(57)【要約】【課題】３周波帯で共用することができ、かつ３周波帯のビーム角度がほぼ６０度の水平面指向性をもつアンテナをコンパクトかつ低廉な構成によって実現する。【解決手段】第１の周波数ｆ１および第２の周波数ｆ２（＞ｆ１）に共振する交差給電可能なダイポール構成の一対の第１のアンテナ素子部１０を各々個別の誘電体基板１３に形成するとともに、第３の周波数ｆ３（＞ｆ２）に共振する２ダイポール構成の第２のアンテナ素子部２０を形成し、上記一対の第１のアンテナ素子部１０間に第２のアンテナ素子部２０を位置させるとともに、主反射板３０に対する第１のアンテナ素子部１０のダイポール１１，１２の相対位置と、主反射板３０および副反射板４０に対する第２のアンテナ素子部２０のダイポール２１の相対位置とを６０°ビームの水平面指向性が得られるように設定している。【選択図】    図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
主反射板と、
誘電体基板に、第１の周波数ｆ１に共振する第１のダイポールおよび第２の周波数ｆ２（＞ｆ１）に共振する第２のダイポールを互いに平行にかつ交差給電可能に形成してなる一対の第１のアンテナ素子部と、
誘電体基板に、第３の周波数ｆ３（＞ｆ２）に共振する一対の第３のダイポールを、前記第３の周波数ｆ３の波長λ３の約０．５倍の間隔で対称に形成してなる第２のアンテナ素子部と、を有し、
前記各第１のアンテナ素子部は、それらに形成された前記第１のダイポール相互が前記主反射板から前記第１の周波数ｆ１の波長λ１の約０．２５倍の距離を隔てた面内において該波長λ１の約０．５倍の間隔を形成し、かつ、それらに形成された前記第２のダイポール相互が前記主反射板から前記第２の周波数ｆ２の波長λ２の約０．２５倍の距離を隔てた面内において該波長λ２の約０．５倍の間隔を形成するように、前記主反射板の中心線を含む垂直面の両側に対称配置され、
前記第２のアンテナ素子部は、前記各第３のダイポールが前記垂直面の両側に対称に位置されるように前記各第１のアンテナ素子部の間に配置され、
前記垂直面の両側に、前記第２のアンテナ素子部のビーム角度を約６０°に規定するための補助反射板を対称に配設したことを特徴とする３周波共用アンテナ。
【請求項２】
前記各補助反射板は、それらのなす間隔を前記第２の周波数ｆ２の波長λ２の約０．８倍に設定し、それらの高さを該波長λ２の約０．３倍に設定したことを特徴とする請求項１に記載の３周波共用アンテナ。
【請求項３】
前記第１のアンテナ素子部が、前記第１、第２のダイポールを含む複数の素子ユニットをアレイ状に配設した構成を有し、前記第２のアンテナ素子部が、前記各第３のダイポールを含む複数の素子ユニットをアレイ状に配設した構成を有することを特徴とする請求項１に記載の３周波共用アンテナ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、移動通信システム（例えば、携帯電話やＰＨＳ）等の基地局アンテナとして好適な３周波共用アンテナに関し、特に、水平面内においてほぼ６０度のビーム角度を得ることができる３周波共用アンテナに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
２周波帯にわたってほぼ６０度の水平面内ビーム角度を得ることができる２周波帯共用アンテナは公知である（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平８−１８１５３８号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし，最近においては、適用周波数帯を拡大するために、３周波帯で共用可能なアンテナが要望されている。
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、３周波帯で共用することができ、しかも、ビーム角度がほぼ６０度の水平面指向性をコンパクトかつ低廉な構成によって実現することができる３周波共用アンテナを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る３周波共用アンテナは、主反射板と、誘電体基板に、第１の周波数ｆ１に共振する第１のダイポールおよび第２の周波数ｆ２（＞ｆ１）に共振する第２のダイポールを互いに平行にかつ交差給電可能に形成してなる一対の第１のアンテナ素子部と、誘電体基板に、第３の周波数ｆ３（＞ｆ２）に共振する一対の第３のダイポールを、前記第３の周波数ｆ３の波長λ３の約０．５倍の間隔で対称に形成してなる第２のアンテナ素子部と、を有し、前記各第１のアンテナ素子部は、それらに形成された前記第１のダイポール相互が前記主反射板から前記第１の周波数ｆ１の波長λ１の約０．２５倍の距離を隔てた面内において該波長λ１の約０．５倍の間隔を形成し、かつ、それらに形成された前記第２のダイポール相互が前記主反射板から前記第２の周波数ｆ２の波長λ２の約０．２５倍の距離を隔てた面内において該波長λ２の約０．５倍の間隔を形成するように、前記主反射板の中心線を含む垂直面の両側に対称配置され、前記第２のアンテナ素子部は、前記各第３のダイポールが前記垂直面の両側に対称に位置されるように前記各第１のアンテナ素子部の間に配置され、前記垂直面の両側に、前記第２のアンテナ素子部のビーム角度を約６０°に規定するための補助反射板を対称に配設したことを特徴としている。
【０００６】
前記各補助反射板は、それらのなす間隔を前記第２の周波数ｆ２の波長λ２の約０．８倍に設定し、それらの高さを該波長λ２の約０．３倍に設定することができる。
【０００７】
前記第１のアンテナ素子部は、前記第１、第２のダイポールを含む複数の素子ユニットをアレイ状に配設した構成を有することができ、前記第２のアンテナ素子部は、前記各第３のダイポールを含む複数の素子ユニットをアレイ状に配設した構成を有することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施の形態について説明する。
図１は、本発明に係る３周波共用アンテナの実施の形態を示す斜視図である。また、図２は、図１のＡ−Ａ線による断面図である。
この実施の形態に係るアンテナは、一対のアンテナ素子部１０，１０と、アンテナ素子部２０と、主反射板３０と、一対の副反射板４０，４０とを備えている。
【０００９】
図３および図４に示すように、アンテナ素子部１０は、第１の周波数（例えば、８００ＭＨｚ）に共振する第１のダイポール１１および第２の周波数（例えば、１．５ＧＨｚ）に共振する第２のダイポール１２の組からなる交差給電形素子ユニットＵ２−１を方形状の誘電体基板１３の長手方向（図２の紙面に垂直な方向）に沿ってアレイ状に複数配列形成した構成を有する。なお、この実施の形態では、素子ユニットＵ２−１を４個配列してある。
【００１０】
上記第１のダイポール１１および第２のダイポール１２は、誘電体基板１３の長手軸線に平行するように、かつ、それらの中心点を結ぶライン１４が該誘電体基板１３の長手軸線に直行するように、互いに所定の間隔をおいて形成されている。なお、ダイポール１１と第２のダイポール１２のなす間隔については後述する。
【００１１】
第１のダイポール１１は、該誘電体基板１３の一方および他方の面にそれぞれ形成した素子１１ａおよび１１ｂによって構成され、同様に、第２のダイポール１２は、誘電体基板１１の一方および他方の面にそれぞれ形成した素子１２ａおよび１２ｂによって構成されている。
【００１２】
上記素子１１ａ，１２ａは、上記ライン１４を中心として互いに反対の方向に延び、かつ、該ライン１４に沿って形成した給電線路１５にそれらの一端が接続されている。給電線路１５は、誘電体基板１３の縁部に沿って形成した接地導体板１６まで延びている。
同様に、素子１１ｂ，１２ｂは、上記ライン１４を中心として互いに反対の方向に延び、該ライン１４に沿って形成した給電線路１７にそれらの一端が接続されている。
したがって、図５に示すように、第１のダイポール１１および第２のダイポール１２は、素子１１ａと１２ａを結ぶ給電線路１５と、素子１１ｂと１２ｂを結ぶ給電線路１７とが交差した形で給電されることになる。
【００１３】
なお、ある素子ユニットＵ２−１と、それの一方の側に隣接する素子ユニットＵ２−１は、並列給電されるようにそれらの給電線路１７相互が接続されている。また、誘電体基板１３に配列する各素子ユニットＵ２−１間には、上記接地導体板１６から延びるシールド導体１８が形成されている。
【００１４】
アンテナ素子部２０は、図６に示すように、それぞれ第３の周波数（例えば、２ＧＨｚ）に共振する一対のダイポール２１からなる素子ユニットＵ３を方形状の誘電体基板２２の長手方向（図２の紙面に垂直な方向）に沿ってアレイ状に複数配列形成した構成を有する。なお、この実施の形態では、素子ユニットＵ３を８個配列してある。
【００１５】
上記素子ユニットＵ３を構成する各ダイポール２１は、誘電体基板２２の長手軸線に沿うように形成され、かつ、互いが約０．５λ３（λ３は、前記第３の周波数の波長）の間隔を形成するように上記誘電体基板２２の長手軸線を中心として互いに対称に位置されている。そして、各ダイポール２１は、一方の給電点が給電線路２３に共通接続され、他方の給電点が給電線路２４に共通接続されている。
【００１６】
誘電体基板２２における上記各ダイポール２１が形成された側の面の中央部には、該面に対して垂直となるように、かつ、誘電体基板２２の長手軸線に沿うように誘電体基板２５が立設されている。図７および図８に示すように、この誘電体基板２５は、一方の面および他方の面に給電線路２３’および２４’を形成し、この給電線路２３’および２４’をそれぞれ図６に示す給電線路２３および２４の中央部に接続してある。
【００１７】
なお、ある素子ユニットＵ３と該アンテナ素子ユニットＵ３の一方の側に隣接する素子ユニットＵ３は、並列給電されるように対応する給電線路２４’が共通接続されている。また、給電線路２３’は、誘電体基板２５の縁部に沿って形成した接地導体板２６まで延びている。
上記誘電体基板１３，２２および２５に形成された各要素は、金属板または金属箔からなるストリップ導体によって形成されている。
【００１８】
図２に示すように、各アンテナ素子部１０は、主反射板３０の長手方向に沿って配設され、かつ、該反射板３０の長手軸線を含みかつ該反射板３０に垂直な面３１に対して対称に位置されている。
具体的には、それぞれのダイポール１１相互が主反射板３０から約０．２５λ１（λ１は前記第１の周波数の波長）離れた面内において約０．５λ１の間隔を形成するという条件と、それぞれのダイポール１２相互が主反射板３０から約０．２５λ２（λ２は前記第２の周波数の波長）離れた面内において約０．５λ２の間隔を形成するという条件とが満たされるように対称配設されている。
各アンテナ素子部１０における第１のダイポール１１と第２のダイポール１２のなす間隔は、上記の各条件を満たすための要件になるので、この条件が満たされるように適宜設定される。
【００１９】
アンテナ素子部２０は、その長手軸線が上記面３１内に位置されるように、かつ、個々のダイポール２１相互が主反射板３０から後述の距離Ｌだけ離れた面内に位置されるように、主反射板３０の長手方向に沿って配設されている。
副反射板４０，４０は、金属板もしくは金属箔によって形成され、上記主反射板３０に設定された面３１を中心とする対称位置に該主反射板３０に対して垂直に設けられている。
【００２０】
上記実施の形態に係る３周波共用アンテナは、図２に示すように、その全体がレドーム５０によって覆われ、反射板３０の長手軸線が垂直方向に向くように設置される。
そして、このアンテナを送信アンテナとして使用する場合には、図示していない２分配器を介して周波数ｆ１，ｆ２の電力が前記ダイポール１１，１２に給電され、また、周波数ｆ３の電力が前記ダイポール２１に給電される。
【００２１】
このとき、各アンテナ素子部１０のダイポール１１に基づく水平面指向性およびダイポール１２に基づく水平面指向性は、それぞれ図９および図１０に示すようになる。すなわち、各アンテナ素子部１０のダイポール１１相互が主反射板３０から約０．２５λ１離れた面内において約０．５λ１の間隔を形成していることから、周波数ｆ１の帯域において６０度ビームが得られる。同様に、各アンテナ素子部１０のダイポール１２相互が主反射板３０から約０．２５λ２離れた面内において約０．５λ２の間隔を形成していることから、周波数ｆ２の帯域においても６０°ビームが得られる。
【００２２】
ところで、電圧定在波比特性（Ｖ．Ｓ．Ｗ．Ｒ．）の関係で、各アンテナ素子部１０のダイポール１２の間隔が例えば約０．３７λ２程度に設定されることもあり、この場合、図１０に点線で示すようなサイドローブが現れる。前記副反射板４０，４０を設けた目的の１つは、このサイドローブを抑制することにある。すなわち、この実施の形態においては、副反射板４０，４０の間隔を約０．８λ２に設定するとともに、それらの高さを約０．３λ２に設定してある。したがって、同図に実線で示すようにサイドローブが抑制されて、良好な水平面指向性が得られる。
【００２３】
上記のように、各アンテナ素子部１０は、２周波共用アンテナとしての機能を有する。この場合、２周波共用アンテナとしての機能が得られる周波数ｆ１と周波数ｆ２との比は、周波数ｆ１を１とした場合に１．５〜１．７となる。現在の自動車携帯電話に割り当てられた８１０ＭＨｚ〜９６０ＭＨｚと１４２９ＭＨｚ〜１５０１ＭＨｚの２つの周波数帯の比が約１．６５であるので、各アンテナ素子部１０は上記各周波数帯に適合することになる。
【００２４】
次に、アンテナ素子部２０の各ダイポール２１に基づく水平面指向性について説明する。アンテナ素子部２０の各ダイポール２１と主反射板３０とのなす距離Ｌは、各誘電体基板１３との位置的関係から０．２５λ３よりも大きくならざるを得ない。しかも、各ダイポール２１と主反射板３０との間には、反射体としても機能するアンテナ素子部１０の接地導体板１６も介在している。したがって、単にアンテナ素子部２０の各ダイポール２１のみでは、周波数ｆ３の帯域において６０°ビームを得ることが困難である。
【００２５】
そこで、この実施の形態では、周波数ｆ３の帯域におけるビーム角度をほぼ６０°に規定するための手段として上記副反射板４０，４０を用いている。すなわち、副反射板４０，４０は、周波数ｆ３の帯域におけるビームの主ローブに影響を与えるので、これらの副反射板４０，４０の配置位置および形状を上記のように設定して、周波数ｆ３の帯域におけるビーム角度がほぼ６０°となる水平面指向性を実現している（図１１参照）。
【００２６】
結局、ダイポール２１と主反射板３０とのなす距離Ｌは、副反射板４０，４０の配置位置、形状およびアンテナ素子部１０の接地導体板１６の位置等を勘案して、最終的に周波数ｆ３の帯域におけるビーム角度がほぼ６０°となるように適宜設定される。
なお、上記実施の形態に係るアンテナにおいて、ダイポール２１と上記接地導体板１６の上縁との間の距離Ｍを実測してみたところ、約０．２５λ３であった。
以上の説明から明らかなように、この実施の形態の３波共用アンテナよれば、周波数ｆ１，ｆ２およびｆ３の各帯域においてビーム角度がほぼ６０°となる水平面指向性を実現することができる。
【００２７】
図２に示した各長さ０．２５λ１，０．２５λ２，０．５λ１，０．５λ２および０．５λ３は、それぞれ許容範囲を有する。すなわち、上記各値をそれぞれ（０．１５λ１〜０．３５λ１），（０．１５λ２〜０．３５λ２），（０．３λ１〜０．７λ１），（０．３λ２〜０．７λ２）および（０．３λ３〜０．７λ３）に設定しても、実用上十分な水平面指向性が得られる。
【００２８】
【発明の効果】
本発明によれば、第１の周波数ｆ１および第２の周波数ｆ２（＞ｆ１）に共振する交差給電可能なダイポール構成の一対の第１のアンテナ素子部をそれぞれ個別の誘電体基板に形成するとともに、第３の周波数ｆ３（＞ｆ２）に共振する２ダイポール構成の第２のアンテナ素子部を形成し、上記一対の第１のアンテナ素子部間に上記第２のアンテナ素子部を位置させるとともに、主反射板に対する第１のアンテナ素子部のダイポールの相対位置と、主反射板および副反射板に対する第２のアンテナ素子部２０のダイポール２１の相対位置とを６０°ビームの水平面指向性が得られるように設定しているので、６０°ビームの水平面指向性を得ることができる３周波共用アンテナをコンパクトに、かつ、低廉に構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る３周波共用アンテナの実施の形態を部分的に示す斜視図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線による断面図である。
【図３】誘電体基板の一方の面に形成された第１および第２周波用のダイポールおよび給電線路の構成を示す平面図である。
【図４】誘電体基板の他方の面に形成された第１および第２周波用のダイポールおよび給電線路の構成を示す平面図である。
【図５】交差給電の構造を示す等価回路図である。
【図６】誘電体基板に形成された第３周波用のダイポールの構成を示す平面図である。
【図７】誘電体基板の一方の面に形成された第３周波用の給電線路の構成を示す側面図である。
【図８】誘電体基板の他方の面に形成された第３周波用の給電線路の構成を示す側面図である。
【図９】８００ＭＨｚ帯の水平面指向性を示す特性図である。
【図１０】Ｉ．５ＧＨｚ帯の水平面指向性を示す特性図である。
【図１１】２ＧＨｚ帯の水平面指向性を示す特性図である。
【符号の説明】
１０  アンテナ素子部
１１，１２，２１  ダイポール
１１ａ，１１ｂ，１２ａ，１２ｂ  素子
１３，２２，２５  誘電体基板
１５，１７，２３，２４，２３’，２４’給電線路
３０  主反射板
４０  補助反射板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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