(57)【要約】【課題】所定の周波数が他の周波数のアンテナ素子で励振されるのを防止して、所定の周波数における水平面内指向特性として、所望の特性が得ることが可能とな、各周波数別のアンテナ素子に励振電力を供給する給電線路を共用する多周波共用アンテナを提供する。【解決手段】ｆ１の周波数の電波を放射する第１のアンテナ素子と、前記ｆ１の周波数よりも高域のｆ２（ｆ２＞ｆ１）の周波数の電波を放射する第２のアンテナ素子と、前記第１のアンテナ素子と前記第２のアンテナ素子に対して、励振電力を供給する給電線路とを備える多周波共用アンテナであって、前記給電線路は、前記第１のアンテナ素子と前記第２のアンテナ素子との間に、前記ｆ２の周波数において前記給電線路を高周波的に接地する先端開放線路を有する。【選択図】        図１
2004159202.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｆ１の周波数の電波を放射する第１のアンテナ素子と、
前記ｆ１の周波数と異なるｆ２の周波数の電波を放射する第２のアンテナ素子と、
前記第１のアンテナ素子と前記第２のアンテナ素子に対して、励振電力を供給する給電線路とを備える多周波共用アンテナであって、
前記給電線路は、前記第１のアンテナ素子と前記第２のアンテナ素子との間に、前記ｆ２の周波数において前記給電線路を高周波的に接地する先端開放線路を有することを特徴とする多周波共用アンテナ。
【請求項２】
前記ｆ２の周波数は、前記ｆ１の周波数よりも高域の周波数（ｆ２＞ｆ１）であり、
一対の前記第１のアンテナ素子、一対の前記第２のアンテナ素子、一対の前記給電線路、および一対の前記先端開放線路を有し、
前記一対の第１のアンテナ素子、前記一対の第２のアンテナ素子、前記一対の給電線路、および前記一対の先端開放線路は、分配器を中心にして線対称に配置されることを特徴とする請求項１に記載の多周波共用アンテナ。
【請求項３】
前記第２のアンテナ素子は、前記ｆ２の周波数の電波と、前記ｆ１の周波数よりも高域で、前記ｆ２の周波数とは異なるｆ３（ｆ３＞ｆ１）の周波数の電波の、２つの電波を放射することを特徴とする請求項２に記載の多周波共用アンテナ。
【請求項４】
前記第１および第２のアンテナ素子は、それぞれ第１および第２の半波長ダイポールアンテナ素子であって、
前記第１および第２の半波長ダイポール素子が第１の面に形成される誘電体基板を備え、
前記給電線路および先端開放線路は、前記誘電基板の第１の面と反対側の面に形成されることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の多周波共用アンテナ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、多周波共用アンテナに係わり、特に、各周波数別のアンテナ素子に励振電力を供給する給電線路を共用する多周波共用アンテナに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１１は、従来の多周波共用アンテナを説明するための概念図である。
同図において、３は、ｆ１の周波数の電波を放射する第１の半波長ダイポールアンテナ素子（以下、単に、ダイポールアンテナ素子という）、４は、ｆ１の周波数よりも高域のｆ２（ｆ２＞ｆ１）の周波数の電波を放射する第２のダイポールアンテナ素子である。
第１および第２のダイポールアンテナ素子（３，４）には、１本の給電線路５により、それぞれ励振電力が供給される。即ち、図１１に示す多周波共用アンテナでは、第１および第２のダイポールアンテナ素子に励振電力を供給する給電線路５が共用されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
前述の図１１に示す従来の多周波共用アンテナでは、給電線路５を共用しているため、ｆ１の周波数とｆ２の周波数との間に、ｆ２≒２×ｆ１の関係があると、ｆ２の周波数が第１のダイポールアンテナ素子３においても共振し、ｆ２の周波数の電波が、第１のダイポールアンテナ素子３からも放射され、その結果として、ｆ２の周波数の水平面内指向特性が乱れ、ｆ２の周波数の水平面内指向特性として所望の特性が得られないという欠点があった。
例えば、移動体通信システムでは、８００ＭＨｚ帯の周波数と、２ＧＨｚ帯の周波数とを使用している。
このような移動体通信システムにおける基地局アンテナとして、前述の図１１に示す従来の多周波共用アンテナを使用し、第１のダイポールアンテナ素子３から８００ＭＨｚ帯の周波数の電波を、また、第２のダイポールアンテナ素子４から２ＧＨｚ帯の周波数の電波を放射する場合に、第１のダイポールアンテナ素子３において２ＧＨｚ帯の周波数も共振し、その結果として、２ＧＨｚ帯の周波数の水平面内指向特性として、所望の特性が得られない場合があった。
【０００４】
本発明は、前記従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、各周波数別のアンテナ素子に励振電力を供給する給電線路を共用する多周波共用アンテナにおいて、所定の周波数が他の周波数のアンテナ素子で励振されるのを防止して、所定の周波数における水平面内指向特性として、所望の特性が得ることが可能となる技術を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下記の通りである。
即ち、本発明は、ｆ１の周波数の電波を放射する第１のアンテナ素子と、前記ｆ１の周波数と異なるｆ２の周波数の電波を放射する第２のアンテナ素子と、前記第１のアンテナ素子と前記第２のアンテナ素子に対して、励振電力を供給する給電線路とを備える多周波共用アンテナであって、前記給電線路における、前記第１のアンテナ素子と前記第２のアンテナ素子との間に、前記ｆ２の周波数において前記給電線路を高周波的に接地する先端開放線路を設けたことを特徴とする。
ここで、λ２を前記ｆ２の周波数の波長とするとき、前記先端開放線路の長さ（Ｌ）は、０．８×λ２／４≦Ｌ≦１．２×λ２／４を満足する。
【０００６】
また、本発明では、前記ｆ２の周波数は、前記ｆ１の周波数よりも高域の周波数（ｆ２＞ｆ１）であり、一対の前記第１のアンテナ素子、一対の前記第２のアンテナ素子、一対の前記給電線路、および一対の前記先端開放線路を有し、前記一対の第１のアンテナ素子、前記一対の第２のアンテナ素子、前記一対の給電線路、および前記一対の先端開放線路は、前記分配器を中心にして線対称に配置される。
また、本発明では、前記第２のアンテナ素子は、前記ｆ２の周波数の電波と、前記ｆ１の周波数よりも高域で、前記ｆ２の周波数とは異なるｆ３（ｆ３＞ｆ１）の周波数の電波の、２つの電波を放射する。
また、本発明では、前記第１および第２のアンテナ素子は、それぞれ第１および第２の半波長ダイポールアンテナ素子であって、前記第１および第２の半波長ダイポール素子が第１の面に形成される誘電体基板を備え、前記給電線路および先端開放線路は、前記誘電基板の第１の面と反対側の面に形成される。
【０００７】
前記手段によれば、ｆ１の周波数の電波を放射する第１のアンテナ素子と、前記ｆ１の周波数と異なるｆ２の周波数（例えば、ｆ１の周波数よりも高域のｆ２（ｆ２＞ｆ１）の周波数）の電波を放射する第２のアンテナ素子とに励振電力を供給する給電線路を共用する場合に、第１のアンテナ素子と第２のアンテナ素子との間の給電線路に、ｆ２の周波数において給電線路を高周波的に接地する先端開放線路を設け、ｆ２の周波数の励振電力が、第１のアンテナ素子に供給されないようにしたので、ｆ２の周波数が第１のアンテナ素子において共振することがなくなり、その結果として、ｆ２の周波数において所望の水平面内指向特性を得ることが可能となる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
なお、実施の形態を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
［実施の形態１］
図１は、本発明の実施の形態１の多周波共用アンテナを説明するための概念図である。
同図において、３は、ｆ１の周波数の電波を放射する第１のダイポールアンテナ素子、４は、ｆ１の周波数よりも高域のｆ２（ｆ２＞ｆ１）の周波数の電波を放射する第２のダイポールアンテナ素子である。
本実施の形態の多周波共用アンテナは、給電線路５における、第１のダイポールアンテナ素子３と、第２のダイポールアンテナ素子４との間に、前記ｆ２の周波数において、給電線路５を高周波的に接地する先端開放線路９を設けた点で、前述の図１１に示す多周波共用アンテナと相違する。
ここで、λ２をｆ２の周波数の波長とするとき、この先端開放線路９は、長さ（Ｌ）が、０．８×λ２／４≦Ｌ≦１．２×λ２／４とされる。
これにより、ｆ２の周波数の励振電力が、第１のダイポールアンテナ素子３に供給されなくなるので、ｆ２の周波数が第１のダイポールアンテナ素子３で共振することがなくなり、そのため、ｆ２の周波数において所望の水平面内指向特性を得ることが可能となる。
なお、図１では、第２のダイポールアンテナ素子４が、ｆ１の周波数よりも高域のｆ２（ｆ２＞ｆ１）の周波数の電波を放射する場合について説明したが、第１のダイポールアンテナ素子３から放射される電波は、第２のダイポールアンテナ素子４から放射される電波の周波数ｆ２よりも高域の周波数ｆ１（ｆ１＞ｆ２）の電波であってもよい。
【０００９】
図２は、本発明の実施の形態１の多周波共用アンテナの概略構成を示す図であり、同図（ａ）は正面図、同図（ｂ）は、同図（ａ）のＡ−Ａ’接続線に沿った断面構造を示す断面図である。
同図において、１は反射板、２は誘電体基板であり、本実施の形態では、反射板１の反射面に対して、誘電体基板２が直交するように配置される。
図３は、図２に示す誘電体基板２を説明するための図である。
第１のダイポールアンテナ素子３、および第２のダイポールアンテナ素子４は、誘電体基板２の一方の面（裏面または表面）に設けられる。
ここで、第１のダイポールアンテナ素子３を構成する導体の長さは、λ１／２の長さ（λ１は、周波数ｆ１の自由空間波長）、第２のダイポールアンテナ素子４を構成する導体の長さは、λ２／２の長さ（λ２は、周波数ｆ２の自由空間波長）とされる。また、誘電体基板２の一方の面には、接地導体６も形成される。
図３に示すように、接地導体６には、長手方向のスロット２１と、スロット２２とが設けられる。
ダイポールアンテナ素子３は、接地導体６に形成されたスロット２１により分離される２つの導体部（６１，６２）に接続され、また、ダイポールアンテナ素子４は、接地導体６に形成されたスロット２２により分離される２つの導体部（６３，６４）に接続される。
そして、導体部６３は、ダイポールアンテナ素子４を超えて、長手方向に延長された後、導体幅が幅広に形成され、この部分に、スロット２１により分離される２つの導体部（６１，６２）が形成される。
【００１０】
誘電体基板２の他方の面（表面または裏面）には、給電線路７が形成される。
図３に示すように、給電線路７は、導体部６１と導体部６３が形成される領域に沿って形成されるとともに、先端部が折り曲げられ、この折り曲げられた部分７１が、ダイポールアンテナ素子３に沿って延長される。
また、給電線路７には、一端が、給電線路７の一部に接続され、ダイポールアンテナ素子４、および導体部６４が形成される領域に沿って折り返されて延長される折り返し部分７２が形成される。
折り曲げられた部分７１を含む給電線路７は、接地導体６の一部（導体部６１，６２）とともに分岐導体による平衡−不平衡変換回路（マイクロストリップ線路による平衡−不平衡変換回路）を構成し、また、折り返し部分７２を含む給電線路７は、接地導体６の一部（導体部６３，６４）とともに、分岐導体による平衡−不平衡変換回路（マイクロストリップ線路による平衡−不平衡変換回路）を構成する。
図２、図３には図示していないが、誘電体基板２の裏面には、同軸接栓が設けられ、その内部導体は、誘電体基板２の裏に穿った孔に挿入され、接地導体６と電気的に接続される恐れがないようにして、給電線路７に接続され、同軸接栓の外部導体は、接地導体６に接続される。
【００１１】
本発明の特徴とする先端開放線路９は、給電線路７における、給電線路７の折り曲げられた部分７１と、折り返し部分７２との間に形成される。
図４は、先端開放線路９を有しない、従来の多周波共用アンテナのｆ２の周波数における水平面内指向特性の一例を示すグラフである。
図５は、本実施の形態の多周波共用アンテナのｆ２の周波数における水平面内指向特性の一例を示すグラフであり、図４に示すグラフを測定した従来の多周波共用アンテナにおいて、先端開放線路９を設けた場合の、ｆ２の周波数における水平面内指向特性を示すグラフである。
図４に示すように、従来の多周波共用アンテナでは、ｆ２の周波数が、ダイポールアンテナ素子３に共振し、ｆ２の周波数が、第１のダイポールアンテナ素子３からも放射されるので、ビーム幅が１３０°となっていることが分かる。
しかしながら、図５に示すように、先端開放線路９を設けることにより、ｆ２の周波数の励振電力が、第１のダイポールアンテナ素子３に供給されなくなるので、ｆ２の周波数が第１のダイポールアンテナ素子３で共振することがなくなり、そのため、ビーム幅が１１５°となっていることが分かる。なお、ビーム幅とは、相対利得が−３ｄＢ以下となる範囲の角度である。
【００１２】
［実施の形態２］
図６は、本発明の実施の形態２の多周波共用アンテナを説明するための概念図である。
同図において、３１，３２は第１のダイポールアンテナ素子、４１，４２は第２のダイポールアンテナ素子、５１，５２は給電線路、９１，９２は先端開放線路、２５は分配器である。
本実施の形態の多周波共用アンテナは、一対の第１のダイポールアンテナ素子（３１，３２）、一対の第２のダイポールアンテナ素子（４１，４２）、一対の給電線路（５１，５２）、および一対の先端開放線路（９１，９２）を、分波器２５を中心にして線対称に設けたものである。
図７は、本発明の実施の形態２の多周波共用アンテナの概略構成を示す図であり、同図（ａ）は正面図、同図（ｂ）は、同図（ａ）のＡ−Ａ’接続線に沿った断面構造を示す断面図である。
同図において、１は反射板、２は誘電体基板であり、本実施の形態では、反射板１の反射面に対して、誘電体基板２が平行に配置される。
【００１３】
図８は、図７に示す誘電体基板２を説明するための図である。
誘電体基板２の一方の面（裏面または表面）には、第１のダイポールアンテナ素子（３１，３２）、第２のダイポールアンテナ素子（４１，４２）、接地導体（６１，６２）が設けられる。
接地導体６１には、長手方向のスロット２１１、２２１が設けられ、接地導体６２には、長手方向のスロット２１２、２２２が設けられる。
また、誘電体基板２の他方の面（表面または裏面）には、給電線路（７１，７２）、および先端開放線路（９１，９２）が形成される。
なお、第１のダイポールアンテナ素子（３１，３２）、第２のダイポールアンテナ素子（４１，４２）、接地導体（６１，６２）、給電線路（７１，７２）、および先端開放線路（９１，９２）の構成は、図３と同じであるので、その説明は省略する。
但し、図８に示すように、給電線路（７１，７２）は、インピーダンス整合を図るために、その幅が一部狭くなっている。
また、図７、図８には図示していないが、誘電体基板２の裏面には、同軸接栓が設けられ、その内部導体は、誘電体基板２の裏に穿った孔に挿入され、接地導体（６１，６２）と電気的に接続される恐れがないようにして、給電線路（７１，７２）に接続され、同軸接栓の外部導体は、接地導体（６１，６２）に接続される。
【００１４】
図９は、先端開放線路９を有しない、従来の多周波共用アンテナのｆ２の周波数における水平面内指向特性の一例を示すグラフである。
図１０は、本実施の形態の多周波共用アンテナのｆ２の周波数における水平面内指向特性の一例を示すグラフであり、図９に示すグラフを測定した従来の多周波共用アンテナにおいて、先端開放線路９を設けた場合の、ｆ２の周波数における水平面内指向特性を示すグラフである。
図９に示すように、従来の多周波共用アンテナでは、ｆ２の周波数が、ダイポールアンテナ素子（３１，３２）に共振し、ｆ２の周波数が、第１のダイポールアンテナ素子（３１，３２）からも放射されるので、ビーム幅が２７°となっていることが分かる。
しかしながら、図１０に示すように、先端開放線路（９１，９２）を設けることにより、ｆ２の周波数の励振電力が、第１のダイポールアンテナ素子（３１，３２）に供給されなくなるので、ｆ２の周波数が第１のダイポールアンテナ素子（３１，３２）で共振することがなくなり、そのため、ビーム幅が５５°となっていることが分かる。
【００１５】
なお、前述の各実施の形態では、第２のダイポールアンテナ素子（４，４１，４２）から、ｆ２の周波数の電波を放射する場合について説明したが、ｆ３を、ｆ１の周波数よりも高域で、ｆ２の周波数とは異なる周波数、λ３を、周波数ｆ３の自由空間波長とするとき、第２のダイポールアンテナ素子（４，４１，４２）の長さを、（λ２＋λ３）／４として、第２のダイポールアンテナ素子（４，４１，４２）から、ｆ２の周波数の電波と、ｆ３の周波数の電波の、２つの電波を放射するようにしてもよい。
移動体通信システムにおける基地局アンテナとして、前述の各実施の形態の多周波共用アンテナを使用する場合には、第１のダイポールアンテナ素子（３，３１，３２）から８００ＭＨｚ帯の周波数の電波を放射し、第２のダイポールアンテナ素子（４，４１，４２）から２ＧＨｚ帯の周波数の電波を放射する。
この場合に、第１のダイポールアンテナ素子（３，３１，３２）において、２ＧＨｚ帯の周波数が共振することがないので、２ＧＨｚ帯の周波数の水平面内指向特性として、所望の特性を得ることができる。
【００１６】
さらに、第２のダイポールアンテナ素子（４，４１，４２）の長さを、（λ２＋λ３）／４として、第２のダイポールアンテナ素子（４，４１，４２）から、２ＧＨｚ帯の周波数の電波と、１．５ＧＨｚ帯の周波数の電波を放射するようにしてもよい。
なお、前述の実施の形態では、ダイポールアンテナ素子を使用する場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、本発明は、ダイポールアンテナ素子以外の他のアンテナ素子を使用する場合にも適用可能であることはいうまでもない。
以上、本発明者によってなされた発明を、前記実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは勿論である。
【００１７】
【発明の効果】
本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下記の通りである。
本発明によれば、各周波数別のアンテナ素子に励振電力を供給する給電線路を共用する多周波共用アンテナにおいて、所定の周波数が他の周波数のアンテナ素子で励振されるのを防止して、所定の周波数における水平面内指向特性として、所望の特性が得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１の多周波共用アンテナを説明するための概念図である。
【図２】本発明の実施の形態１の多周波共用アンテナの概略構成を示す図である。
【図３】図２に示す誘電体基板を説明するための図である。
【図４】従来の多周波共用アンテナのｆ２の周波数における水平面内指向特性の一例を示すグラフである。
【図５】本発明の実施の形態１の多周波共用アンテナのｆ２の周波数における水平面内指向特性の一例を示すグラフである。
【図６】本発明の実施の形態２の多周波共用アンテナを説明するための概念図である。
【図７】本発明の実施の形態２の多周波共用アンテナの概略構成を示す図である。
【図８】図７に示す誘電体基板を説明するための図である。
【図９】従来の多周波共用アンテナのｆ２の周波数における水平面内指向特性の一例を示すグラフである。
【図１０】本発明の実施の形態２の多周波共用アンテナのｆ２の周波数における水平面内指向特性の一例を示すグラフである。
【図１１】従来の多周波共用アンテナを説明するための概念図である。
【符号の説明】
１…反射板、２…誘電体基板、３…第１の半波長ダイポールアンテナ素子、４…第２の半波長ダイポールアンテナ素子、５，７…給電線路、６…接地導体、９…先端開放線路、２１，２２…スリット、２５…分配器、６１，６２，６３，６４…導体部、７１…折り曲げ部分、７２…折り返し部分。
【図１】
2004159202.tif 000003
【図２】
2004159202.tif 000004
【図３】
2004159202.tif 000005
【図４】
2004159202.tif 000006
【図５】
2004159202.tif 000007
【図６】
2004159202.tif 000008
【図７】
2004159202.tif 000009
【図８】
2004159202.tif 000010
【図９】
2004159202.tif 000011
【図１０】
2004159202.tif 000012
【図１１】
2004159202.tif 000013