(57)【要約】【課題】所望の指向角が簡単な構成で得られるアンテナ装置を提供する。【解決手段】誘電体基板２にマイクロストリップ線路からなる給電線３，４とマイクロストリップ線路からなるアンテナ素子５とを形成した基板型アンテナを用いたアンテナ装置１において、前記給電線３，４及びアンテナ素子５の寸法要素を無指向性が得られる寸法要素から逸脱させて楕円形指向性が得られる寸法要素にすると共に、前記基板２に対し所定の、例えば、９０°の傾斜角を持たせて反射板６を設置したので、１６０°の指向角が得られる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体基板にマイクロストリップ線路からなる給電線とマイクロストリップ線路からなるアンテナ素子とを形成した基板型アンテナを用いたアンテナ装置において、前記給電線及びアンテナ素子の寸法要素を無指向性が得られる寸法要素から逸脱させて楕円形指向性が得られる寸法要素にすると共に、前記基板に対し所定の傾斜角を持たせて反射板を設置したことを特徴とするアンテナ装置。
【請求項２】
前記傾斜角が９０°であることを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
【請求項３】
前記傾斜角が０°であることを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
【請求項４】
前記反射板を複数設けると共に各反射板が前記基板に対してそれぞれ異なる傾斜角を持つことを特徴とする請求項１〜３いずれか記載のアンテナ装置。
【請求項５】
複数の前記反射板を互いに所定の交差角を持たせて配置し、複数の前記基板をそれぞれの反射板に対しそれぞれ前記傾斜角を持たせて配置したことを特徴とする請求項１〜３いずれか記載のアンテナ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、移動体通信の基地局アンテナなどに用いるアンテナ装置に係り、特に、所望の指向角が簡単な構成で得られるアンテナ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
移動体通信の基地局アンテナは、その基地局アンテナから移動局に対し通信サービスを提供できるサービスエリアがその基地局アンテナの水平面上指向性に大きく影響される。基地局アンテナを設置する際には、提供したいサービスエリアを漏れなくかつ無駄なく提供できる最善の場所に設置するのが望ましい。つまり移動局が存在し得ないエリアに電力を届けてもエネルギの無駄であるし、移動局が存在しているエリアに電力が届かないと困る。
【０００３】
実際には最善の場所が道路上であったり、その他のアンテナを設置しにくい場所であったりするので、その場所に近い次善の場所に設置することがしばしばである。例えば、今、水平面上で８の字指向性を有するアンテナを用い、図１１に示されるように、道路９１の長手方向を重点的にサービスエリアに含めたい場合、最善の場所は道路中央の点９２になる。道路中央にはアンテナを設置できないので、道路脇の電柱や電話ボックスなどに設置することになる。
【０００４】
しかし、図１１のように道路脇の点９３に８の字指向性９４を有する基地局アンテナを設置すると、道路に面した建物９６などのように重点的にサービスエリアとする必要のないエリアが含まれてしまうので、無駄が多い。また、図１１において、８の字指向性を有するアンテナの代わりに水平面上で無指向性（円形指向性）を有するアンテナを用いたとしても、道路９１の長手方向を重点的にサービスエリアに含めるという要望はかなえることができない。
【０００５】
図１１において、設置環境に適した理想的なアンテナの水平面上指向性は、破線９７のようなものである。この破線９７のような指向性を持つアンテナであれば建物側に被さるサービスエリアを少なくすることができる。
【０００６】
また、近年では、移動局機器の普及により狭いエリア内に存在する移動局の数が増加しているが、図１２（ａ）のように無指向性のアンテナを用いた基地局アンテナを設置して設置場所１０１の周囲の円形のサービスエリアにしてしまうと、１つの基地局で提供できるチャンネルの数に限界があるため、移動局の数に対して十分な数のチャンネルを確保できなくなる。そこで、比較的狭い指向性を有するアンテナを複数同じ場所に設置してそれぞれ異なる方向をサービスエリアとすることで、それぞれのサービスエリアで十分な数のチャンネルを確保することが考えられている。例えば、図１２（ｂ）のように指向角１２０°のアンテナを３個同じ場所１０１に設置してそれぞれ異なる方向を向いた扇形のサービスエリアを分担にすれば、円形のサービスエリアにした場合の３倍の数のチャンネルを確保することができる。
【０００７】
しかし、移動局の数がさらに増加すると、さらにサービスエリアを狭く分割するよう、図１２（ｃ）に示されるように、同じ設置場所１０１に４個以上のアンテナを設置する必要が出てくる。この場合、サービスエリア１０２が狭い角度ずつになっているので、各アンテナの指向性を相当に狭くしなければならない。
【０００８】
【特許文献１】
特開平１１−３１９１５公報
【特許文献２】
特開平８−１２５４３５公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１には、誘電体基板にマイクロストリップ線路からなる給電線とマイクロストリップ線路からなるアンテナ素子とを形成した基板型アンテナにより、比較的広帯域にわたり無指向性を得る技術が開示されている。
【００１０】
また、特許文献２には、無指向性のアンテナに対向させて反射板を設けることにより、無指向性の特性形状を一方向にシフトさせたような特性にして、円形のサービスエリアを建物から離れた方へずらす技術が開示されている。
【００１１】
しかしながら、特許文献２のように無指向性のアンテナに対向させて反射板を設けても、指向角が狭い指向性しか得られず、図１１で希望したような建物側に被さるサービスエリアを少なくできるアンテナの水平面上指向性つまり指向角１２０°を超えるワイドな指向性は簡単に得られない。また、特許文献１のような無指向性のアンテナでは水平面上指向性９７は得られない。
【００１２】
また、サービスエリアを狭く分割する目的で同じ場所に複数のアンテナを設置する場合、そのアンテナの指向角は分割数に応じた所望の狭い角度である必要がある。
【００１３】
以上のことから、１８０°といった広い指向角から３０°くらいの狭い指向角まで所望の指向角が簡単な構成で得られるアンテナが望まれる。
【００１４】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、所望の指向角が簡単な構成で得られるアンテナ装置を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明は、誘電体基板にマイクロストリップ線路からなる給電線とマイクロストリップ線路からなるアンテナ素子とを形成した基板型アンテナを用いたアンテナ装置において、前記給電線及びアンテナ素子の寸法要素を無指向性が得られる寸法要素から逸脱させて楕円形指向性が得られる寸法要素にすると共に、前記基板に対し所定の傾斜角を持たせて反射板を設置したものである。
【００１６】
前記傾斜角が９０°であってもよい。
【００１７】
前記傾斜角が０°であってもよい。
【００１８】
前記反射板を複数設けると共に各反射板が前記基板に対してそれぞれ前記傾斜角を持ってもよい。
【００１９】
複数の前記反射板を互いに所定の交差角を持たせて配置し、複数の前記基板をそれぞれの反射板に対しそれぞれ異なる傾斜角を持たせて配置してもよい。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００２１】
図１（ａ）、図１（ｂ）に示されるように、本発明に係るアンテナ装置１は、基板２の一方の面に基板２の長手方向に伸びるマイクロストリップ線路からなる給電線（先端開放線ともいう）３と、マイクロストリップ線路からなるアンテナ素子５と給電線３とアンテナ素子５とを接続するマイクロストリップ線路からなる給電線４とが形成され、基板２の他方の面にマイクロストリップ線路からなる無給電素子７と導体からなるグランド８とを形成された基板型アンテナ１０を用いる。グランド８は給電線３の裏側に位置し、無給電素子７はアンテナ素子５の裏側に位置する。図示しない外部の送受信機器から基板まで給電するための同軸ケーブル９は、グランド８に沿わせて配置されている。なお、本実施形態の基板型アンテナは、アンテナ素子５が形成された面の反対面の前記アンテナ素子５に対応する位置に無給電素子７を設けているが、アンテナ素子５と同一面上でアンテナ素子５と平行になるように配置することも可能である。アンテナ素子５は、長手方向に電気長１／２波長の長さを有する。
【００２２】
図中ｚ軸で示した方向が水平面に対して垂直な方向である。即ち、この基板２は基板２の長手方向を水平面に対して垂直にして設置される。このアンテナ装置１の指向性を決定付ける給電線４及びアンテナ素子５の寸法要素としては、給電線４の長さ（先端開放線３とアンテナ素子５の間隔）、基板２の長手方向に隣接する２本の給電線４の先端開放線３上での距離、基板２の長手方向に隣接する２本のアンテナ素子５の間隔などがあるが、これらの寸法要素は使用周波数λの整数倍或いは簡単な整数分の整数倍とすることにより、水平面上で無指向性（円形指向性）が得られる。詳しくは特許文献１に記載のとおりである。
【００２３】
本発明では、上記無指向性が得られる寸法要素からわざと逸脱させ、例えば、使用周波数λから単純に得られない値を使用して、水平面上で楕円形指向性が得られる寸法要素を採用している。例えば、基板２の長手方向に隣接する２本のアンテナ素子５の間隔を無指向性が得られる間隔から変化させる。このようにして得られた楕円形指向性の一例を図２に示す。図示のように０°及び±１８０°（図１のｘ軸方向）の利得に対して±９０°（図１のｙ軸方向）の利得は３ｄＢ程度以上小さい。
【００２４】
図１に戻り、本発明に係るアンテナ装置１は、基板２に対し水平面上で９０°の傾斜角を持たせて反射板６を設置したものである。即ち、基板２がｘ軸に沿っているのに対し反射板６はｙ軸に平行に設けられている。
【００２５】
図３に、図１のアンテナ装置の水平面上指向性を示す。図示のように、０°を含む側の半円に大きく偏った指向性が得られている。最大利得を基準に−３ｄＢとなる角度を見ると、±８０°である。即ち、１６０°の指向角が得られている。
【００２６】
図３の特性を持つ図１のアンテナ装置を図１１のような設置環境に設置すると、水平面上指向性は破線９７のようになり、建物９６側に被さるサービスエリアを少なくし、道路９１の長手方向を重点的にサービスエリアに含めることができる。この破線９７の特性は、特許文献２のように無指向性の特性形状を一方向にシフトさせたような特性に比べ、移動局が存在し得ないエリアに届く電力が少ない。即ち、無駄が少ない。
【００２７】
図１のアンテナ装置１は従来からある無指向性の基板型アンテナの寸法要素をわざと逸脱させて図２の楕円形指向性が得られる寸法要素とし、その上で基板２に対し水平面上で９０°の傾斜角を持たせて反射板６を設置したので、特許文献２のように無指向性の基板型アンテナに反射板を付加しても得られない図３の特性を実現することができた。
【００２８】
なお、反射板６は、基板２のエッジに接してもよいし、基板２のエッジから適宜に離して設置してもよい。アンテナ素子５から反射板６までの距離は、図３の指向性が良好に得られるように調整するとよい。反射板６のｙ軸方向の幅は、図３の指向性が良好に得られるように調整するとよい。反射板６のｚ軸方向の長さは基板２のｚ軸方向の長さとほぼ同等にする。なお、図１では、アンテナ素子５をｚ軸方向に４段だけ示したが実際には４段より多段あるいは少段に設けてもよい。
【００２９】
次に、他の実施形態を説明する。
【００３０】
図４（ａ）、図４（ｂ）に示されるように、アンテナ装置１は、基板２に対し水平面上で０°の傾斜角を持たせて反射板６が設置されている。即ち、基板２がｙ軸に沿っているとすると反射板６はｙ軸に平行に設けられている。基板２は、図１に示したのと同じであり、水平面上で０°及び±１８０°（図４のｙ軸方向）の利得に対して±９０°（図４のｘ軸方向）の利得が３ｄＢ程度小さい楕円形指向性が得られる寸法要素を採用している。アンテナ素子５から反射板６までの距離は、図５の指向性が良好に得られるように調整するとよい。反射板６のｙ軸方向の幅は、図５の指向性が良好に得られるように調整するとよい。反射板６のｚ軸方向の長さは基板２のｚ軸方向の長さとほぼ同等にする。
【００３１】
図５に図４のアンテナ装置１の水平面上指向性を示す。図示のように、１２０°の指向角を持つ指向性が得られている。利得が最大となる０°の利得を基準に−３ｄＢとなる角度を見ると、±６０°である。即ち、１２０°の指向角が得られている。
【００３２】
図５のように水平面上指向性の指向角が小さい特性を持つ図４のアンテナ装置をそれぞれ方向を異ならせて複数同じ場所に設置することで、図１２（ｂ）あるいは図１２（ｃ）のようにサービスエリアを狭く分割することができる。
【００３３】
図６は図３と同様に、図１のアンテナ装置の水平面上指向性を示す。図３とは、反射板６がない状態での楕円形指向性が異なる。つまり基板２の長手方向に隣接する２本のアンテナ素子５の間隔を図２の特性が得られる間隔とは異ならせてある。図６に示すように、０°を含む側の半円に大きく偏った指向性が得られている。最大利得を基準に−３ｄＢとなる角度を見ると、±９０°である。即ち、１８０°の指向角が得られている。
【００３４】
次に、その他の様々の実施形態を説明する。
【００３５】
図７（ａ）、図７（ｂ）に示したアンテナ装置１は、基板２を複数設けたものである。それぞれの基板２は互いに平行であり、反射板６となす角度が同じである。これらの例のように基板型アンテナ１０を複数設置して水平面上で楕円形指向性が得られるようにしたところへ反射板６を設置すれば、図３、図５、図６或いはその他の所望した水平面上指向性を得ることができる。
【００３６】
このとき各基板型アンテナ１０がそれぞれ異なる電波を放射するように調整することにより、図７（ａ）、図７（ｂ）に示したアンテナ装置１は、１つのアンテナ装置１で複数の周波数に対応することが可能となる。
【００３７】
図８（ａ）〜図８（ｆ）に示したものは、１つの基板型アンテナ１０に対し反射板６を複数設けたものである。
【００３８】
各々の反射板６は、基板２に対して水平面上で様々の傾斜角を持たせて設置されている。図８（ａ）では、１枚の反射板６が基板２に対して９０°の傾斜角を有し、他の２の反射板６，６が基板２と平行にして上記１枚の反射板６の両端に接して設置されている。図８（ｂ）では、１枚の反射板６が基板２に対して９０°の傾斜角を有し、他の２の反射板６，６が基板２に対して±約３０°の傾斜角を有し、上記１枚の反射板６の両端に接して設置されている。図８（ｃ）では、２枚の反射板６が基板２に対して±約４５°の傾斜角で設置されている。図８  （ｄ）では、１枚の反射板６が基板２と平行に設置され、他の２の反射板６，６が基板２に対して９０°の傾斜角で上記１枚の反射板６の両端に接して設置されている。図８（ｅ）では、１枚の反射板６が基板２と平行に設置され、他の２の反射板６，６が基板２に対して±約６０°の傾斜角で上記１枚の反射板６の両端に接して設置されている。図８（ｆ）では、２枚の反射板６が基板２に対して±約４５°の傾斜角で設置されている。
【００３９】
図９に、図８（ｆ）のアンテナ装置１の水平面上指向性を示す。利得が最大となる０°の利得を基準に−３ｄＢとなる角度を見ると、±２５°である。即ち、５０°の指向角が得られている。このように反射板６の形状を変えることにより、指向角を容易に調整することができる。
【００４０】
図１０に示したアンテナ装置１１は、図１、図４などに示した反射板６を複数枚用い、これらの反射板６を互いに所定の交差角を持たせて水平面上で多角形を形成するように配置し、反射板６と同数の基板２をそれぞれの反射板６に対しそれぞれ同じ傾斜角を持たせて配置したものである。１対の基板２と反射板６による１セットのアンテナ装置１の水平面上指向性が狭い指向角を有するので、このようなアンテナ装置１を複数同じ場所に設置したアンテナ装置１１で図１２（ｂ）あるいは図１２（ｃ）のように各々のアンテナ装置１の指向性１０２によりサービスエリアを狭く分割する目的に好適である。
【００４１】
【発明の効果】
本発明は次の如き優れた効果を発揮する。
【００４２】
（１）所望の指向角が簡単な構成で得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示すアンテナ装置の外観図である。（ａ）は斜視図、（ｂ）はｚ軸方向から見た断面図である。
【図２】図１のアンテナ装置の基板単体による水平面指向性の特性図である。
【図３】図１のアンテナ装置の水平面指向性の特性図である。
【図４】本発明の他の実施形態を示すアンテナ装置の外観図である。（ａ）は斜視図、（ｂ）はｚ軸方向から見た断面図である。
【図５】図４のアンテナ装置の水平面指向性の特性図である。
【図６】図１のアンテナ装置の変形例の水平面指向性の特性図である。
【図７】（ａ）、（ｂ）は、それぞれ本発明の他の実施形態を示すアンテナ装置の外観図である。
【図８】（ａ）〜（ｆ）は、それぞれ本発明の他の実施形態を示すアンテナ装置の水平断面図である。
【図９】図８（ｆ）のアンテナ装置の水平面指向性の特性図である。
【図１０】（ａ）〜（ｄ）は、本発明の他の実施形態を示すアンテナ装置の水平断面図である。
【図１１】道路脇に基地局アンテナを設置した道路周辺の平面図である。
【図１２】１つの基地局アンテナ設置場所の周りに複数のサービスエリアを形成する様子を示した平面図である。
【符号の説明】
１，１１  アンテナ装置
２  基板
３，４  給電線
５  アンテナ素子
６  反射板
１０  基板型アンテナ
【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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【図１２】
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