(57)【要約】【課題】  上方アンテナへの給電路が下方アンテナの邪魔にならず、両アンテナ間の相互結合が小さく、アレイ素子への接続線が必要ない偏波共用或いは周波数共用の組合せアンテナの提供。【解決手段】  上方アンテナは壁面にスロットを設けた導波管スロットアンテナ１とし、下方から給電導波管で給電し、この給電導波管６を両広壁面から挟むようにして他の導波管を、その広壁面を管軸方向が揃うように沿わせ、挟んだ両導波管の外側広壁面には管軸方向に長いスロットを複数箇所設けて水平偏波オムニ導波管スロットアンテナを形成する。他の構成として給電導波管の片側狭壁面に他の導波管の狭壁面を面接合し、その両広壁面に管軸方向に長いスロットを設けて水平偏波オムニ導波管スロットアンテナを形成する。【選択図】        図１
2007059959.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
長手方向を垂直にした場合、上方に位置するアンテナへの給電矩形導波管部分の両側広壁面それぞれに、他の矩形導波管がその広壁面を管軸方向を揃えて沿っており、該両側矩形導波管の外側広壁面には管軸方向に長いスロットが互いに鏡像対称で対向する位置関係で複数個設けられて水平偏波オムニアンテナを形成していることを特徴とする組合せアンテナ。
【請求項２】
長手方向を垂直にした場合、上方に位置するアンテナへの給電矩形導波管部分の両側広壁面それぞれに、他の矩形導波管がその広壁面を管軸方向を揃えて沿っており、該両側矩形導波管の広壁面および狭壁面には管軸方向に長いスロットが管軸方向軸に関して対称な位置関係で複数個設けられて水平偏波オムニアンテナを形成していることを特徴とする組合せアンテナ。
【請求項３】
長手方向を垂直にした場合、上方に位置するアンテナへの給電矩形導波管の片側狭壁面に、他の矩形導波管の狭壁面が管軸方向を揃えて沿っており、該矩形導波管の両側広壁面には、管軸方向に長いスロットが互いに鏡像対称で対向する位置関係で複数個設けられて水平偏波オムニアンテナを形成していることを特徴とする組合せアンテナ。
【請求項４】
前記上方に位置するアンテナが矩形導波管両側狭壁面上の管軸方向上同じ位置に長手方向が管軸方向に対して一方側に傾斜したスロットと反対側に傾斜したスロットが管軸方向に沿って交互に配列され両狭壁面間で向き合うスロット同士の傾きは同じで導波管内に誘電体が充填された垂直偏波オムニ導波管スロットアンテナであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の組合せアンテナ。
【請求項５】
前記上方に位置するアンテナが、矩形導波管両側狭壁面上の管軸方向上同じ位置に長手方向が管軸方向に対して一方側に傾斜したスロットと反対側に傾斜したスロットが管軸方向に沿って交互に配列され両狭壁面間で向き合うスロット同士の傾きは同じで、導波管広壁面中央に遮蔽板が立設されている垂直偏波オムニ導波管スロットアンテナであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の組合せアンテナ。
【請求項６】
垂直偏波オムニ導波管スロットアンテナの導波管内に誘電体が充填されていることを特徴とする請求項５記載の組合せアンテナ。
【請求項７】
前記上方に位置するアンテナがバイコニカルホールアンテナであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の組合せアンテナ。
【請求項８】
上方に位置するアンテナが、その給電矩形導波管部分に位置する水平偏波オムニアンテナと周波数帯が異なる水平偏波オムニアンテナであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の組合せアンテナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロ波帯、ミリ波帯で用いられる導波管スロットアレイアンテナの技術分野に属する。
【背景技術】
【０００２】
ＦＷＡ（Fixed Wireless Access System）や携帯端末の基地局用アンテナとして、垂直および水平の両偏波で水平面内無指向性（オムニ指向性）のアンテナが用いられている。また、電波の有効利用の観点から垂直・水平両偏波を１つの基地局で共用することが求められている。
【０００３】
このような要求を満たす偏波共用アンテナとして、１つの垂直支柱構造上に水平偏波素子と垂直偏波素子を高さ方向に交互に隣接させて配置して、両偏波でオムニ指向性を得る直交偏波共用アレイアンテナが提案、報告されている（例えば特許文献１、２、非特許文献１、２参照）。
【特許文献１】特開２０００−１９６３５２号公報（図１）
【特許文献２】特開２００４−１０４６８２号公報（図１）
【非特許文献１】久我宣裕、松下裕一郎、厚みのある矩形地導体に設置された２面合成直交偏波オムニ指向性アンテナ、２００５年電子情報通信学会総合大会論文集、電子情報通信学会、２００５年３月７日、Ｐ．９０
【非特許文献２】木村孝志他５名、無指向性偏波ダイバーシティアンテナ、１９９８年電子情報通信学会通信ソサイエティ大会論文集、電子情報通信学会、１９９８年９月７日、Ｐ．１１３
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記提案、報告されている直交偏波共用アレイアンテナにおいては、いずれも、両偏波の素子が隣接交互に配置されているため両偏波間の相互結合が大きくアイソレーションが低いこと、いずれのアンテナにおいてもアレイ素子の構造が複雑であること、さらに各アレイ素子への給電接続を行わなければならず、そのために垂直支柱内にアレイ素子の数だけの給電ケーブルを設けるか或いは偏波ごとの給電線路から各素子へ分岐給電しなければならず、前者の場合には垂直支柱内スペースの制約の問題があり、後者の場合には製造工程に工数を要するという問題がある。
【０００５】
本発明は、上記従来の直交偏波共用アンテナの問題点に鑑みて、上方のアンテナへの給電構造が下方のアンテナへ悪影響を与えず、両偏波間の相互結合が小さくでき、アレイ素子の構造が簡単で且つアレイ素子への給電線による接続の必要のない導波管スロットアレイアンテナを用いた直交偏波共用の組合せオムニアンテナを提供し、更には周波数帯の異なる２つの水平偏波オムニアンテナの組合せアンテナを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上記の課題を解決するため、以下の各手段構成を有する。
本発明の第１の構成は、長手方向を垂直にした場合、上方に位置するアンテナへの給電矩形導波管部分の両側広壁面それぞれに、他の矩形導波管がその広壁面を管軸方向を揃えて沿っており、該両側矩形導波管の外側広壁面には管軸方向に長いスロットが互いに鏡像対称で対向する位置関係で複数個設けられて水平偏波オムニアンテナを形成していることを特徴とする組合せアンテナである。
【０００７】
本発明の第２の構成は、長手方向を垂直にした場合、上方に位置するアンテナへの給電矩形導波管部分の両側広壁面それぞれに、他の矩形導波管がその広壁面を管軸方向を揃えて沿っており、該両側矩形導波管の広壁面および狭壁面には管軸方向に長いスロットが管軸方向軸に関して対称な位置関係で複数個設けられて水平偏波オムニアンテナを形成していることを特徴とする組合せアンテナである。
【０００８】
本発明の第３の構成は、長手方向を垂直にした場合、上方に位置するアンテナへの給電矩形導波管の片側狭壁面に、他の矩形導波管の狭壁面が管軸方向を揃えて沿っており、該矩形導波管の両側広壁面には、管軸方向に長いスロットが互いに鏡像対称で対向する位置関係で複数個設けられて水平偏波オムニアンテナを形成していることを特徴とする組合せアンテナである。
【０００９】
本発明の第４の構成は、前記第１〜第３の構成のいずれか１つの構成において、前記上方に位置するアンテナが矩形導波管両側狭壁面上の管軸方向上同じ位置に長手方向が管軸方向に対して一方側に傾斜したスロットと反対側に傾斜したスロットが管軸方向に沿って交互に配列され両狭壁面間で向き合うスロット同士の傾きは同じで導波管内に誘電体が充填された垂直偏波オムニ導波管スロットアンテナであることを特徴とする組合せアンテナである。
【００１０】
本発明の第５の構成は、前記第１〜第３の構成のいずれか１つの構成において、前記上方に位置するアンテナが、矩形導波管両側狭壁面上の管軸方向上同じ位置に長手方向が管軸方向に対して一方側に傾斜したスロットと反対側に傾斜したスロットが管軸方向に沿って交互に配列され両狭壁面間で向き合うスロット同士の傾きは同じで、導波管広壁面中央に遮蔽板が立設されている垂直偏波オムニ導波管スロットアンテナであることを特徴とする組合せアンテナである。
【００１１】
本発明の第６の構成は、前記第５の構成において、垂直偏波オムニ導波管スロットアンテナの導波管内に誘電体が充填されていることを特徴とする組合せアンテナである。
【００１２】
本発明の第７の構成は、前記第１〜第３の構成のいずれか１つの構成において、前記上方に位置するアンテナがバイコニカルホールアンテナであることを特徴とする組合せアンテナである。
【００１３】
本発明の第８の構成は、前記第１〜第３の構成のいずれか１つの構成において、上方に位置するアンテナが、その給電矩形導波管部分に位置する水平偏波オムニアンテナと周波数帯が異なる水平偏波オムニアンテナであることを特徴とする組合せアンテナである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明第１の構成のように上方位置のアンテナへの給電導波管の両側の広壁面に広壁面合わせで導波管を設け、その導波管の外側広壁面に水平偏波スロットを切ると、３本の導波管の狭壁面幅の合計幅の狭壁面を有する導波管による水平偏波オムニアンテナと同様の放射特性が得られる。
このように上方位置のアンテナへの給電導波管の存在が下方位置のアンテナである水平偏波オムニアンテナに悪影響を与えないので、給電導波管を下方位置アンテナと離れた位置に設けるという必要がなく、また、導波管給電であるから、同軸ケーブルやストリップラインのように給電線路の張り回わしが複雑になることもない。
【００１５】
更に上方位置アンテナが導波管スロットアンテナの場合には、各スロットが放射素子となり、各スロットへの励振は導波管自体から行われるので、従来の偏波共用アンテナが複雑な構造の垂直偏波素子や水平偏波素子を有し、それらへ給電線を接続していたのに較べ非常に簡単な構造となる。
【００１６】
また、上方位置アンテナと下方位置アンテナの距離は、給電導波管の長さを長くすることにより離すことができるので、両アンテナ間のアイソレーションを充分にとることができるという利点がある。
【００１７】
第２の構成は、水平偏波用の導波管の狭壁面にもスロットを設けることにより、給電導波管の狭壁面の寸法も合わせて３本の導波管の狭壁面の合計幅の狭壁面になることにより生ずる水平面内指向性のリップルを改善できるという効果がある。
【００１８】
第３の構成は、給電導波管の狭壁面に水平偏波オムニ導波管スロットアンテナを接合したものであり、第１、第２の構成の利点を有する他、水平オムニアンテナの導波管が第１、第２の構成の片側分だけでよい。
【００１９】
ただ、広壁面方向の幅が左右非対称になるため、水平面放射パターンに対して影響するものの、狭壁面幅を小さくすることで水平面内の放射レベル変化を３ｄＢ以内の良好なオムニ指向性が維持できる。
【００２０】
第４〜第６の構成は、上方に位置するアンテナが垂直偏波オムニ導波管スロットアンテナとなっている構成である。
これにより、第１の構成で述べた利点を有する垂直偏波水平偏波共用アンテナが実現する。
【００２１】
第７の構成は、上方に位置するアンテナが垂直偏波のバイコニカルホーンアンテナとなっている構成である。
バイコニカルホーンアンテナは水平面全方位における構造自体が同じであるから、導波管スロットアンテナよりも更に優れたオムニ指向性を有することになる。
【００２２】
第８の構成は、周波数帯の異なる水平偏波オムニアンテナを上下に配置した構成となり、周波数共用アンテナが実現できる利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
偏波共用或いは周波数共用アンテナにおいて重要なことは、偏波間或いは周波数帯間の相互結合量を小さくすることである。
本発明の組合せアンテナでは、上方に位置するアンテナへの給電導波管を長くすることにより、上方のアンテナと下方のアンテナを離し相互結合量を小さくすることができるので、この距離を適切に選択することが最良の実施形態となる。
以下、本発明の組合せアンテナの実施例について述べる。
【実施例１】
【００２４】
図１は、上方位置に垂直偏波オムニ導波管スロットアンテナ（以下、単に垂直偏波オムニアンテナと言う）１と下方位置に水平偏波オムニ導波管スロットアンテナ（以下、単に水平偏波オムニアンテナと言う）２が配された偏波共用組合せアンテナの実施例の斜視図である。
基本構造は、水平偏波オムニアンテナ２が垂直偏波オムニアンテナ１への給電導波管６の広壁面を２つの水平偏波スロット導波管７で挟むように配置し、両側の水平偏波スロット導波管７の外側広壁面に複数の水平偏波スロット８が鏡像対称に切られていることである。これにより水平偏波で水平面内無指向性（オムニ指向性）のアンテナが実現できる。
なお、両側の２つの水平偏波スロット導波管７、７への給電は１つの励振源からの伝送信号を分岐手段により分岐し同相で給電される。
【００２５】
垂直偏波オムニアンテナ１は、矩形導波管の狭壁面に、傾斜が逆の垂直偏波スロット３が管軸方向に交互に配置され、これが左右の狭壁面で同じになっている。
このように、隣り合うスロットの傾斜が逆になっていることにより水平偏波は相殺されて垂直偏波のみが放射されることになる。また、左右の狭壁面のスロットが管軸方向の位置および傾斜が同じであることにより同相で励振されオムニ指向性に近づく水平面十字指向性が得られ、更に広壁面の中央に遮蔽板４を設けることにより、中間方向での両側狭壁面からの放射同士の相殺を抑えることによりオムニ指向性を得ている。
【００２６】
この他オムニ指向性を得る手段としては、垂直偏波スロット導波管５内に誘電体を充填し、管内波長を短くすることによって広壁面の幅を小さくして両狭壁面間の距離を小さくしてオムニ化を図ることが可能である。
更に、遮蔽板４を設けることと、誘電体の充填の両方を併用してオムニ化を図ることが可能である。
これらのことは、図２、図３の場合についても同様である。
【実施例２】
【００２７】
図２は、水平偏波スロット導波管７の広壁面と狭壁面の両方に水平偏波スロット８、９を設けたものである。
図１の場合には、水平偏波スロット導波管７が給電導波管６を挟んでいるために狭壁面の幅が大きくなった形になり、このため水平面指向性のリップルが大きくなるが、このリップルを小さくする手法として水平偏波スロット導波管７の狭壁面にも水平偏波スロット９を設けたものである。この場合の手前側水平偏波スロット導波管７のスロットと向う側の水平偏波スロット導波管７のスロットの位置関係は、図１のような鏡像対称ではなく、手前側の水平偏波スロット導波管７と同じものを広壁面のスロットが外側になるように１８０度回転させて給電導波管６の向う側へ持っていったときと同じ位置関係になっている。
【００２８】
即ち、水平偏波スロット８も同９も、管軸方向軸に関して対称な位置関係にある。このように、手前側の水平偏波スロット導波管７のスロットと、向う側の水平偏波スロット導波管のスロットは１８０度回転対称の位置にあるので、水平偏波スロット導波管７への給電は、逆相給電で行う。
このため、図示はされていないが、下方で１つの励振源からの伝送信号を逆相分岐手段により分岐して各水平偏波スロット導波管７へ給電することとなる。
【実施例３】
【００２９】
図３は本発明実施例３の斜視図である。
この例では、矩形導波管の両側広壁面に鏡像対称になるように水平偏波スロット１１を設けた水平偏波スロット導波管１０を水平偏波オムニアンテナとして給電導波管６の一方の狭壁面に沿わせている。
水平偏波スロット導波管１０にとっては片側隣に給電導波管６があるため非対称となり、これが放射パターンに対して影響はするが、狭壁面幅を小さくすることにより水平面内の放射レベル変化が３ｄＢ以内の良好なオムニ指向性が維持できる。
【００３０】
図４は、水平偏波オムニアンテナ単独の場合と、図３のように給電導波管６が隣接存在する場合の水平面指向性の計算結果の比較図である。
この図によれば、最大差は２ｄＢ強程度であることが分かる。なお、計算には有限要素法による電磁界シミュレータＨＦＳＳを用いた。
【００３１】
図５は、図２（挟み込み型）および図３（並列型）の場合について、上方の垂直偏波オムニ導波管スロットアンテナと、下方の水平偏波オムニ導波管スロットアンテナとの距離を直近スロット間の距離Ｌ（波長λ単位）で表し、この距離Ｌに対する両アンテナ間のアイソレーションを計算（有限要素法による電磁界シミュレータＨＦＳＳを用いた）した結果を示す図である。
【００３２】
この結果によれば、距離Ｌが１波長のときで−５５ｄＢ以下であり、距離を大きくして行くと相互結合量は小さくなり１０波長で約−７５ｄＢという結合量になり、いずれにしても非特許文献１において、交互配列の垂直偏波素子と水平偏波素子間の相互結合量が、−２０ｄＢ以下程度であるのに対して遥かに優れたアイソレーション特性を有していることが分かる。図１の構造の場合も図２の場合と殆ど変わらないと考えられる。
【実施例４】
【００３３】
以上の実施例１、２、３は上方に位置する垂直偏波オムニアンテナとして導波管スロットアンテナを用いた例であるが、これに代えて垂直偏波のバイコニカルホーンオムニアンテナを用いることもできる。
この場合、バイコニカルホーンアンテナへの最終給電部分は同軸型給電構造であるので、給電導波管をこの部分まで延ばして導波管同軸変換器を経て給電することとなる。
【実施例５】
【００３４】
以上の実施例では、いずれも、垂直偏波アンテナがオムニアンテナの場合であるが、上方に位置するアンテナへの給電を導波管で行うことにより、下方の水平偏波オムニアンテナに悪影響を及ぼさないという本願発明の主要効果に着目すれば、上方に位置するアンテナはオムニアンテナに限らず導波管で給電できるアンテナであれば広く各種のアンテナを組合せることができる。
例えば、水平指向性が８字型や十字型の垂直偏波導波管スロットアンテナを組合せたアンテナとすることもできる。
【実施例６】
【００３５】
以上の実施例ではいずれも、上方に位置するアンテナが垂直偏波で下方に位置するアンテナが水平偏波という偏波共用の組合せアンテナであるが、本発明は、偏波共用に限られるものではなく、上方に位置するアンテナも下方に位置するアンテナと同様に導波管給電による水平偏波オムニアンテナとし、ただ周波数帯の異なるものとする構成も含まれる。即ち、偏波共用ではなく水平偏波で異なる周波数共用の組合せアンテナということである。
これにより、１つのアンテナ構造体で２周波数の運用が可能になるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明組合せアンテナの実施例１の構造を示す斜視図である。
【図２】本発明組合せアンテナの実施例２の構造を示す斜視図である。
【図３】本発明組合せアンテナの実施例３の構造を示す斜視図である。
【図４】図３のうちの水平偏波オムニアンテナ単独の場合と図３のように給電導波管が隣接する場合の水平面指向性計算結果の比較グラフである。
【図５】図２（挟み込み型）と図３（並列型）の場合についてのアンテナ間距離Ｌに対する両アンテナ間のアイソレーション計算結果の比較グラフである。
【符号の説明】
【００３７】
１  垂直偏波オムニ導波管スロットアンテナ
２  水平偏波オムニ導波管スロットアンテナ
３  垂直偏波スロット
４  遮蔽板
５  垂直偏波スロット導波管
６  給電導波管
７  水平偏波スロット導波管
８  水平偏波スロット
９  水平偏波スロット
１０  水平偏波スロット導波管
１１  水平偏波スロット
【図１】
2007059959.tif 000003
【図２】
2007059959.tif 000004
【図３】
2007059959.tif 000005
【図４】
2007059959.tif 000006
【図５】
2007059959.tif 000007