(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
同一平面内において閉じた各辺が同じ長さの平面形状を形成するように組み合わせた３個以上の平面アンテナと、
これら各平面アンテナにおいて隣接する平面アンテナとの接合部に、隣接する前記平面アンテナに共通に、外部に突出して設けられた共通反射板とを、
具備し、前記各平面アンテナの出力は同相で合成され、前記共通反射板の外部への突出量は、受信信号の空間波長の約１／４である無指向性アンテナ。
【請求項２】
請求項１記載の無指向性アンテナにおいて、前記各平面アンテナが、前記平面に略垂直な方向に連続的に形成された放射素子を有している無指向性アンテナ。
【請求項３】
請求項１記載の無指向性アンテナにおいて、前記各平面アンテナは、前記閉じた平面形状を形成するように組み合わされた基板と、この基板の内側面に形成された反射板と、前記基板の外方に形成された平面状放射素子とを、具備している無指向性アンテナ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の平面アンテナを組み合わせて形成された無指向性アンテナに関する。
【０００２】
【従来の技術】
無指向性アンテナは、例えば携帯電話やＰＨＳ等の基地局アンテナとして使用されることがある。無指向性アンテナには、上述したように複数のアンテナを組み合わせて構成したものがある。例えば、反射板と放射素子とをそれぞれが備えた複数のアンテナを組み合わせたものがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このような無指向性アンテナでは、その利得が大きいことが望ましい。利得を高くするためには、各アンテナの面積を大きくする必要がある。即ち、１つのアンテナ素子のみを使用する場合、反射板を或る程度大きくする必要がある。複数のアンテナ素子を組み合わせて、無指向性アンテナを構成している場合、各アンテナの位相差が少ないことが望ましい。しかし、各アンテナを同一平面に配置し合成した場合、個々のアンテナに位相差が生じる。この傾向は、反射板が大きければ大きいほど、顕著になり、完全な無指向性が得られないという問題点があった。
【０００４】
本発明は、高利得で、かつ無指向性が良好なアンテナを得ることを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明による無指向性アンテナは、同一平面内において閉じた各辺が同じ長さの平面形状を形成するように組み合わせた３個以上の平面アンテナを有している。この平面形状は、例えば三角形、四角形等の多角形にすることができる。平面アンテナは、直線偏波用のものでも、円偏波用のものでもよい。平面アンテナは、反射板と、放射素子とを少なくとも備えているものにでき、放射素子は円形、矩形またはクランク型等の種々の形状とすることができる。各放射素子は、ビームの放射方向が非交差となるように、各基板に設けられている。これら各平面アンテナにおいて隣接する平面アンテナとの接合部に、隣接する前記平面アンテナに共通に、外部に突出して共通反射板が設けられている。この共通反射板は、前記平面にほぼ垂直に設けられている。前記各平面アンテナの出力は同相で合成され、前記共通反射板の外部への突出量は、受信信号の空間波長の約１/４である。
【０００６】
この無指向性アンテナによれば、共通反射板が、各アンテナ素子の両側に設けられているので、総合した反射板の面積が、共通反射板を設けていない場合よりも大きくなり、利得が向上する。しかも、隣接するアンテナに共通に反射板を設けているので、各アンテナの反射板を小さくでき、隣接アンテナの位相差が少なくなる。従って、無指向性のアンテナとすることができる。しかも、共通の反射板であるので、各アンテナごとに追加の反射板を設け、これら追加の反射板同士を結合する場合よりも、製造が容易である。なお、各共通反射板は、同一形状とすることが、位相差を小さくする上では望ましい。また、各反射板も同一形状とすることが望ましい。
【０００７】
前記各平面アンテナを、前記平面にほぼ垂直な方向に連続的に形成した少なくとも１つの放射素子を有するものとすることができる。この場合、各平面アンテナは、例えば基板とその一方の面に反射板を設け、他方の面に放射素子を設けたものを、前記平面にほぼ垂直な方向に連続的に設けることもできるし、或いは前記平面にほぼ垂直な方向に配置された長尺の基板の一方の面に反射板を設け、他方の面に、基板の長さ方向に沿って複数の放射素子を設けたものとすることもできる。いずれの場合でも、共通反射板も各平面アンテナに沿って、前記平面にほぼ垂直な方向に延長することができる。
【０００８】
このように構成した場合、放射素子の数を増加させることができるので、無指向性アンテナの利得を増加させることができる。
【００１０】
前記各平面アンテナは、前記閉じた平面形状を形成するように組み合わされた基板と、この基板の内側面に形成された反射板と、前記基板の外方に形成された平面状放射素子とを、具備するものとできる。
【００１１】
このように構成した場合、放射素子からの放射ビームは交差することがなく、かつ各共通反射板が互いに干渉することもない。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の第１の実施の形態の無指向性アンテナは、例えば２．６ＧＨｚ帯の電波を受信するためのもので、図１（ａ）に示すように複数の、例えば４つの平面アンテナ２ａ乃至２ｄを有している。各平面アンテナ２ａ乃至２ｄは、いずれも同一の形状及び大きさのものである。各平面アンテナ２ａ乃至２ｄは、同一の大きさの矩形、例えば正方形状の基板、例えば誘電体基板４ａ乃至４ｄを有している。これら誘電体基板４ａ乃至４ｄは、同図（ｂ）に示すようにそれらの一方の面全域に反射板６ａ乃至６ｄが形成されている。これら反射板６ａ乃至６ｄは、誘電体基板４ａ乃至４ｄに例えば導電金属メッキを施すことや導電金属薄膜を蒸着することによって形成することができる。これら誘電体基板４ａ乃至４ｄの他方の面には、導電金属製の放射素子８ａ乃至８ｄが形成されている。この実施の形態では、放射素子８ａ乃至８ｄは、円形のもので、それぞれ同一の大きさである。平面アンテナ２ａ乃至２ｄは、このように反射板６ａ乃至６ｄと、これらと一定の距離（誘電体基板の厚さ）だけ隔てて設けられた放射素子８ａ乃至８ｄとを有している。
【００１３】
このような平面アンテナ２ａ乃至２ｄは、或る平面内において閉じた平面形状、例えば正方形を形成するように組み合わされている。即ち、各平面アンテナ２ａ乃至２ｄは、上面と下面が開口された立方体の各面を形成するように、互いに９０度の角度をなすように、組み立てられている。この組み立てた状態において、各平面アンテナ２ａ乃至２ｄは、それらの反射板６ａ乃至６ｄが立方体の内面側に位置し、各放射素子８ａ乃至８ｄが外面側に位置している。このように構成することによって、各平面アンテナ２ａ乃至２ｄの放射ビームは、互いに交差しない。このように構成された各平面アンテナ２ａ乃至２ｄの各出力は、互いに等しい長さのケーブルで合成される。即ち、いずれの受信出力も、移相器による位相調整が行われずに、合成されている。
【００１４】
各平面アンテナ２ａ乃至２ｄにおいて、隣接する平面アンテナとの境界部、例えば各誘電体基板４ａ乃至４ｄが形成する正方形の各頂点位置には、共通反射板１０ａ乃至１０ｄが形成されている。これら共通反射板１０ａ乃至１０ｄは、その長辺の寸法が、誘電体基板４ａ乃至４ｄの一辺の長さにほぼ等しい長方形状に形成されている。これら共通反射板１０ａ乃至１０ｄは、それぞれの長辺が各誘電体基板４ａ乃至４ｄの接合部に一致させて、かつそれぞれの短辺が外方に向かって突出させて、取り付けられている。図１（ｂ）から明らかなように、各共通反射板１０ａ乃至１０ｄは、それらの両側に位置する２つの誘電体基板とそれぞれ等しい角度をなしている。各共通反射板１０ａ乃至１０ｄの短辺は、いずれも等しい長さを有している。これら共通反射板１０ａ乃至１０ｄは、外方に向けて、放射状に設けられているので、互いに物理的に干渉することはない。これら共通反射板１０ａ乃至１０ｄは、誘電体基板４ａ乃至４ｄが形成している正方形の中心を通る直線に対して対称に形成されている。
【００１５】
これら各共通反射板１０ａ乃至１０ｄの外方には、レドーム１２が、各平面アンテナ２ａ乃至２ｄを包囲するように配置されている。このレドーム１２は、例えば円筒形に形成されており、その内周面に各共通反射板１０ａ乃至１０ｄが結合されている。このようにして、各共通反射板１０ａ乃至１０ｄがレドーム１２を支持している。従って、保持具を別途各誘電体基板４ａ乃至４ｄに設ける必要はなく、これら共通反射板１０ａ乃至１０ｄをレドーム１２の位置決めとして使用できるので、各平面アンテナの特性に影響を与えることもない。
【００１６】
図２は、反射板６ａ乃至６ｄの寸法Ｄを０．７λ０（λ０は、これら平面アンテナ２ａ乃至２ｄの受信信号の自由空間波長）とした場合に、各共通反射板１０ａ乃至１０ｄの短辺の寸法ｄを、０（共通反射板なし）、０．０９λ０、０．１８λ０、０．２６λ０とした場合それぞれの合成指向特性を示し、図３は、寸法Ｄを０．８λ０とし、寸法ｄを０、０．０９λ０、０．１８λ０、０．２６λ０とした場合それぞれの合成指向特性を示し、図４は寸法Ｄを、０．９λ０とした場合に、寸法ｄを、０、０．０９λ０、０．１８λ０、０．２６λ０とした場合それぞれの合成指向特性を示している。
【００１７】
これら各図から、共通反射板１０ａ乃至１０ｄを設けることによって、合成指向特性が無指向性に近づくことが分かる。即ち、寸法Ｄが一定の場合、寸法ｄを大きくすることにより、無指向性に徐々に近づき、ｄが０．２６λｏ（約λｏ／４）のときに、ｄ＝０からｄ＝０．２６λｏまでの間で最も無指向性に近い合成指向特性が得られる。また、利得も、Ｄ＝０．８λｏで、かつｄ＝０の場合と、Ｄ＝０．７λｏで、ｄ＝０．０９λｏの場合とが同程度であり、Ｄ＝０．９λｏで、ｄ＝０の場合と、Ｄ＝０．８λｏで、ｄ＝０．０９λｏの場合とが同程度である。一般に、Ｄが大きいほど利得が大きくなるので、Ｄが大きくて共通反射板を設けていない場合と同程度の利得が、Ｄが小さい状態でも得られると言うことは、共通反射板１０ａ乃至１０ｄを設けることによって、利得が増加していることを示している。このように、同一平面上で、複数のアンテナを合成する場合、反射板６ａ乃至６ｄを大きくすることなしに、高利得で、無指向性の合成パターンを得ることができる。
【００１８】
一般に、無指向性アンテナは、例えば建物の屋上等に設けられ、移動体通信用のアンテナとして使用されることがある。建物の屋上等に取り付けられる無指向性アンテナでは、風圧を受けにくい小型のものであることが望ましい。この無指向性アンテナは、小型にできるので、このような用途に適したものとなる。
【００１９】
図５に第２の実施の形態の無指向性アンテナを示す。この実施の形態の無指向性アンテナは、誘電体基板４ａ乃至４ｄが長尺のものである。即ち、誘電体基板４ａ乃至４ｄは、これらによって形成された平面に対してほぼ直交する方向に長い長方形状のものである。この長辺方向に沿って一列に複数の放射素子８ａ乃至８ｄが、各誘電体基板４ａ乃至４ｄの外方面に形成されている。無論、各放射素子８ａ乃至８ｄは、同一の大きさ及び形状のものである。各誘電体基板の裏面側全域には、反射板６ａ乃至６ｄが形成されている。共通反射板１０ａ乃至１０ｄの長辺も各誘電体基板４ａ乃至４ｄの長さに等しい長さを有している。
【００２０】
このように構成しているので、放射素子８ａ乃至８ｄの数を図１の無指向性アンテナよりも多くでき、よって合成利得を、図１の無指向性アンテナよりも向上させることができる。この無指向性アンテナにおいても、図１の無指向性アンテナと同様に、円筒状のレドームを設け、このレドームを各共通反射板によって支持することもできる。また、図１に示した無指向性アンテナを前記閉じた平面にほぼ垂直な方向に多数積層することによって、図１に示した１素子の無指向性アンテナよりも合成利得が向上した無指向性アンテナを得ることができる。この場合も、図５に示したものと同様に、閉じた平面形状を構成している４つの平面アンテナからなる複数の合成アンテナに対して共通に合計４つの共通反射板を設けることもできる。
【００２１】
図６に第３の実施の形態の無指向性アンテナを示す。この無指向性アンテナは、３つの平面アンテナ２ａ乃至２ｃを用い、閉じた平面形状がほぼ正三角形となるように構成した以外、第１の実施の形態の無指向性アンテナと同様に構成されている。同等部分には同一符号を付して、その説明を省略する。
【００２２】
図１の無指向性アンテナに使用した同じ大きさ及び形状の平面アンテナを使用して図６の無指向性アンテナを構成した場合、図１の無指向性アンテナよりも、更に小型化することができる。
【００２３】
上記の実施の形態では、閉じた平面形状として、正方形や正三角形を示したが、他の形状、例えば正六角形や正八角形等の正多角形とすることもできる。また、閉じた平面形状を正多角形とするため、各誘電体基板は、同一の大きさ及び形状としたが、閉じた平面形状が正多角形でなくてもよい場合、異なった大きさや形状の誘電体基板を使用することもできる。また、上記の各実施の形態では、放射素子として、円形のものを使用したが、矩形のものやクランク型のもの等、種々の形式のものを使用することもできるし、直線偏波用でも円偏波用でもよい。
【００２４】
【発明の効果】
以上のように、本発明による無指向性アンテナでは、共通の反射板を設けることによって、高利得でかつ無指向性が良好なアンテナを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態による無指向性アンテナの斜視図及び平面図である。
【図２】図１の無指向性アンテナの反射板の寸法を０．７λ０とした場合における共通反射板の寸法を０から０．２６λ０まで変化させた場合の総合指向特性図である。
【図３】図１の無指向性アンテナの反射板の寸法を０．８λ０とした場合における共通反射板の寸法を０から０．２６λ０まで変化させた場合の総合指向特性図である。
【図４】図１の無指向性アンテナの反射板の寸法を０．９λ０とした場合における共通反射板の寸法を０から０．２６λ０まで変化させた場合の総合指向特性図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態による無指向性アンテナの斜視図である。
【図６】本発明の第３の実施の形態による無指向性アンテナの平面図である。
【符号の説明】
２ａ乃至２ｄ  平面アンテナ
４ａ乃至４ｄ  誘電体基板
６ａ乃至６ｄ  反射板
８ａ乃至８ｄ  放射素子
１０ａ乃至１０ｄ  共通反射板
【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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