(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体基板に偏波ダイバーシチ機能を有し指向性を有するアンテナが形成され、３面の前記アンテナが起立されて３方向に向かせて配置され、１入力３出力の分配器よりそれぞれのアンテナに給電されることにより、合成された指向性が水平無指向性となるようにされた偏波ダイバーシチ無指向性アンテナであって、
前記誘電体基板に直線スロットが斜めに直交した形状のスロットが設けられ、
前記スロットに対向し、前記スロットから放射される電波を受ける位置に、前記誘電体基板に対して平行になるように、前記スロットが励振されると指向性ビームを放射するパッチが設けられ、
前記パッチの仮想延長面が他の前記パッチの仮想延長面と交差する方向における前記パッチの両側の前記パッチから所定の距離離れた位置に、一辺が前記誘導体基板に接すると共に前記誘電体基板に対して垂直になるように寄生素子が設けられ、
前記３面のアンテナの中心から各アンテナまでの距離が０．３λ0（λ0：真空中の伝搬波長）以下とされ、各アンテナの水平面におけるビーム半値幅が７０°〜８０°とされたことを特徴とする偏波ダイバーシチ無指向性アンテナ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、偏波ダイバーシチ機能を持った直交斜め偏波を放射する水平面内無指向性アンテナに係り、特に、耐振動性に優れ、無指向性の調整が容易な偏波ダイバーシチ無指向性アンテナに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＰＨＳや携帯電話などの移動体通信の基地局アンテナに要求される放射特性は、設置場所やカバーエリア等の条件によって様々であるが、水平面内において無指向性であることが要求されることが特に多い。
【０００３】
水平面内無指向性アンテナの多くは、スリーブアンテナであり、その利得が単一型（一段構成）のもので２．１４ｄＢｉ程度である。また、ユーザの要求に応じて数段或いは十数段に多段化された構成のものもあり、その利得は段数に応じて高利得となってくる。
【０００４】
ところが、実際には、偏波ダイバーシチ機能を持った直交斜め偏波を放射する水平面内無指向性アンテナが要求されることがある。図９に、従来の偏波ダイバーシチ無指向性アンテナを示す。従来の偏波ダイバーシチ無指向性アンテナは、誘電体基板の片面側にパッチ５ａ、パッチ５ａに繋がるマイクロストリップ線路４ａ，４ｂ、パッチ５ａの裏面に位置し斜めに直交した形状のスロット３を設け、その誘電体基板の反対面側にパッチ５ｂを設け、この誘電体基板に、この誘電体基板を固定するためのシャシ２を取り付けた構造となっている。この構造により、マイクロストリップ線路４ａ，４ｂから給電した電力でパッチ５ａに直交斜め偏波を励振し、パッチ５ａからビーム半値幅の広い指向性ビームを放射する。一方、パッチ５ａに給電した電力の一部をスロット３により取り出し、反対面側のパッチ５ｂからも同じようにビーム半値幅の広い指向性ビームを放射する。パッチ５ａ及びパッチ５ｂから放射された電波は、空間中で合成され、無指向性ビームとなる。高利得とする場合は、この構成のアンテナを多段化する。また、このアンテナを運用する際、防水等の対環境性の問題から、図８のようにアンテナをレドーム（カバー）１０に収容すると共に、基地局の鉄塔に固定するために台座１１を取り付ける。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、水平面内無指向性アンテナを基地局の鉄塔へ取り付ける場合、電波の放射の妨害とならないように、アンテナの下側だけで固定する必要がある。下側だけで固定したアンテナは、アンテナ裏面の複数箇所で鉄塔に固定することが可能な指向性アンテナと比較して構造物としての固有振動数が低くなり、比較的風速の小さい風でもカルマン渦によりアンテナが共振してしまう。しかも、従来の偏波ダイバーシチ無指向性アンテナでは、誘電体基板を取り付けるシャシ２が平板的で起立した構造であるため、誘電体基板の面に直角な荷重に対して非常に弱いという問題がある。
【０００６】
また、レドーム１０の材質を変更した場合、片側面のビーム半値幅が変化するため、無指向性でなくなる可能性がある。従来の偏波ダイバーシチ無指向性アンテナでは、無指向性を回復するためには、誘電体基板やパッチ５ａ，５ｂの寸法を変更する必要がある。このため、再設計に非常に時間がかかるという問題がある。
【０００７】
また、従来の偏波ダイバーシチ無指向性アンテナは、片面における指向性が主ビームを軸に完全に対称というわけではない。このため両側面について合成した指向性では角度による強度差が大きくなる。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、耐振動性に優れ、無指向性の調整が容易な偏波ダイバーシチ無指向性アンテナを提供することにある。
【０００９】
【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における偏波ダイバーシチ無指向性アンテナは、誘電体基板に偏波ダイバーシチ機能を有し指向性を有するアンテナが形成され、３面の前記アンテナが起立されて３方向に向かせて配置され、１入力３出力の分配器よりそれぞれのアンテナに給電されることにより、合成された指向性が水平無指向性となるようにされた偏波ダイバーシチ無指向性アンテナであって、前記誘電体基板に直線スロットが斜めに直交した形状のスロットが設けられ、前記スロットに対向し、前記スロットから放射される電波を受ける位置に、前記誘電体基板に対して平行になるように、前記スロットが励振されると指向性ビームを放射するパッチが設けられ、前記パッチの仮想延長面が他の前記パッチの仮想延長面と交差する方向における前記パッチの両側の前記パッチから所定の距離離れた位置に、一辺が前記誘導体基板に接すると共に前記誘電体基板に対して垂直になるように寄生素子が設けられ、前記３面のアンテナの中心から各アンテナまでの距離が０．３λ0（λ0：真空中の伝搬波長）以下とされ、各アンテナの水平面におけるビーム半値幅が７０°〜８０°とされた偏波ダイバーシチ無指向性アンテナである。
【００１３】
【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。
【００１４】
図１に示されるように、本発明に係る偏波ダイバーシチ無指向性アンテナは、誘電体基板で構成された３面のアンテナ１ａ，１ｂ，１ｃを起立させて３方向に向かせて配置したものであり、各面の側辺同士が互いに接することにより、全体として三角柱状を呈する。シャシ２も同様に３面の板状部材で三角柱状に形成し、各面にアンテナ１ａ，１ｂ，１ｃを取り付けてある。
【００１５】
各アンテナ１ａ，１ｂ，１ｃは、誘電体基板に、直線スロットが斜めに直交した形状のスロット３及びスロット３に沿わせたマイクロストリップ線路４ａ，４ｂを形成し、スロット３の上にパッチ（放射パッチとも言う）５ａを設け、そのパッチ５ａの両側に、誘電体基板に対して垂直に設置した寄生素子６ａ，６ｂを設けたものである。寄生素子６ａ，６ｂは矩形の板状に形成され、パッチ５ａから所定の距離のところに、一辺を誘電体基板に接し、寄生素子６ａ，６ｂの面が誘電体基板に垂直になるよう設置される。誘電体基板に直交する辺の長さを寄生素子６ａ，６ｂの高さｈと呼ぶ。
【００１６】
図２にアンテナ１ａの正面を示す。また、図３に図１の偏波ダイバーシチ無指向性アンテナの上面を示す。図示のように、パッチ５ａはアンテナ１ａの誘電体基板から所定の距離離して誘電体基板に平行に設けられ、寄生素子６ａ，６ｂはパッチ５ａの左右各辺に平行で、誘電体基板には垂直に設けられる。
【００１７】
偏波ダイバーシチ無指向性アンテナは、３分配器７ａ，７ｂよりそれぞれのアンテナ１ａ，１ｂ，１ｃに給電するよう構成されている。
【００１８】
ここでは、マイクロストリップ線路４ａにより＋４５°偏波を、マイクロストリップ線路４ｂにより−４５°偏波を給電する。マイクロストリップ線路４ａ，４ｂが互いに交差する部分は一方、例えば、マイクロストリップ線路４ｂをスルーホール９により誘電体基板の裏側に抜けさせて形成している。３分配器７ａ，７ｂは、入力した電力を同相、等分配比で３分する回路である。３分配器７ａ，７ｂは、入力端子が１つ、出力端子が３つあり、各入力端子が図外の＋４５°偏波源、−４５°偏波源に接続され、各出力端子が接続ケーブル８ａ〜８ｆによりアンテナ１ａ，１ｂ，１ｃのマイクロストリップ線路４ａ，４ｂに接続される。
【００１９】
上記の構成において、マイクロストリップ線路４ａ，４ｂに電力を供給すると、スロット３が励振されて、パッチ５ａより指向性ビームが放射される。アンテナ１ａ，１ｂ，１ｃを上から見て正三角形に配置し、この正三角形の中心（これをアンテナの中心という）から各アンテナ１ａ，１ｂ，１ｃまでの距離を、使用周波数の真空中の伝搬波長がλ0 とすると、０．３λ0 以下とする。さらに、各アンテナ１ａ，１ｂ，１ｃの水平面におけるビーム半値幅を７０°〜８０°とする。これにより、各ビームの合成指向性が水平無指向性となる。
【００２０】
尚、アンテナの中心から各アンテナ１ａ，１ｂ，１ｃまでの距離が０．３λ0 より大きくなると、合成指向性の谷における放射強度が小さくなり、無指向性でなくなる。また、ビーム半値幅が７０°より狭くなると、各アンテナ１ａ，１ｂ，１ｃの側辺の方向で放射強度が小さくなり、逆にビーム半値幅が８０°より広くなると、各アンテナ１ａ，１ｂ，１ｃの側辺の方向で放射強度が大きくなるので、どちらの場合でも、無指向性でなくなる。
【００２１】
以上のようにして本発明に係る偏波ダイバーシチ無指向性アンテナは水平無指向性を実現することができる。
【００２２】
また、構造物としての強度に着目すると、本発明に係る偏波ダイバーシチ無指向性アンテナは、各アンテナ１ａ，１ｂ，１ｃが３方向に向かせて配置されるので、シャシ２を３面の板状部材で三角柱状に形成することができる。この三角構造により振動に対する堅牢性が増す。
【００２３】
次に、アンテナの設置環境により、レドームの材質等を変更すると、個々のアンテナ１ａ，１ｂ，１ｃの水平ビーム半値幅が変化し、合成した指向性が無指向性にならないときがある。そこで、本発明では、個々のアンテナ１ａ，１ｂ，１ｃの水平ビーム半値幅を寄生素子６ａ，６ｂの高さｈにより制御する。このように、寄生素子６ａ，６ｂの高さｈによって個々のアンテナ１ａ，１ｂ，１ｃの水平ビーム半値幅をを変えることで合成した指向性を無指向性にすることができるので、設計変更が容易である。
【００２４】
高利得とする場合は、本発明の構成のアンテナを多段化するとよい。
【００２５】
ところで、一般に斜め偏波のアンテナの指向性は、主ビームを軸に完全に対称というわけではなく、放射強度の小さい部分で左右に強度差がある。図４に示した＋４５°偏波の指向性の例では、−９０°（左）における強度が＋９０°（右）における強度より大きい。図示しないが、反対の偏波（この場合は−４５°偏波）では左右の強度差が逆になり、左における強度が小さくなる。この結果、３面のアンテナ１ａ，１ｂ，１ｃの合成指向性は、図５に示したように、アンテナ正面の左右で強度差が生じる。
【００２６】
そこで、本発明では、寄生素子の形状を変えることにより、アンテナの指向性の対称性を調整する。具体的には、放射強度が小さい側の寄生素子６ａ，６ｂの一部で高さｈを高くする。図４のように＋４５°偏波において右側の強度が小さい場合、図６に示す実施形態のように、右側の寄生素子６ａは下辺より上辺が長いカギ型に形成する。このようにして右側の寄生素子６ａの上部分の高さｈを高くする。すると、寄生素子６ａの右側のビームが広がり、結果として対称性のあるビームになる。その結果、図５のような強度差が解消され、図７に示されるように強度差が小さく優れた無指向性が実現できる。
【００２７】
−４５°偏波においても、アンテナの左における強度が小さいので、寄生素子６ｂの一部で高さｈを高くする必要がある。このとき、高さｈを高くした寄生素子６ｂの上部分をスロット３の＋４５°偏波を放射する箇所から離すことにより、＋４５°偏波の指向性への影響をなくする。
【００２８】
このように、図６の偏波ダイバーシチ無指向性アンテナは、寄生素子６ａにより＋４５°偏波の右側のビームが広がり、寄生素子６ｂにより−４５°偏波の左側のビームが広がる。
【００２９】
【発明の効果】
本発明は次の如き優れた効果を発揮する。
【００３０】
（１）各アンテナが３方向に向かせて配置されるので、シャシを三角柱状に形成して対振動性を向上させることができる。
【００３１】
（２）レドームを材質変更したときでも、寄生素子の高さによりビーム半値幅を制御できるため、設計変更が容易である。
【００３２】
（３）寄生素子の形状により個々のアンテナの指向性の非対称性を改善して合成指向性の強度差を小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す偏波ダイバーシチ無指向性アンテナの斜視図である。
【図２】図１の偏波ダイバーシチ無指向性アンテナの正面図である。
【図３】図１の偏波ダイバーシチ無指向性アンテナの上面図である。
【図４】主ビームの左右で強度差がある場合のアンテナの指向性図である。
【図５】主ビームの左右で強度差があるアンテナを３面用いた場合の合成指向性を示した指向性図である。
【図６】本発明の他の実施形態を示す偏波ダイバーシチ無指向性アンテナの斜視図である。
【図７】図４の構成により主ビームの左右強度差を補償した場合の合成指向性を示した指向性図である。
【図８】基地局アンテナの据え付け構造図である。
【図９】従来の偏波ダイバーシチ無指向性アンテナの斜視図である。
【符号の説明】
１ａ，１ｂ，１ｃ  アンテナ
２  シャシ
３  スロット
４ａ，４ｂ  マイクロストリップ線路
５ａ  パッチ
６ａ，６ｂ  寄生素子
７ａ，７ｂ  ３分配器
【図１】
0004300724.tif 000002
【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】
0004300724.tif 000007
【図７】
0004300724.tif 000008
【図８】
0004300724.tif 000009
【図９】
0004300724.tif 000010