(57)【要約】【課題】放射パターン特性のＦ／Ｂ比を改善し、水平面内で１００°以上の広域な半値幅を実現可能な基地局アンテナ装置を提供する。【解決手段】アンテナ装置１００は、長手方向の両端部に形成された高さ０．１〜０．２５λの側面部を備え０．５〜１．５λの幅を有する第１反射板１０と、長手方向の両端部に形成された高さ０．２５〜０．５λの側面部を備え１〜２λの幅を有する第２反射板２０と、第１反射板１０の長手方向の中心軸上に第１反射板１０から０．２〜０３λ離隔して配置されたアンテナ３０１と、第１反射板１０の長手方向の中心軸上に第１反射板１０から０．５〜１λ離隔して配置された無給電素子４０とを備える。第１反射板１０、第２反射板２０および無給電素子４０によりアンテナの指向性および放射パターンが制御され、良好なＦ／Ｂ比および広域な半値幅を実現することができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
長手方向の両端部に形成された高さ０．１乃至０．２５λの側面部を備え、０．５乃至１．５λの幅を有する方形の第１反射板と、
長手方向の両端部に形成された高さ０．２５乃至０．５λの側面部を備え、１乃至２λの幅を有する方形の第２反射板と、
前記第１反射板の長手方向の中心軸上に前記第１反射板から０．２乃至０．３λ離隔して配置されたアンテナエレメントと、
を備え、
前記第１反射板は、前記第２反射板の前記側面部と前記第１反射板の前記側面部との間に０．２５乃至０．５λの間隙が設けられるように前記第２反射板上に重ねて配置されることを特徴とするアンテナ装置。
【請求項２】
請求項１に記載のアンテナ装置において、
前記第１反射板と、前記第２反射板と、前記アンテナエレメントとを覆うレドームをさらに備えることを特徴とするアンテナ装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載のアンテナ装置において、
前記第１反射板の長手方向の中心軸上に前記第１反射板から０．５〜１λ離隔して配置された無給電素子をさらに備えることを特徴とするアンテナ装置。
【請求項４】
請求項３に記載のアンテナ装置において、
前記無給電素子は直径０．０５λ以下の円形棒状であることを特徴とするアンテナ装置。
【請求項５】
請求項３に記載のアンテナ装置において、
前記無給電素子は幅０．０５λ以下の平板形状であることを特徴とするアンテナ装置。
【請求項６】
請求項３乃至５のいずれかに記載のアンテナ装置において、
前記第２反射板と前記無給電素子とは前記レドームと一体に形成されることを特徴とするアンテナ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は無線機器用のアンテナ装置に係り、より詳細には移動体通信システムにおける基地局アンテナ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
移動体通信システムの基地局アンテナでは、指向性放射パターンを必要とするため、一般に、ダイポールアンテナやパッチアンテナを金属地板上に多素子配列してアレイアンテナとし、地板を反射板として利用することにより指向性を持たせるか、あるいは、半波長ダイポールアンテナを多段に積み重ねたコリニアアレイアンテナの近傍に棒状または板状の反射板を取り付けて指向性を持たせることが行われている。
【０００３】
また、あるセクタゾーンにおいて自セクタ以外の電波を端末器で受信すると、電波干渉により通信中の雑音や切断が生じたり、ハンドオーバ不満足等の通話品質の劣化が引き起こされたりすることから、セクタを構成する指向性基地局アンテナでは、Ｆ／Ｂ（Ｆｒｏｎｔ  ｔｏ  Ｂａｃｋ）比を改善し、自セクタ方向以外への放射パターンを極力低く抑えることが求められている。また、自身のセクタエリアを広範囲にカバーするには、基地局アンテナの放射パターンの半値幅をできるだけ広くすることが望ましい。
【０００４】
こうした状況に鑑み、例えば特許文献１および２に記載されているようなＦ／Ｂ比の改善を実現するアンテナ装置や、特許文献３および４に記載されているような半値幅の調整を実現するアンテナ装置が開発されている。
【特許文献１】特開２００２―１４１７４２号公報
【特許文献２】特開２００３−２６４４２６号公報
【特許文献３】特開２００３−３２０３１号公報
【特許文献４】特開２００７−１９６１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１には、既存のアンテナを取り換えることなく水平面内指向性の半値幅を調整することができる反射器付ダイポールアンテナ装置が記載されている。また、特許文献２には、小型でＦＢ比の大きい半波長ダイポールアンテナが記載されている。しかしながら、これらの技術を用いてＦ／Ｂ比の改善を図る場合、アンテナの地板が大型化したり、多数の部品が必要となり設計難易度が高くなってしまうという問題がある。
【０００６】
また、特許文献３には背面の利得を抑圧したダイポールアンテナ装置が、特許文献４には素子を多数配置した偏波共用のアンテナの水平偏波素子に最適なダイポールアンテナがそれぞれ記載されており、半値幅の調整が図られているが、これらの技術を用いて半値幅を広くすると、トレードオフの関係でＦ／Ｂ比が悪化してしまうという問題がある。
そこで、本発明は、Ｆ／Ｂ比の改善および広幅な放射パターン半値幅をともに実現することが可能であり、且つＦ／Ｂ比を改善した状態で放射パターン半値幅を変更可能とするアンテナ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この目的を達成するために本発明が提供するアンテナ装置は、長手方向の両端部に形成された高さ０．１乃至０．２５λの側面部を備え、０．５乃至１．５λの幅を有する方形の第１反射板と、長手方向の両端部に形成された高さ０．２５乃至０．５λの側面部を備え、１乃至２λの幅を有する方形の第２反射板と、第１反射板の長手方向の中心軸上に第１反射板から０．２乃至０．３λ離隔して配置されたアンテナエレメントと、を備え、第１反射板は、第２反射板の側面部と第１反射板の側面部との間に０．２５乃至０．５λの間隙が設けられるように前記第２反射板上に重ねて配置される。
【０００８】
このアンテナ装置は、第１反射板と、第２反射板と、アンテナエレメントとを覆うレドームをさらに備えてもよい。
また、このアンテナ装置は、第１反射板の長手方向の中心軸上に第１反射板から０．５〜１λ離隔して配置された無給電素子をさらに備えてもよい。
無給電素子は直径０．０５λ以下の円形棒状であってもよく、幅０．０５λ以下の平板形状であってもよい。
また、第２反射板と無給電素子とは、レドームと一体に形成されてもよい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明のアンテナ装置によれば、放射パターン特性のＦ／Ｂ比を改善するとともに、水平面内で１００°以上の広域な半値幅を実現することができる。また、水平面内半値幅を６０°〜１４０°の範囲内で自在に可変することができる上、ダイポールアンテナ、クロスダイポールアンテナ、パッチアンテナ等、使用するアンテナの種類にかかわらず同様の効果を得ることが可能である。
さらに、本発明のアンテナ装置は、従来の同様のアンテナ装置と比較して設計自由度が高く、用途に合わせて電気特性のチューニングを容易に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。
図１（ａ）に示すのは、本発明の第一の実施例によるアンテナ装置の概略図である。図示するように、アンテナ装置１００は、金属からなる第１反射板１０および第２反射板２０と、ダイポールアンテナ３０１と、無給電素子４０とを備えて構成される。第１反射板１０および第２反射板２０には、それぞれ両端が折り曲げられて側面部が形成されている。
【００１１】
ここで、アンテナ装置１００の各部の寸法は、使用周波数の電気長で、第１反射板１０の幅Ｗ１が０．５〜１．５λ、第２反射板２０の幅Ｗ２が１〜２λ、第１反射板１０の側面部の高さＨ１が０．１〜０．２５λ、第２反射板２０の側面部の高さＨ２が０．２５〜０．５λ、第１反射板１０と第２反射板２０との側面部の間の距離Ｄが０．２５〜０．５λ、第１反射板１０とダイポールアンテナ３０１との間の距離Ｌ１が０．２〜０．３λ、第１反射板１０の側面部と無給電素子４０の側面部との間の距離Ｌ２が両側面ともに０．５〜１λ、円形棒状の無給電素子４０の直径φが０．０５λ以下とする。無給電素子４０は、幅が０．０５λ以下の平板形状であってもよい。
【００１２】
ダイポールアンテナ３０１および無給電素子４０は、それぞれ第１反射板１０から距離Ｌ１およびＬ２だけ離隔して第１反射板１０の中心軸上に配置される。また、ここではダイポールアンテナ３０１を用いているが、使用するアンテナの形状はこれに限られない。この点については後述する。
第１反射板１０の裏側には図示しない給電回路が設けられ、コネクタ等を介してアンテナへの給電が行われる。
【００１３】
図１（ｂ）に示すのは、このアンテナ装置１００の斜視図である。第１反射板１０の中心軸上には複数のダイポールアンテナ３０によりダイポールアンテナアレイが構成されている。また、第１反射板１０の中心軸上であってダイポールアンテナアレイよりも上部には、無給電素子４０が配置されている。ダイポールアンテナ３０はプリント基板型のものを用いると取扱性がよく、アンテナ装置１００の組立てが容易となるが、ダイポールアンテナ３０１の形成方法はこれに限定されない。
【００１４】
こうした構成を有するアンテナ装置１００においては、第１反射板１０を用いることにより、水平面無指向性のダイポールアンテナ３０１に指向性を持たせている。また、第２反射板２０はアンテナ後方の放射パターンを制御してＦ／Ｂ比を改善するためのものである。さらに、第１反射板１０および第２反射板２０が側面部を有することにより、放射パターンの回り込みを抑制し、最適の制御が実現される。無給電素子４０はアンテナ前方の放射パターンを微調整するために配置されており、いわば反射板と同様の役割を果たすものである。
【００１５】
前述の各部の寸法の範囲内で任意の設定を行うことにより、アンテナ装置１００においては、Ｆ／Ｂ比の改善と放射パターンの調整とを行うことができる。例えば、図３に実線で示すのは、図１に示すアンテナ装置１００において、各部の寸法をＷ１：１．５λ、Ｗ２：２λ、Ｈ１：０．２５λ、Ｈ２：０．２５λ、Ｄ：０．２５λ、Ｌ２：０．７５λ、φ：０．０１５λとして設計した場合の水平面内の放射パターン特性である。このとき、図示するように、水平面内で半値幅約１２０°の放射パターン特性を得ることができる。
【００１６】
一方、図３に破線で示すのは、一般的なダイポールアレイアンテナ装置の放射パターン特性である。このアンテナ装置１０４を図２（ａ）および（ｂ）に概略的に示す。アンテナ装置１０４は平面地板上の中央部にダイポールアンテナ３０１を設置して構成されている。地板の幅は１．５λ、地板とダイポールアンテナとの間の距離は０．２５λとする。
【００１７】
アンテナ装置１００とアンテナ装置１０４とを比較すると、メインローブの放射パターンはほとんど変わらず、いずれのアンテナ装置でも水平面内で半値幅約１２０°の放射パターン特性が得られる。一方、アンテナ装置１００では、アンテナ装置１０４に比べＦ／Ｂ比が改善されていることがわかる。
このように、本発明のアンテナ装置によれば、１００°以上の広幅の半値幅が求められる場合において、一般的なダイポールアレイアンテナと比べ、良好なＦ／Ｂ比を得ることができる。
【００１８】
図４に示すのは、図１で示した範囲内で各部の電気長寸法を変更して設計することにより得られる水平面内の放射パターン特性を表したものである。図示するように、各部の寸法を適宜変更することによって、水平面内の半値幅を約６０°〜１４０°とするアンテナ装置１００を自在に設計することが可能である。近年、基地局アンテナは様々な状況下での使用が想定されており、半値幅の異なるアンテナのバリエーションが要求されている。本発明のアンテナ装置１００によれば、こうした現状に対応して、放射パターンの半値幅を選択し、Ｆ／Ｂ比の良いアンテナを設計することが可能となる。
【００１９】
次に、本発明の第二の実施例を説明する。図５に示すのは、図１に示す前述のアンテナ装置１００と同様の構成を有するアンテナ装置であって、ダイポールアンテナ３０１の代わりにクロスダイポールアンテナ３０２を用いて構成したものである。このアンテナ装置１０１では、第１反射板１０の上に、複数のクロスダイポールアンテナ３０２により±４５°偏波用のクロスダイポールアレイアンテナが形成されている。各部の電気長寸法範囲はアンテナ装置１００と同一である。
【００２０】
このアンテナ装置１０１によれば、図３に示したアンテナ装置１００の電気特性とほぼ同等の電気特性が得られる。アンテナ装置１００に用いられているダイポールアレイアンテナとは偏波面が異なるが、放射パターンは反射板の構造に応じて決定される。
【００２１】
続いて、パッチアンテナを用いた本発明の第三の実施例を説明する。図６（ａ）および（ｂ）に示すのは、前述したアンテナ装置１００と同様の構成を有するアンテナ装置において、ダイポールアンテナ３０１の代わりにパッチアンテナ３０３を用いて構成したものである。このアンテナ装置１０２では、第１反射板１０の上に、複数のパッチアンテナ３０３によりパッチアンテナアレイが形成されている。第三の実施例同様、各部の電気長寸法範囲はアンテナ装置１００と同一である。
【００２２】
このアンテナ装置１０２の水平面内の放射パターン特性を図７に示す。図示するように、パッチアンテナ３０３を使用した場合には、アンテナ装置１００等と比較して半値幅の特性チューニング範囲は狭くなるものの、水平面内の半値幅は約６０°〜１００°であり、十分に広域の半値幅を有するアンテナ装置１０２とすることができる。
【００２３】
このように、本発明のアンテナ装置においては、使用するアンテナの形状はダイポールアンテナに限られず、クロスダイポールアンテナやパッチアンテナ等、様々なアンテナを使用することができる。また、いずれのアンテナを使用した場合にも、ダイポールアンテナを用いた場合と同様の効果を得ることができる。
【００２４】
ところで、第一〜第三の実施例として説明したアンテナ装置１００〜１０２は、実際にはレドームを被せて使用されることになる。そこで、図８に示すのは、本発明のアンテナ装置の実際の使用形態、すなわち製品化時の形態を表した概略図である。
アンテナ装置１０３は、第１反射板１０と、第２反射板２０と、アンテナ３０と、無給電素子４０とを覆うレドーム５０を備えている。アンテナ３０としては、前述と同様、例えばダイポールアンテナ、クロスダイポールアンテナ、パッチアンテナ等を用いることができる。
【００２５】
ここで、無給電素子４０および第２反射板２０は、レドーム５０の天面および底面にスプレーガン塗装等により直接メタライズコートして形成されてもよい。あるいは、レドーム５０に金属棒や金属板を張り合わせるか組み付けて形成することも可能である。または、ＭＩＤ（Ｍｏｌｄｅｄ  Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔ  Ｄｅｖｉｃｅ）技術によりパターン配線した樹脂を組み付けて形成してもよい。
また、レドーム５０の形状によっては、無給電素子４０を配置せず、第１反射板１０と、第２反射板２０と、アンテナ３０とをレドーム５０により覆ったアンテナ装置を構成し、同様の効果を得ることも可能である。
【００２６】
以上、本発明の実施例を説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されることなく、他にも様々に実施することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】（ａ）は本発明のアンテナ装置の第一の実施例の概略図、（ｂ）は斜視図。
【図２】（ａ）は一般的なダイポールアレイアンテナ装置の概略図、（ｂ）は斜視図。
【図３】本発明の第一の実施例によるアンテナ装置および一般的なダイポールアンテナ装置における水平面内指向性半値幅を示す図。
【図４】本発明のアンテナ装置の第一の実施例における水平面内指向性半値幅を示す図。
【図５】本発明のアンテナ装置の第二の実施例の斜視図。
【図６】（ａ）は本発明のアンテナ装置の第三の実施例の概略図、（ｂ）は斜視図。
【図７】本発明のアンテナ装置の第三の実施例における水平面内指向性半値幅を示す図。
【図８】本発明のアンテナ装置の使用形態の概略図。
【符号の説明】
【００２８】
１００  アンテナ装置
１０  第１反射板
２０  第２反射板
３０１  アンテナ素子
４０  無給電素子
【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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