(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
相対向する接地板と容量装荷盤との間に垂直素子を介在させた容量装荷型モノポールアンテナであって、
前記垂直素子が、垂直軸を中心として略左右対称な形状を有し、かつ前記接地板側に位置する左右の側縁部が該接地板の外周側に向かうほど該接地板から離れるような形状を有した金属板によって形成され、
前記垂直素子は、角数が２ｎ＋１（ｎ＝１，２，・・・）の多角形を有し、前記左右の側縁部に対応する各辺のなす角が９０°〜１５０°に設定され、
さらに、前記接地板と容量装荷盤との間にショートピンを介在させ、該ショートピンは、前記垂直素子の広面から放射される電波の強度と狭面から放射される電波の強度とが均一化される位置に設けられていることを特徴とする広帯域アンテナ。
【請求項２】
前記金属板が誘電体基板にプリントした金属箔であることを特徴とする請求項１に記載の広帯域アンテナ。
【請求項３】
前記ショートピンを前記容量装荷盤に一体形成したことを特徴とする請求項１に記載の広帯域アンテナ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、特に、天井などに設置して使用する移動通信用の屋内中継装置として好適な低姿勢構成の広帯域アンテナに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図６は、水平面内指向性が無指向性となるアンテナの代表である１／４波長モノポールアンテナを示している。この１／４波長モノポールアンテナは、円形状接地板１００と、この接地板１００の中心部に垂設された直線状の垂直素子（アンテナ素子）１０１とを備え、該垂直素子１０１の基部から給電される。なお、垂直素子１０１の長さは、使用周波数の１／４波長に設定されている。
この１／４波長モノポールアンテナの垂直面内指向性は、接地板１００の面積によって変化する。すなわち、接地板１００の面積が大きいほど該接地板１００の後方側への電磁波の回り込みが少なくなって、上記垂直面内の指向性が向上する。
【０００３】
上記１／４波長モノポールアンテナのような構造を有するアンテナは、特に室内等の天井に設置して使用する陸上移動通信用等の基地局アンテナとして有効である。なぜなら、この種のアンテナは、接地板を天井の面と同一面となるように設置することにより、天井の影響をほとんど受けることなく無指向性を維持することができるからである。
【０００４】
しかし、天井に設置して使用するアンテナは、室内の美観を損なわないために、なるべく目立たないことが重要である。そこで、上記１／４波長モノポールアンテナよりも低姿勢に構成することができる、いわゆる容量装荷モノポールアンテナが従来から多用されている。
【０００５】
図７に示すように、この容量装荷モノポールアンテナは、図６に示した１／４波長モノポールアンテナの垂直素子１０１の上部を変形して、接地板１００に対向する容量装荷円盤１０２を形成した構成を有する。この構成によれば、容量装荷円盤１０２による容量の装荷によって低姿勢化を図ることができる。すなわち、この容量装荷モノポールアンテナは、垂直素子１０１´の高さを前記１／４波長モノポールアンテナの垂直素子１０１の１／４程度に低減して低姿勢化を図ることができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
近年の移動体通信の普及に伴って、この移動体通信に利用すべき周波数帯が検討され、その結果、様々な周波数帯が提案されている。また、周波数資源の確保の困難さも相まって、一つのシステムで多くの異なる周波数帯を利用することが必要になってきている。たとえば、国内で現在使用されている携帯電話システムでは、８００ＭＨｚ帯、１．５ＧＨｚ帯および２ＧＨｚ帯の３周波数帯が利用されている。
【０００７】
アンテナは、基本的に使用周波数に応じた大きさが必要である。そして、使用する周波数帯が複数の場合には、個々の周波数帯に対応するアンテナが必要となる。したがって、前述のように複数の周波数帯を用いる携帯電話システムの基地局では、使用する周波数帯のすべてをカバーするために、それぞれの周波数帯に応じたアンテナを用意しなければならない。
しかし、使用する周波数帯が増えると、アンテナの数が増加するとともに、アンテナの設置面積も増加するので、設置工事費の増大やアンテナの美観の悪さが問題点として生じてくる。
【０００８】
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、現用の携帯電話システムで使用されている複数の周波数帯をカバーすることが可能である広帯域かつ低姿勢なアンテナを提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、相対向する接地板と容量装荷盤との間に垂直素子を介在させた容量装荷型モノポールアンテナであって、前記垂直素子が、垂直軸を中心として略左右対称な形状を有し、かつ前記接地板側に位置する左右の下側縁部が該接地板の外周側に向かうほど該接地板から離れるような形状を有した金属板によって形成されていることを特徴としている。
本発明によれば、現用の携帯電話システムで使用されている複数の周波数帯をカバーすることが可能な広帯域性が低姿勢な構成によって実現される。
【００１０】
上記垂直素子は、角数が２ｎ＋１（ｎ＝１，２，・・・）の多角形状を有するように形成することができる。その場合、上記左右の下側縁部に対応する各辺のなす角は、９０°〜１５０°に設定することが好ましい。また、上記金属板は、誘電体基板にプリントした金属箔であっても良い。
更に、給電線の特性インピーダンスとの整合を取るため、上記接地板と容量装荷盤との間にショートピンを介在させることができる。このショートピンは、部品点数の削減を図るために、上記容量装荷盤に一体形成しても良い。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施の形態について説明する。
図１は、本発明に係る広帯域アンテナの実施の形態を示している。このアンテナは、相対向する円形状接地板１と容量装荷円盤２との間に垂直素子３を介在させた構成、つまり、いわゆる容量装荷型モノポールアンテナとしての構成を有する。
【００１２】
このアンテナは、８００ＭＨｚ帯用として設計された従来の容量装荷型モノポールアンテナ（図７参照）の線状垂直素子に代えて、左右対称状の多角金属板からなる垂直素子３を使用している。すなわち、この実施の形態においては、頂角θ１の二等辺三角形の左右角部（二点鎖線参照）をそれぞれライン４に沿って切断することによって得られる５角形状の金属板によって垂直素子３を形成してある。
【００１３】
この垂直素子３は、上記二等辺三角形の頂部が接地板１の中央部に位置するように、該接地板１に対して垂直に配置されている。この垂直素子３の対称軸５に直交した辺は、容量装荷円盤２の径線上に当接され、かつ半田等の手段により該容量装荷円盤２の面に接合されている。また、この垂直素子３の立ち上げ部は、入出力コネクタ６に接続されている。
【００１４】
垂直素子３の立ち上げ部の開き角、つまり、上記二等辺三角形の頂角θ１は、９０°〜１５０°の範囲に設定することが望ましい。この実施形態では、この開き角θ１を約１２０°に設定してある。このように開き角θ１を約１２０°に設定した場合には、接地板側に面した垂直素子３の左右の辺と該接地板１とのなす角（垂直素子３の立ち上げ角）は、約（１８０°−１２０°）／２になる。
【００１５】
上記接地板１の縁部と容量装荷円盤２の縁部との間には、４本のショートピン７を介在させてある。これらのショートピン７は、上記入出力コネクタ６を介して接続される図示していない給電線の特性インピーダンス（例えば５０Ω）との整合を取るために設けたものである。図２に示すように、これらのショートピン７は、垂直素子３の面に直行する面に対して所定の角度θ３（この例では、約３０°）をなすように設けられている。
【００１６】
この実施の形態においては、容量装荷円盤２の周端をその径線に沿った方向に延長することによって上記各ショートピン７を形成してある。この場合、各ショートピン７は、接地板１の方向に向かうように折り曲げられるとともに、それらの先端が半田等の手段により接地板１の縁部面上に接合される。
このように、ショートピン７を容量装荷円盤２に一体形成すれば、部品点数を削減することができる。
もちろん、ショートピン７を容量装荷円盤２とは別体に形成してもよい。この場合、ショートピン７の容量装荷円盤２側の端部は、半田等の手段により該容量装荷円盤２に接合される。なお、ショートピン７は、金属ワイヤ等で形成することも可能である。
【００１７】
この実施の形態に係る広帯域アンテナは、接地板１が天井面と面一になる態様で設置される。上記コネクタ６を介してこのアンテナに使用周波数帯の電力が給電されると、容量装荷円盤２に流れる電流がいわゆるイメージ電流によって打ち消される。それゆえ、このアンテナにおいては、垂直素子３のみが放射に寄与することになる。
【００１８】
このアンテナは、容量装荷型モノポールアンテナとしての構成を有するので、図７に示したアンテナと同様に姿勢を低くすることができ、しかも、垂直素子３を上記したような形状を有する金属板で形成してあるので、図７に示したアンテナよりも広帯域な特性が得られる。
【００１９】
すなわち、このアンテナは、図３にリターンロス特性の一例を示すように、ほぼ８００ＭＨｚから２．６ＧＨｚにわたる広い周波数帯域（比帯域１０６％）において定在波比（Ｖ．Ｓ．Ｗ．Ｒ）が２．０以下の値を示す。なお、図３において、上向き三角マークの点の定在波比および周波数はそれぞれ１．９９７３および８０３ＭＨｚであり、また、下向き三角マークの点の定在波比および周波数はそれぞれ２．０００１および２．６３９５ＧＨｚである。
【００２０】
図４および図５は、それぞれこの実施の形態に係るアンテナの水平面内および垂直面内の指向性を示している。図４に示すように、このアンテナによれば、８００ＭＨｚ帯、１．５ＧＨｚ帯および２ＧＨｚ帯のいずれの周波数帯においても良好な水平面内無指向性を得ることができる。また、図５に示すように、このアンテナによれば、上記いずれの周波数帯においても乱れの無い良好な垂直面内指向性を得ることができる。
【００２１】
なお、上記垂直素子３の幅および高さ、該垂直素子３の立ち上げ部の開き角度θ１、および図１に示すカットライン４によって規定される垂直素子３の左右角部の角度θ２は、上記のアンテナの入力インピーダンスに影響を与える要素となる。そこで、上記各要素は、この入力インピーダンスが特定の使用周波数域において所望の大きさを示すように適宜選定される。
【００２２】
ところで、上記金属板からなる垂直素子３を使用した場合、該垂直素子３の広面における電波の放射強度がその狭面（垂直素子３の厚さ方向の面）のそれよりも高くなる傾向を示す。そこで、この実施の形態に係るアンテナにおいては、前記ショートピン７を利用して垂直素子３の広面における電波の放射強度と狭面におけるそれとの均一化を図るようにしている。
【００２３】
すなわち、ショートピン７は、電波を減衰させる作用を持つので、垂直素子３の広面から放射される電波の強度が適度に減衰されるように上記ショートピン７の配設角度θ３（図２参照）を設定して、上記広面における電波の放射強度と狭面におけるそれの均一化を図っている。
なお、上記放射強度の均一化は、上記ショートピン７の配設位置だけでなく、該ピン７の幅（ワイヤを使用する場合には、その径の大きさ）を選定することによっても実現することができる。
【００２４】
上記ショートピン７の配設本数は、実施の形態における本数（４本）に限定されない。すなわち、このショートピン７は、例えば垂直素子３を挟む対称位置にそれぞれ１本または３本配設することも可能である。
【００２５】
また、垂直素子３の形状も、実施の形態における多角形状（５角形状）に限定されない。すなわち、垂直素子３は、垂直軸を中心として略左右対称な形状を有し、かつ接地板１側に位置する左右の側縁部が該接地板２の外周側に向かうほど該接地板１から離れるという条件を満たす形状を有していれば良い。なお、垂直素子３を多角形状にする場合には、その角数が２ｎ＋１（ｎ＝１，２，・・・）に設定される。
【００２６】
更に、上記垂直素子３は、銅板等からなる一般的な金属板以外の材料で形成しても良い。すなわち、垂直素子３は、例えば誘電体基板にプリントした金属箔（例えば、銅箔）によって形成することも可能である。
【００２７】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、複数の周波数帯に対する個別の給電素子や無給電素子等を設けることなく、広帯域にわたる良好なＶ．Ｓ．Ｗ．Ｒ特性および放射特性が得られる。したがって、構成の簡単化、低コスト化ならびに生産性の向上を図ることができる広帯域アンテナを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかるアンテナの実施の形態を示す斜視図である。
【図２】上記アンテナの平面図である。
【図３】上記アンテナのリターンロス特性を示すグラフである。
【図４】（ａ）、（ｂ）および（ｃ）は、それぞれ上記アンテナの８００ＭＨｚ帯、１．５ＧＨｚ帯および２ＧＨｚ帯における水平面内指向特性を示す図である。
【図５】（ａ）、（ｂ）および（ｃ）は、それぞれ上記アンテナの８００ＭＨｚ帯、１．５ＧＨｚ帯および２ＧＨｚ帯における垂直面内指向特性を示す図である。
【図６】従来の１／４波長モノポールアンテナを示す斜視図である。
【図７】従来の容量装荷モノポールアンテナを示す斜視図である。
【符号の説明】
１  接地板
２  容量装荷円盤
３  垂直素子
６  コネクタ
７  ショートピン
【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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