(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体プリント基板の一方の面の金属箔上に形成される細長いスロットと、該プリント基板の他方の面に前記スロットの幅方向に、該スロットを横切るように形成されるストリップラインとからなるスロットアンテナ素子が、２個、ほぼ直交するように配設されるアンテナ装置であって、
前記一方のスロットアンテナ素子に、移相手段を介して、他方のスロットアンテナ素子に対しほぼ９０度の位相差を有するような電力を、前記２個のスロットアンテナ素子にそれぞれ供給することにより、水平面内に無指向性が得られることを特徴とする水平偏波無指向性アンテナ装置。
【請求項２】
前記移相手段が、ハイブリッド回路、または２分配器であることを特徴とする請求項１に記載の水平偏波無指向性アンテナ装置。
【請求項３】
前記水平偏波無指向性アンテナ装置が、垂直方向に複数段に、配設されてなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の水平偏波無指向性アンテナ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、携帯電話やＰＨＳ（簡易型携帯電話システム）など、陸上における移動通信の基地局に使用されるアンテナ装置に関し、特に、水平偏波の水平面内無指向性アンテナ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種のアンテナ装置については、近年、前記携帯電話システムの利用者の増加と、移動通信サービスエリアの拡大に伴い、特に、基地局に使用される水平偏波の水平面内無指向性アンテナ装置の開発が、待望されていた。
【０００３】
従来、アンテナ装置から放射される水平偏波で水平面内無指向性を得るには、８の字指向性を有する２個のアンテナ素子１ａ，１ｂを直交させ、さらにそれぞれのアンテナ素子にほぼ９０度の位相差を有するような電力を供給して、放射される水平偏波を合成すればよいことは知られており、テレビジョン放送などに使用されている図７に示すスーパターンスタイルアンテナ装置１をその代表として挙げることができる。
【０００４】
しかし、前記アンテナ素子１ａ，１ｂへ給電する素子電流の不均一や支持柱２の影響などにより、完全な円形の指向性を得ることは難しく、実際には、図８に示すように、水平面内における偏差が３ｄＢでも無指向性としているのが現状である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来のアンテナ装置１を、移動体通信の基地局に使用するには、その指向性を改善しなければならないという問題点があった。
なお、前記携帯電話には、９００ＭＨｚ帯、ＰＨＳには、１．９ＧＨｚ帯の周波数が割り当てられている。
また、前記アンテナ装置１は、図７に示すように、そのアンテナ素子１ａまたは１ｂの両端間の幅が、使用波長λの０．６５λと大きくなり、アンテナ素子の小型化が待望される現在では、細径化の必要があるという問題点があった。
【０００６】
本発明はかかる点に鑑みなされたもので、その目的は前記問題点を解消し、従来の前記アンテナ装置の指向性を改善し、移動体通信の基地局に使用できるような、水平偏波の水平面内での無指向性が得れられるアンテナ装置を提供することにある。
【０００７】
本発明の他の目的は、アンテナ素子の両端間の幅が小さい、すなわち、細径化された水平偏波無指向性アンテナ装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するための本発明の構成は、誘電体プリント基板の一方の面の金属箔上に形成される細長いスロットと、該プリント基板の他方の面に前記スロットの幅方向に、該スロットを横切るように形成されるストリップラインとからなるスロットアンテナ素子が、２個、ほぼ直交するように配設されるアンテナ装置であり、その詳細な構成は、次のとおりである。
【０００９】
すなわち、前記一方のスロットアンテナ素子に、移相手段を介して、他方のスロットアンテナ素子に対しほぼ９０度の位相差を有するような電力を、前記２個のスロットアンテナ素子にそれぞれ供給することにより、水平面内に無指向性が得られるようにする。
【００１０】
前記移相手段が、例えばハイブリッド回路、または２分配器により、ほぼ９０度の位相差を有するような電力を、前記２個のスロットアンテナ素子にそれぞれ供給することにより、水平面内に無指向性が得られるようにする。
【００１１】
そして、前記ストリップラインが、互いに直角に配置される２個のストリップライン素子からなる鈎状のもので、一方のストリップライン素子は、前記スロットをほぼ直角方向に横切るように形成され、他方のストリップライン素子は、前記スロットの長軸に平行に形成され、その一端は前記一方のストリップライン素子端に接続され、その他端は前記スロットのほぼ中心位置に対応する位置に給電端を形成するようにする。
【００１２】
さらに、前記水平偏波無指向性アンテナ装置が、垂直方向に複数段に、配設されてなるようにしている。
【００１３】
本発明は以上のように、誘電体プリント基板に形成されたスロットアンテナ素子を、２個、該アンテナ素子に形成された組立用スリットを介して、前記スロットを横切る前記ストリップラインのそれぞれを上下に配置しながら、互いにほぼ直交するように配設して、組み立てる。
【００１４】
前記組立用スリットは、前記アンテナ素子の前記スロットの中心からその長軸に沿って、該スロットを横切る前記ストリップラインが形成されていない方向に直線状に形成されている。なお、前記２個のアンテナ素子のそれぞれについては、組立後、前記組立用スリットにより分断された、前記スロットを形成している部分の金属箔を、導電材からなる接続部材により互いに溶着により接続して、前記スロットを完全なものに形成している。
【００１５】
そして、前記２個のスロットアンテナ素子のそれぞれに、互いにほぼ９０度の位相差を有するような電力を供給して、それぞれの指向性を合成することにより、無指向性で、支持柱の影響の強い、従来のアンテナ装置の指向性を改善している。
また、前記誘電体プリント基板に、比誘電率の大きい誘電体基板を採用して、スロットアンテナ素子の両端間の幅を小さくする、すなわち、細径化が図られている。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の好適な実施の形態を詳しく説明する。
図１ないし図５は、本発明の水平偏波無指向性アンテナ装置の一実施の形態を示す図で、図１は、前記水平偏波無指向性アンテナ装置１０を構成するスロットアンテナ素子１１ａ，１１ｂを示す図で、図１（ａ）はアース側面を示す図、図１（ｂ）はストリップライン側面を示す図、図２は、該スロットアンテナ素子１１ａ，１１ｂ単体の水平面内指向性を示す図、図３（ａ）は、前記アンテナ装置１０の組立を示す図、図３（ｂ）は、図３（ａ）のＢ−Ｂ線による主要部の断面図、図４は、前記アンテナ装置１０に電力を供給する概略接続図、図５は、図４における前記アンテナ装置１０の水平偏波の水平面内指向性を示す図である。
【００１７】
図１（ａ）および図１（ｂ）において、前記アンテナ装置１０を構成するスロットアンテナ素子１１ａ（１１ｂ）は、長さＬ１が約０．６λ（ここで、λは、使用する波長を示す）以上、幅Ｗ１が約０．２λの矩形状の誘電体プリント基板１２が使用される。この誘電体プリント基板１２は、その比誘電率が比較的高いため、その幅Ｗ１は約０．２λと小さくなっている。
【００１８】
前記スロットアンテナ素子１１ａ（１１ｂ）は、図１（ａ）に示すように、該プリント基板の一方の面のアース側を形成する金属箔上に形成される、長さＬ２が約０．５λ、幅Ｗ２が約０．０６λの細長い矩形状のスロット１３と、図１（ｂ）に示すように、該プリント基板１２の他方の面に、互いに直角に配置される２個のストリップライン素子１４ａ，１４ｂからなる鈎状のストリップライン１４が形成されている。
【００１９】
前記２個のストリップライン素子１４ａ，１４ｂの一方のストリップライン素子１４ａは、前記プリント基板１２の一方の面に形成されている前記スロット１３を、ほぼ直角方向（幅方向）に横切るように形成されおり、他方のストリップライン素子１４ｂは、前記スロット１３の長軸に平行に形成され、その一端は前記一方のストリップライン素子１４ａの端に接続され、その他端は、前記スロット１３のほぼ中心位置を平行移動させた位置に、給電端１５を形成している。なお、前記スロット１３への給電は、前記ストリップライン１４でオフセット給電することで、整合をとっている。
【００２０】
前記スロットアンテナ素子１１ａ（１１ｂ）の指向特性は、図２に示すように、ダイポールアンテナと同様に、８の字指向性である。
【００２１】
ところで、前記２個のスロットアンテナ素子１１ａ，１１ｂを、互いに直交するように組み立てて、前記アンテナ装置１０にするため、前記２個のスロットアンテナ素子１１ａ，１１ｂのそれぞれに、組立用スリット１２ｂが形成されている。
【００２２】
この組立用スリット１２ｂは、前記それぞれのスロットアンテナ素子１１ａ，１１ｂの前記スロット１３の中心Ｏから長軸１３ａに沿って、該スロット１３を横切る前記ストリップライン１４が形成されていない方向に直線状に延びて形成されるとともに、該スロット１３の反対側の端部に接して、組立後の他方のスロットアンテナ素子１１ｂ（１１ａ）の分断されたアース側金属箔１２ａ，１２ａを互いに接続するための接続部材１６を挿通するスリット１２ｃが形成されている。
【００２３】
このような前記２個のスロットアンテナ素子１１ａ，１１ｂを、図３（ａ）に示すように、それぞれのアンテナ素子１１ａ，１１ｂに形成された組立用スリット１２ｂ，１２ｂを介して、前記スロットを横切る前記ストリップライン１４，１４のそれぞれを上下に配置しながら、ほぼ直交するように配設して、前記アンテナ装置１０に組み立てている。
このため、前記アンテナ装置１０を小型にすることができる。
【００２４】
組立後、図３（ｂ）に示すように、前記スロットアンテナ素子１１ａ，１１ｂのそれぞれについて、前記組立用スリット１２ｂ，１２ｂにより分断された、前記スロット１３，１３をそれぞれ形成している部分の金属箔１２ａ，１２ａを、断面がＴ字形状の銅系などの金属材からなる接続部材１６により、前記スリット１２ｃに挿通させながら、互いに溶着、接続するとともに、他方のスロットアンテナ素子１１ｂ，１１ａのアース面を形成している金属箔１２ａをも、同時に溶着、接続して、前記スロット１３，１３を完全な方形のスロットに形成しながら、前記２個のスロットアンテナ素子１１ａ，１１ｂを互いに直交するように固着している。
【００２５】
前記スロットアンテナ素子１１ａ，１１ｂを２個、互いに直交するように組み立てた前記アンテナ装置１０に対して、該スロットアンテナ素子１１ａ，１１ｂのそれぞれに、図４に示すように、一方のスロット放射素子１１ｂに、ハイブリッド回路１７を介して、他方のスロット放射素子１１ａに対しほぼ９０度の位相差を有するように、それぞれの給電端１５，１５とアース側金属箔１２ａ，１２ａとの間に給電すると、図５に示すように、水平偏波の水平面内無指向性が得られる。
すなわち、水平偏波の水平面内の全周方向において、指向特性の偏差が１．５ｄＢ以内であることが確認された。
【００２６】
図６は、図４の他の例を示す、前記水平偏波無指向性アンテナ装置１０に電力を供給する概略接続図である。
前述のように組み立てられた前記アンテナ装置１０に対して、該スロットアンテナ素子１１ａ，１１ｂのそれぞれに、図６に示すように、一方のスロット放射素子１１ｂに、２分配器１８を介して、他方のスロット放射素子１１ａに対しほぼ９０度の位相差が得られるように、給電ケーブル１９を使用して、それぞれの給電端１５，１５とアース側金属箔１２ａ，１２ａとの間に給電すると、図５と同様に、水平偏波の水平面内無指向性が得られる。
すなわち、水平偏波の水平面内の全周方向において、指向特性の偏差が１．５ｄＢ以内であることが確認された。
【００２７】
次いで、前記アンテナ装置１０を垂直方向に複数段に、配設するとともに、該スロットアンテナ素子１１ａ，１１ａ，１１ｂ，１１ｂのそれぞれに、一方のスロット放射素子１１ｂ，１１ｂに、前記ハイブリッド回路１７または２分配器１８を介して、他方のスロット放射素子１１ａ，１１ａに対しほぼ９０度の位相差が得られるように、それぞれの給電端１５，１５とアース側金属箔１２ａ，１２ａとの間に給電することもできる。
【００２８】
なお、本発明の技術は前記実施の形態における技術に限定されるものではなく、同様な機能を果たす他の態様の手段によってもよく、また本発明の技術は前記構成の範囲内において種々の変更、付加が可能である。
【００２９】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように本発明の水平偏波無指向性アンテナ装置によれば、誘電体プリント基板にそれぞれ形成されるスロットアンテナ素子が、２個、ほぼ直交するように配設されるアンテナ装置であって、前記一方のスロットアンテナ素子に、移相手段を介して、他方のスロット放射素子に対しほぼ９０度の位相差を有するような電力を、前記２個のスロットアンテナ素子にそれぞれ供給することにより、水平面内に無指向性が得られるので、従来の前記アンテナ装置の指向性を改善し、移動体通信の基地局に使用できるような、水平偏波の水平面内で無指向性が得れられるとともに、アンテナ素子の両端間の幅を小さく、すなわち、細径化することができる。
【００３０】
すなわち、本発明の前記アンテナ装置によれば、放送に使用されているアンテナ装置のように支持柱、例えば鉄塔の影響を受けず、水平偏波の水平面内の全周方向において、指向性偏差が１．５ｄＢ以内の無指向性に改善することができ、細径化が可能となる。
また、本発明の前記アンテナ装置によれば、携帯電話に限らずＰＨＳなどの基地局のアンテナ装置に好適で、そのサービスエリアを広げることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の水平偏波無指向性アンテナ装置の一実施の形態を示す、該アンテナ装置を構成するスロットアンテナ素子の図で、図１（ａ）はアース側面を示す図、図１（ｂ）はストリップライン側面を示す図である。
【図２】図１のスロットアンテナ素子の、周波数が９００ＭＨｚ帯における水平面内指向性を示す図である。
【図３】図３（ａ）は、前記水平偏波無指向性アンテナ装置の組立を示す図、図３（ｂ）は、図３（ａ）のＢ−Ｂ線による主要部の断面図である。
【図４】前記アンテナ装置に電力を供給する概略接続図である。
【図５】図４および図６の接続による、周波数が９００ＭＨｚ帯における前記アンテナ装置の水平偏波の水平面内指向特性図である。
【図６】図４の他の例を示す、前記アンテナ装置に電力を供給する概略接続図である。
【図７】従来の水平偏波無指向性アンテナ装置としてのスーパターンスタイルアンテナ装置を示す図である。
【図８】図７のスーパターンスタイルアンテナ装置の指向特性を示す図である。
【符号の説明】
１０  水平偏波無指向性アンテナ装置
１１ａ，１１ｂ  スロットアンテナ素子
１２  誘電体プリント基板
１２ａ  アース側金属箔
１２ｂ  組立用スリット
１２ｃ  スリット
１３  スロット
１３ａ  長軸
１４  ストリップライン
１４ａ，１４ｂ  ストリップライン素子
１５  給電端
１６  接続部材
１７  ハイブリッド回路
１８  ２分配器
１９  給電ケーブル（位相差を得るための給電ケーブル）
Ｏ  スロットの中心
【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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