(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ほぼλ／６の長さを有する山形状の１対のアンテナ素子を向かい合わせて配置した第１のアンテナと、
前記第１のアンテナの上部にほぼλ／４の間隔を保って配置されたほぼλ／６の長さを有する山形状の１対のアンテナ素子からなる第２のアンテナと、
前記第２のアンテナの上部にほぼλ／４の間隔を保って配置されたほぼλ／６の長さを有する山形状の１対のアンテナ素子及びその先端に設けられたほぼλ／８の長さを有するアームからなる第３のアンテナと、
前記第１のアンテナを構成する各アンテナ素子に逆位相の電流が流れるように該アンテナ素子の端部に給電する給電手段と、
前記第１のアンテナと同位相の電流が第２のアンテナ及び第３のアンテナに流れるように第１のアンテナと第２のアンテナとの間、及び第２のアンテナと第３のアンテナとの間を接続する給電線路と
を具備した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】
請求項１記載の水平偏波無指向性アンテナ装置において、第１ないし第２、第３のアンテナを構成する各アンテナ素子をほぼ半円形もしくはほぼ台形に形成した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３】
請求項１記載の水平偏波無指向性アンテナ装置において、第１、第２、第３のアンテナを構成する各アンテナ素子の一方を誘電体基板の一方の面に設け、前記各アンテナ素子の他方を前記誘電体基板の他方の面に設けた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４】
請求項１、２又は３記載の水平偏波無指向性アンテナ装置の外側にレドームを設けた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５】
請求項１、２又は３記載の水平偏波無指向性アンテナ装置を多段に設けたことを特徴とする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、例えば無線ＬＡＮ基地局等に用いられる水平偏波無指向性アンテナ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、無線ＬＡＮの基地局では、端末との間で通信を行なうためにアンテナの特性は無指向性なものが要求される。このため例えば無線ＬＡＮの屋外基地局では、現在、垂直偏波無指向性のコリニアアンテナが多く利用されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように従来では、無線ＬＡＮ用アンテナとして垂直偏波無指向性のコリニアアンテナが一般的に使用されているが、最近では水平偏波無指向性アンテナの利用も考えられている。しかし、水平偏波無指向性アンテナは、一般に垂直偏波無指向性アンテナに比較してその直径が大きくなってしまい、重量、風圧荷重などの点で不利であるという問題がある。このため従来では、水平偏波無指向性アンテナはあまり使用されていない。
【０００４】
本発明は上記の課題を解決するためになされたもので、簡易な構造で、直径が小さく、小型化が可能な水平偏波無指向性アンテナ装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る水平偏波無指向性アンテナ装置は、ほぼλ／６の長さを有する山形状の１対のアンテナ素子を向かい合わせて配置した第１のアンテナと、前記第１のアンテナの上部にほぼλ／４の間隔を保って配置されたほぼλ／６の長さを有する山形状の１対のアンテナ素子からなる第２のアンテナと、前記第２のアンテナの上部にほぼλ／４の間隔を保って配置されたほぼλ／６の長さを有する山形状の１対のアンテナ素子及びその先端に設けられたほぼλ／８の長さを有するアームからなる第３のアンテナと、前記第１のアンテナを構成する各アンテナ素子に逆位相の電流が流れるように該アンテナ素子の端部に給電する給電手段と、前記第１のアンテナと同位相の電流が第２のアンテナ及び第３のアンテナに流れるように第１のアンテナと第２のアンテナとの間、及び第２のアンテナと第３のアンテナとの間を接続する給電線路とを具備したことを特徴とする。
【０００６】
上記の構成とすることにより、簡易な構造で、直径が小さく、小型化が可能であり、かつ、水平面内指向性を偏差が１ｄＢ以内の無指向性とすることができる。また、第３のアンテナを構成するアンテナ素子に設けたアームの長さ及び間隔等を微細調整することにより、水平面内指向性を調整することができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る水平偏波無指向性アンテナ装置の基本的な構成を示したものである。
【０００８】
図１において、１は第１のアンテナで、ほぼλ（波長）／６の長さを有する山形状の１対のアンテナ素子１ａ、１ｂを向かい合わせて配置し、各アンテナ素子１ａ、１ｂの先端部に設けた給電点２より給電する。
【０００９】
そして、上記第１のアンテナ１の上部にほぼλ／４の間隔を保って第２のアンテナ３を配置する。この第２のアンテナ３は、ほぼλ／６の長さを有する山形状の１対のアンテナ素子３ａ、３ｂを向かい合わせて配置している。また、第１のアンテナ１と同位相の電流ｉが第２のアンテナ３に流れるように第１のアンテナ１と第２のアンテナ３の端部間を給電線路４により接続する。
【００１０】
また、上記第２のアンテナ３の上部にほぼλ／４の間隔を保って第３のアンテナ５を配置する。この第３のアンテナ５は、第２のアンテナ３と同様にほぼλ／６の長さを有する山形状の１対のアンテナ素子５ａ、５ｂを向かい合わせて配置し、その先端にほぼλ／８のアーム６ａ、６ｂを第２のアンテナ３側に向けて並行に設けている。また、第２のアンテナ３と同位相の電流ｉが第３のアンテナ５に流れるように第２のアンテナ３と第３のアンテナ５の端部間を給電線路７により接続する。
【００１１】
上記の構成において、第３のアンテナ５のアーム６ａ、６ｂの長さ及び間隔Δｇ等を微細調整することにより、水平偏波の水平面内指向性が無指向性となるように調整する。上記アーム６ａと６ｂに流れる電流は逆位相となるので、電波の放射は発生しない。
【００１２】
一方、第１のアンテナ１は、アンテナ素子１ａと１ｂに逆位相の電流が流れるが、流れる方向が同じになるので電波の放射が発生する。また、第２のアンテナ３及び第３のアンテナ５は、第１のアンテナ１と同じ位相の電流が流れるので、電波の放射が効率的に行なわれる。
【００１３】
次に、上記水平偏波無指向性アンテナ装置の具体的な構成例について、図２ないし図６を参照して説明する。図２（ａ）は、本発明の実施形態に係る水平偏波無指向性アンテナ装置の正面側の斜視図、同図（ｂ）は裏面側の斜視図である。また、図３はアンテナ素子単体の具体例を示す斜視図、図４（ａ）は給電回路部分を示す正面図、図４（ｂ）は同裏面図、図４（ｃ）は給電端側に設けられるスプリットバラン部分の正面図、図５は全体の構成を示す側面図、図６はアンテナをレドームに装着した状態を示す断面図である。
【００１４】
図２において、１１は誘電体基板、例えば銅箔基板で、比誘電率２．２、厚さ０．８ｍｍ程度のものを使用している。そして、上記基板１１の正面側には、図２（ａ）に示すように第１、第２、第３のアンテナ１、３、５の一方のアンテナ素子１ａ、３ａ、５ａをほぼλ／４の間隔で装着する。
【００１５】
また、基板１１の裏面には、図２（ｂ）に示すように第１、第２、第３のアンテナ１、３、５の他方のアンテナ素子１ｂ、３ｂ、５ｂを上記正面側のアンテナ素子１ａ、３ａ、５ａに対向する位置に装着する。上記アンテナ１、３、５の各素子は、例えば銅あるいは真鍮等の導体を使用し、ブルースアンテナと呼ばれる形状（１辺がλ／４のメアンダライン）を山形状に構成したものである。すなわち、各アンテナ素子は、加工を容易にするために例えば図３に示すように長方形の導体板を中央で折り曲げて山形状に形成している。更に、基板１１上には、第３のアンテナ５のアーム６ａ、６ｂを設ける。上記アーム６ａ、６ｂは、長さがλ／８のマイクロストリップラインによって形成する。
【００１６】
また、図２（ａ）、図４（ａ）に示すように基板１１の正面側には、マイクロストリップライン１２ａで構成した給電線路を設けると共に、基部にスプリットバラン１３を設けている。このスプリットバラン１３は、図４（ｃ）に示すように誘電体基板１４の上面に銅箔によるアース部１５及び線路１６を形成している。この場合、基板１４上の下半分にアース部１５を形成し、このアース部１５の上側中央より上方に向けて線路１６を形成している。更に、この線路１６の上端を基板１４の上端面に延長してショートライン１６ａを形成し、このショートライン１６ａを上記マイクロストリップライン１２ａに接続する。このマイクロストリップライン１２ａは、基板１１の基部より第１のアンテナ１に向けて設けられており、その途中で上記スプリットバラン１３のショートライン１６ａと接続する。また、上記基板１４は、下側中央に切り欠き１７を設け、上記マイクロストリップライン１２ａの下部先端を露出させて外部回路（後述するコネクタ１９）に接続できるようにしている。
【００１７】
一方、基板１１の裏面側の基部には、図２（ｂ）、図４（ｂ）に示すようにアース部１８を設け、このアース部１８よりマイクロストリップライン１２ｂを介して第１のアンテナのアンテナ素子１ａ、１ｂの給電点に接続する。
【００１８】
更に、第１のアンテナ１のアンテナ素子１ａ、１ｂと第２のアンテナ３のアンテナ素子３ａ、３ｂとの間、及び第２のアンテナ３のアンテナ素子３ａ、３ｂと第３のアンテナ５のアンテナ素子５ａ、５ｂとの間は、それぞれ給電線路（マイクロストリップライン）４、７により接続している。
【００１９】
そして、図４（ａ）、（ｂ）及び図５に示すように、基板１１の基部に外部接続用のコネクタ１９を装着し、基板１１の上面に形成したマイクロストリップライン１２ａ、基板１１の裏面に形成したアース部１８、及びスプリットバラン１３のアース部１５に接続する。
【００２０】
更に、上記アンテナの外側には、必要に応じて図６に示すようなレドーム２０を設けて保護する。
【００２１】
上記実施形態で示したように給電線路を形成した基板１１を中央に挟んで両側に第１、第２、第３のアンテナ１、３、５のアンテナ素子を装着し、また、アンテナ素子を板状に形成することにより、放射抵抗及び帯域を改善することができる。
【００２２】
上記水平偏波無指向性アンテナ装置において、中心周波数を５２５０ＭＨｚ、第１、第２、第３のアンテナ１、３、５の各アンテナ素子を全長２５．５ｍｍ（０．４４６λ）、全幅６ｍｍ（０．１０５λ）に設定した場合、図７に示すリターンロス（Ｒｅｔｕｒｎ  Ｌｏｓｓ）特性、図８に示す水平面内指向性、図９に示す垂直面内指向性が得られた。なお、上記アンテナ装置では、レドーム２０として外径１２ｍｍ、厚さ０．５ｍｍのＦＲＰを使用し、アンテナ装置全体の全長を１３０ｍｍとした。
【００２３】
図７に示すリターンロス特性では、５．１９０〜５．３０５ＧＨｚにおいて、−９．５ｄＢ（ＶＳＷＲ≒２．０）以下とすることができ。このときの動作利得は、約２ｄＢｉであった。
【００２４】
図８に示す水平面指向性では、１ｄＢ以内の偏差で無指向性の特性が得られた。
図９に示す垂直面指向性では、水平方向に高い利得を有する８の字形の特性となっている。
上記のように１枚の基板１１上に簡易な形状のアンテナ素子を構成することにより、アンテナ素子と給電回路を一体化して軽量、かつ小型化が可能となり、細い直径で高利得の水平偏波無指向性アンテナ装置を実現することができた。
【００２５】
なお、上記実施形態では、アンテナを１段構成とした場合について示したが、更に、多段に構成することにより利得を向上することができる。例えばアンテナを２段構成とした場合には約５ｄＢｉの動作利得、４段構成とした場合には約７ｄＢｉの動作利得を得ることができた。
【００２６】
図１０は、水平偏波無指向性アンテナ装置を４段構成とした場合の例を示したものである。基板１１は、多段構成に合わせて長さを設定し、第１段〜第４段のアンテナ２１〜２４を所定の間隔を保って装着する。この第１段〜第４段のアンテナ２１〜２４は、前述した１段構成のアンテナと同様の構成であるので、詳細な説明は省略する。
【００２７】
上記基板１１の正面側には、予めマイクロストリップライン１２ａで構成した給電線路を設ける。上記マイクロストリップライン１２ａは、基板１１の基部より第１段のアンテナ２１に向けて設け、途中でスプリットバラン先端部のショートライン１６ａと接続する。すなわち、基板１１の正面側の基部に上記１段構成の場合と同様にスプリットバラン１３を設け、このスプリットバラン先端部のショートライン１６ａとマイクロストリップライン１２ａとを接続する。
【００２８】
そして、上記マイクロストリップライン１２ａを第２段のアンテナ２２まで延長し、この延長部分に分岐部２５を設けて上下方向（第１段のアンテナ２１と第３段のアンテナ２３の方向）に分岐する。
【００２９】
上記分岐部２５で下方向に分岐したマイクロストリップライン１２ａは、第１段のアンテナ２１まで延長し、ここで分岐部２６により上下方向に分岐して第１段のアンテナ２１と第２段のアンテナ２２に給電する。
【００３０】
また、上記分岐部２５で上方向に分岐したマイクロストリップライン１２ａは、第３段のアンテナ２３まで延長し、ここで分岐部２７により上下方向に分岐して第３段のアンテナ２３と第４段のアンテナ２４に給電する。
【００３１】
また、基板１１の裏面側においても、同様にして第１段〜第４段のアンテナ２１〜２４に給電する。
上記の給電手段により、第１段〜第４段のアンテナ２１〜２４に対して同一の条件で給電することができる。
【００３２】
上記４段構成の水平偏波無指向性アンテナ装置では、図１１に示すリターンロス特性、図１２に示す水平面内指向性、及び図１３に示す垂直面内指向性が得られた。
【００３３】
図１１に示すリターンロス特性では、５．２５０〜５．３５０ＧＨｚにおいて、−９．５ｄＢ（ＶＳＷＲ≒２．０）以下とすることができた。このときの動作利得は、約７ｄＢｉであった。
【００３４】
図１２に示す水平面内指向性では、１段構成のアンテナ装置と同様に１ｄＢ以内の偏差で無指向性の特性が得られた。
また、図１３に示す垂直面内指向性では、動作利得の向上により、１段構成のアンテナ装置よりも鋭い８の字形の特性が得られた。
上記のようにアンテナを多段に構成することにより、その段数に応じて動作利得を向上することができる。
【００３５】
なお、上記実施形態では、アンテナ素子を山形状に形成した場合について説明したが、その他、半円形、もしくは半円形に近似させた多角形例えば台形状に形成しても、上記実施形態と同様の特性を得ることができる。
【００３６】
【発明の効果】
以上詳記したように本発明によれば、簡易な構造で、直径が小さく、小型化が可能であり、かつ、水平面内指向性を偏差が１ｄＢ以内の無指向性とすることができる高利得の水平偏波無指向性アンテナ装置を提供することができる。また、第３のアンテナを構成するアンテナ素子に設けたアームの長さ及び間隔等を微細調整することにより、水平面内指向性を調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る水平偏波無指向性アンテナ装置の基本構成図。
【図２】（ａ）は同実施形態における水平偏波無指向性アンテナ装置の具体的な構成例を示す正面側の斜視図、（ｂ）は同裏面側の斜視図。
【図３】同実施形態におけるアンテナ素子単体の具体例を示す斜視図。
【図４】（ａ）は同実施形態における給電回路部分を示す正面図、（ｂ）は同裏面図、（ｃ）はスプリットバランの正面図。
【図５】同実施形態における水平偏波無指向性アンテナ装置の側面図。
【図６】同実施形態における水平偏波無指向性アンテナ装置の断面図。
【図７】同実施形態における水平偏波無指向性アンテナ装置のリターンロス特性を示す図。
【図８】同実施形態における水平偏波無指向性アンテナ装置の水平面内指向性を示す図。
【図９】同実施形態における水平偏波無指向性アンテナ装置の垂直面内指向性を示す図。
【図１０】本発明に係る水平偏波無指向性アンテナ装置を４段構成とした場合の正面図。
【図１１】同実施形態における水平偏波無指向性アンテナ装置のリターンロス特性を示す図。
【図１２】４段構成の水平偏波無指向性アンテナ装置の水平面内指向性を示す図。
【図１３】４段構成の水平偏波無指向性アンテナ装置の垂直面内指向性を示す図。
【符号の説明】
１…第１のアンテナ
１ａ、１ｂ…アンテナ素子
２…給電点
３…第２のアンテナ
３ａ、３ｂ…アンテナ素子
４…給電線路
５…第３のアンテナ
５ａ、５ｂ…アンテナ素子
６ａ、６ｂ…アーム
７…給電線路
１１…基板
１２ａ、１２ｂ…マイクロストリップライン
１３…スプリットバラン
１４…スプリットバランの基板
１５…アース部
１６…線路
１６ａ…ショートライン
１７…切り欠き
１８…アース部
１９…コネクタ
２０…レドーム
２１…第１段のアンテナ
２２…第２段のアンテナ
２３…第３段のアンテナ
２４…第４段のアンテナ
２５、２６、２７…分岐部
【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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【図９】
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【図１０】
0003735058.tif 000011
【図１１】
0003735058.tif 000012
【図１２】
0003735058.tif 000013
【図１３】
0003735058.tif 000014