JP2002043836A

JP2002043836A - セクタアンテナ

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Publication number: JP2002043836A
Application number: JP2000223351A
Authority: JP
Inventors: Mitsuru Muramoto; 充村本; Kanemi Sasaki; 金見佐々木; Kiyohiko Ito; 精彦伊藤; Manabu Yamamoto; 学山本; Kosuke Ishizaki; 孝介石崎
Original assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Current assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Priority date: 2000-07-25
Filing date: 2000-07-25
Publication date: 2002-02-08
Anticipated expiration: 2020-07-25
Also published as: JP3754280B2

Abstract

(57)【要約】【課題】平面上の複数の指向性アンテナの何れかが励
振されるとき、他の指向性アンテナと結合せず、放射特
性に悪影響を受けないセクタアンテナを提供する。【解決手段】この発明のセクタアンテナは、同一平面
上で仮想円周に沿ってほぼ等間隔で配置された複数の指
向性アンテナを有するセクタアンテナ１００である。各
指向性アンテナ１０，２０，〜，５０は、それぞれのビ
ーム方向Ｄ１，Ｄ２，〜，Ｄ５がそのビーム方向にあっ
て隣接する指向性アンテナの放射パターンのヌル方向と
一致するように配置されている。したがって、各指向性
アンテナのビームの方向に存在する隣接の他の指向性ア
ンテナとの結合が極めて小さい。このことにより、各指
向性アンテナは、他との結合による悪影響を受けること
が極めて小さく、放射特性を劣化させることがない。し
たがって、指向性アンテナ同士を近接させても放射特性
が劣化しないから小型化も容易になる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、セクタアンテナ
に関し、特に、同一平面上で仮想円周に沿ってほぼ等間
隔で配置された複数の指向性アンテナを有するセクタア
ンテナに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種のセクタアンテナは、無線
ＬＡＮ等の高速伝送を行う無線システムにおいて重要な
構成要素となっており、例えば、特開平７−１３１８４
５号公報において、自動車電話および携帯電話等の移動
端末との通信システムに使用される基地局送受信装置の
例が述べられている。これらの無線ＬＡＮシステムにお
いては、図８に示されるような構成が採用されている。
すなわち、基地局５１０，５２０は、相互に有線ライン
ＬＮによって接続され、それぞれのサービスエリア内の
移動端末５１１，５１２，５１３；５２１，５２２と無
線回線にて接続される。この場合に、これらの基地局送
受信装置にはセクタアンテナが用いられている。

【０００３】このような基地局送受信装置に使用される
セクタアンテナとしては、例えば、３セクタ、６セク
タ、１２セクタのものがよく知られているが、そのうち
の１２セクタのものが図９に示されている。図９に示さ
れたセクタアンテナ９００は、導体からなる円盤１９１
の上に半径方向外側に向かって延びる１２個のリフレク
タ１９２が配置され、リフレクタ１９２の一端は中心近
くの環状部１９３によって接続されている。２つのリフ
レクタ１９２と環状部１９３とで囲まれた部分の環状部
１９３に近いところにアンテナ素子１９４が配置されて
いる。したがって、２つのリフレクタ１９２と環状部１
９３とアンテナ素子１９４とが１組の指向性アンテナを
形成している。

【０００４】上述した従来のセクタアンテナは、不要な
反射波や妨害波を受信しないような良好な特性を有して
いるが、３次元形状を有しているために組み立て工数が
多くかかり、コスト高となる問題がある。また、ミリ波
等の非常に高い周波数の信号を扱う場合には、その波長
が短いためにアンテナ素子の寸法精度が非常に高いこと
が要求される。例えば、６０ＧＨｚの信号の波長は５ｍ
ｍであり、図１０に示されたセクタアンテナを構成する
場合、アンテナ素子１９４の長さを１／４波長とする
と、１．２５ｍｍとなり、機械加工については１／１０
０ｍｍ程度の精度を確保しなければならず、機械加工は
容易でなく、ひいては、コスト高をまねくこととなる。

【０００５】そこで、従来のような機械加工を行わない
で誘電体基板の上に複数の指向性アンテナ（例えば、パ
ッチアンテナ）を有するセクタアンテナが特願平１１−
２０４６６０号において、複数の指向性アンテナである
キャビティ付きスロットアンテナを使用したセクタアン
テナが特願平１１−２０４６６１号においてそれぞれ提
案されている。このように提案されたセクタアンテナ
は、プリント基板の製造方法を応用することで、製作コ
ストを低減し、加工精度を容易に上げることができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述の特願平１１−２
０４６６０号および特願平１１−２０４６６１号におい
て述べられたセクタアンテナは、例えば、図１０に示さ
れるセクタアンテナ９０１のように、放射方向が半径方
向でその半径方向の中心に向くようにバックワード励振
が行われた場合、励振された指向性アンテナの放射方向
に非励振の指向性アンテナが存在するとともに、両アン
テナの相互結合は大きいために、非励振の指向性アンテ
ナの影響により、励振される指向性アンテナの放射特性
が劣化するという問題がある。

【０００７】この発明は、上記の問題を解決すべくなさ
れたものであって、同一平面上に複数の指向性アンテナ
を有するセクタアンテナにおいて、これらの指向性アン
テナのいずれかが励振されるとき、他の指向性アンテナ
との結合が小さく、結合による悪影響を受けないセクタ
アンテナを提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前述した課題を解決する
ために、この発明は、同一平面上で仮想円周に沿ってほ
ぼ等間隔で配置された複数の指向性アンテナを有するセ
クタアンテナにおいて、各指向性アンテナは、それぞれ
のビーム方向がそのビーム方向にあって隣接する指向性
アンテナの放射パターンのヌル方向と一致するように配
置されている。

【０００９】このような構成によれば、各指向性アンテ
ナが放射するビームの方向に存在する隣接する他の指向
性アンテナとの結合が極めて小さいことにより、各指向
性アンテナは、他の指向性アンテナとの結合による悪影
響を受けることが極めて小さく、放射特性を劣化させる
ことがない。また、指向性アンテナ同士を近接させても
放射特性が劣化しないことから小型化が容易になる。

【００１０】そして、この発明の実施の形態では、セク
タアンテナ１００は、誘電体基板６０を使用してその表
面上における仮想円周ＣＲに沿ってほぼ等間隔で配置さ
れた複数の指向性アンテナ１０，２０，〜，５０を有す
る。この場合、各指向性アンテナ１０，２０，〜，５０
は、それぞれのビーム方向Ｄ１，Ｄ２，〜，Ｄ５が半径
方向に対して、鋭角である角度δ１，δ２，〜，δ５を
有することにより、ビーム方向にあって隣接する指向性
アンテナの放射パターンのヌル方向と一致するように配
置されている。

【００１１】また、この発明において、前記各指向性ア
ンテナは、アレー状に配置された複数のスロット素子か
ら構成されている。したがって、形状が単純になり、形
状設定が容易である。

【００１２】また、この発明において、前記指向性アン
テナは、誘電体基板にエッチング形成されている。した
がって、従来のプリント基板の製造技術を用いて容易に
精度よく形成することができる。

【００１３】さらに、前記指向性アンテナは、バックワ
ード励振される。このことは、小型化に有利である。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態につ
いて添付図面に基づいて説明する。図１は、この発明の
セクタアンテナの実施の形態の構成を示す平面図、図２
は、図１のセクタアンテナにおける各指向性アンテナの
ビーム方向を説明する図、図３は、誘電体基板を使用し
たキャビティ付きの指向性アンテナの単体の構成例を示
す図、図４（ａ）は、図３の指向性アンテナの放射パタ
ーンの垂直面における特性を示す図、図４（ｂ）は、図
３の指向性アンテナの放射パターンの円錐面における特
性を示す図、図５は、図３で示される形式の指向性アン
テナを５組用いたセクタアンテナを示す平面図、図６
は、図５のセクタアンテナの隣接する２つの指向性アン
テナにおける反射特性と伝送特性とを示すグラフ、図７
（ａ）は、図５の指向性アンテナの放射パターンの垂直
面における特性を示す図、図７（ｂ）は、図５の指向性
アンテナの放射パターンの円錐面における特性を示す図
である。

【００１５】図１のセクタアンテナ１００は、同一平面
の上で仮想円周ＣＲに沿ってほぼ等間隔で配置された５
組の指向性アンテナ１０，２０，〜，５０を有する。指
向性アンテナ１０，２０，〜，５０は、それぞれアンテ
ナ素子１１，１２，１３，１４；２１，２２，２３，２
４；〜；５１，５２，５３，５４を有している。この例
の場合、指向性アンテナ１０，２０，〜，５０の中心Ｃ
１，Ｃ２，〜，Ｃ５は、仮想円周ＣＲの上にある。指向
性アンテナ１０，２０，〜，５０のビーム方向（バック
ワード励振）は、矢印Ｄ１，Ｄ２，〜，Ｄ５で示される
ように、指向性アンテナ１０，２０，〜，５０の中心Ｃ
１，Ｃ２，〜，Ｃ５における仮想円周ＣＲに対する接線
方向よりも仮想円周の中心ＣＣに近付くように、すなわ
ち、半径方向に対して鋭角な角度δ１，δ２，〜，δ５
（全ての条件が同一であればδ１，δ２，〜，δ５は同
一のδである）を有している。

【００１６】そこで、角度δ１，δ２，〜，δ５につい
て説明する。上述の指向性アンテナ１０，２０，〜，５
０が励振されたとき、指向性アンテナ１０，２０，〜，
５０は、それぞれ図２の主ビームＢＭ１，ＢＭ２，〜，
ＢＭ５を有するような放射パターンを発生させる。この
場合、図２を見やすくするために、放射パターンを対応
する指向性アンテナと重ねずに、各指向性アンテナの外
側に図示している。一般にアンテナの放射パターンは、
主ビームとサイドローブとを有し、主ビームとサイドロ
ーブとの間には利得の極めて小さい“ヌル方向”が存在
する。これらの主ビームＢＭ１，ＢＭ２，〜，ＢＭ５
は、半径方向に対して角度δ１，δ２，〜，δ５を有す
ることにより、これらの主ビームが形成される方向にあ
る隣接する指向性アンテナのビームの“ヌル方向”を向
くように設定されている。例えば、指向性アンテナ１０
が発生するビームＢＭ１のビーム方向は、指向性アンテ
ナ５０が励振された場合に発生するビームＢＭ５の“ヌ
ル方向”に向けられている。

【００１７】各指向性アンテナ１０，２０，〜，５０
は、上述したように配置されているので、例えば、指向
性アンテナ１０が励振され、指向性アンテナ５０が励振
されない場合、指向性アンテナ１０と指向性アンテナ５
０との間の結合は極めて小さいから、指向性アンテナ１
０は、指向性アンテナ５０との結合による悪影響を受け
ることが極めて少なく（他方、指向性アンテナ５０は、
指向性アンテナ１０から放射される電磁界の影響を受け
るのが極めて少ない）、放射特性が劣化する恐れがな
い。換言すれば、励振された指向性アンテナ１０から
は、励振されていない指向性アンテナ５０は、電気的に
見えない配置となっている。これらのことは、指向性ア
ンテナ１０，２０，〜，５０の相互の距離が相当に近く
ても効果があるので、セクタアンテナ１００の全体を小
型に形成することが可能である。図１および図２で示さ
れたセクタアンテナ１００の場合、各主ビームＢＭ１，
ＢＭ２，〜，ＢＭ５は、正５角形の一辺をなすような放
射パターンを有しており、加工上および小型化等に有利
であるが、隣接する指向性アンテナとの関係が“ヌル方
向”を向くという上述の関係を有しておれば、正５角形
の関係に制限されるものではないということは言うまで
もない。

【００１８】上述のセクタアンテナ等に使用するために
単体の指向性アンテナをキャビティ付きスロットアンテ
ナで構成した具体的な例について図４を参照して説明す
る。図４の単体の指向性アンテナは、動作周波数が１
９．５ＧＨｚである場合に対応して設計されている。誘
電体基板６０の上面には直線的にストラップ形状で延び
るスタブ７０が形成されている。誘電体基板６０の下面
には、グランドプレート８０として導体層が形成され、
その導体層にはその導体層を部分的に除いたスロット＃
１〜＃ｎ（ただし、この例では“ｎ”は４）が形成され
ている。これらは、現状のプリント基板の製造方法を応
用することで、製作コストを低減し、容易に精度よく形
成されることは明らかである。グランドプレート８０の
下にはキャビティ９０が配置される。この場合、指向性
アンテナは、以下の条件で形成される。

【００１９】上述の条件は、図３に示されるパラメータ
に対応して ε_ｒ＝２．１７，ｄ＝０．３８ｍｍ，ｗ_ｆ＝１．２ｍｍｌ_ｆ＝２．８ｍｍ，ｗ_ｓ＝１ｍｍ，ｌ_ｃ＝２２．５ｍｍｗ_ｃ＝７．５ｍｍ，ｄ_ｃ＝１ｍｍまた、スロット＃１〜＃ｎに関して、ｎｌ_ｓ［ｍｍ］ｏ_ｓ［ｍｍ］１６．３０３．１０２６．３０３．００３６．５０３．１０４６．７０３．３０である。

【００２０】このように形成された指向性アンテナの放
射パターンを測定すると図４（ａ）および図４（ｂ）の
ような特性を有することが分かる。これらの図におい
て、実線で示されているのが実際の測定結果であり、点
線で示されているのが計算による理論値である。図４
（ａ）に示される垂直面パターンにおいては、θがほぼ
６０度を向いていることが分かる。また、θをこの角度
に固定したときの図４（ｂ）に示される円錐面パターン
においては、φに関する半値角がほぼ７９度であること
が分かり、これによって５セクタを有するセクタアンテ
ナに適合していることが分かる。そこで、図１で示され
る指向性アンテナ１０，２０，〜，５０の位置に、上述
のような条件で形成したものを指向性アンテナ１０ａ，
２０ａ，〜，５０ａとして配置したのが図５に示される
セクタアンテナ２００である。この場合、スタブ７０の
一端が給電点にされている。この場合、誘電体基板の大
きさは、直径６２ｍｍのもので充分である。

【００２１】図５のセクタアンテナ２００は、指向性ア
ンテナ１０ａ，２０ａ，〜，５０ａを有するが、例とし
て、指向性アンテナ１０ａと指向性アンテナ５０ａとの
間の反射特性ＳＲと伝送特性ＳＴとを測定すると、その
結果は、図６の実線および点線のように示される。すな
わち、１９．５ＧＨｚ付近において反射特性ＳＲが小さ
くなっており、また、伝送特性ＳＴも同周波数帯におい
て−４０ｄＢ以下の極めて小さな値をとり、隣接する指
向性アンテナ間で相互結合が非常に小さいことが分か
る。また、図５のセクタアンテナ２００の指向性アンテ
ナ１０ａを励振したときの放射パターンを測定すると、
図７（ａ）および図７（ｂ）のような特性を有すること
が分かる。すなわち、図３の単体の指向性アンテナが有
する図４（ａ）および図４（ｂ）で示されるのとほぼ同
様な特性を有することが分かる。

【００２２】上述のことから、一例として図３の単体で
示される指向性アンテナを図１に従って５組配置すれ
ば、各指向性アンテナの放射パターンで示される放射特
性が劣化するのを防止することができることが分かる。
また、誘電体基板を用いてセクタアンテナを構成する場
合に、図１０のような従来の形式のものであって、各指
向性アンテナを４つのアンテナ素子で構成しようとすれ
ば、直径９０ｍｍの誘電体基板を要する。しかし、本発
明による図５のようなセクタアンテナであれば、既に述
べたように直径６２ｍｍで充分であり、小型化に有利で
ある。このことは、特に、ミリ波による高速無線伝送シ
ステムにおいて安価で特性のよいセクタアンテナを提供
できることとなる。したがって、この発明のセクタアン
テナは、目的に合った極めて良好な特性を有したもので
あることが分かる。

【００２３】

【発明の効果】この発明は以上において詳述したように
構成されていることにより、複数の指向性アンテナを含
むセクタアンテナにおいて、各指向性アンテナの放射方
向は、影響し合うべき指向性アンテナの“ヌル方向”を
向いているので、何れかの指向性アンテナが励振された
ときに、他の指向性アンテナとの結合が小さく、結合に
よる悪影響を受けることがないので、放射特性を劣化さ
せることがない。また、このように各指向性アンテナが
近接しても、各指向性アンテナが悪影響し合うことが少
ないから、バックワード励振とともに小型化を容易にし
ている。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明のセクタアンテナの実施の形態の構成
を示す平面図である。

【図２】図１のセクタアンテナにおける各指向性アンテ
ナのビーム方向を説明する図である。

【図３】誘電体基板を使用したキャビティ付きの指向性
アンテナの単体の構成例を示す図である。

【図４】（ａ）は、図３の指向性アンテナの放射パター
ンの垂直面における特性を示す図である。（ｂ）は、図
３の指向性アンテナの放射パターンの円錐面における特
性を示す図である。

【図５】図３で示される形式の指向性アンテナを５組用
いたセクタアンテナを示す平面図である。

【図６】図５のセクタアンテナの隣接する２つの指向性
アンテナにおける反射特性と伝送特性とを示すグラフで
ある。

【図７】（ａ）は、図５の指向性アンテナの放射パター
ンの垂直面における特性を示す図である。（ｂ）は、図
５の指向性アンテナの放射パターンの円錐面における特
性を示す図である。

【図８】従来の無線ＬＡＮシステムを示すブロック図で
ある。

【図９】図９の無線ＬＡＮシステムにおいて使用される
送受信アンテナの構成を示す斜視図である。

【図１０】誘電体基板の上にプリント基板の製造技術を
用いて平面的に形成されたセクタアンテナの従来例を示
す図である。

【符号の説明】

１０，２０，〜，５０；１０ａ，２０ａ，〜，５０ａ
指向性アンテナ１１，１２，〜，５４アンテナ素子６０誘電体基板７０スタブ８０グランドプレート９０キャビティ１００，２００セクタアンテナ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者佐々木金見東京都中野区東中野三丁目14番20号国際電気株式会社内 (72)発明者伊藤精彦北海道札幌市中央区南５条西16丁目１−10 (72)発明者山本学北海道札幌市南区藤野４条５丁目12−11 (72)発明者石崎孝介神奈川県横須賀市佐原４−４−２Ｆターム(参考） 5J021 AA08 AB05 GA02 GA06 GA08 HA05 HA10 5J045 AA21 DA06 EA07 FA02 HA03 NA01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】同一平面上で仮想円周に沿ってほぼ等間
隔で配置された複数の指向性アンテナを有するセクタア
ンテナにおいて、各指向性アンテナは、それぞれのビーム方向がそのビー
ム方向にあって隣接する指向性アンテナの放射パターン
のヌル方向と一致するように、配置されていることを特
徴とするセクタアンテナ。
【請求項２】前記各指向性アンテナは、アレー状に配
置された複数のスロット素子から構成されている請求項
１記載のセクタアンテナ。
【請求項３】前記指向性アンテナは、誘電体基板にエ
ッチング形成されている請求項２記載のセクタアンテ
ナ。
【請求項４】前記指向性アンテナは、バックワード励
振される請求項２または３記載のセクタアンテナ。