JP2004040361A - ビーム幅可変アンテナ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】放射パターンにヌル点が生じないビーム幅可変アンテナ装置を提供する。
【解決手段】１／４波長の高さのモノポールアンテナ素子１１、１２のｎ本（ｎ＝２、３、・・・・・、ｎ）を平面反射板２に対して１／２波長の間隔で直立して取り付け固定したアレーアンテナのモノポールアンテナ素子１１、１２の配列方向のほぼ中間位置にモノポールアンテナ素子１１、１２と平行に無給電の金属導体３を配置し、金属導体３の高さを変更することにより、放射パターンの形状、ＦＳ比を変更することができ、ヌル点の存在しない楕円形に近似する放射パターンを得る様々なビル内の建築構造に対応する放射パターンのビーム幅可変アンテナ装置。
【選択図】　図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ビーム幅可変アンテナ装置に関し、特に、１／４波長の高さのモノポールアンテナ素子より成るアレーアンテナの素子配列方向のほぼ中間位置に無給電素子である金属導体を配置するビーム幅可変アンテナ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ビームアンテナ装置の従来例を図１を参照して説明する。
１１は１／４波長の高さの第１のモノポールアンテナ素子を示す。１２は１／４波長の高さの第２のモノポールアンテナ素子を示す。ここで、第１のモノポールアンテナ素子１１と第２のモノポールアンテナ素子１２は、同形状寸法、同相給電される。２は方形の平面反射板である。第１のモノポールアンテナ素子１１および第２のモノポールアンテナ素子１２は、平面反射板２に対してこれに垂直な共通平面内において直立してその下端部を機械的電気的に取り付け固定され、アレーアンテナを構成している。第１のモノポールアンテナ素子１１と第２のモノポールアンテナ素子１２との間の間隔は１／２波長に設定されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
以上の従来例の放射パターンは図２に示される如くである。最外側の円のレベルは０ｄＢを示し、中心は−３０ｄＢを示す。同心円は５ｄＢ間隔で描かれている。即ち、１／４波長の高さのモノポールアンテナ素子１１、１２を１／２波長間隔に配列して方形の平面反射板２に取り付け固定したアレーアンテナは、その放射パターンの主放射ビーム方向である０°−１８０°方向の両側にヌル点が生ずる。
【０００４】
ところで、ビル内において移動通信サービスを実施するビームアンテナ装置としては、放射パターンが狭い通路をもカバーすることができるヌル点の存在しない楕円形であるものが好適である。しかし、ビルの内部構造は様々であり、通路の幅も広狭様々であってビル内部構造に一々対応することは困難である。
この発明は、１／４波長の高さのモノポールアンテナ素子より成るアレーアンテナの素子配列方向のほぼ中間位置に無給電素子である金属導体を配置することにより、放射パターンにヌル点が生じないビーム幅可変アンテナ装置を提供するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
約１／２波長離隔して配置した２本のモノポールアンテナ素子のほぼ中間位置に無給電の金属導体を配置してその高さを変更することにより、放射ビーム幅およびＦＳ比（Ｆｒｏｎｔｌｏｂｅ　ｔｏ　Ｓｉｄｅｌｏｂｅ　Ｒａｔｉｏ）を変更することができることがわかった。これにより金属導体の高さを変えるだけで、サービスエリア構造が相異なる何れのビル内においても、移動通信におけるＩＭＴ−２０００用ビル内サービスに使用するビーム幅可変アンテナ装置を構成することができることがわかった。
【０００６】
【発明の実施の形態】
この発明の実施の形態を図３の実施例を参照して説明する。
この実施例は図１の従来例における１／４波長の高さの第１のモノポールアンテナ素子１１と１／４波長の高さの第２のモノポールアンテナ素子１２より成るアレーアンテナの素子配列方向のほぼ中間位置にこれらアンテナ素子と平行に無給電の金属導体３を１本配置したものに相当する。この実施例において、第１のモノポールアンテナ素子１１、第２のモノポールアンテナ素子１２の相互間隔は１／２波長であり、無給電の金属導体３との間の相互間隔は１／４波長である。
【０００７】
図４はこの実施例の放射パターンを示す。この場合、第１のモノポールアンテナ素子１１および第２のモノポールアンテナ素子１２双方の高さを０．２３　波長に固定し、平面反射板２の大きさは４０ｍｍ×１１０ｍｍとしている。そして、無給電の金属導体３の高さｈを０．２５波長とした場合と０．２７波長とした場合の２通りについて得られた指向性パターンの結果を示している。ここで、金属導体３の高さが第１のモノポールアンテナ素子１１、第２のモノポールアンテナ素子１２の高さに等しいｈ＝０．２３　波長の場合、放射パターンはオムニとなる。金属導体３の高さを僅かに高くしてｈ＝０．２５　波長とした場合、点線で示される如くに離心率の大きい楕円の放射パターンを示す。
【０００８】
図５を参照するに、これは金属導体３の高さを変化させた場合のＨＰＢＷおよびＦＳ比の変化を示す図である。この場合、第１のモノポールアンテナ素子１１および第２のモノポールアンテナ素子１２の高さは０．２３波長と０．２５波長の２通りに設定し、両アンテナ素子１１および１２の間隔は０．５３　波長に設定している。そして、平面反射板２の大きさは４０ｍｍ×１１０ｍｍとしている。ここで、金属導体３が１／５波長の高さの場合はＨＰＢＷは１７０°近傍の広角度を示し、ＦＳ比は極めて小さく、これらの結果は図４の結果に矛盾なく対応している。
【０００９】
図６を参照して他の従来例を説明する。図６の従来例においては、１／４波長の高さの第１ないし第４のモノポールアンテナ素子１１ないし１４の４本を、方形の平面反射板２に対してこれに垂直な共通平面内において１／２波長の相互間隔で、直立して取り付け固定してアレーアンテナを構成している。
図７は以上の他の従来例の放射パターンを示す。最外側円のレベルは０ｄＢを示し、中心は−３０ｄＢを示す。同心円は５ｄＢ間隔で描かれている。この放射パターンは、４本のモノポールアンテナ素子１１ないし１４について隣接するもの同志の相互間隔を０．　５３波長に設定すると共に高さを０．２３波長に設定し、２ＧＨｚ　の電磁波を使用して得られた結果を示す。この従来例においても、その放射パターンは６方向にヌル点が生ずる。
【００１０】
ここで、図８を参照して他の実施例を説明するに、これは図６のアレーアンテナの従来例において、素子配列方向のほぼ中間位置にモノポールアンテナ素子と平行に無給電の金属導体を１本配置したものに相当する。４本のモノポールアンテナ素子１１ないし１４より成るこの実施例のアレーアンテナにおいて、素子配列方向のほぼ中間位置は第２のモノポールアンテナ素子１２と第３のモノポールアンテナ素子１３の中間位置ということになる。ここに無給電の金属導体３を立設する。
【００１１】
図９は図８の実施例の放射パターンを示す。最外側円のレベルは０ｄＢ、中心は−３０ｄＢを示す。同心円は５ｄＢ間隔で描かれている。この放射パターンにはヌル点は存在せず、様々の内部構造のビル内における移動通信用のビームアンテナとして充分に使用することができる。
なお、図２、図４、図５、図７、図９のＧａｉｎ、ＨＰＢＷおよびＦＳ比の変化その他のデータは、電界分布を数値計算するソフトウェアを使用し、アンテナの種類、アンテナの長さ、励振源の励振周波数、反射器の形状寸法、給電点、アンテナと反射器との間の位置関係その他の条件を入力して電子計算機により演算処理して求めることができる。
【００１２】
【発明の効果】
以上の通りであって、この発明によれば、１／４波長の高さのモノポールアンテナ素子の相互間隔が約１／２波長のアレーアンテナの素子配列方向のほぼ中間位置に無給電素子である金属導体を配置することにより、ヌル点の存在しない楕円形に近似する放射パターンを得ることができる。そして、この金属導体の高さを変えることにより、放射パターンの形状、ＦＳ比を変更することができ、金属導体の高さを変更することにより様々なビル内の建築構造に対応する放射パターンのビーム幅可変アンテナ装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来例を説明する図。
【図２】従来例の放射パターンを示す図。
【図３】実施例を説明する図。
【図４】実施例の放射パターンを示す図。
【図５】金属導体の高さを変化させた場合のＨＰＢＷおよびＦＳ比の変化を示す図。
【図６】他の従来例を説明する図。
【図７】他の従来例の放射パターンを示す図。
【図８】他の実施例を説明する図。
【図９】他の実施例の放射パターンを示す図。
【符号の説明】
１１〜１４　モノポールアンテナ素子
２　平面反射板
３　金属導体

Claims (1)

1. １／４波長の高さのモノポールアンテナ素子のｎ本（ｎ＝２、３、・・・・・、ｎ）を平面反射板に対して１／２波長の間隔で直立して取り付け固定したアレーアンテナの素子配列方向のほぼ中間位置にモノポールアンテナ素子と平行に無給電の金属導体を配置し、金属導体の高さを変更することを特徴とするビーム幅可変アンテナ装置。

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