JP2004159116A - 多周波共用アンテナ - Google Patents

Abstract

【課題】所定の間隔をおいて配置した一対のアンテナ素子により、所定の水平面内指向特性を維持しつつ、２つの周波数の電波を放射できるようにして、従来の多周波共用アンテナよりも構成を簡略化し、かつ、コストを低減することが可能な多周波共用アンテナを提供する。
【解決手段】反射板と、前記反射板上に、任意の点を中心に線対称に配置されるとともに、ｆ１の周波数の電波と、前記ｆ１の周波数よりも高域のｆ２（ｆ２＞ｆ１）の周波数の電波とを放射する一対のアンテナ素子とを有する多周波共用アンテナであって、前記反射板上に、前記任意の点から見て前記一対のアンテナ素子の外側になるように、前記任意の点を中心に線対称に配置され、前記ｆ１の周波数の電波の指向特性を調整する一対の指向特性調整素子を有する。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、多周波共用アンテナに係わり、特に、所定の間隔をおいて配置した一対のアンテナ素子により、２つの周波数の電波を放射する多周波共用アンテナに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図６は、従来の多周波共用アンテナを説明するための概念図である。
同図において、１は反射板、３_１，３_２は、ｆ１の周波数の電波を放射する一対の第１の半波長ダイポールアンテナ素子（以下、単に、ダイポールアンテナ素子という）、４_１，４_２は、ｆ１の周波数よりも高域のｆ２（ｆ２＞ｆ１）の周波数の電波を放射する一対の第２のダイポールアンテナ素子である。
図６に示す多周波共用アンテナは、一対の第１のダイポールアンテナ素子（３_１，３_２）を、反射板１の中心点に線対称に、λ_１／２の間隔で配置し、同様に、一対の第２のダイポールアンテナ素子（４_１，４_２）を、反射板１の中心点に線対称に、λ_２／２の間隔で配置したものである。なお、λ_１は、ｆ１の周波数の自由空間波長、λ_２は、ｆ２の周波数の自由空間波長である。
この図６に示す多周波共用アンテナでは、約６０°の水平面指向特性を得ることが可能である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述した図６に示す従来の多周波共用アンテナでは、ｆ１の電波を放射する一対の第１のダイポールアンテナ素子（３_１，３_２）と、ｆ２の電波を放射する一対の第２のダイポールアンテナ素子（４_１，４_２）とが必要であるため、構成が複雑となり、かつ、コストを低減することが困難であるという問題点があった。
本発明は、前記従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、所定の間隔をおいて配置した一対のアンテナ素子により、所定の水平面内指向特性を維持しつつ、２つの周波数の電波を放射できるようにして、従来の多周波共用アンテナよりも構成を簡略化し、かつ、コストを低減することが可能な多周波共用アンテナを提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下記の通りである。
即ち、本発明は、反射板と、前記反射板上に、任意の点を中心に線対称に配置されるとともに、ｆ１の周波数の電波と、前記ｆ１の周波数よりも高域のｆ２（ｆ２＞ｆ１）の周波数の電波とを放射する一対のアンテナ素子とを有する多周波共用アンテナであって、前記反射板上に、前記任意の点から見て前記一対のアンテナ素子の外側になるように、前記任意の点を中心に線対称に配置され、前記ｆ１の周波数の電波の指向特性を調整する指向特性調整素子を有することを特徴とする。
【０００５】
また、本発明では、前記一対のアンテナ素子は、半波長ダイポールアンテナ素子であって、前記ｆ１の周波数の自由空間波長をλ_１、前記ｆ２の周波数の自由空間波長をλ_２とするとき、前記一対のアンテナ素子は、間隔が（λ_１＋λ_２）／４であり、長さ（Ｌ１）が、０．８×（λ_１＋λ_２）／４≦Ｌ１≦１．２×（λ_１＋λ_２）／４であり、前記一対の指向特性調整素子は、間隔がλ_１／２であり、長さ（Ｌ２）が、０．８×λ_１／４≦Ｌ２≦１．２×λ_１／４であることを特徴とする。
また、本発明では、前記一対の半波長ダイポールアンテナ素子、および一対の指向特性調整素子が第１の面に形成される誘電体基板を備え、前記誘電体基板の第１の面と反対側の面には、前記一対のアンテナに励振電力を供給する給電線路が形成されていることを特徴とする。
【０００６】
本発明では、所定の間隔をおいて配置される一対のアンテナ素子を、ｆ１の周波数の電波と、ｆ２の周波数の電波とを放射する共用のアンテナ素子として使用する。
一般に、一対のアンテナ素子の間隔（以下、アレー間隔という）を広げると、アンテナから放射される放射ビームのビーム幅は狭くなり、逆に、一対のアンテナ素子の間隔を狭くすると、アンテナから放射される放射ビームのビーム幅は広がる。
本発明の多周波共用アンテナのように、一対のアンテナ素子を、ｆ１の周波数の電波と、ｆ２の周波数の電波を放射する共用のアンテナ素子として使用する場合は、アレー間隔が、一対のアンテナ素子でｆ１の周波数の電波のみを放射する場合よりも狭くなるので、アンテナから放射されるｆ１の周波数の放射ビームのビーム幅が広くなる。
そのため、本発明の多周波共用アンテナでは、一対のアンテナ素子の外側に、ｆ１の周波数の放射ビームの水平面内指向特性を調整する一対の指向特性調整素子を設ける。
これにより、本実施の形態では、所定の間隔をおいて配置した一対のアンテナ素子により、所定の水平面内指向特性を維持しながら、２つの周波数の電波を放射することができるので、従来の多周波共用アンテナよりも構成を簡略化し、かつ、コストを低減することが可能となる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
なお、実施の形態を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
図１は、本発明の実施の形態の多周波共用アンテナを説明するための概念図である。
同図において、１は反射板、５_１，５_２は、ｆ１の周波数の電波と、ｆ１の周波数よりも高域のｆ２（ｆ２＞ｆ１）の周波数の電波とを放射するダイポールアンテナ素子である。
本実施の形態の多周波共用アンテナでは、（λ_１＋λ_２）／４のアレー間隔（図１に示すＴ１の間隔）をおいて、反射板１の中心点を中心として線対称に配置される一対のダイポールアンテナ素子（５_１，５_２）を、ｆ１の周波数の電波と、ｆ２の周波数の電波とを放射する共用のアンテナ素子として使用する。
前述したように、λ_１は、ｆ１の周波数の自由空間波長、λ_２は、ｆ２の周波数の自由空間波長である。
例えば、移動体通信システムに使用される１．５ＧＨｚ帯の周波数と、２ＧＨｚ帯の周波数とのように、λ_１／２と、λ_２／２との差が小さい場合には、一対のダイポールアンテナ素子（５_１，５_２）の長さを、例えば、（λ_１＋λ_２）／４とすることにより、ｆ１の周波数の電波と、ｆ２の周波数の電波の２つの電波を放射することができる。
【０００８】
ここで、図１に示すように、一対のダイポールアンテナ素子（５_１，５_２）のアレー間隔（Ｔ１）は、（λ_１＋λ_２）／４とされる。
前述したように、一対のダイポールアンテナ素子のアレー間隔を広げると、アンテナから放射される電波のビーム幅は狭くなり、逆に、一対のアンテナ素子の間隔を狭くすると、アンテナから放射される放射ビームのビーム幅は広がる。
ｆ２の周波数において、図６に示す従来の多周波共用アンテナでは、アレー間隔がλ_２／２であったものが、本実施の形態の多周波共用アンテナでは、アレー間隔（Ｔ１）は（λ_１＋λ_２）／４となるので、ｆ２の周波数ではアレー間隔が広くなる。
そのため、本実施の形態の多周波共用アンテナでは、ｆ２の周波数において、アンテナから放射される電波のビーム幅が狭くなる。
しかしながら、ｆ１の周波数においては、図６に示す従来の多周波共用アンテナでは、アレー間隔がλ_１／２であったものが、本実施の形態の多周波共用アンテナでは、アレー間隔（Ｔ１）は（λ_１＋λ_２）／４となるので、ｆ１の周波数ではアレー間隔が狭くなる。
そのため、本実施の形態の多周波共用アンテナでは、ｆ１の周波数において、アンテナから放射される電波のビーム幅が広くなる。
【０００９】
そこで、本実施の形態では、図１に示すように、λ_１／２のアレー間隔（図１に示すＴ２の間隔）をおいて、反射板１の中心点を中心として線対称に一対の指向特性調整素子（９_１，９_２）を配置する。
即ち、本実施の形態では、一対の指向特性調整素子（９_１，９_２）を、一対のダイポールアンテナ素子（５_１，５_２）の外側（反射板１の中心点から見て外側）に配置する。
この一対の指向特性調整素子（９_１，９_２）は、一種の無給電素子として動作し、ｆ１の周波数は、一対の指向特性調整素子（９_１，９_２）においても励振され、ｆ１の電波は、一対の指向特性調整素子（９_１，９_２）からも放射される。即ち、本実施の形態では、一対のダイポールアンテナ素子（５_１，５_２）の外側に、アレー間隔がλ_１／２で、ｆ１の電波を放射する一対のアンテナ素子が配置されることになるので、その結果として、ｆ１の周波数において、アンテナから放射される電波のビーム幅を、従来の多周波共用アンテナと同様な値（６０°）とすることが可能となる。
したがって、本実施の形態では、所定の水平面内指向特性を維持しながら、従来の多周波共用アンテナよりも構成を簡略化し、かつ、コストを低減することが可能となる。
【００１０】
図２は、本発明の実施の形態の多周波共用アンテナの概略構成を示す図であり、同図（ａ）は正面図、同図（ｂ）は、同図（ａ）のＡ−Ａ’接続線に沿った断面構造を示す断面図である。
同図において、１は反射板、２は誘電体基板であり、本実施の形態では、反射板１の反射面に対して、誘電体基板２が平行に配置される。
図３は、図２に示す誘電体基板２を説明するための図である。
一対のダイポールアンテナ素子（５_１，５_２）は、誘電体基板２の一方の面（裏面または表面）に、分波器２５を中心にして線対称に設けられる。
ここで、一対のダイポールアンテナ素子（５_１，５_２）を構成する導体の長さ（Ｌ１）は、０．８×（λ_１＋λ_２）／４≦Ｌ１≦１．２×（λ_１＋λ_２）／４とされる。
また、誘電体基板２の一方の面には、接地導体（６_１，６_２）も形成される。図３に示すように、接地導体６には、長手方向のスロット２１_１、２１_２とが設けられる。
ダイポールアンテナ素子５_１は、接地導体６_１に形成されたスロット２１_１により分離される２つの導体部（２２_１，２３_１）に接続され、また、ダイポールアンテナ素子５_２は、接地導体６_２に形成されたスロット２１_２により分離される２つの導体部（２２_２，２３_２）に接続される。
【００１１】
誘電体基板２の他方の面（表面または裏面）には、給電線路（７_１，７_２）が形成される。
図３に示すように、給電線路７_１は、導体部２３_１が形成される領域に沿って形成されるとともに、導体部２２_１が形成される領域に沿って折り返されて延長される折り返し部分２６_１を有する。
同様に、給電線路７_２は、導体部２３_２が形成される領域に沿って形成されるとともに、導体部２２_２が形成される領域に沿って折り返されて延長される折り返し部分２６_２を有する。
また、図３に示すように、給電線路（７_１，７_２）は、インピーダンス整合を図るために、その幅が一部狭くなっている。
折り返し部分（２６_１，２６_２）を有する給電線路（７_１，７_２）は、接地導体（６_１，６_２）とともに、分岐導体による平衡−不平衡変換回路（マイクロストリップ線路による平衡−不平衡変換回路）を構成する。
また、図３には図示していないが、誘電体基板２の裏面には、同軸接栓が設けられ、その内部導体は、誘電体基板２の裏に穿った孔に挿入され、接地導体（６_１，６_２）と電気的に接続される恐れがないようにして、給電線路（７_１，７_２）に接続され、同軸接栓の外部導体は、接地導体（６_１，６_２）に接続される。
【００１２】
誘電体基板２の他方の面（表面または裏面）には、本発明の特徴とする一対の指向特性調整素子（９_１，９_２）も形成される。
この一対の指向特性調整素子（９_１，９_２）の長さ（Ｌ２）および幅（Ｗ）は、反射板１と誘電体基板２との間隔、誘電体基板２の厚さおよび材質、あるいは、ダイポールアンテナ素子（５_１，５_２）と指向特性調整素子（９_１，９_２）との間隔などに応じて適宜設定する必要があるが、一対の指向特性調整素子（９_１，９_２）の長さ（Ｌ２）は、０．８×λ_１／４≦Ｌ２≦１．２×λ_１／４が望ましい。
なお、図３では、一対のダイポールアンテナ素子（５_１，５_２）のアレー間隔は、（λ_１＋λ_２）／４となっているが、このアレー間隔は、ｆ２の周波数の電波のビーム幅が、所望の値（本実施の形態では、６０°）よりも、狭くなりすぎない値に設定する必要がある。
【００１３】
図４は、本実施の形態の多周波共用アンテナのｆ１の周波数における水平面内指向特性の一例を示すグラフであり、図５は、本実施の形態の多周波共用アンテナのｆ１の周波数における水平面内指向特性の一例を示すグラフである。
図４、図５に示すように、本実施の形態の多周波共用アンテナでは、ｆ１の周波数においてビーム幅が６２°、ｆ２の周波数においてビーム幅が５７°となっている。なお、ビーム幅とは、相対利得が−３ｄＢ以下となる範囲の角度である。
本実施の形態の多周波共用アンテナは、２ＧＨｚ帯の周波数の電波と、１．５ＧＨｚ帯の周波数の電波を放射する、移動体通信システムにおける基地局アンテナとして使用することができる。
なお、前述の実施の形態では、ダイポールアンテナ素子を使用する場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、本発明は、ダイポールアンテナ素子以外の他のアンテナ素子を使用する場合にも適用可能であることはいうまでもない。
以上、本発明者によってなされた発明を、前記実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは勿論である。
【００１４】
【発明の効果】
本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下記の通りである。
本発明の多周波共用アンテナによれば、所定の間隔をおいて配置した一対のアンテナ素子により、所定の水平面内指向特性を維持しつつ、２つの周波数のビームを放射することができるので、従来の多周波共用アンテナよりも構成を簡略化し、かつ、コストを低減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の多周波共用アンテナを説明するための概念図である。
【図２】本発明の実施の形態の多周波共用アンテナの概略構成を示す図である。
【図３】図２に示す誘電体基板を説明するための図である。
【図４】本発明の実施の形態の多周波共用アンテナのｆ１の周波数における水平面内指向特性の一例を示すグラフである。
【図５】本発明の実施の形態の多周波共用アンテナのｆ２の周波数における水平面内指向特性の一例を示すグラフである。
【図６】従来の多周波共用アンテナを説明するための概念図である。
【符号の説明】
１…反射板、２…誘電体基板、３_１，３_２…一対の第１の半波長ダイポールアンテナ素子、４_１，４_２…一対の第２の半波長ダイポールアンテナ素子、５…一対の半波長ダイポールアンテナ素子、６_１，６_２…接地導体、７_１，７_２…給電線路、９_１，９_２…一対の指向特性調整素子、２１_１，２１_２…スリット、２２_１，２２_２，２３_１，２３_２…導体部、２５…分配器、２６_１，２６_２…折り返し部分。

Claims (3)

1. 反射板と、
   前記反射板上に、任意の点を中心に線対称に配置されるとともに、ｆ１の周波数の電波と、前記ｆ１の周波数よりも高域のｆ２（ｆ２＞ｆ１）の周波数の電波とを放射する一対のアンテナ素子とを有する多周波共用アンテナであって、
   前記反射板上に、前記任意の点から見て前記一対のアンテナ素子の外側になるように、前記任意の点を中心に線対称に配置され、前記ｆ１の周波数の電波の指向特性を調整する一対の指向特性調整素子を有することを特徴とする多周波共用アンテナ。
2. 前記一対のアンテナ素子は、半波長ダイポールアンテナ素子であって、
   前記ｆ１の周波数の自由空間波長をλ_１、前記ｆ２の周波数の自由空間波長をλ_２とするとき、前記一対のアンテナ素子は、間隔が（λ_１＋λ_２）／４であり、長さ（Ｌ１）が、０．８×（λ_１＋λ_２）／４≦Ｌ１≦１．２×（λ_１＋λ_２）／４であり、
   前記一対の指向特性調整素子は、間隔がλ_１／２であり、長さ（Ｌ２）が、０．８×λ_１／４≦Ｌ２≦１．２×λ_１／４であることを特徴とする請求項１に記載の多周波共用アンテナ。
3. 前記一対の半波長ダイポールアンテナ素子、および一対の指向特性調整素子が第１の面に形成される誘電体基板を備え、
   前記誘電体基板の第１の面と反対側の面には、前記一対のアンテナに励振電力を供給する給電線路が形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の多周波共用アンテナ。

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