JP2005039415A - Antenna assembly - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、移動体通信の基地局アンテナなどに用いるアンテナ装置に係り、特に、所望の指向角が簡単な構成で得られるアンテナ装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
移動体通信の基地局アンテナは、その基地局アンテナから移動局に対し通信サービスを提供できるサービスエリアがその基地局アンテナの水平面上指向性に大きく影響される。基地局アンテナを設置する際には、提供したいサービスエリアを漏れなくかつ無駄なく提供できる最善の場所に設置するのが望ましい。つまり移動局が存在し得ないエリアに電力を届けてもエネルギの無駄であるし、移動局が存在しているエリアに電力が届かないと困る。
【0003】
実際には最善の場所が道路上であったり、その他のアンテナを設置しにくい場所であったりするので、その場所に近い次善の場所に設置することがしばしばである。例えば、今、水平面上で8の字指向性を有するアンテナを用い、図11に示されるように、道路91の長手方向を重点的にサービスエリアに含めたい場合、最善の場所は道路中央の点92になる。道路中央にはアンテナを設置できないので、道路脇の電柱や電話ボックスなどに設置することになる。
【0004】
しかし、図11のように道路脇の点93に8の字指向性94を有する基地局アンテナを設置すると、道路に面した建物96などのように重点的にサービスエリアとする必要のないエリアが含まれてしまうので、無駄が多い。また、図11において、8の字指向性を有するアンテナの代わりに水平面上で無指向性(円形指向性)を有するアンテナを用いたとしても、道路91の長手方向を重点的にサービスエリアに含めるという要望はかなえることができない。
【0005】
図11において、設置環境に適した理想的なアンテナの水平面上指向性は、破線97のようなものである。この破線97のような指向性を持つアンテナであれば建物側に被さるサービスエリアを少なくすることができる。
【0006】
また、近年では、移動局機器の普及により狭いエリア内に存在する移動局の数が増加しているが、図12(a)のように無指向性のアンテナを用いた基地局アンテナを設置して設置場所101の周囲の円形のサービスエリアにしてしまうと、1つの基地局で提供できるチャンネルの数に限界があるため、移動局の数に対して十分な数のチャンネルを確保できなくなる。そこで、比較的狭い指向性を有するアンテナを複数同じ場所に設置してそれぞれ異なる方向をサービスエリアとすることで、それぞれのサービスエリアで十分な数のチャンネルを確保することが考えられている。例えば、図12(b)のように指向角120°のアンテナを3個同じ場所101に設置してそれぞれ異なる方向を向いた扇形のサービスエリアを分担にすれば、円形のサービスエリアにした場合の3倍の数のチャンネルを確保することができる。
【0007】
しかし、移動局の数がさらに増加すると、さらにサービスエリアを狭く分割するよう、図12(c)に示されるように、同じ設置場所101に4個以上のアンテナを設置する必要が出てくる。この場合、サービスエリア102が狭い角度ずつになっているので、各アンテナの指向性を相当に狭くしなければならない。
【0008】
【特許文献1】
特開平11−31915公報
【特許文献2】
特開平8−125435公報
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献1には、誘電体基板にマイクロストリップ線路からなる給電線とマイクロストリップ線路からなるアンテナ素子とを形成した基板型アンテナにより、比較的広帯域にわたり無指向性を得る技術が開示されている。
【0010】
また、特許文献2には、無指向性のアンテナに対向させて反射板を設けることにより、無指向性の特性形状を一方向にシフトさせたような特性にして、円形のサービスエリアを建物から離れた方へずらす技術が開示されている。
【0011】
しかしながら、特許文献2のように無指向性のアンテナに対向させて反射板を設けても、指向角が狭い指向性しか得られず、図11で希望したような建物側に被さるサービスエリアを少なくできるアンテナの水平面上指向性つまり指向角120°を超えるワイドな指向性は簡単に得られない。また、特許文献1のような無指向性のアンテナでは水平面上指向性97は得られない。
【0012】
また、サービスエリアを狭く分割する目的で同じ場所に複数のアンテナを設置する場合、そのアンテナの指向角は分割数に応じた所望の狭い角度である必要がある。
【0013】
以上のことから、180°といった広い指向角から30°くらいの狭い指向角まで所望の指向角が簡単な構成で得られるアンテナが望まれる。
【0014】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、所望の指向角が簡単な構成で得られるアンテナ装置を提供することにある。
【0015】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明は、誘電体基板にマイクロストリップ線路からなる給電線とマイクロストリップ線路からなるアンテナ素子とを形成した基板型アンテナを用いたアンテナ装置において、前記給電線及びアンテナ素子の寸法要素を無指向性が得られる寸法要素から逸脱させて楕円形指向性が得られる寸法要素にすると共に、前記基板に対し所定の傾斜角を持たせて反射板を設置したものである。
【0016】
前記傾斜角が90°であってもよい。
【0017】
前記傾斜角が0°であってもよい。
【0018】
前記反射板を複数設けると共に各反射板が前記基板に対してそれぞれ前記傾斜角を持ってもよい。
【0019】
複数の前記反射板を互いに所定の交差角を持たせて配置し、複数の前記基板をそれぞれの反射板に対しそれぞれ異なる傾斜角を持たせて配置してもよい。
【0020】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【0021】
図1(a)、図1(b)に示されるように、本発明に係るアンテナ装置1は、基板2の一方の面に基板2の長手方向に伸びるマイクロストリップ線路からなる給電線(先端開放線ともいう)3と、マイクロストリップ線路からなるアンテナ素子5と給電線3とアンテナ素子5とを接続するマイクロストリップ線路からなる給電線4とが形成され、基板2の他方の面にマイクロストリップ線路からなる無給電素子7と導体からなるグランド8とを形成された基板型アンテナ10を用いる。グランド8は給電線3の裏側に位置し、無給電素子7はアンテナ素子5の裏側に位置する。図示しない外部の送受信機器から基板まで給電するための同軸ケーブル9は、グランド8に沿わせて配置されている。なお、本実施形態の基板型アンテナは、アンテナ素子5が形成された面の反対面の前記アンテナ素子5に対応する位置に無給電素子7を設けているが、アンテナ素子5と同一面上でアンテナ素子5と平行になるように配置することも可能である。アンテナ素子5は、長手方向に電気長1/2波長の長さを有する。
【0022】
図中z軸で示した方向が水平面に対して垂直な方向である。即ち、この基板2は基板2の長手方向を水平面に対して垂直にして設置される。このアンテナ装置1の指向性を決定付ける給電線4及びアンテナ素子5の寸法要素としては、給電線4の長さ(先端開放線3とアンテナ素子5の間隔)、基板2の長手方向に隣接する2本の給電線4の先端開放線3上での距離、基板2の長手方向に隣接する2本のアンテナ素子5の間隔などがあるが、これらの寸法要素は使用周波数λの整数倍或いは簡単な整数分の整数倍とすることにより、水平面上で無指向性(円形指向性)が得られる。詳しくは特許文献1に記載のとおりである。
【0023】
本発明では、上記無指向性が得られる寸法要素からわざと逸脱させ、例えば、使用周波数λから単純に得られない値を使用して、水平面上で楕円形指向性が得られる寸法要素を採用している。例えば、基板2の長手方向に隣接する2本のアンテナ素子5の間隔を無指向性が得られる間隔から変化させる。このようにして得られた楕円形指向性の一例を図2に示す。図示のように0°及び±180°(図1のx軸方向)の利得に対して±90°(図1のy軸方向)の利得は3dB程度以上小さい。
【0024】
図1に戻り、本発明に係るアンテナ装置1は、基板2に対し水平面上で90°の傾斜角を持たせて反射板6を設置したものである。即ち、基板2がx軸に沿っているのに対し反射板6はy軸に平行に設けられている。
【0025】
図3に、図1のアンテナ装置の水平面上指向性を示す。図示のように、0°を含む側の半円に大きく偏った指向性が得られている。最大利得を基準に−3dBとなる角度を見ると、±80°である。即ち、160°の指向角が得られている。
【0026】
図3の特性を持つ図1のアンテナ装置を図11のような設置環境に設置すると、水平面上指向性は破線97のようになり、建物96側に被さるサービスエリアを少なくし、道路91の長手方向を重点的にサービスエリアに含めることができる。この破線97の特性は、特許文献2のように無指向性の特性形状を一方向にシフトさせたような特性に比べ、移動局が存在し得ないエリアに届く電力が少ない。即ち、無駄が少ない。
【0027】
図1のアンテナ装置1は従来からある無指向性の基板型アンテナの寸法要素をわざと逸脱させて図2の楕円形指向性が得られる寸法要素とし、その上で基板2に対し水平面上で90°の傾斜角を持たせて反射板6を設置したので、特許文献2のように無指向性の基板型アンテナに反射板を付加しても得られない図3の特性を実現することができた。
【0028】
なお、反射板6は、基板2のエッジに接してもよいし、基板2のエッジから適宜に離して設置してもよい。アンテナ素子5から反射板6までの距離は、図3の指向性が良好に得られるように調整するとよい。反射板6のy軸方向の幅は、図3の指向性が良好に得られるように調整するとよい。反射板6のz軸方向の長さは基板2のz軸方向の長さとほぼ同等にする。なお、図1では、アンテナ素子5をz軸方向に4段だけ示したが実際には4段より多段あるいは少段に設けてもよい。
【0029】
次に、他の実施形態を説明する。
【0030】
図4(a)、図4(b)に示されるように、アンテナ装置1は、基板2に対し水平面上で0°の傾斜角を持たせて反射板6が設置されている。即ち、基板2がy軸に沿っているとすると反射板6はy軸に平行に設けられている。基板2は、図1に示したのと同じであり、水平面上で0°及び±180°(図4のy軸方向)の利得に対して±90°(図4のx軸方向)の利得が3dB程度小さい楕円形指向性が得られる寸法要素を採用している。アンテナ素子5から反射板6までの距離は、図5の指向性が良好に得られるように調整するとよい。反射板6のy軸方向の幅は、図5の指向性が良好に得られるように調整するとよい。反射板6のz軸方向の長さは基板2のz軸方向の長さとほぼ同等にする。
【0031】
図5に図4のアンテナ装置1の水平面上指向性を示す。図示のように、120°の指向角を持つ指向性が得られている。利得が最大となる0°の利得を基準に−3dBとなる角度を見ると、±60°である。即ち、120°の指向角が得られている。
【0032】
図5のように水平面上指向性の指向角が小さい特性を持つ図4のアンテナ装置をそれぞれ方向を異ならせて複数同じ場所に設置することで、図12(b)あるいは図12(c)のようにサービスエリアを狭く分割することができる。
【0033】
図6は図3と同様に、図1のアンテナ装置の水平面上指向性を示す。図3とは、反射板6がない状態での楕円形指向性が異なる。つまり基板2の長手方向に隣接する2本のアンテナ素子5の間隔を図2の特性が得られる間隔とは異ならせてある。図6に示すように、0°を含む側の半円に大きく偏った指向性が得られている。最大利得を基準に−3dBとなる角度を見ると、±90°である。即ち、180°の指向角が得られている。
【0034】
次に、その他の様々の実施形態を説明する。
【0035】
図7(a)、図7(b)に示したアンテナ装置1は、基板2を複数設けたものである。それぞれの基板2は互いに平行であり、反射板6となす角度が同じである。これらの例のように基板型アンテナ10を複数設置して水平面上で楕円形指向性が得られるようにしたところへ反射板6を設置すれば、図3、図5、図6或いはその他の所望した水平面上指向性を得ることができる。
【0036】
このとき各基板型アンテナ10がそれぞれ異なる電波を放射するように調整することにより、図7(a)、図7(b)に示したアンテナ装置1は、1つのアンテナ装置1で複数の周波数に対応することが可能となる。
【0037】
図8(a)〜図8(f)に示したものは、1つの基板型アンテナ10に対し反射板6を複数設けたものである。
【0038】
各々の反射板6は、基板2に対して水平面上で様々の傾斜角を持たせて設置されている。図8(a)では、1枚の反射板6が基板2に対して90°の傾斜角を有し、他の2の反射板6,6が基板2と平行にして上記1枚の反射板6の両端に接して設置されている。図8(b)では、1枚の反射板6が基板2に対して90°の傾斜角を有し、他の2の反射板6,6が基板2に対して±約30°の傾斜角を有し、上記1枚の反射板6の両端に接して設置されている。図8(c)では、2枚の反射板6が基板2に対して±約45°の傾斜角で設置されている。図8 (d)では、1枚の反射板6が基板2と平行に設置され、他の2の反射板6,6が基板2に対して90°の傾斜角で上記1枚の反射板6の両端に接して設置されている。図8(e)では、1枚の反射板6が基板2と平行に設置され、他の2の反射板6,6が基板2に対して±約60°の傾斜角で上記1枚の反射板6の両端に接して設置されている。図8(f)では、2枚の反射板6が基板2に対して±約45°の傾斜角で設置されている。
【0039】
図9に、図8(f)のアンテナ装置1の水平面上指向性を示す。利得が最大となる0°の利得を基準に−3dBとなる角度を見ると、±25°である。即ち、50°の指向角が得られている。このように反射板6の形状を変えることにより、指向角を容易に調整することができる。
【0040】
図10に示したアンテナ装置11は、図1、図4などに示した反射板6を複数枚用い、これらの反射板6を互いに所定の交差角を持たせて水平面上で多角形を形成するように配置し、反射板6と同数の基板2をそれぞれの反射板6に対しそれぞれ同じ傾斜角を持たせて配置したものである。1対の基板2と反射板6による1セットのアンテナ装置1の水平面上指向性が狭い指向角を有するので、このようなアンテナ装置1を複数同じ場所に設置したアンテナ装置11で図12(b)あるいは図12(c)のように各々のアンテナ装置1の指向性102によりサービスエリアを狭く分割する目的に好適である。
【0041】
【発明の効果】
本発明は次の如き優れた効果を発揮する。
【0042】
(1)所望の指向角が簡単な構成で得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態を示すアンテナ装置の外観図である。(a)は斜視図、(b)はz軸方向から見た断面図である。
【図2】図1のアンテナ装置の基板単体による水平面指向性の特性図である。
【図3】図1のアンテナ装置の水平面指向性の特性図である。
【図4】本発明の他の実施形態を示すアンテナ装置の外観図である。(a)は斜視図、(b)はz軸方向から見た断面図である。
【図5】図4のアンテナ装置の水平面指向性の特性図である。
【図6】図1のアンテナ装置の変形例の水平面指向性の特性図である。
【図7】(a)、(b)は、それぞれ本発明の他の実施形態を示すアンテナ装置の外観図である。
【図8】(a)〜(f)は、それぞれ本発明の他の実施形態を示すアンテナ装置の水平断面図である。
【図9】図8(f)のアンテナ装置の水平面指向性の特性図である。
【図10】(a)〜(d)は、本発明の他の実施形態を示すアンテナ装置の水平断面図である。
【図11】道路脇に基地局アンテナを設置した道路周辺の平面図である。
【図12】1つの基地局アンテナ設置場所の周りに複数のサービスエリアを形成する様子を示した平面図である。
【符号の説明】
1,11 アンテナ装置
2 基板
3,4 給電線
5 アンテナ素子
6 反射板
10 基板型アンテナ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an antenna device used for a mobile station base station antenna and the like, and more particularly to an antenna device that can obtain a desired directivity angle with a simple configuration.
[0002]
[Prior art]
In a base station antenna for mobile communication, a service area where a communication service can be provided from the base station antenna to the mobile station is greatly affected by the directivity of the base station antenna on the horizontal plane. When installing the base station antenna, it is desirable to install it in the best place where the service area to be provided can be provided without omission and without waste. That is, even if power is delivered to an area where a mobile station cannot exist, energy is wasted, and it is troublesome if power does not reach an area where a mobile station exists.
[0003]
In practice, the best place is on the road or other places where it is difficult to install the antenna, so it is often installed in a suboptimal place close to that place. For example, when an antenna having a figure 8 directivity on a horizontal plane is used and the longitudinal direction of the road 91 is to be mainly included in the service area as shown in FIG. 11, the best place is a point at the center of the road. 92. Since an antenna cannot be installed in the center of the road, it will be installed in a telephone pole or telephone box next to the road.
[0004]
However, when a base station antenna having an 8-shaped directivity 94 is installed at a
[0005]
In FIG. 11, the directivity on the horizontal plane of an ideal antenna suitable for the installation environment is as indicated by a
[0006]
In recent years, the number of mobile stations existing in a narrow area has increased due to the widespread use of mobile station equipment, but a base station antenna using an omnidirectional antenna is installed as shown in FIG. If the service area is a circular service area around the
[0007]
However, when the number of mobile stations further increases, it is necessary to install four or more antennas at the
[0008]
[Patent Document 1]
JP 11-31915 A [Patent Document 2]
Japanese Patent Laid-Open No. 8-125435
[Problems to be solved by the invention]
[0010]
Further,
[0011]
However, even if a reflector is provided opposite to an omnidirectional antenna as in
[0012]
When a plurality of antennas are installed at the same place for the purpose of narrowly dividing the service area, the directivity angle of the antennas needs to be a desired narrow angle corresponding to the number of divisions.
[0013]
In view of the above, an antenna that can obtain a desired directivity angle with a simple configuration from a wide directivity angle of 180 ° to a narrow directivity angle of about 30 ° is desired.
[0014]
Accordingly, an object of the present invention is to provide an antenna device that can solve the above-described problems and obtain a desired directivity angle with a simple configuration.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention provides an antenna apparatus using a substrate type antenna in which a feed line made of a microstrip line and an antenna element made of a microstrip line are formed on a dielectric substrate. The dimension element is made to deviate from the dimension element capable of obtaining omnidirectionality to obtain an elliptical directivity, and the reflector is installed with a predetermined inclination angle with respect to the substrate.
[0016]
The inclination angle may be 90 °.
[0017]
The tilt angle may be 0 °.
[0018]
A plurality of the reflection plates may be provided, and each reflection plate may have the inclination angle with respect to the substrate.
[0019]
The plurality of reflection plates may be arranged with a predetermined crossing angle, and the plurality of substrates may be arranged with different inclination angles with respect to the reflection plates.
[0020]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
[0021]
As shown in FIGS. 1 (a) and 1 (b), an
[0022]
The direction indicated by the z axis in the figure is the direction perpendicular to the horizontal plane. That is, the
[0023]
The present invention intentionally deviates from the dimension element that provides the above omnidirectionality, and uses a dimension element that provides elliptical directivity on a horizontal plane using, for example, a value that cannot be simply obtained from the operating frequency λ. ing. For example, the distance between the two
[0024]
Returning to FIG. 1, the
[0025]
FIG. 3 shows the directivity on the horizontal plane of the antenna device of FIG. As shown in the figure, directivity that is largely biased toward the semicircle on the side including 0 ° is obtained. Looking at the angle of −3 dB with respect to the maximum gain, it is ± 80 °. That is, a directivity angle of 160 ° is obtained.
[0026]
When the antenna apparatus of FIG. 1 having the characteristics of FIG. 3 is installed in the installation environment as shown in FIG. 11, the directivity on the horizontal plane becomes as shown by the
[0027]
The
[0028]
In addition, the reflecting
[0029]
Next, another embodiment will be described.
[0030]
As shown in FIG. 4A and FIG. 4B, the
[0031]
FIG. 5 shows the directivity on the horizontal plane of the
[0032]
As shown in FIG. 5, a plurality of the antenna devices of FIG. 4 having a small directivity angle on the horizontal plane are installed in the same place with different directions, so that FIG. 12 (b) or FIG. 12 (c). Thus, the service area can be divided into narrow areas.
[0033]
FIG. 6 shows the directivity on the horizontal plane of the antenna apparatus of FIG. 1, as in FIG. 3 differs from the elliptical directivity in the absence of the
[0034]
Next, various other embodiments will be described.
[0035]
The
[0036]
At this time, the
[0037]
8A to 8F are obtained by providing a plurality of
[0038]
Each
[0039]
FIG. 9 shows the directivity on the horizontal plane of the
[0040]
The
[0041]
【The invention's effect】
The present invention exhibits the following excellent effects.
[0042]
(1) A desired directivity angle can be obtained with a simple configuration.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an external view of an antenna device showing an embodiment of the present invention. (A) is a perspective view, (b) is sectional drawing seen from the z-axis direction.
2 is a characteristic diagram of horizontal plane directivity by a single substrate of the antenna device of FIG. 1;
FIG. 3 is a characteristic diagram of horizontal plane directivity of the antenna device of FIG. 1;
FIG. 4 is an external view of an antenna device showing another embodiment of the present invention. (A) is a perspective view, (b) is sectional drawing seen from the z-axis direction.
FIG. 5 is a characteristic diagram of horizontal plane directivity of the antenna device of FIG. 4;
6 is a characteristic diagram of horizontal plane directivity of a modified example of the antenna device of FIG. 1;
FIGS. 7A and 7B are external views of an antenna device according to another embodiment of the present invention.
FIGS. 8A to 8F are horizontal sectional views of an antenna device showing another embodiment of the present invention, respectively.
9 is a characteristic diagram of horizontal plane directivity of the antenna device of FIG.
FIGS. 10A to 10D are horizontal sectional views of an antenna device showing another embodiment of the present invention. FIGS.
FIG. 11 is a plan view of the vicinity of a road in which a base station antenna is installed on the side of the road.
FIG. 12 is a plan view showing a state in which a plurality of service areas are formed around one base station antenna installation location.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
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