JP2005203962A - 偏波ダイバーシティダイポールアンテナ - Google Patents

Abstract

【課題】 構造を簡素化した偏波ダイバーシティダイポールアンテナを提供する。
【解決手段】 放射素子６，７の伸張方向が互いに平行な第１組のダイポール素子２ａ，２ｂと、これら第１組のダイポール素子間に位置し放射素子６，７の伸張方向が第１組のダイポール素子の放射素子の伸張方向と直交する第２組のダイポール素子３ａ，３ｂと、両組のダイポール素子の放射素子に対して平行な反射板４とを備えた偏波ダイバーシティダイポールアンテナにおいて、各ダイポール素子毎に、両極放射素子間を渡るように配置されて片極の放射素子に接合された金属板１５，１６で給電線９，１０を構成した。給電線９，１０が金属板１５，１６で構成されているため、構造が簡素になる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ダイポールアンテナを用いて偏波ダイバーシティ方式を実現する偏波ダイバーシティダイポールアンテナに係り、構造を簡素化した偏波ダイバーシティダイポールアンテナに関する。

移動体通信において、送信局から受信局へ最短距離で到達する直接波と、ビルなどの障害物に電磁波が反射し位相が遅れて到達する反射波とが合成され、受信電力が変動するフェージングが問題となる。このフェージングを減らす方法のひとつとして偏波ダイバーシティ方式がある。偏波ダイバーシティ方式とは、垂直偏波と水平偏波、或いは＋４５度偏波と−４５度偏波の２つの電波を受信し、受け取る２つの電波を合成したり、或いは切り換えることで受信電波のレベルの変動を少なくする技術のことである。この技術を取り入れたアンテナとしてダイポール型±４５度偏波ダイバーシティ指向性アンテナ（以下、偏波ダイバーシティダイポールアンテナという）がある。

このアンテナの特徴は、４基のダイポールアンテナ素子（以下、ダイポール素子という）を組み合わせ、各ダイポール素子に同軸給電線で給電することである。即ち、図７に示すように、放射素子の伸張方向が互いに平行な２基のダイポール素子７２ａ，７２ｂを第１組のダイポール素子とし、これら第１組のダイポール素子間に位置し放射素子の伸張方向が第１組のダイポール素子の放射素子の伸張方向と直交する２基のダイポール素子７３ａ，７３ｂを第２組のダイポール素子とする。各ダイポール素子を構成している２極の放射素子に対して、一方の放射素子には同軸給電線７１の内部導体を半田付けで接続し、他方の放射素子には同軸給電線７１を沿わせて配線してある。この同軸給電線７１の図示しない端部に電力を給電すると、第１組となる２基のダイポール素子７２ａ，７２ｂがひとつの偏波面の電磁波を送受信し、第２組となる残りの２基のダイポール素子７３ａ，７３ｂが別の偏波面の電磁波を送受信するので、互いに直角な偏波面の電磁波を送受信することができる。

米国特許第６１９５０６３号明細書

前述の偏波ダイバーシティダイポールアンテナにあっては、同軸給電線で給電するので、各ダイポール素子への給電位相を合わせるのが簡単であるが、同軸給電線をダイポール素子に這わせるようにする半田付けが難しいという問題がある。

また、前述の偏波ダイバーシティダイポールアンテナは、４基のダイポール素子に対して個別に給電するため、４本の同軸給電線が必要となる。

さらに、前述の偏波ダイバーシティダイポールアンテナは、高周波においては、同軸給電線における伝送損失が問題となる。

そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、構造を簡素化した偏波ダイバーシティダイポールアンテナを提供することにある。

上記目的を達成するために本発明は、放射素子の伸張方向が互いに平行な２つのダイポール素子からなる第１組のダイポール素子と、これら第１組のダイポール素子間に位置し放射素子の伸張方向が第１組のダイポール素子の放射素子の伸張方向と直交する２つのダイポール素子からなる第２組のダイポール素子と、両組のダイポール素子の放射素子に対して平行な反射板とを備えた偏波ダイバーシティダイポールアンテナにおいて、上記各ダイポール素子毎に、両極放射素子間を渡るように配置されて片極の放射素子に接合された金属板で給電線を構成したものである。

同じ組のダイポール素子に対する２つの給電線を一体の金属板で構成し、この金属板の一点に外部からの給電点を設け、この給電点より同じ組のダイポール素子に電力を２分配するようにしてもよい。

上記各ダイポール素子は、上記反射板に固定されてこの反射板から遠ざかる方向に突き出た２本のアーム部と、それぞれのアーム部の先端から互いに反対方向に伸張した２極の放射素子とから構成し、上記各給電線は、上記反射板に電気的に絶縁して固定されて上記アーム部の一つに沿って突き出た給電線アーム部と、この給電線アーム部の先端から延びて両極放射素子間を渡る給電素子とから構成してもよい。

同じ組の一方のダイポール素子のアーム部と他方のダイポール素子のアーム部とを上記反射板に対して互いに反対方向に傾斜させてもよい。

両組のダイポール素子を一体の金属板で構成してもよい。

本発明は次の如き優れた効果を発揮する。

（１）金属板で給電線を構成するので構造が簡素化される。

（２）同軸給電線による伝送損失がなくなる。

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。

図１に示されるように、本発明に係る偏波ダイバーシティダイポールアンテナ１は、放射素子６，７の伸張方向が互いに平行な２つのダイポール素子２ａ，２ｂを第１組のダイポール素子とし、これら第１組のダイポール素子２ａ，２ｂ間に位置し放射素子の伸張方向が第１組のダイポール素子２ａ，２ｂの放射素子の伸張方向と直交する２つのダイポール素子３ａ，３ｂを第２組のダイポール素子とし、両組のダイポール素子２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂのいずれの放射素子に対しても平行な反射板４とを備えた偏波ダイバーシティダイポールアンテナにおいて、上記各ダイポール素子２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂ毎に、両極放射素子６，７間を渡るように配置されて片極の放射素子７に接合部８により接合された金属板で給電線９，１０を構成したものである。

各ダイポール素子２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂは、反射板４に固定されて反射板４から遠ざかる方向に突き出た２本のアーム部１１，１２と、それぞれのアーム部１１，１２の先端から互いに反対方向に伸張した２極の放射素子６，７とから構成されている。アーム部１１，１２の長さは、偏波ダイバーシティダイポールアンテナ１で送受信しようとする電波の約１／４波長であることが好ましい。また、放射素子６，７の長さは、偏波ダイバーシティダイポールアンテナ１で送受信しようとする電波の約１／４波長であることが好ましい。

また、各給電線９，１０は、反射板４に電気的に絶縁して固定されてアーム部１１に対して所定間隔を保ってアーム部１１に沿うように反射板４から遠ざかる方向に突き出た給電線アーム部（バラン）１３と、この給電線アーム部１３の先端から延びて両極放射素子６，７に対して所定間隔を保って両極放射素子６，７間を渡る給電素子１４とから構成されている。

図１の偏波ダイバーシティダイポールアンテナ１を矢印Ａから見た図を図２（ａ）に、矢印Ｂから見た図を図２（ｂ）に示す。

図２（ａ）に示されるように、ダイポール素子２ａ，２ｂに対する給電線９は一体の金属板１５で構成されており、同様にダイポール素子３ａ，３ｂに対する給電線１０は一体の金属板１６で構成されている。このように、同じ組のダイポール素子に対する２つの給電線を一体の金属板で構成してある。それぞれの金属板１５，１６のほぼ中央に位置する一点に外部からの給電点１７，１８が設けられている。給電点１７より当該組のダイポール素子２ａ，２ｂに電力を２分配することができる。また、給電点１８より当該組のダイポール素子３ａ，３ｂに電力を２分配することができる。即ち、一体の金属板１５，１６の中央に給電点１７，１８を設けて構成された給電線９，１０は、それぞれ２分配回路を形成するものである。

図２（ｂ）に示されるように、ダイポール素子３ａのアーム部１１，１２とダイポール素子３ｂのアーム部１１，１２とは反射板４に対して互いに反対方向に傾斜させてある。即ち、アーム部１１，１２の基端部には略正方形の平面部１９が形成されており、この平面部１９は反射板４に面で接して固定されている。各アーム部１１，１２は平面部１９から広がるようにして反射板４から離れている。同様に、ダイポール素子２ａ，２ｂにおいてもそれぞれのアーム部１１，１２同士が反射板４に対して互いに反対方向に傾斜させてある。このように、同じ組の一方のダイポール素子のアーム部と他方のダイポール素子のアーム部とが反射板４に対して互いに反対方向に傾斜させてある。

給電線９，１０を構成する金属板１５，１６には、平面部１９に沿った平坦部２０を有し、この平坦部２０が反射板４に固定されている。ただし、この平坦部２０は反射板４から電気的に絶縁されており、また、金属板１５の平坦部２０と１６の平坦部２０間も電気的に絶縁されており、これらの平坦部２０に前述の給電点１７，１８が設けられ、図には示していないが反射板４の裏面側から同軸線などで給電点１７，１８に給電するようになっている。

図１、図２で説明した偏波ダイバーシティダイポールアンテナ１は、両組のダイポール素子２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂを一体の金属板で構成することができる。即ち、これらのダイポール素子２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂを展開した形状の金属板を形成し、平面部１９の縁のところを折り目にしてアーム部１１，１２を起こすことにより、反射板４に対する傾斜をつけ、アーム部１１，１２の先端で放射素子６，７を折り返して放射素子６，７を反射板４に対向させる。

給電線９，１０を構成する金属板１５，１６も同様に、まず展開形状のものを形成してから、平坦部２０の縁のところを折り目にして給電線アーム部１３を起こすことによりアーム部１１，１２と略平行な傾斜をつけ、給電線アーム部１３の先端で給電素子１４を折り返して給電素子１４を放射素子６，７に沿わせる。この金属板１５，１６を平面部１９の上から反射板４に固定した後、給電素子１４の先端を放射素子７に溶接接合する。

図１、図２の偏波ダイバーシティダイポールアンテナ１の動作を説明する。

いま、片方の給電点１７へ外部より信号を入力したとすると、その信号の電力は第１組のダイポール素子２ａ，２ｂに向けて２分配される。その２分配された信号は、それぞれ給電線アーム部（バラン）１３を経て給電素子１４に至る。このとき、給電線アーム部１３とアーム部１１とが電流の向きの異なる不平衡線路であるのに対して、放射素子６と放射素子７とが電流の向きの揃った平衡線路であるので、信号は、給電素子１４から放射素子６，７へ伝搬するときに、平衡不平衡変換されることになる。このようにして平衡不平衡変換された信号が給電素子１４から放射素子６，７へ給電される。

放射素子６に流れる電流と放射素子７に流れる電流とは同じ向きである。放射素子６，７はアーム部１１，１２を介し平面部１９の縁において互いに連結され短絡されている。その短絡地点から約１／４波長離れた放射素子６上の点は給電線アーム部１３に対してオープン、即ちインピーダンス無限大である。詳しく述べると、放射素子７に給電された電流がアーム部１２から上記短絡地点を経てアーム部１１を回って上記放射素子６上の点に流れ込もうとする。一方、放射素子６に給電された電流も上記放射素子６上の点に流れ込もうとする。上記短絡地点を経てアーム部１１を回ってくる電流は位相が逆転しているので、上記放射素子６上の点において、両電流が相殺される。よって、上記放射素子６上の点は給電線アーム部１３に対してオープンとしている。放射素子６に流れる電流と放射素子７に流れる電流とが同じ向きであるため、効率よく電波が放射される。

この結果、互いに平行に配置されている第１組の放射素子６，７が同時に給電されるため、１つの偏波面の電磁波が送受信されることになる。つまり、第１組のダイポール素子２ａ，２ｂは２素子ダイポールアレーアンテナを構成する。

また、もう片方の給電点１８へ外部より信号を入力したとすると、その信号の電力は第２組のダイポール素子３ａ，３ｂに向けて２分配される。その２分配された信号は給電線アーム部（バラン）１３を経て給電素子１４に至る。そして、ここでも、給電素子１４から放射素子６，７へ平衡不平衡変換された信号が給電される。この結果、第１組の場合と同様に、互いに平行に配置されている第２組の放射素子６，７が同時に給電されるため、１つの偏波面の電磁波が送受信されることになる。つまり、第２組のダイポール素子３ａ，３ｂは２素子ダイポールアレーアンテナを構成する。

第１組のダイポール素子２ａ，２ｂから送受信される電磁波の偏波面と第２組のダイポール素子３ａ，３ｂから送受信される電磁波の偏波面とは、互いに対して９０度傾斜している。このようにして２組の２素子ダイポールアレーアンテナが互いに９０度をなす偏波面の電磁波を送受信できることになる。つまり、偏波ダイバーシティダイポールアンテナ１は、偏波ダイバーシティ４素子ダイポールアンテナとなる。

図１、図２の偏波ダイバーシティダイポールアンテナ１の利点を、背景技術の偏波ダイバーシティダイポールアンテナとの比較で示すと、次の通りである。

背景技術の偏波ダイバーシティダイポールアンテナは、同軸給電線をダイポール素子に這わせるようにする半田付けが難しいという問題があったが、本発明の偏波ダイバーシティダイポールアンテナ１は、給電線９，１０が金属板１５，１６で構成されているため、構造が簡素になり、ダイポール素子２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂのアーム部１１，１２や放射素子６，７に対して一定間隔で平行に沿わせて配置すること及び接合部８で溶接固定することが簡単になる。このため、組み立て作業の作業性が向上し、短時間で製造することが可能となる。

また、背景技術の偏波ダイバーシティダイポールアンテナは、４基のダイポール素子に対して個別に給電するため４本の同軸給電線が必要であったが、本発明の偏波ダイバーシティダイポールアンテナ１は、該アンテナの本体部分内には同軸給電線が必要なく、該アンテナの本体部分に対して外部から給電する給電線が２本あればよく、構造が簡素になると共にコストも抑えることができる。

さらに、背景技術の偏波ダイバーシティダイポールアンテナは、同軸給電線内部にある絶縁体が誘電損の要因となっていたが、本発明の偏波ダイバーシティダイポールアンテナ１は、誘電損をもたらす絶縁体を使用していないため、特に高周波において伝送損失を少なくすることができる。その結果、送受信する電磁波の周波数帯域を広げることができる。

次に、本発明の他の実施の形態を説明する。

図３（ａ），（ｂ）に示した本発明の偏波ダイバーシティダイポールアンテナは、図２（ａ），（ｂ）に示したものと構造が殆ど同じであり、相違点だけ述べると、各ダイポール素子２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂにおいて、放射素子６，７がアーム部１１，１２から折り曲げることなく、反射板４に対して傾斜したまま延ばしてある。給電素子１４もまた、給電線アーム部１３から折り曲げることなく、放射素子６，７に沿わせてある。

このアンテナにおいても、これまで述べたような利点を有する。また、この形態では、曲げ加工箇所が少なく、構造がいっそう簡素となる。

図４（ａ），（ｂ）に示した本発明の偏波ダイバーシティダイポールアンテナは、図２（ａ），（ｂ）に示したものと構造が殆ど同じであり、相違点だけ述べると、各ダイポール素子２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂにおいて、放射素子６，７がアーム部１１，１２との境界で内側に折り曲げられ、反射板４に対して直交な面を形成している。給電素子１４もまた、給電線アーム部１３との境界で内側に折り曲げられ、放射素子６，７に沿わせてある。

このアンテナにおいても、これまで述べたような利点を有する。また、この形態では、放射素子６，７が外側に広がらないので、放射素子６，７を所定の電気長で形成した場合に、図２、図３の形態に比べて平面的な大きさを小さくすることができる。
これに対し、図２のものは、放射素子６，７を同じ電気長にした場合に、図３、図４の形態に比べて反射板４からの高さを小さくすることができる。

図５に示した本発明の偏波ダイバーシティダイポールアンテナ５１は、これまで説明した偏波ダイバーシティダイポールアンテナを複数基並べてアレイ型のアンテナとしたものである。即ち、長方形の反射板５２に複数基の偏波ダイバーシティダイポールアンテナ５３を所定間隔で一列に並べてある。各偏波ダイバーシティダイポールアンテナ５３において、放射素子６，７の伸張方向は、反射板５２の長辺或いは短辺に沿った方向である。

図６に示した本発明の偏波ダイバーシティダイポールアンテナ６１は、これまで説明した偏波ダイバーシティダイポールアンテナを複数基並べてアレイ型のアンテナとしたものである。即ち、長方形の反射板６２に複数基の偏波ダイバーシティダイポールアンテナ６３を所定間隔で一列に並べてある。各偏波ダイバーシティダイポールアンテナ６３において、放射素子６，７の伸張方向は、反射板６２の長辺或いは短辺に対して４５度の傾斜を有する。

本発明の一実施形態を示す偏波ダイバーシティダイポールアンテナの斜視図である。 （ａ）は図１の偏波ダイバーシティダイポールアンテナを矢印Ａから見た正面図、（ｂ）は図１の偏波ダイバーシティダイポールアンテナを矢印Ｂから見た側面透視図である。 本発明の他の実施形態による偏波ダイバーシティダイポールアンテナを図２と同様に見た図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面透視図である。 本発明の他の実施形態による偏波ダイバーシティダイポールアンテナを図２と同様に見た図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面透視図である。 本発明の他の実施形態を示すアレイ型の偏波ダイバーシティダイポールアンテナの正面図である。 本発明の他の実施形態を示すアレイ型の偏波ダイバーシティダイポールアンテナの正面図である。 背景技術の偏波ダイバーシティダイポールアンテナの正面図である。

符号の説明

２ａ，２ｂ 第１組のダイポール素子
３ａ，３ｂ 第２組のダイポール素子
４ 反射板
６ 放射素子
７ 対となる放射素子
８ 接合部
９，１０ 給電線
１１，１２ アーム部
１３ 給電線アーム部
１４ 給電素子
１５，１６ 金属板
１７，１８ 給電点

Claims (5)

1. 放射素子の伸張方向が互いに平行な２つのダイポール素子からなる第１組のダイポール素子と、これら第１組のダイポール素子間に位置し放射素子の伸張方向が第１組のダイポール素子の放射素子の伸張方向と直交する２つのダイポール素子からなる第２組のダイポール素子と、両組のダイポール素子の放射素子に対して平行な反射板とを備えた偏波ダイバーシティダイポールアンテナにおいて、上記各ダイポール素子毎に、両極放射素子間を渡るように配置されて片極の放射素子に接合された金属板で給電線を構成したことを特徴とする偏波ダイバーシティダイポールアンテナ。
2. 同じ組のダイポール素子に対する２つの給電線を一体の金属板で構成し、この金属板の一点に外部からの給電点を設け、この給電点より同じ組のダイポール素子に電力を２分配するようにしたことを特徴とする請求項１記載の偏波ダイバーシティダイポールアンテナ。
3. 上記各ダイポール素子は、上記反射板に固定されてこの反射板から遠ざかる方向に突き出た２本のアーム部と、それぞれのアーム部の先端から互いに反対方向に伸張した２極の放射素子とから構成し、上記各給電線は、上記反射板に電気的に絶縁して固定されて上記アーム部の一つに沿って突き出た給電線アーム部と、この給電線アーム部の先端から延びて両極放射素子間を渡る給電素子とから構成したことを特徴とする請求項１又は２記載の偏波ダイバーシティダイポールアンテナ。
4. 同じ組の一方のダイポール素子のアーム部と他方のダイポール素子のアーム部とを上記反射板に対して互いに反対方向に傾斜させたことを特徴とする請求項３記載の偏波ダイバーシティダイポールアンテナ。
5. 両組のダイポール素子を一体の金属板で構成したことを特徴とする請求項１〜３いずれか記載の偏波ダイバーシティダイポールアンテナ。
   

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