JP2006191331A - Antenna - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、アンテナに係り、特に、移動通信用の基地局に使用される基地局アンテナに関する。 The present invention relates to an antenna, and more particularly to a base station antenna used for a mobile communication base station.
移動体通信用の基地局アンテナには、電気的調整の容易性、量産性に優れる等の理由から、放射素子にプリントダイポールアンテナ素子を用いたコーナリフレクタアンテナが採用されることが多い。
基地局アンテナは、設置スペースの逼迫した状況や鉄塔など設備の搭載容量の問題から、できる限り小型なものが望ましい。
しかし限られたスペース内でビーム幅を細くしようとすると、反射板と放射素子との距離を近づける必要があり整合をとるのが困難となる。
アンテナの広帯域化を図る場合、アンテナ素子の近傍に無給電素子を配置することで実現可能である。
一般に、半波長ダイポールアンテナでは、この無給電素子として、半波長ダイポールアンテナ素子の近傍に配置される線状の無給電素子が使用されるが、幅広の無給電素子を用いたコーナリフレクタアンテナが、下記特許文献1に開示されている。
As a base station antenna for mobile communication, a corner reflector antenna using a printed dipole antenna element as a radiating element is often employed because of easy electrical adjustment and excellent mass productivity.
The base station antenna is preferably as small as possible due to tight installation space and problems with the capacity of equipment such as steel towers.
However, if the beam width is narrowed in a limited space, it is necessary to make the distance between the reflector and the radiating element closer, making it difficult to achieve matching.
In order to increase the bandwidth of the antenna, it can be realized by arranging a parasitic element in the vicinity of the antenna element.
In general, in a half-wave dipole antenna, a linear parasitic element disposed in the vicinity of the half-wave dipole antenna element is used as the parasitic element, but a corner reflector antenna using a wide parasitic element is used. It is disclosed in the following
なお、本願発明に関連する先行技術文献としては以下のものがある。
前述の特許文献1に記載されたコーナリフレクタアンテナでは、2つ折りの反射板のそれぞれに斜めから放射素子基板を差し込み、別の誘電体基板上に作成された無給電素子をその放射素子基板前方に配置することにより、指向性を正面方向に対して左右対称とし、インピーダンス整合を取り易くするとともに、小型化を可能とし、風圧加重を低減するようにしている。
しかしながら、前述の特許文献1には、幅広の無給電素子を用いることにより広帯域化が可能である点、さらに、当該広帯域化を図る上での幅広の無給電素子の最適な条件(寸法など)は何ら開示されていない。
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、幅広の無給電素子を有し、広帯域化を図ったアンテナを提供することにある。
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らかにする。
In the corner reflector antenna described in the above-mentioned
However, in the above-mentioned
The present invention has been made to solve the above-described problems of the prior art, and an object of the present invention is to provide an antenna having a wide parasitic element and a wide band.
The above and other objects and novel features of the present invention will become apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.
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。
前述の目的を達成するために、本発明は、半波長ダイポールアンテナ素子と、前記半波長ダイポールアンテナ素子上に配置される幅広の無給電素子とを有するアンテナであって、前記半波長ダイポールアンテナ素子の使用中心周波数における自由空間波長をλo、前記無給電素子の前記半波長ダイポールアンテナ素子の延長方向と同一方向の長さをH0、前記無給電素子の幅をW0、前記無給電素子と前記半波長ダイポールアンテナ素子との間の間隔をT0とするとき、下記(1)式を満足することを特徴とする。
[数1]
0.1×λo≦H0≦0.5×λo
1.0×H0≦W0≦2.5×H0
0.01×λo≦T0≦0.2×λo ・・・・・・・・・・・・ (1)
Of the inventions disclosed in this application, the outline of typical ones will be briefly described as follows.
To achieve the foregoing object, the present invention provides an antenna having a half-wave dipole antenna element and a wide parasitic element disposed on the half-wave dipole antenna element, the half-wave dipole antenna element Λo is a free space wavelength at the center frequency of use, H0 is the length of the parasitic element in the same direction as the extension direction of the half-wave dipole antenna element, W0 is the width of the parasitic element, and the parasitic element and the half When the interval between the wavelength dipole antenna elements is T0, the following expression (1) is satisfied.
[Equation 1]
0.1 × λo ≦ H0 ≦ 0.5 × λo
1.0 × H0 ≦ W0 ≦ 2.5 × H0
0.01 × λo ≦ T0 ≦ 0.2 × λo (1)
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。
本発明によれば、幅広の無給電素子を有し、広帯域化を図ったアンテナを提供することが可能となる。
The effects obtained by the representative ones of the inventions disclosed in the present application will be briefly described as follows.
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it becomes possible to provide the antenna which has a wide parasitic element and aimed at broadband.
以下、本発明をコーナリフレクタアンテナに適用した実施例を図面を参照して詳細に説明する。
なお、実施例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、本発明の実施例のコーナリフレクタアンテナを示す図であり、同図(a)は斜視図、同図(b)は上から見た図である。
同図において、11,12は反射板、2は誘電体基板、3は半波長ダイポールアンテナ素子、6は幅広の無給電素子である。
本実施例では、2組の平面反射板(11,12)を、その開き角(図1(a)のθ)が120°となるように配置する。
ここで、2組の平面反射板(11,12)の長さ(図1(a)のH1)、2組の平面反射板(11,12)の幅(図1(a)のW1)、および、半波長ダイポールアンテナ素子3の幅方向の中心と反射板(11,12)との間隔(図1(b)のT1)は、下記(2)式の値とされる。
[数2]
H1=2×λo
W1=0.32×λo
T1=0.18×λo ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ (2)
なお、λoは、図1に示す半波長ダイポールアンテナ素子3の使用中心周波数(fo)の自由空間波長である。
また、コーナリフレクタアンテナでは、設置スペースの容量や、風圧加重などの問題から細径のものが望まれるため、前述のW1,T1の値は、90°の水平面内ビーム幅を得るために必要となる最小の値として決定されている。
Hereinafter, embodiments in which the present invention is applied to a corner reflector antenna will be described in detail with reference to the drawings.
In all the drawings for explaining the embodiments, parts having the same functions are given the same reference numerals, and repeated explanation thereof is omitted.
1A and 1B are diagrams showing a corner reflector antenna according to an embodiment of the present invention. FIG. 1A is a perspective view, and FIG.
In the figure, 1 1 and 1 2 are reflectors, 2 is a dielectric substrate, 3 is a half-wave dipole antenna element, and 6 is a wide parasitic element.
In this embodiment, two sets of planar reflectors (1 1 , 1 2 ) are arranged so that the opening angle (θ in FIG. 1A) is 120 °.
Here, two pairs of flat reflecting
[Equation 2]
H1 = 2 × λo
W1 = 0.32 × λo
T1 = 0.18 × λo (2)
Note that λo is a free space wavelength at the use center frequency (fo) of the half-wave
Further, since the corner reflector antenna is desired to have a small diameter because of problems such as installation space capacity and wind pressure load, the values of W1 and T1 described above are necessary to obtain a 90 ° horizontal beam width. Is determined as the minimum value.
本実施例において、無給電素子6は、半波長ダイポールアンテナ素子3が形成される誘電体基板2の近傍に設けられる。なお、図1では、図1(b)に示すように、無給電素子6は、誘電体基板2に直交するように設けられる。
また、無給電素子6は、誘電体基板2とは別の誘電体基板上に、プリント配線板で用いるエッチング手法等により形成される。
ここで、無給電素子6の半波長ダイポールアンテナ素子3の延長方向と同一方向の長さ(図1(a)のH0)と、無給電素子6の幅(図1(a)のW0)、および、無給電素子6と半波長ダイポールアンテナ素子3の幅方向の中心との間隔(図1(b)のT0)は、下記(3)式の値とされる。
[数3]
0.1×λo≦H0≦0.5×λo
1.0×H0≦W0≦2.5×H0
0.01×λo≦T0≦0.2×λo ・・・・・・・・・・・・ (3)
In this embodiment, the parasitic element 6 is provided in the vicinity of the
The parasitic element 6 is formed on a dielectric substrate different from the
Here, the length of the parasitic element 6 in the same direction as the extension direction of the half-wavelength dipole antenna element 3 (H0 in FIG. 1A), the width of the parasitic element 6 (W0 in FIG. 1A), The distance between the parasitic element 6 and the center of the half-wavelength
[Equation 3]
0.1 × λo ≦ H0 ≦ 0.5 × λo
1.0 × H0 ≦ W0 ≦ 2.5 × H0
0.01 × λo ≦ T0 ≦ 0.2 × λo (3)
図2は、図1に示す半波長ダイポールアンテナ素子3を説明するための図である。
図2において、131,132は、一対の放射素子、4は給電回路を形成する接地導体、5は、給電回路を構成する折返し導体である。
半波長ダイポールアンテナ素子3を構成する導体の長さはλo/2の電気長とされる。
図2に示すように、誘電体基板2の一方の面側(例えば、裏面側)に、ダイポールアンテナ素子3を構成する一対の放射素子(131,132)と接地導体4が設けられ、誘電体基板2の他方の面側(例えば、表面側)に、折返し導体5が設けられる。ここで、誘電体基板2は、比誘電率が3.5(εr=3.5)で、基板厚さが1.2mmである。
一対の放射素子(131,132)、接地導体4、および、折返し導体5は、プリント配線板で用いるエッチング手法等により形成される。
接地導体4の前端部には、長手方向のスロット21が設けられ、ダイポールアンテナ素子3の一対の放射素子(131,132)のそれぞれは、長手方向のスロット21により分割された接地導体4の分割前端部に接続される。
折り返し導体5は、接地導体4の一部とともに、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。
FIG. 2 is a diagram for explaining the half-wave
In FIG. 2, 13 1 and 13 2 are a pair of radiating elements, 4 is a ground conductor that forms a feed circuit, and 5 is a folded conductor that forms the feed circuit.
The length of the conductor constituting the half-wave
As shown in FIG. 2, a pair of radiating elements (13 1 , 13 2 ) and a
The pair of radiating elements (13 1 , 13 2 ), the
A
The folded conductor 5 and a part of the
図3は、本実施例のコーナリフレクタアンテナの一例のVSWR特性を示すグラフである。なお、図3は、以下の(1)〜(4)条件下の時のVSWR特性を示すグラフである。
(1)無給電素子6が形成される誘電体基板の比誘電率が3.5(εr=3.5)で、基板厚さが1.2mm
(2)無給電素子6の長さ(図1(a)のH0)が0.2×λo(H0=0.2×λo)
(3)無給電素子6の幅(図1(a)のW0)が0.26×λo(W0=0.26×λo)
(4)無給電素子6と半波長ダイポールアンテナ素子3の幅方向の中心と間隔(図1(b)のT0)が0.035×λo(T0=0.035×λo)
図3に示すグラフにおいて、VSWR≦1.5となる比帯域幅は、27.5%(0.994≦f/fo≦1.311)となる。
図7は、半波長ダイポールアンテナ素子単体の場合のVSWR特性を示すグラフである。なお、この場合のアンテナは、図1に示すコーナリフレクタアンテナにおいて、無給電素子6を取り除いた構造と等価である。
図7に示すグラフにおいて、VSWR≦1.5となる比帯域幅は、1.3%(0.992≦f/fo≦1.005)となる。
図9は、図8に示すように、半波長ダイポールアンテナ素子3の近傍に線状の無給電素子7を配置した場合のVSWR特性を示す。
図9に示すグラフにおいて、VSWR≦1.5となる比帯域幅は、13.8%(0.989≦f/fo≦1.135)となる。
これらのグラフから、本実施例では、半波長ダイポールアンテナ素子単体の場合の約21倍、線状の無給電素子7を配置した場合の約2倍の広帯域化が図られていることが分かる。
FIG. 3 is a graph showing the VSWR characteristics of an example of the corner reflector antenna according to the present embodiment. FIG. 3 is a graph showing VSWR characteristics under the following conditions (1) to (4).
(1) The relative dielectric constant of the dielectric substrate on which the parasitic element 6 is formed is 3.5 (εr = 3.5), and the substrate thickness is 1.2 mm.
(2) The length of the parasitic element 6 (H0 in FIG. 1A) is 0.2 × λo (H0 = 0.2 × λo).
(3) The width of the parasitic element 6 (W0 in FIG. 1A) is 0.26 × λo (W0 = 0.26 × λo).
(4) The width-direction center and interval between the parasitic element 6 and the half-wavelength dipole antenna element 3 (T0 in FIG. 1B) is 0.035 × λo (T0 = 0.035 × λo).
In the graph shown in FIG. 3, the specific bandwidth satisfying VSWR ≦ 1.5 is 27.5% (0.994 ≦ f / fo ≦ 1.311).
FIG. 7 is a graph showing the VSWR characteristics in the case of a single half-wave dipole antenna element. The antenna in this case is equivalent to the structure in which the parasitic element 6 shown in FIG.
In the graph shown in FIG. 7, the specific bandwidth satisfying VSWR ≦ 1.5 is 1.3% (0.992 ≦ f / fo ≦ 1.005).
FIG. 9 shows the VSWR characteristics when a linear parasitic element 7 is arranged in the vicinity of the half-wave
In the graph shown in FIG. 9, the specific bandwidth satisfying VSWR ≦ 1.5 is 13.8% (0.989 ≦ f / fo ≦ 1.135).
From these graphs, it can be seen that in this embodiment, the bandwidth is increased about 21 times that of a single half-wave dipole antenna element and about twice that of the case where the linear parasitic element 7 is arranged.
図4は、本実施例のコーナリフレクタアンテナの一例の水平面内(図1に示すX−Y面)指向特性を示すグラフであり、水平面内ビーム幅は88.5°である。
図5は、本実施例のコーナリフレクタアンテナの一例の垂直面内(図1に示すX−Z面)指向特性を示すグラフであり、垂直面内ビーム幅は52.5°となっている。また、図4、図5のグラフにおいて、実線は正偏波成分、点線は交差偏波成分である。
図6は、本発明の実施例のコーナリフレクタアンテナの変形例を示す斜視図である。この図6は、図1に示すアンテナを複数個アレイ状に配置したものである。なお、図6では、半波長ダイポールアンテナ素子3は、線状の半波長ダイポールアンテナ素子として図示している。
以上説明したように、本実施例によれば、幅広の無給電素子6の形状を最適化することにより、広帯域化を図ることが可能となる。
なお、前述の説明では、本発明をコーナリフレクタアンテナに適用した実施例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、例えば、反射板の形状は、平面の反射板であっても、半円筒形の反射板であってもよい。
以上、本発明者によってなされた発明を、前記実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記実施例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。
FIG. 4 is a graph showing the directivity characteristics in the horizontal plane (XY plane shown in FIG. 1) of an example of the corner reflector antenna of this embodiment, and the beam width in the horizontal plane is 88.5 °.
FIG. 5 is a graph showing the directivity characteristics in the vertical plane (XZ plane shown in FIG. 1) of an example of the corner reflector antenna of the present embodiment, and the vertical in-plane beam width is 52.5 °. Also, in the graphs of FIGS. 4 and 5, the solid line is the positive polarization component, and the dotted line is the cross polarization component.
FIG. 6 is a perspective view showing a modification of the corner reflector antenna according to the embodiment of the present invention. FIG. 6 shows a plurality of antennas shown in FIG. 1 arranged in an array. In FIG. 6, the half-wave
As described above, according to the present embodiment, it is possible to achieve a wide band by optimizing the shape of the wide parasitic element 6.
In the above description, the embodiment in which the present invention is applied to the corner reflector antenna has been described. However, the present invention is not limited to this, and for example, the shape of the reflector is a planar reflector. Alternatively, a semi-cylindrical reflector may be used.
As mentioned above, the invention made by the present inventor has been specifically described based on the above embodiments. However, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. Of course.
11,12 反射板
2 誘電体基板
3 ダイポールアンテナ素子
4 接地導体
5 折返し導体
6,7 無給電素子
131,132 放射素子
21 長手方向のスロット
1 1 , 1 2 Reflecting
Claims (1)
前記半波長ダイポールアンテナ素子上に配置される幅広の無給電素子とを有するアンテナであって、
前記半波長ダイポールアンテナ素子の使用中心周波数における自由空間波長をλo、前記無給電素子の前記半波長ダイポールアンテナ素子の延長方向と同一方向の長さをH0、前記無給電素子の幅をW0、前記無給電素子と前記半波長ダイポールアンテナ素子との間の間隔をT0とするとき、下記式を満足することを特徴とするアンテナ。
0.1×λo≦H0≦0.5×λo
1.0×H0≦W0≦2.5×H0
0.01×λo≦T0≦0.2×λo A half-wave dipole antenna element;
An antenna having a wide parasitic element disposed on the half-wave dipole antenna element,
The free space wavelength at the center frequency of use of the half-wave dipole antenna element is λo, the length of the parasitic element in the same direction as the extension direction of the half-wave dipole antenna element is H0, the width of the parasitic element is W0, An antenna characterized by satisfying the following expression when a distance between a parasitic element and the half-wave dipole antenna element is T0.
0.1 × λo ≦ H0 ≦ 0.5 × λo
1.0 × H0 ≦ W0 ≦ 2.5 × H0
0.01 × λo ≦ T0 ≦ 0.2 × λo
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