JP2007005924A - アンテナ - Google Patents

Abstract

【課題】安価で，小型の，無指向性の偏波ダイバーシティアンテナを提供する。
【解決手段】垂直偏波用のアンテナ素子と，水平偏波用のアンテナ素子と，前記垂直偏波用のアンテナ素子で受信した信号を出力するか，前記水平偏波用のアンテナ素子で受信した信号を出力するか，を選択的に切換可能に構成した偏波切換部と，を軸線方向に配置し，前記垂直偏波用のアンテナ素子から引き出される給電線は，前記水平偏波用のアンテナ素子が形成する領域の略中心部を挿通するように構成した。
【選択図】 図１

Description

本発明は，主に移動体や無線ＬＡＮ等の通信に利用されるアンテナに関し，特に安価に且つ小型で所望の特性を有する偏波ダイバーシティアンテナを提供する事にある。

従来，移動体通信用のアンテナとして，水平偏波と垂直偏波に対応するクロスダイポールアンテナをダイバーシティにした偏波ダイバーシティアンテナが知られている。
（例えば，特許文献１の従来技術参照）
また，無線ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）等に用いるアンテナとしては，垂直偏波や水平電波の信号に対応するよう，垂直偏波無指向性アンテナ若しくは水平偏波８の字指向性アンテナ等の，簡単且つ安価に実現できる構成のアンテナが一般的に使われている現実があった。

特開平９−１３０１４１号公報

しかし，クロスダイポールアンテナを用いた偏波ダイバーシティアンテナは，外形が大きくなることから，移動体や，携帯端末には使いづらいといった問題があった。
また，近年における多様な通信システムが提供されている現状においては，電波の効率的な使用を行うために，垂直偏波や水平偏波の電波が使用されることがあり，従来から使われている，垂直偏波無指向性アンテナ若しくは水平偏波８の字指向性アンテナのような，簡単な構成で実現できる一般的なアンテナ装置を備えただけの端末装置では，その使用状態や使用する場所などによって，電波が水平偏波であったり垂直偏波であったりで，偏波によって受信レベルが異なることになり通信品質の低下を招くといった問題があった。
そこで本願においては，こうした問題点を解決するためになされたものであり，
その目的は，簡単な構成で製造ができ，延いては製品の価格が安価にできる，垂直偏波と水平偏波に対応するアンテナを提供する事にある。
他の目的は，所望の性能を有する垂直偏波と水平偏波に対応するアンテナを提供することにある。
他の目的は，アンテナ径が細い外形のスマートな垂直偏波と水平偏波に対応するアンテナを提供することにある。
他の目的は，アンテナの外形が細くスマートで，所望の性能を有する偏波ダイバーシティアンテナを提供する事にある。

上記課題を解決するために，請求項１の発明は，垂直偏波無指向性アンテナ素子と水平偏波無指向性アンテナ素子を備えたアンテナにおいて，前記垂直偏波無指向性アンテナ素子はスリーブアンテナから成り，前記水平偏波無指向性アンテナ素子は円筒スロットアンテナ若しくは円形ダイポールの何れか一方を使用して構成した。

請求項２の発明は，請求項１の偏波ダイバーシティアンテナにおいて，前記垂直偏波無指向性アンテナ素子はコリニアアンテナから成るように構成した。

請求項３の発明は，請求項１又は請求項２の何れか一項に記載のアンテナにおいて，前記水平偏波用のアンテナ素子は，前記垂直偏波用のアンテナ素子の下側位置に配設し，当該垂直偏波用のアンテナ素子から引き出される給電線は，前記水平偏波用のアンテナ素子が軸線に直交する面上に形成する領域の略中心部を挿通するように配設した。

請求項４の発明は，請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載のアンテナにおいて，前記垂直偏波用のアンテナ素子で受信した信号を出力するか，前記水平偏波用のアンテナ素子で受信した信号を出力するかを選択的に切換可能に構成した偏波切換部を備え，前記垂直偏波用のアンテナ素子と前記水平偏波用のアンテナ素子と当該偏波切換部とは，同一軸線方向に配設するように構成した。

請求項５の発明は，請求項１乃至請求項４の何れか一項に記載のアンテナにおいて，少なくとも，前記水平偏波用のアンテナ素子の軸線に直交する方向の断面は略円形であり，少なくとも前記垂直偏波用のアンテナ素子の軸線方向に直交する断面が，前記水平偏波用のアンテナ素子の略円形断面の投影範囲より外方向に突出しないように構成した。

本発明の請求項１若しくは請求項２によれば，垂直偏波用のアンテナ素子と水平偏波用のアンテナ素子を備えたアンテナにおいて，垂直偏波用のアンテナ素子はスリーブアンテナ若しくはコリニアアンテナ等の何れか１方式の垂直偏波無指向性アンテナ素子から成り，水平偏波用のアンテナ素子は円筒スロットアンテナ若しくは円形ダイポール等の何れか１方式の水平偏波無指向性アンテナ素子を使用したので，簡単な構成で製造ができ，延いては製品の価格が安価にできる，垂直偏波と水平偏波に対応するアンテナを提供できる。

また，請求項３に示すように，前記水平偏波用のアンテナ素子を，前記垂直偏波用のアンテナ素子の下側に配設すれば，上記のアンテナ素子が円筒スロットアンテナ若しくは円形ダイポールで構成されていることから，前記垂直偏波用のアンテナ素子から引き出される給電線を，前記水平偏波用のアンテナ素子（円形スロットアンテナならスロットが形成された金属筒，円形ダイポールアンテナなら線状素子）が形成する領域の略中心部を，該水平偏波用のアンテナ素子の特性に与える影響を少ない状態で挿通することができることができ，これによって所望の性能を有する垂直偏波と水平偏波に対応するアンテナを提供できる。

更には請求項４に示すように，前記垂直偏波用のアンテナ素子で受信した信号を出力するか，前記水平偏波用のアンテナ素子で受信した信号を出力するかを選択的に切換可能に構成した偏波切換部を備え，前記垂直偏波用のアンテナ素子と前記水平偏波用のアンテナ素子と当該偏波切換部とは，同一軸線方向に配設するように構成することによって，アンテナの外形が細くスマートで，所望の性能を有する偏波ダイバーシティに構成されたアンテナを提供できるのである。

また，請求項５に示すように構成し，前記垂直偏波用のアンテナ素子の軸線と，前記水平偏波用のアンテナ素子の軸線とを，同一軸線上若しくは近接する位置に並行に配設させることによって，アンテナ外形は前記水平偏波用のアンテナ素子の断面領域によって決められるので，細径でスマートな垂直偏波と水平偏波に対応するアンテナを提供できるのである。
更に，これによってアンテナの耐久性向上のために取付けるレドームを細径に形成できることから，デザイン的に優れるばかりでなく，耐風速に強い受風面積の小さなアンテナを提供できるのである。

以下に，本発明を具体化した実施形態の例を，図面を基に詳細に説明する。
図１は本発明に係るアンテナの第１の実施形態を示し，図２は第１の実施形態の異なる実施例である。図３は本発明に係るアンテナの第２の実施例を示す。図４は本発明に係るアンテナの第３の実施形態を示す。

図１は本願に示す偏波ダイバーシティアンテナ１の第１実施形態の構成例を示す図であり，同一軸線方向に上から垂直偏波受信用のアンテナ素子としてのスリーブアンテナ１０，水平偏波受信用のアンテナ素子としての円筒スロットアンテナ２０が配置されている。

前記スリーブアンテナ１０は，中心導体１２を装着した内部絶縁体１３と，当該内部絶縁体１３を覆うように導電材料で形成された外部導体１５とからなる給電線１１の先端を給電点１４として，そこから上方に向けて１／４波長の前記中心導体１２を露出させたエレメント部１２ａを形成し，下方に向けては，上端が前記外部導体１５の先端部に接続された１／４波長の長さを有する同軸円管１６（スリーブ）を，給電線１１の外側にかぶせたものであり，図の如く配置した場合のスリーブアンテナ１０の指向性は，垂直偏波に対して無指向性となる。
尚，前記給電線１１は外部導体１５として金属パイプを用いた例を示したが，合成樹脂材からなる外部絶縁体を有した所謂同軸ケーブルを用いて形成してもよいし，プリント配線板等を用いても良く，特にその構成は実施例に限定されるものではない。

前記円筒スロットアンテナ２０は，導電性材料で形成され両端を開放した筒状の同軸円管２６に，該同軸円管２６の軸線方向に長さが１／２波長の長孔のスロット２８を形成したものであり，そのスロット２８の長辺側の略中央部に給電点２４，２４を設け，同軸円管２６の下方向から同軸円管２６に挿通された給電線２１の中心導体と外部導体を，夫々前記給電点２４，２４に接続してなるように構成されたものであり，図の如く配置した場合の円筒スロットアンテナ２０の指向性は，水平偏波に対して無指向性となる。

前記スリーブアンテナ１０を構成すると共に，このアンテナ素子から引き出される給電線１１は，前記円形スロットアンテナ２０の同軸円管２６の略中央部を挿通して下方向に所定の長さ引き出されている。
この時，前記同軸円管２６の内周面に所定の方法で保持されると共に，前記給電線１１を保持するための保持部材を備えさせれば，前記スリーブアンテナ１０と円形スロットアンテナ２０とを所定の寸法（１／４波長以下）だけ離して，該円形スロットアンテナ２０は給電線１１と固着することができる。

前記スロットアンテナ１０の給電線１１と，円形スロットアンテナ２０の給電線２１の他方端側は，偏波切換部５０に所定の方法で接続されている。
この偏波切換部５０は，例えば高周波リレーや電子スイッチからなる２系統の伝送経路を選択的に切換可能に構成された経路選択手段５１を備えており，該経路選択手段５１の接続端５１ａには前記スリーブアンテナ１０からの給電線１１が，経路選択手段５１の接続端５１ｂには前記円形スロットアンテナ２０からの給電線２１が夫々接続され，経路選択手段５１の接続端５１ｃはアンテナ１の接続端子５に接続されている。
５３は前記経路選択手段５１の制御手段であり，図には示されない，例えば，前記出力端子に接続された伝送線路に端末側から重畳されてくる電源信号を高周波信号から分離するための電源信号分離フィルタと，該電源信号分離フィルタによって分離された電源信号に基づいて前記経路選択手段５１を切換制御するための制御信号を生成する，例えばトランジスタやオペアンプ等から構成される制御信号生成回路とから構成されている。
尚，本発明の実施例においては，偏波切換部５０はアンテナに内蔵させた例を示したが，特にこの実施例に限定されるものではなく，例えば当該偏波切換部５０を，このアンテナを接続する機器（無線ＬＡＮ等）側に内蔵させて切換えるようにしても良い。この場合，このアンテナは図２に示すように，垂直偏波用と水平偏波用の２つの接続端子６，７を有する構成されるので，垂直偏波と水平偏波の電波を使って同時に通信するような使い方にも対応できる。
また，２周波用のアンテナとして構成させてもよい。

次に本発明の第２の実施形態として図３を参照して説明する。尚，以下の説明では，上記第１の実施形態のアンテナと同様の構成要素については時に明記しない限り同一符号を付与し，詳細な説明は省略する。

図２は本発明に係る第２実施形態の構成例を示しており，図にある２がアンテナ装置である。この実施例では前記水平偏波用のアンテナ素子として，円形ダイポールアンテナ３０を用いて構成したものである。この円形ダイポールアンテナ３０は長さが略１／２波長のフォールデッドダイポールアンテナから構成されており，このフォールデッドダイポールアンテナの放射素子である各線状導電体３２，３３を，前記フォールデッドダイポールアンテナの先端部が相互に接触することのないように湾曲に形成して，互いに対抗配置すると共に，前記フォールデッドダイポールアンテナの先端部とこのダイポールアンテナの給電点３４，３４とが互いに対向配置するように構成されており，図の如く配置した場合の円形ダイポールアンテナ３０の指向性は，水平偏波に対して無指向性となる。尚，ここに示す実施例ではフォールデッドダイポールを湾曲に形成した例を示したが，ダイポールとしてはフォールデッドダイポールでなくてもよい。また，各線状導電体３２，３３は湾曲形成した例を示したが，多角形状に形成してもよい。

この円形ダイポールアンテナ３０の給電点３４，３４には給電線３１が接続され，該給電線３１の先端側は偏波切換部５０に接続されている。該偏波切換部５０には整合回路５５が備えられており，アンテナ素子からの前記給電線３１のインピーダンスを７５Ω又は５０Ωのような所望のインピーダンスに変換した後に，経路選択手段５１の接続端５１ｂに接続されている。
また，前記円形ダイポールアンテナ３０の上方には，前記スリーブアンテナ１０が１／４波長と同じか狭い間隔で配設されており，該スリーブアンテナ１０から引き出された給電線１１は，前記円形ダイポールアンテナ３０の前記線状導体３２，３３により囲まれる領域の略中心部を挿通させてから，前記偏波切換部５０に接続している。
尚，この実施例においても前記第１の実施形態と同様に，前記偏波切換部５０はアンテナに内蔵させても良いし，内蔵させなくてもよい。

次に図４を用いて本発明の第３の実施形態としてのアンテナ３を説明する。先ず，垂直偏波用のアンテナ素子は，略１／２波長の長さの垂直ダイポールを多段に接続し電力合成したコリニアアンテナ４０からなる。
この垂直ダイポールは，中心導体４２を装着した内部絶縁体４３と，当該内部絶縁体４３を覆うように金属パイプのような導電材料で形成された外部導体４５の同軸構造からなり，本願の実施例では３つの垂直ダイポール４０ａ，４０ｂ，４０ｃを多段に組んだ例を示している。
１００はシュペルトップであり，中心導体１０２を装着した内部絶縁体１０３と，当該内部絶縁体１０３を覆うように金属パイプのような導電材料で形成された外部導体１０５とからなる給電線１０１の先端を給電点として，前記コリニアアンテナと接続され，下方に向けては，上端が前記外部導体１０５に接続された略１／４波長の長さを有する同軸円管１０６（スリーブ）を，前記外部導体１０５の上端と接続させて給電線１０１の外側にかぶせたものである。
このように構成されたコリニアアンテナ４０を図の如く配置した場合の指向性は，垂直偏波に対して無指向性となる。
尚，本願のコリニアアンテナの実施例では金属パイプを用いた同軸構造の伝送線路を用いて構成した例を示したが，合成樹脂材からなる外部絶縁体を有した，所謂同軸ケーブルを用いて形成してもよいし，プリント配線板等を用いても良く，特にその構成は実施例に限定されるものではない。

次に，水平偏波用のアンテナ素子として，前記第２の実施例に係る円形ダイポールアンテナ３０ａ，３０ｂ，３０ｃを多段に接続した物を具備した物である。
この実施例では，夫々の円形ダイポールアンテナを，該アンテナによって囲まれる領域の中心点を通過する軸線を同一線上となるように，該アンテナから放射される放射波の略１／２波長の長さだけ夫々離して配設すると共に，夫々の円形ダイポールアンテナの給電点３４，３４の位置が同一方向を向く位置に配設されると共に，各円形ダイポールアンテナは夫々位相を反転するように接続することによって指向特性がよく，利得の高い円形ダイポールアンテナ３０が得られるように構成されている。

尚，前記円形ダイポールアンテナを上述のようにシリーズ給電する方法として，夫々の円形ダイポールアンテナにおける給電点３４，３４の位置が，同一方向を向く位置に配設されると共に，各アンテナ間の間隔を略１波長の長さだけ離して配設して同相で移相合成してもよい等，特に実施例に限定されるものではない。
また，夫々の円形ダイポールアンテナの給電点３４，３４の位置が同一方向を向かないように，等間隔ずつ異なる向きに配設し位相合成すれば，更に水平面の指向特性が改善される。
前記コリニアアンテナ４０から引き出された給電線１０５は，上述の実施例と同様に前記円形ダイポールアンテナ３０の線状導体３２，３３が形成する領域の略中心部を挿通させてから，前記偏波切換部５０に接続されている。
尚，この実施例においても前記第１の実施形態と同様に，前記偏波切換部５０はアンテナに内蔵させても良いし，内蔵させなくてもよい。

このように本願のアンテナによれば，垂直偏波用のアンテナ素子と，水平偏波用のアンテナ素子のように，異なる偏波を受信するアンテナを備えたアンテナにおいて，垂直偏波用のアンテナ素子はスリーブアンテナ若しくはコリニアアンテナ等の何れか１方式の垂直偏波無指向性アンテナ素子から成り，水平偏波用のアンテナ素子は円筒スロットアンテナ若しくは円形ダイポール等の何れか１方式の水平偏波無指向性アンテナ素子から成り，前記水平偏波用のアンテナ素子を，前記垂直偏波用のアンテナ素子の下側に配設することによって，該垂直偏波用のアンテナ素子が円筒スロットアンテナ若しくは円形ダイポールで構成されていることから，前記垂直偏波用のアンテナ素子から引き出される給電線を，前記水平偏波用のアンテナ素子（円形スロットアンテナならスロットが形成された金属筒，円形ダイポールアンテナなら線状素子）が形成する領域の略中心部を，該水平偏波用のアンテナ素子の特性に与える影響を少ない状態で挿通することができ，これによって所望の性能を有する垂直偏波と水平偏波に対応する無指向性のアンテナを提供できる。
尚，本願の実施例では水平偏波用のアンテナ素子として円形スロットアンテナ，円形ダイポールアンテナを用いたが，アンテナが構成する領域の略中心部に給電線を挿通可能に形成されたアンテナならば前記実施例に限定されるものではない。
加えて，前記水平偏波用のアンテナ素子と，前記垂直偏波用のアンテナ素子とを同一軸線上となるように配置させれば，更にアンテナ径が細い外形のスマートな垂直偏波と水平偏波に対応する無指向性のアンテナを提供できるのである。

また，上述のアンテナに，前記垂直偏波用のアンテナ素子で受信した信号を出力するか，前記水平偏波用のアンテナ素子で受信した信号を出力するかを選択的に切換可能に構成した偏波切換部を備え，前記垂直偏波用のアンテナ素子と前記水平偏波用のアンテナ素子と当該偏波切換部とは，同一軸線方向に配設するように構成することによって，アンテナの外形が細くスマートで，所望の性能を有する垂直偏波にも水平偏波にも対応する無指向性の偏波ダイバーシティアンテナを提供できるのである。
また，アンテナの軸線方向に直交する断面の，最大外形となる断面形状が略円形となっていることから，該アンテナに取付けるレドームの径を細く形成することができ，デザイン的にも，風などに対する耐久性にも優れたアンテナを提供できる。
尚，本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく，本発明の趣旨を逸脱しない範囲で各部の構成を適宜に変更して実施することも可能である。

本発明に係るアンテナの第１の実施形態を示す構成図である。 第１の実施形態の異なる実施例である。 本発明に係るアンテナの第２の実施形態を示す。 本発明に係るアンテナの第４の実施形態を示す。

符号の説明

１・２・３…アンテナ装置，５，６，７…出力端子，１０…スリーブアンテナ，１１…給電線，１２…中心導体，１２ａ…エレメント部，１３…内部絶縁体，１４…給電点，１５…外部導体，１６…同軸円管（スリーブ），２０…円形スロットアンテナ，２１…給電線，２５…給電点，２８…スロット，３０…円形ダイポールアンテナア，３１…給電線，３２…線状導体，３３…線状導体，３４…給電点，４０…コリニアアンテナ，４２…中心導体，４３…内部絶縁体，４５…外部導体，５０…偏波切換部，５１…経路選択手段，５１ａ・５１ｂ・５１ｃ…接続端，５３…制御手段，５５…整合回路，１００…シュペルトップ，１０１…給電線，１０２…中心導体，１０３…内部絶縁体，１０５…外部導体，１０６…同軸円管，

Claims (5)

1. 垂直偏波用のアンテナ素子と水平偏波用のアンテナ素子を備えたアンテナにおいて，
   前記垂直偏波用のアンテナ素子はスリーブアンテナから成り，前記水平偏波用のアンテナ素子は円筒スロットアンテナ若しくは円形ダイポールの何れか一方を使用したことを特徴としたアンテナ。
   
2. 前記垂直偏波用のアンテナ素子はコリニアアンテナであることを特徴とした請求項１に記載のアンテナ。
   
3. 前記水平偏波用のアンテナ素子は，前記垂直偏波用のアンテナ素子の下側位置に配設し，当該垂直偏波用のアンテナ素子から引き出される給電線は，前記水平偏波用のアンテナ素子が軸線に直交する面上に形成する領域の略中心部を挿通するように配設したことを特徴とした請求項１又は請求項２の何れか一項に記載のアンテナ。
   
4. 前記垂直偏波用のアンテナ素子で受信した信号を出力するか，前記水平偏波用のアンテナ素子で受信した信号を出力するかを選択的に切換可能に構成した偏波切換部を備え，前記垂直偏波用のアンテナ素子と前記水平偏波用のアンテナ素子と当該偏波切換部とは，同一軸線方向に配設して成る請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載のアンテナ。
   
5. 少なくとも，前記水平偏波用のアンテナ素子の軸線に直交する方向の断面は略円形であり，少なくとも前記垂直偏波用のアンテナ素子の軸線方向に直交する断面が，前記水平偏波用のアンテナ素子の略円形断面の投影範囲より外方向に突出しないことを特徴とした請求項１乃至請求項４の何れか一項に記載のアンテナ。
   

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