JP2007060062A

JP2007060062A - 偏波共用アンテナ

Info

Publication number: JP2007060062A
Application number: JP2005240594A
Authority: JP
Inventors: Hiroki Yagi; 宏樹八木; Shin Mizumura; 慎水村
Original assignee: NTT Docomo Inc; Nihon Dengyo Kosaku Co Ltd
Current assignee: NTT Docomo Inc; Nihon Dengyo Kosaku Co Ltd
Priority date: 2005-08-23
Filing date: 2005-08-23
Publication date: 2007-03-08
Anticipated expiration: 2025-08-23
Also published as: JP4101829B2

Abstract

【課題】垂直偏波、水平偏波の両偏波に対し最適な反射板形状を有する偏波共用アンテナを提供する。
【解決手段】反射板と、前記反射板の主反射面上に配置される水平偏波用アンテナ素子と垂直偏波用アンテナ素子とを有し、前記反射板は、前記主反射面の第１の方向の両側に設けられる側面反射板を有し、前記側面反射板は、少なくとも２個に分割される。また、前記少なくとも２個に分割された側面反射板の中で、前記側面反射板あるいは前記主反射面から切り離された部分の、前記反射板の主反射面に垂直な方向の長さをＬｖ、あるいは、前記第１の方向の長さをＬｈ、λを使用中心周波数の自由空間波長とするとき、Ｌｖ≦０．２５λ、Ｌｈ≦０．２５λを満足する。
【選択図】図１

Description

本発明は、反射板付き偏波共用アンテナに係り、特に、水平偏波および垂直偏波のそれぞれに対して最適な反射板を有する偏波共用アンテナに関する。

図７は、従来の反射板付き偏波共用アンテナの一例を示す図であり、同図（ａ）は斜視図、同図（ｂ）は正面図、同図（ｃ）は要部断面図である。なお、図７（ｃ）は、図７（ａ）のＸ−Ｚ面で切断した断面構造を示す断面図である。
図７において、１は反射板であり、反射板１は、主反射面を構成する底面反射板１０と、側面反射板１１とを有する。
また、３は、垂直偏波用半波長ダイポールアンテナ素子（以下、垂直偏波用アンテナ素子という）、４は水平偏波用半波長ダイポールアンテナ素子（以下、水平偏波用アンテナ素子という）であり、これらのアンテナ素子（３，４）は、誘電体基板２上に形成される。
この図７は、垂直偏波重視で、水平面（図７（ａ）のＸ−Ｚ）内ビーム幅が約８０°の反射板付き偏波共用アンテナを製作した場合を図示している。
図７において、偏波共用アンテナの使用中心周波数の自由空間波長をλとするとき、垂直偏波用アンテナ素子３の長さ（ｅｌ_Ｖ）、水平偏波用アンテナ素子４の長さ（ｅｌ_Ｈ）、アンテナ素子（３，４）と底面反射板１０との間隔（ｅｈ_Ｖ）、反射板１の幅（Ｒｗ_Ｖ）、並びに、側面反射板１１の高さ（Ｒｈ_Ｖ）は、下記（１）式で表される。
［数１］
ｅｌ_Ｖ＝０．５λ×誘電体基板による短縮率
ｅｌ_Ｈ＝０．５λ×誘電体基板による短縮率
ｅｈ_Ｖ＝約０．２５λ
Ｒｗ_Ｖ＝約０．６λ
Ｒｈ_Ｖ＝約０．３λ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（１）
図７に示す従来の反射板付き偏波共用アンテナの水平面内指向特性の測定結果を図８に示す。
図８（ａ）は、垂直偏波用アンテナ素子３の水平面内指向特性であり、図８（ｂ）は、水平偏波用アンテナ素子４の水平面内指向特性である。
図８のグラフから、垂直偏波は水平面内ビーム幅が、約８０°となったが、水平偏波は、水平面内ビーム幅が、１００°を超え、且つ、Ｆ／Ｂ比も悪いということがわかる。

図９は、従来の反射板付き偏波共用アンテナの他の例を示す図であり、同図（ａ）は斜視図、同図（ｂ）は正面図、同図（ｃ）は要部断面図である。なお、図９（ｃ）は、図９（ａ）のＸ−Ｚ面で切断した断面構造を示す断面図である。
この図９は、水平偏波重視で、水平面（図９（ａ）のＸ−Ｚ）内ビーム幅が、約８０°の反射板付き偏波共用アンテナを製作した場合を図示している。
図９において、偏波共用アンテナの使用中心周波数の自由空間波長をλとするとき、垂直偏波用アンテナ素子３の長さ（ｅｌ_Ｖ）、水平偏波用アンテナ素子４の長さ（ｅｌ_Ｈ）、アンテナ素子（３，４）と底面反射板１０との間隔（ｅｈ_Ｈ）、反射板１の幅（Ｒｗ_Ｈ）、並びに、側面反射板１１の高さ（Ｒｈ_Ｈ）は、下記（２）式で表される。
［数２］
ｅｌ_Ｖ＝０．５λ×誘電体基板による短縮率
ｅｌ_Ｈ＝０．５λ×誘電体基板による短縮率
ｅｈ_Ｈ＝約０．２５λ
Ｒｗ_Ｈ＝約０．５λ
Ｒｈ_Ｈ＝約０．１５λ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（２）
図９に示す従来の反射板付き偏波共用アンテナの水平面内指向特性の測定結果を図１０に示す。
図１０（ａ）は、垂直偏波用アンテナ素子３の水平面内指向特性であり、図１０（ｂ）は、水平偏波用アンテナ素子４の水平面内指向特性である。
図１０のグラフから、水平偏波は水平面内ビーム幅が、約８０°となったが、垂直偏波は水平面内ビーム幅が、約１１０°となってしまうことがわかる。

前述したように、偏波によって反射板１の影響が異なるため、垂直偏波、水平偏波それぞれに最適な反射板１の形状が異なっている。
このような場合、従来の反射板付き偏波共用アンテナでは、どちらか片方の偏波に反射板１の形状を合わせておき、もう一方の偏波は素子高、素子形状を変えたり、無給電素子によるビーム制御を行う必要があった。
そのため、インピーダンス調整が困難になったり、アンテナの構造が複雑化する、もしくはビームが合わせきれずに最適なビームとは言えない状態になったりす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、垂直偏波、水平偏波の両偏波に対し最適な反射板形状を有する偏波共用アンテナを提供することにある。

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。
前述の課題を解決するために、本発明の偏波共用アンテナは、反射板と、前記反射板の主反射面上に配置される水平偏波用アンテナ素子と垂直偏波用アンテナ素子とを有し、前記反射板は、前記主反射面の第１の方向の両側に設けられる側面反射板を有し、前記側面反射板は、少なくとも２個に分割されていることを特徴とする。
また、本発明では、前記少なくとも２個に分割された側面反射板の中で、前記側面反射板あるいは前記主反射面から切り離された部分の、前記反射板の主反射面に垂直な方向の長さをＬｖ、あるいは、前記第１の方向の長さをＬｈ、λを使用中心周波数の自由空間波長とするとき、Ｌｖ≦０．２５λ、Ｌｈ≦０．２５λを満足する。
また、本発明では、λを使用中心周波数の自由空間波長とするとき、０．５λ以上の間隔をおいて、前記少なくとも２個に分割された側面反射板を接続する接続部を有する。
本発明の偏波共用アンテナでは、反射板の側面反射板を分割することによって（分離された側面反射板は偏波の関係上、水平偏波にほとんど影響しない）、両偏波に対し最適な反射板形状をとしたものである。

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、垂直偏波、水平偏波の両偏波に対し最適な反射板形状を有する偏波共用アンテナを提供することが可能となる。

以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。
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。
［実施例１］
図１は、本発明の実施例１の反射板付き偏波共用アンテナを示す斜視図であり、図２（ａ）は、本発明の実施例１の反射板付き偏波共用アンテナの正面図、図２（ｂ）は、本発明の実施例１の反射板付き偏波共用アンテナの要部断面図である。なお、図２（ｂ）は、図１のＸ−Ｚ面で切断した断面構造を示す断面図である。
図１、図２において、１は反射板であり、反射板１は、主反射面を構成する底面反射板１０と、側面反射板を有する。本発明では、側面反射板は、底面反射板１０に連続する部分１１ａと、部分１１ａ（底面反射板１０に連続する部分）から切り離された部分１１ｂとで構成される。
この側面反射板の分離された部分１１ｂは、例えば、絶縁性のスペーサなどにより、底面反射板１０に連続する部分１１ａに支持・固定される。
また、３は、垂直偏波用半波長ダイポールアンテナ素子（以下、垂直偏波用アンテナ素子という）、４は水平偏波用半波長ダイポールアンテナ素子（以下、水平偏波用アンテナ素子という）であり、これらのアンテナ素子（３，４）は、誘電体基板２上に形成される。

図１は、水平面（図１のＸ−Ｚ）内ビーム幅が約８０°（即ち、水平面内指向特性の半値幅が約８０°のビーム幅）のアンテナ反射板付き偏波共用アンテナを製作した場合を図示している。
図１において、本発明の偏波共用アンテナの使用中心周波数の自由空間波長をλとすると、垂直偏波用アンテナ素子３の長さ（ｅｌ_Ｖ）、水平偏波用アンテナ素子４の長さ（ｅｌ_Ｈ）、アンテナ素子（３，４）と底面反射板１０との間隔（ｅｈ）、底面反射板１０の幅（Ｒｗ_１）、側面反射板の分離された部分１１ｂの幅（Ｒｗ２）、側面反射板の底面反射板１０に連続する部分１１ａの高さ（Ｒｈ１）、λ、側面反射板の分離された部分１１ｂの高さ（Ｒｈ２）、並びに、側面反射板の分離された部分１１ｂの長さ（Ｌ）は、下記（３）式で表される。
［数３］
ｅｌ_Ｖ＝０．５λ×誘電体基板による短縮率
ｅｌ_Ｈ＝０．５λ×誘電体基板による短縮率
ｅｈ＝約０．２５λ（ｅｈ＝ｅｈ_Ｖ＝ｅｈ_Ｈ）
Ｒｗ１＝約０．５λ（Ｒｗ１＝Ｒｗ_Ｈ）
Ｒｗ２＝約０．６λ（Ｒｗ２＝Ｒｗ_Ｖ）
Ｒｈ１＝約０．１５λ（Ｒｈ１＝Ｒｈ _Ｈ）
Ｒｈ２＝約０．３λ（Ｒｈ２＝Ｒｈ _Ｖ）
Ｌ＝約０．１λ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（３）

図１、図２に示す本発明の実施例１の反射板付き偏波共用アンテナの水平面内指向特性の測定結果を図３に示す。
図３（ａ）は、垂直偏波用アンテナ素子３の水平面内指向特性であり、図３（ｂ）は、水平偏波用アンテナ素子４の水平面内指向特性である。
図３のグラフから、本発明では、垂直偏波、水平偏波共に水平面内ビーム幅が、約８０°となっていることがわかる。
また、それぞれの水平面内指向特性を見ると、図８（ａ）、あるいは、図１０（ｂ）で示した、それぞれの偏波の最適な水平面内指向特性とほぼ同等の指向特性となっていることがわかる。
つまり電気的にみると、垂直偏波に対しては、図８（ａ）で示したような反射板１として、水平偏波に対しては、図１０（ｂ）で示したような反射板１として見えていることがわかる。
このように、側面反射板を分割することにより、両偏波に対して最適な特性を両立できる反射板とすることができる。
なお、側面反射板の分離された部分１１ｂの長さ（Ｌ）は、０．２５λを超えると水平偏波に影響が出始めるので、０．２５λ以下にするのが望ましく、できない場合は、３個以上に分割すればよい。
また、側面反射板の分離された部分１１ｂを含む側面反射板の垂直方向（図１のＹ軸方向）の長さは、１λ以下だと垂直偏波の反射板として機能しないため、１λ以上必要である。
なお、前述のまでの説明では、反射板１を完全に切り離した形状について説明したが、図４に示すように、垂直方向（図１のＹ軸方向）に０．５λ以上の間隔をあけて接続部１１ｃにより接続してもよい。間隔は広ければ広いほど水平偏波に対する影響が少なくなり、当然まったく接続しないのが望ましい。なお、図４は、図１に示す反射板１の変形例を示す側面図である。

［実施例２］
図５は、本発明の実施例２の反射板付き偏波共用アンテナに使用される反射板１の形状を示す要部断面図であり、図５（ａ）は、垂直偏波に最適な反射板１の形状を示す要部断面図、図５（ｂ）は、水平偏波に最適な反射板１の形状を示す要部断面図、図５（ｃ）は、偏波に最適な反射板１の形状を示す要部断面図である。図５（ｃ）が、本発明の実施例２の反射板１である。
図５（ａ）に示すように、垂直偏波用の反射板１は複雑な構造で、図５（ｂ）に示すように、水平偏波用が単純な板状である。
側面反射板を分割し、垂直偏波に対しては、図５（ａ）に示すような反射板１として、水平偏波に対しては、図５（ｂ）に示すような反射板１として見えるようにしたのが、図５（ｃ）に示す反射板であり、この図５（ｃ）おいて、側面反射板の分離された部分１１ｂの長さ（Ｌ，Ｌ２，Ｗ，ＷＷ２）は、全て０．２５λ以下とする。

［実施例３］
図６は、本発明の実施例２の反射板付き偏波共用アンテナに使用される反射板１の形状を示す要部断面図であり、図６（ａ）は、垂直偏波に最適な反射板１の形状を示す要部断面図、図６（ｂ）は、水平偏波に最適な反射板１の形状を示す要部断面図、図６（ｃ）は、偏波に最適な反射板１の形状を示す要部断面図である。図６（ｃ）が、本発明の実施例２の反射板１である。
本実施例の反射板１は、図６に示すように、垂直偏波、水平偏波共に、水平方向（図６のＸ軸方向）に、２素子アレーとし、狭ビーム化した場合の反射板である。
側面反射板を分割し、垂直偏波に対しては、図６（ａ）に示すような反射板１として、水平偏波に対しては、図６（ｂ）に示すような反射板１として見えるようにしたのが、図６（ｃ）に示す反射板であり、図６（ｃ）において、側面反射板の分離された部分１１ｂの長さ（Ｌ３）は、０．２５λ以下とする。
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。

本発明の実施例１の反射板付き偏波共用アンテナを示す斜視図である。本発明の実施例１の反射板付き偏波共用アンテナの正面と、要部断面構造を示す図である。本発明の実施例１の反射板付き偏波共用アンテナの水平面内指向特性の測定結果を示すグラフである。本発明の実施例１の反射板の変形例を示す側面図である。本発明の実施例２の反射板付き偏波共用アンテナに使用される反射板の形状を示す要部断面図である。本発明の実施例３の反射板付き偏波共用アンテナに使用される反射板の形状を示す要部断面図である。従来の反射板付き偏波共用アンテナの一例を示す図である。図７に示す従来の反射板付き偏波共用アンテナの水平面内指向特性の測定結果を示すグラフである。従来の反射板付き偏波共用アンテナの他の例を示す図である。図９に示す従来の反射板付き偏波共用アンテナの水平面内指向特性の測定結果を示すグラフである。

符号の説明

１反射板
２誘電体基板
３垂直偏波用半波長ダイポールアンテナ素子
４水平偏波用半波長ダイポールアンテナ素子
１０底面反射板
１１側面反射板
１１ａ底面反射板１０に連続する部分
１１ｂ部分１１ａから切り離された部分
１１ｃ接続部

Claims

反射板と、
前記反射板の主反射面上に配置される水平偏波用アンテナ素子と垂直偏波用アンテナ素子とを有し、
前記反射板は、前記主反射面の第１の方向の両側に設けられる側面反射板を有し、
前記側面反射板は、少なくとも２個に分割されていることを特徴とする偏波共用アンテナ。
前記少なくとも２個に分割された側面反射板の中で、前記側面反射板あるいは前記主反射面から切り離された部分の、前記反射板の主反射面に垂直な方向の長さをＬｖ、λを使用中心周波数の自由空間波長とするとき、Ｌｖ≦０．２５λを満足することを特徴とする請求項１に記載の偏波共用アンテナ。
前記少なくとも２個に分割された側面反射板の中で、前記側面反射板あるいは前記主反射面から切り離された部分の、前記第１の方向の長さをＬｈ、λを使用中心周波数の自由空間波長とするとき、Ｌｈ≦０．２５λを満足することを特徴とする請求項１に記載の偏波共用アンテナ。
λを使用中心周波数の自由空間波長とするとき、０．５λ以上の間隔をおいて、前記少なくとも２個に分割された側面反射板を接続する接続部を有することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の偏波共用アンテナ。