JP2008160433A - Antenna device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は移動通信における基地局用アンテナに関し、特にセクターゾーンを構成する基地局用アンテナ装置に関する。 The present invention relates to a base station antenna in mobile communication, and more particularly to a base station antenna apparatus constituting a sector zone.
第2世代までの携帯電話機の基地局用アンテナは、セクターゾーンの構成が十分には普及しておらず、水平面指向性はあらゆる方向に電波が放射されかつ受信できる構造が主流であった。一方第3世代以降、セクターゾーンの構成が普及し、基地局用アンテナでは、セクターゾーン間で互いに電波が干渉しないように、水平面指向性がある方向にビームを出力する構造になって来た。第4世代ではセクターゾーンの構成がさらに進み、隣接するセクターゾーンと全く同じ周波数を同じコードで通信する場合があるため、隣接するセクターゾーンに電波の漏れがあると通信できなくなってしまう。 Up to the second generation of mobile phone base station antennas, the sector zone configuration has not been sufficiently widespread, and the horizontal plane directivity has a structure in which radio waves are radiated and received in all directions. On the other hand, since the third generation, the structure of the sector zone has become widespread, and the base station antenna has been structured to output a beam in a direction with horizontal plane directivity so that radio waves do not interfere with each other between the sector zones. In the fourth generation, the configuration of the sector zone further progresses, and there is a case where the same frequency as that of the adjacent sector zone is communicated with the same code. Therefore, if there is a leakage of radio waves in the adjacent sector zone, communication becomes impossible.
このため、第4世代以降の基地局用アンテナでは、隣接セクタ用アンテナとの干渉は通信品質を低下させたり、ハンドオーバー性能を劣化させる原因になるので、自セクター方向以外のアンテナ利得は可能な限り低いことが望ましい。このような背景より、アンテナ利得最大方向(アンテナの前面)とその逆方向(アンテナの背面)の利得比であるF/B(Front to Back)比を高くすることが必須となっている。 For this reason, in base station antennas of the 4th generation and later, interference with adjacent sector antennas causes communication quality degradation and handover performance degradation, so antenna gains other than in the own sector direction are possible. As low as possible. Against this background, it is essential to increase the F / B (Front to Back) ratio, which is the gain ratio between the maximum antenna gain direction (front surface of the antenna) and the opposite direction (back surface of the antenna).
このような指向性をもったアンテナとして、例えば特許文献1に示すようなダイポールを基本素子とし、反射板と組み合わせたアレイアンテナがある。しかし、このようなアレイアンテナでは、その給電回路の配置場所や固定方法を適切に選ぶ必要があるなど、設計上の問題と使用上の問題があった。一方、マイクロストリップアレイアンテナは、指向性をもったアンテナとして設計が容易なため広く用いられている。マイクロストリップアレイアンテナは、一般的に平板状の地板にアンテナ素子が取り付けられ、その裏面に給電回路が配置される。このような構造のため、マイクロストリップアレイアンテナは、ダイポールアンテナと比較して給電回路の配置が容易であり設計および製造上の利点がある。
しかしながらマイクロストリップアレイアンテナにおいて、F/B比を高くするためには、その平板状地板を大きくしなければならないが、実用上無限に大きくすることはできないので、結果としてF/B比を20dB以上とすることは困難であった。また、セクターゾーンの大きさは世代が新しくなるにしたがって狭くなる傾向にあり、アンテナ装置も取り付け場所が限定されないように小型軽量化が必要である。さらに、屋外に取り付けるので風圧加重が小さくかつ強度確保が容易な形状である必要がある。また、設計・製造および保守が容易なように部品点数が少ない程良い。 However, in the microstrip array antenna, in order to increase the F / B ratio, the flat ground plane must be enlarged, but cannot be increased infinitely in practice. As a result, the F / B ratio is 20 dB or more. It was difficult. In addition, the size of the sector zone tends to become narrower as the generation is new, and the antenna device also needs to be reduced in size and weight so that the mounting location is not limited. Furthermore, since it is attached outdoors, it needs to have a shape with small wind pressure load and easy strength securing. Also, the smaller the number of parts, the better the design, manufacturing and maintenance.
本発明はこのような従来技術の課題を解決するためになされたもにであり、その目的は、マイクロストリップアレイアンテナの設計法がそのまま使用可能で、F/B比を10dB以上改善することができ、且つ、風圧加重に耐える小型軽量化形状のアンテナ装置を提供することにある。 The present invention has been made in order to solve the problems of the prior art, and the object of the present invention is to be able to use the microstrip array antenna design method as it is and to improve the F / B ratio by 10 dB or more. Another object of the present invention is to provide a small and lightweight antenna device that can withstand wind pressure.
本発明のアンテナ装置は、短辺と長辺とからなる矩形状の接地板の一方の面上に、複数のアンテナ素子を配列して構成されたアレイアンテナと、断面が円弧状の略半筒形形状でなり、当該断面の弧に相当する互いに平行な線形端部間の幅が前記短辺よりも長く形成された導体材を含む反射器とを備え、接地板の他方の面が反射器の凹側内壁面に対向し、且つ、当該接地板が反射器の各線形端部と同一平面又はほぼ同一平面に位置するようにアレイアンテナを配置したことを特徴とする。 An antenna device according to the present invention includes an array antenna configured by arranging a plurality of antenna elements on one surface of a rectangular ground plate having a short side and a long side, and a substantially half-cylinder whose cross section is an arc. And a reflector including a conductor material in which a width between parallel end portions corresponding to an arc of the cross section is longer than the short side, and the other surface of the ground plate is a reflector The array antenna is disposed so as to face the inner wall surface of the concave side and the ground plate is located on the same plane or substantially the same plane as each linear end of the reflector.
本発明のアンテナ装置の反射器は、円筒の主軸を含む面で切断した円筒側面で構成されることを特徴とする。 The reflector of the antenna device of the present invention is characterized in that it is constituted by a cylindrical side surface cut by a plane including the main axis of the cylinder.
本発明のアンテナ装置の使用波長をλとしたとき、反射器の線形端部間の幅はほぼ2λとし、接地板の前記短辺の長さはほぼ0.5λ〜1.5λとすることを特徴とする。 When the operating wavelength of the antenna device of the present invention is λ, the width between the linear ends of the reflector is approximately 2λ, and the length of the short side of the ground plate is approximately 0.5λ to 1.5λ. To do.
本発明のアンテナ装置の反射器は、金属板、金属網又は金属を被覆した誘電体で構成されることを特徴とする。 The reflector of the antenna device of the present invention is characterized in that it is made of a metal plate, a metal net, or a dielectric coated with metal.
本発明のアンテナ装置は、アレイアンテナのみが樹脂性のレドーム内に収容されたことを特徴とする。 The antenna device of the present invention is characterized in that only the array antenna is accommodated in a resinous radome.
本発明のアンテナ装置は、アレイアンテナと反射器とが共に樹脂性のレドーム内に収容されたことを特徴とする。 The antenna device of the present invention is characterized in that both the array antenna and the reflector are accommodated in a resinous radome.
本発明のアンテナ装置の反射器は、レドーム内側に金属を被覆して構成されることを特徴とする。 The reflector of the antenna device of the present invention is characterized by being configured by coating a metal inside the radome.
本発明のアンテナ装置の反射器は、レドームの内側にエッチング形成された金属網で構成されることを特徴とする。 The reflector of the antenna device of the present invention is characterized in that it is composed of a metal net formed by etching inside the radome.
本発明のアンテナ装置によれば、マイクロストリップアレイアンテナの設計法をそのまま使用して設計することが可能で、且つ、F/B比を10dB以上改善することが可能となる。これにより、小型軽量で、風圧加重に耐える形状のアンテナ装置を提供することができる。 According to the antenna device of the present invention, the microstrip array antenna can be designed using the design method as it is, and the F / B ratio can be improved by 10 dB or more. Thereby, it is possible to provide a small and light antenna device having a shape capable of withstanding wind pressure load.
本発明によるアンテナ装置の実施の形態について図を用いて説明する。図1は、本発明のアンテナ装置の構成を示す基本構成図である。本発明のアンテナ装置100は、アレイアンテナ25と反射器60とから構成されている。アレイアンテナ25は、短辺と長辺とからなる矩形状の接地板10の一方の面上に、複数のアンテナ素子20が保持機構30により配列され、接地板10の他方の面には給電回路50が配備され、複数のアンテナ素子20と給電回路50とは給電部40により接続されて構成されている。アレイアンテナ25は、円筒の主軸に平行な面で切断した断面の幅が短辺よりも大きい円筒側面で構成された反射器60の円筒側面の凹側に、接地板10の他方の面が対向し、且つ断面とほぼ同一面に位置するよう配置されている。
Embodiments of an antenna device according to the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a basic configuration diagram showing the configuration of the antenna device of the present invention. The
アンテナ装置100の反射器60は、円筒の主軸を含む面で切断した円筒側面で構成されることが好ましい。また、反射器60は、金属板、金属網又は金属を被覆した誘電体で構成される。さらに、アンテナ装置100の使用波長をλとしたとき、反射器60の線形端部間の幅はほぼ2λ、接地板10の短辺の長さはほぼ0.5λ〜1.5λとなるように構成される。そして、短辺の長さは要求されるビーム幅によって決定される。
The
図2は、アンテナ素子20が電波を放射するための給電方法を示したアンテナ素子給電構成図である。図2において、接地板10の一方の面上には、保持機構30が接着され、その上にアンテナ素子20が接着されている。保持機構30は金属でも絶縁体でもよい。接地板10の他方の面には、給電回路50が絶縁層を介して接着されている。接地板10は、給電部40が貫通できる構造をしており、給電部40は、接地板10を貫通してアンテナ素子20と給電回路50とを接続している。このアンテナ素子20が、接地板10の長辺に沿って複数個配列されてアレイアンテナ25が構成される。
FIG. 2 is an antenna element feeding configuration diagram showing a feeding method for the
図3は、本発明によるアンテナ装置の斜視図である。図3において、アンテナ装置100は、複数のアンテナ素子20が接地板10上に配列されたアレイアンテナ25と、反射器60とが組み合わされて構成されている。アレイアンテナ25は、図の上方向に強い指向性を示したメインローブを形成し、サイドローブおよびバックローブがそれに付随して形成される特性を示す。このため反射器60がメインローブの特性に大きな影響を与えることはなく、サイドローブおよびバックローブの減衰手段として利用できる。したがってこの構成は、放射電波のメインローブに影響をほとんど与えないことから、アンテナ素子20の形状寸法と個数や配置間隔、接地板10のサイズ、アレイアンテナ25と接地板10との間隔等は、放射電波の周波数、出力電力、要求されるビームパターン等から、マイクロストリップアレイアンテナの設計法を用いて求めることが可能となる。
FIG. 3 is a perspective view of an antenna device according to the present invention. In FIG. 3, the
図4は、周波数3.8GHzにおいて、本発明のアンテナ装置のF/B比を示す特性図である。破線は反射器のないアレイアンテナの場合で、実線が本発明のアンテナ装置の特性である。反射器のないアレイアンテナの場合は、左右90度を過ぎると、サイドローブおよびバックローブの影響が現れ、F/B特性を20dB以下に抑えることができない。本発明のアンテナ装置においては、メインローブにおいて60度を越えた辺りから、わずかの減衰が見られるものの、90度を過ぎたサイドローブおよびバックローブの影響を30dB以下に抑えることができ、10dB以上の改善効果が見られる。 FIG. 4 is a characteristic diagram showing the F / B ratio of the antenna device of the present invention at a frequency of 3.8 GHz. A broken line is a case of an array antenna without a reflector, and a solid line is a characteristic of the antenna device of the present invention. In the case of an array antenna without a reflector, after 90 degrees to the left and right, the influence of side lobes and back lobes appears, and the F / B characteristics cannot be suppressed to 20 dB or less. In the antenna device of the present invention, although the main lobe exceeds 60 degrees, slight attenuation can be seen, but the influence of side lobes and back lobes exceeding 90 degrees can be suppressed to 30 dB or less, and 10 dB or more. The improvement effect is seen.
図5は、本発明のアンテナ装置の実装の構成を示す実装構成図である。図5aにおいて、アレイアンテナ25は、樹脂性のレドーム70に収容され、反射器60と組み合わされて一体化され、アンテナ装置100を構成している。この実装構成によると、既設のアレイアンテナ25とレドーム70で構成されたアンテナ装置に、反射器60とを取り付けることで、容易にF/B特性を改善できる。図5bにおいては、アレイアンテナ25と反射器60とが、共に樹脂性のレドーム70に収容されて一体化され、アンテナ装置100を構成している。この実装構成により、風圧加重に耐える小型軽量のアンテナ装置を提供することができる。反射器60は、レドーム70の内側に金属を被覆して構成されても良い。また、レドーム70の内側にエッチング形成された金属網で構成されても良い。
FIG. 5 is a mounting configuration diagram showing a configuration of mounting the antenna device of the present invention. In FIG. 5 a, the
以上説明したとおり、本発明によると、マイクロストリップアレイアンテナの設計法をそのまま使用してアンテナ装置を設計することが可能となる。また本発明のアンテナ装置の構成により、F/B比を10dB以上改善することが可能となる。これにより、小型軽量で、風圧加重に耐えるアンテナ装置を提供することができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to design an antenna device using the microstrip array antenna design method as it is. Further, the configuration of the antenna device of the present invention can improve the F / B ratio by 10 dB or more. Thereby, it is possible to provide an antenna device that is small and light and can withstand wind pressure load.
10 接地板
20 アンテナ素子
25 アレイアンテナ
30 保持機構
40 給電部
50 給電回路
60 反射器
70 レドーム
100 アンテナ装置
DESCRIPTION OF
Claims (8)
断面が円弧状の略半筒形形状でなり、当該断面の弧に相当する互いに平行な線形端部間の幅が前記短辺よりも長く形成された導体材を含む反射器とを備え、
前記接地板の他方の面が前記反射器の凹側内壁面に対向し、且つ、当該接地板が前記反射器の各前記線形端部と同一平面又はほぼ同一平面に位置するように前記アレイアンテナを配置したことを特徴とするアンテナ装置。 An array antenna configured by arranging a plurality of antenna elements on one surface of a rectangular ground plate composed of a short side and a long side;
A cross section having a substantially semi-cylindrical shape having an arc shape, and a reflector including a conductor material formed such that the width between linear end portions corresponding to the arc of the cross section is longer than the short side, and
The array antenna so that the other surface of the ground plate faces the concave inner wall surface of the reflector, and the ground plate is located on the same plane or substantially the same plane as each linear end of the reflector. An antenna device characterized by comprising:
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