JP2009111662A - 周波数共用アレイアンテナ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】垂直中心軸線(L)を挟んで垂直方向に千鳥状に配列された複数の第1のアンテナ素子ユニット(U1)と、垂直中心軸線(L)を挟んで第1のアンテナ素子ユニット(U1)と重ならない形態で垂直方向に千鳥状に配列された複数の第2のアンテナ素子ユニット(U2)と、を備える。第1のアンテナ素子ユニット(U1)は、1または複数の周波数に共振する第1のアンテナ素子(1)によって構成され、第2のアンテナ素子ユニット(U2)は、上記周波数とは異なる1または複数の第2の周波数に共振する第2のアンテナ素子(2)によって構成されている。
【選択図】 図1
Description
上記基地局アンテナとして使用する指向性アンテナは、要求される水平面内指向性が狭い場合(例えば、100°以下)、特許文献1に記載されているように、アンテナ素子を水平方向に2以上配列して構成する場合がある。
別の実施態様において、前記第1のアンテナ素子ユニットは前記第1のアンテナ素子を垂直方向に複数配列したサブアレイを有し、前記第2のアンテナ素子ユニットは前記第2のアンテナ素子を垂直方向に複数配列したサブアレイを有する。
さらに別の実施態様において、前記第1のアンテナ素子ユニットは前記第1のアンテナ素子を1つ有し、前記第2のアンテナ素子ユニットは前記第2のアンテナ素子を垂直方向に複数配列したサブアレイを有する。
さらに、前記第1、第2のアンテナ素子として、水平偏波アンテナ素子と垂直偏波アンテナ素子とを組み合わせた偏波共用アンテナ素子を使用すること、あるいは、前記第1のアンテナ素子として垂直偏波アンテナ素子を使用し、前記第2のアンテナ素子として水平偏波アンテナ素子と垂直偏波アンテナ素子とを組み合わせた偏波共用アンテナ素子を使用することも可能である
また、第1、第2のアンテナ素子の重なりを回避して、それら相互の電気的な干渉を抑制することが可能になるので、良好なVSWR特性および水平面内指向性を得ることができる。
図1は、本発明に係る周波数共用アレイアンテナの第1の実施形態を示す概念図である。本実施形態に係るアレイアンテナは、垂直中心軸線Lを挟んで垂直方向に千鳥状に配列された複数のアンテナ素子ユニットU1と、上記垂直中心軸線Lを挟んで上記第1のアンテナ素子ユニットU1と重ならない形態で垂直方向に千鳥状に配列された複数のアンテナ素子ユニットU2と、を備えている。本実施形態において、アンテナ素子ユニットU1、U2は、垂直中心軸線Lを挟んで相対向している。
本実施形態に係るアンテナを移動通信システム等における基地局用アンテナとして使用する場合、上記周波数f1およびf2は、例えば0.8GHz(800MHz)および2GHzにそれぞれ設定される。
さらに、本実施形態に係るアンテナは、周波数f1用のアンテナ素子1と周波数f2用のアンテナ素子2とを重なり合うことなく配置することができるので、それら相互の干渉を抑制して、良好なVSWR(定在波比)特性および水平面内指向性を実現することが可能である。
アンテナ素子ユニットU1における2つのアンテナ素子1は、垂直方向に所定の間隔で配列し、それによって、該アンテナ素子1のサブアレイを構成している。同様に、アンテナ素子ユニットU2における2つのアンテナ素子2は、垂直方向に所定の間隔で配列し、それによって、該アンテナ素子2のサブアレイを構成している。なお、アンテナ素子1のサブアレイとアンテナ素子2のサブアレイは、垂直中心軸線Lを挟んで互いに対向している。
アンテナ素子ユニットU2における2つのアンテナ素子2は、垂直方向に所定の間隔で配列してサブアレイを構成している。そして、このサブアレイは、垂直中心軸線Lを挟んでアンテナ素子1と対向している。
偏波共用アンテナ素子3は、共に周波数f1に共振する垂直偏波アンテナ素子1と水平偏波アンテナ素子1'を交差配置した構成(クロスダイポール構成)を有し、また、偏波共用アンテナ素子4は、共に周波数f2に共振する垂直偏波アンテナ素子2と水平偏波アンテナ素子2'を交差配置した構成(クロスダイポール構成)を有する。
本実施形態に係るアンテナにおいても、図4に示したアンテナと同等の効果を得ることができる。なお、サブアレイを構成する偏波共用アンテナ素子3、4の配列数は2に限定されず、2以上の任意の数に設定することができる。
アンテナ素子ユニットU2における2つの偏波共用アンテナ素子4は、垂直方向に所定の間隔で配列してサブアレイを構成している。そして、このサブアレイは、垂直中心軸線Lを挟んでアンテナ素子ユニットU1の偏波共用アンテナ素子3と対向している。
素子導体12a、13aおよび14aは、共通の中央給電点18aを介して一方の給電線路15aに接続され、また、素子導体12b、13bおよび14bは、それぞれ共通の中央給電点18bを介して給電線路15bに接続されている。なお、符号19は、給電線路15aに接続された接地部である。
もちろん、上記のような複数の周波数に共振するアンテナ素子を図1〜図3に示すアンテナ素子1、2の双方に代用しても良く、また、図4〜図6に示すアンテナ素子1、2(1'、2')の一方または双方に代用しても良い。
D1:0.8GHz帯の波長換算値で0.22λ0.8(λ0.8は0.8GHzに対応する波長)、2GHz帯の波長換算値で0.54λ2(λ2は2GHzに対応する波長)
D2:2GHz帯の波長換算値で0.47λ2、0.8GHz帯の波長換算値で0.2λ0.8
なお、図9の(a)および(b)は、0.8GHzについての垂直偏波および水平偏波の水平面内指向性をそれぞれ示し、図10の(a)および(b)は、2GHzについての垂直偏波および水平偏波の水平面内指向性をそれぞれ示している。
この比較例に係るアンテナは、各段が2つの0.8GHz帯垂直偏波アンテナ素子1と、1つの0.8GHz帯水平偏波アンテナ素子1と、4つの2GHz帯偏波共用アンテナ素子4とによって構成されている。
上記2つの0.8GHz帯垂直偏波アンテナ素子1は、それらの水平方向間隔が前記D1となるように垂直中心軸線Lを挟んで対向配置されている。一方、上記4つの2GHz帯偏波共用アンテナ素子4の内の2つの偏波共用アンテナ素子4は、それらに含まれる垂直偏波アンテナ素子2が上記対向する垂直偏波アンテナ素子1の上側素子導体間において前記間隔D2をおいて対向するように配置され、また、残る2つの偏波共用アンテナ素子4は、それらに含まれる垂直偏波アンテナ素子2が上記対向する垂直偏波アンテナ素子1の下側素子導体間において前記間隔D2をおいて対向するように配置されている。
図12の(a)および(b)は、この比較例に係るアンテナの0.8GHzについての垂直偏波および水平偏波の水平面内指向性をそれぞれ示し、また、図13の(a)および(b)は、該アンテナの2GHzについての垂直偏波および水平偏波の水平面内指向性をそれぞれ示している。
また、図8と図11との対比から明らかなように、上記本発明に係るアンテナによれば、アンテナ素子数が比較例に係るアンテナの1/2に減少するので、製造コストの低減と給電系の構成の簡素化を図ることができる。
なお、図8に示すアンテナは、各段の垂直アンテナ素子1を垂直方向に複数配列してサブアレイ化するとともに、各段のサブアレイにおける偏波共用アンテナ素子4の配列個数を2以上に設定することが可能である。
また、図1〜図3に示した実施形態では、アンテナ素子1、2として垂直偏波アンテナ素子を使用しているが、これらのアンテナ素子1、2の一方または双方に水平偏波アンテナ素子を使用することも可能である。
さらに、上記各実施形態では、左右のアンテナ素子ユニットU1、U2を垂直中心軸線Lを挟んで対向配置しているが、水平面内指向性に歪みが生じない範囲で上記ユニットU1、U2の垂直方向相対位置をずらしても良い。
L 垂直中心軸線
1,1',2,2' アンテナ素子
3,4 偏波共用アンテナ素子
Claims (10)
- 垂直中心軸線を挟んで垂直方向に千鳥状に配列された複数の第1のアンテナ素子ユニットと、
前記垂直中心軸線を挟んで前記第1のアンテナ素子ユニットと重ならない形態で垂直方向に千鳥状に配列された複数の第2のアンテナ素子ユニットと、を備え、
前記第1のアンテナ素子ユニットは、1または複数の周波数に共振する第1のアンテナ素子によって構成され、
前記第2のアンテナ素子ユニットは、前記周波数とは異なる1または複数の周波数に共振する第2のアンテナ素子によって構成されていることを特徴とする周波数共用アレイアンテナ。 - 前記第1のアンテナ素子ユニットは、前記第1のアンテナ素子を1つ有し、前記第2のアンテナ素子ユニットは、前記第2のアンテナ素子を1つ有することを特徴とする請求項1に記載の周波数共用アレイアンテナ。
- 前記第1のアンテナ素子ユニットは、前記第1のアンテナ素子を垂直方向に複数配列したサブアレイを有し、前記第2のアンテナ素子ユニットは、前記第2のアンテナ素子を垂直方向に複数配列したサブアレイを有することを特徴とする請求項1に記載の周波数共用アレイアンテナ。
- 前記第1のアンテナ素子ユニットは、前記第1のアンテナ素子を1つ有し、前記第2のアンテナ素子ユニットは、前記第2のアンテナ素子を垂直方向に複数配列したサブアレイを有することを特徴とする請求項1に記載の周波数共用アレイアンテナ。
- 前記第1、第2のアンテナ素子は、垂直偏波アンテナ素子であることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の周波数共用アレイアンテナ。
- 前記第1、第2のアンテナ素子は、水平偏波アンテナ素子であることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の周波数共用アレイアンテナ。
- 前記第1、第2のアンテナ素子は、一方が水平偏波アンテナ素子であり、他方が垂直偏波アンテナ素子であることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の周波数共用アレイアンテナ。
- 前記第1、第2のアンテナ素子は、水平偏波アンテナ素子と垂直偏波アンテナ素子とを組み合わせた偏波共用アンテナ素子であることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の周波数共用アレイアンテナ。
- 前記第1のアンテナ素子が垂直偏波アンテナ素子であり、前記第2のアンテナ素子が水平偏波アンテナ素子と垂直偏波アンテナ素子とを組み合わせた偏波共用アンテナ素子であることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の周波数共用アレイアンテナ。
- 前記第1、第2のアンテナ素子は、ダイポールアンテナ素子またはパッチアンテナ素子であることを特徴とする請求項1〜9のいずれかに記載の周波数共用アレイアンテナ。
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