JP2009130451A - Antenna system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は無線機器用のアンテナ装置に係り、より詳細には移動体通信システムにおける基地局アンテナ装置に関する。 The present invention relates to an antenna device for a wireless device, and more particularly to a base station antenna device in a mobile communication system.
移動体通信システムの基地局アンテナでは、指向性放射パターンを必要とするため、一般に、ダイポールアンテナやパッチアンテナを金属地板上に多素子配列してアレイアンテナとし、地板を反射板として利用することにより指向性を持たせるか、あるいは、半波長ダイポールアンテナを多段に積み重ねたコリニアアレイアンテナの近傍に棒状または板状の反射板を取り付けて指向性を持たせることが行われている。 Since a base station antenna of a mobile communication system requires a directional radiation pattern, in general, dipole antennas and patch antennas are arranged on a metal ground plane as an array antenna, and the ground plane is used as a reflector. It has been practiced to provide directivity or to attach directivity by attaching a rod-like or plate-like reflector near the collinear array antenna in which half-wave dipole antennas are stacked in multiple stages.
また、あるセクタゾーンにおいて自セクタ以外の電波を端末器で受信すると、電波干渉により通信中の雑音や切断が生じたり、ハンドオーバ不満足等の通話品質の劣化が引き起こされたりすることから、セクタを構成する指向性基地局アンテナでは、F/B(Front to Back)比を改善し、自セクタ方向以外への放射パターンを極力低く抑えることが求められている。また、自身のセクタエリアを広範囲にカバーするには、基地局アンテナの放射パターンの半値幅をできるだけ広くすることが望ましい。 In addition, if radio waves other than its own sector are received by a terminal in a certain sector zone, noise or disconnection during communication may occur due to radio wave interference, or call quality may be degraded such as unsatisfactory handover. The directional base station antenna is required to improve the F / B (Front to Back) ratio and suppress the radiation pattern to the direction other than the own sector as low as possible. Also, in order to cover a wide range of the sector area, it is desirable to make the half width of the radiation pattern of the base station antenna as wide as possible.
こうした状況に鑑み、例えば特許文献1および2に記載されているようなF/B比の改善を実現するアンテナ装置や、特許文献3および4に記載されているような半値幅の調整を実現するアンテナ装置が開発されている。
特許文献1には、既存のアンテナを取り換えることなく水平面内指向性の半値幅を調整することができる反射器付ダイポールアンテナ装置が記載されている。また、特許文献2には、小型でFB比の大きい半波長ダイポールアンテナが記載されている。しかしながら、これらの技術を用いてF/B比の改善を図る場合、アンテナの地板が大型化したり、多数の部品が必要となり設計難易度が高くなってしまうという問題がある。 Patent Document 1 describes a reflector-equipped dipole antenna device that can adjust the half-value width of directivity in a horizontal plane without replacing an existing antenna. Patent Document 2 describes a half-wave dipole antenna that is small and has a large FB ratio. However, when these techniques are used to improve the F / B ratio, there is a problem that the ground plane of the antenna becomes large and a large number of parts are required, which increases the design difficulty.
また、特許文献3には背面の利得を抑圧したダイポールアンテナ装置が、特許文献4には素子を多数配置した偏波共用のアンテナの水平偏波素子に最適なダイポールアンテナがそれぞれ記載されており、半値幅の調整が図られているが、これらの技術を用いて半値幅を広くすると、トレードオフの関係でF/B比が悪化してしまうという問題がある。
そこで、本発明は、F/B比の改善および広幅な放射パターン半値幅をともに実現することが可能であり、且つF/B比を改善した状態で放射パターン半値幅を変更可能とするアンテナ装置を提供することを目的とする。
Therefore, the present invention can realize both an improvement in the F / B ratio and a wide radiation pattern half width, and can change the radiation pattern half width in a state where the F / B ratio is improved. The purpose is to provide.
この目的を達成するために本発明が提供するアンテナ装置は、長手方向の両端部に形成された高さ0.1乃至0.25λの側面部を備え、0.5乃至1.5λの幅を有する方形の第1反射板と、長手方向の両端部に形成された高さ0.25乃至0.5λの側面部を備え、1乃至2λの幅を有する方形の第2反射板と、第1反射板の長手方向の中心軸上に第1反射板から0.2乃至0.3λ離隔して配置されたアンテナエレメントと、を備え、第1反射板は、第2反射板の側面部と第1反射板の側面部との間に0.25乃至0.5λの間隙が設けられるように前記第2反射板上に重ねて配置される。 In order to achieve this object, the antenna device provided by the present invention has side portions with heights of 0.1 to 0.25λ formed at both ends in the longitudinal direction, and has a width of 0.5 to 1.5λ. A rectangular first reflector having a height of 0.25 to 0.5λ formed at both ends in the longitudinal direction, a square second reflector having a width of 1 to 2λ, and a first And an antenna element disposed on the central axis in the longitudinal direction of the reflector at a distance of 0.2 to 0.3λ from the first reflector, and the first reflector has a side surface portion of the second reflector and the first element. The first reflector is disposed on the second reflector such that a gap of 0.25 to 0.5λ is provided between the side and the side of the reflector.
このアンテナ装置は、第1反射板と、第2反射板と、アンテナエレメントとを覆うレドームをさらに備えてもよい。
また、このアンテナ装置は、第1反射板の長手方向の中心軸上に第1反射板から0.5〜1λ離隔して配置された無給電素子をさらに備えてもよい。
無給電素子は直径0.05λ以下の円形棒状であってもよく、幅0.05λ以下の平板形状であってもよい。
また、第2反射板と無給電素子とは、レドームと一体に形成されてもよい。
The antenna device may further include a radome that covers the first reflector, the second reflector, and the antenna element.
The antenna device may further include a parasitic element disposed on the central axis in the longitudinal direction of the first reflecting plate and spaced from the first reflecting plate by 0.5 to 1λ.
The parasitic element may have a circular rod shape with a diameter of 0.05λ or less or a flat plate shape with a width of 0.05λ or less.
Further, the second reflecting plate and the parasitic element may be formed integrally with the radome.
本発明のアンテナ装置によれば、放射パターン特性のF/B比を改善するとともに、水平面内で100°以上の広域な半値幅を実現することができる。また、水平面内半値幅を60°〜140°の範囲内で自在に可変することができる上、ダイポールアンテナ、クロスダイポールアンテナ、パッチアンテナ等、使用するアンテナの種類にかかわらず同様の効果を得ることが可能である。
さらに、本発明のアンテナ装置は、従来の同様のアンテナ装置と比較して設計自由度が高く、用途に合わせて電気特性のチューニングを容易に行うことができる。
According to the antenna device of the present invention, it is possible to improve the F / B ratio of the radiation pattern characteristics and realize a wide half-value width of 100 ° or more in the horizontal plane. In addition, the full width at half maximum in the horizontal plane can be freely varied within a range of 60 ° to 140 °, and the same effect can be obtained regardless of the type of antenna used, such as a dipole antenna, a cross dipole antenna, or a patch antenna. Is possible.
Furthermore, the antenna device of the present invention has a higher degree of design freedom than a conventional similar antenna device, and can easily tune electrical characteristics according to the application.
以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。
図1(a)に示すのは、本発明の第一の実施例によるアンテナ装置の概略図である。図示するように、アンテナ装置100は、金属からなる第1反射板10および第2反射板20と、ダイポールアンテナ301と、無給電素子40とを備えて構成される。第1反射板10および第2反射板20には、それぞれ両端が折り曲げられて側面部が形成されている。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1A is a schematic diagram of an antenna device according to a first embodiment of the present invention. As shown in the figure, the
ここで、アンテナ装置100の各部の寸法は、使用周波数の電気長で、第1反射板10の幅W1が0.5〜1.5λ、第2反射板20の幅W2が1〜2λ、第1反射板10の側面部の高さH1が0.1〜0.25λ、第2反射板20の側面部の高さH2が0.25〜0.5λ、第1反射板10と第2反射板20との側面部の間の距離Dが0.25〜0.5λ、第1反射板10とダイポールアンテナ301との間の距離L1が0.2〜0.3λ、第1反射板10の側面部と無給電素子40の側面部との間の距離L2が両側面ともに0.5〜1λ、円形棒状の無給電素子40の直径φが0.05λ以下とする。無給電素子40は、幅が0.05λ以下の平板形状であってもよい。
Here, the dimensions of each part of the
ダイポールアンテナ301および無給電素子40は、それぞれ第1反射板10から距離L1およびL2だけ離隔して第1反射板10の中心軸上に配置される。また、ここではダイポールアンテナ301を用いているが、使用するアンテナの形状はこれに限られない。この点については後述する。
第1反射板10の裏側には図示しない給電回路が設けられ、コネクタ等を介してアンテナへの給電が行われる。
The
A power supply circuit (not shown) is provided on the back side of the first reflecting
図1(b)に示すのは、このアンテナ装置100の斜視図である。第1反射板10の中心軸上には複数のダイポールアンテナ30によりダイポールアンテナアレイが構成されている。また、第1反射板10の中心軸上であってダイポールアンテナアレイよりも上部には、無給電素子40が配置されている。ダイポールアンテナ30はプリント基板型のものを用いると取扱性がよく、アンテナ装置100の組立てが容易となるが、ダイポールアンテナ301の形成方法はこれに限定されない。
FIG. 1B is a perspective view of the
こうした構成を有するアンテナ装置100においては、第1反射板10を用いることにより、水平面無指向性のダイポールアンテナ301に指向性を持たせている。また、第2反射板20はアンテナ後方の放射パターンを制御してF/B比を改善するためのものである。さらに、第1反射板10および第2反射板20が側面部を有することにより、放射パターンの回り込みを抑制し、最適の制御が実現される。無給電素子40はアンテナ前方の放射パターンを微調整するために配置されており、いわば反射板と同様の役割を果たすものである。
In the
前述の各部の寸法の範囲内で任意の設定を行うことにより、アンテナ装置100においては、F/B比の改善と放射パターンの調整とを行うことができる。例えば、図3に実線で示すのは、図1に示すアンテナ装置100において、各部の寸法をW1:1.5λ、W2:2λ、H1:0.25λ、H2:0.25λ、D:0.25λ、L2:0.75λ、φ:0.015λとして設計した場合の水平面内の放射パターン特性である。このとき、図示するように、水平面内で半値幅約120°の放射パターン特性を得ることができる。
By making an arbitrary setting within the above-described range of the dimensions of each part, the
一方、図3に破線で示すのは、一般的なダイポールアレイアンテナ装置の放射パターン特性である。このアンテナ装置104を図2(a)および(b)に概略的に示す。アンテナ装置104は平面地板上の中央部にダイポールアンテナ301を設置して構成されている。地板の幅は1.5λ、地板とダイポールアンテナとの間の距離は0.25λとする。
On the other hand, the broken line in FIG. 3 shows the radiation pattern characteristics of a general dipole array antenna device. The
アンテナ装置100とアンテナ装置104とを比較すると、メインローブの放射パターンはほとんど変わらず、いずれのアンテナ装置でも水平面内で半値幅約120°の放射パターン特性が得られる。一方、アンテナ装置100では、アンテナ装置104に比べF/B比が改善されていることがわかる。
このように、本発明のアンテナ装置によれば、100°以上の広幅の半値幅が求められる場合において、一般的なダイポールアレイアンテナと比べ、良好なF/B比を得ることができる。
When the
As described above, according to the antenna device of the present invention, when a wide half width of 100 ° or more is required, a favorable F / B ratio can be obtained as compared with a general dipole array antenna.
図4に示すのは、図1で示した範囲内で各部の電気長寸法を変更して設計することにより得られる水平面内の放射パターン特性を表したものである。図示するように、各部の寸法を適宜変更することによって、水平面内の半値幅を約60°〜140°とするアンテナ装置100を自在に設計することが可能である。近年、基地局アンテナは様々な状況下での使用が想定されており、半値幅の異なるアンテナのバリエーションが要求されている。本発明のアンテナ装置100によれば、こうした現状に対応して、放射パターンの半値幅を選択し、F/B比の良いアンテナを設計することが可能となる。
FIG. 4 shows the radiation pattern characteristics in the horizontal plane obtained by designing by changing the electrical length dimension of each part within the range shown in FIG. As shown in the figure, it is possible to freely design the
次に、本発明の第二の実施例を説明する。図5に示すのは、図1に示す前述のアンテナ装置100と同様の構成を有するアンテナ装置であって、ダイポールアンテナ301の代わりにクロスダイポールアンテナ302を用いて構成したものである。このアンテナ装置101では、第1反射板10の上に、複数のクロスダイポールアンテナ302により±45°偏波用のクロスダイポールアレイアンテナが形成されている。各部の電気長寸法範囲はアンテナ装置100と同一である。
Next, a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 5 shows an antenna device having the same configuration as that of the
このアンテナ装置101によれば、図3に示したアンテナ装置100の電気特性とほぼ同等の電気特性が得られる。アンテナ装置100に用いられているダイポールアレイアンテナとは偏波面が異なるが、放射パターンは反射板の構造に応じて決定される。
According to the
続いて、パッチアンテナを用いた本発明の第三の実施例を説明する。図6(a)および(b)に示すのは、前述したアンテナ装置100と同様の構成を有するアンテナ装置において、ダイポールアンテナ301の代わりにパッチアンテナ303を用いて構成したものである。このアンテナ装置102では、第1反射板10の上に、複数のパッチアンテナ303によりパッチアンテナアレイが形成されている。第三の実施例同様、各部の電気長寸法範囲はアンテナ装置100と同一である。
Subsequently, a third embodiment of the present invention using a patch antenna will be described. 6A and 6B show an antenna device having the same configuration as that of the
このアンテナ装置102の水平面内の放射パターン特性を図7に示す。図示するように、パッチアンテナ303を使用した場合には、アンテナ装置100等と比較して半値幅の特性チューニング範囲は狭くなるものの、水平面内の半値幅は約60°〜100°であり、十分に広域の半値幅を有するアンテナ装置102とすることができる。
The radiation pattern characteristics in the horizontal plane of the
このように、本発明のアンテナ装置においては、使用するアンテナの形状はダイポールアンテナに限られず、クロスダイポールアンテナやパッチアンテナ等、様々なアンテナを使用することができる。また、いずれのアンテナを使用した場合にも、ダイポールアンテナを用いた場合と同様の効果を得ることができる。 Thus, in the antenna device of the present invention, the shape of the antenna to be used is not limited to a dipole antenna, and various antennas such as a cross dipole antenna and a patch antenna can be used. In addition, when any antenna is used, the same effect as when using a dipole antenna can be obtained.
ところで、第一〜第三の実施例として説明したアンテナ装置100〜102は、実際にはレドームを被せて使用されることになる。そこで、図8に示すのは、本発明のアンテナ装置の実際の使用形態、すなわち製品化時の形態を表した概略図である。
アンテナ装置103は、第1反射板10と、第2反射板20と、アンテナ30と、無給電素子40とを覆うレドーム50を備えている。アンテナ30としては、前述と同様、例えばダイポールアンテナ、クロスダイポールアンテナ、パッチアンテナ等を用いることができる。
By the way, the
The
ここで、無給電素子40および第2反射板20は、レドーム50の天面および底面にスプレーガン塗装等により直接メタライズコートして形成されてもよい。あるいは、レドーム50に金属棒や金属板を張り合わせるか組み付けて形成することも可能である。または、MID(Molded Interconnect Device)技術によりパターン配線した樹脂を組み付けて形成してもよい。
また、レドーム50の形状によっては、無給電素子40を配置せず、第1反射板10と、第2反射板20と、アンテナ30とをレドーム50により覆ったアンテナ装置を構成し、同様の効果を得ることも可能である。
Here, the
Further, depending on the shape of the
以上、本発明の実施例を説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されることなく、他にも様々に実施することが可能である。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to these embodiments and can be implemented in various ways.
100 アンテナ装置
10 第1反射板
20 第2反射板
301 アンテナ素子
40 無給電素子
DESCRIPTION OF
Claims (6)
長手方向の両端部に形成された高さ0.25乃至0.5λの側面部を備え、1乃至2λの幅を有する方形の第2反射板と、
前記第1反射板の長手方向の中心軸上に前記第1反射板から0.2乃至0.3λ離隔して配置されたアンテナエレメントと、
を備え、
前記第1反射板は、前記第2反射板の前記側面部と前記第1反射板の前記側面部との間に0.25乃至0.5λの間隙が設けられるように前記第2反射板上に重ねて配置されることを特徴とするアンテナ装置。 A rectangular first reflector having side portions of height 0.1 to 0.25λ formed at both ends in the longitudinal direction and having a width of 0.5 to 1.5λ;
A rectangular second reflecting plate having side portions of height 0.25 to 0.5λ formed at both ends in the longitudinal direction and having a width of 1 to 2λ;
An antenna element disposed on the central axis in the longitudinal direction of the first reflector and spaced from the first reflector by 0.2 to 0.3λ;
With
The first reflector is disposed on the second reflector such that a gap of 0.25 to 0.5λ is provided between the side surface of the second reflector and the side surface of the first reflector. An antenna device characterized by being placed on top of each other.
前記第1反射板と、前記第2反射板と、前記アンテナエレメントとを覆うレドームをさらに備えることを特徴とするアンテナ装置。 The antenna device according to claim 1,
An antenna device, further comprising a radome that covers the first reflector, the second reflector, and the antenna element.
前記第1反射板の長手方向の中心軸上に前記第1反射板から0.5〜1λ離隔して配置された無給電素子をさらに備えることを特徴とするアンテナ装置。 The antenna device according to claim 1 or 2,
An antenna device, further comprising a parasitic element disposed on a central axis in a longitudinal direction of the first reflecting plate and spaced apart from the first reflecting plate by 0.5 to 1λ.
前記無給電素子は直径0.05λ以下の円形棒状であることを特徴とするアンテナ装置。 The antenna device according to claim 3, wherein
The parasitic element is a circular rod having a diameter of 0.05λ or less.
前記無給電素子は幅0.05λ以下の平板形状であることを特徴とするアンテナ装置。 The antenna device according to claim 3, wherein
The parasitic element has a flat plate shape with a width of 0.05λ or less.
前記第2反射板と前記無給電素子とは前記レドームと一体に形成されることを特徴とするアンテナ装置。 The antenna device according to any one of claims 3 to 5,
The antenna device, wherein the second reflector and the parasitic element are formed integrally with the radome.
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2007
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