JP2010045649A - Antenna device - Google Patents
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Description
本発明は、シリーズ(直列)給電方式のコリニアアレーアンテナ構造を有するアンテナ装置に関する。 The present invention relates to an antenna device having a collinear array antenna structure of a series (series) feeding system.
従来から、PHS(Personal Handy-phone System)の基地局用アンテナやトランクリッドアンテナとして、直列給電方式のコリニアアレーアンテナ構造を有するアンテナ装置が知られている。図6に示すように、直列給電のコリニアアレーアンテナは、直列に配置した放射素子1a、1b、1cにより、同軸線路を半波長(λ/2)で交互に繰り返すことで、簡易な構造で実現できるという特徴を有している。
2. Description of the Related Art Conventionally, an antenna apparatus having a collinear array antenna structure of a series feeding system is known as a PHS (Personal Handy-phone System) base station antenna or trunk lid antenna. As shown in FIG. 6, the series-fed collinear array antenna is realized with a simple structure by alternately repeating the coaxial line at half wavelength (λ / 2) by the
なお、先行技術として、インピーダンス整合を取ることを目的として、無給電素子を備えた直列給電アンテナ装置がある(例えば、特許文献1、2参照)。
ところで、直列給電方式のコリニアアレーアンテナは、周波数帯域が狭く、対象の周波数を外れると垂直面内指向性の主ビーム方向に電気チルトがかかってしまう。したがって、現在では、送受信周波数が同じであるTDD(Time Division Duplex)方式で周波数帯域の狭いPHSの基地局アンテナなどに限定して用いられている。 By the way, the collinear array antenna of the series feeding system has a narrow frequency band, and if it deviates from the target frequency, an electric tilt is applied in the direction of the main beam having directivity in the vertical plane. Therefore, at present, it is limited to a PHS base station antenna having a narrow frequency band in a TDD (Time Division Duplex) system having the same transmission / reception frequency.
携帯電話移動通信に用いられる周波数配置では、800MHz帯では送信と受信の中心周波数で55MHz、2GHz帯は190MHz離れている。図7は、4素子直列給電アンテナで2GHz帯移動通信用基地局用に設計した場合の垂直面内指向性を示す図である。図7に示すように、直列給電アンテナでは、上りの通信に用いる1920MHz帯域ではチルト0度に対して、2025MHz帯域では、チルトが3度天空方向にかかってしまい、下りの通信に用いる2130MHz帯域ではチルトが8度天空方向にかかってしまうという現象が発生する。具体的には運用周波数が設計周波数より高くなると天空側にチルトが生じ、運用周波数が設計周波数より低くなると地上側にチルトが生じる。 In the frequency arrangement used for mobile phone mobile communication, the center frequency of transmission and reception is 55 MHz in the 800 MHz band and 190 MHz in the 2 GHz band. FIG. 7 is a diagram illustrating vertical in-plane directivity when designed for a 2-GHz band mobile communication base station using a four-element series feed antenna. As shown in FIG. 7, in the series-feed antenna, the tilt is 0 degrees in the 1920 MHz band used for upstream communication, and the tilt is 3 degrees in the sky direction in the 2025 MHz band, and in the 2130 MHz band used for downstream communication. A phenomenon occurs in which the tilt is applied to the sky direction by 8 degrees. Specifically, when the operating frequency is higher than the design frequency, tilt occurs on the sky side, and when the operating frequency is lower than the design frequency, tilt occurs on the ground side.
送信と受信で周波数が離れているFDD(Frequency Division Duplex)方式の場合、チルトがかかった状態で利用すると、送信と受信では形成ゾーンが異なるため、通信ができないエリアが生じてしまうという問題がある。またTDD方式であっても、その周波数帯域が広い場合、低い周波数を使うチャネルと高い周波数を使うチャネルでエリアが異なることから、セルラー方式を構成する場合、チャネルによってオーバーラップ領域が異なり、エリア品質を劣化させる要因となる。このように周波数帯が送信と受信で離れている場合、直列給電方式のコリニアアレーアンテナでは周波数偏差が生じ、具体的には垂直面内ビーム方向が送信と受信で異なるという問題がある。 In the case of the FDD (Frequency Division Duplex) system in which the frequency is different between transmission and reception, there is a problem that if the transmission is used in a tilted state, an area where communication cannot be performed occurs because the formation zone differs between transmission and reception. . Even in the case of the TDD scheme, if the frequency band is wide, the area differs between the channel using the low frequency and the channel using the high frequency. It becomes a factor which degrades. In this way, when the frequency band is distant between transmission and reception, there is a problem that a frequency deviation occurs in the collinear array antenna of the series feeding method, and specifically, there is a problem that the beam direction in the vertical plane is different between transmission and reception.
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、直列給電方式のコリニアアレーアンテナの垂直面内指向性の周波数偏差を補正することができるアンテナ装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide an antenna device capable of correcting a frequency deviation of directivity in a vertical plane of a collinear array antenna of a series feed system.
本発明は、直列給電方式のコリニアアレーアンテナ装置であって、放射素子の軸線方向と交差する方向に直線状または曲線状に延びる帯状の無給電素子を備え、前記無給電素子に長手方向に延びるスロットを形成したことを特徴とする。 The present invention is a series-fed collinear array antenna device, which includes a strip-shaped parasitic element extending in a straight line or a curved line in a direction intersecting the axial direction of a radiating element, and extends in the longitudinal direction of the parasitic element. A slot is formed.
本発明は、前記放射素子の軸線方向の中心位置から前記放射素子の端部の方向へ前記無給電素子をシフトして配置したことを特徴とする。 The present invention is characterized in that the parasitic element is shifted from the center position in the axial direction of the radiating element toward the end of the radiating element.
本発明は、ビーム方向の周波数偏差に応じて、前記無給電素子のシフト量を変化させたことを特徴とする。 The present invention is characterized in that the shift amount of the parasitic element is changed in accordance with the frequency deviation in the beam direction.
本発明は、前記帯状の無給電素子を円筒状に形成したことを特徴とする。 The present invention is characterized in that the strip-shaped parasitic element is formed in a cylindrical shape.
本発明は、前記放射素子の軸線に直交する平面内の指向性に応じて、前記帯状の無給電素子を円弧状に形成したことを特徴とする。 The present invention is characterized in that the band-shaped parasitic element is formed in an arc shape in accordance with directivity in a plane orthogonal to the axis of the radiating element.
本発明は、前記帯状の無給電素子を平面に展開した場合において、前記長手方向に延びるスロットの長さが半波長であることを特徴とする。 The present invention is characterized in that, when the strip-shaped parasitic element is developed on a plane, the length of the slot extending in the longitudinal direction is a half wavelength.
本発明は、前記放射素子と前記無給電素子との間に誘電体を挿入したことを特徴とする。 The present invention is characterized in that a dielectric is inserted between the radiating element and the parasitic element.
本発明によれば、無給電素子を備えることによって、直列給電方式のコリニアアレーアンテナ装置の垂直面内指向性の周波数偏差を補正することができるという効果が得られる。また、無給電素子を放射素子の軸方向にシフトして配置することにより、垂直面内指向性の周波数偏差の量を調整することが可能となる。 According to the present invention, by providing the parasitic element, it is possible to correct the frequency deviation of the directivity within the vertical plane of the collinear array antenna device of the series feeding system. In addition, by arranging the parasitic element so as to be shifted in the axial direction of the radiating element, it is possible to adjust the amount of frequency deviation of directivity in the vertical plane.
以下、本発明の一実施形態による直列給電方式のコリニアアレーアンテナ構造を有するアンテナ装置を図面を参照して説明する。図1は同実施形態における無給電素子の構成を示すブロック図である。この図において、図6に示す従来の装置と同一の部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。この図に示す装置が従来の装置と異なる点は、放射素子1aに無給電素子2を設けた点である。図1(b)においては、放射素子1b、1cを省略しているが、これらにも同様に無給電素子2が設けられている。
Hereinafter, an antenna apparatus having a collinear array antenna structure of a series feeding system according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a parasitic element in the same embodiment. In this figure, the same parts as those of the conventional apparatus shown in FIG. The apparatus shown in this figure is different from the conventional apparatus in that a
図1(a)は、無給電素子2の展開図である。無給電素子2は、短手方向の寸法が(2a+b)、長手方向の寸法が(d+c)のアルミや鉄の導体の板で構成され、長手方向に延びる長さd、幅bのスロット(穴)が設けられている。ここで、波長をλとすると、展開図の各部の寸法は、以下の通りである。すなわち、a=0.02λ〜03λ、b=0.015λ〜0.05λ、c=0.015λ〜0.05λ、d=λ/2である。この無給電素子2を円筒状に加工し、円筒状の放射素子1aと同心となるように配置する(図1(b)参照)。そして、放射素子1aと無給電素子2の間には、発泡スチロール等の誘電体を挿入して公知の方法によって放射素子1aに無給電素子2を固定する。
FIG. 1A is a development view of the
次に、図1に示す無給電素子2の放射素子1aに対する配置関係を変化させることによって、ビーム方向の周波数偏差を補正する方法について説明する。周波数によって、ビームピーク方向が異なる問題について、放射素子1aの軸方向の中心から軸方向に沿って放射素子の端部方向に無給電素子2の配置位置をシフトして、直列給電方式のコリニアアレーアンテナ構造を有するアンテナ装置の周波数特性に対し、逆の周波数特性を与えることでチルトの補正を行うことができる。従来の無給電素子は、共振するために鉛直方向(放射素子1aの軸方向)に約半波長の長さを有するが、このままで上下方向(軸方向に沿った方向)にシフトした場合、隣接の放射素子に対して被ることになり、シフト量が限られてしまう。本発明では、無給電素子2の円周方向に長さ約半波長のスロットが設けることにより、垂直偏波を励振させて、高さ方向を抑制することができるため上下方向(放射素子1aの軸方向)のシフト量を大きくすることが可能となる。
Next, a method of correcting the frequency deviation in the beam direction by changing the arrangement relationship of the
図2は、図6に示す直列給電方式のコリニアアレーアンテナ構造を有するアンテナ装置を構成する3つの放射素子1a、1b、1cのそれぞれに図1に示す無給電素子2を設けた場合に、無給電素子2を放射素子1a、1b、1cの軸方向に沿って端部方向(上方向)へシフトした状態を示す図である。図2(a)は、無給電素子2を放射素子1a、1b、1cの軸方向の中心に配置した状態(放射素子の軸方向の中心と無給電素子2のスロットの位置が一致している状態)を示す図であり、シフト量が0である(シフトなし)。図2(c)は、無給電素子2の端部と放射素子の端部が一致する状態になるまで無給電素子2を軸方向に沿って端部方向へシフトした状態を示す図である。図2(c)に示す状態が無給電素子2のシフト量が最大の状態である。図2(b)は、シフト量が0と最大の中間(シフト量が最大値の1/2)の状態である。
FIG. 2 shows a case where the
次に、図2に示す各シフト量(シフトなし、シフト量1/2、シフト量最大)について、ビームピークがどのように変化するかを説明する。図3は、各シフト量(シフトなし、シフト量1/2、シフト量最大)について、放射素子が1素子である計算機シミュレーションモデルを用いて、周波数毎の垂直面(放射素子の軸方向と平行面)内指向性を求めた結果を示す図である。図4は、各シフト量について、ビームのピーク方向を周波数毎にプロットした図である。 Next, how the beam peak changes for each shift amount (no shift, shift amount 1/2, shift amount maximum) shown in FIG. 2 will be described. FIG. 3 shows a vertical plane for each frequency (parallel to the axial direction of the radiating element) for each shift amount (no shift, ½ shift amount, maximum shift amount) using a computer simulation model in which the radiating element is one element. FIG. 6 is a diagram showing the result of obtaining the surface directivity. FIG. 4 is a diagram in which the beam peak direction is plotted for each frequency for each shift amount.
図3、図4から明らかなように、無給電素子2をシフトさせることにより、ビームピークの方向を調整できることが分かる。例えば、無給電素子2のシフト量が最大値の1/2である場合(図2(b))は、8度の調整が可能であり、無給電素子2のシフト量が最大の場合は17度の調整が可能である。
As is apparent from FIGS. 3 and 4, it is understood that the beam peak direction can be adjusted by shifting the
このように、無給電素子2を放射素子1a、1b、1cの軸方向に沿って端部方向へシフトさせて配置することによって、ビームピークの方向を調整することが可能である。
Thus, by arranging the
なお、図1(a)に示す無給電素子2は、必要とする水平面(放射素子の軸方向と直交する面)内指向性に応じて、円弧状に加工するようにしてもよい。図5は、図1に示す無給電素子2の加工方法を変えた例を示す図である。図5は、図1(b)に示すように、図1(a)に示す無給電素子2を円筒状に加工した例である。このように加工することによって、水平面内指向性を無指向性とすることができる。図5(b)、(c)は、図1に示す無給電素子2を円弧状に加工した例である。このように加工することによって、水平面内に指向性を持たせることが可能である。さらに、水平面内指向性を狭くする場合は、図1に示す無給電素子2を円筒または円弧状に加工することなく平面のまま使用してもよい。このように、図1(a)に示す無給電素子2の加工方法を変化させることによって水平面内の指向性を有するアンテナ装置を実現することができる。
The
以上説明したように、放射素子の軸方向にシフトさせた無給電素子を用いることにより、直列給電方式のコリニアアレーアンテナ構造を有するアンテナ装置における周波数偏差を補正することが可能となる。直列給電方式のコリニアアレーアンテナの構造は簡易であることから、円筒状の無給電素子を備えるのみで安価な無指向性アンテナを実現することができる。また、ビーム方向に対して円弧状の無給電素子を用いることにより、無指向性に限らず指向性を有するアンテナも実現可能である。このように、周波数帯域が広くなってもチルト方向が変わらない特性とすることができるため、従来帯域が広くて直列給電方式のコリニアアレーアンテナ構造のアンテナ装置を用いることができなかった無線通信システムであってもバランスのとれた通信エリアを構成することができる。 As described above, by using the parasitic element shifted in the axial direction of the radiating element, it is possible to correct the frequency deviation in the antenna apparatus having the collinear array antenna structure of the series feeding type. Since the structure of the collinear array antenna of the series feeding system is simple, an inexpensive omnidirectional antenna can be realized only by including a cylindrical parasitic element. Further, by using an arc-shaped parasitic element with respect to the beam direction, an antenna having directivity as well as non-directivity can be realized. As described above, since the tilt direction does not change even when the frequency band is widened, the wireless communication system in which the antenna apparatus having the collinear array antenna structure of the conventional series feeding system with a wide band cannot be used. Even so, a well-balanced communication area can be configured.
1a、1b、1c・・・放射素子、2・・・無給電素子 1a, 1b, 1c ... Radiation element, 2 ... Parasitic element
Claims (7)
放射素子の軸線方向と交差する方向に直線状または曲線状に延びる帯状の無給電素子を備え、
前記無給電素子に長手方向に延びるスロットを形成したことを特徴とするアンテナ装置。 A collinear array antenna device of a series feeding method,
A strip-shaped parasitic element extending linearly or curvedly in a direction intersecting the axial direction of the radiating element;
An antenna device, wherein a slot extending in a longitudinal direction is formed in the parasitic element.
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CN109103577A (en) * | 2018-08-16 | 2018-12-28 | 昆山恩电开通信设备有限公司 | A kind of Wideband half-wave radiation unit and antenna |
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2008
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