JP2010124194A - Antenna device - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、垂直偏波が水平面で無指向性である2周波共用アンテナに関するもので、特に携帯電話、PHS、WiMAX等の移動体通信基地局に使用されるコリニアアレーアンテナに関する。 The present invention relates to a dual-frequency shared antenna whose vertical polarization is horizontal and omnidirectional, and more particularly to a collinear array antenna used for mobile communication base stations such as mobile phones, PHS, and WiMAX.
携帯電話、PHS、WiMAX等の移動体通信基地局では、基地局を中心とした円形のエリアをサービスエリアとすることがある。この場合、基地局用アンテナとして、垂直偏波の水平面内指向性が無指向性のアンテナが用いられることが多い。
また、近年、携帯電話、PHS、WiMAX等の普及にともない、移動体通信では、800MHz帯、1.9GHz帯、2GHz帯、2.5GHz帯など多くの周波数帯が用いられており、基地局の小型化、低コスト化のために、周波数共用アンテナが求められている。
また、基地局用アンテナでは利得を大きくしなければならないため、一般にはコリニアアレーアンテナが使用されている。
In mobile communication base stations such as mobile phones, PHS, and WiMAX, a circular area centered on the base station may be a service area. In this case, an antenna having a non-directional antenna with vertical polarization in the horizontal plane is often used as the base station antenna.
In recent years, with the spread of mobile phones, PHS, WiMAX, etc., many frequency bands such as 800 MHz band, 1.9 GHz band, 2 GHz band, 2.5 GHz band have been used in mobile communication. In order to reduce the size and cost, a frequency sharing antenna is required.
In addition, since a base station antenna must have a large gain, a collinear array antenna is generally used.
従来の2周波共用の水平面内無指向性アンテナの1つの例では、水平面内に4個のダイポールアンテナを設置することで水平面内無指向性とし、この4個のダイポールアンテナを素子アンテナとして各素子アンテナへ並列給電している。また、各ダイポールアンテナに、非励振素子やスリットを装荷することにより2周波共用化している(例えば、特許文献1参照)。 In one example of a conventional dual-frequency omnidirectional antenna in a horizontal plane, four dipole antennas are installed in a horizontal plane to make it omnidirectional in the horizontal plane. The antenna is fed in parallel. In addition, each dipole antenna is shared with two frequencies by loading a non-excitation element or a slit (see, for example, Patent Document 1).
また、他の例では、水平面内に3個以上のダイポールアンテナを設置することで水平面内無指向性とし、これらのダイポールアンテナを素子アンテナとして各素子アンテナへ並列給電している。また、各ダイポールアンテナに、非励振素子を装荷することにより2周波共用化している(例えば、特許文献2参照)。 In another example, three or more dipole antennas are installed in the horizontal plane to make the horizontal plane non-directional, and these dipole antennas are used as element antennas to feed each element antenna in parallel. In addition, each dipole antenna is shared with two frequencies by loading a non-excitation element (see, for example, Patent Document 2).
しかし、特許文献1や特許文献2の従来の2周波共用の水平面内無指向性アンテナでは、並列給電法を採用しているため、給電回路が複雑になることによりアンテナが大型化し、コストが高くなるという問題があった。
However, since the conventional dual-frequency horizontal omnidirectional antenna of
また、水平面内にビームを向ける場合、コリニアアレーアンテナの素子間隔は、グレーティングローブの発生を抑えるため、1波長以下とする必要がある。一方、素子アンテナの長さは半波長程度であり、また、素子間結合を低減させるために、素子間隔は半波長以上とする必要がある。そして、特許文献1や特許文献2の従来の2周波共用の水平面内無指向性アンテナでは、各素子アンテナを2周波共用化しているため、2つの周波数帯が2倍以上離れている場合、2つの周波数帯で素子間隔を半波長以上1波長以下とすることができないという問題があった。
Further, when the beam is directed in the horizontal plane, the element interval of the collinear array antenna needs to be 1 wavelength or less in order to suppress the generation of grating lobes. On the other hand, the length of the element antenna is about a half wavelength, and in order to reduce the coupling between elements, the element interval needs to be equal to or more than a half wavelength. In the conventional dual-frequency horizontal omnidirectional antennas of
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、小形で、低コストで、2つの周波数帯が離れていても良好なアンテナ特性が得られる2周波共用の水平面内無指向性アンテナを得ることを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and is small, low-cost, and omnidirectional in a horizontal plane for dual frequencies that can provide good antenna characteristics even when two frequency bands are separated from each other. It aims at obtaining a sex antenna.
この発明に係るアンテナ装置は、2個の第1のアンテナ導体、2個の第2のアンテナ導体及び前記第1のアンテナ導体と前記第2のアンテナ導体とのグランド導体である柱状導体を備えるアンテナ装置において、前記第1のアンテナ導体は、第1の使用周波数における電気長が約1/2波長の長さのシート状導体からなるとともに長さ方向が前記柱状導体の中心軸方向に平行に配置される複数個の第1の素子アンテナからなり且つ複数個の前記第1の素子アンテナが前記中心軸方向に直列に前記第1の素子アンテナの幅より小さい第1の幅のシート状導体により接続されて並べられ、終端に最も近い前記第1の素子アンテナの終端に近い方の端部に前記第1の幅のシート状導体が接続され、前記第2のアンテナ導体は、第2の使用周波数における電気長が約1/2波長の長さのシート状導体からなるとともに長さ方向が前記中心軸方向に平行に配置される複数個の第2の素子アンテナからなり且つ複数個の前記第2の素子アンテナが前記中心軸方向に直列に前記第2の素子アンテナの幅より小さい第2の幅のシート状導体により接続されて並べられ、終端に最も近い前記第2の素子アンテナの終端に近い方の端部に前記第2の幅のシート状導体が接続され、前記柱状導体の中心軸を通る第1の平面が前記柱状導体の中心軸と同軸で径が大きい円筒と交わる2つの第1の線上に、それぞれ前記第1のアンテナ導体を設置し、前記柱状導体の中心軸を通り且つ上記第1の平面と直交する第2の平面が前記柱状導体の中心軸と同軸で径が大きい円筒と交わる2つの第2の直線上に、それぞれ前記第2のアンテナ導体を設置し、前記第1の直線上の2個の前記第1のアンテナ導体間の距離を前記第1の使用周波数において1/2波長以下とし、前記第2の直線上の2個の前記第2のアンテナ導体間の距離を前記第2の使用周波数において1/2波長以下とし、2個の前記第1のアンテナ導体を等振幅同位相で励振し、2個の前記第2のアンテナ導体を等振幅同位相で励振する。 An antenna device according to the present invention includes an antenna including two first antenna conductors, two second antenna conductors, and a columnar conductor that is a ground conductor of the first antenna conductor and the second antenna conductor. In the apparatus, the first antenna conductor is composed of a sheet-like conductor having an electrical length of about ½ wavelength at a first use frequency, and the length direction is arranged in parallel to the central axis direction of the columnar conductor. A plurality of first element antennas connected in series with a sheet-like conductor having a first width smaller than the width of the first element antenna in series in the central axis direction. The sheet-like conductor having the first width is connected to the end of the first element antenna closest to the terminal end and arranged near the terminal end, and the second antenna conductor has a second operating frequency. In And a plurality of second element antennas having a length direction parallel to the central axis direction and a plurality of second element antennas. Element antennas are connected and arranged in series in the central axis direction by a sheet-like conductor having a second width smaller than the width of the second element antenna, and close to the end of the second element antenna closest to the end The sheet conductor having the second width is connected to the other end, and the first plane passing through the central axis of the columnar conductor intersects with a cylinder having a large diameter coaxial with the central axis of the columnar conductor. The first antenna conductor is installed on each line, and the second plane passing through the central axis of the columnar conductor and orthogonal to the first plane is coaxial with the central axis of the columnar conductor and has a large diameter. On the two second straight lines that intersect The second antenna conductor is installed, and the distance between the two first antenna conductors on the first straight line is ½ wavelength or less at the first use frequency, and the second straight line is on the second straight line. The distance between the two second antenna conductors is set to ½ wavelength or less at the second use frequency, and the two first antenna conductors are excited with the same amplitude and the same phase. The second antenna conductor is excited with the same amplitude and the same phase.
この発明に係るアンテナ装置は、柱状導体の周りに、第1の使用周波数用の対向する2個の直列給電パッチアレーアンテナである第1のアンテナ導体と、第2の使用周波数用の対向する2個の直列給電パッチアレーアンテナである第2のアンテナ導体とを設置し、2個の第1のアンテナ素子を結ぶ直線と2個の第2のアンテナ素子を結ぶ直線を垂直にすることにより、小形で、低コストで、2つの周波数帯が離れていても良好なアンテナ特性を有する2周波共用の水平面内無指向性アンテナが得られるという効果を有する。 In the antenna device according to the present invention, a first antenna conductor, which is two series-fed patch array antennas for the first use frequency, and two opposite use frequencies for the second use frequency are disposed around the columnar conductor. The second antenna conductor, which is a series-feed patch array antenna, is installed, and the straight line connecting the two first antenna elements and the straight line connecting the two second antenna elements are made vertical. Thus, it is possible to obtain a dual-frequency omnidirectional antenna in a horizontal plane that has good antenna characteristics even if the two frequency bands are separated from each other at low cost.
実施の形態1.
図1(a)は、この発明の実施の形態1に係るアンテナ装置を示す斜視図である。図1(b)は、図1(a)のアンテナ装置の円柱状導体3の中心軸と垂直な面での断面図である。
この発明の実施の形態1に係るアンテナ装置について図1を参照しながら説明する。2つの使用周波数をf1、f2とする。
図1において、第1のアンテナ導体1は周波数f1用のコリニアアレーアンテナであり、第2のアンテナ導体2は周波数f2用のコリニアレーアンテナである。また、円柱状導体3は第1のアンテナ導体1と第2のアンテナ導体2のグランド導体である。
FIG. 1A is a perspective view showing an antenna apparatus according to
An antenna apparatus according to
In FIG. 1, a
第1のアンテナ導体1は、素子アンテナとして第1の使用周波数f1における電気長が約1/2波長の長さのシート状導体であるパッチ導体11を採用し、n個(nは2以上の整数)のパッチ導体11から構成されている。そして、パッチ導体11は、円柱状導体3と同軸で半径が円柱状導体3より大きい円筒の側面から切り取ったような一方向に彎曲した板である。
また、2つの第1のアンテナ導体1は、円柱状導体3の中心軸を含む第1の平面が円柱状導体3と同軸で半径が円柱状導体3より大きい円筒と交わる2本の第1の線上に、それぞれパッチ導体11の彎曲している辺の中央を通る中心線が重なるように、直列にn個のパッチ導体11が並べられたアレーアンテナである。そして、隣接するパッチ導体11間は、ストリップ導体12により接続されている。また、給電端から最遠方に位置するパッチ導体11の、そのパッチ導体11の給電端からの1つ手前のパッチ導体11がある側とは反対側の端部に、ストリップ導体12が接続されている。
また、パッチ導体11の幅Wf1は、ストリップ導体12の幅より大きい。
The
In addition, the two
Further, the
同様に、第2のアンテナ導体2は、素子アンテナとして周波数f2における電気長が約1/2波長の長さのシート状導体であるパッチ導体13を採用し、m個(mは2以上の整数)のパッチ導体13から構成されている。そして、パッチ導体13は、円柱状導体3と同軸で半径が円柱状導体3より大きい円筒の側面から切り取ったような一方向に彎曲した板である。
また、2つの第2のアンテナ導体2は、円柱状導体3の中心軸を含み第1の平面と直交する第2の平面が円柱状導体3と同軸で半径が円柱状導体3より大きい円筒と交わる2本の第2の線上に、それぞれパッチ導体13の彎曲している辺の中央を通る中心線が重なるように、直列にm個のパッチ導体13が並べられたアレーアンテナである。そして、隣接するパッチ導体13間は、ストリップ導体14により接続されている。また、給電端から最遠方に位置するパッチ導体13の、そのパッチ導体13の給電端からの1つ手前のパッチ導体13がある側とは反対側の端部に、ストリップ導体14が接続されている。
また、パッチ導体13の幅Wf2は、ストリップ導体14の幅より大きい。
このように、第1のアンテナ導体1、第2のアンテナ導体2は、パッチアンテナを素子アンテナとし、直列給電法を採用したアレーアンテナである。
Similarly, the
The two
Further, the width Wf2 of the
As described above, the
次に、第1のアンテナ導体1の動作について説明する。まず、パッチ導体11の動作について説明する。ストリップ導体12からパッチ導体11に信号が到達すると、パッチ導体11の電気長は周波数f1において約1/2波長であるので、パッチ導体11と円柱状導体3から形成されるキャビティーが共振し、信号の一部の電力が外部に放射される。パッチ導体11は、ストリップ導体12と円柱状導体3から形成される給電線路上に、インピーダンスZ1のパッチ導体11が、直列に接続されていると見なすことができる。インピーダンスZ1は、パッチ導体11の幅を大きくするにつれ大きくなり、ストリップ導体12の幅を小さくするにつれ大きくなる。すなわち、パッチ導体11の幅、ストリップ導体12の幅を変化させることで、インピーダンスZ1を調整することができる。
Next, the operation of the
第1のアンテナ導体1の励振方法には、進行波励振させる場合と定在波励振させる場合がある。進行波励振させる場合、まず、1個目のパッチ導体11に信号が到達すると、信号の一部の電力が外部に放射される。残った電力の一部が給電側への反射になり、他がストリップ導体12を通り、次のパッチ導体11への入射電力になる。以後、同様の原理で、各パッチ導体11から電力が放射される。進行波励振させる場合には、パッチ導体11のインピーダンスZ1の実部が大きく、第1のアンテナ導体1の終端に信号が到達するまでに十分電力がアンテナ外部へ放射されるか、もしくは、第1のアンテナ導体1の終端部が整合終端されている必要がある。
The excitation method of the
定在波励振させる場合、パッチ導体11のインピーダンスZ1の実部を小さくし、第1のアンテナ導体1の終端部に入力電力が十分到達し、そこで、再びパッチ導体11側へ信号が反射され、入力信号と重ね合わされるようにする。
In the case of standing wave excitation, the real part of the impedance Z1 of the
また、第1のアンテナ導体1上において、パッチ導体11の長さ方向の中点と、その隣のパッチ導体11の長さ方向の中点の間の電気長を、全て周波数f1において1波長とし、各パッチ導体11の寸法を同一とすると、各パッチ導体11が等振幅同位相で励振される。この場合、主ビームは水平面内(図1(b)のxy面内)に向く。
Further, on the
また、パッチ導体11の長さ方向の中点と、その隣のパッチ導体11の長さ方向の中点の間の電気長を、全て同一とし、かつ周波数f1における1波長より短くしたり、長くしたりすると、主ビームを水平面からチルトさせることができる。主ビームを水平面からチルトさせる場合は、通常、進行波励振させる。定在波励振させると、第1のアンテナ導体1の終端部からの反射波により、水平面を対称面として、主ビームと対称な方向にもビームを発生させてしまうためである。
In addition, the electrical length between the midpoint in the length direction of the
2つの第1のアンテナ導体1へは、図1には示されていないが、2分配回路を介して、等振幅同位相で信号を入力する。第1のアンテナ導体1を1個だけ設置した場合、円柱状導体3から見て第1のアンテナ導体1がある方向に指向性を持つが、円柱状導体3を挟んで2つの第1のアンテナ導体1を対向して設置し、等振幅同位相で給電すると、水平面内指向性がほぼ無指向性となる。
Although not shown in FIG. 1, signals are input to the two
以上が第1のアンテナ導体1の動作であるが、第2のアンテナ導体2についても同様に、周波数f1を周波数f2に、パッチ導体11をパッチ導体13に、ストリップ導体12をストリップ導体14に、パッチ導体11のインピーダンスZ1をパッチ導体13のインピーダンスZ2に置き換えることで、その動作を説明することができる。
The operation of the
2つの第1のアンテナ導体1と2つの第2のアンテナ導体2は、結合量を小さくするために、円柱状導体3を挟んで2つの第1のアンテナ導体1を結ぶ直線と、2つの第2のアンテナ導体2を結ぶ直線が直角になるように設置している。
In order to reduce the coupling amount, the two
例えば、f2=0.74f1とし、第1のアンテナ導体1は、パッチ導体11を12個並べたアレーアンテナであり、第2のアンテナ導体2は、パッチ導体13を12個並べたアレーアンテナである場合を考える。各パッチ導体11を等振幅同位相で励振し、各パッチ導体13も等振幅同位相で励振した時の水平面内放射パターン計算結果を図2に示す。周波数f1、f2において、水平面内でほぼ無指向性となっていることが分かる。図2では、水平面内における最大利得と最小利得の差は、周波数f1において2.2dB、周波数f2において1.5dBである。
For example, f2 = 0.74f1, and the
対向する2つの第1のアンテナ導体1の距離、対向する2つの第2のアンテナ導体2の距離を大きくするほど、水平面内における最大利得と最小利得の差は大きくなる。そのため、少なくとも、対向する2つの第1のアンテナ導体1の距離を周波数f1において半波長以下とし、対向する2つの第2のアンテナ導体2の距離を周波数f2において半波長以下とする必要がある。
As the distance between the two opposing
本実施の形態1のアンテナ装置は、f1用の2つの第1のアンテナ導体1と、f2用の2つの第2のアンテナ導体2を別々に設置しているので、第1のアンテナ導体1の各パッチ導体11の間隔と、第2のアンテナ導体2の各パッチ導体13の間隔を異なった値にすることができる。したがって、f1とf2が2倍以上離れていても、f1、f2それぞれにおいて、素子アンテナ間隔を最適な値に設定できる。
In the antenna device according to the first embodiment, the two
なお、円柱状導体3を、断面が方形などの任意形状の柱状導体としても、動作原理は本実施の形態1と同様であり、同様な効果を得ることができる。
また、各パッチ導体11の寸法は同じである必要はなく、各パッチ導体13の寸法も同じである必要はない。
Even if the
Moreover, the dimension of each
以上のように、地導体である円柱状導体3の周りに、周波数f1用の対向する2個の直列給電パッチアレーアンテナである第1のアンテナ導体1と、周波数f2用の対向する2個の直列給電パッチアレーアンテナとを設置し、f1用の2個のアレーアンテナを結ぶ直線とf2用の2個のアレーアンテナを結ぶ直線を垂直にすることにより、小形で、低コストで、2つの周波数帯が離れていても良好なアンテナ特性を有する2周波共用の水平面内無指向性アンテナが得られるという効果を有する。
As described above, the
実施の形態2.
図3(a)は、この発明の実施の形態2に係るアンテナ装置を示す斜視図である。図3(b)は、図3(a)のアンテナ装置の円柱状導体3の中心軸と垂直な面での断面図である。
この発明の実施の形態2に係るアンテナ装置は、この発明の実施の形態1に係るアンテナ装置に非励振素子21、22を追加したことが異なり、それ以外は同様であるので、同様な部分に同じ符号を付記し説明は省略する。
FIG. 3A is a perspective view showing an antenna apparatus according to
The antenna device according to the second embodiment of the present invention is the same as the antenna device according to the first embodiment of the present invention except that the
非励振素子21は、円柱状導体3と同軸で半径がパッチ導体11の彎曲している辺の半径より大きい円筒の側面から切り取ったような一方向に彎曲した板であり、周波数f1における電気長が約1/2波長の長さである。
また、n個の非励振素子21は、円柱状導体3の中心軸を含む第1の平面が円柱状導体3と同軸で半径がパッチ導体11の彎曲している辺の半径より大きい円筒と交わる2本の第3の線上に、彎曲している辺の中央を通る中心線が重なるように、直列に並べられる。
The
The n
非励振素子22は、円柱状導体3と同軸で半径がパッチ導体13の彎曲している辺の半径より大きい円筒の側面から切り取ったような一方向に彎曲した板であり、周波数f2における電気長が約1/2波長の長さである。
また、m個の非励振素子22は、円柱状導体3の中心軸を含む第2の平面が円柱状導体3と同軸で半径がパッチ導体13の彎曲している辺の半径より大きい円筒と交わる2本の第4の線上に、彎曲している辺の中央を通る中心線が重なるように、直列に並べられる。
The
The m
このように、パッチ導体11の近傍に、非励振素子21を設置すると、パッチ導体11のインピーダンスのスミスチャートに2重共振によるキンク(Kink:結び目状の軌跡)が生じる。このキンクにより、第1のアンテナ導体1の入力インピーダンス特性を広帯域化させることができる。
Thus, when the
同様に、パッチ導体13の近傍に、非励振素子22を設置すると、パッチ導体13のインピーダンスのスミスチャートに2重共振によるキンク(Kink:結び目状の軌跡)が生じる。このキンクにより、第2のアンテナ導体2の入力インピーダンス特性を広帯域化させることができる。
Similarly, when the
なお、この実施の形態2に係るアンテナ装置では、複数の非励振素子21を、彎曲している辺の中央を通過する中心線が第1の平面内に含まれる第3の線上に重なるように配置されているがこれに限るものではない。また、複数の非励振素子22を、彎曲している辺の中央を通過する中心線が第2の平面内に含まれる第4の線上に重なるように配置されているがこれに限るものではない。
また、この実施の形態2に係るアンテナ装置では、非励振素子21を各パッチ導体11に対して1個設置しているが、2個以上設置しても良い。同様に、非励振素子22を各パッチ導体13に対して1個設置しているが、2個以上設置しても良い。
In the antenna device according to the second embodiment, the center line passing through the center of the side where the plurality of
In the antenna device according to the second embodiment, one
以上のように、非励振素子21を各パッチ導体11の近傍に少なくとも1つ設置し、非励振素子22を各パッチ導体13の近傍に少なくとも1つ設置することにより、広帯域な入力インピーダンス特性を有する2周波共用の水平面内無指向性アンテナが得られるという効果を有する。
As described above, by providing at least one
実施の形態3.
図4(a)は、この発明の実施の形態3に係るアンテナ装置を示す斜視図である。図4(b)は、図4(a)のアンテナ装置の円柱状導体3の中心軸と垂直な面での断面図である。
この発明の実施の形態3に係るアンテナ装置は、この発明の実施の形態1に係るアンテナ装置に非励振素子23、24を追加したことが異なり、それ以外は同様であるので、同様な部分に同じ符号を付記し説明は省略する。
FIG. 4A is a perspective view showing an antenna apparatus according to
The antenna device according to the third embodiment of the present invention is the same as the antenna device according to the first embodiment of the present invention except that
非励振素子23は、円柱状導体3と同軸で半径がパッチ導体11の彎曲している辺の半径と同じ円筒の側面から切り取ったような一方向に彎曲した板であり、周波数f1における電気長が約1/2波長の長さである。
また、2×n個の非励振素子23は、円柱状導体3の中心軸を含むパッチ導体11と交叉しない第3の平面が円柱状導体3と同軸で半径がパッチ導体11の彎曲している辺の半径と同じ円筒と交わる2本の第5の線上に、彎曲している辺の中央を通る中心線が重なるように、直列にn個ずつ並べられる。
また、2×n個の非励振素子23は、円柱状導体3の中心軸を含むパッチ導体11と交叉せず第3の平面とも接しない第4の平面が円柱状導体3と同軸で半径がパッチ導体11の彎曲している辺の半径と同じ円筒と交わる2本の第6の線上に、彎曲している辺の中央を通る中心線が重なるように、直列にn個ずつ並べられる。
The
The 2 × n
Further, the 2 × n
非励振素子24は、円柱状導体3と同軸で半径がパッチ導体13の彎曲している辺の半径と同じ円筒の側面から切り取ったような一方向に彎曲した板であり、周波数f2における電気長が約1/2波長の長さである。
また、2×m個の非励振素子24は、円柱状導体3の中心軸を含むパッチ導体11、13及び非励振素子23と交叉しない第5の平面が円柱状導体3と同軸で半径がパッチ導体13の彎曲している辺の半径と同じ円筒と交わる2本の第7の線上に、彎曲している辺の中央を通る中心線が重なるように、直列にm個ずつ並べられる。
また、2×m個の非励振素子24は、円柱状導体3の中心軸を含むパッチ導体11、13及び非励振素子23と交叉せず第5の平面とも接しない第6の平面が円柱状導体3と同軸で半径がパッチ導体13の彎曲している辺の半径と同じ円筒と交わる2本の第7の線上に、彎曲している辺の中央を通る中心線が重なるように、直列にm個ずつ並べられる。
The
The 2 × m
In addition, the 2 × m number of
なお、この実施の形態3に係るアンテナ装置では、非励振素子23を各パッチ導体11に対して2個設置しているが、3個以上設置しても良い。同様に、非励振素子24を各パッチ導体13に対して2個設置しているが、3個以上設置しても良い。
In the antenna device according to the third embodiment, two
このように、パッチ導体11の近傍に、非励振素子23を設置すると、パッチ導体11のインピーダンスのスミスチャートに2重共振によるキンク(Kink:結び目状の軌跡)が生じる。このキンクにより、第1のアンテナ導体1の入力インピーダンス特性を広帯域化させることができる。
Thus, when the
同様に、パッチ導体13の近傍に、非励振素子23を設置すると、パッチ導体13のインピーダンスのスミスチャートに2重共振によるキンク(Kink:結び目状の軌跡)が生じる。このキンクにより、第2のアンテナ導体2の入力インピーダンス特性を広帯域化させることができる。
Similarly, when the
また、パッチ導体11、ストリップ導体12、パッチ導体13、ストリップ導体14、非励振素子23、非励振素子24を、円柱状導体3から所定の値Dだけ離れた円筒上に設置したので、例えば、円柱状導体3を囲む厚みDの円筒状の絶縁体の上にフィルム基板を設置し、フィルム基板上にパッチ導体11、ストリップ導体12、パッチ導体13、ストリップ導体14、非励振素子23、非励振素子24を作成することにより、一体製造することができ、製造コストを低くすることができる。
Further, since the
以上のように、非励振素子23を各パッチ導体11の近傍に複数設置し、非励振素子24を各パッチ導体13の近傍に複数設置し、パッチ導体11、パッチ導体13、非励振素子23、非励振素子24を同じ円筒上に配置することにより、広帯域な入力インピーダンス特性を有し、低コストの2周波共用の水平面内無指向性アンテナが得られるという効果を有する。
As described above, a plurality of
実施の形態4.
図5(a)は、この発明の実施の形態4に係るアンテナ装置を示す斜視図である。図5(b)は、図5(a)のアンテナ装置の円柱状導体3の中心軸と垂直な面での断面図である。
この発明の実施の形態4に係るアンテナ装置は、この発明の実施の形態1に係るアンテナ装置に誘電体31を追加したことが異なり、それ以外は同様であるので、同様な部分に同じ符号を付記し説明は省略する。
Embodiment 4 FIG.
FIG. 5A is a perspective view showing an antenna apparatus according to Embodiment 4 of the present invention. FIG. 5B is a cross-sectional view taken along a plane perpendicular to the central axis of the
The antenna device according to the fourth embodiment of the present invention is the same as the antenna device according to the first embodiment of the present invention except that the dielectric 31 is added. Additional description will be omitted.
図5において、誘電体31は、2個の第1のアンテナ導体1、2個の第2のアンテナ導体2と円柱状導体3の間の全部に設置される。なお、2個の第1のアンテナ導体1、2個の第2のアンテナ導体2と円柱状導体3の間の一部に設置しても良い。
In FIG. 5, the dielectric 31 is installed between the two
誘電体31を設置することにより、誘電体31上に第1のアンテナ導体1、第2のアンテナ導体2を作成できるので、組み立てコストが低減される。例えば、第1のアンテナ導体1、第2のアンテナ導体2をフィルム基板上にエッチングにより一体化して製作し、フィルム基板を誘電体31に巻くといった製造方法が考えられる。
By installing the dielectric 31, the
以上のように、2個の第1のアンテナ導体1、2個の第2のアンテナ導体2と円柱状導体3の間の一部または全部に誘電体31を設置することにより、低コストの2周波共用の水平面内無指向性アンテナが得られるという効果を有する。
As described above, the dielectric 31 is provided in part or all between the two
なお、実施の形態4に係るアンテナ装置では、誘電体31を実施の形態1に係るアンテナ装置に適用したが、実施の形態2、3に係るアンテナ装置に適用しても、上述の効果を奏することができる。 In the antenna device according to the fourth embodiment, the dielectric 31 is applied to the antenna device according to the first embodiment. However, the above-described effects can be obtained even when applied to the antenna devices according to the second and third embodiments. be able to.
実施の形態5.
図6は、この発明の実施の形態5に係るアンテナ装置を示す図であり、図6(a)が開放終端の場合を、図6(b)が短絡終端の場合を、図6(c)が整合終端の場合を示している。
この発明の実施の形態5に係るアンテナ装置は、この発明の実施の形態1に係るアンテナ装置の第1のアンテナ導体1および第2のアンテナ導体2の終端に負荷インピーダンスを装荷したことが異なり、それ以外は同様であるので、同様な部分に同じ符号を付記し説明は省略する。
Embodiment 5 FIG.
6A and 6B are diagrams showing an antenna device according to Embodiment 5 of the present invention, in which FIG. 6A shows an open termination, FIG. 6B shows a short-circuit termination, and FIG. Indicates the case of matching termination.
The antenna device according to Embodiment 5 of the present invention differs from the antenna device according to
図6において、導体板32は第1のアンテナ導体1の終端部においてストリップ導体12と円柱状導体3とを接続し、導体板33は第2のアンテナ導体2の終端部においてストリップ導体14と円柱状導体3とを接続している。
また、チップ抵抗34は第1のアンテナ導体1の終端部においてストリップ導体12と円柱状導体3に半田付け等により接続されており、チップ抵抗35は第2のアンテナ導体2の終端部においてストリップ導体14と円柱状導体3に半田付け等により接続されている。
In FIG. 6, the
The
第1のアンテナ導体1、第2のアンテナ導体2を定在波励振させる場合には、開放終端または短絡終端とする。この場合、第1のアンテナ導体1の終端に一番近いパッチ導体11の長さ方向の中点から第1のアンテナ導体1の終端までの電気長を、開放終端の時にはf1において(2k−1)/4波長とし、短絡終端の時にはf1において(2k)/4波長とする。ここで、kは1以上の整数である。
In the case where the
同様に、第2のアンテナ導体2の終端に一番近いパッチ導体13の長さ方向の中点から第2のアンテナ導体2の終端までの電気長を、開放終端の時にはf2において(2k−1)/4波長とし、短絡終端の時にはf2において(2k)/4波長とする。
Similarly, the electrical length from the midpoint in the length direction of the
このようにすれば、終端部からの反射波と入射波が、パッチ導体11、13において、同相で重ね合わされる。すなわち、放射されずに終端部で反射した電力が再放射されるので、放射効率を高くすることができる。
In this way, the reflected wave and the incident wave from the terminal portion are overlapped in phase in the
第1のアンテナ導体1、第2のアンテナ導体2を進行波励振させる場合には、整合終端とする。例えば、主ビームを水平面からチルトさせる場合には、第1のアンテナ導体1、第2のアンテナ導体2の終端部まで放射されずに残った電力が、終端部で反射すると、この反射波により、水平面を対称面として、主ビームと対称な方向にもビームを発生させてしまう。
When the
したがって、第1のアンテナ導体1の終端部のストリップ導体12と円柱状導体3をチップ抵抗34を介して接続し、第2のアンテナ導体2の終端部のストリップ導体14と円柱状導体3をチップ抵抗35を介して接続し、整合終端とすることにより、第1のアンテナ導体1、第2のアンテナ導体2の終端部での反射をなくし、不要放射を低減することができる。
Therefore, the
以上のように、第1のアンテナ導体1、第2のアンテナ導体2の終端に、開放、短絡または整合終端とする負荷インピーダンスを装荷することにより、放射効率が高く、不要放射が低減された2周波共用の水平面内無指向性アンテナが得られるという効果を有する。
As described above, by loading the
なお、実施の形態5に係るアンテナ装置では、負荷インピーダンスの装荷を実施の形態1に係るアンテナ装置に適用したが、実施の形態2、3、4に係るアンテナ装置に適用しても、上述の効果を奏することができる。 In the antenna device according to the fifth embodiment, the load impedance loading is applied to the antenna device according to the first embodiment. However, even when the antenna device according to the second, third, and fourth embodiments is applied, There is an effect.
実施の形態6.
図7(a)は、この発明の実施の形態6に係るアンテナ装置を示す斜視図である。図7(b)は、図7(a)のアンテナ装置の円柱状導体3の中心軸と垂直な面での断面図である。
この発明の実施の形態6に係るアンテナ装置は、この発明の実施の形態1に係るアンテナ装置に誘電体レドーム36を追加したことが異なり、それ以外は同様であるので、同様な部分に同じ符号を付記し説明は省略する。
Embodiment 6 FIG.
FIG. 7A is a perspective view showing an antenna apparatus according to Embodiment 6 of the present invention. FIG. 7B is a cross-sectional view taken along a plane perpendicular to the central axis of the
The antenna device according to the sixth embodiment of the present invention is the same as the antenna device according to the first embodiment of the present invention except that a
図7において、36は、円柱状導体3、第1のアンテナ導体1、第2のアンテナ導体2を覆う誘電体レドームである。誘電体レドーム36を設置することで、雨・雪などの影響により本アンテナ装置が変形したり、破損したりすることを防ぐことができる。また、基地局アンテナは、ビルの屋上など高所に設置されるため、風圧荷重に対するアンテナ強度が重要である。誘電体レドーム36を設置することにより、風圧荷重に対するアンテナ強度を向上させることができる。
In FIG. 7,
図7では、誘電体レドーム36として円筒状の誘電体を想定しているが、その断面を方形など任意の形状としても良い。
In FIG. 7, a cylindrical dielectric is assumed as the
以上のように、円柱状導体3、第1のアンテナ導体1、第2のアンテナ導体2を覆う誘電体レドームを設けることにより、アンテナ強度が強い2周波共用の水平面内無指向性アンテナが得られるという効果を有する。
As described above, by providing the dielectric radome that covers the
1 第1のアンテナ導体、2 第2のアンテナ導体、3 円柱状導体、11、13 パッチ導体、12、14 ストリップ導体、21、22、23、24 非励振素子、31 誘電体、32、33 導体板、34、35 チップ抵抗、36 誘電体レドーム。
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記第1のアンテナ導体は、第1の使用周波数における電気長が約1/2波長の長さのシート状導体からなるとともに長さ方向が前記柱状導体の中心軸方向に平行に配置される複数個の第1の素子アンテナからなり且つ複数個の前記第1の素子アンテナが前記中心軸方向に直列に前記第1の素子アンテナの幅より小さい第1の幅のシート状導体により接続されて並べられ、終端に最も近い前記第1の素子アンテナの終端に近い方の端部に前記第1の幅のシート状導体が接続され、
前記第2のアンテナ導体は、第2の使用周波数における電気長が約1/2波長の長さのシート状導体からなるとともに長さ方向が前記中心軸方向に平行に配置される複数個の第2の素子アンテナからなり且つ複数個の前記第2の素子アンテナが前記中心軸方向に直列に前記第2の素子アンテナの幅より小さい第2の幅のシート状導体により接続されて並べられ、終端に最も近い前記第2の素子アンテナの終端に近い方の端部に前記第2の幅のシート状導体が接続され、
前記柱状導体の中心軸を通る第1の平面が前記柱状導体の中心軸と同軸で径が大きい円筒と交わる2つの第1の線上に、それぞれ前記第1のアンテナ導体を設置し、
前記柱状導体の中心軸を通り且つ上記第1の平面と直交する第2の平面が前記柱状導体の中心軸と同軸で径が大きい円筒と交わる2つの第2の直線上に、それぞれ前記第2のアンテナ導体を設置し、
前記第1の直線上の2個の前記第1のアンテナ導体間の距離を前記第1の使用周波数において1/2波長以下とし、
前記第2の直線上の2個の前記第2のアンテナ導体間の距離を前記第2の使用周波数において1/2波長以下とし、
2個の前記第1のアンテナ導体を等振幅同位相で励振し、
2個の前記第2のアンテナ導体を等振幅同位相で励振することを特徴とするアンテナ装置。 In an antenna device comprising two first antenna conductors, two second antenna conductors, and a columnar conductor that is a ground conductor of the first antenna conductor and the second antenna conductor,
The first antenna conductor is composed of a sheet-like conductor having an electrical length of about ½ wavelength at a first use frequency, and a plurality of lengths are arranged in parallel to the central axis direction of the columnar conductor. A plurality of first element antennas connected in series in the central axis direction by a sheet-like conductor having a first width smaller than the width of the first element antenna. The sheet-like conductor having the first width is connected to an end portion closer to the end of the first element antenna closest to the end,
The second antenna conductor is composed of a sheet-like conductor having an electrical length of about ½ wavelength at a second use frequency, and a plurality of second antenna conductors arranged in parallel with the central axis direction. A plurality of the second element antennas are connected and arranged in series in the central axis direction by a sheet-like conductor having a second width smaller than the width of the second element antenna. The sheet-like conductor of the second width is connected to the end portion of the second element antenna closest to the end of the second element antenna,
The first antenna conductors are respectively installed on two first lines where a first plane passing through the central axis of the columnar conductor intersects a cylinder having a large diameter coaxial with the central axis of the columnar conductor;
The second plane passing through the central axis of the columnar conductor and orthogonal to the first plane intersects with the second axis on the two second straight lines that are coaxial with the central axis of the columnar conductor and intersect a cylinder having a large diameter. The antenna conductor of
The distance between the two first antenna conductors on the first straight line is ½ wavelength or less at the first use frequency,
The distance between the two second antenna conductors on the second straight line is ½ wavelength or less at the second use frequency,
Exciting the two first antenna conductors with equal amplitude and same phase;
An antenna device, wherein two of the second antenna conductors are excited with the same amplitude and the same phase.
前記第2のアンテナ導体のすべての前記第2の素子アンテナの形状を同じであることを特徴とする請求項1に記載のアンテナ装置。 The shape of all the first element antennas of the first antenna conductor is the same;
The antenna device according to claim 1, wherein all the second element antennas of the second antenna conductor have the same shape.
2個の前記第1のアンテナ導体及び2個の前記第2のアンテナ導体は、前記柱状導体と同軸で径が前記柱状導体の径より所定の値だけ大きな円筒の位置に設置したことを特徴とする請求項1または2に記載のアンテナ装置。 The columnar conductor is a cylinder,
The two first antenna conductors and the two second antenna conductors are disposed at a cylindrical position coaxial with the columnar conductor and having a diameter larger than the diameter of the columnar conductor by a predetermined value. The antenna device according to claim 1 or 2.
前記第2の素子アンテナの近傍に、前記第2の使用周波数における電気長が約1/2波長の導体を複数個設置したことを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載のアンテナ装置。 In the vicinity of the first element antenna, a plurality of conductors having an electrical length of about ½ wavelength at the first use frequency are installed,
4. The antenna device according to claim 1, wherein a plurality of conductors having an electrical length of about ½ wavelength at the second use frequency are provided in the vicinity of the second element antenna. 5. .
前記第2の素子アンテナの近傍で且つ、前記柱状導体と同軸で径が前記柱状導体の径より所定の値だけ大きな円筒の位置に、前記第2の使用周波数における電気長が約1/2波長の導体を複数個設置したことを特徴とする請求項3に記載のアンテナ装置。 In the vicinity of the first element antenna and at the position of a cylinder coaxial with the columnar conductor and having a diameter larger than the diameter of the columnar conductor by a predetermined value, the electrical length at the first operating frequency is about ½ wavelength. Install multiple conductors of
In the vicinity of the second element antenna and at the position of a cylinder coaxial with the columnar conductor and having a diameter larger than the diameter of the columnar conductor by a predetermined value, the electrical length at the second operating frequency is about ½ wavelength. The antenna device according to claim 3, wherein a plurality of conductors are provided.
前記第2のアンテナ導体の終端部に、開放、短絡または整合終端とする負荷インピーダンスを装荷したことを特徴とする請求項1乃至6のいずれかに記載のアンテナ装置。 Loading the terminal impedance of the first antenna conductor with a load impedance to be open, short-circuited or matched termination;
The antenna device according to any one of claims 1 to 6, wherein a load impedance for opening, short-circuiting, or matching termination is loaded on a terminal portion of the second antenna conductor.
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