JP2011066778A

JP2011066778A - コリニアアンテナ

Info

Publication number: JP2011066778A
Application number: JP2009217052A
Authority: JP
Inventors: Tokuji Oshima; 篤司大嶋
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2009-09-18
Filing date: 2009-09-18
Publication date: 2011-03-31
Anticipated expiration: 2029-09-18
Also published as: JP5467504B2

Abstract

【課題】同軸構造やプリント基板構造の代わりにマイクロストリップ構造を用いることにより、組立時間や部品点数を削減でき、安価で高利得のコリニアアンテナを提供する。
【解決手段】幅広のアンテナ放射素子と幅狭の給電素子とが交互に配置されたアンテナ素子Ａ及びアンテナ素子Ｂを一定間隔を空けて配置し、且つ、アンテナ素子Ａのアンテナ放射素子と第２のアンテナ素子Ｂの給電素子とが対向し、アンテナ素子Ｂのアンテナ放射素子とアンテナ素子Ａの給電素子とが対向するように配置する。また、アンテナ素子Ａとアンテナ素子Ｂの長手方向の中途にはアンテナ素子Ａとアンテナ素子Ｂを保持するためのスペーサ５を配置する。
【選択図】図１

Description

本発明は、移動通信システムの基地局等に使用されるコリニアアンテナに関するものである。

一般に、無指向性アンテナとしては、例えば、特許文献１に記載されているように半波長間隔の同軸ケーブルの内導体と外導体を交互に接続したタイプがある。特許文献１のものでは、高い利得を有するアンテナを得るためにはアンテナ全長は長くなり、同軸ケーブルでアンテナ形状を維持することは困難である。

そこで、機械的強度の確保と高利得を実現する目的で、同軸ケーブルの代わりに銅パイプと銅線、テフロン（登録商標）を用いて製造する方法があるが、組立に時間を要し、結果としてコスト高の要因となっている。

また、例えば、特許文献２に記載されているようにプリント基板を用いて誘電体基板の裏表両面に導体箔を添設したコリニアアンテナがある。特許文献２のようにプリント基板を用いてコリニアアンテナを製造する場合には、プリント基板の誘電体損失が多く、高い利得を実現することはできない。

その他に同軸構造のコリニアアンテナとしては、例えば、特許文献３に記載されたものがある。また、特許文献４には導体平板を折り曲げ加工することによって作製するリニアアレーアンテナが記載されている。

特開平０６−１３２７２４号公報特開平０９−２７０６３６号公報特開平０６−１７７６４１号公報特開２００７−０２８２９４号公報

移動通信システムの基地局等に用いるアンテナには、安価で高利得の無指向性アンテナが求められているが、上述のような従来技術では、この２つの要求を満たすアンテナを提供することは難しい。特に、同軸構造等複雑な構成であるため、資材費と製造費がかかり、安価に製造できなかった。

本発明の目的は、同軸構造やプリント基板構造の代わりにマイクロストリップ構造を用いることにより、組立時間や部品点数を削減でき、安価で高利得のコリニアアンテナを提供することにある。

本発明は、それぞれ幅広のアンテナ放射素子と幅狭の給電素子とが交互に配置された第１のアンテナ素子及び第２のアンテナ素子とを一定間隔を空けて配置し、且つ、第１のアンテナ素子のアンテナ放射素子と第２のアンテナ素子の給電素子とを対向させ、第２のアンテナ素子のアンテナ放射素子と第１のアンテナ素子の給電素子とを対向して配置する。また、第１のアンテナ素子と第２のアンテナ素子の長手方向の中途には、当該第１のアンテナ素子と第２のアンテナ素子を保持するための保持部材を配置することによって第１、第２のアンテナ素子を保持する構造とする。

本発明によれば、導体板金材料を用いてアンテナ素子を作製し、アンテナ素子をスペーサを用いて保持する構造とすることで、部品点数が少なく、安価で高利得のコリニアアンテナを実現することが可能となる。

本発明に係るコリニアアンテナの一実施形態を示す図である。アンテナ素子部の構造を示す図である。アンテナ素子部の折り曲げ構造を示す図である。スペーサの一例を示す図である。マイクロストリップ間は空気構造であることを示す図である。本発明の第２の実施形態を示す図である。本発明の第３の実施形態を示す図である。本発明の第４の実施形態を示す図である。図７のアンテナ素子に用いるスペーサの一例を示す図である。

次に、発明を実施するための形態について図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明に係るコリニアアンテナの第１の実施形態を示す断面図、図２は図１のアンテナ素子部を詳細に示す正面図と側面図である。

図中１はケーブル付き同軸コネクタ、２は取付ベース、３はアンテナ素子Ａ、４はアンテナ素子Ｂ、５はスペーサ（保持部材）、６はレドームである。アンテナ素子Ａとアンテナ素子Ｂは図２に示すように一定間隔を空けて対向配置されている。また、アンテナ素子Ａとアンテナ素子Ｂは詳しく後述するように幅広のアンテナ放射素子部と幅狭の給電素子部とが交互に配置されている。

ケーブル付き同軸コネクタ１は高周波電力の入出力部となる。ケーブル付き同軸コネクタ１には接続ケーブルの自重に対する強度が必要なため、例えば、Ｎ型等のコネクタを使用する。また、取付ベース２を介してアンテナ素子への電力供給を行うため同軸ケーブル等による接続を行い、中心導体はアンテナ素子Ａにハンダ等で接続され、外部導体はアンテナ素子Ｂにハンダ等で接続されている。

取付ベース２はアンテナを設置する際に使用され、アルミ等の金属部品で構成されている。取付ベース２の形状等は、風圧加重に耐えうる径、肉厚を考慮して決定する。例えば、円柱形状等が好ましい。

アンテナ素子Ａとアンテナ素子Ｂは、例えば、黄銅の０．５ｍｍ厚等の板金部品で構成されている。アンテナ素子Ａとアンテナ素子Ｂは、それぞれアンテナ放射素子と給電素子の両方の機能を担っている。つまり、各アンテナ素子の幅広部がアンテナ放射素子、幅狭部が給電素子である。

その際、図２に示すようにアンテナ素子Ａのアンテナ放射素子とアンテナ素子Ｂの給電子とが対向し、アンテナ素子Ｂのアンテナ放射素子とアンテナ素子Ａの給電素子とが対向するようにアンテナ素子Ａとアンテナ素子Ｂのアンテナ放射素子が互い違いに配置されている。アンテナ素子によるマイクロストリップ線路の幅は所定インピーダンスとなるように決定している。アンテナ素子長は約１／２波長程度が好ましく、チルト方向によりその長さを微調整する。

また、アンテナ素子Ａとアンテナ素子Ｂは、機械的強度の確保とアンテナの小型化のため、例えば、図３に示すようにコの字型の折り曲げ構造としている。その際、アンテナ素子Ａとアンテナ素子Ｂの各幅広部のアンテナ放射素子が図３に示すように外側に向けてコの字型に折り曲げられている。更に、低損失化のためスペーサ５以外の箇所は図５に示すように空気構造としている。

即ち、図５は対向配置されたアンテナ素子Ａとアンテナ素子Ｂの断面図を示すものであるが、一方のアンテナ素子の幅広部（アンテナ放射素子）と他方のアンテナ素子の幅狭部（給電素子）の断面を示す。これは、後述する図６〜図８の実施形態でも同様である。図５に示すようにスペーサ５以外の箇所には何も配置されておらず、空気構造であることが分かる。なお、アンテナ素子の折り曲げは、幅広部の両側の一部を折り曲げるだけでなく、幅狭部を同様に折り曲げてもよいし、折り曲げの方向は外側に折り曲げるだけでなく、内側に折り曲げてもよい。

スペーサ５は図１に示すようにアンテナの長手方向に一定間隔毎に複数配置されている。スペーサ５の構造としては、図４に示すように、例えば、円形形状のベースに２つのスリットが平行に形成され、この２つのスリットにアンテナ素子Ａとアンテナ素子Ｂが挟み込まれている。その際、図２に示すようにアンテナ素子Ａのアンテナ放射素子とアンテナ素子Ｂのアンテナ放射素子との間は、両方とも一定間隔幅が狭く、折り曲げもされていないため、この位置にスペーサ５が配置され、スペーサ５のスリットに２つのアンテナ素子の幅狭部が挟み込まれている。

このようにスペーサ５の２つのスリットにアンテナ素子Ａとアンテナ素子Ｂの幅狭部を挟み込む構造は、アンテナ素子Ａとアンテナ素子Ｂの短絡を防止する役割を果たすだけでなく、アンテナ素子Ａとアンテナ素子Ｂが所望のインピーダンスを維持するための間隔を保つ働きをする。

また、図１に示すようにスペーサ５の外径をレドーム６の内径とほぼ同一寸法とすることで、アンテナ素子を支持する構造としている。スペーサ５の材料には誘電体材質が用いられ、この誘電体材質には、例えば、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエイレン）が低損失のため適しているが、材料に係わるコストを低減する目的で、ガラスエポキシ樹脂等の材料も使用することが出来る。

レドーム６は内部のアンテナ素子を保護するために使用され、所望の電波を透過し、所望の強度を確保する材質と厚さを選定する。例えば、円柱パイプ形状が用いられる。材質にはＦＲＰ等が用いられる。

次に、本実施形態のコリニアアンテナを用いて送信する場合のマイクロ波信号の流れについて説明する。まず、ケーブル付き同軸コネクタ１の同軸コネクタ部よりマイクロ波信号が供給され、同軸ケーブルを通って最下部のアンテナ素子へと給電される。マイクロ波信号は各アンテナ素子から所望の放射をする。アンテナ素子は給電線の役割も果たし、隣接するアンテナ素子へと給電する。アンテナ素子は１／２波長で構成されているため、放射する電波は同相となって放射される。

以上のように本実施形態では、導体板金材料を用いて２つのアンテナ素子を作製し、アンテナ素子をスペーサを用いて保持する構造とすることにより、構造が簡単で部品点数が少なく、組立時間も短縮できるため、安価に作製することができる。また、スペーサ５以外の箇所は空気構造であるため、アンテナの損失を抑えられ、高利得のコリニアアンテナを実現することが可能となる。

次に、本発明の他の実施形態について説明する。図６は本発明の第２の実施形態を示す図である。図６は図４と同様にンテナ素子Ａとアンテナ素子Ｂの断面図を示す。図６に示すようにアンテナ素子Ａとアンテナ素子Ｂは平板構造となっており、２つのアンテナ素子に曲げを使用していないため、曲げがある場合よりも安価に製造することが出来る。図６はアンテナに必要な強度により採用することが出来る。図６ではアンテナ素子以外の構造は図１と同様である。

図７は本発明の第３の実施形態を示す図である。図７は図４、図６と同様にアンテナ素子Ａとアンテナ素子Ｂの断面図を示す。本実施形態では、図７に示すようにアンテナ素子Ａとアンテナ素子Ｂは円弧状に形成され、２つのアンテナ素子に円弧形状の曲げを加えることでアンテナ素子の強度を確保している。図７では２つのアンテナ素子以外の構造は図１と同様である。

ここで、図７の円弧状のアンテナ素子用のスペーサとしては、例えば、図９に示す構造のスペーサが用いられる。即ち、図９に示すようにスペーサを分割構とし（例えば、３分割）、例えば、図７に示すアンテナ素子Ａの（幅広部）とアンテナ素子Ｂの（幅狭部）を挟み込むようにする。

更に、図８は本発明の第４の実施形態を示す図である。図８は図４、図６、図７と同様にアンテナ素子Ａとアンテナ素子Ｂの断面図を示す。本実施形態では、図８に示すようにアンテナ素子Ａとアンテナ素子Ｂは各々中央から略９０度折り曲げられ、この折り曲げ構造によりアンテナ素子の強度を確保している。図８では２つのアンテナ素子部以外の構造は図１と同様である。また、図８のアンテナ素子には、その形状に応じた分割構造のスペーサを用いればよい。

１ケーブル付き同軸コネクタ
２取付ベース
３アンテナ素子Ａ
４アンテナ素子Ｂ
５スペーサ
６レドーム

Claims

それぞれ幅広のアンテナ放射素子と幅狭の給電素子とが交互に配置された第１のアンテナ素子及び第２のアンテナ素子とが一定間隔を空けて配置され、且つ、前記第１のアンテナ素子の前記アンテナ放射素子と前記第２のアンテナ素子の前記給電素子とが対向し、前記第２のアンテナ素子の前記アンテナ放射素子と前記第１のアンテナ素子の前記給電素子とが対向して配置され、
前記第１のアンテナ素子と前記第２のアンテナ素子の長手方向の中途には、当該第１のアンテナ素子と前記第２のアンテナ素子を保持するための保持部材が配置されていることを特徴とするコリニアアンテナ。
前記保持部材には、ベース部材に２本のスリットが形成され、前記２本のスリットに前記第１のアンテナ素子と第２のアンテナ素子の一部が挟み込まれていることを特徴とする請求項１に記載のコリニアアンテナ。
前記第１のアンテナ素子と第２のアンテナ素子の両端部は、コの字状に折り曲げられていることを特徴とする請求項１又は２に記載のコリニアアンテナ。
前記第１のアンテナ素子と第２のアンテナ素子は、円弧状に形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のコリニアアンテナ。
前記第１のアンテナ素子と第２のアンテナ素子は、平板状であることを特徴とする請求項１又は２に記載のコリニアアンテナ。
前記保持部材以外は、空気構造であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のコリニアアンテナ。