JP2011250031A

JP2011250031A - アンテナ装置およびアンテナ作製方法

Info

Publication number: JP2011250031A
Application number: JP2010119673A
Authority: JP
Inventors: Ryoichi Suzuki; 遼一鈴木
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2010-05-25
Filing date: 2010-05-25
Publication date: 2011-12-08

Abstract

【課題】近距離無線通信または移動体通信に利用可能な小型のアンテナ装置を提供する。
【解決手段】アンテナ装置の筐体である金属ボックス１５の上下に、送信用のスパイラルアンテナである下部アンテナ１２と、受信用のスパイラルアンテナである上部アンテナ１１とを、各スパイラルアンテナから放射され筐体の上下面から反射される電波によって各スパイラルアンテナのアンテナ特性が干渉されない程度の所定長離して配置し、各スパイラルアンテナの端部には電波吸収体１３，１４を設置する。
【選択図】図１

Description

本発明は、近距離無線通信や移動体通信等に用いられるアンテナ装置およびアンテナ作製方法に関する。

近年、フェムトセルを利用した通信のように近距離無線通信が普及する傾向にある。図４は、フェムトセルを利用した通信方式を模式的に示す説明図である。フェムトセルを利用した通信では、セル内部に超小型のナノ基地局が配置される。小型基地局やナノ基地局にはリピータアンテナが設置される。小型基地局やナノ基地局が室内や移動体通信を行う移動体（例えば、自動車）に搭載される場合には、小型基地局やナノ基地局に設置されるリピータアンテナは、できるだけ小型であるほうがよい。

リピータアンテナとして、アンテナ素子が直線偏波放射特性を持つダイポールアンテナ等が用いられる場合には、放射帯域が狭く、さらに使用可能な周波数帯域も限定される。したがって、リピータアンテナが移動体に搭載される小型基地局に設置される場合には、リピータアンテナのアンテナ素子は円偏波放射特性を有することが望まれる。

一般に、アンテナ素子が広帯域に円偏波放射特性を持つアンテナとして、スパイラルアンテナが知られている。スパイラルアンテナでは、アンテナ素子とグラウンド（地板）との距離（地板間距離）によっては、地板から反射される電波の影響を受けてスパイラルアンテナのアンテナ特性が干渉されてしまうことが知られている。スパイラルアンテナでは、送受信する電波の波長をλとした場合に、（１／４）λ以上の地板間距離を保つことが必要とされる。

特許文献１には、最大外形寸法を小さくするスパイラルアンテナが記載されている。特許文献１に記載されたスパイラルアンテナでは、スパイラルアンテナの２本の渦巻き導体の終端に延長線路を接続し、ケース内の電波吸収体に差し込むことによって、スパイラルアンテナのアンテナ特性を損なわずに最大外形寸法を抑えることができる。

また、特許文献２には、高さを抑えた車載アンテナが記載されている。特許文献２に記載された車載アンテナでは、スパイラルアンテナのアームの直下にスリットを形成することによって、スパイラルアンテナに流れる進行波に対して発生する地板電流が抑制されるので、スパイラルアンテナと地板との距離を小さくすることができ、車載アンテナの高さを抑えることができる。

特開平１１−１６３６２２号公報（段落０００７−０００８）特開２００６−１３８７８号公報（段落００１１−００１５）

しかし、特許文献１に記載されたスパイラルアンテナは、スパイラルアンテナの最大外形寸法を抑えることによって、スパイラルアンテナを含むアンテナ装置における水平方向の大きさを抑えることはできるが、垂直方向の高さを抑えることはできない。

また、特許文献２に記載された車載アンテナは、垂直方向の高さを抑えることができるが、１本のアンテナしか搭載していないために、送信または受信のどちらかしか行うことができない。近距離無線通信や移動体通信で用いられるアンテナ装置は、送受信を行える必要があるが、送信用と受信用とで別々のアンテナ装置を設けると、全体のサイズが大きくなってしまう。

そこで、本発明は、近距離無線通信または移動体通信に利用可能な小型のアンテナ装置およびアンテナ作製方法を提供することを目的とする。

本発明によるアンテナ装置は、筐体の上下に送信用のスパイラルアンテナと受信用のスパイラルアンテナとが所定長離れて配置され、各スパイラルアンテナの端部に電波吸収体が設置されていることを特徴とする。

本発明によるアンテナ作製方法は、筐体の上下に送信用のスパイラルアンテナと受信用のスパイラルアンテナとを所定長離して配置し、各スパイラルアンテナの端部に電波吸収体を設けることを特徴とする。

本発明によれば、アンテナ装置の高さを抑えて小型化を図りつつ、円偏波放射特性を持つスパイラルアンテナを用いることによって近距離無線通信または移動体通信に利用することができる。

本発明によるアンテナ装置の一実施形態を示す断面図である。図１に示すアンテナ装置を上方から見た状態を示す平面図である。電波吸収体が設けられていないアンテナ装置を示す断面図である。フェムトセルを利用した通信方式を模式的に示す説明図である。

図１は、本発明によるアンテナ装置の一実施形態を示す断面図である。図２は、図１に示すアンテナ装置を上方から見た状態を示す平面図である。図１および図２を参照して、本発明によるアンテナ装置の一実施形態の構成を説明する。

図１に示すアンテナ装置は、上部アンテナ１１、下部アンテナ１２、電波吸収体１３，１４、および金属ボックス１５を備える。

上部アンテナ１１は、受信用のスパイラルアンテナである。上部アンテナ１１のアーム部分は、アンテナ素子として機能するように、例えば銅線によって、スパイラル形状に形成されている。上部アンテナ１１の中心部は、電力を供給する給電部Ｐとなっている。上部アンテナ１１のアームの直径はＤで示されている。上部アンテナ１１は、金属ボックス１５の上方に、所定の距離Ｈだけ離れて設置される。所定の距離Ｈは、すなわち、地板間距離Ｈである。

下部アンテナ１２は、送信用のスパイラルアンテナである。下部アンテナ１２のアーム部分は、アンテナ素子として機能するように、例えば銅線によって、スパイラル形状に形成されている。下部アンテナ１２の中心部には、例えば、５０Ωのインピーダンスに調整される整合回路Ｒが繋がれている。下部アンテナ１２のアームの直径もＤである。下部アンテナ１２は、金属ボックス１５の下方に、所定の距離Ｈだけ離れて設置される。所定の距離Ｈは、すなわち、地板間距離Ｈである。

電波吸収体１３は、地板（図１に示す金属ボックス１５の上面に相当）に向かって放射される電波を吸収し、上部アンテナ１１のアンテナ特性を向上させる。電波吸収体１３は、上部アンテナ１１のアームのスパイラル形状の最外周部分であるアームの終端部分と、金属ボックス１５との間に配置される。電波吸収体１３は、上部アンテナ１１のアームの終端部分に接触するか、上部アンテナ１１のアームの終端部分を覆う状態で配置される。以下、簡略のために、電波吸収体１３は上部アンテナ１１に装着されると記述する。

電波吸収体１４は、地板（図１に示す金属ボックス１５の下面に相当）に向かって放射される電波を吸収し、下部アンテナ１２のアンテナ特性を向上させる。電波吸収体１４は、下部アンテナ１２のアームのスパイラル形状の最外周部分であるアームの終端部分と、金属ボックス１５との間に配置される。電波吸収体１４は、下部アンテナ１２のアームの終端部分に接触するか、下部アンテナ１２のアームの終端部分を覆う状態で配置される。以下、簡略のために、電波吸収体１４は下部アンテナ１２に装着されると記述する。

金属ボックス１５は、外周を金属で覆われた箱であって、内側に内部回路１６を含む。内部回路１６は、上部アンテナ１１および下部アンテナ１２で送受信される電波を増幅する高周波回路である。金属ボックス１５において、上部アンテナ１１と平行関係を示す上面および下部アンテナ１２と平行関係を示す下面が、それぞれ地板に相当する。金属ボックス１５の大きさは、（縦，横，高さ）＝（Ｌｘ，Ｌｙ，Ｌｚ）で示される。

図１に示すアンテナ装置では、例えば、周波数３ＧＨｚの電波を取り扱う。周波数３ＧＨｚの電波の波長λは１０ｍｍとなる。

このとき、上部アンテナ１１および下部アンテナ１２のそれぞれに装着された電波吸収体１３，１４の効果によって、アンテナ性能が向上した結果、図１に示すアンテナ装置において、地板間距離Ｈを０．０７λ、すなわち、７ｍｍとすることができた。

また、金属ボックス１５の大きさは、具体的には、（Ｌｘ，Ｌｙ，Ｌｚ）＝（１５０ｍｍ，１５０ｍｍ，５０ｍｍ）とする。その結果、（２Ｈ＋Ｌｚ）で示される図１に示すアンテナ装置の高さは、６４ｍｍとなる。

ここで、電波吸収体が設けられていないアンテナ装置の一例を挙げて比較する。図３は、電波吸収体が設けられていないアンテナ装置を示す断面図である。図３に示すアンテナ装置は、上部アンテナ２１、下部アンテナ２２、および金属ボックス２５を備え、それぞれの機能および大きさは、上部アンテナ１１、下部アンテナ１２、および金属ボックス１５のそれぞれと同じである。

このとき、図３に示すアンテナ装置では、電波吸収体が設けられていないので、スパイラルアンテナ（上部アンテナ２１または下部アンテナ２２）から放射され地板（金属ボックス２５の上面または下面）から反射される電波によって上部アンテナ２１および下部アンテナ２２のアンテナ特性が干渉されないように、地板間距離Ｈ’を少なくとも（１／４）λ、すなわち、２５ｍｍとする必要がある。その結果、（２Ｈ’＋Ｌｚ）で示される図３に示すアンテナ装置の高さは、１００ｍｍとなる。

したがって、図１に示すアンテナ装置は、各アンテナに電波吸収体１３，１４が装着されることによって、図３に示すアンテナ装置よりも、アンテナ装置の高さを３６ｍｍ（１００ｍｍ−６４ｍｍ）抑えることができ、アンテナ装置全体の小型化を実現することができる。

また、図１に示すアンテナ装置は、受信用のスパイラルアンテナである上部アンテナ１１と、送信用のスパイラルアンテナである下部アンテナ１２とを備えているので、１台のアンテナ装置で電波を送受信することができる。

さらに、図１に示すアンテナ装置では、上部アンテナ１１および下部アンテナ１２は、スパイラルアンテナによる円偏波放射特性を有するので、移動体通信における移動体に搭載される小型基地局やナノ基地局に設置するアンテナ装置としての適性を有する。

なお、図１に示すアンテナ装置が取り扱う電波の周波数は、３ＧＨｚに限定されるものではなく、例えば、携帯電話機による移動体通信で用いられる１．５ＧＨｚ帯の電波にも適用可能であり、広い放射帯域を有するアンテナ装置を実現することができる。

また、上部アンテナ１１が金属ボックス１５の下方に設置され、下部アンテナ１２が金属ボックス１５の上方に設置されていてもよい。

また、上記の実施形態では、以下の（１）〜（３）に示すようなアンテナ装置も開示されている。

（１）筐体（例えば、図１に示す金属ボックス１５に相当）の上下に送信用のスパイラルアンテナ（例えば、図１に示す下部アンテナ１２に相当）と受信用のスパイラルアンテナ（例えば、図１に示す上部アンテナ１１に相当）とが所定長（例えば、地板間距離Ｈ）離れて配置され、各スパイラルアンテナの端部に電波吸収体（例えば、図１に示す電波吸収体１３，１４に相当）が設置されていることを特徴とするアンテナ装置。

（２）筐体は、受信用のスパイラルアンテナで受信された電波にもとづく信号を増幅する回路部分（例えば、図１に示す内部回路１６に相当）を含むアンテナ装置。

（３）電波吸収体が各スパイラルアンテナのアームの最外周に装着されているアンテナ装置。

上記の実施形態の一部または全部は、以下の付記のようにも記載されうるが、以下には限られない。

（付記１）筐体の上下に送信用のスパイラルアンテナと受信用のスパイラルアンテナとが所定長離れて配置され、前記各スパイラルアンテナの端部に電波吸収体が設置されていることを特徴とするアンテナ装置。

（付記２）筐体は、受信用のスパイラルアンテナで受信された電波にもとづく信号を増幅する回路部分を含む付記１記載のアンテナ装置。

（付記３）電波吸収体が各スパイラルアンテナのアームの最外周に装着されている付記１または付記２記載のアンテナ装置。

（付記４）請求項１から請求項３のうちのいずれか１項に記載のアンテナ装置が用いられたリピータアンテナ。

（付記５）筐体の上下に送信用のスパイラルアンテナと受信用のスパイラルアンテナとを所定長離して配置し、前記各スパイラルアンテナの端部に電波吸収体を設けることを特徴とするアンテナ作製方法。

（付記６）各スパイラルアンテナのアームの最外周に電波吸収体を装着する付記５記載のアンテナ作製方法。

本発明を、フェムトセルを利用した通信で用いられるリピータアンテナ等に適用可能である。

１１，２１上部アンテナ
１２，２２下部アンテナ
１３，１４電波吸収体
１５，２５金属ボックス
１６内部回路

Claims

筐体の上下に送信用のスパイラルアンテナと受信用のスパイラルアンテナとが所定長離れて配置され、
前記各スパイラルアンテナの端部に電波吸収体が設置されている
ことを特徴とするアンテナ装置。
筐体は、受信用のスパイラルアンテナで受信された電波にもとづく信号を増幅する回路部分を含む
請求項１記載のアンテナ装置。
電波吸収体が各スパイラルアンテナのアームの最外周に装着されている
請求項１または請求項２記載のアンテナ装置。
請求項１から請求項３のうちのいずれか１項に記載のアンテナ装置が用いられたリピータアンテナ。
筐体の上下に送信用のスパイラルアンテナと受信用のスパイラルアンテナとを所定長離して配置し、
前記各スパイラルアンテナの端部に電波吸収体を設ける
ことを特徴とするアンテナ作製方法。
各スパイラルアンテナのアームの最外周に電波吸収体を装着する
請求項５記載のアンテナ作製方法。