JP2013042198A - 多周波共用ダイポールアンテナ - Google Patents

Abstract

【課題】多周波共用で、かつ、周波数特性を調整可能な多周波共用ダイポールアンテナを提供する。
【解決手段】グランド板２の表面に設けられ、グランド板２の表面に垂直な中心軸に対して９０°回転対称の位置にそれぞれ配置される４つのアンテナ素子３と、対向配置されるアンテナ素子３間にそれぞれ給電する２つの給電線４とを備え、各アンテナ素子３は、グランド板２から垂直に延び、中心軸と反対側が開放したコの字状の断面形状に形成される垂直部５と、垂直部５の先端部のコの字状に対向する両側壁を、中心軸と反対側に、グランド板２と平行に延長して形成される平行部６と、平行部６の先端部の両側壁を、対向する側壁と反対側にそれぞれ折り曲げて形成される折曲部７とからなり、折曲部７と平行部６の側壁のなす角度θが鈍角である。
【選択図】図１

Description

本発明は、周波数特性の調整が可能な多周波共用ダイポールアンテナに関するものである。

移動無線通信は、その利用が普及するに伴って、通信容量が大容量化し、通信速度が高速化している。このため、１つの周波数帯では十分な通信容量、通信速度が得られなくなり、各通信業者とも第２、第３の周波数帯を使用することで、通信容量、通信速度を確保している。

複数の周波数帯を使用する場合、それぞれの周波数帯に対応したアンテナを別々に設置して使用するのが好ましいが、基地局の立地条件等のため複数のアンテナを設置するのが困難な場合がある。このため、１つのアンテナで多周波、特に１．５ＧＨｚ帯、１．７ＧＨｚ帯、２．０ＧＨｚ帯を使用できる多周波共用アンテナのニーズが高まっている。

従来の多周波共用アンテナとして、特許文献１がある。

特許文献１の多周波共用アンテナは、誘電体基板上に金属箔で素子（アンテナ素子）を形成したものであり、給電線路から信号を給電することで３周波を使用可能としている。

特開２００１−３１３５１６号公報

しかしながら、特許文献１の多周波共用アンテナは、誘電体基板上に金属箔で素子を形成したものであるため、素子の形状等を後に微調整することができず、周波数特性を調整することができないという問題がある。

使用する周波数は通信業者毎に異なっているので、実際に使用する周波数の特性が良好でない場合には、周波数特性を調整して使用する周波数の特性を改善することが可能な、汎用性の高い多周波共用アンテナが望まれる。

本発明は上記事情に鑑み為されたものであり、多周波共用で、かつ、周波数特性を調整可能な多周波共用ダイポールアンテナを提供することを目的とする。

本発明は上記目的を達成するために創案されたものであり、電気的に接地されるグランド板と、該グランド板の表面に設けられ、前記グランド板の表面に対して垂直な中心軸に対して９０°回転対称の位置にそれぞれ配置される４つのアンテナ素子と、対向配置される２つの前記アンテナ素子間にそれぞれ給電する２つの給電線と、を備え、前記各アンテナ素子は、前記グランド板の表面から垂直に延び、前記中心軸と反対側が開放したコの字状の断面形状に形成される垂直部と、前記垂直部の先端部のコの字状に対向する両側壁を、前記中心軸と反対側に、前記グランド板の表面と平行に延長して形成される平行部と、前記平行部の先端部の両側壁を、対向する側壁と反対側にそれぞれ折り曲げて形成される折曲部と、からなり、前記折曲部の側壁と前記平行部の側壁のなす角度が鈍角である多周波共用ダイポールアンテナである。

前記折曲部の側壁と前記平行部の側壁のなす角度は、調整可能であってもよい。

前記各アンテナ素子は、１枚の金属板を折り曲げ加工して形成されてもよい。

前記金属板が真鍮からなってもよい。

前記２つの給電線は、内部導体の外周に、絶縁体、外部導体、シースを順次設けた同軸ケーブルからなり、対向配置される２つの前記アンテナ素子の一方に前記外部導体が電気的に接続され、２つの前記アンテナ素子の他方に前記内部導体が電気的に接続されてもよい。

本発明によれば、多周波共用で、かつ、周波数特性を調整可能な多周波共用ダイポールアンテナを提供できる。

本発明の一実施の形態に係る多周波共用ダイポールアンテナを示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は上面図である。 図１の多周波共用ダイポールアンテナに用いる第１ダイポールアンテナ素子を示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は側面図である。 図１の多周波共用ダイポールアンテナに用いる第２ダイポールアンテナ素子を示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は側面図である。 図１の多周波共用ダイポールアンテナに用いるアンテナ素子の各部の寸法の一例を示す図である。 （ａ），（ｂ）は、図１の多周波共用ダイポールアンテナにおいて、第１ダイポールアンテナ素子のＶＳＷＲ特性を示すグラフ図である。 （ａ），（ｂ）は、図１の多周波共用ダイポールアンテナにおいて、第２ダイポールアンテナ素子のＶＳＷＲ特性を示すグラフ図である。 （ａ），（ｂ）は、図１の多周波共用ダイポールアンテナにおけるアイソレーション特性を示すグラフ図である。

以下、本発明の実施の形態を添付図面にしたがって説明する。

図１は、本実施の形態に係る多周波共用ダイポールアンテナを示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は上面図である。図２は、第１ダイポールアンテナ素子を示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は側面図である。図３は、第２ダイポールアンテナ素子を示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は側面図である。

図１〜３に示すように、多周波共用ダイポールアンテナ１は、電気的に接地されるグランド板２と、グランド板２の表面に設けられる４つのアンテナ素子３と、２つの給電線（給電ライン）４と、を備えている。

グランド板２は、金属板など導電性の板状部材からなり、上面視で４つのアンテナ素子３全体が収まる大きさ（つまり、上面視でグランド板２の外にアンテナ素子３が突出しない大きさ）に形成される。グランド板２には、給電線４を通すための穴２ａが形成されている。

４つのアンテナ素子３は、グランド板２の表面に対して垂直な中心軸Ａに対して９０°回転対称の位置にそれぞれ配置される。ここでは、図１（ｂ）の左側に配置されるアンテナ素子３を第１アンテナ素子３ａと呼称し、第１アンテナ素子３ａから時計回りに順次、上側に配置されるアンテナ素子３を第２アンテナ素子３ｂ、右側に配置されるアンテナ素子３を第３アンテナ素子３ｃ、下側に配置されるアンテナ素子３を第４アンテナ素子３ｄと呼称することにする。

第１アンテナ素子３ａと第３アンテナ素子３ｃとは、対向配置（中心軸Ａに対して１８０°回転対称の位置に配置）され、第２アンテナ素子３ｂと第４アンテナ素子３ｄとは、対向配置（中心軸Ａに対して１８０°回転対称の位置に配置）されている。また、第１アンテナ素子３ａと第３アンテナ素子３ｃを結ぶラインと、第２アンテナ素子３ｂと第４アンテナ素子３ｄを結ぶラインとは、直交している。

各アンテナ素子３ａ〜３ｄは、１枚の金属板を折り曲げ加工して形成される。詳細は後述するが、本発明の多周波共用ダイポールアンテナ１では、金属板を曲げて周波数特性を調整するので、本実施の形態では、曲げ易い真鍮からなる金属板を用いて各アンテナ素子３ａ〜３ｄを形成した。但し、金属板の材質はこれに限らず、例えば銅など他の金属からなるものを用いてもよい。

各アンテナ素子３ａ〜３ｄは、同じ形状に形成される。各アンテナ素子３ａ〜３ｄは、グランド板２の表面から垂直に延び、中心軸Ａと反対側が開放したコの字状の断面形状に形成される垂直部５と、垂直部５の先端部のコの字状に対向する両側壁５ａを、中心軸Ａと反対側に、グランド板２の表面と平行に延長して形成される平行部６と、平行部６の先端部の両側壁６ａを、対向する側壁６ａと反対側にそれぞれ折り曲げて形成される折曲部７と、からなる。

垂直部５は、対向する２つの側壁５ａと、両側壁５ａと一体に形成され、両側壁５ａの側端部同士を接続する接続壁５ｂとからなり、断面視（上面視）でコの字状に形成される。両側壁５ａは、互いに平行に配置され、かつ、両側壁５ａから中心軸Ａまでの距離が等しくなる位置に配置される。

垂直部５のグランド板２側の端部には、垂直部５をグランド部２に固定するためのフランジ５ｃが形成されている。このフランジ５ｃに形成された取付穴５ｄに図示しないボルトを挿入して固定することで、垂直部５をグランド板２に固定することができる。なお、図１（ｂ）では、図の簡略化のためフランジ５ｃを省略している。

本実施の形態では、垂直部５の座屈を防止しアンテナ素子３の強度を保持するために、垂直部５の両側壁５ａの下端部とフランジ５ｃとの間に、側面視で三角形状のリブ５ｅを形成している。リブ５ｅは、側壁５ａの下端部から中心軸Ａと反対側に延びるように形成される。

垂直部５の先端部、すなわちグランド板２と反対側の端部には、垂直部５から直角に曲がる平行部６が一体に形成される。平行部６は、垂直部５の両側壁５ａと一体に形成され、中心軸Ａと反対側に、グランド板２の表面と平行に延びる２つの側壁６ａからなる。両側壁６ａ間の距離は一定（つまり平行）である。

平行部６の先端部、すなわち垂直部５と反対側の端部には、折曲部７が形成される。折曲部７は、平行部６の先端部の両側壁６ａを、外側に（それぞれ対向する側壁６ａと反対側に）折り曲げて形成される。折り曲げた側壁６ａの外角、すなわち折曲部７の側壁６ａと平行部６の側壁６ａのなす角度（以下、外角という）θは、鈍角とされる。この外角θは、自由に調整できるようになっており、本発明の多周波共用ダイポールアンテナ１では、外角θを調整することにより、周波数特性を調整できるようになっている。外角θは、例えば１００°〜１２０°程度の範囲で調整可能である。

２つの給電線４は、内部導体８の外周に、絶縁体９、外部導体１０、シース（ジャケット）１１を順次設けた同軸ケーブルからなる。

両給電線４は、対向配置される２つのアンテナ素子３間、すなわち、第１アンテナ素子３ａと第３アンテナ素子３ｃ間、第２アンテナ素子３ｂと第４アンテナ素子３ｄ間に、それぞれ給電するように構成される。以下、第１アンテナ素子３ａと第３アンテナ素子３ｃ間に給電する給電線４を第１給電線４ａ、第２アンテナ素子３ｂと第４アンテナ素子３ｄ間に給電する給電線４を第２給電線４ｂと呼称する。

第３アンテナ素子３ｃの下方のグランド板２に形成された穴２ａに第１給電線４ａを挿入し、第１給電線４ａの外部導体１０を第３アンテナ素子３ｃの垂直部５の下端部（グランド板２側の端部）に半田付け等により電気的に接続すると共に、第１給電線４ａの内部導体８と絶縁体９とを第３アンテナ素子３ｃの上部から引き出して第１アンテナ素子３ａ側に折り曲げ、絶縁体９から露出させた内部導体８を、第１アンテナ素子３ａの垂直部５の上端部（グランド板２と反対側の端部）に半田付け等により電気的に接続する。これにより、第１アンテナ素子３ａと第３アンテナ素子３ｃと第１給電線４ａとからなり、第１給電線４ａからの給電によりアンテナとして動作する第１ダイポールアンテナ素子１２が形成される。

同様に、第４アンテナ素子３ｄの下方のグランド板２に形成された穴２ａに第２給電線４ｂを挿入し、第２給電線４ｂの外部導体１０を第４アンテナ素子３ｄの垂直部５の下端部（グランド板２側の端部）に半田付け等により電気的に接続すると共に、第２給電線４ｂの内部導体８と絶縁体９とを第４アンテナ素子３ｄの上部から引き出して第２アンテナ素子３ｂ側に折り曲げ、絶縁体９から露出させた内部導体８を、第２アンテナ素子３ｂの垂直部５の上端部（グランド板２と反対側の端部）に半田付け等により電気的に接続する。これにより、第２アンテナ素子３ｂと第４アンテナ素子３ｄと第２給電線４ｂとからなり、第２給電線４ｂからの給電によりアンテナとして動作する第２ダイポールアンテナ素子１３が形成される。

なお、給電線４ａ，４ｂの内部導体８と外部導体１０を電気的に接続する位置については、特に限定されるものではなく、対向配置される２つのアンテナ素子３間に給電されれば、どの位置で接続してもよい。

両ダイポールアンテナ素子１２，１３は直交配置されているため、両者の偏波は直交し、例えば、第１ダイポールアンテナ素子１２が垂直偏波とすると、第２ダイポールアンテナ素子１３は水平偏波となる。

多周波共用ダイポールアンテナ１では、２本の給電線４ａ，４ｂが交差するので、第１アンテナ素子３ａと第３アンテナ素子３ｃの垂直部５の上端部における接続壁５ｂを一部除去して、第１給電線４ａが第１アンテナ素子３ａと第３アンテナ素子３ｃ間で架け渡される位置を低くし、両給電線４ａ，４ｂの干渉を避けるようになっている。

次に、多周波共用ダイポールアンテナ１の周波数特性について説明する。

図４に示す寸法のアンテナ素子３を４つ用いて、図１の多周波共用ダイポールアンテナ１を作製した。対向するアンテナ素子３間の距離は１０ｍｍとした。グランド板２と各アンテナ素子３としては真鍮の金属板からなるものを用いた。

実験ではグランド板２上に第１〜第４アンテナ素子３ａ〜３ｄを２ブロック設置し、第１，第２給電線４ａ，４ｂからネットワークアナライザを用いて信号を入力し、信号の反射を示すＶＳＷＲ（Voltage Standing Wave Ratio）特性と、両ダイポールアンテナ素子１２，１３が互いの周波数特性に悪影響を及ぼさないことを示すアイソレーション特性を２ブロックの合成結果として確認した。

外角θを１００°，１２０°とした場合の実験結果を図５〜７に示す。図５は第１ダイポールアンテナ素子１２のＶＳＷＲ特性、図６は第２ダイポールアンテナ素子１３のＶＳＷＲ特性、図７はアイソレーション特性を示している。図５〜７における三角マーカーは、１．５ＧＨｚ帯、１．７ＧＨｚ帯、２．０ＧＨｚ帯を示している。

一般的に、携帯電話基地局用アンテナでは、ＶＳＷＲの値は１．５以下が望ましいが、本発明の多周波共用ダイポールアンテナ１では、図５，６に示すように、外角θが１００°、１２０°のいずれの場合においても、両ダイポールアンテナ素子１２，１３のＶＳＷＲの値は、１．５ＧＨｚ帯、１．７ＧＨｚ帯、２．０ＧＨｚ帯にて１．５以下となっており、良好な動作が得られていることが分かる。

また、一般的にアイソレーションは−３０ｄＢ以下であれば十分であるが、本発明の多周波共用ダイポールアンテナ１では、図７に示すように、外角θが１００°、１２０°のいずれの場合においても、アイソレーションの値は、１．５ＧＨｚ帯、１．７ＧＨｚ帯、２．０ＧＨｚ帯にて−３０ｄＢ以下となっており、両ダイポールアンテナ素子１２，１３が互いの周波数特性に悪影響を及ぼしていないことが分かる。

さらに、図５（ａ）と図５（ｂ）、図６（ａ）と図６（ｂ）をそれぞれ比較すると、外角θを変更することにより、両ダイポールアンテナ素子１２，１３の周波数特性が変化していることが分かる。

以上より、本発明の多周波共用ダイポールアンテナ１は、１．５ＧＨｚ帯、１．７ＧＨｚ帯、２．０ＧＨｚ帯の３つの周波数帯で使用可能であり、かつ、外角θを１００°にした場合と１２０°にした場合とでは、周波数特性が変化していることが確認できた。

以上説明したように、本実施の形態に係る多周波共用ダイポールアンテナ１によれば、１．５ＧＨｚ帯、１．７ＧＨｚ帯、２．０ＧＨｚ帯の３周波共用で、かつ、周波数特性を調整可能な多周波共用アンテナを実現できる。よって、実際に使用する周波数の特性が悪い場合には、外角θを調整して特性を改善することが可能であり、汎用性の高い多周波共用ダイポールアンテナ１を実現できる。

また、本実施の形態では、各アンテナ素子３を、１枚の金属板を折り曲げ加工して形成しているため、製造が容易でかつ低コストである。

さらに、本実施の形態では、真鍮からなる金属板を用いて各アンテナ素子３を形成しているため、折曲部７の折り曲げ具合を調整し易く、外角θを調整するのが容易である。

本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加え得ることは勿論である。

１ 多周波共用ダイポールアンテナ
２ グランド板
３ アンテナ素子
４ 給電線
５ 垂直部
６ 平行部
７ 折曲部

Claims (5)

1. 電気的に接地されるグランド板と、
   該グランド板の表面に設けられ、前記グランド板の表面に対して垂直な中心軸に対して９０°回転対称の位置にそれぞれ配置される４つのアンテナ素子と、
   対向配置される２つの前記アンテナ素子間にそれぞれ給電する２つの給電線と、
   を備え、
   前記各アンテナ素子は、
   前記グランド板の表面から垂直に延び、前記中心軸と反対側が開放したコの字状の断面形状に形成される垂直部と、
   前記垂直部の先端部のコの字状に対向する両側壁を、前記中心軸と反対側に、前記グランド板の表面と平行に延長して形成される平行部と、
   前記平行部の先端部の両側壁を、対向する側壁と反対側にそれぞれ折り曲げて形成される折曲部と、からなり、
   前記折曲部の側壁と前記平行部の側壁のなす角度が鈍角である
   ことを特徴とする多周波共用ダイポールアンテナ。
2. 前記折曲部の側壁と前記平行部の側壁のなす角度は、調整可能である
   請求項１記載の多周波共用ダイポールアンテナ。
3. 前記各アンテナ素子は、１枚の金属板を折り曲げ加工して形成される
   請求項１または２記載の多周波共用ダイポールアンテナ。
4. 前記金属板が真鍮からなる
   請求項３記載の多周波共用ダイポールアンテナ。
5. 前記２つの給電線は、内部導体の外周に、絶縁体、外部導体、シースを順次設けた同軸ケーブルからなり、
   対向配置される２つの前記アンテナ素子の一方に前記外部導体が電気的に接続され、２つの前記アンテナ素子の他方に前記内部導体が電気的に接続される
   請求項１〜４いずれかに記載の多周波共用ダイポールアンテナ。