JP2013503550A - 広帯域ダイポールアンテナ - Google Patents

Abstract

本発明は、無線信号を送受信するための共振器の放射パターンが一面に形成される複数の放射パターン部を有する放射体と、放射体を支持して給電するための給電及びバルーン構造とを含み、放射体の複数の放射パターン部は、放射パターンが外側及び内側に少なくとも二重に形成される広帯域ダイポールアンテナを提供する。

Description

本発明は無線通信システムに使用されるアンテナに関するもので、特に広帯域特性を有するダイポールアンテナに関する。

ダイポールアンテナは、最近、偏波ダイバーシティ方式を適用した二重偏波アンテナとして一般的に使われている。通常、二重偏波アンテナは、基本構造として正方形ダイポール素子を有する。この二重偏波アンテナは、広帯域特性を満足させるための研究が進行している。

したがって、本発明の目的は、レドームに対するマッチングが容易であり、より広い帯域特性を有する広帯域ダイポールアンテナを提供することにある。

また、本発明の目的は、帯域内において所望するインピーダンスの調整が容易に設計できる広帯域ダイポールアンテナを提供することにある。

本発明の他の目的は、製造が容易であり、より安定した構造のバルーン構造（ｂａｌｕｎ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）を有する広帯域ダイポールアンテナを提供することにある。

上記のような目的を達成するために、本発明の一態様によれば、広帯域ダイポールアンテナは、無線信号を送受信するための共振器の放射パターンが一面に形成される複数の放射パターン部を有する放射体と、放射体を支持して給電するための給電及びバルーン構造とを含み、放射体の複数の放射パターン部は、放射パターンが外側及び内側に少なくとも二重に形成されることを特徴とする。

本発明による広帯域ダイポールアンテナは、レドームに対するマッチングが容易であり、より広い帯域特性を有し、かつ帯域内において所望するインピーダンスの調整を容易に設計することができる構成を有する。加えて、本発明は、広帯域ダイポールアンテナのバルーン構造を容易に製造でき、より安定した構造を有する。

本発明の一実施形態による広帯域ダイポールアンテナの斜視図である。 図１に示した放射体の平面図である。 図１に示した放射体の背面図である。 図１の一特性を示すグラフである。 図１の一特性を示すグラフである。 図１を用いるアンテナ装置の一例を示す図である。 図１に示した放射体の一変形例を示す図である。 図１に示した放射体の他の変形例を示す図である。 本発明の一実施形態による広帯域ダイポールアンテナの給電及びバルーン構造の例示図である。 本発明の一実施形態による広帯域ダイポールアンテナの給電及びバルーン構造の例示図である。 本発明の他の実施形態による広帯域ダイポールアンテナの給電及びバルーン構造の例示図である。 本発明の他の実施形態による広帯域ダイポールアンテナの給電及びバルーン構造の例示図である。 本発明の他の実施形態による広帯域ダイポールアンテナの給電及びバルーン構造の例示図である。

以下、本発明の望ましい実施形態を添付の図面を参照して詳細に説明する。

下記の説明において、具体的な構成素子のような特定詳細は本発明のより包括的な理解を助けるために提供されるものであり、この特定詳細が本発明の範囲内で所定の変更又は変形が可能であることは、当該技術分野における通常の知識を持つ者には明らかである。

図１は、本発明の一実施形態による広帯域ダイポールアンテナの斜視図である。また、図２は図１に示した放射体の平面図であり、図３は図１に示した放射体の背面図である。図１乃至図３を参照すると、本発明による広帯域ダイポールアンテナ２００は、従来と同様にアンテナの反射板（図示せず）に装着される給電ケーブル２０３及びバルーンケーブル（ｂａｌｕｎ ｃａｂｌｅ）２０４と、給電ケーブル２０３及びバルーンケーブル２０４に接続されて無線信号を送受信するための共振パターンを形成する複数（第１〜第４）の放射パターン部２２１ａ、２２１ｂ、２２１ｃ、２２１ｄが形成された放射体２０２と、給電ケーブル２０３に接続される放射パターン部、すなわち第１及び第４の放射パターン部２２１ａ、２２１ｄ、及びバルーンケーブル２０４に接続される放射パターン部、すなわち第２及び第３の放射パターン部２２１ｂ、２２１ｃを電気的に接続させる金属性材質のエアブリッジとを含む。

このような構成において、本発明による広帯域ダイポールアンテナ２００は、放射体２０２の各放射パターン部２２１ａ、２２１ｂ、２２１ｃ、２２１ｄの共振器パターンが従来とは異なる構成を有する。

本発明による放射体２０２の第１〜第４の放射パターン部２２１ａ、２２１ｂ、２２１ｃ、２２１ｄは、従来とは異なり、内側と外側との二重の四角リング（ｓｑｕａｒｅ ｒｉｎｇ）形状の放射パターンによって実現される。すなわち、第１の放射パターン部２２１ａは、四角リング形状の外側サブ放射パターン部２２１ａ−１と、外側サブ放射パターン部２２１ａ−１の内側において、この外側サブ放射パターン部２２１ａ−１の四角リングパターンと所定の間隔をおき、より小さな形態の四角リングパターンを有する内側サブ放射パターン部２２１ａ−２とによって実現される。同様に、第２の放射パターン部２２１ｂは、外側サブ放射パターン部２２１ｂ−１及び内側サブ放射パターン部２２１ｂ−２によって具現され、第３及び第４の放射パターン部２２１ｃ、２２１ｄも、各々外側サブ放射パターン部２２１ｃ−１、２２１ｄ−１及び内側サブ放射パターン部２２１ｃ−２、２２１ｄ−２によって実現される。このとき、第１〜第４の放射パターン部２２１ａ〜２２１ｄにおけるそれぞれの外側及び内側放射パターン部は、同一の位置において給電ケーブル又はバルーンケーブルに接続される構造を有する。

上記したように、本発明による放射パターン部の構成は、広帯域特性を改善するためのものであって、例えば、四角形放射パターンの共振器を二重に使用する形態を有する。それによって、外側の四角形放射パターンの共振器が該当広帯域の中で低い周波数帯域の共振を発生させ、内側の四角形放射パターンの共振器が該当広帯域の中で高い周波数帯域の共振を発生させることで、その結果、これら２つの共振帯域の組み合わせによって広帯域の特性を有するようになる。

もちろん、この場合、各共振器を形成する四角形放射パターンの長さは、該当共振周波数に対してλ／２の条件に合わせて設計される。また、四角形放射パターンの幅はインピーダンスを形成するので、図１及び図２に示した従来の放射パターン部の放射パターンによって広帯域特性を持たせるために、その幅を広くする方案が考慮できるが、その場合にはインピーダンスが低くなる。それに対して、本発明の放射パターン部の二重の放射パターン構造は、それぞれの外側及び内側の放射パターンの幅を適切に変更して設計することによって、該当帯域内において所望するインピーダンスを有するように容易に設計できるだけでなく、レドームに対するマッチングが容易であるという長所を有する。

一方、図３に示すように、放射体１０２の背面には、その中央部に予め一定の面積を有するように広帯域補償パッド２２５が形成され、このような広帯域補償パッド２２５によりアンテナの帯域幅が増加する。すなわち、広帯域補償パッド２２５は、該当位置の放射体上面に形成されるエアブリッジのインダクタンス成分を補償する役割を果たし、それによってアンテナの広帯域特性が強化される。このとき、広帯域補償パッド２２５を、給電ケーブル２０３又はバルーンケーブル２０４から電気的に分離するように放射体２０２が設計されなければならないことに留意すべきである。

図４及び図５は、図１の一特性を示すグラフである。図４及び図５を参照すると、図４において点線で表示した円Ａ、Ｂは、本発明の放射パターン部のうち外側及び内側の四角形放射パターンの共振器により発生した共振周波数帯域を表す。

また、図５には、図３に示した従来のダイポールアンテナの測定条件と同一の条件で、本発明のダイポールアンテナを円形状のレドーム内部に装着する場合に測定されたＶＳＷＲ結果の例を示す。図５に示すように、２ＧＨｚの帯域において本発明のダイポールアンテナは、約２．０５ＧＨｚ〜２．５７ＧＨｚの帯域幅を有することで、従来に比べてより広い帯域幅の広帯域特性を有するようになる。

図６は、図１を用いるアンテナ装置の一例を示す。図６に示すように、本発明の広帯域ダイポールアンテナ２００は、実際の使用環境では複数個（例えば、５個）が一つの反射板１０１に上下一列に配列され、全体的に一つのアンテナ装置を実現するように構成することができる。

図７は、図１に示した放射体の一変形例を示す。図７に示す本発明の放射パターン部各々の二重放射パターン構造では、内側サブ放射パターン部２３１ａ−２、２３１ｂ−２、２３１ｃ−２、２３１ｄ−２が、外側サブ放射パターン部２３１ａ−１、２３１ｂ−１、２３１ｃ−１、２３１ｄ−１に比べてその幅が広く形成されている状態が示されている。このように、それぞれの外側及び内側の放射パターンを広くあるいは狭く形成することによって、該当帯域内において所望のインピーダンスを有するように容易に設計することができる。

図８は、図１に示した放射体の他の変形例を示す。図８に示すように、本発明の放射パターン部は、二重の放射パターン構造でなく三重の放射パターン構造を有する。すなわち、図８に示す本発明の放射パターン部は、各々外側サブ放射パターン部２４１ａ−１、２４１ｂ−１、２４１ｃ−１、２４１ｄ−１と、第１の内側サブ放射パターン部２４１ａ−２、２４１ｂ−２、２４１ｃ−２、２４１ｄ−２及び第２の内側サブ放射パターン部２４１ａ−３、２４１ｂ−３、２４１ｃ−３、２４１ｄ−３とを有する。このような構成は、第１の内側サブ放射パターン部２４１ａ−２、２４１ｂ−２、２４１ｃ−２、２４１ｄ−２を通じて、本発明の放射パターン部が該当広帯域の中において中間帯域の共振をも発生させることによって、該当広帯域の中で中間部分において発生する可能性のある利得低下を補完する。このように、本発明の放射パターン部の放射パターン構成は、二重若しくは三重、又はそれ以上の多重構造によって実現することができる。

図９及び図１０は、本発明の一実施形態による広帯域ダイポールアンテナの給電及びバルーン構造の例を示し、放射体２０２が組み立てられる前後の構成をそれぞれ示す。図９及び図１０を参照すると、本発明の実施形態では給電ケーブルとバルーンケーブルとが損傷することを防止してアンテナの寿命を確保するために、給電ケーブルとバルーンケーブルとが長時間平行を維持するように金属材質の給電／バルーン支持体２０３’、２０４’を設置することができる。

これら給電／バルーン支持体２０３’、２０４’は、給電ケーブル３３０の直径に対応する直径を有する４個のパイプ構造が下端部で連結して、相互に一体に形成された構造を有することができる。このとき、給電／バルーン支持体２０３’、２０４’の下端部は、反射板１０１にネジ結合により固定されるように構成され、４個のパイプ形態の上端部は、各々放射体２０２の放射パターン部に電気的に連結するように構成される。

それによって、給電ケーブル３３０は、給電／バルーン支持体２０３’、２０４’のうち給電支持体２０３’内に単純に挿入される形で設置することができる。また、給電／バルーン支持体２０３’、２０４’のうち、バルーン支持体２０４’は、それ自体で既に従来のバルーンケーブルの役割を遂行するので、その内部に他のいかなる部品をも持つ必要がなくなる。

図１１、図１２、及び図１３は、本発明の他の実施形態による広帯域ダイポールアンテナの給電及びバルーン構造の例示図である。図１１及び図１２は放射体２０２が組み立てられる前後の構成をそれぞれ示し、図１２は給電ケーブルが接続された状態の構成を示す。図１１乃至図１３を参照すると、本発明の他の実施形態では、図９及び図１０に示すような同一の構造の給電／バルーン支持体２０３’、２０４’を具備すると同時に、給電支持体２０３’の内部に設置されて一側の給電ケーブル３３０と他側の放射体２０２（実際には放射体の上側のエアブリッジ）に連結されて給電経路を形成する給電補助装置を備える。

給電補助装置は、給電支持体２０３’の内部に設置され、一側の給電ケーブル３３０と他側の放射体２０２とに連結されて給電経路を形成する給電補助ピン２５０と、給電補助ピン２５０を支持して給電補助ピン２５０を給電支持体２０３’の内部面から絶縁するためにテフロン（登録商標）材質などから構成される補助リング２６１、２６２とによって実現することができる。このとき、給電補助ピン２５０の両端の直径は他の部位より小さく形成され、補助リング２６１、２６２の外径は給電支持体２０３’の内径に対応し、内径は給電補助ピン２５０の両端の直径に対応するように構成される。

このような構成によって、図１２に示すように、給電補助ピン２５０の両端に補助リング２６１、２６２が各々嵌め込まれた後、これらは給電支持体２０３’の内部に嵌挿されるように設置することができる。以後、放射体２０２は給電／バルーン支持体２０３’、２０４’と組み立てられ、このとき、給電補助ピン２５０の一端がエアブリッジとはんだ付け（ｓｏｌｄｅｒｉｎｇ）作業によって電気的に連結するように構成される。その後、図１３に示すように、給電補助ピン２５０の他端は、給電ケーブル３３０の芯線３３１とはんだ付け作業によって電気的に連結することができる。

上記したように、本発明の一実施形態による広帯域ダイポールアンテナの構成及び動作を実現することができ、本発明の説明では具体的な実施形態に関して説明したが、本発明の範囲を逸脱することなく様々な変更が可能であることは、当該技術分野における通常の知識を持つ者には明らかである。上記の説明では、例えば、本発明の放射パターンが四角リング形状を有することとして説明したが、その他にも四角形、円形などの色々な形状によって実現することができる。したがって、本発明の範囲は、前述の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載及びこれと均等なものに基づいて定められるべきである。

１０１ 反射板
１０２ 放射体
２００ 広帯域ダイポールアンテナ
２０２ 放射体
２０３ 給電ケーブル
２０３’ 給電支持体
２０４ バルーンケーブル
２０４’ バルーン支持体
２２１ａ 第１の放射パターン部
２２１ｂ 第２の放射パターン部
２２１ｃ 第３の放射パターン部
２２１ｄ 第４の放射パターン部
２２５ 広帯域補償パッド

Claims (7)

1. 無線信号を送受信するための共振器の放射パターンが一面に形成される複数の放射パターン部を有する放射体と、
   前記放射体を支持して給電するための給電及びバルーン構造と、を含み、
   前記放射体の複数の放射パターン部は、放射パターンが外側及び内側に少なくとも二重に形成されることを特徴とする広帯域ダイポールアンテナ。
2. 前記複数の放射パターン部の放射パターンは、四角形状、四角リング形状、及び円形状のうち少なくともいずれか一つであり、所定の幅、長さ及び形態をそれぞれ有することを特徴とする請求項１に記載の広帯域ダイポールアンテナ。
3. 前記放射体の他面の中央部位に形成される広帯域補償パッドをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の広帯域ダイポールアンテナ。
4. 前記給電及びバルーン構造は、前記放射体を支持するための給電ケーブル及びバルーンケーブルから構成されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の広帯域ダイポールアンテナ。
5. 前記給電及びバルーン構造は、
   給電ケーブルの直径に対応する直径を有する複数のパイプ構造が相互に一体に形成され、下端部は反射板に固定され、前記複数のパイプ構造の上端部は各々前記放射体の複数の放射パターン部に電気的に連結するように構成される給電及びバルーン支持体を含み、
   前記給電ケーブルが前記複数のパイプ構造の中において所定のパイプ構造に嵌め込まれる形で設置されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の広帯域ダイポールアンテナ。
6. 前記給電及びバルーン構造は、
   給電ケーブルの直径に対応する直径を有する複数のパイプ構造が相互に一体に形成され、下端部は反射板に固定され、前記複数のパイプ構造の上端部は各々前記放射体の複数の放射パターン部に電気的に連結するように構成される給電及びバルーン支持体と、
   前記複数のパイプ構造の中において所定のパイプ構造に嵌め込まれる形で設置され、一側の給電ケーブルと他側の前記放射体とに接続されて給電経路を形成する給電補助装置と、
   を含むことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の広帯域ダイポールアンテナ。
7. 前記給電補助装置は、
   一側及び他側が前記給電ケーブル及び前記放射体に連結して給電経路を形成する給電補助ピンと、
   前記給電補助ピンを支持し、前記給電補助ピンを前記パイプ構造の内部面から絶縁する補助リングと、
   を含むことを特徴とする請求項６に記載の広帯域ダイポールアンテナ。

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