JP2014143590A - アンテナ及びセクタアンテナ - Google Patents
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Abstract
【課題】広帯域な周波数特性を有するアンテナ等を提供する。
【解決手段】アンテナ130は、ダイポールアンテナ110と反射板120とを備え、ダイポールアンテナ110の素子部111、112は、それぞれが短径L1と長径L2とを有する楕円状の縁辺で囲まれた導電性材料で構成された部材である。そして、素子部111と素子部112とは、点Oで点対称に配置されるとともに、それぞれの長径L2が一直線に並ぶように、間隔Dを挟んで対向している。
【選択図】図3
【解決手段】アンテナ130は、ダイポールアンテナ110と反射板120とを備え、ダイポールアンテナ110の素子部111、112は、それぞれが短径L1と長径L2とを有する楕円状の縁辺で囲まれた導電性材料で構成された部材である。そして、素子部111と素子部112とは、点Oで点対称に配置されるとともに、それぞれの長径L2が一直線に並ぶように、間隔Dを挟んで対向している。
【選択図】図3
Description
本発明は、アンテナ及びセクタアンテナに関する。
移動体通信の基地局用のアンテナ(基地局アンテナ)には、電波が放射される方向に対応して設定されたセクタ毎に電波を放射するセクタアンテナが複数組み合わせて用いられている。セクタアンテナには、ダイポールアンテナなどのアンテナ素子をアレイ状に並べたアレイアンテナが用いられている。
特許文献1には、一対の薄片面状アンテナ素子を一直線に関して線対称に配設し、さらに、上記一直線に関して線対称として微小間隙をもって相互に近接して一対の面状給電用脚片を、上記アンテナ素子の相互近接部位から、突出状に形成し、しかも、上記各脚片は、外端方向にしだいに幅寸法が増加する外方拡幅形状である広帯域アンテナが記載されている。
特許文献2には、鉛直面上に配設される横細長状の略楕円面部と、該略楕円面部の水平方向長軸の一円弧端部から下方へ延設される下方拡幅状の給電用の脚部と、を有する4枚のアンテナ素子を、上記一円弧端部に接近する一鉛直軸心を中心としての90度回転対称状に配設して、平面視十字状に形成した広帯域アンテナ装置が記載されている。
特許文献2には、鉛直面上に配設される横細長状の略楕円面部と、該略楕円面部の水平方向長軸の一円弧端部から下方へ延設される下方拡幅状の給電用の脚部と、を有する4枚のアンテナ素子を、上記一円弧端部に接近する一鉛直軸心を中心としての90度回転対称状に配設して、平面視十字状に形成した広帯域アンテナ装置が記載されている。
ところで、アンテナには、1つのアンテナで複数の周波数の電波を送受信することができるように広帯域な周波数特性を有することが求められる。
本発明の目的は、広帯域な周波数特性を有するアンテナ等を提供することにある。
本発明の目的は、広帯域な周波数特性を有するアンテナ等を提供することにある。
かかる目的のもと、本発明が適用されるアンテナは、それぞれが導電性材料で構成され、予め定められた点に対して対称の位置に予め定められた間隔を設けて配置され、この点に対向する部分の縁辺がこの点に向かって凸状となった曲線を有する一対の素子部と、一対の素子部から予め定められた距離に、一対の素子部の表面と対向して設けられた反射板とを備えている。
この構成によれば、アンテナが無給電素子を備える場合に比較して、より広帯域な周波数特性が得られるとともに、構成要素の数を少なくできる。
この構成によれば、アンテナが無給電素子を備える場合に比較して、より広帯域な周波数特性が得られるとともに、構成要素の数を少なくできる。
このようなアンテナにおいて、それぞれが導電性材料で構成され、上記の点に対して対称の位置に予め定められた間隔を設けて配置され、この点に対向する部分の縁辺がこの点に向かって凸状となった曲線を有し、一対の素子部が送受信する偏波と直交する偏波を送受信できる他の一対の素子部をさらに備えたことを特徴とすることができる。
この構成によれば、本構成を有していない場合に比べ、偏波共通のアンテナをより小型に構成できる。
この構成によれば、本構成を有していない場合に比べ、偏波共通のアンテナをより小型に構成できる。
また、一対の素子部のそれぞれの素子部から反射板までを接続する一対の脚部をさらに備え、一対の素子部と一対の脚部とは、導電性材料により一体で形成されていることを特徴とすることができる。
この構成によれば、本構成を有していない場合に比べ、アンテナの製作及び組み立ての工数を減らすことができる。
この構成によれば、本構成を有していない場合に比べ、アンテナの製作及び組み立ての工数を減らすことができる。
そして、一対の素子部及び他の一対の素子部のそれぞれの素子部から反射板までを接続する二対の脚部をさらに備え、一対の素子部、他の一対の素子部及び二対の脚部とは、導電性材料により一体で形成されていることを特徴とすることができる。
この構成によれば、本構成を有していない場合に比べ、偏波共用のアンテナの製作及び組み立ての工数を減らすことができる。
この構成によれば、本構成を有していない場合に比べ、偏波共用のアンテナの製作及び組み立ての工数を減らすことができる。
他の観点から捉えると、本発明が適用されるセクタアンテナは、それぞれが導電性材料で構成され、予め定められた点に対して対称の位置に予め定められた間隔を設けて配置され、この点に対向する部分の縁辺がこの点に向かって凸状となった曲線を有する一対の素子部と、一対の素子部から予め定められた距離に、一対の素子部の表面と対向して設けられた反射板とを備えるアンテナを、複数配列したアレイアンテナと、アレイアンテナを収納するレドームとを備えている。
この構成によれば、本構成を有していない場合に比べ、広帯域な周波数特性が得られるとともに構成要素の数を少なくできる。
この構成によれば、本構成を有していない場合に比べ、広帯域な周波数特性が得られるとともに構成要素の数を少なくできる。
このようなセクタアンテナにおいて、アンテナは、それぞれが導電性材料で構成され、上記の点に対して対称の位置に予め定められた間隔を設けて配置され、この点に対向する部分の縁辺がこの点に向かって凸状となった曲線を有し、一対の素子部が送受信する偏波と直交する偏波を送受信できる他の一対の素子部をさらに備えたことを特徴とすることができる。
この構成によれば、本構成を有していない場合に比べ、偏波共通のセクタアンテナをより小型に構成できる。
この構成によれば、本構成を有していない場合に比べ、偏波共通のセクタアンテナをより小型に構成できる。
本発明によれば、広帯域な周波数特性を有するアンテナ等を提供できる。
以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
[第1の実施の形態]
<基地局アンテナ1>
図1は、第1の実施の形態が適用される移動通信用の基地局アンテナ1の全体構成の一例を示す図である。図1(a)は、基地局アンテナ1の斜視図であり、図1(b)は、基地局アンテナ1の設置例を説明する図である。
基地局アンテナ1は、図1(a)に示すように、例えば鉄塔20に保持された複数のセクタアンテナ10−1〜10−6を備えている。そして、図1(b)に示すように、基地局アンテナ1は、セル2内に電波を到達させる。すなわち、セル2は、基地局アンテナ1が送信する電波が到達する範囲であり、基地局アンテナ1が電波を受信する範囲である。
セクタアンテナ10−1〜10−6は、それぞれが円筒状であって、円筒の中心軸が地面に対して垂直(鉛直)に設けられている。
[第1の実施の形態]
<基地局アンテナ1>
図1は、第1の実施の形態が適用される移動通信用の基地局アンテナ1の全体構成の一例を示す図である。図1(a)は、基地局アンテナ1の斜視図であり、図1(b)は、基地局アンテナ1の設置例を説明する図である。
基地局アンテナ1は、図1(a)に示すように、例えば鉄塔20に保持された複数のセクタアンテナ10−1〜10−6を備えている。そして、図1(b)に示すように、基地局アンテナ1は、セル2内に電波を到達させる。すなわち、セル2は、基地局アンテナ1が送信する電波が到達する範囲であり、基地局アンテナ1が電波を受信する範囲である。
セクタアンテナ10−1〜10−6は、それぞれが円筒状であって、円筒の中心軸が地面に対して垂直(鉛直)に設けられている。
図1(b)に示すように、セル2は水平面において角度で分割した複数のセクタ3−1〜3−6を備えている。セクタ3−1〜3−6のそれぞれは、基地局アンテナ1の6個のセクタアンテナ10−1〜10−6に対応して設けられている。つまり、セクタアンテナ10−1〜10−6は、それぞれの出力電波の電界が大きいメインローブ11の方向が、対応するセクタ3−1〜3−6に向いている。
ここで、セクタアンテナ10−1〜10−6をそれぞれ区別しないときは、セクタアンテナ10と表記する。また、セクタ3−1〜3−6をそれぞれ区別しないときは、セクタ3と表記する。
なお、図1に例として示した基地局アンテナ1は、6個のセクタアンテナ10−1〜10−6及びこれらに対応するセクタ3−1〜3−6を備えている。しかし、セクタアンテナ10及びセクタ3は、6以外の予め定められた数であってよい。また、図1(a)では、セクタ3は、セル2を6等分に分割(中心角60°)して構成されているが、等分でなくともよく、いずれか1つのセクタ3が他のセクタ3に比べ広く又は狭く構成されていてもよい。
なお、図1に例として示した基地局アンテナ1は、6個のセクタアンテナ10−1〜10−6及びこれらに対応するセクタ3−1〜3−6を備えている。しかし、セクタアンテナ10及びセクタ3は、6以外の予め定められた数であってよい。また、図1(a)では、セクタ3は、セル2を6等分に分割(中心角60°)して構成されているが、等分でなくともよく、いずれか1つのセクタ3が他のセクタ3に比べ広く又は狭く構成されていてもよい。
そして、それぞれのセクタアンテナ10は、セクタアンテナ10が備えるダイポールアンテナ(後述する図2におけるダイポールアンテナ110−1〜110−6参照。それぞれを区別しないときはダイポールアンテナ110と表記する。)に送信信号及び受信信号を伝送する送受信ケーブル31に接続されている。
送受信ケーブル31は、基地局(不図示)内に設けられた送信信号の生成及び受信信号を受信する送受信部(不図示)に接続されている。送受信ケーブル31は、例えば同軸ケーブルである。
送受信ケーブル31は、基地局(不図示)内に設けられた送信信号の生成及び受信信号を受信する送受信部(不図示)に接続されている。送受信ケーブル31は、例えば同軸ケーブルである。
なお、以下では基地局アンテナ1が電波を送信するとして説明するが、アンテナの可逆性により、基地局アンテナ1は電波を受信することができる。電波を受信する場合は、例えば送信信号を受信信号として、信号の流れを逆にすればよい。
また、セクタアンテナ10は、セクタアンテナ10が備える複数のダイポールアンテナ110に送信信号の位相を異ならせて供給するための移相器を備えていてもよい。複数のダイポールアンテナ110に供給される送信信号の位相を異ならせることで、電波(ビーム)の放射角度を水平面から地上方向に傾けて、電波がセル2外に到達しないように設定できる。
<セクタアンテナ10>
図2は、第1の実施の形態におけるセクタアンテナ10の構成の一例を示す図である。図2では、セクタアンテナ10を横に置いて、斜め横から見た斜視図で示している。
セクタアンテナ10は、反射板120と、反射板120上に配列された複数(ここでは例として6個)のダイポールアンテナ110−1〜110−6とを備えたアレイアンテナ100と、アレイアンテナ100を包むように収納するレドーム500とを備えている。図2では、レドーム500を破線で示し、レドーム500の内部に設けられたアレイアンテナ100が見えるようにしている。
図2は、第1の実施の形態におけるセクタアンテナ10の構成の一例を示す図である。図2では、セクタアンテナ10を横に置いて、斜め横から見た斜視図で示している。
セクタアンテナ10は、反射板120と、反射板120上に配列された複数(ここでは例として6個)のダイポールアンテナ110−1〜110−6とを備えたアレイアンテナ100と、アレイアンテナ100を包むように収納するレドーム500とを備えている。図2では、レドーム500を破線で示し、レドーム500の内部に設けられたアレイアンテナ100が見えるようにしている。
奇数番号のダイポールアンテナ110−1、110−3、110−5は、長径の方向がそれぞれ鉛直方向から45°ずれた楕円形状の一対の素子部111a、112aを備えている。そして、鉛直方向から45°ずれた偏波を送受信する。なお、素子部111a、112aは点Oに対して点対称の位置に配置されている。
偶数番号のダイポールアンテナ110−2、110−4、110−6は、長径の方向がそれぞれ鉛直方向から−45°ずれた楕円形状の他の一対の素子部111b、112bを備えている。そして、鉛直方向から−45°ずれた偏波を送受信する。素子部111b、112bも点Oに対して点対称の位置に配置されている。
偶数番号のダイポールアンテナ110−2、110−4、110−6は、長径の方向がそれぞれ鉛直方向から−45°ずれた楕円形状の他の一対の素子部111b、112bを備えている。そして、鉛直方向から−45°ずれた偏波を送受信する。素子部111b、112bも点Oに対して点対称の位置に配置されている。
そして、ダイポールアンテナ110−1とダイポールアンテナ110−2とが、ダイポールアンテナ110−1の素子部111a、112aが点対称に配置される点Oと、ダイポールアンテナ110−2の素子部111b、112bが点対称に配置される点Oとが共通になるように組み合わされ、対を構成している。さらに、ダイポールアンテナ110−3とダイポールアンテナ110−4とが、ダイポールアンテナ110−5とダイポールアンテナ110−6とが同様に組み合わされ、対を構成している。
このようにすることで、セクタアンテナ10は、±45°の偏波を送受信できる偏波共用となっている。
なお、素子部111a、111bをそれぞれ区別しないときは素子部111と、素子部112a、112bをそれぞれ区別しないときは、素子部112と表記する。
このようにすることで、セクタアンテナ10は、±45°の偏波を送受信できる偏波共用となっている。
なお、素子部111a、111bをそれぞれ区別しないときは素子部111と、素子部112a、112bをそれぞれ区別しないときは、素子部112と表記する。
これらのダイポールアンテナ110−1〜110〜6はそれぞれ独立して動作する。よって、以下では、ダイポールアンテナ110−1〜110−6の一つを取り出して、ダイポールアンテナ110として説明する。
なお、図2では、±45°の偏波を送受信するとしたが、ダイポールアンテナ110を点Oの周りに45°回転させることにより、水平及び垂直の偏波を送受信するようにできる。
なお、図2では、±45°の偏波を送受信するとしたが、ダイポールアンテナ110を点Oの周りに45°回転させることにより、水平及び垂直の偏波を送受信するようにできる。
反射板120は、ダイポールアンテナ110が送信する電波を反射するとともに、ダイポールアンテナ110を保持する。図2では、それぞれが2個のダイポールアンテナ110で構成された3対が、反射板120上において間隔Dpで配置され、アレイを構成している(アレイアンテナ100)。
反射板120において、ダイポールアンテナ110の素子部111、112が対向する正面反射部120aは平坦になっている。反射板120のダイポールアンテナ110のアレイの方向と交差する方向の両端部は、ダイポールアンテナ110側に折り曲げられた側面反射部120bとなっている。この折り曲げられた側面反射部120bは、アレイアンテナ100のビーム幅を設定する。
なお、図2では、側面反射部120bは、ダイポールアンテナ110側に折り曲げられているが、ダイポールアンテナ110側とは反対側に折り曲げられていてもよい。また、図2では、側面反射部120bは、反射板120のそれぞれの端部に1個設けられているが、複数個設けられていてもよい。
側面反射部120bは、アレイアンテナ100のビーム幅を設定するので、予め定められたビーム幅が得られるように設定すればよい。
反射板120は、導体、例えばアルミニウム、銅などで構成されている。
反射板120において、ダイポールアンテナ110の素子部111、112が対向する正面反射部120aは平坦になっている。反射板120のダイポールアンテナ110のアレイの方向と交差する方向の両端部は、ダイポールアンテナ110側に折り曲げられた側面反射部120bとなっている。この折り曲げられた側面反射部120bは、アレイアンテナ100のビーム幅を設定する。
なお、図2では、側面反射部120bは、ダイポールアンテナ110側に折り曲げられているが、ダイポールアンテナ110側とは反対側に折り曲げられていてもよい。また、図2では、側面反射部120bは、反射板120のそれぞれの端部に1個設けられているが、複数個設けられていてもよい。
側面反射部120bは、アレイアンテナ100のビーム幅を設定するので、予め定められたビーム幅が得られるように設定すればよい。
反射板120は、導体、例えばアルミニウム、銅などで構成されている。
図2では、反射板120は、6個のダイポールアンテナ110−1〜110−6に共通に設けられているが、ダイポールアンテナ110毎又は対にした2個のダイポールアンテナ110毎に分かれていると考えてもよい。
ここでは、ダイポールアンテナ110とそれに対応する反射板120とを含めてアンテナ130と表記する。対にした2個のダイポールアンテナ110の場合も、対にした2個のダイポールアンテナ110とそれに対応する反射板120とを含めてアンテナ130と表記する。
レドーム500は、円筒501と、円筒501の上側の端部を覆う上蓋502と、円筒501の下側の端部を覆う下蓋503とを備えている。そして、レドーム500は、アレイアンテナ100を内部に格納している。
そして、レドーム500の下蓋503には、コネクタ(不図示)が設けられ、アレイアンテナ100のダイポールアンテナ110に送信信号及び受信信号を伝送する送受信ケーブル31が接続されている。なお、図2においては、送受信ケーブル31とダイポールアンテナ110との接続の表記を省略している。
レドーム500は、例えばFRP(fiber reinforced plastics)などの絶縁性の樹脂で構成されている。
そして、レドーム500の下蓋503には、コネクタ(不図示)が設けられ、アレイアンテナ100のダイポールアンテナ110に送信信号及び受信信号を伝送する送受信ケーブル31が接続されている。なお、図2においては、送受信ケーブル31とダイポールアンテナ110との接続の表記を省略している。
レドーム500は、例えばFRP(fiber reinforced plastics)などの絶縁性の樹脂で構成されている。
なお、図2に示すセクタアンテナ10のアレイアンテナ100は、6個のダイポールアンテナ110から構成されているが、ダイポールアンテナ110の個数は6個に限らず、予め定められた個数とすればよい。
また、図2に示すセクタアンテナ10は、6個のダイポールアンテナ110を備えた1個のアレイアンテナ100から構成されているが、複数のアレイアンテナ100を並べることで構成されてもよい。
また、図2に示すセクタアンテナ10は、6個のダイポールアンテナ110を備えた1個のアレイアンテナ100から構成されているが、複数のアレイアンテナ100を並べることで構成されてもよい。
さらに、図2では、アレイアンテナ100等を覆うレドーム500は上蓋502と下蓋503を備えた円筒501としたが、断面が方形の筒であってもよく、断面の方形の一辺が円弧状となっていてもよい。
<アンテナ130の構成>
図3は、第1の実施の形態におけるアンテナ130の構成を説明する図である。図3(a)は、平面図であって、図3(b)は、図3(a)のIIIB−IIIB線での断面図である。
アンテナ130は、ダイポールアンテナ110と反射板120とを備えている。
図3は、第1の実施の形態におけるアンテナ130の構成を説明する図である。図3(a)は、平面図であって、図3(b)は、図3(a)のIIIB−IIIB線での断面図である。
アンテナ130は、ダイポールアンテナ110と反射板120とを備えている。
ダイポールアンテナ110は、素子部111、112、素子部111、112からそれぞれ延びた一対の脚部113、114、脚部113、114が固定される台部115を備えている。なお、台部115を備えなくともよい。
ダイポールアンテナ110の素子部111、112は、図3(a)に示すように、それぞれが短径L1と長径L2とを有する楕円状の縁辺で囲まれた導電性材料で構成された部材である。そして、素子部111と素子部112とは、点Oで点対称に配置されるとともに、それぞれの長径L2が一直線に並ぶように、間隔Dを挟んで対向している。
そして、図3(b)に示すように、素子部111には、点O側に円形の開口が設けられ、開口につなげて円筒状の脚部113が接続されている。一方、素子部112についても、点O側に円形の開口が設けられ、開口につなげて円筒状の脚部114が接続されている。なお、素子部112には、開口を設けなくともよく、脚部114が円柱状であってもよい。
脚部113、114は、表面形状が円形の台部115に接続されている。なお、台部115には、円筒状の脚部113に対向して開口が設けられている。すなわち、素子部111の開口から台部115の開口まで、円筒状の中空部になっている。
そして、図3(b)に示すように、素子部111には、点O側に円形の開口が設けられ、開口につなげて円筒状の脚部113が接続されている。一方、素子部112についても、点O側に円形の開口が設けられ、開口につなげて円筒状の脚部114が接続されている。なお、素子部112には、開口を設けなくともよく、脚部114が円柱状であってもよい。
脚部113、114は、表面形状が円形の台部115に接続されている。なお、台部115には、円筒状の脚部113に対向して開口が設けられている。すなわち、素子部111の開口から台部115の開口まで、円筒状の中空部になっている。
第1の実施の形態では、素子部111、112、脚部113、114、台部115は、導電性材料により一体で構成されている。なお、素子部111、112、脚部113、114、台部115がそれぞれ個別又は一部が一体で構成され、ネジなどにより組み立てられていてもよい。
素子部111、112、脚部113、114、台部115は、例えば銅、アルミニウムなどの金属又はそれらを含む合金で構成されている。
素子部111、112、脚部113、114、台部115は、例えば銅、アルミニウムなどの金属又はそれらを含む合金で構成されている。
台部115は、反射板120の正面反射部120aに不図示のネジなどにより固定されている。そして、ダイポールアンテナ110の素子部111、112の表面は、反射板120の正面反射部120aと平行になるように構成されている。
なお、反射板120のダイポールアンテナ110側の表面から、素子部111、112の厚さ方向の中央までが高さHとなっている。
なお、反射板120のダイポールアンテナ110側の表面から、素子部111、112の厚さ方向の中央までが高さHとなっている。
素子部111の開口から台部115の開口まで続く円筒状の中空部に、中心に導体116を備えた絶縁体117が埋め込まれている。なお、絶縁体117は、中空部の全体に埋め込まれていてもよく、あるいは一部分に埋め込まれていてもよい。
そして、導体116の素子部111側の導体116の端部は、90°折り曲げられ素子部112の点Oに近接する端部(矢印Aの部分)に接続されている。なお、接続は例えばハンダなどで行う。
そして、導体116の台部115側の端部は、反射板120に設けられた開口を通って、送受信ケーブル31の内部導体と接続されている。また、反射板120は、送受信ケーブル31の外部導体に接続されている。
そして、導体116の素子部111側の導体116の端部は、90°折り曲げられ素子部112の点Oに近接する端部(矢印Aの部分)に接続されている。なお、接続は例えばハンダなどで行う。
そして、導体116の台部115側の端部は、反射板120に設けられた開口を通って、送受信ケーブル31の内部導体と接続されている。また、反射板120は、送受信ケーブル31の外部導体に接続されている。
導体116は、断面が円の導線であってもよいが、90°に折り曲げにくいため、金属板をL字に切り出して構成してもよい。導体116は、例えば銅、アルミニウムなどの金属又はそれらを含む合金で構成されている。
また、絶縁体117は、例えば高周波特性に優れたポリテトラフルオロエチレンなどで構成されている。
なお、90°折り曲げた導体116が、素子部112に接しないように、素子部112の点O側の端部(矢印Bの部分)を、切り下げておくことが好ましい。
また、絶縁体117は、例えば高周波特性に優れたポリテトラフルオロエチレンなどで構成されている。
なお、90°折り曲げた導体116が、素子部112に接しないように、素子部112の点O側の端部(矢印Bの部分)を、切り下げておくことが好ましい。
このダイポールアンテナ110は、例えば素子部111、112の短径L1が21mm、長径L2が30mm、素子部111、112の間隔Dが12mmである。素子部111、112の厚さ方向の中心から反射板120までの高さHが38.5mmである。
この高さHは、アレイアンテナ100の中心周波数fcを2GHzとした場合の約1/4波長に設定されている。よって、素子部111、112から見た場合、台部115において素子部111と素子部112とが短絡されているが、電流は流れない。すなわち、このダイポールアンテナ110は、ショートタイプのダイポールアンテナである。
この高さHは、アレイアンテナ100の中心周波数fcを2GHzとした場合の約1/4波長に設定されている。よって、素子部111、112から見た場合、台部115において素子部111と素子部112とが短絡されているが、電流は流れない。すなわち、このダイポールアンテナ110は、ショートタイプのダイポールアンテナである。
なお、脚部113、114は円筒状又は円柱状としたが、外部の形状は、円筒状又は円柱状でなくてもよく、角柱状であってもよい。
脚部113、114の形状は、素子部111、112、脚部113、114、台部115をダイキャストなどの方法で一体成型する場合、成型しやすい形状であればよい。
そして、脚部113には、素子部111から台部115に至る円筒状の中空部が設けられていればよい。
脚部113、114の形状は、素子部111、112、脚部113、114、台部115をダイキャストなどの方法で一体成型する場合、成型しやすい形状であればよい。
そして、脚部113には、素子部111から台部115に至る円筒状の中空部が設けられていればよい。
また、ダイポールアンテナ110の2個を対にして偏波共用とする場合、台部115を共通に構成すればよい。一体として構成することにより、ダイポールアンテナ110を一括して生産でき、量産性に優れる。なお、2個のダイポールアンテナ110を対とする場合、それぞれのダイポールアンテナ110がそれぞれ一対の脚部113、114を備えるので、二対の脚部113、114を一体として構成することになる。
ただし、図3に示したダイポールアンテナ110の2つを対にして組み合わせると、導体116が接触してしまう。
図4は、第1の実施の形態における偏波共用のための図3のダイポールアンテナ110と対になるダイポールアンテナ110の構成を説明する図である。図4(a)は、平面図であって、図4(b)は、図4(a)のIVB−IVB線での断面図である。
図4では、図3のダイポールアンテナ110を素子部111a、112aとした場合に、素子部111b、112bとするダイポールアンテナ110を示している(図2参照)。よって、同様な部分の説明を省略し、異なる部分を説明する。
図4のダイポールアンテナ110では、図4に示すダイポールアンテナ110の導体116が図3のダイポールアンテナ110の導体116と接触しないように、点O側の矢印A’の部分及び矢印B’の部分が、図3のダイポールアンテナ110の場合よりも、深く切り下げられている。このようにすることで、2個のダイポールアンテナ110のそれぞれの導体116が、空中において立体的に交差するようにし、接触することを抑制している。
なお、このダイポールアンテナ110において、矢印A’の部分において、素子部112bと導体116とが接続されている。接続は例えばハンダなどで行う。
図4は、第1の実施の形態における偏波共用のための図3のダイポールアンテナ110と対になるダイポールアンテナ110の構成を説明する図である。図4(a)は、平面図であって、図4(b)は、図4(a)のIVB−IVB線での断面図である。
図4では、図3のダイポールアンテナ110を素子部111a、112aとした場合に、素子部111b、112bとするダイポールアンテナ110を示している(図2参照)。よって、同様な部分の説明を省略し、異なる部分を説明する。
図4のダイポールアンテナ110では、図4に示すダイポールアンテナ110の導体116が図3のダイポールアンテナ110の導体116と接触しないように、点O側の矢印A’の部分及び矢印B’の部分が、図3のダイポールアンテナ110の場合よりも、深く切り下げられている。このようにすることで、2個のダイポールアンテナ110のそれぞれの導体116が、空中において立体的に交差するようにし、接触することを抑制している。
なお、このダイポールアンテナ110において、矢印A’の部分において、素子部112bと導体116とが接続されている。接続は例えばハンダなどで行う。
前述したように、ダイポールアンテナ110は台部115を備えなくともよい。この場合には、脚部113、114を台部115の厚さに相当する長さ分、長くすればよい。そして、脚部113、114を反射板120の正面反射部120aに固定すればよい。
なお、台部115を設けた場合、ダイポールアンテナ110と反射板120とを、台部115と反射板120とをネジなどで固定することで固定できるので、アレイアンテナ100の組み立てが容易になる。
なお、台部115を設けた場合、ダイポールアンテナ110と反射板120とを、台部115と反射板120とをネジなどで固定することで固定できるので、アレイアンテナ100の組み立てが容易になる。
なお、以上では、素子部111、112の表面が、反射板120の正面反射部120aに対して平行であるとして説明したが平行でなくともよい。例えば、素子部111、112の点Oに近い側が遠い側より反射板120の正面反射部120aに近づいていてもよい。また、逆に遠くなっていてもよい。
すなわち、素子部111と素子部112は、点Oと点Oを反射板120の正面反射部120aに垂直に投影した点O’とを結ぶ軸OO’に対して対称であってもよい。
さらに、軸OO’は反射板120の正面反射部120aに垂直でなくともよく、傾いていてもよい。
すなわち、素子部111と素子部112は、点Oと点Oを反射板120の正面反射部120aに垂直に投影した点O’とを結ぶ軸OO’に対して対称であってもよい。
さらに、軸OO’は反射板120の正面反射部120aに垂直でなくともよく、傾いていてもよい。
<アンテナ130の特性>
図5は、アンテナ130の特性をシミュレーションするために用いたモデルを示す。6個のダイポールアンテナ110−1〜110−6を用い、奇数番号と偶数番号とをそれぞれ対にして偏波共用とした。
そして、ダイポールアンテナ110−3とダイポールアンテナ110−4の対に電波を送信するための送信信号を供給した。ダイポールアンテナ110−1、110−2及びダイポールアンテナ110−5、110−6には送信信号を供給しないで、ダミーとした。
図5は、アンテナ130の特性をシミュレーションするために用いたモデルを示す。6個のダイポールアンテナ110−1〜110−6を用い、奇数番号と偶数番号とをそれぞれ対にして偏波共用とした。
そして、ダイポールアンテナ110−3とダイポールアンテナ110−4の対に電波を送信するための送信信号を供給した。ダイポールアンテナ110−1、110−2及びダイポールアンテナ110−5、110−6には送信信号を供給しないで、ダミーとした。
図6は、図5で示したシミュレーションモデルによって求めた第1の実施の形態におけるアンテナ130の反射減衰量(リターン・ロス)(dB)特性を示す図である。アンテナ130のダイポールアンテナ110は、素子部111、112の短径L1が21mm、長径L2が30mm、素子部111、112の間隔Dが12mmである。素子部111、112の厚さ方向の中心から反射板120までの高さHが38.5mmである。
反射減衰量−10dB以下(VSWR≦2)となる周波数範囲は、下限周波数fLが1.6GHz、上限周波数fHが3GHzである。比帯域幅は61%である。
反射減衰量−10dB以下(VSWR≦2)となる周波数範囲は、下限周波数fLが1.6GHz、上限周波数fHが3GHzである。比帯域幅は61%である。
素子部111、112が棒状であるダイポールアンテナを用いたアンテナでは、比帯域幅は約25%である。このダイポールアンテナに無給電素子を付加して広帯域化しても、比帯域幅は約40%である。
よって、第1の実施の形態のアンテナ130は、無給電素子を付加した棒状の素子部111、112を有するダイポールアンテナ110を用いたアンテナに比べ、さらに広帯域になっている。
また、第1の実施の形態のアンテナ130は、無給電素子を付加する複雑な構成のダイポールアンテナ110を用いたアンテナに比べ、構成要素が少なく、製作が容易である。
よって、第1の実施の形態のアンテナ130は、無給電素子を付加した棒状の素子部111、112を有するダイポールアンテナ110を用いたアンテナに比べ、さらに広帯域になっている。
また、第1の実施の形態のアンテナ130は、無給電素子を付加する複雑な構成のダイポールアンテナ110を用いたアンテナに比べ、構成要素が少なく、製作が容易である。
図7は、図5で示したシミュレーションモデルによって求めた第1の実施の形態におけるアンテナ130のビーム幅を示す図ある。ここでは、周波数fが2GHzの場合を示している。図7に示すように、ビーム幅は65°である。
前述したように、ビーム幅は、側面反射部120bにより設定することができる。よって、反射板の120の横幅、側面反射部120bの形状、数などを調整することにより、ビーム幅を調整することができる。
前述したように、ビーム幅は、側面反射部120bにより設定することができる。よって、反射板の120の横幅、側面反射部120bの形状、数などを調整することにより、ビーム幅を調整することができる。
表1は、シミュレーションによって求めた、図3に示す素子部111、112の短径L1を変化させた場合のアンテナ130の入力インピーダンス(Ω)を示す。
このシミュレーションでは、給電線路である送受信ケーブル31のインピーダンスを変化させるとともに、図3に示す脚部113の中空部に設けられた導体116と絶縁体117とからなる部分のインピーダンスを合わせて変化させ、反射減衰量−10dB以下の比帯域幅がもっとも広くなるインピーダンスを、アンテナ130の入力インピーダンスとした。すなわち、給電線路からダイポールアンテナ110の素子部111、112に至る経路においてインピーダンスがマッチングするように設定している。
ここでは、長径L2は30mm、素子部111、112の間隔Dが12mm、素子部111、112の厚さ方向の中心から反射板120までの高さHは38.5mmである。
このシミュレーションでは、給電線路である送受信ケーブル31のインピーダンスを変化させるとともに、図3に示す脚部113の中空部に設けられた導体116と絶縁体117とからなる部分のインピーダンスを合わせて変化させ、反射減衰量−10dB以下の比帯域幅がもっとも広くなるインピーダンスを、アンテナ130の入力インピーダンスとした。すなわち、給電線路からダイポールアンテナ110の素子部111、112に至る経路においてインピーダンスがマッチングするように設定している。
ここでは、長径L2は30mm、素子部111、112の間隔Dが12mm、素子部111、112の厚さ方向の中心から反射板120までの高さHは38.5mmである。
表1に示すように、アンテナ130の入力インピーダンスは、短径L1が大きいほど小さくなり、例えば短径L1が21mmでは100Ωとなる。逆に、短径L1が小さいほど大きくなり、例えば短径L1が15mmでは175Ωとなる。
すなわち、第1の実施の形態では、楕円形の素子部111、112の短径L1により、アンテナ130の入力インピーダンスを設定できる。
すなわち、第1の実施の形態では、楕円形の素子部111、112の短径L1により、アンテナ130の入力インピーダンスを設定できる。
素子部111、112が棒状であるダイポールアンテナを用いたアンテナでは、棒の幅を変えても第1の実施の形態のアンテナ130のようにインピーダンスを変化させることができない。
表2は、シミュレーションによって求めた、図3に示す素子部111、112の厚さ方向の中心から反射板120までの高さHを変化させた場合のアンテナ130の入力インピーダンス(Ω)を示す。
このシミュレーションでも、給電線路である送受信ケーブル31のインピーダンスを変化させるとともに、図3に示す脚部113の中空部に設けられた導体116と絶縁体117とからなる部分のインピーダンスを合わせて変化させ、反射減衰量−10dB以下の比帯域幅がもっとも広くなるインピーダンスを、アンテナ130の入力インピーダンスとした。すなわち、給電線路からダイポールアンテナ110の素子部111、112に至る経路においてインピーダンスがマッチングするように設定している。
ここでは、短径L1は21mm、長径L2は30mm、素子部111、112の間隔Dが10mmである。
このシミュレーションでも、給電線路である送受信ケーブル31のインピーダンスを変化させるとともに、図3に示す脚部113の中空部に設けられた導体116と絶縁体117とからなる部分のインピーダンスを合わせて変化させ、反射減衰量−10dB以下の比帯域幅がもっとも広くなるインピーダンスを、アンテナ130の入力インピーダンスとした。すなわち、給電線路からダイポールアンテナ110の素子部111、112に至る経路においてインピーダンスがマッチングするように設定している。
ここでは、短径L1は21mm、長径L2は30mm、素子部111、112の間隔Dが10mmである。
表2に示すように、アンテナ130の入力インピーダンスは、素子部111、112の厚さ方向の中心から反射板120までの高さHが小さいほど大きくなり、例えば高さHが32.5mmでは150Ωとなる。逆に、高さHが小さいほど大きくなり、例えば高さHが42.5mmでは75Ωとなる。
すなわち、第1の実施の形態では、素子部111、112の厚さ方向の中心から反射板120までの高さHを変化させても、アンテナ130の入力インピーダンスを設定できる。
すなわち、第1の実施の形態では、素子部111、112の厚さ方向の中心から反射板120までの高さHを変化させても、アンテナ130の入力インピーダンスを設定できる。
さらに、素子部111、112の長径L2、素子部111、112の間隔Dを変化させても、アンテナ130の入力インピーダンスを設定できる。
図6で示したように、第1の実施の形態のアンテナ130では、2つの共振周波数が見られる。低周波数側の共振周波数は1.8GHz付近にある。また、高周波数側の共振周波数は2.6GHz付近にある。
そして、素子部111、112の形状を変えたデータから、低周波数側の共振周波数は、ダイポールアンテナ110の素子部111、112の外縁の長さに依存し、高周波数側の共振周波数はダイポールアンテナ110の素子部111、112の短径L1に依存する傾向にあることが分かった。
よって、素子部111、112の外縁の長さ及び短径L1を変化させることで、予め定められた反射減衰量以下となる周波数範囲を設定することができる。
また、素子部111、112の外縁の長さ及び短径L1を同じとすれば、楕円形状でなくとも、反射減衰量以下となる周波数範囲を同様に設定したダイポールアンテナ110を用いたアンテナ130とすることができる。
そして、素子部111、112の形状を変えたデータから、低周波数側の共振周波数は、ダイポールアンテナ110の素子部111、112の外縁の長さに依存し、高周波数側の共振周波数はダイポールアンテナ110の素子部111、112の短径L1に依存する傾向にあることが分かった。
よって、素子部111、112の外縁の長さ及び短径L1を変化させることで、予め定められた反射減衰量以下となる周波数範囲を設定することができる。
また、素子部111、112の外縁の長さ及び短径L1を同じとすれば、楕円形状でなくとも、反射減衰量以下となる周波数範囲を同様に設定したダイポールアンテナ110を用いたアンテナ130とすることができる。
[第2の実施の形態]
第1の実施の形態では、アンテナ130におけるダイポールアンテナ110の素子部111、112の形状が楕円形であった。第2の実施の形態では、アンテナ130におけるダイポールアンテナ110の素子部111、112の形状を半楕円形に5角形を接続した形状とした。
他の構成は第1の実施の形態と同様であるので、同様の部分の説明を省略して、異なる部分であるダイポールアンテナ110の構成を説明する。
第1の実施の形態では、アンテナ130におけるダイポールアンテナ110の素子部111、112の形状が楕円形であった。第2の実施の形態では、アンテナ130におけるダイポールアンテナ110の素子部111、112の形状を半楕円形に5角形を接続した形状とした。
他の構成は第1の実施の形態と同様であるので、同様の部分の説明を省略して、異なる部分であるダイポールアンテナ110の構成を説明する。
<ダイポールアンテナ110の構成>
図8は、第2の実施の形態におけるダイポールアンテナ110の構成を説明する平面図である。
図8のダイポールアンテナ110では、素子部111及び素子部112の外縁が、点Oに近い部分(境界を破線で示す)では楕円形状であって、点Oから離れた部分では一頂点が点Oから離れる方向に飛び出した五角形状となっている。
ダイポールアンテナ110がこのような形状になっていても、アンテナ130は広帯域な特性となる。
図8は、第2の実施の形態におけるダイポールアンテナ110の構成を説明する平面図である。
図8のダイポールアンテナ110では、素子部111及び素子部112の外縁が、点Oに近い部分(境界を破線で示す)では楕円形状であって、点Oから離れた部分では一頂点が点Oから離れる方向に飛び出した五角形状となっている。
ダイポールアンテナ110がこのような形状になっていても、アンテナ130は広帯域な特性となる。
図9は、第2の実施の形態におけるアンテナ130の反射減衰量(リターン・ロス)(dB)特性を示す図である。この特性は、図8に示すダイポールアンテナ110を用いて構成したアンテナ130について、第1の実施の形態の図5で示したシミュレーションモデルによって求めた。
反射減衰量−10dB以下(VSWR≦2)となる周波数範囲は、下限周波数fLが1.6GHz、上限周波数fH(不図示)が3GHz以上である。図7で示した第1の実施の形態におけるアンテナ130よりも広帯域になっている。
反射減衰量−10dB以下(VSWR≦2)となる周波数範囲は、下限周波数fLが1.6GHz、上限周波数fH(不図示)が3GHz以上である。図7で示した第1の実施の形態におけるアンテナ130よりも広帯域になっている。
[第3の実施の形態]
第3の実施の形態では、第2の実施の形態と同様に、第1の実施の形態のアンテナ130におけるダイポールアンテナ110の素子部111、112の形状を変化させた。
他の構成は第1の実施の形態と同様であるので、同様の部分の説明を省略して、異なる部分であるダイポールアンテナ110の構成を説明する。
第3の実施の形態では、第2の実施の形態と同様に、第1の実施の形態のアンテナ130におけるダイポールアンテナ110の素子部111、112の形状を変化させた。
他の構成は第1の実施の形態と同様であるので、同様の部分の説明を省略して、異なる部分であるダイポールアンテナ110の構成を説明する。
<ダイポールアンテナ110の構成>
図10は、第3の実施の形態におけるダイポールアンテナ110の構成を説明する平面図である。
図10のダイポールアンテナ110では、素子部111及び素子部112の外縁が、点Oに近い部分(境界を破線で示す)では楕円形状であって、点Oから離れた部分では一頂点が点Oから離れる方向に飛び出した三角形状となっている。
ダイポールアンテナ110がこのような形状になっていても、アンテナ130は広帯域な特性となる。
図10は、第3の実施の形態におけるダイポールアンテナ110の構成を説明する平面図である。
図10のダイポールアンテナ110では、素子部111及び素子部112の外縁が、点Oに近い部分(境界を破線で示す)では楕円形状であって、点Oから離れた部分では一頂点が点Oから離れる方向に飛び出した三角形状となっている。
ダイポールアンテナ110がこのような形状になっていても、アンテナ130は広帯域な特性となる。
[第4の実施の形態]
第4の実施の形態では、第2の実施の形態、第3の実施の形態と同様に、第1の実施の形態のアンテナ130におけるダイポールアンテナ110の素子部111、112の形状を変化させた。
他の構成は第1の実施の形態と同様であるので、同様の部分の説明を省略して、異なる部分であるダイポールアンテナ110の構成を説明する。
第4の実施の形態では、第2の実施の形態、第3の実施の形態と同様に、第1の実施の形態のアンテナ130におけるダイポールアンテナ110の素子部111、112の形状を変化させた。
他の構成は第1の実施の形態と同様であるので、同様の部分の説明を省略して、異なる部分であるダイポールアンテナ110の構成を説明する。
<ダイポールアンテナ110の構成>
図11は、第4の実施の形態におけるダイポールアンテナ110の構成を説明する平面図である。
図11のダイポールアンテナ110では、素子部111及び素子部112の外縁が、点Oに近い部分(境界を破線で示す)では楕円形状であって、点Oから離れた部分では点Oから離れる方向に飛び出した四角形状となっている。
ダイポールアンテナ110がこのような形状になっていても、アンテナ130は広帯域な特性となる。
図11は、第4の実施の形態におけるダイポールアンテナ110の構成を説明する平面図である。
図11のダイポールアンテナ110では、素子部111及び素子部112の外縁が、点Oに近い部分(境界を破線で示す)では楕円形状であって、点Oから離れた部分では点Oから離れる方向に飛び出した四角形状となっている。
ダイポールアンテナ110がこのような形状になっていても、アンテナ130は広帯域な特性となる。
第1の実施の形態から第4の実施の形態において説明したように、ダイポールアンテナ110の素子部111及び素子部112が導電性材料で構成され、その外縁が楕円などの曲線を含む形状とすることにより、予め定められた反射減衰量以下となる周波数範囲が広いアンテナ130が得られる。
特に、ダイポールアンテナ110の素子部111と素子部112とを点対称に配置する点Oに近い部分を、点Oに向けて凸状となった楕円形状などの曲線とすることで、このダイポールアンテナ110の送受信する電波の偏波と直交する偏波を送受信する対になるダイポールアンテナ110とを点Oを共通にして対にして偏波共用とする場合に、対にした2つのダイポールアンテナ110が互いに重なり合うことなく、容易に組み合わせることができる。
特に、ダイポールアンテナ110の素子部111と素子部112とを点対称に配置する点Oに近い部分を、点Oに向けて凸状となった楕円形状などの曲線とすることで、このダイポールアンテナ110の送受信する電波の偏波と直交する偏波を送受信する対になるダイポールアンテナ110とを点Oを共通にして対にして偏波共用とする場合に、対にした2つのダイポールアンテナ110が互いに重なり合うことなく、容易に組み合わせることができる。
また、前述したように、素子部111、112の外縁の長さ及び短径L1を変化させることで、予め定められた反射減衰量以下となる周波数範囲を設定することができるので、素子部111、112の平面形状を選択して用いることができる。よって、2つのダイポールアンテナ110を対にして偏波共用とする場合に、相互に重ならない形状に設定することが容易になる。
なお、第1の実施の形態から第4の実施の形態では、ダイポールアンテナ110における素子部111、112、脚部113、114、台部115は、金属などの導電性材料により一体又は個別に構成されているとした。しかし、素子部111、112を絶縁性の基板に貼り付けた金属箔などで構成してもよい。この場合、脚部113、114を金属の棒で構成し、金属箔などで構成された素子部111、112と反射板120の正面反射部120aとを接続すればよい。そして、同軸ケーブルなどにより、素子部112に電波を送信するための信号を供給(給電)すればよい。
1…基地局アンテナ、2…セル、3、3−1〜3−6…セクタ、10、10−1〜10−6…セクタアンテナ、11…メインローブ、20…鉄塔、31…送受信ケーブル、100…アレイアンテナ、110、110−1〜110−6…ダイポールアンテナ、111、111a、111b、112、112a、112b…素子部、113、114…脚部、115…台部、120…反射板、120a…正面反射部、120b…側面反射部、130…アンテナ、500…レドーム
Claims (6)
- それぞれが導電性材料で構成され、予め定められた点に対して対称の位置に予め定められた間隔を設けて配置され、当該点に対向する部分の縁辺が当該点に向かって凸状となった曲線を有する一対の素子部と、
前記一対の素子部から予め定められた距離に、当該一対の素子部の表面と対向して設けられた反射板と
を備えるアンテナ。 - それぞれが導電性材料で構成され、前記点に対して対称の位置に予め定められた間隔を設けて配置され、当該点に対向する部分の縁辺が当該点に向かって凸状となった曲線を有し、前記一対の素子部が送受信する偏波と直交する偏波を送受信できる他の一対の素子部をさらに備えたことを特徴とする請求項1に記載のアンテナ。
- 前記一対の素子部のそれぞれの素子部から前記反射板までを接続する一対の脚部をさらに備え、
前記一対の素子部と前記一対の脚部とは、導電性材料により一体で形成されていることを特徴とする請求項1に記載のアンテナ。 - 前記一対の素子部及び前記他の一対の素子部のそれぞれの素子部から前記反射板までを接続する二対の脚部をさらに備え、
前記一対の素子部、前記他の一対の素子部及び前記二対の脚部とは、導電性材料により一体で形成されていることを特徴とする請求項2に記載のアンテナ。 - それぞれが導電性材料で構成され、予め定められた点に対して対称の位置に予め定められた間隔を設けて配置され、当該点に対向する部分の縁辺が当該点に向かって凸状となった曲線を有する一対の素子部と、当該一対の素子部から予め定められた距離に、当該一対の素子部の表面と対向して設けられた反射板とを備えるアンテナを、複数配列したアレイアンテナと、
前記アレイアンテナを収納するレドームと
を備えるセクタアンテナ。 - 前記アンテナは、それぞれが導電性材料で構成され、前記点に対して対称の位置に予め定められた間隔を設けて配置され、当該点に対向する部分の縁辺が当該点に向かって凸状となった曲線を有し、前記一対の素子部が送受信する偏波と直交する偏波を送受信できる他の一対の素子部をさらに備えたことを特徴とする請求項5に記載のセクタアンテナ。
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