JP2015033018A - アンテナ及びセクタアンテナ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】水平偏波アンテナ120は、水平方向に直線上に並んで設けられ、ダイポールアンテナを構成する素子部121、122と、それぞれの一端部が素子部121、122の対向する部分において接続されるとともに、それぞれの他端部が反射板160に向って垂直に延びるグランド板123、124を備えている。垂直偏波アンテナ130aは、垂直方向に直線上に並んで設けられてダイポールアンテナを構成する素子部131a、132aと、一端部が素子部131a、132aが対向する部分において素子部131aに接続され、他端部が反射板160の方向に斜めに延びるグランド板134を備えており、グランド板124に接続されている。
【選択図】図3
Description
本発明の目的は、複数の偏波の送受信にて、一つの偏波による他の偏波の指向性などへの影響を抑制しつつ小型化できるアンテナ等を提供することにある。
この構成によれば、アンテナが無給電素子を備えない場合に比較して、ビーム幅、反射減衰量などの制御がより容易にできる。
この構成によれば、この構成を有しない場合に比べ、アンテナを複数配列したアレイアンテナをより小型にできる。
この構成によれば、この構成を有しない場合に比べ、セクタアンテナをより小型にできる。
[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。
図1(a)に示すように、基地局アンテナ1は、例えば鉄塔20に保持された3個のセクタアンテナ10−1〜10−3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内において電波を送受信する。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10−1〜10−3は、それぞれの外形(後述する図2におけるレドーム500)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。
なお、図1に例として示した基地局アンテナ1は、3個のセクタアンテナ10−1〜10−3及びこれらに対応するセクタ3−1〜3−3を備えている。しかし、セクタアンテナ10及びセクタ3は、3未満又は3を超える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3等分に分割(中心角120°)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。
ここでは、セクタアンテナ10は、2つの直交する偏波を送受信できる偏波共用であるとし、送受信ケーブル31は一方の偏波に対応し、送受信ケーブル32は他方の偏波に対応する。
送受信ケーブル31、32は、基地局(不図示)内に設けられた送信信号及び受信信号を送受信する送受信部(不図示)に接続されている。送受信ケーブル31、32は、例えば同軸ケーブルである。
図2は、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160と、反射板160上に配列されたアンテナユニット110−1、110−2、110−3とを備えるアレイアンテナ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。レドーム500は、側面501、上面502、下面503を備えている。
アンテナユニット110−1、110−2、110−3は、反射板160の表面上において垂直方向に予め定められた間隔DPで並べられている。
なお、アンテナユニット110−1、110−2、110−3をそれぞれ区別しないときは、アンテナユニット110と表記する。
そして、アンテナユニット110とそれに対応する反射板160の部分とを、アンテナと表記する。また、アレイアンテナ100をアンテナと表記することがある。
アンテナユニット110は、反射板160の水平方向の中心に水平偏波を送受信する1個の水平偏波アンテナ120を設け、水平偏波アンテナ120を挟むように反射板160の水平方向の左右に垂直偏波を送受信する垂直偏波アンテナ130a、130bをそれぞれ設けている。
なお、垂直偏波を送受信する垂直偏波アンテナ130a、130bのそれぞれの形状は、反射板160の垂直方向の中心線に対して対称である。よって、垂直偏波アンテナ130a、130bをそれぞれ区別しないときは、垂直偏波アンテナ130と表記する。
なお、アンテナユニット110を45°回転させると、水平偏波アンテナ120は水平偏波でなく、+45°又は−45°の偏波を送受信することになる。すなわち、水平偏波アンテナ120における「水平」及び垂直偏波アンテナ130の「垂直」は説明の便宜上用いている。偏波が「水平」及び「垂直」でない場合は、それぞれを偏波の方向に合うように、読み替えればよい。
また、水平偏波アンテナ120と垂直偏波アンテナ130とは、それぞれが直交する偏波を送受信するとしたが、それぞれの偏波が直交しなくとも交差すればよい。
図3は、第1の実施の形態が適用されるアンテナユニット110の一例を説明する図である。図3(a)は図2においてアンテナユニット110を垂直方向下方から見た図、図3(b)は垂直方向上方から見た図、図3(c)は水平方向右方から見た図である。
図3(a)、図3(b)では、主に第1の偏波の一例としての水平偏波を送受信する水平偏波アンテナ120が見える。一方、図3(c)では、主に第2の偏波の一例としての垂直偏波を送受信する垂直偏波アンテナ130aが見える。
なお、図3では、アンテナユニット110の他に反射板160を合わせて示している。
そして、それぞれに導体パタンが設けられた複数の誘電体基板が組み合わされて、アンテナユニット110が構成されている。
図3において、網点で示す部分が、導電性材料で構成された導体パタンである。
図3(a)に示すように、水平偏波アンテナ120は、誘電体基板141上に構成され、第1のダイポールアンテナの一例としてのダイポールアンテナを構成する素子部121、122を備えている。
また、水平偏波アンテナ120は、誘電体基板141の表面上に設けられ、素子部121、122に給電するマイクロストリップ線路126のグランド板123、124を有し、グランド板123、124の一端部が素子部121、122の対向する部分において接続されるとともに、それぞれの他端部は共に、誘電体基板141とともに反射板160を貫通して反射板160の裏面から突き出している。グランド板123、124は、第1の導体の一例である。
誘電体基板141及びグランド板123、124は、反射板160に設けられた開口に埋め込まれた誘電体(電気的絶縁体)により固定され、グランド板123、124と反射板160とが接触しないようになっている。
なお、グランド板123、124は反射板160と接触させてもよい。
グランド板123、124及びマイクロストリップ線路126は、バランス−アンバランス変換器(バラン)を構成している。なお、バランス−アンバランス変換器(バラン)は、図3(a)、(b)に示した構成と異なる構成であってもよい。
また、マイクロストリップ線路126の一端部は、素子部121に接続されていてもよい。
マイクロストリップ線路126の他端部及び誘電体基板141は反射板160を貫通せず、反射板160の表面で水平偏波を送受信する配線(不図示)に接続されてもよい。
図3(a)、(b)、(c)に示すように、垂直偏波アンテナ130aは、誘電体基板142aの表面上に構成され、垂直方向に直線上に並んで設けられて第2のダイポールアンテナの一例としてのダイポールアンテナを構成する素子部131a、132aを備えている。
そして、図3(b)に示すように、垂直偏波アンテナ130aは、誘電体基板141の裏面において、グランド板134に対向して設けられたマイクロストリップ線路136を備えている。マイクロストリップ線路136の一端部は、素子部131a、132aが対向する部分において素子部132aに接続されている。マイクロストリップ線路136の他端部は、誘電体基板141と共に反射板160を貫通して、反射板160の裏面から突き出している。そして、垂直偏波を送受信する配線(不図示)に接続されている。
なお、図3において、垂直偏波アンテナ130aの誘電体基板142a及び垂直偏波アンテナ130bの誘電体基板142bは、反射板160に対して斜めに設けられている。これは、アンテナユニット110を小さく構成するためであって、垂直偏波アンテナ130a、130bを水平偏波アンテナ120の下側(反射板160側)に設けたためである。
垂直偏波アンテナ130aの誘電体基板142a及び垂直偏波アンテナ130bの誘電体基板142bを、反射板160に対して、水平、垂直又は他の角度で設けてもよい。
第1の実施の形態が適用されるアンテナユニット110では、水平偏波アンテナ120のグランド板123、124は、反射板160に対して垂直に設けられている。しかし、垂直偏波アンテナ130a、130bのグランド板133、134は、反射板160に対して斜めに構成され、水平偏波アンテナ120のグランド板123、124に接続されている。すなわち、垂直偏波アンテナ130a、130bのグランド板133、134は、反射板160から離れるにしたがって、互いが離れるようにV字状に構成されている。
第1の実施の形態が適用されるアンテナユニット110では、グランド板を反射板に対して垂直に設けた場合に比べ、垂直偏波アンテナ130a、130bのグランド板133、134のそれぞれの他端部と、水平偏波アンテナ120のグランド板123、124のそれぞれの他端部との間の間隔が狭くなるように構成されている。
また、第1の実施の形態では、例えば水平偏波アンテナ120において、誘電体基板141上に素子部121、122、マイクロストリップ線路126及びグランド板123、124が形成されているとしたが、誘電体基板141を用いなくともよい。このとき、マイクロストリップ線路126とグランド板123、124とは、空気層で隔てられていてもよい。また、誘電体によるスペーサを予め定められた位置に設けて、予め定められた距離を維持するようにしてもよい。垂直偏波アンテナ130a、130bなどにおいても同様である。
なお、垂直偏波アンテナ130bの素子部131b、132bの幅方向の中心から反射板160の表面までを距離HVと異なる第3の距離の一例としての距離HV´としてもよい。
それぞれのアンテナユニット110は、水平偏波アンテナ120が設けられた反射板160の表面側において、水平偏波アンテナ120に対して、反射板160から離れる方向の予め定められた距離の位置に、素子部121、122(図3参照)に沿うように、無給電素子151が設けられている。
また、それぞれのアンテナユニット110は、水平偏波アンテナ120の水平方向の両外側に、反射板160から立ち上がるように設けられた無給電素子152a、152bを備えている。
同様に、垂直偏波アンテナ130bに対しても、素子部131b、132bに沿って、無給電素子153bが設けられている。
図5(b)に示すように、第1の実施の形態を適用したアンテナユニット110を用いたアレイアンテナ100では、後述する図6(b)、図7(b)の場合に比べて、サイドローブが抑制されるとともに、バックローブが小さい。そして、−3dBにおけるビーム幅は、約90°である。
しかし、水平偏波アンテナ120及び無給電素子151と垂直偏波アンテナ170a、170b及び無給電素子153a、153bとは、垂直方向にずらして配列されている。このため、アレイアンテナ100の垂直方向の長さが、図5(a)に示す第1の実施の形態を適用する場合に比べて長くなってしまうため、垂直方向にアレイ化した場合、アンテナの全長が長くなってしまう。
図5(a)、図6(a)、図7(a)に示すように、水平偏波アンテナ120の構成(形状)には差がない。それにも関わらず、垂直偏波アンテナ130a、130bの構成(形状)により、水平偏波アンテナ120の指向性が影響を受ける。
そして、図5に示した第1の実施の形態を適用したアンテナユニット110を用いたアレイアンテナ100において、サイドローブ及びバックローブが小さく、−3dBにおけるビーム幅が90°とすることができた(図1参照)。
そして、グランド板123、124及びグランド板133、134のそれぞれの他端部は、反射板160の近傍において相互に接続されている。
一方、グランド板123、124及びグランド板133、134のそれぞれの他端部は、誘電体基板141とともに反射板160を貫通して、反射板160の裏面から突き出している。そして、これらの他端部のそれぞれに、配線(不図示)が接続されている。
なお、グランド板123、124及びグランド板133、134のそれぞれの他端部が、反射板160に接続されてもよい。
一方、グランド板133の他端部はグランド板123の長さ方向における中間の位置に、グランド板134の他端部はグランド板124の長さ方向における中間の位置に接続されている。
図8(c)に示す場合であっても、水平偏波アンテナ120のグランド板123、124と、垂直偏波アンテナ130a、130bのグランド板133、134との間の距離を、反射板160の表面に平行な方向において、反射板160側に近い側(他端部)が反射板160から遠い側(一端部)に比べ狭くしている。
なお、水平偏波の指向性などにより、用いるアンテナユニット110の構成を選択すればよい。
第1の実施の形態が適用されるアンテナユニット110は、複数の誘電体基板(誘電体基板141、142a、142b)上の導体パタン(素子部121、122、131a、131b、132a、132b、グランド板123、124、133、134、マイクロストリップ線路126、135、136)によって構成されていた。
これに対して、第2の実施の形態が適用されるアンテナユニット110は、誘電体基板を用いず、導体板によって構成されている。
以下では、第1の実施の形態と異なるアンテナユニット110を説明し、他の同じ部分の説明を省略する。
図9(a)、図9(b)では、主に水平偏波を送受信する水平偏波アンテナ220が見える。一方、図9(c)では、主に垂直偏波を送受信する垂直偏波アンテナ230aが見える。
図9(a)に示すように、水平偏波アンテナ220は、導体板で構成されてダイポールアンテナの一方を構成する素子部221を備えている。素子部221の一端部は、導体板223の一端部に接続されている。導体板223の他端部は、反射板160を貫通して、反射板160の裏面から突き出している。
図9(b)に示すように、水平偏波アンテナ220は、導体板で構成されてダイポールアンテナの他方を構成する素子部222を備えている。素子部222の一端部は、導体板224の一端部に接続されている。導体板224の他端部は、反射板160を貫通して、反射板160の裏面から突き出している。
そして、図9(a)、(b)、(c)に示すように、素子部221の一端部と素子部222の一端部とは、垂直方向に予め定められた距離で対向している。導体板223と導体板224とは、平行二線線路を構成している。
図9(c)に示すように、垂直偏波アンテナ230aは、導体板で構成されてダイポールアンテナの一方を構成する素子部231aを備えている。素子部231aの一端部は、導体板234の一端部に接続されている。図9(a)、(c)に示すように、素子部231aと導体板234とは、L字状に構成されている。
また、垂直偏波アンテナ230aは、導体板で構成されてダイポールアンテナの他方を構成する素子部232aを備えている。素子部232aの一端部は、導体板236の一端部に接続されている。導体板236の他端部は、反射板160を貫通して、反射板160の裏面から突き出している。
図9(b)、(c)に示すように、素子部232aと導体板236とは、L字状に構成されている。
一方、図9(b)、(c)に示すように、導体板236と導体板234とは予め定められた距離で対向して平行二線線路を構成している。
そして、垂直偏波アンテナ230bにおいても、導体板235と導体板233とは予め定められた距離で対向して平行二線を構成している。
また、水平偏波アンテナ220の素子部222と導体板224とは連続している。そして、垂直偏波アンテナ230aの素子部232aと導体板236とは連続している。さらに、垂直偏波アンテナ230bの素子部231bと導体板235とは連続している。
導体板224、235、236は、反射板160と電気的に接続されないように、反射板160に設けた開口に埋め込まれた誘電体(電気的絶縁体)を介して固定されている。また、反射板160に設けた開口に誘電体を介して固定されてもよい。
よって、第1の実施の形態において説明したバランス−アンバランス変換器(バラン)を用いなくてもよい。
なお、水平偏波アンテナ220の導体板223と導体板224との間、垂直偏波アンテナ230aの導体板234と導体板236との間、垂直偏波アンテナ230bの導体板233と導体板235との間は、予め定められた距離に維持されればよく、空気層で隔てられていてもよい。また、誘電体によるスペーサを予め定められた位置に設けて予め定められた距離を維持するようにしてもよい。
また、水平偏波アンテナ220と垂直偏波アンテナ230a、230bとを水平方向に並行に配置することができるので、アレイアンテナ100の垂直方向の長さを短くできる。
さらにまた、第2の実施の形態が適用されるアンテナユニット110の垂直偏波アンテナ230a、230bの導体板233、234に、図8(b)、(c)に示した形状を適用してもよい。
この構成によれば、この構成を有しない場合に比べ、アンテナを複数配列したアレイアンテナをより小型にできる。
この構成によれば、この構成を有しない場合に比べ、セクタアンテナをより小型にできる。
Claims (5)
- 反射板と、
前記反射板から予め定められた第1の距離に設けられ、第1の偏波を送受信する第1のダイポールアンテナと、
前記反射板に対して前記第1のダイポールアンテナの設けられた側において、当該反射板から予め定められた第2の距離に設けられ、前記第1の偏波と交差する第2の偏波を送受信する第2のダイポールアンテナと、
前記第1のダイポールアンテナから前記反射板に向かって設けられる第1の導体と、
前記第2のダイポールアンテナから前記反射板に向かって設けられ、前記第1の導体との当該反射板に平行な方向における間隔が当該反射板に近い側が遠い側に比べて狭い、第2の導体と
を備えるアンテナ。 - 前記第1のダイポールアンテナ又は前記第2のダイポールアンテナに対応した無給電素子をさらに備えることを特徴とする請求項1に記載のアンテナ。
- 前記反射板から予め定められた第3の距離に設けられた前記第2の偏波を送受信する第3のダイポールアンテナと、
前記第3のダイポールアンテナから前記反射板に向かって設けられ、前記第1の導体との当該反射板に平行な方向における間隔が当該反射板に近い側が遠い側に比べて狭い、第3の導体と、をさらに備え、
前記第1のダイポールアンテナは、前記第2のダイポールアンテナと前記第3のダイポールアンテナとの間に設けられていることを特徴とする請求項1に記載のアンテナ。 - 前記第1のダイポールアンテナ、前記第2のダイポールアンテナ又は前記第3のダイポールアンテナに対応した無給電素子をさらに備えることを特徴とする請求項3に記載のアンテナ。
- 反射板と、当該反射板から予め定められた第1の距離に設けられた第1の偏波を送受信する第1のダイポールアンテナと、当該反射板に対して当該第1のダイポールアンテナの設けられた側において、当該反射板から予め定められた第2の距離に設けられ、当該第1の偏波と交差する第2の偏波を送受信する第2のダイポールアンテナと、当該第1のダイポールアンテナから当該反射板に向かって設けられる第1の導体と、当該第2のダイポールアンテナから当該反射板に向かって設けられ、当該第1の導体との当該反射板に平行な方向における間隔が当該反射板に近い側が遠い側に比べて狭い、第2の導体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。
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