JP2016140046A - Dual-polarized antenna - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、例えば、屋外に設置された無線基地局からの電波が届かない屋内、地下街等に設置される小形の無線基地局に好適な水平面無指向性の偏波共用アンテナに関するものである。 The present invention relates to a horizontal plane omnidirectional polarization-sharing antenna suitable for a small radio base station installed indoors, in an underground shopping center or the like where radio waves from a radio base station installed outdoors do not reach.
携帯電話では、屋外に設置された無線基地局を介して通信を行うため、この無線基地局からの電波が届かない屋内、地下街等では通信が途切れてしまう。このため、屋内に設置可能な小形の無線基地局を適切な場所に配置し、通信エリアの補完を行っている。 Since the mobile phone communicates via a radio base station installed outdoors, the communication is interrupted in an indoor area, underground mall, or the like where radio waves from the radio base station do not reach. For this reason, small wireless base stations that can be installed indoors are arranged at appropriate locations to complement the communication area.
近年の通信サービスの多様化及び利用者、通信量の増加により、無線基地局のアンテナに求められる要求も高くなってきている。
例えば携帯電話で使用される周波数帯は、従来の800MHz帯、2GHz帯に加え、LTE(Long Term Evolution)で規定される700MHz帯、900MHz帯、1.5GHz帯、1.7GHz帯も含まれる。このような多周波に対応するアンテナが求められる。
With the recent diversification of communication services and the increase in users and communication volume, the demands for antennas of radio base stations are increasing.
For example, the frequency band used in a mobile phone includes a 700 MHz band, a 900 MHz band, a 1.5 GHz band, and a 1.7 GHz band defined by LTE (Long Term Evolution) in addition to the conventional 800 MHz band and 2 GHz band. An antenna corresponding to such multi-frequency is required.
また、トンネルのような細長いエリアをカバーする場合では、水平面において双方向の指向性が求められるが、地下街のような広いエリアをカバーするためには、水平面において無指向性が求められる。 Further, when covering an elongated area such as a tunnel, bidirectional directivity is required on the horizontal plane, but in order to cover a wide area such as an underground shopping street, omnidirectionality is required on the horizontal plane.
さらに、通信量の増加に対応するため、MIMO(Multi Input Multi Output)技術による通信の多重化が必要である。なお、屋内の無線基地局には小形化が求められるため、垂直偏波アンテナと水平偏波アンテナを用いた偏波MIMO方式を用いることが多い。 Furthermore, in order to cope with an increase in communication traffic, it is necessary to multiplex communication using MIMO (Multi Input Multi Output) technology. Since indoor radio base stations are required to be miniaturized, a polarization MIMO system using a vertically polarized antenna and a horizontally polarized antenna is often used.
このような要求に対して、n個の垂直偏波用のモノポールアンテナ(以下、垂直偏波アンテナ)及び水平偏波用のダイポールアンテナ(以下、水平偏波アンテナ)を回転対称に配置し、これらを同相励振したアンテナが知られている(例えば特許文献1参照)。この構成により、水平面内において無指向性の放射パターンを得ることができる。 In response to such a demand, n monopolar antennas for vertical polarization (hereinafter referred to as vertical polarization antennas) and dipole antennas for horizontal polarization (hereinafter referred to as horizontal polarization antennas) are arranged rotationally symmetrically, An antenna in which these are in-phase excited is known (see, for example, Patent Document 1). With this configuration, a non-directional radiation pattern can be obtained in a horizontal plane.
前述の通り、屋内の無線基地局には小形化が求められるため、垂直偏波アンテナと水平偏波アンテナの間隔は十分に確保できない。そのため、地導体となる基板上に垂直偏波アンテナを配置し、水平偏波アンテナを垂直偏波アンテナの上方に配置することが一般的である。 As described above, since the indoor radio base station is required to be downsized, a sufficient interval between the vertically polarized antenna and the horizontally polarized antenna cannot be secured. Therefore, it is common to arrange a vertically polarized antenna on a substrate serving as a ground conductor, and to arrange a horizontally polarized antenna above the vertically polarized antenna.
しかしながら、送受信機等の無線機能を司る回路部は基板上に配置されるため、水平偏波アンテナと基板との間に、基板に垂直な給電構造を設ける必要がある。この垂直給電構造は、垂直偏波アンテナに大きな影響を及ぼすという課題がある。特許文献1に開示されたアンテナでは、水平偏波アンテナの給電構造が示されていないが、実用においては同様の課題が生じると考えられる。
However, since the circuit unit that controls the wireless function such as the transceiver is disposed on the substrate, it is necessary to provide a feed structure perpendicular to the substrate between the horizontally polarized antenna and the substrate. This vertical feeding structure has a problem that it has a great influence on a vertically polarized antenna. The antenna disclosed in
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、垂直偏波アンテナの上方に水平偏波アンテナを配置した偏波共用アンテナにおいて、垂直偏波アンテナの性能の劣化を回避することができる偏波共用アンテナを提供することを目的としている。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and avoids deterioration of the performance of the vertically polarized antenna in the dual polarization antenna in which the horizontally polarized antenna is disposed above the vertically polarized antenna. An object of the present invention is to provide a dual-polarized antenna that can be used.
この発明に係る偏波共用アンテナは、導体板と、導体板上に90度回転対称となるように配置された4つのモノポールアンテナと、モノポールアンテナの回転対称軸上に配置された第1の伝送線路、及び当該第1の伝送線路に対して折れ曲がって接続された第2の伝送線路を有する給電線路と、給電線路の第2の伝送線路に接続され、導体板に対して平行且つ回転対称軸に対して90度回転対称となるように配置された4つのダイポールアンテナと、各々のモノポールアンテナに対し、隣接するモノポールアンテナとの間で位相が90度ずれ、且つ対向するモノポールアンテナとの間で位相が180度ずれた電力を供給する給電回路とを備えたものである。 The dual-polarized antenna according to the present invention includes a conductor plate, four monopole antennas arranged so as to be 90-degree rotationally symmetric on the conductor plate, and a first axis arranged on the rotational symmetry axis of the monopole antenna. A transmission line having a second transmission line bent and connected to the first transmission line and a second transmission line connected to the second transmission line, and parallel to the conductor plate and rotated. Four dipole antennas arranged so as to be 90-degree rotationally symmetric with respect to the axis of symmetry, and each monopole antenna being 90 degrees out of phase with the adjacent monopole antenna, and facing monopoles And a power feeding circuit that supplies power with a phase difference of 180 degrees with respect to the antenna.
この発明によれば、上記のように構成したので、垂直偏波アンテナの上方に水平偏波アンテナを配置した偏波共用アンテナにおいて、垂直偏波アンテナの性能の劣化を回避することができる。 According to the present invention, since it is configured as described above, it is possible to avoid the deterioration of the performance of the vertical polarization antenna in the dual polarization antenna in which the horizontal polarization antenna is disposed above the vertical polarization antenna.
以下、この発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
実施の形態1.
図1はこの発明の実施の形態1に係る偏波共用アンテナの構成を示す上面図であり、図2は図1のA−A’線断面図である。なお図2では給電線路3−4及び水平偏波アンテナ4の図示を省略している。
偏波共用アンテナは、図1,2に示すように、有限の大きさを持つ平板状の導体である導体板1を有している。なお図では、導体板1を正方形状としているが、これに限るものではなく、偏波共用アンテナの外形や設定箇所に合わせて例えば円形又は長方形等のように自由に形を選択することができる。また、以下の説明では、導体板1が地面に対して平行に配置された場合を想定し、導体板1を含む面を水平面と定義する。また、導体板1に対して垂直に電界が振動する場合を垂直偏波、導体板1に対して平行に電界が振動する場合を水平偏波と定義する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
1 is a top view showing a configuration of a dual-polarized antenna according to
As shown in FIGS. 1 and 2, the polarization-sharing antenna has a
この導体板1上には、導体板1に対して垂直(略垂直の意味を含む)に配置された4つのモノポールアンテナである垂直偏波アンテナ2(2−1〜2−4)が設けられている。この垂直偏波アンテナ2の長さは、偏波共用アンテナで使用する周波数に対する波長の約1/4となるように設定されている。また、各垂直偏波アンテナ2は、導体板1上のある点を通過し且つ導体板1に垂直な軸(回転対称軸O)に対して、90度回転対称となるように配置されている。また、各垂直偏波アンテナ2の導体板1との接触端は、導体板1上に形成される第1の給電回路(不図示)にそれぞれ接続される。
この給電回路は、各垂直偏波アンテナ2に対し、隣接する垂直偏波アンテナ2との間で位相が90度ずれ、且つ対向する垂直偏波アンテナ2との間で位相が180度ずれた電力を供給する。なお、各垂直偏波アンテナ2に供給する電力の振幅は同一である。
On this
This power feeding circuit has a power that is 90 degrees out of phase with the adjacent vertically polarized
なお図1,2では、垂直偏波アンテナ2を、導体板1との接触端が円錐状である円筒導体とした場合について示した。しかしながら、これに限るものではなく、例えば、誘電体基板上にエッチング等で垂直偏波アンテナ2をパターン形成し、この誘電体基板を導体板1上に垂直に立てるようにしてもよい。
1 and 2 show the case where the vertically polarized
また、導体板1上には、後述する水平偏波アンテナ4に電力を供給するための4つの給電線路3(3−1〜3−4)が設けられている。この給電線路3は、図2に示すように、L字状に折れ曲がった伝送線路であり、垂直偏波アンテナ2の回転対称軸O上に配置された伝送線路(第1の伝送線路)31と、伝送線路31に対して折れ曲がって接続された伝送線路(第2の伝送線路)32とを有している。なお、各伝送線路31の導体板1との接触端は、導体板1上に形成される第2の給電回路(不図示)にそれぞれ接続される。なお図1,2では、図を見やすくするため、各伝送線路31の位置を回転対称軸Oから離して示しているが、各伝送線路31の位置は回転対称軸Oの軸心に近い方がよい。この給電線路3としては、例えば同軸線路、ストリップ線路、マイクロストリップ線路等、所定の特性インピーダンスを有する線路を用いることができる。
On the
また、各給電線路3の伝送線路32の先端には、導体板1に対して平行(略平行の意味を含む)に配置された4つのダイポールアンテナである水平偏波アンテナ4(4−1〜4−1)がそれぞれ接続されている。水平偏波アンテナ4は、垂直偏波アンテナ2の上方に配置される。この水平偏波アンテナ4は、線路方向における中心位置に、給電線路3の伝送線路32の先端が接続されている。この水平偏波アンテナ4は、線路方向における中心位置からの片側の長さが、偏波共用アンテナで使用する周波数に対する波長の約1/4となるように設定されている。また、各水平偏波アンテナ4は、垂直偏波アンテナ2の回転対称軸Oに対して90度回転対称となるように配置されている。
そして、各水平偏波アンテナ4には、第2の給電回路から給電線路3を介して同一の振幅及び同一の位相の電力が供給される。
Further, at the front end of the
Each
なお図1,2では、水平偏波アンテナ4を平面導体とした場合について示した。しかしながら、これに限るものではなく、例えば、誘電体基板上にエッチング等で水平偏波アンテナ4をパターン形成するようにしてもよい。
1 and 2 show the case where the horizontally polarized
次に、実施の形態1に係る偏波共用アンテナの動作について説明する。
所定の間隔を設けて素子アンテナを配列した場合、その励振振幅及び励振位相を変化させることで様々な放射パターンを形成することができるアレーアンテナが構成される。実施の形態1では、垂直偏波に関しては、4つの垂直偏波アンテナ2を素子アンテナとする4素子円形アレーアンテナが構成される。同様に、水平偏波に関しては、4つの水平偏波アンテナ4を素子アンテナとする4素子円形アレーアンテナが構成される。
Next, the operation of the dual-polarized antenna according to
When element antennas are arranged with a predetermined interval, an array antenna is formed that can form various radiation patterns by changing the excitation amplitude and the excitation phase. In the first embodiment, with respect to vertical polarization, a four-element circular array antenna having four
また、ダイポールアンテナは、ダイポールアンテナを含む面内において8の字の指向性を有する。
実施の形態1では、ダイポールアンテナである4つの水平偏波アンテナ4を90度回転対称に配置し、同振幅且つ同位相で励振している。よって、水平面内において無指向性の放射パターンを得ることができる。
In addition, the dipole antenna has an 8-shaped directivity in a plane including the dipole antenna.
In the first embodiment, four horizontally
一方、モノポールアンテナである4つの垂直偏波アンテナ2は、水平面内において無指向性の放射パターンを有する。ここで、従来のアンテナでは、前述の通り、垂直偏波アンテナが、水平偏波アンテナの垂直給電構造(本願発明の給電線路3の伝送線路31に相当)の影響により、特にインピーダンスの周波数特性が変化し、所望の動作が得られなくなる。これに対し、実施の形態1では、各垂直偏波アンテナ2を同振幅且つ90度ずつ位相差を設けて励振することで、上記課題を解決することができる。以下にその原理を詳しく述べる。
On the other hand, the four vertically polarized
4つの垂直偏波アンテナ2を同振幅且つ90度ずつ位相差を設けて励振すると、例えば図1において対向する垂直偏波アンテナ2−1と垂直偏波アンテナ2−3において励振位相差が180°となり、逆相の関係となる。したがって、両アンテナ2−1,2−3から放射される電界の位相が逆相となるため、両アンテナ2−1,2−3からの距離が等しい回転対称軸Oで電界が互いに打ち消し合う。同様に、垂直偏波アンテナ2−2と垂直偏波アンテナ2−4との間にも同様のことが成り立つ。すなわち、90度回転対称に配置した垂直偏波アンテナ2の回転対称軸O上の電界は0となり、この位置に導体を配置してもアンテナ2の動作には影響しない。この性質を利用し、電界が0となる回転対称軸O上に給電線路3の伝送線路31を配置する。これにより、給電線路3の伝送線路31が垂直偏波アンテナ2の動作に影響することを防ぐことができる。
When the four vertically polarized
90度ずつ位相差を設けて励振をすると、垂直偏波アンテナ2のSパラメータにも好都合である。説明の便宜上、垂直偏波アンテナ2−1の給電点に対応するポートを第1ポート、垂直偏波アンテナ2−2の給電点に対応するポートを第2ポート、垂直偏波アンテナ2−3の給電点に対応するポートを第3ポート、垂直偏波アンテナ2−4の給電点に対応するポートを第4ポートとし、4つのポートのSパラメータを定義する。回転対称性から、4つのポートのSパラメータは等しいため、ここでは第1ポートに対するSパラメータS1のみ示すと次式(1)のようになる。
S1=S11−S13 (1)
ここで、S11は垂直偏波アンテナ2−1の反射係数であり、S13は垂直偏波アンテナ2−1,2−3間の相互結合である。
When excitation is performed with a phase difference of 90 degrees, it is convenient for the S parameter of the vertically polarized
S 1 = S 11 −S 13 (1)
Here, S 11 is a reflection coefficient of the vertically polarized antenna 2-1, and S 13 is a mutual coupling between the vertically polarized antennas 2-1 and 2-3.
すなわち、自身の反射係数と対向する垂直偏波アンテナ2間の相互結合のみでSパラメータが決定し、隣接する垂直偏波アンテナ2の影響はキャンセルされる。これは多周波化、広帯域化等の広い周波数範囲にわたる設計を行う上で有利に働く。
That is, the S parameter is determined only by the mutual coupling between the
次に、実施の形態1に係る偏波共用アンテナの放射パターンへの影響について述べる。
図3に示すように、水平面をx−y平面にとり、垂直偏波アンテナ2の回転対称軸Oを原点とする。また、回転対称軸Oから各垂直偏波アンテナ2の距離をdとする。このとき、水平面内における4素子の合成パターンE(φ)は次式(2)のように表すことができる。
ここで、E0は各垂直偏波アンテナ2の電界振幅であり、ξ1〜ξ4は各ポートの励振位相であり、φは水平面内における方位角であり、λは波長である。
Next, the influence of the dual-polarized antenna according to
As shown in FIG. 3, the horizontal plane is the xy plane, and the rotationally symmetric axis O of the vertically polarized
Here, E 0 is the electric field amplitude of each vertically polarized
式(2)を用いて、距離d=0.1λ,0.2λ,0.3λ,0.5λとした場合での合成パターンの計算結果を図4,5に示す。図4は各垂直偏波アンテナ2のポートを同振幅且つ同位相で励振した場合、図5は各垂直偏波アンテナ2のポートを同振幅且つ90度位相差で励振した場合を示している。ここでは放射パターンを比較するため、各々のピーク値で規格化してグラフ化している。
この図4,5に示すように、距離dが0.2λ以下の場合では、同振幅且つ同位相で励振した方が水平面内での利得の偏差が小さい。しかしながら、一般的な無指向性の指標となる偏差3dBとなる距離dを比較すると、どちらの場合もd=0.3λ程度となることがわかる。すなわち、90度位相差で励振した場合でも水平面内での利得偏差特性は同等であるといえる。
FIGS. 4 and 5 show the calculation results of the combined pattern when the distance d = 0.1λ, 0.2λ, 0.3λ, and 0.5λ using the formula (2). 4 shows a case where the ports of each vertically polarized
As shown in FIGS. 4 and 5, when the distance d is 0.2λ or less, the gain deviation in the horizontal plane is smaller when excitation is performed with the same amplitude and phase. However, when comparing the distance d with a deviation of 3 dB, which is a general omnidirectional index, it can be seen that in both cases, d = about 0.3λ. That is, it can be said that the gain deviation characteristics in the horizontal plane are the same even when excited with a phase difference of 90 degrees.
以上のように、この実施の形態1によれば、4つの垂直偏波アンテナ2を同振幅且つ90度位相差を設けて励振して回転対称軸O上の電界を0とし、この回転対称軸O上に水平偏波アンテナ4の給電線路3の伝送線路31を配置するように構成したので、垂直偏波アンテナ2の上方に水平偏波アンテナ4を配置した偏波共用アンテナにおいて、垂直偏波アンテナ2と水平偏波アンテナ4の垂直給電構造(給電線路3の伝送線路31)とが近接していても、垂直偏波アンテナ2の性能の劣化を回避することができる。
さらに、各垂直偏波アンテナ2のSパラメータは、自身の反射係数と対向する垂直偏波アンテナ2間の相互結合のみで決定されるため、広い周波数範囲にわたって設計しやすくなる。
As described above, according to the first embodiment, the four vertically polarized
Furthermore, since the S parameter of each
実施の形態2.
図6はこの発明の実施の形態2に係る偏波共用アンテナの構成を示す上面図であり、図7は図6のB−B’線断面図である。なお図7では水平偏波アンテナ4の図示を省略している。この図6,7に示す実施の形態2に係る偏波共用アンテナは、図1,2に示す実施の形態1に係る偏波共用アンテナの給電線路3を給電線路3bに置き換えたものである。その他の構成は同様であり、同一の符号を付して異なる部分についてのみ説明する。
6 is a top view showing a configuration of a dual-polarized antenna according to
給電線路3bは、実施の形態1の給電線路3と同様の機能を有するものである。この給電線路3bは、図6,7に示すように、1つの伝送線路33及び4つの伝送線路34(34−1〜34−4)から構成されている。
The
伝送線路(第1の伝送線路)33は、実施の形態1における各給電線路3の伝送線路31に対応するものであり、導体板1の回転対称軸Oの軸心上に配置されている。この伝送線路33の導体板1との接触端は、導体板1上に形成される第2の給電回路(不図示)に接続される。
伝送線路(第2の伝送線路)34は、実施の形態1における給電線路3の伝送線路32に対応するものであり、水平偏波アンテナ4毎に設けられ、一端が伝送線路33に接続され、他端が対応する水平偏波アンテナ4に接続される。
The transmission line (first transmission line) 33 corresponds to the
The transmission line (second transmission line) 34 corresponds to the
伝送線路33は例えば同軸線路で構成され、また、伝送線路34は例えばマイクロストリップ線路で構成される。この場合、図7に示すように、伝送線路33の内導体331と伝送線路34の信号線341(341−1〜341−4)とが電気的に接続され、伝送線路33の外導体332と伝送線路34のグランド342(342−1〜342−4)とが電気的に接続される。
伝送線路34は板金等で構成することも可能であるが、図6,7に示すように、誘電体基板5上にエッチング等を用いてパターン形成する方がよい。
この場合、水平偏波アンテナ4のうち、給電線路3bとの接続位置を中心に対して片側を誘電体基板5の一方の面上に形成し、もう片側を誘電体基板5の他方の面上に形成することができる。これにより、水平偏波アンテナ4と伝送線路34とを誘電体基板5上に一体形成できる。
The
Although the transmission line 34 can be made of sheet metal or the like, it is better to form a pattern on the
In this case, one side of the horizontally polarized
そして、実施の形態1と同様に、水平偏波アンテナ4は同振幅且つ同位相で励振される。この際、実施の形態1における各給電線路3の伝送線路31を実施の形態2における給電線路3bの1つの伝送線路33とし、実施の形態1における各給電線路3の伝送線路32を実施の形態2における給電線路3bの4つの伝送線路34としても動作原理に違いは無い。
また、図6,7のように構成することで、給電線路3bの伝送線路33を回転対称軸Oの軸心上に配置することができるため、垂直偏波アンテナ2への影響をより小さくすることができる。
As in the first embodiment, the horizontally polarized
6 and 7, since the
また、水平偏波アンテナ4はダイポールアンテナであるため、不平衡系の伝送線路で給電する場合にはバラン(平衡−不平衡変換線路)が必要である。そこで、図6に示すように、伝送線路34のグランド342をテーパ状とすることでバランとして動作させる。これにより、不平衡系の伝送線路で給電する場合の性能劣化を抑えることができる。
Further, since the horizontally polarized
以上のように、この実施の形態2によれば、実施の形態1における各給電線路3の伝送線路31を1つの伝送線路33にまとめた給電線路3bを用いたので、実施の形態1に対し、回転対称軸Oの軸心上に垂直給電構造(給電線路3bの伝送線路33)を配置できるため、垂直偏波アンテナ2への影響をさらに低減した偏波共用アンテナを得ることができる。
As described above, according to the second embodiment, the
また、伝送線路34をバランとして動作させることができるので、平衡系アンテナであるダイポールアンテナ(水平偏波アンテナ4)の性能を劣化させない偏波共用アンテナを得ることができる。 Further, since the transmission line 34 can be operated as a balun, a dual-polarized antenna that does not deteriorate the performance of the dipole antenna (horizontal polarization antenna 4) that is a balanced antenna can be obtained.
実施の形態3.
図8はこの発明の実施の形態3に係る偏波共用アンテナの構成を示す上面図であり、図9は図8のC−C’線断面図である。なお図9では水平偏波アンテナ4の図示を省略している。この図8,9に示す実施の形態3に係る偏波共用アンテナは、図6,7に示す実施の形態2に係る偏波共用アンテナに非励振素子(第1の導体)6(6−1〜6−4)及び非励振素子(第2の導体)7(7−1〜7−4)を追加したものである。その他の構成は同様であり、同一の符号を付して異なる部分についてのみ説明を行う。
8 is a top view showing the configuration of the dual-polarized antenna according to
非励振素子6は、各垂直偏波アンテナ2の周囲に配置され、対応する垂直偏波アンテナ2との間で複共振を生じるものである。この非励振素子6は、導体板1に対して垂直(略垂直の意味を含む)に配置されている。この非励振素子6の長さは、偏波共用アンテナで使用する周波数であり且つ垂直偏波アンテナ2で扱う周波数とは異なる周波数に対する波長の約1/4となるように設定されている。また、各非励振素子6の導体板1との接触端は、導体板1に電気的に接続されている。非励振素子6と対応する垂直偏波アンテナ2との距離は、非励振素子6と垂直偏波アンテナ2が電気的に結合するように設定されている。また、対称性のため、非励振素子6は、垂直偏波アンテナ2の回転対称軸Oに対して90度回転対称となるように配置されるのが望ましい。
The non-excitation element 6 is disposed around each vertically polarized
非励振素子7は、各水平偏波アンテナ4の周囲に配置され、対応する水平偏波アンテナ4との間で複共振を生じるものである。この非励振素子7は、水平偏波アンテナ4に対して平行(略平行の意味を含む)に配置されている。また、非励振素子7の線路方向における中心位置と、対応する水平偏波アンテナ4の線路方向における中心位置は合わせられている。この非励振素子7は、線路方向における中心位置からの片側の長さが、偏波共用アンテナで使用する周波数であり且つ水平偏波アンテナ4で扱う周波数とは異なる周波数に対する波長の約1/4となるように設定されている。また、非励振素子7と水平偏波アンテナ4との距離は、非励振素子7と水平偏波アンテナ4が電気的に結合するように設定されている。また、対称性のため、非励振素子7は、垂直偏波アンテナ2の回転対称軸Oに対して90度回転対称となるように配置されるのが望ましい。
The
一般に、非励振素子の形状、及びアンテナと非励振素子との間隔を適切に設計することで、アンテナと非励振素子の電磁結合によって複共振特性が得られる。図8,9に示す非励振素子6,7では、垂直偏波アンテナ2及び水平偏波アンテナ4の長さに比べて短く設定されている。この場合、垂直偏波アンテナ2及び水平偏波アンテナ4の共振周波数f1よりも高い周波数f2において、非励振素子6,7が共振する2共振特性が得られる。
In general, by appropriately designing the shape of the non-excitation element and the distance between the antenna and the non-excitation element, a double resonance characteristic can be obtained by electromagnetic coupling between the antenna and the non-excitation element. In the
なお、垂直偏波アンテナ2及び水平偏波アンテナ4に設ける非励振素子6,7の数は上記に限るものではなく、長さの異なる非励振素子6,7を複数設けてもよい。この際、長さの異なる非励振素子6,7の数をNとすると、(N+1)個の複共振特性が得られる。
The number of the
なお、図8,9では、非励振素子7は水平偏波アンテナ4の上方に配置されている。しかしながら、これに限るものではなく、水平偏波アンテナ4と電磁結合する位置であればよく、水平偏波アンテナ4の下方又は同一平面上に配置されていてもよい。
8 and 9, the
また上記では、垂直偏波アンテナ2の周囲に非励振素子6を設け、且つ、水平偏波アンテナ4の周囲に非励振素子7を設けた場合について示した。しかしながら、これに限るものではなく、垂直偏波アンテナ2の周囲にのみ非励振素子6を設けてもよいし、水平偏波アンテナ4の周囲にのみ非励振素子7を設けてもよい。
In the above description, the case where the non-excitation element 6 is provided around the
以上のように、この実施の形態3によれば、垂直偏波アンテナ2との間で複共振を生じる非励振素子6を設け、水平偏波アンテナ4との間で複共振を生じる非励振素子7を設けたので、実施の形態2における効果に加え、複共振特性が得られるので、複数の周波数帯で動作する偏波共用アンテナを得ることができる。
As described above, according to the third embodiment, the non-excitation element 6 that generates the double resonance with the
実施の形態4.
図10はこの発明の実施の形態4に係る偏波共用アンテナの構成を示す上面図であり、図11は図10のD−D’線断面図である。この図10,11に示す実施の形態4に係る偏波共用アンテナは、図6,7に示す実施の形態2に係る偏波共用アンテナの垂直偏波アンテナ2及び水平偏波アンテナ4を、それぞれ垂直偏波アンテナ2b(2b−1〜2b−4)及び水平偏波アンテナ4b(4b−1〜4b−4)に置き換えたものである。その他の構成は同様であり、同一の符号を付して異なる部分についてのみ説明を行う。
10 is a top view showing a configuration of a dual-polarized antenna according to
垂直偏波アンテナ2bは、所定の幅を有する板状のモノポールアンテナであり、導体板1上に垂直(略垂直の意味を含む)に配置されている。この垂直偏波アンテナ2bは、誘電体基板8(8−1〜8−4)上にエッチング等によりパターン形成される。また、この垂直偏波アンテナ2bは、図11に示すように、一部分に溝が設けられて分岐した複数の導体21(21−1〜21−4),22(22−1〜22−4)を有している。分岐された各導体21,22の長さはそれぞれ、偏波共用アンテナで使用する異なる周波数に対する波長の約1/4となるように設定されている。また、各垂直偏波アンテナ2bは、導体板1上のある点を通過し且つ導体板1に垂直な軸(回転対称軸O)に対して、90度回転対称となるように配置されている。また、垂直偏波アンテナ2bの導体板1との接触端は、導体板1上に形成される第1の給電回路(不図示)にそれぞれ接続される。
この第1の給電回路は、各垂直偏波アンテナ2bに対し、隣接する垂直偏波アンテナ2bとの間で位相が90度ずれ、且つ対向する垂直偏波アンテナ2bとの間で位相が180度ずれた電力を供給する。なお、各垂直偏波アンテナ2bに供給する電力の振幅は同一である。
The vertically polarized
In this first feeding circuit, each
なお図11では、垂直偏波アンテナ2bの導体板1との接触端をテーパ状に構体した場合について示した。しかしながら、これに限るものではなく、例えば図12に示すように、上記接触端を矩形状としもよい。
また、分岐する導体21,22の幅は図11に示す幅に限らず、例えば図12に示すように細くしてもよい。
FIG. 11 shows the case where the contact end of the vertically polarized
Further, the width of the branching
水平偏波アンテナ4bは、ダイポールアンテナであり、導体板1に対して平行(略平行の意味を含む)に配置されている。この水平偏波アンテナ4bは、線路方向における中心位置に、対応する給電線路3bの伝送線路34の先端が接続されている。この水平偏波アンテナ4bは、図10に示すように、一部分に溝が設けられて分岐した複数の導体41(41−1〜41−4),42(42−1〜42−4)を有している。この水平偏波アンテナ4bは線対称に構成されている。分岐された各導体41,42は、線路方向における中心位置からの片側の長さがそれぞれ、偏波共用アンテナで使用する異なる周波数に対する波長の約1/4となるように設定されている。また、各水平偏波アンテナ4bは、垂直偏波アンテナ2の回転対称軸Oに対して、90度回転対称となるように配置されている。
また、この水平偏波アンテナ4bは、線路方向における中心位置から片側が誘電体基板5の上面に形成されて、伝送線路34の信号線341に接続される。また、水平偏波アンテナ4bの線路方向における中心位置からもう片側が誘電体基板5の下面に形成されて、伝送線路34のグランド342に接続される。
そして、各水平偏波アンテナ4bには、第2の給電回路から給電線路3bを介して同一の振幅及び同一の位相の電力が供給される。
The horizontally polarized
The horizontally polarized
Each
一般に、モノポールアンテナ及びダイポールアンテナのような線状アンテナでは、導体を分岐させることによって複共振特性を得ることができる。図10,11の垂直偏波アンテナ2bでは、2つに分岐した導体21,22を有し、一方の導体21の長さは周波数f1に対する波長の約1/4の長さに設定され、他方の導体22の長さは一方の導体21よりも短く周波数f2に対する波長の1/4の長さに設定されている。この場合、f2>f1の関係を有する2共振特性が得られる。図10,11の水平偏波アンテナ4bについても同様である。
In general, in a linear antenna such as a monopole antenna and a dipole antenna, multiple resonance characteristics can be obtained by branching a conductor. 10 and 11, the vertically polarized
なお上記では、垂直偏波アンテナ2bと水平偏波アンテナ4bの分岐数をそれぞれ2つとした場合について示した。しかしながら、これに限るものではなく、分岐数は2以上でもよい。この際、分岐数をMとするとM個の複共振特性が得られる。
In the above description, the
また上記では、垂直偏波アンテナ2bを分岐させ、且つ、水平偏波アンテナ4bを分岐させた場合について示した。しかしながら、これに限るものではなく、垂直偏波アンテナ2bのみを分岐させてもよいし、水平偏波アンテナ4bのみを分岐させてもよい。
In the above description, the
以上のように、この実施の形態4によれば、垂直偏波アンテナ2bを、複共振を生じる複数分岐した導体21,22から構成し、水平偏波アンテナ4bを、複共振を生じる複数分岐した導体41,42から構成したので、実施の形態2における効果に加え、励振されるアンテナ2b,4b自身に複共振特性を持たせることができるので、複数の周波数に対応した偏波共用アンテナを得ることができる。
As described above, according to the fourth embodiment, the vertically polarized
また、実施の形態3の構成と実施の形態4の構成を組み合わせることも可能である。これにより、対応周波数をさらに増加させることができる。 It is also possible to combine the configuration of the third embodiment and the configuration of the fourth embodiment. Thereby, the corresponding frequency can be further increased.
なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。 In the present invention, within the scope of the invention, any combination of the embodiments, or any modification of any component in each embodiment, or omission of any component in each embodiment is possible. .
1 導体板、2,2b 垂直偏波アンテナ、3,3b 給電線路、4,4b 水平偏波アンテナ、5,8 誘電体基板、6 非励振素子(第1の導体)、7 非励振素子(第2の導体)、21,22,41,42 導体、31,33 伝送線路(第1の伝送線路)、32,34 伝送線路(第2の伝送線路)、331 内導体、332 外導体、341 信号線、342 グランド。
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記導体板上に90度回転対称となるように配置された4つのモノポールアンテナと、
前記モノポールアンテナの回転対称軸上に配置された第1の伝送線路、及び当該第1の伝送線路に対して折れ曲がって接続された第2の伝送線路を有する給電線路と、
前記給電線路の第2の伝送線路に接続され、前記導体板に対して平行且つ前記回転対称軸に対して90度回転対称となるように配置された4つのダイポールアンテナと、
各々の前記モノポールアンテナに対し、隣接する前記モノポールアンテナとの間で位相が90度ずれ、且つ対向する前記モノポールアンテナとの間で位相が180度ずれた電力を供給する給電回路と
を備えたアンテナ装置。 A conductor plate;
Four monopole antennas arranged to be 90-degree rotationally symmetric on the conductor plate;
A first transmission line disposed on the rotational symmetry axis of the monopole antenna, and a feed line having a second transmission line bent and connected to the first transmission line;
Four dipole antennas connected to the second transmission line of the feeder line and arranged so as to be 90 degrees rotationally symmetric with respect to the rotational symmetry axis and parallel to the conductor plate;
A power feeding circuit that supplies power with a phase shift of 90 degrees between the adjacent monopole antennas and a phase shift of 180 degrees between the monopole antennas facing each of the monopole antennas; Antenna device provided.
ことを特徴とする請求項1記載のアンテナ装置。 The antenna device according to claim 1, wherein the feed line is provided for each of the dipole antennas.
前記第2の伝送線路は、前記ダイポールアンテナ毎に設けられた4つの伝送線路である
ことを特徴とする請求項1記載のアンテナ装置。 The first transmission line is one transmission line disposed on the axis of the rotational symmetry axis,
The antenna device according to claim 1, wherein the second transmission line is four transmission lines provided for each of the dipole antennas.
ことを特徴とする請求項3記載のアンテナ装置。 The antenna device according to claim 3, further comprising: a first conductor that is provided for each dipole antenna and causes multiple resonance with the corresponding dipole antenna.
ことを特徴とする請求項3又は請求項4記載のアンテナ装置。 5. The antenna device according to claim 3, further comprising a second conductor that is provided for each monopole antenna and causes multiple resonance with the corresponding monopole antenna.
ことを特徴とする請求項3から請求項5のうちのいずれか1項記載のアンテナ装置。 The antenna device according to any one of claims 3 to 5, wherein the dipole antenna includes a plurality of branched conductors that generate multiple resonances.
ことを特徴とする請求項3から請求項6のうちのいずれか1項記載のアンテナ装置。 The antenna device according to any one of claims 3 to 6, wherein the monopole antenna includes a plurality of branched conductors that generate multiple resonances.
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN106600984A (en) * | 2017-02-21 | 2017-04-26 | 蒋志波 | Road vehicle monitoring system |
WO2018047234A1 (en) * | 2016-09-06 | 2018-03-15 | 日本電業工作株式会社 | Antenna device and mimo communication system |
US11005184B2 (en) | 2018-11-29 | 2021-05-11 | Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. | Antenna apparatus |
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2015
- 2015-01-29 JP JP2015015643A patent/JP2016140046A/en active Pending
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