JP2017139686A - アンテナおよび基地局 - Google Patents
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Abstract
【課題】指向性の周波数変動を抑えつつ、アンテナの動作帯域を元の動作帯域より低い周波数帯に拡大する。
【解決手段】アンテナ素子20の中心Cと給電点FPとを結ぶ直線SLが延在する方向を第1方向としたとき、アンテナ素子20に対して第1方向と直交する方向の両側に設けられた第1無給電素子31,32と、アンテナ素子20に対して第1方向の両側に設けられた第2無給電素子33,34とを備える。第1無給電素子31,32の各々は、アンテナ素子20を挟んでグランド板10とは反対側に設けられ、グランド板10と垂直な方向から見た場合にアンテナ素子20と一部が重なる。第2無給電素子33,34の各々は、アンテナ素子20と同一平面上またはアンテナ素子20を挟んでグランド板10とは反対側に設けられ、第1方向の幅がアンテナ素子20の第1方向の幅より小さい。
【選択図】図1
【解決手段】アンテナ素子20の中心Cと給電点FPとを結ぶ直線SLが延在する方向を第1方向としたとき、アンテナ素子20に対して第1方向と直交する方向の両側に設けられた第1無給電素子31,32と、アンテナ素子20に対して第1方向の両側に設けられた第2無給電素子33,34とを備える。第1無給電素子31,32の各々は、アンテナ素子20を挟んでグランド板10とは反対側に設けられ、グランド板10と垂直な方向から見た場合にアンテナ素子20と一部が重なる。第2無給電素子33,34の各々は、アンテナ素子20と同一平面上またはアンテナ素子20を挟んでグランド板10とは反対側に設けられ、第1方向の幅がアンテナ素子20の第1方向の幅より小さい。
【選択図】図1
Description
本発明は、アンテナおよび基地局に関する。
移動体通信には多くの周波数帯が割り当てられている。このため複数の周波数帯を1つのアンテナでカバーすることが可能な基地局用のマルチバンドアンテナの開発が行われている。また、基地局は設置スペースが限られているため、新たな周波数帯が割り当てられた場合に、この周波数帯用のアンテナを追加するのではなく、元のアンテナの動作帯域を拡大できるようにすることが望ましい。
アンテナの動作帯域を拡大する方法として、例えば特許文献1には、パッチ導体に対し、ストリップ導体の延在方向に直角な方向の両側に補助パッチ導体を配置することが記載されている。また、非特許文献1には、MSA(MicroStrip Antenna)素子に対し、給電点のオフセット方向とその反対方向にMSA素子と同程度の大きさの無給電素子を配置することが記載されている。
Ikabata Munenori,Cho Keizo,「Bandwidth improvement of MSA with co-located parasitic elements」,Electromagnetics (iWEM) 2014 IEEE International Workshop on,IEEE,2014年,p.165-166
特許文献1の場合、アンテナの動作帯域を拡大することはできるが、非特許文献1の記載から明らかとなるように半値幅の周波数変動が大きくなってしまう。これは、基地局用のアンテナとして用いた場合、基地局の無線エリアが周波数によって大きく変動してしまうことを意味する。また、非特許文献1の場合、半値幅の周波数変動を抑制することはできるが、アンテナの動作帯域を元の動作帯域より高い周波数帯にしか拡大することができない。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、指向性の周波数変動を抑えつつ、アンテナの動作帯域を元の動作帯域より低い周波数帯に拡大することを目的とする。
本発明に係るアンテナは、グランド板と、前記グランド板に対して間隔を隔てて配置された板状のアンテナ素子と、前記アンテナ素子において、前記アンテナ素子の中心からオフセットされた位置に設けられた給電点と、前記中心と前記給電点とを結ぶ直線が延在する方向を第1方向としたとき、前記アンテナ素子に対して前記第1方向と直交する方向の両側に設けられた2つの第1無給電素子と、前記アンテナ素子に対して前記第1方向の両側に設けられた2つの第2無給電素子と、を備え、前記2つの第1無給電素子の各々は、前記アンテナ素子を挟んで前記グランド板とは反対側に設けられ、前記グランド板と垂直な方向から見た場合に前記アンテナ素子と一部が重なり、前記2つの第2無給電素子の各々は、前記アンテナ素子と同一平面上または前記アンテナ素子を挟んで前記グランド板とは反対側に設けられ、前記第1方向の幅が前記アンテナ素子の前記第1方向の幅より小さい。
本発明によれば、指向性の周波数変動を抑えつつ、アンテナの動作帯域を元の動作帯域より低い周波数帯に拡大することができる。
以下、図面を参照して本発明に係る実施の形態を説明する。なお、図面において各部の寸法の比率は実際のものと適宜異なる。
<第1実施形態>
図1は、本発明の第1実施形態に係るアンテナ1の正面図である。また、図2はY方向から見た場合のアンテナ1の側面図であり、図3はX方向から見た場合のアンテナ1の側面図である。このアンテナ1は、例えば、移動体通信において基地局用のマルチバンドアンテナとして使用されるものであり、グランド板10と、アンテナ素子20と、4つの無給電素子31〜34とを備える。グランド板10とアンテナ素子20と無給電素子31〜34は、いずれも金属等の導体で形成された板状の部材である。
<第1実施形態>
図1は、本発明の第1実施形態に係るアンテナ1の正面図である。また、図2はY方向から見た場合のアンテナ1の側面図であり、図3はX方向から見た場合のアンテナ1の側面図である。このアンテナ1は、例えば、移動体通信において基地局用のマルチバンドアンテナとして使用されるものであり、グランド板10と、アンテナ素子20と、4つの無給電素子31〜34とを備える。グランド板10とアンテナ素子20と無給電素子31〜34は、いずれも金属等の導体で形成された板状の部材である。
図1に示すように、グランド板10の形状は正方形であり、そのサイズは200mm(X方向)×200mm(Y方向)である。また、アンテナ素子20の形状は長方形であり、そのサイズは59mm(X方向)×62mm(Y方向)である。アンテナ素子20はグランド板10に対してZ方向に所定の間隔を隔てて対向配置されており、両者のZ方向の離間間隔は7.5mmである(図2,図3)。
アンテナ素子20には、その中心Cから−Y方向に17mmだけオフセットされた位置に給電点FPが設けられている。この場合、給電点FPのオフセット方向は−Y方向になる。また、アンテナ素子20の中心Cと給電点FPとを結ぶ直線SLが延在する方向(第1方向)は±Y方向になり、第1方向に直交する方向は±X方向になる。
アンテナ素子20に対して±X方向の両側には、2つの無給電素子31,32(第1無給電素子)が設けられている。無給電素子31,32の各々は、長方形の形状を有し、そのサイズは18mm(X方向)×54mm(Y方向)である。Z方向(グランド板10と垂直な方向)からアンテナ1を平面視した場合、無給電素子31,32の各々は、アンテナ素子20と一部が重なり、重なる部分のX方向の幅は13mmである。また、図2および図3に示すように、無給電素子31,32とグランド板10とのZ方向の離間間隔は20.5mmである。
アンテナ素子20に対して±Y方向の両側には、2つの無給電素子33,34(第2無給電素子)が設けられている。無給電素子33,34の各々は、長方形の形状を有し、そのサイズは59mm(X方向)×14mm(Y方向)である。無給電素子33,34のY方向の幅は14mmであり、アンテナ素子20のY方向の幅(62mm)より小さい。無給電素子33,34とアンテナ素子20とのY方向の離間間隔は1mmである。また、図2および図3に示すように、無給電素子33,34とグランド板10とのZ方向の離間間隔は7.5mmである。
なお、無給電素子31,32は、アンテナ素子20とのZ方向の離間間隔が13mm(20.5mm−7.5mm)あるが、Z方向からアンテナ1を平面視した場合にアンテナ素子20と重なる部分を有する。一方、無給電素子33,34は、Z方向からアンテナ1を平面視した場合にアンテナ素子20と重なる部分はないが、アンテナ素子20とのY方向の離間間隔が1mmと小さい。このように4つの無給電素子31〜34は、いずれもアンテナ素子20と離間しているが、アンテナ素子20の近傍に配置されている。また、図2および図3に示すように、無給電素子31,32は、アンテナ素子20よりZ方向側(アンテナ素子20を挟んでグランド板10とは反対側)に配置されているのに対し、無給電素子33,34は、アンテナ素子20と同一平面上に配置されている。
図4は、給電点FPの部分の構造を示すアンテナ1の一部断面図である。また、図5は、同軸ケーブル50の構造を示す斜視図である。図4に示すように、グランド板10のうち給電点FPと対向する部分には、円形状の開口部OPが形成されている。図5に示すように、同軸ケーブル50は、その内側から順に、金属等の導体で形成された芯線52と、芯線52の周囲を覆う絶縁層54と、金属等の導体で編組された網線56と、網線56を被覆する外皮58とを有する。例えば、芯線52と網線56の材料は銅であり、絶縁層54と外皮58の材料はポリエチレン等の絶縁体である。
アンテナ1には同軸ケーブル50を用いて給電が行われる。より具体的に説明すると、同軸ケーブル50の芯線52は、グランド板10の−Z方向側から開口部OPを介してグランド板10とアンテナ素子20との間に挿入され、その先端がアンテナ素子20にハンダ付けされる。また、同軸ケーブル50の網線56は、グランド板10のうち開口部OPの周縁部にハンダ付けされる。このように給電点FPは、同軸ケーブル50の芯線52とアンテナ素子20との接続位置である。
また、同軸ケーブル50を介してアンテナ1に高周波電力が給電されると、アンテナ1から電波(直線偏波)が放射される。この際、4つの無給電素子31〜34はアンテナ素子20の近傍に配置されているため、アンテナ素子20に励振された電磁界によって無給電素子31〜34にも高周波電流が誘起され、アンテナ素子20と無給電素子31〜34とが共に放射素子として機能する。
図6〜図8は、対比例1に係るアンテナ8を示す図であり、図6は正面図、図7はY方向から見た場合の側面図、図8はX方向から見た場合の側面図である。対比例1に係るアンテナ8は、第1実施形態に係るアンテナ1から4つの無給電素子31〜34を取り除いた構成を有している。すなわち、対比例1に係るアンテナ8は、4つの無給電素子31〜34を追加する前の元のアンテナであって、グランド板10とアンテナ素子20についてのサイズや配置、給電点FPの位置は、第1実施形態に係るアンテナ1と同じである。
図9〜図11は、対比例2に係るアンテナ9を示す図であり、図9は正面図、図10はY方向から見た場合の側面図、図11はX方向から見た場合の側面図である。対比例2に係るアンテナ9は、第1実施形態に係るアンテナ1と比較した場合に以下の2点で構成が相違するが、グランド板10とアンテナ素子20と無給電素子33,34についてのサイズや配置、給電点FPの位置は、第1実施形態に係るアンテナ1と同じである。
(1)無給電素子41,42の位置
第1実施形態に係るアンテナ1では、アンテナ素子20に対して±X方向の両側に設けられた無給電素子31,32の各々が、アンテナ素子20よりZ方向側に配置され(図2,図3)、Z方向からアンテナ1を平面視した場合にアンテナ素子20と一部が重なっている(図1)。これに対し、対比例2に係るアンテナ9では、アンテナ素子20に対して±X方向の両側に設けられた無給電素子41,42の各々が、アンテナ素子20と同一平面上に配置され(図10,図11)、Z方向からアンテナ9を平面視した場合にアンテナ素子20と重なっていない(図9)。このように対比例2に係るアンテナ9は、4つ無給電素子41,42,33,34の全てがアンテナ素子20と同一平面上に配置されている。
第1実施形態に係るアンテナ1では、アンテナ素子20に対して±X方向の両側に設けられた無給電素子31,32の各々が、アンテナ素子20よりZ方向側に配置され(図2,図3)、Z方向からアンテナ1を平面視した場合にアンテナ素子20と一部が重なっている(図1)。これに対し、対比例2に係るアンテナ9では、アンテナ素子20に対して±X方向の両側に設けられた無給電素子41,42の各々が、アンテナ素子20と同一平面上に配置され(図10,図11)、Z方向からアンテナ9を平面視した場合にアンテナ素子20と重なっていない(図9)。このように対比例2に係るアンテナ9は、4つ無給電素子41,42,33,34の全てがアンテナ素子20と同一平面上に配置されている。
(2)無給電素子41,42のサイズ
第1実施形態に係るアンテナ1では、無給電素子31,32のサイズが18mm(X方向)×54mm(Y方向)であるのに対し(図1)、対比例2に係るアンテナ9では、無給電素子41,42のサイズが14mm(X方向)×62mm(Y方向)である(図9)。
第1実施形態に係るアンテナ1では、無給電素子31,32のサイズが18mm(X方向)×54mm(Y方向)であるのに対し(図1)、対比例2に係るアンテナ9では、無給電素子41,42のサイズが14mm(X方向)×62mm(Y方向)である(図9)。
図12は、アンテナ1,8,9のS11特性を示すグラフである。S11は、アンテナへの入力電力に対する反射電力の比であり、この比をデシベルで表したものがリターンロスである。例えば、リターンロスが−10dB以下の範囲をアンテナの動作帯域とした場合、対比例1、すなわち無給電素子を備えていない元のアンテナ8の動作帯域は、2010MHz〜2165MHzになる。
これに対し、対比例2、すなわち4つ無給電素子41,42,33,34の全てをアンテナ素子20と同一平面上に配置したアンテナ9の動作帯域は、1875MHz〜2110MHzになる。ここで、対比例2に係るアンテナ9は、動作帯域の下限値が1875MHzであるから、元のアンテナ8の動作帯域(2010MHz〜2165MHz)より低い周波数帯に動作帯域を拡大することができる。しかしながら、対比例2に係るアンテナ9は、動作帯域の上限値が2110MHzであるから、元のアンテナ8の動作帯域のうち、2110MHzを超えて2165MHzに至るまでの部分が動作帯域から外れてしまう。
一方、第1実施形態に係るアンテナ1の動作帯域は、1900MHz〜2195MHzになる。ここで、動作帯域の下限値を比較すると、第1実施形態に係るアンテナ1が1900MHzであるのに対し、対比例2に係るアンテナ9は1875MHzであり、対比例1に係るアンテナ8は2010MHzである。したがって、第1実施形態に係るアンテナ1は、対比例2に係るアンテナ9より動作帯域の下限値が25MHzだけ高くなってしまうが、元のアンテナ8より低い周波数帯まで動作帯域を拡大することができる。また、第1実施形態に係るアンテナ1は、動作帯域の上限値が2195MHzであるから、元のアンテナ8の動作帯域をカバーできることは勿論、元のアンテナ8の動作帯域より高い周波数帯にも動作帯域を拡大することができる。
図13は、アンテナ1,9のXZ平面における指向性について、半値幅(半値角)の周波数特性を示すグラフである。第1実施形態に係るアンテナ1の場合、半値幅は65°〜58°の範囲で推移するので、その変動幅は7°になる。これに対し、対比例2、すなわち4つ無給電素子41,42,33,34の全てをアンテナ素子20と同一平面上に配置したアンテナ9の場合、半値幅は44°〜114°の範囲で推移するので、その変動幅は70°になる。したがって、第1実施形態に係るアンテナ1は、対比例2に係るアンテナ9よりも半値幅の周波数変動が小さい。
また、アンテナ1,9について各々の動作帯域内における半値幅の変動を比較した場合も同様のことが言える。すなわち、第1実施形態に係るアンテナ1の場合は、動作帯域が1900MHz〜2195MHzであり、この帯域内において半値幅は63°〜58°の範囲で推移するのでその変動幅は5°になる。これに対し、対比例2に係るアンテナ9の場合は、動作帯域が1875MHz〜2110MHzであり、この帯域内において半値幅は61°〜44°の範囲で推移するのでその変動幅は17°になる。したがって、動作帯域内について比較した場合も、第1実施形態に係るアンテナ1の方が、対比例2に係るアンテナ9より半値幅の周波数変動を小さく抑えることができる。
この半値幅の周波数変動は、アンテナのXZ平面における指向性が周波数によって変動することを意味し、基地局用のアンテナとした用いた場合、基地局の無線エリアが周波数によって変動してしまうことを意味する。したがって、第1実施形態に係るアンテナ1を基地局用のマルチバンドアンテナとして用いると、基地局の無線エリアが周波数によって変動してしまうことを抑制することができる。
発明者が鋭意検討した結果、給電点FPのオフセット方向が−Y方向(または+Y方向)の場合は、図6〜図8に示した元のアンテナ8に対し、図1に示したように、アンテナ素子20の±Y方向の両側に無給電素子33,34を追加し、この無給電素子33,34の各々のY方向の幅をアンテナ素子20のY方向の幅より小さくすることで、元のアンテナ8の動作帯域より低い周波数帯に動作帯域を拡大できることがわかった。さらに、アンテナ素子20に対して±X方向の両側にも無給電素子31,32を追加し、この無給電素子31,32の各々を、アンテナ素子20よりZ方向側であって、かつZ方向からアンテナ1を平面視した場合にアンテナ素子20と一部が重なる位置に配置することで、指向性の周波数変動を抑制できることや、元のアンテナ8の動作帯域より高い周波数帯にも動作帯域を拡大できることがわかった。
なお、無給電素子31,32については、アンテナ素子20と同一平面上に配置するのではなく、アンテナ素子20よりZ方向側であって、かつZ方向からアンテナ1を平面視した場合にアンテナ素子20と一部が重なる位置に配置することで、無給電素子31,32とアンテナ素子20との相互結合の結合力を高めることができる。これにより、無給電素子31,32をアンテナ素子20と同一平面上に配置した場合に比べ、より高い周波数帯まで動作帯域を拡大することや、指向性の周波数変動をより小さく抑えることが可能になる。
また、無給電素子33,34は、図2および図3に示したようにアンテナ素子20と同一平面上に配置される態様に限らず、アンテナ素子20よりZ方向側に配置されてもよい。無給電素子33,34のY方向の幅は、アンテナ素子20のY方向の幅より小さければよく、14mmに限らない。また、無給電素子33と無給電素子34とでY方向の幅やX方向の幅が異なってもよい。無給電素子31,32のY方向の幅(54mm)についても、アンテナ素子20のY方向の幅(62mm)より小さい態様に限らず、アンテナ素子20のY方向の幅と同じであってもよいし、アンテナ素子20のY方向の幅より大きくてもよい。また、無給電素子31と無給電素子32とでY方向の幅やX方向の幅が異なってもよい。
以上説明したように第1実施形態に係るアンテナ1では、アンテナ素子20に対して±Y方向(アンテナ素子20の中心Cと給電点FPとを結ぶ直線SLの延在する方向/第1方向)の両側に設けられた無給電素子33,34について、無給電素子33,34の各々をアンテナ素子20と同一平面上またはアンテナ素子20よりZ方向側に配置すると共に、無給電素子33,34の各々のY方向の幅をアンテナ素子20のY方向の幅より小さくしている。また、アンテナ素子20に対して±X方向(第1方向と直交する方向)の両側に設けられた無給電素子31,32の各々を、アンテナ素子20よりZ方向側であって、かつZ方向からアンテナ1を平面視した場合にアンテナ素子20と一部が重なる位置に配置している。
以上の構成によれば、図12および図13から明らかとなるように、指向性の周波数変動を抑えつつ、アンテナ1の動作帯域を元のアンテナ8の動作帯域より低い周波数帯に拡大することができる。また、アンテナ1の動作帯域を元のアンテナ8の動作帯域より高い周波数帯にも拡大することが可能である。
なお、給電点FPのオフセット方向が−X方向または+X方向であって、アンテナ素子20の中心Cと給電点FPとを結ぶ直線SLの延在する方向(第1方向)が±X方向になり、この第1方向と直交する方向が±Y方向になる場合は、アンテナ素子20に対して±X方向の両側に設けられた無給電素子31,32について、無給電素子31,32の各々をアンテナ素子20と同一平面上またはアンテナ素子20よりZ方向側に配置すると共に、無給電素子31,32の各々のX方向の幅をアンテナ素子20のX方向の幅より小さくすればよい。また、アンテナ素子20に対して±Y方向の両側に設けられた無給電素子33,34の各々を、アンテナ素子20よりZ方向側であって、かつZ方向からアンテナ1を平面視した場合にアンテナ素子20と一部が重なる位置に配置すればよい。
<第2実施形態>
図14は、本発明の第2実施形態に係るアンテナ2の正面図である。また、図15はY方向から見た場合のアンテナ2の側面図であり、図16はX方向から見た場合のアンテナ2の側面図である。本実施形態において、第1実施形態と共通する要素には、第1実施形態で使用した符号を付し、説明を適宜省略する。
図14は、本発明の第2実施形態に係るアンテナ2の正面図である。また、図15はY方向から見た場合のアンテナ2の側面図であり、図16はX方向から見た場合のアンテナ2の側面図である。本実施形態において、第1実施形態と共通する要素には、第1実施形態で使用した符号を付し、説明を適宜省略する。
第2実施形態に係るアンテナ2は、第1実施形態に係るアンテナ1と比較した場合に以下の2点で構成が相違するが、グランド板10とアンテナ素子20と無給電素子31,32についてのサイズや配置、給電点FPの位置は、第1実施形態に係るアンテナ1と同じである。
(1)無給電素子35,36の位置
第1実施形態に係るアンテナ1では、アンテナ素子20に対して±Y方向の両側に設けられた無給電素子33,34の各々が、アンテナ素子20と同一平面上に配置され(図2,図3)、Z方向からアンテナ1を平面視した場合にアンテナ素子20と重なっていない(図1)。これに対し、第2実施形態に係るアンテナ2では、アンテナ素子20に対して±Y方向の両側に設けられた無給電素子35,36の各々が、アンテナ素子20よりZ方向側に配置され(図15,図16)、Z方向からアンテナ2を平面視した場合にアンテナ素子20と一部が重なっている(図14)。
第1実施形態に係るアンテナ1では、アンテナ素子20に対して±Y方向の両側に設けられた無給電素子33,34の各々が、アンテナ素子20と同一平面上に配置され(図2,図3)、Z方向からアンテナ1を平面視した場合にアンテナ素子20と重なっていない(図1)。これに対し、第2実施形態に係るアンテナ2では、アンテナ素子20に対して±Y方向の両側に設けられた無給電素子35,36の各々が、アンテナ素子20よりZ方向側に配置され(図15,図16)、Z方向からアンテナ2を平面視した場合にアンテナ素子20と一部が重なっている(図14)。
(2)無給電素子35,36のY方向の幅
第1実施形態に係るアンテナ1では、無給電素子33,34のY方向の幅が14mmであるのに対し(図1)、第2実施形態に係るアンテナ2では、無給電素子35,36のY方向の幅が10mmであり(図14)、第1実施形態に比べて4mmほど短い。
第1実施形態に係るアンテナ1では、無給電素子33,34のY方向の幅が14mmであるのに対し(図1)、第2実施形態に係るアンテナ2では、無給電素子35,36のY方向の幅が10mmであり(図14)、第1実施形態に比べて4mmほど短い。
なお、第2実施形態に係るアンテナ2においても、第1実施形態の場合と同様に、アンテナ素子20に対して±Y方向の両側に設けられた無給電素子35,36について、無給電素子35,36の各々のY方向の幅(10mm)をアンテナ素子20のY方向の幅(62mm)より小さくしている。また、アンテナ素子20に対して±X方向の両側に設けられた無給電素子31,32の各々を、アンテナ素子20よりZ方向側であって、かつZ方向からアンテナ2を平面視した場合にアンテナ素子20と一部が重なる位置に配置している。
図17は、アンテナ2,8のS11特性を示すグラフである。リターンロスが−10dB以下の範囲をアンテナの動作帯域とした場合、対比例1に係るアンテナ8の動作帯域が2010MHz〜2165MHzになるのに対し、第2実施形態に係るアンテナ2の動作帯域は1865MHz〜2145MHzになる。
ここで、第2実施形態に係るアンテナ2は、動作帯域の上限値が2145MHzであるから、対比例1、すなわち無給電素子を備えていない元のアンテナ8の動作帯域(2010MHz〜2165MHz)のうち、2145MHzを超えて2165MHzに至るまでの部分が動作帯域から外れてしまう。しかしながら、第2実施形態に係るアンテナ2は、動作帯域の下限値が1865MHzであるから、元のアンテナ8の動作帯域より低い周波数帯に動作帯域を拡大することができる。また、第1実施形態に係るアンテナ1の動作帯域は1900MHz〜2195MHzであるから(図12)、第2実施形態に係るアンテナ2は、第1実施形態に係るアンテナ1よりさらに低い周波数帯まで動作帯域を拡大することができる。
なお、第2実施形態では、無給電素子35,36の各々を、アンテナ素子20よりZ方向側であって、かつZ方向からアンテナ2を平面視した場合にアンテナ素子20と一部が重なる位置に配置することで、無給電素子35,36とアンテナ素子20との相互結合の結合力を高めている。その結果、無給電素子35,36のY方向の幅を第1実施形態に比べて4mmほど短くしても、第1実施形態に係るアンテナ1よりさらに低い周波数帯まで動作帯域を拡大することができる。
図18は、アンテナ2のXZ平面における指向性について、半値幅の周波数特性を示すグラフである。同図に示す半値幅の周波数特性は、図13に示した第1実施形態に係るアンテナ1の特性とおおむね同じである。したがって、第2実施形態に係るアンテナ2についても、図13に示した対比例2に係るアンテナ9の特性と比較した場合に、半値幅(指向性)の周波数変動を小さく抑制できていることがわかる。
以上説明したように、アンテナ素子20に対して±Y方向の両側に設けられた無給電素子35,36の各々を、アンテナ素子20よりZ方向側であって、かつZ方向からアンテナ2を平面視した場合にアンテナ素子20と一部が重なる位置に配置してもよい。第2実施形態に係るアンテナ2によれば、指向性の周波数変動を抑えつつ、第1実施形態に係るアンテナ1よりさらに低い周波数帯までアンテナ2の動作帯域を拡大することができる。
なお、給電点FPのオフセット方向が−X方向または+X方向であって、アンテナ素子20の中心Cと給電点FPとを結ぶ直線SLの延在する方向(第1方向)が±X方向になり、この第1方向と直交する方向が±Y方向になる場合は、アンテナ素子20に対して±X方向の両側に設けられた無給電素子31,32に対し、本実施形態で説明した無給電素子35,36と同様の構成を採用すればよい。
<第3実施形態>
図19は、本発明の第3実施形態に係るアンテナ3の正面図である。また、図20はY方向から見た場合のアンテナ3の側面図であり、図21はX方向から見た場合のアンテナ3の側面図である。本実施形態においても、第1実施形態と共通する要素には、第1実施形態で使用した符号を付し、説明を適宜省略する。
図19は、本発明の第3実施形態に係るアンテナ3の正面図である。また、図20はY方向から見た場合のアンテナ3の側面図であり、図21はX方向から見た場合のアンテナ3の側面図である。本実施形態においても、第1実施形態と共通する要素には、第1実施形態で使用した符号を付し、説明を適宜省略する。
第3実施形態に係るアンテナ3は、第2実施形態に係るアンテナ2と比較した場合に以下の2点で構成が相違するが、グランド板10とアンテナ素子20と無給電素子31,32についてのサイズや配置、給電点FPの位置は、第2実施形態に係るアンテナ2と同じである。
(1)無給電素子37,38のY方向の幅
第2実施形態に係るアンテナ2では、アンテナ素子20に対して±Y方向の両側に設けられた無給電素子35,36のY方向の幅がどちらも10mmである(図14)。これに対し、第3実施形態に係るアンテナ3では、アンテナ素子20に対して±Y方向の両側に設けられた無給電素子37,38のY方向の幅が、無給電素子37の場合は9mmであり、無給電素子38の場合は12mmである(図19)。
第2実施形態に係るアンテナ2では、アンテナ素子20に対して±Y方向の両側に設けられた無給電素子35,36のY方向の幅がどちらも10mmである(図14)。これに対し、第3実施形態に係るアンテナ3では、アンテナ素子20に対して±Y方向の両側に設けられた無給電素子37,38のY方向の幅が、無給電素子37の場合は9mmであり、無給電素子38の場合は12mmである(図19)。
(2)無給電素子37,38の位置
第2実施形態に係るアンテナ2では、Z方向からアンテナ2を平面視した場合に、無給電素子35,36とアンテナ素子20との重なる部分のY方向の幅がどちらも5mmである(図14)。これに対し、第3実施形態に係るアンテナ3では、Z方向からアンテナ3を平面視した場合に、無給電素子37,38とアンテナ素子20との重なる部分のY方向の幅が、無給電素子37の場合は7mmであり、無給電素子38の場合は8mmである(図19)。
第2実施形態に係るアンテナ2では、Z方向からアンテナ2を平面視した場合に、無給電素子35,36とアンテナ素子20との重なる部分のY方向の幅がどちらも5mmである(図14)。これに対し、第3実施形態に係るアンテナ3では、Z方向からアンテナ3を平面視した場合に、無給電素子37,38とアンテナ素子20との重なる部分のY方向の幅が、無給電素子37の場合は7mmであり、無給電素子38の場合は8mmである(図19)。
なお、第3実施形態に係るアンテナ3においても、第2実施形態の場合と同様に、アンテナ素子20に対して±Y方向の両側に設けられた無給電素子37,38について、無給電素子37,38の各々のY方向の幅(9mm,12mm)をアンテナ素子20のY方向の幅(62mm)より小さくすると共に、無給電素子37,38の各々を、アンテナ素子20よりZ方向側であって、かつZ方向からアンテナ3を平面視した場合にアンテナ素子20と一部が重なる位置に配置している。また、アンテナ素子20に対して±X方向の両側に設けられた無給電素子31,32の各々を、アンテナ素子20よりZ方向側であって、かつZ方向からアンテナ3を平面視した場合にアンテナ素子20と一部が重なる位置に配置している。
図22は、アンテナ3,8のS11特性を示すグラフである。リターンロスが−10dB以下の範囲をアンテナの動作帯域とした場合、対比例1に係るアンテナ8の動作帯域が2010MHz〜2165MHzになるのに対し、第3実施形態に係るアンテナ3の動作帯域は1870MHz〜2175MHzになる。
ここで、動作帯域の下限値を比較すると、第3実施形態に係るアンテナ3の場合が1870MHzであるのに対し、対比例1に係る元のアンテナ8の場合は2010MHzであり、第2実施形態に係るアンテナ2の場合は1865MHz(図17)であり、第1実施形態に係るアンテナ1の場合は1900MHz(図12)である。したがって、第3実施形態に係るアンテナ3は、第2実施形態に係るアンテナ2より動作帯域の下限値が5MHzだけ高くなってしまうが、第1実施形態に係るアンテナ1や元のアンテナ8よりさらに低い周波数帯まで動作帯域を拡大することができる。
また、第3実施形態に係るアンテナ3は、動作帯域の上限値が2175MHzであるから、元のアンテナ8の動作帯域をカバーできることは勿論、元のアンテナ8の動作帯域より高い周波数帯にも動作帯域を拡大することができる。つまり、第2実施形態に係るアンテナ2の場合は、元のアンテナ8の動作帯域の上限部分(2145MHzを超えて2165MHzに至るまでの部分)をカバーしきれていないのに対し(図17)、第3実施形態に係るアンテナ3では、元のアンテナ8の動作帯域より高い周波数帯にも動作帯域を拡大することが可能である。
図23は、アンテナ3のXZ平面における指向性について、半値幅の周波数特性を示すグラフである。同図に示す半値幅の周波数特性は、図13に示した第1実施形態に係るアンテナ1の特性や、図18に示した第2実施形態に係るアンテナ2の特性とおおむね同じである。したがって、第3実施形態に係るアンテナ3についても、図13に示した対比例2に係るアンテナ9の特性と比較した場合に、半値幅(指向性)の周波数変動を小さく抑制できていることがわかる。
以上説明したように、アンテナ素子20に対して±Y方向の両側に設けられた無給電素子37,38について、無給電素子37と無給電素子38とでY方向の幅を変えてもよい。第3実施形態に係るアンテナ3によれば、指向性の周波数変動を抑えつつ、第1実施形態に係るアンテナ1よりさらに低い周波数帯までアンテナ3の動作帯域を拡大できることに加え、元のアンテナ8の動作帯域より高い周波数帯にもアンテナ3の動作帯域を拡大することができる。
なお、給電点FPのオフセット方向が−X方向または+X方向であって、アンテナ素子20の中心Cと給電点FPとを結ぶ直線SLの延在する方向(第1方向)が±X方向になり、この第1方向と直交する方向が±Y方向になる場合は、アンテナ素子20に対して±X方向の両側に設けられた無給電素子31,32に対し、本実施形態で説明した無給電素子37,38と同様の構成を採用すればよい。
<変形例>
本発明は上述した各実施形態の態様に限定されるものではなく、例えば以下の変形が可能である。また、以下に示す2以上の変形を矛盾しない範囲で適宜組み合わせることもできる。
本発明は上述した各実施形態の態様に限定されるものではなく、例えば以下の変形が可能である。また、以下に示す2以上の変形を矛盾しない範囲で適宜組み合わせることもできる。
(1)グランド板とアンテナ素子との間等に誘電体を備える構成としてもよく、本発明は、マイクロストリップアンテナやパッチアンテナにも適用可能である。この場合、誘電体による波長短縮効果によってアンテナを小型化することができる。例えば、メッキ加工やスクリーン印刷によって誘電体基板の一方の表面にグランド板を形成し、他方の表面にアンテナ素子を形成することができる。また、アンテナ素子の上にさらに誘電体層を積層し、4つの無給電素子についてもメッキ加工やスクリーン印刷によって形成することが可能である。このようにグランド板とアンテナ素子と4つの無給電素子は、いずれも板状の部材であるが、メッキ加工やスクリーン印刷等によって形成された導体の薄膜も含まれる。
(2)グランド板とアンテナ素子と4つの無給電素子の形状は、矩形に限らず、例えば、楕円や四角形以上の多角形等であってもよい。また、グランド板とアンテナ素子と4つの無給電素子のサイズも各実施形態に例示したものに限らない。例えば、グランド板とアンテナ素子と4つの無給電素子についてのサイズや位置、給電点の位置を変更することで、アンテナの動作帯域を所望の周波数帯に変更することができる。このようにアンテナの動作帯域も各実施形態に例示した周波数帯に限らない。
(3)本発明は、垂直偏波用のアンテナや水平偏波用のアンテナに加え、垂直偏波と水平偏波の共用アンテナにも適用可能である。また、アンテナの可逆定理から明らかとなるように、本発明に係るアンテナは、送信用のアンテナであってもよいし、受信用のアンテナであってもよい。
(4)各実施形態で説明したアンテナを基地局に備えてもよい。この場合、基地局の無線エリアが周波数によって変動してしまうことを抑制しつつ、動作帯域を低い周波数帯に拡大することができる。なお、本発明に係るアンテナは、基地局用のアンテナに限らず、例えば、移動局用のアンテナや、その他の無線通信装置用のアンテナであってもよい。
1〜3,8,9…アンテナ、10…グランド板、20…アンテナ素子、31〜38,41,42…無給電素子、50…同軸ケーブル、52…芯線、54…絶縁層、56…網線、58…外皮、C…アンテナ素子の中心、FP…給電点、SL…直線、OP…開口部。
Claims (5)
- グランド板と、
前記グランド板に対して間隔を隔てて配置された板状のアンテナ素子と、
前記アンテナ素子において、前記アンテナ素子の中心からオフセットされた位置に設けられた給電点と、
前記中心と前記給電点とを結ぶ直線が延在する方向を第1方向としたとき、前記アンテナ素子に対して前記第1方向と直交する方向の両側に設けられた2つの第1無給電素子と、
前記アンテナ素子に対して前記第1方向の両側に設けられた2つの第2無給電素子と、を備え、
前記2つの第1無給電素子の各々は、前記アンテナ素子を挟んで前記グランド板とは反対側に設けられ、前記グランド板と垂直な方向から見た場合に前記アンテナ素子と一部が重なり、
前記2つの第2無給電素子の各々は、前記アンテナ素子と同一平面上または前記アンテナ素子を挟んで前記グランド板とは反対側に設けられ、前記第1方向の幅が前記アンテナ素子の前記第1方向の幅より小さい
アンテナ。 - 前記2つの第2無給電素子の各々は、前記アンテナ素子を挟んで前記グランド板とは反対側に設けられ、前記グランド板と垂直な方向から見た場合に前記アンテナ素子と一部が重なる
請求項1に記載のアンテナ。 - 前記2つの第2無給電素子は、前記第1方向の幅が異なる
請求項2に記載のアンテナ。 - 前記グランド板と前記アンテナ素子との間に誘電体を備える
請求項1から請求項3の何れかに記載のアンテナ。 - 請求項1から請求項4の何れかに記載のアンテナを備える
基地局。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2016020585A JP2017139686A (ja) | 2016-02-05 | 2016-02-05 | アンテナおよび基地局 |
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Cited By (4)
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US11183750B2 (en) | 2018-04-24 | 2021-11-23 | AGC Inc. | Vehicular antenna, vehicular antenna-attached window glass, and antenna system |
WO2024005076A1 (ja) * | 2022-06-30 | 2024-01-04 | 京セラ株式会社 | アンテナ素子、アンテナ基板及びアンテナモジュール |
CN117730458A (zh) * | 2021-07-29 | 2024-03-19 | Lg电子株式会社 | 天线模块及包括其的电子设备 |
US12107345B2 (en) * | 2018-08-02 | 2024-10-01 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Antenna device |
-
2016
- 2016-02-05 JP JP2016020585A patent/JP2017139686A/ja active Pending
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US11817621B2 (en) | 2018-04-24 | 2023-11-14 | AGC Inc. | Vehicular antenna, vehicular antenna-attached window glass, and antenna system |
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