JP2019102881A - 周波数共用アンテナ用カバー - Google Patents

Abstract

【課題】強度を一定程度有しつつ、高い周波数帯においても良好なアンテナ電気特性が得られる周波数共用アンテナ用カバーを提供する。【解決手段】周波数共用アンテナ用カバー１は、第１の周波数帯に対応した第１のアンテナ素子の正面に位置する第１の部位２１が、第１の材料により形成されており、前記第１の周波数帯よりも高い周波数帯である第２の周波数帯に対応した第２のアンテナ素子の正面に位置し、前記第１の部位よりも大きさが小さい第２の部位３１が、前記第１の材料よりも強度及び誘電率が小さい第２の材料により形成されている。【選択図】図１

Description

本発明は周波数共用アンテナ用カバーに関する。

移動通信における通信容量の増大に対応するために、移動通信システムには複数の周波数帯が割り当てられている。今後、これまでよりも高い周波数帯の新たな割当てが見込まれる。

移動通信システム用の基地局についても複数の周波数帯に対応したアンテナを設置する必要がある。設置スペースには限りがあるため、複数の周波数帯に対応したアンテナ素子を１つのアンテナカバー内に配置して共用する複数周波数帯共用化は必須となってきている。特許文献１に、円筒状の誘電体カバーに収容された周波数共用アンテナが記載されている。

特開２００８−１５３９６７号公報

アンテナカバーの材料として、ガラス繊維強化樹脂（ＧＦＲＰ）が多く用いられる。しかし、ガラス繊維強化樹脂は誘電率が４〜５と比較的大きいことから、比較的高い周波数帯においては指向性の歪みなどの電気特性の劣化が生じる場合がある。その一方で、誘電率が比較的小さい材料を用いると、高い周波数帯における電気特性への悪影響は小さくなるものの、当該材料の強度によってはカバー全体の強度が不足する場合がある。

本発明は、このような状況に鑑み、強度を一定程度有しつつ、高い周波数帯においても良好なアンテナ電気特性が得られる周波数共用アンテナ用カバーを提供することを目的とする。

本発明に係る周波数共用アンテナ用カバーは、第１の周波数帯に対応した第１のアンテナ素子の正面に位置する第１の部位が、第１の材料により形成されており、前記第１の周波数帯よりも高い周波数帯である第２の周波数帯に対応した第２のアンテナ素子の正面に位置し、前記第１の部位よりも大きさが小さい第２の部位が、前記第１の材料よりも強度及び誘電率が小さい第２の材料により形成されている。

本発明によれば、強度を一定程度有しつつ、高い周波数帯においても良好なアンテナ電気特性が得られる周波数共用アンテナ用カバーを提供することができる。

第１の実施形態における周波数共用アンテナ用カバーの側面図である。 第１の実施形態における周波数共用アンテナ用カバーを用いた場合の、４．５ＧＨｚ帯についての水平面内指向性を示す説明図である。 比較例としての周波数共用アンテナ用カバーを示す側面図である。 比較例としての周波数共用アンテナ用カバーを用いた場合の、４．５ＧＨｚ帯についての水平面内指向性を示す説明図である。 第２の実施形態における周波数共用アンテナ用カバーの側面図である。 第３の実施形態における周波数共用アンテナ用カバーの側面図である。 図６のＢ−Ｂ線断面図である。 第３の実施形態における周波数共用アンテナ用カバーを用いた場合の、４．５ＧＨｚ帯についての水平面内指向性を示す説明図である。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。ただし、本発明は、以下の実施形態によって限定されるものではない。なお、図面において、ｘ軸はアンテナの左右方向に延び、右方向を正の方向とする。ｙ軸はアンテナの前後方向に延び、前方を正の方向とする。ｚ軸は垂直方向に延び、上方を正の方向とする。

＜第１の実施形態＞
図１に、本実施形態における周波数共用アンテナ用カバー（以下、単に「カバー」とも呼ぶ）１を示す。カバー１は、垂直方向の軸を有する略円筒状である。カバー１は、略円筒状のカバー上部２と、カバー上部２の下部に接合された略円筒状のカバー下部３とを備えている。

カバー１の内部に収容される周波数共用アンテナは、第１のアンテナ素子アレイと、この第１のアンテナ素子アレイの下方に隣接配置される第２のアンテナ素子アレイとを有する。第１のアンテナ素子アレイは、第１の周波数帯に対応した第１のアンテナ素子が垂直方向に複数個配列されてなる。第２のアンテナ素子アレイは、第１の周波数帯よりも高い周波数帯である第２の周波数帯に対応した第２のアンテナ素子が垂直方向に複数個配列されてなる。第１のアンテナ素子及び第２のアンテナ素子はいずれも、正面（ｙ軸正方向）に向かって電波を放射する。第１のアンテナ素子の素子数は、第２のアンテナ素子の素子数よりも多い。

カバー上部２は、第１の材料により形成されている。第１の材料の例は、ガラス繊維強化樹脂（ＧＦＲＰ）である。カバー上部２の内部には、第１のアンテナ素子アレイが収容される。

カバー下部３は、第１の材料よりも強度及び誘電率が小さい第２の材料により形成されている。第２の材料の例は、ＡＳＡ（acrylate styrene acrylonitrile、アクリル酸エステル・スチレン・アクリロニトリル）樹脂である。カバー下部３の内部には、第２のアンテナ素子が収容される。

カバー上部２において、第１のアンテナ素子の正面に位置する略半円筒状の部位を第１の部位２１と呼び、カバー下部３において、第２のアンテナ素子の正面に位置する略半円筒状の部位を第２の部位３１と呼ぶ。また、カバー上部２において、第１のアンテナ素子の背面に位置する略半円筒状の部位を第３の部位２２と呼び、カバー下部３において、第２のアンテナ素子の背面に位置する略半円筒状の部位を第４の部位３２と呼ぶ。

このように、カバー１は、互いに材料が異なるカバー上部２及びカバー下部３の組み合わせにより構成されている。先に述べたように、第１のアンテナ素子の素子数は、第２のアンテナ素子の素子数よりも多いことから、カバー１においてカバー上部２が占める領域はカバー下部３が占める領域よりも大きい。すなわち、第２の部位３１は、第１の部位２１よりも大きさが小さい。

図２に、カバー１を用いた周波数共用アンテナの第２の周波数帯（一例として、４．５ＧＨｚ帯）における水平面内指向性を示す。

図１及び図２に対する比較例として、図３に、全体が第１の材料のみで形成された略円筒状の周波数共用アンテナ用カバーＡを示し、図４に、カバーＡを用いた周波数共用アンテナの第２の周波数帯（一例として、４．５ＧＨｚ帯）における水平面内指向性を示す。

図２と図４の対比により、カバー１によれば、カバーの影響による指向性の歪みがカバーＡに比べて軽減され、カバーＡよりも良好な電気特性が得られる。これは、第２の周波数帯に対応した第２のアンテナ素子が、第１の材料よりも誘電率が小さい第２の材料により形成されたカバー下部３の内部に収容されているためである。また、カバー１において、第１の材料により形成されたカバー上部２が占める領域が、第１の材料よりも強度が低い第２の材料により形成されたカバー下部３が占める領域よりも大きい。そのため、カバー１によれば、全体が第１の材料により形成されたカバーＡに近いカバー強度が得られる。

このように、本実施形態におけるカバー１はカバー強度を一定程度有し、かつ、このカバー１によれば高い周波数帯においても良好な電気特性が得られる。カバー１は、第１の周波数帯と第２の周波数帯との周波数の大小関係と、第１のアンテナ素子と第２のアンテナ素子との素子数の大小関係と、第１の材料と第２の材料との誘電率及び強度の大小関係とを巧みに利用してなされたものである。

＜第２の実施形態＞
図５に、本実施形態におけるカバー１ａを示す。図１と同じ要素には同じ符号を付して詳細な説明は省略する。カバー１ａは、カバー上部２と、略円筒状であるカバー下部３ａを有する。カバー下部３ａは、第２のアンテナ素子の正面に位置する略半円筒状の第２の部位３１ａと、第２のアンテナ素子の背面に位置する略半円筒状の第４の部位３２ａとを有する。

第２の部位３１ａは、上記第２の材料により形成されている。第４の部位３２ａは、第１の部位２１及び第３の部位２２と同様に、上記第１の材料により形成されている。

このようなカバー１ａによれば、第４の部位３２ａが、第２の材料よりも強度が大きい第１の材料により形成されているため、カバー１よりも大きいカバー強度が得られる。また、第２のアンテナ素子の正面に位置する第２の部位３１ａは、誘電率が比較的小さい第２の材料により形成されているため、第２の周波数帯における電気特性への悪影響を抑えることができる。

＜第３の実施形態＞
図６及び図７に、本実施形態におけるカバー１ｂを示す。図５と同じ要素には同じ符号を付して詳細な説明は省略する。カバー１ｂは、カバー上部２とカバー下部３ｂとを有する。カバー下部３ｂは、略半円筒状の上記第４の部位３２ａと、アンテナの左右方向及び垂直方向（ｘ軸方向及びｚ軸方向）に広がりを有する平面状の第２の部位３１ｂとを有する。第２の部位３１ｂは、第４の部位３２ａの周方向両端部に接合されており、それにより内側に空間部３ｂ_１が形成されている。第２の部位３１ｂは、空間部３ｂ_１に収容される第２のアンテナ素子４の正面に位置する。第２の部位３１ｂと第４の部位３２ａとはいずれも上記第２の材料により形成されている。

カバー１ｂによれば、第２のアンテナ素子４の正面に平面状の第２の部位３１ｂが位置するため、当該素子とカバーとのアンテナ前後方向（ｙ軸方向）の距離が当該素子の部位に関わらず略一定となり、指向性に歪みが生じにくい。第２のアンテナ素子と略半円筒状の第２の部位３１又は３１ａとのアンテナ前後方向（ｙ軸方向）の距離が当該素子の部位によって変化するカバー１又は１ａを用いる場合に比べて、指向性の歪みをさらに抑えることができる。

図８に、カバー１ｂを用いた場合の、周波数共用アンテナの第２の周波数帯（一例として、４．５ＧＨｚ帯）における水平面内指向性を示す。図２との対比からわかるように、第２のアンテナ素子の正面に位置する部位を平面状とすることにより、カバーによるアンテナ電気特性の劣化を一層抑えることができる。

第１の部位２１を第２の部位３１ｂと同様に平面状とすることも可能である。しかし、カバーの形状が円筒状の場合と平面状の場合とでは受風荷重が異なる。受風荷重を計算するにあたり、円筒状の場合の計算係数は平面状の場合の計算係数よりも小さいため、見付面積が同じであれば円筒状の場合の方が受風荷重が小さくなる。その一方で、周波数が高くなるほど、その周波数帯に対応したアンテナ素子とカバーとのアンテナ前後方向の距離が当該素子の部位に関わらず略一定であることが好ましい。そこで、本実施形態では、第１の部位２１を半円筒状とし、第２の部位３１ｂを平面状としている。

なお、第４の部位３２ａを第１の材料により形成することも可能である。

＜その他＞
第２の材料により形成された、単層構造である第２の部位３１ｂ及び第４の部位３２ａ（図７）の内側に、第３の材料により形成された層状部３１ｂ_１を設けてもよい。第３の材料は、上記第１の材料よりも誘電率が小さく、かつ上記第２の材料よりも強度が大きい材料とすることができる。第３の材料の例は、ポリカーボネート（ＰＣ）である。ＡＳＡ樹脂とポリカーボネートとを比較した場合、耐候性の点では前者が優れており、強度の点では後者が優れている。そこで、第２の部位３１ｂ及び第４の部位３２ａを形成する第２の材料をＡＳＡ樹脂とし、その内側の層状部３１ｂ_１を形成する第３の材料をポリカーボネートとすることで、カバー下部３の全体的な耐候性及び強度をさらに高めることができる。

第２の部位３１及び第４の部位３２（図１）の内側並びに第２の部位３１ａ（図５）の内側に、第３の材料により形成された層状部を設けてもよい。

周波数共用アンテナとして、第１の周波数帯及び第２の周波数帯に対応した周波数共用アンテナを例に挙げたが、これに限られず、３以上の周波数帯に対応した周波数共用アンテナにも上記各実施形態のカバーを適用することができる。

本発明の特定の実施形態について説明したが、本発明はこのような実施形態に限定されず、本発明の技術的思想に基づく種々の変更は本発明の概念に含まれる。

１ 周波数共用アンテナ用カバー
２ カバー上部
２１ 第１の部位
２２ 第３の部位
３ カバー下部
３１ 第２の部位
３２ 第４の部位

１ａ 周波数共用アンテナ用カバー
３ａ カバー下部
３１ａ 第２の部位
３２ａ 第４の部位

１ｂ 周波数共用アンテナ用カバー
３ｂ カバー下部
３１ｂ 第２の部位
３ｂ_１ 空間部
４ 第２のアンテナ素子

３１ｂ_１ 層状部

Claims (5)

1. 周波数共用アンテナ用カバーであって、
   第１の周波数帯に対応した第１のアンテナ素子の正面に位置する第１の部位が、第１の材料により形成されており、
   前記第１の周波数帯よりも高い周波数帯である第２の周波数帯に対応した第２のアンテナ素子の正面に位置し、前記第１の部位よりも大きさが小さい第２の部位が、前記第１の材料よりも強度及び誘電率が小さい第２の材料により形成されている、周波数共用アンテナ用カバー。
2. 前記第１のアンテナ素子の背面に位置する第３の部位が、前記第１の材料により形成されており、
   前記第２のアンテナ素子の背面に位置する第４の部位が、前記第２の材料により形成されている、請求項１に記載の周波数共用アンテナ用カバー。
3. 前記第１のアンテナ素子の背面に位置する第３の部位と、前記第２のアンテナ素子の背面に位置する第４の部位とが、前記第１の材料により形成されている、請求項１に記載の周波数共用アンテナ用カバー。
4. 前記第１のアンテナ素子と前記第２のアンテナ素子とが垂直方向に隣接し、
   前記第１の部位と、前記第１のアンテナ素子の背面に位置する第３の部位と、前記第２のアンテナ素子の背面に位置する第４の部位とが、垂直方向の軸を有する略半円筒状に形成され、
   前記第２の部位が垂直方向及びアンテナ左右方向に広がりを有する平面状に形成されている、請求項１〜３のいずれか一項に記載の周波数共用アンテナ用カバー。
5. 前記第２の部位の内側に、前記第１の材料よりも誘電率が小さく、かつ前記第２の材料よりも強度が大きい第３の材料により形成された層状部が設けられている、請求項１〜４のいずれか一項に記載の周波数共用アンテナ用カバー。

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