JP2023506379A - フィルタリング機能を有するアンテナ振動子、フィルタリング放射ユニット及びアンテナ - Google Patents

フィルタリング機能を有するアンテナ振動子、フィルタリング放射ユニット及びアンテナ Download PDF

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Abstract

【課題】【解決手段】本発明は、フィルタリング機能を有するアンテナ振動子、フィルタリング放射ユニット及びアンテナに関し、前記フィルタリング機能を有するアンテナ振動子は管状であり、管状のアンテナ振動子には、その周方向にわたって設けられ、且つ軸方向に沿って延びる螺旋状スリットが開けられる。前記フィルタリング放射ユニットは、上部に少なくとも一つの前述のアンテナ振動子が電気的に接続される支持柱を備える。前記アンテナは、少なくとも一つの前述のフィルタリング放射ユニットが固設される反射板を備える。本発明で提供されるフィルタリング機能を有するアンテナ振動子は、信号放射と干渉抑制の両方の機能を有する。本発明のフィルタリング放射ユニットは、使用時に高周波放射素子と組み合わせて、高周波信号と低周波信号を同時に放射する目的を実現できる。本発明のアンテナは、性能が良好であり、体積が小さく、且つ集積度が高い。【選択図】図１

Description

本発明は、アンテナ分野に関し、具体的にはフィルタリング機能を有するアンテナ振動子、フィルタリング放射ユニット及びアンテナに関する。
通信の急速な発展に伴い、第５世代通信が到来し、ランニングコストの問題が考慮されるため、４Ｇ＋５Ｇモードは、通信の発展の主要な傾向となる。しかし、４Ｇアンテナと５Ｇ ｍａｓｓｉｖｅｍｉｍｏアンテナを組み合わせたアレイでは、４Ｇアンテナの放射ユニットが、５Ｇアンテナの放射ユニットに深刻な干渉を起こし、ｍａｓｓｉｖｅｍｉｍｏアンテナビームの変形によるカバレージ範囲への影響、及びシステム間のアイソレーションの規格外れをもたらす。
上記問題を解決するために、従来技術では、一般に、低周波放射ユニットアームに帯域阻止フィルタを挿入することで、低周波放射ユニット上で高周波電磁波により発生される誘導電流を効果的に抑制し、高周波放射ユニットへの低周波放射ユニットの影響を大幅に低減させるという技術的解決手段が採用されている。しかしながら、一般的には複数の独立したフィルタリング構造がロードされ、これらのフィルタリング構造は集中素子であり、振動子アームに不連続性を導入し、振動子のマッチングに影響を及ぼすことから、広帯域動作の実現、及びアンテナ動作要求の充足が非常に困難である。
本発明の第一の目的は、従来の帯域阻止フィルタの插入による不連続性の導入により、広帯域が不足するという問題を克服し、フィルタリング機能を有するアンテナ振動子を提供することである。
上記第一の目的を実現するために、本発明は、フィルタリング機能を有するアンテナ振動子であって、前記アンテナ振動子は管状であり、管状のアンテナ振動子には、その周方向にわたって設けられ、且つ軸方向に沿って延びる螺旋状スリットが開けられるアンテナ振動子という具体的な解決手段を採用する。
好ましい解決手段として、前記アンテナ振動子は円管状である。
上記フィルタリング機能を有するアンテナ振動子に基づき、本発明の第二の目的は、使用時に高周波放射素子と組み合わせて、高周波信号と低周波信号を同時に放射する目的を実現できるフィルタリング放射ユニットを提供することである。
上記第二の目的を実現するために、本発明は、上部に少なくとも一つの上述のアンテナ振動子が電気的に接続される支持柱を備えるフィルタリング放射ユニットという具体的な解決手段を採用する。
好ましい解決手段として、前記支持柱の上部に、同軸に設けられる二つの前記アンテナ振動子で構成される少なくとも一つの振動子対が電気的に接続される。
好ましい解決手段として、前記支持柱の上部に軸線が互いに垂直である二つの前記振動子対が電気的に接続される。
上記フィルタリング放射ユニットに基づき、本発明の第三の目的は、性能が良好であり、体積が小さく、且つ集積度が高いアンテナを提供することである。
上記第三の目的を実現するために、本発明は、少なくとも一つの上述のフィルタリング放射ユニットが固設される反射板を備えるアンテナという具体的な解決手段を採用する。
好ましい解決手段として、各前記フィルタリング放射ユニットの周側に、前記反射板に固設されるいくつかの高周波放射ユニットが設けられる。
好ましい解決手段として、前記支持柱の上部に、同軸に設けられる二つの前記アンテナ振動子で構成される少なくとも一つの振動子対が電気的に接続され、各アンテナ振動子の側下方に一つの前記高周波放射ユニットが設けられる。
好ましい解決手段として、前記支持柱の上部に軸線が互いに垂直である二つの前記振動子対が電気的に接続され、各前記フィルタリング放射ユニットの周側に、均一に分布する四つの前記高周波放射ユニットが設けられる。
上記アンテナ振動子が実現できる効果は以下のとおりである。本発明は、振動子における螺旋状スリットに連続したフィルタリング構造が形成され、従来の帯域阻止フィルタを挿入する方式に比べて、より大きな帯域幅を得ることができる。さらに高周波電流の抑制を最大化し、低周波電流への干渉を最小化することができ、順方向に低周波電流を伝送し低周波信号を放射するとともに、逆方向に高周波誘導電流を抑制し高周波信号からの干渉を回避するという効果を実現できる。
上記フィルタリング放射ユニットが実現できる効果は以下のとおりである。本発明のフィルタリング放射ユニットは、アンテナ振動子が低周波電流を導通させるとともに、高周波電流の干渉を抑制する特性により、使用時に高周波放射素子と組み合わせて、高周波信号と低周波信号を同時に放射する目的を実現できる。
上記アンテナが実現できる効果は以下のとおりである。本発明のアンテナは、低周波信号と高周波信号を同時に伝送することができ、これにより、効果的にアンテナの集積度を向上させ、アンテナの体積を減少させることができる。
アンテナ振動子の構造模式図である。 フィルタリング放射ユニットの構造模式図である。 アンテナの構造模式図である。 アンテナ振動子の等価回路図である。 各パラメータの調節の原理図である。 アンテナのシミュレーション結果図である。
以下、本発明の実施例における図面を参照しながら、本発明の実施例における技術的解決手段を明確、且つ完全に説明する。当然、説明される実施例は、本発明の実施例の一部に過ぎず、すべての実施例ではない。本発明の実施例に基づき、当業者が創造的な労力を要することなく得られる他のすべての実施例は、いずれも本発明の保護範囲に属する。
図１を参照し、フィルタリング機能を有するアンテナ振動子であって、アンテナ振動子は管状であり、管状のアンテナ振動子には、その周方向にわたって設けられ、且つ軸方向に沿って延びる螺旋状スリット１が開けられる。
図４に示すように、一巻きの螺旋状スリットを含む中空管体の各々は、一つのＬＣ並列共振回路と等価にすることができる。且つ以下の条件を満たす。
Figure 2023506379000002
ここでｊは虚数、Ｃ１とＣ２は等価キャパシタンス値、Ｌ１は等価抵抗値、ｆｈは高周波電流周波数、ｆｌは低周波電流周波数である。
共振周波数点にある場合、外部電界に対してアンテナ振動子回路は開回路状態であり、インピーダンスが無限大になる傾向があり、この場合、外部電界に誘導電流が発生されない。周波数が共振周波数よりはるかに低い場合、螺旋状スリットが開設される中空管体はインダクタンスが低く、インピーダンスが高い状態になり、低周波数の放射及びインピーダンスのマッチングへは小さい影響しか与えない。
高周波電流周波数ｆｈの条件下で、アンテナ振動子は開回路となり、低周波電流周波数ｆｌの条件下で、アンテナ振動子は短絡回路となる。これに基づき、アンテナ振動子の内径をｄとし、厚さをｈとし、スリット１の幅をＧとし、スリット１の二つの隣接する螺旋間の距離をｗとし、ｗ、ｇ及びｄを調整することにより、高周波電流の抑制を最大化し、低周波電流への干渉を最小化することができ、順方向に低周波電流を伝送し低周波信号を放射するとともに、逆方向に高周波誘導電流を抑制する効果を実現できる。また、スリット１が螺旋状であるため、ｗは一定であり、即ちスリット１が位置するアンテナ振動子の有効放射範囲において、アンテナ振動子は均一且つ連続的なものであり、これにより、アンテナ振動子は十分な帯域幅を得ることができる。さらに、各パラメータの間の関係は以下のとおりである。ｇはＣ１に比例し、ｇが増大すると、等価回路の共振周波数点が高くなり、図５に示すように、図中の横座標は周波数、縦座標はアンテナ振動子表面の誘導電流強度であり、黒線は螺旋状スリットのない円管表面の誘導電流の大きさを示し、図からわかるように、ｇが０．５ｍｍ変える毎に、共振周波数点は約０．２ＧＨｚ変える。ｄの増大に伴い、Ｌ１及びＣ１は増大し、共振点は低周波数方向へ移動する。ｗの増大に伴い、Ｌ１は減少し、Ｃ１はわずかに増大し、共振点は高周波方向へ移動する。
また、説明すべきことは、ｗ、ｇ及びｄを調整する場合、支障なく取り付けることができるように、アンテナ全体の要求を満たすか、又はアンテナを適宜調整する必要がある点である。
さらに、アンテナ振動子は円管状であり、加工の困難性を低減することができる。本発明の他の実施形態において、アンテナ振動子を他の形状、例えば、角管にしてもよく、実際に所望の放射周波数に応じてサイズを変更すればよい。
図２を参照し、上記アンテナ振動子に基づき、本発明は、上部に少なくとも一つの上記のアンテナ振動子が電気的に接続される支持柱を備えるフィルタリング放射ユニットをさらに提供する。
支持柱２は、他のアンテナの反射板４間の距離を制御して他の部材の取り付け要件を満たすように、アンテナ振動子を支持するために用いられる一方、アンテナ振動子の給電にも用いられる。実際の使用要件に応じて、アンテナ振動子の数を柔軟に選択することができる。
本発明のフィルタリング放射ユニットは、アンテナ振動子が低周波電流を導通させるとともに、高周波電流の干渉を抑制する特性により、使用時に高周波放射素子と組み合わせて、高周波信号と低周波信号を同時に放射する目的を実現できる。例えば、フィルタリング放射ユニットを用いて低周波の４Ｇ信号を放射し、高周波放射素子を用いて放射高周波の５Ｇ信号を放射することができ、フィルタリング放射ユニット上で５Ｇ信号により形成される誘導電流が抑制され、これにより、５Ｇ信号への４Ｇ信号の干渉が回避される。
さらに、支持柱２の上部に、同軸に設けられる二つのアンテナ振動子で構成される少なくとも一つの振動子対が電気的に接続される。
一つの振動子対は、一つの偏波方向での信号伝送作業を遂行するために用いられ、実際の要件に応じて垂直偏波信号又は水平偏波信号を伝送することができる。説明すべきことは、二つのアンテナ振動子の間に絶縁処理が必要であり、実際の適用に際して、二つの複合振動子の間に一定の隙間を空け、その後、二つのアンテナ振動子にそれぞれ給電することができる。この場合、支持柱２はバランサーによって実現でき、非平衡の同軸給電を平衡給電に変換できるバランサーの特性により、フィルタリング放射ユニットパターンの対称性を保証することができる。
さらに、支持柱２の上部に軸線が互いに垂直である二つの振動子対が電気的に接続される。この場合、フィルタリング放射ユニットは、垂直偏波信号と水平偏波信号を同時に伝送することができ、信号伝送効率が向上する。
図３を参照し、上記フィルタリング放射ユニットに基づき、本発明は、少なくとも一つの上記のフィルタリング放射ユニットが固設される反射板４を備えるアンテナをさらに提供する。
さらに、各フィルタリング放射ユニットの周側に、反射板４に固設されるいくつかの高周波放射ユニット３が設けられる。
高周波放射ユニット３は高周波信号を放射するためのものであり、フィルタリング放射ユニットは低周波電流を導通させ、低周波信号を放射するとともに、高周波電流を抑制し、高周波信号を低周波信号による干渉から保護することができるため、このような組み合わせは、低周波信号と高周波信号を同時に伝送することができ、これにより、効果的にアンテナの集積度を向上させ、アンテナの体積を減少させることができる。例えば、フィルタリング放射ユニットを用いて低周波数の４Ｇ信号を伝送し、高周波放射ユニットを用いて高周波の５Ｇ信号を伝送する。
さらに、支持柱２の上部に、同軸に設けられる二つのアンテナ振動子で構成される少なくとも一つの振動子対が電気的に接続され、各アンテナ振動子の側下方に一つの高周波放射ユニット３が設けられる。
さらに、支持柱２の上部に軸線が互いに垂直である二つの振動子対が電気的に接続され、各フィルタリング放射ユニットの周側に、均一に分布する四つの高周波放射ユニット３が設けられる。
すべてのフィルタリング放射ユニットアレイは低周波アンテナを形成し、すべての高周波放射ユニット３アレイは高周波アンテナを形成する。例えば、低周波数アンテナをＦＤＤアンテナとして適用し、高周波アンテナをＴＤＤアンテナとして適用することができ、これにより、ＴＤＤアンテナビームへのＦＤＤアンテナの影響を効果的に低減し、ＴＤＤアンテナビームのカバレージ指標を満たすとともに、ポートのアイソレーション指標を大幅に向上させ、ＦＤＤ＋ＴＤＤアンテナを実現することができる。図６は、該アンテナのシミュレーション結果図であり、最左列は低周波数振動子が存在しない場合の高周波２Ｄ電界であり、中間の列は通常の低周波数振動子が存在する場合の高周波２Ｄ電界であり、最右列は通常の低周波数振動子をフィルタリング放射ユニットに取り替えた高周波２Ｄ電界である。図６からわかるように、アンテナ振動子を用いると、アンテナパターンが極めて大きく改善され、アンテナビームのカバレージ指標を満たすとともに、ポートのアイソレーションを向上させることができる。
開示された実施例の上記説明により、当業者は本発明を実現又は使用することができる。これらの実施例への種々の修正は、当業者にとって明らかであり、本明細書で定義された一般的な原理は、本発明の精神又は範囲から逸脱することなく、他の実施例において実現できる。したがって、本発明は、本明細書で示されたこれらの実施例に限定されるものではなく、本明細書で開示された原理及び新規な特徴と一致する最も広い範囲に適合すべきである。
１：スリット
２：支持柱
３：高周波放射ユニット
４：反射板。

Claims (9)

  1. フィルタリング機能を有するアンテナ振動子であって、前記アンテナ振動子は管状であり、管状のアンテナ振動子には、その周方向にわたって設けられ、且つ軸方向に沿って延びる螺旋状スリット（１）が開けられることを特徴とする、アンテナ振動子。
  2. 前記アンテナ振動子は円管状であることを特徴とする、請求項１に記載のフィルタリング機能を有するアンテナ振動子。
  3. 上部に少なくとも一つの請求項１に記載のアンテナ振動子が電気的に接続される支持柱（２）を備えることを特徴とする、フィルタリング放射ユニット。
  4. 前記支持柱（２）の上部に、同軸に設けられる二つの前記アンテナ振動子で構成される少なくとも一つの振動子対が電気的に接続されることを特徴とする、請求項３に記載のフィルタリング放射ユニット。
  5. 前記支持柱（２）の上部に軸線が互いに垂直である二つの前記振動子対が電気的に接続されることを特徴とする、請求項４に記載のフィルタリング放射ユニット。
  6. 少なくとも一つの請求項３に記載のフィルタリング放射ユニットが固設される反射板（４）を備えることを特徴とする、アンテナ。
  7. 各前記フィルタリング放射ユニットの周側に、前記反射板（４）に固設されるいくつかの高周波放射ユニット（３）が設けられることを特徴とする、請求項６に記載のアンテナ。
  8. 前記支持柱（２）の上部に、同軸に設けられる二つの前記アンテナ振動子で構成される少なくとも一つの振動子対が電気的に接続され、各アンテナ振動子の側下方に一つの前記高周波放射ユニット（３）が設けられることを特徴とする、請求項７に記載のアンテナ。
  9. 前記支持柱（２）の上部に軸線が互いに垂直である二つの前記振動子対が電気的に接続され、各前記フィルタリング放射ユニットの周側に、均一に分布する四つの前記高周波放射ユニット（３）が設けられることを特徴とする、請求項８に記載のアンテナ。
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