JP2989813B1 - 偏波共用アンテナ装置 - Google Patents

Abstract

【要約】 【課題】 従来の同種のアンテナ装置の指向性を改善
し、水平偏波、垂直偏波とも水平面内指向性半値角を広
角（例えば、１２０度）にする。 【解決手段】 垂直偏波用の１個のダイポール素子２
と、水平偏波用のＹ字形（又は、Ｖ字形）に形成される
２個のダイポール素子３，４と、反射板５とからなり、
垂直偏波用のダイポール素子２は、反射板５からある距
離に配設され、水平偏波用の２個のＹ字形ダイポール素
子３，４は、垂直偏波用のダイポール素子２の中心を通
る水平平面上で、反射板の垂直中心線上で該反射板に直
交する垂直平面に対し、互いにある角度傾けて対称的に
配設される。そして、垂直偏波用のダイポール素子２と
水平偏波用の２個のＹ字形ダイポール素子３，４は同一
周波数の電力で給電され、かつ各Ｙ字形ダイポール素子
３，４から放射される電波が同相になるように給電され
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自動車携帯電話や
ＰＨＳ（簡易型携帯電話システム）などに使用される陸
上移動通信の基地局アンテナとして好適な偏波共用アン
テナ装置に関し、特に、水平面内指向性半値角が水平偏
波、垂直偏波ともに、例えば１２０度と、広角であるア
ンテナ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種のアンテナ装置について、
近年、陸上移動通信での基地局アンテナの設置形態は、
電波の受信効率を上げるため、スペースダイバーシチ受
信方式を用いており、このため、アンテナ類を取り付け
る鉄塔上部の形状が大きくなっている。従って、基地局
の鉄塔設備などは大形で、コストがかかるものとなり、
さらに美観を損ねていた。

【０００３】しかし、偏波ダイバーシチ受信方式を行う
と、前記鉄塔上部の形状を小さくでき、基地局設備の簡
易化が可能であり、美観の点についても有利な面が多
い。偏波ダイバーシチを行う場合、送信受信とも、同一
エリアを形成するためには、受信用の水平偏波、及び送
受信共用の垂直偏波とも、同一の水平面内指向性半値角
を持った偏波共用アンテナが必要である。

【０００４】例えば、３セクタ構成の場合、水平、垂直
偏波とも水平面内指向性半値角、１２０度の指向性を有
する偏波共用アンテナを配置する必要がある。従来の偏
波共用アンテナとしては、図８に示すような、金属反射
板１０３の前面に、給電線路１０４により支持、給電さ
れるダイポールアンテナ１０２，１０２を交差させて設
置するクロスダイポールアンテナ１０１や、図９に示す
ような、誘電体プリント基板１０７上に形成され、水平
偏波給電回路１０８、垂直偏波給電回路１０９に接続さ
れた偏波共用パッチアンテナ１０６などを用いたものが
ある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来のクロスダイポールアンテナ１０１や偏波共用パッチ
アンテナ１０６は、偏波共用アンテナであるが、その水
平面内指向性半値角は、一般に、約６０から９０度であ
り、移動通信分野にて、３セクタ構成で使用するには、
前記半値角が狭すぎるという問題点があった。このよう
に、半値角が狭い場合、エリア端では受信レベルが低下
して、ダイバーシチ効果が低減してしまう。

【０００６】また、セクタ数を増やせば、必要とされる
半値角は狭くなるが、基地局設備が複雑になるという問
題点がある。さらに、偏波共用パッチアンテナ１０６で
は、半値角を広くしたものもあるが、比帯域が狭いとい
う問題点があった。

【０００７】本発明はかかる点に鑑みなされたもので、
その目的は前記問題点を解消し、従来の前記アンテナ装
置の指向性を改善し、水平偏波、垂直偏波とも水平面内
指向性半値角が広角（例えば、１２０度）な偏波共用ア
ンテナ装置を提供することにある。

【０００８】本発明の他の目的は、鉄塔部分が小形化さ
れ、コストが削減される偏波共用アンテナ装置を提供す
ることにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
の本発明の構成は、垂直偏波用の１個のダイポール素子
と、水平偏波用の同一開き角を有するＹ字形（又は、Ｖ
字形）に形成される２個のダイポール素子と、反射板と
からなる偏波共用アンテナ装置であり、その詳細な構成
は、次のとおりである。

【００１０】すなわち、前記垂直偏波用のダイポール素
子は、前記反射板の垂直中心線上で該反射板に直交する
垂直平面上に、該反射板に平行でかつ該反射板からある
距離に配設され、前記水平偏波用の２個のＹ字形ダイポ
ール素子は、前記垂直偏波用のダイポール素子の中心を
通り、前記反射板及び前記垂直平面のそれぞれに直交す
る水平平面上で、該垂直平面に対し、その交点を該反射
板側に位置するように、互いにある角度傾けて対称的に
配設されるとともに、前記垂直偏波用のダイポール素子
と前記水平偏波用の２個のＹ字形ダイポール素子は同一
周波数の電力で給電され、かつ該各Ｙ字形ダイポール素
子から放射される電波が同相になるように給電されるよ
うにする。

【００１１】また、前記垂直偏波用のダイポール素子及
び前記水平偏波用の２個のＹ字形ダイポール素子のそれ
ぞれが、誘電体プリント基板の両方のそれぞれの面の金
属箔上に形成されるものである。

【００１２】そして、前記偏波共用アンテナ装置が、垂
直方向に複数段に、配設されてなるようにする。

【００１３】さらに、周波数ｆ１で動作する前記垂直偏
波用のダイポール素子のほかに、周波数ｆ２で動作する
垂直偏波用のダイポール素子を前記垂直平面上に形成す
るとともに、周波数ｆ１で動作する前記水平偏波用の２
個のＹ字形ダイポール素子の上又は下部に平行して、周
波数ｆ２で動作する水平偏波用の２個のＹ字形ダイポー
ル素子が配設されたものを、垂直方向に単数又は複数段
に配設され、２周波数共用してなるようにする。

【００１４】さらに、前記偏波共用アンテナ装置が、１
２０度の開き角をもち、かつ水平方向にその２面、又は
３面が、水平断面が三角形の柱に配設されるものであ
る。

【００１５】本発明は以上のような構成により、水平面
内指向性半値角が、水平偏波、垂直偏波とも約１２０度
のように、広角な半値幅が得られる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明の好
適な実施の形態を詳しく説明する。

【００１７】（第１実施例）図１及び図２は、本発明の
偏波共用アンテナ装置の第１実施例を示す図で、図１
は、該偏波共用アンテナ装置の斜視図、図２は、図１の
該アンテナ装置の水平面内指向性を示す図である。

【００１８】図１において、偏波共用アンテナ装置１
は、垂直偏波用の１個のダイポール素子２と、水平偏波
用の同一開き角を有するＹ字形（又は、Ｖ字形）に形成
される２個のダイポール素子３，４と、反射板５とから
なる。

【００１９】前記垂直偏波用のダイポール素子２は、そ
の全長が使用周波数の波長の約１／２波長で、前記反射
板５の垂直中心線５ａを通り、該反射板５に直交すると
ともに、大地に対する垂直平面上に、該反射板５に平行
（大地に対して垂直）で、かつ該反射板５から約１／４
波長の距離に配設されている。該垂直偏波用のダイポー
ル素子２は、前記反射板５との距離を変えることによ
り、水平面内指向性半値角を変更することができる。

【００２０】前記水平偏波用の２個のＹ字形（又は、Ｖ
字形）ダイポール素子３，４は、両者ともそのＹ字の開
き角は、約１２０度であり、各ダイポール素子３，４の
全長は、使用周波数の波長の約１／２波長である。該ダ
イポール素子３，４をＹ字形状に開くことにより、該ダ
イポール素子３，４の配置スペースが小さくなり、前記
アンテナ装置１の小形化を可能にしている。

【００２１】また、該Ｙ字形ダイポール素子３，４は、
該素子３，４のそれぞれの中心間の距離にして、約０．
３５波長、離間されるとともに、前記垂直偏波用のダイ
ポール素子２の中心を通り、前記反射板５及び前記垂直
平面のそれぞれに直交（大地に対して水平）する、水平
平面上で、該垂直平面に対し、該素子３，４の交点を該
反射板５側に位置するように、互いにある角度、例えば
約４５度、傾けて対称的に配設されている。

【００２２】そして、前記各Ｙ字形ダイポール素子３，
４は、それぞれの素子３，４から放射される電波が同相
になるように給電される。この場合、水平偏波用アンテ
ナとしては、前記２個のＹ字形ダイポール素子３，４の
開き角、前記垂直平面との傾き、及び前記反射板５から
の距離を変えることにより、水平面内指向性半値角を変
更することができる。

【００２３】５は反射板であり、その水平方向の幅は約
０．６波長の金属板からなり、該反射板５の水平方向の
端を、適宜折り曲げることにより、反射板幅を小さくす
ることも可能である。６，７，８は、前記各ダイポール
素子１，２，３へ電力を給電する給電線路で、前記反射
板５とは絶縁されており、図示しない、前記反射板５の
裏面に配設された給電回路に接続されるとともに、前記
各ダイポール素子１，２，３を支持している。そして、
前記垂直偏波用のダイポール素子１と前記水平偏波用の
２個のＹ字形ダイポール素子２，３は同一周波数の電力
で給電される。

【００２４】図２は、図１に示す前記偏波共用アンテナ
装置１の水平面内指向性を示す図で、該アンテナ装置１
の正面方向を０度とする方位角に対する相対電界強度
（ｄＢ）を示す。図２から、水平偏波、垂直偏波とも
に、半値角が１２０度と広角な指向性が得られている。

【００２５】（第２実施例）図３は、本発明の偏波共用
アンテナ装置の第２実施例を示す斜視図である。図３に
おいて、偏波共用アンテナ装置１１は、垂直偏波用の１
個のダイポール素子１２で、その誘電体プリント基板１
２ａの両面に放射素子１２ｂ，１２ｃがそれぞれ形成さ
れる該ダイポール素子１２と、水平偏波用の同一開き角
を有するＹ字形（又は、Ｖ字形）に形成される２個のダ
イポール素子１３，１４で、その誘電体プリント基板１
３ａ，１４ａの両面に放射素子１３ｂ，１３ｃ；１４
ｂ，１４ｃがそれぞれ形成されるダイポール素子１３，
１４と、前記反射板５とからなる。図３で、図１と同一
部材には同一符号を付して、その説明を省略する。

【００２６】前記垂直偏波用のダイポール素子１２の放
射素子１２ｂ、１２ｃは、使用周波数に共振するよう
に、その全長が使用周波数の波長の１／２波長に形成さ
れている。前記放射素子１２ｂ、１２ｃは、前記誘電体
プリント基板１２ａの中央部に形成された給電線路１６
ｂ、１６ｃに対して、互いに交差給電構造になるよう
に、前記ダイポール素子１２の中心軸を中心に丁度１８
０度回転した位置に形成されている。

【００２７】そして、該ダイポール素子１２は、前記反
射板５の垂直中心線５ａを通り、該反射板５に直交する
とともに、大地に対する垂直平面上に配設された前記誘
電体プリント基板１２ａ上に、該反射板５に平行（大地
に対して垂直）で、かつ該反射板５から約１／４波長の
距離に配置されている。

【００２８】前記水平偏波用の２個のＹ字形（又は、Ｖ
字形）ダイポール素子１３，１４の前記放射素子１３
ｂ，１３ｃ；１４ｂ，１４ｃは、両者ともそのＹ字の開
き角は、約１２０度であり、各ダイポール素子１３，１
４は、該放射素子１３ｂ，１３ｃ；１４ｂ，１４ｃを、
使用周波数に共振するように、その全長が使用周波数の
波長の１／２波長に形成される。前記放射素子１３ｂ，
１３ｃ；１４ｂ，１４ｃは、前記それぞれの誘電体プリ
ント基板１３ａ，１４ａの中央部に形成された給電線路
１７ｂ，１７ｃ；１８ｂ，１８ｃに対して、互いに交差
給電構造になるように、前記ダイポール１３，１４のそ
れぞれの中心軸を中心に丁度１８０度回転した位置に形
成されている。

【００２９】また、前記Ｙ字形ダイポール素子１３，１
４は、該素子１３，１４のそれぞれの中心間の距離が、
約０．３５波長、離間されるとともに、前記垂直偏波用
のダイポール素子１２の中心を通り、前記反射板５及び
前記垂直平面のそれぞれに直交（大地に対して水平）す
る、水平平面上で、該垂直平面に対し、該素子１３，１
４の交点を該反射板５側に位置するように、互いにある
角度、例えば約４５度、傾けて対称的に配設されてい
る。

【００３０】そして、前記各Ｙ字形ダイポール素子１
３，１４は、それぞれの放射素子１３ｂ，１３ｃ；１４
ｂ，１４ｃから放射される電波が同相になるように給電
されるとともに、前記垂直偏波用のダイポール素子１２
と前記水平偏波用の２個のＹ字形ダイポール素子１３，
１４は同一周波数の電力で給電される。

【００３１】図３に示す前記偏波共用アンテナ装置１１
の水平面内指向性は、図２に示す水平面内指向性とほと
んど同一である。これは、図１と図３に示す偏波共用ア
ンテナ装置１，１１は、電気的には等価なものであるた
め、図３に示すアンテナ装置１１によれば、その組立工
数を削減することができる。

【００３２】（第３実施例）図４は、本発明の偏波共用
アンテナ装置の第３実施例を示す図で、図３に示す偏波
共用アンテナ装置１１を、垂直方向に複数段に配設した
ものの斜視図である。図４に示す偏波共用アンテナ装置
２１によれば、アンテナ装置の利得が上がり、それぞれ
の前記アンテナ装置１１の給電電力の振幅及び位相を変
化させることにより、ビームチルティングなどの垂直面
内指向性の制御が可能になるため、移動通信用基地局ア
ンテナとして好適なアンテナ装置となる。

【００３３】図４において、図３に示す偏波共用アンテ
ナ装置１１を、垂直方向に複数段（本実施例では、４
段）に配設したものを説明したが、図１に示す偏波共用
アンテナ装置１を垂直方向に複数段に配設したものにつ
いても、同様である。

【００３４】（第４実施例）図５は、本発明の偏波共用
アンテナ装置の第４実施例を示す斜視図であり、図３と
同一部材には同一符号を付して、その説明を省略する。
本実施例の偏波共用アンテナ装置３１は、図３に示す偏
波共用アンテナ装置１１のうち、垂直偏波用のダイポー
ル素子１２については、周波数ｆ１で動作する放射素子
１２ｂ，１２ｃのほかに、周波数ｆ２（ｆ２＞ｆ１）で
動作する放射素子３２ｂ，３２ｃを形成して、周波数ｆ
１，ｆ２の２周波共用のダイポール素子３２を用いて構
成し、水平偏波用のダイポール素子については、周波数
ｆ１で動作するダイポール素子１３，１４とは別個に、
該ダイポール素子の１３，１４上又は下部（本実施例で
は、上部）に、かつ該ダイポール素子１３，１４に平行
に、周波数ｆ２で動作する放射素子が形成された、水平
偏波用の２個のＹ字形ダイポール素子３３，３４（図３
の水平偏波用の２個のＹ字形ダイポール素子１３，１４
と相似）を配設したものを、垂直方向に単数又は複数段
（本実施例では、複数の４段）に配設する。

【００３５】そして、給電する前記周波数ｆ１，ｆ２
を、例えば、８００ＭＨｚ帯及び１５００ＭＨｚ帯の２
周波数で動作する、２周波偏波共用アンテナ装置にする
ことができる。

【００３６】本実施例の他例として、図１に示す前記偏
波共用アンテナ装置１１を、垂直方向に複数段に配設す
るとともに、給電する周波数を、８００ＭＨｚ帯及び１
５００ＭＨｚ帯の２周波数共用とするため、それぞれの
周波数の電力が給電される、前記それぞれの偏波共用ア
ンテナ装置１１を、交互に配設するようにすれば、該２
つの周波数で動作する、２周波偏波共用アンテナ装置と
することができる。

【００３７】（第５実施例）図６及び図７は、本発明の
偏波共用アンテナ装置の第５実施例を示す図で、第４実
施例の図５に示す２周波偏波共用アンテナ装置３１の２
面（２個の意）及び３面（３個の意）のそれぞれを、大
地に対して垂直方向に配設した断面図である。本実施例
の偏波共用アンテナ装置は、前記２周波偏波共用アンテ
ナ装置３１を、１２０度の開き角をもって、水平方向に
その２面、又は３面が、水平断面が三角形の柱４０の垂
直側面に配設される。なお、４１は、保護カバーであ
る。

【００３８】このように、前記偏波共用アンテナ装置３
１を、水平断面が三角形の柱の垂直側面に配設すること
により、前記アンテナ装置の２面、又は３面分を小さく
まとめて設置することができるため、移動通信用基地局
のアンテナ装置の小形化を可能にしている。

【００３９】なお、本発明の技術は前記実施の形態にお
ける技術に限定されるものではなく、同様な機能を果た
す他の態様の手段によってもよく、また本発明の技術は
前記構成の範囲内において種々の変更、付加が可能であ
る。

【００４０】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように本発明の
偏波共用アンテナ装置によれば、垂直偏波用のダイポー
ル素子は、反射板の垂直中心線上で該反射板に直交する
垂直平面上に、該反射板からある距離に配設され、水平
偏波用の２個のＹ字形（又は、Ｖ字形）ダイポール素子
は、前記垂直偏波用のダイポール素子の中心を通り、前
記反射板及び前記垂直平面のそれぞれに直交する水平平
面上で、該垂直平面に対し、互いにある角度傾けて対称
的に配設されるとともに、給電時、該各Ｙ字形ダイポー
ル素子から放射される電波が同相になるように給電され
るので、従来の３セクタ偏波ダイバーシチ方式によるア
ンテナ装置の指向性を改善し、移動体通信の基地局に使
用できるような、水平偏波、垂直偏波とも水平面内指向
性半値角を広角（例えば、１２０度）にすることができ
る。

【００４１】同時に、前記アンテナ装置の製造コストを
削減するとともに、基地局設備、特に該アンテナ装置を
装備する鉄塔部分の小形化を促進することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の偏波共用アンテナ装置の第１実施例を
示す斜視図である。

【図２】図１の該アンテナ装置の水平面内指向性を示す
図である。

【図３】本発明の偏波共用アンテナ装置の第２実施例を
示す斜視図である。

【図４】本発明の偏波共用アンテナ装置の第３実施例を
示す斜視図である。

【図５】本発明の偏波共用アンテナ装置の第４実施例を
示す斜視図である。

【図６】図７とともに、本発明の偏波共用アンテナ装置
の第５実施例を示す図で、図５に示す２周波偏波共用ア
ンテナ装置の２面を、断面三角形柱の側面に配設した断
面図である。

【図７】図５に示す２周波偏波共用アンテナ装置の３面
を、断面三角形柱の側面に配設した断面図である。

【図８】従来の偏波共用アンテナとしてのクロスダイポ
ールアンテナの斜視図である。

【図９】従来の偏波共用アンテナとしての、誘電体基板
上に形成された偏波共用パッチアンテナの斜視図であ
る。

【符号の説明】

１，１１，２１，３１ 偏波共用アンテナ装置 ２，１２，３２ 垂直偏波用ダイポール素子 ３，４，１３，１４，３３，３４ 水平偏波用ダイポー
ル素子 ５ 反射板 ５ａ 垂直中心線 ６，７，８，１６ｂ，１６ｃ，１７ｂ，１７ｃ，１８
ｂ，１８ｃ 給電線路 １２ａ，１３ａ，１４ａ 誘電体プリント基板 １２ｂ，１２ｃ，１３ｂ，１３ｃ，１４ｂ，１４ｃ，３
２ｂ，３２ｃ 放射素子 ４０ 柱

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小坂 和弘 東京都千代田区丸の内３丁目３番１号 電気興業株式会社内 (72)発明者 恵比根 佳雄 東京都港区虎ノ門二丁目10番１号 エ ヌ・ティ・ティ移動通信網株式会社内 (72)発明者 新宅 正佳 東京都港区虎ノ門二丁目10番１号 エ ヌ・ティ・ティ移動通信網株式会社内 (56)参考文献 特開 平９−98019（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−181536（ＪＰ，Ａ) 電子情報通信学会、1997年通信ソサイ エティ大会、講演論文集１、Ｂ−１− 45、「移動通信における偏波ダイバーシ チ用120度ビームアンテナ」、恵比根佳 雄、1997年９月 (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H01Q 21/24 H01Q 9/44 H01Q 21/10

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 垂直偏波用の１個のダイポール素子と、
   水平偏波用の同一開き角を有するＹ字形（又は、Ｖ字
   形）に形成される２個のダイポール素子と、反射板とか
   らなり、 前記垂直偏波用のダイポール素子は、前記反射板の垂直
   中心線上で該反射板に直交する垂直平面上に、該反射板
   に平行でかつ該反射板からある距離に配設され、前記水
   平偏波用の２個のＹ字形ダイポール素子は、前記垂直偏
   波用のダイポール素子の中心を通り、前記反射板及び前
   記垂直平面のそれぞれに直交する水平平面上で、該垂直
   平面に対し、その交点を該反射板側に位置するように、
   互いにある角度傾けて対称的に配設されるとともに、 前記垂直偏波用のダイポール素子と前記水平偏波用の２
   個のＹ字形ダイポール素子は同一周波数の電力で給電さ
   れ、かつ該各Ｙ字形ダイポール素子から放射される電波
   が同相になるように給電されることを特徴とする偏波共
   用アンテナ装置。
2. 【請求項２】 前記垂直偏波用のダイポール素子及び前
   記水平偏波用の２個のＹ字形ダイポール素子のそれぞれ
   が、誘電体プリント基板の両方のそれぞれの面の金属箔
   上に形成されるものであることを特徴とする請求項１に
   記載の偏波共用アンテナ装置。
3. 【請求項３】 前記偏波共用アンテナ装置が、垂直方向
   に複数段に、配設されてなることを特徴とする請求項１
   又は２に記載の偏波共用アンテナ装置。
4. 【請求項４】 周波数ｆ１で動作する前記垂直偏波用の
   ダイポール素子のほかに、周波数ｆ２で動作する垂直偏
   波用のダイポール素子を前記垂直平面上に形成するとと
   もに、周波数ｆ１で動作する前記水平偏波用の２個のＹ
   字形ダイポール素子の上又は下部に平行して、周波数ｆ
   ２で動作する水平偏波用の２個のＹ字形ダイポール素子
   が配設されたものを、垂直方向に単数又は複数段に配設
   され、２周波数共用してなることを特徴とする請求項１
   又は２に記載の偏波共用アンテナ装置。
5. 【請求項５】 前記偏波共用アンテナ装置が、１２０度
   の開き角をもち、かつ水平方向にその２面、又は３面
   が、水平断面が三角形の柱に配設されることを特徴とす
   る請求項１、２、３、４のいずれかに記載の偏波共用ア
   ンテナ装置。