JP3453045B2 - アンテナ装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、たとえば屋内の
天井などに設けられる携帯電話用小型中継基地局などに
適するアンテナ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、地上以外にも地下街やトンネ
ルなどを携帯電話のサービスエリアとするために、中継
基地局がこれらの場所に設置されている。

【０００３】このような中継基地局のアンテナとして
は、モノポールアンテナやループアンテナが利用可能で
あり、これらのアンテナは壁や天井に設置される。この
ようなアンテナは水平方向および一定の仰角方向に指向
する指向性を有するため、地下街やトンネルなどにおい
て広範囲に無線信号の送受信が可能である。

【０００４】ところが地上の一般の中継基地局に比べ
て、地下街やトンネルなどにおいては、携帯電話機が中
継基地局のアンテナに接近しやすい。たとえばその真下
を通過する場合も生じる。このように中継基地局のアン
テナに携帯電話機が接近すると、中継基地局の受信電力
が著しく高くなるので、このような状況に対応して、ア
ンテナ後段に接続している低雑音増幅器の利得を設定し
ている。従って、遠方の携帯電話機からの微弱な受信電
力に対しては、無線信号の受信が困難となる。

【０００５】上記問題を解消するために、上記モノポー
ルアンテナやループアンテナの下側に反射板を設置し
て、アンテナの真下方向からの受信電力を小さくするよ
うにしたものが特開平９−８３２２４号に示されてい
る。

【０００６】ところで、地下街やトンネルなどに設置さ
れる小型中継基地局は、その設置スペースが限られてい
ることと、一定区域内に数多く設置しなければならない
ことから、その小型化が強く要求される。上記従来のア
ンテナであれば、単一のアンテナであっても比較的広い
周波数帯に亘って用いることができるが、用いる周波数
帯に応じて寸法が定まり、それ以上の小型化は困難であ
った。そこで小型化に適した表面実装型アンテナをこの
ような携帯電話の小型中継基地局用のアンテナ装置とし
て用いることが考えられる。但し、表面実装型アンテナ
は上記従来のアンテナに比較して、高利得が得られる周
波数帯域が狭いため、システムで使用される周波数帯域
をカバーするために複数の表面実装型アンテナを周波数
帯に応じて分担させることになる。

【０００７】ここで、表面実装型アンテナを用いたアン
テナ装置の構成例を図７および図８に示す。図７はその
正面図、図８はその底面図である。アンテナ装置１は図
７に示すように天井９に取り付ける。両図において３，
４，５，６は、それぞれ略直方体状の表面実装型アンテ
ナであり、実装基板３ｓ，４ｓ，５ｓ，６ｓに実装し
て、アース板２に対して垂直に略同じ高さで９０度づつ
異なる４つの方向に向けて取り付ける。７は遮蔽板であ
り、アース板２に対して支持部材８で固定する。

【０００８】このように構成したアンテナ装置１におい
て、表面実装型アンテナ３，４，５，６の指向性は、表
面実装型アンテナ３を例にして示すように、遮蔽板７が
ない状態においては、３ｕのように鉛直方向または所定
の俯角方向に指向するが、遮蔽板７を設けることによ
り、３ｔのように、アース板２に平行な方向（水平方
向）に強く指向し、相対的に鉛直方向の利得が低下す
る。これらのアンテナはたとえば８００ＭＨｚ帯を使用
するＰＤＣ８００（パーソナル・ディジタル・セルラー
・コミッティ）の中継基地局のアンテナ装置として用い
ることができる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】図７に示したように、
元々鉛直方向または所定の俯角方向に指向性を持つ表面
実装型アンテナ３，４，５，６は、遮蔽板７によって水
平方向に強い指向性を示すようになるが、このように配
置された複数の表面実装型アンテナのたとえば中央部分
にアース板２に平行な方向（水平方向）に強い指向性を
示す別の周波数帯（たとえば１．５ＧＨｚ帯）の表面実
装型アンテナを同様に配置すると、送受信する電波が遮
蔽板７の作用で２次共振を起こし、アンテナの特性に影
響を及ぼし、却って鉛直方向に強い指向性を示すように
なる。この問題を本願の発明者らは実験により確認して
いる。このような現象を避けるために、元々水平方向に
強い指向性を示す表面実装型アンテナを、アンテナ装置
１の周辺部の遮蔽板７の設けていない位置に配置すると
いう方法が考えられるが、その場合にはアンテナ装置全
体が大型化することになる。

【００１０】この発明の目的は、アース板に対して平行
な方向（水平方向）に強い指向性を示すアンテナと、ア
ース板に垂直な方向（鉛直方向）または所定の俯角方向
に指向するアンテナとを同じ狭い領域に配置するととも
に遮蔽板を設けても、いずれのアンテナにおいても指向
性を水平方向に向けることのできるアンテナ装置を提供
することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】この発明は、アース板に
対してアンテナを配置し、そのアンテナから離間してア
ース板に対向する遮蔽板を配置してなるアンテナ装置に
おいて、上記指向性の偏移および大型化の問題を解決す
るために、請求項１に記載のとおり、アンテナを前記ア
ース板に平行方向に強い指向性を有する表面実装型アン
テナと、前記アース板に対して垂直方向または所定角度
方向に強い指向性を有する表面実装型アンテナとからな
る複数の表面実装型アンテナで構成し、前記遮蔽板に開
口部を設け、前記アース板に平行方向に強い指向性を有
する表面実装型アンテナを前記開口部の近傍に配置し、
前記アース板に対して垂直方向または所定角度方向に強
い指向性を有する表面実装型アンテナを前記開口部から
相対的に離れた位置に配置した構造としている。この構
造により、アース板に平行方向に強い指向性を有する表
面実装型アンテナは遮蔽板の影響を殆ど受けずに、本来
の水平方向の指向性を示すことになる。また、アース板
に対して垂直方向または所定角度方向に強い指向性を有
する表面実装型アンテナの指向性は、遮蔽板の作用によ
り、その表面実装型アンテナ単体の特性よりアース板に
平行な方向を指向することになる。

【００１２】前記表面実装型アンテナとしては、請求項
２に記載のとおり、誘電体または磁性体からなる略直方
体状の基体に少なくとも放射電極、給電電極およびグラ
ンド電極を形成したものとする。この構造の表面実装型
アンテナは、それ自体が小型であるため、アンテナ装置
全体の小型化に寄与する。

【００１３】

【発明の実施の形態】まず図１および図２を参照して本
願発明のアンテナ装置の構成を説明する。図１はアンテ
ナ装置の正面図、図２はその底面図である。両図におい
て３，４，５，６は、それぞれ略直方体状の表面実装型
アンテナであり、実装基板３ｓ，４ｓ，５ｓ，６ｓに実
装して、アース板２に対して垂直に、略同じ高さで９０
度づつ異なる４つの方向に向けて取り付けている。ま
た、１１，１２も略直方体状の表面実装型アンテナであ
り、それぞれ実装基板１１ｓ，１２ｓに実装するととも
に、アース板２の略中央部に、アース板２に対して垂直
に取り付けている。この例では表面実装型アンテナ１
１，１２を互いに背中合わせにするとともに、表面実装
型アンテナ１１が１２より高い（アース板２から離れ
た）位置となるように、表面実装型アンテナ１１，１２
を取り付けている。すなわち表面実装型アンテナ１１，
１２はアース板２に対して垂直方向にずらせた関係で取
り付けている。また、図１および図２において１３は遮
蔽板であり、支持部材８によりアース板２に固定してい
る。この遮蔽板１３の表面実装型アンテナ１１，１２に
近接する部分、すなわち中央部には開口部１４を形成し
ている。このように構成したアンテナ装置１０は、遮蔽
板１３を下にして、地下街等の天井９に取り付ける。

【００１４】ここで表面実装型アンテナ３〜６はたとえ
ばＰＤＣ８００で用いる８００ＭＨｚ帯の少しずつ異な
る周波数に対応させている。また、表面実装型アンテナ
１１，１２はたとえばＰＤＣ１５００で用いる１．５Ｇ
Ｈｚ帯の２つの帯域に対応させている。

【００１５】次に、図１および図２に示した表面実装型
アンテナ３〜６の構成例を、一つの表面実装型アンテナ
３を例として図３を参照して説明する。図３はその斜視
図であり、表面実装型アンテナ３は、誘電体セラミック
スや樹脂などの誘電体からなる直方体状の基体３０と、
基体３０の一方の主面（図における下面）に形成したグ
ランド電極３１、基体３０の他方の主面（図における上
面）に形成したストリップ状の放射電極３２、および基
体３０の一方の主面から一つの端面を経由して他方の主
面にかけて形成した給電電極３３で構成している。放射
電極３２は図に示すようにミアンダ状に折れ曲がったパ
ターンを有して１／４波長近似の長さとし、その一端
を、給電電極３３を形成した端面に対向する他方の端面
を経由してグランド電極３１に接続し、他端を開放端と
している。この放射電極３２の開放端と給電電極３３の
端部との対向部分にギャップｇ１を構成している。な
お、３４は固定用の電極であり、この表面実装型アンテ
ナ３を実装基板３ｓに実装する際に、実装基板３ｓ上の
電極に対して半田付けする。

【００１６】図４は図３に示した表面実装型アンテナの
等価回路図である。同図においてＬ１は図３に示した放
射電極１２の自己インダクタンスに相当するインダクタ
であり、Ｒ１は図３に示した放射電極３２から放射する
エネルギを抵抗による損失に置き換えて表した抵抗であ
る。またＣ１は図３に示した放射電極３２とグランド電
極３１との間に形成される静電容量、Ｃ３は放射電極３
２の一端と給電電極３３の一端との間（ギャップｇ１部
分）に形成される静電容量である。そしてｐ１は図３に
示した給電電極３３の他端に相当する信号入出力端子で
ある。

【００１７】図４に示した表面実装型アンテナの共振回
路は主としてインダクタＬ１、抵抗Ｒ１、コンデンサＣ
１で構成される。信号入出力端子ｐ１からコンデンサＣ
３を介して共振回路に信号が入力されると、その信号の
周波数に応じて共振回路が共振し、そのエネルギの一部
が空中に放射される。この放射されるエネルギは、等価
回路の上では抵抗Ｒ１で消費されるエネルギに相当す
る。また逆に空中からの電磁波が入射すると上記共振回
路が共振してコンデンサＣ３を介して信号入出力端子ｐ
１から取り出される。このようにしてアンテナとして機
能する。図１および図２に示した表面実装型アンテナ
４，５，６についても、図３に示したものと同様の構造
からなる。

【００１８】次に、図１および図２に示した表面実装型
アンテナ１１，１２の構成例を、一つの表面実装型アン
テナ１１を例として図５を参照して説明する。図５はそ
の斜視図である。同図において、４０は誘電体セラミッ
クスや樹脂などの誘電体材料からなる直方体状の基体で
あり、その１つの端面（図における右後方端面）に容量
装荷電極４５を形成し、対向する他方の端面（図におけ
る左手前端面）に給電電極４３およびグランド電極４１
を形成している。また両端面の間に容量装荷電極４５と
給電電極４３を電気的に接続するスルーホール４２を形
成している。さらに基体の一方の主面（図における下
面）に容量装荷電極４５から延びる固定電極４４を形成
している。

【００１９】このように構成した表面実装型アンテナ１
１は、容量装荷電極４５を開放端とし、スルーホール４
２と給電電極４３とによってモノポールアンテナを構成
する。その動作は従来のモノポールアンテナと略同様で
ある。

【００２０】なお、表面実装型アンテナ１１，１２とし
ては図３に示した構成のものを使用してもよい。

【００２１】さて、図１および図２に示したように、元
々鉛直方向または所定の俯角方向の指向性を有する表面
実装型アンテナ３，４，５，６は、遮蔽板１３の作用に
よりアース板２に平行な方向である水平方向を指向する
ことになる。３ｔは表面実装型アンテナ３の指向性を示
している。一方、アース板２に平行な方向に元々強い指
向性を示す表面実装型アンテナ１１，１２の近傍におい
て遮蔽板１３に開口部１４を設けたため、表面実装型ア
ンテナ１１，１２は、それぞれの本来の指向性を維持し
て水平方向の指向性を示すことになる。このように表面
実装型アンテナ単体としての指向性の異なる複数のアン
テナを用いたにも拘らず、表面実装型アンテナ相互の干
渉を防ぐとともに、鉛直方向からの受信電力を抑制する
ことのできる小型化されたアンテナ装置が得られる。

【００２２】図１および図２に示したアンテナ装置１に
おいては、表面実装型アンテナ１１と１２の偏波面は一
致することになるが、アース板２に対して垂直方向に互
いにずれているため、両者の相互干渉は小さい。特にこ
の２つの表面実装型アンテナ１１，１２を比較的高い周
波数帯（たとえば１．５ＧＨｚ帯）で用いるアンテナと
することによって、アース板２に対する垂直方向のずれ
量が小さくても、波長が短い分、両者の相互干渉は容易
に抑えられる。

【００２３】なお、図１および図２に示した例では、各
表面実装型アンテナをアース板に対して垂直に配置した
が、たとえば実装基板３ｓ，４ｓ，５ｓ，６ｓをアース
板に対してそれぞれ内側または外側に傾斜させて配置し
てもよい。これにより、たとえば表面実装型アンテナ３
と５は非平行関係となり、表面実装型アンテナ３，５か
らそれぞれ放射される電磁波の偏波面である電界および
磁界の向きが互いに一致しなくなり、相互干渉が抑えら
れる。このことは表面実装型アンテナ４と６に関しても
同じである。また、隣接する表面実装型アンテナ同士の
関係、たとえば表面実装型アンテナ３と４、または３と
６等との関係についても、電磁波の偏波面である電界お
よび磁界の向きが一致しなくなり、相互干渉が抑えられ
る。

【００２４】次に、上記アンテナ装置に適する他の表面
実装型アンテナの構成例を図６に示す。図６において２
０は、誘電体セラミックスからなる直方体状の基体２０
であり、この基体２０の一方の主面（図における下面）
から１つの端面（図における左手前の端面）にかけてグ
ランド電極２１を形成し、基体２０の他方の主面（図に
おける上面）にコ字状の放射電極２２を形成するととも
に、その放射電極２２の一端をグランド電極２１に接続
し、他端を開放している。また基体２０の一方の主面か
ら１つの端面を経由して他方の主面にかけて給電電極２
３を設けている。放射電極２２はコ字状に形成してい
て、その開放端と給電電極２３の一端との間にギャップ
ｇ２を構成している。なお、基体２０の一方の主面から
１つの端面にかけて固定電極２４を形成している。

【００２５】図６に示した表面実装型アンテナの等価回
路は図４に示したものと同様となる。この場合、図６の
放射電極２２とグランド電極２１との間の静電容量がＣ
１、ギャップｇ２部分の静電容量がＣ３、放射電極２２
の自己インダクタンスがＬ１に相当する。

【００２６】このように表面実装型アンテナの放射電極
は図３に示したようにミアンダ状のものに限らず、図６
に示したようなコ字状であってもよく、さらに直線状や
Ｌ字状などの別の形状で構成してもよく、同等の作用効
果が得られる。また、表面実装型アンテナの基体として
誘電体に限らず磁性体を用いてもよい。また、図３およ
び図６に示した例では、基体の表面に放射電極や給電電
極を設けたが、これらの電極を基体の内部に形成しても
よい。たとえば誘電体板や磁性体板の表面に放射電極や
給電電極を形成し、その表面にさらに誘電体板や磁性体
板を積層して積層体構造の内部に放射電極や給電電極を
形成してもよい。

【００２７】

【発明の効果】請求項１に記載の発明によれば、アース
板に平行方向に強い指向性を有する表面実装型アンテナ
は遮蔽板の影響を殆ど受けずに、本来の水平方向の指向
性を示すことになる。しかも元々アース板に垂直な方向
（鉛直方向）または所定の俯角方向を指向する他のアン
テナは、遮蔽板の作用で水平方向を指向することにな
る。

【００２８】請求項２に記載の発明によれば、アンテナ
装置全体が容易に小型化できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施形態に係るアンテナ装置の正面
図である。

【図２】同アンテナ装置の底面図である。

【図３】同アンテナ装置で用いる表面実装型アンテナの
構成を示す斜視図である。

【図４】同表面実装型アンテナの等価回路図である。

【図５】他の表面実装型アンテナの構成例を示す斜視図
である。

【図６】他の表面実装型アンテナの構成例を示す斜視図
である。

【図７】従来技術によるアンテナ装置の正面図である。

【図８】従来技術によるアンテナ装置の底面図である。

【符号の説明】

１−アンテナ装置 ２−アース板 ３，４，５，６，１１，１２−表面実装型アンテナ ３ｓ，４ｓ，５ｓ，６ｓ，１１ｓ，１２ｓ−実装基板 ８−支持部材 ９−天井 １３−遮蔽板 １４−開口部 ３０−基体 ３１−グランド電極 ３２−放射電極 ３３−給電電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 野島 俊雄 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 垂澤 芳明 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２−141007（ＪＰ，Ａ) 実開 平３−121716（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01Q 13/18 H01Q 1/38 H01Q 21/24

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 アース板に対してアンテナを配置し、そ
   のアンテナから離間して前記アース板に対向する遮蔽板
   を配置してなるアンテナ装置において、 前記アンテナを、前記アース板に平行方向に強い指向性
   を有する表面実装型アンテナと、前記アース板に対して
   垂直方向または所定角度方向に強い指向性を有する表面
   実装型アンテナとからなる複数の表面実装型アンテナで
   構成し、前記遮蔽板に開口部を設け、前記アース板に平行方向に
   強い指向性を有する表面実装型アンテナを前記開口部の
   近傍に配置し、前記アース板に対して垂直方向または所
   定角度方向に強い指向性を有する表面実装型アンテナを
   前記開口部から相対的に離れた位置に配置した ことを特
   徴とするアンテナ装置。
2. 【請求項２】 前記表面実装型アンテナは、誘電体また
   は磁性体からなる略直方体状の基体に少なくとも放射電
   極、給電電極およびグランド電極を形成したものである
   請求項１に記載のアンテナ装置。