JP3548254B2

JP3548254B2 - 簡易型携帯電話システム用アンテナ

Info

Publication number: JP3548254B2
Application number: JP33832994A
Authority: JP
Inventors: 雅治加藤
Original assignee: Maspro Denkoh Corp
Current assignee: Maspro Denkoh Corp
Priority date: 1994-12-29
Filing date: 1994-12-29
Publication date: 2004-07-28
Anticipated expiration: 2019-07-28
Also published as: JPH08186435A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は簡易型携帯電話システムにおいて、移動機（端末機或いは子機とも呼ばれる）へ向けて電波の発信を行ったり移動機から送られてくる電波の受信を行うためのアンテナに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１１の（Ａ）に示す如く、路上1aに設けられている電柱41の腕金42に無指向性のアンテナAfを取付けて上記電波の受発信を行っている。このようなものにあってはアンテナの周囲のどの方向にも電波の受発信が出来るので、一つのアンテナAfでもって広いサービスエリアSfを確保できる特長がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし電線の地中埋設地域など図１１の（Ｂ）のように電柱の無い場所では上記のような状態でのアンテナの設置が出来ないため、上記アンテナをビル２の壁面2aの低所に取付けることが考えられた。しかしそのようにすると、折角電柱や電線44が無くてすっきりとした路上1aにおいて上記アンテナの存在が目立ち、路上の美観を損ねてしまう問題点があった。又上記路上の美観の保持の為に上記アンテナをビル壁面2aの高所に取付けると、アンテナから路上までの距離が遠い為、該アンテナから路上の移動機に届く電波が弱くなってしまったり、或いは路上の移動機から発せられた電波を該アンテナで受信するときの受信レベルが低くなってしまう問題点が生じ、それを回避する為には該アンテナに接続する送受信機として高出力、高感度の特別な送受信機が必要となる問題点があった。
【０００４】
上記のような問題点の解決の為に、図１１の（Ｂ）に示す如く、輻射器Bgと導波器Cgと反射器Dgとから構成されて指向性agを強くしたアンテナAgを、ビル壁面2aの高所即ち路上1aの人の視覚範囲から外れて目につき難い高さの場所に下向きに取付けることが考えられた。このようにすると該アンテナAgからの電波を非常に効率良く路上1aに送って移動機には強い電波を届かせることが出来、又移動機から発せられた電波を受信レベル高く受信することが出来る。
【０００５】
しかしそのようにした場合、上記の如く指向性agが強いゆえに一つのアンテナAgによる路上1aでのサービスエリアSgが非常に狭くなってしまう問題点があり、路上1aのどこでも電話の利用を可能にする為には多数のアンテナを非常に近い間隔で配置する必要が生ずる問題点があった。
【０００６】
又上記指向性が強いゆえにサービスエリアが狭くなるという問題点を解決すべく、図１１の（Ｃ）に示すように、二つの導波器Ch，Chを備えて２方向の指向性ah，ahをもったアンテナAh（例えば実開昭５８−１６１３１０号公報参照）を利用し、広いサービスエリアShを確保出来るようにすることが考えられた。
【０００７】
しかし上記のようなものにあっては、両指向性ahの狭間となる場所43において、路上1aの移動機に届く電波が弱くなったり路上の移動機からの電波の受信レベルが低くなってしまう場所が出来、本来通信が出来るはずのサービスエリアSh内において通信不能の領域43が生じて信頼性を損なう問題点があった。
【０００８】
本願発明の簡易型携帯電話システム用アンテナは上記従来技術の問題点（技術的課題）を解決する為に提供するものである。
第１の目的は、路上へ向けて電波を発信したり、路上の移動機からの電波を受信したりできるアンテナを提供することである。
第２の目的は、路上から目立たぬようビル壁面の高所に取付けても、路上には高レベルの電波を届かせることが出来、又路上の移動機からの電波を高レベルで受信できるアンテナを提供することである。
第３の目的は、上記のように高所に取付けても、路上においては広いサービスエリアを確保することが出来るようにしたアンテナを提供することである。
第４の目的は、上記サービスエリア内のどの場所においても、路上には高レベルの電波を届かせることが出来、又路上の移動機からの電波を高レベルで受信できて、どこでも適正な通信を行うことが出来るように、サービスエリア内のどこに対しても均等なレベルの電波の受発信が出来るアンテナを提供することである。
他の目的及び利点は図面及びそれに関連した以下の説明により容易に明らかになるであろう。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本願発明における簡易型携帯電話システム用アンテナは、簡易型携帯電話システム用の電波の受発信を行うための輻射器と、上記電波の導波を行う為の導波器と、上記電波の反射を行う為の反射器とを備える簡易型携帯電話システム用アンテナにおいて、
上記導波器を二つ備えさせると共に、上記輻射器に対してそれら二つの導波器は、それらの導波器における導波軸線の方向を、夫々の導波器による導波軸線の方向での利得が高く、かつ、上記二つの導波軸線の方向の中間部での利得が上記導波軸線の方向での利得よりも低くなるようにハの字となる関係に配置し、さらに上記輻射器に対して上記反射器は、それによる上記電波の反射の方向が、上記ハの字となった両導波器による高い利得となる周辺部よりも、利得が低くなる中間部の方向となる関係に配置したたものである。
【００１０】
【作用】
アンテナからの電波の発信の場合、輻射器から発せられた電波は二つの導波器によって夫々の導波器による電波の導波の方向が相互にハの字となる状態に導波される。従って夫々の導波の方向に最も強く電波が送られる。又反射器は上記電波を上記両導波の方向の間に向けて反射する。従ってその方向に向けても電波は比較的強く送られる。電波の受信の場合、上記と均等の作用によって両導波器の導波の方向からの電波を最もレベル高く受信でき、又それら両導波の方向の間の方向からの電波も比較的高レベルで受信出来る。
【００１１】
【実施例】
以下本願の実施例を示す図面について説明する。アンテナの使用状態を示す図１および図２において、１は道路、２は道路１の両側に建てられている多数のビルを示す。Ａは簡易型携帯電話システム用アンテナを示し、支持具３でもって上記ビル２の壁面2aにおける高所（例えば高さH1が３０ｍ）に取付けられた状態が示される。尚壁面2aからのアンテナＡの離間寸法D1は、アンテナＡによる電波の受発信に対して壁面2aからの影響が許容以下となる寸法例えば１ｍ程度である。ａはアンテナＡの指向性を示す線で、アンテナＡからこの線ａまでの距離が遠いほど電波を効率良く送信或いは感度高く受信することが出来る。Ｓは１台のアンテナＡ及びそれに接続する送受信機によって受け持っているサービスエリアを示す。S'は隣のアンテナによる受け持ちのサービスエリアを示す。
【００１２】
上記支持具３は図３及び図４に示されるような通常知られた構造のもので、例えばビルの屋上の周壁2bに固着するようにした取付具４とそれによって支えられた支持杆５とから成り、支持杆５の一端にアンテナＡを取付けている。取付具４は符号６〜10で示す部材から成る周知構成のものであり、６はベース、７はベースを壁2bに固定する為のボルト、８は支持杆５の押え具、９，10はベース７に押え具８を固着する為のボルト及びナットを示す。尚上記支持具３としてはその他の任意の構造のものを用いることが出来る。次に11は支持杆５の他端に備えさせたコネクターで、上記支持杆５の内部に挿通され且つ一端が上記アンテナＡの輻射器に接続された伝送線（例えば同軸ケーブル）の他端が接続してある。12は信号伝送のためのケーブルで、一端は上記コネクター11に接続し、他端は図示外の簡易型携帯電話システム用の送受信機に接続している。13は防水キャップである。
【００１３】
次に上記アンテナＡを詳細に示す図５乃至図７について説明する。上記アンテナＡは簡易型携帯電話システム用の１．９ＧＨｚ帯の電波の受発信を行うための輻射器Ｂと、夫々上記電波の導波を行う為の二つの導波器Ｃ，Ｃと、上記電波の反射を行う為の反射器Ｄとから構成している。上記輻射器Ｂとしては一例として周知の種々の同軸形アンテナの内から選ばれたスリーブアンテナと称されるものを用いている。その構造は図８に示される通りで、16は筒状のエレメント、17は棒状のエレメント、18は両エレメントを相互に絶縁状態で一体化させるための絶縁スペーサーである。上記エレメント16，17の夫々の長さL7，L8は例えば夫々４１mmと３６mmである。尚19は上記支持杆５に挿通した伝送線を示し、その中心導体19ａ及び外部導体19ｂは上記各エレメント17，16に接続している。尚該輻射器Ｂとしては上記した例の他に、１．９ＧＨｚ帯の電波の受発信が可能な任意のものを用いることができる。
【００１４】
次に上記導波器Ｃは、支持杆21に多数の導波素子22を取付けた周知の構造のものを例示する。支持杆21及び導波素子22は金属の棒材を用いて構成しており、各導波素子22は各々の中間点を支持杆21に固着（例えば溶接）している。支持杆21は合成樹脂等の絶縁材料製であっても良い。各導波素子22の長さは例えば１．９ＧＨｚの波長の二分の一に波長短縮率の数値の例としての約０．８を乗じた長さであり、その寸法の一例を示せば、L1＝５８mm、L2＝５７mm、L3＝５６mm、L4＝５５mm、L5＝５４mmである。導波素子22相互の間隔は、基本的には上記波長の四分の一である。しかし、簡易型携帯電話システムではその周波数帯域幅が２２．８ＭＨｚあってアンテナの特性は比較的広帯域が要求される。そこで輻射器Ｂに近い側においては上記間隔を狭くすることで等価的に導波素子22を太くして広帯域化を行っている。尚利得の向上もある。又輻射器Ｂから遠い導波素子22では利得の向上を効率よく行うために上記四分の一波長に近い間隔にしている。尚一例を示せば、波長をλで表して、D2＝０．１５９λ、D3＝０．１０２λ、D4＝０．１２７λ、D5＝０．１５９λである。C'は上記導波器Ｃによる導波の方向即ち電波を強く導く方向を示す。上記のような構成の導波器Ｃにあっては、導波の方向C'は上記多数の導波素子22の中間点を結ぶ直線（この例では上記支持杆21の位置に一致する）の方向となる。又その中心軸を本件明細書中においては導波軸線23と呼ぶ。
【００１５】
次に上記反射器Ｄは、支持杆25に一つの反射素子26を取付けた構造のものを例示する。支持杆25及び反射素子26は上記導波器の場合と同様に構成している。反射素子26の長さL6は上記波長のほぼ二分の一である７８mmであり、輻射器Ｂとの間隔D6は０．２５λである。間隔D6は０．３８λであっても良く、０．２５λの場合とほぼ同様の特性を発揮させることが出来る。D'は上記反射器Ｄによる電波の反射の方向を示す。上記構成の反射器Ｄにおいては、上記反射の方向D'は輻射器Ｂとの位置関係で決まり、反射素子26から見て輻射器Ｂの側がその方向となる。
【００１６】
次に上記輻射器Ｂと導波器Ｃと反射器Ｄの位置関係及びそれらの結合を説明する。アンテナＡから発射されて路上に届く電波のレベルが広いサービスエリアＳ内においてどこも均等となるようにする為に、又受信の場合には路上の移動機から発せられてアンテナＡで受信される信号レベルが上記サービスエリア内においてどこも均等となるようにする為に、輻射器Ｂと二つの導波器Ｃと反射器Ｄとは以下のような位置関係に配置している。先ず、輻射器Ｂに対して二つの導波器Ｃは、電波が水平面内において広い範囲Ｗに届くようにする為に、夫々の導波器Ｃによる導波の方向C'が相互にハの字となる関係に配置している。例えば夫々の導波軸線23が上記輻射器Ｂの位置において交差する状態となるように配置している。正しく輻射器Ｂの位置において交差せずその近傍位置において交差していても良い。導波軸線23相互の開き角度θは例えば１２５゜である。開き角度θは後述のように指向性のパターンが所望の形となるように決めると良い。上記のような関係での輻射器Ｂと導波器Ｃとの結合は、エレメント16に支持杆21を溶接により固定して行った例を示す。次に上記輻射器Ｂに対して上記反射器Ｄは、上記広い範囲Ｗの中間部Ｍにおいても電波が範囲Ｗの周辺部と同等のレベルで届くようにする為に、上記反射の方向D'が上記両導波の方向C'，C'の間27（上記開き角度θが示される側の領域）の方向となる関係に配置している。例えば本例では、上記輻射器Ｂに対して上記両導波軸線23の間とは反対の側で、輻射器Ｂに対して上記開き角度θのちょうど中間の位置とは真反対の位置に配置している。しかしその位置は、輻射器Ｂに最も近い導波素子22と反射素子26との間隔D7が近くなることによる悪影響（例えば指向性の撹乱）を引き起こさない程度に矢印28或いは矢印29方向寄りの位置に配置しても良い。上記のような関係での輻射器Ｂと反射器Ｄとの結合は上記輻射器Ｂと導波器Ｃの結合と同様に行った例を示す。
【００１７】
上記構成のアンテナＡの作用を説明する。アンテナＡからの電波の発信の場合、伝送線19を通して輻射器Ｂに簡易型携帯電話システム用の例えば１．９ＧＨｚ帯の高周波信号を与える。すると輻射器Ｂからその信号が電波となって発射される。二つの導波器Ｃは、その発射された電波を各々の導波軸線23の方向に最も効率よく導波する。又反射器Ｄは上記電波を上記両導波軸線23の間27の方向に向けて最も効率よく反射する。従って上記アンテナＡからは両導波軸線23の方向及びそれらの間27の方向に向けて強く電波が発射される。一方電波の受信の場合、到来する簡易型携帯電話システム用の１．９ＧＨｚ帯の電波は輻射器Ｂで受信され高周波信号となって伝送線19に与えられる。この場合、各導波器Ｃは夫々の導波軸線23方向から到来する電波を最も効率よく導波して輻射器Ｂに与え、又反射器Ｄは両導波軸線23の間27の方向から到来する電波をも効率よく反射して輻射器Ｂに与える。従って両導波軸線23の方向及びそれらの間27の方向から到来する電波を高利得で受信する。
【００１８】
上記構成のアンテナＡにおいては、電波を届かせることの出来る範囲Ｗ（受信の場合は電波を受信できる範囲Ｗ）内での前記レベルの均等化の為に、範囲Ｗの中間部Ｍでの利得が範囲Ｗの周辺部での利得よりも低くなるようにしている。一例として前記構成のアンテナＡの指向性を測定した結果を図９に示す。破線は１．８９５１５ＧＨｚ、実線は１．９０６５５ＧＨｚ、一点鎖線は１．９１７９５ＧＨｚの特性を示す。この図から明らかなように、上記両導波軸線23の方向及びその間27の方向に高い利得を示し、それらの間27の方向ではそれに比べてやや低い利得を示している。
【００１９】
次に、上記構成のアンテナＡは、電波を効率高く放射できる範囲或いは感度高く受信できる範囲を広く或いは狭く設定する為に、開き角度θの大きさを種々に変更したものを種々に準備すると良い。上記構成のアンテナにあっては、開き角度θを大きく或いは小さくすると、電波を効率高く放射出来る範囲或いは感度高く受信出来る範囲は夫々広く或いは狭くなる。その測定結果の一例を図１０に示す。図１０において１点鎖線は上記開き角度θが１８０゜のアンテナの指向性を示し、実線は開き角度θが７０゜のアンテナの指向性を示す。又、指向方向で高い利得を得たり低い利得を得られるようにする為に、各導波器Ｃの導波素子22の数の異なるものを種々準備すると良い。素子22の数を多くすると、指向性が鋭くなってその指向方向（導波軸線の方向）での利得が高くなり（例えば素子数が９本の場合、利得は９〜10dBiとなる）、反対に数を少なくすると指向性が緩やかになってその指向方向での利得が低くなる（例えば素子数が３〜４本の場合、利得は７dBi程度となる）。
【００２０】
次に上記構成のアンテナＡを簡易型携帯電話システムにおいて使用する場合について説明する。図１、図２に示されるような場所においてアンテナＡを設置する場合、先ず道路１での人の通行量に応じて１台の送受信機及びそれに接続する１本のアンテナＡによって受け持つサービスエリアＳの広さを決める。即ち、１台の送受信機におけるチャンネル数は有限であり（例えば４〜１０チャンネル）、同時に通話の取り扱いが出来る移動機の数はそのチャンネル数に制限される。従って、サービスエリアＳ内において同時に通話が行われると予想される移動機の数が上記チャンネル数以下となるように、上記サービスエリアＳの広さを決める。次に、上記サービスエリアＳをカバーでき、しかもそのサービスエリアＳにおいて所定の送信レベル及び受信レベルが得られるように、使用するアンテナＡの選定及びその設置高さの決定を行う。例えばサービスエリアＳが狭い場所では、上記開き角度θが小さいアンテナを用いたりアンテナの設置高さを低くする。反対にサービスエリアＳが広い場所では、上記開き角度θが大きいアンテナを用いたり、アンテナの設置高さを高くする。そしてそれらの設置高さに応じて、上記所定の送受信レベルが得られるような素子数のアンテナを選定する。このようにして選定されたアンテナを、決定された高さ位置の場所に設置する。上記構成のアンテナＡにあっては、前述のように両導波軸線23の方向及びそれらの間27の方向に対して、効率よく電波を発信でき、又、高利得で受信出来るので、１本のアンテナでもって広いサービスエリアを確保できると共に、そのサービスエリア内に対しては空白域無く上記状態での電波の発信及び受信が出来る。
【００２１】
上記アンテナの設置状態において移動機に対する送受信を行う場合、図９に示す如き指向性を有するアンテナにあっては、その直下の方向30での利得は比較的低いが、その方向でのアンテナから路上1aまでの距離は短いので電波の伝搬のロスが少ない。一方導波軸線23の方向及びその近傍方向では、アンテナから路上1aまでの距離が長いので電波の伝搬のロスが大きいが、アンテナの利得は非常に高い。従ってサービスエリアＳの範囲内においては、両導波軸線23の方向及びその近傍方向に対しても、又それらの間27の方向に対しても、何れもレベル（上方のアンテナＡから発信されて路上に到達する電波のレベル、及び、路上の移動機から発せられて上方のアンテナＡによって受信される電波のレベル）が均等となる状態で送受信を行うことが出来る。
【００２２】
【発明の効果】
以上のように本願発明にあっては、輻射器Ｂに簡易型携帯電話システム用の高周波信号を供給することによりそれを電波として発信することが出来、又移動機からその帯域の電波が輻射器に届くときにはそれを受信して高周波信号を得ることが出来る特長がある。
しかも上記の場合、アンテナＡをビル壁面2aの高所2a’に取付けても、電波を導波器Ｃでもって導き又反射器Ｄでもって反射するので、路上1aに高レベルの電波を届かせたり、路上の移動機からの電波を高い受信レベルで受信することが出来る特長がある。
更に、上記のように高所に取付けた状態で上記のような高レベルの電波の伝達或いは高受信レベルでの受信が出来るようにしたものであっても、上記の場合、電波を二つの導波器Ｃ，Ｃでもって、各々の導波器Ｃによる導波の方向が相互にハの字となる関係に導波すると共に、それらの導波の方向の間27の方向に対しては反射器Ｄでもって電波を反射するので、路上1a対しては、上記高レベルの電波を広いサービスエリアＳの全体に一様に届かせたり、その広いサービスエリアＳ内のどこの場所にある移動機からの電波も一様に高受信レベルで受信できる特長がある。このことは、一つのアンテナＡでもって広いサービスエリアＳを確保できる効果があると共に、そのサービスエリアＳ内においては、どの場所においても適正な通信を可能に出来て高信頼性を得ることの出来る効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】簡易型携帯電話システム用アンテナの使用状態を略示する斜視図。
【図２】同平面図。
【図３】簡易型携帯電話システム用アンテナのビル壁面に対する取付状態を示す側面図。
【図４】取付具の拡大斜視図。
【図５】簡易型携帯電話システム用アンテナの斜視図。
【図６】簡易型携帯電話システム用アンテナの正面図。
【図７】簡易型携帯電話システム用アンテナにおける輻射器と一方の導波器とを示す平面図。
【図８】輻射器の縦断面図。
【図９】図５のアンテナの指向性を示す図。
【図１０】二つの導波器の導波軸線を異ならしめたアンテナの指向性を示す図。
【図１１】（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は夫々従来のアンテナの使用状態を示す斜視図。
【符号の説明】
Ｂ輻射器
Ｃ導波器
Ｄ反射器
23 導波軸線

Claims

簡易型携帯電話システム用の電波の受発信を行うための輻射器と、上記電波の導波を行う為の導波器と、上記電波の反射を行う為の反射器とを備える簡易型携帯電話システム用アンテナにおいて、
上記導波器を二つ備えさせると共に、上記輻射器に対してそれら二つの導波器は、それらの導波器における導波軸線の方向を、夫々の導波器による導波軸線の方向での利得が高く、かつ、上記二つの導波軸線の方向の中間部での利得が上記導波軸線の方向での利得よりも低くなるようにハの字となる関係に配置し、
さらに上記輻射器に対して上記反射器は、それによる上記電波の反射の方向が、上記ハの字となった両導波器による高い利得となる周辺部よりも、利得が低くなる中間部の方向となる関係に配置したことを特徴とする簡易型携帯電話システム用アンテナ。