JP3549143B2

JP3549143B2 - アンテナ装置

Info

Publication number: JP3549143B2
Application number: JP21299697A
Authority: JP
Inventors: 容平石川; 正二南雲; 俊雄野島; 芳明垂澤
Original assignee: NTT Docomo Inc; Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: NTT Docomo Inc; Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1997-08-07
Filing date: 1997-08-07
Publication date: 2004-08-04
Anticipated expiration: 2017-08-07
Also published as: JPH1155030A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、たとえば携帯電話システムの小型中継基地局などに使用され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には、ダイポールアンテナ、モノポールアンテナ、またはループアンテナが一体的に設けられ、壁面や天井に設置されている。
【０００４】
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。上記従来の中継基地局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。
【０００５】
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に示す。同図において３２，３３，３４，３５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３２ｓ，３３ｓ，３４ｓ，３５ｓに実装して、アース板３１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。また、３６，３７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３６ｓ，３７ｓに実装し、アース板３１の中心付近に、アース板３１に対して垂直に、アース板３１から略同じ高さで互いに背中合わせで取り付ける。このようにしてアンテナ装置３０を構成する。
【０００６】
ここで表面実装型アンテナ３２〜３５はたとえばＰＤＣ８００（パーソナル・ディジタル・セルラー・コミッティ）で用いられる比較的低い周波数帯（たとえば８００ＭＨｚ帯）で使用され、１つの通信方式の互いに少しづつ異なる周波数帯に対応させる。また、表面実装型アンテナ３６，３７はたとえばＰＤＣ１５００で用いられる比較的高い周波数帯（たとえば１．５ＧＨｚ帯）で互いに異なる周波数帯に対応させる。
【０００７】
このように構成したアンテナ装置３０は、地下街などの、地上とは電磁波的に遮断された場所の天井などに、アース板３１を上にした状態で逆さまに取り付ける。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
図７に示したようなアンテナ装置によれば、複数の表面実装型アンテナが単一のアンテナ装置としてユニット化されるため、全体に小型化され、限られたスペースに設置できるという利点がある。ところが、図７に示した構造のアンテナ装置においては、表面実装型アンテナ３２と３４、３３と３５、および３６と３７の、互いの偏波面が一致し、且つ相互の距離が近接しているため、それぞれの表面実装型アンテナにおいて電界および磁界の向きが一致して相互干渉が生じ、各アンテナのマッチングをとるのが困難になる。また、このような相互干渉を避けるためには、各表面実装型アンテナの間隔を大きくとるという方法も考えられるが、その場合にはアンテナ装置全体が大型化するという問題が生じる。
【０００９】
この発明の目的は複数の表面実装型アンテナ間の相互干渉を小さくし、且つ容易に小型化できるようにしたアンテナ装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この発明は、アース板に対して複数の表面実装型アンテナを配置してなるアンテナ装置において、上記干渉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、表面実装型アンテナの実装面が、前記アース板を底面とする略錐の側面を成すように配置する。また請求項２に記載のとおり、複数の表面実装型アンテナの各表面実装型アンテナを前記アース板に対して垂直方向または平行方向にそれぞれ異なり、それぞれの表面実装アンテナ間の干渉を低減する位置に配置する。これにより各表面実装型アンテナ間の間隔を狭めても複数の表面実装型アンテナ間の相互干渉が小さくなり、全体に小型化されたアンテナ装置が得られる。
【００１１】
またこの発明は請求項３に記載のとおり、第１のアンテナ群を構成する複数の表面実装型アンテナを、前記アース板に対して垂直方向または平行方向のそれぞれ異なる位置に配置し、第２のアンテナ群を構成する複数の表面実装型アンテナを、当該表面実装型アンテナの実装面が、前記アース板を底面とする略錐の側面を成し、且つ第１のアンテナ群の周囲に配置する。この構造により、第１のアンテナ群をなす複数の表面実装型アンテナ同士の相互干渉、第２のアンテナ群をなす複数の表面実装型アンテナ同士の相互干渉および第１と第２のアンテナ群との間での相互干渉のいずれもが小さくなり、しかも限られた空間内に多数の表面実装型アンテナを配置することができ、全体に容易に小型化できる。また使用する周波数帯の異なった２種類の通信システムで兼用されるアンテナ装置が容易に得られる。
【００１２】
前記表面実装型アンテナとしては、請求項４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。
【００１４】
図１はアンテナ装置の主要部の斜視図、図２の（ａ）はアンテナ装置の平面図、（ｂ）はその正面図である。両図において、アンテナ装置１は、略直方体状の表面実装型アンテナ３，４，５，６を実装基板３ｓ，４ｓ，５ｓ，６ｓにそれぞれ表面実装するとともに、これらの実装基板３ｓ〜６ｓをアース板２に対して約６０度の角度で、略同じ高さで、９０度づつ異なった４つの方向に向けて取り付けている。また、略直方体状の表面実装型アンテナ７，８をそれぞれ実装基板７ｓ，８ｓ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７，８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８が７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７，８を取り付けている。すなわち表面実装型アンテナ７，８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。
【００１５】
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。表面実装型アンテナ７，８はたとえばＰＤＣ１５００で用いる１．５ＧＨｚ帯の２つの帯域に対応させている。
【００１６】
次に、図１および図２に示した各表面実装型アンテナの構成例を、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。
【００１７】
図３はその斜視図であり、表面実装型アンテナ３は、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１０と、基体１０の一方の主面（図における下面）に形成したグランド電極１１、基体１０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１２、および基体１０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１３で構成している。放射電極１２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１３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１１に接続し、他端を開放端としている。この放射電極１２の開放端と給電電極１３の端部との対向部分にギャップｇ１を構成している。なお、１４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。
【００１８】
次に、図３に示した表面実装型アンテナの等価回路図を図４に示す。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１２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１２とグランド電極１１との間に形成される静電容量、Ｃ３は放射電極１２の一端と給電電極１３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１３の他端に相当する信号入出力端子である。
【００１９】
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Ｃ１で構成される。信号入出力端子ｐ１からコンデンサＣ３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ｐ１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に示した他の表面実装型アンテナも、図３に示したものと同様の構造からなる。
【００２０】
さて、図１および図２に示したように、たとえば表面実装型アンテナ３と５は、アース板２に対してそれぞれ約６０度傾けて、背中合わせで取り付けているため、その両者の実装面は約６０度の角度で交差し、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。４つの表面実装型アンテナ３〜６をこのように配置することにより、互いの距離が近接していても相互干渉が抑えられ、マッチングが容易にとれるようになる。そのため、４つの表面実装型アンテナ３〜６の配置間隔を狭くして、全体に小型化を図ることができる。
【００２１】
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７と８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７，８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、両者の相互干渉が容易に抑えられる。
【００２２】
また、図１および図２に示したアンテナ装置においては、アース板２に対して垂直方向にずらせた表面実装型アンテナ７，８をアース板２の略中央部に配置し、アース板２に対して傾斜した表面実装型アンテナ３〜６をその周囲に配置したことにより、限られた空間内に多数の表面実装型アンテナを互いに干渉させることなく配置することができ、且つ使用する周波数帯の異なる２つの通信方式で共用可能なアンテナ装置が得られる。
【００２３】
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５に示す。
図５において２０は、誘電体セラミックスからなる直方体状の基体であり、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２３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。
【００２４】
図５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５の放射電極２２とグランド電極２１との間の静電容量がＣ１、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。
【００２５】
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５に示したようなコ字状であってもよく、さらにＬ字状や直線状などの別の形状であってもよく、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は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５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。
【００２６】
図６はさらに他の表面実装型アンテナの構成例を示す斜視図である。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。
【００２７】
このように構成した表面実装型アンテナは、容量装荷電極４５を開放端とし、スルーホール４２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。
【００２８】
なお、図１および図２に示した例では、表面実装型アンテナ３〜６をアース板２の中央方向へ傾斜させたが、逆に外側へ傾斜させてもよい。また、図１および図２に示した例では、表面実装型アンテナ７，８をアース板２に対して垂直方向にずらせたが、これをアース板２に対して平行方向にずらせて両者間の干渉を防止するようにしてもよい。
【００２９】
【発明の効果】
請求項１，２に記載の発明によれば、各表面実装型アンテナ間の間隔を狭めても複数の表面実装型アンテナ間の相互干渉が小さくなり、全体に小型化されたアンテナ装置が得られる。
【００３０】
請求項３に記載の発明によれば、第１のアンテナ群をなす複数の表面実装型アンテナ同士の相互干渉、第２のアンテナ群をなす複数の表面実装型アンテナ同士の相互干渉および第１と第２のアンテナ群との間での相互干渉のいずれも小さくなり、しかも限られた空間内に多数の表面実装型アンテナを配置することができ、全体に容易に小型化できる。また使用する周波数帯の異なった２種類の通信システムで兼用されるアンテナ装置が容易に得られる。
【００３１】
請求項４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主要部の斜視図である。
【図２】同アンテナ装置の平面図および正面図である。
【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構成を示す斜視図である。
【符号の説明】
１−アンテナ装置
２−アース板
３，４，５，６，７，８−表面実装型アンテナ
３ｓ，４ｓ，５ｓ，６ｓ，７ｓ，８ｓ−実装基板
１０−基体
１１−グランド電極
１２−放射電極
１３−給電電極

Claims

それぞれに表面実装型アンテナを実装した複数の実装基板をアース板に配置してなるアンテナ装置であって、前記表面実装型アンテナの実装面が、前記アース板を底面とする略錐の側面を成すように配置したことを特徴とするアンテナ装置。
それぞれに表面実装型アンテナを実装した複数の実装基板をアース板に配置してなるアンテナ装置であって、前記複数の表面実装型アンテナの各表面実装型アンテナを前記アース板に対して垂直方向または平行方向にそれぞれ異なり、それぞれの表面実装アンテナ間の干渉を低減する位置に配置したことを特徴とするアンテナ装置。
それぞれに表面実装型アンテナを実装した複数の実装基板をアース板に配置してなるアンテナ装置であって、第１のアンテナ群を構成する複数の表面実装型アンテナを、前記アース板に対して垂直方向または平行方向のそれぞれ異なる位置に配置し、第２のアンテナ群を構成する複数の表面実装型アンテナを、当該表面実装型アンテナの実装面が、前記アース板を底面とする略錐の側面を成し、且つ第１のアンテナ群の周囲に配置したことを特徴とするアンテナ装置。
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、２または３に記載のアンテナ装置。