JP3551231B2 - 無指向性偏波ダイバーシチアンテナ - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、ＰＨＳや携帯電話等のマイクロセル基地局に利用できる水平面内無指向性偏波ダイバーシチアンテナにするものである。
【０００２】
【従来の技術】
移動体通信用のアンテナに要求される放射特性は、設置場所やカバーエリア等の条件に応じて様々であるが、特に、水平面内において無指向性であることが要求されるものが多い。この水平面内無指向性アンテナで多く用いられるものには、スリーブアンテナ等があり、その利得は単一型（一段）のもので２．１４ｄＢｉ程度である。また、ユーザの要求に応じて数段あるいは十数段に多段化された構成のものもあり、その利得は段数に応じて高利得となってくる。
【０００３】
前記高利得の水平面内無指向性アンテナとして、具体的に、アンテナ素子を縦に複数個並べて、基板の給電回路より並列給電を行うようにしたアンテナが提案されている（特開平８−３４０２１１号公報参照）。この高利得無指向性アンテナは、複数の垂直偏波ダイポールアンテナ素子を縦方向に一列に並べ、またその給電点と各ダイポールアンテナ素子との間は、電気長でほぼ等しい長さの給電線（ストリップライン）をもって接続する構造をとっている。
【０００４】
具体的には、図１０（ａ） （ｂ） に示すように、縦長の地板２１にアンテナ素子２２を並べ（地板２１とアンテナ素子２２は絶縁されている）、基板２４の給電回路から給電ピン２３を通して、それぞれのアンテナ素子２２に給電するものである。裏側の地板２１にも同様にアンテナ素子２２を並べ、前記給電回路から給電ピン２３を通して給電している。
【０００５】
ところが、実際には、水平偏波を発射する水平面内無指向性アンテナが要求されることがある。
この場合は、例えば図１１（ａ） に示すように、アンテナ素子を横に並べ変えることにより、水平偏波ダイポールアンテナとすることが考えられる。
ところが、アンテナ素子２２ａ，２２ｂの長さＬ３（図１１（ａ） 参照）は、原理上０．５波長程度必要なので、アンテナ全体の横幅Ｌ２は、０．５波長よりも長いものとなる。この横幅Ｌ２は、垂直偏波を発射する場合の横幅Ｌ１（図１０（ａ） 参照）が０．２波長程度あれば済むのに比較して、かなり長いものである。つまり、水平偏波を発射する構造にすれば、アンテナの外径が大きくなり、それだけ、水平面内無指向性の特性を得ることが難しくなる。
【０００６】
しかも、アンテナ素子を横に並べる場合、表裏のアンテナ素子の給電位相を合わせるため、図１１（ｂ） に示すように、表のアンテナ素子２２ａに対する給電点と、裏のアンテナ素子２２ｂに対する給電点の位置を反対にしなければならない。すなわち給電ピンが、一段あたり２本必要になる（２３ａと２３ｂ）。
このため、図１１（ｃ） に示すように、給電ピン２３ａと２３ｂに給電するためのストリップライン２５を枝分かれさせる必要があり、給電回路の構造がさらに複雑になる。
【０００７】
そこで、本願出願人は、良好な水平面内無指向性を有するとともに、アンテナ自体の外径も小さくて済む水平偏波の水平面内無指向性アレイアンテナを以前に特許出願している（特願平１０−４７５３８号明細書）。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近年マイクロセル基地局では、偏波ダイバーシチアンテナの導入が試みられ、その有効性が確認されつつある。
このような偏波ダイバーシチアンテナとして、垂直偏波と水平偏波とを同時に取り扱う水平面内無指向性アンテナの提案はまだなされていない。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、給電回路の構造がシンプルで、コンパクトな水平面内無指向性偏波ダイバーシチアンテナを提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の水平面内無指向性偏波ダイバーシチアンテナは、垂直偏波用のアンテナ素子と水平偏波用のアンテナ素子の２種類からなり、垂直偏波用のアンテナ素子と水平偏波用のアンテナ素子とは、交互に配置され、前記垂直偏波用のアンテナ素子は、各導体地板の外面に配置された一対のアンテナ素子により構成され、前記水平偏波用のアンテナ素子は、それぞれ両地板の側端面をまたがる状態で折り曲げられて配置され、導体地板を貫通して立設された給電ピンの両端から給電される一対のアンテナ素子により構成されるものである（請求項１）。
【００１１】
この構成の水平面内無指向性偏波ダイバーシチアンテナであれば、水平偏波用のアンテナ素子を構成する各アンテナ素子が両地板の側端面をまたがるように曲げられているので、その曲げられた部分の長さにより、アンテナ長を稼ぐことができる。したがって、図１１（ａ） の先行技術のようにアンテナ長をＬ３のみで稼ぐのと比べて、コンパクトに仕立てることができる。いいかえれば、若干肉厚になるが、アンテナの横幅Ｌ２を長くしないで済むので、全体として、アンテナの断面寸法を減らすことができる。また、アンテナの断面寸法が減ったために、波源が小さくなり、水平面内無指向性が容易に得られる。
【００１２】
そして、各導体地板の外面に配置された一対のアンテナ素子により構成される垂直偏波用のアンテナ素子を、水平偏波用のアンテナ素子の間に配列しているので、垂直偏波の水平面内無指向性も得ることができる。
その結果、水平面内無指向性の偏波ダイバーシチアンテナを実現することができる。
【００１３】
前記水平偏波用のアンテナ素子を構成する各アンテナ素子は、中心線方向から見てほぼ点対称に配置され、前記給電ピンは給電回路基板の中心線上に立設されていることが好ましい（請求項２）。
このような構造であれば、点対称な電界分布となり、水平面内無指向性が得られやすくなる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下発明の実施の形態を、添付図面を参照しながら詳細に説明する。
水平面内無指向性偏波ダイバーシチアンテナ（以下、単に「偏波ダイバーシチアンテナ」という）の典型的な構造を、図１を用いて説明する。
図１は、偏波ダイバーシチアンテナ１０の斜視図であり、図２は図１の偏波ダイバーシチアンテナ１０の水平偏波用のアンテナ素子の断面図、図３は図１の偏波ダイバーシチアンテナ１０の垂直偏波用のアンテナ素子の断面図である。
【００１５】
この偏波ダイバーシチアンテナ１０は、金属性導体地板３１ａ，３１ｂ同士を対抗させ、両導体地板３１ａ，３１ｂ間に絶縁板３７ａ，３７ｂで両面をはさまれたプリント基板３４を挟んでいる。前記導体地板３１ａ，３１ｂの外面には、それぞれ水平偏波用のアンテナ素子３２ａ，３２ｂ、垂直偏波用のアンテナ素子４１ａ，４１ｂを一定間隔ずつ離して交互に配置している。水平偏波用のアンテナ素子３２ａ，３２ｂは、それぞれ折り曲げられて八角形を半分に割ったような形状をしており、両導体地板３１ａ，３１ｂの側端面をまたがる状態で配置されている。
【００１６】
さらに、水平偏波用のアンテナ素子３２ａ，３２ｂから一定間隔離してパッチ素子３６を配置している。このパッチ素子３６は、図１に示すように長方形状の板で、他とは絶縁されている。その形状、間隔を調整することにより、水平面内指向性の調整をすることができる。
前記導体地板３１ａ，３１ｂ、アンテナ素子３２ａ，３２ｂ，４１ａ，４１ｂ、パッチ素子３６の材質は、導体であれば特に限定されないが、例えば、アルミニウム、真鍮、銅などを使うことができる。
【００１７】
前記プリント基板３４には、片面上にアンテナ素子３２ａ，３２ｂ，４１ａ，４１ｂに給電するための配線であるストリップライン（図示せず）が形成されている。また、プリント基板３４の基端部３４（図４参照）には、ストリップラインと同軸ケーブル又は移相器とを接続するためのコネクタ（図示せず）が装着されている。
【００１８】
このストリップラインから、水平偏波用のアンテナ素子３２ａ，３２ｂに給電ピン３３を通して信号を供給し、垂直偏波用のアンテナ素子４１ａ，４１ｂに給電ピン３３を通して信号を供給する。
導体地板３１ａ，３１ｂの両側面にはともに曲げ加工が施されて断面がコの字状になっており、絶縁板３７ａ，３７ｂとプリント基板３４とを挟んだ図２、図３の状態では、全体として断面がＨ形となっている。
【００１９】
給電ピン３３は、導体地板３１ａ，３１ｂ、絶縁板３７ａ，３７ｂ、プリント基板３４を貫通する形で図示されているが、実際にはプリント基板３４上のストリップラインの所定の部位に半田付けされ、アンテナ素子３２ａ，３２ｂ，４１ａ，４１ｂにも半田付けされている。しかし、給電ピン３３の両端にねじを切ってアンテナ素子３２ａ，３２ｂ，４１ａ，４１ｂをナットで締めつけるようにしてもよい。また、給電ピン３３を雄ねじ雌ねじで螺合可能な２つのピースに分け、ストリップラインを両方から締めつけるようにしてもよい。
【００２０】
なお、前記のスプリント基板３４は、導体地板３１ａ，３１ｂで挟まれた構造なので、ストリップラインからの不要放射を防止することができる。
図４は、以上に説明した偏波ダイバーシチアンテナ１０をＦＲＰなどの繊維強化樹脂性のレドーム７０に入れる様子を示している。この形態では、水平偏波用のアンテナ素子数は４つ、垂直偏波用のアンテナ素子数も４つであるが、この数に限定されないことは勿論である。
【００２１】
以上で、偏波ダイバーシチアンテナの構造を説明したが、本発明の偏波ダイバーシチアンテナの構造は、以上のものに限定される訳ではない。以下、いろいろな変更例を、図面を参照しながら説明する。
図５は、水平偏波用のアンテナ素子の他の形状を示す斜視図である。この例の水平偏波用のアンテナ素子５２は、凸形状の導体板を断面コの字状に折り曲げている。また、給電ピン３３が接続される突出部５３の奥にインピーダンス調整用の切れ込み５４を入れている。この調整は、プリント基板３４のストリップラインのインピーダンスと、アンテナ素子５２のインピーダンスとのマッチングをとるためのものである。
【００２２】
図６は、図５に示した断面コの字状の水平偏波用のアンテナ素子５２を使った偏波ダイバーシチアンテナの断面図である。水平偏波用のアンテナ素子は、一対をなし、番号５２ａ，５２ｂで示している。
図７は、アンテナ素子のさらに他の形状を示す斜視図である。この例によれば、水平偏波用のアンテナ素子５３は、凸形状の導体板を断面が多角形の形状になるように折り曲げている。これにより、アンテナ素子の加工はやや複雑になるが、外径をさらに小さくすることができる。
【００２３】
本発明の実施形態の説明は以上であるが、本発明の実施は前記の形態に限定されるものではない。本発明の要旨を変更しない範囲で種々の変更を施すことが可能である。
【００２４】
【実施例】
水平偏波用のアンテナ素子２段、垂直偏波用のアンテナ素子２段の構造を持つ偏波ダイバーシチアンテナを製作した。周波数は１．９ＧＨｚ帯、レドーム径５６ｍｍ（約０．３５波長）、長さ９５０ｍｍ、垂直チルト角８°、利得６．５ｄＢｉである。
【００２５】
水平偏波の水平面内指向性の測定結果を図８に示す。放射軸は、電界強度（Ｖ／ｍ）のピークを１００％として正規化し、リニアスケールでとっている。
いわゆる水平面内無指向性アンテナの水平面内指向性に要求される一般的性能としては、ピーク方向の電界強度に対し、最小方向の電界強度が５０％以上あることである。図８では、最小方向の電界強度は９０％であり、十分な性能が確保できていることが分かる。
【００２６】
垂直偏波の水平面内指向性の測定結果を図９に示す。垂直偏波も十分な水平面内無指向性が認められる。
【００２７】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、給電回路の構造がシンプルで、コンパクトな水平面内無指向性の偏波ダイバーシチアンテナを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の偏波ダイバーシチアンテナの具体例を示す斜視図である。
【図２】水平偏波のアンテナ素子の位置で切った断面図である。
【図３】垂直偏波のアンテナ素子の位置で切った断面図である。
【図４】偏波ダイバーシチアンテナ１０をレドーム７０に入れる様子を示す斜視図である。
【図５】水平偏波用のアンテナ素子の他の形状を示す斜視図である。
【図６】水平偏波用のアンテナ素子の他の形状を示す断面図である。
【図７】水平偏波用のアンテナ素子のさらに他の形状を示す断面図である。
【図８】水平偏波の水平面内指向性の測定結果を示すグラフである。
【図９】垂直偏波の水平面内指向性の測定結果を示すグラフである。
【図１０】（ａ） は従来の垂直偏波水平面内無指向性アレイアンテナの正面図、（ｂ） は断面図である。
【図１１】（ａ） は従来の水平偏波水平面内無指向性アレイアンテナの正面図、（ｂ） は断面図、（ｃ） は給電回路基板の正面図である。
【符号の説明】
１０ 偏波ダイバーシチアンテナ
３１ａ，３１ｂ 金属性導体地板
３２ａ，３２ｂ 水平偏波用の一対のアンテナ素子
３３ 給電ピン
３４ プリント基板（給電回路基板）
３６ パッチ素子
４１ａ，４１ｂ 垂直偏波用の一対のアンテナ素子

Claims (2)

1. 中心線の両側に矩形状の導体地板同士を対抗させ、両地板間に１枚の給電回路基板を配設し、アンテナ素子を中心線方向に多段に配設したアンテナであって、
   前記アンテナ素子は、垂直偏波用のアンテナ素子と水平偏波用のアンテナ素子の２種類からなり、
   垂直偏波用のアンテナ素子と水平偏波用のアンテナ素子とは、中心線方向に交互に配置され、
   前記垂直偏波用のアンテナ素子は、各導体地板の外面に配置された一対のアンテナ素子により構成され、
   前記水平偏波用のアンテナ素子は、それぞれ両地板の側端面をまたがる状態で折り曲げられて配置され、導体地板を貫通して立設された給電ピンの両端から給電される一対のアンテナ素子により構成されるものであることを特徴とする無指向性偏波ダイバーシチアンテナ。
2. 前記水平偏波用のアンテナ素子を構成する各アンテナ素子は、中心線方向から見てほぼ点対称に配置され、前記給電ピンは給電回路基板の中心線上に立設されている請求項１記載の無指向性偏波ダイバーシチアンテナ。

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