JP3589439B2

JP3589439B2 - Transmit / receive antenna device

Info

Publication number: JP3589439B2
Application number: JP14500697A
Authority: JP
Inventors: 正佳新宅; 佳雄恵比根
Original assignee: NTT Docomo Inc
Current assignee: NTT Docomo Inc
Priority date: 1997-06-03
Filing date: 1997-06-03
Publication date: 2004-11-17
Anticipated expiration: 2017-06-03
Also published as: JPH10335930A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は例えば移動通信システムに用いられ、同一周波数帯かつ同一偏波で送信を行うアンテナと、受信を行うアンテナよりなるアンテナ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
移動通信システムや固定無線方式において同一周波数帯域で送信と受信を行う場合、設置場所その他の関係から、送信アンテナと受信アンテナとを近接して設置することが多く、アンテナ間の結合減衰量を十分にとれない場合が多い。このような場合、アンテナ間の結合による干渉などが問題となる。このような問題をさけるために従来では、アンテナにフィルタをつけて結合減衰量を確保したり、図４Ａに示すように同一直線１０上に１つの半波長ダイポールアンテナ１１と、これより間隔ｓをおいて、２分の１波長の間隔をもつ２つの半波長ダイポールアンテナ１２，１３が配列して設けられ、ダイポールアンテナ１１を送信用（受信用）とする時、ダイポールアンテナ１２，１３を受信用（送信用）として同相給電されるように構成し、アンテナ１１とアンテナ１２，１３との結合減衰量を確保していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、アンテナにフィルタをつけると、フィルタの通過損失により必要な利得が確保できないことがある。また、アンテナの利得を向上させても、フィルタを接続するためあまり効果が得られないといった状況もあり得た。
また図４Ａに示した同一直線上に１素子１２と２素子１３，１４の対の送受信アンテナを配置し、２素子１３，１４の間隔を約２分の１波長のアレーアンテナを用いる方法では、アンテナの利得が最大約５ｄＢｉにしか成らず、必要な利得が得られないという状況も有る。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明によれば同一直線上に第１乃至第４アンテナが配され、これらアンテナは同一周波数帯で、同一偏波とされ、これらアンテナ配列の一端の第１アンテナが送信用（又は受信用）とされ、他の第２乃至第４アンテナが受信用（又は送信用）とされて同相給電される。上記送受信用アンテナ間の結合減衰量を所定値以上にするよう上記第１アンテナと第２アンテナとの間隔ｓ、及び上記第３アンテナと第４アンテナとの間隔ｄを離す。
請求項２の発明によれば上記ｓは２．６λ以上４．０λ以下、上記ｄは２．０λ以上３．０λ以下とされる。
【０００５】
この構成により、第１アンテナと、同相給電された第２〜第４アンテナとの間の相互インピーダンスが減少し、結果としてアンテナ間の結合減衰量が確保できる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
図１にこの発明の実施例を示す。この実施例では４つの素子として半波長ダイポールアンテナ１１，１２，１３，１４が同一直線１０上に配列され、かつ各ダイポールアンテナ１１〜１４はそのアンテナ素子が直線１０上に平行して位置されている。アンテナ１１と１２の間隔はｓとされ、アンテナ１２と１３の間隔は約２分の１波長とされ、アンテナ１３と１４の間隔はｄとされる。アンテナ１１〜１４は同一周波数帯であり、同一偏波である。アンテナ１１は送信用又は受信用とされ、アンテナ１２〜１４は同相給電され、受信用又は送信用とされる。
【０００７】
この構成によれば優れた結合減衰量が得られることを以下に説明する。なおアンテナ間の結合減衰量Ｌｃは次式で計算される。
Ｌｃ＝２０ｌｏｇ２Ｒｒ／｜Ｚｍ｜^２（１）
Ｒｒはアンテナ放射抵抗であり、アンテナ間隔には影響されずほぼ一定であり、送受信アンテナの相互インピーダンスＺｍによりほぼ決定される。
【０００８】
比較のために、図４Ａのアンテナ１１と１２の間隔ｓを変化させた場合の結合減衰量の計算値を図４Ｂに示す。アンテナ内の相互インピーダンス、ならびに、各放射抵抗はモーメント法を用いて計算し、式（１）を用いてアンテナ間の結合減衰量を計算した。
図２に、ダイポールアンテナ１３とダイポールアンテナ１４の間隔ｄを２．０波長とし、ダイポールアンテナ１１とダイポールアンテナ１２の間隔ｓを変化させた場合の結合減衰量の計算値を示す。なお、ダイポールアンテナ１１とアンテナ１２〜１４のアレーアンテナとの間の相互インピーダンス、ならびに各々の放射抵抗はモーメント法を用いて計算し、式（１）を用いてアンテナ間の結合減衰量を計算した。
【０００９】
図２から図４Ｂよりも結合減衰量がとれていることが判別でき、特にダイポールアンテナ１１とダイポールアンテナ１２の間隔ｓが３波長の場合において最大約２０ｄＢほど改善作用が得られている。図４Ｂではｓ＝５λで７５ｄＢであったが、図２ではｓが約２．５λ〜５λで７５ｄＢ以上、特に約２．６λ〜３．３λで特に大となっている。
【００１０】
図１の実施例においてダイポールアンテナ１３とダイポールアンテナ１４の間隔ｄを３．０波長離し、ダイポールアンテナ１１とダイポールアンテナ１２の間隔ｓを変化させた場合の結合減衰量の計算値を図３に示す。この計算法は先の場合と同様である。この図より図４Ｂよりも結合減衰量がとれていることが理解され、特にダイポールアンテナ１１とダイポールアンテナ１２の間隔ｓが、３．５波長の場合において約１５ｄＢほど改善作用が得られている。また、ｓが約３λ以上で結合減衰量が７５ｄＢ以上となり、ｓが約３．２λ〜３．８λで、結合減衰量が８０ｄＢ以上となる。またアンテナ１１〜１４により構成され、アンテナ装置の全長が１０波長以内で結合減衰量が最大９０ｄＢ確保できる。
【００１１】
更に図２、図３からｄを大とすると、結合減衰量が最大となるｓの値が大となり、かつ、その最大結合減衰量も大となることが理解される。ｄを約２．０〜３．０λとし、ｓを２．５λ以上、特に２．６λ程度〜４λ程度が好ましい。図４Ａに示した従来のアンテナ装置の利得の最大が５ｄＢｉであったのに対し、この実施例によると最大約７ｄＢｉとすることが可能となる。なおＳを５λ以上にすると、給合減衰量が減少する。
【００１２】
上述において各アンテナ１１〜１４に、反射素子、あるいは導波素子、またはその両者をそれぞれ設けてもよく、更には前記線状素子とする場合に限らず、他の形状のアンテナ素子を用いてもよい。またアンテナ１２と１３の間隔も必ずしも半波長に固定しなくてもよい。
【００１３】
【発明の効果】
以上述べたようにこの発明によれば同一周波数帯、同一偏波の４つのアンテナを同一直線上に配列し、その一端のアンテナと、残りを同相給電としたアンテナとを用い、これら間の結合減衰量を従来より大とし、かつ、アンテナ利得も大とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施例を示す図。
【図２】図１の実施例によるアンテナ間の結合減衰量の計算結果例１を示す図。
【図３】図２の実施例によるアンテナ間の結合減衰量の計算結果例２を示す図。
【図４】Ａは従来の送受信アンテナ装置を示す図、Ｂはそのアンテナ間結合減衰量の計算結果を示す図である。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an antenna device that is used in, for example, a mobile communication system and includes an antenna that performs transmission in the same frequency band and the same polarization, and includes an antenna that performs reception.
[0002]
[Prior art]
When transmitting and receiving in the same frequency band in a mobile communication system or fixed wireless system, the transmitting antenna and the receiving antenna are often installed close to each other due to the installation location and other factors, and the coupling attenuation between the antennas is sufficiently reduced. Often cannot be taken. In such a case, interference due to coupling between the antennas becomes a problem. Conventionally, in order to avoid such a problem, a filter is attached to the antenna to secure a coupling attenuation amount, or as shown in FIG. In this case, two half-wavelength dipole antennas 12 and 13 having an interval of a half wavelength are arranged and provided. When the dipole antenna 11 is used for transmission (for reception), the dipole antennas 12 and 13 are used for reception. (For transmission) so that in-phase power is supplied, and the coupling attenuation between the antenna 11 and the antennas 12 and 13 is ensured.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, if a filter is attached to the antenna, the required gain may not be secured due to the passing loss of the filter. Further, even if the gain of the antenna was improved, there was a situation in which a filter was connected, so that little effect was obtained.
Further, in the method of arranging a pair of transmitting and receiving antennas of one element 12 and two elements 13 and 14 on the same straight line shown in FIG. 4A and using an array antenna having a wavelength of about half the distance between the two elements 13 and 14, In some situations, the gain of the antenna is only up to about 5 dBi and the required gain cannot be obtained.
[0004]
[Means for Solving the Problems]
According to the first aspect of the present invention, the first to fourth antennas are arranged on the same straight line, these antennas are in the same frequency band, have the same polarization, and the first antenna at one end of these antenna arrays is used for transmission (or Reception), and the other second to fourth antennas are used for reception (or transmission) and fed in-phase. The distance s between the first antenna and the second antenna and the distance d between the third antenna and the fourth antenna are increased so that the coupling attenuation between the transmitting and receiving antennas is equal to or greater than a predetermined value.
According to the second aspect of the present invention, the value s is set to 2.6 to 4.0 λ, and the value d is set to 2.0 λ to 3.0 λ.
[0005]
With this configuration, the mutual impedance between the first antenna and the second to fourth antennas fed in-phase is reduced, and as a result, the coupling attenuation between the antennas can be secured.
[0006]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
FIG. 1 shows an embodiment of the present invention. In this embodiment, half-wavelength dipole antennas 11, 12, 13, and 14 are arranged on the same straight line 10 as four elements, and each dipole antenna 11 to 14 has its antenna element positioned parallel to the straight line 10. I have. The interval between the antennas 11 and 12 is s, the interval between the antennas 12 and 13 is about a half wavelength, and the interval between the antennas 13 and 14 is d. The antennas 11 to 14 are in the same frequency band and have the same polarization. The antenna 11 is used for transmission or reception, and the antennas 12 to 14 are supplied with in-phase power and used for reception or transmission.
[0007]
The fact that excellent coupling attenuation can be obtained with this configuration will be described below. The coupling attenuation Lc between the antennas is calculated by the following equation.
Lc = 20 log 2Rr / | Zm | ² (1)
Rr is the antenna radiation resistance, which is substantially constant without being affected by the antenna interval, and is substantially determined by the mutual impedance Zm of the transmitting and receiving antennas.
[0008]
For comparison, FIG. 4B shows a calculated value of the coupling attenuation when the distance s between the antennas 11 and 12 in FIG. 4A is changed. The mutual impedance in the antenna and each radiation resistance were calculated using the moment method, and the coupling attenuation between the antennas was calculated using the equation (1).
FIG. 2 shows calculated values of the coupling attenuation when the distance d between the dipole antennas 13 and 14 is 2.0 wavelengths and the distance s between the dipole antennas 11 and 12 is changed. The mutual impedance between the dipole antenna 11 and the array antennas of the antennas 12 to 14 and the respective radiation resistances were calculated using the moment method, and the coupling attenuation between the antennas was calculated using the equation (1). .
[0009]
From FIG. 2 to FIG. 4B, it can be determined that the coupling attenuation is higher than that of FIG. 4B. In particular, when the distance s between the dipole antenna 11 and the dipole antenna 12 is three wavelengths, an improvement effect of about 20 dB at maximum is obtained. In FIG. 4B, 75 dB is obtained when s = 5λ. In FIG. 2, however, s is 75 dB or more in the range of about 2.5λ to 5λ, and particularly large in the range of about 2.6λ to 3.3λ.
[0010]
FIG. 3 shows the calculated values of the coupling attenuation when the distance d between the dipole antenna 13 and the dipole antenna 14 is 3.0 wavelengths apart and the distance s between the dipole antenna 11 and the dipole antenna 12 is changed in the embodiment of FIG. . This calculation method is the same as the previous case. From this figure, it is understood that the coupling attenuation is larger than that of FIG. 4B. In particular, when the distance s between the dipole antenna 11 and the dipole antenna 12 is 3.5 wavelengths, an improvement effect of about 15 dB is obtained. Further, when s is about 3λ or more, the coupling attenuation becomes 75 dB or more, and when s is about 3.2λ to 3.8λ, the coupling attenuation becomes 80 dB or more. Further, the antenna device is constituted by the antennas 11 to 14, and a maximum coupling attenuation of 90 dB can be secured when the total length of the antenna device is within 10 wavelengths.
[0011]
2 and 3, it is understood that when d is increased, the value of s at which the coupling attenuation is maximized is increased, and the maximum coupling attenuation is also increased. It is preferable that d is about 2.0 to 3.0λ and s is 2.5λ or more, particularly about 2.6 to 4λ. While the maximum gain of the conventional antenna device shown in FIG. 4A is 5 dBi, according to this embodiment, the maximum gain can be about 7 dBi. When S is set to 5λ or more, the combined attenuation decreases.
[0012]
In the above description, each of the antennas 11 to 14 may be provided with a reflection element, a waveguide element, or both of them. Good. Also, the interval between the antennas 12 and 13 does not necessarily have to be fixed to a half wavelength.
[0013]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the four antennas having the same frequency band and the same polarization are arranged on the same straight line, and the antenna at one end and the other antenna having the same-phase feeding are used. The amount of attenuation can be made larger than before, and the antenna gain can be made larger.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a calculation result example 1 of a coupling attenuation amount between antennas according to the embodiment of FIG. 1;
FIG. 3 is a diagram showing a calculation result example 2 of a coupling attenuation amount between antennas according to the embodiment of FIG. 2;
4A is a diagram showing a conventional transmitting / receiving antenna device, and FIG. 4B is a diagram showing a calculation result of a coupling attenuation between antennas.

Claims

A transmitting and receiving antenna device comprising a transmitting antenna and a receiving antenna in the same frequency band as the same as the polarization plane,
First to fourth antennas are arranged on the same straight line with their respective polarization planes aligned. The first antenna is used for transmission or reception, and the second to fourth antennas are used for reception or transmission. Powered
Spacing s between the first antenna and the second antenna to the coupling attenuation between the transmitting and receiving antenna above a predetermined value, and the distance d between the third antenna and the fourth antenna away City,
The transmission / reception antenna device according to claim 1, wherein s is from 2.6λ to 4.0λ, and d is from 2.0λ to 3.0λ .