JP3701578B2 - Horizontal and vertical polarization antenna device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、自動車携帯電話やPHS(簡易型携帯電話システム)などの、移動通信システム等の基地局アンテナとして好適な、水平偏波および垂直偏波を用いる偏波共用アンテナ装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、この種のアンテナ装置について、近年、陸上移動通信システムでの基地局アンテナの設置形態は、電波の受信効率を上げるため、スペースダイバーシチ受信方式を用いており、このため、アンテナ類を取り付ける鉄塔上部の形状が大きくなっている。従って、基地局の鉄塔設備などは大形で、コストがかかるものとなり、さらに美観を損ねていた。
【0003】
しかし、偏波ダイバーシチ受信方式を行うと、前記鉄塔上部の形状を小さくでき、基地局設備の簡易化が可能であり、美観の点についても有利な面が多い。偏波ダイバーシチを行う場合、送信受信とも、同一エリアを形成するためには、受信用の水平偏波、及び送受信共用の垂直偏波とも、同一の水平面内指向性半値角を持った偏波共用アンテナが必要である。
【0004】
例えば、3セクタ構成の場合、水平、垂直偏波とも水平面内指向性半値角、120度の指向性を有する偏波共用アンテナを配置する必要がある。従来の偏波共用アンテナとしては、図6に示すような、金属反射板103の前面に、給電線路104により支持、給電されるダイポールアンテナ102,102を交差させ、その一方を水平偏波用とし、他方を垂直偏波用として設置するクロスダイポールアンテナ101などを用いたものがある。
さらに、前記金属反射板103をコーナ反射板に形成し、その前面に前記クロスダイポールアンテナ101を配置させたものがある。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来のクロスダイポールアンテナ101により、移動通信システムの基地局でセクタを構成する場合、その送受信アンテナの指向性は同等であることが要求される。特に、水平偏波アンテナと垂直偏波アンテナとの両方を、ともにダイポールアンテナにより構成する場合、該ダイポールアンテナは、電界面と磁界面の指向性が異なることから、この水平および垂直偏波共用アンテナの水平面内指向性は、同等にならないという問題点があった。
【0006】
本発明はかかる点に鑑みなされたもので、その目的は前記問題点を解消し、水平偏波、垂直偏波とも水平面内指向性が同等になる水平および垂直偏波共用アンテナ装置を提供することにある。
【0007】
本発明の他の目的は、垂直偏波アンテナの水平面内指向特性を、水平偏波アンテナの水平面内指向特性を損ねることなく、変え得る水平および垂直偏波共用アンテナ装置を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するための本発明の構成は、端部間に隙間を置いて、互いにほぼ90度に配置される、それぞれ、金属箔が貼着された誘電体基板に、それぞれ形成されるスロットアンテナとその外方前面に配設される無給電素子とからなる2組の水平偏波アンテナと、該水平偏波アンテナの前記それぞれの誘電体基板が形成する前記隙間に貫通して配設され、誘電体基板の両面に形成されるダイポールアンテナと該ダイポールアンテナの前方に配設される無給電素子とからなり、前記ダイポールアンテナが前記外方側に向けられ、かつ垂直方向に形成される垂直偏波アンテナと、前記2組の水平偏波アンテナと前記垂直偏波アンテナとが配設されるコーナ反射板とからなる水平および垂直偏波共用アンテナ装置である。
【0009】
前記コーナ反射板が、前記2組のスロットアンテナの後方で、該スロットアンテナのそれぞれの誘電体基板に対して、ほぼ45度に配設される反射板で、その水平方向の両側端部が、前記水平偏波アンテナの前記それぞれの誘電体基板の端部に向けて、該それぞれの誘電体基板に対し、直角に曲げられ、さらに、前記水平偏波アンテナと前記垂直偏波アンテナとが、同一周波数の電力で給電され、かつ該水平偏波アンテナの各スロットアンテナから放射される電波が同相になるように給電される水平および垂直偏波共用アンテナ装置である。
【0010】
前記2組の水平偏波アンテナと前記垂直偏波アンテナとが、垂直方向に交互に配設される水平および垂直偏波共用アンテナ装置である。
【0011】
また、前記水平偏波アンテナの前記それぞれの誘電体基板の、前記垂直偏波アンテナの中心に対応する部位に、切り欠き部が設けられる水平および垂直偏波共用アンテナ装置である。
【0012】
前記切り欠き部が、前記垂直偏波アンテナを中心に対称的に、かつ二辺が複数の段部から形成されるほぼ二等辺三角形状に形成される水平および垂直偏波共用アンテナ装置である。
【0013】
本発明は以上のような構成により、水平偏波、垂直偏波とも水平面内指向性が同等にすることができる。さらに、前記切り欠き部を設けることにより、垂直偏波アンテナの水平面内指向特性を、水平偏波アンテナの水平面内指向特性を損ねることなく、変えることができる。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の好適な実施の形態を詳しく説明する。
【0015】
図1ないし図5は、本発明の水平および垂直偏波共用アンテナ装置の一実施の形態を示す図で、図1は、該偏波共用アンテナ装置の正面図、図2は、図1の底面図、図3は、図1の垂直偏波アンテナの右側面図、図4は、図1の該アンテナ装置の水平偏波アンテナの水平面内指向特性を示す図、図5は、図1の該アンテナ装置の垂直偏波アンテナの水平面内指向特性を示す図である。
【0016】
図1および図2において、前記水平および垂直偏波共用アンテナ装置1は、垂直方向にそれぞれ配設されるスロットアンテナ6,7からなる2組の水平偏波アンテナ2,3と、該2組の水平偏波アンテナ2,3の間に形成された隙間9を貫通するように垂直方向に配設される1組のダイポールからなる垂直偏波アンテナ4と、前記水平偏波アンテナ2,3と前記垂直偏波アンテナ4との後方に配設させるコーナ反射板5とからなる。
【0017】
前記2組の水平偏波アンテナ2,3は、同一の構成で前記垂直偏波アンテナ4を中心に対称的に形成され、前記スロットアンテナ6,7として、一方の面に金属箔が貼着された2個の誘電体基板(例えば、基板の比誘電率3.4,厚さ1.6mm)11,12を、その端部間に隙間9を置いて、水平面で互いにほぼ90度に配置し、該誘電体基板11,12のそれぞれに、上下方向に細長のスロット13,14が形成されている。同時に、このスロットアンテナ6,7の放射方向である、前記2個の誘電体基板11,12が形成する外方(優角側)前面で、前記スロット13,14の前方に、該スロットアンテナ6,7からの距離が、使用周波数の波長λの、それぞれ約0.03λおよび約0.10λ(それぞれの間隔は約0.07λ)離間された位置に、前記誘電体基板11,12に平行して配設されるそれぞれ複数(本実施の形態では、2個)の無給電素子板15,16;17,18が配設されている。
そして、このような、前記2組の水平偏波アンテナ2,3が、垂直方向に配設されている。
【0018】
前記スロットアンテナ6,7のそれぞれの前記スロット13,14は、上下方向の長さが、使用周波数の波長λの約0.29λで、水平方向の幅は、約0.02λであり、また前記スロットアンテナ6,7の前方の位置にそれぞれ配設される前記無給電素子板15,16;17,18の上下方向の長さが約0.25λ、水平方向の幅は、約0.3λである。ここで、19a,19b;20a,20bは、前記スロットアンテナ6,7へに給電線路である。
【0019】
前記垂直偏波アンテナ4は、図2および図3に示すように、前記水平偏波アンテナ2,3の前記それぞれの誘電体基板11,12が形成する前記隙間9に貫通して上下方向に配設され、誘電体基板(例えば、基板の比誘電率2.6,厚さ0.8mm)21の両面にの貼着された金属箔上に形成されるダイポールアンテナ8と、該ダイポールアンテナ8の前方(放射方向)に、そのダイポール素子8a,8bに接近、かつ平行する無給電素子22とからなる。
【0020】
前記垂直偏波アンテナ4は、前記スロットアンテナ6,7の放射方向側に突出して、前記水平偏波アンテナ2,3の前記誘電体基板11,12が形成する角度(90度)の中心線上で、前記放射方向と同一方向に向けて配設され、しかも前記スロットアンテナ6,7のスロット13,14の幅方向の中心線を中心に、上下方向の対称位置に複数段になるように配設される。すなわち、該垂直偏波アンテナ4は、垂直方向に前記水平偏波アンテナ2,3と交互になるように配設される。
【0021】
該垂直偏波アンテナ4の前記ダイポールアンテナ8を構成するダイポール素子8a,8bは、使用周波数、例えば、2.0GHzに共振するように、前記誘電体基板21の両面で、該ダイポールアンテナ8の中央部に形成された給電線路23a,23bに対して、それぞれ互いに直角に反対一方向に形成されており、該ダイポール素子8a,8bは、前記ダイポールアンテナ8の中心軸を中心に丁度180度回転した位置に形成されている。そして、該ダイポール素子8a,8bの両端の距離を、通常は、前記周波数の波長λの約1/2であり、1/2以下の場合もある。
【0022】
前記ダイポールアンテナ8のダイポール素子8a,8bは、中央の給電点を介して、前記給電線路23a,23bに接続されている。なお、24は、前記給電線路に接続される接地部である。
【0023】
前記誘電体基板21に形成される前記無給電素子22は、前記ダイポール素子8a,8bの中心軸線上の放射方向で、該ダイポール素子8a,8bに平行して配設され、前記使用周波数と異なる周波数に共振するような長さを有する。
前記無給電素子22は、その両端の長さは、前記異なる周波数(前記使用周波数より高い周波数)の波長の約1/2に形成され、その幅は任意の幅を有し、かつ前記ダイポール8から任意の距離を離間して配設されている。
なお、前記水平偏波アンテナ2,3(前記スロットアンテナ6,7)、前記誘電体基板11,12、前記無給電素子板15,16;17,18、前記垂直偏波アンテナ4などは、図示しない支持部材により前記コーナ反射板5に支持されている。
【0024】
前記コーナ反射板5は、前記2組のスロットアンテナ6,7の後方で、該スロットアンテナ6,7のそれぞれの誘電体基板11,12に対して、ほぼ45度をなし、そのほぼ中心位置で、前記垂直偏波アンテナ4とほぼ直角をなすように配設されている。
また、前記コーナ反射板5は、その水平方向の両側部の端部25,25が、途中で前記水平偏波アンテナ2,3の前記誘電体基板11,12に対して平行になるように曲げられた(後方にほぼ135度曲げる)後、前記両側部の端部25,25が、前記誘電体基板11,12の端部に向けて、該誘電体基板11,12に対し、ほぼ直角に曲げられている。
【0025】
さらに、前記水平偏波アンテナ2,3の前記それぞれの誘電体基板11,12の、前記垂直偏波アンテナ4の中心に対応する部位に、切り欠き部30,30が設けられている。この切り欠き部30,30は、前記垂直偏波アンテナ4を中心に対称的に形成されるとともに、その二辺が複数の段部30a,30aから形成されるほぼ二等辺三角形状に形成されている。
前記切り欠き部30,30が設けられるため、前記偏波共用アンテナ装置1は、前記垂直偏波アンテナ4の水平面内指向特性を、前記水平偏波アンテナ2,3の水平面内指向特性を損ねることなく、変えことができる。
なお、前記切り欠き部30,30は、前述のほか、複数の段部30aを有する半円形または半楕円形状等でもよい。
【0026】
そして、前記偏波共用アンテナ装置1は、前記水平偏波アンテナ2,3と前記垂直偏波アンテナ4とが、同一周波数の電力で給電され、かつ該水平偏波アンテナ2,3の各スロットアンテナ6,7から放射される電波が同相になるように給電されるようになっている。
【0027】
図4および図5は、前記偏波共用アンテナ装置1の前記水平偏波アンテナ2,3の水平面内指向特性および前記垂直偏波アンテナ4の水平面内指向特性を示し、該偏波共用アンテナ装置1の正面方向を0度とする方位角に対する相対電界強度(dB)を示す。同図から分かるように、両偏波アンテナ2,3;4の水平面内指向特性は、ほぼ同一になっている。
【0028】
なお、本発明の技術は前記実施の形態における技術に限定されるものではなく、同様な機能を果たす他の態様の手段によってもよく、また本発明の技術は前記構成の範囲内において種々の変更、付加が可能である。
【0029】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように本発明の水平および垂直偏波共用アンテナ装置によれば、端部間に隙間を置いて、互いにほぼ90度に配置される、それぞれ、金属箔が貼着された誘電体基板に、それぞれ形成されるスロットアンテナとその外方前面に配設される無給電素子とからなる2組の水平偏波アンテナと、該水平偏波アンテナの前記それぞれの誘電体基板が形成する前記隙間に貫通して配設され、誘電体基板の両面に形成されるダイポールアンテナと該ダイポールアンテナの前方に配設される無給電素子とからなり、前記ダイポールアンテナが前記外方側に向けられ、かつ垂直方向に形成される垂直偏波アンテナと、前記2組の水平偏波アンテナと前記垂直偏波アンテナとが配設されるコーナ反射板とからなるので、水平偏波、垂直偏波とも水平面内指向性が同等にすることができる。
【0030】
また、前記水平偏波アンテナの前記それぞれの誘電体基板の、前記垂直偏波アンテナの中心に対応する部位に、切り欠き部を設けるので、前記垂直偏波アンテナの水平面内指向特性を、前記水平偏波アンテナの水平面内指向特性を損ねることなく、変えることができるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の水平および垂直偏波共用アンテナ装置の実施の形態を示す正面図である。
【図2】図1の底面図である。
【図3】図1の垂直偏波アンテナの右側面図である。
【図4】図1の該アンテナ装置の水平偏波アンテナの水平面内指向特性を示す図である。
【図5】図1の該アンテナ装置の垂直偏波アンテナの水平面内指向特性を示す図である。
【図6】従来の偏波共用アンテナとしてのクロスダイポールアンテナの斜視図である。
【符号の説明】
1 水平および垂直偏波共用アンテナ装置
2,3 水平偏波アンテナ
4 垂直偏波アンテナ
5 コーナ反射板
6,7 スロットアンテナ
8 ダイポールアンテナ
8a,8b ダイポール素子
11,12,21 誘電体基板
13,14 スロット
15,16,17,18 無給電素子板
19a,19b,20a,20b,23a,23b 給電線路
22 無給電素子
24 接地部
25 側端部(反射板)
30 切り欠き部
30a 段部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a polarization sharing antenna apparatus using horizontal polarization and vertical polarization suitable as a base station antenna of a mobile communication system such as an automobile mobile phone or PHS (simple mobile phone system).
[0002]
[Prior art]
Conventionally, with respect to this type of antenna device, in recent years, the installation form of a base station antenna in a land mobile communication system has used a space diversity reception system in order to increase the reception efficiency of radio waves. The top shape is larger. Accordingly, the tower equipment of the base station is large and costly, and further detracts from the beauty.
[0003]
However, when the polarization diversity reception system is used, the shape of the upper part of the steel tower can be reduced, the base station equipment can be simplified, and there are many advantageous aspects in terms of aesthetics. When performing polarization diversity, in order to form the same area for both transmission and reception, both the horizontal polarization for reception and the vertical polarization for both transmission and reception share polarization with the same directional half-value angle in the horizontal plane. An antenna is required.
[0004]
For example, in the case of a three-sector configuration, it is necessary to arrange a polarization sharing antenna having a horizontal half-directional directivity half-value angle and 120 degrees directivity for both horizontal and vertical polarization. As a conventional dual-polarized antenna, as shown in FIG. 6,
Further, there is a structure in which the
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, when the sector is constituted by the base station of the mobile communication system using the conventional
[0006]
The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide a horizontal and vertical polarization antenna apparatus that eliminates the above-described problems and has horizontal and vertical polarization having the same directivity in the horizontal plane. It is in.
[0007]
Another object of the present invention is to provide a horizontal and vertical polarization antenna device that can change the directivity characteristics in the horizontal plane of the vertical polarization antenna without impairing the directivity characteristics in the horizontal plane of the horizontal polarization antenna.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention has a structure in which slots are formed in dielectric substrates each having a metal foil attached, which are arranged at approximately 90 degrees with a gap between end portions. Two sets of horizontally polarized antennas each including an antenna and a parasitic element disposed on the outer front surface thereof, and the gaps formed by the respective dielectric substrates of the horizontally polarized antennas are disposed through the gaps. A dipole antenna formed on both surfaces of the dielectric substrate and a parasitic element disposed in front of the dipole antenna, the dipole antenna being directed outward and formed in a vertical direction It is a horizontal and vertical polarization antenna apparatus including a polarization antenna and a corner reflector on which the two sets of horizontal polarization antennas and the vertical polarization antenna are disposed.
[0009]
The corner reflector is a reflector disposed at approximately 45 degrees behind the two sets of slot antennas and with respect to the respective dielectric substrates of the slot antennas, and both horizontal end portions thereof are The horizontal polarization antenna is bent at a right angle with respect to the respective dielectric substrate toward the end of the respective dielectric substrate, and the horizontal polarization antenna and the vertical polarization antenna are the same. This is a horizontal and vertical polarization antenna apparatus that is fed with frequency power and is fed so that radio waves radiated from the slot antennas of the horizontally polarized antenna are in phase.
[0010]
The two sets of horizontally polarized antennas and vertically polarized antennas are horizontal and vertically polarized antenna apparatuses that are alternately arranged in the vertical direction.
[0011]
Further, in the horizontal and vertical polarization antenna apparatus, a notch is provided in a portion corresponding to the center of the vertical polarization antenna of each dielectric substrate of the horizontal polarization antenna.
[0012]
In the horizontal and vertical polarization shared antenna apparatus, the cut-out portion is formed symmetrically with respect to the vertical polarization antenna, and is formed in a substantially isosceles triangle shape having two sides formed from a plurality of step portions.
[0013]
With the configuration as described above, the present invention can make horizontal directivity in horizontal plane and vertical polarization equal. Furthermore, by providing the notch, the horizontal plane directivity of the vertically polarized antenna can be changed without impairing the horizontal plane directivity of the horizontally polarized antenna.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0015]
1 to 5 are views showing an embodiment of the horizontal and vertical polarization antenna device of the present invention. FIG. 1 is a front view of the polarization antenna device, and FIG. 2 is a bottom surface of FIG. FIG. 3, FIG. 3 is a right side view of the vertically polarized antenna of FIG. 1, FIG. 4 is a diagram showing a horizontal plane directivity characteristic of the horizontally polarized antenna of the antenna apparatus of FIG. 1, and FIG. It is a figure which shows the directional characteristic in the horizontal surface of the vertically polarized antenna of an antenna apparatus.
[0016]
1 and 2, the horizontal and vertical polarization antenna apparatus 1 includes two sets of
[0017]
The two sets of horizontally polarized
The two sets of horizontally polarized
[0018]
Each of the slots 13 and 14 of the
[0019]
As shown in FIGS. 2 and 3, the vertically polarized
[0020]
The vertically polarized
[0021]
The
[0022]
The
[0023]
The
The
The
[0024]
The
The
[0025]
Further,
Since the notched
In addition to the above, the
[0026]
In the dual-polarized antenna device 1, the horizontally polarized
[0027]
4 and 5 show the horizontal plane directivity characteristics of the horizontally polarized
[0028]
Note that the technology of the present invention is not limited to the technology in the above-described embodiment, and may be implemented by means of other modes that perform the same function, and the technology of the present invention may be variously modified within the scope of the above-described configuration. Can be added.
[0029]
【The invention's effect】
As is clear from the above description, according to the horizontal and vertical polarization dual antenna device of the present invention, the metal foils are attached to each other, which are arranged at approximately 90 degrees with a gap between the end portions. Formed on the dielectric substrate are two sets of horizontally polarized antennas each formed of a slot antenna and a parasitic element disposed on the outer front surface thereof, and the respective dielectric substrates of the horizontally polarized antennas. A dipole antenna formed on both surfaces of the dielectric substrate and a parasitic element disposed in front of the dipole antenna, the dipole antenna being directed outward. A vertically polarized antenna formed in a vertical direction and a corner reflector on which the two sets of horizontally polarized antennas and the vertically polarized antenna are disposed. Horizontal Pattern with can be made equal.
[0030]
In addition, since a notch is provided in a portion of each of the dielectric substrates of the horizontally polarized antenna corresponding to the center of the vertically polarized antenna, the directivity characteristics in the horizontal plane of the vertically polarized antenna are There is an excellent effect that it can be changed without impairing the directivity characteristics in the horizontal plane of the polarization antenna.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a front view showing an embodiment of a shared antenna for horizontal and vertical polarization according to the present invention.
FIG. 2 is a bottom view of FIG.
FIG. 3 is a right side view of the vertically polarized antenna shown in FIG. 1;
4 is a diagram showing a horizontal plane directivity characteristic of the horizontally polarized antenna of the antenna apparatus of FIG. 1; FIG.
FIG. 5 is a diagram showing a horizontal plane directivity characteristic of the vertically polarized antenna of the antenna apparatus of FIG. 1;
FIG. 6 is a perspective view of a cross dipole antenna as a conventional dual-polarized antenna.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Horizontal and vertical
30 Notch 30a Step
Claims (5)
該水平偏波アンテナの前記それぞれの誘電体基板が形成する前記隙間に貫通して配設され、誘電体基板の両面に形成されるダイポールアンテナと該ダイポールアンテナの前方に配設される無給電素子とからなり、前記ダイポールアンテナが前記外方側に向けられ、かつ垂直方向に形成される垂直偏波アンテナと、
前記2組の水平偏波アンテナと前記垂直偏波アンテナとが配設されるコーナ反射板とからなることを特徴とする水平および垂直偏波共用アンテナ装置。A slot antenna formed on a dielectric substrate having a metal foil attached to each other, and a parasitic power source disposed on the outer front surface thereof, which are disposed at approximately 90 degrees with a gap between the end portions. Two sets of horizontally polarized antennas comprising elements;
A dipole antenna disposed on both surfaces of the dielectric substrate and a parasitic element disposed in front of the dipole antenna, which is disposed through the gap formed by the respective dielectric substrates of the horizontally polarized antenna. A vertically polarized antenna in which the dipole antenna is directed outward and formed in a vertical direction;
An antenna apparatus for both horizontal and vertical polarizations, comprising a corner reflector on which the two sets of horizontally polarized antennas and the vertically polarized antennas are disposed.
さらに、前記水平偏波アンテナと前記垂直偏波アンテナとが、同一周波数の電力で給電され、かつ該水平偏波アンテナの各スロットアンテナから放射される電波が同相になるように給電されることを特徴とする請求項1に記載の水平および垂直偏波共用アンテナ装置。The corner reflector is a reflector disposed at approximately 45 degrees behind the two sets of slot antennas and with respect to the respective dielectric substrates of the slot antennas, and both horizontal end portions thereof are Toward the end of each dielectric substrate of the horizontally polarized antenna, bent at a right angle to the respective dielectric substrate,
Further, the horizontal polarization antenna and the vertical polarization antenna are fed with power of the same frequency, and the radio waves radiated from the slot antennas of the horizontal polarization antenna are fed so that they are in phase. 2. The horizontally and vertically polarized antenna apparatus according to claim 1, wherein
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