JP3734666B2

JP3734666B2 - ANTENNA DEVICE AND ARRAY ANTENNA USING THE SAME

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Publication number: JP3734666B2
Application number: JP2000051420A
Authority: JP
Inventors: 裕幸大嶺; 一史西澤
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2000-02-28
Filing date: 2000-02-28
Publication date: 2006-01-11
Anticipated expiration: 2020-02-28
Also published as: JP2001244731A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は交差偏波が小さく対称性のよい放射パターンで広帯域特性を有するアンテナ装置及びこれを用いたアレーアンテナに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
移動通信の基地局アンテナでは、通信品質を改善するためにダイバーシチ受信が採用されている。このようなダイバーシチブランチ構成法としては、スペースダイバーシチがよく用いられるが、２つのアンテナをある一定の間隔以上離して設置しなければならず、アンテナ設置空間が大きいという欠点がある。また、設置空間の小さいダイバーシチブランチとしては、異偏波間の多重伝搬特性を利用した偏波ダイバーシチが有効であり、垂直偏波を有するアンテナと水平偏波を有するアンテナをそれぞれ構成することで実現できる。さらに、レーダ用アンテナにおいて両偏波を利用することで、偏波によるレーダ断面積の差から物体を識別するポラリメトリが実現できる。
【０００３】
上記のような偏波ダイバーシチ、或いはポラリメトリを実現するためには、交差偏波特性の優れたアンテナが要求される。このようなアンテナ素子としてダイポールアンテナがよく用いられる。図８は基地局アンテナ等に用いられる従来のダイポールアンテナの構成を示す斜視図である。図において、１００は誘電体基板４００が立設している地導体、２００は誘電体基板４００上に形成されたダイポールアンテナ、３００はダイポールアンテナ２００を給電する給電線路、４００は誘電体基板である。
【０００４】
次に概要について説明する。ダイポールアンテナは比較的広帯域な特性を有しており、その帯域幅は１０％以上得られるが、この帯域を得るためには地導体からダイポールアンテナまでの高さを使用波長の約１／４（１／４波長）以上にする必要がある。この地導体からダイポールアンテナまでの高さを低くするとダイポールアンテナは狭帯域になるため、地導体からの間隔は広帯域特性を得る上で重要である。
【０００５】
また、一般的にダイポールアンテナを給電する給電線路には平行２線或いは同軸線路が用いられる。このような平行２線は誘電体基板であるプリント基板を用いてダイポールアンテナを構成すると半田付けが不要になり製作しやすいという利点がある。さらに、平行２線までの給電線の構成は同軸コネクタからマイクロストリップ線路に変換され、このマイクロストリップ線路から不平衡平衡変換回路（以下、バランと称する）を介して平行２線に変換される。そして、平行２線からダイポールアンテナが励振される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来のアンテナ装置は以上のように構成されているので、給電線路からの放射モードの影響で、放射パターンが非対称となったり、交差偏波が増大するという課題があった。
【０００７】
上記課題を具体的に説明すると、平行２線にはノーマルモードが通常伝達されるが、不平衡線路であるマイクロストリップ線路からバランを介して平衡線路である平行２線に変換されるが、このバランによってコモンモードが発生する。このようなバランは動作する周波数帯域に制限があり、また、バランの変換性能にも限界がある。特に広帯域化、或いは小型化が要求される場合、バランは理想的な励振ができなくなる。つまり、平行２線に同相の電流が流れるコモンモードが発生する。このようなコモンモードによる電流は伝送されず、放射されるモードであるために給電線路から放射されてしまう。この放射モードはモノポールアンテナと同様な放射パターンになるため、ダイポールアンテナからの放射モードと重畳されると放射パターンが合成されてしまうので、非対称な放射パターンになり、また、主偏波以外の交差偏波が増大する。
【０００８】
さらに、従来のアンテナ装置をアンテナ素子として複数個配列して構成したアレーアンテナでは、上記給電線路に流れるコモンモードの電流による放射モードの影響が素子間結合によってさらに大きくなり、放射特性が劣化するという課題があった。
【０００９】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、交差偏波が小さく、対称性のよい放射パターン及び広帯域特性を有するアンテナ装置を得ることを目的とする。
【００１０】
また、この発明は素子間結合による給電線路からの放射モードの影響を低減したアレーアンテナを得ることを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
この発明に係るアンテナ装置は、地導体と、地導体の上方に多くとも略１／８波長離して設けた第１線状アンテナと、この第１線状アンテナに給電し、地導体の上方に第１線状アンテナまでの長さだけ露出する給電線路と、第１線状アンテナと略同一の共振周波数を有し、この第１線状アンテナと略平行になるようにその上方の地導体から略１／４波長離した位置に設けられ、第１線状アンテナからの電磁界的作用を受けて励振する無給電の第２線状アンテナとを備えるものである。
【００１２】
この発明に係るアンテナ装置は、第２線状アンテナの素子長より短く、この第２線状アンテナと略平行になるように略１／８波長から略１／４波長離して設けられ、第２線状アンテナからの電磁界的作用を受けて励振する無給電の第３線状アンテナを少なくとも１つ備えるものである。
【００１３】
この発明に係るアンテナ装置は、第２線状アンテナより高い共振周波数を有し、この第２線状アンテナと略平行になるように、その上方の極近傍に設けられ、第２線状アンテナからの電磁界的作用を受けて励振する無給電の第４線状アンテナを少なくとも１つ備えるものである。
【００１４】
この発明に係るアンテナ装置は、地導体と、地導体の上方に多くとも略１／８波長離して設けた第１線状アンテナと、この第１線状アンテナに給電し、地導体の上方に第１線状アンテナまでの長さだけ露出する給電線路と、第１線状アンテナと略同一の共振周波数を有し、この第１線状アンテナからの電磁界的作用を受けて励振する無給電の線状アンテナであって、第１線状アンテナと略平行になるように、その上方の地導体から略１／４波長離した位置で第１線状アンテナに対して略対称となるように、少なくとも２つ設けた第５線状アンテナとを備えるものである。
【００１５】
この発明に係るアンテナ装置は、給電を受ける第１線状アンテナより無給電の線状アンテナを太くしたものである。
【００１６】
この発明に係るアンテナ装置は、無給電の線状アンテナを、その中心に対して略対称となるように両端を地導体側に折り曲げたものである。
【００１７】
この発明に係るアンテナ装置は、線状アンテナ及び給電線路を誘電体基板上に一体形成するものである。
【００１８】
この発明に係るアレーアンテナは、請求項１から請求項７のうちのいずれか１項記載のアンテナ装置を複数個配列してなるものである。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の一形態を説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１によるアンテナ装置の構成を示す斜視図である。図において、１は地導体、２は地導体１の上方に略１／８波長若しくはそれ以下だけ離して設けた第１のダイポールアンテナ（第１線状アンテナ）で、誘電体基板４の裏面に形成した第１のダイポールアンテナ２を破線で示している。３は第１のダイポールアンテナ２を給電する給電線路であり、地導体１の上方に第１のダイポールアンテナ２までの長さだけ露出している。４は誘電体基板で、第１のダイポールアンテナ２、第２のダイポールアンテナ５、及び給電線路３が一体に形成されている。５は第１のダイポールアンテナ２と略同一の共振周波数を有し、第１のダイポールアンテナ２と略平行になるように、その上方に地導体１から略１／４波長離れた位置に設けられ、第１のダイポールアンテナ２からの電磁界的作用を受けて励振する無給電の第２のダイポールアンテナ（第２線状アンテナ）である。
【００２０】
次に概要について説明する。ダイポールアンテナで広帯域な特性を得るためには、地導体からダイポールアンテナまでの距離を約１／４波長以上にする必要がある。このため、ダイポールアンテナに給電する給電線路、例えば平行２線を少なくとも約１／４波長分は地導体上に露出させなければならない。しかしながら、平行２線のコモンモードによる放射は、その長さが長くなるにつれて放射量が大きくなる。このように地導体上に露出させる給電線路はできるだけ短くすることが望ましい。
【００２１】
そこで、本願発明のアンテナ装置では地導体１の近傍（多くとも略１／８波長程度）に第１のダイポールアンテナ２を配置することで、地導体１上に露出する給電線路３を短くしている。しかしながら、単に地導体１上に露出する給電線路３を短くするだけでは帯域特性が狭帯域になってしまう。このため、この実施の形態１によるアンテナ装置では給電を受けている第１のダイポールアンテナ２と無給電の第２のダイポールアンテナ５との共振周波数をほぼ一致させて、第１のダイポールアンテナ２の上方に地導体１から約１／４波長離して無給電の第２のダイポールアンテナ５を設置する。このようにすることで、第１のダイポールアンテナ２と第２のダイポールアンテナ５との電磁界的な結合を利用することで広帯域化を図っている。つまり、給電を受ける第１のダイポールアンテナ２からの電磁界的作用により、地導体１の上方に略１／４波長離れた位置に設けた無給電の第２のダイポールアンテナ５が励振して共振状態となるので、給電を受けるダイポールアンテナを地導体１の上方に略１／４波長離れた位置に設けた場合と比較して、広帯域の帯域特性を示すようになる。これを定量的に示したのが図２である。以下、この図２を用いて本願発明の構成とすることによる広帯域化について説明する。
【００２２】
図２は本願発明の最も簡略された構成である実施の形態１によるアンテナ装置及びその他の構成における正規化周波数に対する反射減衰量を示すグラフ図であり、実施の形態１によるアンテナ装置の原理を確認するために、無給電のダイポールアンテナ（第２のダイポールアンテナ５）を有するか否かに対する反射減衰量特性を示している。図において、黒塗りの四角記号のプロットで表した曲線は地導体の上方に約１／４波長離れた位置に給電を受けるダイポールアンテナを配置した（従来のアンテナ装置）場合の特性、黒塗りの丸記号のプロットで表した曲線は地導体の上方に約１／８波長離れた位置に給電を受けるダイポールアンテナを配置した場合の特性で、黒塗りの三角記号のプロットで表した曲線は地導体の上方に約１／４波長離れた位置に無給電のダイポールアンテナを配置し、且つ地導体の上方に約１／８波長離れた位置に給電を受けるダイポールアンテナを配置した実施の形態１によるアンテナ装置の特性である。ここで、反射減衰量とはアンテナ装置から放射させずに給電点に反射させた場合の放射量に相当するもので、反射減衰量（絶対値）が大きいほどそのアンテナ装置は放射量が大きくなる。
【００２３】
図２に示すように、無給電ダイポールアンテナを設けず、給電を受けるダイポールアンテナが地導体１から約１／８波長分しか離れていない黒塗りの丸記号のプロットで表した曲線は、基準周波数における反射減衰量の値が小さくなり、共振できずに放射効率が落ちていることが分かる。また、黒塗りの四角記号のプロットで表した従来のアンテナ装置による曲線は基準周波数において大きな反射減衰量を示すが、黒塗りの三角記号のプロットで表した実施の形態１によるアンテナ装置の曲線は、基準周波数だけでなく、その周辺の周波数においても高い反射減衰量を示し、無給電のダイポールアンテナとして、第２のダイポールアンテナ５を地導体１の上方に約１／４波長離れた位置に設けることで、大幅な広帯域化が図られていることが分かる。
【００２４】
また、上記のようにダイポールアンテナに近接して無給電のダイポールアンテナを配置することで高利得を得る従来のダイポールアンテナとして八木アンテナがある。この八木アンテナは、例えば内田、虫明著、「超短波空中線」、生産技術センターに記載されており、その構成としては給電を受けるダイポールアンテナを地導体等に近接させずに使用することができるため、地導体との距離を適当に設定することで広帯域なダイポールアンテナとして動作させることができる。さらに、上記給電を受けるダイポールアンテナから約１／４波長離して無給電のダイポールアンテナを配置し、給電を受けるダイポールアンテナよりも素子長を短くすることで無給電のダイポールアンテナの位相を遅させる。このようにすることで、無給電のダイポールアンテナの方向で給電を受けるダイポールアンテナの放射界と位相が合い、指向性を持たせている。このように八木アンテナにおける無給電のダイポールアンテナは指向性を持たせるための構成要素として使用される。これに対して本願発明のアンテナ装置は、上述したように通常、地導体と給電ダイポールアンテナとの距離が約１／４波長以下となると共振状態にすることができないにもかかわらず、給電線路からの放射の影響を低減するために多くとも約１／８波長離れた位置に給電ダイポールアンテナを配置し、これと地導体から約１／４波長離れた位置に設けた無給電ダイポールアンテナとの電磁界的な結合を利用することにより共振状態となり、広帯域特性を得るもので、上記のような八木アンテナの構成ではこのような広帯域化を図ることはできない。
【００２５】
以上のように、この実施の形態１によれば、地導体１と、地導体１の上方に多くとも略１／８波長離して設けた第１のダイポールアンテナ２と、この第１のダイポールアンテナ２に給電し、地導体１の上方に第１のダイポールアンテナ２までの長さだけ露出する給電線路３と、第１のダイポールアンテナ２と略同一の共振周波数を有し、この第１のダイポールアンテナ２と略平行になるように、その上方の地導体１から略１／４波長離した位置に設けられ、第１のダイポールアンテナ２からの電磁界的作用を受けて励振する無給電の第２のダイポールアンテナ５とを備えるので、第１のダイポールアンテナ２に給電する給電線路３の長さを短縮しても広帯域特性を得ることができるため、給電線路３から放射量を低減することができる。これにより、対称性のよい放射パターンが得られるようになり、交差偏波を低減することができる。
【００２６】
なお、上記実施の形態１では第１のダイポールアンテナ２を地導体１の上方に略１／８波長離して給電する例を示したが、１／２０波長程度にしても同様な特性が得られることを実験により確認している。要するに第１のダイポールアンテナ２は極力地導体１付近に設けてもよく、第２のダイポールアンテナ５の位置を調整することで広帯域化を図ることができる。
【００２７】
実施の形態２．
この実施の形態２では給電を受ける線状アンテナの上方に配置する無給電の線状アンテナを太くして広帯域特性を向上させたものである。
【００２８】
図３はこの発明の実施の形態２によるアンテナ装置の構成を示す斜視図である。図において、５ａは第１のダイポールアンテナ２からの電磁界的作用を受けて励振する無給電の第２のダイポールアンテナ（第２線状アンテナ）で、第１のダイポールアンテナ２の放射素子よりも素子の端部が太くなるように構成されている。なお、図１と同一構成要素には同一符号を付して重複する説明を省略する。
【００２９】
次に概要について説明する。上記実施の形態１と同様に広帯域特性を得るために第２のダイポールアンテナ５ａは第１のダイポールアンテナ２の上方に地導体１から約１／４波長離して配置している。このとき、無給電のダイポールアンテナを太くする（誘電体基板にプリントしたダイポールアンテナでは、その素子幅を大きくする）ことによって、さらに広帯域化できることが実験的にわかっている。そこで、この実施の形態２では第２のダイポールアンテナ５ａを太くすることで広帯域化を図っている。特に、図３では第２のダイポールアンテナ５ａの素子端部をより太くしてボウタイアンテナ状にした例を示しており、このようにすることで、単に素子を太くする場合より広帯域性を向上させることができる。
【００３０】
以上のように、この実施の形態２によれば、給電を受ける第１のダイポールアンテナ２より無給電の第２のダイポールアンテナ５ａを太くしたので、上記実施の形態１と同様の効果を奏するとともに、さらに広帯域特性を向上させることができる。
【００３１】
なお、上記実施の形態２では無給電ダイポールアンテナを太くする構成を上記実施の形態１に適用した例を示したが、これに限らず以下の実施の形態に示す構成に適用しても良い。
【００３２】
実施の形態３．
この実施の形態３では無給電の線状アンテナを、その中心に対して略対称となるように両端を地導体側に折り曲げてカット面によるビーム幅の差を低減し、通信方向による利得差の発生を低減するものである。
【００３３】
図４はこの発明の実施の形態３によるアンテナ装置の構成を示す斜視図である。図において、５ｂは中心に対して略対称となるように両端部を地導体１側に折り曲げた第２のダイポールアンテナ（第２線状アンテナ）である。なお、図１と同一構成要素には同一符号を付して重複する説明を省略する。
【００３４】
次に概要について説明する。ダイポールアンテナの放射パターンはカット面によって異なり、Ｅ面は８の字型の指向性、Ｈ面は無指向性を示す。つまり、電界ベクトルを含む面であるＥ面のビーム幅は狭く、磁界ベクトルを含む面であるＨ面のビーム幅が広い。このようなカット面によるビーム幅の差は、全方向と通信を行うようなアプリケーションの場合、通信方向によって利得が異なってしまう可能性があり問題となる。この問題に対してカット面による指向性の差を低減するために、ダイポールアンテナの放射パターンをよりブロードにすることが要求される場合には、Ｅ面のビーム幅を広げる必要がある。そこで、この実施の形態３では、第２のダイポールアンテナ５ｂの中心に対して略対称となるように両端部を地導体１側に折り曲げる。このようにすることで広角方向にも指向性を有するようになり、ブロードな特性が得られる。また、折り曲げ角度を変えることでＥ面のビーム幅を調整することもできる。
【００３５】
以上のように、この実施の形態３によれば、第２のダイポールアンテナ５ｂを中心に対して略対称となるように両端部を地導体１側に折り曲げることで、上記実施の形態１と同様の効果を奏するとともに、Ｅ面のビーム幅を広げることができることから、通信方向によって利得差が生じることを抑えることができる。また、傾きの角度を変えることでビーム幅を調整することができることから、アンテナ装置の使用目的にあうように最適化するためのパラメータとして利用することができる。
【００３６】
なお、上記実施の形態３では無給電ダイポールアンテナを折り曲げる構成を上記実施の形態１に適用した例を示したが、これに限らず他の実施の形態の構成に適用しても良い。
【００３７】
実施の形態４．
この実施の形態４では給電を受ける線状アンテナの上方に無給電の線状アンテナを配置し、そのさらに上方に導波器として動作する無給電の線状アンテナを配置することで指向性を向上させたものである。
【００３８】
図５はこの発明の実施の形態４によるアンテナ装置の構成を示す斜視図である。図において、６は第２のダイポールアンテナ５の上方に配置された第３のダイポールアンテナ（第３線状アンテナ）である。なお、図１と同一構成要素には同一符号を付して重複する説明を省略する。
【００３９】
次に概要について説明する。図５の例では第１のダイポールアンテナ２の上方に地導体１から約１／４波長の位置に第２のダイポールアンテナ５を配置し、その上部に第２のダイポールアンテナ５の素子長よりも短い第３のダイポールアンテナ６を約１／８波長程度離して配置する。このようにすることで、第１のダイポールアンテナ２からの電磁的作用を受けて第２のダイポールアンテナ５が励振し、この第２のダイポールアンテナ５からの電磁的作用を受けて第３のダイポールアンテナ６が励振する。これにより、上記実施の形態１と同様に第１のダイポールアンテナ２に給電する給電線路３を短くしても帯域特性を広帯域にすることができ、さらに、この実施の形態４によるアンテナ装置から放射される電波は第３のダイポールアンテナ６の方向に強められていく指向性を有するようになる。
【００４０】
このように第３のダイポールアンテナ６を導波器として動作させるためには、第３のダイポールアンテナ６を第２のダイポールアンテナ５からの距離が略１／８波長から略１／４波長程度の位置に配置し、その素子長を第２のダイポールアンテナ５より短くする。これにより、第３のダイポールアンテナ６の位相が第２のダイポールアンテナ５よりも遅れるようになり、第３のダイポールアンテナ６の方向で第２のダイポールアンテナ５の放射界と位相が合って電波が強められるようになる。従って、実施の形態４のアンテナ装置が八木アンテナと同様な指向性を有するようになり、通信方向に対する利得を高くすることができる。
【００４１】
以上のように、この実施の形態４によれば、第２のダイポールアンテナ５の素子長より短く、この第２のダイポールアンテナ５と略平行になるように略１／８波長から略１／４波長離して設けられ、第２のダイポールアンテナ５からの電磁界的作用を受けて励振する無給電の第３のダイポールアンテナ６を少なくとも１つ備えるので、上記実施の形態１と同様の効果を奏するとともに、第３のダイポールアンテナ６が導波器として動作することから指向性を持たせることができ、通信方向に対する利得を向上させることができる。
【００４２】
なお、上記実施の形態４では第３のダイポールアンテナ６を１つ設けた例について示したが、これに限らず第３のダイポールアンテナ６との距離を略１／８波長から略１／４波長程度離して導波器として動作する無給電のダイポールアンテナを複数配置してもよい。
【００４３】
実施の形態５．
この実施の形態５では給電を受ける線状アンテナの上方に無給電の線状アンテナを配置し、その上方の極近傍に上記無給電の線状アンテナより高い共振周波数を有する無給電の線状アンテナを配置することで２共振特性を持たせたものである。
【００４４】
図６はこの発明の実施の形態５によるアンテナ装置の構成を示す斜視図である。図において、７は第２のダイポールアンテナ５の極近傍に配置され、第２のダイポールアンテナ５よりも高い共振周波数を有する第４のダイポールアンテナ（第４線状アンテナ）である。なお、図１と同一構成要素には同一符号を付して重複する説明を省略する。
【００４５】
次に概要について説明する。この実施の形態５によるアンテナ装置は、第１のダイポールアンテナ２からの電磁的作用を受けて第２のダイポールアンテナ５及び第４のダイポールアンテナ７が励振し、給電線路３を短くしたことによる狭帯域化を抑えることができることは上記実施の形態１と同様である。ここでは、特に第４のダイポールアンテナ７を備えることで２共振特性を得ることができる構成を示している。具体的に説明すると、上記実施の形態４に示したように第３のダイポールアンテナを導波器として動作させるには、第２のダイポールアンテナ５から約１／８〜１／４波長離す必要があるが、この実施の形態５では第４のダイポールアンテナ７を第２のダイポールアンテナ５の上方に近接（約１／１０から１／２０波長程度）して配置して電磁界的な結合をさせる。これにより、第４のダイポールアンテナ７は導波器としては動作しないが、第１のダイポールアンテナ２の共振周波数に加えて第４のダイポールアンテナ７の共振周波数でも整合を取ることができ、２共振特性を得ることができるようになる。
【００４６】
また、上記実施の形態５では第４のダイポールアンテナ７を第２のダイポールアンテナ５の近傍に１つ配置することで２共振特性を得る構成を示したが、第４のダイポールアンテナ７の上方にさらに無給電のダイポールアンテナを配置して３つ以上の周波数の共振特性が得られる構成も本願発明の範疇に含まれることはいうまでもない。
【００４７】
以上のように、この実施の形態５によれば、第２のダイポールアンテナ５より高い共振周波数を有するダイポールアンテナであって、第２のダイポールアンテナ５と略平行になるように、その上方の極近傍に少なくとも１つ設けられ、この第２のダイポールアンテナ５からの電磁界的作用を受けて励振する無給電の第４のダイポールアンテナ７を備えるので、複数の周波数に対する共振特性を得ることができ、アンテナ装置の使用目的に応じた最適なアンテナ装置を設計することができる。
【００４８】
実施の形態６．
この実施の形態６では給電を受ける線状アンテナと略平行になるように、その上方の地導体から略１／４波長離した位置に設けられ、上記線状アンテナに対して略対称となるように少なくとも２つ無給電の線状アンテナを配置することでカット面の違いによるビーム幅の差を低減させたものである。
【００４９】
図７はこの発明の実施の形態６によるアンテナ装置の構成を示す斜視図である。図において、４ａは第５のダイポールアンテナ８，８が一体に形成された誘電体基板、８は第１のダイポールアンテナ２と略平行になるように、その上方の地導体１から略１／４波長離した位置に設けられ、第１のダイポールアンテナ２に対して略対称となるように配置した無給電の第５のダイポールアンテナ（第５線状アンテナ）である。なお、図１と同一構成要素には同一符号を付して重複する説明を省略する。
【００５０】
次に概要について説明する。この実施の形態６によるアンテナ装置は、第１のダイポールアンテナ２からの電磁的作用を受けて２つの第５のダイポールアンテナ８，８が励振し、給電線路３を短くしたことによる狭帯域化を抑えることができることは上記実施の形態１と同様である。ここでは、特にＨ面のビーム幅をシャープにする構成を示している。つまり、第５のダイポールアンテナ８，８を第１のダイポールアンテナ２と略平行になるようにその上方の地導体１から略１／４波長離した位置に第１のダイポールアンテナ２に対して略対称となるように配置することで、第５のダイポールアンテナ８，８が第１のダイポールアンテナ２のＨ面方向に配列されることになる。このように構成すると、Ｅ面方向のビーム幅を狭くすることができることが実験的に分かっている。このとき、第５のダイポールアンテナ８，８の間隔を適宜変更することで、Ｈ面のビーム幅をＥ面ビーム幅とほぼ同じになるまで調整することができる。
【００５１】
また、上記では誘電体基板４ａ上に第５のダイポールアンテナ８，８を配置する例を示したが、スペーサ等を挟んで無給電のダイポールアンテナを配列してもよく、その構成方法を変えてもこの発明は有効である。
【００５２】
以上のように、この実施の形態６によれば、地導体１と、地導体１の上方に多くとも略１／８波長離して設けた第１のダイポールアンテナ２と、この第１のダイポールアンテナ２に給電し、地導体１の上方に第１のダイポールアンテナ２までの長さだけ露出する給電線路３と、第１のダイポールアンテナ２と略同一の共振周波数を有し、この第１のダイポールアンテナ２からの電磁界的作用を受けて励振する無給電の線状アンテナであって、第１のダイポールアンテナ２と略平行になるように、その上方の地導体１から略１／４波長離した位置に設けられ、第１のダイポールアンテナ２に対して略対称となるように少なくとも２つ配置した第５のダイポールアンテナ８，８とを備えるので、上記実施の形態１と同様に第１のダイポールアンテナ２に給電する給電線路３の長さを短縮しても広帯域特性を得ることができるため、給電線路３から放射量を低減することができる。これにより、対称性のよい放射パターンが得られるようになり、交差偏波を低減させることができる。
【００５３】
また、Ｈ面方向に無給電の第５のダイポールアンテナ８，８を配列することでＨ面のビーム幅を狭くすることができ、通信方向に対する利得を向上させることができる。さらに、第５のダイポールアンテナ８，８の間隔を調整することで、Ｅ面ビーム幅とほぼ同じビーム幅を得ることができ、通信方向によって利得差が生じることを抑えることができる。
【００５４】
なお、上記実施の形態１から６に示すようにアンテナ装置の構成要素（ダイポールアンテナ２，５，５ａ，５ｂ，６，７，８、及び給電線路３）を誘電体基板４に一体に形成することで、各構成要素間を接続する工程を省略することできることから、装置の量産性を向上させることができる。これにより、上記実施の形態１から６に示したアンテナ装置を用いて構成するアレーアンテナの量産性も向上させることができる。
【００５５】
また、上記の他に、金属棒、同軸線路を用いたダイポールアンテナで本願発明のアンテナ装置を構成しても上記実施の形態１から６と同様な特性を得ることができる。また、給電方法としては平行２線等の他の方法でも基本的な原理は変わらず有効である。
【００５６】
さらに、上記実施の形態１から６では片偏波を励振する単一のアンテナ装置の構成を示したが、このアンテナ装置を複数個配列してアレーアンテナを構成してもよい（このときの配列としては三角配列、格子状の四角配列としても良く、配列方式には依存しない）。このように本願発明のアンテナ装置をアンテナ素子として使用することで、個々の素子の給電線路からの放射を抑えられ、従来のアレーアンテナにおいて問題であった素子間結合による給電線路からの放射モードの影響による放射パターンの劣化を抑えることができ、通信方向に対する利得を向上させることができる。また、本願発明のアンテナ装置のダイポールアンテナを直交させて配列すれば両偏波を励振することができる。
【００５７】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、地導体と、地導体の上方に多くとも略１／８波長離して設けた第１線状アンテナと、この第１線状アンテナに給電し、地導体の上方に第１線状アンテナまでの長さだけ露出する給電線路と、第１線状アンテナと略同一の共振周波数を有し、この第１線状アンテナと略平行になるようにその上方の地導体から略１／４波長離した位置に設けられ、第１線状アンテナからの電磁界的作用を受けて励振する無給電の第２線状アンテナとを備えるので、第１線状アンテナに給電する給電線路の長さを短縮しても広帯域特性を得ることができ、給電線路から放射量を低減することができる。これにより、対称性のよい放射パターンが得られるようになり、交差偏波を低減することができる効果がある。
【００５８】
この発明によれば、第２線状アンテナの素子長より短く、この第２線状アンテナと略平行になるように略１／８波長から略１／４波長離して設けられ、第２線状アンテナからの電磁界的作用を受けて励振する無給電の第３線状アンテナを少なくとも１つ備えるので、第３線状アンテナが導波器として動作することから指向性を持たせることができ、通信方向に対する利得を向上させることができる効果がある。
【００５９】
この発明によれば、第２線状アンテナより高い共振周波数を有し、この第２線状アンテナと略平行になるように、その上方の極近傍に設けられ、第２線状アンテナからの電磁界的作用を受けて励振する無給電の第４線状アンテナを少なくとも１つ備えるので、複数の周波数に対する共振特性を得ることができ、アンテナ装置の使用目的に応じた最適なアンテナ装置を設計することができる効果がある。
【００６０】
この発明によれば、地導体と、地導体の上方に多くとも略１／８波長離して設けた第１線状アンテナと、この第１線状アンテナに給電し、地導体の上方に第１線状アンテナまでの長さだけ露出する給電線路と、第１線状アンテナと略同一の共振周波数を有し、この第１線状アンテナからの電磁界的作用を受けて励振する無給電の線状アンテナであって、第１線状アンテナと略平行になるように、その上方の地導体から略１／４波長離した位置に設けられ、第１線状アンテナに対して略対称となるように少なくとも２つ配置した第５線状アンテナとを備えるので、上記段落００５７と同様の効果を奏するとともに、Ｈ面方向に無給電の第５線状アンテナを配列することでＨ面のビーム幅を狭くすることができ、通信方向に対する利得を向上させることができる効果がある。
【００６１】
また、第５線状アンテナの間隔を調整することで、Ｅ面ビーム幅とほぼ同じビーム幅を得ることができ、通信方向によって利得差が生じることを抑えることができる効果がある。
【００６２】
この発明によれば、給電を受ける第１線状アンテナより無給電の線状アンテナを太くしたので、広帯域特性を向上させることができる効果がある。
【００６３】
この発明によれば、無給電の線状アンテナを、その中心に対して略対称となるように両端を地導体側に折り曲げたので、Ｅ面のビーム幅を広げることができることから、通信方向によって利得差が生じることを抑えることができる効果がある。
【００６４】
また、傾きの角度を変えることでビーム幅を調整することができることから、アンテナ装置の使用目的にあうように最適化するためのパラメータとして利用することができる効果がある。
【００６５】
この発明によれば、線状アンテナ及び給電線路を誘電体基板上に一体形成するので、各構成要素間を接続する工程を省略することできることから、装置の量産性を向上させることができる効果がある。
【００６６】
この発明によれば、請求項１から請求項７のうちのいずれか１項記載のアンテナ装置を複数個配列してなるので、素子間結合による給電線路からの放射モードの影響による放射パターンの劣化を抑えることができ、通信方向に対する利得を向上させることができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１によるアンテナ装置の構成を示す斜視図である。
【図２】実施の形態１によるアンテナ装置及びその他の構成における正規化周波数に対する反射減衰量を示すグラフ図である。
【図３】この発明の実施の形態２によるアンテナ装置の構成を示す斜視図である。
【図４】この発明の実施の形態３によるアンテナ装置の構成を示す斜視図である。
【図５】この発明の実施の形態４によるアンテナ装置の構成を示す斜視図である。
【図６】この発明の実施の形態５によるアンテナ装置の構成を示す斜視図である。
【図７】この発明の実施の形態６によるアンテナ装置の構成を示す斜視図である。
【図８】従来のアンテナ装置の構成を示す斜視図である。
【符号の説明】
１地導体、２第１のダイポールアンテナ（第１線状アンテナ）、３給電線路、４，４ａ誘電体基板、５，５ａ，５ｂ第２のダイポールアンテナ（第２線状アンテナ）、６第３のダイポールアンテナ（第３線状アンテナ）、７第４のダイポールアンテナ（第４線状アンテナ）、８第５のダイポールアンテナ（第５線状アンテナ）。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an antenna device having a broadband characteristic with a radiation pattern with small cross polarization and good symmetry, and an array antenna using the antenna device.
[0002]
[Prior art]
In a mobile communication base station antenna, diversity reception is adopted to improve communication quality. As such a diversity branch configuration method, space diversity is often used. However, there is a drawback that two antennas have to be installed apart from each other by a certain distance and a large antenna installation space is required. For diversity branches with a small installation space, polarization diversity using multiple propagation characteristics between different polarizations is effective, and can be realized by configuring an antenna having vertical polarization and an antenna having horizontal polarization, respectively. . Furthermore, by using both polarized waves in the radar antenna, polarimetry for identifying an object from the difference in radar cross-section due to the polarized waves can be realized.
[0003]
In order to realize the above polarization diversity or polarimetry, an antenna having excellent cross polarization characteristics is required. A dipole antenna is often used as such an antenna element. FIG. 8 is a perspective view showing a configuration of a conventional dipole antenna used for a base station antenna or the like. In the figure, 100 is a ground conductor on which a dielectric substrate 400 is erected, 200 is a dipole antenna formed on the dielectric substrate 400, 300 is a feed line for feeding the dipole antenna 200, and 400 is a dielectric substrate. .
[0004]
Next, an outline will be described. A dipole antenna has a relatively wide band characteristic, and a bandwidth of 10% or more is obtained. In order to obtain this band, the height from the ground conductor to the dipole antenna is set to about 1/4 ( 1/4 wavelength) or more. When the height from the ground conductor to the dipole antenna is lowered, the dipole antenna becomes narrower, and therefore the distance from the ground conductor is important for obtaining wideband characteristics.
[0005]
In general, two parallel lines or a coaxial line is used as a feed line for feeding a dipole antenna. Such a parallel two line has an advantage that when a dipole antenna is formed by using a printed circuit board which is a dielectric substrate, soldering is unnecessary and it is easy to manufacture. Furthermore, the configuration of the feeder lines up to two parallel lines is converted from a coaxial connector to a microstrip line, and this microstrip line is converted to a parallel two line via an unbalanced balance conversion circuit (hereinafter referred to as a balun). And a dipole antenna is excited from two parallel lines.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
Since the conventional antenna device is configured as described above, there is a problem in that the radiation pattern becomes asymmetrical or cross polarization increases due to the influence of the radiation mode from the feed line.
[0007]
Specifically, the normal mode is normally transmitted to the parallel two lines, but the microstrip line that is an unbalanced line is converted to the parallel two lines that are a balanced line through a balun. A common mode is generated by the balun. Such a balun is limited in the frequency band in which it operates, and the balun conversion performance is also limited. The balun cannot ideally excite particularly when a wider band or a smaller size is required. That is, a common mode in which in-phase current flows in the parallel two lines is generated. Such a common mode current is not transmitted and is radiated from the feed line because it is a radiated mode. Since this radiation mode has a radiation pattern similar to that of a monopole antenna, the radiation pattern is combined when superimposed with the radiation mode from the dipole antenna, resulting in an asymmetric radiation pattern and other than the main polarization. Cross polarization increases.
[0008]
Furthermore, in an array antenna configured by arranging a plurality of conventional antenna devices as antenna elements, the influence of the radiation mode due to the common mode current flowing in the feed line is further increased by the coupling between elements, and the radiation characteristics are deteriorated. There was a problem.
[0009]
The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to obtain an antenna apparatus having a small cross-polarized wave, a symmetric radiation pattern, and wideband characteristics.
[0010]
Another object of the present invention is to obtain an array antenna in which the influence of the radiation mode from the feed line due to the coupling between elements is reduced.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
The antenna device according to the present invention includes a ground conductor, a first linear antenna provided at most approximately 1/8 wavelength above the ground conductor, and feeds the first linear antenna above the ground conductor. A feed line that is exposed to the length up to the first linear antenna, and a resonance frequency substantially the same as that of the first linear antenna, and from the ground conductor above the first linear antenna so as to be substantially parallel to the first linear antenna And a non-feeding second linear antenna that is provided at a position separated by approximately ¼ wavelength and is excited by receiving an electromagnetic effect from the first linear antenna.
[0012]
The antenna device according to the present invention is shorter than the element length of the second linear antenna and is provided at a distance of approximately 1/4 wavelength from approximately 1/8 wavelength so as to be substantially parallel to the second linear antenna. At least one non-feeding third linear antenna that is excited by receiving an electromagnetic field effect from the linear antenna is provided.
[0013]
The antenna device according to the present invention has a resonance frequency higher than that of the second linear antenna and is provided in the vicinity of the pole above the second linear antenna so as to be substantially parallel to the second linear antenna. At least one parasitic fourth linear antenna that is excited by receiving the electromagnetic action of the above is provided.
[0014]
The antenna device according to the present invention includes a ground conductor, a first linear antenna provided at most approximately 1/8 wavelength above the ground conductor, and feeds the first linear antenna above the ground conductor. A feed line that is exposed to the length up to the first linear antenna, and a non-feed that has substantially the same resonance frequency as the first linear antenna and is excited by receiving an electromagnetic effect from the first linear antenna The linear antenna is substantially symmetric with respect to the first linear antenna at a position separated from the ground conductor thereabove by about a quarter wavelength so as to be substantially parallel to the first linear antenna. And at least two fifth linear antennas.
[0015]
In the antenna device according to the present invention, a non-powered linear antenna is thicker than a first linear antenna that receives power.
[0016]
In the antenna device according to the present invention, a parasitic antenna is bent at both ends toward the ground conductor so as to be substantially symmetric with respect to the center thereof.
[0017]
In the antenna device according to the present invention, a linear antenna and a feed line are integrally formed on a dielectric substrate.
[0018]
An array antenna according to the present invention is formed by arranging a plurality of antenna devices according to any one of claims 1 to 7.
[0019]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
An embodiment of the present invention will be described below.
Embodiment 1 FIG.
1 is a perspective view showing a configuration of an antenna apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. In the figure, 1 is a ground conductor, 2 is a first dipole antenna (first linear antenna) provided above the ground conductor 1 by approximately 1/8 wavelength or less, and is provided on the back surface of the dielectric substrate 4. The formed first dipole antenna 2 is indicated by a broken line. Reference numeral 3 denotes a feed line that feeds the first dipole antenna 2, and is exposed above the ground conductor 1 by the length up to the first dipole antenna 2. Reference numeral 4 denotes a dielectric substrate, in which a first dipole antenna 2, a second dipole antenna 5, and a feed line 3 are integrally formed. 5 has a resonance frequency substantially the same as that of the first dipole antenna 2, and is provided at a position approximately 1/4 wavelength away from the ground conductor 1 so as to be substantially parallel to the first dipole antenna 2. This is a parasitic second dipole antenna (second linear antenna) that is excited by receiving an electromagnetic effect from the first dipole antenna 2.
[0020]
Next, an outline will be described. In order to obtain broadband characteristics with a dipole antenna, the distance from the ground conductor to the dipole antenna needs to be about ¼ wavelength or more. For this reason, at least about 1/4 wavelength of a feed line that feeds the dipole antenna, for example, two parallel wires, must be exposed on the ground conductor. However, the amount of radiation in the common mode of two parallel lines increases as the length increases. In this way, it is desirable to make the feed line exposed on the ground conductor as short as possible.
[0021]
Therefore, in the antenna device of the present invention, the feed line 3 exposed on the ground conductor 1 is shortened by arranging the first dipole antenna 2 in the vicinity of the ground conductor 1 (at most about 1/8 wavelength at most). Yes. However, simply shortening the feed line 3 exposed on the ground conductor 1 results in a narrow band characteristic. For this reason, in the antenna device according to the first embodiment, the resonance frequency of the first dipole antenna 2 that is fed and the second dipole antenna 5 that is not fed are substantially matched, and the first dipole antenna 2 is A parasitic second dipole antenna 5 is installed above the ground conductor 1 by about 1/4 wavelength. By doing so, the broadband is achieved by utilizing the electromagnetic coupling between the first dipole antenna 2 and the second dipole antenna 5. That is, due to the electromagnetic action from the first dipole antenna 2 that receives power, the parasitic second dipole antenna 5 provided at a position approximately 1/4 wavelength above the ground conductor 1 is excited to resonate. Therefore, compared to the case where the dipole antenna that receives power supply is provided at a position approximately 1/4 wavelength away above the ground conductor 1, a wide band characteristic is exhibited. This is shown quantitatively in FIG. In the following, the widening of the bandwidth by using the configuration of the present invention will be described with reference to FIG.
[0022]
FIG. 2 is a graph showing the return loss with respect to the normalized frequency in the antenna device according to the first embodiment which is the simplest configuration of the present invention and other configurations, and confirms the principle of the antenna device according to the first embodiment. Therefore, the return loss characteristic with respect to whether or not a parasitic dipole antenna (second dipole antenna 5) is provided is shown. In the figure, the curve represented by the black square symbol plot shows the characteristics when a dipole antenna that receives power is placed above the ground conductor at a position that is about a quarter wavelength away (conventional antenna device). The curve represented by the circle symbol plot is the characteristic when a dipole antenna that is fed at a position about 1/8 wavelength apart above the ground conductor, and the curve represented by the black triangle symbol plot is the ground conductor. An antenna according to the first embodiment in which a non-feeding dipole antenna is arranged at a position about 1/4 wavelength away above and a dipole antenna receiving a feeding at a position about 1/8 wavelength above the ground conductor It is a characteristic of the device. Here, the return loss corresponds to the amount of radiation when reflected from the feeding point without radiating from the antenna device. The larger the return loss (absolute value), the larger the amount of radiation of the antenna device. .
[0023]
As shown in FIG. 2, a curve represented by a black circle plot in which no dipole antenna is provided but the fed dipole antenna is separated from the ground conductor 1 by about 1/8 wavelength is represented by a reference frequency. It can be seen that the value of the return loss at becomes small and the radiation efficiency is lowered without resonance. The curve of the conventional antenna device represented by the black square symbol plot shows a large return loss at the reference frequency, but the curve of the antenna device according to the first embodiment represented by the black triangle symbol plot is The second dipole antenna 5 is provided above the ground conductor 1 at a position separated by about ¼ wavelength as a parasitic dipole antenna that exhibits a high return loss not only at the reference frequency but also at the surrounding frequencies. Thus, it can be seen that a wide bandwidth has been achieved.
[0024]
In addition, there is a Yagi antenna as a conventional dipole antenna that obtains a high gain by arranging a parasitic dipole antenna in the vicinity of the dipole antenna as described above. This Yagi antenna is described in, for example, Uchida, Makiaki, "Ultra-short-wave aerial", Production Technology Center, and as its configuration can be used without bringing a dipole antenna that receives power supply close to a ground conductor, etc. By appropriately setting the distance from the ground conductor, it can be operated as a broadband dipole antenna. Further, a non-powered dipole antenna is disposed at a distance of about ¼ wavelength from the dipole antenna that receives the power supply, and the phase of the non-powered dipole antenna is delayed by shortening the element length compared to the dipole antenna that receives the power supply. By doing so, the phase of the radiation field of the dipole antenna that is fed in the direction of the non-feeding dipole antenna is matched and the directivity is provided. Thus, the parasitic dipole antenna in the Yagi antenna is used as a component for providing directivity. On the other hand, as described above, the antenna device of the invention of the present application is normally in a resonance state when the distance between the ground conductor and the feed dipole antenna is about ¼ wavelength or less, although the resonance state cannot be achieved. In order to reduce the influence of radiation, a feed dipole antenna is disposed at a position at a distance of about 1/8 wavelength at most, and an electromagnetic wave between this and a parasitic dipole antenna provided at a position about a quarter wavelength away from the ground conductor. By utilizing the field coupling, the resonance state is obtained, and a wide band characteristic is obtained. Such a wide band cannot be achieved with the configuration of the Yagi antenna as described above.
[0025]
As described above, according to the first embodiment, the ground conductor 1, the first dipole antenna 2 provided at most approximately 1/8 wavelength above the ground conductor 1, and the first dipole antenna. 2, a feed line 3 that is exposed to the length of the first dipole antenna 2 above the ground conductor 1, and has substantially the same resonance frequency as the first dipole antenna 2, and this first dipole It is provided at a position approximately ¼ wavelength away from the ground conductor 1 above the antenna 2 so as to be substantially parallel to the antenna 2 and is excited by receiving an electromagnetic effect from the first dipole antenna 2. 2, since the wideband characteristic can be obtained even if the length of the feed line 3 that feeds power to the first dipole antenna 2 is shortened, the amount of radiation from the feed line 3 can be reduced. it can. Thereby, a radiation pattern with good symmetry can be obtained, and cross polarization can be reduced.
[0026]
In the first embodiment, the example in which the first dipole antenna 2 is fed at a distance of approximately 1/8 wavelength above the ground conductor 1 has been described. However, similar characteristics can be obtained even when the wavelength is about 1/20 wavelength. This is confirmed by experiments. In short, the first dipole antenna 2 may be provided in the vicinity of the ground conductor 1 as much as possible, and the bandwidth can be increased by adjusting the position of the second dipole antenna 5.
[0027]
Embodiment 2. FIG.
In the second embodiment, the wideband characteristic is improved by thickening the parasitic linear antenna disposed above the linear antenna that receives power.
[0028]
FIG. 3 is a perspective view showing a configuration of an antenna apparatus according to Embodiment 2 of the present invention. In the figure, reference numeral 5a denotes a parasitic second dipole antenna (second linear antenna) that is excited by receiving an electromagnetic action from the first dipole antenna 2, and is more than the radiating element of the first dipole antenna 2. It is comprised so that the edge part of an element may become thick. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same component as FIG. 1, and the overlapping description is abbreviate | omitted.
[0029]
Next, an outline will be described. Similar to the first embodiment, the second dipole antenna 5a is disposed above the first dipole antenna 2 at a distance of about ¼ wavelength from the ground conductor 1 in order to obtain broadband characteristics. At this time, it has been experimentally found that a wider band can be obtained by thickening the parasitic dipole antenna (in the case of a dipole antenna printed on a dielectric substrate, the element width is increased). Therefore, in the second embodiment, the second dipole antenna 5a is thickened to increase the bandwidth. In particular, FIG. 3 shows an example in which the element end of the second dipole antenna 5a is made thicker to form a bow tie antenna. By doing so, the broadband property is improved as compared with the case where the element is simply made thicker. be able to.
[0030]
As described above, according to the second embodiment, the non-powered second dipole antenna 5a is made thicker than the first dipole antenna 2 that receives power, so that the same effect as in the first embodiment can be obtained. Further, the broadband characteristics can be improved.
[0031]
In the second embodiment, the configuration in which the parasitic dipole antenna is thickened is applied to the first embodiment. However, the present invention is not limited to this and may be applied to the configurations described in the following embodiments.
[0032]
Embodiment 3 FIG.
In the third embodiment, both ends of the parasitic linear antenna are bent toward the ground conductor side so as to be substantially symmetric with respect to the center thereof to reduce the difference in beam width due to the cut surface, and the gain difference depending on the communication direction is reduced. It reduces the generation.
[0033]
4 is a perspective view showing a configuration of an antenna apparatus according to Embodiment 3 of the present invention. In the figure, reference numeral 5b denotes a second dipole antenna (second linear antenna) in which both end portions are bent toward the ground conductor 1 so as to be substantially symmetrical with respect to the center. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same component as FIG. 1, and the overlapping description is abbreviate | omitted.
[0034]
Next, an outline will be described. The radiation pattern of the dipole antenna varies depending on the cut surface, the E surface shows an 8-shaped directivity, and the H surface shows omnidirectionality. That is, the beam width of the E plane, which is a plane including the electric field vector, is narrow, and the beam width of the H plane, which is a plane including the magnetic field vector, is wide. Such a difference in beam width due to the cut surface causes a problem that the gain may differ depending on the communication direction in an application that performs communication in all directions. In order to reduce the directivity difference due to the cut surface with respect to this problem, it is necessary to widen the beam width on the E surface when it is required to make the radiation pattern of the dipole antenna wider. Therefore, in the third embodiment, both ends are bent toward the ground conductor 1 so as to be substantially symmetrical with respect to the center of the second dipole antenna 5b. By doing so, it has directivity also in the wide-angle direction, and broad characteristics can be obtained. Further, the beam width of the E plane can be adjusted by changing the bending angle.
[0035]
As described above, according to the third embodiment, both ends are bent toward the ground conductor 1 so as to be substantially symmetrical with respect to the center of the second dipole antenna 5b, so that the same as in the first embodiment. In addition, the beam width of the E plane can be widened, so that it is possible to suppress a gain difference depending on the communication direction. Further, since the beam width can be adjusted by changing the angle of inclination, it can be used as a parameter for optimizing the antenna device so as to meet the purpose of use.
[0036]
In the third embodiment, the example in which the configuration in which the parasitic dipole antenna is bent is applied to the first embodiment. However, the present invention is not limited to this, and may be applied to the configuration of another embodiment.
[0037]
Embodiment 4 FIG.
In the fourth embodiment, the directivity is improved by disposing a parasitic linear antenna above the linear antenna that receives power supply and disposing a parasitic linear antenna that operates as a director further above the linear antenna. It has been made.
[0038]
FIG. 5 is a perspective view showing a configuration of an antenna apparatus according to Embodiment 4 of the present invention. In the figure, reference numeral 6 denotes a third dipole antenna (third linear antenna) disposed above the second dipole antenna 5. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same component as FIG. 1, and the overlapping description is abbreviate | omitted.
[0039]
Next, an outline will be described. In the example of FIG. 5, a second dipole antenna 5 is disposed above the first dipole antenna 2 at a position of about ¼ wavelength from the ground conductor 1, and above the element length of the second dipole antenna 5. The short third dipole antenna 6 is arranged at a distance of about 1/8 wavelength. By doing so, the second dipole antenna 5 is excited by receiving the electromagnetic action from the first dipole antenna 2, and the third dipole is receiving the electromagnetic action from the second dipole antenna 5. The antenna 6 is excited. Thereby, even if the feed line 3 that feeds the first dipole antenna 2 is shortened as in the first embodiment, the band characteristics can be widened, and further, the antenna device according to the fourth embodiment radiates. The received radio wave has a directivity that is strengthened in the direction of the third dipole antenna 6.
[0040]
In order to operate the third dipole antenna 6 as a director in this way, the distance from the second dipole antenna 5 to the third dipole antenna 5 is about 1/8 wavelength to about 1/4 wavelength. The element length is shorter than that of the second dipole antenna 5. As a result, the phase of the third dipole antenna 6 is delayed from that of the second dipole antenna 5, and the radio wave is transmitted in phase with the radiation field of the second dipole antenna 5 in the direction of the third dipole antenna 6. You will be strengthened. Therefore, the antenna device of Embodiment 4 has the same directivity as the Yagi antenna, and the gain with respect to the communication direction can be increased.
[0041]
As described above, according to the fourth embodiment, the element length is shorter than the element length of the second dipole antenna 5 and is approximately から wavelength to ¼ so as to be substantially parallel to the second dipole antenna 5. Since at least one parasitic third dipole antenna 6 that is provided with a wavelength separation and is excited by receiving an electromagnetic action from the second dipole antenna 5 is provided, the same effect as in the first embodiment can be obtained. In addition, since the third dipole antenna 6 operates as a director, directivity can be provided, and the gain with respect to the communication direction can be improved.
[0042]
In the fourth embodiment, an example in which one third dipole antenna 6 is provided has been described. However, the present invention is not limited to this, and the distance to the third dipole antenna 6 is changed from approximately 1/8 wavelength to approximately 1/4 wavelength. A plurality of parasitic dipole antennas operating as a director may be arranged at a certain distance.
[0043]
Embodiment 5. FIG.
In the fifth embodiment, a parasitic linear antenna is disposed above a linear antenna to be fed, and a parasitic linear antenna having a resonance frequency higher than that of the parasitic linear antenna in the vicinity of the upper pole. The two resonance characteristics are given by arranging the.
[0044]
6 is a perspective view showing a configuration of an antenna apparatus according to Embodiment 5 of the present invention. In the figure, reference numeral 7 denotes a fourth dipole antenna (fourth linear antenna) that is disposed in the vicinity of the second dipole antenna 5 and has a higher resonance frequency than the second dipole antenna 5. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same component as FIG. 1, and the overlapping description is abbreviate | omitted.
[0045]
Next, an outline will be described. The antenna device according to the fifth embodiment is narrow due to the fact that the second dipole antenna 5 and the fourth dipole antenna 7 are excited by the electromagnetic action from the first dipole antenna 2 and the feed line 3 is shortened. As in the first embodiment, the bandwidth can be suppressed. Here, a configuration in which two resonance characteristics can be obtained by providing the fourth dipole antenna 7 is shown. Specifically, as shown in the fourth embodiment, in order to operate the third dipole antenna as a director, it is necessary to separate the second dipole antenna 5 from about 1/8 to 1/4 wavelength. However, in the fifth embodiment, the fourth dipole antenna 7 is disposed close to the second dipole antenna 5 (about 1/10 to 1/20 wavelength) for electromagnetic coupling. . As a result, the fourth dipole antenna 7 does not operate as a director, but can be matched not only at the resonance frequency of the first dipole antenna 2 but also at the resonance frequency of the fourth dipole antenna 7. Characteristics can be obtained.
[0046]
In the fifth embodiment, the configuration in which two resonance characteristics are obtained by arranging one fourth dipole antenna 7 in the vicinity of the second dipole antenna 5 is shown above the fourth dipole antenna 7. Furthermore, it goes without saying that a configuration in which a parasitic dipole antenna is arranged to obtain resonance characteristics of three or more frequencies is also included in the scope of the present invention.
[0047]
As described above, according to the fifth embodiment, a dipole antenna having a higher resonance frequency than that of the second dipole antenna 5, and the upper pole thereof so as to be substantially parallel to the second dipole antenna 5. Since there is provided at least one fourth dipole antenna 7 which is provided in the vicinity and is excited by receiving electromagnetic action from the second dipole antenna 5, resonance characteristics with respect to a plurality of frequencies can be obtained. Therefore, it is possible to design an optimal antenna device according to the purpose of use of the antenna device.
[0048]
Embodiment 6 FIG.
In this sixth embodiment, it is provided at a position approximately ¼ wavelength away from the ground conductor above it so as to be substantially parallel to the linear antenna that receives power supply, and is substantially symmetric with respect to the linear antenna. The difference in the beam width due to the difference in the cut surface is reduced by arranging at least two parasitic antennas.
[0049]
FIG. 7 is a perspective view showing a configuration of an antenna apparatus according to Embodiment 6 of the present invention. In the figure, 4a is a dielectric substrate on which fifth dipole antennas 8 and 8 are integrally formed, and 8 is substantially 1/4 from the ground conductor 1 above it so as to be substantially parallel to the first dipole antenna 2. This is a parasitic fifth fifth dipole antenna (fifth linear antenna) provided at a position separated from the wavelength and arranged so as to be substantially symmetrical with respect to the first dipole antenna 2. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same component as FIG. 1, and the overlapping description is abbreviate | omitted.
[0050]
Next, an outline will be described. In the antenna device according to the sixth embodiment, the two fifth dipole antennas 8 and 8 are excited by the electromagnetic action from the first dipole antenna 2 to narrow the bandwidth by shortening the feed line 3. It can be suppressed as in the first embodiment. Here, a configuration is shown in which the beam width of the H surface is particularly sharp. That is, the fifth dipole antennas 8, 8 are substantially spaced from the ground conductor 1 above the first dipole antenna 2 so as to be substantially parallel to the first dipole antenna 2 with respect to the first dipole antenna 2. By arranging them symmetrically, the fifth dipole antennas 8 and 8 are arranged in the H-plane direction of the first dipole antenna 2. It has been experimentally found that such a configuration can reduce the beam width in the E-plane direction. At this time, by appropriately changing the distance between the fifth dipole antennas 8 and 8, the beam width of the H plane can be adjusted until it becomes substantially the same as the beam width of the E plane.
[0051]
In the above example, the fifth dipole antennas 8 and 8 are arranged on the dielectric substrate 4a. However, a parasitic dipole antenna may be arranged with a spacer or the like interposed therebetween, and the configuration method thereof is changed. This invention is also effective.
[0052]
As described above, according to the sixth embodiment, the ground conductor 1, the first dipole antenna 2 provided at most approximately 1/8 wavelength above the ground conductor 1, and the first dipole antenna. 2, a feed line 3 that is exposed to the length of the first dipole antenna 2 above the ground conductor 1, and has substantially the same resonance frequency as the first dipole antenna 2, and this first dipole A parasitic antenna that is excited by receiving an electromagnetic effect from the antenna 2 and is separated from the ground conductor 1 thereabove by about a quarter wavelength so as to be substantially parallel to the first dipole antenna 2. And at least two fifth dipole antennas 8 and 8 arranged so as to be substantially symmetric with respect to the first dipole antenna 2, the first dipole antenna 8 is provided in the same manner as in the first embodiment. Dipole Ante It is possible also to shorten the length of the feed line 3 for feeding the 2 obtain broadband characteristics, it is possible to reduce the amount of radiation from the feed line 3. Thereby, a radiation pattern with good symmetry can be obtained, and cross polarization can be reduced.
[0053]
Also, by arranging the non-feeding fifth dipole antennas 8 in the H plane direction, the beam width of the H plane can be narrowed, and the gain in the communication direction can be improved. Furthermore, by adjusting the distance between the fifth dipole antennas 8 and 8, it is possible to obtain a beam width substantially the same as the E-plane beam width, and to suppress the occurrence of a gain difference depending on the communication direction.
[0054]
As shown in the first to sixth embodiments, the components of the antenna device (dipole antennas 2, 5, 5a, 5b, 6, 7, 8 and the feed line 3) are integrally formed on the dielectric substrate 4. As a result, the step of connecting the respective components can be omitted, so that the mass productivity of the apparatus can be improved. Thereby, the mass productivity of the array antenna configured using the antenna device shown in the first to sixth embodiments can be improved.
[0055]
In addition to the above, even if the antenna device of the present invention is configured by a dipole antenna using a metal rod or a coaxial line, the same characteristics as those of the first to sixth embodiments can be obtained. Further, as a power feeding method, other basic methods such as two parallel wires are effective without changing the basic principle.
[0056]
Furthermore, in the first to sixth embodiments, the configuration of a single antenna device that excites a single polarized wave is shown. However, an array antenna may be configured by arranging a plurality of antenna devices (the arrangement at this time). May be a triangular array or a grid-like square array, and does not depend on the arrangement method). Thus, by using the antenna device of the present invention as an antenna element, radiation from the feed line of each element can be suppressed, and the radiation mode from the feed line due to coupling between elements, which has been a problem in the conventional array antenna, is reduced. Deterioration of the radiation pattern due to the influence can be suppressed, and the gain with respect to the communication direction can be improved. Further, if the dipole antennas of the antenna device of the present invention are arranged orthogonally, both polarized waves can be excited.
[0057]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the ground conductor, the first linear antenna provided at most approximately 1/8 wavelength above the ground conductor, and the first linear antenna are fed with power. A feed line exposed to the length up to the first linear antenna, and a resonance frequency substantially the same as that of the first linear antenna, and above the first linear antenna so as to be substantially parallel to the first linear antenna. The first linear antenna is provided with a parasitic second linear antenna that is provided at a position approximately 1/4 wavelength away from the ground conductor and that is excited by receiving an electromagnetic effect from the first linear antenna. Even if the length of the power feed line to be fed is shortened, broadband characteristics can be obtained, and the amount of radiation from the feed line can be reduced. Thereby, a radiation pattern with good symmetry can be obtained, and there is an effect that cross-polarization can be reduced.
[0058]
According to the present invention, the second linear antenna is shorter than the element length of the second linear antenna and is provided at a distance of approximately 1/4 wavelength from the approximately 1/8 wavelength so as to be substantially parallel to the second linear antenna. Since there is at least one parasitic third linear antenna that is excited by receiving an electromagnetic effect from the antenna, the third linear antenna can act as a director, so that directivity can be provided. There is an effect that the gain with respect to the communication direction can be improved.
[0059]
According to the present invention, the electromagnetic wave from the second linear antenna is provided in the vicinity of the pole above the second linear antenna so as to have a higher resonance frequency than the second linear antenna and to be substantially parallel to the second linear antenna. Since at least one parasitic fourth linear antenna that is excited by receiving a field action is provided, resonance characteristics for a plurality of frequencies can be obtained, and an optimum antenna device is designed according to the intended use of the antenna device. There is an effect that can.
[0060]
According to the present invention, the ground conductor, the first linear antenna provided at most approximately 1/8 wavelength apart above the ground conductor, the first linear antenna is fed, and the first conductor is fed above the ground conductor. A feed line that is exposed to the length up to the linear antenna, and a parasitic line that has substantially the same resonance frequency as the first linear antenna and is excited by receiving an electromagnetic effect from the first linear antenna. The antenna is provided at a position approximately 1/4 wavelength away from the ground conductor thereabove so as to be substantially parallel to the first linear antenna, and is substantially symmetric with respect to the first linear antenna. And the fifth linear antenna disposed at the same time, the same effect as in the above paragraph 0057 can be obtained, and the beam width of the H plane can be increased by arranging the parasitic fifth linear antenna in the H plane direction. It can be narrowed, improving the gain for the communication direction There is an effect that can be.
[0061]
Further, by adjusting the distance between the fifth linear antennas, it is possible to obtain a beam width that is substantially the same as the E-plane beam width, and to suppress the occurrence of a gain difference depending on the communication direction.
[0062]
According to the present invention, since the non-powered linear antenna is made thicker than the first linear antenna that receives power supply, it is possible to improve the broadband characteristics.
[0063]
According to the present invention, since the both ends of the parasitic linear antenna are bent toward the ground conductor side so as to be substantially symmetric with respect to the center thereof, the beam width of the E plane can be widened. There is an effect capable of suppressing the occurrence of the gain difference.
[0064]
Further, since the beam width can be adjusted by changing the angle of inclination, there is an effect that it can be used as a parameter for optimizing the antenna device so as to meet the purpose of use.
[0065]
According to the present invention, since the linear antenna and the feed line are integrally formed on the dielectric substrate, the step of connecting the respective components can be omitted, so that the mass productivity of the apparatus can be improved. is there.
[0066]
According to this invention, since a plurality of the antenna devices according to any one of claims 1 to 7 are arranged, the radiation pattern is deteriorated due to the influence of the radiation mode from the feeder line due to the coupling between elements. Can be suppressed, and the gain with respect to the communication direction can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing a configuration of an antenna apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
FIG. 2 is a graph showing the return loss with respect to the normalized frequency in the antenna device according to the first embodiment and other configurations.
FIG. 3 is a perspective view showing a configuration of an antenna apparatus according to Embodiment 2 of the present invention.
FIG. 4 is a perspective view showing a configuration of an antenna apparatus according to Embodiment 3 of the present invention.
FIG. 5 is a perspective view showing a configuration of an antenna apparatus according to Embodiment 4 of the present invention.
FIG. 6 is a perspective view showing a configuration of an antenna apparatus according to Embodiment 5 of the present invention.
FIG. 7 is a perspective view showing a configuration of an antenna apparatus according to Embodiment 6 of the present invention.
FIG. 8 is a perspective view showing a configuration of a conventional antenna device.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Ground conductor, 2 1st dipole antenna (1st linear antenna), 3 Feeding line, 4, 4a Dielectric substrate, 5, 5a, 5b 2nd dipole antenna (2nd linear antenna), 6 3rd Dipole antenna (third linear antenna), 7 fourth dipole antenna (fourth linear antenna), 8 fifth dipole antenna (fifth linear antenna).

Claims

With ground conductors,
A first linear antenna provided at most approximately 1/8 wavelength above the ground conductor;
A power feed line that feeds power to the first linear antenna and is exposed above the ground conductor by the length to the first linear antenna;
The first linear antenna has a resonance frequency substantially the same as that of the first linear antenna. The first linear antenna is substantially parallel to the first linear antenna. An antenna apparatus comprising: a parasitic second linear antenna that is excited by receiving an electromagnetic effect from the first linear antenna.

The electromagnetic field from the second linear antenna is shorter than the element length of the second linear antenna and provided at a distance of approximately 1/4 wavelength from the approximately 1/8 wavelength so as to be substantially parallel to the second linear antenna. 2. The antenna apparatus according to claim 1, further comprising at least one parasitic third antenna that is excited by receiving an action.

It has a resonance frequency higher than that of the second linear antenna, and is provided in the vicinity of the pole above the second linear antenna so as to be substantially parallel to the second linear antenna, and receives an electromagnetic effect from the second linear antenna. 2. The antenna apparatus according to claim 1, further comprising at least one parasitic non-feeding fourth linear antenna.

With ground conductors,
A first linear antenna provided at most approximately 1/8 wavelength above the ground conductor;
A power feed line that feeds power to the first linear antenna and is exposed above the ground conductor by the length to the first linear antenna;
A parasitic linear antenna having substantially the same resonance frequency as the first linear antenna and excited by receiving an electromagnetic effect from the first linear antenna, the first linear antenna and A fifth linear antenna provided with at least two so as to be substantially symmetric with respect to the first linear antenna at a position separated from the ground conductor above by about a quarter wavelength so as to be substantially parallel; An antenna device comprising:

5. The antenna device according to claim 1, wherein the parasitic linear antenna is thicker than the first linear antenna that receives power supply. 6.

6. The antenna device according to claim 1, wherein both ends of the parasitic linear antenna are bent toward the ground conductor side so as to be substantially symmetric with respect to a center thereof. .

The antenna apparatus according to any one of claims 1 to 6, wherein the linear antenna and the feed line are integrally formed on a dielectric substrate.

An array antenna comprising a plurality of antenna devices according to any one of claims 1 to 7.