JP3734671B2 - アンテナ装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、屋内に設置されるタイプの無線基地局に用いられるアンテナ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図９（ａ）及び図９（ｂ）は従来のアンテナ装置における平面アンテナの配置構成を示す図であり、図９（ａ）は正面図であり、図９（ｂ）は側面図であり、図１０（ａ）及び図１０（ｂ）は図９（ａ）及び図９（ｂ）に示したアンテナ装置における平面アンテナの取付構造を拡大して示す図であり、図１０（ａ）は図９（ａ）のＩ−Ｉ線断面図であり、図１０（ｂ）は平面アンテナの平面図であり、図１１は従来のアンテナ装置の構成を示すブロック図であり、図１２は従来のアンテナ装置における１つのアンテナ素子の水平方向の放射パターンを示す特性図であり、図１３は従来のアンテナ装置において近接配置した６つのアンテナ素子の水平方向の放射パターンを示す特性図である。図において１００は屋内の壁面に沿って固定されかつ後述の各平面アンテナを支持する矩形の地板であり、１０１〜１０６は地板１００上に所定の間隔をもって配置された平面アンテナであり、１０７は例えばＡＢＳ樹脂等の材料で構成されたカバーである。
【０００３】
地板１００の上方の角部近傍には、送信用アンテナとしての平面アンテナ１０１及び１０２が配置されており、上記平面アンテナ１０１及び１０２は利得低下を防止するために地板１００の縁部からそれぞれ所定の距離だけ離間している。また、地板１００の下方の角部近傍には、受信用アンテナとしての平面アンテナ１０３及び１０４が配置されており、上記平面アンテナ１０３及び１０４は利得低下及び他のアンテナ素子からの影響を排除できる距離だけ地板１００の縁部あるいは互いに離間している。特に、受信用アンテナとしての平面アンテナ１０３及び１０４は、後述のダイバーシティアンテナとして機能するために、互いに影響しない距離だけ離間している。さらに、上記平面アンテナ１０１と平面アンテナ１０２との間及び平面アンテナ１０３と平面アンテナ１０４との間には、基地局の通信に対して妨害波となる電波をサーチする干渉波検出用アンテナとしての平面アンテナ１０５及び１０６が配置されている。
【０００４】
平面アンテナ１０１〜１０６は寸法差を除き、共通する形状を有していることから、平面アンテナ１０４を例にとり、その形状を説明する。平面アンテナ１０４は、図１０（ａ）及び図１０（ｂ）に示すように、地板１００の表面に対して所定の間隔をもって平行に配された放射導体部１０４ａと、地板１００の表面に接触した接地導体部１０４ｂと、両導体部を連絡する屈曲部１０４ｃとから概略構成されている。放射導体部１０４ａはＲＦコネクタ１１０を有する支持部材１１１を通じて給電される構成となっており、放射導体部１０４ａの先端部には放射導体部１０４ａと地板１００との離間距離Ｈを一定に維持するための絶縁スペーサ１１２が地板１００との間に取付けられている。接地導体部１０４ｂは地板１００に対してリベット１１３により簡易に取付けられている。なお、地板１００の一面には導体パターン（図示せず）が形成されている。
【０００５】
放射導体部１０４ａの長さＬ１はそのアンテナの使用周波数によって決められ、屈曲部１０４ｃから給電点Ｐまでの長さＬ２はインピーダンスが５０Ωとなるように設定され、接地導体部１０４ｂの幅Ｗは利得によって決められる。
【０００６】
平面アンテナ（ＴＸ１）１０１及び平面アンテナ（ＴＸ２）１０２は、図１１に示すようにそれぞれ異なる周波数の信号で送信する第１送信機１２０及び第２送信機１２１に接続された送信用アンテナである。平面アンテナ（ＲＸ１）１０３は、図１１に示すようにアンプ１２２を介して第１受信機１２３と第２受信機１２４とに分岐して接続されており、平面アンテナ（ＲＸ２）１０４は、図１１に示すようにアンプ１２５を介して第３受信機１２６と第４受信機１２７とに分岐して接続されている。平面アンテナ（ＭＸ１）１０５はアンプ機能と周波数変換機能を備えた素子１２８を介して第１受信機１２３と第３受信機１２６とに分岐して接続されており、これら第１受信機１２３と第３受信機１２６は第１合成機１２９に接続されている。また、平面アンテナ（ＭＸ２）１０６はアンプ機能と周波数変換機能を備えた素子１３０を介して第２受信機１２４と第４受信機１２７とに分岐して接続されており、これら第２受信機１２４と第４受信機１２７は第２合成機１３１に接続されている。
【０００７】
このようなアンテナ装置では、第１送信機１２０と第２送信機１２１とで異なる送信周波数を使用しており、これらの送信周波数は上記受信機１２３，１２４，１２６及び１２７の受信周波数とも異なる。
【０００８】
次に動作について説明する。
まず、干渉波検出用アンテナである平面アンテナ１０５により、基地局周辺で送信される信号が受信されると、この受信信号は素子１２８で増幅され、周波数変換処理されて第１受信機１２３及び第３受信機１２６に送られ、その信号の周波数が上記第１送信機１２０及び第２送信機１２１の各送信信号の周波数と等しい場合には、混信を回避するため、該当した周波数の送信信号の使用が禁止される。
【０００９】
次に、使用可能な周波数で送信を開始する。この場合には、送信信号の１周期を例えば３分割し、１つの周波数を３回線に振り分けることで時分割による通信（ＴＤＭＡ）が可能になる。このアンテナ装置では２つの送信機１２０及び１２１を用いており、両周波数が使用可能であればそれぞれ３回線を確保できることから、アンテナ装置全体で計６回線分の通信を並行して確保することが可能である。この時分割による通信は受信の場合にも適用することが可能である。
【００１０】
次に、受信を行う場合には、受信信号を同時に２つの平面アンテナ１０３及び１０４でそれぞれ受信し、その受信信号をアンプ１２２及び１２５でそれぞれ増幅し、その増幅した信号を第１受信機１２３及び第３受信機１２６を経由し、位相を合わせて第１合成機１２９で合成する。これは受信感度を向上させるダイバーシティ技術を採用したものである。
【００１１】
ところで、１つの平面アンテナの水平方向の放射パターンは、例えば図１２に示すように、理想的には、電界方向に合わせてアンテナの長さ方向（以下、アンテナ方向という）を向けたときの利得である主偏波の放射パターンのピーク利得Ｇ１と、電界方向に交差させる方向にアンテナを向けたときの利得である交差偏波の放射パターンのピーク利得Ｇ２とがほぼ同じレベルになっている。これに対して、複数個の平面アンテナをサイズの限られた地板上に近接配置した場合には、図１３に示すように１波長以下の離間距離で隣接する他の素子の影響により交差偏波のピーク利得Ｇ２が主偏波のピーク利得Ｇ１に比べて低下してしまう。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、屋外の無線基地局に用いられるアンテナ装置では、主偏波を通信に使用するため、交差偏波の利得が低下してもあまり支障を来さないが、屋内の無線基地局に用いられるアンテナ装置では、屋内の壁面に送受信波が衝突して偏波面が回転するため、主偏波だけでなく交差偏波も通信に使用する事が可能である。このため、交差偏波の利得が低下すると、水平方向の放射パターンが劣化し、通信品質が低下するという課題があった。
【００１３】
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、近接配置された複数個の平面アンテナの水平方向の放射パターンの劣化を改善するアンテナ装置を提供することを目的とする。
【００１４】
【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、垂直方向に立設される地板と、該地板の表面上に近接配置された複数の給電アンテナ素子と、該給電アンテナ素子間に配置され、該給電アンテナ素子の使用周波数における１波長の長さを有し、かつ垂直方向に延在する無給電素子とを備えたことを特徴とするものである。
【００１５】
この発明に係るアンテナ装置は、地板に無給電素子を固定する金属固定部をさらに含み、該金属固定部を前記無給電素子に誘起される電界方向と直交する方向に前記無給電素子から突出させたことを特徴とするものである。
【００１６】
この発明に係るアンテナ装置は、金属固定部と地板とを絶縁したことを特徴とするものである。
【００１７】
【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（ａ）及び図１（ｂ）は、この発明に係るアンテナ装置の実施の形態１を示す図であり、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は側面図であり、図２は、図１（ａ）及び図１（ｂ）に示したアンテナ装置におけるアンテナ素子の水平方向の放射パターンを示す特性図である。この実施の形態１の構成要素のうち従来のアンテナ装置の構成要素と共通するものについては同一符号を付し、その部分の説明を省略する。
【００１８】
図において２は送信アンテナとしての平面アンテナ１０１とこれと地板１００の表面上で隣り合う干渉波検出用アンテナとしての平面アンテナ１０５との間、及び受信アンテナとしての平面アンテナ１０３とこれと地板１００の表面上で隣り合う干渉波検出用アンテナとしての平面アンテナ１０６との間に配置された無給電素子である。３は無給電素子２と同様に、送信アンテナとしての平面アンテナ１０２とこれと地板１００の表面上で隣り合う干渉波検出用アンテナとしての平面アンテナ１０５との間、及び受信アンテナとしての平面アンテナ１０４とこれと地板１００の表面上で隣り合う干渉波検出用アンテナとしての平面アンテナ１０６との間に配置された無給電素子（以下、ダイポール素子とも言う）である。これら無給電素子２及び３は１波長の長さを有する金属製の長尺板であり、垂直方向に立設される地板１００上に例えば発泡スチロール等の電気絶縁材料から構成されるスペーサ（図示せず）を介して固定されている。このため、無給電素子２及び３は地板１００の表面に沿って垂直方向に延在している。無給電素子２及び３と地板１００を電気的に接続した場合、無給電素子２及び３に誘起される電界分布において、地板との接続部分の電位がゼロの電界分布のみに限られるため、無給電素子２及び３による放射パターン劣化改善の効果が低減してしまう。これを回避するため無給電素子２及び３は地板１００と導通しないように絶縁する。
【００１９】
次に動作について説明する。
６個の平面アンテナ１０１〜１０６の水平方向の放射パターンは、図２に示すように、主偏波の放射パターンのピーク利得Ｇ１と交差偏波の放射パターンのピーク利得Ｇ２とがほぼ同じレベルになっており、各平面アンテナ１０１〜１０６が単独で配置された場合の水平方向の放射パターン（図１２）と遜色ない。これは、無給電素子２及び３により各平面アンテナ１０１〜１０６の水平方向の放射パターンの劣化を補うことができることを意味している。また、図２に示す放射パターンでは、前方の指向性利得が幅広くなっており、広範囲で信号を拾うことができる点で優れている。
【００２０】
以上のように、この実施の形態１では、サイズの小さな地板上に複数の平面アンテナを近接配置しても平面アンテナの水平方向の放射パターンが劣化せず、単独配置された平面アンテナの特性を維持することができるので、このような平面アンテナからなるアンテナ装置の小型化を図ることができる。
【００２１】
なお、この実施の形態１では、例えば１つの無給電素子２を複数の平面アンテナ１０５及び１０６で共有させることにより、各平面アンテナ１０５及び１０６ごとに個別の無給電素子を配置する必要がなく、組付作業の効率化を図ることができる。
【００２２】
実施の形態２．
図３（ａ）及び図３（ｂ）は、この発明に係るアンテナ装置の実施の形態２を示す図であり、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は側面図であり、図４は、図３（ａ）に示した無給電素子を拡大して示す平面図であり、図５は図４に示した金属固定部を拡大して示す平面図であり、図６は、図４に示した金属固定部の取付構造を示す断面図であり、図７は、図３（ａ）のＶＩＩ−ＶＩＩ線断面図であり、図８は図３（ａ）及び図３（ｂ）に示したアンテナ装置におけるアンテナ素子の水平方向の放射パターンを示す特性図である。この実施の形態２の構成要素のうち実施の形態１の構成要素と共通するものについては同一符号を付し、その部分の説明を省略する。
【００２３】
この実施の形態２の特徴は、実施の形態１における無給電素子２及び３の中央部を金属固定部４及び５により地板１００上に固定する取付構造において、当該金属固定部４及び５を無給電素子２及び３から当該無給電素子２及び３に誘起される電界方向（図３（ａ）に示す矢印Ａ１方向）と直交する方向（例えば図３（ａ）に示す矢印Ａ２方向）に突出させた点にある。即ち、金属固定部４及び５を無給電素子２及び３の一部に直接設けると、１波長の長さを有する無給電素子２及び３をそれぞれ分断することになり、電界を乱し、無給電素子２及び３の給電アンテナ素子に対する劣化改善特性を低下させることになる。このため、金属固定部４及び５を無給電素子２及び３から電界方向と直交する方向（例えば図３（ａ）に示す矢印Ａ２方向）に突出させたことで、金属固定部４及び５による無給電素子２及び３の給電アンテナ素子に対する劣化改善特性への影響を解消することができる。
【００２４】
金属固定部４及び５は互いに相手の左右対称形となっており、基本構造は同一である。例えば、金属固定部５は、図６に示すように、無給電素子３の側縁中央部から矢印Ａ３方向に延びる垂直腕部５ａと、この垂直腕部５ａの下端から矢印Ａ２方向に延びかつ地板１００に接地する接地部５ｂと、この接地部５ｂを地板１００に固定するリベット５ｃとから概略構成されている。金属固定部５の接地部５ｂは上述のように地板１００に接地しているが、この接地部５ｂの周囲の地板１００には、図５に示すように、地板１００の表面に設けられている例えば銅箔からなる導電パターン（図示せず）を削って形成した絶縁用スリット６が形成されている。この絶縁用スリット６により、無給電素子３は地板１００に対して電気的絶縁を保つことができるので、金属固定部５による無給電素子３の放射パターン劣化改善効果の低減を防止することができる。この点についても無給電素子２は上記無給電素子３と同一の構造を有している。
【００２５】
また、無給電素子３の両端部には取付孔７及び８が形成されており、地板１００には上記取付孔７及び８が対向する位置に同じく取付孔１００ａ及び１００ｂが設けられている。無給電素子３側の取付孔７及び８と地板１００側の取付孔１００ａ及び１００ｂとは耐振動用スペーサ９及び１０により連結されている。無給電素子３はその中央部で金属固定部５により支持されており、地板１００に振動が伝わった場合には無給電素子３も振動し、無給電素子３が構造的に破壊する可能性がある。これを避けるために、この実施の形態２では、上述の耐振動用スペーサ９及び１０により無給電素子３の振動を抑制している。なお、耐振動用スペーサ９及び１０を構成する材料としては、電気絶縁材料であれば如何なる材料も使用可能である。この点についても無給電素子２は上記無給電素子３と同一の構造を有している。
【００２６】
次に動作について説明する。
６個の平面アンテナ１０１〜１０６の水平方向の放射パターンは、図８に示すように、主偏波の放射パターンのピーク利得Ｇ１と交差偏波の放射パターンのピーク利得Ｇ２とがほぼ同じレベルになっており、各平面アンテナ１０１〜１０６が単独で配置された場合の水平方向の放射パターン（図１２）と遜色ない。これは、無給電素子２及び３に金属固定部４及び５を設けても、金属固定部４及び５が各平面アンテナ１０１〜１０６の水平方向の放射パターンに影響を与えることなく、無給電素子２及び３により実施の形態１と同様に各平面アンテナ１０１〜１０６の水平方向の放射パターンの劣化を補うことができることを意味している。また、図２に示す放射パターンでは、前方の指向性利得が幅広くなっており、広範囲で信号を拾うことができる点でも、実施の形態１と同様である。
【００２７】
以上のように、この実施の形態２では、金属固定部４及び５を無給電素子２及び３から電界方向と直交する方向に突出させたことで、金属固定部４及び５による無給電素子２及び３の給電アンテナ素子に対する劣化改善特性への影響を解消することができる。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、給電アンテナ素子間に配置され、給電アンテナ素子の使用周波数における１波長の長さを有し、かつ垂直方向に延在する無給電素子とを備えたことにより、１波長以下の間隔で近接配置された場合に、周囲に配置された他の素子の影響により生じる水平方向の放射パターンの劣化を改善することができる。従って、近接配置しても給電アンテナ素子の水平方向の放射パターンが劣化せず、単独配置された給電アンテナ素子の特性を維持できるので、このような給電アンテナ素子からなるアンテナ装置の小型化を図ることができる。
【００２９】
この発明によれば、地板に無給電素子を固定する金属固定部をさらに含み、該金属固定部を前記無給電素子に誘起される電界方向と直交する方向に前記無給電素子から突出させたことにより、金属固定部の無給電素子への影響を抑制できるので、無給電素子による給電アンテナ素子の水平方向の放射パターンの劣化改善特性を維持することができる。
【００３０】
この発明によれば、金属固定部と地板とを絶縁したことにより、無給電素子に誘起される電界分布の制約をなくすことができるので、無給電素子による給電アンテナ素子の水平方向の放射パターンの劣化改善特性を最大限に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明に係るアンテナ装置の実施の形態１を示す図であり、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は側面図である。
【図２】 図１（ａ）及び図１（ｂ）に示したアンテナ装置におけるアンテナ素子の水平方向の放射パターンを示す特性図である。
【図３】 この発明に係るアンテナ装置の実施の形態２を示す図であり、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は側面図である。
【図４】 図３（ａ）に示した無給電素子を拡大して示す平面図である。
【図５】 図４に示した金属固定部を拡大して示す平面図である。
【図６】 図４に示した金属固定部の取付構造を示す断面図である。
【図７】 図３（ａ）のＶＩＩ−ＶＩＩ線断面図である。
【図８】 図３（ａ）及び図３（ｂ）に示したアンテナ装置におけるアンテナ素子の水平方向の放射パターンを示す特性図である。
【図９】 従来のアンテナ装置における平面アンテナの配置構成を示す図であり、（ａ）は正面図であり、（ｂ）は側面図である。
【図１０】 図９（ａ）及び図９（ｂ）に示したアンテナ装置における平面アンテナの取付構造を拡大して示す図であり、図１０（ａ）は図９（ａ）のＩ−Ｉ線断面図であり、図１０（ｂ）は平面アンテナの平面図である。
【図１１】 従来のアンテナ装置の構成を示すブロック図である。
【図１２】 従来のアンテナ装置における１つのアンテナ素子の水平方向の放射パターンを示す特性図である。
【図１３】 従来のアンテナ装置において近接配置した６つのアンテナ素子の水平方向の放射パターンを示す特性図である。
【符号の説明】
２，３ 無給電素子、４，５ 金属固定部、６ 絶縁用スリット、７，８ 取付孔、９，１０ 耐振動用スペーサ。

Claims (3)

1. 垂直方向に立設される地板と、該地板の表面上に近接配置された複数の給電アンテナ素子と、該給電アンテナ素子間に配置され、該給電アンテナ素子の使用周波数における１波長の長さを有し、かつ垂直方向に延在する無給電素子とを備えたことを特徴とするアンテナ装置。
2. 地板に無給電素子を固定する金属固定部をさらに含み、該金属固定部は前記無給電素子に誘起される電界方向と直交する方向に前記無給電素子から突出していることを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
3. 金属固定部と地板とは絶縁されていることを特徴とする請求項２記載のアンテナ装置。

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