JP3735058B2 - Horizontally polarized omnidirectional antenna device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば無線LAN基地局等に用いられる水平偏波無指向性アンテナ装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、無線LANの基地局では、端末との間で通信を行なうためにアンテナの特性は無指向性なものが要求される。このため例えば無線LANの屋外基地局では、現在、垂直偏波無指向性のコリニアアンテナが多く利用されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように従来では、無線LAN用アンテナとして垂直偏波無指向性のコリニアアンテナが一般的に使用されているが、最近では水平偏波無指向性アンテナの利用も考えられている。しかし、水平偏波無指向性アンテナは、一般に垂直偏波無指向性アンテナに比較してその直径が大きくなってしまい、重量、風圧荷重などの点で不利であるという問題がある。このため従来では、水平偏波無指向性アンテナはあまり使用されていない。
【0004】
本発明は上記の課題を解決するためになされたもので、簡易な構造で、直径が小さく、小型化が可能な水平偏波無指向性アンテナ装置を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る水平偏波無指向性アンテナ装置は、ほぼλ/6の長さを有する山形状の1対のアンテナ素子を向かい合わせて配置した第1のアンテナと、前記第1のアンテナの上部にほぼλ/4の間隔を保って配置されたほぼλ/6の長さを有する山形状の1対のアンテナ素子からなる第2のアンテナと、前記第2のアンテナの上部にほぼλ/4の間隔を保って配置されたほぼλ/6の長さを有する山形状の1対のアンテナ素子及びその先端に設けられたほぼλ/8の長さを有するアームからなる第3のアンテナと、前記第1のアンテナを構成する各アンテナ素子に逆位相の電流が流れるように該アンテナ素子の端部に給電する給電手段と、前記第1のアンテナと同位相の電流が第2のアンテナ及び第3のアンテナに流れるように第1のアンテナと第2のアンテナとの間、及び第2のアンテナと第3のアンテナとの間を接続する給電線路とを具備したことを特徴とする。
【0006】
上記の構成とすることにより、簡易な構造で、直径が小さく、小型化が可能であり、かつ、水平面内指向性を偏差が1dB以内の無指向性とすることができる。また、第3のアンテナを構成するアンテナ素子に設けたアームの長さ及び間隔等を微細調整することにより、水平面内指向性を調整することができる。
【0007】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
図1は、本発明の一実施形態に係る水平偏波無指向性アンテナ装置の基本的な構成を示したものである。
【0008】
図1において、1は第1のアンテナで、ほぼλ(波長)/6の長さを有する山形状の1対のアンテナ素子1a、1bを向かい合わせて配置し、各アンテナ素子1a、1bの先端部に設けた給電点2より給電する。
【0009】
そして、上記第1のアンテナ1の上部にほぼλ/4の間隔を保って第2のアンテナ3を配置する。この第2のアンテナ3は、ほぼλ/6の長さを有する山形状の1対のアンテナ素子3a、3bを向かい合わせて配置している。また、第1のアンテナ1と同位相の電流iが第2のアンテナ3に流れるように第1のアンテナ1と第2のアンテナ3の端部間を給電線路4により接続する。
【0010】
また、上記第2のアンテナ3の上部にほぼλ/4の間隔を保って第3のアンテナ5を配置する。この第3のアンテナ5は、第2のアンテナ3と同様にほぼλ/6の長さを有する山形状の1対のアンテナ素子5a、5bを向かい合わせて配置し、その先端にほぼλ/8のアーム6a、6bを第2のアンテナ3側に向けて並行に設けている。また、第2のアンテナ3と同位相の電流iが第3のアンテナ5に流れるように第2のアンテナ3と第3のアンテナ5の端部間を給電線路7により接続する。
【0011】
上記の構成において、第3のアンテナ5のアーム6a、6bの長さ及び間隔Δg等を微細調整することにより、水平偏波の水平面内指向性が無指向性となるように調整する。上記アーム6aと6bに流れる電流は逆位相となるので、電波の放射は発生しない。
【0012】
一方、第1のアンテナ1は、アンテナ素子1aと1bに逆位相の電流が流れるが、流れる方向が同じになるので電波の放射が発生する。また、第2のアンテナ3及び第3のアンテナ5は、第1のアンテナ1と同じ位相の電流が流れるので、電波の放射が効率的に行なわれる。
【0013】
次に、上記水平偏波無指向性アンテナ装置の具体的な構成例について、図2ないし図6を参照して説明する。図2(a)は、本発明の実施形態に係る水平偏波無指向性アンテナ装置の正面側の斜視図、同図(b)は裏面側の斜視図である。また、図3はアンテナ素子単体の具体例を示す斜視図、図4(a)は給電回路部分を示す正面図、図4(b)は同裏面図、図4(c)は給電端側に設けられるスプリットバラン部分の正面図、図5は全体の構成を示す側面図、図6はアンテナをレドームに装着した状態を示す断面図である。
【0014】
図2において、11は誘電体基板、例えば銅箔基板で、比誘電率2.2、厚さ0.8mm程度のものを使用している。そして、上記基板11の正面側には、図2(a)に示すように第1、第2、第3のアンテナ1、3、5の一方のアンテナ素子1a、3a、5aをほぼλ/4の間隔で装着する。
【0015】
また、基板11の裏面には、図2(b)に示すように第1、第2、第3のアンテナ1、3、5の他方のアンテナ素子1b、3b、5bを上記正面側のアンテナ素子1a、3a、5aに対向する位置に装着する。上記アンテナ1、3、5の各素子は、例えば銅あるいは真鍮等の導体を使用し、ブルースアンテナと呼ばれる形状(1辺がλ/4のメアンダライン)を山形状に構成したものである。すなわち、各アンテナ素子は、加工を容易にするために例えば図3に示すように長方形の導体板を中央で折り曲げて山形状に形成している。更に、基板11上には、第3のアンテナ5のアーム6a、6bを設ける。上記アーム6a、6bは、長さがλ/8のマイクロストリップラインによって形成する。
【0016】
また、図2(a)、図4(a)に示すように基板11の正面側には、マイクロストリップライン12aで構成した給電線路を設けると共に、基部にスプリットバラン13を設けている。このスプリットバラン13は、図4(c)に示すように誘電体基板14の上面に銅箔によるアース部15及び線路16を形成している。この場合、基板14上の下半分にアース部15を形成し、このアース部15の上側中央より上方に向けて線路16を形成している。更に、この線路16の上端を基板14の上端面に延長してショートライン16aを形成し、このショートライン16aを上記マイクロストリップライン12aに接続する。このマイクロストリップライン12aは、基板11の基部より第1のアンテナ1に向けて設けられており、その途中で上記スプリットバラン13のショートライン16aと接続する。また、上記基板14は、下側中央に切り欠き17を設け、上記マイクロストリップライン12aの下部先端を露出させて外部回路(後述するコネクタ19)に接続できるようにしている。
【0017】
一方、基板11の裏面側の基部には、図2(b)、図4(b)に示すようにアース部18を設け、このアース部18よりマイクロストリップライン12bを介して第1のアンテナのアンテナ素子1a、1bの給電点に接続する。
【0018】
更に、第1のアンテナ1のアンテナ素子1a、1bと第2のアンテナ3のアンテナ素子3a、3bとの間、及び第2のアンテナ3のアンテナ素子3a、3bと第3のアンテナ5のアンテナ素子5a、5bとの間は、それぞれ給電線路(マイクロストリップライン)4、7により接続している。
【0019】
そして、図4(a)、(b)及び図5に示すように、基板11の基部に外部接続用のコネクタ19を装着し、基板11の上面に形成したマイクロストリップライン12a、基板11の裏面に形成したアース部18、及びスプリットバラン13のアース部15に接続する。
【0020】
更に、上記アンテナの外側には、必要に応じて図6に示すようなレドーム20を設けて保護する。
【0021】
上記実施形態で示したように給電線路を形成した基板11を中央に挟んで両側に第1、第2、第3のアンテナ1、3、5のアンテナ素子を装着し、また、アンテナ素子を板状に形成することにより、放射抵抗及び帯域を改善することができる。
【0022】
上記水平偏波無指向性アンテナ装置において、中心周波数を5250MHz、第1、第2、第3のアンテナ1、3、5の各アンテナ素子を全長25.5mm(0.446λ)、全幅6mm(0.105λ)に設定した場合、図7に示すリターンロス(Return Loss)特性、図8に示す水平面内指向性、図9に示す垂直面内指向性が得られた。なお、上記アンテナ装置では、レドーム20として外径12mm、厚さ0.5mmのFRPを使用し、アンテナ装置全体の全長を130mmとした。
【0023】
図7に示すリターンロス特性では、5.190〜5.305GHzにおいて、−9.5dB(VSWR≒2.0)以下とすることができ。このときの動作利得は、約2dBiであった。
【0024】
図8に示す水平面指向性では、1dB以内の偏差で無指向性の特性が得られた。
図9に示す垂直面指向性では、水平方向に高い利得を有する8の字形の特性となっている。
上記のように1枚の基板11上に簡易な形状のアンテナ素子を構成することにより、アンテナ素子と給電回路を一体化して軽量、かつ小型化が可能となり、細い直径で高利得の水平偏波無指向性アンテナ装置を実現することができた。
【0025】
なお、上記実施形態では、アンテナを1段構成とした場合について示したが、更に、多段に構成することにより利得を向上することができる。例えばアンテナを2段構成とした場合には約5dBiの動作利得、4段構成とした場合には約7dBiの動作利得を得ることができた。
【0026】
図10は、水平偏波無指向性アンテナ装置を4段構成とした場合の例を示したものである。基板11は、多段構成に合わせて長さを設定し、第1段〜第4段のアンテナ21〜24を所定の間隔を保って装着する。この第1段〜第4段のアンテナ21〜24は、前述した1段構成のアンテナと同様の構成であるので、詳細な説明は省略する。
【0027】
上記基板11の正面側には、予めマイクロストリップライン12aで構成した給電線路を設ける。上記マイクロストリップライン12aは、基板11の基部より第1段のアンテナ21に向けて設け、途中でスプリットバラン先端部のショートライン16aと接続する。すなわち、基板11の正面側の基部に上記1段構成の場合と同様にスプリットバラン13を設け、このスプリットバラン先端部のショートライン16aとマイクロストリップライン12aとを接続する。
【0028】
そして、上記マイクロストリップライン12aを第2段のアンテナ22まで延長し、この延長部分に分岐部25を設けて上下方向(第1段のアンテナ21と第3段のアンテナ23の方向)に分岐する。
【0029】
上記分岐部25で下方向に分岐したマイクロストリップライン12aは、第1段のアンテナ21まで延長し、ここで分岐部26により上下方向に分岐して第1段のアンテナ21と第2段のアンテナ22に給電する。
【0030】
また、上記分岐部25で上方向に分岐したマイクロストリップライン12aは、第3段のアンテナ23まで延長し、ここで分岐部27により上下方向に分岐して第3段のアンテナ23と第4段のアンテナ24に給電する。
【0031】
また、基板11の裏面側においても、同様にして第1段〜第4段のアンテナ21〜24に給電する。
上記の給電手段により、第1段〜第4段のアンテナ21〜24に対して同一の条件で給電することができる。
【0032】
上記4段構成の水平偏波無指向性アンテナ装置では、図11に示すリターンロス特性、図12に示す水平面内指向性、及び図13に示す垂直面内指向性が得られた。
【0033】
図11に示すリターンロス特性では、5.250〜5.350GHzにおいて、−9.5dB(VSWR≒2.0)以下とすることができた。このときの動作利得は、約7dBiであった。
【0034】
図12に示す水平面内指向性では、1段構成のアンテナ装置と同様に1dB以内の偏差で無指向性の特性が得られた。
また、図13に示す垂直面内指向性では、動作利得の向上により、1段構成のアンテナ装置よりも鋭い8の字形の特性が得られた。
上記のようにアンテナを多段に構成することにより、その段数に応じて動作利得を向上することができる。
【0035】
なお、上記実施形態では、アンテナ素子を山形状に形成した場合について説明したが、その他、半円形、もしくは半円形に近似させた多角形例えば台形状に形成しても、上記実施形態と同様の特性を得ることができる。
【0036】
【発明の効果】
以上詳記したように本発明によれば、簡易な構造で、直径が小さく、小型化が可能であり、かつ、水平面内指向性を偏差が1dB以内の無指向性とすることができる高利得の水平偏波無指向性アンテナ装置を提供することができる。また、第3のアンテナを構成するアンテナ素子に設けたアームの長さ及び間隔等を微細調整することにより、水平面内指向性を調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態に係る水平偏波無指向性アンテナ装置の基本構成図。
【図2】(a)は同実施形態における水平偏波無指向性アンテナ装置の具体的な構成例を示す正面側の斜視図、(b)は同裏面側の斜視図。
【図3】同実施形態におけるアンテナ素子単体の具体例を示す斜視図。
【図4】(a)は同実施形態における給電回路部分を示す正面図、(b)は同裏面図、(c)はスプリットバランの正面図。
【図5】同実施形態における水平偏波無指向性アンテナ装置の側面図。
【図6】同実施形態における水平偏波無指向性アンテナ装置の断面図。
【図7】同実施形態における水平偏波無指向性アンテナ装置のリターンロス特性を示す図。
【図8】同実施形態における水平偏波無指向性アンテナ装置の水平面内指向性を示す図。
【図9】同実施形態における水平偏波無指向性アンテナ装置の垂直面内指向性を示す図。
【図10】本発明に係る水平偏波無指向性アンテナ装置を4段構成とした場合の正面図。
【図11】同実施形態における水平偏波無指向性アンテナ装置のリターンロス特性を示す図。
【図12】4段構成の水平偏波無指向性アンテナ装置の水平面内指向性を示す図。
【図13】4段構成の水平偏波無指向性アンテナ装置の垂直面内指向性を示す図。
【符号の説明】
1…第1のアンテナ
1a、1b…アンテナ素子
2…給電点
3…第2のアンテナ
3a、3b…アンテナ素子
4…給電線路
5…第3のアンテナ
5a、5b…アンテナ素子
6a、6b…アーム
7…給電線路
11…基板
12a、12b…マイクロストリップライン
13…スプリットバラン
14…スプリットバランの基板
15…アース部
16…線路
16a…ショートライン
17…切り欠き
18…アース部
19…コネクタ
20…レドーム
21…第1段のアンテナ
22…第2段のアンテナ
23…第3段のアンテナ
24…第4段のアンテナ
25、26、27…分岐部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a horizontally polarized omnidirectional antenna device used for a wireless LAN base station, for example.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a wireless LAN base station is required to have a non-directional antenna characteristic in order to communicate with a terminal. For this reason, for example, in a wireless LAN outdoor base station, a collinear antenna with vertical polarization non-directivity is currently widely used.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, conventionally, a vertically polarized omnidirectional collinear antenna is generally used as a wireless LAN antenna, but recently, a horizontally polarized omnidirectional antenna is also considered. However, a horizontally polarized omnidirectional antenna generally has a larger diameter than a vertically polarized omnidirectional antenna, which is disadvantageous in terms of weight and wind pressure load. For this reason, conventionally, a horizontally polarized omnidirectional antenna is not often used.
[0004]
The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a horizontally polarized omnidirectional antenna device that has a simple structure, a small diameter, and can be miniaturized.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
A horizontally polarized omnidirectional antenna device according to the present invention includes a first antenna in which a pair of mountain-shaped antenna elements having a length of approximately λ / 6 are arranged facing each other, and an upper portion of the first antenna. And a second antenna composed of a pair of mountain-shaped antenna elements having a length of approximately λ / 6, which are disposed with a spacing of approximately λ / 4, and an upper portion of the second antenna, approximately λ / 4. A third antenna comprising a pair of mountain-shaped antenna elements having a length of approximately λ / 6 and an arm having a length of approximately λ / 8 provided at the tip of the pair of antenna elements disposed at a distance of approximately λ / 6; A feeding means for feeding power to an end of the antenna element such that a current of opposite phase flows through each antenna element constituting the first antenna; and a current having the same phase as that of the first antenna; The first antenna so that it flows through the
[0006]
With the above-described configuration, the diameter can be reduced with a simple structure, and the directivity in the horizontal plane can be made non-directional with a deviation within 1 dB. In addition, the directivity in the horizontal plane can be adjusted by finely adjusting the length and interval of the arms provided in the antenna element constituting the third antenna.
[0007]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a basic configuration of a horizontally polarized omnidirectional antenna apparatus according to an embodiment of the present invention.
[0008]
In FIG. 1,
[0009]
Then, the
[0010]
In addition, the
[0011]
In the above-described configuration, the length of the
[0012]
On the other hand, in the
[0013]
Next, a specific configuration example of the horizontally polarized omnidirectional antenna device will be described with reference to FIGS. 2A is a perspective view of the front side of the horizontally polarized omnidirectional antenna device according to the embodiment of the present invention, and FIG. 2B is a perspective view of the back side. 3 is a perspective view showing a specific example of a single antenna element, FIG. 4A is a front view showing a feeding circuit portion, FIG. 4B is a rear view thereof, and FIG. 4C is a feeding end side. FIG. 5 is a side view showing the overall configuration, and FIG. 6 is a cross-sectional view showing a state where the antenna is mounted on the radome.
[0014]
In FIG. 2, 11 is a dielectric substrate, for example, a copper foil substrate, having a relative dielectric constant of 2.2 and a thickness of about 0.8 mm. Then, on the front side of the
[0015]
Further, on the back surface of the
[0016]
Further, as shown in FIGS. 2 (a) and 4 (a), on the front side of the
[0017]
On the other hand, as shown in FIGS. 2B and 4B, a grounding
[0018]
Further, between the
[0019]
4A, 4B, and 5, the
[0020]
Further, a
[0021]
As shown in the embodiment, the antenna elements of the first, second, and
[0022]
In the horizontal polarization omnidirectional antenna device, the center frequency is 5250 MHz, the antenna elements of the first, second, and
[0023]
In the return loss characteristic shown in FIG. 7, it can be set to −9.5 dB (VSWR≈2.0) or less at 5.190 to 5.305 GHz. The operating gain at this time was about 2 dBi.
[0024]
In the horizontal plane directivity shown in FIG. 8, a non-directional characteristic was obtained with a deviation within 1 dB.
The vertical plane directivity shown in FIG. 9 has an 8-shaped characteristic having a high gain in the horizontal direction.
By constructing an antenna element having a simple shape on a
[0025]
In the above embodiment, the case where the antenna has a single-stage configuration has been described. However, the gain can be improved by further configuring the antenna in multiple stages. For example, when the antenna has a two-stage configuration, an operation gain of about 5 dBi can be obtained, and when the antenna has a four-stage configuration, an operation gain of about 7 dBi can be obtained.
[0026]
FIG. 10 shows an example in which the horizontally polarized omnidirectional antenna apparatus has a four-stage configuration. The length of the
[0027]
On the front side of the
[0028]
Then, the
[0029]
The
[0030]
Further, the
[0031]
Similarly, power is supplied to the first to
By the above power feeding means, power can be fed to the first to
[0032]
In the four-stage horizontally polarized omnidirectional antenna device, the return loss characteristic shown in FIG. 11, the horizontal plane directivity shown in FIG. 12, and the vertical plane directivity shown in FIG. 13 were obtained.
[0033]
In the return loss characteristic shown in FIG. 11, −9.5 dB (VSWR≈2.0) or less could be achieved at 5.250 to 5.350 GHz. The operating gain at this time was about 7 dBi.
[0034]
In the horizontal plane directivity shown in FIG. 12, the non-directional characteristic was obtained with a deviation within 1 dB as in the case of the antenna device having a single stage configuration.
Further, in the vertical in-plane directivity shown in FIG. 13, sharper 8-shaped characteristics were obtained than the one-stage antenna device due to the improvement of the operation gain.
By configuring the antenna in multiple stages as described above, the operation gain can be improved according to the number of stages.
[0035]
In the above embodiment, the case where the antenna element is formed in a mountain shape has been described. However, a semicircular shape or a polygon approximated to a semicircular shape, for example, a trapezoidal shape, may be used. Characteristics can be obtained.
[0036]
【The invention's effect】
As described in detail above, according to the present invention, the gain is small, the diameter is small, the size can be reduced, and the directivity in the horizontal plane can be made omnidirectional with a deviation within 1 dB. The horizontally polarized omnidirectional antenna apparatus can be provided. In addition, the directivity in the horizontal plane can be adjusted by finely adjusting the length and interval of the arms provided in the antenna element constituting the third antenna.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a basic configuration diagram of a horizontally polarized omnidirectional antenna device according to an embodiment of the present invention.
2A is a front perspective view showing a specific configuration example of a horizontally polarized omnidirectional antenna device according to the embodiment, and FIG. 2B is a rear perspective view of the same.
FIG. 3 is a perspective view showing a specific example of a single antenna element in the embodiment.
4A is a front view showing a power feeding circuit portion in the embodiment, FIG. 4B is a rear view thereof, and FIG. 4C is a front view of a split balun.
FIG. 5 is a side view of the horizontally polarized omnidirectional antenna device according to the embodiment.
FIG. 6 is a cross-sectional view of a horizontally polarized omnidirectional antenna device according to the embodiment.
FIG. 7 is a view showing a return loss characteristic of the horizontally polarized omnidirectional antenna device according to the embodiment.
FIG. 8 is a view showing the horizontal directivity of the horizontally polarized omnidirectional antenna device according to the embodiment;
FIG. 9 is a view showing the vertical in-plane directivity of the horizontally polarized omnidirectional antenna device according to the embodiment;
FIG. 10 is a front view when the horizontally polarized omnidirectional antenna device according to the present invention has a four-stage configuration.
FIG. 11 is a view showing a return loss characteristic of the horizontally polarized omnidirectional antenna device according to the embodiment.
FIG. 12 is a diagram showing the directivity in the horizontal plane of a horizontally polarized omnidirectional antenna device having a four-stage configuration.
FIG. 13 is a diagram showing the vertical in-plane directivity of a horizontally polarized omnidirectional antenna apparatus having a four-stage configuration.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記第1のアンテナの上部にほぼλ/4の間隔を保って配置されたほぼλ/6の長さを有する山形状の1対のアンテナ素子からなる第2のアンテナと、
前記第2のアンテナの上部にほぼλ/4の間隔を保って配置されたほぼλ/6の長さを有する山形状の1対のアンテナ素子及びその先端に設けられたほぼλ/8の長さを有するアームからなる第3のアンテナと、
前記第1のアンテナを構成する各アンテナ素子に逆位相の電流が流れるように該アンテナ素子の端部に給電する給電手段と、
前記第1のアンテナと同位相の電流が第2のアンテナ及び第3のアンテナに流れるように第1のアンテナと第2のアンテナとの間、及び第2のアンテナと第3のアンテナとの間を接続する給電線路と
を具備したことを特徴とする水平偏波無指向性アンテナ装置。A first antenna in which a pair of mountain-shaped antenna elements having a length of approximately λ / 6 are disposed facing each other;
A second antenna comprising a pair of mountain-shaped antenna elements having a length of approximately λ / 6 and disposed on the upper portion of the first antenna with a spacing of approximately λ / 4;
A pair of mountain-shaped antenna elements having a length of approximately λ / 6 disposed at an upper portion of the second antenna with a spacing of approximately λ / 4, and a length of approximately λ / 8 provided at the tip thereof. A third antenna comprising an arm having a thickness;
A power feeding means for feeding power to an end of the antenna element such that a current having an opposite phase flows to each antenna element constituting the first antenna;
Between the first antenna and the second antenna and between the second antenna and the third antenna so that a current having the same phase as that of the first antenna flows through the second antenna and the third antenna. A horizontally polarized omnidirectional antenna device comprising: a feed line connecting the two.
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