JP4023799B2 - 3周波共用アンテナ - Google Patents
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【産業上の利用分野】
本発明は、移動通信システム(例えば、携帯電話やPHS)等の基地局アンテナとして好適な3周波共用アンテナに関し、特に、水平面内においてほぼ60度のビーム角度を得ることができる3周波共用アンテナに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
2周波帯にわたってほぼ60度の水平面内ビーム角度を得ることができる2周波帯共用アンテナは公知である(例えば、特許文献1参照)。
【0003】
【特許文献1】
特開平8−181538号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかし,最近においては、適用周波数帯を拡大するために、3周波帯で共用可能なアンテナが要望されている。
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、3周波帯で共用することができ、しかも、ビーム角度がほぼ60度の水平面指向性をコンパクトかつ低廉な構成によって実現することができる3周波共用アンテナを提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る3周波共用アンテナは、主反射板と、誘電体基板に、第1の周波数f1に共振する第1のダイポールおよび第2の周波数f2(>f1)に共振する第2のダイポールを互いに平行にかつ交差給電可能に形成してなる一対の第1のアンテナ素子部と、誘電体基板に、第3の周波数f3(>f2)に共振する一対の第3のダイポールを、前記第3の周波数f3の波長λ3の約0.5倍の間隔で対称に形成してなる第2のアンテナ素子部と、を有し、前記各第1のアンテナ素子部は、それらに形成された前記第1のダイポール相互が前記主反射板から前記第1の周波数f1の波長λ1の約0.25倍の距離を隔てた面内において該波長λ1の約0.5倍の間隔を形成し、かつ、それらに形成された前記第2のダイポール相互が前記主反射板から前記第2の周波数f2の波長λ2の約0.25倍の距離を隔てた面内において該波長λ2の約0.5倍の間隔を形成するように、前記主反射板の中心線を含む垂直面の両側に対称配置され、前記第2のアンテナ素子部は、前記各第3のダイポールが前記垂直面の両側に対称に位置されるように前記各第1のアンテナ素子部の間に配置され、前記垂直面の両側に、前記第2のアンテナ素子部のビーム角度を約60°に規定するための補助反射板を対称に配設したことを特徴としている。
【0006】
前記各補助反射板は、それらのなす間隔を前記第2の周波数f2の波長λ2の約0.8倍に設定し、それらの高さを該波長λ2の約0.3倍に設定することができる。
【0007】
前記第1のアンテナ素子部は、前記第1、第2のダイポールを含む複数の素子ユニットをアレイ状に配設した構成を有することができ、前記第2のアンテナ素子部は、前記各第3のダイポールを含む複数の素子ユニットをアレイ状に配設した構成を有することができる。
【0008】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施の形態について説明する。
図1は、本発明に係る3周波共用アンテナの実施の形態を示す斜視図である。また、図2は、図1のA−A線による断面図である。
この実施の形態に係るアンテナは、一対のアンテナ素子部10,10と、アンテナ素子部20と、主反射板30と、一対の副反射板40,40とを備えている。
【0009】
図3および図4に示すように、アンテナ素子部10は、第1の周波数(例えば、800MHz)に共振する第1のダイポール11および第2の周波数(例えば、1.5GHz)に共振する第2のダイポール12の組からなる交差給電形素子ユニットU2-1を方形状の誘電体基板13の長手方向(図2の紙面に垂直な方向)に沿ってアレイ状に複数配列形成した構成を有する。なお、この実施の形態では、素子ユニットU2-1を4個配列してある。
【0010】
上記第1のダイポール11および第2のダイポール12は、誘電体基板13の長手軸線に平行するように、かつ、それらの中心点を結ぶライン14が該誘電体基板13の長手軸線に直行するように、互いに所定の間隔をおいて形成されている。なお、ダイポール11と第2のダイポール12のなす間隔については後述する。
【0011】
第1のダイポール11は、該誘電体基板13の一方および他方の面にそれぞれ形成した素子11aおよび11bによって構成され、同様に、第2のダイポール12は、誘電体基板11の一方および他方の面にそれぞれ形成した素子12aおよび12bによって構成されている。
【0012】
上記素子11a,12aは、上記ライン14を中心として互いに反対の方向に延び、かつ、該ライン14に沿って形成した給電線路15にそれらの一端が接続されている。給電線路15は、誘電体基板13の縁部に沿って形成した接地導体板16まで延びている。
同様に、素子11b,12bは、上記ライン14を中心として互いに反対の方向に延び、該ライン14に沿って形成した給電線路17にそれらの一端が接続されている。
したがって、図5に示すように、第1のダイポール11および第2のダイポール12は、素子11aと12aを結ぶ給電線路15と、素子11bと12bを結ぶ給電線路17とが交差した形で給電されることになる。
【0013】
なお、ある素子ユニットU2-1と、それの一方の側に隣接する素子ユニットU2-1は、並列給電されるようにそれらの給電線路17相互が接続されている。また、誘電体基板13に配列する各素子ユニットU2-1間には、上記接地導体板16から延びるシールド導体18が形成されている。
【0014】
アンテナ素子部20は、図6に示すように、それぞれ第3の周波数(例えば、2GHz)に共振する一対のダイポール21からなる素子ユニットU3を方形状の誘電体基板22の長手方向(図2の紙面に垂直な方向)に沿ってアレイ状に複数配列形成した構成を有する。なお、この実施の形態では、素子ユニットU3を8個配列してある。
【0015】
上記素子ユニットU3を構成する各ダイポール21は、誘電体基板22の長手軸線に沿うように形成され、かつ、互いが約0.5λ3(λ3は、前記第3の周波数の波長)の間隔を形成するように上記誘電体基板22の長手軸線を中心として互いに対称に位置されている。そして、各ダイポール21は、一方の給電点が給電線路23に共通接続され、他方の給電点が給電線路24に共通接続されている。
【0016】
誘電体基板22における上記各ダイポール21が形成された側の面の中央部には、該面に対して垂直となるように、かつ、誘電体基板22の長手軸線に沿うように誘電体基板25が立設されている。図7および図8に示すように、この誘電体基板25は、一方の面および他方の面に給電線路23’および24’を形成し、この給電線路23’および24’をそれぞれ図6に示す給電線路23および24の中央部に接続してある。
【0017】
なお、ある素子ユニットU3と該アンテナ素子ユニットU3の一方の側に隣接する素子ユニットU3は、並列給電されるように対応する給電線路24’が共通接続されている。また、給電線路23’は、誘電体基板25の縁部に沿って形成した接地導体板26まで延びている。
上記誘電体基板13,22および25に形成された各要素は、金属板または金属箔からなるストリップ導体によって形成されている。
【0018】
図2に示すように、各アンテナ素子部10は、主反射板30の長手方向に沿って配設され、かつ、該反射板30の長手軸線を含みかつ該反射板30に垂直な面31に対して対称に位置されている。
具体的には、それぞれのダイポール11相互が主反射板30から約0.25λ1(λ1は前記第1の周波数の波長)離れた面内において約0.5λ1の間隔を形成するという条件と、それぞれのダイポール12相互が主反射板30から約0.25λ2(λ2は前記第2の周波数の波長)離れた面内において約0.5λ2の間隔を形成するという条件とが満たされるように対称配設されている。
各アンテナ素子部10における第1のダイポール11と第2のダイポール12のなす間隔は、上記の各条件を満たすための要件になるので、この条件が満たされるように適宜設定される。
【0019】
アンテナ素子部20は、その長手軸線が上記面31内に位置されるように、かつ、個々のダイポール21相互が主反射板30から後述の距離Lだけ離れた面内に位置されるように、主反射板30の長手方向に沿って配設されている。
副反射板40,40は、金属板もしくは金属箔によって形成され、上記主反射板30に設定された面31を中心とする対称位置に該主反射板30に対して垂直に設けられている。
【0020】
上記実施の形態に係る3周波共用アンテナは、図2に示すように、その全体がレドーム50によって覆われ、反射板30の長手軸線が垂直方向に向くように設置される。
そして、このアンテナを送信アンテナとして使用する場合には、図示していない2分配器を介して周波数f1,f2の電力が前記ダイポール11,12に給電され、また、周波数f3の電力が前記ダイポール21に給電される。
【0021】
このとき、各アンテナ素子部10のダイポール11に基づく水平面指向性およびダイポール12に基づく水平面指向性は、それぞれ図9および図10に示すようになる。すなわち、各アンテナ素子部10のダイポール11相互が主反射板30から約0.25λ1離れた面内において約0.5λ1の間隔を形成していることから、周波数f1の帯域において60度ビームが得られる。同様に、各アンテナ素子部10のダイポール12相互が主反射板30から約0.25λ2離れた面内において約0.5λ2の間隔を形成していることから、周波数f2の帯域においても60°ビームが得られる。
【0022】
ところで、電圧定在波比特性(V.S.W.R.)の関係で、各アンテナ素子部10のダイポール12の間隔が例えば約0.37λ2程度に設定されることもあり、この場合、図10に点線で示すようなサイドローブが現れる。前記副反射板40,40を設けた目的の1つは、このサイドローブを抑制することにある。すなわち、この実施の形態においては、副反射板40,40の間隔を約0.8λ2に設定するとともに、それらの高さを約0.3λ2に設定してある。したがって、同図に実線で示すようにサイドローブが抑制されて、良好な水平面指向性が得られる。
【0023】
上記のように、各アンテナ素子部10は、2周波共用アンテナとしての機能を有する。この場合、2周波共用アンテナとしての機能が得られる周波数f1と周波数f2との比は、周波数f1を1とした場合に1.5〜1.7となる。現在の自動車携帯電話に割り当てられた810MHz〜960MHzと1429MHz〜1501MHzの2つの周波数帯の比が約1.65であるので、各アンテナ素子部10は上記各周波数帯に適合することになる。
【0024】
次に、アンテナ素子部20の各ダイポール21に基づく水平面指向性について説明する。アンテナ素子部20の各ダイポール21と主反射板30とのなす距離Lは、各誘電体基板13との位置的関係から0.25λ3よりも大きくならざるを得ない。しかも、各ダイポール21と主反射板30との間には、反射体としても機能するアンテナ素子部10の接地導体板16も介在している。したがって、単にアンテナ素子部20の各ダイポール21のみでは、周波数f3の帯域において60°ビームを得ることが困難である。
【0025】
そこで、この実施の形態では、周波数f3の帯域におけるビーム角度をほぼ60°に規定するための手段として上記副反射板40,40を用いている。すなわち、副反射板40,40は、周波数f3の帯域におけるビームの主ローブに影響を与えるので、これらの副反射板40,40の配置位置および形状を上記のように設定して、周波数f3の帯域におけるビーム角度がほぼ60°となる水平面指向性を実現している(図11参照)。
【0026】
結局、ダイポール21と主反射板30とのなす距離Lは、副反射板40,40の配置位置、形状およびアンテナ素子部10の接地導体板16の位置等を勘案して、最終的に周波数f3の帯域におけるビーム角度がほぼ60°となるように適宜設定される。
なお、上記実施の形態に係るアンテナにおいて、ダイポール21と上記接地導体板16の上縁との間の距離Mを実測してみたところ、約0.25λ3であった。
以上の説明から明らかなように、この実施の形態の3波共用アンテナよれば、周波数f1,f2およびf3の各帯域においてビーム角度がほぼ60°となる水平面指向性を実現することができる。
【0027】
図2に示した各長さ0.25λ1,0.25λ2,0.5λ1,0.5λ2および0.5λ3は、それぞれ許容範囲を有する。すなわち、上記各値をそれぞれ(0.15λ1〜0.35λ1),(0.15λ2〜0.35λ2),(0.3λ1〜0.7λ1),(0.3λ2〜0.7λ2)および(0.3λ3〜0.7λ3)に設定しても、実用上十分な水平面指向性が得られる。
【0028】
【発明の効果】
本発明によれば、第1の周波数f1および第2の周波数f2(>f1)に共振する交差給電可能なダイポール構成の一対の第1のアンテナ素子部をそれぞれ個別の誘電体基板に形成するとともに、第3の周波数f3(>f2)に共振する2ダイポール構成の第2のアンテナ素子部を形成し、上記一対の第1のアンテナ素子部間に上記第2のアンテナ素子部を位置させるとともに、主反射板に対する第1のアンテナ素子部のダイポールの相対位置と、主反射板および副反射板に対する第2のアンテナ素子部20のダイポール21の相対位置とを60°ビームの水平面指向性が得られるように設定しているので、60°ビームの水平面指向性を得ることができる3周波共用アンテナをコンパクトに、かつ、低廉に構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る3周波共用アンテナの実施の形態を部分的に示す斜視図である。
【図2】図1のA−A線による断面図である。
【図3】誘電体基板の一方の面に形成された第1および第2周波用のダイポールおよび給電線路の構成を示す平面図である。
【図4】誘電体基板の他方の面に形成された第1および第2周波用のダイポールおよび給電線路の構成を示す平面図である。
【図5】交差給電の構造を示す等価回路図である。
【図6】誘電体基板に形成された第3周波用のダイポールの構成を示す平面図である。
【図7】誘電体基板の一方の面に形成された第3周波用の給電線路の構成を示す側面図である。
【図8】誘電体基板の他方の面に形成された第3周波用の給電線路の構成を示す側面図である。
【図9】800MHz帯の水平面指向性を示す特性図である。
【図10】I.5GHz帯の水平面指向性を示す特性図である。
【図11】2GHz帯の水平面指向性を示す特性図である。
【符号の説明】
10 アンテナ素子部
11,12,21 ダイポール
11a,11b,12a,12b 素子
13,22,25 誘電体基板
15,17,23,24,23’,24’給電線路
30 主反射板
40 補助反射板
Claims (3)
- 主反射板と、
誘電体基板に、第1の周波数f1に共振する第1のダイポールおよび第2の周波数f2(>f1)に共振する第2のダイポールを互いに平行にかつ交差給電可能に形成してなる一対の第1のアンテナ素子部と、
誘電体基板に、第3の周波数f3(>f2)に共振する一対の第3のダイポールを、前記第3の周波数f3の波長λ3の約0.5倍の間隔で対称に形成してなる第2のアンテナ素子部と、を有し、
前記各第1のアンテナ素子部は、それらに形成された前記第1のダイポール相互が前記主反射板から前記第1の周波数f1の波長λ1の約0.25倍の距離を隔てた面内において該波長λ1の約0.5倍の間隔を形成し、かつ、それらに形成された前記第2のダイポール相互が前記主反射板から前記第2の周波数f2の波長λ2の約0.25倍の距離を隔てた面内において該波長λ2の約0.5倍の間隔を形成するように、前記主反射板の中心線を含む垂直面の両側に対称配置され、前記第2のアンテナ素子部は、前記各第3のダイポールが前記垂直面の両側に対称に位置されるように前記各第1のアンテナ素子部の間に配置され、
前記垂直面の両側に、前記第2のアンテナ素子部のビーム角度を約60°に規定するための補助反射板を対称に配設したことを特徴とする3周波共用アンテナ。 - 前記各補助反射板は、それらのなす間隔を前記第2の周波数f2の波長λ2の約0.8倍に設定し、それらの高さを該波長λ2の約0.3倍に設定したことを特徴とする請求項1に記載の3周波共用アンテナ。
- 前記第1のアンテナ素子部が、前記第1、第2のダイポールを含む複数の素子ユニットをアレイ状に配設した構成を有し、前記第2のアンテナ素子部が、前記各第3のダイポールを含む複数の素子ユニットをアレイ状に配設した構成を有することを特徴とする請求項1に記載の3周波共用アンテナ。
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