JP4133712B2 - Directional antenna - Google Patents
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Description
本発明は、移動体通信の基地局用指向性アンテナに係り、特に指向性と受風荷重を改良した指向性アンテナに関する。 The present invention relates to a directional antenna for mobile communication base stations, and more particularly to a directional antenna with improved directivity and wind receiving load.
従来、移動体通信の基地局用指向性アンテナとして、垂直偏波による指向性アンテナが知られている(例えば、特許文献1参照。)。 2. Description of the Related Art Conventionally, a directional antenna using vertically polarized waves is known as a directional antenna for mobile communication base stations (see, for example, Patent Document 1).
図8は、従来の垂直偏波による指向性アンテナの構成例を示す斜視図である。図8において、21はアーム、22a、22bは上記アーム21に逆コーナー状に取付けられるスクリーンアームである。上記アーム21の先端部近傍には、使用周波数に対して約λ/2(λ:波長)の長さを持つ放射素子23が垂直に取付けられる。また、上記スクリーンアーム22a、22bの頂点位置Aに1本の反射素子24が垂直に取付けられると共に、スクリーンアーム22a、22bに沿って複数の反射素子24が所定の間隔で取付けられる。上記反射素子24の長さは約1λ、隣り合う反射素子24どうしの間隔が約0.15λ、スクリーンアーム22a、22bによって形成される逆コーナーの角度は約260度である。
FIG. 8 is a perspective view showing a configuration example of a conventional directional antenna using vertically polarized waves. In FIG. 8, 21 is an arm, and 22a and 22b are screen arms attached to the
上記のように従来の指向性アンテナは、使用周波数に対して約λ/2の長さを持つ放射素子23と、この放射素子23から所定の間隔離して逆コーナー状に平行に配置された複数本(図示したものは7本)の反射素子24とで構成される。
As described above, the conventional directional antenna includes a
図9は、上記従来の指向性アンテナの垂直偏波水平面指向性を示したものである。なお、図9はdB目盛の極座標を示している。上記従来の指向性アンテナは、垂直偏波水平面指向性のビーム幅を約±90度にし、180度方向の前方後方比特性を約20dBとなるようにしている。
しかしながら、従来の指向性アンテナは、反射素子24の長さが1λと非常に長く設定されていると共に、構成する反射素子24の本数も多いため受風荷重が大きいという問題があった。
However, the conventional directional antenna has a problem that the wind receiving load is large because the length of the
また、指向性のビーム幅をおよそ±90度にしようとすると、0度方向の指向性が1.5〜2dB落ち込むという問題があった。 Further, when the beam width of directivity is set to approximately ± 90 degrees, there is a problem that directivity in the 0 degree direction falls by 1.5 to 2 dB.
更に、従来の指向性アンテナでは、180度以外の方向に対してできるだけ感度を高くし、通信が良好にできる特性を得ようとすると、約180度±30度の幅で指向性の感度を抑圧してしまうので、150度の方向や210度の方向の感度を高くしようとしてもできないという問題があった。 Furthermore, with conventional directional antennas, if the sensitivity is as high as possible in directions other than 180 degrees and an attempt is made to obtain good communication characteristics, the sensitivity of directivity is suppressed by a width of about 180 degrees ± 30 degrees. Therefore, there is a problem that it is impossible to increase the sensitivity in the direction of 150 degrees or in the direction of 210 degrees.
また、逆コーナー状配置の頂点位置Aに反射素子を取付けるためには、複雑な支持構造にせざるを得なくなり、製造コストが高くなるという問題があった。 In addition, in order to attach the reflective element to the apex position A of the inverted corner-shaped arrangement, there is a problem that a complicated support structure is required, and the manufacturing cost is increased.
本発明は上記の課題を解決するためになされたもので、逆コーナー状に配置する反射素子の本数を少なくして設置が容易であると共に受風荷重を減少でき、反射素子の支持構造を簡易化してコストを低減し得る指向性アンテナを提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems. The number of reflecting elements arranged in an inverted corner shape can be reduced to facilitate installation, reduce wind receiving load, and simplify the support structure of the reflecting elements. An object of the present invention is to provide a directional antenna that can be reduced in cost.
第1の発明に係る指向性アンテナは、素子取付用のアームと、前記アームの先端部近傍に取付けられる約半波長の長さのダイポールアンテナを用いた放射素子と、前記アームにスクリーンアーム取付金具により前記放射素子に対して逆コーナー状に取付けられる2本のスクリーンアームと、前記2本のスクリーンアームそれぞれに少なくとも2本ずつ取付けられ、同一のスクリーンアームに設けられた2本の間隔が約0.18波長の間隔で逆コーナー状に前記放射素子と平行に配置される所定長さの複数本の反射素子とを具備し、前記逆コーナー状のスクリーンアームは頂点位置を前記放射素子から所定の間隔離れた位置に設け、前記複数本の反射素子は前記スクリーンアームの頂点位置を除いて配置したことを特徴とする。 A directional antenna according to a first aspect of the present invention includes an element mounting arm, a radiating element using a dipole antenna having a length of about a half wavelength attached in the vicinity of the tip of the arm, and a screen arm mounting bracket on the arm. and two screens arms attached to opposite corner shape with respect to the radiating element, attached by at least two in each of the two screens arms, are two intervals which are provided on the same screen arm about the 0 A plurality of reflective elements having a predetermined length and arranged in parallel with the radiating element in an inverted corner shape at intervals of 18 wavelengths, and the inverted corner-shaped screen arm has a vertex position from the radiating element at a predetermined value. The plurality of reflecting elements are provided at positions apart from each other except for the vertex position of the screen arm.
第2の発明は、前記第1の発明に係る指向性アンテナにおいて、逆コーナー状に配置した反射素子の長さを約0.7波長に設定したことを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the directional antenna according to the first aspect of the present invention, the length of the reflective element arranged in an inverted corner shape is set to about 0.7 wavelength.
第3の発明は、前記第1の発明に係る指向性アンテナにおいて、逆コーナー状に配置した反射素子は、4本の反射素子からなり、内側に配置された2本の反射素子と外側に配置された2本の反射素子とを異なる長さに設定したことを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the directional antenna according to the first aspect of the present invention, the reflective elements arranged in an inverted corner shape are composed of four reflective elements, the two reflective elements arranged on the inner side and the outer side arranged. The two reflecting elements are set to different lengths.
本発明によれば、垂直偏波水平面指向性のビーム幅約±90度と、前方後方比特性約20dBの特性を確保した上で、逆コーナー状に配置する反射素子の本数を少なくでき、受風荷重を減少することができる。また、逆コーナー状に反射素子を配置する際に、逆コーナーの頂点位置に反射素子を配置する必要がなく、反射素子の支持構造を比較的簡単にすることができ、材料、加工、組込み、輸送梱包サイズ等、従来のアンテナよりコストを低減することができる。 According to the present invention, it is possible to reduce the number of reflective elements arranged in an inverted corner shape while ensuring the vertical polarization horizontal plane directivity beam width of about ± 90 degrees and the front-rear ratio characteristic of about 20 dB. Wind load can be reduced. In addition, when the reflective element is arranged in the reverse corner shape, it is not necessary to arrange the reflective element at the apex position of the reverse corner, and the support structure of the reflective element can be made relatively simple. Costs can be reduced compared to conventional antennas, such as transport packaging size.
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
(第1実施形態)
図1は、本発明の第1実施形態に係る垂直偏波指向性アンテナの構成例を示す斜視図である。
図1において、1はアームで、このアーム1にはスクリーンアーム2a、2bがスクリーンアーム取付金具3により、指向方向からみて逆コーナー状に取付けられる。上記スクリーンアーム2a、2bの逆コーナー状となる角度αは、例えば230〜260度の範囲、好ましくは約240度に設定される。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(First embodiment)
FIG. 1 is a perspective view showing a configuration example of a vertically polarized directivity antenna according to the first embodiment of the present invention.
In FIG. 1, reference numeral 1 denotes an arm, and screen
上記アーム1の先端部近傍には、例えばダイポールアンテナ等の放射素子4が素子取付金具5により垂直方向に取付けられる。上記放射素子4の長さは、使用周波数に対して約λ/2(λ:波長)の長さに設定される。上記放射素子4としてダイポールアンテナを用いた場合、中央部分が絶縁材10により絶縁される。また、上記放射素子4には、給電端子11が設けられている。
Near the tip of the arm 1, a radiating element 4 such as a dipole antenna is mounted in the vertical direction by an
そして、上記スクリーンアーム2a、2bには、その頂点位置Aを除いて、所定長さを有する複数本例えば4本の反射素子6a1、6a2、6b1、6b2が素子取付金具7により垂直方向に平行に取付けられる。この場合、反射素子6a1、6a2は内側に配置され、反射素子6b1、6b2は外側に配置される。上記4本の反射素子6a1、6a2、6b1、6b2の長さは、約0.7λに設定される。
The
次に、上記放射素子4及び反射素子6a1、6a2、6b1、6b2の位置関係について、図2を参照して説明する。図2は、図1に示した指向性アンテナを上面からみた図で、模式的に示したものである。 Next, the positional relationship between the radiating element 4 and the reflecting elements 6a1, 6a2, 6b1, and 6b2 will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a diagram schematically showing the directional antenna shown in FIG. 1 as seen from above.
図2に示すように、スクリーンアーム2a、2bにより逆コーナー状に配置される内側配置の反射素子6a1、6a2から外側配置の反射素子6b1、6b2までの間隔をd1、内側配置の反射素子6a1と6a2の間隔をd2、上記反射素子6a1と6a2を結んだ線と放射素子4との間隔をd3、外側配置の反射素子6b1と6b2の間隔をd4、上記反射素子6b1と6b2を結んだ線と放射素子4との間隔をd5としたとき、d1〜d5の値を次のように設定する。
As shown in FIG. 2, the distance from the inner-side reflecting elements 6a1 and 6a2 to the outer-side reflecting elements 6b1 and 6b2 arranged in an inverted corner shape by the
d1:約0.18λ
d2:約0.32λ
d3:約0.33λ
d4:約0.64λ
d5:約0.42λ
また、上記したように放射素子4の長さは約λ/2、反射素子6a1、6a2、6b1、6b2の長さは約0.7λ、スクリーンアーム2a、2bにより形成される逆コーナーの角度、すなわち反射素子6a1、6b1と反射素子6a2、6b2により形成される逆コーナーの角度αは約240度である。上記指向性アンテナは、例えば150MHz帯、400MHz帯等で使用される。
d1: about 0.18λ
d2: about 0.32λ
d3: about 0.33λ
d4: about 0.64λ
d5: about 0.42λ
Further, as described above, the length of the radiating element 4 is about λ / 2, the length of the reflecting elements 6a1, 6a2, 6b1, and 6b2 is about 0.7λ, and the angle of the reverse corner formed by the
図3は、上記第1実施形態に係る指向性アンテナの垂直偏波水平面指向性を示したものである。なお、図3はdB目盛の極座標を示している。同図から明らかなように、指向性のビーム幅が約±90度で、180度方向の前方後方比特性が約20dBとなっていることが分かる。 FIG. 3 shows the vertical polarization horizontal plane directivity of the directional antenna according to the first embodiment. FIG. 3 shows polar coordinates on the dB scale. As is apparent from the figure, the directivity beam width is about ± 90 degrees, and the forward / backward ratio characteristic in the 180 degree direction is about 20 dB.
従来の指向性アンテナに比較し、指向特性を維持したまま逆コーナー状に配置する反射素子数を4本に減らすことが可能となり、また、反射素子の長さを長さを短くできるので、受風荷重の小さい指向性アンテナを実現することができる。 Compared to conventional directional antennas, it is possible to reduce the number of reflective elements arranged in an inverted corner shape while maintaining directional characteristics to four, and the length of the reflective elements can be shortened. A directional antenna with a small wind load can be realized.
また、水平面指向性においては、120〜150度及び210〜240度では従来の指向性アンテナより約3dB高くなっており、90〜150度や210〜270度では従来の指向性アンテナより感度の高いアンテナを提供することができる。 Further, in the horizontal plane directivity, 120 to 150 degrees and 210 to 240 degrees are approximately 3 dB higher than the conventional directional antenna, and 90 to 150 degrees and 210 to 270 degrees are more sensitive than the conventional directional antenna. An antenna can be provided.
(第2実施形態)
次に、本発明の第2実施形態に係る指向性アンテナについて説明する。
図4は、本発明の第2実施形態に係る指向性アンテナの構成例を示す斜視図である。この第2実施形態に係る指向性アンテナは、図1に示した第1実施形態において、内側の反射素子6a1、6a2に代えて長さが約0.7λの反射素子16a1、16a2を使用すると共に、外側の反射素子6b1、6b2に代えて長さが約0.6λの反射素子16b1、16b2を使用したものである。
(Second Embodiment)
Next, a directional antenna according to the second embodiment of the present invention will be described.
FIG. 4 is a perspective view showing a configuration example of a directional antenna according to the second embodiment of the present invention. The directional antenna according to the second embodiment uses reflection elements 16a1 and 16a2 having a length of about 0.7λ instead of the inner reflection elements 6a1 and 6a2 in the first embodiment shown in FIG. The reflective elements 16b1 and 16b2 having a length of about 0.6λ are used instead of the external reflective elements 6b1 and 6b2.
そして、図5に示すように、スクリーンアーム2a、2bにより逆コーナー状に配置される内側配置の反射素子16a1、16a2から外側配置の反射素子16b1、16b2までの間隔をd1、内側配置の反射素子16a1と16a2の間隔をd2、上記反射素子16a1と16a2を結んだ線と放射素子4との間隔をd3、外側配置の反射素子16b1と16b2の間隔をd4、上記反射素子16b1と16b2を結んだ線と放射素子4との間隔をd5としたとき、d1〜d5の値を次のように設定する。
Then, as shown in FIG. 5, the distance between the reflective elements 16a1 and 16a2 arranged in an inverted corner by the
d1:約0.18λ
d2:約0.32λ
d3:約0.34λ
d4:約0.64λ
d5:約0.43λ
また、放射素子4の長さは約λ/2、反射素子16a1、16b1と反射素子16a2、16b2により形成される逆コーナーの角度αは約240度である。
d1: about 0.18λ
d2: about 0.32λ
d3: about 0.34λ
d4: about 0.64λ
d5: about 0.43λ
The length of the radiating element 4 is about λ / 2, and the angle α of the reverse corner formed by the reflecting elements 16a1 and 16b1 and the reflecting elements 16a2 and 16b2 is about 240 degrees.
図6は、第2実施形態に係る指向性アンテナの垂直偏波水平面指向性を示したもので、指向性のビーム幅が約±90度、180度方向の前方後方比特性が約20dBとなっている。 FIG. 6 shows the vertical polarization horizontal plane directivity of the directional antenna according to the second embodiment. The beam width of the directivity is about ± 90 degrees and the forward / backward ratio characteristic in the 180 degree direction is about 20 dB. ing.
上記第2実施形態に係る指向性アンテナでは、外側配置の反射素子16b1、16b2の長さを第1実施形態の場合より更に短くすることができる。 In the directional antenna according to the second embodiment, the lengths of the reflection elements 16b1 and 16b2 arranged on the outside can be made shorter than in the case of the first embodiment.
図7は、上記第2実施形態に係る指向性アンテナにおいて、反射素子長や間隔等を別の条件にした場合、すなわち、内側配置の2本の反射素子16a1、16a2の長さを約0.7λ、外側配置の2本の反射素子16b1、16b2の長さを約0.6λに設定すると共に、各素子間隔d1〜d5を次のように設定した場合の垂直偏波水平面指向性を示したものである。 FIG. 7 shows the directional antenna according to the second embodiment in which the lengths of the two reflecting elements 16a1 and 16a2 are set to about 0. The vertical polarization horizontal plane directivity is shown when the length of the two reflecting elements 16b1 and 16b2 arranged at 7λ and outside is set to about 0.6λ and the element spacings d1 to d5 are set as follows. Is.
d1:約0.18λ
d2:約0.42λ
d3:約0.38λ
d4:約0.74λ
d5:約0.47λ
図7に示すように180度方向の前方後方比特性を約15dBにすると、指向性で0±120度の範囲で指向性偏差を約3dBにすることができる。すなわち、水平面指向性上で特定の特定の方向のみ妨害を与えない、あるいは妨害を受けないように感度を抑圧し、特定方向±60度方向以外はほぼ無指向性アンテナのように使用することが可能になる。
d1: about 0.18λ
d2: about 0.42λ
d3: about 0.38λ
d4: about 0.74λ
d5: about 0.47λ
As shown in FIG. 7, when the forward / backward ratio characteristic in the 180 degree direction is about 15 dB, the directivity deviation can be made about 3 dB in the range of 0 ± 120 degrees in directivity. In other words, the sensitivity is suppressed so as not to interfere with a specific specific direction on the horizontal plane directivity, or to prevent the interference, and it can be used like a non-directional antenna except for a specific direction ± 60 degrees. It becomes possible.
上記実施形態で示した構成とすることにより、垂直偏波水平面指向性のビーム幅約±90度と、前方後方比特性約20dBの特性を確保した上で、逆コーナー状に配置する反射素子の本数を4本と少なくでき、受風荷重を減少することができる。 By adopting the configuration shown in the above embodiment, the vertical polarization horizontal plane directivity beam width of about ± 90 degrees and the front-rear ratio characteristic of about 20 dB are secured, and the reflection element arranged in an inverted corner shape is used. The number can be reduced to four and the wind receiving load can be reduced.
また、逆コーナー状に反射素子を配置する際に、逆コーナーの頂点位置Aに反射素子を配置する必要がなく、反射素子の支持構造を比較的簡単にすることができ、材料、加工、組込み、輸送梱包サイズ等、従来のアンテナよりコストを低減することができる。 In addition, when the reflective element is arranged in the reverse corner shape, it is not necessary to arrange the reflective element at the apex position A of the reverse corner, and the support structure of the reflective element can be made relatively simple, and the material, processing, and incorporation Costs can be reduced compared to conventional antennas, such as transport packaging size.
更に、垂直偏波水平面指向性において、指向性感度を抑圧する角度調整をできるだけ狭くし、残りの角度は無指向性アンテナのように指向性偏差を少なくすることができる。すなわち、同一周波数を使用したシステム等の中継局用アンテナとして妨害干渉を抑圧しながら、できるだけ広い範囲に感度を持たせることができる。 Further, in the vertical polarization horizontal plane directivity, the angle adjustment for suppressing directivity sensitivity can be made as narrow as possible, and the remaining angles can reduce the directivity deviation like an omnidirectional antenna. That is, it is possible to give sensitivity to as wide a range as possible while suppressing jamming interference as a relay station antenna for a system or the like using the same frequency.
また、放射素子としてダイポールアンテナを使用した場合は、上記の指向性を維持したまま5%程度の帯域を持つ広帯域アンテナとして使用することができる。 When a dipole antenna is used as the radiating element, it can be used as a broadband antenna having a bandwidth of about 5% while maintaining the above directivity.
また、放射素子として例えばスリーブアンテナやホイップアンテナ等の垂直偏波水平面が無指向性の素子を使用すれば、同様の特性の指向性アンテナとすることができる。 In addition, if a vertically polarized horizontal plane element such as a sleeve antenna or a whip antenna is used as the radiating element, a directional antenna having similar characteristics can be obtained.
なお、上記実施形態では、4本の反射素子を用いた場合について示したが、更に多数の反射素子を用いても良いことは勿論である。 In the above embodiment, the case where four reflective elements are used has been described, but it is needless to say that a larger number of reflective elements may be used.
また、上記実施形態では、垂直偏波の指向性アンテナとして実施した場合について示したが、水平偏波用の指向性アンテナとしても使用することができる。 Moreover, although the case where it implemented as a directional antenna of a vertically polarized wave was shown in the said embodiment, it can be used also as a directional antenna for horizontally polarized waves.
また、本発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できるものである。 Further, the present invention is not limited to the above-described embodiment as it is, and can be embodied by modifying constituent elements without departing from the scope of the invention in the implementation stage.
1…アーム、2a、2b…スクリーンアーム、3…スクリーンアーム取付金具、4…放射素子、5…素子取付金具、6a1、6a2…反射素子、6b1、6b2…反射素子、7…素子取付金具、10…絶縁材、11…給電端子、16a1、16a2…反射素子、16b1.16b2…反射素子。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Arm, 2a, 2b ... Screen arm, 3 ... Screen arm mounting bracket, 4 ... Radiation element, 5 ... Element mounting bracket, 6a1, 6a2 ... Reflective element, 6b1, 6b2 ... Reflective element, 7 ... Element mounting bracket, 10 ... Insulating material, 11 ... Feed terminal, 16a1, 16a2 ... Reflective element, 16b1.16b2 ... Reflective element.
Claims (3)
前記逆コーナー状のスクリーンアームは頂点位置を前記放射素子から所定の間隔離れた位置に設け、前記複数本の反射素子は前記スクリーンアームの頂点位置を除いて配置したことを特徴とする指向性アンテナ。 An element mounting arm, a radiating element using a dipole antenna having a length of about half wavelength, which is mounted near the tip of the arm, and a reverse arm shape with respect to the radiating element by a screen arm mounting bracket on the arm and two screens arms mounted, the mounted by at least two on each two screen arms, the reversed corners shaped with two spacing interval of about 0.18 wavelengths provided in the same screen arm A plurality of reflective elements of a predetermined length arranged in parallel with the radiating element,
The inverted corner-shaped screen arm is provided with a vertex position at a predetermined distance from the radiating element, and the plurality of reflecting elements are arranged excluding the vertex position of the screen arm. .
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