JP4170823B2 - Multi-frequency dipole antenna - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車携帯電話等に使用される陸上移動通信の基地局アンテナとして好適な多周波共用ダイポールアンテナに関し、特に、個々の周波数の帯域においてビーム角が約60度の水平面指向性を得ることが可能な多周波共用ダイポールアンテナに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
図11は、従来の2周波共用ダイポールアンテナの一例を示している。このアンテナは、2つの放射素子部111a,111bと、反射板112とを備えている。
放射素子部111a,111bは、図12に示すように、誘電体基板114の一方および他方の面にそれぞれ形成した放射素子115aおよび115bによって第1のストリップダイポール115を構成するとともに、誘電体基板114の一方および他方の面にそれぞれ形成した放射素子116aおよび116bによって第2のストリップダイポール116を構成している。
【0003】
第1のストリップダイポール115は、第1の周波数f1に共振するようにその長さが設定されている。また、第2のストリップダイポール116は、第1のストリップダイポール115よりも給電点118a,118b側に寄った部位に形成され、第2の周波数f2 (<f1)に共振するようにその長さが設定されている。
ダイポール放射素子115a,116aは、給電線路17aを挟んで互いに反対の側に延び、同様に、ダイポール放射素子115b,116bは、給電線路117bを挟んで互いに反対の側に延びている。
【0004】
図11に示すように、上記構成の放射素子部111a,111bは、互いの断面が略V字形をなすように、前記反射板112に直交する中心面112aを挟んで対称に配置されている。このとき、各放射素子部111a、111bのダイポール放射素子115のなす間隔は、約0. 5λ1(λ1は周波数f1に基づく波長)に、またダイポール放射素子116のなす間隔は、V.S.W.R.特性等を考慮して、例えば、0. 5λ2(λ2は周波数f2に基づく波長)よりも短い約0.
37λ2に設定されている。
【0005】
反射板112における上記中心面112aを挟む対称な位置には、補助反射板19がそれぞれ垂設されている。各補助反射板119の高さおよび設置位置は、より良好な60度ビームが得られるように適宜調整される。なお、アンテナ全体は、レドーム120によって覆われている。
【0006】
各放射素子部111a,111bの給電点118a,118bには、2分配器113を介して電力が供給される。これにより、この2周波共用アンテナは、ほぼ60度の水平面内ビーム角度を有する2周波帯の電波を放射する。(例えば、特許文献1参照)
【0007】
【特許文献1】
特開平8−181538号公報
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来のアンテナは、適用周波数帯が2つに限定されるので、基地局アンテナの周波数帯域の拡大傾向に充分対応できない。しかも、個別のダイポール放射素子部111a,111bを所定の幾何的関係を満たすように配置することから、その構成が複雑、大型化し、かつ、製造コストも高くなるという問題がある。
【0009】
本発明の目的は、このような状況に鑑み、2周波数帯よりも多い周波数帯に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低廉かつ小型、シンプルな構成によって実現することが可能な多周波共用ダイポールアンテナを提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る多周波共用ダイポールアンテナは、素子用誘電体基板上に給電点を中心として対称に形成した一対のアンテナ素子ユニットと、前記誘電体基板に対向して設けられた反射板とを備え、前記アンテナ素子ユニットは、前記給電点から最も離れて位置する第1のダイポール放射素子と、前記給電点から前記第1のダイポール放射素子に至る給電線路の途中から前記第1のダイポール放射素子に沿って延びる1ないし複数の第2のダイポール放射素子と、前記第1、第2のダイポール放射素子の内の少なくとも1つの内方に分離形成され、前記給電線路から前記第1のダイポール放射素子に沿って延びる1ないし複数の第3のダイポール放射素子と、を有し、前記第1、第2および第3の各ダイポール放射素子は、互いに異なる周波数に共振する長さを有することを特徴としている。
【0011】
前記素子用誘電体基板に対して給電用誘電体基板を直角に設け、この給電用誘電体基板に前記給電点に接続される給電回路を形成することができる。これにより、給電回路が1つにまとめられるので、構造が一層簡素化される。
【0012】
前記一対のアンテナ素子ユニットの互いに対応するダイポール放射素子の配置間隔は、所望の水平面内指向性が得られるよう、例えば、ビーム角が約60度の水平面内指向性が得られるように設定される。
【0013】
好ましい実施の形態では、前記第1のダイポール放射素子と前記第2および第3のダイポール放射素子とが交差給電可能に形成される。このようにすれば、バラン等を用いない給電が可能になる。
また、前記第1、第2および第3の各ダイポール放射素子に対して、それらとともに共振する無給電素子をそれぞれ併設することができる。この無給電素子を設ければ、電圧定在波比の広帯域化を図ることができる。
更に、一対のアンテナ素子ユニットを前記素子用誘電体基板上にアレー状に配列形成することによって、多周波共用ダイポールアレーアンテナを構成することができる。
【0014】
【発明の実施の形態】
図1、図2および図3は、それぞれ本発明に係る多周波共用ダイポールアンテナの実施の形態を示す斜視図、平面図および側面図である。
この多周波共用ダイポールアンテナは、素子用誘電体基板1と、この素子用誘電体基板1の裏面中央部に直角に立てられた給電用誘電体基板3と、素子用誘電体基板1の裏面に対向して設けられた反射板5とを備えている。
【0015】
素子用誘電体基板1には、一対のアンテナ素子ユニット7,7が給電点9を中心として対称に形成されている。
図2および基板1を背面側から見た図4に示すように、アンテナ素子ユニット7は、第1のダイポール放射素子11(11a,11b)、第2のダイポール放射素子13(13a,13b)および第3のダイポール放射素子15(15a,15b)を有する。これらのダイポール放射素子11,13および15は、互いに平行している。
【0016】
第1のダイポール放射素子11は、給電点9から最も離れて位置し、第2のダイポール放射素子13は、この第1のダイポール放射素子11よりも給電点9側に寄った部位に位置している。また、第3のダイポール放射素子15は、第2のダイポール放射素子13の内方に位置している。
図5に拡大して示すように、第3のダイポール放射素子15a,15bは、それぞれ第2のダイポール放射素子13a,13b内に切欠き部17を設けることによって形成されている。
【0017】
放射素子11a、13aおよび15aは、それぞれ誘電体基板1の一方の面に形成されている。そして、放射素子13aおよび放射素子15aは、給電点9から放射素子11aに至る給電線路19の途中から該放射素子11aとは反対の方向に伸びている。
一方、放射素子11b、13bおよび15bは、それぞれ誘電体基板1の他方の面に形成されている。そして、放射素子13bおよび15bは、給電点9から放射素子11bに至る給電線路21の途中から該放射素子11bとは反対の方向に伸びている。
【0018】
第1のダイポール放射素子11は、第1の周波数f1 (この例では、800MHz)に共振するように、その全長が約0.5λ1 (λ1は周波数f1に基づく波長)に設定されている。同様に、第2のダイポール放射素子13および15は、それぞれ第2の周波数f2 (この例では、1.5GHz)および第3の周波数f3 (この例では、2GHz)に共振するように、それらの全長が約0.5λ2および 0.5λ3(λ1,λ2は、それぞれ周波数f1,f2に基づく波長)に設定されている。
【0019】
図2には、各ダイポール放射素子11間の距離、各ダイポール放射素子13間の距離および各ダイポール放射素子15間の距離がそれぞれL1,L2およびL3で示されている。これらの距離L1,L2およびL3は、所望の水平面内指向性が得られるよう設定される。この実施の形態では、周波数f1,f2およびf3のビームに約60度の水平面内指向性を持たせるため、距離L1を約0.5λ1 に、距離L2を約0.34λ2に、距離L3を約0.47λ3にそれぞれ設定している。
距離L2およびL3を、それぞれ約0.34λ2(<0.5λ2)および約0.47λ3(<0.5λ3)に設定したのは、V.S.W.R.を考慮したためである。要するに、距離L2,L2およびL3は、約60度の水平面内指向性および適正なV.S.W.R.特性が得られるように設定される。
【0020】
給電用誘電体基板3には、上記給電点9に接続された給電回路23が形成されている。
なお、上記第1のダイポール放射素子11、第2のダイポール放射素子13、第3のダイポール放射素子15、給電線路19,21および給電回路23は、それぞれ金属箔(ストリップ導体)によって形成されている。
【0021】
この実施の形態に係る多周波共用ダイポールアンテナの給電点9には、給電用誘電体基板3の給電回路23を介して周波数f1(800MHz),f2(1.5GHz)およびf3(2GHz)の電力が供給される。この給電は、図6に示すように交差給電である。この交差給電によれば、バラン等を用いない給電が可能になる。
【0022】
図7、図8および図9は、各第1のダイポール放射素子11に基づく800MHz帯での水平面指向性、各第2のダイポール放射素子13に基づく1.5GHz帯での同指向性および各第3のダイポール放射素子15に基づく2GHz帯での同指向性をそれぞれ示している。これらの図から明らかなように、この実施の形態に係るダイポールアンテナは、800MHz,1.5GHzおよび2GHzのいずれの周波数帯においても、ビーム角が約60度の良好な水平面指向性を示す。
【0023】
図3に示すように、上記第1、第2および第3のダイポール放射素子11,13および15に対して、それぞれ周波数f1,f2およびf3に共振する長さを有する第1、第2および第3の無給電素子11',13'および15'を併設しても良い。この無給電素子11',13'および15'を設ければ、電圧定在波比の広帯域化を図ることができる。無給電素子11',13'および15'も、図示していない誘電体基板に金属箔をプリントすることによって形成することができる。
【0024】
無給電素子11',13'および15'は、ダイポール放射素子11,13および15に対向して設ける必要はない。例えば、無給電素子11',13'および15'を図3におけるダイポール放射素子11,13,および15の直上位置から左右方向に移動した位置に設けても良く、また、誘電体基板1の背面側に設けても良い。
【0025】
図10に示すように、誘電体基板1に前記一対のアンテナ素子ユニット7,7を複数対(この例では4対)配列形成することによって、多周波共用ダイポールアレーアンテナを構成することができる。
このアレーアンテナの給電用誘電体基板3には、各対のアンテナ素子ユニット7,7に同時に給電するトーナメント型の給電回路23が形成される。
【0026】
ところで、図2に示す各アンテナ素子ユニット7は、1つの第2のダイポール放射素子13と、この第2のダイポール放射素子13内に形成した1つの放射素子15とを有している。しかし、アンテナ素子ユニット7は、このような構成に限定されない。以下に、アンテナ素子ユニット7の他の構成例を列挙する。
【0027】
(1)一対のアンテナ素子ユニット7の各第1のダイポール放射素子11の内方にも、ダイポール放射素子15に対応する第3のダイポール放射素子をそれぞれ設けることができる。
この場合、第1のダイポール放射素子11内に形成される第3のダイポール放射素子の相互間隔は、約60度のビーム角の水平面指向性が得られる大きさ(その第3のダイポール放射素子の共振周波数に基づく波長の半分程度)ように設定される。
なお、上記第3のダイポール放射素子は、第1のダイポール放射素子11の長さよりも短くなるので、その共振周波数が第1のダイポール放射素子11のそれよりも低くなる。
このように、第1のダイポール放射素子11の内方にも第3のダイポール放射素子を設けた場合、適用周波数帯の数が4になる。
もちろん、ダイポール放射素子11のみに第3のダイポール放射素子を設けることも可能であり、その場合、適用周波数帯の数が3になる。
【0028】
(2)上記アンテナ素子ユニット7における給電点9と第1のダイポール放射素子11との間に、第2のダイポール放射素子を複数設けることができる。この場合、各アンテナ素子ユニット7の対応する第2のダイポール放射素子の相互間隔は、約60度のビーム角の水平面指向性が得られるように設定される。
このような構成において、第1のダイポール放射素子と上記複数の第2のダイポール放射素子のいずれにも第3のダイポール放射素子を設けなかった場合には、適用周波数帯の数が3以上になる。また、第1のダイポール放射素子11と上記複数の第2のダイポール放射素子の少なくとも1つに第3のダイポール放射素子を設けた場合には、適用周波数帯の数が4以上になる。
【0029】
(3)図2の例では、第2のダイポール放射素子13内に1つの第3のダイポール放射素子15を形成しているが、この第2のダイポール放射素子13内に第3のダイポール放射素子15を複数形成することができる。例えば、図2に示す第3のダイポール放射素子15に図5に示す切欠き17に対応する切欠きを形成して、第2のダイポール放射素子13内に2つ目の第3のダイポール放射素子を形成することができる。更に、上記2つ目の第3のダイポール放射素子に上記切欠き17に対応する切欠きを形成して、第2のダイポール放射素子13内に3つ目の第3のダイポール放射素子を形成することができる。
上記2つ目の第3のダイポール放射素子を形成した場合には、適用周波数帯の数が1つ増え、また、3つ目の第3のダイポール放射素子を形成した場合には、適用周波数帯の数が更に1つ増えることになる。
もちろん、上述した(1)、(2)のケースにおいても、第1のダイポール放射素子および/または第2のダイポール放射素子内に第3のダイポール放射素子を複数形成することができる。このようにすれば、適用周波数帯の数が一層増加する。
【0030】
【発明の効果】
本発明に係る多周波共用ダイポールアンテナは、2周波数帯よりも多い周波数帯に共用することができ、しかも、ビーム角度がほぼ60°の水平面指向性を低廉かつ小型、シンプルな構成によって実現することが可能である。したがって、特に自動車携帯電話等に使用される陸上移動通信用の基地局アンテナとして好適である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る多周波共用ダイポールアンテナの実施の形態を示す斜視図である。
【図2】図1に示すアンテナの平面図である。
【図3】図1に示すアンテナの側面図である。
【図4】素子用誘電体基板の背面図である。
【図5】第2のダイポール放射素子内に形成された第3のダイポール放射素子の拡大図である。
【図6】交差給電を説明する模式図である。
【図7】800MHzの周波数帯における水平面指向性を示すグラフである。
【図8】1.5GHzの周波数帯における水平面指向性を示すグラフである。
【図9】2GHzの周波数帯における水平面指向性を示すグラフである。
【図10】本発明に係る多周波共用ダイポールアレーアンテナの構成を示す斜視図である。
【図11】従来の2周波共用ダイポールアンテナの構成を示す縦断面図である。
【図12】図11に示すアンテナの放射素子部の構成を示す斜視図である。
【符号の説明】
1 素子用誘電体基板
3 給電用誘電体基板
5 反射板
7 アンテナ素子ユニット
9 給電点
11 第1のダイポール放射素子
13 第2のダイポール放射素子
15 第3のダイポール放射素子
17 切欠き部
19,21 給電線路
23 給電回路[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a multi-frequency shared dipole antenna suitable as a base station antenna for land mobile communications used in automobile cellular phones and the like, and in particular, obtains a horizontal plane directivity having a beam angle of about 60 degrees in each frequency band. The present invention relates to a multi-frequency dipole antenna that can be used.
[0002]
[Prior art]
FIG. 11 shows an example of a conventional dual-frequency dipole antenna. This antenna includes two radiating
As shown in FIG. 12, the
[0003]
The length of the
The
[0004]
As shown in FIG. 11, the
37λ 2 is set.
[0005]
[0006]
Electric power is supplied to the
[0007]
[Patent Document 1]
JP-A-8-181538
[Problems to be solved by the invention]
However, since the above-mentioned conventional antenna is limited to two applicable frequency bands, it cannot sufficiently cope with the tendency to expand the frequency band of the base station antenna. In addition, since the individual dipole radiating
[0009]
In view of such circumstances, the object of the present invention can be shared by more than two frequency bands, and the horizontal plane directivity with a beam angle of about 60 degrees is realized by an inexpensive, small and simple configuration. An object of the present invention is to provide a multi-frequency dipole antenna that can be used.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
A multi-frequency dipole antenna according to the present invention includes a pair of antenna element units formed symmetrically around a feeding point on a dielectric substrate for elements, and a reflector provided to face the dielectric substrate. The antenna element unit includes a first dipole radiating element located farthest from the feeding point, and a first dipole radiating element from the middle of the feeding line from the feeding point to the first dipole radiating element. One or a plurality of second dipole radiating elements extending along the line and at least one of the first and second dipole radiating elements are separated from each other, and are formed from the feeder line to the first dipole radiating element. One or more third dipole radiating elements extending along the first, second and third dipole radiating elements, each having a different frequency It is characterized by having a length which resonates.
[0011]
A feeding dielectric substrate is provided at a right angle to the element dielectric substrate, and a feeding circuit connected to the feeding point can be formed on the feeding dielectric substrate. As a result, the power feeding circuit is integrated into one, so that the structure is further simplified.
[0012]
The arrangement interval of the dipole radiating elements corresponding to each other of the pair of antenna element units is set so as to obtain a desired horizontal plane directivity, for example, a horizontal plane directivity having a beam angle of about 60 degrees. .
[0013]
In a preferred embodiment, the first dipole radiating element and the second and third dipole radiating elements are formed so as to be capable of cross-feeding. In this way, it is possible to supply power without using a balun or the like.
Further, each of the first, second, and third dipole radiating elements can be provided with a parasitic element that resonates with them. If this parasitic element is provided, the voltage standing wave ratio can be widened.
Further, a multi-frequency dipole array antenna can be configured by arranging a pair of antenna element units in an array on the element dielectric substrate.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
1, 2 and 3 are a perspective view, a plan view and a side view, respectively, showing an embodiment of a multi-frequency shared dipole antenna according to the present invention.
The multi-frequency dipole antenna includes an element
[0015]
On the element
As shown in FIG. 2 and FIG. 4 when the
[0016]
The first
As shown in an enlarged view in FIG. 5, the third
[0017]
The radiating
On the other hand, the radiating
[0018]
The total length of the first
[0019]
In FIG. 2, the distance between the
The distances L 2 and L 3 were set to about 0.34λ 2 (<0.5λ 2 ) and about 0.47λ 3 (<0.5λ 3 ), respectively. S. W. R. This is because of this. In short, the distances L 2 , L 2, and L 3 are approximately 60 degrees in the horizontal plane directivity and proper V.D. S. W. R. It is set so that characteristics can be obtained.
[0020]
A feeding
The first
[0021]
The frequency f 1 (800 MHz), f 2 (1.5 GHz) and f 3 (2 GHz) are fed to the
[0022]
7, 8, and 9 show horizontal plane directivity in the 800 MHz band based on each first
[0023]
As shown in FIG. 3, the first, second and third
[0024]
The
[0025]
As shown in FIG. 10, a multi-frequency dipole array antenna can be configured by forming a plurality of pairs (four pairs in this example) of the pair of
A tournament-type
[0026]
Incidentally, each
[0027]
(1) A third dipole radiating element corresponding to the
In this case, the mutual distance between the third dipole radiating elements formed in the first
Since the third dipole radiating element is shorter than the length of the first
Thus, when the third dipole radiating element is also provided inward of the first
Of course, it is also possible to provide the third dipole radiating element only in the
[0028]
(2) A plurality of second dipole radiating elements can be provided between the
In such a configuration, when the third dipole radiating element is not provided in any of the first dipole radiating element and the plurality of second dipole radiating elements, the number of applied frequency bands is three or more. . In addition, when the third dipole radiating element is provided in at least one of the first
[0029]
(3) In the example of FIG. 2, one third
When the second third dipole radiating element is formed, the number of applied frequency bands is increased by one, and when the third third dipole radiating element is formed, the applied frequency band is increased. Will be increased by one.
Of course, also in the cases (1) and (2) described above, a plurality of third dipole radiating elements can be formed in the first dipole radiating element and / or the second dipole radiating element. In this way, the number of applicable frequency bands further increases.
[0030]
【The invention's effect】
The multi-frequency dipole antenna according to the present invention can be shared by more than two frequency bands, and the horizontal plane directivity with a beam angle of about 60 ° can be realized with an inexpensive, small and simple configuration. Is possible. Therefore, it is particularly suitable as a base station antenna for land mobile communications used for automobile mobile phones and the like.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing an embodiment of a multi-frequency dipole antenna according to the present invention.
FIG. 2 is a plan view of the antenna shown in FIG.
FIG. 3 is a side view of the antenna shown in FIG. 1;
FIG. 4 is a rear view of a dielectric substrate for an element.
FIG. 5 is an enlarged view of a third dipole radiating element formed in the second dipole radiating element.
FIG. 6 is a schematic diagram illustrating cross power feeding.
FIG. 7 is a graph showing horizontal plane directivity in a frequency band of 800 MHz.
FIG. 8 is a graph showing horizontal plane directivity in a frequency band of 1.5 GHz.
FIG. 9 is a graph showing horizontal plane directivity in a frequency band of 2 GHz.
FIG. 10 is a perspective view showing the configuration of a multi-frequency dipole array antenna according to the present invention.
FIG. 11 is a longitudinal sectional view showing a configuration of a conventional dual-frequency dipole antenna.
12 is a perspective view showing a configuration of a radiating element portion of the antenna shown in FIG. 11. FIG.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (5)
周波数1.5GHz(波長λ2)に共振する長さを有し、前記素子用誘電体基板上に前記給電点を中心として対称にかつ間隔L2(<L1)をおいて形成した互いに平行する一対の第2のダイポール放射素子と、
周波数2GHz(波長λ3)に共振する長さを有し、前記一対の第2のダイポール放射素子の内方に、それらの第2のダイポール放射素子に沿って分離形成された一対の第3のダイポール放射素子と、
前記給電点を中心として対称に延びて、前記各第1のダイポール放射素子、前記各第2のダイポール放射素子および前記各第3のダイポール放射素子への直列給電を行う給電線路と、
前記誘電体基板に対向して設けられた反射板と、
を備え、
前記配置間隔L1を約0.5λ1に、前記配置間隔L 2 を約0.34λ 2 に、前記配置間隔L 3 を約0.47λ 3 にそれぞれ設定したことを特徴とする多周波共用ダイポールアンテナ。It has a length which resonates with the frequency 800 MHz (wavelength lambda 1), a pair of first dipole radiating element to parallel formed at a distance L 1 to and symmetrically around the feeding point to the element for a dielectric substrate When,
Resonating at a frequency of 1.5 GHz (wavelength λ 2 ), parallel to each other, formed symmetrically about the feeding point and spaced apart by an interval L 2 (<L 1 ) on the element dielectric substrate. A pair of second dipole radiating elements
A pair of third dipoles having a length resonating at a frequency of 2 GHz (wavelength λ 3 ) and formed inward of the pair of second dipole radiating elements along the second dipole radiating elements. A dipole radiating element;
A feeding line that extends symmetrically about the feeding point and performs series feeding to each of the first dipole radiating elements, each of the second dipole radiating elements, and each of the third dipole radiating elements;
A reflector provided facing the dielectric substrate;
With
To about 0.5 [lambda 1 the arrangement interval L 1, the arrangement interval L 2 to about 0.34λ 2, multiband dipole, characterized in that respectively set the arrangement interval L 3 to about 0.47Ramuda 3 antenna.
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