JP4431067B2 - 水平偏波用アンテナ装置 - Google Patents
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Description
一方、偏波ダイバーシチ方式が盛んに採用されるようになった近年においては、垂直偏波アンテナと水平偏波アンテナとを組み合わせた偏波共用アンテナの要求が高くなっている。このため、垂直偏波無指向性アンテナと同程度に広帯域でかつ径の細い水平偏波無指向性アンテナの実現が切望されている。
「アンテナ工学ハンドブック」第286頁 社団法人電気通信学会 昭和55年10月30日 株式会社オーム社発行
一方、上記水平偏波無指向性アンテナは、美観および風圧荷重の観点から、できるだけ細径化することが望ましく、このため、垂直偏波無指向性アンテナ並の外径、すなわち、0.3λ(λは、使用周波数帯域の中心周波数の波長)程度以下の外径寸法が要求される。
以上のように、従来の水平偏波無指向性アンテナは、垂直偏波無指向性アンテナのように、広帯域特性と細い外径とを両立することが困難であった。
図1は、周知のスケルトンスロットアンテナを示している。このスケルトンスロットアンテナは、20%程度の比帯域を有し、通常、針金等の細い金属導体で形成される。また、このスケルトンスロットアンテナは、横方向長および縦方向長がそれぞれ約0.25λおよび約0.5λ(λは、使用周波数帯域の中心周波数の波長)に設定され、別部品である平衡不平衡変換回路(図示せず)を介して同軸ケーブル等の給電ケーブルから給電される。符号a,bは、このスケルトンスロットアンテナの給電点を示している。
上記線路6a,6bは、それぞれ上記スケルトンスロットアンテナ素子3の給電点5a,5bから互いに平行する形態で下方に延び、該アンテナ素子3の下側の横導体部3bにそれらの下端が結合されている。また、給電線路7は、上記給電線路6bの背部において上方に延びた後、上記5a,5bを通って方向を反転し、さらに上記給電線路6aの背部において所定長だけ下方に延びている。
この実施形態に係るアンテナ装置1によれば、アンテナ素子として広帯域性に優れたスケルトンスロットアンテナ素子3が使用され、かつ、平衡不平衡変換回路4が全体形状を増大させることなく一体形成されていることから、広帯域性とコンパクト性の双方が得られる。このアンテナ装置1の外径寸法は、横導体部3a、3bの長さである約0.25λとなる。
図4に示すように、アンテナユニット1−1の誘電体基板2の下半部中央にはスリット2aが形成され、また図5に示すように、アンテナユニット1−2の誘電体基板2の上半部中央にはスリット2bが形成されている。
本実施形態のアンテナ装置10は、上記アンテナユニット1−1のスリット2aをアンテナユニット1−2の誘電体基板2の下半部に嵌合し、該アンテナユニット1−2のスリット2bをアンテナユニット1−1の誘電体基板2の上半部に嵌合することによって組み立てられている。
2分配器11は、一方の出力端の信号の位相と他方の出力端における信号の位相の差が90°であることが必要である。したがって、この2分配器11としては、図示のような線路長の長さの違いを利用したものや、90°ハイブリッド回路を利用したもの等が使用される。
また、このアンテナ装置10の外径寸法は、アンテナユニット1−1,1−2のスケルトンスロットアンテナ素子3の横導体部3a,3bの長さが約0.25λであることから、約0.25λになる。
支柱14の長手方向とアンテナ装置10の偏波方向は互いに直交している。したがって、各支柱14の太さが0.1λ程度以下であれば、それらの支柱14がアンテナ素子3に与える影響は少なく、また、これらの支柱14に誘起される電流も少ない。上記支柱14は、アンテナ装置10の強度を高める役割の他に、避雷導体としての役割も有している。
各アンテナブロック10−1〜10−4には、図3に示す2分配器11に対応する2分配器11−1〜11−4がそれぞれ接続されている。そして、分配器11−1〜11−4の入力端は、それぞれ同軸ケーブル等の給電ケーブル15−1〜15−4を介して4分配器16の対応する出力端に接続されている。
このアンテナ装置100によれば、上記給電ケーブル15−1〜15−4の長さを等しくすることにより、周方向での電界を強めて、利得を上昇させることができる。
このアンテナ装置100'は、アンテナブロック10−1の中心軸X(図3参照)周りの機械的回転角度を0°として、他のアンテナブロック10−2,10−3および10−4を上記中心軸Xの周りにそれぞれ角度θ2,θ3およびθ4だけ回転させ、これらの機械的回転角度分に相当する電気的角度(位相)を補償するようにアンテナ装置10−2,10−3および10−4に対する給電ケーブル15−2,15−3および15−4の長さを調整している。
円偏波平面アンテナにこのシーケンシャル配列を適用した場合には、円偏波率(軸比)の向上と入力反射特性の向上が見込まれる。
これに対して、このシーケンシャル配列を適用した図9に示すアンテナ装置100'の場合には、水平面指向性の無指向特性(偏差特性)の向上と入力反射特性の向上が見込まれる。
図10から明らかなように、上記アンテナ装置100'によれば、水平面指向性の偏差を1dB以内に低減して良好な水平面無指向性を得ることができ、また、図11から明らかなように、VSWR1.5以下において比帯域20%以上を得ることが可能である。なお、図11において、f0は使用周波数帯域の中心周波数を示している。
たとえば、図3に記載のアンテナ装置10では、アンテナユニット1−1側の平衡不平衡変換回路7を下方側に位置させ、アンテナユニット1−2側の平衡不平衡変換回路4を上方側に位置させているが、双方のアンテナユニット1−1,1−2の平衡不平衡変換回路4が共に下方側もしくは上方側に位置するようにこれらのアンテナユニット1−1,1−2を組み合わせることも可能である。
更にまた、図7、図8および図9に示したアンテナ装置では、図3に示す構成を有したアンテナ装置10と同様の構成を有するアンテナブロックを垂直方向に複数配列させているが、このアンテナブロックの配列個数は任意に設定することができる。
1−1,1−2 水平偏波アンテナユニット
2 誘電体基板
3 スケルトンスロットアンテナ素子
4 平衡不平衡変換回路
5a,5b 給電点
6a,6b 線路
7 給電線路
8 入出力端
9,12 給電ケーブル
10−1〜10−4 水平偏波アンテナブロック
15−1〜15−4,17−1〜17−4,19−1〜19−4 給電ケーブル
11,16,18,20,21 分配器
14 支柱
Claims (7)
- スケルトンスロットアンテナ素子と平衝不平衡変換回路とを誘電体基板上に一体的にプリント形成した水平偏波用アンテナ装置であって、
前記スケルトンスロットアンテナ素子は、前記誘電体基板の一方の面に形成され、
前記平衝不平衡変換回路は、前記スケルトンスロットアンテナ素子の各給電点から該アンテナ素子の横導体部まで上下方向に延びる第1および第2の線路と、前記誘電体基板の他方の面に形成された給電線路とを備え、
前記給電線路は、前記横導体部側から前記第1の線路の背部を通って延びるとともに、前記各給電点の背部を通って方向を反転した後、上記第2の線路の背部において逆方向に所定長延びるように形成されている、
ことを特徴とする水平偏波用アンテナ装置。 - スケルトンスロットアンテナ素子と平衝不平衡変換回路とを誘電体基板上に一体的にプリント形成してなる第1の水平偏波用アンテナユニットと、
前記第1の水平偏波用アンテナユニットと同様の構成を有し、互いの上下中心軸線が重なる形態で前記第1の水平偏波用アンテナユニットに対して直角に組み合わされるとともに、前記第1の水平偏波用アンテナユニットに対して給電位相が90°相違された第2の水平偏波用アンテナユニットと、を備え、
前記スケルトンスロットアンテナ素子は、前記誘電体基板の一方の面に形成され、
前記平衝不平衡変換回路は、前記スケルトンスロットアンテナ素子の各給電点から該アンテナ素子の横導体部まで上下方向に延びる第1および第2の線路と、前記誘電体基板の他方の面に形成された給電線路とを備え、
前記給電線路は、前記横導体部側から前記第1の線路の背部を通って延びるとともに、前記各給電点の背部を通って方向を反転した後、上記第2の線路の背部において逆方向に所定長延びるように形成されている、
ことを特徴とする水平偏波用アンテナ装置。 - 垂直方向に配列する複数の水平偏波用アンテナブロックを有し、該各水平偏波用アンテナブロックが、
スケルトンスロットアンテナ素子と平衝不平衡変換回路とを誘電体基板上に一体的にプリント形成してなる第1の水平偏波用アンテナユニットと、
前記第1の水平偏波用アンテナユニットと同様の構成を有し、互いの上下中心軸線が重なる形態で前記第1の水平偏波用アンテナユニットに対して直角に組み合わされるとともに、前記第1の水平偏波用アンテナユニットに対して給電位相が90°相違された第2の水平偏波用アンテナユニットと、を備え、
前記スケルトンスロットアンテナ素子は、前記誘電体基板の一方の面に形成され、
前記平衝不平衡変換回路は、前記スケルトンスロットアンテナ素子の各給電点から該アンテナ素子の横導体部まで上下方向に延びる第1および第2の線路と、前記誘電体基板の他方の面に形成された給電線路とを備え、
前記給電線路は、前記横導体部側から前記第1の線路の背部を通って延びるとともに、前記各給電点の背部を通って方向を反転した後、上記第2の線路の背部において逆方向に所定長延びるように形成されている、
ことを特徴とする水平偏波用アンテナ装置。 - 前記各水平偏波用アンテナブロックは、それらに係る前記上下中心軸線周りの機械的回転角度が互いに相違され、かつ、それらの機械的回転角度分を個別に補償する位相を有した給電がなされることを特徴とする請求項3に記載の水平偏波用アンテナ装置。
- 前記第1および第2の水平偏波用アンテナユニット間に形成される空間に、前記上下中心軸線に沿う1ないし複数本の金属支柱を配設したことを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の水平偏波用アンテナ装置。
- 前記第1および第2の水平偏波用アンテナユニット間に形成される空間に、別のアンテナ素子を配設したことを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の水平偏波用アンテナ装置。
- 前記別のアンテナ素子が、垂直偏波用のアンテナ素子もしくは異なる周波数帯に適用するアンテナ素子であることを特徴とする請求項6に記載の水平偏波用アンテナ装置。
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