JP4503459B2

JP4503459B2 - 多周波共用アンテナ

Info

Publication number: JP4503459B2
Application number: JP2005038030A
Authority: JP
Inventors: 薫松浦; 愛島村
Original assignee: Nihon Dengyo Kosaku Co Ltd
Current assignee: Nihon Dengyo Kosaku Co Ltd
Priority date: 2005-02-15
Filing date: 2005-02-15
Publication date: 2010-07-14
Anticipated expiration: 2025-02-15
Also published as: JP2006229337A

Description

本発明は、多周波共用アンテナに係り、特に、移動通信基地局アンテナや、多周波数帯で帯域幅が広い無線システムのアンテナに関する。

一つのアンテナで、多周波を共有することは、設備の有効利用を図る上で有用である。
図２０は、従来の多周波共用アンテナの概略構成を示す斜視図である。
同図において、１００は広帯域平面状放射素子、１０１は吸収体である。
１０２は反射板であり、この反射板１０２は、アンテナから放射されるビームの有用な方向での電界強度を強めるために使用される。

なお、本願発明に関連する先行技術文献としては以下のものがある。
「アンテナ工学ハンドブック」、株式会社オーム社、平成13年1月発行、p.121

通信方向が特定している場合には、アンテナから放射されるビームの指向特性を、単一指向特性とする必要があるが、そのため、従来、一般的に、反射板を配置して、不要な放射を抑え、アンテナから放射されるビームの有用な方向での電界強度を強めるようにしている。
しかしながら、図２０に示すよう、広帯域平面状放射素子１００に平行となる反射板１０２を配置した場合、広帯域平面状放射素子１００と反射板１０２との間の最適な間隔が、広帯域平面状放射素子１００から放射される電波の周波数によって異なるため、結果として、指向特性や入力インピーダンス特性が安定しないという問題点がある。
その為、図２０に示す多周波共用アンテナでは、吸収体１０１を用いて特性を改善させているが、吸収体１０１を用いることにより、電力が失われるため、効率が良くないという問題点があった。
本発明は、前記従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、多周波共用アンテナにおいて、効率よく、単一方向に電波を放射することが可能となる技術を提供することにある。

本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下記の通りである。
前記課題を解決するために、本発明は、反射板と、前記反射板と所定の間隔を置いて配置され、それぞれ異なる周波数の電波を放射する複数のダイポール素子を有する対数周期型ダイポールアンテナとを備える多周波共用アンテナであって、前記対数周期型ダイポールアンテナは、最も低い周波数の電波を放射するダイポール素子の近傍（例えば、給電点と反対の側）に配置される無給電素子と、一端が最も低い周波数の電波を放射するダイポール素子の開放端と対向し、他端が前記反射板に接続される一対の導電体とを備えることを特徴とする。
また、本発明は、反射板と、前記反射板と所定の間隔を置いて配置され、それぞれ異なる周波数の電波を放射する複数のダイポール素子を有する対数周期型ダイポールアンテナとを備える多周波共用アンテナであって、前記対数周期型ダイポールアンテナは、絶縁基板を有し、前記各ダイポール素子の一方のアンテナ素子は、前記絶縁基板の一方の面に、また、他方のアンテナ素子は、前記絶縁基板の一方の面と反対側の他方の面に形成され、前記各ダイポール素子の少なくとも一方のアンテナ素子は、給電ラインから一部突出し、当該突出した部分が、他方のアンテナ素子と前記絶縁基板を挟んで対向していることを特徴とする。

本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下記の通りである。
本発明の多周波共用アンテナによれば、効率よく、単一方向に電波を放射することが可能となる。

以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。
なお、実施例を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
［実施例１］
図１は、本発明の実施例１の多周波共用アンテナを示す斜視図であり、図２は、本発明の実施例１の多周波共用アンテナの上平面図である。
図１，図２において、１ａ，１ｂは一対の対数周期型ダイポールアンテナ、２ａ，２ｂは一対の絶縁基板、３は反射板、５は給電点、６は給電ラインである。
一対の対数周期型ダイポールアンテナ（１ａ，１ｂ）は、それぞれの周波数の電波を放射する半波長ダイポール素子１０を有する。図１では、５個の半波長ダイポール素子１０が配置された場合を図示している。
各半波長ダイポール素子１０のそれぞれは、絶縁基板（２ａ，２ｂ）の一方の面に形成されたアンテナ素子１１ａ（図２において、実線で示す部分）と、絶縁基板（２ａ，２ｂ）の一方の面と反対側の他方の面に形成されたアンテナ素子１１ｂ（図２において、波線で示す部分）とで構成される。
ここで、半波長ダイポール素子１０は、絶縁基板（２ａ，２ｂ）上に、プリント配線板で用いるエッチング手法等により形成される。

本実施例の特徴とする点は、一対の対数周期型ダイポールアンテナ（１ａ，１ｂ）の最も高い周波数の電波を放射するダイポール素子１０Ｈと反射板３との間隔が最も小さく、一対の対数周期型ダイポールアンテナ（１ａ，１ｂ）の最も低い周波数の電波を放射するダイポール素子１０Ｌと反射板３との間隔が最も大きくなるように、一対の対数周期型ダイポールアンテナ（１ａ，１ｂ）を反射板３に対して傾斜して配置することを特徴とする。
即ち、本実施例は、図１に示すように、２つの対数周期型ダイポールアンテナ（１ａ，１ｂ）を対向配置して同相給電し、さらに、対向点（または、給電点５）を基準としＶ字に折り曲げ、反射板３上に配置したことを特徴とする。
これにより、一対の対数周期型ダイポールアンテナ（１ａ，１ｂ）の各半波長ダイポール素子１０と、反射板３との間隔が、各半波長ダイポール素子１０が放射する電波の周波数毎に最適化されるので、本実施例の多周波共用アンテナによれば、効率よく、単一方向に電波を放射することが可能となる。
なお、前述の説明では、一対の対数周期型ダイポールアンテナ（１ａ，１ｂ）を用いた場合について説明したが、対数周期型ダイポールアンテナは一個であってもよい。

［実施例２］
前述の実施例１の多周波共用アンテナでは、対向点（または、給電点５）を基準としＶ字に折り曲げ、反射板３上に配置するために、固定が困難であるという問題点がある。本実施例２の多周波共用アンテナは、この問題点を解決するものである。
図３は、本発明の実施例の多周波共用アンテナの概略構成を示す斜視図である。
図３に示すように、本実施例の多周波共用アンテナは、平面形状に形成される点で、前述の実施例１の多周波共用アンテナと相違する。
本実施例においても、一対の対数周期型ダイポールアンテナ（１ａ，１ｂ）は、それぞれの周波数の電波を放射する半波長ダイポール素子１０を有する。図１では、５個の半波長ダイポール素子１０が配置された場合を図示している。
各半波長ダイポール素子１０のそれぞれは、平面形状の絶縁基板２の一方の面に形成されたアンテナ素子１１ａ（図３において、実線で示す部分）と、絶縁基板２の一方の面と反対側の他方の面に形成されたアンテナ素子１１ｂ（図３において、波線で示す部分）とで構成される。
ここで、半波長ダイポール素子１０は、絶縁基板２上に、プリント配線板で用いるエッチング手法等により形成される。

本実施例において、反射板３と絶縁基板２との間の間隔Ｔは、下記（１）式を満足する値とされる。
［数１］
0.7×0.25×λＨｏ≦Ｔ≦1.3×0.25×λＨｏ・・・・・・・・・・・（１）
ここで、λＨｏは、一対の対数周期型ダイポールアンテナ（１ａ，１ｂ）から放射される電波で最も高い周波数の電波の自由空間波長である。
本実施例では、反射板３と絶縁基板２との間の間隔Ｔは一定とされ、その間隔Ｔは、一対の対数周期型ダイポールアンテナ（１ａ，１ｂ）から放射される電波で最も高い周波数の電波に、ほぼ最適な値とされている。
そのため、最も高い周波数の電波は、単一方向に対して効率良く放射されるとともに、入力インピーダンス特性を容易に調整することができる。
しかしながら、一対の対数周期型ダイポールアンテナ（１ａ，１ｂ）から放射される電波で最も低い周波数の電波では、反射板３からの距離が波長の０．１以下となり、入力インピーダンス特性の周波数変化が大きく、広帯域化を実現するのが非常に難しくなる。
そのため、本実施例では、一対の対数周期型ダイポールアンテナ（１ａ，１ｂ）の最も低い周波数の電波を放射するダイポール素子１０Ｌの近傍に一対の無給電素子（７ａ，７ｂ）を配置し、これにより、本実施例の多周波共用アンテナでは、前述した指向特性や入力インピーダンス特性が劣化を防止することができる。とりわけダイポール素子１０Ｌの外側（給電点６と反対側）に配置する場合は、絶縁基板２のいずれかの面に容易に形成することができ、低姿勢化を図ることが可能となる。
なお、一対の無給電素子（７ａ，７ｂ）の長さＬは、下記（２）式を満足する値とされる。
［数２］
0.8×0.8×λＬｏ≦Ｔ≦1.2×0.8×λＨｏ・・・・・・・・・・・（２）
ここで、λＬｏは、一対の対数周期型ダイポールアンテナ（１ａ，１ｂ）から放射される電波で最も低い周波数の電波の自由空間波長である。
なお、本実施例において、後述するグラフから分かるように、一対の対数周期型ダイポールアンテナ（１ａ，１ｂ）から放射される電波で最も低い周波数以外の周波数の電波では、指向特性や入力インピーダンス特性の劣化は生じなかった。
さらに、本実施例の多周波共用アンテナは、低姿勢化を図ることが可能となる。

図４は、本発明の実施例の多周波共用アンテナの半波長ダイポール素子１０を説明するための模式図である。
図４において、実線で示す部分が、絶縁基板２の一方の面に形成されたアンテナ素子１１ａを示し、波線で示す部分が、絶縁基板２の一方の面と反対側の他方の面に形成されたアンテナ素子１１ｂを示す。
図４から分かるように、本実施例では、半波長ダイポール素子１０の他方のアンテナ１１ｂの給電点側の端部（図４の１１ｃの部分）が、半波長ダイポール素子１０の一方のアンテナ１１ａと、絶縁基板２を挟んで互いに対向し、この部分でコンデンサを形成する。
図５は、本発明の実施例の多周波共用アンテナの上平面図であり、同図において、塗りつぶした部分が、絶縁基板２の一方の面と反対側の他方の面に形成されたアンテナ素子１１ｂを示す。
したがって、本実施例の多周波共用アンテナでは、図６に示すように、前述したコンデンサと、給電ライン６のインダクタンス成分（図６のコイルで示す部分）とにより、ローパスフィルタを構成するので、高い周波数成分の電波が、より低周波の電波を放射するダイポール素子１０に重畳されるのを防止でき、指向特性や入力インピーダンス特性が劣化するのを防止することが可能となる。

図７は、本実施例の多周波共用アンテナの一例のＶＳＷＲ特性を示すグラフであり、７００ＭＨｚ〜２６００ＭＨｚの間のＶＳＷＲ特性を示すグラフである。
図８〜図１１は、それぞれ、図７に示すグラフの８００ＭＨｚ帯、１５００ＭＨｚ帯、２０００ＭＨｚ帯、および２４００ＭＨｚ帯のＶＳＷＲ特性を示すグラフである。
これらのグラフより、本実施例の多周波共用アンテナは、入力インピーダンス特性が安定していることが分かる。
図１２〜図１５は、本実施例の多周波共用アンテナの一例の磁界面内指向特性（図３に示すＸ−Ｙ面内指向特性）と、電界面内指向特性（図３に示すＸ−Ｚ面内指向特性）の測定結果を示すグラフであり、それぞれ、８００ＭＨｚ帯、１５００ＭＨｚ帯、２０００ＭＨｚ帯、および２４００ＭＨｚ帯の磁界面内指向特性と電界面内指向特性の測定結果を示すグラフである。
これらのグラフより、本実施例の多周波共用アンテナは、良好な指向特性を有することが分かる。
図１６は、本実施例２の多周波共用アンテナの一例と、前述の実施例１の多周波共用アンテナの一例のＦ／Ｂ比と、磁界面内半値角を対比して示すグラフである。
図１６において、（イ）が本実施例２の多周波共用アンテナのＦ／Ｂ比、（ロ）が本実施例２の多周波共用アンテナの磁界面内半値角であり、（ハ）が前述の実施例１の多周波共用アンテナのＦ／Ｂ比、（ニ）が前述の実施例１の多周波共用アンテナの磁界面内半値角である。
このグラフより、本実施例２の多周波共用アンテナは、前述の実施例１の多周波共用アンテナと比して、Ｆ／Ｂ比、およびビーム幅特性が優れていることが分かる。

［変形例］
図１７は、本発明の実施例２の多周波共用アンテナの変形例の概略構成を示す斜視図である。
図１７において、１は対数周期型ダイポールアンテナ、２は絶縁基板、７は無給電素子であり、図１７に示す多周波共用アンテナは、一対の対数周期型ダイポールアンテナ（１ａ，１ｂ）を用いる代わりに、一個の対数周期型ダイポールアンテナ１を使用するものである。
図１８は、本発明の実施例２の多周波共用アンテナの変形例の概略構成を示す斜視図である。
図１８において、９ａ〜９ｄは導電体であり、導電体９ａは、一端が、対数周期型ダイポールアンテナ１ａの最も低い周波数の電波を放射するダイポール素子１０Ｌのアンテナ素子１１ｂの開放端と対向し、他端が、反射板３と電気的に接続される。
また、導電体９ｂは、一端が、対数周期型ダイポールアンテナ１ａの最も低い周波数の電波を放射するダイポール素子１０Ｌのアンテナ素子１１ａの開放端と対向し、他端が、反射板３と電気的に接続される。
同様に、導電体９ｃは、一端が、対数周期型ダイポールアンテナ１ｂの最も低い周波数の電波を放射するダイポール素子１０Ｌのアンテナ素子１１ｂの開放端と対向し、他端が、反射板３と電気的に接続される。
また、導電体９ｄは、一端が、対数周期型ダイポールアンテナ１ｂの最も低い周波数の電波を放射するダイポール素子１０Ｌのアンテナ素子１１ａの開放端と対向し、他端が、反射板３と電気的に接続される。
一対の導電体（９ａ，９ｂ）、および、一対の導電体（９ｃ，９ｄ）は、それぞれ、ダイポール素子１０Ｌと容量結合し、ダイポール素子１０Ｌの長さを短くすることができ、これにより、絶縁基板２の全体の大きさを小さくすることが可能である。
図１９は、本発明の実施例２の多周波共用アンテナの変形例の概略構成を示す斜視図である。
図１９において、１ａ〜１ｄは対数周期型ダイポールアンテナ、２は絶縁基板、７ａ〜７ｄは無給電素子であり、図１９に示す多周波共用アンテナは、４個の対数周期型ダイポールアンテナ（１ａ〜１ｄ）を、給電点５の周りに配置し、偏波共用を図った実施例である。
以上、本発明者によってなされた発明を、前記実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは勿論である。

本発明の実施例１の多周波共用アンテナを示す斜視図である。本発明の実施例１の多周波共用アンテナの上平面図である。本発明の実施例の多周波共用アンテナの概略構成を示す斜視図である。本発明の実施例２の多周波共用アンテナの半波長ダイポール素子を説明するための模式図である。本発明の実施例２の多周波共用アンテナの上平面図である。本発明の実施例２の多周波共用アンテナの動作を説明するための図である。本発明の実施例２の多周波共用アンテナの一例の、７００ＭＨｚ〜２６００ＭＨｚの間のＶＳＷＲ特性を示すグラフである。図７に示すグラフの８００ＭＨｚ帯のＶＳＷＲ特性を示すグラフである。図７に示すグラフの１５００ＭＨｚ帯のＶＳＷＲ特性を示すグラフである。図７に示すグラフの２０００ＭＨｚ帯のＶＳＷＲ特性を示すグラフである。図７に示すグラフの２４００ＭＨｚ帯のＶＳＷＲ特性を示すグラフである。本発明の実施例２の多周波共用アンテナの一例の、８００ＭＨｚ帯の磁界面内指向特性と電界面内指向特性の測定結果を示すグラフである。本発明の実施例２の多周波共用アンテナの一例の、１５００ＭＨｚ帯の磁界面内指向特性と電界面内指向特性の測定結果を示すグラフである。本発明の実施例２の多周波共用アンテナの一例の、２０００ＭＨｚ帯の磁界面内指向特性と電界面内指向特性の測定結果を示すグラフである。本発明の実施例２の多周波共用アンテナの一例の、２４００ＭＨｚ帯の磁界面内指向特性と電界面内指向特性の測定結果を示すグラフである。本発明の実施例２の多周波共用アンテナの一例と、本発明の実施例１の多周波共用アンテナの一例のＦ／Ｂ比と、磁界面内半値角を対比して示すグラフである。本発明の実施例２の多周波共用アンテナの変形例の概略構成を示す斜視図である。本発明の実施例２の多周波共用アンテナの変形例の概略構成を示す斜視図である。本発明の実施例２の多周波共用アンテナの変形例の概略構成を示す斜視図である。従来の多周波共用アンテナの概略構成を示す斜視図である。

符号の説明

１，１ａ，１ｂ，１ｄ対数周期型ダイポールアンテナ
２，２ａ，２ｂ絶縁基板
３，１０２反射板
５給電点
６給電ライン
７，７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ無給電素子
９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄ導電体
１０，１０Ｈ，１０Ｌ半波長ダイポール素子
１１ａ，１１ｂアンテナ素子
１００広帯域平面状放射素子
１０１吸収体

Claims

反射板と、
前記反射板と所定の間隔を置いて配置され、それぞれ異なる周波数の電波を放射する複数のダイポール素子を有する対数周期型ダイポールアンテナとを備える多周波共用アンテナであって、
前記対数周期型ダイポールアンテナは、最も低い周波数の電波を放射するダイポール素子の近傍に配置される無給電素子と、
一端が最も低い周波数の電波を放射するダイポール素子の開放端と対向し、他端が前記反射板に接続される一対の導電体とを備えることを特徴とする多周波共用アンテナ。
反射板と、
前記反射板と所定の間隔を置いて配置され、それぞれ異なる周波数の電波を放射する複数のダイポール素子を有する対数周期型ダイポールアンテナとを備える多周波共用アンテナであって、
前記対数周期型ダイポールアンテナは、絶縁基板を有し、
前記各ダイポール素子の一方のアンテナ素子は、前記絶縁基板の一方の面に、また、他方のアンテナ素子は、前記絶縁基板の一方の面と反対側の他方の面に形成され、
前記各ダイポール素子の少なくとも一方のアンテナ素子は、給電ラインから一部突出し、当該突出した部分が、他方のアンテナ素子と前記絶縁基板を挟んで対向していることを特徴とする多周波共用アンテナ。
第１の対数周期型ダイポールアンテナと第２の対数周期型ダイポールアンテナとを備え、
前記第１の対数周期型ダイポールアンテナと第２の対数周期型ダイポールアンテナとは、前記給電点を挟んで対向して配置されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の多周波共用アンテナ。
第１ないし第４の対数周期型ダイポールアンテナを備え、
前記第１の対数周期型ダイポールアンテナと第２の対数周期型ダイポールアンテナとが前記給電点を挟んで対向し、かつ、前記第３の対数周期型ダイポールアンテナと第４の対数周期型ダイポールアンテナとが前記給電点を挟んで対向するように、前記第１ないし第４の対数周期型ダイポールアンテナは、前記給電点の周囲に配置されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の多周波共用アンテナ。