JP4642884B2 - 無指向性アンテナ装置 - Google Patents
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Description
この種の無指向性アンテナ装置は、例えば、特許文献1によって提案されている。この特許文献1に係るアンテナ装置は、水平偏波用アンテナブロックと、垂直偏波用アンテナブロックとを垂直方向に交互に配設した構成を有する。
水平偏波用アンテナブロックには、4本の直線状ダイポール素子が四角形をなすように水平に配置され、また、垂直偏波用アンテナブロックには、4本の直線状ダイポール素子が水平な正四角形の各角点に位置するように垂直に配置されている。
しかし、上記従来のアンテナ装置は、前述したように、水平偏波用アンテナブロックにおいて4本の直線状ダイポール素子が四角形をなすように水平に配置されることから、その平面形状が大きくなり、このため、その周囲を覆う円筒状カバーの径が大きくなるという問題点、つまり、風圧荷重が大きいという問題点を有する。
本発明の好ましい実施形態においては、前記第1および第2のダイポール素子の対をそれぞれ誘電体基板にプリント形成している。
前記水平偏波用アンテナブロックは、垂直軸線を中心とする第1の円周上に相対向して水平に配設された第1の円弧状ダイポール素子の対と、前記第1の円周から前記垂直軸線に沿って所定の距離ずれた同径の第2の円周上に相対向して水平に配設された第2の円弧状ダイポール素子の対と、を備え、前記第1の円弧状ダイポール素子の対の対向軸と前記第2のダイポール素子の対の対向軸とが直交するように、かつ、前記第1、第2の円周の長さCと前記第1、第2の円弧状ダイポール素子の長さLとが2L<C<4Lの関係を満たすように構成される。
また、前記垂直偏波用アンテナブロックは、前記第1の円周および第2の円周から前記垂直軸線に沿って所定の距離ずれた円周上に等角度間隔で垂直に配設された3以上の第3のダイポール素子を備える。
本発明の好ましい実施形態においては、前記第3のダイポール素子の配設個数を4に設定し、また、前記第1、第2のダイポール素子の対および前記第3のダイポール素子をそれぞれ誘電体基板にプリント形成している。
したがって、大幅な細形化が可能となり、これによって、受風面積の少ない、つまり、鉄塔等の支持体にかかる負担を軽減することが可能なアンテナ装置を提供することができる。
図1は、本発明に係る水平偏波用のアンテナ装置の一実施形態を示す概念図である。このアンテナ装置は、垂直に立設された支柱1と、該支柱1によって支持された素子部2,3とを備えている。
図2(a)に示すように、素子部2は、支柱1を中心とする円周21上に相対向して水平に配設された一対の弧状ダイポール素子22,22を有する。このダイポール素子22,22は、支柱1に対して点対称な形状を有し、銅等からなる金属箔をプリント処理することによって円形の誘電体基板23の面に形成されている。
各ダイポール素子22は、約0.4〜0.5λ(λは、使用周波数帯域の中心周波数の波長)の長さを有する。そして、本実施形態では、ダイポール素子22の一方の素子導体22aを誘電体基板23の上面に形成し、他方の素子導体22bを該誘電体基板23の下面に形成している。符号24は、ダイポール素子22,22の対向軸である。
素子部2,3の誘電体基板23,33は、それらの中心部に形成された孔を介して支柱1に挿通させた後、適宜なブラケットを用いて該支柱1に固定する。その際、以下のことが留意される。
・ 誘電体基板23,33の配置間隔(円周21,31の間隔)Dは、0.5λ以下に設定する。本実施形態では0.1λに設定されている。
・ 素子部2のダイポール素子22,22と素子部3のダイポール素子32,32は、図2に示すように、前者の対向軸24と後者の対向軸34とが直交するようにその位置を設定する。これにより、ダイポール素子22,22の給電点(交番信号マーク参照)は正四角形の一方の対角に、また、ダイポール素子32,32の給電点は上記正四角系の他方の対角に位置されることになる。
したがって、図2に示すダイポール素子22,22とダイポール素子32,32とを同一平面上に投影した場合、前者の素子導体22aの一部と後者の素子導体32bの一部とが重なり合い、また、前者の素子導体22bの一部と後者の素子導体32aの一部とが重なり合うことになる。図2(a)には、この重なり合った領域がWで示されている。
上記のような素子導体の重なりは、2つの素子部2,3を上下に立体的に配置したことと、円周21,31の長さCを上記の関係を満たすように設定したことにより実現されるものである。
これ対して、本実施形態に係るアンテナによれば、上記素子導体相互の重なりによって円周21,31の長さCが2λ/πよりも短縮される。そして、この円周長Cの短縮は、アンテナ径の縮小(細径化)をもたらす。
一方、支柱1に沿って延びる図示していない給電線路用誘電体基板には、マイクロストリップ線路からなる給電線路が形成され、この給電線路に上記誘電体基板23,33に形成された給電線路が接続されている。上記ダイポール素子22,22および32,32の給電点には、上記の給電線路を介して同相同振幅の給電が行われ、その結果、このダイポール素子22,22および32,32の合成指向性は水平面で無指向性を示す。
なお、素子部2、3の一方のみで構成されたアンテナ装置では、良好な無指向性を望めない。なぜなら、指向性に谷間を生じるからである。
本実施形態に係るアンテナ装置は、前記実施形態に係るアンテナ装置と同様に、各アンテナブロック5のダイポール素子22,22および32,32に同相同振幅の給電が行われ、これによって、各アンテナブロック5の指向性が水平面で無指向性を示す。
このアンテナ装置によれば、アレー構成によって利得の向上を図ることができる。
このアンテナ装置は、水平偏波用アンテナブロック6と、垂直偏波用アンテナブロック7とを備えている。水平偏波用アンテナブロック6は、図3に示すアンテナブロック5と同一の構成を有するので、その説明を省略する。
垂直偏波用アンテナブロック7は、支柱1によって支持された素子部8,9を備えている。
素子部8は、互いに平行する一対の直線状ダイポール素子81,81を誘電体基板82にプリント形成した構成を有し、ダイポール素子81,81が垂直に向く形態で配置されている。
各ダイポール素子81は、約0.4〜0.5λの長さを有する。そして、本実施形態では、ダイポール素子81の一方の素子導体81aを誘電体基板82の一方の面に形成し、他方の素子導体81bを該誘電体基板82の他方の面に形成している。
素子部9も同様の構成をもつ。すなわち、素子部9の各要素91,91および92は、それぞれ、素子部8の各要素81,81および82に対応している。
一方、支柱1に沿って延びる図示していない給電線路用誘電体基板には、マイクロストリップ線路からなる水平偏波用給電線路および垂直偏波用給電線路が形成されている。そして、上記水平偏波用給電線路に水平偏波用アンテナブロック6の誘電体基板23,33に形成された前記給電線路が接続されるとともに、上記垂直偏波用給電線路に垂直偏波用アンテナブロック7の誘電体基板82,92に形成された上記給電線路が接続されている。
水平偏波用アンテナブロック6のダイポール素子22,22および32,32の給電点にも同相同振幅の給電が行われるので、この水平偏波用アンテナブロック6の指向性も水平面で無指向性を示す。
したがって、本実施形態に係る偏波共用アンテナ装置によれば、垂直偏波および水平偏波の双方についての無指向性を実現しながら、アンテナ径を縮小して風圧荷重を低減することができる。
本実施形態に係るアンテナ装置は、個々のアンテナブロック11に対して、図4に示すアンテナ装置と同様の形態の給電が行われる。したがって、各アンテナブロック11における水平偏波用アンテナブロック6の指向性と垂直偏波用アンテナブロック7の指向性がそれぞれ水平面で無指向性を示す。
このアンテナ装置によれば、アレー構成によって利得の向上を図ることができる。
なお、図6において、上下の垂直偏波用ダイポール素子の間隔をD1を例えば0.7λに設定した場合、素子部2,3を配置しえる間隔D2は約0.2λ(0.7λ−垂直偏波用ダイポール素子の素子長(約0.5λ))になる。
一方、図9および図10は、それぞれこの偏波共用アンテナ装置における水平偏波および垂直偏波についてのリターンロス特性を例示している。
移動体通信の基地局で使用するアンテナ装置は、各通信事業者に割り当てられている約7%以上の比帯域を必要とする。
図9、図10に示すように、上記偏波共用アンテナ装置によれば、VSWR(定在波比)1.5以下を満たす比帯域が水平偏波で約18.9%程度、垂直偏波で29.6%程度になるので、移動体通信の基地局で使用するアンテナ装置に要求される広帯域性が十分に確保される。
なお、図9において、上記比帯域を規定する周波数範囲の中心周波数f0、下限周波数f1および上限周波数f2は、それぞれ880MHz、795MHzおよび980MHzである。また、図10において、上記比帯域を規定する周波数範囲の中心周波数f0、下限周波数f1および上限周波数f2は、それぞれ830MHz、680MHzおよび980MHzである。
例えば、図4の垂直偏波用アンテナブロック7では、4本の垂直偏波用ダイポール素子91,81,91,91を設けているが、3本もしくは5本以上の垂直偏波用ダイポール素子を設けてもよい。もちろん、個々の垂直偏波用ダイポール素子は、上記ダイポール素子91,81,91,91と同様に、円周上に等角度間隔で配列される。
また、アレー構成のアンテナ装置においては、給電線路用誘電体基板の給電線路に移相器を接続することにより、垂直面内指向性におけるビームチルト角を変化させることができる。
さらに、前記各実施形態においては、ダイポール素子および給電線路を誘電体基板にプリントした金属箔によって形成しているが、本発明は、誘電体基板に形成しないダイポール素子および給電線路を用いても実施可能である。
2,3 素子部
5,6,7,11 アンテナブロック
8,9 素子部
10,21,31 円周
22,32,81,91 ダイポール素子
22a,22b,32a、32b 素子導体
23,33 誘電体基板
24,34 対向軸
82,92 誘電体基板
81a,81b,91a、91b 素子導体
Claims (7)
- 垂直軸線を中心とする第1の円周上に相対向して水平に配設された第1の円弧状ダイポール素子の対と、
前記第1の円周から前記垂直軸線に沿って所定の距離ずれた同径の第2の円周上に相対向して水平に配設された第2の円弧状ダイポール素子の対と、を備え、
前記第1の円弧状ダイポール素子の対の対向軸と前記第2のダイポール素子の対の対向軸とが直交するように、かつ、前記第1、第2の円周の長さCと前記第1、第2の円弧状ダイポール素子の長さLとが2L<C<4Lの関係を満たすように構成されていることを特徴とする無指向性アンテナ装置。 - 請求項1に記載のアンテナ装置を垂直方向に多段配設したことを特徴とする無指向性アンテナ装置。
- 前記第1および第2のダイポール素子の対は、それぞれ誘電体基板にプリント形成されることを特徴とする請求項1または2に記載の無指向性アンテナ装置。
- 水平偏波用アンテナブロックと、垂直偏波用アンテナブロックとを備え、
前記水平偏波用アンテナブロックは、
垂直軸線を中心とする第1の円周上に相対向して水平に配設された第1の円弧状ダイポール素子の対と、
前記第1の円周から前記垂直軸線に沿って所定の距離ずれた同径の第2の円周上に相対向して水平に配設された第2の円弧状ダイポール素子の対と、を備え、
前記第1の円弧状ダイポール素子の対の対向軸と前記第2のダイポール素子の対の対向軸とが直交するように、かつ、前記第1、第2の円周の長さCと前記第1、第2の円弧状ダイポール素子の長さLとが2L<C<4Lの関係を満たすように構成され、
前記垂直偏波用アンテナブロックは、
前記第1の円周および第2の円周から前記垂直軸線に沿って所定の距離ずれた円周上に等角度間隔で垂直に配設された3以上の第3のダイポール素子を備えることを特徴とする無指向性アンテナ装置。 - 請求項4に記載のアンテナ装置を垂直方向に多段配設したことを特徴とする無指向性アンテナ装置。
- 前記第3のダイポール素子の配設個数が4であることを特徴とする請求項4または5に記載の無指向性アンテナ装置。
- 前記第1、第2のダイポール素子の対および前記第3のダイポール素子は、それぞれ誘電体基板にプリント形成されることを特徴とする請求項4〜6のいずれかに記載の無指向性アンテナ装置。
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