JP4853544B2 - アンテナ - Google Patents

Description

本発明は携帯電話機の基地局アンテナに係わり、特に基地局アンテナの直下方向へのアンテナ利得を増加させたアンテナに関する。

従来、この種の携帯電話用基地局アンテナは、特許文献１に示すように、垂直方向に複数の放射素子を配列して構成し、それらの放射素子を概ね同位相で給電している。したがって、アンテナの横方向には、アンテナ利得は高いが、アンテナの直下の方向には、アンテナ利得が非常に小さいという欠点がある。このことから、都心部において、高層ビルの屋上に設置される場合が多い基地局アンテナは、その直下のビルの根元付近のエリアで、通信に必要な電界強度が得られにくく、携帯電話がつながりにくいという問題点がある。

図１５は、従来の技術によるアンテナの断面図を示している。図１５の構成では、本発明の導体板１１（図２参照）やアンテナ２３（図７参照）は具備されていない。したがって、従来技術のアンテナの放射は、図１１（ａ）のように、水平方向に放射される放射電界４０が主となる。これにより、従来技術のアンテナの放射ビームは、図１６の主ビーム５２のようになり、アンテナ直下ビーム５３を発生するような下側への放射のメカニズムがない。このため、図１６のように、従来の技術によるアンテナが基地局アンテナ５１として用いられ、ビル５０のような高い場所に設置されると、ビル５０の足元近傍に電界が照射されない不感地帯が生じてしまうことになる。

特開平９−２０５３２２号公報（段落００１７、図１）

従来の基地局アンテナでは、アンテナの直下の方向には、アンテナ利得が非常に小さく、基地局アンテナの直下付近では、通信に必要な電界強度が得られにくく、携帯電話が繋がりにくいという問題点がある。

本発明の目的は、アンテナの直下の方向においても、アンテナ利得がある程度得られるようにして、基地局アンテナの直下付近でも、通信に必要な電界強度が得られ、携帯電話が良好に繋がるようにすることである。

本発明によるアンテナは、放射素子と、前記放射素子を覆うレドームとを含むアンテナであって、前記アンテナの底部から、第１のアンテナが挿入され、前記第１のアンテナは同軸ケーブルの一端に接続され、前記同軸ケーブルの他端に第２のアンテナが接続されることを特徴とする。

本発明によるアンテナは、放射素子と、前記放射素子を覆うレドームとを含むアンテナであって、前記レドームの側面部から、第１のアンテナが挿入され、前記第１のアンテナは同軸ケーブルの一端に接続され、前記同軸ケーブルの他端に第２のアンテナが接続されることを特徴とする。

本発明によるアンテナは、前記第１のアンテナが、モノポール、ダイポール、ループアンテナまたはパッチアンテナで、前記第２のアンテナが、パッチアンテナ、ホーンアンテナ、八木アンテナ、モノポール、ダイポールまたはループアンテナであることを特徴とする。

本発明は、レドームの側面部に配置した帯状の導体が、レドーム内の放射素子から放射された電波を下側に導く導波器または反射導体として動作する。その結果、アンテナの直下の方向におけるアンテナの利得が改善され、通信に必要な電界強度が得られ、携帯電話が繋がり易くなるという効果がある。

また、底部またはレドーム側面より挿入した第１のアンテナと、第１のアンテナに一端を接続した同軸ケーブルと、同軸ケーブルの他端に接続した第２のアンテナを備える。その結果、アンテナの直下の方向におけるアンテナの利得が改善され、通信に必要な電界強度が得られ、携帯電話が繋がり易くなるという効果がある。

本発明の第１の実施例によるアンテナの斜視図（ａ）と断面図（ｂ）である。 本発明の第２の実施例によるアンテナの側面図である。 本発明の第３の実施例によるアンテナの断面図である。 本発明の第４の実施例によるアンテナの斜視図（ａ）と断面図（ｂ）である。 本発明の第５の実施例によるアンテナの斜視図（ａ）と断面図（ｂ）である。 本発明の第６の実施例によるアンテナの断面図である。 本発明の第７の実施例によるアンテナの断面図である。 本発明の第８の実施例によるアンテナの断面図である。 本発明の第９の実施例によるアンテナの断面図である。 本発明の第１０の実施例によるアンテナの断面図である。 本発明の第１の実施例によるアンテナの動作原理の説明図である。 本発明のアンテナの放射ビームの説明図である。 本発明の第４の実施例によるアンテナの動作原理の説明図である。 本発明の第８の実施例によるアンテナの動作原理の説明図である。 従来の技術によるアンテナの断面図である。 従来の技術によるアンテナの放射ビームの説明図である。

［構成の説明］
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明の第１の実施例によるアンテナの斜視図（ａ）と断面図（ｂ）である。本発明の第１の実施例のアンテナは、垂直方向に配列された複数の放射素子７と支持部８より構成されるアンテナ部１と、アンテナ部１の全体をカバーする（覆う）レドーム２とを備える。さらに、レドーム２の側面部に配置された帯状の導体から構成される導体板１０と、アンテナ部１およびレドーム２を支えるサポート部３とを備えて構成される。また、アンテナ部１に給電するために、通常、同軸ケーブル６が下側から接続される。同軸ケーブル６に入力された高周波電力は、複数の放射素子７に適当に分配されるように構成されている。なお、図１において、Ｕボルト４は、底板９を含むサポート部３をポール５に固定するための取付金具である。

図１（ａ）において、導体板１０は、１個または複数個が配置される。通常、放射素子７は垂直偏波の場合が多く、このような場合、導体板１０は縦長の導体となる。導体板１０の長さは任意であるが、導体板１０が有効に働くためには、通常、その長さを約０．５波長またはその±１５％の値とすることが多い。導体板１０の幅は、通常０．１波長以下に選ばれることが多い。また、導体板１０は、波状やジグザグ状に形成してもよい。

図２は、本発明の第２の実施例によるアンテナの側面図である。導体より構成される導体板１１は、レドーム２の側面に配置されている。本実施例は、帯状の導体板１１が傾斜して取り付けられている。つまり、導体板１１がレドーム軸２ａに対して傾斜しており、図２（ａ）に対して図２（ｂ）は逆に傾斜している。このようなケースは、放射素子７が傾斜した直線偏波の場合で同じ傾斜角度で導体板１１を配置する場合や、放射素子７が垂直または水平偏波の場合で交差する偏波を意識的に発生させるような場合に用いられる。図２において、導体板１１の長さは任意であるが、導体体１１が有効に働くために、図１同様、その長さを約０．５波長またはその±１５％の値とすることが多い。また、導体板１１の幅は、通常０．１波長以下に選ばれることが多い。さらに、導体板１１は、波状やジグザグ状に形成してもよい。その他の構成は、図１に同一である。

図３は、本発明の第３の実施例によるアンテナの断面図である。導体板１２がレドーム２の内壁（側面部の裏側）に配置されている。この場合の導体板１２は、図１の導体板１０及び図２の導体板１１と同じ形状の導体板を、レドーム２の内壁に配置したものである。レドーム２の内壁に配置することにより、風雨に直接さらされないので、錆びたり、剥がれ落ちたりしにくいという利点がある。また、導体板１２は、波状やジグザグ状に形成してもよい。

図４（ａ）は、本発明の第４の実施例によるアンテナの斜視図を示している。導体板１３は、レドーム２の円周上に閉じて巻かれた導体である。導体板１３の幅は任意であるが、通常０．１波長以下に選ばれることが多い。また、円周上に巻かれた導体板１３は、波状やジグザグ状に形成される場合もある。図４（ｂ）は、本発明の第４の実施例によるアンテナの断面図を示している。導体板１３は、図１（ｂ）の場合と同様に、レドーム２の側面部に配置されている。いうまでもなく、導体板１３は、図３の導体板１２のようにレドーム２の内壁に配置してもよい。その他の構成は、図１に同一である。

図５（ａ）は、本発明の第５の実施例によるアンテナの斜視図を示している。導体板１４は、レドーム２の円周上に閉じないで螺旋状（右回り、左回りを含む）に巻かれた導体である。導体板１４の太さは任意であるが、通常０．１波長以下に選ばれることが多い。

また、導体板１４の長さも任意であるが、０．５波長の整数倍に選ばれる場合が多い。さらに、円周上に巻かれた導体板１４は、波状やジグザグ状に形成してもよい。図５（ｂ）は、本発明の第５の実施例によるアンテナの断面図を示している。この場合、導体板１４は断面が円であるが、導体板１４が帯状の場合は、その断面は長方形となる。その他の構成は、図１に同一である。

図６は、本発明の第６の実施例によるアンテナの断面図である。導体板１５は、レドーム２の内壁上（側面部の裏側）に閉じないで螺旋状に巻かれた導体である。導体板１５の太さは任意であるが、通常０．１波長以下に選ばれることが多い。また、導体板１５の長さも任意であるが、０．５波長の整数倍に選ばれる場合が多い。さらに、内壁上に巻かれた導体板１５は、波状やジグザグ状に形成してもよい。第６の実施例の場合、導体板１５は断面が円であるが、導体板１５が帯状の場合は、その断面は長方形となる。その他の構成は、図１に同一である。

図７は、本発明の第７の実施例によるアンテナの断面図である。導体より構成されるモノポールのアンテナ２０（第１のアンテナ）が、レドーム２の内側の底板９の上に配置されている。つまり、アンテナ１の底部から、モノポールのアンテナ２０が挿入される構成になっている。このアンテナ２０の長さは、通常、約０．２５波長またはその奇数倍に選ばれることが多い。アンテナ２０は、コネクタ２１に接続され、同軸ケーブル２２を介して、アンテナ２３（第２のアンテナ）に接続される。アンテナ２３は、プリント基板をエッチングして製作されるパッチアンテナである。アンテナ２３は、通常、その放射方向が、下側に向くように設置される。具体的には、大地に対して水平方向から下側に６０度〜８０度程度に設置されることが多い。その他の構成は、図１に同一である。

図８は、本発明の第８の実施例によるアンテナの断面図である。導体より構成されるモノポールのアンテナ２０（第１のアンテナ）がレドーム２の内側に配置されている。アンテナ２０は、レドーム２の側面部に配置されたコネクタ２１を介して接続、支持されている。アンテナ２０の長さは、通常、約０．２５波長またはその奇数倍に選ばれることが多い。コネクタ２１には、同軸ケーブル２２を介して、アンテナ２３（第２のアンテナ）が接続される。アンテナ２３は、プリント基板をエッチングして製作されるパッチアンテナである。アンテナ２３は、通常、その放射方向が、下側に向くように設置される。具体的には、大地に対して水平方向から下側に６０度〜８０度程度に設置されることが多い。その他の構成は、図７に同一である。

図９は、本発明の第９の実施例によるアンテナの断面図である。図９は、図７のアンテナ２３の代わりに、アンテナ２４（第２のアンテナ）が接続されている。アンテナ２４は、導体で構成されるホーンアンテナである。ホーンアンテナは、通常、その放射方向が、下側に向くように設置される。具体的には、大地に対して水平方向から下側に６０度〜８０度程度に設置されることが多い。その他の構成は、図７に同一である。

図１０は、本発明の第１０の実施例によるアンテナの断面図である。図１０は、図８のアンテナ２３の代わりに、アンテナ２５（第２のアンテナ）が接続されている。アンテナ２５は、複数の線状の導体より構成される八木アンテナである。八木アンテナは、通常、その放射方向が、下側に向くように設置される。具体的には、大地に対して水平方向から下側に６０度〜８０度程度に設置されることが多い。その他の構成は、図７に同一である。
［動作の説明］
図１１は、本発明の第１の実施例によるアンテナの動作原理の説明図である。本アンテナの効果を明確にするために、はじめに従来のアンテナの動作について説明する。図１１（ａ）は、従来のアンテナの場合である。垂直に配列された放射素子７は、その最大放射方向を大地に対して水平方向にもつ。よって、この放射電界４０は水平方向に放射される。図１１（ｂ）は、本発明の場合を示している。放射素子７から放射される電界は、図１１（ａ）同様に水平方向に放射されるが、その一部は導体板１０を照射する。すなわち、図１１（ｂ）では、放射電界３０が導体板１０に照射され、導体板１０上を流れた高周波電流が再放射され、放射電界３１を発生させる。このことは、導体板１０が導波器として動作していると考えると理解しやすい。通常、八木アンテナでは、長さが約０．５波長の給電すべき放射素子７の前方に、長さが０．５波長より短い導波器を配置することにより、その導波器方向に放射電界が強められ集中することが知られている。よって、本実施例でも、導体板１０の長さを、使用波長の０．５波長より若干小さな値に選び、放射素子７と同一偏波となるように配置、すなわち、縦に配置すれば、上記説明の導波器と同様の効果が得られる。

そして、放射電界３１は水平よりも下方向に放射されることになる。これは、導体板１０が、放射素子７のやや下側に配置されているため、下側に放射電界を導いたことになる。なお、上記の説明で、放射素子７は水平方向への放射は最大であるが、それ以外の方向で放射が急激に小さくなる訳ではなく、ほぼコサインカーブに近い放射分布をもっている。従って、図１１（ａ）でも下側方向への放射はあるが、図１１（ｂ）のように、導波器として動作する導体板１０を付加した方が、より下側への放射が強められる。従って、導体板１０は、必ずしも放射素子７の一部をカバーするように配置される必要はなく、放射素子７よりも多少下側でも、位置に応じた効果が得られる。 図１２は、本発明のアンテナの放射ビームの説明図である。通常、携帯電話の基地局アンテナ５１は、図１２のように高いビル５０の屋上に設置される場合が多い。このとき、基地局アンテナ５１として、図１１（ａ）のようなアンテナが用いられていると、その放射の主ビームは、図１２の主ビーム５２のようになり、ビル５０の足元（直下）付近は電波が照射されずに不感地帯となってしまう。しかし、基地局アンテナ５１に、本技術を用い、導体板１０を付加すれば、図１１（ｂ）のように下側への放射も増加する。この増加分は、図１２のアンテナ直下ビーム５３となってビル５０の足元付近を照射するので不感地帯は解消される。なお、第２および第３の実施例によるアンテナの動作原理も同様である。

図１３は、本発明の第４の実施例によるアンテナの動作原理の説明図である。なお、第５および第６の実施例によるアンテナの動作原理も同様であり、ここでは導体板１３は導体板１４、１５を代表する。図１３では、導体板１３は反射器として動作している。通常、八木アンテナでは、長さが約０．５波長の給電すべき放射素子７の後方に、長さが０．５波長より長い反射器を配置することにより、その反射器で反射させ、反対の方向に放射電界が強められ集中させることが知られている。よって、本例でも、導体板１３の長さを、使用波長の０．５波長より大きな値に選び、螺旋のピッチ（導体板が螺旋状の場合）を大きめにして、放射素子７と同一偏波である垂直編波成分を少なからず反射するようにしておけば、放射素子７から放射された放射電界は導体板１３に反射されることになる。

具体的には、放射電界３２の一部である放射電界３３は、導体板１３によって反射されて、放射電界３５となる。放射電界３５は、通常、金属等の導体で構成される支持部８で反射され、放射電界３６となって、下側に放射される。もちろん、このためには、導体板１３は、適当な長さ、適当な螺旋のピッチ（導体板が螺旋状の場合）、レドーム２側面上の適当な位置に配置されることが条件である。通常は、一番下側に配置されている放射素子７の若干下側に配置することが望ましい。なお、図１３では、放射電界３３が、導体板１３に反射されて放射電界３４のように下側に反射される場合もあり、下側方向の電界は増加する。このように、図１３のような場合においても、図１２（ｂ）の不感地帯は解消できる。

図１４は、本発明の第８の実施例によるアンテナの動作原理の説明図である。図１４では、アンテナ２３があらかじめ下側を照射するように設置されている。この場合は、放射素子７から放射される放射電界６０の一部が、アンテナ２０で受信され、その高周波が同軸ケーブル２２を介してアンテナ２３に伝達され、アンテナ２３より下側に放射電界６１が照射される。この場合、アンテナ２３は、電界の弱い方向に向けておくのが好ましい。

よって、図１２のような場合は、ビル５０の足元（根本）付近の不感地帯方向に向けておけば、不感地帯が解消される。なお、第７、第９および第１０の実施例によるアンテナの動作原理も同様である。

さらに、付け加えて説明すると、本発明の技術の優れている点は、従来のアンテナに導体板１０〜１５を付加したり、アンテナ２０及び２３を付加することにより、図１２の不感地帯をカバーすることができる点である。すなわち、従来のアンテナの設計を大きく変更することなく、不感地帯をなくすことができる訳である。

本発明の説明で、図７では、アンテナ２０としてモノポールアンテナが、アンテナ２３としてパッチアンテナが用いられているが、これらのアンテナの形式は特に限定することなく、いろいろな形式のアンテナが使用可能である。例えば、レドーム２の内部に設置されるアンテナ２０としては、放射素子７との電磁界結合が得られればよいので、モノポール以外に、ダイポール、ループアンテナまたはパッチアンテナなどが使用可能である。アンテナが接続されている同軸ケーブル２２のもう片方の端部（他端部）に接続されているアンテナ２３についても、下方を放射すればよいので、パッチアンテナやホーンアンテナ、八木アンテナ以外に、モノポール、ダイポール、ループアンテナでも代用可能である。

これらのことは、図８〜図１０についても同様である。

なお、本発明は、携帯電話の基地局アンテナで適用可能かつ有効な技術である。また、公衆用無線ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）基地局アンテナやホットスポット用の基地局アンテナとして有効である。

１ アンテナ部
２ レドーム
２ａ レドーム軸
３ サポート部
４ Ｕボルト
５ ポール
６ 同軸ケーブル
７ 放射素子
８ 支持部
９ 底板
１０〜１５ 導体板
２０ アンテナ
２１ コネクタ
２２ 同軸ケーブル
２３〜２５ アンテナ
３０〜３６ 放射電界
４０ 放射電界
５０ ビル
５１ 基地局アンテナ
５２ 主ビーム
５３ アンテナ直下ビーム
６０ 放射電界１

Claims (3)

1. 放射素子と、前記放射素子を覆うレドームとを含むアンテナであって、
   前記アンテナの底部から、第１のアンテナが挿入され、前記第１のアンテナは同軸ケーブルの一端に接続され、前記同軸ケーブルの他端に第２のアンテナが接続されることを特徴とするアンテナ。
2. 放射素子と、前記放射素子を覆うレドームとを含むアンテナであって、
   前記レドームの側面部から、第１のアンテナが挿入され、前記第１のアンテナは同軸ケーブルの一端に接続され、前記同軸ケーブルの他端に第２のアンテナが接続されることを特徴とするアンテナ。
3. 前記第１のアンテナが、モノポール、ダイポール、ループアンテナまたはパッチアンテナで、前記第２のアンテナが、パッチアンテナ、ホーンアンテナ、八木アンテナ、モノポール、ダイポールまたはループアンテナであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のアンテナ。

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