JP4952668B2

JP4952668B2 - ２周波共用無指向性アンテナ

Info

Publication number: JP4952668B2
Application number: JP2008166939A
Authority: JP
Inventors: 敏之安藤
Original assignee: Hitachi Cable Ltd
Current assignee: Hitachi Cable Ltd
Priority date: 2008-06-26
Filing date: 2008-06-26
Publication date: 2012-06-13
Anticipated expiration: 2028-06-26
Also published as: JP2010010990A

Description

本発明は、２周波共用で無指向性を有し、設置スペースが小さくできる２周波共用無指向性アンテナに関する。

携帯電話、ＰＨＳ（Personal Handyphone System）等の移動無線通信において、基地局を中心に同心円状にサービスエリアを構成するために、基地局アンテナに無指向性アンテナが使用される。

一般に、アンテナは、アンテナ自体が比較的細く形成できると、アンテナを設置するための構造物が簡素になるので好ましい。

移動無線通信は、その利用が普及すると共に、通信容量が大容量化し、通信速度が高速化している。このため１つの周波数帯では十分な通信容量・通信速度が得られなくなり、各通信業者とも第２、第３の周波数帯を割り当てられることで、通信容量・通信速度を確保している。

１つの移動無線通信に複数の周波数帯を有する場合、アンテナは周波数帯ごとに別々に構成し、これら複数のアンテナを別々の周波数帯で使用するのが好ましい。しかし、基地局の立地条件等のため複数のアンテナを設置するのが困難なことがある。このため、周波数共用アンテナのニーズが高まっている。

移動無線通信用の基地局アンテナとして以下のようなものが知られている。

複数個の同軸型ダイポール空中線素子を垂直方向に配設し、隣接する同軸型ダイポール空中線素子における外部導体を隣接する同軸型ダイポール空中線素子における内部導体と交互に接続したもの（特許文献１、２）。

複数のダイポールアンテナを縦に一列に並べてなる第１及び第２のダイポールアンテナ列を縦方向の中心線に対称に設け、共通の給電点と各ダイポールアンテナの給電点間を電気長でほぼ等しい長さの給電線で接続したもの（特許文献３）。

円筒状の反射器を挟む一対の第１ダイポールアンテナと第１ダイポールアンテナには重ならず反射器を挟む一対の第２ダイポールアンテナとを備え、第１と第２のダイポールアンテナからの放射波の周波数を異ならせたもの（特許文献４）。

２周波を給電されて低周波数帯の電波を放射するダイポールアンテナとそのダイポールアンテナとの電磁的結合により高周波数帯の電波を放射する無給電素子とでアンテナ素子を構成し、このアンテナ素子を筒状の反射器の周囲に、同一水平面上で同一円周上にｎ個設置したもの（特許文献５）。

第１の周波数Ｆ１に共振する第１のダイポールと第１のダイポールの前方に配置されて第２の周波数Ｆ２（Ｆ２＞Ｆ１）に共振する第２のダイポールとにより単位アンテナ素子を構成し、反射板の前に複数の単位アンテナ素子を垂直方向に並べたもの（特許文献６）。

複数のダイポールアンテナを鉛直方向に配列し、共通の給電点と各ダイポールアンテナの給電点間を電気長でほぼ等しい長さの給電線で接続したもの（特許文献７、８）。

特開昭６０−２１６６０６号公報特開平６−１７７６４１号公報特開昭６２−９１００５号公報特開２００２−１９８７３１号公報特開２００５−１１７４９３号公報特開２００６−３２５２５５号公報特開２００３−２９８３４７号公報特開２００４−２６６４８４号公報

周波数共用アンテナのニーズに対し、特許文献１、２の同軸型ダイポール空中線素子からなるコリニアンテナは、単一周波数用のアンテナであって複数の周波数での共振を得ることは困難である。仮に、このコリニアンテナで複数の周波数での共振が可能であっても、このコリニアンテナは各同軸型ダイポール空中線素子に直列給電しているため、複数の周波数において垂直無指向性（主ビーム方向及びサイドローブ）を制御することが難しい。

特許文献４、５、６のアンテナは、反射板又は反射板と同等効果のある構造物の周りに複数のアンテナ素子を並べることで無指向性を実現しているが、特許文献１、２のコリニアンテナのような従来の無指向性アンテナに比べてアンテナの径方向のサイズが極端に大きくなる。

特許文献７、８のアンテナは、特許文献１、２のアンテナと同様に複数の周波数の電波を放射することは困難である。

以上の観点から、２周波共用で無指向性のアンテナを、従来の単一周波数用の無指向性アンテナと同等の大きさで実現することが望まれる。

そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、２周波共用で無指向性を有し、設置スペースが小さくできる２周波共用無指向性アンテナを提供することにある。

上記目的を達成するために本発明は、誘電体基板と、該誘電体基板の表面に設けられ、周波数Ｆ１と該周波数Ｆ１よりも高周波となる周波数Ｆ２の信号を給電され、上記周波数Ｆ１で共振するダイポールアンテナと、上記誘電体基板の表面にダイポールアンテナと平行に設けられ、該ダイポールアンテナから上記周波数Ｆ２の信号が給電され、上記周波数Ｆ２で共振する寄生素子と、を備える複数個の２周波共用アンテナ素子と、上記誘電体基板の裏面に設けられ、上記ダイポールアンテナに上記周波数Ｆ１とＦ２の上記信号を給電するための給電線路と、を有する２周波共用無指向性アンテナにおいて、上記複数の２周波共用アンテナ素子それぞれに含まれる上記ダイポールアンテナは、上記誘電体基板の表面に設けられた接地部に接地されると共に、上記２周波共用アンテナ素子は、上下方向に並べて設けられ、各々の隣接する２つの上記２周波共用アンテナ素子は、点対称に設けられ、隣接する２つの上記２周波共用アンテナ素子の上下方向配置間隔は、上記周波数Ｆ１における１／２波長よりも大きく、上記周波数Ｆ２における１波長未満であるものである。

上記ダイポールアンテナに給電される上記周波数Ｆ２は上記周波数Ｆ１の２倍未満であってもよい。

上記誘電体基板の裏面には、上下方向に並ぶ上記複数の２周波共用アンテナ素子のそれぞれに対して給電するための共通給電線路が設けられ、上記複数の２周波共用アンテナ素子の中間領域に上記共通給電線路から給電される信号を複数に分配する広帯域分配器が設けられ、該広帯域分配器からそれぞれの上記複数の２周波共用アンテナ素子まで分岐給電線路が配線されてもよい。

上下方向に並ぶ複数の上記２周波共用アンテナ素子に給電する複数の給電線路の少なくとも一つに、給電する上記信号の位相を遅延させる位相遅延部が付加されてもよい。

上下方向に並ぶ上記複数の２周波共用アンテナ素子の偶数番目の上記寄生素子と奇数番目の上記寄生素子との水平方向配置間隔が上記周波数Ｆ１における１／４波長未満であってもよい。

本発明は次の如き優れた効果を発揮する。

（１）２周波共用で無指向性を有する。

（２）設置スペースが小さくできる。

以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。

図１（ａ）及び図１（ｂ）に示されるように、本発明に係る２周波共用無指向性アンテナ１は、ギャップを隔ててそのギャップの上下に延びた２つの放射素子２ａ，３ａに給電線路９ａより周波数Ｆ１とＦ２（２Ｆ１＞Ｆ２＞Ｆ１）の信号を給電され周波数Ｆ１で共振するダイポールアンテナ４ａと、ダイポールアンテナ４ａ全体の長さより短く、１つの放射素子２ａ（３ａ）の長さより長く、ダイポールアンテナ４ａに近接してダイポールアンテナ４ａと平行に設けられ周波数Ｆ２で共振する寄生素子５ａとにより２周波共用アンテナ素子６ａが構成され、このような２周波共用アンテナ素子６ａ，６ｂが上下方向に複数個並べて設置され、２周波共用アンテナ素子６ａ，６ｂは点対称の位置関係になるように配置されたものである。周波数Ｆ１とＦ２の関係を上記のように定めた理由は後で説明する。

本発明の２周波共用無指向性アンテナ１は、上下に長く延びた誘電体基板７の表裏面にマイクロストリップ線路等の導体線（導体パターン）を配置することで、放射素子、給電線路、寄生素子、接地部等が形成されている。ここで、説明を簡単にするため、誘電体基板７の幅方向の中間を通り上下に延びた基準線Ｃを仮想的に設ける。また、誘電体基板７の表面を示した図１（ａ）において基準線Ｃの左側を前、右側を後とする。誘電体基板７の裏面を示した図１（ｂ）では左側が後、右側が前となる。以下の説明において、基準線Ｃと直交する方向を水平方向と言い、基準線Ｃに平行な方向を上下方向と言う。

図示のように、本実施形態では、２周波共用無指向性アンテナ１は、上下方向に並ぶ２個の２周波共用アンテナ素子６ａ，６ｂを有する。

下に位置する２周波共用アンテナ素子６ａについて説明する。下に位置する２周波共用アンテナ素子６ａでは、基準線Ｃを前端としこの基準線Ｃから後方に誘電体基板７の表面で上下及び前後に広く面積を占める接地部８が設けられている。この２周波共用アンテナ素子６ａのダイポールアンテナ４ａを構成する２つの放射素子２ａ，３ａのうち下に位置する放射素子２ａは、接地部８の前端である基準線Ｃから前方に所定長さ延びた水平枝とその水平枝の前端から下方に所定長さ延びた垂直枝とからなり、Γ字状を呈する。その上に位置する放射素子３ａは、下の放射素子２ａの水平枝から上下方向所定幅のギャップを隔てて基準線Ｃから前方に所定長さ延びた水平枝とその水平枝の前端から上方に所定長さ延びた垂直枝とからなり、Ｌ字状を呈する。

ここで、ダイポールアンテナ４ａのアンテナ特性を測定して、所望のアンテナ特性が得られるように、放射素子２ａ，３ａの水平枝の長さ及び放射素子２ａ，３ａ間のギャップは適宜調整して求められる。また、放射素子２ａの垂直枝の長さと放射素子３ａの垂直枝の長さと放射素子２ａ，３ａ間のギャップとを合計した長さは、ダイポールアンテナ４ａから放射される周波数Ｆ１の電波のほぼ１／２波長（ほぼλ_F1／２）となる。

誘電体基板７の裏面では、ダイポールアンテナ４ａの放射素子２ａ，３ａに重なる水平方向位置に給電線路９ａが設けられている。この放射素子２ａ，３ａと給電線路９ａとは、静電結合により電気的に接続されている。この給電線路９ａは、後述する分岐給電線路１２ａから前方に所定長さ延びて下の放射素子２ａの水平枝に重なる水平枝と、その水平枝の後端から上方に所定長さ延びて上の放射素子３ａの垂直部に重なる垂直枝とからなり、左右裏返しのＬ字状を呈する。

寄生素子５ａの上下方向の長さは、ダイポールアンテナ４ａ全体の長さ、つまり放射素子２ａの垂直枝の長さと放射素子３ａの垂直枝の長さと放射素子２ａ，３ａ間のギャップの長さを合計したものより短く、１つの放射素子２ａ，３ａの垂直枝の長さより長く、この寄生素子５ａから放射される周波数Ｆ２の電波のほぼ１／２波長（ほぼλ_F2／２）となる。この実施形態では、寄生素子５ａの上下の中点がダイポールアンテナ４ａ全体の上下の中点であるギャップ間に位置する。寄生素子５ａは、ダイポールアンテナ４ａの前方に、ダイポールアンテナ４ａに対しダイポールアンテナ４ａとの電磁的結合により少なくとも周波数Ｆ２の信号をダイポールアンテナ４ａから給電可能な程度に近接し、かつ、ダイポールアンテナ４ａと平行に設けられる。

実際に２周波共用無指向性アンテナ１を製作する際には、ダイポールアンテナ４ａに対する寄生素子５ａの間隔を、広い状態から少しずつ狭くしていき、シミュレーションにより最適な間隔を決めるという、カットアンドトライを行い、ダイポールアンテナ４ａに対する寄生素子５ａの間隔を決定する。上記近接とは、このようにして決定した間隔のことである。

一方、上に位置する２周波共用アンテナ素子６ｂでは、下の２周波共用アンテナ素子６ａとは反対に、基準線Ｃを後端とし、この基準線Ｃから前方に誘電体基板７の表面で上下及び前後に広く面積を占める接地部８が設けられている。この２周波共用アンテナ素子６ｂのダイポールアンテナ４ｂを構成する２つの放射素子２ｂ，３ｂのうち下に位置する放射素子２ｂは、接地部８の後端である基準線Ｃから後方に所定長さ延びた水平枝とその水平枝の後端から下方に所定長さ延びた垂直枝とからなり、左右裏返しのΓ字状を呈する。その上に位置する放射素子３ｂは、下の放射素子２ｂの水平枝から上下方向所定幅のギャップを隔てて基準線Ｃから後方に所定長さ延びた水平枝とその水平枝の後端から上方に所定長さ延びた垂直枝とからなり、左右裏返しのＬ字状を呈する。

ここで、放射素子２ｂ，３ｂの水平枝の長さ及び放射素子２ｂ，３ｂ間のギャップは、ダイポールアンテナ４ｂのアンテナ特性を測定して、所望のアンテナ特性が得られるように、適宜調整して求められる。また、放射素子２ｂ及び放射素子３ｂの垂直枝の長さと放射素子２ｂ，３ｂ間のギャップとを合計した長さは、ダイポールアンテナ４ｂから放射される周波数Ｆ１の電波のほぼ１／２波長（ほぼλ_F1／２）となる。

誘電体基板７の裏面では、表面のダイポールアンテナ４ｂの放射素子２ｂ，３ｂに重なる水平方向位置に給電線路９ｂが設けられている。この放射素子２ｂ，３ｂと給電線路９ｂとは、静電結合により電気的に接続されている。この給電線路９ｂは、後述する位相遅延部１３から前方に所定長さ延びて下の放射素子２ｂの水平枝に重なる水平枝とその水平枝の前端から上方に所定長さ延びて上の放射素子３ｂの垂直部に重なる垂直枝とからなり、Ｌ字状を呈する。

寄生素子５ｂの上下方向の長さは、ダイポールアンテナ４ｂ全体の長さ、つまり放射素子２ｂの垂直枝の長さと放射素子３ｂの垂直枝の長さと放射素子２ｂ，３ｂ間のギャップの長さを合計したものより短く、１つの放射素子２ｂ，３ｂの垂直枝の長さより長く、この寄生素子５ｂから放射される周波数Ｆ２の電波のほぼ１／２波長（ほぼλ_F2／２）となる。

この実施形態では、寄生素子５ｂの上下の中点がダイポールアンテナ４ｂ全体の上下の中点であるギャップ間に位置する。寄生素子５ｂは、ダイポールアンテナ４ｂの後方に、ダイポールアンテナ４ｂに対しダイポールアンテナ４ｂとの電磁的結合により少なくとも周波数Ｆ２の信号をダイポールアンテナ４ｂから給電可能な程度に近接し、かつ、ダイポールアンテナ４ｂと平行に設けられる。

本実施形態では、上に位置する２周波共用アンテナ素子６ｂにおける寄生素子５ｂとダイポールアンテナ４ｂの水平方向間隔は、下の２周波共用アンテナ素子６ａにおける寄生素子５ａとダイポールアンテナ４ａの水平方向間隔と同じである。

また、本実施形態では、寄生素子５ｂと寄生素子５ａの長さは同じであり、ダイポールアンテナ４ｂ全体の長さとダイポールアンテナ４ａ全体の長さは同じである。

以上のように、本発明に係る２周波共用無指向性アンテナ１は、上に位置する２周波共用アンテナ素子６ｂにおいて寄生素子５ｂがダイポールアンテナ４ｂの後方に位置するのに対し、下の２周波共用アンテナ素子６ａにおいて寄生素子５ａがダイポールアンテナ４ａの前方に位置する。すなわち、上下方向に並ぶ２個（偶数個）の２周波共用アンテナ素子６ａ，６ｂは、点対称に配置されている。

図１（ａ）及び図１（ｂ）に示した上下方向に並ぶ２つの２周波共用アンテナ素子６ａ，６ｂの上下方向配置間隔Ｄ２をダイポールアンテナ４ａのギャップ中心点とダイポールアンテナ４ｂのギャップ中心点間の距離で定義する。上下方向配置間隔Ｄ２は、周波数Ｆ２における１波長（λ_F2）未満である。これは周波数Ｆ２の垂直指向性においてグレーチングローブを発生させないためである。グレーチングローブが大きいと利得が減少する。よって、上下方向に並ぶ２つの２周波共用アンテナ素子６ａ，６ｂの上下方向配置間隔Ｄ２を周波数Ｆ２における１波長未満とすることで、周波数Ｆ２の垂直指向性においてグレーチングローブを発生させないようにすることができる。

図１（ａ）及び図１（ｂ）に示した誘電体基板７の水平方向の幅Ｄ１は、周波数Ｆ１における１／４波長未満とし、この２周波共用無指向性アンテナ１が内蔵されるレドーム（図示せず）の径が小さくなるようにした。また、誘電体基板７の水平方向の幅Ｄ１を上記のように定めたことにより、誘電体基板７上に設けられる上下方向に並ぶ２つの２周波共用アンテナ素子６ａ，６ｂの水平方向の配置間隔も周波数Ｆ１における１／４波長未満となる。このように、２周波共用アンテナ素子６ａ，６ｂの水平方向の配置間隔を定めることにより、基準線Ｃから２周波共用アンテナ素子６ａ，６ｂまでの距離を小さくすることができる。基準線Ｃから２周波共用アンテナ素子６ａ，６ｂまでの距離が大きくなりすぎると、２周波共用アンテナ素子６ａから前方に放射される電波と２周波共用アンテナ素子６ｂから前方に放射される電波との間で位相差は大きくなる。また、同様に、２周波共用アンテナ素子６ａから後方に放射される電波と２周波共用アンテナ素子６ｂから後方に放射される電波との間で位相差は大きくなる。このように放射される電波の位相差が大きくなると、周波数Ｆ１及びＦ２における垂直指向性においてサイドローブが大きくなるという問題がある。

よって、上下方向に並ぶ２つの２周波共用アンテナ素子６ａ，６ｂの水平方向配置間隔を周波数Ｆ１における１／４波長未満とすることで、垂直指向性においてサイドローブを大きくさせないようにすることができる。

なお、上記の放射電波の位相差を小さくするために、放射素子２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂの水平枝の長さをゼロとし、接地部８と放射素子２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂの垂直枝が共に基準線Ｃ上に位置してしまうと、放射素子２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂがアンテナとして機能しなくなる。従って、放射素子２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂの水平枝の長さは、ゼロよりも大きくすると共に、上記サイドローブ抑制のためになるべく小さくなるように設定される。

図１（ａ）及び図１（ｂ）に示されるように、本発明に係る２周波共用無指向性アンテナ１は、上下方向に並ぶ２つの２周波共用アンテナ素子６ａ，６ｂの両方に対して給電するための共通給電線路１０が設けられている。この共通給電線路１０は、マイクロストリップ線路からなり、誘電体基板７の裏面に配線される。共通給電線路１０は、誘電体基板７の下方の図示しない給電点より上方に直線的に延び、上下の２周波共用アンテナ素子６ａ，６ｂの中間領域で広帯域二分配器１１に接続されている。

２つの２周波共用アンテナ素子の中間領域には、図１（ｂ）中、楕円で囲って示した広帯域二分配器１１が設けられている。広帯域二分配器１１は、共通給電線路１０から給電される信号を二分配するものである。分配の比率は、等分配でもよいし、不等分配にして電力分配比を任意に設定できるようにしてもよい。広帯域二分配器１１からそれぞれの２周波共用アンテナ素子６ａ，６ｂまでは分岐給電線路１２ａ，１２ｂが配線されている。

図１（ａ）及び図１（ｂ）に示した上下方向に並ぶ２つの２周波共用アンテナ素子６ａ，６ｂに給電する２つの給電線路９ａ，９ｂの少なくとも一方に、給電する信号の位相を遅延させる位相遅延部１３が付加されてもよい。本実施形態にあっては、広帯域二分配器１１から上の２周波共用アンテナ素子６ｂに至る分岐給電線路１２ｂ中に、図１（ｂ）中、楕円で囲って示した位相遅延部１３が形成されている。位相遅延部１３は、分岐給電線路１２ｂの導体パターンをジクザグ状に形成したものであり、この形状によって分岐給電線路１２ｂの線路長を直線距離よりも長くすることで、給電経路を長く取り、２周波共用アンテナ素子６ｂから放射される電波の位相を遅らせることができる。

以下、本発明の２周波共用無指向性アンテナの動作を説明する。

誘電体基板７の下方の図示しない給電点に周波数Ｆ１とＦ２（２Ｆ１＞Ｆ２＞Ｆ１）の信号が給電される。給電された信号は、マイクロストリップ線路からなる共通給電線路１０を介して広帯域二分配器１１に伝送される。広帯域二分配器１１では、不等分配も可能であるが、ここでは等分配が行われるものとする。広帯域二分配器１１で等分配された給電信号は、それぞれの分岐給電線路１２ａ，１２ｂを経由して上下方向に並ぶ２つの２周波共用アンテナ素子６ａ，６ｂのそれぞれに給電される。このとき、上の２周波共用アンテナ素子６ｂに至る分岐給電線路１２ｂに位相遅延部１３が形成されて給電線路９ｂに付加されているため、上の２周波共用アンテナ素子６ｂには給電信号が下の２周波共用アンテナ素子６ａよりも遅れて到着する。

２周波共用アンテナ素子６ａにおいては、給電線路９ａからダイポールアンテナ４ａの２つの放射素子２ａ，３ａに信号が給電される。放射素子２ａ，３ａに給電された信号のうち、周波数Ｆ１の信号は、これら２つの放射素子２ａ，３ａからなるダイポールアンテナ４ａにおいて励振され、ダイポールアンテナ４ａから周波数Ｆ１の電波が放射される。一方、周波数Ｆ２の信号は、放射素子２ａ，３ａから寄生素子５ａに二次的に給電される。寄生素子５ａに給電された信号は、寄生素子５ａにおいて励振され、寄生素子５ａから周波数Ｆ２の電波が放射される。

２周波共用アンテナ素子６ｂにおいては、前述した位相遅れの後、２周波共用アンテナ素子６ａと同様に、ダイポールアンテナ４ｂから周波数Ｆ１の電波が放射され、寄生素子５ｂから周波数Ｆ２の電波が放射される。

ダイポールアンテナの水平面指向性は、理論上、無指向性である。しかし、２周波共用無指向性アンテナ１のダイポールアンテナ４ａ，４ｂでは、誘電体基板に設けられた接地部や寄生素子の影響を受けて、水平面指向性が広角ビームのようになる。

そこで、本発明では、ダイポールアンテナの水平面指向性を無指向性にするため、２つの２周波共用アンテナ素子６ａ，６ｂを点対称になるように同一平面上に配置した。

特に、本発明の２周波共用無指向性アンテナ１は、２個の２周波共用アンテナ素子６ａ，６ｂによって、周波数Ｆ１及びＦ２におけるそれぞれの水平面指向性は無指向性となる。従って、従来の筒状の反射器の周囲に同一円周上に９０度間隔で４個の２周波共用アンテナ素子を配置した立体的な２周波共用無指向性アンテナと比較して、本発明の２周波共用無指向性アンテナ１は、アンテナ素子数の削減による低コスト化と、平面的に形成されることによる省スペース化に優れている。また、本発明の２周波共用無指向性アンテナ１は、上下方向の配置間隔Ｄ２を周波数Ｆ２における１波長未満としているので、周波数Ｆ２の垂直指向性においてグレーチンローブは発生しない。

図２に、周波数Ｆ１（１．９ＧＨｚ）におけるダイポールアンテナ４ａ，４ｂ（単体、合成面）の水平面指向性を示す。Ｌ１は、ダイポールアンテナ４ｂ単体での水平面指向性であり、Ｌ２は、ダイポールアンテナ４ａ単体での水平面指向性であり、Ｌ３は、ダイポールアンテナ４ａ，４ｂの水平面指向性の合成面である。

Ｌ１は、後方向に強い水平面指向性となる。Ｌ２は、前方向に強い水平面指向性となる。Ｌ１の水平面指向性とＬ２の水平面指向性を合成すると無指向性になる。

Ｌ３を見ると、周波数Ｆ１における水平面指向性がほぼ円形になっている。これより、無指向性が得られていることが分かる。

なお、周波数Ｆ２（２．５ＧＨｚ）における寄生素子５ａ，５ｂ（単体、合成面）の水平面指向性も図２と同じ傾向となる。

本発明の２周波共用無指向性アンテナ１において、例えば、１．９ＧＨｚ帯（周波数Ｆ１）と２．５ＧＨｚ帯（周波数Ｆ２）の２周波共用を考えた場合、この２周波共用無指向性アンテナ１が内蔵されるレドームの直径は４０ｍｍ未満となる。この直径は、従来のＰＨＳの基地局アンテナに採用されている無指向性アンテナが内蔵されるレドームの直径と同程度であり、設置スペースの確保が問題となることはない。

また、本発明では、上下方向に並ぶ２つの２周波共用アンテナ素子６ａ，６ｂの両方に対して給電するための共通給電線路１０を設け、２つの２周波共用アンテナ素子６ａ，６ｂの中間領域に共通給電線路１０から給電される信号を二分配する広帯域二分配器１１を設け、広帯域二分配器１１からそれぞれの２周波共用アンテナ素子６ａ，６ｂまで分岐給電線路１２ａ，１２ｂを配線すると共に、上下方向に並ぶ２つの２周波共用アンテナ素子６ａ，６ｂに給電する２つの給電線路９ａ，９ｂの少なくとも一方に、給電する信号の位相を遅延させる位相遅延部１３を付加した。これら広帯域二分配器１１と位相遅延部１３により、各２周波共用アンテナ素子６ａ，６ｂへの給電条件（位相、振幅など）を詳細に設定できる。これにより前方向に放射されるビームと後方向に放射されるビームの水平面指向性を調整して、より無指向性となるように調整することができる。

また、本発明では、上下方向に並ぶ複数の２周波共用アンテナ素子６ａ，６ｂの上下方向配置間隔Ｄ２を周波数Ｆ２における１波長未満とした。これにより、周波数２Ｆの垂直指向性面においてグレーチングローブ発生による利得減少を避けることができる。さらに、一般にダイポールアンテナの上下方向の長さは、放射する電波の波長の１／２波長になるので、２周波共用アンテナ素子の上下方向配置間隔Ｄ２は周波数Ｆ１における１／２波長より大きいことが好ましい。上下方向の配置間隔Ｄ２が周波数Ｆ１における１／２波長以下となると、２周波共用アンテナ素子６ａ，６ｂの上下方向の中間部分において、誘電体基板７の表面側に設けられる接地部８が存在せずに、誘電体基板７からなる誘電体が露出する状態になる。この場合、誘電体基板７の裏面側に設けられる共通給電線路１０に対応するグランドが上記中間部分において無くなってしまうので、共通給電線路１０はマイクロストリップ線路にならなくなってしまう。よって、周波数Ｆ１における波長をλ_F1とし周波数Ｆ２における波長をλ_F2とすると、
λ_F1／２＜Ｄ２＜λ_F2
となる。

また、上記のようにλ_F1／２＜λ_F2の関係を満たすためには、Ｆ１＜２Ｆ２の関係を満たす必要がある。そして、周波数Ｆ１及びＦ２の信号が給電されたダイポールアンテナ４ａ，４ｂから寄生素子５ａ，５ｂに二次的に周波数Ｆ２の信号が給電され、この寄生素子５ａ，５ｂから周波数Ｆ２の信号が放射されるためには、Ｆ１＜Ｆ２の関係を満たす必要がある。以上より、２周波共用アンテナ素子６ａ，６ｂに給電される信号の周波数はＦ１＜Ｆ２＜２Ｆ２の関係を満たす必要がある。

本実施形態では、２周波共用アンテナ素子６ａ，６ｂのダイポールアンテナ４ａ，４ｂは、直流開放型の励振方法をとっているが、誘電体基板７の表面に形成された２周波共用アンテナ素子６ａ，６ｂと裏面に形成された給電線路９ａ．９ｂとをスルーホールを介して電気的に接続した直流短絡型でもよい。

本発明の２周波共用無指向性アンテナ１は、２周波共用で無指向性を有し、設置スペースが小さくできるので、複数の周波数帯を有する移動無線通信の基地局アンテナに好適である。例えば、第２世代携帯電話（１．５ＧＨｚ帯）と第３世代携帯電話（２ＧＨｚ帯）のための２周波共用無指向性アンテナ、第３世代携帯電話（１．７ＧＨｚ帯）と第３世代携帯電話（２ＧＨｚ帯）のための２周波共用無指向性アンテナ、ＰＨＳ（１．９ＧＨｚ）と次世代ＰＨＳまたはＷｉＭＡＸ（２．５ＧＨｚ帯）のための２周波共用無指向性アンテナ、第３世代携帯電話（２ＧＨｚ帯）と次世代ＰＨＳまたはＷｉＭＡＸ（２．５ＧＨｚ帯）のための２周波共用無指向性アンテナが考えられる。

本発明の２周波共用無指向性アンテナ１は、２個の２周波共用アンテナ素子６ａ，６ｂからなる例で説明したが、３個以上の複数個の２周波共用アンテナ素子を用いる場合でも本発明を適用可能である。具体的には、３個以上の奇数個の２周波共用アンテナ素子が配置される場合も、４個以上の偶数個の２周波共用アンテナ素子が配置される場合も、２個の場合と同様に、２周波共用アンテナ素子が基準線Ｃの左側、右側に順番に交互に位置するよう形成すればよい。すなわち、２周波共用アンテナ素子は上下方向に並べて設けられると共に、各々の隣接する２つの２周波共用アンテナ素子は点対称に設けられるようにすればよい。また、誘電体基板の裏面に形成される広帯域分配器によって共通給電線路から給電される信号を複数に分配してから、上記複数個の２周波共用アンテナ素子にそれぞれ信号が給電されるようにする。また、このとき、複数の給電線路の少なくとも１つに位相遅延部を形成してもよい。

（ａ）本発明の一実施形態を示す２周波共用無指向性アンテナの誘電体基板表面から見た立面図、（ｂ）誘電体基板裏面から見た立面図である。本発明の２周波共用無指向性アンテナの水平面指向性特性図である。

符号の説明

１２周波共用無指向性アンテナ
２ａ，３ａ，２ｂ，３ｂ放射素子
４ａ，４ｂダイポールアンテナ
５ａ，５ｂ寄生素子
６ａ，６ｂ２周波共用アンテナ素子
７誘電体基板
８接地部
９ａ，９ｂ給電線路
１０共通給電線路
１１広帯域二分配器
１２ａ，１２ｂ分岐給電線路
１３位相遅延部

Claims

誘電体基板と、
該誘電体基板の表面に設けられ、周波数Ｆ１と該周波数Ｆ１よりも高周波となる周波数Ｆ２の信号を給電され、上記周波数Ｆ１で共振するダイポールアンテナと、上記誘電体基板の表面に上記ダイポールアンテナと平行に設けられ、該ダイポールアンテナから上記周波数Ｆ２の信号が給電され、上記周波数Ｆ２で共振する寄生素子と、を備える複数個の２周波共用アンテナ素子と、
上記誘電体基板の裏面に設けられ、上記ダイポールアンテナに上記周波数Ｆ１とＦ２の上記信号を給電するための給電線路と、
を有する２周波共用無指向性アンテナにおいて、
上記複数の２周波共用アンテナ素子それぞれに含まれる上記ダイポールアンテナは、上記誘電体基板の表面に設けられた接地部に接地されると共に、上記２周波共用アンテナ素子は、上下方向に並べて設けられ、
各々の隣接する２つの上記２周波共用アンテナ素子は、点対称に設けられ、
隣接する２つの上記２周波共用アンテナ素子の上下方向配置間隔は、上記周波数Ｆ１における１／２波長よりも大きく、上記周波数Ｆ２における１波長未満である
ことを特徴とする２周波共用無指向性アンテナ。
上記ダイポールアンテナに給電される上記周波数Ｆ２は上記周波数Ｆ１の２倍未満であることを特徴とする請求項１記載の２周波共用無指向性アンテナ。
上記誘電体基板の裏面には、上下方向に並ぶ上記複数の２周波共用アンテナ素子のそれぞれに対して給電するための共通給電線路が設けられ、上記複数の２周波共用アンテナ素子の中間領域に上記共通給電線路から給電される信号を複数に分配する広帯域分配器が設けられ、該広帯域分配器からそれぞれの上記複数の２周波共用アンテナ素子まで分岐給電線路が配線されたことを特徴とする請求項１又は２記載の２周波共用無指向性アンテナ。
上下方向に並ぶ複数の上記２周波共用アンテナ素子に給電する複数の給電線路の少なくとも一つに、給電する上記信号の位相を遅延させる位相遅延部が付加されたことを特徴とする請求項１〜３いずれか記載の２周波共用無指向性アンテナ。
上下方向に並ぶ上記複数の２周波共用アンテナ素子の偶数番目の上記寄生素子と奇数番目の上記寄生素子との水平方向配置間隔が上記周波数Ｆ１における１／４波長未満であることを特徴とする請求項１〜４いずれか記載の２周波共用無指向性アンテナ。