JP5735591B2 - アンテナ及びセクタアンテナ - Google Patents

Description

本発明は、アンテナ及びセクタアンテナに関する。

移動体通信の基地局用のアンテナ（基地局アンテナ）には、電波が放射される方向に対応して設定されたセクタ毎に電波を放射するセクタアンテナが複数組み合わせて用いられている。セクタアンテナには、ダイポールアンテナなどのアンテナ素子をアレイ状に並べたアレイアンテナが用いられている。

特許文献１には、反射面が垂直方向となるように設けられた反射器と、前記反射器の反射面から前方へ放射波長のほぼ１／４ずつ離れた箇所に、前記反射器の反射面とほぼ平行に設けられ、互いに適宜間隔を隔てて垂直方向にほぼ平行に並べられた第１および第２の垂直偏波のダイポ−ル素子と、前記第１および第２の垂直偏波のダイポ−ル素子の各中心部の前面をよぎると共に、前記第１および第２の垂直偏波のダイポ−ル素子の平行間隔のほぼ１／２の箇所に中心部が対応位置するように水平方向に設けられた水平偏波のダイポ−ル素子とを備えた偏波共用アンテナが記載されている。

特許文献２には、垂直偏波用の１個のダイポール素子と、水平偏波用の同一開き角を有するＹ字形（又は、Ｖ字形）に形成される２個のダイポール素子と、反射板とからなり、前記垂直偏波用のダイポール素子は、前記反射板の垂直中心線上で該反射板に直交する垂直平面上に、該反射板に平行でかつ該反射板からある距離に配設され、前記水平偏波用の２個のＹ字形ダイポール素子は、前記垂直偏波用のダイポール素子の中心を通り、前記反射板及び前記垂直平面のそれぞれに直交する水平平面上で、該垂直平面に対し、その交点を該反射板側に位置するように、互いにある角度傾けて対称的に配設されるとともに、前記垂直偏波用のダイポール素子と前記水平偏波用の２個のＹ字形ダイポール素子は同一周波数の電力で給電され、かつ該各Ｙ字形ダイポール素子から放射される電波が同相になるように給電される偏波共用アンテナ装置が記載されている。

特開平９−９８０１９号公報 特開２０００−９１８４３号公報

ところで、アンテナには、電界の振動方向が異なる複数の偏波を送受信ができることが求められる。その際、一つの偏波による他の偏波の指向性などへの影響が少ないことが求められる。
本発明の目的は、複数の偏波の送受信にて、一つの偏波による他の偏波の指向性などへの影響を抑制しつつ小型化できるアンテナ等を提供することにある。

かかる目的のもと、本発明が適用されるアンテナは、反射板と、反射板から予め定められた第１の距離に先端を結ぶ線分が反射板に平行に設けられ、予め定められた周波数帯における第１の偏波を送受信する第１のダイポールアンテナと、反射板に対して第１のダイポールアンテナの設けられた側において、反射板から予め定められた第２の距離に先端を結ぶ線分が反射板に平行に設けられ、その周波数帯において、第１の偏波と直交する第２の偏波を送受信する第２のダイポールアンテナと、第１のダイポールアンテナから反射板に向かって、反射板に対して垂直に設けられる第１の導体と、第２のダイポールアンテナから反射板に向かって、反射板に対して斜めに設けられ、第１の導体との間隔が反射板に近い側が遠い側に比べて狭い、第２の導体と、を備え、第１の導体と第２の導体とが反射板側において連続し、第２のダイポールアンテナの中央部が、第１のダイポールアンテナの一方の先端に近接して配置されている。

このようなアンテナにおいて、第１のダイポールアンテナ又は第２のダイポールアンテナに対応した無給電素子をさらに備えることを特徴とすることができる。
この構成によれば、アンテナが無給電素子を備えない場合に比較して、ビーム幅、反射減衰量などの制御がより容易にできる。

そして、反射板から予め定められた第３の距離に先端を結ぶ線分が反射板に平行に設けられ、第２の偏波を送受信する第３のダイポールアンテナと、第３のダイポールアンテナから反射板に向かって、反射板に対して斜めに設けられ、第１の導体との間隔が反射板に近い側が遠い側に比べて狭い、第３の導体と、をさらに備え、第１の導体と第３の導体とが反射板側において連続し、第３のダイポールアンテナの中央部が、第１のダイポールアンテナの他方の先端に近接して配置されていることを特徴とすることができる。
この構成によれば、この構成を有しない場合に比べ、アンテナを複数配列したアレイアンテナをより小型にできる。

さらに、第１のダイポールアンテナ、第２のダイポールアンテナ又は第３のダイポールアンテナに対応した無給電素子をさらに備えることを特徴とすることができる。

他の観点から捉えると、本発明が適用されるセクタアンテナは、反射板と、反射板から予め定められた第１の距離に先端を結ぶ線分が反射板に平行に設けられ、予め定められた周波数帯における第１の偏波を送受信する第１のダイポールアンテナと、反射板に対して第１のダイポールアンテナの設けられた側において、反射板から予め定められた第２の距離に先端を結ぶ線分が反射板に平行に設けられ、その周波数帯において、第１の偏波と直交する第２の偏波を送受信する第２のダイポールアンテナと、第１のダイポールアンテナから反射板に向かって、反射板に対して垂直に設けられる第１の導体と、第２のダイポールアンテナから反射板に向かって、反射板に対して斜めに設けられ、第１の導体との間隔が反射板に近い側が遠い側に比べて狭い、第２の導体と、を有するアンテナを、複数配列したアレイアンテナと、アレイアンテナを収納するレドームと、を備え、アレイアンテナにおけるアンテナは、第１の導体と第２の導体とが反射板側において連続し、第２のダイポールアンテナの中央部が、第１のダイポールアンテナの一方の先端に近接して配置されている。
この構成によれば、この構成を有しない場合に比べ、セクタアンテナをより小型にできる。

本発明によれば、複数の偏波の送受信にて、一つの偏波による他の偏波の指向性などへの影響を抑制しつつアンテナ等を小型化できる。

第１の実施の形態が適用される移動通信用の基地局アンテナの全体構成の一例を示す図である。 セクタアンテナの構成の一例を示す図である。 第１の実施の形態が適用されるアンテナユニットの一例を説明する図である。 図３に示したアンテナユニットに無給電素子を付加して構成したアレイアンテナの一例を示す図である。 第１の実施の形態が適用されるアンテナユニットを用いたアレイアンテナの水平偏波の水平面内における指向性の一例を説明する図である。 第１の実施の形態を適用しないアンテナユニットを用いたアレイアンテナの水平偏波の水平面内における指向性の一例を説明する図である。 第１の実施の形態を適用しない他のアンテナユニットを用いたアレイアンテナの水平偏波の水平面内における指向性の一例を説明する図である。 水平偏波アンテナのグランド板と垂直偏波アンテナのグランド板との関係を説明する図である。 第２の実施の形態が適用されるアンテナユニットの一例を説明する図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
［第１の実施の形態］
＜基地局アンテナ１＞
図１は、第１の実施の形態が適用される移動通信用の基地局アンテナ１の全体構成の一例を示す図である。図１（ａ）は、基地局アンテナ１の斜視図であり、図１（ｂ）は、基地局アンテナ１の設置例を説明する図である。
図１（ａ）に示すように、基地局アンテナ１は、例えば鉄塔２０に保持された３個のセクタアンテナ１０−１〜１０−３を備えている。そして、図１（ｂ）に示すように、基地局アンテナ１は、セル２内において電波を送受信する。すなわち、セル２は、基地局アンテナ１が送信する電波が到達する範囲であり、基地局アンテナ１が電波を受信する範囲である。
セクタアンテナ１０−１〜１０−３は、それぞれの外形（後述する図２におけるレドーム５００）が円筒状であって、円筒の中心軸が地面に対して垂直（鉛直）に設けられている。

図１（ｂ）に示すように、セル２は、水平面において角度で分割した複数のセクタ３−１〜３−３を備えている。セクタ３−１〜３−３のそれぞれは、基地局アンテナ１の３個のセクタアンテナ１０−１〜１０−３に対応して設けられている。つまり、セクタアンテナ１０−１〜１０−３が電波を出力する場合、セクタアンテナ１０−１〜１０−３のそれぞれが出力する電波の電界が大きいメインローブ１１の方向が、対応するセクタ３−１〜３−３に向くようになっている。

ここで、セクタアンテナ１０−１〜１０−３をそれぞれ区別しないときは、セクタアンテナ１０と表記する。また、セクタ３−１〜３−３をそれぞれ区別しないときは、セクタ３と表記する。
なお、図１に例として示した基地局アンテナ１は、３個のセクタアンテナ１０−１〜１０−３及びこれらに対応するセクタ３−１〜３−３を備えている。しかし、セクタアンテナ１０及びセクタ３は、３未満又は３を超える予め定められた数であってよい。また、図１（ａ）では、セクタ３は、セル２を３等分に分割（中心角１２０°）して構成されているが、等分でなくともよく、いずれか１つのセクタ３が他のセクタ３に比べ広く又は狭く構成されていてもよい。

そして、それぞれのセクタアンテナ１０は、セクタアンテナ１０が備えるアンテナユニット（後述する図２におけるアンテナユニット１１０−１〜１１０−３参照。それぞれを区別しないときはアンテナユニット１１０と表記する。）に送信信号及び受信信号を送受信する送受信ケーブル３１、３２を備えている。
ここでは、セクタアンテナ１０は、２つの直交する偏波を送受信できる偏波共用であるとし、送受信ケーブル３１は一方の偏波に対応し、送受信ケーブル３２は他方の偏波に対応する。
送受信ケーブル３１、３２は、基地局（不図示）内に設けられた送信信号及び受信信号を送受信する送受信部（不図示）に接続されている。送受信ケーブル３１、３２は、例えば同軸ケーブルである。

なお、以下では主に基地局アンテナ１が電波を送信するとして説明するが、アンテナの可逆性により、基地局アンテナ１は電波を受信することができる。電波を受信する場合は、例えば送信信号を受信信号として、信号の流れを逆にすればよい。

また、セクタアンテナ１０は、セクタアンテナ１０が備える複数のアンテナユニット１１０のそれぞれに送信する送信信号の位相を互いに異ならせるための移相器を備えていてもよい。複数のアンテナユニット１１０に供給される送信信号の位相を異ならせることで、電波の放射角度を水平面から地上方向に傾けて（ビームチルトさせて）、電波がセル２の外に到達しないように設定できる。なお、２つの偏波のそれぞれに対応して２個の移相器を備えていてもよい。

＜セクタアンテナ１０＞
図２は、セクタアンテナ１０の構成の一例を示す図である。図２では、セクタアンテナ１０を横に置いて、斜めから見た斜視図で示している。
セクタアンテナ１０は、反射板１６０と、反射板１６０上に配列されたアンテナユニット１１０−１、１１０−２、１１０−３とを備えるアレイアンテナ１００と、アレイアンテナ１００を包むように収納するレドーム５００とを備えている。
図２では、レドーム５００を破線で示し、レドーム５００の内部に設けられたアレイアンテナ１００が見えるようにしている。レドーム５００は、側面５０１、上面５０２、下面５０３を備えている。

アレイアンテナ１００が備える反射板１６０は、導電性材料から構成された垂直方向が水平方向に比べて長い長方形の板状の部材である。なお、反射板１６０の水平方向の両端部は、表面側又は裏面側に対して曲げられていてもよい。
アンテナユニット１１０−１、１１０−２、１１０−３は、反射板１６０の表面上において垂直方向に予め定められた間隔Ｄ_Ｐで並べられている。
なお、アンテナユニット１１０−１、１１０−２、１１０−３をそれぞれ区別しないときは、アンテナユニット１１０と表記する。
そして、アンテナユニット１１０とそれに対応する反射板１６０の部分とを、アンテナと表記する。また、アレイアンテナ１００をアンテナと表記することがある。

そして、それぞれのアンテナユニット１１０は、水平偏波を送受信する１個の水平偏波アンテナ１２０と、垂直偏波を送受信する２個の垂直偏波アンテナ１３０ａ、１３０ｂとを備えている。すなわち、アンテナユニット１１０は、水平偏波と垂直偏波とを共に送受信できる偏波共用である。
アンテナユニット１１０は、反射板１６０の水平方向の中心に水平偏波を送受信する１個の水平偏波アンテナ１２０を設け、水平偏波アンテナ１２０を挟むように反射板１６０の水平方向の左右に垂直偏波を送受信する垂直偏波アンテナ１３０ａ、１３０ｂをそれぞれ設けている。
なお、垂直偏波を送受信する垂直偏波アンテナ１３０ａ、１３０ｂのそれぞれの形状は、反射板１６０の垂直方向の中心線に対して対称である。よって、垂直偏波アンテナ１３０ａ、１３０ｂをそれぞれ区別しないときは、垂直偏波アンテナ１３０と表記する。

ここでは、アンテナユニット１１０は、水平偏波と垂直偏波とを送受信するとしたが、アンテナユニット１１０を反射板１６０の面内において４５°回転させることで、±４５°の偏波を送受信するようにしてもよい。
なお、アンテナユニット１１０を４５°回転させると、水平偏波アンテナ１２０は水平偏波でなく、＋４５°又は−４５°の偏波を送受信することになる。すなわち、水平偏波アンテナ１２０における「水平」及び垂直偏波アンテナ１３０の「垂直」は説明の便宜上用いている。偏波が「水平」及び「垂直」でない場合は、それぞれを偏波の方向に合うように、読み替えればよい。
また、水平偏波アンテナ１２０と垂直偏波アンテナ１３０とは、それぞれが直交する偏波を送受信するとしたが、それぞれの偏波が直交しなくとも交差すればよい。

＜アンテナユニット１１０＞
図３は、第１の実施の形態が適用されるアンテナユニット１１０の一例を説明する図である。図３（ａ）は図２においてアンテナユニット１１０を垂直方向下方から見た図、図３（ｂ）は垂直方向上方から見た図、図３（ｃ）は水平方向右方から見た図である。
図３（ａ）、図３（ｂ）では、主に第１の偏波の一例としての水平偏波を送受信する水平偏波アンテナ１２０が見える。一方、図３（ｃ）では、主に第２の偏波の一例としての垂直偏波を送受信する垂直偏波アンテナ１３０ａが見える。
なお、図３では、アンテナユニット１１０の他に反射板１６０を合わせて示している。

第１の実施の形態におけるアンテナユニット１１０は、誘電体材料で構成された基板の表裏に設けられた導電性材料による導体パタンで構成されている。例えば、誘電体材料であるガラスエポキシなどの誘電体基板上に、導電性材料の銅などの金属箔によって導体パタンが形成されている。
そして、それぞれに導体パタンが設けられた複数の誘電体基板が組み合わされて、アンテナユニット１１０が構成されている。
図３において、網点で示す部分が、導電性材料で構成された導体パタンである。

アンテナユニット１１０を垂直方向下方及び上方から見た図３（ａ）、（ｂ）により、水平偏波を送受信する水平偏波アンテナ１２０を説明する。
図３（ａ）に示すように、水平偏波アンテナ１２０は、誘電体基板１４１上に構成され、第１のダイポールアンテナの一例としてのダイポールアンテナを構成する素子部１２１、１２２を備えている。
また、水平偏波アンテナ１２０は、誘電体基板１４１の表面上に設けられ、素子部１２１、１２２に給電するマイクロストリップ線路１２６のグランド板１２３、１２４を有し、グランド板１２３、１２４の一端部が素子部１２１、１２２の対向する部分において接続されるとともに、それぞれの他端部は共に、誘電体基板１４１とともに反射板１６０を貫通して反射板１６０の裏面から突き出している。グランド板１２３、１２４は、第１の導体の一例である。

そして、グランド板１２３、１２４の他端部は、反射板１６０の近傍において互いに接続され、反射板１６０の裏面にて、配線（不図示）に接続されている。
誘電体基板１４１及びグランド板１２３、１２４は、反射板１６０に設けられた開口に埋め込まれた誘電体（電気的絶縁体）により固定され、グランド板１２３、１２４と反射板１６０とが接触しないようになっている。
なお、グランド板１２３、１２４は反射板１６０と接触させてもよい。

一方、図３（ｂ）に示すように、水平偏波アンテナ１２０は、誘電体基板１４１の裏面において、グランド板１２３、１２４に対向して設けられ、素子部１２１、１２２に給電するためのマイクロストリップ線路１２６を備えている。マイクロストリップ線路１２６の一端部は、グランド板１２３に対向する部分で開放されている。一方、マイクロストリップ線路１２６の他端部は、誘電体基板１４１と共に反射板１６０を貫通して、反射板１６０の裏面から突き出している。そして、水平偏波を送受信する配線（不図示）に接続されている。
グランド板１２３、１２４及びマイクロストリップ線路１２６は、バランス−アンバランス変換器（バラン）を構成している。なお、バランス−アンバランス変換器（バラン）は、図３（ａ）、（ｂ）に示した構成と異なる構成であってもよい。
また、マイクロストリップ線路１２６の一端部は、素子部１２１に接続されていてもよい。
マイクロストリップ線路１２６の他端部及び誘電体基板１４１は反射板１６０を貫通せず、反射板１６０の表面で水平偏波を送受信する配線（不図示）に接続されてもよい。

アンテナユニット１１０を垂直方向下方、上方及び水平方向右方から見た図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）により、垂直偏波を送受信する垂直偏波アンテナ１３０ａを説明する。
図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、垂直偏波アンテナ１３０ａは、誘電体基板１４２ａの表面上に構成され、垂直方向に直線上に並んで設けられて第２のダイポールアンテナの一例としてのダイポールアンテナを構成する素子部１３１ａ、１３２ａを備えている。

また、図３（ａ）に示すように、垂直偏波アンテナ１３０ａは、誘電体基板１４１の表面上に設けられたグランド板１３４を備えている。グランド板１３４は、一端部が素子部１３１ａ、１３２ａが対向する部分において素子部１３１ａに接続され、他端部が反射板１６０の方向に斜めに延び、誘電体基板１４１上の水平偏波アンテナ１２０のグランド板１２４に接続されている。グランド板１３４は第２の導体の一例である。
そして、図３（ｂ）に示すように、垂直偏波アンテナ１３０ａは、誘電体基板１４１の裏面において、グランド板１３４に対向して設けられたマイクロストリップ線路１３６を備えている。マイクロストリップ線路１３６の一端部は、素子部１３１ａ、１３２ａが対向する部分において素子部１３２ａに接続されている。マイクロストリップ線路１３６の他端部は、誘電体基板１４１と共に反射板１６０を貫通して、反射板１６０の裏面から突き出している。そして、垂直偏波を送受信する配線（不図示）に接続されている。

なお、誘電体基板１４１上のグランド板１３４と誘電体基板１４２ａ上の素子部１３１ａとは、例えばハンダで接続されている。誘電体基板１４１上のマイクロストリップ線路１３６と誘電体基板１４２ａ上の素子部１３２ａとも、同様に接続されている。

垂直偏波アンテナ１３０ｂは、垂直偏波アンテナ１３０ａと同様であるので、説明を省略する。符号の末尾の“ａ”を“ｂ”に置き換えるとともに、グランド板１３４をグランド板１３３に、マイクロストリップ線路１３６をマイクロストリップ線路１３５に置き換えればよい。なお、素子部１３１ｂ、１３２ｂの構成するダイポールアンテナが第３のダイポールアンテナの一例である。グランド板１３３は第３の導体の一例である。
なお、図３において、垂直偏波アンテナ１３０ａの誘電体基板１４２ａ及び垂直偏波アンテナ１３０ｂの誘電体基板１４２ｂは、反射板１６０に対して斜めに設けられている。これは、アンテナユニット１１０を小さく構成するためであって、垂直偏波アンテナ１３０ａ、１３０ｂを水平偏波アンテナ１２０の下側（反射板１６０側）に設けたためである。
垂直偏波アンテナ１３０ａの誘電体基板１４２ａ及び垂直偏波アンテナ１３０ｂの誘電体基板１４２ｂを、反射板１６０に対して、水平、垂直又は他の角度で設けてもよい。

図３（ａ）では、水平偏波アンテナ１２０の素子部１２１、１２２、水平偏波アンテナ１２０のグランド板１２３、１２４、垂直偏波アンテナ１３０ａ、１３０ｂのグランド板１３３、１３４を、破線にて区切って示したが、これらは誘電体基板１４１上に連続した導体パタンとして構成されている。

ダイポールアンテナにおいて、多くの場合、マイクロストリップラインのグランド板は反射板に対して垂直に設けられる。
第１の実施の形態が適用されるアンテナユニット１１０では、水平偏波アンテナ１２０のグランド板１２３、１２４は、反射板１６０に対して垂直に設けられている。しかし、垂直偏波アンテナ１３０ａ、１３０ｂのグランド板１３３、１３４は、反射板１６０に対して斜めに構成され、水平偏波アンテナ１２０のグランド板１２３、１２４に接続されている。すなわち、垂直偏波アンテナ１３０ａ、１３０ｂのグランド板１３３、１３４は、反射板１６０から離れるにしたがって、互いが離れるようにＶ字状に構成されている。
第１の実施の形態が適用されるアンテナユニット１１０では、グランド板を反射板に対して垂直に設けた場合に比べ、垂直偏波アンテナ１３０ａ、１３０ｂのグランド板１３３、１３４のそれぞれの他端部と、水平偏波アンテナ１２０のグランド板１２３、１２４のそれぞれの他端部との間の間隔が狭くなるように構成されている。

アンテナユニット１１０において、電波を送信する場合、水平偏波の送信信号が水平偏波アンテナ１２０から送信され、垂直偏波の送信信号が垂直偏波アンテナ１３０ａ、１３０ｂから送信される。これにより、水平偏波の電波及び垂直偏波の電波が送信される。電波を受信する場合、水平偏波の電波が水平偏波アンテナ１２０で受信され、垂直偏波の電波が垂直偏波アンテナ１３０ａ、１３０ｂで受信される。これにより、水平偏波の受信信号及び垂直偏波の信号が受信される。

なお、水平偏波アンテナ１２０のグランド板１２３、１２４は、反射板１６０に対して垂直に設けられているとしたが、斜めに設けられていてもよい。
また、第１の実施の形態では、例えば水平偏波アンテナ１２０において、誘電体基板１４１上に素子部１２１、１２２、マイクロストリップ線路１２６及びグランド板１２３、１２４が形成されているとしたが、誘電体基板１４１を用いなくともよい。このとき、マイクロストリップ線路１２６とグランド板１２３、１２４とは、空気層で隔てられていてもよい。また、誘電体によるスペーサを予め定められた位置に設けて、予め定められた距離を維持するようにしてもよい。垂直偏波アンテナ１３０ａ、１３０ｂなどにおいても同様である。

ここで、図３（ａ）において、水平偏波アンテナ１２０の素子部１２１の左端から素子部１２２の右端までを幅Ｗ_Ｈ、素子部１２１、１２２の幅方向の中心から反射板１６０の表面までを第１の距離の一例としての距離Ｈ_Ｈとする。また、図３（ｃ）において、垂直偏波アンテナ１３０ａの素子部１３１ａの左端から素子部１３２ａの右端までを幅Ｗ_Ｖ、素子部１３１ａ、１３２ａの幅方向の中心から反射板１６０の表面までを第２の距離の一例としての距離Ｈ_Ｖとする。これらは、垂直偏波アンテナ１３０ｂにおいても同様である。さらに、図３（ａ）に示すように、垂直偏波アンテナ１３０ａの素子部１３１ａ、１３２ａと垂直偏波アンテナ１３０ｂの素子部１３１ｂ、１３２ｂとの間を間隔Ｄ_Ｖとする。
なお、垂直偏波アンテナ１３０ｂの素子部１３１ｂ、１３２ｂの幅方向の中心から反射板１６０の表面までを距離Ｈ_Ｖと異なる第３の距離の一例としての距離Ｈ_Ｖ´としてもよい。

図４は、図３に示したアンテナユニット１１０に無給電素子を付加して構成したアレイアンテナ１００の一例を示す図である。無給電素子は、アンテナユニット１１０及びアレイアンテナ１００の指向性、電圧定在波比（ＶＳＷＲ）を調整するために設けられている。なお、ＶＳＷＲは、給電線路と、負荷であるアンテナとの整合度合いを示す数値であり、１に近いほどよい。

図４では、アレイアンテナ１００は３個のアンテナユニット１１０を備えているとする。
それぞれのアンテナユニット１１０は、水平偏波アンテナ１２０が設けられた反射板１６０の表面側において、水平偏波アンテナ１２０に対して、反射板１６０から離れる方向の予め定められた距離の位置に、素子部１２１、１２２（図３参照）に沿うように、無給電素子１５１が設けられている。
また、それぞれのアンテナユニット１１０は、水平偏波アンテナ１２０の水平方向の両外側に、反射板１６０から立ち上がるように設けられた無給電素子１５２ａ、１５２ｂを備えている。

さらに、それぞれのアンテナユニット１１０は、反射板１６０の表面側において、垂直偏波アンテナ１３０ａに対して、反射板１６０から離れる方向の予め定められた距離の位置に、素子部１３１ａ、１３２ａ（図３参照）に沿って、無給電素子１５３ａが設けられている。
同様に、垂直偏波アンテナ１３０ｂに対しても、素子部１３１ｂ、１３２ｂに沿って、無給電素子１５３ｂが設けられている。

これらの無給電素子１５１、１５２ａ、１５２ｂ、１５３ａ、１５３ｂは、アンテナユニット１１０及びアレイアンテナ１００の指向性、ＶＳＷＲを調整するために設けられている。よって、無給電素子は上記の形状、設ける位置及び数に限らず、予め定められた指向性、予め定められたＶＳＷＲが得られるように設定すればよい。また、予め定められた指向性、ＶＳＷＲが得られれば、無給電素子を用いなくともよい。

図５は、第１の実施の形態が適用されるアンテナユニット１１０を用いたアレイアンテナ１００の水平偏波の水平面内における指向性の一例を説明する図である。図５（ａ）は、アレイアンテナ１００を説明する図であって、図５（ｂ）は図５（ａ）に示したアレイアンテナ１００の水平偏波の水平面内における指向性を示す図である。

図５（ａ）に示すように、図３に示したアンテナユニット１１０を用い、図４に示した無給電素子を備えている。ここでは、アンテナユニット１１０は、図３において、水平偏波アンテナ１２０の素子部１２１の左端から素子部１２２の右端までの幅Ｗ_Ｈが０．３４λ、反射板１６０の表面から素子部１２１、１２２の幅方向の中心までを距離Ｈ_Ｈが０．１８λ、垂直偏波アンテナ１３０ａの素子部１３１ａの左端から素子部１３２ａの右端までの幅Ｗ_Ｖが０．４８λ、反射板１６０の表面から素子部１３１ａ、１３２ａの幅方向の中心までの距離Ｈ_Ｖが０．１３λである。そして、隣接する２個の水平偏波アンテナ１２０間の間隔Ｄ_Ｐ（図２参照）が０．６３λ、垂直偏波アンテナ１３０ａの素子部１３１ａ、１３２ａと垂直偏波アンテナ１３０ｂの素子部１３１ｂ、１３２ｂとの間の間隔Ｄ_Ｖが０．３λの場合である。

ここでは、水平偏波アンテナ１２０に水平偏波の送信信号を供給するとともに、垂直偏波アンテナ１３０ａ、１３０ｂに並行して垂直偏波の送信信号とを供給して、水平偏波の水平面内の指向性をシミュレーションにより評価した。
図５（ｂ）に示すように、第１の実施の形態を適用したアンテナユニット１１０を用いたアレイアンテナ１００では、後述する図６（ｂ）、図７（ｂ）の場合に比べて、サイドローブが抑制されるとともに、バックローブが小さい。そして、−３ｄＢにおけるビーム幅は、約９０°である。

図６は、第１の実施の形態を適用しないアンテナユニット１１０を用いたアレイアンテナ１００の水平偏波の水平面内における指向性の一例を説明する図である。図６（ａ）は、アレイアンテナ１００を説明する図であって、図６（ｂ）は図６（ａ）に示したアレイアンテナ１００の水平偏波の水平面内における指向性を示す図である。

図６（ａ）に示すように、アンテナユニット１１０における垂直偏波アンテナ１７０ａ、１７０ｂのグランド板（図３のグランド板１３３、１３４、１３５、１３６に対応する部分）は、反射板１６０に対して垂直に設けられている。なお、水平偏波アンテナ１２０は無給電素子１５１を、垂直偏波アンテナ１７０ａ、１７０ｂはそれぞれ無給電素子１５３ａ、１５３ｂを備えている。そして、水平偏波アンテナ１２０、垂直偏波アンテナ１７０ａ、１７０ｂ及び無給電素子１５１、１５３ａ、１５３ｂの形状は、図５（ａ）に示したアンテナユニット１１０と同様である。

図６（ｂ）に示すように、第１の実施の形態を適用しないアンテナユニット１１０を用いたアレイアンテナ１００では、サイドローブ及びバックローブが図５（ｂ）に示した第１の実施の形態を適用したアレイアンテナ１００に比べ大きく、−３ｄＢにおけるビーム幅は、狭くなっている。

図７は、第１の実施の形態を適用しない他のアンテナユニット１１０を用いたアレイアンテナ１００の水平偏波の水平面内における指向性の一例を説明する図である。図７（ａ）は、アレイアンテナ１００を説明する図であって、図７（ｂ）は図７（ａ）に示したアレイアンテナ１００の水平偏波の水平面内における指向性を示す図である。

図７（ａ）に示すように、水平偏波アンテナ１２０、垂直偏波アンテナ１７０ａ、１７０ｂ及び無給電素子１５１、１５３ａ、１５３ｂの形状は、図６（ａ）に示した水平偏波アンテナ１２０、垂直偏波アンテナ１７０ａ、１７０ｂ及び無給電素子１５１、１５３ａ、１５３ｂと同じである、
しかし、水平偏波アンテナ１２０及び無給電素子１５１と垂直偏波アンテナ１７０ａ、１７０ｂ及び無給電素子１５３ａ、１５３ｂとは、垂直方向にずらして配列されている。このため、アレイアンテナ１００の垂直方向の長さが、図５（ａ）に示す第１の実施の形態を適用する場合に比べて長くなってしまうため、垂直方向にアレイ化した場合、アンテナの全長が長くなってしまう。

図７（ｂ）に示すように、第１の実施の形態を適用しない他のアンテナユニット１１０を用いたアレイアンテナ１００と図５（ｂ）に示した第１の実施の形態を適用したアレイアンテナ１００とでは、指向性はほとんど変わらない。

以上説明したように、アンテナユニット１１０の構成（形状）により、水平偏波の水平面内の指向性に差が見られた。なお、垂直偏波の水平面内の指向性には顕著な差は見られなかった。
図５（ａ）、図６（ａ）、図７（ａ）に示すように、水平偏波アンテナ１２０の構成（形状）には差がない。それにも関わらず、垂直偏波アンテナ１３０ａ、１３０ｂの構成（形状）により、水平偏波アンテナ１２０の指向性が影響を受ける。
そして、図５に示した第１の実施の形態を適用したアンテナユニット１１０を用いたアレイアンテナ１００において、サイドローブ及びバックローブが小さく、−３ｄＢにおけるビーム幅が９０°とすることができた（図１参照）。

垂直偏波アンテナ１３０から水平偏波アンテナ１２０への影響は、図７に示すように、垂直偏波アンテナ１３０と水平偏波アンテナ１２０とを垂直方向に距離を離して配置することで抑制できる。しかし、垂直偏波アンテナ１３０と水平偏波アンテナ１２０とを垂直方向に距離を離して配置すると、アレイアンテナ１００の垂直方向の長さが長くなってしまう。

これに対し、第１の実施の形態が適用されるアンテナユニット１１０では、図５（ａ）に示したように、水平偏波アンテナ１２０のグランド板１２３、１２４と、垂直偏波アンテナ１３０ａ、１３０ｂのグランド板１３３、１３４との間の距離を、反射板１６０の表面に平行な方向において、反射板１６０側に近い側（他端部）が反射板１６０から遠い側（一端部）に比べ狭くしている。このことにより、アンテナユニット１１０において、垂直偏波アンテナ１３０と水平偏波アンテナ１２０とを水平方向に並べて配列しても、垂直偏波アンテナ１３０から水平偏波アンテナ１２０への影響が抑制できている。

これは、水平偏波アンテナ１２０の素子部１２１、１２２に水平偏波の送信信号を送信すると、垂直偏波アンテナ１３０ａ、１３０ｂのグランド板１３３、１３４にも電流が誘起されるが、垂直偏波アンテナ１３０ａ、１３０ｂのグランド板１３３、１３４と、水平偏波アンテナ１２０のグランド板１２３、１２４との間の距離を、反射板１６０の表面に平行な方向において、反射板１６０側に近い側（他端部）が反射板１６０から遠い側（一端部）に比べ狭くしていることにより、不要な方向への電波の放射が抑えられるためと考えられる。

図８は、水平偏波アンテナ１２０のグランド板１２３、１２４と垂直偏波アンテナ１３０ａ、１３０ｂのグランド板１３３、１３４との関係を説明する図である。ここでは、図２においてアンテナユニット１１０を垂直方向下方から見た図で説明する。図８（ａ）は、図３（ａ）と同じであって、上記において説明したアンテナユニット１１０を示している。図８（ｂ）は、グランド板１２３、１２４とグランド板１３３、１３４との関係が図８（ａ）と異なったアンテナユニット１１０を示す図である。

図８（ａ）に示すアンテナユニット１１０では、水平偏波アンテナ１２０のグランド板１２３、１２４のそれぞれの一端部は、素子部１２１、１２２に接続されている。垂直偏波アンテナ１３０ａ、１３０ｂのグランド板１３３、１３４のそれぞれの一端部は、垂直偏波アンテナ１３０ａの素子部１３１ａ、垂直偏波アンテナ１３０ｂの素子部１３１ｂに接続されている。
そして、グランド板１２３、１２４及びグランド板１３３、１３４のそれぞれの他端部は、反射板１６０の近傍において相互に接続されている。

図８（ｂ）において、水平偏波アンテナ１２０のグランド板１２３、１２４のそれぞれの一端部は、素子部１２１、１２２に接続されている。垂直偏波アンテナ１３０ａ、１３０ｂのグランド板１３３、１３４のそれぞれの一端部は、垂直偏波アンテナ１３０ａの素子部１３１ａ、垂直偏波アンテナ１３０ｂの素子部１３１ｂに接続されている。
一方、グランド板１２３、１２４及びグランド板１３３、１３４のそれぞれの他端部は、誘電体基板１４１とともに反射板１６０を貫通して、反射板１６０の裏面から突き出している。そして、これらの他端部のそれぞれに、配線（不図示）が接続されている。
なお、グランド板１２３、１２４及びグランド板１３３、１３４のそれぞれの他端部が、反射板１６０に接続されてもよい。

図８（ｂ）に示す場合であっても、水平偏波アンテナ１２０のグランド板１２３、１２４と、垂直偏波アンテナ１３０ａ、１３０ｂのグランド板１３３、１３４との間の距離を、反射板１６０の表面に平行な方向において、反射板１６０側に近い側（他端部）が反射板１６０から遠い側（一端部）に比べ狭くしている。

図８（ｃ）において、水平偏波アンテナ１２０のグランド板１２３、１２４のそれぞれの一端部は、素子部１２１、１２２に接続されている。垂直偏波アンテナ１３０ａ、１３０ｂのグランド板１３３、１３４のそれぞれの一端部は、垂直偏波アンテナ１３０ａの素子部１３１ａ、垂直偏波アンテナ１３０ｂの素子部１３１ｂに接続されている。
一方、グランド板１３３の他端部はグランド板１２３の長さ方向における中間の位置に、グランド板１３４の他端部はグランド板１２４の長さ方向における中間の位置に接続されている。
図８（ｃ）に示す場合であっても、水平偏波アンテナ１２０のグランド板１２３、１２４と、垂直偏波アンテナ１３０ａ、１３０ｂのグランド板１３３、１３４との間の距離を、反射板１６０の表面に平行な方向において、反射板１６０側に近い側（他端部）が反射板１６０から遠い側（一端部）に比べ狭くしている。

図８（ｂ）、（ｃ）に示したアンテナユニット１１０、このアンテナユニット１１０を用いたアレイアンテナ１００及びこのアレイアンテナ１００を用いたセクタアンテナ１０において、垂直偏波アンテナ１３０と水平偏波アンテナ１２０とを水平方向に並べて配列しても、垂直偏波アンテナ１３０から水平偏波アンテナ１２０への影響が抑制できている。
なお、水平偏波の指向性などにより、用いるアンテナユニット１１０の構成を選択すればよい。

第１の実施の形態が適用されるアンテナユニット１１０では、水平偏波アンテナ１２０と垂直偏波アンテナ１３０ａ、１３０ｂとを水平方向に並べて配置できるので、アレイアンテナ１００の垂直方向の長さを短くできる。

なお、第１の実施の形態が適用されるアンテナユニット１１０では、１個の水平偏波アンテナ１２０に対して、２個の垂直偏波アンテナ１３０ａ、１３０ｂを組み合わせたが、１個の水平偏波アンテナ１２０に対して１個の垂直偏波アンテナ１３０（垂直偏波アンテナ１３０ａ、１３０ｂのいずれか）を組み合わせてもよい。この場合、アレイアンテナ１００において、水平偏波アンテナ１２０に垂直偏波アンテナ１３０ａ、１３０ｂのいずれかを交互に組み合わせてもよい。

［第２の実施の形態］
第１の実施の形態が適用されるアンテナユニット１１０は、複数の誘電体基板（誘電体基板１４１、１４２ａ、１４２ｂ）上の導体パタン（素子部１２１、１２２、１３１ａ、１３１ｂ、１３２ａ、１３２ｂ、グランド板１２３、１２４、１３３、１３４、マイクロストリップ線路１２６、１３５、１３６）によって構成されていた。
これに対して、第２の実施の形態が適用されるアンテナユニット１１０は、誘電体基板を用いず、導体板によって構成されている。
以下では、第１の実施の形態と異なるアンテナユニット１１０を説明し、他の同じ部分の説明を省略する。

図９は、第２の実施の形態が適用されるアンテナユニット１１０の一例を説明する図である。図３と同様に、図９（ａ）は図２においてアンテナユニット１１０を垂直方向下方から見た図、図９（ｂ）は垂直方向上方から見た図、図９（ｃ）は水平方向右方から見た図である。
図９（ａ）、図９（ｂ）では、主に水平偏波を送受信する水平偏波アンテナ２２０が見える。一方、図９（ｃ）では、主に垂直偏波を送受信する垂直偏波アンテナ２３０ａが見える。

図９（ａ）、（ｂ）、（ｃ）により、水平偏波を送受信する水平偏波アンテナ２２０を説明する。
図９（ａ）に示すように、水平偏波アンテナ２２０は、導体板で構成されてダイポールアンテナの一方を構成する素子部２２１を備えている。素子部２２１の一端部は、導体板２２３の一端部に接続されている。導体板２２３の他端部は、反射板１６０を貫通して、反射板１６０の裏面から突き出している。
図９（ｂ）に示すように、水平偏波アンテナ２２０は、導体板で構成されてダイポールアンテナの他方を構成する素子部２２２を備えている。素子部２２２の一端部は、導体板２２４の一端部に接続されている。導体板２２４の他端部は、反射板１６０を貫通して、反射板１６０の裏面から突き出している。
そして、図９（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、素子部２２１の一端部と素子部２２２の一端部とは、垂直方向に予め定められた距離で対向している。導体板２２３と導体板２２４とは、平行二線線路を構成している。

図９（ａ）、（ｂ）、（ｃ）により、垂直偏波を送受信する垂直偏波アンテナ２３０ａ、２３０ｂを説明する。
図９（ｃ）に示すように、垂直偏波アンテナ２３０ａは、導体板で構成されてダイポールアンテナの一方を構成する素子部２３１ａを備えている。素子部２３１ａの一端部は、導体板２３４の一端部に接続されている。図９（ａ）、（ｃ）に示すように、素子部２３１ａと導体板２３４とは、Ｌ字状に構成されている。
また、垂直偏波アンテナ２３０ａは、導体板で構成されてダイポールアンテナの他方を構成する素子部２３２ａを備えている。素子部２３２ａの一端部は、導体板２３６の一端部に接続されている。導体板２３６の他端部は、反射板１６０を貫通して、反射板１６０の裏面から突き出している。
図９（ｂ）、（ｃ）に示すように、素子部２３２ａと導体板２３６とは、Ｌ字状に構成されている。

そして、図９（ａ）に示すように、導体板２３４の他端部は、水平偏波アンテナ２２０の導体板２２３と接続され、反射板１６０を貫通して、反射板１６０の裏面から突き出している。
一方、図９（ｂ）、（ｃ）に示すように、導体板２３６と導体板２３４とは予め定められた距離で対向して平行二線線路を構成している。

垂直偏波アンテナ２３０ｂも、垂直偏波アンテナ２３０ａと同様に構成されている。そして、垂直偏波アンテナ２３０ｂにおける導体板２３３の他端部も、水平偏波アンテナ２２０の導体板２２３と接続され、反射板１６０を貫通して、反射板１６０の裏面から突き出している。
そして、垂直偏波アンテナ２３０ｂにおいても、導体板２３５と導体板２３３とは予め定められた距離で対向して平行二線を構成している。

以上説明したように、水平偏波アンテナ２２０の素子部２２１、垂直偏波アンテナ２３０ａの素子部２３１ａ、垂直偏波アンテナ２３０ｂの素子部２３２ｂ、水平偏波アンテナ２２０の導体板２２３、垂直偏波アンテナ２３０ａの導体板２３４、垂直偏波アンテナ２３０ｂの導体板２３３は、連続している。
また、水平偏波アンテナ２２０の素子部２２２と導体板２２４とは連続している。そして、垂直偏波アンテナ２３０ａの素子部２３２ａと導体板２３６とは連続している。さらに、垂直偏波アンテナ２３０ｂの素子部２３１ｂと導体板２３５とは連続している。
導体板２２４、２３５、２３６は、反射板１６０と電気的に接続されないように、反射板１６０に設けた開口に埋め込まれた誘電体（電気的絶縁体）を介して固定されている。また、反射板１６０に設けた開口に誘電体を介して固定されてもよい。

そして、第２の実施の形態が適用されるアンテナユニット１１０では、水平偏波アンテナ２２０において、導体板２２３と導体板２２４とが平行二線線路を構成する。垂直偏波アンテナ２３０ａにおいて、導体板２３４と導体板２３６とが平行二線線路を構成する。さらに、垂直偏波アンテナ２３０ｂにおいて、導体板２３３と導体板２３５とが平行二線を構成する。
よって、第１の実施の形態において説明したバランス−アンバランス変換器（バラン）を用いなくてもよい。
なお、水平偏波アンテナ２２０の導体板２２３と導体板２２４との間、垂直偏波アンテナ２３０ａの導体板２３４と導体板２３６との間、垂直偏波アンテナ２３０ｂの導体板２３３と導体板２３５との間は、予め定められた距離に維持されればよく、空気層で隔てられていてもよい。また、誘電体によるスペーサを予め定められた位置に設けて予め定められた距離を維持するようにしてもよい。

さらに、図９においては、素子部２２１、２２２、２３１ａ、２３１ｂ、２３２ａ、２３２ｂ、導体板２２３、２２４、２３３、２３４、２３５、２３６は、幅を有する導体板として説明した。しかし、これらは棒状又は線状の部材で構成されてもよい。

図９に示した第２の実施の形態が適用されるアンテナユニット１１０は、第１の実施の形態において、図３に示したアンテナユニット１１０の導体パタンと同様な形状である。よって、第１の実施の形態のアンテナユニット１１０と同様に、図９に示した第２の実施の形態が適用されるアンテナユニット１１０、このアンテナユニット１１０を用いたアレイアンテナ１００及びこのアレイアンテナ１００を用いたセクタアンテナ１０においても、水平偏波の指向性への垂直偏波の影響が抑制される。
また、水平偏波アンテナ２２０と垂直偏波アンテナ２３０ａ、２３０ｂとを水平方向に並行に配置することができるので、アレイアンテナ１００の垂直方向の長さを短くできる。

さらに、第２の実施の形態が適用されるアンテナユニット１１０に、図４に示した第１の実施の形態におけるアンテナユニット１１０に対する無給電素子１５１、１５２ａ、１５２ｂ、１５３ａ、１５３ｂなどを適用してもよい。
さらにまた、第２の実施の形態が適用されるアンテナユニット１１０の垂直偏波アンテナ２３０ａ、２３０ｂの導体板２３３、２３４に、図８（ｂ）、（ｃ）に示した形状を適用してもよい。

１…基地局アンテナ、２…セル、３、３−１〜３−３…セクタ、１０、１０−１〜１０−３…セクタアンテナ、１１…メインローブ、２０…鉄塔、３１、３２…送受信ケーブル、１００…アレイアンテナ、１１０、１１０−１〜１１０−３…アンテナユニット、１２０、２２０…水平偏波アンテナ、１２１、１２２、１３１ａ、１３１ｂ、１３２ａ、１３２ｂ、２２１、２２２、２３１ａ、２３１ｂ、２３２ａ、２３２ｂ…素子部、１２３、１２４、１３３、１３４…グランド板、１２６、１３５、１３６…マイクロストリップ線路、１３０、１３０ａ、１３０ｂ、１７０ａ、１７０ｂ、２３０ａ、２３０ｂ…垂直偏波アンテナ、１５１、１５２ａ、１５２ｂ、１５３ａ、１５３ｂ…無給電素子、１６０…反射板、２２３、２２４、２３３、２３４、２３５、２３６…導体板、５００…レドーム

Claims (5)

1. 反射板と、
   前記反射板から予め定められた第１の距離に先端を結ぶ線分が当該反射板に平行に設けられ、予め定められた周波数帯における第１の偏波を送受信する第１のダイポールアンテナと、
   前記反射板に対して前記第１のダイポールアンテナの設けられた側において、当該反射板から予め定められた第２の距離に先端を結ぶ線分が当該反射板に平行に設けられ、前記周波数帯において、前記第１の偏波と直交する第２の偏波を送受信する第２のダイポールアンテナと、
   前記第１のダイポールアンテナから前記反射板に向かって、当該反射板に対して垂直に設けられる第１の導体と、
   前記第２のダイポールアンテナから前記反射板に向かって、当該反射板に対して斜めに設けられ、前記第１の導体との間隔が当該反射板に近い側が遠い側に比べて狭い、第２の導体と、を備え、
   前記第１の導体と前記第２の導体とが前記反射板側において連続し、
   前記第２のダイポールアンテナの中央部が、前記第１のダイポールアンテナの一方の先端に近接して配置されていることを特徴とするアンテナ。
2. 前記第１のダイポールアンテナ又は前記第２のダイポールアンテナに対応した無給電素子をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ。
3. 前記反射板から予め定められた第３の距離に先端を結ぶ線分が当該反射板に平行に設けられ、前記第２の偏波を送受信する第３のダイポールアンテナと、
   前記第３のダイポールアンテナから前記反射板に向かって、当該反射板に対して斜めに設けられ、前記第１の導体との間隔が当該反射板に近い側が遠い側に比べて狭い、第３の導体と、をさらに備え、
   前記第１の導体と前記第３の導体とが前記反射板側において連続し、
   前記第３のダイポールアンテナの中央部が、前記第１のダイポールアンテナの他方の先端に近接して配置されていることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ。
4. 前記第１のダイポールアンテナ、前記第２のダイポールアンテナ又は前記第３のダイポールアンテナに対応した無給電素子をさらに備えることを特徴とする請求項３に記載のアンテナ。
5. 反射板と、当該反射板から予め定められた第１の距離に先端を結ぶ線分が当該反射板に平行に設けられ、予め定められた周波数帯における第１の偏波を送受信する第１のダイポールアンテナと、当該反射板に対して当該第１のダイポールアンテナの設けられた側において、当該反射板から予め定められた第２の距離に先端を結ぶ線分が当該反射板に平行に設けられ、当該周波数帯において、当該第１の偏波と直交する第２の偏波を送受信する第２のダイポールアンテナと、当該第１のダイポールアンテナから当該反射板に向かって、当該反射板に対して垂直に設けられる第１の導体と、当該第２のダイポールアンテナから当該反射板に向かって、当該反射板に対して斜めに設けられ、当該第１の導体との間隔が当該反射板に近い側が遠い側に比べて狭い、第２の導体と、を有するアンテナを、複数配列したアレイアンテナと、
   前記アレイアンテナを収納するレドームと、を備え、
   前記アレイアンテナにおける前記アンテナは、
   前記第１の導体と前記第２の導体とが前記反射板側において連続し、
   前記第２のダイポールアンテナの中央部が、前記第１のダイポールアンテナの一方の先端に近接して配置されていることを特徴とするセクタアンテナ。

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