JP5745582B2 - 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、電波を送受信する方向に対応して設定されたセクタ毎に電波を送受信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、反射板と、前記反射板と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、最も高い周波数の電波を放射するダイポール素子と前記反射板との間隔が最も小さく、最も低い周波数の電波を放射するダイポール素子と前記反射板との間隔が最も大きくなるように、前記反射板に対して傾斜して配置される多周波共用アンテナが記載されている。

特許文献２には、２つの異なる偏波に適用する個別のアンテナユニットを複数の周波帯域のそれぞれについて設けた周波数共用偏波共用アンテナ装置であって、前記各アンテナユニットのアンテナ素子として折り返しダイポールアンテナ素子を用いた周波数共用偏波共用アンテナ装置が記載されている。

特開２００６−２２９３３７号公報 特開２０１３−３８６３６号公報

ところで、アンテナには、異なる周波数帯の電波を送受信ができることが求められることがある。その際、第１の周波数帯の電波の送受信により他の周波数帯における指向性などに対する影響が少ないことが求められる。
本発明の目的は、複数の周波数帯の電波の送受信にて、第１の周波数帯の電波の送受信による他の周波数帯における指向性などに対する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の距離に設けられ、第１の周波数帯の電波を送受信する、第１の誘電体基板上に構成された第１のダイポールアンテナと、反射板の第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の距離に設けられ、第１の周波数帯より高い第２の周波数帯の電波を送受信する、第２の誘電体基板上に構成された第２のダイポールアンテナと、を備え、第１のダイポールアンテナは、第１の周波数帯の電波を送受信する２つの素子部と、２つの素子部のそれぞれから前記反射板に向けて垂直に設けられ、反射板に近い側と遠い側とで間隔が同じ２つの導体と、を有し、第２のダイポールアンテナは、第２の周波数帯の電波を送受信する他の２つの素子部と、他の２つの素子部のそれぞれから反射板に向けて斜めに設けられ、反射板に近い側が遠い側に比べて間隔が広い他の２つの導体と、を有することを特徴とする。

そして、反射板の第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３の距離に設けられ、第１のダイポールアンテナと交差する偏波の電波を送受信する、第３の誘電体基板上に構成された第３のダイポールアンテナと、反射板の第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４の距離に設けられ、第２のダイポールアンテナと交差する偏波の電波を送受信する、第４の誘電体基板上に構成された第４のダイポールアンテナと、の少なくともいずれか一方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、この構成を有しない場合に比べ、偏波を共用にできる。

さらに、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。

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の距離に設けられ、第１の周波数帯の電波を送受信する、第１の誘電体基板上に構成された第１のダイポールアンテナと、反射板の第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の距離に設けられ、第１の周波数帯より高い第２の周波数帯の電波を送受信する、第２の誘電体基板上に構成された第２のダイポールアンテナと、を含むアンテナを、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、アンテナにおける第１のダイポールアンテナは、第１の周波数帯の電波を送受信する２つの素子部と、２つの素子部のそれぞれから反射板に向けて垂直に設けられ、反射板に近い側と遠い側とで間隔が同じ２つの導体と、を有し、アンテナにおける第２のダイポールアンテナは、第２の周波数帯の電波を送受信する他の２つの素子部と、他の２つの素子部のそれぞれから反射板に向けて斜めに設けられ、反射板に近い側が遠い側に比べて間隔が広い他の２つの導体と、を有することを特徴とする。
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、複数の周波数帯の電波を送受信するアンテナにおいて、一の周波数帯の電波の送受信による他の周波数帯における指向性などに対する影響を抑制しつつ小型化できる。

第１の実施の形態が適用される移動体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。 第１の実施の形態が適用され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低周波垂直偏波アンテナ及び高周波垂直偏波アンテナの一例を説明する図である。（ａ）は図２において低周波垂直偏波アンテナを水平方向右方から見た図、（ｂ）は図２において高周波垂直偏波アンテナを水平方向右方から見た図である。 第１の実施の形態が適用されるセクタアンテナの変形例を説明する図である。 第２の実施の形態が適用されるセクタアンテナの構成の一例を説明する図である。 第２の実施の形態が適用されるセクタアンテナの変形例を説明する図である。 第２の実施の形態が適用されるアレイアンテナの低周波数帯の垂直偏波に対する水平面内における指向性の一例を説明する図である。（ａ）は、アレイアンテナを説明する図であって、（ｂ）は（ａ）に示したアレイアンテナの低周波数帯の垂直偏波に対する水平面内における指向性を示す図である。 第２の実施の形態を適用しないアレイアンテナの低周波数帯の垂直偏波に対する水平面内における指向性の一例を説明する図である。（ａ）は、アレイアンテナを説明する図であって、（ｂ）は（ａ）に示したアレイアンテナの低周波数帯の垂直偏波に対する水平面内における指向性を示す図である。

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体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（ビーム）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）が例えば円筒状であって、その円筒の中心軸が大地に対して垂直（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つの周波数帯の異なる信号を送受信できる周波数共用であるとし、送受信ケーブル３１は低い側の周波数帯（第１の周波数帯の一例としての低周波数帯）の信号に対応し、送受信ケーブル３２は高い側の周波数帯（第２の周波数帯の一例としての高周波数帯）の信号に対応する。
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つの周波数の信号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、アレイアンテナ１００＞
図２は、第１の実施の形態が適用されるセクタアンテナ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、垂直方向に配列されたアンテナユニット１１０−１、１１０−２、１１０−３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。
アンテナユニット１１０−１、１１０−２、１１０−３は、垂直方向に予め定められた間隔Ｐ_Ｌで並べられている。
レドーム５００は、例えば円筒状であって、壁部５０１、蓋部５０２、底部５０３を備え、壁部５０１、蓋部５０２、底部５０３で囲まれた内部に、アレイアンテナ１００を格納している。

＜アンテナユニット１１０＞
アンテナユニット１１０は、低周波数帯の垂直偏波を送受信する２個の低周波垂直偏波アンテナ１２０ａ、１２０ｂと、高周波数帯の垂直偏波を送受信する２個の高周波垂直偏波アンテナ１３０ａ、１３０ｂとを備えている。なお、「低周波」及び「高周波」の用語は、２種類のアンテナを区別するために使用する。

低周波垂直偏波アンテナ１２０ａ、１２０ｂは、低周波数帯の垂直偏波の送受信に設定された反射板である低周波反射板１５０の表面側に設けられている。低周波反射板１５０は、反射板の一例である。
低周波反射板１５０は、図２においては、複数のアンテナユニット１１０（図２ではアンテナユニット１１０−１、１１０−２、１１０−３）において連続している。ここでは、図２に示すように、低周波反射板１５０が複数のアンテナユニット１１０の間で連続していても、アンテナユニット１１０毎に設けられているとする。
低周波反射板１５０は、アンテナユニット１１０の間で連続している状態において、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って、例えばアルミニウム、アルミニウム合金、銅などの導電性材料により構成されている。

高周波垂直偏波アンテナ１３０ａ、１３０ｂは、低周波反射板１５０の表面側に設けられた高周波数帯の垂直偏波の送受信に設定された反射板である高周波反射板１６０の表面（低周波反射板１５０から遠い側の面）側に設けられている。垂直偏波とは、電界の振動方向が大地に対して垂直方向である偏波であり、水平偏波とは、電界の振動方向が大地に対して水平方向である偏波である。
高周波反射板１６０は、図２においては、低周波反射板１５０の水平方向（幅方向）の中央部に、アンテナユニット１１０毎に設けられている。高周波反射板１６０も、板状の部材であって、例えばアルミニウム、アルミニウム合金、銅などの導電性材料により構成されている。
なお、低周波反射板１５０が高周波反射板１６０を兼ねてもよい。すなわち、高周波反射板１６０を設けなくともよい。

低周波垂直偏波アンテナ１２０ａ、１２０ｂは、それぞれが高周波反射板１６０の幅方向（水平方向）の両端部に、高周波反射板１６０を挟むように設けられている。
一方、高周波垂直偏波アンテナ１３０ａ、１３０ｂは、高周波反射板１６０の表面（低周波反射板１５０から遠い側の面）上に、垂直方向に並べて設けられている。
なお、低周波垂直偏波アンテナ１２０ａ、１２０ｂは構成が同じであるので、それぞれを区別しないときは、低周波垂直偏波アンテナ１２０と標記する。同様に、高周波垂直偏波アンテナ１３０ａ、１３０ｂも構成が同じであるので、それぞれを区別しないときは、高周波垂直偏波アンテナ１３０と標記する。

アレイアンテナ１００の垂直方向において、低周波垂直偏波アンテナ１２０は、アンテナユニット１１０が並べられた間隔Ｐ_Ｌにて配列されている。この間隔Ｐ_Ｌは、低周波数帯の電波の送受信におけるセクタアンテナ１０に求められる特性で設定される。
また、アレイアンテナ１００の垂直方向において、高周波垂直偏波アンテナ１３０は、間隔Ｐ_Ｈにて配列されている。この間隔Ｐ_Ｈは、高周波数帯の電波の送受信におけるセクタアンテナ１０に求められる特性で設定される。
ここでは、間隔Ｐ_Ｌが間隔Ｐ_Ｈの２倍であるとして説明する。なお、間隔Ｐ_Ｌが間隔Ｐ_Ｈの２倍未満であってもよく、２倍超であってもよい。

低周波垂直偏波アンテナ１２０と高周波垂直偏波アンテナ１３０とをそれぞれ垂直方向に並べるとともに、低周波垂直偏波アンテナ１２０と高周波垂直偏波アンテナ１３０とを垂直方向に交差する方向（斜めの方向）に並べることで、周波数共用のアンテナユニット１１０、アレイアンテナ１００、セクタアンテナ１０を小型に構成することができる。

低周波反射板１５０は、図２においては、平板であるが、水平方向の両端部が表面側又は裏面側に折り曲げられていてもよい。
また、高周波反射板１６０は、図２においては、アンテナユニット１１０毎に設けられているが、低周波反射板１５０と同様に、複数のアンテナユニット１１０間で連続していてもよい。また、高周波反射板１６０は、低周波反射板１５０と同様に、平板であるが、水平方向の両端部が表面側又は裏面側に折り曲げられていてもよい。さらに、水平方向の両端部に別の導電性材料により構成された板状部材が垂直方向に沿って設置されていてもよい。

低周波垂直偏波アンテナ１２０は、ダイポールアンテナを構成する２個の素子部１２１、１２２（後述する図３参照）が垂直方向に直線上に並ぶように配置されている。そして、素子部１２１、１２２それぞれから反射板に向けて設けられている導体１２３、１２４（後述する図３参照）は、低周波反射板１５０に向けて垂直に設けられている。
高周波垂直偏波アンテナ１３０は、ダイポールアンテナを構成する２個の素子部１３１、１３２（後述する図３参照）が、低周波垂直偏波アンテナ１２０と同様に、垂直方向に直線状に並ぶように配置されている。素子部１３１、１３２それぞれから反射板に向けて設けられている導体１３３、１３４（後述する図３参照）は、低周波垂直偏波アンテナ１２０と異なって、高周波反射板１６０に近づくほど互いが離れていくように、高周波反射板１６０に向けて設けられている。

なお、導体１２３、１２４は、低周波反射板１５０又は高周波反射板１６０に接続されてもよい。
また、導体１３３、１３４は、高周波反射板１６０に接続されてもよい。
さらに、高周波反射板１６０は、低周波反射板１５０に接続（固定）されてもよい。

＜低周波垂直偏波アンテナ１２０及び高周波垂直偏波アンテナ１３０＞
図３は、第１の実施の形態が適用される低周波垂直偏波アンテナ１２０及び高周波垂直偏波アンテナ１３０の一例を説明する図である。図３（ａ）は図２において低周波垂直偏波アンテナ１２０を水平方向右方から見た図、図３（ｂ）は図２において高周波垂直偏波アンテナ１３０を水平方向右方から見た図である。
図３（ａ）の低周波垂直偏波アンテナ１２０は、低周波垂直偏波アンテナ１２０ａ、１２０ｂのいずれであってもよい。前述したように、これらは同形である。同様に、図３（ｂ）の高周波垂直偏波アンテナ１３０は、高周波垂直偏波アンテナ１３０ａ、１３０ｂのいずれであってもよい。前述したように、これらは同形である。

低周波垂直偏波アンテナ１２０及び高周波垂直偏波アンテナ１３０において、低周波反射板１５０及び高周波反射板１６０を除く部分は、一例として誘電体材料で構成された誘電体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とする。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、導電性材料である銅などの金属箔によって導体パタンが形成されているとする。
図３（ａ）、（ｂ）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。
なお、図２（後述する図４〜図６、図７（ａ）、図８（ａ））においては、導体パタンのみを示している。

図３（ａ）により、低周波垂直偏波アンテナ１２０を説明する。低周波垂直偏波アンテナ１２０は、誘電体基板１４１の表面上に構成された長方形の導体パタンにより構成され、その長手方向が直線上に並ぶように設けられた第１のダイポールアンテナの一例としての素子部１２１、１２２を備えている。素子部１２１、１２２は、ダイポールアンテナを構成する。
また、低周波垂直偏波アンテナ１２０は、誘電体基板１４１の表面上に設けられた導体パタンにより構成され、それぞれの一端部が素子部１２１、１２２の対向するそれぞれの部分に接続される導体１２３、１２４を備えている。
そして、導体１２３、１２４のそれぞれの他端部は、低周波反射板１５０に向って垂直に延びて、誘電体基板１４１とともに低周波反射板１５０を貫通して低周波反射板１５０の裏面から突き出している。
すなわち、素子部１２１と導体１２３とは連続した導体パタンにより構成され、素子部１２２と導体１２４とは連続した導体パタンにより構成されている。
なお、導体１２３、１２４及び誘電体基板１４１は、低周波反射板１５０を貫通していなくてもよい。

そして、導体１２３、１２４の他端部は、低周波反射板１５０の裏面側にて、給電線（不図示）に接続されている。なお、導体１２３、１２４の他端部は、低周波反射板１５０の近傍において互いに接続されていてもよい。
図示しないが、誘電体基板１４１及び導体１２３、１２４は、低周波反射板１５０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、導体１２３、１２４と低周波反射板１５０とが接触しないようになっている。
なお、誘電体基板１４１及び導体１２３、１２４は、低周波反射板１５０に接触していてもよい。

ここでは、図示しないが、誘電体基板１４１の裏面には、低周波垂直偏波アンテナ１２０に低周波数帯の信号を供給する導体パタンが設けられている。この導体パタンは、導体１２３、１２４とともに、マイクロストリップラインを構成するだけでなく、バランス−アンバランス変換器も構成している。

素子部１２１、１２２の長手方向の両外端間は、長さＷ_Ｌに設定されている。そして、低周波反射板１５０の表面から素子部１２１、１２２の短手方向の中央までは、第１の距離の一例としての高さＨ_Ｌに設定されている。

次に、図３（ｂ）により、高周波垂直偏波アンテナ１３０を説明する。高周波垂直偏波アンテナ１３０は、誘電体基板１４２の表面上に構成された長方形の導体パタンにより構成され、その長手方向が直線上に並ぶように設けられた第２のダイポールアンテナの一例としての素子部１３１、１３２を備えている。素子部１３１、１３２は、ダイポールアンテナを構成する。
また、高周波垂直偏波アンテナ１３０は、誘電体基板１４２の表面上に設けられた導体パタンにより構成され、それぞれの一端部が素子部１３１、１３２の対向するそれぞれの部分に接続される導体１３３、１３４を備えている。
そして、導体１３３、１３４のそれぞれの他端部は、高周波反射板１６０に近づくにしたがって、高周波反射板１６０に向かって距離が互いに離れるように、延びている。導体１３３、１３４のそれぞれの他端部は、誘電体基板１４２とともに高周波反射板１６０を貫通して高周波反射板１６０の裏面から突き出している。
すなわち、素子部１３１と導体１３３とは連続した導体パタンにより構成され、素子部１３２と導体１３４とは連続した導体パタンにより構成されている。

そして、導体１３３、１３４の他端部は、高周波反射板１６０の裏面側にて、給電線（不図示）に接続されている。
図示しないが、誘電体基板１４２及び導体１３３、１３４は、高周波反射板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、導体１３３、１３４と高周波反射板１６０とが接触しないようになっている。
なお、誘電体基板１４２及び導体１３３、１３４は、高周波反射板１６０に接触していてもよい。
また、導体１３３、１３４のそれぞれの他端部及び誘電体基板１４２は、高周波反射板１６０を貫通していなくてもよい。その場合、高周波反射板１６０の表面側にて、給電線（不図示）に接続される。

ここでは、図示しないが、誘電体基板１４２の裏面には、高周波垂直偏波アンテナ１３０に高周波数帯の信号を供給する導体パタンが設けられている。この導体パタンは、導体１３３、１３４とともに、マイクロストリップラインを構成するだけでなく、バランス−アンバランス変換器も構成している。

なお、素子部１３１、１３２の長手方向の両外端間は、長さＷ_Ｈに設定されている。そして、高周波反射板１６０の表面から素子部１３１、１３２の短手方向の中央までは、高さＨ_Ｈに設定されている。さらに、導体１３３、１３４のそれぞれの導体パタンの対向する部分の高周波反射板１６０の表面に平行な方向における間隔（ギャップ）は、素子部１３１、１３２に接続する側において間隔Ｄ_Ｔ、高周波反射板１６０に近い側において間隔Ｄ_Ｂに設定されている。そして、高周波反射板１６０に近い側の間隔Ｄ_Ｂは、素子部１３１、１３２に接続する側（高周波反射板１６０に遠い側）における間隔Ｄ_Ｔに比べて大きく構成されている（Ｄ_Ｂ＞Ｄ_Ｔ）。
ここで、低周波反射板１５０の表面から素子部１３１、１３２の短手方向の中央までの高さが第２の距離の一例である。

ダイポールアンテナでは、多くの場合、給電する際に通過する導体部（図３（ａ）の導体１２３、１２４、図３（ｂ）の導体１３３、１３４に対応する部分）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、低周波垂直偏波アンテナ１２０に給電する際に通過する導体１２３、１２４は、低周波反射板１５０に対して垂直に設けられている。すなわち、導体１２３と導体１２４との、低周波反射板１５０の表面に平行な方向における間隔は、素子部１２１、１２２に接続する側（低周波反射板１５０に遠い側）と低周波反射板１５０に近い側とで差を設けていない。
これに対して、高周波垂直偏波アンテナ１３０の給電する際に通過する導体１３３、１３４は、高周波反射板１６０に対して斜めに設けられている。すなわち、導体１３３と導体１３４との高周波反射板１６０の表面に平行な方向における間隔は、素子部１３１、１３２に接続する側（高周波反射板１６０に遠い側）の間隔Ｄ_Ｔと高周波反射板１６０に近い側の間隔Ｄ_Ｂとで差を設け、間隔Ｄ_Ｂが間隔Ｄ_Ｔより大きくなるように設定している。つまり、導体１３３、１３４は、素子部１３１、１３２に接続する側（高周波反射板１６０に遠い側）から高周波反射板１６０に近い側にいくにしたがって、互いに離れるように逆Ｖ字状に構成されている。

なお、低周波垂直偏波アンテナ１２０の導体１２３、１２４は、低周波反射板１５０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。

図４は、第１の実施の形態が適用されるセクタアンテナ１０の変形例を説明する図である。セクタアンテナ１０は、無給電素子を付加して構成されている。無給電素子は、インピーダンスを広い周波数帯域でマッチングさせ、アンテナユニット１１０、アレイアンテナ１００及びセクタアンテナ１０の指向性及び電圧定在波比（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、低周波垂直偏波アンテナ１２０ａが設けられた低周波反射板１５０の表面側において、低周波垂直偏波アンテナ１２０ａから低周波反射板１５０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（ａ）参照）に沿うように、無給電素子１７１ａが設けられている。また、低周波垂直偏波アンテナ１２０ｂに対しても、低周波垂直偏波アンテナ１２０ａと同様に、無給電素子１７１ｂ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、低周波反射板１５０の表面側において、低周波垂直偏波アンテナ１２０ａより水平方向の外側に、低周波反射板１５０から立ち上がるように設けられた無給電素子１７２ａを備えている。同様に、低周波垂直偏波アンテナ１２０ｂより水平方向の外側に、低周波反射板１５０から立ち上がるように設けられた無給電素子１７２ｂを備えている。

さらに、それぞれのアンテナユニット１１０は、高周波垂直偏波アンテナ１３０ａが設けられた高周波反射板１６０の表面側において、高周波垂直偏波アンテナ１３０ａから高周波反射板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１３１、１３２（図３（ｂ）参照）に沿うように、無給電素子１７３ａが設けられている。また、高周波垂直偏波アンテナ１３０ｂに対しても、高周波垂直偏波アンテナ１３０ａと同様に、無給電素子１７３ｂが設けられている。

これらの無給電素子１７１ａ、１７１ｂ、１７２ａ、１７２ｂ、１７３ａ、１７３ｂは、アンテナユニット１１０、アレイアンテナ１００及びセクタアンテナ１０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比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、無給電素子を備えなくともよい。

なお、図２に示したアンテナユニット１１０は、２個の低周波垂直偏波アンテナ１２０ａ、１２０ｂと２個の高周波垂直偏波アンテナ１３０ａ、１３０ｂとを組み合わせていた。
しかし、１個の低周波垂直偏波アンテナ１２０と２個の高周波垂直偏波アンテナ１３０ａ、１３０ｂとを組み合わせてもよく、２個の低周波垂直偏波アンテナ１２０ａ、１２０ｂと１個の高周波垂直偏波アンテナ１３０とを組み合わせてもよい。さらに、１個の低周波垂直偏波アンテナ１２０と１個の高周波垂直偏波アンテナ１３０とを組み合わせてもよい。
また、複数のアンテナユニット１１０を組み合わせてアンテナユニット１１０として、２個を超える低周波垂直偏波アンテナ１２０又は２個を超える高周波垂直偏波アンテナ１３０を備えるように構成してもよい。

さらに、ここでは垂直偏波を送受信するとしたが、低周波垂直偏波アンテナ１２０を低周波反射板１５０上にて、高周波垂直偏波アンテナ１３０を高周波反射板１６０上にて、４５°回転させることで、４５°の偏波を送受信することができる。
なお、低周波垂直偏波アンテナ１２０及び高周波垂直偏波アンテナ１３０を４５°回転させると、垂直偏波でなく、４５°偏波を送受信することになる。よって、「垂直」を「４５°」と読み替えればよい。他の角度の偏波であっても同様である。

［第２の実施の形態］
第１の実施の形態が適用されるセクタアンテナ１０は、垂直偏波を送受信できる周波数共用であった。
第２の実施の形態が適用されるセクタアンテナ１０は、周波数共用であるとともに、垂直偏波と水平偏波とを共用できる偏波共用である。
以下では、第２の実施の形態が適用されるセクタアンテナ１０は、第１の実施の形態が適用されるセクタアンテナ１０においてアンテナユニット１１０が異なる。よって、以下では、異なる部分であるアンテナユニット１１０を中心に説明し、同じ部分の説明を省略する。

＜セクタアンテナ１０、アレイアンテナ１００＞
図５は、第２の実施の形態が適用されるセクタアンテナ１０の構成の一例を説明する図である。図２と同様に、図５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、垂直方向に配列されたアンテナユニット１１０−１、１１０−２、１１０−３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５でも、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。

＜アンテナユニット１１０＞
アンテナユニット１１０は、図３に示した第１の実施の形態が適用されるアンテナユニット１１０と同様に、低周波数帯の垂直偏波を送受信する２個の低周波垂直偏波アンテナ１２０ａ、１２０ｂと、高周波数帯の垂直偏波を送受信する２個の高周波垂直偏波アンテナ１３０ａ、１３０ｂとを備えている。
さらに、アンテナユニット１１０は、低周波数帯の水平偏波を送受信する１個の低周波水平偏波アンテナ１８０と、高周波数帯の水平偏波を送受信する２個の高周波水平偏波アンテナ１９０ａ、１９０ｂとを備えている。
なお、高周波水平偏波アンテナ１９０ａ、１９０ｂをそれぞれ区別しないときは、高周波水平偏波アンテナ１９０と表記する。

低周波水平偏波アンテナ１８０は、低周波垂直偏波アンテナ１２０と同様な形状を有し、低周波垂直偏波アンテナ１２０を低周波反射板１５０上において、９０°回転させたものである。低周波水平偏波アンテナ１８０の備える素子部（図３（ａ）の素子部１２１、１２２に対応する部分）が第３のダイポールアンテナの一例である。この素子部の低周波反射板１５０からの高さが、第３の距離の一例である。
高周波水平偏波アンテナ１９０は、高周波垂直偏波アンテナ１３０と同様な形状を有し、高周波垂直偏波アンテナ１３０を高周波反射板１６０上において、９０°回転させたものである。高周波水平偏波アンテナ１９０の備える素子部（図３（ｂ）の素子部１３１、１３２に対応する部分）が第４のダイポールアンテナの一例である。この素子部の低周波反射板１５０からの高さが、第４の距離の一例である。

低周波水平偏波アンテナ１８０は、低周波反射板１５０の表面側に、２個の高周波垂直偏波アンテナ１３０ａ、１３０ｂのそれぞれの中央部（図３におけるそれぞれの素子部１２１、１２２が対向する部分）の間に設けられている。
なお、低周波垂直偏波アンテナ１２０ａ、１２０ｂを挟んで高周波反射板１６０が設けられている。よって、高周波反射板１６０に開口が設けられ、その開口を通して、低周波水平偏波アンテナ１８０の導体部（図３（ａ）の導体１２３、１２４に対応する部分）の他端部（図３参照）が低周波反射板１５０に向かって延びている。

一方、高周波水平偏波アンテナ１９０ａは、高周波反射板１６０の表面側にあって、その素子部（図３（ｂ）の素子部１３１、１３２に対応する部分）が高周波垂直偏波アンテナ１３０ａの素子部１３１、１３２と、互いに組み合うように構成されている。すなわち、高周波反射板１６０に向って見ると、高周波垂直偏波アンテナ１３０ａの素子部１３１、１３２と、高周波水平偏波アンテナ１９０ａの素子部とが、十字を構成するように組み合わされている。
高周波垂直偏波アンテナ１３０ｂと高周波水平偏波アンテナ１９０ｂとも同様に組み合わされている。

このようにすることにより、アンテナユニット１１０、アレイアンテナ１００、セクタアンテナ１０は、周波数共用に加えて偏波共用になる。
なお、高周波又は低周波のいずれか一方を偏波共用にしてもよい。

図６は、第２の実施の形態が適用されるセクタアンテナ１０の変形例を説明する図である。セクタアンテナ１０は、図５のセクタアンテナ１０に無給電素子を付加して構成されている。
それぞれのアンテナユニット１１０は、図４で示した第１の実施の形態が適用されるアンテナユニット１１０と同様に、低周波垂直偏波アンテナ１２０ａに対する無給電素子１７１ａ、低周波垂直偏波アンテナ１２０ｂに対する無給電素子１７１ｂ、低周波垂直偏波アンテナ１２０ｂ、低周波垂直偏波アンテナ１２０ａより水平方向の外側に設けられた無給電素子１７２ａ、低周波垂直偏波アンテナ１２０ｂより水平方向の外側に設けられた無給電素子１７２ｂを備えている。

さらに、それぞれのアンテナユニット１１０は、低周波水平偏波アンテナ１８０に対して、低周波垂直偏波アンテナ１２０ａに対する無給電素子１７１ａと同様な無給電素子１７４を備えている。

また、高周波垂直偏波アンテナ１３０ａと高周波水平偏波アンテナ１９０ａとが組み合わされたアンテナから、高周波反射板１６０から離れる方向に予め定められた距離の位置に、高周波垂直偏波アンテナ１３０ａの素子部１３１、１３２の方向と高周波水平偏波アンテナ１９０ａの素子部（図３（ｂ）の素子部１３１、１３２に対応する部分）の方向とに広がるように配置された十字状の無給電素子１７６ａが設けられている。
そして、高周波垂直偏波アンテナ１３０ｂと高周波水平偏波アンテナ１９０ｂとが組み合わされたアンテナに対しても、高周波垂直偏波アンテナ１３０ａと高周波水平偏波アンテナ１９０ａとが組み合わされたアンテナと同様に、十字状の無給電素子１７６ｂとが設けられている。

図７は、第２の実施の形態が適用されるアレイアンテナ１００の低周波数帯の垂直偏波に対する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の低周波数帯の垂直偏波に対する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、図６に示したアレイアンテナ１００を用いた。すなわち、アレイアンテナ１００におけるアンテナユニット１１０は、周波数共用であるとともに偏波共用である。さらに、無給電素子を備えている。
なお、図７（ｂ）に示す指向性は、低周波数帯の設計周波数ｆ_Ｌにおける計算例である。そして、低周波数帯の設計周波数ｆ_Ｌの波長をλ_Ｌ、高周波数帯の設計周波数ｆ_Ｈの波長をλ_Ｈとする。

ここでは、図３（ａ）において、低周波垂直偏波アンテナ１２０の素子部１２１、１２２の長手方向の両外端間の長さＷ_Ｌが約０．５λ_Ｌ、素子部１２１、１２２の短手方向の中央の低周波反射板１５０の表面からの高さＨ_Ｌが約０．２５λ_Ｌに設定されている。
そして、図３（ｂ）において、高周波垂直偏波アンテナ１３０の素子部１３１、１３２の長手方向の両外端間の長さＷ_Ｈが約０．５λ_Ｈ、素子部１３１、１３２の短手方向の中央の高周波反射板１６０の表面からの高さＨ_Ｈが約０．２５λ_Ｈに設定されている。
さらに、導体１３３、１３４の高周波反射板１６０に近い側における間隔Ｄ_Ｂが約０．２７λ_Ｈに設定されている。

低周波垂直偏波アンテナ１２０ａ、１２０ｂに低周波数帯の設計周波数ｆ_Ｌの垂直偏波の信号を送信し、低周波水平偏波アンテナ１８０に低周波数帯の設計周波数ｆ_Ｌの水平偏波の信号を送信するとともに、高周波垂直偏波アンテナ１３０ａ、１３０ｂに高周波数帯の設計周波数ｆ_Ｈの垂直偏波の信号を送信し、高周波水平偏波アンテナ１９０ａ、１９０ｂに高周波数帯の設計周波数ｆ_Ｈの水平偏波の信号を送信して、低周波数帯の設計周波数ｆ_Ｌの垂直偏波の水平面内における指向性をシミュレーションにより求めた。

図７（ｂ）に示すように、第２の実施の形態を適用したアレイアンテナ１００では、後述する図８（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−１７ｄＢと小さい。そして、−３ｄＢにおけるビーム幅は約９０°である。

図８は、第２の実施の形態を適用しないアレイアンテナ１００の低周波数帯の垂直偏波に対する水平面内における指向性の一例を説明する図である。図８（ａ）は、アレイアンテナ１００を説明する図であって、図８（ｂ）は図８（ａ）に示したアレイアンテナ１００の低周波数帯の垂直偏波に対する水平面内における指向性を示す図である。

図８（ａ）に示すように、第２の実施の形態を適用しないアレイアンテナ１００では、図７（ａ）に示した高周波垂直偏波アンテナ１３０ａ、１３０ｂの代わりにそれぞれ高周波垂直偏波アンテナ１３０ｃ、１３０ｄを用い、高周波水平偏波アンテナ１９０ａ、１９０ｂの代わりにそれぞれ高周波水平偏波アンテナ１９０ｃ、１９０ｄを用いている。
高周波垂直偏波アンテナ１３０ｃ、１３０ｄは、導体部（図３（ｂ）の導体１３３、１３４に対応する部分）が、高周波反射板１６０に対して垂直に設けられている。高周波水平偏波アンテナ１９０ｃ、１９０ｄも同様である。すなわち、高周波垂直偏波アンテナ１３０の導体部（図３（ｂ）の導体１３３、１３４に対応する部分）の間隔（ギャップ）は、素子部１３１、１３２に接続する側（高周波反射板１６０に遠い側）と高周波反射板１６０に近い側とで差を設けていない。
アンテナユニット１１０における他の構成は、図７（ａ）に示した第２の実施の形態を適用するアレイアンテナ１００のアンテナユニット１１０と同様である。

また、低周波垂直偏波アンテナ１２０ａ、１２０ｂ、低周波水平偏波アンテナ１８０に送信する信号、高周波垂直偏波アンテナ１３０ｃ、１３０ｄ、高周波水平偏波アンテナ１９０ｃ、１９０ｄに送信する信号は、第２の実施の形態を適用したアレイアンテナ１００
の場合と同じである。

図８（ｂ）に示すように、第２の実施の形態を適用しないアレイアンテナ１００では、図７（ｂ）の場合に比べて、サイドローブが大きく、且つバックローブが−７ｄＢと大きい。そして、−３ｄＢにおけるビーム幅は、約９０°となっている。

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、低周波数帯の周波数ｆ_Ｌの垂直偏波の水平面内の指向性に差が見られた。
図７（ａ）、図８（ａ）に示すように、低周波垂直偏波アンテナ１２０ａ、１２０ｂの構成（形状）には差がない。それにも関わらず、図７（ａ）に示す高周波垂直偏波アンテナ１３０ａ、１３０ｂと図８（ａ）に示す高周波垂直偏波アンテナ１３０ｃ、１３０ｄとの構成（形状）の差によって、低周波数帯の周波数ｆ_Ｌの垂直偏波における水平面内の指向性が影響を受けている。

図７（ａ）に示す第２の実施の形態が適用されるアンテナユニット１１０では、高周波垂直偏波アンテナ１３０（高周波垂直偏波アンテナ１３０ａ、１３０ｂ）における導体１３３、１３４は、高周波反射板１６０の表面に平行な方向において、高周波反射板１６０に近い側の間隔Ｄ_Ｂが素子部１３１、１３２に接続する側（高周波反射板１６０に遠い側）の間隔Ｄ_Ｔより大きく（広く）設定されている。
これにより、低周波垂直偏波アンテナ１２０と高周波垂直偏波アンテナ１３０とを、垂直偏波の方向に交差する方向に並べて配列しても、高周波垂直偏波アンテナ１３０による高周波数帯の周波数ｆ_Ｈの垂直偏波による、低周波数帯の周波数ｆ_Ｌの垂直偏波の水平面内の指向性への影響が抑制できている。

これは、低周波垂直偏波アンテナ１２０からの低周波数帯の周波数ｆ_Ｌの垂直偏波により、高周波垂直偏波アンテナ１３０に電流が誘起されることにより、低周波数帯の周波数ｆ_Ｌの垂直偏波の水平面内の指向性に影響が現れていると考えられる。
そして、高周波垂直偏波アンテナ１３０に誘起される電流には、高周波垂直偏波アンテナ１３０の導体１３３と導体１３４の間に発生する電界が影響すると考えられる。よって、高周波垂直偏波アンテナ１３０における導体１３３と導体１３４の間隔を広げることで電界強度を下げることが、低周波垂直偏波アンテナ１２０に誘起される電流の低減に有効であると考えられる（図３参照）。
しかし、高周波垂直偏波アンテナ１３０における素子部１３１、１３２に接続する側（高周波反射板１６０に遠い側）の導体１３３と導体１３４との間隔Ｄ_Ｔ（図３（ｂ）参照）は、高周波垂直偏波アンテナ１３０の特性により設定されるために、広げることができない。よって、高周波反射板１６０に近い側における導体１３３と導体１３４との間隔Ｄ_Ｂ（図３（ｂ）参照）を広げている。
なお、上記においては、垂直偏波について説明したが、水平偏波についても同様である。

以上においては、偏波共用のアレイアンテナ１００において説明したが、第１の実施の形態において説明した垂直偏波を送受信する周波数共用のアレイアンテナ１００においても、低周波垂直偏波アンテナ１２０と高周波垂直偏波アンテナ１３０とを、垂直偏波の方向に交差する方向に並べて配列しても、高周波垂直偏波アンテナ１３０による低周波数帯の周波数ｆ_Ｌの垂直偏波の水平面内の指向性への影響が抑制できる。

また、図７（ａ）に示すアレイアンテナ１００は、無給電素子１７１ａ、１７１ｂ、１７２ａ、１７２ｂ、１７４、１７６ａ、１７６ｂを備えている。しかし、前述したように、無給電素子は、アンテナユニット１１０のインピーダンスを広い周波数帯域でマッチングさせ、アンテナユニット１１０、アレイアンテナ１００及びセクタアンテナ１０の指向性、電圧定在波比（ＶＳＷＲ）などの特性を調整するために設けられている。よって、アンテナユニット１１０、アレイアンテナ１００及びセクタアンテナ１０が予め定められた特性を有するように、無給電素子を設ければよい。よって、無給電素子の形状、数、配置は図７（ａ）に示した構成と異なってもよい。また、無給電素子を用いなくともよい。

さらに、ここでは垂直偏波及び水平偏波を送受信するとしたが、低周波垂直偏波アンテナ１２０及び低周波水平偏波アンテナ１８０を低周波反射板１５０上にて、高周波垂直偏波アンテナ１３０及び高周波水平偏波アンテナ１９０を高周波反射板１６０上にて、４５°回転させることで、±４５°の偏波を送受信することができる。
なお、低周波垂直偏波アンテナ１２０、低周波水平偏波アンテナ１８０、高周波垂直偏波アンテナ１３０、高周波水平偏波アンテナ１９０を４５°回転させると、垂直偏波及び水平偏波でなく、±４５°の偏波を送受信することになる。よって、「垂直」、「水平」を「４５°」、「−４５°」と読み替えればよい。他の角度の偏波であっても同様である。

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、１２０ａ、１２０ｂ…低周波垂直偏波アンテナ、１２１、１２２、１３１、１３２…素子部、１２３、１２４、１３３、１３４…導体、１３０、１３０ａ、１３０ｂ、１３０ｃ、１３０ｄ…高周波垂直偏波アンテナ、１５０…低周波反射板、１６０…高周波反射板、１７１ａ、１７１ｂ、１７２ａ、１７２ｂ、１７３ａ、１７３ｂ、１７４、１７６ａ、１７６ｂ…無給電素子、１８０…低周波水平偏波アンテナ、１９０、１９０ａ、１９０ｂ、１９０ｃ、１９０ｄ…高周波水平偏波アンテナ、５００…レドーム

Claims (4)

1. 反射板と、
   前記反射板から予め定められた第１の距離に設けられ、第１の周波数帯の電波を送受信する、第１の誘電体基板上に構成された第１のダイポールアンテナと、
   前記反射板の前記第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の距離に設けられ、前記第１の周波数帯より高い第２の周波数帯の電波を送受信する、第２の誘電体基板上に構成された第２のダイポールアンテナと、を備え、
   前記第１のダイポールアンテナは、
   前記第１の周波数帯の電波を送受信する２つの素子部と、
   前記２つの素子部のそれぞれから前記反射板に向けて垂直に設けられ、当該反射板に近い側と遠い側とで間隔が同じ２つの導体と、を有し、
   前記第２のダイポールアンテナは、
   前記第２の周波数帯の電波を送受信する他の２つの素子部と、
   前記他の２つの素子部のそれぞれから前記反射板に向けて斜めに設けられ、当該反射板に近い側が遠い側に比べて間隔が広い他の２つの導体と、を有することを特徴とするアンテナ。
2. 前記反射板の前記第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３の距離に設けられ、当該第１のダイポールアンテナと交差する偏波の電波を送受信する、第３の誘電体基板上に構成された第３のダイポールアンテナと、
   前記反射板の前記第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４の距離に設けられ、前記第２のダイポールアンテナと交差する偏波の電波を送受信する、第４の誘電体基板上に構成された第４のダイポールアンテナと、の少なくともいずれか一方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. 無給電素子をさらに備えることを特徴とする請求項１又は２に記載のアンテナ。
4. 反射板と、当該反射板から予め定められた第１の距離に設けられ、第１の周波数帯の電波を送受信する、第１の誘電体基板上に構成された第１のダイポールアンテナと、当該反射板の当該第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の距離に設けられ、当該第１の周波数帯より高い第２の周波数帯の電波を送受信する、第２の誘電体基板上に構成された第２のダイポールアンテナと、を含むアンテナを、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、
   前記アンテナにおける前記第１のダイポールアンテナは、
   前記第１の周波数帯の電波を送受信する２つの素子部と、
   前記２つの素子部のそれぞれから前記反射板に向けて垂直に設けられ、当該反射板に近い側と遠い側とで間隔が同じ２つの導体と、を有し、
   前記アンテナにおける前記第２のダイポールアンテナは、
   前記第２の周波数帯の電波を送受信する他の２つの素子部と、
   前記他の２つの素子部のそれぞれから前記反射板に向けて斜めに設けられ、当該反射板に近い側が遠い側に比べて間隔が広い他の２つの導体と、を有する
   ことを特徴とするセクタアンテナ。

Images