JP5872018B1 - 偏波共用アンテナ装置 - Google Patents
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Abstract
Description
この特許文献1のアンテナ装置によれば、第1、第2のダイポールアンテナ素子の素子導体に設けた調整用導体部により垂直偏波成分と水平偏波成分の差を低減して、偏波面のくずれを補正するようにしているので、交差偏波特性や偏波間結合量特性の劣化を防止することができる。
また、通信容量の確保や通信速度の向上などの観点から、基地局アンテナ装置には水平面内ビーム幅を狭くすることが要求される傾向にある。
前記第1〜第4の2線式折返しアンテナ素子の給電点に先端がそれぞれ接続された第1〜第4の平衡2線路と、
前記第1の平衡2線路の一方の線路の基端と前記第2の平衡2線路の一方の線路の基端とが接続された第1の給電点と、
前記第2の平衡2線路の他方の線路の基端と前記第3の平衡2線路の一方の線路の基端とが接続された第2の給電点と、
前記第3の平衡2線路の他方の線路の基端と前記第4の平衡2線路の一方の線路の基端とが接続された第3の給電点と、
前記第4の平衡2線路の他方の線路の基端と前記第1の平衡2線路の他方の線路の基端とを接続した第4の給電点と、
第1、第2の平衡不平衡変換回路と、を備え、
前記第1の平衡不平衡変換回路を用いて前記第1、第3の給電点に平衡給電を行い、前記第2の平衡不平衡変換回路を用いて前記第2、第4の給電点に平衡給電を行う。
さらに、前記第1〜第4の2線式折返しアンテナは、それらの給電点を含む円周の直径が約0.45λ(λは使用周波数帯域の中心周波数の波長)となるように配列される。
前記第1〜第4の2線式折返しアンテナ素子は、相互の端部の干渉を回避するため、円弧状にかつ一端部と他端部が異径の円周上に位置するように形成される。
また、一態様として、前記第1、第2の平衡不平衡変換回路をそれぞれ第2、第3の誘電体基板にプリント形成し、この第2、第3の誘電体基板を交差結合するとともに、この交差結合した第2、第3の誘電体基板を前記第1の誘電体基板に対して鉛直に結合する。
また、一態様として、前記第1の誘電体基板には、前記第1、第2の接続端子を貫通させるための孔が打ち抜き形成される。前記孔の縁端には、打ち抜き部に存在していた金属箔からなる補強用の立上げ片が形成され、前記第1の接続端子と前記第1、第3の給電点との間、及び、前記第2の接続端子と前記第2、第4の給電点との間にそれぞれ前記立上げ片が介在される。
また、一態様として、背面に反射板を配置することができる。
図1に本発明に係る偏波共用アンテナ装置の一実施形態を示す。図1において、円形の誘電体基板1の上面には、2線式折返しダイポールアンテナ素子2〜5、平衡2線路(6a,6b)〜(9a,9b)及び接続導体10〜13が形成されている。これらは金属箔(例えば銅箔)からなり、プリント配線パターンの作成手法を用いてプリント形成されている。
なお、折り返しアンテナ素子2〜5の全長は約0.5λ(λは使用周波数帯域の中心周波数の波長)に設定されている。
接続導体10,11,12及び13は、誘電体基板1の中心部に位置し、平衡2線路(6a,6b)〜(9a,9b)における線路6a,7bの基端間、線路7a,8bの基端間、線路8a,9bの基端間、線路9a,6bの基端間にそれぞれ介在している。
接地導体141,142は、誘電体基板14の上下方向中心軸線に対して対称に形成されている。給電導体143は、接地導体141の背部において誘電体基板14の下端から上方に延びた後、横に折り曲げられて接地導体142の背部まで延びている。この給電導体143は、接地導体141,142と共に平衡不平衡変換回路(バラン)を構成している。
また、誘電体基板14には、直線状の切り欠き溝148が形成されている。この切り欠き溝148は、誘電体基板14の上下中心軸線上に位置し、該誘電体基板14の下端から給電導体143の直前位置まで延びている。
給電導体153は、接地導体151の背部において誘電体基板15の下端から上方に延びた後、横に折り曲げられて接地導体152の背部まで延びている。この線給電導体153は、接地導体151,152と共に平衡不平衡変換回路を構成している。また、切り欠き溝158は、誘電体基板15の上下中心軸線上に位置し、該誘電体基板15の上端から給電導体153の直前位置まで延びている。
また、図4に示す孔16,17,18,19の打ち抜き加工は、その加工場所にもともと存在していた金属箔を残すように実施することが可能であるので、そのような打ち抜き加工によって、図6に示すような金属箔からなる立上げ片10a,11a,12a,13aを孔16,17,18,19の縁端に形成し、この立上げ片10a,11a,12a,13aをあてがった状態で上記ハンダ付け等の接続処理を施せば、給電点接続部の機械的強度を向上することができる。
基地局用のアンテナ装置には、設置後、風等による鉄塔の振動が繰り返し伝達されることから、上記に例示したような対策を講じて、給電点接続部の機械的強度を高くすることが望ましい。。
このとき、接続端子146,147に形成された接地導体141,142及び接続端子156,157に形成された接地導体151,152が誘電体基板21の下面全域に形成された金属箔からなる接地導体(図示せず)にハンダ付け等の手段を用いて接続され、また、図2に示す給電導体143の下端及び図3に示す給電導体153の下端が誘電体基板21の表面にプリント形成された金属箔からなる+45°偏波用給電線路導体及び−45°偏波用給電線路導体(共に図示せず)にハンダ付け等の手段を用いて接続される。
また、本実施形態に係る偏波共用アンテナ装置ANは、必要に応じて垂直方向Vに所定の間隔をおいて複数個配列される。図示の例では、図面の簡素化を図るために配列段数を2としているが、一般的には配列段数(アレイ数)を3以上に設定することが多い。
図1において、接続導体10,12の中央部は第1の給電点を構成し(図8の黒丸P1,P2参照)、接続導体11,13の中央部は第2の給電点を構成している(図9
の黒丸P3,P4参照)。
この給電により線路6a,7bに図8に示す方向の電流が流れるとともに、その電流とは逆向きの電流が線路6b,7aに生起される。その結果、折返しダイポールアンテナ素子2が90°方向に励振されるとともに、折返しダイポールアンテナ素子3が0°方向に励振される。一方、線路6b,7aに生起された電流はそれぞれ線路9a,8bを進み、それに伴ってその電流とは逆向きの電流が線路9b,8aに生起される。その結果、折返しダイポールアンテナ素子5が0°方向に励振されるとともに、折返しダイポールアンテナ素子4が90°方向に励振される。
上記のように折返しダイポールアンテナ素子2〜5が励振されると、それらの励振方向の合成によって+45°偏波が発生することになる。
この給電により線路6b,9aに図9に示す方向の電流が流れるとともに、その電流とは逆向きの電流が線路6a,9bに生起される。その結果、折返しダイポールアンテナ素子2が270°方向に励振されるとともに、折返しダイポールアンテナ素子5が0°方向に励振される。一方、線路6a,9bに生起された電流はそれぞれ線路7b,8aを進み、それに伴ってその電流とは逆向きの電流が線路7a,8bに生起される。その結果、折返しダイポールアンテナ素子3が0°方向に励振されるとともに、折返しダイポールアンテナ素子4が270°方向に励振される。
上記のように折返しダイポールアンテナ素子2〜5が励振されると、それらの励振方向の合成によって315°偏波(−45°偏波)が発生することになる。
以上のように、本実施形態に係る偏波共用アンテナ装置ANによれば、+45°偏波と−45°偏波を共用することができる。もちろん、本実施形態に係る偏波共用アンテナ装置ANによって水平偏波と垂直偏波を共用することも可能である。すなわち、図7においてアンテナ装置ANを垂直面内で45°回転して配置すれば、水平偏波と垂直偏波を共用することが可能になる。
平衡2線路(6a,6b)〜(9a,9b)を含めて説明すると、2線式折返しダイポールアンテナ素子2と平衡2線路(6a,6b)、2線式折返しダイポールアンテナ素子3と平衡2線路(7a,7b)、2線式折返しダイポールアンテナ素子4と平衡2線路(8a,8b)、2線式折返しダイポールアンテナ素子5と平衡2線路(9a,9b)は、それぞれ終端短絡の平衡回路として動作する。
この結果、本実施形態によれば、給電点P1〜P4から2分岐されて高くなった平衡2線路(6a,6b)〜(9a,9b)のインピーダンスと2線式折返しダイポールアンテナ素子2〜5のインピーダンスとが良好に整合されることになり、これは広帯域化に寄与する。
また、給電点が4か所(P1〜P4)でかつそれらが放射方向側に位置されるので、給電点における接続作業も容易になる。
各図から明らかなように、本実施形態に係る偏波共用アンテナ装置ANによれば、垂直偏波成分と水平偏波成分の差を少なくしかつ良好な交差偏波特性を維持しながら水平面内ビーム幅を狭くすることができる。そして、平衡2線路(6a,6b)〜(9a,9b)の各先端接続点を含む円の直径を大きく設定するほど、水平面内ビーム幅が狭くなることが認識される。
また、本実施形態に係る偏波共用アンテナ装置ANによれば、図17に示す結合量特性から明らかなように、良好な偏波間特性を得ることができる。
2〜5 2線式折返しダイポールアンテナ素子
6a,6b〜9a,9b 平衡2線路
10〜13 接続導体
10a〜13a 立上げ片
14 誘電体基板
141,142 接地導体
143 給電導体
144〜147 接続端子
148 切り欠き溝
15 誘電体基板
151,152 接地導体
153 給電導体
154〜157 接続端子
158 切り欠き溝
16〜19 孔
20 L型金属片
21 給電用誘電体基板
22 反射板
22a 立上げ部
Claims (8)
- 所定径の円周の0°,90°,180°,270°位置においてそれぞれの長手方向中心点が接するように配列する第1、第2、第3、第4の2線式折返しアンテナ素子と、
前記第1〜第4の2線式折返しアンテナ素子の給電点に先端がそれぞれ接続された第1〜第4の平衡2線路と、
前記第1の平衡2線路の一方の線路の基端と前記第2の平衡2線路の一方の線路の基端とが接続された第1の給電点と、
前記第2の平衡2線路の他方の線路の基端と前記第3の平衡2線路の一方の線路の基端とが接続された第2の給電点と、
前記第3の平衡2線路の他方の線路の基端と前記第4の平衡2線路の一方の線路の基端とが接続された第3の給電点と、
前記第4の平衡2線路の他方の線路の基端と前記第1の平衡2線路の他方の線路の基端とを接続した第4の給電点と、
第1、第2の平衡不平衡変換回路と、を備え、
前記第1の平衡不平衡変換回路を用いて前記第1、第3の給電点に平衡給電を行い、前記第2の平衡不平衡変換回路を用いて前記第2、第4の給電点に平衡給電を行い、
前記第1〜第4の2線式折返しアンテナは、それらの給電点を含む円周の直径が約0.45λ(λは使用周波数帯域の中心周波数の波長)となるように配列されており、
前記第1〜第4の2線式折返しアンテナ素子は、相互の端部の干渉を回避するため、円弧状にかつ一端部と他端部が異径の円周上に位置するように形成されていることを特徴とする偏波共用アンテナ装置。 - 前記第1〜第4の2線式折返しアンテナ素子、前記第1〜第4の平衡2線路、及び、前記第1〜第4の給電点を第1の誘電体基板にプリント形成したことを特徴とする請求項1に記載の偏波共用アンテナ装置。
- 前記第1、第2の平衡不平衡変換回路をそれぞれ第2、第3の誘電体基板にプリント形成し、この第2、第3の誘電体基板を交差結合するとともに、この交差結合した第2、第3の誘電体基板を前記第1の誘電体基板に対して鉛直に結合することを特徴とする請求項2に記載の偏波共用アンテナ装置。
- 前記第2の誘電体基板は、前記第1の誘電体基板への結合時に該第1の誘電体基板を貫通して前記第1、第3の給電点に前記第1の平衡不平衡変換回路を接続させる一対の第1の接続端子を備え、前記第3の誘電体基板は、前記第1の誘電体基板への結合時に該第1の誘電体基板を貫通して前記第2、第4の給電点に前記第2の平衡不平衡変換回路を接続させる一対の第2の接続端子を備えることを特徴とする請求項3に記載の偏波共用アンテナ装置。
- 前記第1の誘電体基板を貫通した前記一対の第1の接続端子とこれらに対応する前記第1、第3の給電点との間、及び、前記第1の誘電体基板を貫通した前記一対の第2の接続端子とこれらに対応する前記第2、第4の給電点との間に補強用のL型金属片をそれぞれ介在させたことを特徴とする請求項4に記載の偏波共用アンテナ装置。
- 前記前記第1の誘電体基板には、前記第1、第2の接続端子を貫通させるための孔が打ち抜き形成され、前記孔の縁端には、打ち抜き部に存在していた金属箔からなる補強用の立上げ片が形成され、前記第1の接続端子と前記第1、第3の給電点との間、及び、前記第2の接続端子と前記第2、第4の給電点との間にそれぞれ前記立上げ片を介在させたことを特徴とする請求項4に記載の偏波共用アンテナ装置。
- 請求項1〜6に記載の偏波共用アンテナ装置を、垂直方向に複数個配列したことを特徴とするアレイ構成の偏波共用アンテナ装置。
- 背面に反射板を配置したことを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載の偏波共用アンテナ装置。
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