JP7614031B2

JP7614031B2 - アンテナ装置

Info

Publication number: JP7614031B2
Application number: JP2021103223A
Authority: JP
Inventors: 雅之中野
Original assignee: KDDI Corp
Current assignee: KDDI Corp
Priority date: 2021-06-22
Filing date: 2021-06-22
Publication date: 2025-01-15
Anticipated expiration: 2041-06-22
Also published as: JP2023002166A

Description

本発明は、アンテナ装置に関する。

従来、複数の周波数帯の電波を送受信できる周波数共用のアンテナとして例えば特許文献１，２，３に記載されたアンテナが知られている。
特許文献１は、各アンテナユニットのアンテナ素子として、直線状の素子導体とこの素子導体の側方に平行に設けられた折り返し導体とを有する折り返しダイポールアンテナ素子を用いている。
特許文献２は、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、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、を備える。
特許文献３は、第１の周波数帯に共振する複数の垂直偏波用ダイポール素子が垂直方向に配列されてなる第１のアンテナ素子アレイと、第１の周波数帯に共振する複数の水平偏波用ダイポール素子が、第１のアンテナ素子アレイの近傍に、かつ第１のアンテナ素子アレイと重ならない形態で、垂直方向に配列されてなる第２のアンテナ素子アレイと、第２の周波数帯に共振し、２つの異なる偏波を共用した複数の偏波共用素子が、第１のサブアレイの近傍に、かつ前記第１のサブアレイ及び前記第２のアンテナ素子アレイと重ならない形態で、垂直方向に配列されてなる第３のアンテナ素子アレイと、第３の周波数帯に共振し、２つの異なる偏波を共用した複数の偏波共用素子が、第２のサブアレイの近傍に、かつ第２のサブアレイ及び第２のアンテナ素子アレイと重ならない形態で、垂直方向に配列されてなる第４のアンテナ素子アレイとを備える。

特許第５４９６９６７号公報特許第５７４５５８２号公報特許第６４７０３８２号公報

近年、移動通信システムが利用可能な複数の周波数帯に広く適用することができるアンテナとして良好なアンテナ特性と小型化が要望されている。しかしながら、上述した従来のアンテナでは不十分であった。

本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、複数の周波数帯に広く適用すること及び良好なアンテナ特性と小型化を図ることにある。

本発明の一態様は、８００メガヘルツ帯に適用される第１ダイポールアンテナと４．５ギガヘルツ帯に適用される第２ダイポールアンテナとを備え、前記第１ダイポールアンテナと前記第２ダイポールアンテナとは第１地板から同じ５５ミリメートルの高さに配置され、前記第１ダイポールアンテナと前記第２ダイポールアンテナとは３５ミリメートルの間隔で平行に配置され、前記第２ダイポールアンテナは第２地板から一定の１４ミリメートルの高さに配置され、前記第２地板は前記第１地板から一定の４１ミリメートルの高さに配置され、前記第２地板は、横幅が８０ミリメートルであり且つ縦幅が８０ミリメートルである方形状の箱形の導体である、アンテナ装置である。
本発明の一態様は、上記のアンテナ装置において、前記第１ダイポールアンテナと前記第２ダイポールアンテナとが前記間隔を保って前記第１地板の面方向にずらされた、アンテナ装置である。
本発明の一態様は、上記のアンテナ装置において、１個の前記第１ダイポールアンテナに対して複数の前記第２ダイポールアンテナが前記間隔で平行に配置された、アンテナ装置である。
本発明の一態様は、上記のアンテナ装置において、前記第１ダイポールアンテナ及び前記第２ダイポールアンテナにおいて、それぞれに、水平偏波用のアンテナ素子と垂直偏波用のアンテナ素子とが設けられた、アンテナ装置である。

本発明によれば、複数の周波数帯に広く適用すること及び良好なアンテナ特性と小型化を図ることができるという効果が得られる。

一実施形態に係るアンテナ装置の構成を示す図である。一実施形態に係るアンテナ装置の構成を示す図である。一実施形態に係るアンテナ装置の構成を示す図である。一実施形態に係るアンテナ装置の構成を示す図である。一実施形態に係る第１ダイポールアンテナ及び第２ダイポールアンテナの寸法図である。一実施形態に係るアンテナ装置のシミュレーション結果のグラフ図である。一実施形態に係るアンテナ装置のシミュレーション結果のグラフ図である。一実施形態に係るアンテナ装置のシミュレーション結果のグラフ図である。一実施形態に係るアンテナ装置の変形例の構成を示す図である。一実施形態に係るアンテナ装置の変形例の構成を示す図である。一実施形態に係るアンテナ装置の変形例の構成を示す図である。

以下、図面を参照し、本発明の実施形態について説明する。

図１－図４を参照して本実施形態に係るアンテナ装置１の構成を説明する。図１－図４は、本実施形態に係るアンテナ装置１の構成を示す図である。図１は、本実施形態に係るアンテナ装置１の全体の外観図である。図２は、本実施形態に係るアンテナ装置１の上面図である。図３は、本実施形態に係る第１ダイポールアンテナ１００の側面側の外観図である。図４は、本実施形態に係る第２ダイポールアンテナ２００の側面側の外観図である。

図１、図２に示されるように、アンテナ装置１は、第１ダイポールアンテナ１００と第２ダイポールアンテナ２００とを備える。第１ダイポールアンテナ１００は、平板状の導体から成る２個のアンテナ素子から構成されるものであって、当該アンテナ素子間に給電点４１が設けられている。第２ダイポールアンテナ２００は、平板状の導体から成る２個のアンテナ素子から構成されるものであって、当該アンテナ素子間に給電点４２が設けられている。

第１ダイポールアンテナ１００と第２ダイポールアンテナ２００とは近接して配置される。第１ダイポールアンテナ１００と第２ダイポールアンテナ２００とは平行して配置される。第１ダイポールアンテナ１００は、第１地板３１から一定の高さに配置されている。第１地板３１は、平板状の導体である。第１ダイポールアンテナ１００は、給電点４１から給電される。第２ダイポールアンテナ２００は、第２地板３２から一定の高さに配置されている。第２地板３２は、方形状の箱形の導体である。第２ダイポールアンテナ２００は、給電点４２から給電される。

図３に示されるように、第１ダイポールアンテナ１００は、絶縁体１５０によって、第１地板３１から一定の高さＨに配置されている。第１ダイポールアンテナ１００は、給電線１６０により給電点４１から給電される。

図４に示されるように、第２ダイポールアンテナ２００は、絶縁体（図示せず）によって、第２地板３２から一定の高さＨ２に配置されている。第２地板３２は、絶縁体２５０によって、第１地板３１から一定の高さ「Ｈ－Ｈ２」に配置されている。これにより、第２ダイポールアンテナ２００は、第１地板３１から一定の高さＨに配置される。したがって、第１ダイポールアンテナ１００と第２ダイポールアンテナ２００とは、第１地板３１から同じ高さＨに配置されている。第２ダイポールアンテナ２００は、給電線２６０により給電点４２から給電される。

第１ダイポールアンテナ１００は、第１周波数帯に適用される。第２ダイポールアンテナ２００は、第２周波数帯に適用される。本実施形態の一例として、第１ダイポールアンテナ１００は８００メガヘルツ（ＭＨｚ）帯に適用され、第２ダイポールアンテナ２００は４．５ギガヘルツ（ＧＨｚ）帯に適用される。

図５は、本実施形態に係る第１ダイポールアンテナ及び第２ダイポールアンテナの寸法図である。図５を参照して、第１ダイポールアンテナ１００及び第２ダイポールアンテナ２００の寸法を説明する。ここでは、第１ダイポールアンテナ１００の使用周波数帯が８００ＭＨｚ帯であり、第２ダイポールアンテナ２００の使用周波数帯が４．５ＧＨｚ帯である場合の寸法の一例を以下に示す。単位はミリメートル（ｍｍ）である。

（第１ダイポールアンテナ１００：使用周波数帯「８００ＭＨｚ帯」）
Ｗａ１＝１５０
Ｗｂ１＝２０

（第２ダイポールアンテナ２００、第２地板３２：使用周波数帯「４．５ＧＨｚ帯」）
Ｗａ２＝７０
Ｗｂ２＝１０
Ｗａ３＝８０
Ｗｂ３＝８０

また、第１地板３１から第１ダイポールアンテナ１００及び第２ダイポールアンテナ２００までの高さＨは「Ｈ＝５５ｍｍ」である。第２地板３２から第２ダイポールアンテナ２００までの高さＨ２は、「Ｈ２＝１４ｍｍ」である。

図６、図７、図８は、本実施形態に係るアンテナ装置１のシミュレーション結果のグラフ図である。図６のシミュレーションは、リターンロス特性のシミュレーションである。図７、図８のシミュレーションは、水平面内のアンテナ指向特性のシミュレーションである。図６、図７、図８に使用するアンテナ装置１は、上記した第１ダイポールアンテナ１００及び第２ダイポールアンテナ２００の寸法の例を適用したものである。したがって、第１ダイポールアンテナ１００の使用周波数帯が８００ＭＨｚ帯であり、第２ダイポールアンテナ２００の使用周波数帯が４．５ＧＨｚ帯である。また、第１ダイポールアンテナ１００及び第２ダイポールアンテナ２００は、第１地板３１から５５ｍｍの高さに配置される。第２ダイポールアンテナ２００は、第２地板３２から１４ｍｍの高さに配置される。

図６のグラフ図において、横軸は周波数（単位はギガヘルツ（ＧＨｚ）、縦軸はリターンロス（単位はデシベル（ｄＢ））である。図６のグラフ図には、２つのグラフ波形Ｓ１，Ｓ２が示される。グラフ波形Ｓ１は、第１ダイポールアンテナ１００のリターンロス特性であり、第１ダイポールアンテナ１００の使用周波数帯「８００ＭＨｚ帯」においてリターンロスが「－１０ｄＢ」以下であり、良好な結果が得られている。グラフ波形Ｓ２は、第２ダイポールアンテナ２００のリターンロス特性であり、第２ダイポールアンテナ２００の使用周波数帯「４．５ＧＨｚ帯」においてリターンロスが「－１０ｄＢ」以下であり、良好な結果が得られている。

図７のグラフ図において、グラフ波形ＦＨ１は、第１ダイポールアンテナ１００の使用周波数帯「８００ＭＨｚ帯」における水平面内のアンテナ指向特性を示しており、歪みがない良好なアンテナ指向特性が得られている。図８のグラフ図において、グラフ波形ＦＨ２は、第２ダイポールアンテナ２００の使用周波数帯「４．５ＧＨｚ帯」における水平面内のアンテナ指向特性を示しており、歪みがない良好なアンテナ指向特性が得られている。

図６、図７、図８に示されるリターンロス特性及びアンテナ指向特性は、移動通信システムに適用可能な良好な結果である。例えば、第４世代移動通信システム（４Ｇ）及び第５世代移動通信システム（５Ｇ）にアンテナ装置１を適用することができる。

本実施形態によれば、第１ダイポールアンテナ１００と第２ダイポールアンテナ２００とによって例えば使用周波数帯「８００ＭＨｚ帯」と使用周波数帯「４．５ＧＨｚ帯」とにおいて良好なアンテナ特性が得られる。さらに、第１ダイポールアンテナ１００と第２ダイポールアンテナ２００とを近接して配置することができることから、アンテナ装置１の小型化を図ることができる。

次に、図９－図１１を参照して本実施形態に係るアンテナ装置のいくつかの変形例を説明する。図９－図１１において上述したアンテナ装置１（図１－図４）に対応する部分には同一の符号を付している。

（第１変形例）
図９は、本実施形態に係るアンテナ装置の第１変形例の構成を示す上面図である。図９に示されるように、アンテナ装置１ａは、図２のアンテナ装置１において第１ダイポールアンテナ１００と第２ダイポールアンテナ２００の位置関係を第１地板３１の面方向にずらしている。このように第１ダイポールアンテナ１００と第２ダイポールアンテナ２００とを近接させたまま第１地板３１の面方向にずらしてもよい。

（第２変形例）
図１０は、本実施形態に係るアンテナ装置の第２変形例の構成を示す上面図である。図１０に示されるように、アンテナ装置１ｂは、１個の第１ダイポールアンテナ１００と複数（図１０では４個）の第２ダイポールアンテナ２００とを備える。各第２ダイポールアンテナ２００は、第１ダイポールアンテナ１００に近接して配置される。このように１個の第１ダイポールアンテナ１００に対して複数の第２ダイポールアンテナ２００を近接させて配置してもよい。

（第３変形例）
図１１は、本実施形態に係るアンテナ装置の第３変形例の構成を示す上面図である。
第３変形例は、上述した第２変形例の図１０の第１ダイポールアンテナ１００及び第２ダイポールアンテナ２００において、それぞれに、水平偏波用のアンテナ素子と垂直偏波用のアンテナ素子とが設けられたものである。図１１に示されるように、アンテナ装置１ｃは、図１０の第１ダイポールアンテナ１００に対して水平偏波用の第１ダイポールアンテナ１００ｈと垂直偏波用の第１ダイポールアンテナ１００ｖとを備える。また、アンテナ装置１ｃは、図１０の第２ダイポールアンテナ２００に対して水平偏波用の第２ダイポールアンテナ２００ｈと垂直偏波用の第２ダイポールアンテナ２００ｖとを備える。このように、第１ダイポールアンテナ１００及び第２ダイポールアンテナ２００において、それぞれに、水平偏波用のアンテナ素子と垂直偏波用のアンテナ素子とを設けてもよい。なお、第３変形例は、上述したアンテナ装置１（図１－図４）及び第１変形例（図９）に適用されてもよい。

上述したように本実施形態に係るアンテナ装置によれば、複数の周波数帯に広く適用すること及び良好なアンテナ特性と小型化を図ることができる。これにより、例えば第４世代移動通信システム（４Ｇ）や第５世代移動通信システム（５Ｇ）等の移動通信システムにおいて基地局に、本実施形態に係るアンテナ装置を適用することができる。

なお、これにより、例えば移動通信システムにおける総合的なサービス品質の向上を実現することができることから、国連が主導する持続可能な開発目標（SDGs）の目標９「レジリエントなインフラを整備し、持続可能な産業化を推進するとともに、イノベーションの拡大を図る」に貢献することが可能となる。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。

例えば、導体として、ＰＥＣ（Perfect Electric Conductor）を使用してもよい。

１，１ａ，１ｂ，１ｃ…アンテナ装置、１００，１００ｈ，１００ｖ…第１ダイポールアンテナ、２００，２００ｈ，２００ｖ…第２ダイポールアンテナ、３１…第１地板、３２…第２地板、４１，４２…給電点、１５０…絶縁体、１６０，２６０…給電線

Claims

８００メガヘルツ帯に適用される第１ダイポールアンテナと４．５ギガヘルツ帯に適用される第２ダイポールアンテナとを備え、
前記第１ダイポールアンテナと前記第２ダイポールアンテナとは第１地板から同じ５５ミリメートルの高さに配置され、
前記第１ダイポールアンテナと前記第２ダイポールアンテナとは３５ミリメートルの間隔で平行に配置され、
前記第２ダイポールアンテナは第２地板から一定の１４ミリメートルの高さに配置され、
前記第２地板は前記第１地板から一定の４１ミリメートルの高さに配置され、
前記第２地板は、横幅が８０ミリメートルであり且つ縦幅が８０ミリメートルである方形状の箱形の導体である、
アンテナ装置。
前記第１ダイポールアンテナと前記第２ダイポールアンテナとが前記間隔を保って前記第１地板の面方向にずらされた、
請求項１に記載のアンテナ装置。
１個の前記第１ダイポールアンテナに対して複数の前記第２ダイポールアンテナが前記間隔で平行に配置された、
請求項１又は２のいずれか１項に記載のアンテナ装置。
前記第１ダイポールアンテナ及び前記第２ダイポールアンテナにおいて、それぞれに、水平偏波用のアンテナ素子と垂直偏波用のアンテナ素子とが設けられた、
請求項１から３のいずれか１項に記載のアンテナ装置。