JPH07336133A - アンテナ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ビジネスコードレスホンの基地局アンテナと
して、アンテナ直下を含むサービス領域全てにほぼ均一
放射レベルとする。 【構成】 金属地板１１上にリング状マイクロストリッ
プアンテナ２２が形成され、その中心にモノポールアン
テナ２５が立てられ、給電線４３の信号は電力分配器２
６により分配比が変更可能に分配され、その一方の分配
端２８はモノポールアンテナ２５に給電され、他方の分
配端２７は９０度ハイブリッド回路２９を通じ、マイク
ロストリップアンテナ２２に、角度的に９０度ずれた給
電点３８，３９に給電される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は例えばビジネスコード
レスホンの基地局アンテナに適するアンテナ装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】図８に従来のアンテナを示す。金属地板
１１に形成された小孔１２の中心から線状アンテナ素子
１３が垂直に立てられ、線状アンテナ素子１３の先端に
トップロードとして動作する金属板１４が金属地板１１
と平行に取付けられ、金属地板１１の線状アンテナ素子
１３と反対側において小孔１２の位置で線状アンテナ素
子１３及び金属地板１１に整合回路１５を介して給電線
１６が接続されている。

【０００３】このような構造であるため、放射特性は固
定となり、サービス領域の大きさに適用させる自由度が
全くない。またこのようなアンテナを例えばビルディン
グなどの屋内の天井にさかさにして取付け、ビジネスコ
ードレスホンの基地局アンテナとして用いる場合、アン
テナ真下の電界レベルが非常に低いものとなる。これ
は、アンテナがモノポール形式であるために、アンテナ
軸方向には放射しないためで、天井に付けて使用するに
はアンテナ真下のレベルが非常に低くなる。さらに放射
パターンはアンテナの長さには殆ど依存しないため、放
射パターンを変えることが出来ず、サービス領域半径な
どに対応した自由度が全くなかった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来のアンテナでは、
放射特性は固定となり、サービス領域半径の大きさなど
に適合する自由度が全く無く、またこのアンテナを屋内
の天井に取り付けた場合、アンテナ真下のレベルが非常
に低くなる欠点があった。この発明はこのような問題点
を解決するためになされたもので、設置場所に対応して
任意に放射特性を変化させ、例えば携帯電話に対してサ
ービス領域内でほぼ均一な放射レベルを実現する高性能
なアンテナ装置を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この発明によれば、トッ
プロード形モノポールアンテナと、円偏波リング状マイ
クロストリップアンテナとを近接し、かつモノポールア
ンテナが、マイクロストリップアンテナのなす面とほぼ
垂直に配置され、これら両アンテナに電力分配器を通じ
て分配給電される。

【０００６】マイクロストリップアンテナは９０度ハイ
ブリッド回路により、中心に対し角度時に９０度離れた
２点給電により、又はマイクロストリップ導体に円偏波
発生用切り欠きが設けられ、１点給電によりＴＭ１１モ
ード円偏波放射とされる。モノポールアンテナはマイク
ロストリップアンテナのリング内に位置し、線状アンテ
ナ素子とその先端に取付けられ、マイクロストリップア
ンテナのなす面とほぼ平行な金属板とよりなる。

【０００７】空間ダイバーシティ用にモノポールアンテ
ナが２本設けられ、これらに対し、２つの電力分配器の
各一方の分配端からそれぞれ給電され、マイクロストリ
ップアンテナに対する２点給電の９０度ハイブリッド回
路のマイクロストリップアンテナと反対側の二つの二力
端が２つの電力分配器の各他方の分配端に接続される。

【０００８】マイクロストリップアンテナと、モノポー
ルアンテナと、電力分配器とがそれぞれ２つ以上設けら
れ、マイクロストリップアンテナと、モノポールアンテ
ナと電力分配器との各１つが組とされ、又はマイクロス
トリップアンテナの１個と、モノポールアンテナ及び電
力分配器の各２個とが組とされてそれぞれ互いに接続さ
れ、かつこれら組は互いに放射特性又は偏波特性が異な
らされている。

【０００９】更にマイクロストリップアンテナと同軸心
をなす無給電リング状素子が設けられる。

【００１０】

【作用】マイクロストリップアンテナの放射特性と、モ
ノポールアンテナの放射特性とが合成された放射特性に
なり、モノポールアンテナの延長方向においても比較的
大きな電界レベルが得られ、電力分配器による両アンテ
ナへの電力分配比を変えることによりサービス領域の大
きさが変る。

【００１１】

【実施例】図１に請求項２の発明の実施例を示す。金属
地板１１と近接対向して円形リング状のストリップ導体
２１が設けられてリング状マイクロストリップアンテナ
２２が構成される。ストリップ導体２１は適当な間隔で
設けられた誘電体スペーサ２３により金属地板１１に固
定されている。マイクロストリップアンテナ２２の周長
はその電気的長さで使用波長とほぼ等しくされ、ストリ
ップ導体２１の幅は例えば０．０３波長程度とされ、幅
を広くすると使用帯域幅が広くなる。なお金属地板１１
は誘電体板２４の一面に貼り付けられている。

【００１２】リング状マイクロストリップアンテナ２２
のほぼ中心線上にこれとほぼ平行して線状アンテナ素子
１３が立てられ、線状アンテナ素子１３の先端にトップ
ロードとなる円形金属板１４が取付けられてトップロー
ド形モノポールアンテナ２５が構成されている。金属板
１４は金属地板１１とほぼ平行し、ほぼ中心で線状アン
テナ素子１３に固定されている。モノポールアンテナ２
５はその電気長が使用波長のほぼ４分の１とされる。

【００１３】電力分配器２６の一方の分配端２７からマ
イクロストリップアンテナ２２がＴＭ１１モードで円偏
波放射するように給電され、電力分配器２６の他方の分
配端２８からモノポールアンテナ２５が基本モードで直
線偏波放射するように給電される。この実施例では９０
度ハイブリッド回路２９が設けられ、ハイブリッド回路
２９の一方の入力端に分配点２７が接続され、他方の入
力端に給電線の特性インピーダンスと等しい抵抗値、こ
の例では５０Ωのダミーロード３１が接続され、ハイブ
リッド回路２９の一対の出力端にそれぞれ給電線３２，
３３の各一端が接続され、給電線３２，３３の各他端は
誘電体板２４の金属地板１１と反対の面に形成された金
属板よりなる整合回路３４，３５の一端に中心導体が、
外導体が金属地板１１にそれぞれ接続され、整合回路３
４，３５の各他端は金属地板１１及び誘電体板２４に形
成された小孔を通じて金属地板１１上に立てられた導線
３６，３７を通じて、ストリップ導体２１のその中心に
対し角度的に９０度離れた給電点３８，３９にそれぞれ
接続される。給電線３２，３３の信号は９０°ハイプリ
ッド回路２９により電気的に位相が９０度互いにずらさ
れる。

【００１４】電力分配器２６の分配端２８に給電線４１
の一端が接続され、給電線４１の他端は誘電体板２４の
金属地板１１と反対側に形成された金属板よりなる整合
回路４２の一端に中心導体が、外導体が金属地板１１に
それぞれ接続される。整合回路４２の他端に、金属地板
１１、誘電体板２４にそれぞれ形成した小孔を通じて線
状アンテナ素子１３の給電端が接続される。給電線４２
の信号が電力分配器２６で分配端２７，２８に分配され
る。その分配比が可変とされている。

【００１５】このような構造となっているので、設置場
所に対応して任意に放射特性を変化させ、例えば携帯電
話に対してサービス領域の各部で均一の放射レベルを実
現することが出来る。この理由を以下に説明する。各ア
ンテナを天井に付けて下側に放射させた場合の垂直面内
の放射パターンを図２に示し、（ａ）はモノポールアン
テナ２５のみの場合、（ｂ）はマイクロストリップアン
テナ２２のみの場合、（ｃ）は両者を複合し、電力分配
比を変えた場合である。（ａ）に示すように、モノポー
ルアンテナ２５は真下への放射は無く、横方向に強い放
射をする。これは図８に示した従来のアンテナと同一で
ある。一方、マイクロストリップアンテナ２２はＴＭ１
１モードで動作すると（ｂ）に示すように真下方向に強
い放射をし、横方向には放射しない。従って、これらの
アンテナを基地局アンテナに使用した場合、モノポール
アンテナ２５はサービス領域の境界近くで強い電界にな
り、中心付近は弱く、一方、マイクロストリップアンテ
ナ２２はその反対である。そこで、図１に示したように
マイクロストリップアンテナをリング２２とモノポール
アンテナ２５とを組み合せることによって、（ｃ）に示
すように両者のパターンが複合される。さらに、両者の
電力分配比を変えることによってサービス領域内の放射
レベルを調整出来る。

【００１６】さらに偏波まで考慮した時のサービス領域
内の照射の様子を図２（ｄ）に示す。一般に携帯電話は
通話状態が最も重要であるとともに、アンテナ特性も人
体によって最も劣化する。従って、通話状態を考えた場
合、図２（ｄ）に示すように携帯電話４５は傾いた状態
となる。この発明のアンテナ装置４６の真下は下方向に
電波を飛ばすためには水平偏波でなくてはならない。垂
直偏波ではポインチィングベクトルが放射方向に一致せ
ず、真下に放射させることができない。一方、携帯電話
４５は傾いているので、水平偏波に対して感度を有する
が、水平面内でのアンテナの向きは一定ではない。従っ
て、水平偏波で真下に放射しても携帯電話４５に対する
感度は確保されるものの、偏波の向きとの関係により感
度に変化が生じる。そこで、アンテナ真下方向へは円偏
波４７で放射することが、アンテナの向きによる感度の
変化が無く良好な放射特性となる。一方、基地局から離
れると、逆に垂直偏波が放射されやすくなる。また、携
帯電話も基地局から離れるにつれて、垂直偏波に感度を
もつようになる。すなわち、基地局から離れているエリ
アの端では垂直偏波４８が適当である。

【００１７】以上のことから、アンテナ装置４６の真下
付近を照射するマイクロストリップアンテナ２２は円偏
波特性を、アンテナ装置４６から離れたサービス領域境
界近くを照射するモノポールアンテナ２５は直線偏波特
性をもつことが望ましく、そのようなアンテナ給電系に
設計されてある。その結果が図１の給電回路であり、マ
イクロストリップアンテナ２２は角度的に９０度離れた
点で２点給電し、ハイブリッド回路２９により９０度位
相をずらして給電することにより、円偏波を発生させ、
モノポールアンテナ２５と電力分配器２６で合成してい
る。

【００１８】図３は実際のサービス領域設計にこのアン
テナ装置４６を用いた場合の例である。（ａ）は天井の
高さＨが５ｍ、サービス領域の半径Ｌが１０ｍの場合、
（ｂ）は同一の天井の高さでサービス領域の半径Ｌが５
０ｍの場合である。このサービス領域内で均一な電界を
得るために必要なパターンが所望パターンである。
（ａ）では、この所望パターンに対して、マイクロスト
リップアンテナ２２とモノポールアンテナ２５とに１：
２の電力比で給電した場合のパターンが太線で示してあ
る。このように約２ｄＢ以内の差で所望パターンが実現
出来る。一方（ｂ）では、マイクロストリップアンテナ
とモノポールアンテナ２５との電力比を１：６にするこ
とによって、領域境界近くで１０ｄＢレベルが高いもの
の、中心部分はほぼ所望のパターンとなる。また１０ｄ
Ｂの差は十分、システムの許容範囲となる。

【００１９】従って以上の理由により、設置場所に対応
して任意に放射特性を変化させ、携帯電話に対してサー
ビス領域均一の放射レベルを実現することが出来る。マ
イクロストリップアンテナ２２とモノポールアンテナ２
５との相対的高さは何れが高くても、同一でもよい。ま
たモノポールアンテナ２５はマイクロストリップアンテ
ナ２２の外側に設けてもよい。占有空間を小とする点か
らはマイクロストリップアンテナ２２の内側の方がよ
い。

【００２０】図４に請求項３の発明の実施例を示し、図
１と対応する部分に同一符号を付けてある。この実施例
はダイバーシチアンテナとした場合で、図１に対し、リ
ング状マイクロストリップアンテナ２２内に２本のモノ
ポールアンテナ２５と５１とが設けられ、モノポールア
ンテナ２５，５１の各線状アンテナ素子１３と５２の間
隔は０．１波長程度あればよい。トップロードとしての
金属板１４と５３は共に半円形状をしており、両者でほ
ぼ１つの円形を構成するように配列されている。電力分
配器５４が更に設けられ、電力分配器５４は給電線５５
の信号を分配端５６，５７に分配し、その分配比を可変
できるようにされている。その分配端５６はハイブリッ
ド回路２９の図１でダミーロード３１が接続されている
端子に接続され、ダミーロード３１は省略される。分配
端５７は給電線５８を通し、更に整合回路５９を通じて
モノポールアンテナ５１の給電点に接続される。

【００２１】この構成によればモノポールアンテナ２
５，５１の垂直偏波の放射特性と、マイクロストリップ
アンテナ２２の右、左旋偏波の放射特性とが合成された
ものとなり、アンテナ装置４６の真下では右、左旋偏波
によるダイバーシチと、アンテナ装置４６から遠く離れ
た所ではモノポールアンテナ２５，５１によるスペース
ダイバーシチとなる。このように構成することにより図
１に示したものと同一大きさで、同様の効果があり、し
かもダイバーシチとすることができる。

【００２２】図５に請求項６の発明を図１に示したアン
テナ装置に適用した例を示す。この実施例ではリング状
マイクロストリップアンテナ２２と接近し、これと同軸
心的に無給電リング状素子６１が設けられる。この例で
はマイクロストリップアンテナ２２の金属地板１１と反
対側において、マイクロストリップアンテナ２２と近接
対向し、径がマイクロストリップアンテナ２２より少し
小さいストリップ導体よりなる無給電リング状素子６１
が、マイクロストリップアンテナ２２と同軸心的に設け
られ、給電体スペーサ６２によりマイクロストリップア
ンテナ２２に固定される。

【００２３】無給電リング状素子６１のリング状マイク
ロストリップアンテナ２２に対する高さ、半径は所望の
帯域特性となるように選定され、マイクロストリップア
ンテナ２２より大であってもよい。この無給電リング状
素子６１の付加により、マイクロストリップアンテナ２
２の動作帯域が広くなる。図４に示したダイバーシチ構
成にも同様に無給電リング状素子６１を設けてもよい。

【００２４】図６に請求項５の発明の実施例を示す。こ
の実施例ではリング状マイクロストリップアンテナ２２
と同軸心的に、その外側にリング状マイクロストリップ
アンテナ６４が設けられ、リング状マイクロストリップ
アンテナ２２内にモノポールアンテナ２５，５１と、モ
ノポールアンテナ６５，６６とが、それぞれマイクロス
トリップアンテナ２２の中心に対して角度的に１８０度
間隔をなし、かつモノポールアンテナ２５と６５とが角
度的に９０度間隔とされて設けられる。

【００２５】図に示していないがマイクロストリップア
ンテナ２２とモノポールアンテナ２５，５１とは図４に
示したように、２つの電力分配器と１つの９０度ハイブ
リッド回路とにより、マイクロストリップアンテナ２２
には右、左旋偏波ダイバーシチを、モノポールアンテナ
２５，５１にはスペースダイバーシチをなすように２本
の給電線により給電される。同様に図に示していないが
マイクロストリップアンテナ６４と、モノポールアンテ
ナ６５，６６とは２つの電力分配器と１つの９０度ハイ
ブリッド回路とにより、左、右旋偏波ダイバーシチ給電
と、スペースダイバーシチ給電がなされる。ただし、マ
イクロストリップアンテナ２２とモノポールアンテナ２
５，５１の組と、マイクロストリップアンテナ６４とモ
ノポールアンテナ６５，６６との組とは動作周波数が異
ならされ、後者の方が前者より低い動作周波数とされて
いる。なお図ではモノポールアンテナ２５，５１，６
５，６６はすべて同一高さとしているが、整合回路を含
めた共振回路により、それぞれの動作周波数で共振する
ようにされている。

【００２６】図７に請求項４の発明の実施例を示す。こ
の実施例においてはマイクロストリップアンテナ２２の
ストリップ導体２１のその中心に対して反対の位置に円
偏波発生用切り込み６７，６８が形成され、電力分配器
２６の分配端２７から給電線６９によりストリップ導体
２１にその中心導体が直接接続され、外導体が金属地板
１１に接続されて直接１点給電される。またこの例では
モノポールアンテナ２５の金属板１４の直径とマイクロ
ストリップアンテナ２２の直径とがほぼ等しくされた場
合である。この金属板１４とストリップ導体２１との間
隔に０.0５波長以上、好ましくは０.1波長以上あればよ
い。この構成により、トップロードの金属板１４の大き
さに影響されることなく、マイクロストリップアンテナ
２２の直径を小さくすることができる。

【００２７】このように切り込み６７，６８と１点給電
による円偏波の発生は図４、図５、図６の各実施例も適
用できる。また上述において９０度ハイブリッド回路２
９としては、二つの出力間に９０度の位相差を付ければ
よいから、９０度移相回路と単なるハイブリッド回路と
の組合せでもよい。また上述では送信アンテナとして説
明したが受信アンテナとしても使用可能であることは明
白である。

【００２８】

【発明の効果】以上述べたようにこの発明によれば、モ
ノポールアンテナとマイクロストリップアンテナとを組
合せることにより、アンテナ装置直下の放射電界レベル
を小さくすることなく、サービス領域の各部の電界レベ
ルをほぼ均一とすることが可能である。また両アンテナ
に対する信号電力の分配比を調整することによりサービ
ス領域の大きさに適用させることができる。

【００２９】更に大きさを大とすることなくダイバーシ
チアンテナとすることもでき、また多周波アンテナとし
たり、動作帯域を広げることもできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】Ａは請求項２の発明の実施例を示す斜視図、Ｂ
はその垂直断面図である。

【図２】ａはモノポールアンテナ２５の放射特性図、ｂ
はマイクロストリップアンテナ２２の放射特性図、ｃは
両アンテナの合成放射特性図、ｄはモノポールアンテナ
及びマイクロストリップアンテナの効果的放射領域を示
す図である。

【図３】アンテナからの距離と相対レベルとの関係を示
す図。

【図４】請求項３の発明の実施例を示す斜視図。

【図５】Ａは請求項６の発明の実施例を示す斜視図、Ｂ
はその垂直断面図である。

【図６】Ａは請求項５の発明の実施例を示す平面図、Ｂ
はその垂直断面図である。

【図７】Ａは請求項４の発明の実施例を示す斜視図、Ｂ
はその垂直断面図である。

【図８】従来のアンテナ装置を示す斜視図。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 リング状マイクロストリップアンテナ
   と、 そのマイクロストリップアンテナのなす面とほぼ垂直
   に、かつこのアンテナと接近して設けられたトップロー
   ド形モノポールアンテナと、 一方の分配端が上記マイクロストリップアンテナに、こ
   れがＴＭ１１モードで動作し円偏波放射をするように給
   電接続され、他方の分配端が上記モノポールアンテナ
   に、これが基本モードで動作し、直線偏波放射するよう
   に給電接続された電力分配器と、 を具備するアンテナ装置。
2. 【請求項２】 上記モノポールアンテナは上記マイクロ
   ストリップアンテナのリング内に位置し、線状アンテナ
   素子と、その先端に取付けられ、上記マイクロストリッ
   プアンテナのなす面とほぼ平行な金属板とよりなり、 上記マイクロストリップアンテナは、その中心に対し、
   角度的にほぼ９０度離れた２点で、そのマイクロストリ
   ップアンテナの金属地板から立ち上る給電線により給電
   され、 これら両給電線が９０度ハイブリッド回路を介して上記
   電力分配器の一方の分配端に接続され、 上記線状アンテナ素子は上記金属地板から給電されてい
   ることを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
3. 【請求項３】 上記モノポールアンテナが２本設けら
   れ、上記電力分配器が２個設けられ、上記９０度ハイブ
   リッド回路の上記マイクロストリップアンテナとの給電
   側と反対側の二つの端子は上記二つの電力分配器の各一
   方の分配端に接続され、これら二つの電力分配器の各他
   方の分配端はそれぞれ上記２本のモノポールアンテナの
   給電端に接続されていることを特徴とする請求項２記載
   のアンテナ装置。
4. 【請求項４】 上記モノポールアンテナは上記マイクロ
   ストリップアンテナのリング内に位置し、線状アンテナ
   素子とその先端に取付けられ、上記マイクロストリップ
   アンテナのなす面とほぼ平行な金属板とよりなり、上記
   マイクロストリップアンテナにはそのストリップ導体に
   円偏波発生用の切り込みが形成され、１点給電とされて
   いることを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
5. 【請求項５】 上記リング状マイクロストリップアンテ
   ナ、上記トップロード形モノポールアンテナ及び上記電
   力分配器がそれぞれ２つ以上設けられ、 各１個のマイクロストリップアンテナとモノポールアン
   テナと電力分配器とが組とされ、又は１個のマイクロス
   トリップアンテナと各２個のモノポールアンテナ及び電
   力分配器とが組とされて互いに接続されて、各組ごとに
   動作周波数が異ならされていることを特徴とする請求項
   １乃至４の何れかに記載のアンテナ装置。
6. 【請求項６】 上記マイクロストリップアンテナとほぼ
   同軸心的に設けられた無給電リング状素子が設けられて
   いることを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載の
   アンテナ装置。