JPH0746036A - ビームアンテナ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 放射素子の間隔を広げることなく大きな素子
間結合減衰量を得る。 【構成】 二つの垂直偏波放射素子１、２を水平方向に
０．３ないし０．４波長離して配置するとともに、垂直
方向にも０．４ないし０．５波長ずらす。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は自動車電話あるいは携帯
電話などの移動無線方式における基地局アンテナに利用
する。特に二つの方向に指向性をもつビームアンテナに
関する。

【０００２】本明細書では、地上で水平方向に異なる二
つの方向にビームを向けるような利用形態を想定して
「水平」、「垂直」という用語を使用するが、これはビ
ームを向ける方向に対する相対的な方向を意味し、実用
上の方向を限定するものではない。

【０００３】

【従来の技術】従来から、二つのアンテナ素子を位相差
９０°のハイブリッド回路により合成することにより、
二つの方向に指向性が得られることが知られている。図
２にそのような従来例ビームアンテナの斜視図を示す。

【０００４】図２に示したビームアンテナは、アンテナ
素子として二つの垂直偏波放射素子１、２が水平方向に
並んで配置され、その背面には背面反射板３が設けられ
る。背面反射板３の水平方向の両側には、この背面反射
板３と同一の金属板を折り曲げるか、または別の金属板
を接着した側面反射板４、５が設けられる。二つの垂直
偏波放射素子１、２は給電線６を介してハイブリッド回
路７に接続される。ハイブリッド回路７は二つの垂直偏
波放射素子１、２の送信または受信信号に９０°の位相
差を与えて合成し、二つの方向に指向性を得る。

【０００５】図３は図２に示した従来例の動作を説明す
る平面図である。送信の場合について説明すると、二つ
の入出力端子８の一方に入力された信号は、ハイブリッ
ド回路７により９０°の位相差が与えられ、垂直偏波放
射素子１、２から放射される。このとき、二つの垂直偏
波放射素子１、２の放射した電磁波に干渉が生じ、ひと
つの素子を単体で用いたときの水平ビームよりも狭い幅
のビームが形成される。また、入出力端子８の他方に入
力された信号は、ハイブリッド回路７により逆の９０°
位相差が与えられ、別の方向に狭い幅のビームが形成さ
れる。したがって、異なる方向にビームを向けることが
できる。受信の場合にも同様であり、二つの方向に指向
性が得られる。

【０００６】このように、ひとつのアンテナで二つのビ
ームを形成できるので、基地局に設置するアンテナの本
数を半減させることができ、搭載重量を軽減できる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来例に示し
たビームアンテナでは、半値幅が６０°程度のビームを
発生させようとすると、主ビームと反対方向にサイドロ
ーブが発生する。このサイドローブのレベルは−１０ｄ
Ｂ程度であるため、目的のエリア以外に混信を与えてし
まう。

【０００８】一般に、素子間隔ｄが波長λに対してｄ≧
０．５λとなると、グレーティングサイドローブが大き
くなる。逆に、ｄ≦０．５λとすると、結合減衰量が小
さく（放射素子間の結合が大きく）なり、インピーダン
スの周波数特性が劣化する問題がある。

【０００９】本発明は、このような課題を解決し、放射
素子間の間隔を広げることなく大きな素子間結合減衰量
を得ることのできる構造のビームアンテナを提供するこ
とを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明のビームアンテナ
は、二つの垂直偏波放射素子と、この二つの垂直偏波放
射素子の送信または受信信号に位相差を与えてビーム方
向を合成するハイブリッド回路とを備えたビームアンテ
ナにおいて、二つの垂直偏波放射素子は、水平方向に
０．３ないし０．４波長離れて配置され、さらに垂直方
向に０．４ないし０．５波長ずれて配置されたことを特
徴とする。

【００１１】ここで垂直偏波放射素子とは、実質的にひ
とつの直線方向の電磁波を送信または受信するアンテナ
素子であり、それが特定の方向に配置されたものをい
う。

【００１２】ハイブリッド回路により与えられる位相差
は一般には９０°である。

【００１３】二つの垂直偏波放射素子の背面に配置され
た背面反射板と、この背面反射板の水平方向の両側から
垂直偏波放射素子が設けられた側に突出する側面反射板
とを備え、側面反射板の背面反射板から突出する長さが
０．１ないし０．２波長に設定されることがよい。

【００１４】このようなビームアンテナを垂直方向に複
数配置することができる。

【００１５】

【作用】垂直偏波放射素子を垂直方向にずらして配置す
ることにより、素子間の結合減衰量が大きくなる。した
がって、水平方向の素子間隔を小さくしてグレーティン
グサイドローブを抑え、それでいて、結合減衰量を大き
くしてインピーダンスの周波数特性を良好に保つことが
できる。

【００１６】

【実施例】図１は本発明第一実施例のビームアンテナを
示す斜視図である。

【００１７】このビームアンテナは、二つの垂直偏波放
射素子１、２を備え、この二つの垂直偏波放射素子１、
２の送信または受信信号に位相差を与えてビーム方向を
合成するハイブリッド回路７を備える。垂直偏波放射素
子１、２は給電線６を介してハイブリッド回路７に接続
される。二つの垂直偏波放射素子１、２の背面には背面
反射板３が配置され、この背面反射板３の水平方向の両
側から垂直偏波放射素子１、２が設けられた側に突出す
る側面反射板４、５を備える。すなわち、背面反射板３
と側面反射板４、５とは「コ」の字形に配置され、この
「コ」の字の内側に垂直偏波放射素子１、２が配置され
る。側面反射板４、５の背面反射板３から突出する長
さ、すなわち幅ｗ_h はｗ_h ＝０．１〜０．２λである。
この側面反射板４、５により、水平方向に生じるサイド
ローブを抑えることができる。

【００１８】ここで本実施例の特徴とするところは、二
つの垂直偏波放射素子１、２が、水平方向にｄ＝０．３
〜０．４λ離れて配置され、さらに垂直方向にｈ＝０．
４〜０．５λずれて配置されたことにある。

【００１９】ハイブリッド回路７により与えられる位相
差は通常は９０°であるが、位相器を調整して垂直偏波
放射素子１、２上の位相分布を調整することができる。

【００２０】図４は本実施例の動作原理を説明する図で
あり、二つの垂直偏波放射素子を水平に並べた場合と垂
直に並べた場合の素子間隔に対する結合減衰量を示す。
この結合減衰量は、 Ｌ_coup＝２０・ｌｏｇ〔２Ｒ_r ／｜Ｚ_m ｜〕 で表される。ここで、Ｒ_r は放射抵抗であり、Ｚ_m はイ
ンピーダンスである。図４に示したように、素子相互間
の結合減衰量は、垂直に並べた場合と水平に並べた場合
とでは垂直に配置した場合のほうが大きくなっている。
このことから、垂直偏波放射素子１、２を上述したよう
に配置することにより、大きな減衰量が得られ、好結果
が得られるものと考えられる。

【００２１】図１に示した構造のビームアンテナを実際
に試作して素子間の結合減衰量と放射指向特性とについ
て測定した。これについて図５ないし図１１を参照して
説明する。

【００２２】図５は実施例の具体的な構造を示し、図６
は比較例の構造を示す。また、図７は垂直偏波放射素子
１、２の詳しい構造を示す。垂直偏波放射素子１、２
は、縦ａ×横ｂ＝２００ｍｍ×８０ｍｍ、それぞれの中
心の水平間隔ｄ＝１２０ｍｍ、同じく垂直間隔ｈ＝１５
０ｍｍ（比較例の場合はｈ＝０）とし、背面反射板３の
幅Ｗ＝２５０ｍｍ、側面反射板４、５の幅ｗ_h ＝５０ｍ
ｍとした。垂直偏波放射素子１、２としては、３層構造
のマイクロストリップアンテナを用いた。その構造は、
縦ａ＝２００ｍｍ、横ｂ＝８０ｍｍの基板１１上に縦方
向の長さｃ＝９６ｍｍの金属薄膜１２を形成し、その金
属薄膜１２から高さｅ＝７ｍｍだけ浮かして縦方向の長
さｆ₁ ＝ｆ₂ ＝５６ｍｍの二つの金属板１３、１４をｇ
＝８ｍｍ離して設け、さらに基板１１から高さｉ＝４２
ｍｍだけ浮いた位置に縦ｋ＝１１４ｍｍ、横ｊ＝５０ｍ
ｍの金属板１５を配置したものである。金属板１３、１
４、１５は支柱により取り付けられ、金属薄膜１２およ
び金属板１３、１４、１５は空気中に保持されている。

【００２３】図８、図９は図５に示した構造による測定
結果を示し、図１０、図１１は図６に示した比較例によ
る測定結果を示す。図８、図１０は垂直偏波放射素子間
の結合減衰量を示し、図９、図１１は９００ＭＨｚにお
ける放射指向特性を示す。図９、図１１において、実線
が垂直偏波の特性を示し、一点鎖線は水平偏波の特性を
示す。これらの図から、実施例の場合には、いくつかの
周波数において大きな結合減衰量が得られ、サイドロー
ブレベルが−２０ｄＢ程度と小さくなることがわかる。

【００２４】ここではマイクロストリップアンテナを用
いた例を示したが、ダイポールアンテナを用いた場合に
も同様の結果が得られた。

【００２５】図１２は本発明第二実施例のビームアンテ
ナを示す図である。垂直偏波放射素子および反射板の構
造を斜視図で示す。この実施例は、第一実施例に示した
ビームアンテナを垂直方向に複数配置したことを特徴と
する。すなわち、二個一組の垂直偏波放射素子１、２を
複数組備え、その組ごとにハイブリッド回路７が設けら
れる。これらのハイブリッド回路７にはそれぞれ位相器
９が接続され、垂直偏波放射素子１、２の上の位相分布
を調整することができる。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のビームア
ンテナは、水平方向の素子間隔を小さくしてグレーティ
ングサイドローブを抑えることができ、それでいて、放
射素子間の結合減衰量を大きくしてインピーダンスの周
波数特性を良好に保つことができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明第一実施例のビームアンテナの構造を示
す斜視図。

【図２】従来例のビームアンテナを示す斜視図。

【図３】従来例の動作を説明する平面図。

【図４】実施例の動作原理を説明する図。

【図５】実施例の具体的な構造を示す斜視図。

【図６】比較例の構造を示す斜視図。

【図７】垂直偏波放射素子の構造を示す斜視図。

【図８】実施例における垂直偏波放射素子間の結合減衰
量を示す図。

【図９】実施例における９００ＭＨｚの放射指向特性を
示す図。

【図１０】比較例における垂直偏波放射素子間の結合減
衰量を示す図。

【図１１】比較例における９００ＭＨｚの放射指向特性
を示す図。

【図１２】本発明第二実施例のビームアンテナの構造を
示す斜視図。

【符号の説明】

１、２ 垂直偏波放射素子 ３ 背面反射板 ４、５ 側面反射板 ６ 給電線 ７ ハイブリッド回路 ８ 入出力端子 ９ 位相器 １１ 基板 １２ 金属薄膜 １３、１４、１５ 金属板

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 二つの垂直偏波放射素子と、 この二つの垂直偏波放射素子の送信または受信信号に位
   相差を与えてビーム方向を合成するハイブリッド回路と
   を備えたビームアンテナにおいて、 上記二つの垂直偏波放射素子は、水平方向に０．３ない
   し０．４波長離れて配置され、さらに垂直方向に０．４
   ないし０．５波長ずれて配置されたことを特徴とするビ
   ームアンテナ。
2. 【請求項２】 上記ハイブリッド回路により与えられる
   位相差は９０°である請求項１記載のビームアンテナ。
3. 【請求項３】 上記二つの垂直偏波放射素子の背面に配
   置された背面反射板と、 この背面反射板の水平方向の両側から上記垂直偏波放射
   素子が設けられた側に突出する側面反射板とを備え、 上記側面反射板の上記背面反射板から突出する長さが
   ０．１ないし０．２波長に設定された請求項１または２
   記載のビームアンテナ。
4. 【請求項４】 請求項１ないし３のいずれか記載のビー
   ムアンテナが垂直方向に複数配置されたことを特徴とす
   るアンテナ装置。