JPH08125435A - パーソナル通信基地局装置のアンテナ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 簡単な構成で、小電力を有効に利用でき、ダ
イバシティ通信に対応できるパーソナル通信基地局装置
のアンテナを提供すること。 【構成】 アンテナ１５の基板１６の前面１６ａには、
水平面の利得が全周にわたってほぼ一様な指向特性をも
つコーリニア型のアンテナ素子１７がパターン形成され
ている。基板１６の背面側にはスペーサ１８が取り付け
られ、スペーサ１８の背面１８ａには、アンテナ素子１
７の水平面の指向特性を所定利得分だけ基板１６の前方
へシフトさせる帯板状の反射板１９がアンテナ素子１７
と対向するように縦に取り付けられている。スペーサ１
８の厚さＤは、通信に使用される無線信号の波長λのほ
ぼ０．１５倍に設定され、反射板１９の幅Ｗは、指向特
性のシフト量が２〜３ｄＢとなり、このシフトによる基
板１６の側方の利得の減少が０．５ｄＢ以内となるよう
に、波長λのほぼ１／８に設定されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、パーソナル通信基地局
装置に用いられるアンテナに関する。

【０００２】

【従来の技術と発明が解決しようとする課題】小電力の
携帯用無線端末機の基地局として設置されるパーソナル
通信基地局装置は、有線電話回線への接続が容易となる
ように公衆電話機に隣接するように設置されることが想
定される。

【０００３】パーソナル通信基地局装置を公衆電話機に
併設する場合、公衆電話機の利用に支障を与えることな
く、また、いたずらされにくいように、公衆電話機の背
面側にパーソナル通信基地局装置を設置するとともに、
周囲の携帯用無線端末機と安定に通信が行えるように、
水平面の利得が全周にわたって一様な指向特性（無指向
性）のアンテナ（例えば、垂直ダイポールアンテナ）を
パーソナル通信基地局装置の筐体の上面に突設する必要
がある。

【０００４】ところが、図６に示すように、一般に公衆
電話機１は、その背面側を建物等の壁面２に向けた状態
で設置されることが多いため、この公衆電話機１の背面
側にパーソナル通信基地局装置３を設置した場合、その
アンテナ４から放射される電波の強さは、指向特性Ａの
ように、携帯用無線端末機が存在する可能性のない壁面
２側も含めて全周にわたって一様となり、少ない電力を
有効に利用できないという問題がある。

【０００５】このために、図７に示すように一方向に強
い指向特性Ｂを持つアンテナ５を、そのビーム方向が壁
面２の前方に向くように設置することも考えられるが、
これでは、アンテナ５からみて壁面２側の利得が大きく
減少するだけでなく、壁面２に沿った方向の利得も極端
に小さくなってしまい、壁面２に沿った方向にある携帯
用無線端末機と通信を行うことができない。したがっ
て、このような指向性の強いアンテナ５で、壁面２方向
を除く全方向をカバーさせるためには、図８に示すよう
に、複数のアンテナ５を異なる角度に設置しなければな
らなず、アンテナ全体の構成が複雑化する。

【０００６】また、この種の基地局装置では、公衆電話
機の使用者や公衆電話機周囲の通行人等によってパーソ
ナル通信基地局装置と携帯用無線端末機との間の電波の
授受が妨害されたときでも通信が途切れないように複数
（通常２〜３個）のアンテナ３を所定間隔離間して設
け、携帯用無線端末機との間の電波の授受が確実な方の
アンテナを選択的に用いるダイバシティ通信方式を採用
することが想定されているが、前記したように指向性の
強いアンテナ５を複数用いて壁面２の前面側の全方向に
一様な利得を持たせている場合には、ダイバシティ通信
のために、さらにその２〜３倍の数のアンテナが必要に
なってしまい、アンテナ全体の構成がさらに複雑化し、
大型化し、コストが高くなってしまう。また、パーソナ
ル通信基地局装置自身のアンテナの切り換え制御も極め
て複雑化してしまう。

【０００７】本発明は、このような課題を解決し、簡単
で小型な構成で小電力の電波を有効に利用でき、ダイバ
シティ通信にも容易に対応できるパーソナル通信基地局
装置のアンテナを提供することを目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明のパーソナル通信基地局装置のアンテナは、
パーソナル通信基地局装置の筐体の上面に取り付けら
れ、該パーソナル通信基地局装置の周囲にある携帯用無
線端末機との間で無線信号の授受を行うアンテナであっ
て、前記筐体の上面にほぼ直立した状態で支持される基
板と、前記無線信号の波長に対応した長さを有し前記基
板の一面に縦方向にパターン形成され、水平面の利得が
全周にわたってほぼ一様な指向特性を有するアンテナ素
子と、金属で帯板状に形成され、前記基板の反対面から
所定距離離れた位置で前記アンテナ素子に平行に対向す
るように縦方向に支持され、前記アンテナ素子の水平面
の指向特性を前記基板の一面側へ所定利得分シフトさせ
る反射板とを備えている。

【０００９】

【作用】このようにしたため、本発明のパーソナル通信
基地局装置のアンテナでは、水平面の利得が全周にわた
ってほぼ一様な指向特性を有するアンテナ素子に平行に
対向するように配置された帯板状の反射板によって、ア
ンテナ全体の水平面の指向特性が、アンテナ素子の水平
面の指向特性を基板の一面側に所定利得分シフトした特
性となり、基板の一面側の利得に対して基板の反対面側
の利得が少なくなる。

【００１０】

【実施例】以下、図面に基づいて本発明の一実施例を説
明する。図１は、公衆電話機１の背面側に設置されたパ
ーソナル通信基地局装置１０を示している。パーソナル
通信基地局装置１０の筐体１１の上面１１ａは、合成樹
脂性のアンテナカバー１２で覆われており、そのアンテ
ナカバー１２の内部には、ダイバシティ通信用に２つの
アンテナ１５、１５が同一向きに且つ互いに干渉しない
距離だけ横方向に離れて取り付けられている。

【００１１】２つのアンテナ１５、１５は同一形状に形
成され、筐体１１内の回路（図示せず）によって選択的
に使用される。

【００１２】各アンテナ１５は、図２の（ａ）、（ｂ）
に示すように、ガラスエポキシ材やテフロン（登録商
標）等の合成樹脂で長方形に形成された基板１６と、基
板１６の表面１６ａ中央に縦長に形成されたアンテナ素
子１７と、基板１６と同一外形を有し基板１６の背面に
重ね合わせるように取り付けられた所定厚さのスペーサ
１８と、スペーサ１８の背面１８ａの中央に縦に取り付
けられた反射板１９とによって構成されている。

【００１３】アンテナ素子１７は、基板１６の表面１６
ａの銅箔パターンによってパーソナル通信基地局装置１
０と携帯用無線端末機との間で使用する無線信号の周波
数（約１．９ＧＨｚ）に同調したコーリニア型アンテナ
を形成しており、その下端の幅広部１７ａの中央に給電
用の同軸ケーブル（図示せず）の芯線が接続される。こ
のアンテナ素子１７自身の水平面の指向特性は、図３の
Ｐに示すように、全周にわたって利得がほぼ一様な垂直
型アンテナ特有の特性を有している。スペーサ１８は、
誘電率が非常に小さい（空気に近い）発泡スチロール材
等からなり、その厚さＤは無線信号の波長λ（約１５ｃ
ｍ）のほぼ０．１５倍に設定されている。

【００１４】反射板１９は、長さがアンテナ素子１７よ
り僅かに長く、幅Ｗが波長λのほぼ１／８（約２ｃｍ）
に設定された帯板状の薄い金属材（銅板やアルミ板等）
で形成され、アンテナ素子１７と平行に対向するよう
に、スペーサ１８の背面側中央に縦に取り付けられてい
る。

【００１５】このように構成されたアンテナ１５全体の
指向特性は、図３のＱに示すように、アンテナ素子１７
自身の指向特性Ｐを、基板１６の前方側へ２〜３ｄＢ程
度だけシフトした特性、即ち、アンテナ素子１７自身の
指向特性Ｐに対して前方利得（０°方向の利得）がほぼ
２〜３ｄＢだけ増し、後方利得（１８０°方向の利得）
がほぼ２〜３ｄＢだけ減少し、そして、基板１６の両側
方の利得（９０°および２７０°方向の利得）が僅か
（０．５ｄＢ程度）に減少した特性になる。

【００１６】図３に示した指向特性は、前述したように
スペーサ１８の厚さＤを０．１５λ、反射板１９の幅Ｗ
をλ／８に設定したときに実測したものであるが、実験
によれば、スペーサ１８の厚さＤを０．１５λから０．
２５λの範囲で変化させたときにも、前記図３の特性Ｑ
とほぼ同等の特性が得られており、ここでは、アンテナ
自身を小型化でき、パーソナル通信基地局装置１０の奥
行き寸法を少なくできるように、スペーサ１８の厚さＤ
を最も小さい０．１５λにしている。

【００１７】また、反射板１９の幅Ｗをλ／８より狭く
していくとアンテナ１５全体の周波数帯域が狭くなると
ともに、指向特性のシフト量が減り、また逆に、幅Ｗを
λ／８より広くすると、反射板１９による指向特性のシ
フト量が大きくなり、アンテナ５全体の前方利得が増加
しすぎて、基板１６の両側方の利得も大きく減少すると
いう傾向がみられた。

【００１８】ここでは、前方利得を大きくすることより
も、通信に必要な周波数帯域が得られ、且つ、側方利得
を減少させずに後方利得を減少させることができるよう
に、反射板１９の幅をほぼλ／８に設定している。

【００１９】このように構成された２つのアンテナ１５
は、基板１６の表面１６ａを筐体１１の前方へ向けた状
態で、筐体１１の上面に図示しない固定手段によって固
定されている。

【００２０】パーソナル通信基地局装置１０の筐体１１
の内部には、２つのアンテナ１５のうち、受信信号の強
度が所定レベル以上で安定している方のアンテナを自動
的に選択し、その受信信号を復調し、その復調信号を図
示しないＩＳＤＮ回線へ送出し、逆にＩＳＤＮ回線から
の信号で変調した無線信号を選択されている方のアンテ
ナ１５から発射して、携帯用無線端末機との間で無線信
号の授受を行うための回路が設けられている。

【００２１】このように構成されたパーソナル通信基地
局装置１０は、図４に示すように、壁面２に背面側を向
けた状態で設置されている公衆電話機１の背面に筐体１
１の前面を近接させるように設置される。このとき、筐
体１１の上に固定された２つのアンテナ１５は反射板１
９を壁面２側に向けた状態となる。

【００２２】このように、壁面２に反射板１９を向けた
アンテナ１５の指向特性Ｑ′は、アンテナ素子１７自身
の指向特性Ｐ′に対して、壁面２の前方側へ２〜３ｄＢ
分ずれた特性になるため、アンテナ１５から壁面２側に
発射される電波の強さは、壁面５の前方側へ発射される
電波の強さに対して４〜６ｄＢも弱くなるのに対し、ア
ンテナ１５から壁面２に沿った両側方へ発射される電波
の強さは、壁面５の前方側へ発射される電波の強さに対
して２．５〜３．５程度しか弱くならない。

【００２３】したがって、壁面２の前面側の全方向にお
いてアンテナ１５の指向性は大きな利得差がなく、しか
も、壁面側２への無駄な電波の放射が少なくなり、壁面
２の前面側のどの位置に存在する携帯用無線端末機２０
とも安定した通信を行うことができる。また、一方のア
ンテナ１５と携帯用無線端末機２０との間の無線通信が
通行人等によって遮られても、他方のアンテナ１５によ
る通信に切り換わるので通信を安定に持続することがで
きる。

【００２４】

【他の実施例】前記実施例のアンテナ１５は、基板１６
の背面側に発泡スチロール材のスペーサ１８を取り付
け、その背面に反射板１９を取り付けていたが、図５の
（ａ）、（ｂ）に示すアンテナ２５のように、反射用の
基板２６の背面２６ａに反射板２７を銅箔パターンによ
って帯板状に形成し、アンテナ素子１７が形成されてい
る基板１６と、この反射用の基板２６の四隅同士を合成
樹脂製のスペーサ２８によって連結させるように構成し
てもよい。

【００２５】また、帯板状の反射板をスペーサ等によっ
て基板１６の背面側に直接支持させるようにしてもよ
い。

【００２６】また、前記実施例では、コーリニア型のア
ンテナ素子１７を用いていたが、ダイポール型のアンテ
ナ素子を基板の表面に縦にパターン形成してもよい。

【００２７】また、前記実施例では、アンテナ素子１７
と反射板１９との間隔（スペーサ１８の厚さ）をほぼ
０．１５λにしていたが、前述したように、この間隔
は、０．１５λ〜０．２５λの範囲で任意に選ぶことが
できる。

【００２８】また、反射板１９の幅についても前記実施
例のλ／８に限らず、パーソナル通信基地局装置の設置
環境に応じて変更が可能である。例えば、前方利得と側
方の利得差を少なくするために反射板１９の幅を例えば
λ／９程度に狭くし、前方利得をより大きくしたい場合
には反射板１９の幅を例えばλ／７程度に拡げるように
してもよい。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のパーソナ
ル通信基地局装置のアンテナは、基板の一面側に水平面
の利得が全周にわたってほぼ一様な指向特性を有するア
ンテナ素子をパターン形成し、その基板の反対面側に、
金属で帯板状に形成された反射板をアンテナ素子と平行
に対向するように配置して、アンテナ全体の水平面の指
向特性を、アンテナ素子の水平面の指向特性を基板の一
面側に所定利得分シフトした特性にしている。

【００３０】このため、携帯用無線端末機との通信が行
われる可能性の無い壁面等の方向に、反射板を向けてア
ンテナを設置すれば、この方向への電波の無駄な放射を
少なくでき、小電力の電波を有効に使用できる。

【００３１】また、アンテナ全体の水平面の指向特性
は、アンテナ素子自身の指向性が基板の一面側へ所定利
得分シフトした特性になるので、基板の一面側の利得と
反対面側の利得との差より、基板の一面側の利得と基板
の両側方側の利得との差の方が少なくて済む。このた
め、建物の壁面等に沿った方向にも十分な利得をもたせ
ることができ、１つのアンテナで基板の反対面側以外の
全方向にある携帯用無線端末機との間で安定に通信が行
え、また、少ないアンテナ数で簡単に且つ確実にダイバ
シティ通信を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例のアンテナを有するパーソナ
ル通信基地局装置の外観を示す斜視図

【図２】一実施例のアンテナの構造を示す斜視図

【図３】一実施例のアンテナの水平面の指向特性の実測
図

【図４】一実施例のアンテナを有するパーソナル通信基
地局装置の設置状態での水平面の指向特性を示す概略図

【図５】本発明の他の実施例のアンテナの構造を示す斜
視図

【図６】パーソナル通信基地局装置に従来の無指向性ア
ンテナを用いたときの水平面の指向特性を示す図

【図７】パーソナル通信基地局装置に指向性の強いビー
ムアンテナを用いたときの水平面の指向特性を示す図

【図８】パーソナル通信基地局装置に指向性の強いビー
ムアンテナを複数用いたときの水平面の指向特性を示す
図

【符号の説明】

１ 公衆電話機 ２ 壁面 １０ パーソナル通信基地局装置 １１ 筐体 １５ アンテナ １６ 基板 １７ アンテナ素子 １８ スペーサ １９ 反射板 ２０ 携帯用無線端末機

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】パーソナル通信基地局装置の筐体の上面に
   取り付けられ、該パーソナル通信基地局装置の周囲にあ
   る携帯用無線端末機との間で無線信号の授受を行うアン
   テナであって、 前記筐体の上面にほぼ直立した状態で支持される基板
   と、 前記無線信号の波長に対応した長さを有し前記基板の一
   面に縦方向にパターン形成され、水平面の利得が全周に
   わたってほぼ一様な指向特性を有するアンテナ素子と、 金属で帯板状に形成され、前記基板の反対面から所定距
   離離れた位置で前記アンテナ素子に平行に対向するよう
   に縦方向に支持され、前記アンテナ素子の水平面の指向
   特性を前記基板の一面側へ所定利得分シフトさせる反射
   板とを備えたことを特徴とするパーソナル通信基地局装
   置のアンテナ。