JPH08204425A

JPH08204425A - アンテナ装置

Info

Publication number: JPH08204425A
Application number: JP802295A
Authority: JP
Inventors: Koichi Tsunekawa; 光一常川; Seiji Hagiwara; 誠嗣萩原
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp; NTT Mobile Communications Networks Inc
Current assignee: NTT Docomo Inc; Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1995-01-23
Filing date: 1995-01-23
Publication date: 1996-08-09

Abstract

(57)【要約】【目的】小形、広帯域で、かつ天井などに取付ける移
動電話の基地局アンテナとした場合、アンテナ直下で十
分なレベルを得る。【構成】このアンテナは同軸給電線３と、その外部導
体に接続された地板部または地線部１と、それらの上に
配され、同軸給電線の中心導体に接続された放射アンテ
ナ素子２を有する。この発明では図１に示すように地線
部又は地板部１がスパイラル状の板１ｂ，１ｃで構成さ
れる。他の発明では、トップロード部と円錐状のスカー
ト部をもつディスコーンアンテナ装置において、そのス
カート部の円錐状側面に沿ってスパイラル状素子が設け
られる。そのトップロード部に放射状の複数の線状素子
を設けることもできる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、小形で広帯域なアンテ
ナに関し、特に天井などにとりつける基地局アンテナに
利用されるものである。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】図１３
は従来のアンテナ装置の例であり、Ａはブラウンアンテ
ナ（地線付モノポールアンテナとも言う）、Ｂは小形円
盤状の地板をもつモノポールアンテナ（地板付モノポー
ルアンテナとも言う）（参考文献：電子通信学会編“ア
ンテナハンドブック、第３章基本アンテナ、２節モノポ
ール（ユニポール）アンテナ、２項有限地板上のモノポ
ールアンテナ”Ｐ．５２）である。図１４〜図１６は図
１３を変形したアンテナの例である。ここで、１０１は
地線エレメントまたは円盤状の地板、１０２は線状放射
エレメント、１０３は給電線、１０４は給電点である。
これらのアンテナは線状放射エレメントが約λ／４
（λ：波長）、地線エレメントまたは地板の半径がλ／
４で共振する。このため、共振周波数はひとつに固定さ
れており、２つ以上の共振をしない。また、小形化する
と帯域が狭くなるという欠点があった。

【０００３】また、図１７は従来のアンテナ装置の他の
例であり、広帯域アンテナとしてよく知られているディ
スコーンアンテナである。ここで、１０１は円すい形を
したスカート部エレメント、１０２は円盤状トップロー
ド金属エレメント（円板金属とも言う）、１０３は給電
線、１０４は給電点、Ｌはスカート部の円すい形側面に
沿った長さ、Ｓは円板金属１０２の半径である。このア
ンテナは最低共振周波数の約５倍の帯域を有する広帯域
アンテナである（参考文献：電子通信学会編“アンテナ
ハンドブック、第３章基本アンテナ、４節組み合わせア
ンテナ、６項ディスコーンアンテナ”Ｐ．１２８）。し
かし、従来のディスコーンアンテナでは、最低基本周波
数が図１７中のＬの長さで決まっていた。たとえばＬ＝
３５．５ｃｍ、Ｓ＝１１．５ｃｍで最低共振周波数は２
００ＭＨｚである（前記文献）。２００ＭＨｚの波長は
１．５ｍであるので、その１／４波長は３７．５ｃｍと
なり、ほぼ最低共振周波数の波長の１／４がＬに等しい
必要がある。さらに円盤金属１０２の半径Ｓは共振周波
数に関係し、あまりＳが小さいと最低共振周波数が上る
傾向にあった。すなわち、従来のディスコーンアンテナ
などのアンテナ装置は、最低共振周波数がほぼその形状
で決定されてしまい、それより低い周波数では共振しな
い、つまり小形化が出来ないという欠点があった。さら
に、このアンテナの放射パターンはほぼ図１７の横方向
に放射し、全て垂直偏波のみである。そのため本アンテ
ナを図１７の状態から、上下逆さにして、屋内などの天
井に設置する基地局アンテナとして使用する場合、アン
テナ直下では非常にレベルが低くなるという欠点を有し
ていた。

【０００４】従って、従来の図１３及び図１７のアンテ
ナ装置は、小形化が困難であると共に、天井に設置する
基地局アンテナとして使用する場合、アンテナ直下では
非常にレベルが低くなるという欠点を有していた。本発
明の目的はこのような問題点を解決し、小形、広帯域
で、かつ天井などにとりつける基地局アンテナとした場
合、アンテナ直下で十分なレベルが得られるようにしよ
うとするものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】

（１）請求項１の発明は、同軸給電線と、その同軸給
電線の外部導体に接続された地板部または地線部と、そ
の地板部または地線部上に配され、前記同軸給電線の中
心導体に接続された放射アンテナ素子とを有するアンテ
ナ装置において、前記地板部又は地線部をスパイラル状
の板で構成したものである。（２）請求項２の発明は、ブラウン形（地線付垂直モ
ノポール形）のアンテナ装置または地板付垂直モノポー
ル形のアンテナ装置において、その地線部または地板部
をスパイラル状の板で構成したものである。（３）請求項３の発明は、前記（２）において、前記
垂直モノポールの途中にコイル状素子を接続したもので
ある。（４）請求項４の発明は、トップロード部とスカート
部とを有するディスコーン形のアンテナ装置において、
そのスカート部に円すい側面に沿ったスパイラル状素子
を設けたものである。（５）請求項５の発明は、トップロード部とスカート
部とを有するディスコーン形のアンテナ装置において、
そのスカート部に円すい側面に沿ったスパイラル状素子
を設け、そのトップロード部に放射状の複数の線状素子
を設けたものである。（６）請求項６の発明は、前記（５）において、少な
くとも一つのコイル状金属素子、または集中インダクタ
ンス素子が線状素子の先端または途中に接続されている
ものである。（７）請求項７の発明は、前記（４）乃至（６）のい
ずれかにおいて、スカート部のトップロード部と反対側
に近接して、同軸給電線の外部導体に接続された金属地
板を設けたものである。（８）請求項８の発明は、前記（６）又は（７）にお
いて、同軸給電線の途中に整合回路を設けたものであ
る。（９）請求項９の発明では、前記（５）において、線
状素子が、互いに平行な複数の平面上に配されている。

【０００６】

【実施例】

（実施例１）図１は請求項１及び２の発明の実施例を示
す図であり、図１３Ａのブラウンアンテナの地線部また
は図１３Ｂの地板付垂直モノポールアンテナの地板を２
本のスパイラル素子にしたものである。ここで１は地板
（部）、１ａは絶縁基板、１ｂ，１ｃはスパイラル状素
子であり、絶縁基板１ａの表面（裏面でもよい）に形成
されている。２は放射素子としての垂直モノポールであ
り、３は同軸給電線である。

【０００７】この場合、モノポール（線状放射素子とも
言う）２はブラウンアンテナや円盤地板付モノポールと
同じく１／４波長であるが、スパイラル状素子１ｂ，１
ｃの外接円の半径Ｒは１／４波長より小さく、スパイラ
ルに沿った長さＬが約１／４波長となる。この状態で従
来のブラウンアンテナ（図１３Ａ）や円盤地板付モノポ
ール（図１３Ｂ）とほぼ同じ共振周波数で共振する。従
って、従来のブラウンアンテナや円盤地板付モノポール
と比べて、小さい地板部１で共振出来るので小形なアン
テナが実現出来る。（実施例２）図２は請求項３の発明の実施例を示す図で
あり、図１の垂直モノポール２の途中にコイル状素子を
接続したもので、図１と対応する部分に同じ符号を付け
て示し重複説明を省略する。この場合は従来の図１６Ａ
のアンテナの地線部を２つのスパイラル状素子１ｂ，１
ｃで構成したものと同じである。垂直モノポール（線状
放射素子）２についてもコイル状素子４を用いて短縮し
たもので、実施例１における地板の小形化に加えて、さ
らに線状放射素子２も小形化出来るので、従来のブラウ
ンアンテナや円盤地板付モノポールと比べて、さらに小
形なアンテナが実現出来る。

【０００８】なお、図１及び図２では従来の図１３及び
図１６Ａのアンテナの地線部又は地板部をスパイラル状
素子で構成した例を示したが、従来の図１４、図１５及
び図１６Ｂのアンテナの地線又は地板をスパイラル状素
子で構成することもできる。従って、放射素子は必ずし
も垂直モノポールに限らない（請求項１と関連する）。（実施例３）図３は請求項４の発明の実施例を示す図で
あり、従来例で述べた図１７のディスコーンアンテナの
スカート部に２つのスパイラル状素子１ｂ，１ｃを設け
たものである。これらの素子５ｂ，５ｃはスカート状
（円錐状）の絶縁物５ａの表面（または裏面でもよい）
に形成されている。この場合はスカート部５にスパイラ
ル状素子が形成されているため、図１，図２と同様に素
子５ｂ，５ｃ上を流れる電流経路Ｌが長くなる。これら
のことから、従来のディスコーンアンテナに比較して、
より低い周波数から共振させることが出来る。従って、
従来のディスコーンアンテナと比べて、小さいスカート
部で共振出来るので小形なアンテナが実現出来る。（実施例４）図４及び図５は請求項５または６の発明の
実施例を示す図であり、図１７のディスコーンアンテナ
のスカート部に２つのスパイラル状素子５ｂ，５ｃを設
け、更にトップロード部に放射状の線状エレメント７ｂ
〜７ｅを設け、この図では更に線状素子７ｂ，７ｃにそ
れぞれコイル７ｆ，７ｇが接続されている。しかしコイ
ルを省略する場合もある。

【０００９】この場合もスカート部にスパイラル状素子
が設けてあるため、スカート部を流れる電流経路が長く
なり、一方、トップロード部７はコイル状金属素子付き
線状エレメントであるので、コイル部の巻き数などを調
整することにより見かけより長い電気長を実現出来る。
これらのことから、従来のディスコーンアンテナに比較
して、低い周波数で共振させることが出来る。この場
合、トップロード部のコイル付き線状エレメントは狭帯
域であるが、本実施例のように複数のエレメント７ｂ〜
７ｅを接続することにより多共振となり、広帯域特性が
得られる。またコイル状金属素子７ｆ，７ｇとして図１
１に示すような集中インダクタンス素子を設けてもよ
い。

【００１０】また、スパイラル状素子に流れる電流は図
５Ｂの１０のように回転しながら流れるため図４のアン
テナの上へ向かって水平偏波が回転しながら放射される
とともに、トップロード部の線状エレメント７ｂ〜７ｅ
からも同方向に水平偏波が放射される。図６に本アンテ
ナを図４の状態から上下逆さまにして天井にとりつけて
基地局アンテナとした場合の放射の様子を示した。ここ
で、５１は本アンテナ装置、５２は携帯電話、５３は偏
波で、基地局より遠い点へ放射するものである。５４も
偏波であり、基地局に近い点へ放射するものである。屋
内においては主に携帯電話が使われる。携帯電話は、通
話状態の場合携帯電話の受話器、送話器を耳と口に当て
るため、携帯電話のアンテナは傾く（参考文献：Ｔ．Ｔ
ａｇａａｎｄＫ．Ｔｓｕｎｅｋａｗａ，“Ｐｅｒｆｏ
ｒｍａｎｃｅＡｎａｌｙｓｉｓｏｆａＢｕｉｌ
ｔ−ｉｎＰｌａｎｅｒＩｎｖｅｒｔｅｄＦＡｎ
ｔｅｎｎａｆｏｒ８００ＭＨｚＢａｎｄＰｏｒ
ｔａｂｌｅＲａｄｉｏＵｎｉｔｓ”，ＩＥＥＥＴｒ
ａｎｓ．，ＳＡＣ−５，ｐｐ．９２１−９２９，１９８
７．）。このため、水平偏波に対する感度が高くなる。
そこで、図６に示すように、基地局から、遠い場合は垂
直偏波５３で放射し、アンテナ直下は水平偏波が適当で
ある。さらに、アンテナ直下では携帯電話の方向が一定
ではないので、円偏波が望ましい。すなわち、本アンテ
ナはこのような使用に大変適した放射特性を持つことに
なる。

【００１１】従って、本アンテナ装置によれば、従来よ
りもより低い周波数で共振するので、小形かつ広帯域特
性が得られる。さらにスカート部のスパイラル状素子５
ｂ，５ｃおよびトップロード部の線状エレメント７ｂ〜
７ｅより図４の上へ向かって水平偏波が放射されるの
で、本アンテナを図４の状態から上下逆さまにして天井
にとりつけて基地局アンテナとした場合、その直下のレ
ベルを十分大きくでき、携帯電話用の基地局として最適
な放射パターンが得られる。

【００１２】これらが実現出来ることを確かめるために
実験を行った。図７は実験を行ったアンテナの寸法であ
る。このアンテナのリターンロス周波数特性を図８に示
す。トップロード部の線状エレメントは４本とし、約８
２０、９５０、１５００、２１００ＭＨｚで共振するよ
うに線状エレメントの長さ、コイルの巻き数などを設定
した。図８で明らかなようにほぼ所望の多共振特性を得
ることが出来た。ただし、Δ１〜Δ５の５カ所で共振を
したが、Δ４の１．８８ＧＨｚの共振は本アンテナの設
計周波数ではないので、他の要因による共振と考えられ
る。図９及び図１０に４つの設計周波数における放射パ
ターンを示す。図９Ａ，Ｂは８２０ＭＨｚ、図９Ｃ，Ｄ
は９５０ＭＨｚ、図１０Ａ，Ｂは１．４５ＧＨｚ、図１
０Ｃ，Ｄは２．１ＧＨｚであり、図１０Ｃ，Ｄのみ、測
定の都合で送信パワーが他に比べて１０ｄＢ低いので、
レベルが１０ｄＢ低く見えている。

【００１３】この結果から明らかなようにほぼどの周波
数においても、ＸＹ面のＥθ偏波成分は無指向性の円
に、ＸＺ面のＥθ偏波成分はアンテナの横方向に放射す
る８の字特性となり、また、ＸＺ面でＥθ偏波成分のヌ
ル点をほぼ埋めるようにＥφ偏波成分が放射している。
ただし、本アンテナではトップロード部の線状エレメン
トが非対称になっているため、各ＸＺ面のＥθ偏波成分
はヌルポイントがＺ軸に正確に一致せず傾いてしまって
いる。これは、トップロード部の線状エレメントの数を
増やし、１周波数あたり２本として対称的に配置してや
れば解決できる。以上のようにして本アンテナの特性が
所望のものであることが実験によって確認された。すな
わち、本アンテナ装置によれば、小形で広帯域なアンテ
ナで、かつ天井などにとりつける基地局アンテナとして
適当な放射パターンを実現できる。

【００１４】なお、本実施例では、スパイラルエレメン
トが２本、トップロード部の線状エレメントが４本の場
合を示したが、これらはこの数に限定されるものではな
い。従って、システム要求等によって適当にこれらの数
を含めた設計を行えばよく、他の数であっても同様な特
性が得られることは明らかである。さらに、本実施例で
はトップロード部に線状エレメントまたは線状エレメン
トとコイルにより共振素子を構成する例を示したが、共
振素子はこの構成のみには限らず、他の構成であっても
同様な特性が得られることは明らかである。（実施例５）図１１は請求項７及び８の発明の実施例を
示す図であり、アンテナ装置にカバーをかぶせ、さらに
低い周波数についても共振させたものである。図１１Ａ
は本アンテナを給電線のある面で切断した断面図、図１
１Ｂは上から見た図である。ここで１〜９は図４、図５
と同一である。しかし７ｆ，７ｇはチップ状の集中イン
ダクタンス素子、９は金属地板、１０は誘電体カバー、
１１は整合回路である。整合回路１１では、コイル１１
ａの両端に金属片１１ｂ，１１ｃが接続され、これらが
絶縁基板１１ｄ上に取付けられ、その絶縁基板１１ｄが
金属地板９の裏面に取付けられている。

【００１５】このアンテナ装置は、図４に対して、７
ｆ，７ｇとしてコイルの代わりにチップ状の集中定数イ
ンダクタンス素子を用い、それらを線状エレメントの途
中に装荷することにより小形化し、金属地板９を設けて
設置面によるアンテナ特性への影響を低減させ、さら
に、金属地板９の下側に整合回路１１を設けて、図４の
アンテナでは整合がとれない、さらに低い周波数にも共
振させたものである。このことは本アンテナ装置の特徴
を保持したままで行えることであり、本アンテナの有効
性は変わらない。

【００１６】なお、図１１では、線状エレメントへの集
中定数インダクタンス素子７ｆ，７ｇの装荷、金属地板
９の追加、整合回路１１の設置を同時に行った例を示し
たが、これらは全く独立に実施してもよいのは勿論であ
る。図１１では図４のアンテナに金属地板９、誘電体カ
バー１０、整合回路１１を追加したが、図３のアンテナ
に同様の部材を追加することもできる。（実施例６）図１２は請求項９の発明の実施例を示す図
であり、放射状の線状素子を平行な複数の（図では２つ
の）平面上に配し、より多くの線状素子を接続して広帯
域を図るものである。そのため絶縁基板が７ａと７ａ′
の２枚となっており、その上に線状エレメントが形成さ
れている。この場合も線状エレメントの数が増えて、よ
り多くの共振点で共振するようにされている。

【００１７】

【発明の効果】以上述べたように、この発明では、地板
部やスカート部にスパイラル状素子を設け、或いはトッ
プロード部に放射状の複数の線状素子を設けたので、従
来より小形で広帯域なアンテナで、かつ天井などにとり
つける基地局アンテナとした場合、直下方向のレベルも
十分得られ、最適な放射パターンを実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項１又は２の発明の実施例を示す図であ
り、Ａは斜視図、Ｂは断面図。

【図２】請求項３の発明の実施例を示す図であり、Ａは
斜視図、Ｂは断面図。

【図３】請求項４の発明の実施例を示す斜視図。

【図４】請求項４又は５の発明の実施例を示す斜視図。

【図５】Ａ及びＢはそれぞれ図４のアンテナの断面図及
び平面図。

【図６】図４のアンテナを上下逆さまにして天井にとり
つけて基地局アンテナとした場合の放射の様子を示す原
理的な断面図。

【図７】Ａ及びＢはそれぞれ実験を行った図４のアンテ
ナの寸法を示す断面図及び平面図。

【図８】図７の実験用アンテナのリターンロス周波数特
性を示すグラフ。

【図９】図７のアンテナの設計上の共振周波数８２０Ｍ
Ｈｚ及び９５０ＭＨｚにおける放射パターン図。

【図１０】図７のアンテナの設計上の共振周波数1.４５
ＧＨｚ及び２．１ＧＨｚにおける放射パターン図。

【図１１】Ａ及びＢはそれぞれ請求項７及び８の実施例
を示す断面図及び平面図。

【図１２】請求項９の発明の実施例を示す斜視図。

【図１３】従来のアンテナ装置の斜視図であり、Ａはブ
ラウンアンテナ、Ｂは小形円盤状の地板をもつモノポー
ルアンテナ。

【図１４】Ａ，Ｂはそれぞれ図１３Ａ，Ｂを変形したア
ンテナ装置の斜視図。

【図１５】図１３を変形した更に他のアンテナの斜視
図。

【図１６】図１３の更に他の変形例を示す斜視図。

【図１７】Ａ，Ｂはそれぞれ従来のディスコーンアンテ
ナの斜視図及び断面図。

【符号の説明】

１地板部１ａ絶縁基板１ｂ，１ｃスパイラル状素子２垂直線状放射素子（垂直モノポール）３同軸給電線４コイル状素子５スカート部５ａ絶縁物５ｂ，５ｃスパイラル状素子６給電点７，７′ トップロード部７ａ，７ａ′絶縁基板７ｂ，７ｂ′，７ｃ，７ｃ′，７ｄ，７ｅ線状素子７ｆ，７ｇコイル状金属素子又は集中インダクタンス
素子８電流９金属地板１０誘電体カバー１１整合回路１１ａコイル１１ｂ，１１ｃ金属片１１ｄ絶縁基板５１アンテナ装置５２携帯電話５３垂直偏波５４水平偏波又は円偏波１０１スカート部素子１０２円板状トップロード金属素子１０３同軸給電線１０４給電点

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】同軸給電線と、その同軸給電線の外部導
体に接続された地板部または地線部と、その地板部また
は地線部上に配され、前記同軸給電線の中心導体に接続
された放射アンテナ素子とを有するアンテナ装置におい
て、前記地板部又は地線部をスパイラル状の板で構成したこ
とを特徴とするアンテナ装置。
【請求項２】ブラウン形（地線付垂直モノポール形）
のアンテナ装置または地板付垂直モノポール形のアンテ
ナ装置において、その地線または地板をスパイラル状の
板で構成したことを特徴としたアンテナ装置。
【請求項３】請求項２において、前記垂直モノポール
の途中にコイル状素子を接続したことを特徴とするアン
テナ装置。
【請求項４】トップロード部とスカート部とを有する
ディスコーン形のアンテナ装置において、そのスカート
部に円すい側面に沿ったスパイラル状素子を設けたこと
を特徴とするアンテナ装置。
【請求項５】トップロード部とスカート部とを有する
ディスコーン形のアンテナ装置において、そのスカート
部に円すい側面に沿ったスパイラル状素子を設け、その
トップロード部に放射状の複数の線状素子を設けたこと
を特徴とするアンテナ装置。
【請求項６】請求項５において、少なくとも一つのコ
イル状金属素子または集中インダクタンス素子が前記線
状素子の先端または途中に接続されていることを特徴と
するアンテナ装置。
【請求項７】請求項４乃至６のいずれかにおいて、前
記スカート部の前記トップロード部と反対側に近接し
て、同軸給電線の外部導体に接続された金属地板を設け
たことを特徴とするアンテナ装置。
【請求項８】請求項６または７において、同軸給電線
の途中に整合回路を設けたことを特徴とするアンテナ装
置。
【請求項９】請求項５において、前記線状素子が、互
いに平行な複数の平面上に配置されていることを特徴と
するアンテナ装置。