JPH09321527A

JPH09321527A - 移動無線用アンテナ

Info

Publication number: JPH09321527A
Application number: JP13602096A
Authority: JP
Inventors: Masaaki Yamabayashi; 正明山林; Koichi Ogawa; 晃一小川; Naoki Yuda; 直毅湯田
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1996-05-30
Filing date: 1996-05-30
Publication date: 1997-12-12

Abstract

(57)【要約】【課題】基地局が備える支持金具が簡便なもので済む
細くて軽い移動無線用アンテナを提供する。【解決手段】同軸給電線１の内部導体１ｂを、外部導
体の上端１ａより１／４波長だけ上方に延長して形成す
る。この延長して形成された内部導体によってアンテナ
エレメント３を構成する。同軸給電線１の外側に、一端
が外部導体の上端１ａに接続された状態で１／４波長の
真鍮製のスリーブ状金属パイプ２を配置する。金属パイ
プ２の開放端の内周の一部にタッピング加工によって雌
ネジ２ｂを設ける。金属パイプ２の開放端に、外周に雄
ネジ４ａが設けられた絶縁スペーサ４を挿入する。すな
わち、金属パイプ２の開放端側内壁の一部と同軸給電線
１の外部導体の一部との間に、絶縁スペーサ４を配置す
る。同軸給電線１の下端１ｂに、外部回路と接続するた
めの同軸コネクタ５を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、主として移動無線
で使用される基地局用アンテナに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】移動無線等の基地局用アンテナとして
は、主に『スリーブアンテナ』と呼ばれる構成のダイポ
ールアンテナが使用されている。図６に、従来技術にお
けるスリーブアンテナの構造を示す。図６に示すよう
に、同軸給電線１０３の外部導体の外側には、一端が前
記外部導体の上端に接続された状態で約１／４波長のス
リーブ状金属パイプ１０２が配置されている。また、同
軸給電線１０３の内部導体は、前記外部導体の上端から
突出しており、前記内部導体には約１／４波長のアンテ
ナエレメント１０１が接続されている。これにより、１
／２波長ダイポールアンテナ１０４が構成されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記のアンテナは、垂
直偏波アンテナとして使用する場合に、同軸給電線１０
３がアンテナ特性に影響を及ぼさない点で優れている
が、スリーブ状金属パイプ１０２がバランを構成してい
ることにより、狭帯域アンテナとなっている。このた
め、構成部品の寸法のばらつき及び製造工程での仕上が
り寸法のばらつきによるアンテナの共振周波数のずれを
考慮して、所望の帯域よりも十分広い帯域にする必要が
ある。この場合、スリーブ状金属パイプ１０２を大径化
することが広帯域化を実現する１つの有効な手段として
用いられているが、この場合には、アンテナが重くな
り、基地局が備える支持金具も大がかりなものとなって
しまう。

【０００４】本発明は、従来技術における前記課題を解
決するためになされたものであり、基地局が備える支持
金具が簡便なもので済む細くて軽い移動無線用アンテナ
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】前記目的を達成するた
め、本発明に係る移動無線用アンテナの第１の構成は、
同軸給電線と、前記同軸給電線の内部導体を外部導体の
上端より略１／４波長だけ上方に延長して形成されたア
ンテナエレメントと、一端が前記外部導体の上端に接続
された状態で前記同軸給電線の外側に配置された略１／
４波長のスリーブ状金属パイプとからなるダイポールア
ンテナと、前記スリーブ状金属パイプの開放端側内壁の
一部と前記同軸給電線の外部導体の一部との間に挿入さ
れた絶縁スペーサとを備え、前記絶縁スペーサの挿入深
さを制御することによって前記ダイポールアンテナの共
振周波数を調整することを特徴とする。この移動無線用
アンテナの第１の構成によれば、絶縁スペーサの挿入深
さを変えることによって広帯域化を実現することができ
るので、アンテナエレメント及びスリーブ状金属パイプ
の径を最適にしてアンテナの寸法及び重量を最小限に抑
えることができる。その結果、基地局が備える支持金具
が簡便なもで済む細くて軽い移動無線用アンテナを実現
することができる。

【０００６】また、本発明に係る移動無線用アンテナの
第２の構成は、同軸給電線と、前記同軸給電線の外部導
体の所定の位置に給電点として設けられた円環スリット
と、前記外部導体の前記円環スリットの両側にそれぞれ
の一端が対向して接続された一対の略１／４波長のスリ
ーブ状金属パイプとからなるダイポールアンテナと、前
記一対のスリーブ状金属パイプの各々の開放端側内壁の
一部と前記同軸給電線の外部導体の一部との間に挿入さ
れた一対の絶縁スペーサとを備え、前記一対の絶縁スペ
ーサの挿入深さを制御することによって前記ダイポール
アンテナの共振周波数を調整することを特徴とする。こ
の移動無線用アンテナの第２の構成によれば、各絶縁ス
ペーサの挿入深さを変えることによって広帯域化を実現
することができるので、スリーブ状金属パイプの径を最
適にしてアンテナの寸法及び重量を最小限に抑えること
ができる。

【０００７】また、本発明に係る移動無線用アンテナの
第３の構成は、前記本発明の第１の構成の移動無線用ア
ンテナを第１の移動無線用アンテナとし、前記本発明の
第２の構成の移動無線用アンテナを第２の移動無線用ア
ンテナとし、前記第１の移動無線用アンテナと、前記第
１の移動無線用アンテナの絶縁スペーサ側に接続された
少なくとも１つの前記第２の移動無線用アンテナとから
なるものである。この移動無線用アンテナの第３の構成
によれば、絶縁スペーサの挿入深さを制御することによ
って全てのダイポールアンテナの共振周波数を調整し
て、各ダイポールアンテナの特性を揃えることができ
る。その結果、アンテナエレメント及び全てのスリーブ
状金属パイプの径を最適にしてアンテナの寸法及び重量
を最小限に抑えることができるので、基地局が備える支
持金具が簡便なもので済む細くて軽い移動無線用のコリ
ニアアレイアンテナを実現することができる。

【０００８】また、前記本発明の第１〜第３の構成にお
いては、スリーブ状金属パイプの開放端内壁の一部にタ
ッピング加工によって雌ネジが設けられ、絶縁スペーサ
の外周に雄ネジが設けられているのが好ましい。この好
ましい例によれば、雌ネジと雄ネジとからなる螺合手段
によって絶縁スペーサの挿入深さを容易に制御すること
ができる。

【０００９】また、前記本発明の第１〜第３の構成にお
いては、スリーブ状金属パイプの開放端内壁の一部に絞
り加工によって雌ネジが設けられ、絶縁スペーサの外周
に雄ネジが設けられているのが好ましい。この好ましい
例によれば、薄肉のスリーブ状金属パイプを使用するこ
とができるので、より軽量な移動無線用アンテナを実現
することができる。

【００１０】また、前記本発明の第１〜第３の構成にお
いては、スリーブ状金属パイプの開放端内壁の一部に複
数の段差が設けられ、絶縁スペーサの先端がスナップフ
ィット形状にされているのが好ましい。この好ましい例
によれば、簡単な構造で振動等の外部からの衝動を受け
ても挿入深さが安定する。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、実施の形態を用いて本発明
をさらに具体的に説明する。〈第１の実施の形態〉図１（ａ）は本発明に係る移動無
線用アンテナの第１の実施の形態を示す側面図、図１
（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ断面図である。

【００１２】図１に示すように、同軸給電線１は外部導
体と内部導体とからなり、内部導体１ｂは外部導体の上
端１ａより１／４波長だけ上方に延長して形成されてい
る。この延長して形成された内部導体によってアンテナ
エレメント３が構成されている。同軸給電線１の外側に
は、一端が外部導体の上端１ａに接続された状態で１／
４波長の真鍮製のスリーブ状金属パイプ２が配置されて
いる。金属パイプ２の開放端には、その内周の一部にタ
ッピング加工によって雌ネジ２ｂが設けられている。金
属パイプ２の開放端には、外周に雄ネジ４ａが設けられ
たフッ素樹脂（例えばポリテトラフルオロエチレン）製
の絶縁スペーサ４が挿入されている。すなわち、金属パ
イプ２の開放端側内壁の一部と同軸給電線１の外部導体
の一部との間には、絶縁スペーサ４が配置されている。
絶縁スペーサ４の基端部には、ストッパーを兼ねた回転
つまみ４ｂが形成されている。これにより、絶縁スペー
サ４を所定の長さ（挿入深さ）だけ金属パイプ２の開放
端部に捩じ込むことができる。同軸給電線１の下端１ｂ
には、外部回路と接続するための同軸コネクタ５が設け
られている。ここで、アンテナエレメント３は直径２ｍ
ｍ、長さ３６ｍｍであり、金属パイプ２は直径８ｍｍ、
長さ３６ｍｍである。絶縁スペーサ４の挿入部の長さは
３ｍｍである。以上により、移動無線用アンテナである
周波数１．９ＧＨｚにおける１／２波長ダイポールアン
テナ６が構成されている。

【００１３】以下に、上記のように構成された移動無線
用アンテナの周波数帯域特性について説明する。図２は
絶縁スペーサ４の挿入量をパラメーターとしたＶＳＷＲ
（電圧定在波比）特性の変化の様子を示す周波数帯域特
性図である。

【００１４】図２から分かるように、絶縁スペーサ４の
挿入によってダイポールアンテナに直列に装荷される容
量成分が増加して共振周波数が低下し、電気的にダイポ
ールアンテナ長を伸ばしたことと等価になる。絶縁スペ
ーサ４の挿入深さを深くしていくと共振周波数が小さく
なり、絶縁スペーサ４の挿入深さを浅くしていくと共振
周波数が大きくなる。すなわち、絶縁スペーサ４の挿入
深さを変えることにより、共振周波数を調整することが
できる。その調整範囲は約５０ＭＨｚ、比帯域は２．６
％と広く、構成部品の寸法のばらつき及び製造工程での
仕上がり寸法のばらつきによる共振周波数のずれを補正
するには十分である。

【００１５】以上説明したように、本実施の形態によれ
ば、絶縁スペーサ４の挿入深さを変えることによって広
帯域化を実現することができるので、アンテナエレメン
ト３及び金属パイプ２の径を最適にしてアンテナの寸法
及び重量を最小限に抑えることができる。その結果、基
地局が備える支持金具が簡便なもで済む細くて軽い移動
無線用アンテナを実現することができる。

【００１６】また、本実施の形態によれば、上記したよ
うに共振周波数を広帯域にわたって容易に調整すること
ができるので、近年提案され、実用化されている様々な
移動体無線通信システムにおける基地局用アンテナを一
種類のアンテナで作り分けることができる。その結果、
量産によるコストダウンが可能となる。

【００１７】ここで、１．９ＧＨｚ帯のシステムとその
周波数帯域の一例を示す。国名システム名周波数帯域日本ＰＨＳ１８９５〜１９１８ＭＨｚ北米ＰＣＳ（送信）１８５０〜１９１０ＭＨｚ北米ＰＣＳ（受信）１９３０〜１９９０ＭＨｚヨーロッパＤＥＣＴ１８８０〜１９００ＭＨｚ〈第２の実施の形態〉図３は本発明に係る移動無線用ア
ンテナの第２の実施の形態を示す側面図である。

【００１８】図３に示すように、第１のダイポールアン
テナ７の下方には第２のダイポールアンテナ８が接続さ
れており、第２のダイポールアンテナ８の下方には第３
のダイポールアンテナ９が接続されている。これによ
り、コリニアアレイアンテナが構成されている。

【００１９】図３において、第１のダイポールアンテナ
７は、上記第１の実施の形態と同じ構成であるので、そ
の説明は省略する。第２及び第３のダイポールアンテナ
８、９は、以下のように構成されている。すなわち、同
軸給電線１０の外部導体の所定の位置には、幅３ｍｍの
環状スリット１０ｘを設けることによって給電点が形成
されている。同軸給電線１０の外部導体の外側には、円
環スリット１０ｘの両側に位置して一対の１／４波長の
真鍮製のスリーブ状金属パイプ１１が配置されている。
この場合、一対の金属パイプ１１は、対向する端部が外
部導体に接続されている。金属パイプ１１の開放端に
は、上記第１の実施の形態と同様にしてフッ素樹脂（例
えばポリテトラフルオロエチレン）製の絶縁スペーサ１
２が挿入されている。このように構成された第２及び第
３のダイポールアンテナ８、９においても、各絶縁スペ
ーサの挿入深さを変えることによって広帯域化を実現す
ることができるので、金属パイプ１１の径を最適にして
アンテナの寸法及び重量を最小限に抑えることができ
る。

【００２０】また、第３のダイポールアンテナ９の下方
から延出した同軸給電線１０の下端には、外部回路と接
続するための同軸コネクタ１４が設けられている。アン
テナエレメント１３は直径２ｍｍ、長さ３６ｍｍであ
り、金属パイプ１１は直径８ｍｍ、長さ３６ｍｍであ
る。絶縁スペーサ１２の挿入部の長さは３ｍｍである。

【００２１】以下に、上記のように構成された移動無線
用アンテナの指向特性について説明する。図４は第１〜
第３のダイポールアンテナ７〜９の給電点の間隔を９１
ｍｍとした場合のアンテナの指向特性を示す特性図であ
る。尚、ｘｙｚ軸は図３に準じている。図４に示すよう
に、垂直面（ｙｚ面及びｚｘ面）の最大利得方向は、下
方に傾いており、その傾斜角（チルト角）は約１５度で
ある。この給電点の間隔は１波長よりも短いため、図４
に示すようにその最大利得方向は下方に傾斜したものと
なる。すなわち、１．９ＧＨｚの自由空間での波長：λ
＝（３×１０⁸／１．９ＧＨｚ）＝１５７．９ｍｍ、同
じく同軸給電線内での波長：λ_g はほぼλ×０．６７＝
１０５．８ｍｍとなる。前記において、０．６７は波形
短縮率である。よって前記第１〜第３のダイポールアン
テナ７〜９の給電点の間隔の９１ｍｍは、１０５．８ｍ
ｍより短いので、給電点の間隔は１波長よりも短いとい
うことになる。

【００２２】一方、給電点の間隔が１波長よりも長い場
合には最大利得方向は上方に傾斜したものとなり、給電
点の間隔が１波長と同程度の長さの場合には最大利得方
向は水平となる。すなわち、この給電点の間隔によって
垂直面（ｙｚ面及びｚｘ面）の最大利得方向を制御する
ことができる。これは、給電点の間隔と給電線路中の電
波の波長との関係によって、それぞれのダイポールアン
テナから発せられる電波の位相が変化するためである。
これらはコリニアアレイアンテナの１つの有用な特徴で
あり、用途に応じて使い分けるべきものである。

【００２３】次に、上記のように構成された移動無線用
アンテナの周波数帯域特性について説明する。図５は第
１〜第３のダイポールアンテナ７〜９の給電点の間隔を
１０６ｍｍとした場合のアンテナの周波数帯域特性を示
すＶＳＷＲ特性図である。図５中、（ａ）は第１〜第３
のダイポールアンテナ７〜９が共振周波数１．９ＧＨｚ
に揃っているときのＶＳＷＲ特性を示し、（ｂ）は第１
のダイポールアンテナ７が１．９ＧＨｚに、第２のダイ
ポールアンテナ８が１．８５ＧＨｚに、第３のダイポー
ルアンテナ９が１．９５ＧＨｚにそれぞれ共振している
ときのＶＳＷＲ特性を示している。図５に示すように、
（ｂ）は（ａ）に比べ周波数１．９ＧＨｚにおいてＶＳ
ＷＲ特性が劣化している。これは、第２のダイポールア
ンテナ８及び第３のダイポールアンテナ９の共振周波数
が１．９ＧＨｚからずれているために、１．９ＧＨｚに
おいてコリニアアレイアンテナ全体として不整合状態と
なっていることに起因する。

【００２４】図５から分かるように、コリニアアレイア
ンテナの特性を十分に発揮させるためには、各ダイポー
ルアンテナの特性が揃っているのが望ましい。本実施の
形態の構成を採用すれば、絶縁スペーサ１２の挿入深さ
を変えることにより、全てのダイポールアンテナ７〜９
の共振周波数を調整して、各ダイポールアンテナ７〜９
の特性を揃えることができる。その結果、アンテナエレ
メント１３及び全ての金属パイプ１１の径を最適にして
アンテナの寸法及び重量を最小限に抑えることができる
ので、基地局が備える支持金具が簡便なもので済む細く
て軽い移動無線用のコリニアアレイアンテナを実現する
ことができる。

【００２５】尚、本実施の形態においては、コリニアア
レイアンテナを構成するダイポールアンテナの数を３と
したが、必ずしもこの構成に限定されるものではなく、
ダイポールアンテナの数は３以外であっても構わない。
ダイポールアンテナの数を増せば、コリニアアレイの最
大利得を向上させることができる。

【００２６】また、上記第１及び第２の実施の形態にお
いては、タッピング加工によって金属パイプの開放端の
内壁に雌ネジを形成しているが、必ずしもこの方法に限
定されるものではなく、例えば、金属パイプの絞り加工
によって雌ネジを形成してもよい。この場合には、薄肉
の金属パイプを使用することができるので、より軽量な
移動無線用アンテナを実現することができる。

【００２７】また、上記第１及び第２の実施の形態にお
いては、スペーサの挿入深さを制御する手段として雌ネ
ジと雄ネジとからなる螺合手段を用いているが、必ずし
もこの構成に限定されるものではなく、例えば、多段ス
ナップフィットを用いてもよい。この場合、金属パイプ
の開放端内壁の段差は鋸歯状でも矩形状でもよい。

【００２８】また、上記第１及び第２の実施の形態にお
いては、絶縁スペーサの材料としてフッ素樹脂（例えば
ポリテトラフルオロエチレン）を用いているが、必ずし
もこれに限定されるものではなく、例えばポリエチレ
ン、ポリプロピレン、ＡＢＳ等、必要な高周波特性と誘
電率のバランスを考慮して選択することができる。一般
に、高周波特性の良好なものは誘電率が低くて同じ挿入
深さでは共振周波数の調整範囲が狭くなる。一方、高周
波特性の悪いものは誘電率が高くて同じ挿入深さでは共
振周波数の調整範囲が広くなる。

【００２９】また、上記第１及び第２の実施の形態で示
した数値や構成は一例であり、本発明はこれらの数値や
構成の細部に限定されるものではない。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る移動
無線用アンテナによれば、スリーブ状金属パイプの開放
端側内壁の一部と同軸給電線の外部導体の一部との間に
挿入した絶縁スペーサの挿入深さを制御することによっ
てダイポールアンテナの共振周波数を調整し、構成部品
寸法のばらつき及び製造工程での仕上がり寸法のばらつ
きによるアンテナの共振周波数のばらつきを吸収するこ
とができる。その結果、アンテナの径を最適にして寸法
及び重量を最小限に抑えることができるので、基地局が
備える支持金具が簡便なもので済む細くて軽い移動無線
用アンテナを実現することができる。

【００３１】さらに、高い部品寸法精度が不要となるの
で、安価な部品の使用によるコストダウンを図ることが
できる。また、共振周波数を広帯域にわたって容易に調
整することができるので、近年提案され、実用化されて
いる様々な移動体無線通信システムにおける基地局用ア
ンテナを一種類のアンテナで作り分けることができる。
その結果、量産によるコストダウンが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明に係る移動無線用アンテナの第
１の実施の形態を示す側面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ
断面図である。

【図２】本発明の第１の実施の形態において、絶縁スペ
ーサの挿入量をパラメーターとしたＶＳＷＲ（電圧定在
波比）特性の変化の様子を示す周波数帯域特性図であ
る。

【図３】本発明に係る移動無線用アンテナの第２の実施
の形態を示す側面図である。

【図４】本発明の第２の実施の形態において、第１〜第
３のダイポールアンテナの給電点の間隔を９１ｍｍとし
た場合のアンテナの指向特性を示す特性図である。

【図５】本発明の第２の実施の形態において、第１〜第
３のダイポールアンテナの給電点の間隔を１０６ｍｍと
した場合のアンテナの周波数帯域特性を示すＶＳＷＲ特
性図である。

【図６】従来技術における移動無線用アンテナを示す斜
視図である。

【符号の説明】

１同軸給電線１ａ同軸給電線の外部導体の上端１ｂ同軸給電線の下端２金属パイプ２ａ金属パイプの一端２ｂ金属パイプ開放端内壁の雌ネジ３アンテナエレメント４絶縁スペーサ４ａスペーサ外側の雄ネジ４ｂストッパーを兼ねた回転つまみ５同軸コネクタ６ダイポールアンテナ７第１のダイポールアンテナ８第２のダイポールアンテナ９第３のダイポールアンテナ１０同軸給電線１０ｘ円環スリット１１金属パイプ１２絶縁スペーサ１３アンテナエレメント

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】同軸給電線と、前記同軸給電線の内部導
体を外部導体の上端より略１／４波長だけ上方に延長し
て形成されたアンテナエレメントと、一端が前記外部導
体の上端に接続された状態で前記同軸給電線の外側に配
置された略１／４波長のスリーブ状金属パイプとからな
るダイポールアンテナと、前記スリーブ状金属パイプの
開放端側内壁の一部と前記同軸給電線の外部導体の一部
との間に挿入された絶縁スペーサとを備え、前記絶縁ス
ペーサの挿入深さを制御することによって前記ダイポー
ルアンテナの共振周波数を調整することを特徴とする移
動無線用アンテナ。
【請求項２】同軸給電線と、前記同軸給電線の外部導
体の所定の位置に給電点として設けられた円環スリット
と、前記外部導体の前記円環スリットの両側にそれぞれ
の一端が対向して接続された一対の略１／４波長のスリ
ーブ状金属パイプとからなるダイポールアンテナと、前
記一対のスリーブ状金属パイプの各々の開放端側内壁の
一部と前記同軸給電線の外部導体の一部との間に挿入さ
れた一対の絶縁スペーサとを備え、前記一対の絶縁スペ
ーサの挿入深さを制御することによって前記ダイポール
アンテナの共振周波数を調整することを特徴とする移動
無線用アンテナ。
【請求項３】請求項１に記載の移動無線用アンテナを
第１の移動無線用アンテナとし、請求項２に記載の移動
無線用アンテナを第２の移動無線用アンテナとし、前記
第１の移動無線用アンテナと、前記第１の移動無線用ア
ンテナの絶縁スペーサ側に接続された少なくとも１つの
前記第２の移動無線用アンテナとからなる移動無線用ア
ンテナ。
【請求項４】スリーブ状金属パイプの開放端内壁の一
部にタッピング加工によって雌ネジが設けられ、絶縁ス
ペーサの外周に雄ネジが設けられた請求項１〜３のいず
れかに記載の移動無線用アンテナ。
【請求項５】スリーブ状金属パイプの開放端内壁の一
部に絞り加工によって雌ネジが設けられ、絶縁スペーサ
の外周に雄ネジが設けられた請求項１〜３のいずれかに
記載の移動無線用アンテナ。
【請求項６】スリーブ状金属パイプの開放端内壁の一
部に複数の段差が設けられ、絶縁スペーサの先端がスナ
ップフィット形状にされた請求項１〜３のいずれかに記
載の移動無線用アンテナ。