JPH0998019A - 偏波共用アンテナ - Google Patents
偏波共用アンテナInfo
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Landscapes
- Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
Abstract
−ル素子を十字形に組合わせた従来のクロスダイポ−ル
アンテナは、水平面内における垂直偏波のビ−ム幅と水
平偏波のビ−ム幅が異なるため、このアンテナを移動通
信における基地局用アンテナとして用いると、サ−ビス
エリアが垂直偏波と水平偏波とで異なってしまうという
欠点がある。 【解決手段】本発明アンテナは、垂直方向に設けた反射
器の前方に、放射波長のほぼ1/4 の長さを隔てて反射器
の反射面とほぼ平行に存在すると仮想した平面に含ま
れ、互いに適宜間隔を隔てて垂直方向にほぼ平行となる
ように第1および第2の垂直偏波のダイポ−ル素子を設
けると共に、第1および第2の垂直偏波のダイポ−ル素
子の各長手方向のほぼ中心部の前面をよぎるように水平
偏波のダイポ−ル素子を設け、その長手方向の中心部
を、第1および第2の垂直偏波のダイポ−ル素子の平行
間隔のほぼ1/2 の箇所に対応一致させてある。
Description
無線通信用または移動通信用等に好適な偏波共用アンテ
ナに関するものである。
水平偏波による通信とに共用することにより、周波数資
源を有効に利用する通信方式において、一つのアンテナ
を垂直偏波による通信と水平偏波による通信とに共用す
ることによって、設備の有効利用を図ることができる。
また、一つの周波数を用いて垂直および水平の直交二偏
波による偏波ダイバ−シティを実施する通信方式におい
ても、一つのアンテナを垂直偏波および水平偏波に共用
することによって、設備の有効利用を図ることが可能で
ある。このような目的に用いられる偏波共用アンテナと
しては、水平面内における垂直偏波のビ−ム幅および水
平偏波のビ−ム幅が互いに等しく、垂直および水平偏波
の偏波識別度が良好で、通信方式の帯域幅が広い場合に
は、その帯域幅を十分カバ−することが可能な広帯域性
が要求される。図10は、超短波帯(VHF)ないし極
超短波帯(UHF)において従来用いられている偏波共
用アンテナ(クロスダイポ−ルアンテナ)を示す図で、
1は反射器、2は垂直偏波のダイポ−ル素子、30 は水
平偏波のダイポ−ル素子、4は垂直偏波のダイポ−ル素
子2への給電線、50 は水平偏波のダイポ−ル素子30
への給電線、6は反射器1と給電線4および50 間の電
気的導通を遮断するための絶縁体である。
クロスダイポ−ルアンテナは、水平面内における垂直偏
波のビ−ム幅と水平偏波のビ−ム幅が異なるため、この
アンテナを基地局におけるアンテナとして用いると、サ
−ビスエリアが垂直偏波と水平偏波とで異なってしまう
という欠点を免れることができない。一つの周波数で、
垂直偏波による通信および水平偏波による通信に共用す
るアンテナとして、給電点を90°方向に異ならせて設
けたマイクロストリップアンテナも用いられているが、
このアンテナは図10に示したクロスダイポ−ルアンテ
ナに比して放射特性が狭帯域なため、例えば、移動通信
における移動端末装置に取り付けられるアンテナのよう
に、送受信に共用するため、周波数特性が広帯域である
ことが要求されるアンテナとしては十分には満足し得な
いアンテナである。
方向となるように設けられた反射器と、反射器の反射面
の前方に、放射波長のほぼ1/4 の長さを隔てて反射器の
反射面とほぼ平行に存在すると仮想した平面に含まれ、
かつ、互いに適宜間隔を隔てて垂直方向にほぼ平行に並
べられた第1および第2の垂直偏波のダイポ−ル素子
と、第1および第2の垂直偏波のダイポ−ル素子の各中
心部の前面をよぎると共に、第1および第2の垂直偏波
のダイポ−ル素子の平行間隔のほぼ1/2 の箇所に中心部
が対応位置するように水平方向に設けられた水平偏波の
ダイポ−ル素子とを備えた偏波共用アンテナを実現する
ことによって、従来のアンテナの欠点を除こうとするも
のである。
斜視図、図2は、図1を下方から見た図(反射器の背部
における給電回路部分は、略図で示してある。)で、両
図において、1は垂直方向に設けられた金属板より成る
反射器、21 は第1の垂直偏波のダイポ−ル素子、22
は第2の垂直偏波のダイポ−ル素子、3は水平偏波のダ
イポ−ル素子で、各ダイポ−ル素子は、長さが放射波長
の1/4 より適宜短い一対の導体で形成してある。41 お
よび42 は垂直偏波のダイポ−ル素子21 および22 へ
の給電線、5は水平偏波のダイポ−ル素子3への給電
線、61 、62 および7は絶縁体、8は分岐回路、9は
垂直偏波のダイポ−ル素子21 および22 の励振源、1
0は水平偏波のダイポ−ル素子3の励振源である。垂直
偏波のダイポ−ル素子21 および22 は、反射器1の反
射面の前方に、放射波長のほぼ1/4 の長さを隔てて反射
器1の反射面とほぼ平行に存在すると仮想した平面に含
まれ、かつ、垂直偏波のダイポ−ル素子21 および22
が適宜間隔を隔てて垂直方向に互いにほぼ平行となるよ
うに設け、垂直偏波のダイポ−ル素子21 および22 へ
の給電線41 および42 は、反射器1の一部に穿った孔
隙部分に設けた絶縁体61 および62 によって反射器1
との間を電気的絶縁を保って反射器1の背面側に引き出
され、例えば、平衡−不平衡変換器、同軸接栓(何れも
図示していない。)および分岐回路8を介して励振源9
に接続される。水平偏波のダイポ−ル素子3は、垂直偏
波のダイポ−ル素子21 および22 が含まれる仮想平面
の僅か前方に、この仮想平面とほぼ平行に存在すると仮
想した平面に含まれるように水平方向に設け、その中心
部(給電点部分)が垂直偏波のダイポ−ル素子21 およ
び22 の平行間隔のほぼ1/2 の箇所に対応し、垂直偏波
のダイポ−ル素子21 および22 のほぼ各中心部(給電
点部分)の前面をよぎるように設け、水平偏波のダイポ
−ル素子3への給電線5は、反射器1の一部に穿った孔
隙部分に設けた絶縁体7によって反射器1との間を電気
的絶縁を保って反射器1の背面側に引き出され、例え
ば、平衡−不平衡変換器、同軸接栓(何れも図示してい
ない。)および同軸線路を介して励振源10に接続され
る。
して水平偏波のダイポ−ル素子3に加えた場合、水平面
内における水平偏波のビ−ム幅は、水平偏波のダイポ−
ル素子3と反射器1との間隔に応じて定まる。励振源9
よりの励振電力を分岐回路8で2分し、給電線41 およ
び42 を介して垂直偏波のダイポ−ル素子21 および2
2 を同振幅および同位相で励振した場合、水平面内にお
ける垂直偏波の合成ビ−ム幅は、垂直偏波のダイポ−ル
素子21 および22 と反射器1との間隔に左右されるば
かりでなく、垂直偏波のダイポ−ル素子21 と22 の平
行間隔に応じて比較的大幅に変化するので、垂直偏波の
ダイポ−ル素子21 および22 と反射器1との間隔、お
よび垂直偏波のダイポ−ル素子21 と22 の平行間隔を
適当に調整することによって、水平面内における垂直偏
波の合成ビ−ム幅と水平偏波のビ−ム幅とをほぼ等しく
揃えることができ、したがって、このアンテナを、例え
ば、基地局におけるアンテナとして用いた場合には、垂
直偏波と水平偏波とでサ−ビスエリアを等しくすること
ができる。水平偏波のダイポ−ル素子3が垂直偏波のダ
イポ−ル素子21 および22 と各交差するのは、垂直偏
波のダイポ−ル素子21 および22 のほぼ各中心点(給
電点)で、水平偏波のダイポ−ル素子3と垂直偏波のダ
イポ−ル素子21 および22 間の結合はほとんどないか
ら、良好な交差偏波識別度が得られる。なお、反射器1
は、反射面が垂直面と一致するように適当な支持体(図
示していない。)を介して適当な固定体(図示していな
い。)に取り付け、垂直偏波のダイポ−ル素子21 およ
び22 、水平偏波のダイポ−ル素子3を所要位置に支持
するためには、各ダイポ−ル素子と反射器1との間に、
例えば、誘電体損失の少ない固体誘電体より成る支持体
を介在させ、反射器1と支持体間、支持体と各ダイポ−
ル素子間を、螺子止めまたは適当な接着剤等で固着す
る。
ンテナの指向性を示す図で、横軸は放射波の最大放射方
向を0°とした場合におけるその左右への振れの角度
(°)、縦軸は相対電界強度(dB)、曲線Vは垂直偏
波のダイポ−ル素子21 および22 を同振幅および同位
相の電力で励振した際の水平面内における指向性、曲線
Hは水平偏波のダイポ−ル素子3を励振した際の水平面
内における指向性で、水平面内における垂直偏波の合成
ビ−ム幅と水平偏波のビ−ム幅とがほぼ等しく揃ってい
ることが分かる。
ル素子21 および22 、水平偏波のダイポ−ル素子3
を、何れも帯状の金属板で形成した場合を例示してある
が、図4に斜視図を示すように、垂直偏波のダイポ−ル
素子23 および24 を金属棒で形成すると共に、水平偏
波のダイポ−ル素子31 を金属棒で形成しても本発明を
実施することができる。他の符号および構成は、図1お
よび図2と同様である。
は、ダイポ−ル素子のみならず給電線をも帯状の金属板
で形成した場合を例示したが、図5に斜視図を示すよう
に、蒸着等の手段または印刷配線と同様の手段によっ
て、誘電体基板の表面に付着させた金属薄層で、ダイポ
−ル素子および給電線を形成しても本発明を実施するこ
とができる。図5において、25 および26 は誘電体基
板111 および112 の各表面に付着させた金属薄層よ
り成る垂直偏波のダイポ−ル素子、32 は誘電体基板1
2の表面に付着させた金属薄層より成る水平偏波のダイ
ポ−ル素子、43 および44は誘電体基板111 および
112 の各表面に付着させた金属薄層より成る給電線、
51 は誘電体基板12の表面に付着させた金属薄層より
成る給電線で、他の符号および構成は、図1および図2
と同様である。
図で、本実施例においては、垂直偏波のダイポ−ル素子
21 および22 の前面に、第1の水平偏波のダイポ−ル
素子33 および第2の水平偏波のダイポ−ル素子34 を
互いに適宜間隔を隔ててほぼ平行に、かつ、反射器1の
反射面とほぼ平行となるように設け、水平偏波のダイポ
−ル素子33 および34 への給電線52 および53 を、
反射器1の一部に穿った孔隙に設けた絶縁体71 および
72 によって反射器1との間の電気的絶縁を保って、反
射器1の背面に引き出し、図には示されていないが、例
えば、平衡−不平衡変換器、同軸接栓および2分岐回路
を介して励振源に接続される。なお、水平偏波のダイポ
−ル素子33 および34 の取り付け条件の具体的な一例
を示すと、水平偏波のダイポ−ル素子33 および34 の
各中心部(給電点部分)が、垂直偏波のダイポ−ル素子
21 および22 の平行間隔のほぼ1/2 の箇所に対応位置
し、水平偏波のダイポ−ル素子33 および34 の平行間
隔のほぼ1/2 の箇所に、垂直偏波のダイポ−ル素子21
および22 の各中心部(給電点部分)が対応位置して、
アンテナの正面から見た場合、垂直偏波のダイポ−ル素
子21 および22 と水平偏波のダイポ−ル素子33 およ
び34 とが、井桁状に配設されるように形成する。水平
偏波の励振源からの電力を分岐回路で2分し、給電線5
2 および53 を介して水平偏波のダイポ−ル素子33 お
よび34 を同振幅および同位相で励振した場合、水平面
内における水平偏波のビ−ム幅は、図1に示したよう
に、1個の水平偏波のダイポ−ル素子3を設けた場合と
ほとんど同じであるから、図1の場合と同様に、水平面
内における水平偏波のビ−ム幅と垂直偏波の合成ビ−ム
幅とをほぼ等しく揃えることができる。本実施例におい
ては、垂直偏波のダイポ−ル素子21 および22 と水平
偏波のダイポ−ル素子33 および34 とを、前記のよう
に、井桁状に配設してあるため、垂直偏波のダイポ−ル
素子21 および22 を同振幅、同位相の電力で励振した
場合、水平偏波のダイポ−ル素子33 および34 には同
じ向きでほぼ同じ大きさの誘導電流が流れるが、給電線
52 および53 に接続された2分岐回路において互いに
打ち消し合い、したがって、垂直偏波のダイポ−ル素子
21 および22 と水平偏波のダイポ−ル素子33 および
34 間の結合は、ほとんどないのと同じ結果となる。水
平偏波のダイポ−ル素子33 および34 を同振幅、同位
相の電力で励振した場合にも、垂直偏波のダイポ−ル素
子21 および22 に同じ向きでほぼ同じ大きさの誘導電
流が流れるが、給電線41 および42 に接続された2分
岐回路(図2の8)において互いに打ち消し合うので、
この場合にも、水平偏波のダイポ−ル素子33 および3
4 と垂直偏波のダイポ−ル素子21 および22 との間の
結合はほとんどないのと同じ結果となり、良好な交差偏
波識別度が得られる。本実施例においても、垂直偏波の
ダイポ−ル素子21 および22 、水平偏波のダイポ−ル
素子33 および34 を帯状の金属板で形成する代わり
に、金属棒または誘電体基板の表面に付着させた金属薄
層で形成しても本発明を実施することができる。
図で、本実施例においては、反射器1の左右の両側端部
を前方へ折り曲げることによって、放射波が反射器1の
背面へ回り込むのを抑えて、アンテナの背面方向への放
射レベルを低く抑えるように構成したもので、他の符号
および構成は、図1と同様である。
図で、131 、132 および14は無給電素子で、それ
ぞれ長さが放射波長の1/2 より適宜短い帯状の金属板よ
り成り、無給電素子131 は垂直偏波のダイポ−ル素子
21 の前面に、放射波長のほぼ1/10以内の間隔を隔て
て、垂直偏波のダイポ−ル素子21 とほぼ平行に設け、
無給電素子132 は垂直偏波のダイポ−ル素子22 の前
面に、無給電素子14は水平偏波のダイポ−ル素子3の
前面に、それぞれ無給電素子131 の取り付け条件と同
様の条件で取り付けてある。このような無給電素子13
1 、132 および14を設けるときは、垂直偏波のダイ
ポ−ル素子21 の実効インダクタンス分、実効容量分お
よび実効抵抗分より成る並列同調回路と、無給電素子1
31 の実効インダクタンス分、実効容量分および電磁波
の放射に寄与する放射抵抗分より成る並列同調回路と
が、垂直偏波のダイポ−ル素子21 と無給電素子131
間の容量を介して電界結合して複同調回路が形成され、
結合容量を適当に選ぶことによって、垂直偏波の放射周
波数特性が広帯域化されることとなる。垂直偏波のダイ
ポ−ル素子22 と無給電素子132 間の電気的結合関
係、水平偏波のダイポ−ル素子3と無給電素子14間の
電気的結合関係も、垂直偏波のダイポ−ル素子21 と無
給電素子131 間の電気的結合関係と同様である。な
お、無給電素子131 、132 および14を所要箇所に
保持するためには、垂直偏波のダイポ−ル素子21 と無
給電素子131 との間、垂直偏波のダイポ−ル素子22
と無給電素子132 との間、および水平偏波のダイポ−
ル素子3と無給電素子14との間に、それぞれ適当な長
さを有する細長いブロック状の誘電体を介在させるか、
短い棒状の誘電体を無給電素子の長手方向に適宜間隔を
隔てて介在させ、無給電素子と誘電体の間、誘電体とダ
イポ−ル素子との間を、例えば、螺子止め、または適当
な接着剤を用いる等の手段によって固定する。ダイポ−
ル素子を図4または図5に示したように、金属棒または
誘電体基板の表面に付着させた金属薄層で形成した場合
でも、無給電素子を図8に示したような帯状の金属板で
形成してもよいが、ダイポ−ル素子の実施態様に応じて
無給電素子もまたダイポ−ル素子と同様の形態に形成し
てもよい。図8における他の符号および構成は、図7と
同様である。
属板で形成した場合を例示したが、網状または格子状の
導体で形成してもよい。また、図6に示した実施例にお
いても、垂直偏波のダイポ−ル素子21 および22 、水
平偏波のダイポ−ル素子33 および34 の各前面に無給
電素子を設けて放射周波数特性の広帯域化を図ることが
できる。
子アンテナとし、これを垂直方向に適宜複数個(図示の
場合は151 ないし154 の4個)を並べてアレイアン
テナを構成した一例を示す斜視図で、このアレイアンテ
ナにおける水平面内の指向性は、図8に示した素子アン
テナと同様に、垂直偏波の指向性と水平偏波の指向性と
がほぼ同じで、垂直面内における指向性は、アレイフア
クタによって指向性が定まり、この場合、アレイフアク
タは垂直偏波と水平偏波について全く同じであるから、
垂直偏波の指向性と水平偏波の指向性とを揃えることが
できる。すなわち、図9に示したアレイアンテナは、水
平および垂直の両面内における垂直偏波および水平偏波
の指向性を揃えることが可能であるから、利得を高める
ことができると共に、放射特性が広帯域である。
周波数において垂直偏波による通信と水平偏波による通
信とに共用可能であるから、通信設備の有効利用を図っ
て、設備のコストを低下させることができる。
ナを示す図である。
Claims (12)
- 【請求項1】反射面が垂直方向となるように設けられた
反射器と、 前記反射器の反射面から前方へ放射波長のほぼ1/4 ずつ
離れた箇所に、前記反射器の反射面とほぼ平行に設けら
れ、互いに適宜間隔を隔てて垂直方向にほぼ平行に並べ
られた第1および第2の垂直偏波のダイポ−ル素子と、 前記第1および第2の垂直偏波のダイポ−ル素子の各中
心部の前面をよぎると共に、前記第1および第2の垂直
偏波のダイポ−ル素子の平行間隔のほぼ1/2 の箇所に中
心部が対応位置するように水平方向に設けられた水平偏
波のダイポ−ル素子とを備えたことを特徴とする偏波共
用アンテナ。 - 【請求項2】ダイポ−ル素子が、帯状の金属板より成る
請求項1に記載の偏波共用アンテナ。 - 【請求項3】ダイポ−ル素子が、金属棒より成る請求項
1に記載の偏波共用アンテナ。 - 【請求項4】ダイポ−ル素子が、誘電体基板の表面に付
着させた金属薄層より成る請求項1に記載の偏波共用ア
ンテナ。 - 【請求項5】第1および第2の垂直偏波のダイポ−ル素
子ならびに水平偏波のダイポ−ル素子の各前面に無給電
素子を設けて成る請求項1に記載の偏波共用アンテナ。 - 【請求項6】第1および第2の垂直偏波のダイポ−ル素
子が、同振幅で同位相の電力によって励振されるように
給電回路を構成して成る請求項1に記載の偏波共用アン
テナ。 - 【請求項7】反射面が垂直方向となるように設けられた
反射器と、 前記反射器の反射面から前方へ放射波長のほぼ1/4 ずつ
離れた箇所に、前記反射器の反射面とほぼ平行に設けら
れ、互いに適宜間隔を隔てて垂直方向にほぼ平行に並べ
られた第1および第2の垂直偏波のダイポ−ル素子と、 前記第1および第2の垂直偏波のダイポ−ル素子の前面
において、前記反射器の反射面とほぼ平行に設けられ、
互いに適宜間隔を隔てて水平方向にほぼ平行に並べられ
た第1および第2の水平偏波のダイポ−ル素子とを備え
ると共に、 前記第1および第2の水平偏波のダイポ−ル素子の各中
心部が、前記第1および第2の垂直偏波のダイポ−ル素
子の平行間隔のほぼ1/2 の箇所に対応位置し、前記第1
および第2の垂直偏波のダイポ−ル素子の各中心部が、
前記第1および第2の水平偏波のダイポ−ル素子の平行
間隔のほぼ1/2 の箇所に対応位置するように構成したこ
とを特徴とする偏波共用アンテナ。 - 【請求項8】ダイポ−ル素子が、帯状の金属板より成る
請求項7に記載の偏波共用アンテナ。 - 【請求項9】ダイポ−ル素子が、金属棒より成る請求項
7に記載の偏波共用アンテナ。 - 【請求項10】ダイポ−ル素子が、誘電体基板の表面に
付着させた金属薄層より成る請求項7に記載の偏波共用
アンテナ。 - 【請求項11】第1および第2の垂直偏波のダイポ−ル
素子ならびに第1および第2の水平偏波のダイポ−ル素
子の各前面に無給電素子を設けて成る請求項7に記載の
偏波共用アンテナ。 - 【請求項12】第1および第2の垂直偏波のダイポ−ル
素子が、同振幅で同位相の電力によって励振されるよう
に第1および第2の垂直偏波のダイポ−ル素子への給電
回路を構成すると共に、第1および第2の水平偏波のダ
イポ−ル素子が、同振幅で同位相の電力によって励振さ
れるように第1および第2の水平偏波のダイポ−ル素子
への給電回路を構成して成る請求項7に記載の偏波共用
アンテナ。
Priority Applications (1)
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JP27709595A JP2846609B2 (ja) | 1995-09-30 | 1995-09-30 | 偏波共用アンテナ |
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JP27709595A JP2846609B2 (ja) | 1995-09-30 | 1995-09-30 | 偏波共用アンテナ |
Publications (2)
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