JPH10150318A

JPH10150318A - モノポールアンテナ及びアンテナ装置

Info

Publication number: JPH10150318A
Application number: JP8308906A
Authority: JP
Inventors: Dekuro Rohon; デクロロホン; Madihian Mohammad; マディヒアンモハマド
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1996-11-20
Filing date: 1996-11-20
Publication date: 1998-06-02
Anticipated expiration: 2016-11-20
Also published as: JP3114798B2

Abstract

(57)【要約】【課題】モノポールアンテナにおいて、利得や帯域等
の性能を高める。【解決手段】モノポールアンテナは予め定められた半
径を有する金属平面ディスク１を有しており、このディ
スク１は、その下部において直線状に切り取られてい
る。この直線カット部２は、その中央において、同軸線
路３のセンターフィードに接続されている。この同軸線
路３は、ディスクに直交する金属平板５に形成された開
口４を通過している。ディスクのカット部２と平板５と
の間の距離６は、最適マッチングのために、特定の値に
調節される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、無線通信システム
に用いられるモノポールアンテナ及びモノポールアンテ
ナを用いたアンテナ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、無線システムで用いられるモノ
ポールアンテナ又はその派生物（アンテナ装置）を製造
するために、従来幾つかの方法が提案されている。

【０００３】ここで、図１２に、従来のダイポール構造
の例を示す（このダイポール構造は、例えば、Antenna
theory and design, W.L.Stutzman and G.A.Thiele, Jo
hn Wiley and sons Ed., 1981, pp.87-94 に示されてい
る）。このダイポールは、所望の動作周波数波長よりわ
ずかに短いワイヤー１６を有しており、このワイヤ１６
は、水平金属平板１５上に垂直に直立している。ワイヤ
１６は、金属平板１５に形成された開口１７を通過して
同軸線路１４に接続されて、センターフィードから給電
される。

【０００４】次に、図１３に別の従来例であるディスク
モノポール構造を示す（このディスクモノポール構造に
ついては、例えば、Honda S.et al, A disk monopole a
ntenna with 1:8 impedance bandwidth and omnidirect
ional rediation pattern, Proceedings of ISAP'92,
札幌、pp.1145-1148に示されている）。このディスクモ
ノポール構造、上述したように同軸線路２１に接続され
た平面ディスクモノポール２０を備えている。ディスク
（ディスクモノポール）２０は垂直にかつ金属平板１９
に直交して配設されている。同軸線路２１は金属平板１
９に形成された開口１８を通過している。

【０００５】図１４に、さらに別の従来例を示す（この
従来例については、例えば、MobileAntenna System Han
dbook, K. Fujimoto, J.R.James, Artech House, 1994,
pp.132-135に示されている）。図示の構造は、図１２
に示す構造に、さらに、コーナーリフレクター２２を配
置した構造となっている。つまり、ワイヤ１６から離れ
てコーナーリフレクター２２が金属平板１５上に配置さ
れている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】前述のように、図１２
及び図１３には、無線システムに用いられるアンテナが
示されている。これらアンテナはそれぞれダイポールと
ディスクである。従って、これらアンテナはそれぞれ狭
帯域および極広帯域の周波数帯域幅を提供する。これら
のアンテナは全方向性アンテナと呼ばれ、特に、無線シ
ステムの移動部（移動局）において有用である。放射パ
ターンは全方向性であり、構造が非励振型あるため、こ
れらのアンテナは低利得である。

【０００７】ところで、ダイポールの場合、前述のよう
に、細いワイヤから構成されているため、その高さに対
して四分の一波長が対応するだけであり、その結果、ダ
イポールでは、その帯域幅がシステム要件を維持するに
は十分でない場合が多い。

【０００８】また、ディスクの場合には、四分の一波長
のダイポールを並べたものと考えられ、広帯域幅とな
り、ディスクと金属平板との間の距離が最適値に設定さ
れている場合にマッチングが保たれるが、この値は、そ
の直径に対応する四分の一波長に対してのみ最適となり
得る。従って、ある周波数に対しては最適化されるが帯
域の残りの周波数に対しては適当でない。つまり、ディ
スクの場合、帯域幅が大きすぎ、実際のシステムへの適
用には役立たないということである。

【０００９】ところで、無線システムによっては、アン
テナレベルにおけるよりも高い利得が要求される。この
ような場合には、例えば、図１４に示したようにコーナ
ーリフレクターが用いられる。コーナーリフレクターの
大きさおよび配置を正確に決定することによって、放射
パターンのビーム幅を向上させることができるが、この
場合には、帯域幅が狭帯域幅となってしまう。

【００１０】つまり、コーナーリフレクターは周波数帯
域幅が大きいが、細いダイポールの周波数帯域幅は狭
く、これら両方を組合わせても狭帯域周波数のアンテナ
となってしまうが、モノポールの構成がコーナーリフレ
クターの反射モードを妨害しなので、ダイポールがしば
しば用いられる。

【００１１】本発明の目的は利得及び帯域等の性能を高
めることのできるモノポールアンテナを提供することに
ある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明によるモノポール
アンテナは、予め定められた半径を有する金属平面ディ
スクを備えており、このディスクはその下部において直
線状に切り取られて直線カット部が形成されている。こ
の直線カット部は、その中央において、同軸線路のセン
ターフィードに接続されている。この同軸線路は、上記
のディスクに直交する金属平板に形成された開口を通過
している。そして、上記直線カット部と金属平板との間
の距離は、最適マッチングのために、特定の値に調節さ
れる。

【００１３】前記ディスクの横断面を先細り形状とし
て、この横断面の幅がディスクの高さの約三分の一とな
るようにしてもよい。この際、ディスクの上部は、軸方
向の高さが保たれることを条件としてなめらかな形状で
も鋭い形状でもよい。

【００１４】上述のような構造（アンテナ）をコーナー
リフレクターに導入してもよい。ここで用いられるコー
ナーリフレクターは、予め定められた寸法の２つの平板
を、それら平板の辺のうちの一辺を共通エッジとして共
通エッジで組み立てられる（アセンブルされている）。
これら平板は、共通エッジと前記金属平板との間の角度
を所定の値に保ちつつ金属平板上に配置される。上記の
アンテナの対称軸と共通エッジとの間の距離は最適マッ
チングのために所定の値に保たれる。アンテナ自体は平
板の一方が平板の他方となす角度のうち小さい方の角度
の半分によって規定される平面上に配置される。

【００１５】このような構造（アンテナ）は金属平板あ
るいは構造体によりカバーされるようにしてもよく、こ
の構造体は垂直線軸に対して異なる傾き角（予め定めら
れた傾斜角）をなしていてもよい。

【００１６】モノポールアンテナにおいて、最適マッチ
ングを達成するためには、金属グラウンドの上方におい
て所定の距離にディスクの下部を保持しなければならな
い。このディスクをモノポールを並べたものとすれば、
このことは、２個以上の等価的なモノポールについて高
さを一定に保たれなければならないということである。
さらに、ディスクの下部を一定の割合で切り取ることに
よって、異なる周波数に対してより良好なマッチングを
得ることが可能となる。

【００１７】上記のように直線カット部を形成すると、
配列されたダイポールとディスクとの間に折衷的な形状
が形成される。その結果、構造の全方向性放射に影響を
与えることなしに、より通常の帯域に対応できる。

【００１８】広帯域リフレクターとして機能するコーナ
ーリフレクターに広帯域モノポールアンテナを導入する
目的で、平面構造の幅を縮小した。コーナーリフレクタ
ーにおいては、電磁波がある表面から別の表面へ反射す
る。このような効果を損なわないためには、できるだけ
小さくしかも広周波数帯域幅をもつモノポールを導入す
ることが重要である。

【００１９】切り取られたディスクの形状から、前述の
先細り形状が導かれる。これは、リフレクターの効果と
励磁の大きさとの間の折衷構成である。この折衷構成
は、コーナーリフレクターの平板の大きさによって影響
を受ける。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下本発明について図面を参照し
て説明する。

【００２１】図１を参照して、本発明のモノポールアン
テナは、直径ＰＨＩ１のディスク１が、その下部に直線
カット部２を有する構造を備えている。同軸線路３は、
金属平板５に形成された開口４を通過している。

【００２２】数値を用いてのシミュレーションに基づい
て、平板とカット部の間の最適分離距離６が予め設定さ
れる。

【００２３】ここでは、直径ＰＨＩ１が３６ｍｍ、直線
カット部２が１ｍｍ、最適分離距離６が０．７ｍｍであ
る構造に関しての測定例を図２に示す。図２から明らか
なように、この構造は、１５ｄＢよりも良好なマッチン
グ特性を示し、特に、２．７および５．５ＧＨｚの２つ
の周波数に対して特に良好である。

【００２４】第２の測定例が図３に示されている。ここ
では、モノポールアンテナは以下の寸法を有している。
即ち、直径ＰＨＩ１が３３ｍｍ、直線カット部２が２ｍ
ｍ、最適分離距離６が０．６５ｍｍである。ここでもや
はり、広域数値計算により予め定められた優先周波数に
対して、１５ｄＢよりも良好なマッチング特性を示して
いる。この周波数は２．５および６．５ＧＨｚである。

【００２５】図４を参照して、本発明の他の例について
説明する。

【００２６】ここでは、ディスク１の横断面（横断部）
を先細り形状７とした構造が示されている。この場合、
最高部（最先端部）を尖鋭にした。同軸線路３は、金属
平板５に形成された開口４を通過している。

【００２７】数値を用いてのシミュレーションに基い
て、平板とカット部との間の最適分離距離が予め設定さ
れる。先細り形状７が３６ｍｍ、直線カット部２が１ｍ
ｍ、最適分離距離６が０．７ｍｍである構造に関しての
測定例を図５に示す。

【００２８】この構造は、２．５および３．５ＧＨｚの
周波数について、１０ｄＢよりも良好なマッチングを示
す。

【００２９】図６を参照して、本発明によるアンテナ装
置の一例について説明する。

【００３０】図示のアンテナ装置は、図４に示す構造
（アンテナ）をコーナーリフレクターに導入したもので
ある。このコーナーリフレクターは、予め定められた寸
法の２つの平板１０および１１を、それらの辺のうちの
一辺８において組み立てている。これらの平板１０およ
び１１は、共通のエッジ（一辺）８と平板５との間の角
度をある値（所定の値）に保ちつつ、金属平板５上に配
置される。図４に示すアンテナの対称軸と共通エッジ８
との距離は最適マッチングのためにある値（所定の値）
に保たれる。平面アンテナ自体は、一方の平板が他方の
平板となす角度のうち小さい方の角度９の半分により規
定される平面上に配置される。

【００３１】数値を用いてのシミュレーションに基いて
最適寸法が設定される。例えば、先細り形状７が３６ｍ
ｍ、直線カット部２が１ｍｍ、最適分離距離６が０．７
ｍｍ、角度９が９０度で、平板１０および１１が辺の長
さが７０ｍｍの正方形の平板である構造についての測定
例を図７に示す。

【００３２】この構造では、１．９および６ＧＨｚに対
して−１０ｄＢより良好なマッチングを示す。そして、
主方向において８．５ｄＢの利得を示す典型的な放射パ
ターンが図８に示されている。

【００３３】図９を参照して、本発明によるアンテナ装
置の他の例について説明する。

【００３４】このアンテナ装置は、図４に示す構造（ア
ンテナ）をコーナーリフレクターに導入したものであ
り、このコーナーリフレクターは、予め定められた寸法
の２つの平板１０および１１を、それらの辺のうちの一
辺８を共通エッジとして共通エッジにおいて組み立てて
いる。

【００３５】これらの平板１０および１１は、共通のエ
ッジ（一辺）８と平板５との間の角度をある値に保ちつ
つ、金属平板５上に配置される。図４に示したアンテナ
の対称軸と共通エッジ８との距離は、最適マッチングの
ためにある値に保たれる。平面アンテナ自体は、一方の
平板が他方の平板となす角度のうち小さい方の角度９の
半分により規定される平面上に配置される。

【００３６】金属平板１２が、上述の構造に付加されて
いる。金属平板１２は、垂線に対して角度１３をなして
平板１０およびＰ２１１に接続されている。

【００３７】数値を用いてのシミュレーションに基づい
て最適寸法が設定される。例えば、先細り７が３６ｍ
ｍ、直線カット部２が１ｍｍ、最適分離距離６が０．７
ｍｍ、角度９が９０度、角度１３が４５度で、平板１０
および１１が辺の長さが７０ｍｍの正方形である構造に
ついての測定例を図１０に示す。

【００３８】図１０に示すように、この構造では、１．
９および６ＧＨｚに対して１０ｄＢより良好なマッチン
グを示す。そして、主方向において９ｄＢの利得を示す
典型的な放射パターンが図１１に示されている。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように、従来のモノポール
アンテナでは、その周波数帯域幅としては、広帯域また
は狭帯域のいずれか一方しか達成できなかったが、本発
明のモノポールアンテナでは、周波数帯域についての性
能を向上させることができる。つまり、放射構造の形状
によってマッチング性能を向上させることができる。

【００４０】さらに、本発明では、高利得動作と結びつ
いた広周波数帯域幅の動作を行うことができる。つま
り、コーナーリフレクターを組み合わせることによっ
て、広周波数帯域幅を導くことができる。即ち、コーナ
ーリフレクターの内側の反射の効果が本発明による形状
に深く影響されることはなく（この形状はコーナーリフ
レクターに比べ十分に小さいからである）、この結果、
広周波数帯域幅を達成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるモノポールアンテナの一例を示す
図である。

【図２】図１に示すモノポールアンテナのマッチング性
能の第１の例を示す図である。

【図３】図１に示すモノポールアンテナのマッチング性
能の第２の例を示す図である。

【図４】本発明によるモノポールアンテナの他の例を示
す断面図である。

【図５】図４に示すモノポールアンテナのマッチング性
能の例を示す図である。

【図６】本発明によるアンテナ装置の一例を示す斜視図
である。

【図７】図６に示すアンテナ装置のマッチング性能の例
を示す図である。

【図８】図６に示すアンテナ装置の放射性能を示す図で
ある。

【図９】本発明によるアンテナ装置の他の例を示す図で
あり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は側面図である。

【図１０】図９に示すアンテナ装置のマッチング性能の
例を示す図である。

【図１１】図９に示すアンテナ装置の放射性能を示す図
である。

【図１２】従来のワイヤーモノポール構造を示す図であ
り、（ａ）は斜視図、（ｂ）は側面図である。

【図１３】従来のディスクモノポール構造を示す図であ
り、（ａ）は斜視図、（ｂ）は側面図である。

【図１４】従来のワイヤーモノポールコーナーリフレク
ター構造を示す斜視図である。

【符号の説明】

１ディスク７先細り形状２直線カット部４，１７，１８開口３，１４，２１同軸線路５，１０，１１，１２，１５，１９金属平板（平板）１６ワイヤ２０ディスクモノポール（ディスク）２２コーナーリフレクター

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】所定の半径の平面状金属ディスクが該デ
ィスクの下部で直線状に切り取られて直線カット部が形
成されており、該直線カット部が該直線カット部の中央
で同軸線路のセンターフィードに接続されており、該同
軸線路は前記ディスクに直交する金属平板に形成された
開口を通過し、前記ディスクの前記直線カット部と前記
金属平板との間の距離が最適マッチングのため特定の値
に調節されていることを特徴とするモノポールアンテ
ナ。
【請求項２】請求項１に記載されたモノポールアンテ
ナにおいて、前記ディスクの横断面は先細り形状であ
り、前記横断面の幅は、前記ディスクの高さの約三分の
一であり、前記ディスクの上部は軸方向の高さを保って
なめらかな又は鋭い形状であることを特徴とするモノポ
ールアンテナ。
【請求項３】請求項２に記載されたモノポールアンテ
ナが用いられ、前記ディスクはコーナーリフレクターに
導入されており、該コーナーリフレクターは所定の寸法
の２つの平板を備え、該平板はそれらの辺のうちの一つ
を共通エッジとして該共通エッジでアセンブルされてお
り、前記平板は前記金属平板上に配設され、前記共通エ
ッジと前記金属平板との間の角度が所定の値に保たれて
おり、前記アンテナの対称軸と前記共通エッジとの間の
距離が最適マッチングのために所定の値に保たれ、前記
アンテナ自体は前記平板の一方が前記平板の他方となす
角度のうち小さい方の角度の半分によって規定される平
面上に配置されることを特徴とするアンテナ装置。
【請求項４】請求項３に記載されたアンテナ装置にお
いて、前記アンテナが金属平板あるいは構造体によって
カバーされていることを特徴とするアンテナ装置。
【請求項５】請求項４に記載されたアンテナ装置にお
いて、前記金属平板又は前記構造体は垂直線に対して所
定の傾き角を有しており、前記金属平板又は前記構造体
は前記コーナーリフレクターに接続されていることを特
徴とするアンテナ装置。