JPH11505388A - ２つの放射部材を有する位相差調節可能なアンテナ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は組となって複数の列に配された放射器を有するアンテナ装置に関するものであり、各組の放射器は第１特性インピーダンス（Ｚ１）を有する第１伝送線路と接続している。また、各組の放射器は少なくとも１つの第１及び第２放射部材（１，２）と、上記第１及び第２放射部材のための第１及び第２インピーダンス変換器（３，４）とから構成されている。上記各インピーダンス変換器の一側部は関連部材と接続し、他側部は第２伝送線路（８）と接続してインピーダンスを該第２伝送線路に整合している。第２伝送線路は第１特性インピーダンス（Ｚ１）の２倍に等しい第１抵抗インピーダンス（resistive impedance）（Ｒ１）を有している。第１伝送線路は多数ある接続点（９）から選択された１つの点で第２伝送線路と接続している。従って、選択された接続点によって上記第１及び第２放射部材間の信号位相差が決定されることになる。

Description

【発明の詳細な説明】 ２つの放射部材を有する位相差調節可能なアンテナ装置 発明の属する技術分野 本発明は２つの放射部材又は放射部材群を有し、これら放射部材の信号位相差 を調節することのできる無線通信用アンテナ装置に係り、詳しくは指向性放射ビ ームを発射するために相互作用する２つの放射部材又は放射部材群を有し、この 指向性放射ビームの放射方向を上記位相差の調節により調節可能なアンテナ装置 に関するものである。本発明は全方向性放射部材若しくは３６０°放射部材から の直接ビームにも適用することができる。 従来技術 例えば携帯電話システムに使用される指向性ビーム用アンテナ装置では、放射 エネルギーを効果的に利用し且つ入射波を効果的に受信するために特定のビーム 方向又はビームチルトに調整された又は予め定められたアンテナ装置が望まれる 。アンテナ装置を機械的／幾何学的に調節する方法又は手段については従来から 公知であるが、多数の放射体（multi-radiator）を有するアンテナ装置において は、特にアンテナ装置が常に取り付けられた状態にあるものには電気的に調節可 能であることが非常に望ましい。しかしながら、電気的に調節可能であるアンテ ナ装置は既に公知であるが、その構造は複雑でアンテナ装置の製造及び組立の際 のバリエーションが非常に少な い。 特願昭６３−１３４２４１号の要約書には電気的に調節可能なビームアンテナ 装置が開示されている。このアンテナ装置は一列に配された異なる放射部材への 電力供給線（feed line）の遅れを調整するための手段が設けられている。 発明の構成 本発明は、第１特性インピーダンスを有する第１伝送線路に接続されたアンテ ナ装置を用いて、電気的な調節が可能で且つ接続ケーブル又は電力供給伝送線路 （feed transmission line）の数及び又は長さを減少させることを目的とする。 ケーブルの数を減少させることによって、一般的にインピーダンス変換器ハウジ ングの必要数を減少させることができる。 また、本発明はアンテナ装置の構成部品を一体化することにより構成部品の数 を減少させることを目的とする。 更に、本発明は機械的耐久性が高く且つ電気的に鮮明なアンテナ装置を提供す ることを目的とする。 また、本発明は異なるパラメータ及び性能を有するアンテナを構成するために 様々な構造及び配置に組立可能な（同一又は予め決められた組（group）のアン テナ装置からなる）モジュール式アンテナ装置を提供することを目的とする。 更に、本発明は例えば構成部材の選択及び配置に非常に注意を要する極超短波 又はこれよりも短い波長で動作する携帯電話システムにおける無線通信に好適な アンテナ装置を提供することを目的とす る。 尚、本発明は上述した特徴を組み合わせたアンテナ装置を提供することにより 、従来のアンテナ装置よりも材料、製造及び組立の点で優れたアンテナ装置を提 供することもできる。 上述した目的は本願請求の範囲における各請求項に記載されたアンテナ装置に より達成される。事実、本発明のアンテナ装置は従来のアンテナ装置と比較して 電力供給伝送線路の数を半分又はそれ以下にすることが可能である。以下、本発 明の詳細と効果について更に説明する。 本発明においては、第１及び第２放射部材を各々１つ以上の放射器から構成し てもよく、また第１及び第２放射部材を各々放射部材の組から構成してもよい。 尚、このように組となった放射部材における信号は互いに同位相であるのが好ま しいが、位相差による相互作用の効果を利用するために位相が異なるように構成 してもよい。 後述の実施例では１つの第１放射部材と１つの第２放射部材とから若しくは組 となった放射部材から構成されたアンテナ装置を例示するが、例えば広い範囲の より集中した指向性ビームを放射させるために本発明のアンテナ装置を２つ又は それ以上配設したり、他の放射部材と組み合わせたりすると有益である。多数の 放射体を有するアンテナ装置の構成原理は公知の通りであるが、本発明によれば このような多数の放射体を有するアンテナ装置を更に改善することができる。 本発明のアンテナ装置は従来のように第１伝送線路を介して無線送信機及び又 は受信機に接続される。しかしながら、本発明におい ては第１伝送線路と第２伝送線路との間の接続が非常に重要となる。第１伝送線 路の特性インピーダンスは第２伝送線路の半分となるように設定されているので 、第１伝送線路と第２伝送線路との間の接続点において第１伝送線路から流入す る電流は実質的に等しく分流する。従って、第１伝送線路内を接続点に向かって 伝搬する信号エネルギーは等しく半分に分岐して該接続点から第２伝送線路内を 各方向へ伝搬することになる。当然に、その逆方向にも伝搬する。 すなわち、接続点を選択することによって実質的に接続点から各放射部材（又 は放射部材の組）までの信号路の長さを調節することができる。これから解かる ように、第２伝送線路上の接続点の位置と各放射部材間の信号位相差との間には 直線的な関係が存在する。 仮に第１放射部材と第２放射部材との間に最大位相差を与えようとする場合、 第１伝送線路との接続点を第２伝送線路の僅かに外側の位置に選択する。この位 置の特性インピーダンスは実質的に一定の抵抗と見なすことができる。この位置 では整合特性、位相特性及び電力分岐特性（power splitting property）が変化 することになるがこのように接続点の位置を選択することも可能である。尚、こ の場合にはアンテナ装置の性能をある程度の劣化させるおそれもある。 導電性接地手段（接地反射器）は連続する金属板からなる接地板であってもよ い。この場合、放射部材に明確なビーム方向とインピーダンス特性を与えるため に、導電性接地手段における第１及び第２放射部材に対する方向及び位置を予め 定めておく必要がある。 第１及び第２インピーダンス変換手段は任意の位置に配されたバ ラン手段と協動して放射部材のインピーダンスと第２伝送線路のインピーダンス とを整合する。 各インピーダンス変換手段を、長尺（湾曲したものも含む）な第１導電性部材 （一部が上記導電性接地手段であるものも含む）と、該第１導電性部材と離隔し て該第１導電性部材に沿って延び又は該第１導電性部材に平行に配された長尺な 第２導電性部材とから形成してもよい。この場合、第２導電性部材はその長さ方 向に異なる特性インピーダンスを有するように形成する。 上述のように第２導電性部材に長さ方向に異なる特性インピーダンスを与える ために、第２導電性部材にステップを設けると好適である。また、このように特 性インピーダンスを変化させることは両導電性部材間の誘電率を変化させること によっても行うことができる。 第２伝送線路を、長尺（湾曲したものも含む）な第３導電性部材（一部が上記 導電性接地手段であるものも含む）と、該第３導電性部材と離隔して該第３導電 性部材に沿って延び又は該第３導電性部材に平行に配された長尺な第４導電性部 材とから形成してもよい。 第２伝送線路は、第１伝送線路の１つの導線を部分的に包囲するように該第１ 伝送線路に直角な平面上で湾曲した又は弧状のものであってもよい。 アンテナ装置の放射部材又は放射部材の組を、アンテナ装置の中心から各放射 部材までの直線距離が１波長又はそれ以下、好ましくは０．９〜１．０波長に相 当するような実質的に平面である直角マトリックス（orthogonal matrix）に配 してもよい。 第１及び第２放射部材と、第１及び第２インピーダンス変換手段と、第２伝送 線路とを一体型ユニットとして形成して導電性接地手段上に取り付けてもよい。 第１インピーダンス変換手段の第１接続手段及び第３接続手段を各々第１及び 第２バラン手段を介して第１及び第２放射部材に接続させてもよい。 放射部材及び又は前記第１及び第２導電性部材を単一の金属板から形成しても よい。 第２伝送線路に接続点の位置を示すためのマークを設けると好適である。 好ましくは、第２伝送線路を少なくとも１／８波長と実質的に等しい又はそれ 以下の電気長を有するように構成する。 放射部材を、偏波（polarization）又は位相と同一方向に配向させると好適で ある。 図面の簡単な説明 図１は接地板（図示せず）上に取り付けられた本発明によるアンテナ装置の正 面図である。このアンテナ装置は２組のダイポール型放射部材と、バラン手段と 、インピーダンス変換器と、第２伝送線路とから構成され、実質的には２つの金 属板から形成されており、そして該アンテナ装置は第１伝送線路に接続されてい る。 図２は図１のアンテナ装置の側面図である。 図３は図１のアンテナ装置の上面図であり、本発明のアンテナ装置が取り付け られる接地板も示されている。 図４は切断部分を有する本発明の他の実施例によるアンテナ装置の斜視図及び 該アンテナ装置の一部拡大図である。このアンテナ装置は接地板と、該接地板に 対して平行かつ離隔して配された支持体上に設けられたマイクロストリップから なる２つのパッチ型放射部材と、バラン手段と、インピーダンス変換器と、第２ 伝送線路とから構成されており、そして該アンテナ装置は第１伝送線路に接続さ れている。 発明の実施の形態 図１〜３は２つの同位相の第１ダイポール放射部材（１）と、２つの同位相の 第２ダイポール放射部材（２）とを有するアンテナ装置を示している。２つの第 １ダイポール放射部材（１）は半波長以下の距離を離隔して互いに平行に配設さ れており、また２つの第２ダイポール放射部材（２）は各々アンテナ装置の中心 に対して対称となるように約半波長の距離を置いて上記各第１ダイポール放射部 材（１）と一列となるように配設されている。各ダイポール放射部材（１，２） の長さはほぼ半波長分に相当し、これら第１及び第２ダイポール放射部材（１， ２）は接地反射器（５）に対して約１／４波長の距離を置いて平行に配されてい る。 第１ダイポール放射部材（１）は第１インピーダンス変換器（３）から第１バ ラン手段（１２，１４）を介して電力供給され、同様に第２ダイポール放射部材 （２）は第２インピーダンス変換器（４）から第２バラン手段（１３，１５）を 介して電力供給される。第１インピーダンス変換器（３）と第２インピーダンス 変換器（４）は 第２伝送線路（８）によって接続されている。 本実施例では、第１及び第２ダイポール放射部材（１，２）と、第１及び第２ バラン手段の一部（１４，１５）と、第１及び第２インピーダンス変換器（３， ４）の信号接地用導電部と、第２伝送線路（８）の信号接地用導電部とを１つの 第１金属板から形成しており（打抜（punch）しており）、該第１金属板はアン テナ装置の底部を構成する。このアンテナ装置の底部には僅かに下方に突出した 小隆起部（６）が複数設けられている。この小隆起部（６）は上記アンテナ装置 の底部をネジ及びナット（図示せず）で接地反射器（５）に固定するためのもの であると共に、電気接触点を明確にするためのものでもある。これら小隆起部（ ６）は互いに半波長以下の距離を置いて配設されている。 更に本実施例では、第１及び第２バラン手段の一部（１２，１３）と、第１及 び第２インピーダンス変換器（３，４）の信号伝送用導電部と、第２伝送線路（ ８）の信号伝送用導電部とを１つの第２金属板から形成しており、該第２金属板 はアンテナ装置の頂部を構成する。この第２金属板は不導性の固定部材（１７） によって上記アンテナ装置の底部の最も低い部分で固定され、更に第２金属板の 第２バラン手段の一部（１２，１３）の部分で導電性の固定部材によっても固定 されている。大規模な生産工程を考慮する場合、アンテナ装置の頂部を構成する 上記第２金属板は打抜により製造するのが好ましい。 第１及び第２インピーダンス変換器（３，４）の上部すなわち信号伝送用導電 部の幅は各々ステップ部（１８，１９）の部分で異な るように形成されている。これにより、長さ方向における各部での特性インピー ダンスが相違することになるので、放射部材と連結したバラン手段と１００Ωの 特性インピーダンスを有する第２伝送線路（８）との間のインピーダンス整合を 効果的に行うことができる。更に本実施例では、５０Ωの同軸線路である第１伝 送線路（図示せず）がアンテナ装置に接続する。この場合、同軸線路には接地／ 固定用ブロック（図示せず）が取り付けられ、該ブロックがアンテナ装置の底部 に設けられているスロット（７）に沿った任意の位置に固定及び接地される。ま た、同軸線路の中心導線は第２伝送線路（８）の上部すなわち信号伝送用導電部 に沿った任意の位置で固着可能となっている。この位置に依存して第１放射部材 （１）と第２放射部材（２）との間の信号位相差が決定することになる。所定の 位相差を簡単に選択可能なように第２伝送線路（８）上にはマーク（９）が設け られている。 図１〜図３に例示の種のアンテナ装置を別のアンテナ装置の放射部材と相互作 用するように該アンテナ装置と同一の接地反射器上（のマトリックス）に配して もよい。 図４は上述とは異なるアンテナ装置を示しており、該アンテナ装置は板状の不 導性の支持体（４２）上の一部に設けられたマイクロストリップからなるプリン ト回路によって形成されている。不導性支持体（４２）にはパッチ型第１放射部 材（３１）が設けられており、該第１放射部材は符号（４０）の示す位置で第１ インピーダンス変換器（３３，４３）から電力供給されている。この第１インピ ーダンス変換器は第１放射部材（３１）を第２インピーダンス変換 器（３４）と接続する１００Ωの弧状の第２伝送線路（３８）に接続し、これら のインピーダンス整合を行う。この第２インピーダンス変換器（３４）は第２伝 送線路（３８）と該第２インピーダンス変換器に符号（４１）の示す位置で接続 したパッチ型の第２放射部材（３２）とを整合する。この第２放射部材（３２） は上記第１放射部材（３１）と対称となるように配されている。また、不導性支 持体（４２）は固定手段（４６，４７）によって導電性反射器（３５）と平行に 離隔して支持されている。また、電力供給用の同軸線路は不導性支持体（４２） の面に対して直角に取り付けられ、その中心導線からセグメント（３７）を介し て符号（３９）で示す位置で第２伝送線路と接触する。この接触位置によって上 述と同様に位相差が決定される。図４に示す実施例を容易に理解するために、図 ４には切断部（４４）と拡大部（４５）を設けている。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｈ０１Ｑ 21/08 Ｈ０１Ｑ 21/08 (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，Ｓ Ｚ，ＵＧ)，ＵＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＺ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ，Ｉ Ｓ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＲ ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ， ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，Ｓ Ｄ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ (72)発明者 ブラウェジャー、ウィトルド、エム スウェーデン、エス−112 48 ストック ホルム、３ティーアール、クングショルム ズ スタンド 183

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 第１特性インピーダンス（Ｚ１）を有する第１伝送線路に接続され、少な くとも１つの第１放射部材と、少なくとも１つの第２放射部材と、第１接続手段 及び第２接続手段を有する第１インピーダンス変換手段と、第３接続手段及び第 ４接続手段を有する第２インピーダンス変換手段とを備え、前記第１インピーダ ンス変換手段の第１接続手段が前記第１放射部材と結合し、前記第２インピーダ ンス変換手段の第３接続手段が前記第２放射部材と結合するアンテナ装置におい て、 前記第１インピーダンス変換手段の第２接続手段と前記第２インピーダン ス変換手段の第４接続手段とが前記第１特性インピーダンス（Ｚ１）の２倍の値 に実質的に等しい実質的に抵抗である第１インピーダンス（Ｒ１）を有し、 前記第２接続手段と前記第４接続手段とが、前記第１インピーダンス（Ｒ １）に実質的に等しい第２特性インピーダンス（Ｚ２）を有する第２伝送線路に よって接続され、 前記第１伝送線路が、前記第１放射部材及び前記第２放射部材間の信号位 相差を決定する接続点で前記第２伝送線路と接続していることを特徴とするアン テナ装置。 ２． 前記第１放射部材と前記第２放射部材とから所定長離隔した導電性接地手 段を設けたことを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。 ３． 前記第１及び第２インピーダンス変換手段を、長尺な第１導 電性部材と、該第１導電性部材に沿って離隔して配される長尺な第２導電性部材 とから形成し、前記第２導電性部材をその長さ方向に異なる特性インピーダンス を有するように形成したことを特徴とする請求項１又は２記載のアンテナ装置。 ４． 前記第２伝送線路を長尺な第３導電性部材と、該第３導電性部材に沿って 離隔して配される長尺な第４導電性部材とから形成したことを特徴とする請求項 １〜３のいずれか１項記載のアンテナ装置。 ５． 前記第２伝送線路の一部が前記第１伝送線路と直角な平面上で該第１伝送 線路の１つの導線を部分的に包囲するように湾曲していることを特徴とする請求 項１〜４のいずれか１項記載のアンテナ装置。 ６． アンテナ装置の中心からの直線距離が１波長に相当するように、前記放射 部材を実質的に平面である直角マトリックスに配したことを特徴とする請求項１ 〜５のいずれか１項記載のアンテナ装置。 ７． 前記第１及び第２放射部材と、前記第１及び第２インピーダンス変換手段 と、前記第２伝送線路とを一体型ユニットとして形成し、前記導電性接地手段上 に取り付けたことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項記載のアンテナ装置 。 ８． 前記第１インピーダンス変換手段の第１接続手段が第１バラン手段を介し て前記第１放射部材に接続し、かつ、前記第２インピーダンス変換手段の第３接 続手段が第２バラン手段を介して前記第２放射部材に接続していることを特徴と する請求項１ 〜７のいずれか１項記載のアンテナ装置。 ９． 前記放射部材及び又は前記第１及び第２導電性部材を単一の金属板から形 成したことを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。