JPWO2014034490A1 - アンテナ - Google Patents
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Abstract
Description
近年、この移動無線用基地局アンテナとして、水平偏波および垂直偏波の両方の電波を受信できる偏波共用アンテナであって、共に無指向性のものが要求されている。
しかしながら、水平偏波の電波を受信するアンテナとして、半波長ダイポールアンテナを使用する場合に、半波長ダイポールアンテナはダイポール軸を含む面内(電界(E)面内)では8字型の指向特性を有している。そのため、水平偏波の電波を受信するアンテナとして半波長ダイポールアンテナを使用する場合に、無指向性の水平面指向特性を得ることが困難であった。
前述の問題点を解決するために、半波長ダイポールアンテナを円弧状に湾曲させて、無指向性の水平面内指向特性を得るようすることが下記特許文献1に開示されている。
本発明は、前記従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、半波長ダイポールアンテナを使用し、従来よりも、指向性の偏差が少ない無指向性の水平面内指向性を実現した無指向性アンテナを提供することにある。
また、本発明の他の目的は、前述の無指向性アンテナを使用した偏波共用アンテナを提供することにある。
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らかにする。
(1)nを3以上の整数とするとき、同相の励振電力が供給されるn個の半波長ダイポールアンテナを有し、前記n個の半波長ダイポールアンテナは、ある円の円周の一部を構成するように湾曲された円弧状の導電体で構成され、当該ある円の円周上に等間隔に配置されているアンテナである。
(2)(1)において、kを3以上の整数とするとき、ある円の円周上に等間隔に配置されるとともに、それぞれ同相の励振電力が供給されて、当該ある円に垂直な偏波を送受信し、当該ある円が含まれる面に平行な方向に対して無指向性を有するk個のモノポールアンテナをさらに備える。
(4)(3)において、kを3以上の整数とするとき、前記反射板上に配置され、ある円の円周上に等間隔に配置されるとともに、それぞれ同相の励振電力が供給されて、当該反射板の表面に垂直な偏波を送受信し、前記反射板の表面に平行な方向に対して無指向性を有するk個のモノポールアンテナをさらに備える。
(5)(3)又は(4)において、前記第1の無指向性アンテナ乃至前記第mの無指向性アンテナにおいて、少なくとも1個の無指向性アンテナが、前記n個の半波長ダイポールアンテナの近傍にn個の寄生素子を有する。
(7)(2)又は(4)において、前記kは、3または4である。
(8)(3)乃至(7)のいずれかにおいて、前記mは、2である。
本発明によれば、半波長ダイポールアンテナを使用し、従来よりも、指向性の偏差が少ない無指向性の水平面内指向性を実現した無指向性アンテナおよび偏波共用アンテナを提供することが可能となる。
なお、実施例を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。また、以下の実施例は、本発明の請求の範囲の解釈を限定するためのものではない。
[実施例1]
図1は、本発明の実施例の偏波共用アンテナの概略構成を示す斜視図である。
図2は、本発明の実施例の偏波共用アンテナの側面図である。
図1、図2において、1は反射板、20は無指向性の垂直偏波アンテナ、101は第1の無指向性の水平偏波アンテナ、30は寄生素子、102は第2の無指向性の水平偏波アンテナである。
本実施例の偏波共用アンテナは、反射板1の表面が地表に平行に配置される。よって、図2において、紙面の上下方向が垂直方向、紙面の左右方向が水平方向となる。そして、垂直方向に電界が振動する偏波を垂直偏波、水平方向に電界が振動する偏波を水平偏波と表記する。
本実施例の偏波共用アンテナは、f1の周波数(800MHz帯の周波数)と、f2の周波数(1.5GHz帯の周波数)と、f3の周波数(2.0GHz帯の周波数)の3つの周波数の、水平偏波および垂直偏波の電波を放射する。
図2に示すように、反射板1は、一辺がL2(=0.75λf1)の四角形の導電板で構成される。ここで、反射板1は、例えば、誘電体基板上にプリント配線技術で形成してもよい。なお、λf1は、周波数f1の自由空間波長である。
この反射板1上には、垂直偏波の電波を放射する、無指向性の垂直偏波アンテナ20が配置される。
そして、無指向性の垂直偏波アンテナ20の上には、第1の無指向性の水平偏波アンテナ101と、第2の無指向性の水平偏波アンテナ102とが配置される。
さらに、第1の無指向性の水平偏波アンテナ101の上(第1の無指向性の水平偏波アンテナ101と第2の無指向性の水平偏波アンテナ102との間)に、寄生素子30が配置される。
図6は、本発明の実施例の無指向性の垂直偏波アンテナ20を説明するための図である。
本実施例のモノポールアンテナは、短辺がL8(=0.12λf1)、長辺がL9(=0.15λf1)の矩形形状の導電板5で構成される。
矩形形状の導電板5で構成される3個のモノポールアンテナは、f1と、f2と、f3の3つの周波数の、無指向性の垂直偏波の電波を放射する。なお、矩形形状の導電板5は、誘電体基板上にプリント配線技術で形成してもよく、あるいは、金属の板などを使用してもよい。ここで、矩形形状の導電板5で構成される3個のモノポールアンテナは、中心を通る中心線が120°で交差するように配置される。
本実施例の第1の無指向性の水平偏波アンテナ101は、ある円の円周の一部を構成するように湾曲された円弧状の導電体で構成され、当該ある円の円周上に等間隔に配置される3個の半波長ダイポールアンテナ(3a,3b,3c)で構成される。
半波長ダイポールアンテナ(3a,3b,3c)は、周波数(f2,f3)の、無指向性の水平偏波の電波を放射する。
ここで、3個の半波長ダイポールアンテナ(3a,3b,3c)に外接する円の直径はL7(=0.57λf2)とされる。また、3個の半波長ダイポールアンテナ(3a,3b,3c)と反射板1との間の間隔はL4(=0.36λf2)とされる(図2参照)。なお、λf2は、周波数f2の自由空間波長である。
また、3個の半波長ダイポールアンテナ(3a,3b,3c)とは、誘電体基板2上にプリント配線技術で形成してもよく、あるいは、金属の板、棒、管などを使用してもよい。
本実施例の第2の無指向性の水平偏波アンテナ102は、ある円の円周の一部を構成するように湾曲された円弧状の導電体で構成され、当該ある円の円周上に等間隔に配置される3個の半波長ダイポールアンテナ(5a,5b,5c)で構成される。
半波長ダイポールアンテナ(5a,5b,5c)は、周波数(f1)の、水平偏波の電波を放射する。
ここで、3個の半波長ダイポールアンテナ(5a,5b,5c)に外接する円の直径はL5(=0.38λf1)とされる。また、3個の半波長ダイポールアンテナ(5a,5b,5c)と反射板1との間の間隔はL1(=0.26λf1)とされる(図2参照)。
また、3個の半波長ダイポールアンテナ(5a,5b,5c)は、誘電体基板2上にプリント配線技術で形成してもよく、あるいは、金属の板、棒、管などを使用してもよい。
図4に示すように、3個の導電体(4a,4b,4c)は、第1の無指向性の水平偏波アンテナ101の上で、中心を通る中心線が3個の半波長ダイポールアンテナ(3a,3b,3c)の中心を通り、かつ、中心を通る中心線が120°で交差するように配置される。
図8は、本発明の実施例の偏波共用アンテナの周波数f2(1.5GHz帯の周波数)における、水平偏波の指向特性(電界面内指向特性)を示すグラフである。
図9は、本発明の実施例の偏波共用アンテナの周波数f3(2.0GHz帯の周波数)における、水平偏波の指向特性(電界面内指向特性)を示すグラフである。
図7乃至図9に示すように、本実施例では、水平偏波の指向特性として、指向性の偏差が少ない無指向性特性が得られる。
前述したように、半波長ダイポールアンテナはダイポール軸を含む面内(電界(E)面内)では8字型の指向特性を有しているが、本実施例のように、円弧状の導電体で構成される半波長ダイポールアンテナを3個、ある円の円周上に等間隔に配置することにより、ダイポール軸を含む面内(水平面内;電界(E)面内)で無指向性の特性を得ることができる。
図11は、本発明の実施例の偏波共用アンテナの周波数f2(1.5GHz帯の周波数)における、垂直偏波の指向特性(磁界面内指向特性)を示すグラフである。
図12は、本発明の実施例の偏波共用アンテナの周波数f3(2.0GHz帯の周波数)における、垂直偏波の指向特性(磁界面内指向特性)を示すグラフである。
図10乃至図12に示すように、本実施例では、垂直偏波の指向特性としても、指向性の偏差が少ない無指向性特性が得られる。
図13は、本発明の実施例の偏波共用アンテナにおける無指向性の水平偏波アンテナのVSWRの周波数特性を示すグラフであり、図14は、本発明の実施例の偏波共用アンテナにおける無指向性の垂直偏波アンテナのVSWRの周波数特性を示すグラフである。
図13に示す水平偏波の1.5GHz帯の周波数と、2.0GHz帯の周波数とは、第1の無指向性の水平偏波アンテナ101を構成する3個の半波長ダイポールアンテナ(3a,3b,3c)のVSWRである。水平偏波の800MHz帯の周波数は、第2の無指向性の水平偏波アンテナ102を構成する3個の半波長ダイポールアンテナ(5a,5b,5c)のVSWRである。
また、図14に示すように、無指向性の垂直偏波アンテナ20を構成する、矩形形状の導電板5で構成される3個のモノポールアンテナのVSWRは、広帯域特性を有することが分かる。
図15に示す水平偏波アンテナは、Nが4以上の整数とするとき、無指向性の水平偏波アンテナを、第1の無指向性の水平偏波アンテナ101、第2の無指向性の水平偏波アンテナ102、乃至第Nの無指向性の水平偏波アンテナ10Nで構成したものである。
ここで、第1の無指向性の水平偏波アンテナ101、第2の無指向性の水平偏波アンテナ102、乃至第Nの無指向性の水平偏波アンテナ10Nは、それぞれがある円の円周の一部を構成するように湾曲された円弧状の導電体で構成され、当該ある円の円周上に等間隔に配置される3個の半波長ダイポールアンテナ(6a,6b,6c)で構成される。
なお、図15に示す変形例1において、第1の無指向性の水平偏波アンテナ101、乃至第(N−1)の無指向性の水平偏波アンテナ10N―1の中の少なくとも1つの上には、寄生素子30が配置される。図15では、寄生素子30を第1の無指向性の水平偏波アンテナ101上に配置した場合を図示している。
図15に示す偏波共用アンテナは、N個の周波数以上の無指向性の水平偏波の電波を放射することが可能である。
図16に示す水平偏波アンテナは、無指向性の水平偏波アンテナを構成する、第1の無指向性の水平偏波アンテナ101、第2の無指向性の水平偏波アンテナ102、乃至第Nの無指向性の水平偏波アンテナ10Nを、jが4以上の整数とするとき、円弧状の導電体で構成され、ある円の円周上に等間隔に配置されるj個の半波長ダイポールアンテナ(6a,6b,〜6j)で構成したものである。
図16に示す変形例2では、水平偏波特性として、より指向性の偏差の少ない無指向性特性を得ることが可能である。
なお、無指向性の垂直偏波アンテナも、kを4以上の整数とするとき、k個のモノポールアンテナで構成するようにしてもよい。この場合には、垂直偏波特性として、より指向性の偏差の少ない無指向性特性を得ることが可能である。
図17に示す水平偏波アンテナは、反射板1に近い位置に配置される、無指向性の水平偏波アンテナを構成する第1の無指向性の水平偏波アンテナ101が、f1の周波数(800MHz帯の周波数)を放射し、当該第1の無指向性の水平偏波アンテナ101上に、f2(1.5GHz帯の周波数)と、f3(2.0GHz帯の周波数)の2つの周波数を放射する第2の無指向性の水平偏波アンテナ102を配置したものである。
図17に示す水平偏波アンテナでは、ある円の円周の一部を構成するように湾曲された円弧状の導電体で構成され、当該ある円の円周上に等間隔に配置される3個の半波長ダイポールアンテナの中で、円の直径が小さい水平偏波アンテナが円の直径が大きい水平偏波アンテナ上に配置されるので、寄生素子30を省略することが可能である。
以上、本発明者によってなされた発明を、実施例及び変形例1、2、3に基づき具体的に説明したが、本発明は、実施例及び変形例1、2、3に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは勿論である。
3a,3b,3c,5a,5b,5c,6a,6b,6c,6j 円弧状のダイポールアンテナ
4a,4b,4c 導電体
5 モノポールアンテナ
101,102,103,10N 無指向性の水平偏波アンテナ
20 無指向性の垂直偏波アンテナ
30 寄生素子
(1)平面導電板と、mを2以上の整数とするとき、前記平面導電板の面に直交する第1の方向に積層され、前記平面導電板の表面に平行な方向に対して無指向性を有する第1の無指向性アンテナから第mの無指向性アンテナと、を備え、前記第1の無指向性アンテナ乃至前記第mの無指向性アンテナのそれぞれは、nを3以上の整数とするとき、同相の励振電力が供給されるn個の半波長ダイポールアンテナを有し、前記n個の半波長ダイポールアンテナは、ある円の円周の一部を構成するように湾曲された円弧状の導電体で構成され、当該ある円の円周上に等間隔に配置され、前記平面導電板の表面に平行な偏波を送受信するアンテナである。
(2)nを3以上の整数とするとき、ある円の円周上に等間隔に配置され、当該ある円の円周の一部を構成するように湾曲された円弧状の導電体で構成され、それぞれ同相の励振電力が供給されて、当該ある円に平行な偏波を送受信し、当該ある円が含まれる面に平行な方向に対して無指向性を有するn個の半波長ダイポールアンテナと、kを3以上の整数とするとき、ある円の円周上に等間隔に配置されるとともに、それぞれ同相の励振電力が供給されて、当該ある円に垂直な偏波を送受信し、当該ある円が含まれる面に平行な方向に対して無指向性を有するk個のモノポールアンテナと、を備えるアンテナである。
(1)平面導電板と、mを2以上の整数とするとき、前記平面導電板の面に直交する第1の方向に積層され、前記平面導電板の表面に平行な方向に対して無指向性を有する第1の無指向性アンテナから第mの無指向性アンテナと、前記第1の無指向性アンテナ乃至前記第(m−1)の無指向性アンテナの少なくとも1上に設けられた複数の寄生素子と、を備え、前記第1の無指向性アンテナ乃至前記第mの無指向性アンテナのそれぞれは、nを3以上の整数とするとき、同相の励振電力が供給されるn個の半波長ダイポールアンテナを有し、前記n個の半波長ダイポールアンテナは、ある円の円周の一部を構成するように湾曲された円弧状の導電体で構成され、当該ある円の円周上に等間隔に配置され、前記平面導電板の表面に平行な偏波を送受信し、前記複数の寄生素子はn個の寄生素子であって、当該n個の寄生素子のそれぞれの中心線が、当該n個の寄生素子が設けられる無指向性アンテナの前記n個の半波長ダイポールアンテナの中心を通るアンテナである。
(3)(2)において、kを3以上の整数とするとき、前記反射板上に配置され、ある円の円周上に等間隔に配置されるとともに、それぞれ同相の励振電力が供給されて、当該反射板の表面に垂直な偏波を送受信し、前記反射板の表面に平行な方向に対して無指向性を有するk個のモノポールアンテナをさらに備える。
Claims (8)
- nを3以上の整数とするとき、同相の励振電力が供給されるn個の半波長ダイポールアンテナを有し、
前記n個の半波長ダイポールアンテナは、ある円の円周の一部を構成するように湾曲された円弧状の導電体で構成され、当該ある円の円周上に等間隔に配置されていることを特徴とするアンテナ。 - kを3以上の整数とするとき、ある円の円周上に等間隔に配置されるとともに、それぞれ同相の励振電力が供給されて、当該ある円に垂直な偏波を送受信し、当該ある円が含まれる面に平行な方向に対して無指向性を有するk個のモノポールアンテナをさらに備えることを特徴とする請求項1に記載のアンテナ。
- 反射板と、
mを2以上の整数とするとき、前記反射板の面に直交する第1の方向に積層され、前記反射板の表面に平行な方向に対して無指向性を有する第1の無指向性アンテナから第mの無指向性アンテナと、を備え、
前記第1の無指向性アンテナ乃至前記第mの無指向性アンテナのそれぞれは、nを3以上の整数とするとき、同相の励振電力が供給されるn個の半波長ダイポールアンテナを備え、
前記n個の半波長ダイポールアンテナのそれぞれは、前記第1の方向と反対側の方向から見て、ある円の円周の一部を構成するように湾曲された円弧状の導電体で構成され、当該ある円の円周の円周上に等間隔に配置され、
前記ある円の直径は、前記第1の無指向性アンテナ乃至前記第mの無指向性アンテナのそれぞれにおいて異なり、
前記反射板の表面に平行な偏波を送受信する
ことを特徴とするアンテナ。 - kを3以上の整数とするとき、前記反射板上に配置され、ある円の円周上に等間隔に配置されるとともに、それぞれ同相の励振電力が供給されて、当該反射板の表面に垂直な偏波を送受信し、前記反射板の表面に平行な方向に対して無指向性を有するk個のモノポールアンテナをさらに備えることを特徴とする請求項3に記載のアンテナ。
- 前記第1の無指向性アンテナ乃至前記第mの無指向性アンテナにおいて、少なくとも1個の無指向性アンテナが、前記n個の半波長ダイポールアンテナの近傍にn個の寄生素子を有することを特徴とする請求項3又は請求項4に記載のアンテナ。
- 前記nは、3または4であることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載のアンテナ。
- 前記kは、3または4であることを特徴とする請求項2又は4に記載のアンテナ。
- 前記mは、2であることを特徴とする請求項3乃至7のいずれか1項に記載のアンテナ。
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