WO2014115427A1 - アレイアンテナ - Google Patents

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WO2014115427A1
WO2014115427A1 PCT/JP2013/082643 JP2013082643W WO2014115427A1 WO 2014115427 A1 WO2014115427 A1 WO 2014115427A1 JP 2013082643 W JP2013082643 W JP 2013082643W WO 2014115427 A1 WO2014115427 A1 WO 2014115427A1
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WO
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antenna
antennas
impedance
dipole
array antenna
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PCT/JP2013/082643
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章煥 李
剛 志村
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日本電業工作株式会社
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
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    • H01Q1/12—Supports; Mounting means
    • H01Q1/22—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles
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    • H01Q1/241—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles with receiving set used in mobile communications, e.g. GSM
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    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/24—Combinations of antenna units polarised in different directions for transmitting or receiving circularly and elliptically polarised waves or waves linearly polarised in any direction
    • H01Q21/26—Turnstile or like antennas comprising arrangements of three or more elongated elements disposed radially and symmetrically in a horizontal plane about a common centre
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    • H01Q5/00—Arrangements for simultaneous operation of antennas on two or more different wavebands, e.g. dual-band or multi-band arrangements
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    • H01Q9/00—Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
    • H01Q9/04—Resonant antennas
    • H01Q9/16—Resonant antennas with feed intermediate between the extremities of the antenna, e.g. centre-fed dipole
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/42—Housings not intimately mechanically associated with radiating elements, e.g. radome

Definitions

  • the present invention relates to an array antenna.
  • an antenna (base station antenna) for a base station of mobile communication a plurality of sector antennas that radiate radio waves are used in combination for each sector set corresponding to the direction in which the radio waves are radiated.
  • a sector antenna an array antenna in which antenna elements such as a dipole antenna are arranged in an array is used.
  • Patent Document 1 has a length of about ⁇ / 2 (where ⁇ is a wavelength of a center frequency of a desired frequency band), and first and second parallelly disposed with an interval of about ⁇ / 2.
  • a feed means comprising: a dipole antenna; a main feed line; and first and second branch feed lines branched from the main feed line and respectively connected to feed points of the respective dipole antennas;
  • a 60 ° beam antenna apparatus is described in which the characteristic impedance of the main feed line is set to about 50 ⁇ and the characteristic impedance of the first and second branch feed lines is set to about 100 ⁇ .
  • An object of the present invention is to provide an array antenna in which impedance matching is easy in a wide band.
  • an array antenna to which the present invention is applied includes a first feed line having a first impedance, and N (N is an integer of 2 or more) branch from the first feed line. Comprising two feed lines, and N antennas each having a second impedance set based on N times the first impedance and connected to each of the N second feed lines ing. According to this configuration, impedance matching can be facilitated as compared to the case where impedance matching is performed by a transformer or the like.
  • the antenna in such an array antenna is made of a conductive material each of which includes a curve at an edge, and is a pair of elements arranged at predetermined intervals at symmetrical positions with respect to a predetermined axis.
  • the second impedance may be set according to the shape. According to this configuration, the setting of the impedance can be facilitated compared to the case where this configuration is not provided.
  • the antennas in such an array antenna are made of a conductive material each including a curve at an edge, and are disposed at predetermined positions symmetrical with respect to the axis at a predetermined distance, and the pair of element portions are It may further include another pair of element units capable of transmitting and receiving polarization orthogonal to the transmitting and receiving polarization. According to this configuration, compared to the case where this configuration is not provided, the antenna having common polarization can be configured smaller.
  • the antenna in such an array antenna comprises a first conductor, a second conductor, and a dielectric layer or air layer between the first conductor and the second conductor, It may be characterized in that it comprises a patch antenna whose second impedance is set according to the position of the feed to the conductor. According to this configuration, the setting of the impedance can be facilitated compared to the case where this configuration is not provided.
  • FIG. 1 is a view showing an example of the entire configuration of a base station antenna 1 for mobile communication to which the first embodiment is applied.
  • FIG. 1A is a perspective view of the base station antenna 1
  • FIG. 1B is a view for explaining an installation example of the base station antenna 1.
  • the base station antenna 1 includes, for example, a plurality of array antennas 10-1 to 10-6 held by a steel tower 20, as shown in FIG. 1 (a). Then, as shown in FIG. 1 (b), the base station antenna 1 causes radio waves to reach the inside of the cell 2.
  • the cell 2 is a range in which radio waves transmitted by the base station antenna 1 reach, and is a range in which the base station antenna 1 receives radio waves.
  • Each of the array antennas 10-1 to 10-6 is a cylindrical radome on the outside (see the radome 500 in FIG. 2 described later), and the central axis of the cylindrical radome 500 is provided perpendicular to the ground. It is done.
  • the cell 2 is provided with a plurality of sectors 3-1 to 3-6 which are divided at an angle in the horizontal plane.
  • the sectors 3-1 to 3-6 are provided corresponding to the six array antennas 10-1 to 10-6 of the base station antenna 1, respectively. That is, in the array antennas 10-1 to 10-6, the directions of the main lobes 11 where the electric fields of the output radio waves are large are directed to the corresponding sectors 3-1 to 3-6.
  • the base station antenna 1 shown as an example in FIG. 1 includes six array antennas 10-1 to 10-6 and sectors 3-1 to 3-6 corresponding thereto. However, the array antennas 10 and the sectors 3 may have a predetermined number other than six. Further, in FIG. 1A, sector 3 is configured by dividing cell 2 into six equal parts (central angle 60 °), but it does not have to be equal and any one sector 3 is the other It may be configured wider or narrower than the sector 3 of FIG.
  • each array antenna 10 is a dipole antenna (Refer to the dipole antenna 110-1-110-8 in FIG. 2 mentioned later. When each is not distinguished, it describes with the dipole antenna 110.) that the array antenna 10 is a transmission signal. And a transmission / reception cable 31 for transmitting a reception signal.
  • the transmission / reception cable 31 is connected to a transmission / reception unit 4 (see FIG. 5 described later) which generates a transmission signal and receives a reception signal provided in a base station (not shown).
  • the transmission and reception cable 31 is, for example, a coaxial cable. In FIG. 1A, the transmitting and receiving cable 31 is described on the array antenna 10-1. Similar to the array antenna 10-1, the other array antennas 10-2 to 10-6 also include the transmission / reception cable 31, but these are not shown.
  • the base station antenna 1 transmits radio waves in the following description, the reversibility of the antenna allows the base station antenna 1 to receive radio waves.
  • a transmission signal may be used as a reception signal and the flow of the signal may be reversed.
  • the array antenna 10 also includes a phase shifter 200 (see FIG. 5 described later) for supplying the plurality of dipole antennas 110 provided in the array antenna 10 with different phases of the transmission signal.
  • a phase shifter 200 for supplying the plurality of dipole antennas 110 provided in the array antenna 10 with different phases of the transmission signal.
  • FIG. 2 is a diagram showing an example of the configuration of the array antenna 10 in the first embodiment.
  • the array antenna 10 is placed sideways, and is shown in a perspective view as viewed obliquely from the side.
  • the array antenna 10 includes a reflector 120, and a plurality (eight, by way of example) of dipole antennas 110-1 to 110-8 and dipole antennas 110-1 to 110-8 arranged on the reflector 120, respectively.
  • a phase shifter 200 is provided which shifts the phase and supplies the transmission signal.
  • the array antenna 10 is provided with a radome 500 that houses the reflector 120, the dipole antennas 110-1 to 110-8, and the phase shifter 200 so as to be wrapped.
  • the radome 500 is shown by a broken line, and the reflecting plate 120 provided inside the radome 500 and the dipole antennas 110-1 to 110-8 are visible.
  • the phase shifter 200 is provided on the side of the reflection plate 120 opposite to the side where the dipole antennas 110-1 to 110-8 are provided, it is indicated by a broken line.
  • the odd-numbered dipole antennas 110-1, 110-3, 110-5, and 110-7 have a pair of elliptically shaped element portions 111a and 112a whose major axis directions are respectively shifted 45 ° from the vertical direction. Then, it transmits / receives polarized waves shifted by 45 ° from the vertical direction.
  • the element portions 111a and 112a are provided with the surface parallel to the front reflection portion 120a of the reflection plate 120, and are disposed at symmetrical positions with respect to the point O.
  • the even numbered dipole antennas 110-2, 110-4, 110-6, 110-8 are provided with another pair of element portions 111b, 112b of an elliptical shape whose major axis directions are respectively deviated from the vertical direction by -45 degrees. There is. Then, it transmits and receives polarized waves deviated -45 ° from the vertical direction.
  • the element portions 111 b and 112 b are also provided with the surface parallel to the front reflection portion 120 a of the reflection plate 120 as an example, and are disposed at symmetrical positions with respect to the point O.
  • the dipole antenna 110-1 and the dipole antenna 110-2 are symmetrical with respect to a point O where the element portions 111a and 112a of the dipole antenna 110-1 are arranged symmetrically, and the element portions 111b and 112b of the dipole antenna 110-2 are symmetrical. Are combined so as to be in common with the point O arranged in, and constitute a pair. Further, the dipole antenna 110-3 and the dipole antenna 110-4 are combined, the dipole antenna 110-5 and the dipole antenna 110-6 are similarly combined, and the dipole antenna 110-7 and the dipole antenna 110-8 are similarly combined. Configured. By doing this, the array antenna 10 is polarization sharing capable of transmitting and receiving polarization of ⁇ 45 °. Note that when the element portions 111a and 111b are not distinguished from each other, the element portion 111 and the element portions 112a and 112b are referred to as an element portion 112 when they are not distinguished from each other.
  • dipole antennas 110-1 to 110 to 8 operate independently of each other. Therefore, hereinafter, one of the dipole antennas 110-1 to 110-8 is taken out and described as the dipole antenna 110.
  • FIG. 2 although it is assumed that ⁇ 45 ° polarized waves are transmitted and received, horizontal and vertical polarized waves can be transmitted and received by rotating the pair of two dipole antennas 110 by 45 ° around point O. You can
  • the reflecting plate 120 reflects the radio wave transmitted by the dipole antenna 110 and holds the dipole antenna 110.
  • four pairs of two dipole antennas 110 are arranged at an interval Dp on the reflector 120 to form an array (array antenna 10).
  • the front reflecting portion 120a to which the element portions 111 and 112 of the dipole antenna 110 face is flat.
  • Both end portions of the reflection plate 120 in the direction intersecting the direction of the array of the dipole antenna 110 are side reflection portions 120 b bent toward the dipole antenna 110 side.
  • the bent side reflectors 120 b set the beam width in the horizontal plane of the array antenna 10.
  • the side surface reflection part 120b is bend
  • one side reflection part 120b is provided in each edge part of the reflecting plate 120 in FIG. 2, you may be provided with two or more. Since the side reflectors 120b set the beam width in the horizontal plane of the array antenna 10, they may be set so as to obtain the beam width in the predetermined horizontal plane.
  • the reflecting plate 120 is made of a conductor such as aluminum or copper.
  • the reflector plate 120 is commonly provided to the eight dipole antennas 110-1 to 110-8, but is divided into each dipole antenna 110 or each pair of two dipole antennas 110. You may think.
  • the dipole antenna 110 and the corresponding reflecting plate 120 are collectively referred to as an antenna 130. Also in the case of the two dipole antennas 110 in pairs, the two dipole antennas 110 in pairs and the corresponding reflectors 120 are also referred to as the antenna 130.
  • the phase shifter 200 will be described later.
  • the radome 500 includes a cylinder 501, an upper lid 502 covering the upper end of the cylinder 501, and a lower lid 503 covering the lower end of the cylinder 501. And the radome 500 stores the antenna 130 inside.
  • a connector (not shown) is provided on the lower cover 503 of the radome 500, and a transmission / reception cable 31 for transmitting a transmission signal and a reception signal to the dipole antenna 110 is connected. In FIG. 2, the connection between the transmission / reception cable 31 and the dipole antenna 110 is not shown.
  • the radome 500 is made of, for example, an insulating resin such as FRP (fiber reinforced plastics).
  • the array antenna 10 shown in FIG. 2 is configured of eight dipole antennas 110, the number of dipole antennas 110 is not limited to eight, and may be a predetermined number. Moreover, although the array antenna 10 shown in FIG. 2 is comprised from one array provided with eight dipole antennas 110, you may be comprised by arranging a several array.
  • the radome 500 included in the array antenna 10 is the cylinder 501 provided with the upper lid 502 and the lower lid 503, it may be a cylinder having a square cross section. It may be done.
  • FIG. 3 is a diagram for explaining the configuration of the antenna 130 in the first embodiment.
  • 3 (a) is a plan view
  • FIG. 3 (b) is a cross-sectional view taken along the line IIIB-IIIB in FIG. 3 (a).
  • the antenna 130 includes a dipole antenna 110 and a reflector 120.
  • the dipole antenna 110 includes the element portions 111 and 112, the leg portions 113 and 114 extending from the element portions 111 and 112, and the base portion 115 to which the leg portions 113 and 114 are fixed. Although the legs 113 and 114 and the base 115 may not be provided, in the first embodiment, the dipole antenna 110 will be described as having the legs 113 and 114 and the base 115.
  • the element portions 111 and 112 of the dipole antenna 110 are members made of a conductive material surrounded by elliptical edges each having a minor axis L1 and a major axis L2, as shown in FIG. 3A. .
  • the element portion 111 and the element portion 112 are disposed symmetrically at the point O, and are opposed to each other across the interval D such that the major axes L2 are aligned in a straight line.
  • the circular opening is provided in the element part 111 at the point O side, It connects with an opening and the cylindrical leg part 113 is connected.
  • a circular opening is provided on the point O side, and the cylindrical leg portion 114 is connected to the opening.
  • the element portion 112 may not be provided with an opening, and the leg portion 114 may have a cylindrical shape.
  • the legs 113 and 114 of the dipole antenna 110 are connected to a pedestal 115 whose surface shape is circular.
  • the pedestal 115 is provided with an opening opposite to the cylindrical leg 113. That is, it is a cylindrical hollow portion from the opening of the element portion 111 to the opening of the base portion 115.
  • the element portions 111 and 112, the leg portions 113 and 114, and the pedestal portion 115 are integrally formed of a conductive material.
  • the element portions 111 and 112, the leg portions 113 and 114, and the base portion 115 may be individually or partially integrated, and may be assembled with a screw or the like.
  • the element portions 111 and 112, the leg portions 113 and 114, and the base portion 115 are made of, for example, a metal such as copper and aluminum or an alloy containing them.
  • the pedestal portion 115 is fixed to the front reflection portion 120 a of the reflection plate 120 by a screw or the like (not shown).
  • the surfaces of the element portions 111 and 112 of the dipole antenna 110 are configured to be parallel to the front reflection portion 120 a of the reflection plate 120.
  • the distance from the surface on the dipole antenna 110 side of the reflecting plate 120 to the center in the thickness direction of the element units 111 and 112 is the height H.
  • An insulator 117 having a conductor 116 at its center is embedded in a cylindrical hollow portion that continues from the opening of the element portion 111 to the opening of the pedestal portion 115.
  • the insulator 117 may be embedded in the whole hollow part, or may be embedded in a part.
  • the end of the conductor 116 on the element portion 111 side of the conductor 116 is connected to the end (portion of arrow A) bent by 90 ° and in the vicinity of the point O of the element portion 112. The connection is performed by, for example, solder.
  • the end of the conductor 116 on the side of the base 115 passes through the opening provided in the reflection plate 120 to form the sub cable 33 (the sub cable 33-1 or the sub cable 33-2 in FIG. 5 described later, It is connected with the inner conductor of the sub cable 33.).
  • the reflection plate 120 is connected to the outer conductor of the sub cable 33.
  • the conductor 116 may be a conducting wire having a circular cross section, but since it is difficult to bend at 90 °, the metal plate may be cut out into an L shape.
  • the conductor 116 is made of, for example, a metal such as copper or aluminum or an alloy containing them.
  • the insulator 117 is made of, for example, polytetrafluoroethylene or the like excellent in high frequency characteristics.
  • the minor diameter L1 of the element portions 111 and 112 is 21 mm
  • the major diameter L2 is 30 mm
  • the distance D between the element portions 111 and 112 is 12 mm.
  • the height H from the center in the thickness direction of the element units 111 and 112 to the reflection plate 120 is 38.5 mm.
  • the height H is set to about 1 ⁇ 4 wavelength when the center frequency fc of the array antenna 10 is 2 GHz. Therefore, when viewed from the element units 111 and 112, although the element unit 111 and the element unit 112 are short-circuited in the pedestal portion 115, no current flows.
  • the legs 113 and 114 are cylindrical or cylindrical, the outer shape may not be cylindrical or cylindrical, and may be prismatic, tapered or the like.
  • the shape of the legs 113 and 114 may be any shape that can be easily molded when the element parts 111 and 112, the legs 113 and 114, and the base 115 are integrally molded by a method such as die casting.
  • the leg portion 113 may be provided with a cylindrical hollow portion extending from the element portion 111 to the pedestal portion 115.
  • the base portion 115 may be shared.
  • the dipole antenna 110 can be produced collectively, and mass productivity is excellent.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining the configuration of the dipole antenna 110 paired with the dipole antenna 110 of FIG. 3 for sharing polarization in the first embodiment.
  • 4 (a) is a plan view
  • FIG. 4 (b) is a cross-sectional view taken along the line IVB-IVB of FIG. 4 (a).
  • FIG. 4 when the dipole antenna 110 of FIG. 3 is made into the element parts 111a and 112a, the dipole antenna 110 used as the element parts 111b and 112b is shown (refer FIG. 2). Therefore, the description of similar parts is omitted, and different parts will be described.
  • the portion of the arrow A ′ and the portion of the arrow B ′ on the point O side are such that the conductor 116 of the dipole antenna 110 shown in FIG. 4 does not contact the conductor 116 of the dipole antenna 110 of FIG.
  • the conductors 116 of the two dipole antennas 110 cross three-dimensionally in the air, thereby suppressing contact.
  • the element portion 112b and the conductor 116 are connected at a portion indicated by an arrow A '. The connection is made by, for example, solder.
  • the dipole antenna 110 may not include the pedestal 115.
  • the legs 113 and 114 may be made longer by a length corresponding to the thickness of the pedestal 115. Then, the leg portions 113 and 114 may be fixed to the front reflection portion 120 a of the reflection plate 120.
  • the dipole antenna 110 and the reflection plate 120 can be fixed by fixing the pedestal portion 115 and the reflection plate 120 with a screw or the like, so the assembly of the array antenna 10 becomes easy.
  • the surfaces of the element units 111 and 112 are parallel to the front reflection unit 120 a of the reflection plate 120.
  • the surfaces of the element units 111 and 112 may not be parallel to the front reflection unit 120 a of the reflection plate 120.
  • the side closer to the point O of the element units 111 and 112 may be closer to the front reflection unit 120 a of the reflection plate 120 from the side farther from the side.
  • the axis OO ' may not be perpendicular to the front reflecting portion 120a of the reflecting plate 120, but may be inclined.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining an example of a method of feeding power to the antenna 130 in the array antenna 10.
  • FIG. 5 shows a method of feeding odd-numbered dipole antennas 110 in the array antenna 10 shown in FIG. That is, the array antenna 10 shown in FIG. 5 includes only the odd numbered dipole antennas 110 and does not include the even numbered dipole antennas 110. Therefore, also in FIG. 5, as in FIG. 2, it is assumed that there are four odd-numbered dipole antennas 110 (dipole antennas 110-1, 110-3, 110-5, and 110-7). Then, the antennas 130 corresponding to the dipole antennas 110-1, 110-3, 110-5, and 110-7 will be referred to as antennas 130-1, 130-3, 130-5, and 130-7.
  • the even numbered dipole antennas 110 are fed similarly to the odd numbered dipole antennas 110.
  • the phase shifter 200 has three input / output ports (Port 0, 1 and 2) with respect to the array antenna 10 including the odd numbered antennas 130 (antennas 130-1, 130-3, 130-5, and 130-7). ).
  • Port 0 is connected to the transmission / reception unit 4.
  • the transmission / reception unit 4 supplies a transmission signal to Port 0.
  • the phase shifter 200 shifts the phase of the transmission signal input to the Port 0 every Port 1 and 2 and outputs the phase-shifted transmission signal.
  • One end of a main cable 32 as an example of a first feed line is connected to Port 1.
  • the other end of the main cable 32 is connected in parallel with one end of each of the sub cables 33-1 and 33-2 as an example of two second feed lines so as to branch the main cable 32.
  • the other end of the sub cable 33-1 is connected to the antenna 130-1
  • the other end of the sub cable 33-2 is connected to the antenna 130-3.
  • the inner conductor of the main cable 32 is connected to the respective inner conductors of the sub cable 33-1 and the sub cable 33-2.
  • the outer conductor of the main cable 32 is connected to the outer conductor of each of the sub cable 33-1 and the sub cable 33-2.
  • the two sub cables 33-1 and 33-2 are not distinguished from one another, they are referred to as a sub cable 33. Therefore, as described in FIG. 3, the other end of the conductor 116 of the antenna 130 is connected to the inner conductor of the sub cable 33, and the reflection plate 120 is connected to the outer conductor of the sub cable 33.
  • the antennas 130-1 and 130-3 are connected to Port 1 of the phase shifter 200 and are supplied with in-phase transmission signals.
  • the antennas 130-5 and 130-7 are connected to Port 2 of the phase shifter 200, the same phase transmission signal is also supplied to them.
  • the phase shifter 200 shifts the phase of the transmission signal input to Port 0 by Port 1 and 2 and outputs it. For example, if the phase shift amount which is a phase shift is ⁇ (°), the interval Dp at which the antennas 130 shown in FIG.
  • ⁇ is the wavelength of the radio wave in free space which the antenna 130 radiates.
  • the antenna 130-1 and the antenna 130-3 are paired, and transmission signals are supplied in phase in parallel.
  • the antenna 130-5 and the antenna 130-7 are paired, and transmission signals of phases different from the phases of the transmission signals supplied to the pair of the antenna 130-1 and the antenna 130-3 are supplied in parallel in phase. did.
  • Transmission signals different in phase may be supplied to each antenna 130. In this way, the disturbance of directivity can be reduced even if the radiation angle (beam tilt angle ⁇ ) is changed.
  • a phase shifter 200 having input / output ports corresponding to the number of antennas 130 constituting the array antenna 10 is required. Therefore, a plurality of antennas 130 are paired, and in-phase transmission signals are supplied in parallel to the antennas 130 belonging to the set.
  • impedance matching matching
  • FIG. 6 is a view for explaining the relationship between the impedance of each of the main cable 32 and the sub cable 33 and the input impedance of the antenna 130 when the first embodiment is applied.
  • the plurality of antennas 130 and the plurality of sub cables 33 are described, they are described as the antenna 130 and the sub cables 33 without distinction.
  • the respective impedances of the main cable 32 and the sub cable 33 and the input impedance of the antenna 130 are described.
  • the impedance of the main cable 32 from the phase shifter 200 shown in FIG. 5 is Z (an example of a first impedance). Then, it is assumed that impedance matching is obtained between the transmitting and receiving unit 4 and the main cable 32 of the phase shifter 200.
  • FIG. 6A shows a case where two antennas 130 are paired to supply in-phase transmission signals in parallel, as in FIG.
  • the input impedance of the antenna 130 is set to 2 ⁇ Z. Since the impedance of the main cable 32 is Z, when it is bifurcated, the impedance of the sub cable 33 is 2 ⁇ Z. Since the input impedance of the antenna 130 is also 2 ⁇ Z, the impedances match. That is, as shown in FIG. 5, if the main cable 32 is branched into two sub cables 33 and the respective sub cables 33 are directly connected to the antenna 130, impedance matching can be obtained.
  • FIG. 6 (b) is different from FIG. 5, in which three antennas 130 are paired to supply in-phase transmission signals in parallel.
  • the input impedance of the antenna 130 is set to 3 ⁇ Z. Since the impedance of the main cable 32 is Z, when it is branched into three, the impedance of the sub cable 33 is 3 ⁇ Z. Since the input impedance of the antenna 130 is also 3 ⁇ Z, the impedances match. That is, if the main cable 32 is branched into three sub cables 33 and the respective sub cables 33 are connected to the antenna 130, impedance matching can be obtained.
  • FIG.6 (c) is a case where N (N is an integer greater than or equal to 2) antenna 130 is made a group unlike FIG. 5, and the transmission signal of an in-phase is supplied in parallel.
  • the input impedance of the antenna 130 is set to N ⁇ Z (an example of a second impedance). Since the impedance of the main cable 32 is Z, when it is branched into N, the impedance of the sub cable 33 is N ⁇ Z. Since the input impedance of the antenna 130 is also N ⁇ Z, the impedances match. That is, if the main cable 32 is branched into N sub cables 33 and the respective sub cables 33 are connected to the antenna 130, impedance matching can be obtained.
  • the impedance of the antenna 130 is 2 ⁇ Z, 3 ⁇ Z, and N ⁇ Z with respect to the impedance Z of the main cable 32, but the impedance of the antenna 130 is set based on these. It may be a value shifted back and forth.
  • FIG. 7 is a view for explaining the relationship between the impedance of each of the main cable 32 and the sub cable 33 and the input impedance of the antenna 130 when the first embodiment is not applied. Also in this case, two antennas 130 are paired to supply in-phase transmission signals in parallel. At this time, the input impedance of the antenna 130 is Z.
  • the impedance of the secondary cable 33 needs to be 2 ⁇ Z as described above. For this reason, when the secondary cable 33 having an impedance of 2 ⁇ Z is connected to the antenna 130 having an impedance of Z, impedance matching can not be obtained. Therefore, it is necessary to set the impedance of the secondary cable 33 to Z by providing a Q transformer 300 or the like configured by a microstrip line between the main cable 32 and the antenna 130.
  • the Q transformer 300 formed of a microstrip line or the like is configured to resonate with the wavelength ⁇ c of the center frequency fc of the radio wave emitted by the antenna 130. Therefore, the Q transformer 300 has frequency dependency and it is difficult to cope with a wide band frequency.
  • the Q transformer 300 is configured in a multistage configuration to expand the frequency range that can be handled, even in this case, the Q transformer 300 has characteristics depending on the frequency. Therefore, even if the antenna 130 has a wide band frequency characteristic, the frequency characteristic of the Q transformer 300 limits the usable frequency range.
  • the auxiliary cable 33 and the antenna 130 can be directly connected. Therefore, transmission and reception of radio waves can be performed in a wide frequency range of the antenna 130.
  • main cable 32 and the secondary cable 33 have been described as coaxial cables, but may be configured by other methods such as a microstrip line.
  • FIG. 8 is a diagram for explaining a model used to simulate the characteristics of the antenna 130.
  • the six dipole antennas 110-1 to 110-6 are used, and the odd number number and the even number are paired to share the polarization.
  • the odd numbered dipole antenna 110 and the even numbered dipole antenna 110 are combined to constitute an antenna 130.
  • a dipole antenna 110-1 and a dipole antenna 110-2 constitute a polarization sharing antenna 130-1
  • a dipole antenna 110-3 and a dipole antenna 110-4 constitute a polarization sharing antenna 130-2.
  • the dipole antenna 110-5 and the dipole antenna 110-6 constitute an antenna 130-3 for sharing polarization.
  • a transmission signal for transmitting a radio wave was supplied to the dipole antenna 110-3 of the polarization sharing antenna 130-2.
  • the transmission signals are not supplied to the other antennas 130-1 and 130-3 and the dipole antenna 110-4 of the antenna 130-2, and they are dummy.
  • FIG. 9 is a diagram showing the return loss (return loss) (dB) characteristic of the antenna 130 in the first embodiment obtained by the simulation model shown in FIG.
  • the minor diameter L1 of the element portions 111 and 112 is 21 mm
  • the major diameter L2 is 30 mm
  • the distance D between the element portions 111 and 112 is 12 mm.
  • the height H from the center in the thickness direction of the element units 111 and 112 to the reflection plate 120 is 38.5 mm.
  • the lower limit frequency fL is 1.6 GHz and the upper limit frequency fH is 3 GHz in the frequency range where the return loss amount is ⁇ 10 dB or less (VSWR ⁇ 2).
  • the relative bandwidth is 61%.
  • the relative bandwidth is about 25%. Even if a parasitic element is added to this dipole antenna to widen the band, the relative bandwidth is about 40%. Therefore, the antenna 130 of the first embodiment has a wider band than the antenna using the dipole antenna 110 having the rod-like element portions 111 and 112 to which the parasitic element is added. Further, the antenna 130 according to the first embodiment has fewer components and is easy to manufacture as compared with an antenna using the dipole antenna 110 having a complex configuration to which a parasitic element is added.
  • FIG. 10 is a diagram showing the beam width in the horizontal plane of the antenna 130 in the first embodiment obtained by the simulation model shown in FIG. Here, the case where the frequency f is 2 GHz is shown.
  • the beam width in the horizontal plane of the antenna 130 is 65 °.
  • the beam width in the horizontal plane can be set by the side reflector 120b. Therefore, the beam width in the horizontal plane of the antenna 130 can be adjusted by adjusting the width of the reflecting plate 120, the shape of the side reflecting portion 120b, the number, and the like.
  • Table 1 shows the results of simulation of the input impedance ( ⁇ ) of the antenna 130 when the minor axis L1 of the element units 111 and 112 shown in FIG. 3 is changed.
  • the impedance of the sub-cable 33 serving as a feed line to the antenna 130 is changed, and the impedance of the portion consisting of the conductor 116 and the insulator 117 provided in the hollow portion of the leg 113 shown in FIG.
  • the input impedance of the antenna 130 was determined by changing the total amount of the attenuation and the relative bandwidth less than -10 dB. That is, the impedance is set to match in the path from the sub-cable 33 serving as the feed line to the element portions 111 and 112 of the dipole antenna 110.
  • the major axis L2 is 30 mm
  • the distance D between the element units 111 and 112 is 12 mm
  • the height H from the center in the thickness direction of the element units 111 and 112 to the reflection plate 120 is 38.5 mm.
  • the input impedance of the antenna 130 decreases as the minor axes L1 of the element portions 111 and 112 of the dipole antenna 110 increase.
  • the input impedance becomes 100 ⁇ .
  • the smaller the minor diameter L1 is the larger the minor diameter L1 is, for example, 175 ⁇ when the minor diameter L1 is 15 mm. That is, in the first embodiment, the input impedance of the antenna 130 can be set by the minor diameter L1 of the element portions 111 and 112 of the dipole antenna 110.
  • Table 1 is an example, and by further changing the minor diameter L1 of the element portions 111 and 112 of the dipole antenna 110, the input impedance of the antenna 130 can be further changed.
  • the antenna 130 in which the minor diameter L1 of the dipole antenna 110 is 21 mm may be used so that the input impedance is 100 ⁇ .
  • the antenna 130 in which the minor diameter L1 of the dipole antenna 110 is 18 mm may be used so that the input impedance is 150 ⁇ .
  • the input impedance can not be changed as in the antenna 130 of the first embodiment.
  • Table 2 shows the results of simulation of the input impedance ( ⁇ ) of the antenna 130 when the height H from the center in the thickness direction of the element units 111 and 112 shown in FIG. 3 to the reflector 120 is changed. . Also in this simulation, the impedance of the transmission / reception cable 31 serving as a feed line to the antenna 130 is changed, and the impedance of the portion consisting of the conductor 116 and the insulator 117 provided in the hollow portion of the leg 113 shown in FIG.
  • the input impedance of the antenna 130 is defined as the impedance at which the fractional bandwidth with the return loss of ⁇ 10 dB is the widest.
  • the impedance is set to match.
  • the minor diameter L1 is 21 mm
  • the major diameter L2 is 30 mm
  • the distance D between the element units 111 and 112 is 12 mm.
  • the input impedance of the antenna 130 increases as the height H from the center in the thickness direction of the element portions 111 and 112 of the dipole antenna 110 to the reflector 120 decreases.
  • the height H is 32 It will be 150 ⁇ at .5 mm.
  • the smaller the height H the larger the height H.
  • the input impedance of the antenna 130 can be set even if the height H from the center in the thickness direction of the element portions 111 and 112 of the dipole antenna 110 to the reflection plate 120 is changed.
  • the result shown in Table 2 is an example, and the input impedance of the antenna 130 is obtained by further changing the height H from the center in the thickness direction of the element portions 111 and 112 of the dipole antenna 110 to the reflecting plate 120. Can be changed further.
  • the antenna 130 with the height H of the dipole antenna 110 of 37.5 mm may be used so that the input impedance is 100 ⁇ .
  • the antenna 130 in which the height H of the dipole antenna 110 is 32.5 mm may be used so that the input impedance is 150 ⁇ .
  • the input impedance of the antenna 130 can be set by changing parameters for setting the shape of the dipole antenna 110, such as the height H to the plate 120. Therefore, when the main cable 32 is divided into N sub cables 33 when the impedance of the main cable 32 is Z, the shape of the antenna 130 is set such that the input impedance of the antenna 130 is N ⁇ Z. Just do it.
  • the antenna 130 of the first embodiment indicates two resonance frequencies.
  • the low frequency side resonant frequency is around 1.8 GHz
  • the high frequency side resonant frequency is around 2.6 GHz.
  • the resonance frequency on the low frequency side depends on the length of the outer edge of the element portions 111 and 112 of the dipole antenna 110
  • the resonance frequency on the high frequency side is a dipole antenna It was found that there was a tendency to depend on the minor diameter L1 of the 110 element portions 111 and 112.
  • the dipole antenna 110 having a frequency range equal to or less than the reflection attenuation amount is used.
  • the antenna 130 can be used.
  • the shape of the element portions 111 and 112 of the dipole antenna 110 in the antenna 130 is elliptical.
  • the element portions 111 and 112 of the dipole antenna 110 in the antenna 130 have a semielliptical shape and a pentagonal shape. Since the other configuration is the same as that of the first embodiment, the description of the same portion will be omitted, and the configuration of the dipole antenna 110 which is a different portion will be described.
  • FIG. 11 is a plan view for explaining the configuration of the dipole antenna 110 according to the second embodiment.
  • the outer edges of the element portion 111 and the element portion 112 are elliptical at a portion near the point O (the boundary is indicated by a broken line), and one vertex is a point O at a portion away from the point O It has a pentagonal shape that pops out in the direction away from.
  • the antenna 130 has wide-band frequency characteristics, and the input impedance of the antenna 130 can be set by changing parameters for setting the shape of the dipole antenna 110. it can.
  • FIG. 12 is a graph showing return loss (dB) characteristics of the antenna 130 according to the second embodiment. This characteristic is obtained by the simulation model shown in FIG. 8 of the first embodiment for the antenna 130 configured using the dipole antenna 110 shown in FIG.
  • the lower limit frequency fL is 1.6 GHz and the upper limit frequency fH (not shown) is 3 GHz or more in the frequency range where the return loss amount is ⁇ 10 dB or less (VSWR ⁇ 2). It is wider than the antenna 130 in the first embodiment shown in FIG.
  • the shapes of the element portions 111 and 112 of the dipole antenna 110 in the antenna 130 of the first embodiment are changed. Since the other configuration is the same as that of the first embodiment, the description of the same portion will be omitted, and the configuration of the dipole antenna 110 which is a different portion will be described.
  • FIG. 13 is a plan view illustrating the configuration of the dipole antenna 110 according to the third embodiment.
  • the outer edges of the element portion 111 and the element portion 112 are elliptical at a portion near the point O (the boundary is indicated by a broken line), and one vertex is a point O at a portion away from the point O It has a triangular shape that pops out in the direction away from the.
  • the antenna 130 has wide-band frequency characteristics, and the input impedance of the antenna 130 can be set by changing parameters for setting the shape of the dipole antenna 110. it can.
  • the shapes of the element parts 111 and 112 of the dipole antenna 110 in the antenna 130 of the first embodiment are changed. . Since the other configuration is the same as that of the first embodiment, the description of the same portion will be omitted, and the configuration of the dipole antenna 110 which is a different portion will be described.
  • FIG. 14 is a plan view illustrating the configuration of the dipole antenna 110 according to the fourth embodiment.
  • the outer edges of the element portion 111 and the element portion 112 are elliptical at a portion near the point O (the boundary is indicated by a broken line), and a direction away from the point O at a portion distant from the point O It has a square shape that pops out. Even if the dipole antenna 110 has such a shape, the antenna 130 has wide-band frequency characteristics, and the input impedance of the antenna 130 can be set by changing parameters for setting the shape of the dipole antenna 110. it can.
  • the element portion 111 and the element portion 112 of the dipole antenna 110 are made of a conductive material, and the outer edge has a shape including a curve such as an ellipse.
  • the antenna 130 having a wide frequency range which is equal to or less than the predetermined return loss can be obtained.
  • the input impedance of the antenna 130 can be set by the parameter for setting the shape of the dipole antenna 110, such as the distance D between the units 111 and 112.
  • the portion near the point O where the element portion 111 and the element portion 112 of the dipole antenna 110 are symmetrically arranged is a curve such as an elliptical shape convexed toward the point O, so that the dipole antenna 110 is formed.
  • the edge shape of the element units 111 and 112 can be selected while setting the frequency range. In this way, when two dipole antennas 110 are paired to share the polarization, it is easy to set the shapes so as not to overlap each other.
  • the element portions 111 and 112, the legs 113 and 114, and the base 115 in the dipole antenna 110 are integrally or individually configured of a conductive material such as metal. It has been done.
  • the element portions 111 and 112 may be formed of a metal foil or the like attached to an insulating substrate.
  • the leg portions 113 and 114 may be formed of a metal rod or the like, and the element portions 111 and 112 formed of metal foil or the like may be connected to the front reflection portion 120 a of the reflection plate 120. Then, a signal for transmitting a radio wave to the element portion 112 may be supplied (fed) by a coaxial cable or the like.
  • the array antenna 10 in the first to fourth embodiments is configured by arranging the polarization sharing antenna 130 in one direction.
  • the array antenna 10 in the fifth embodiment is configured by arranging a plurality of antennas 130 in a line so that the directions of the oscillating electric fields coincide with each other.
  • the array antenna 10 is an omnidirectional (omni) antenna that radiates vertical polarization in the direction of 360 °.
  • FIG. 15 is a diagram showing an example of the configuration of the array antenna 10 capable of radiating vertical polarization in the fifth embodiment. In FIG. 15, four antennas 130-1, 130-2, 130-3, and 130-4 are arranged in a straight line (vertical direction).
  • the dipole antenna 110 is an element unit 111, 112. However, the leg portions 113 and 114 and the pedestal portion 115 are not provided. Also, the reflection plate 120 is not provided.
  • the conductor 116 is connected to the element unit 112 via the opening of the element unit 111 of the dipole antenna 110. Then, power is supplied in the same direction so that the electric field radiated in the vertical direction vibrates. By doing this, the array antenna 10 can radiate (transmit) vertically polarized waves in which the electric field oscillates in the vertical direction.
  • the array antenna 10 can receive vertically polarized waves in which the electric field oscillates in the vertical direction due to the reversibility of the antenna.
  • the array antenna 10 is configured of four antennas 130. However, the number of antennas 130 is not limited to four, and may be two to three, or may exceed four.
  • the plurality of antennas 130 may be divided into a plurality of sets, the main cable 32 may be provided for each set, and the auxiliary cable 33 branched therefrom may be provided for feeding. Note that the whole may be one set without being divided into a plurality of sets.
  • the radiation angle (beam tilt angle ⁇ ) of the radio wave can be inclined from the horizontal plane to the ground direction or the like by supplying the transmission signals having different phases for each set.
  • the input impedance of the antenna 130 can be set by changing the parameter for setting the shape of the dipole antenna 110 as described in the first embodiment. Therefore, as in the first embodiment, the input impedance of the antenna 130 is set in accordance with the impedance of the sub cable 33, and the main cable 32 and the plurality of sub cables 33 branched therefrom are directly connected to each other. Can be matched. Therefore, transmission and reception of radio waves can be performed in a wide frequency range of the antenna 130.
  • the antennas 130 are arranged in the vertical direction, but may be arranged in the horizontal direction or a direction inclined from the vertical direction. In this case, polarized waves oscillating in the horizontal direction or in the inclined direction are radiated.
  • the array antenna 10 in the fifth embodiment is an omnidirectional (omni) antenna that radiates vertically polarized waves.
  • the array antenna 10 in the sixth embodiment is an omnidirectional (omni) antenna that radiates horizontal polarization in the direction of 360 °.
  • FIG. 16 is a diagram showing an example of the configuration of the array antenna 10 capable of radiating horizontal polarization in the sixth embodiment.
  • 16 (a) is a plan view of the array antenna 10
  • FIG. 16 (b) is a cross-sectional view of the array antenna 10 taken along line XVIB-XVIB in FIG. 16 (a).
  • the plan view of FIG. 16 (a) is a plan view of the array antenna 10 taken along line XVIA-XVIA of FIG. 16 (b).
  • the array antenna 10 of the sixth embodiment is composed of, for example, three layers (layers P1 to P3) vertically stacked.
  • layers P When the layers P1 to P3 are not distinguished, they are referred to as layers P.
  • each layer P is composed of three antennas 130 (antennas 130-1, 130-2, 130-3) in the horizontal plane.
  • the dipole antenna 110 includes the element portions 111 and 112 in the antenna 130 illustrated in FIG. 3 in the first embodiment, The legs 113 and 114 and the pedestal 115 are not provided. Also, the reflection plate 120 is not provided.
  • the antennas 130-1, 130-2, and 130-3 are disposed on the sides of a triangle so that the lines connecting the element portion 111 and the element portion 112 of the dipole antenna 110 intersect each other at 60 °. There is. Then, as shown in FIG. 16B, a plurality of these antennas 130-1, 130-2, and 130-3 are layered. By doing this, it is possible to obtain an array antenna 10 that transmits and receives horizontal polarization in which an electric field vibrates in a horizontal plane.
  • the array antenna 10 can receive horizontally polarized waves in which the electric field oscillates in the horizontal direction due to the reversibility of the antenna.
  • the antenna 130 of each layer P is arranged in the horizontal surface in the array antenna 10 here, you may arrange it in the surface inclined from the horizontal surface. In this case, polarized waves oscillating in the direction of the inclined plane are radiated.
  • the array antenna 10 of each of the layers P1 to P3 is configured by three antennas 130.
  • the number of antennas 130 is not limited to three, and may be two or more than three.
  • the plurality of antennas 130 may be divided into a plurality of sets, the main cable 32 may be provided for each set, and the auxiliary cable 33 branched therefrom may be provided for feeding. Note that the whole may be one set without being divided into a plurality of sets.
  • the radiation angle (beam tilt angle ⁇ ) of the radio wave can be inclined from the horizontal plane to the ground direction by supplying the transmission signals having different phases for each set.
  • the input impedance of the antenna 130 can be set by changing the parameter for setting the shape of the dipole antenna 110 as described in the first embodiment. Therefore, as in the first embodiment, the input impedance of the antenna 130 is set in accordance with the impedance of the sub cable 33, and the main cable 32 and the plurality of sub cables 33 branched therefrom are directly connected to each other. Can be matched. Therefore, transmission and reception of radio waves can be performed in a wide frequency range of the antenna 130.
  • the array antenna 10 in the fifth embodiment and the array antenna 10 in the sixth embodiment it is possible to obtain a non-directional (omni) antenna with shared polarization.
  • the combination of the array antenna 10 in the fifth embodiment and the array antenna 10 in the sixth embodiment is, for example, the sixth embodiment between the antennas 130 of the array antenna 10 in the fifth embodiment. This can be performed by inserting each of the antennas 130 of the array antenna 10 in.
  • the array antenna 10 in the fifth embodiment is a nondirectional (Omni) antenna that transmits and receives vertical polarization
  • the array antenna 10 in the sixth embodiment transmits and receives horizontal polarization (nondirectional ( Omni) was an antenna.
  • the array antenna 10 in the seventh embodiment is an array antenna 10 that transmits and receives radio waves in both directions in the horizontal direction.
  • FIG. 17 is a diagram showing an example of the configuration of the array antenna 10 capable of radiating in both directions in the seventh embodiment.
  • the array antenna 10 of the seventh embodiment is configured of, for example, four antennas 130.
  • two antennas 130-1 and 130-2 are arranged in the horizontal direction.
  • two antennas 130-3 and 130-4 are arranged in the horizontal direction.
  • two antennas 130-1 and 130-2 and two antennas 130-3 and 130-4 are arranged in the vertical direction.
  • Each of the four antennas 130-1, 130-2, 130-3, and 130-4 includes the element portions 111 and 112 in the antenna 130 shown in FIG. 3 in the first embodiment, and the leg 113 , 114, and the pedestal 115 and the reflector 120 are not included.
  • the conductor 116 is connected to the element unit 112 through the opening of the element unit 111.
  • the antenna 130 is disposed such that a straight line connecting the element portion 111 and the element portion 112 is in the vertical direction.
  • the positions of the element portion 111 and the element portion 112 are reversed, and the feeding directions are reversed.
  • the two antennas 130-3 and 130-4 Note that the positional relationship between the element portion 111 and the element portion 112 is the same between the antenna 130-1 and the antenna 130-3 arranged in the vertical direction.
  • the two antennas 130 arranged in the horizontal direction (for example, the antenna 130-1 and the antenna 130-2) reverse the positions of the element portion 111 and the element portion 112 and reverse the feeding direction. Therefore, the array antenna 10 can emit radio waves to the + side in the horizontal direction (right direction in the plane of FIG. 17) and the ⁇ side (left direction) in the horizontal direction. The array antenna 10 can receive radio waves from the + side and-side in the horizontal direction due to the reversibility of the antenna.
  • two antennas 130 are stacked in two stages, but the number of stages may be more than two or may be one.
  • the plurality of antennas 130 may be divided into a plurality of sets, the main cable 32 may be provided for each set, and the auxiliary cable 33 branched therefrom may be provided for feeding. Note that the whole may be one set without being divided into a plurality of sets.
  • the radiation angle (beam tilt angle ⁇ ) of the radio wave can be inclined from the horizontal plane to the ground direction by supplying the transmission signals having different phases for each set.
  • the input impedance of the antenna 130 can be set by changing the parameter for setting the shape of the dipole antenna 110 as described in the first embodiment. Therefore, as in the first embodiment, the input impedance of the antenna 130 is set in accordance with the impedance of the sub cable 33, and the main cable 32 and the plurality of sub cables 33 branched therefrom are directly connected to each other. Can be matched. Therefore, radio waves can be transmitted and received in the wide frequency range of the antenna 130.
  • the array antenna 10 in the first to seventh embodiments includes the dipole antenna 110.
  • the array antenna 10 in the eighth embodiment is provided with an antenna 140 which is a patch antenna instead of the antenna 130 provided with the dipole antenna 110.
  • FIG. 18 is a view for explaining the configuration of the antenna 140 in the eighth embodiment.
  • 18 (a) to 18 (c) are different in the method of feeding power to the antenna 140 which is a patch antenna.
  • the ground plate portion 141 as an example of the first conductor
  • the patch portion 142 as an example of the second conductor
  • the ground plate portion 141 and the patch portion 142
  • a dielectric layer 143 interposed therebetween.
  • the ground plate portion 141 and the patch portion 142 both have a rectangular planar shape, and are made of, for example, a metal having a high electric conductivity such as copper or aluminum.
  • the dielectric layer 143 is made of, for example, polyimide, tetrafluoroethylene or the like. Note that instead of the dielectric layer 143, an air layer may be used.
  • a feeding point 144 which is a feeding position is provided at a point slightly offset from the center of the patch section 142. Then, a feed line 145 is provided through the dielectric layer 143 and the ground plane portion 141.
  • the feed line 145 in this case is made of, for example, a rod of metal such as copper.
  • the patch portion 142 in the case of FIG. 18A is removed in a rectangular shape from the peripheral portion of one side toward the central portion.
  • the feeding point 144 is provided in the removed part, and the feeding line 145 is provided from the feeding point.
  • the feed line 145 is provided on the dielectric layer 143 and constitutes a microstrip line with the ground plane portion 141. Note that instead of the dielectric layer 143, an air layer may be used.
  • the feeding point 144 is provided at the central part of one side of the patch portion 142 in the case of FIG. 18A, and the feeding line 145 is provided from the feeding point.
  • the feed line 145 is provided on the dielectric layer 143 and constitutes a microstrip line with the ground plane portion 141. Note that instead of the dielectric layer 143, an air layer may be used.
  • the antennas 140 shown in FIGS. 18 (a) to 18 (c) have different input impedances because the feed position with respect to the patch unit 142 is different. 18 (a) to 18 (c), the input impedance of the antenna 140 shown in FIG. 18 (a) is the smallest, and the input impedance of the antenna 140 shown in FIG. 18 (c) is the largest.
  • the input impedance can be changed by changing the shape of the antenna 140 such as the position of the feeding point 144 in the patch section 142. Can be set.
  • the antenna 140 in the eighth embodiment may be applied.

Abstract

本発明に係るアレイアンテナは、（ａ）では、２個のアンテナ１３０を組にして、主ケーブル３２を２つに分岐した副ケーブル３３を介して並列に同相の送信信号を供給する場合であって、主ケーブル３２のインピーダンスＺに対して、副ケーブル３３のインピーダンス及びアンテナ１３０の入力インピーダンスが２×Ｚに設定されている。（ｂ）では、３個のアンテナ１３０を組にした場合であって、副ケーブル３３のインピーダンス及びアンテナ１３０の入力インピーダンスが３×Ｚに設定されている。（ｃ）では、Ｎ個のアンテナ１３０を組にした場合であって、副ケーブル３３のインピーダンス及びアンテナ１３０の入力インピーダンスがＮ×Ｚに設定されている。いずれの場合も、広帯域においてインピーダンスがマッチングする。

Description

アレイアンテナ
　本発明は、アレイアンテナに関する。
　移動体通信の基地局用のアンテナ（基地局アンテナ）には、電波が放射される方向に対応して設定されたセクタ毎に電波を放射するセクタアンテナが複数組み合わせて用いられている。セクタアンテナには、ダイポールアンテナなどのアンテナ素子をアレイ状に並べたアレイアンテナが用いられている。
　特許文献１には、約λ／２（λは、所望周波数帯の中心周波数の波長）の長さを有し、約λ／２の間隔をおいて平行配設された第１及び第２のダイポールアンテナと、主給電線路と該主給電線路から分岐して前記各ダイポールアンテナの給電点にそれぞれ接続された第１及び第２の分岐給電線路とを有してなる給電手段と、を備え、前記主給電線路の特性インピーダンスを約５０Ωに設定し、前記第１及び第２の分岐給電線路の特性インピーダンスを約１００Ωに設定した６０°ビームアンテナ装置が記載されている。
特開２００６－２０３４２８号公報
　ところで、アレイアンテナでは、複数のアンテナ素子に並列に給電することが行われることがある。このとき、アンテナ素子と給電線路との間でインピーダンスをマッチングさせることが求められる。
　本発明の目的は、広帯域においてインピーダンスのマッチングが容易なアレイアンテナを提供することにある。
　かかる目的のもと、本発明が適用されるアレイアンテナは、第１のインピーダンスを有する第１の給電線路と、第１の給電線路から分岐されたＮ個（Ｎは２以上の整数）の第２の給電線路と、それぞれが第１のインピーダンスのＮ倍に基づいて設定された第２のインピーダンスを有し、Ｎ個の第２の給電線路のそれぞれに接続されたＮ個のアンテナとを備えている。
　この構成によれば、変成器などによりインピーダンスをマッチングさせる場合に比較して、インピーダンスのマッチングが容易にできる。
　このようなアレイアンテナにおけるアンテナは、それぞれが縁辺に曲線を含んだ導電性材料で構成され、予め定められた軸に対して対称の位置に予め定められた間隔を設けて配置された一対の素子部を含み、形状により第２のインピーダンスが設定されることを特徴とすることができる。
　この構成によれば、本構成を有していない場合に比べ、インピーダンスの設定が容易にできる。
　また、このようなアレイアンテナにおけるアンテナは、それぞれが縁辺に曲線を含んだ導電性材料で構成され、軸に対して対称の位置に予め定められた間隔を設けて配置され、一対の素子部が送受信する偏波と直交する偏波を送受信できる他の一対の素子部をさらに備えたことを特徴とすることができる。
　この構成によれば、本構成を有していない場合に比べ、偏波共通のアンテナをより小型に構成できる。
　さらにまた、このようなアレイアンテナにおけるアンテナは、第１の導体と、第２の導体と、第１の導体と第２の導体との間の誘電体層又は空気層とを含み、第１の導体への給電の位置によって、第２のインピーダンスが設定されるパッチアンテナを備えることを特徴とすることができる。
　この構成によれば、本構成を有していない場合に比べ、インピーダンスの設定が容易にできる。
　そして、アレイアンテナを収納するレドームをさらに備えることを特徴とすることができる。
　この構成によれば、本構成を有していない場合に比べ、インピーダンスのマッチングが容易で広帯域な周波数特性が得られるアレイアンテナとできる。
　本発明によれば、広帯域においてインピーダンスのマッチングが容易なアレイアンテナを提供できる。
第１の実施の形態が適用される移動通信用の基地局アンテナの全体構成の一例を示す図である。 第１の実施の形態におけるアレイアンテナの構成の一例を示す図である。 第１の実施の形態におけるアンテナの構成を説明する図である。 第１の実施の形態において偏波共用のために図３のダイポールアンテナと対になるダイポールアンテナの構成を説明する図である。 アレイアンテナにおけるアンテナへの給電方法の一例を説明する図である。 第１の実施の形態が適用される場合の主ケーブル、副ケーブルのそれぞれのインピーダンス及びアンテナの入力インピーダンスの関係を説明する図である。 第１の実施の形態を適用しない場合の主ケーブル、副ケーブルのそれぞれのインピーダンス及びアンテナの入力インピーダンスの関係を説明する図である アンテナの特性をシミュレーションするために使用したモデルを説明する図である。 図８で示したシミュレーションモデルによって求めた第１の実施の形態におけるアンテナの反射減衰量（リターン・ロス）（ｄＢ）特性を示す図である。 図８で示したシミュレーションモデルによって求めた第１の実施の形態におけるアンテナの水平面内のビーム幅を示す図である。 第２の実施の形態におけるダイポールアンテナの構成を説明する平面図である。 第２の実施の形態におけるアンテナの反射減衰量（リターン・ロス）（ｄＢ）特性を示す図である。 第３の実施の形態におけるダイポールアンテナの構成を説明する平面図である。 第４の実施の形態におけるダイポールアンテナの構成を説明する平面図である。 第５の実施の形態における垂直偏波を放射できるアレイアンテナの構成の一例を示す図である。 第６の実施の形態における水平偏波を放射できるアレイアンテナの構成の一例を示す図である。 第７の実施の形態における双方向を放射できるアレイアンテナの構成の一例を示す図である。 第８の実施の形態におけるアンテナの構成を説明する図である。
　以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
［第１の実施の形態］
＜基地局アンテナ１＞
　図１は、第１の実施の形態が適用される移動通信用の基地局アンテナ１の全体構成の一例を示す図である。図１（ａ）は、基地局アンテナ１の斜視図であり、図１（ｂ）は、基地局アンテナ１の設置例を説明する図である。
　基地局アンテナ１は、図１（ａ）に示すように、例えば鉄塔２０に保持された複数のアレイアンテナ１０－１～１０－６を備えている。そして、図１（ｂ）に示すように、基地局アンテナ１は、セル２内に電波を到達させる。すなわち、セル２は、基地局アンテナ１が送信する電波が到達する範囲であり、基地局アンテナ１が電波を受信する範囲である。
　アレイアンテナ１０－１～１０－６は、それぞれの外側が円筒状のレドーム（後述する図２のレドーム５００参照）であって、その円筒状のレドーム５００の中心軸が地面に対して垂直に設けられている。
　図１（ｂ）に示すように、セル２は水平面において角度で分割した複数のセクタ３－１～３－６を備えている。セクタ３－１～３－６のそれぞれは、基地局アンテナ１の６個のアレイアンテナ１０－１～１０－６に対応して設けられている。つまり、アレイアンテナ１０－１～１０－６は、それぞれの出力電波の電界が大きいメインローブ１１の方向が、対応するセクタ３－１～３－６に向いている。
　ここで、アレイアンテナ１０－１～１０－６をそれぞれ区別しないときは、アレイアンテナ１０と表記する。また、セクタ３－１～３－６をそれぞれ区別しないときは、セクタ３と表記する。
　なお、図１に例として示した基地局アンテナ１は、６個のアレイアンテナ１０－１～１０－６及びこれらに対応するセクタ３－１～３－６を備えている。しかし、アレイアンテナ１０及びセクタ３は、６以外の予め定められた数であってよい。また、図１（ａ）では、セクタ３は、セル２を６等分に分割（中心角６０°）して構成されているが、等分でなくともよく、いずれか１つのセクタ３が他のセクタ３に比べ広く又は狭く構成されていてもよい。
　そして、それぞれのアレイアンテナ１０は、アレイアンテナ１０が備えるダイポールアンテナ（後述する図２におけるダイポールアンテナ１１０－１～１１０－８参照。それぞれを区別しないときはダイポールアンテナ１１０と表記する。）に送信信号及び受信信号を伝送する送受信ケーブル３１に接続されている。
　送受信ケーブル３１は、基地局（不図示）内に設けられた送信信号の生成及び受信信号を受信する送受信部４（後述する図５参照）に接続されている。送受信ケーブル３１は、例えば同軸ケーブルである。
　図１（ａ）では、アレイアンテナ１０－１に、送受信ケーブル３１を表記している。他のアレイアンテナ１０－２～１０－６も、アレイアンテナ１０－１と同様に、送受信ケーブル３１を備えているが、これらの表記を省略している。
　なお、以下では基地局アンテナ１が電波を送信するとして説明するが、アンテナの可逆性により、基地局アンテナ１は電波を受信することができる。電波を受信する場合は、例えば送信信号を受信信号として、信号の流れを逆にすればよい。
　また、アレイアンテナ１０は、アレイアンテナ１０が備える複数のダイポールアンテナ１１０に送信信号の位相を異ならせて供給するための移相器２００（後述する図５参照）を備えている。複数のダイポールアンテナ１１０に供給される送信信号の位相をずらすことにより、アレイアンテナ１０から放射される電波（ビーム）の放射角度を水平面から地上方向に角度θ傾けて（ビーム・チルト角θとして）いる。これにより、電波がセル２外に到達しないように設定している。
＜アレイアンテナ１０＞
　図２は、第１の実施の形態におけるアレイアンテナ１０の構成の一例を示す図である。図２では、アレイアンテナ１０を横に置いて、斜め横から見た斜視図で示している。
　アレイアンテナ１０は、反射板１２０と、反射板１２０上に配列された複数（ここでは例として８個）のダイポールアンテナ１１０－１～１１０－８、ダイポールアンテナ１１０－１～１１０－８のそれぞれに位相をずらして送信信号を供給する移相器２００を備えている。さらに、アレイアンテナ１０は、反射板１２０、ダイポールアンテナ１１０－１～１１０－８及び移相器２００を包むように収納するレドーム５００を備えている。図２では、レドーム５００を破線で示し、レドーム５００の内部に設けられた反射板１２０、ダイポールアンテナ１１０－１～１１０－８が見えるようにしている。なお、図２において、移相器２００は反射板１２０のダイポールアンテナ１１０－１～１１０－８が設けられた側と反対の側に設けられているので、破線で示している。
　奇数番号のダイポールアンテナ１１０－１、１１０－３、１１０－５、１１０－７は、長径の方向がそれぞれ垂直方向から４５°ずれた楕円形状の一対の素子部１１１ａ、１１２ａを備えている。そして、垂直方向から４５°ずれた偏波を送受信する。なお、一例として素子部１１１ａ、１１２ａは、表面が反射板１２０の正面反射部１２０ａに平行に設けられるとともに、点Ｏに対して対称の位置に配置されている。
　偶数番号のダイポールアンテナ１１０－２、１１０－４、１１０－６、１１０－８は、長径の方向がそれぞれ垂直方向から－４５°ずれた楕円形状の他の一対の素子部１１１ｂ、１１２ｂを備えている。そして、垂直方向から－４５°ずれた偏波を送受信する。素子部１１１ｂ、１１２ｂも、一例として表面が反射板１２０の正面反射部１２０ａに平行に設けられるとともに、点Ｏに対して対称の位置に配置されている。
　そして、ダイポールアンテナ１１０－１とダイポールアンテナ１１０－２とが、ダイポールアンテナ１１０－１の素子部１１１ａ、１１２ａが対称に配置される点Ｏと、ダイポールアンテナ１１０－２の素子部１１１ｂ、１１２ｂが対称に配置される点Ｏとが共通になるように組み合わされ、対（一対）を構成している。さらに、ダイポールアンテナ１１０－３とダイポールアンテナ１１０－４とが、ダイポールアンテナ１１０－５とダイポールアンテナ１１０－６とが、ダイポールアンテナ１１０－７とダイポールアンテナ１１０－８とが同様に組み合わされ、対を構成している。
　このようにすることで、アレイアンテナ１０は、±４５°の偏波を送受信できる偏波共用となっている。
　なお、素子部１１１ａ、１１１ｂをそれぞれ区別しないときは素子部１１１と、素子部１１２ａ、１１２ｂをそれぞれ区別しないときは、素子部１１２と表記する。
　これらのダイポールアンテナ１１０－１～１１０～８はそれぞれ独立して動作する。よって、以下では、ダイポールアンテナ１１０－１～１１０－８の一つを取り出して、ダイポールアンテナ１１０として説明する。
　なお、図２では、±４５°の偏波を送受信するとしたが、対にした２個のダイポールアンテナ１１０を点Ｏの周りに４５°回転させることにより、水平及び垂直の偏波を送受信するようにできる。
　反射板１２０は、ダイポールアンテナ１１０が送信する電波を反射するとともに、ダイポールアンテナ１１０を保持する。図２では、それぞれが２個のダイポールアンテナ１１０で構成された４対が、反射板１２０上において間隔Ｄｐで配置され、アレイを構成している（アレイアンテナ１０）。
　反射板１２０において、ダイポールアンテナ１１０の素子部１１１、１１２が対向する正面反射部１２０ａは平坦になっている。ダイポールアンテナ１１０のアレイの方向と交差する方向における反射板１２０の両端部は、ダイポールアンテナ１１０側に折り曲げられた側面反射部１２０ｂとなっている。この折り曲げられた側面反射部１２０ｂは、アレイアンテナ１０の水平面内のビーム幅を設定する。
　なお、図２では、側面反射部１２０ｂは、ダイポールアンテナ１１０側に折り曲げられているが、ダイポールアンテナ１１０側とは反対側に折り曲げられていてもよい。また、図２では、側面反射部１２０ｂは、反射板１２０のそれぞれの端部に１個設けられているが、複数個設けられていてもよい。
　側面反射部１２０ｂは、アレイアンテナ１０の水平面内のビーム幅を設定するので、予め定められた水平面内のビーム幅が得られるように設定すればよい。
　反射板１２０は、導体、例えばアルミニウム、銅などで構成されている。
　図２では、反射板１２０は、８個のダイポールアンテナ１１０－１～１１０－８に共通に設けられているが、ダイポールアンテナ１１０毎又は対にした２個のダイポールアンテナ１１０毎に分かれていると考えてもよい。
　ここでは、ダイポールアンテナ１１０とそれに対応する反射板１２０とを含めてアンテナ１３０と表記する。対にした２個のダイポールアンテナ１１０の場合も、対にした２個のダイポールアンテナ１１０とそれに対応する反射板１２０とを含めてアンテナ１３０と表記する。
　移相器２００については、後述する。
　レドーム５００は、円筒５０１と、円筒５０１の上側の端部を覆う上蓋５０２と、円筒５０１の下側の端部を覆う下蓋５０３とを備えている。そして、レドーム５００は、アンテナ１３０を内部に格納している。
　そして、レドーム５００の下蓋５０３には、コネクタ（不図示）が設けられ、ダイポールアンテナ１１０に送信信号及び受信信号を伝送する送受信ケーブル３１が接続されている。なお、図２においては、送受信ケーブル３１とダイポールアンテナ１１０との接続の表記を省略している。
　レドーム５００は、例えばＦＲＰ（ｆｉｂｅｒ　ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ　ｐｌａｓｔｉｃｓ）などの絶縁性の樹脂で構成されている。
　なお、図２に示すアレイアンテナ１０は、８個のダイポールアンテナ１１０から構成されているが、ダイポールアンテナ１１０の個数は８個に限らず、予め定められた個数とすればよい。
　また、図２に示すアレイアンテナ１０は、８個のダイポールアンテナ１１０を備えた１個のアレイから構成されているが、複数のアレイを並べることで構成されてもよい。
　さらに、図２では、アレイアンテナ１０が備えるレドーム５００は上蓋５０２と下蓋５０３とを備えた円筒５０１としたが、断面が方形の筒であってもよく、断面の方形の一辺が円弧状となっていてもよい。
＜アンテナ１３０の構成＞
　図３は、第１の実施の形態におけるアンテナ１３０の構成を説明する図である。図３（ａ）は、平面図であって、図３（ｂ）は、図３（ａ）のＩＩＩＢ－ＩＩＩＢ線での断面図である。
　アンテナ１３０は、ダイポールアンテナ１１０と反射板１２０とを備えている。
　ダイポールアンテナ１１０は、前述した素子部１１１、１１２、素子部１１１、１１２からそれぞれ延びた脚部１１３、１１４、脚部１１３、１１４が固定される台部１１５を備えている。なお、脚部１１３、１１４及び台部１１５を備えなくともよいが、第１の実施の形態では、ダイポールアンテナ１１０は、脚部１１３、１１４及び台部１１５を備えているとして説明する。
　ダイポールアンテナ１１０の素子部１１１、１１２は、図３（ａ）に示すように、それぞれが短径Ｌ１と長径Ｌ２とを有する楕円状の縁辺で囲まれた導電性材料で構成された部材である。そして、素子部１１１と素子部１１２とは、点Ｏで対称に配置されるとともに、それぞれの長径Ｌ２が一直線に並ぶように、間隔Ｄを挟んで対向している。
　そして、図３（ｂ）に示すように、素子部１１１には、点Ｏ側に円形の開口が設けられ、開口につなげて円筒状の脚部１１３が接続されている。素子部１１２についても、点Ｏ側に円形の開口が設けられ、開口につなげて円筒状の脚部１１４が接続されている。なお、素子部１１２に開口を設けなくともよく、脚部１１４が円柱状であってもよい。
　ダイポールアンテナ１１０の脚部１１３、１１４は、表面形状が円形の台部１１５に接続されている。なお、台部１１５には、円筒状の脚部１１３に対向して開口が設けられている。すなわち、素子部１１１の開口から台部１１５の開口まで、円筒状の中空部になっている。
　第１の実施の形態では、素子部１１１、１１２、脚部１１３、１１４、台部１１５は、導電性材料により一体で構成されている。なお、素子部１１１、１１２、脚部１１３、１１４、台部１１５がそれぞれ個別又は一部が一体で構成され、ネジなどにより組み立てられていてもよい。
　素子部１１１、１１２、脚部１１３、１１４、台部１１５は、例えば銅、アルミニウムなどの金属又はそれらを含む合金で構成されている。
　台部１１５は、反射板１２０の正面反射部１２０ａに不図示のネジなどにより固定されている。そして、ダイポールアンテナ１１０の素子部１１１、１１２の表面は、反射板１２０の正面反射部１２０ａと平行になるように構成されている。
　なお、反射板１２０のダイポールアンテナ１１０側の表面から、素子部１１１、１１２の厚さ方向の中央までの距離が高さＨとなっている。
　素子部１１１の開口から台部１１５の開口まで続く円筒状の中空部に、中心に導体１１６を備えた絶縁体１１７が埋め込まれている。なお、絶縁体１１７は、中空部の全体に埋め込まれていてもよく、あるいは一部分に埋め込まれていてもよい。
　そして、導体１１６の素子部１１１側の導体１１６の端部は、９０°折り曲げられ素子部１１２の点Ｏに近接する端部（矢印Ａの部分）に接続されている。なお、接続は例えばハンダなどで行なわれる。
　そして、導体１１６の台部１１５側の端部は、反射板１２０に設けられた開口を通って、副ケーブル３３（後述する図５の副ケーブル３３－１又は副ケーブル３３－２であって、副ケーブル３３と表記される。）の内部導体と接続されている。また、反射板１２０は、副ケーブル３３の外部導体に接続されている。
　導体１１６は、断面が円形状の導線であってもよいが、９０°に折り曲げにくいため、金属板をＬ字に切り出して構成してもよい。導体１１６は、例えば銅、アルミニウムなどの金属又はそれらを含む合金で構成されている。
　また、絶縁体１１７は、例えば高周波特性に優れたポリテトラフルオロエチレンなどで構成されている。
　なお、９０°折り曲げた導体１１６が、素子部１１２に接しないように、素子部１１２の点Ｏ側の端部（矢印Ｂの部分）を、反射板１２０側に切り下げておくことが好ましい。
　このダイポールアンテナ１１０は、例えば素子部１１１、１１２の短径Ｌ１が２１ｍｍ、長径Ｌ２が３０ｍｍ、素子部１１１、１１２の間隔Ｄが１２ｍｍである。素子部１１１、１１２の厚さ方向の中心から反射板１２０までの高さＨが３８．５ｍｍである。
　この高さＨは、アレイアンテナ１０の中心周波数ｆｃを２ＧＨｚとした場合の約１／４波長に設定されている。よって、素子部１１１、１１２から見た場合、台部１１５において素子部１１１と素子部１１２とが短絡されているが、電流は流れない。
　なお、脚部１１３、１１４は円筒状又は円柱状としたが、外側の形状は、円筒状又は円柱状でなくてもよく、角柱状、テーパ状などであってもよい。
　脚部１１３、１１４の形状は、素子部１１１、１１２、脚部１１３、１１４、台部１１５をダイキャストなどの方法で一体成型する場合、成型しやすい形状であればよい。
　そして、脚部１１３に、素子部１１１から台部１１５に至る円筒状の中空部が設けられていればよい。
　また、ダイポールアンテナ１１０の２個を対にして偏波共用とする場合、台部１１５を共通にすればよい。一体として構成することにより、ダイポールアンテナ１１０を一括して生産でき、量産性に優れる。
　ただし、図３に示したダイポールアンテナ１１０の２つを対にして組み合わせると、導体１１６が接触してしまう。
　図４は、第１の実施の形態における偏波共用のために図３のダイポールアンテナ１１０と対になるダイポールアンテナ１１０の構成を説明する図である。図４（ａ）は、平面図であって、図４（ｂ）は、図４（ａ）のＩＶＢ－ＩＶＢ線での断面図である。
　図４では、図３のダイポールアンテナ１１０を素子部１１１ａ、１１２ａとした場合に、素子部１１１ｂ、１１２ｂとするダイポールアンテナ１１０を示している（図２参照）。よって、同様な部分の説明を省略し、異なる部分を説明する。
　図４のダイポールアンテナ１１０では、図４に示すダイポールアンテナ１１０の導体１１６が図３のダイポールアンテナ１１０の導体１１６と接触しないように、点Ｏ側の矢印Ａ’の部分及び矢印Ｂ’の部分が、図３のダイポールアンテナ１１０の場合に比べ、反射板１２０側により深く切り下げられている。このようにすることで、２個のダイポールアンテナ１１０のそれぞれの導体１１６が、空中において立体的に交差するようにし、接触することを抑制している。
　なお、このダイポールアンテナ１１０において、矢印Ａ’の部分において、素子部１１２ｂと導体１１６とが接続されている。接続は例えばハンダなどで行う。
　前述したように、図３において、ダイポールアンテナ１１０は台部１１５を備えなくてもよい。この場合には、脚部１１３、１１４を台部１１５の厚さに相当する長さ分、長くすればよい。そして、脚部１１３、１１４を反射板１２０の正面反射部１２０ａに固定すればよい。
　なお、台部１１５を設けた場合、ダイポールアンテナ１１０と反射板１２０とを、台部１１５と反射板１２０とをネジなどで固定することで固定できるので、アレイアンテナ１０の組み立てが容易になる。
　以上においては、素子部１１１、１１２の表面が、反射板１２０の正面反射部１２０ａに対して平行であるとして説明した。しかし、素子部１１１、１１２の表面は、反射板１２０の正面反射部１２０ａに対して平行でなくともよい。例えば、素子部１１１、１１２の点Ｏに近い側が遠い側より反射板１２０の正面反射部１２０ａに近づいていてもよい。また、逆に遠くなっていてもよい。
　すなわち、図３に示すように、素子部１１１と素子部１１２は、点Ｏと点Ｏを反射板１２０の正面反射部１２０ａに垂直に投影した点Ｏ’とを結ぶ軸ＯＯ’に対して対称であってもよい。
　さらに、軸ＯＯ’は反射板１２０の正面反射部１２０ａに垂直でなくともよく、傾いていてもよい。
＜アレイアンテナ１０の給電方法＞
　ここで、アレイアンテナ１０における送信信号の供給方法（給電方法）を説明する。
　図５は、アレイアンテナ１０におけるアンテナ１３０への給電方法の一例を説明する図である。
　図５では、図２に示したアレイアンテナ１０において、奇数番号のダイポールアンテナ１１０への給電方法を示している。すなわち、図５に示すアレイアンテナ１０は、奇数番号のダイポールアンテナ１１０のみを備え、偶数番号のダイポールアンテナ１１０を備えないとする。
　よって、図５においても、図２と同様に、奇数番号のダイポールアンテナ１１０は４個（ダイポールアンテナ１１０－１、１１０－３、１１０－５、１１０－７）あるとする。そして、ダイポールアンテナ１１０－１、１１０－３、１１０－５、１１０－７のそれぞれに対応するアンテナ１３０を、アンテナ１３０－１、１３０－３、１３０－５、１３０－７と表記する。
　なお、奇数番号のダイポールアンテナ１１０とそれぞれ偶数番号のダイポールアンテナ１１０と対にした偏波共用のアンテナ１３０では、奇数番号のダイポールアンテナ１１０と同様に、偶数番号のダイポールアンテナ１１０に給電が行われる。
　移相器２００は、奇数番号のアンテナ１３０（アンテナ１３０－１、１３０－３、１３０－５、１３０－７）からなるアレイアンテナ１０に対して、３個の入出力ポート（Ｐｏｒｔ０、１、２）を備えている。
　Ｐｏｒｔ０は、送受信部４に接続されている。アレイアンテナ１０が電波を放出する場合には、送受信部４は、送信信号をＰｏｒｔ０に供給する。移相器２００は、Ｐｏｒｔ０に入力した送信信号を、Ｐｏｒｔ１、２毎に位相をずらして出力する。
　Ｐｏｒｔ１には、第１の給電線路の一例としての主ケーブル３２の一端が接続されている。そして、主ケーブル３２の他端には、主ケーブル３２を分岐するように２個の第２の給電線路の一例としての副ケーブル３３－１、３３－２のそれぞれの一端が並列に接続されている。そして、副ケーブル３３－１の他端は、アンテナ１３０－１に接続され、副ケーブル３３－２の他端は、アンテナ１３０－３に接続されている。
　例えば、主ケーブル３２及び副ケーブル３３－１、３３－２が同軸ケーブルであるとすると、主ケーブル３２の内部導体が、副ケーブル３３－１及び副ケーブル３３－２のそれぞれの内部導体に接続され、主ケーブル３２の外部導体が、副ケーブル３３－１及び副ケーブル３３－２のそれぞれの外部導体に接続されている。なお、２個の副ケーブル３３－１、３３－２をそれぞれ区別しないときは、副ケーブル３３と表記する。
　よって、図３で説明したように、アンテナ１３０の導体１１６の他端部が、副ケーブル３３の内部導体に接続され、反射板１２０が副ケーブル３３の外部導体に接続されることになる。
　Ｐｏｒｔ２についても、同様であるので説明を省略する。
　以上説明したように、アンテナ１３０－１、１３０－３は、移相器２００のＰｏｒｔ１に接続され、同相の送信信号が供給される。同様に、アンテナ１３０－５、１３０－７は、移相器２００のＰｏｒｔ２に接続されているので、これらにも同相の送信信号が供給される。
　しかし、移相器２００は、Ｐｏｒｔ０に入力した送信信号を、Ｐｏｒｔ１、２で位相をずらして出力する。例えば、位相のずれである移相量がφ（°）であれば、図２に示したアンテナ１３０を配列した間隔Ｄｐ（ここでは２個のアンテナ１３０を組にしているので２×Ｄｐ）とから、図１に示したビーム・チルト角θ（ｓｉｎθ＝（φ×λ）／（２×Ｄｐ×３６０））を算出することができる。なお、ここでλは、アンテナ１３０が放射する自由空間における電波の波長である。
　図５では、アンテナ１３０－１とアンテナ１３０－３とを組にして、並列に同相で送信信号を供給した。同様に、アンテナ１３０－５とアンテナ１３０－７を組にして、アンテナ１３０－１とアンテナ１３０－３との組に供給される送信信号の位相とは異なる位相の送信信号を並列に同相で供給した。
　アンテナ１３０毎に、位相の異なる送信信号を供給してもよい。このようにすれば、放射角度（ビーム・チルト角θ）を変更しても指向性の乱れを少なくすることができる。しかし、アレイアンテナ１０を構成するアンテナ１３０の数に対応する入出力ポートを備えた移相器２００が必要となる。
　そこで、複数のアンテナ１３０を組にして、組に属するアンテナ１３０には、並列に同相の送信信号を供給している。
　なお、複数のアンテナ１３０を組にして並列に送信信号を供給する場合、インピーダンスのマッチング（整合）が必要となる。インピーダンスのマッチングが取れていないと、アンテナ１３０の反射減衰量が大きくなってしまう。
　図６は、第１の実施の形態が適用される場合の主ケーブル３２、副ケーブル３３のそれぞれのインピーダンス及びアンテナ１３０の入力インピーダンスの関係を説明する図である。図６では、複数のアンテナ１３０及び複数の副ケーブル３３を表記しているが、それぞれを区別せずアンテナ１３０及び副ケーブル３３と表記する。また、主ケーブル３２、副ケーブル３３のそれぞれのインピーダンス及びアンテナ１３０の入力インピーダンスを表記している。
　ここでは、図５で示した移相器２００からの主ケーブル３２のインピーダンスがＺ（第１のインピーダンスの一例）であるとする。そして、送受信部４から移相器２００の主ケーブル３２までの間は、インピーダンスのマッチングが取れているとする。
　図６（ａ）は、図５と同様に、２個のアンテナ１３０を組にして、並列に同相の送信信号を供給する場合である。アンテナ１３０の入力インピーダンスは２×Ｚに設定されている。主ケーブル３２のインピーダンスはＺであるので、それを２分岐すると、副ケーブル３３のインピーダンスは２×Ｚとなる。
　アンテナ１３０の入力インピーダンスも２×Ｚであるので、インピーダンスがマッチングしている。
　すなわち、図５で示したように、主ケーブル３２を２個の副ケーブル３３に分岐し、それぞれの副ケーブル３３をアンテナ１３０に直接接続すれば、インピーダンスのマッチングが取れる。
　図６（ｂ）は、図５と異なって、３個のアンテナ１３０を組にして、並列に同相の送信信号を供給する場合である。アンテナ１３０の入力インピーダンスは３×Ｚに設定されている。主ケーブル３２のインピーダンスはＺであるので、それを３分岐すると、副ケーブル３３のインピーダンスは３×Ｚとなる。
　アンテナ１３０の入力インピーダンスも３×Ｚであるので、インピーダンスがマッチングしている。
　すなわち、主ケーブル３２を３個の副ケーブル３３に分岐し、それぞれの副ケーブル３３をアンテナ１３０に接続すれば、インピーダンスのマッチングが取れる。
　図６（ｃ）は、図５と異なって、Ｎ個（Ｎは２以上の整数）のアンテナ１３０を組にして、並列に同相の送信信号を供給する場合である。アンテナ１３０の入力インピーダンスはＮ×Ｚ（第２のインピーダンスの一例）に設定されている。主ケーブル３２のインピーダンスはＺであるので、それをＮ分岐すると、副ケーブル３３のインピーダンスはＮ×Ｚとなる。
　アンテナ１３０の入力インピーダンスもＮ×Ｚであるので、インピーダンスがマッチングしている。
　すなわち、主ケーブル３２をＮ個の副ケーブル３３に分岐し、それぞれの副ケーブル３３をアンテナ１３０に接続すれば、インピーダンスのマッチングが取れる。
　なお、上記では、主ケーブル３２のインピーダンスであるＺに対して、アンテナ１３０のインピーダンスを２×Ｚ、３×Ｚ、Ｎ×Ｚとしたが、アンテナ１３０のインピーダンスは、これらに基づいて設定された前後にずれた値であってもよい。
　図７は、第１の実施の形態が適用されない場合の主ケーブル３２、副ケーブル３３のそれぞれのインピーダンス及びアンテナ１３０の入力インピーダンスの関係を説明する図である。この場合でも、２個のアンテナ１３０を組にして、並列に同相の送信信号を供給する。このとき、アンテナ１３０の入力インピーダンスはＺであるとする。主ケーブル３２を２分岐すると、前述したように副ケーブル３３のインピーダンスは２×Ｚとする必要がある。このため、インピーダンスが２×Ｚの副ケーブル３３をインピーダンスがＺのアンテナ１３０に接続すると、インピーダンスのマッチングが取れない。よって、主ケーブル３２とアンテナ１３０との間に、マイクロストリップラインなどで構成されたＱ変成器３００などを設けて、副ケーブル３３のインピーダンスをＺとする必要がある。
　マイクロストリップラインなどで構成されたＱ変成器３００は、アンテナ１３０が放射する電波の中心周波数ｆｃの波長λｃに対して共振するように構成されている。よって、Ｑ変成器３００は、周波数依存性を有し、広帯域な周波数に対応することは難しい。また、Ｑ変成器３００を多段構成にして対応できる周波数の範囲を広げることが行われるが、この場合であっても、Ｑ変成器３００は、周波数に依存した特性を有する。
　したがって、例えアンテナ１３０が広帯域の周波数特性を有していても、Ｑ変成器３００の周波数特性により、使用できる周波数範囲が制限されることになる。
　これに対し、第１の実施の形態では、アンテナ１３０の入力インピーダンスを副ケーブル３３のインピーダンスに合わせて設定しているので、副ケーブル３３とアンテナ１３０とを直接に接続することができる。このため、広帯域なアンテナ１３０の周波数範囲において電波の送受信ができる。
　なお、上記の説明では、主ケーブル３２、副ケーブル３３を同軸ケーブルとして説明したが、マイクロストリップラインなど他の方法で構成してもよい。
＜アンテナ１３０の特性＞
　図８は、アンテナ１３０の特性をシミュレーションするために用いたモデルを説明する図である。６個のダイポールアンテナ１１０－１～１１０－６を用い、奇数番号と偶数番号とをそれぞれ対にして偏波共用となっている。なお、奇数番号のダイポールアンテナ１１０と偶数番号のダイポールアンテナ１１０とが組み合わされてアンテナ１３０が構成されている。ここでは、ダイポールアンテナ１１０－１とダイポールアンテナ１１０－２とで偏波共用のアンテナ１３０－１を構成し、ダイポールアンテナ１１０－３とダイポールアンテナ１１０－４とで偏波共用のアンテナ１３０－２を構成し、ダイポールアンテナ１１０－５とダイポールアンテナ１１０－６とで偏波共用のアンテナ１３０－３を構成している。
　そして、偏波共用のアンテナ１３０－２のダイポールアンテナ１１０－３に電波を送信するための送信信号を供給した。他のアンテナ１３０－１、１３０－３及びアンテナ１３０－２のダイポールアンテナ１１０－４には送信信号を供給しないで、ダミーとした。
　図９は、図８で示したシミュレーションモデルによって求めた第１の実施の形態におけるアンテナ１３０の反射減衰量（リターン・ロス）（ｄＢ）特性を示す図である。アンテナ１３０のダイポールアンテナ１１０は、素子部１１１、１１２の短径Ｌ１が２１ｍｍ、長径Ｌ２が３０ｍｍ、素子部１１１、１１２の間隔Ｄが１２ｍｍである。素子部１１１、１１２の厚さ方向の中心から反射板１２０までの高さＨが３８．５ｍｍである。
　反射減衰量－１０ｄＢ以下（ＶＳＷＲ≦２）となる周波数範囲は、下限周波数ｆＬが１．６ＧＨｚ、上限周波数ｆＨが３ＧＨｚである。比帯域幅は６１％である。
　素子部１１１、１１２が棒状であるダイポールアンテナを用いたアンテナでは、比帯域幅は約２５％である。このダイポールアンテナに無給電素子を付加して広帯域化しても、比帯域幅は約４０％である。
　よって、第１の実施の形態のアンテナ１３０は、無給電素子を付加した棒状の素子部１１１、１１２を有するダイポールアンテナ１１０を用いたアンテナに比べ、さらに広帯域になっている。
　また、第１の実施の形態のアンテナ１３０は、無給電素子を付加した複雑な構成のダイポールアンテナ１１０を用いたアンテナに比べ、構成要素が少なく、製作が容易である。
　図１０は、図８で示したシミュレーションモデルによって求めた第１の実施の形態におけるアンテナ１３０の水平面内のビーム幅を示す図ある。ここでは、周波数ｆが２ＧＨｚの場合を示している。このアンテナ１３０における水平面内のビーム幅としては、６５°が得られている。
　前述したように、水平面内のビーム幅は、側面反射部１２０ｂにより設定することができる。よって、反射板１２０の横幅、側面反射部１２０ｂの形状、数などを調整することにより、アンテナ１３０の水平面内のビーム幅を調整することができる。
　表１は、図３に示す素子部１１１、１１２の短径Ｌ１を変化させた場合におけるアンテナ１３０の入力インピーダンス（Ω）をシミュレーションによって求めた結果を示す。
　このシミュレーションでは、アンテナ１３０への給電線路となる副ケーブル３３のインピーダンスを変化させるとともに、図３に示した脚部１１３の中空部に設けられた導体１１６と絶縁体１１７とからなる部分のインピーダンスも合わせて変化させ、反射減衰量－１０ｄＢ以下の比帯域幅がもっとも広くなるインピーダンスを、アンテナ１３０の入力インピーダンスとした。すなわち、給電線路となる副ケーブル３３からダイポールアンテナ１１０の素子部１１１、１１２に至る経路においてインピーダンスがマッチングするように設定している。
　ここでは、長径Ｌ２は３０ｍｍ、素子部１１１、１１２の間隔Ｄが１２ｍｍ、素子部１１１、１１２の厚さ方向の中心から反射板１２０までの高さＨは３８．５ｍｍである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　表１に示すように、アンテナ１３０の入力インピーダンスは、ダイポールアンテナ１１０の素子部１１１、１１２の短径Ｌ１が大きいほど小さくなり、例えば短径Ｌ１が２１ｍｍでは１００Ωとなる。逆に、短径Ｌ１が小さいほど大きくなり、例えば短径Ｌ１が１５ｍｍでは１７５Ωとなる。
　すなわち、第１の実施の形態では、ダイポールアンテナ１１０の素子部１１１、１１２の短径Ｌ１により、アンテナ１３０の入力インピーダンスを設定できる。
　なお、表１に示した結果は一例であって、ダイポールアンテナ１１０の素子部１１１、１１２の短径Ｌ１をさらに変化させることで、アンテナ１３０の入力インピーダンスをさらに変えることができる。
　よって、図６（ａ）に示した主ケーブル３２を２個の副ケーブル３３に分け２個のアンテナ１３０に接続する場合、主ケーブル３２のインピーダンスであるＺが５０Ωであると、副ケーブル３３のインピーダンスは２×Ｚの１００Ωとなる。よって、入力インピーダンスが１００Ωとなるように、ダイポールアンテナ１１０の短径Ｌ１を２１ｍｍとしたアンテナ１３０を用いればよい。
　また、図６（ｂ）に示した主ケーブル３２を３個の副ケーブル３３に分け３個のアンテナ１３０に接続する場合、主ケーブル３２のインピーダンスであるＺが５０Ωであると、副ケーブル３３のインピーダンスは３×Ｚの１５０Ωとなる。よって、入力インピーダンスが１５０Ωとなるように、ダイポールアンテナ１１０の短径Ｌ１を１８ｍｍとしたアンテナ１３０を用いればよい。
　素子部１１１、１１２が棒状であるダイポールアンテナを用いたアンテナでは、棒の幅を変えても第１の実施の形態のアンテナ１３０のように入力インピーダンスを変化させることができない。
　表２は、図３に示す素子部１１１、１１２の厚さ方向の中心から反射板１２０までの高さＨを変化させた場合におけるアンテナ１３０の入力インピーダンス（Ω）をシミュレーションによって求めた結果を示す。
　このシミュレーションでも、アンテナ１３０への給電線路となる送受信ケーブル３１のインピーダンスを変化させるとともに、図３に示す脚部１１３の中空部に設けられた導体１１６と絶縁体１１７とからなる部分のインピーダンスを合わせて変化させ、反射減衰量－１０ｄＢ以下の比帯域幅がもっとも広くなるインピーダンスを、アンテナ１３０の入力インピーダンスとした。すなわち、給電線路からダイポールアンテナ１１０の素子部１１１、１１２に至る経路においてインピーダンスがマッチングするように設定している。
　ここでは、短径Ｌ１は２１ｍｍ、長径Ｌ２は３０ｍｍ、素子部１１１、１１２の間隔Ｄが１２ｍｍである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　表２に示すように、アンテナ１３０の入力インピーダンスは、ダイポールアンテナ１１０の素子部１１１、１１２の厚さ方向の中心から反射板１２０までの高さＨが小さいほど大きくなり、例えば高さＨが３２．５ｍｍでは１５０Ωとなる。逆に、高さＨが小さいほど大きくなり、例えば高さＨが４２．５ｍｍでは７５Ωとなる。
　すなわち、第１の実施の形態では、ダイポールアンテナ１１０の素子部１１１、１１２の厚さ方向の中心から反射板１２０までの高さＨを変化させても、アンテナ１３０の入力インピーダンスを設定できる。
　なお、表２に示した結果は一例であって、ダイポールアンテナ１１０の素子部１１１、１１２の厚さ方向の中心から反射板１２０までの高さＨをさらに変化させることで、アンテナ１３０の入力インピーダンスをさらに変えることができる。
　よって、図６（ａ）に示した主ケーブル３２を２個の副ケーブル３３に分け２個のアンテナ１３０に接続する場合、主ケーブル３２のインピーダンスであるＺが５０Ωであると、副ケーブル３３のインピーダンスは２×Ｚの１００Ωとなる。よって、入力インピーダンスが１００Ωとなるように、ダイポールアンテナ１１０の高さＨを３７．５ｍｍとしたアンテナ１３０を用いればよい。
　また、図６（ｂ）に示した主ケーブル３２を３個の副ケーブル３３に分け３個のアンテナ１３０に接続する場合、主ケーブル３２のインピーダンスであるＺが５０Ωであると、副ケーブル３３のインピーダンスは３×Ｚの１５０Ωとなる。よって、入力インピーダンスが１５０Ωとなるように、ダイポールアンテナ１１０の高さＨを３２．５ｍｍとしたアンテナ１３０を用いればよい。
　以上説明したように、第１の実施の形態が適用されるアンテナ１３０では、アンテナ１３０におけるダイポールアンテナ１１０の素子部１１１、１１２の短径Ｌ１や素子部１１１、１１２の厚さ方向の中心から反射板１２０までの高さＨなど、ダイポールアンテナ１１０の形状を設定するパラメータを変更することにより、アンテナ１３０の入力インピーダンスを設定することができる。
　よって、主ケーブル３２のインピーダンスがＺであるとき、主ケーブル３２をＮ個の副ケーブル３３に分ける場合には、アンテナ１３０の入力インピーダンスがＮ×Ｚになるように、アンテナ１３０の形状を設定すればよい。
　また、図９に示したように、第１の実施の形態のアンテナ１３０は、２つの共振周波数を示している。低周波数側の共振周波数は１．８ＧＨｚ付近にあって、高周波数側の共振周波数は２．６ＧＨｚ付近にある。
　そして、素子部１１１、１１２の形状を変えたデータから、低周波数側の共振周波数は、ダイポールアンテナ１１０の素子部１１１、１１２の外縁の長さに依存し、高周波数側の共振周波数はダイポールアンテナ１１０の素子部１１１、１１２の短径Ｌ１に依存する傾向にあることが分かった。
　よって、素子部１１１、１１２の外縁の長さ（周長）及び短径Ｌ１を変化させることで、予め定められた反射減衰量以下となる周波数範囲を設定することができる。
　さらに、素子部１１１、１１２の外縁の長さ（周長）及び短径Ｌ１を同じとすれば、楕円形状でなくとも、反射減衰量以下となる周波数範囲を同様に設定したダイポールアンテナ１１０を用いたアンテナ１３０とすることができる。
［第２の実施の形態］
　第１の実施の形態では、アンテナ１３０におけるダイポールアンテナ１１０の素子部１１１、１１２の形状が楕円形であった。第２の実施の形態では、アンテナ１３０におけるダイポールアンテナ１１０の素子部１１１、１１２の形状を半楕円形に５角形を接続した形状とした。
　他の構成は第１の実施の形態と同様であるので、同様の部分の説明を省略して、異なる部分であるダイポールアンテナ１１０の構成を説明する。
＜ダイポールアンテナ１１０の構成＞
　図１１は、第２の実施の形態におけるダイポールアンテナ１１０の構成を説明する平面図である。
　図１１のダイポールアンテナ１１０では、素子部１１１及び素子部１１２の外縁が、点Ｏに近い部分（境界を破線で示す）では楕円形状であって、点Ｏから離れた部分では一頂点が点Ｏから離れる方向に飛び出した五角形状となっている。
　ダイポールアンテナ１１０がこのような形状になっていても、アンテナ１３０は広帯域な周波数特性を有するとともに、ダイポールアンテナ１１０の形状を設定するパラメータを変更することにより、アンテナ１３０の入力インピーダンスを設定することができる。
　図１２は、第２の実施の形態におけるアンテナ１３０の反射減衰量（リターン・ロス）（ｄＢ）特性を示す図である。この特性は、図１１に示すダイポールアンテナ１１０を用いて構成したアンテナ１３０について、第１の実施の形態の図８で示したシミュレーションモデルによって求めた。
　反射減衰量－１０ｄＢ以下（ＶＳＷＲ≦２）となる周波数範囲は、下限周波数ｆＬが１．６ＧＨｚ、上限周波数ｆＨ（図示せず）が３ＧＨｚ以上である。図１０で示した第１の実施の形態におけるアンテナ１３０よりも広帯域になっている。
［第３の実施の形態］
　第３の実施の形態では、第２の実施の形態と同様に、第１の実施の形態のアンテナ１３０におけるダイポールアンテナ１１０の素子部１１１、１１２の形状を変化させた。
　他の構成は第１の実施の形態と同様であるので、同様の部分の説明を省略して、異なる部分であるダイポールアンテナ１１０の構成を説明する。
＜ダイポールアンテナ１１０の構成＞
　図１３は、第３の実施の形態におけるダイポールアンテナ１１０の構成を説明する平面図である。
　図１３のダイポールアンテナ１１０では、素子部１１１及び素子部１１２の外縁が、点Ｏに近い部分（境界を破線で示す）では楕円形状であって、点Ｏから離れた部分では一頂点が点Ｏから離れる方向に飛び出した三角形状となっている。
　ダイポールアンテナ１１０がこのような形状になっていても、アンテナ１３０は広帯域な周波数特性を有するとともに、ダイポールアンテナ１１０の形状を設定するパラメータを変更することにより、アンテナ１３０の入力インピーダンスを設定することができる。
［第４の実施の形態］
　第４の実施の形態では、第２の実施の形態、第３の実施の形態と同様に、第１の実施の形態のアンテナ１３０におけるダイポールアンテナ１１０の素子部１１１、１１２の形状を変化させた。
　他の構成は第１の実施の形態と同様であるので、同様の部分の説明を省略して、異なる部分であるダイポールアンテナ１１０の構成を説明する。
＜ダイポールアンテナ１１０の構成＞
　図１４は、第４の実施の形態におけるダイポールアンテナ１１０の構成を説明する平面図である。
　図１４のダイポールアンテナ１１０では、素子部１１１及び素子部１１２の外縁が、点Ｏに近い部分（境界を破線で示す）では楕円形状であって、点Ｏから離れた部分では点Ｏから離れる方向に飛び出した四角形状となっている。
　ダイポールアンテナ１１０がこのような形状になっていても、アンテナ１３０は広帯域な周波数特性を有するとともに、ダイポールアンテナ１１０の形状を設定するパラメータを変更することにより、アンテナ１３０の入力インピーダンスを設定することができる。
　第１の実施の形態から第４の実施の形態において説明したように、ダイポールアンテナ１１０の素子部１１１及び素子部１１２が導電性材料で構成され、その外縁が楕円などの曲線を含む形状とすることにより、予め定められた反射減衰量以下となる周波数範囲が広いアンテナ１３０が得られる。
　そして、前述したダイポールアンテナ１１０の素子部１１１、１１２の短径Ｌ１又は素子部１１１、１１２の厚さ方向の中心から反射板１２０までの高さＨや、素子部１１１、１１２の長径Ｌ２、素子部１１１、１１２の間隔Ｄなど、ダイポールアンテナ１１０の形状を設定するパラメータにより、アンテナ１３０の入力インピーダンスを設定することができる。
　また、ダイポールアンテナ１１０の素子部１１１と素子部１１２とを対称に配置する点Ｏに近い部分を、点Ｏに向けて凸状となった楕円形状などの曲線とすることで、このダイポールアンテナ１１０の送受信する電波の偏波と直交する偏波を送受信する対になるダイポールアンテナ１１０とを点Ｏを共通にして対にして偏波共用とする場合に、対にした２つのダイポールアンテナ１１０が互いに重なり合うことなく、容易に組み合わせることができる。
　さらに、ダイポールアンテナ１１０の素子部１１１、１１２の外縁の長さ（周長）及び短径Ｌ１を変化させることで、予め定められた反射減衰量以下となる周波数範囲を設定することができる。よって、周波数範囲を設定しつつ、素子部１１１、１１２の縁辺形状を選択することができる。これにより、２つのダイポールアンテナ１１０を対にして偏波共用とする場合に、相互に重ならない形状に設定することが容易になる。
　なお、第１の実施の形態から第４の実施の形態では、ダイポールアンテナ１１０における素子部１１１、１１２、脚部１１３、１１４、台部１１５は、金属などの導電性材料により一体又は個別に構成されているとした。しかし、素子部１１１、１１２を絶縁性の基板に貼り付けた金属箔などで構成してもよい。この場合、脚部１１３、１１４を金属の棒などで構成し、金属箔などで構成された素子部１１１、１１２と反射板１２０の正面反射部１２０ａとを接続すればよい。そして、同軸ケーブルなどにより、素子部１１２に電波を送信するための信号を供給（給電）すればよい。
［第５の実施の形態］
　第１の実施の形態から第４の実施の形態におけるアレイアンテナ１０は、偏波共用のアンテナ１３０を一方向に並べて構成されていた。
　第５の実施の形態におけるアレイアンテナ１０は、振動する電界の方向が一致するように複数のアンテナ１３０を一列に並べて構成されている。このアレイアンテナ１０は、垂直偏波を３６０°の方向に放射する無指向性（オムニ）アンテナである。
　図１５は、第５の実施の形態における垂直偏波を放射できるアレイアンテナ１０の構成の一例を示す図である。図１５では、４個のアンテナ１３０－１、１３０－２、１３０－３、１３０－４が直線上（垂直方向）に配列されている。なお、４個のアンテナ１３０－１、１３０－２、１３０－３、１３０－４のそれぞれは、第１の実施の形態における図３に示したアンテナ１３０において、ダイポールアンテナ１１０が素子部１１１、１１２を備えるが、脚部１１３、１１４、台部１１５を備えない構成である。また、反射板１２０を備えない。そして、導体１１６がダイポールアンテナ１１０の素子部１１１の開口を経由して素子部１１２に接続されている。そして、垂直方向に放射する電界が振動するように、同じ向きに給電されている。
　このようにすることで、垂直方向に電界が振動する垂直偏波を放射（送信）するアレイアンテナ１０とできる。なお、このアレイアンテナ１０は、アンテナの可逆性から垂直方向に電界が振動する垂直偏波を受信することができる。
　図１５に示す第５の実施の形態におけるアレイアンテナ１０において、アンテナ１３０－１とアンテナ１３０－２とを組にして給電することができる。すなわち、給電線路である主ケーブル３２と副ケーブル３３とを、図６（ａ）に示すように接続すればよい。なお、アンテナ１３０－３とアンテナ１３０－４との組についても同様にすればよい。
　また、アンテナ１３０－１～１３０－４を組にして、図６（ｃ）に示すように接続してもよい。この場合はＮ＝４である。
　ここでは、アレイアンテナ１０を４個のアンテナ１３０により構成したが、アンテナ１３０の数は４個に限らず、２個～３個でもよく、４個を超えてもよい。そして、これらの場合には、複数のアンテナ１３０を複数の組に分けて、組毎に主ケーブル３２を設け、それから分岐する副ケーブル３３を設けて給電すればよい。なお、複数の組に分けることなく、全体を１個の組としてもよい。
　さらに、複数の組に分けた場合、組毎に位相の異なる送信信号を供給することにより、電波の放射角度（ビーム・チルト角θ）を水平面から地上方向などに傾けることができる。
　アンテナ１３０の入力インピーダンスは、第１の実施の形態において説明したように、ダイポールアンテナ１１０の形状を設定するパラメータを変更することにより設定することができる。よって、第１の実施の形態と同様に、アンテナ１３０の入力インピーダンスを副ケーブル３３のインピーダンスに合わせて設定し、主ケーブル３２とそれから分岐する複数の副ケーブル３３とを直接接続することで、インピーダンスのマッチングがとれる。このため、広帯域なアンテナ１３０の周波数範囲において電波の送受信ができる。
　なお、ここでのアレイアンテナ１０は、アンテナ１３０を垂直方向に並べたが、水平方向又は垂直方向から傾けた方向に並べてもよい。この場合、水平方向又は傾けた方向に振動する偏波が放射される。
［第６の実施の形態］
　第５の実施の形態おけるアレイアンテナ１０は、垂直偏波を放射する無指向性（オムニ）アンテナであった。
　第６の実施の形態におけるアレイアンテナ１０は、３６０°の方向に水平偏波を放射する無指向性（オムニ）アンテナである。
　図１６は、第６の実施の形態における水平偏波を放射できるアレイアンテナ１０の構成の一例を示す図である。図１６（ａ）はアレイアンテナ１０の平面図、図１６（ｂ）は図１６（ａ）のＸＶＩＢ－ＸＶＩＢ線でのアレイアンテナ１０の断面図である。なお、図１６（ａ）の平面図は、図１６（ｂ）のＸＶＩＡ－ＸＶＩＡ線でのアレイアンテナ１０の平面図である。
　図１６（ｂ）に示すように、第６の実施の形態のアレイアンテナ１０は、例えば垂直方向に重ねた３層（層Ｐ１～Ｐ３）から構成さている。各層Ｐ１～Ｐ３を区別しないときは層Ｐと表記する。それぞれの層Ｐが図１６（ａ）に示すように、水平面内において３個のアンテナ１３０（アンテナ１３０－１、１３０－２、１３０－３）から構成されている。なお、３個のアンテナ１３０－１、１３０－２、１３０－３のそれぞれは、第１の実施の形態における図３に示したアンテナ１３０において、ダイポールアンテナ１１０が素子部１１１、１１２を備えるが、脚部１１３、１１４、台部１１５を備えない構成である。また、反射板１２０を備えない。そして、導体１１６が素子部１１１の開口を経由して素子部１１２に接続されている。
　そして、アンテナ１３０－１、１３０－２、１３０－３は、ダイポールアンテナ１１０の素子部１１１と素子部１１２とを結ぶ線が、互いに６０°で交差するように、三角形の辺上に配置されている。
　そして、図１６（ｂ）に示すように、これらのアンテナ１３０－１、１３０－２、１３０－３を複数、層状に重ねている。
　このようにすることで、水平面内に電界が振動する水平偏波を送受信するアレイアンテナ１０とすることができる。なお、このアレイアンテナ１０は、アンテナの可逆性から水平方向に電界が振動する水平偏波を受信することができる。
　なお、ここでのアレイアンテナ１０は、各層Ｐのアンテナ１３０が水平面内に並べられているが、水平面から傾けた面に並べてもよい。この場合、傾けた面の方向に振動する偏波が放射される。
　図１６に示す第６の実施の形態におけるアレイアンテナ１０において、層Ｐ１を構成するアンテナ１３０－１、１３０－２、１３０－３を組にして給電することができる。すなわち、給電線路である主ケーブル３２と副ケーブル３３とを、図６（ｂ）に示すように接続すればよい。なお、他の層Ｐ２、Ｐ３のアンテナ１３０の組についても同様にすればよい。
　また、各層Ｐ１～Ｐ３のアンテナ１３０－１を組にして、図６（ｂ）に示すように接続してもよい。他のアンテナ１３０－２、１３０－３の組についても同様にすればよい。
　さらに、各層Ｐ１～Ｐ３のアンテナ１３０－１、１３０－２、１３０－３を全て組にして、図６（ｃ）に示すように接続してもよい。この場合、Ｎ＝９である。
　また、他の組み合わせによって組を構成してもよい。
　ここでは、各層Ｐ１～Ｐ３のアレイアンテナ１０を３個のアンテナ１３０により構成したが、アンテナ１３０の数は３個に限らず、２個でもよく、３個を超えてもよい。ただし、２個の場合には、図２に示すように２個のアンテナ１３０を９０°回転させた位置に配置するとともに、互いに９０°の位相差をつけて給電する必要がある。
　これらの場合、複数のアンテナ１３０を複数の組に分けて、組毎に主ケーブル３２を設け、それから分岐する副ケーブル３３を設けて給電すればよい。なお、複数の組に分けることなく、全体を１個の組としてもよい。
　さらに、複数の組に分けた場合、組毎に位相の異なる送信信号を供給することにより、電波の放射角度（ビーム・チルト角θ）を水平面から地上方向に傾けることができる。
　アンテナ１３０の入力インピーダンスは、第１の実施の形態において説明したようにダイポールアンテナ１１０の形状を設定するパラメータを変更することにより設定することができる。よって、第１の実施の形態と同様に、アンテナ１３０の入力インピーダンスを副ケーブル３３のインピーダンスに合わせて設定し、主ケーブル３２とそれから分岐する複数の副ケーブル３３とを直接接続することで、インピーダンスのマッチングがとれる。このため、広帯域なアンテナ１３０の周波数範囲において電波の送受信ができる。
　さらに、第５の実施の形態におけるアレイアンテナ１０と第６の実施の形態におけるアレイアンテナ１０とを組み合わせることにより、偏波共用の無指向性（オムニ）アンテナとすることができる。
　第５の実施の形態におけるアレイアンテナ１０と第６の実施の形態におけるアレイアンテナ１０との組合せは、例えば第５の実施の形態におけるアレイアンテナ１０のアンテナ１３０の間に、第６の実施の形態におけるアレイアンテナ１０のアンテナ１３０をそれぞれ挿入することで行うことができる。
［第７の実施の形態］
　第５の実施の形態におけるアレイアンテナ１０は、垂直偏波を送受信する無指向性（オムニ）アンテナであり、第６の実施の形態におけるアレイアンテナ１０は、水平偏波を送受信する無指向性（オムニ）アンテナであった。
　第７の実施の形態におけるアレイアンテナ１０は、水平方向において双方向に電波を送受信するアレイアンテナ１０である。
　図１７は、第７の実施の形態における双方向を放射できるアレイアンテナ１０の構成の一例を示す図である。
　図１７に示すように、第７の実施の形態のアレイアンテナ１０は、例えば４個のアンテナ１３０から構成されている。このうち、２個のアンテナ１３０－１、１３０－２を水平方向に並べている。同様に、２個のアンテナ１３０－３、１３０－４を水平方向に並べている。そして、２個のアンテナ１３０－１、１３０－２と２個のアンテナ１３０－３、１３０－４とを垂直方向に並べている。
　４個のアンテナ１３０－１、１３０－２、１３０－３、１３０－４のそれぞれは、第１の実施の形態における図３に示したアンテナ１３０において、素子部１１１、１１２を備え、脚部１１３、１１４、台部１１５及び反射板１２０を含まない。そして、導体１１６が素子部１１１の開口を経由して素子部１１２に接続されている。
　そして、アンテナ１３０は、素子部１１１と素子部１１２とを結ぶ直線が垂直方向になるように配置されている。しかし、２個のアンテナ１３０－１とアンテナ１３０－２とでは、素子部１１１と素子部１１２との位置を逆にし、給電方向を逆にしている。２個のアンテナ１３０－３とアンテナ１３０－４とも同様である。なお、垂直方向に並べられたアンテナ１３０－１とアンテナ１３０－３とは、素子部１１１と素子部１１２との位置の関係が同じである。アンテナ１３０－２及びアンテナ１３０－４についても同様である。
　図１７に示す第７の実施の形態におけるアレイアンテナ１０において、アンテナ１３０－１、１３０－２、１３０－３、１３０－４を組にして給電する。すなわち、給電線路である主ケーブル３２と副ケーブル３３とを、図６（ｃ）に示すように接続すればよい。なお、Ｎ＝４である。
　水平方向に並べた２個のアンテナ１３０（例えばアンテナ１３０－１とアンテナ１３０－２）は、素子部１１１と素子部１１２との位置を逆にし、給電方向を逆にしている。よって、水平方向の＋側（図１７の紙面において右方向）と水平方向の－側（左方向）とに電波を放射するアレイアンテナ１０とできる。なお、このアレイアンテナ１０は、アンテナの可逆性から水平方向の＋側及び－側からの電波を受信することができる。
　ここでは、２個のアンテナ１３０を２段重ねたが、重ねる段数は２段を超えてもよいし、１段だけでも良い。２段を超える場合には、複数のアンテナ１３０を複数の組に分けて、組毎に主ケーブル３２を設け、それから分岐する副ケーブル３３を設けて給電すればよい。なお、複数の組に分けることなく、全体を１個の組としてもよい。
　さらに、複数の組に分けた場合、組毎に位相の異なる送信信号を供給することにより、電波の放射角度（ビーム・チルト角θ）を水平面から地上方向に傾けることができる。
　アンテナ１３０の入力インピーダンスは、第１の実施の形態において説明したようにダイポールアンテナ１１０の形状を設定するパラメータを変更することにより設定することができる。よって、第１の実施の形態と同様に、アンテナ１３０の入力インピーダンスを副ケーブル３３のインピーダンスに合わせて設定し、主ケーブル３２とそれから分岐する複数の副ケーブル３３とを直接接続することで、インピーダンスのマッチングがとれる。このため、広帯域なアンテナ１３０の周波数範囲において電波の送受信ができる。
［第８の実施の形態］
　第１の実施の形態から第７の実施の形態におけるアレイアンテナ１０は、ダイポールアンテナ１１０を備えていた。第８の実施の形態におけるアレイアンテナ１０は、ダイポールアンテナ１１０を備えたアンテナ１３０の代わりにパッチアンテナであるアンテナ１４０を備えている。
　図１８は、第８の実施の形態におけるアンテナ１４０の構成を説明する図である。図１８（ａ）～（ｃ）は、パッチアンテナであるアンテナ１４０への給電の仕方が異なっている。
　図１８（ａ）～（ｃ）に示すいずれのアンテナ１４０も、第１の導体の一例としての地板部１４１、第２の導体の一例としてのパッチ部１４２、地板部１４１とパッチ部１４２とに挟まれた誘電体層１４３とを備えている。なお、地板部１４１、パッチ部１４２は、共に平面形状が矩形であって、例えば銅、アルミニウムなどの電気伝導度の大きい金属で構成されている。誘電体層１４３は、例えばポリイミド、テトラフルオロエチレンなどで構成されている。なお、誘電体層１４３の代わりに空気層としてもよい。
　図１８（ａ）に示すアンテナ１４０では、パッチ部１４２の中央から少しずれた点に給電の位置である給電点１４４が設けられている。そして、誘電体層１４３及び地板部１４１を貫通して、給電線路１４５が設けられている。この場合の給電線路１４５は、例えば銅などの金属の棒で構成されている。
　図１８（ｂ）に示すアンテナ１４０では、図１８（ａ）の場合のパッチ部１４２が、一辺の周辺部から中央部に向けて矩形に除去されている。そして、その除去された部分に給電点１４４が設けられ、その給電点から給電線路１４５が設けられている。給電線路１４５は、誘電体層１４３上に設けられ、地板部１４１とでマイクロストリップラインを構成している。なお、誘電体層１４３の代わりに空気層としてもよい。
　図１８（ｃ）に示すアンテナ１４０では、図１８（ａ）の場合のパッチ部１４２の一辺の中央部に給電点１４４が設けられ、その給電点から給電線路１４５が設けられている。給電線路１４５は、誘電体層１４３上に設けられ、地板部１４１とでマイクロストリップラインを構成している。なお、誘電体層１４３の代わりに空気層としてもよい。
　図１８（ａ）～（ｃ）にそれぞれ示すアンテナ１４０は、パッチ部１４２に対する給電の位置が異なるため、入力インピーダンスが異なる。図１８（ａ）～（ｃ）では、図１８（ａ）に示すアンテナ１４０の入力インピーダンスが最も小さく、図１８（ｃ）に示すアンテナ１４０の入力インピーダンスが最も大きい。
　上記したように、ダイポールアンテナ１１０を備えるアンテナ１３０の代わりに、パッチアンテナであるアンテナ１４０を用いても、パッチ部１４２における給電点１４４の位置など、アンテナ１４０の形状を変更することにより、入力インピーダンスを設定することができる。
　よって、第１の実施の形態におけるアンテナ１３０に代えて、第８の実施の形態におけるアンテナ１４０を適用してもよい。
１…基地局アンテナ、２…セル、３、３－１～３－６…セクタ、４…送受信部、１０、１０－１～１０－８…アレイアンテナ、１１…メインローブ、２０…鉄塔、３１…送受信ケーブル、３２…主ケーブル、３３…副ケーブル、１１０、１１０－１～１１０－８…ダイポールアンテナ、１１１、１１１ａ、１１１ｂ、１１２、１１２ａ、１１２ｂ…素子部、１１３、１１４…脚部、１１５…台部、１２０…反射板、１２０ａ…正面反射部、１２０ｂ…側面反射部、１３０、１３０－１～１３０－８、１４０…アンテナ、１４１…地板部、１４２…パッチ部、２００…移相器、３００…Ｑ変成器、５００…レドーム

Claims (5)

  1. 　第１のインピーダンスを有する第１の給電線路と、
    　前記第１の給電線路から分岐されたＮ個（Ｎは２以上の整数）の第２の給電線路と、
    　それぞれが前記第１のインピーダンスのＮ倍に基づいて設定された第２のインピーダンスを有し、前記Ｎ個の第２の給電線路のそれぞれに接続されたＮ個のアンテナと
    　を備えるアレイアンテナ。
  2. 　前記アンテナは、それぞれが縁辺に曲線を含んだ導電性材料で構成され、予め定められた軸に対して対称の位置に予め定められた間隔を設けて配置された一対の素子部を含み、形状により前記第２のインピーダンスが設定されるダイポールアンテナを備えることを特徴とする請求項１に記載のアレイアンテナ。
  3. 　前記アンテナは、それぞれが縁辺に曲線を含んだ導電性材料で構成され、前記軸に対して対称の位置に予め定められた間隔を設けて配置され、前記一対の素子部が送受信する偏波と直交する偏波を送受信できる他の一対の素子部をさらに備えたことを特徴とする請求項２に記載のアレイアンテナ。
  4. 　前記アンテナは、第１の導体と、第２の導体と、当該第１の導体と当該第２の導体との間の誘電体層又は空気層とを含み、当該第１の導体への給電の位置によって、前記第２のインピーダンスが設定されるパッチアンテナを備えることを特徴とする請求項１に記載のアレイアンテナ。
  5. 　前記アレイアンテナを収納するレドームをさらに備える請求項１乃至４のいずれか１項に記載のアレイアンテナ。
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