CN108352620A - 天线装置 - Google Patents

Abstract

提供不依赖于电倾角能够实现低旁瓣辐射特性的天线装置。天线元件组(20)包括在水平方向排列的多个天线元件(2)，构成为能够将多波束向不同方向辐射，天线元件组(20)在竖直方向多段配置来构成；从竖直方向上侧的1段以上的天线元件组(20)由第1天线元件组(21)形成，在该天线元件组(21)中，在构成该天线元件组(20)的天线元件(2)之中，将偶数列的天线元件(2)配置在相对于奇数列的天线元件(2)在竖直方向上向上侧或下侧的一侧偏移的位置上，相对于第1天线元件组(21)而配置在竖直方向下侧的天线元件组(20)由第(2)天线元件组(22)形成，在该第(2)天线元件组(22)中，在构成该天线元件组(20)的天线元件(2)之中，将偶数列的天线元件(2)配置在相对于奇数列的天线元件(2)在竖直方向上向上侧或下侧的另一侧偏移的位置。

Description

天线装置

技术领域

本发明涉及天线装置。

背景技术

现在，已知有使用在水平方向排列的共用的多个天线元件以在不同方向上辐射2束波束的天线装置。这样的天线装置，通常被称作双重波束(dual-beam)天线(也称作双波束(twin-beam)天线)。

双重波束天线中，将具有在水平方向排列的多个天线元件的天线元件组在竖直方向上多段排列来构成，在各天线元件组中，对相邻天线元件分别以预定的相位差、功率差进行供电，由此构成能够将多束波束向不同方向辐射。

另外，作为双重波束天线，还已知有构成为电倾角可调节的天线。电倾角可调节的双重波束天线中，通过对在竖直方向上排列的各天线元件组施以预定的相位差、功率差进行供电，能够调节在竖直方向上的波束的辐射方向，也就是电倾角。

然而，在将天线元件在水平方向上配置为直线状的情况下，当减小天线装置的宽度时，则天线元件的间隔减小，从而天线元件间的结合增加，因此存在不能获得预定的辐射特性的问题。

作为解决该问题的方法，已知有将偶数列的天线元件相对于奇数列的天线元件配置在竖直方向上向上侧或下侧偏移的位置，将天线元件配置为锯齿状的方法(例如，参考专利文献1)。通过将天线元件配置为锯齿状，即使天线装置的宽度变小，也能够提高各天线元件的隔离，抑制因天线元件间的结合而导致的特性劣化。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2000-349548号公报

发明内容

发明所要解决的课题

然而，在将偶数列的天线元件相对奇数列的天线元件在竖直方向上偏移配置的情况下，存在如下问题，即：各天线元件组所辐射的波束的水平面指向性易于受到对在竖直方向排列的各天线元件组进行供电的功率(振幅)、相位的影响(也就是说，在竖直面的指向性的设计的影响)。

其结果，例如，即使以初始的电倾角能够得到低旁瓣的水平面指向性，在电倾角发生变化时，在特定的电倾角旁瓣会变高，存在难以获得预期的辐射特性的问题。

为此，本发明的目的在于提供一种不依赖于电倾角而能够实现低旁瓣的辐射特性的天线装置。

解决课题的手段

本发明以解决上述课题为目的，提供一种天线装置，包括多个天线元件组，所述天线元件组构成为具有在水平方向排列的多个天线元件，通过对相邻所述天线元件分别施加以预定的相位差进行供电，能够将多束波束在不同方向上进行辐射，所述天线装置构成为多个所述天线元件组在竖直方向上配置多段；从竖直方向上侧的至少1段以上的所述天线元件组由第1天线元件组形成，在所述第1天线元件组中，将构成该天线元件组的所述天线元件之中的偶数列的所述天线元件配置在相对于奇数列的所述天线元件在竖直方向上向上侧或下侧的一侧偏移的位置；配置于所述第1天线元件组的竖直方向下侧的所述天线元件组由第2天线元件组形成，在所述第2天线元件组中，将构成该天线元件组的所述天线元件之中的偶数列的所述天线元件配置在相对于奇数列的所述天线元件在竖直方向上向上侧或下侧的另一侧偏移的位置。

发明效果

根据本发明，能够提供一种不依赖于电倾角可实现低旁瓣辐射特性的天线装置。

附图说明

图1示出了根据本发明的一实施方式的天线装置的天线元件的配置的结构示意图。

图2A是显示天线元件的简略构成的横截面图。

图2B显示天线元件中槽元件与供电线路的关系的说明图。

图3A是说明对各天线元件进行供电的功率、相位的说明图。

图3B是说明在输入供电信号时的波束的辐射方向的说明图。

图4是显示在图1的天线装置中，在改变电倾角时一方的波束在水平面内的辐射特性的曲线图。

图5是显示现有的天线装置的天线元件的配置的结构示意图。

图6是显示在图5的现有的天线装置中在改变电倾角时一方的波束在水平面内的辐射特性的曲线图。

图7是显示根据本发明的一变形例的天线装置的天线元件的配置的结构示意图。

图8是显示根据本发明的一变形例的天线装置的天线元件的配置的结构示意图。

具体实施方式

[实施方式]

以下，参考附图对本发明的实施方式进行说明。

图1是显示根据本实施方式的天线装置的天线元件的配置的结构示意图。另外，图2A是显示天线元件的简略构成的横截面图，图2B是显示槽与供电线路之间的关系的说明图。

如图1所示，天线装置1包括多个天线元件组20，天线元件组20构成为包括多个天线元件2，通过对相邻天线元件2分别施加预定的相位差进行供电，能够在不同的方向上辐射多束波束，多个天线元件组20构成为在竖直方向(图示上下方向)呈多段配置。根据本实施方式的天线装置1构成为能够将2束波束在不同方向上进行辐射的双重波束天线。

此处，作为一例，对各天线元件组20包括5个天线元件2且8段的天线元件组20在竖直方向进行排列的情况进行了示例，但是，构成天线元件组20的天线元件2的数量、天线元件组20的段数不限于此。

如图2A以及图2B所示，在本实施方式中，各天线元件2由槽结合型的贴片天线(patch antenna)构成。天线元件2包括：槽形成层5，其由在介电基板3的背面所形成的导体层构成且形成有贯穿该导体层的槽4；供电用的供电线路6，其形成于介电基板3的表面；辐射元件7，其为相对于介电基板3的表面而隔离并与其相对配置的矩形的板状。

本实施方式中，槽4的形状形成为X字状，且形成有相对于竖直方向呈45度倾斜的+45度槽元件8和相对于竖直方向呈-45度倾斜的-45度槽元件9。

供电线路6包括向+45度槽元件8进行供电的第1供电线路6a和向-45度槽元件9进行供电的第2供电线路6b。

第1供电线路6a形成为，在+45度槽元件8的长轴方向上的中心位置处，在俯视时将+45度槽元件8在短轴方向进行横切。向第1供电线路6a进行供电时，+45度槽元件8被激励，从而与辐射元件7相结合从而辐射出无线电波。此时所辐射的无线电波为相对于竖直方向倾斜45度的偏振波。

同样地，第2供电线路6b形成为，在-45度槽元件9的长轴方向上的中心位置处，在俯视时将-45度槽元件9在短轴方向进行横切。向第1供电线路6b进行供电时，-45度槽元件9被激励，从而与辐射元件7相结合从而辐射出无线电波。此时所辐射的无线电波为相对于竖直方向倾斜-45度的偏振波。

如图3A所示，构成各天线元件组2的5个+45度槽元件8连接有供电电路10，以向各+45度槽元件8进行供电并调节功率以及相位。需要说明的是，虽然未图示，在构成各天线元件组2的5个-45度槽元件9中，连接有同样的供电电路。

供电电路10构成为，具有两个供电端子10a,10b以分别输入2个供电信号A和B，对从供电端子10a,10b输入的供电信号A,B进行分配以供电给各+45度槽元件8。此处，从图示的左侧至右侧依次配置+45度槽元件8a～8e。各+45度槽元件8a～8e在水平方向上相互隔离配置。

供电电路10构成为，供电至配置在水平方向的端(第1、5列)的+45度槽元件8a,8e的功率P1相等，且供电至配置在从水平方向的端数第2个(第2、4列)的+45度槽元件8b,8d的功率P2相等。另外，供电电路10构成为，以供电至配置在中央(第3列)的+45度槽元件8c的功率为P3，则进行P3＞P2＞P1的供电。

也就是说，供电电路10构成为，越是配置在中央的天线元件2的供电功率越大，越是配置在端处的天线元件2的供电功率越小。由此，能够抑制不必要的辐射，抑制旁瓣。

另外，供电电路10构成为，在从供电端子10a输入供电信号A时，对供电至各+45度槽元件8b,8d的供电信号的相位进行调节以使得从图示左侧向着右侧逐个依次增加90度相位。由此，如图3B所示，在输入供电信号A时，在图示左侧的方向上辐射波束。

另外，供电电路10构成为，在从供电端子10b输入供电信号B时，对供电至各+45度槽元件8的供电信号的相位进行调节以使得从图示左侧向着右侧逐个依次减小90度相位。由此，如图3B所示，在输入供电信号B时，在图示右侧的方向上辐射波束。

需要说明的是，在本实施方式中，供电电路10的具体结构没有特别的限制。另外，相邻天线元件2(槽元件8,9)的相位差不限于90度，可以适当设定。

波束的辐射方向可以通过天线元件2的水平方向的间隔来调节。例如，在适用将通信区域每60度进行分割以形成6个扇形的6扇区基站的情况下，可以调节天线元件2的间隔，以使得从两供电端子10a,10b供电时所述处的2束波束的辐射方向在水平面内形成的角度为60度左右。

虽未图示，在各供电电路10的上游侧设有上游侧供电电路，以对竖直方向上配置的各天线元件组20分配供电信号，并对提供至各天线元件组20的供电信号的功率、相位进行调节。通过该上游侧供电电路对供给至各天线元件组20的供电信号的功率、相位进行调节，能够调节在竖直方向上波束的辐射方向，也就是说能够调节电倾角。

回到图1，在根据本实施方式的天线装置1中，从竖直方向的上侧开始至少1段以上的天线元件组20由第1天线元件组21形成，其中，构成该天线元件组20的天线元件2中，将偶数列的天线元件2配置在相对于奇数列的天线元件2在竖直方向上向着上侧偏移的位置，相对于第1天线元件组21配置在竖直方向下侧的天线元件组20由第2天线元件组22形成，其中，构成该天线元件组20的天线元件2中，将偶数列的天线元件2配置在相对于奇数列的天线元件2在竖直方向上向着下侧偏移的位置。

构成各第1天线元件组21的天线元件2被配置为锯齿状以使作为整体天线元件2的分布均匀。同样地，构成各第2天线元件组22的天线元件2被配置为锯齿状以使作为整体天线元件2的分布均匀。

在第1天线元件组21与第2天线元件组22中，偶数列的天线元件2与奇数列的天线元件2在竖直方向上的距离(竖直方向上的偏移距离)相同。第1天线元件组21与第2天线元件组22仅在偶数列的天线元件2的偏移方向上不同，天线元件2的配置间隔等相同。

本实施方式中，偶数列的天线元件2与奇数列的天线元件2在竖直方向上进行间隔配置以使得在水平方向上不重叠，但是在能够确保相邻天线元件2间的隔离的情况下，天线元件2也可以配置为偶数列的天线元件2与奇数列的天线元件2在水平方向上重叠。由此，使得天线元件2的分布统一，在竖直方向上相邻的一方的天线元件组20中的偶数列的天线元件2与另一方的天线元件组20的天线元件2，配置为在水平方向上重叠。

第1天线元件组21的数量与第2天线元件组22的数量，优选为相同。本实施方式中，由于具有偶数段8段天线元件组20，从竖直方向上侧的4段的天线元件组20为第1天线元件组21，其下侧的4段天线元件组20为第2天线元件组22。

另外，本实施方式中，构成第1天线元件组21的天线元件2与构成第2天线元件组22的天线元件2，配置为上下对称。图1中，对称轴用符号S表示。本实施方式中，由于第1天线元件组21的数量与第2天线元件组22的数量相等，对称轴S位于天线装置1的竖直方向上的中央部。

图4示出了天线装置1中在改变电倾角时一方的波束在水平面内的辐射特性。需要说明的是，此处，以初期电倾角(初期倾斜角度)为5度，使电倾角从初始倾斜角度±5度变化。另外，以供电信号的频率为1940MHz，各列的天线元件2在竖直方向的间隔为74mm，奇数列之间或偶数列之间的天线元件2在水平方向上的间隔为70mm。

如图4所示，天线装置1中，在任一电倾角下，旁瓣水平均为大致-25dB以下，可知得到了低旁瓣的水平面指向性。

为了比较，如图5所示，在将天线元件2配置为锯齿状的现有的天线装置51中，与图4在相同条件下的辐射特性示于图6。需要说明的是，图5的天线装置51是将图1的天线装置1中所有的天线元件组20都形成为第1天线元件组21。

如图6所示可知，现有的天线装置51，即使进行设计以使得初始倾斜角情况下的旁瓣水平为-25dB以下，但是在电倾角从初始倾斜角开始发生变化的情况下，旁瓣水平增加。

推测为，这是由于，现有的天线装置51中，天线装置51总体上，奇数列的天线元件2相对于偶数列的天线元件2在竖直方向上(此处为向着上侧)位于偏移的位置处，奇数列的天线元件2与偶数列的天线元件2的分布在竖直方向上偏移，从而导致在竖直方向上的对称性被大幅破坏。

在根据本实施方式的天线装置1中，配置在竖直方向上侧的第1天线元件组21与配置在竖直方向下侧的第2天线元件组22，相对于偶数列的天线元件2而奇数列的天线元件2偏移的方向相反，因此，能够改善竖直方向上的奇数列的天线元件2与偶数列的天线元件2的分布的偏离，从而能够不易受到对于在竖直方向排列的各天线元件组20进行供电的功率、相位的影响(也就是说在竖直面上的指向性的设计的影响)。其结果，能够实现不依赖于电倾角的低旁瓣的辐射特性。

在现有的天线装置51中，使电倾角为初始倾斜角-5度时，奇数列与偶数列的天线元件2的相位总和的差为10度左右，较大。相对于此，确认了根据本实施方式的天线装置1中，奇数列与偶数列的天线元件2的相位总和的差能够减小至最大为1.2度左右。也就是说，根据天线装置1，与现有的天线装置51相比，不依赖于电倾角而各天线元件组20中的天线元件2的相位差更接近所期望的相位差，能够实现低旁瓣的辐射特性。

需要说明的是，例如，即使第1天线元件组21与第2天线元件组22在竖直方向上交互配置也能够得到相同的效果，但是，在此情况下偶数列以及奇数列的天线元件2在竖直方向上邻接配置，天线元件2之间的结合增大，存在难以得到期望的特性的风险。由此，优选第1天线元件组21与第2天线元件组22相邻的部分尽可能少，如本实施方式所示，优选构成为在竖直方向上侧配置第1天线元件组21，在其下侧配置第2天线元件组22。

(变形例)

本实施方式构成为，在第1天线元件组21中偶数列的天线元件2相对于奇数列的天线元件2向着竖直方向上侧偏移，在第2天线元件组22中偶数列的天线元件2相对于奇数列的天线元件2向着竖直方向下侧偏移，但是两天线元件组21,22的偶数列的天线元件2与奇数列的天线元件2偏移方向也可以相反。

具体而言，如图7所示，可以构成为在第1天线元件组21中偶数列的天线元件2相对于奇数列的天线元件2向着竖直方向下侧偏移，第2天线元件组22中偶数列的天线元件2相对于奇数列的天线元件2向着竖直方向上侧偏移。

另外，本实施方式中，第1天线元件组21的数量与第2天线元件组22的数量相同，但两天线元件组21,22的数量也可以不同。两天线元件组21,22只要至少每个存在1段，与现有的天线装置51相比即可以得到抑制旁瓣的效果。

例如，如图8所示，在天线元件组20的段数为奇数(此处为7段)的情况下，两天线元件组21,22的数量必然不同。但是，旁瓣的抑制效果，在两天线元件组21，22的数量相等时最大，因此优选两天线元件组21，22的数量差尽可能小。

因此，在天线元件组20的段数为奇数的情况下，以天线元件组20的段数为n时，优选第1天线元件组21的数量为(n+1)/2或(n-1)/2。图8中示出了第1天线元件组21为4段、第2天线元件组22为3段的情况，但是也可以第1天线元件组21为3段、第2天线元件组22为4段。

(实施方式的作用及效果)

如上述说明，根据本实施方式的天线装置1，从竖直方向上侧的至少1段以上的天线元件组20由第1天线元件组21形成，在第1天线元件组21中，将构成该天线元件组20的天线元件2中偶数列的天线元件2配置在相对于奇数列的天线元件2在竖直方向上向上侧或下侧的一方偏移的位置，相对于第1天线元件组21而配置在竖直方向下侧的天线元件组20由第2天线元件组22形成，在第2天线元件组22中，将构成该天线元件组20的天线元件2中偶数列的天线元件2配置在相对于奇数列的天线元件2在竖直方向上向上侧或下侧的另一方偏移的位置。

通过如此构成，使天线元件2的配置为大致锯齿状，在改善天线装置1的尺寸小型化以及各天线元件2的隔离的同时，改善竖直方向上的奇数列的天线元件2与偶数列的天线元件2的分布的偏离，能够得到可以实现不依赖于电倾角的低旁瓣辐射特性的天线装置1。换言之，能够实现在任一电倾角下均能够得到低旁瓣辐射特性的电倾角式的双重波束天线。

(实施方式的总结)

接卸来，对于由上述实施方式所把握的技术思想，引用实施方式中的附图标记进行说明。但是，以下说明的各附图标记等，不用于将权利要求书中的构成要素限定为实施方式中具体示出的部件等。

[1]一种天线装置(1)，包括多个天线元件组(20)，该天线元件组(20)构成为具有在水平方向排列的多个天线元件(2)，通过对相邻所述天线元件(2)分别以预定的相位差进行供电，能够在不同方向上辐射多束波束，所述天线装置(1)构成为多个所述天线元件组(20)在竖直方向配置多段；从竖直方向上侧的至少1段以上的所述天线元件组(20)由第1天线元件组(21)形成，第1天线元件组(21)中，将构成该天线元件组(20)的所述天线元件(2)中的偶数列的所述天线元件(2)配置在相对于奇数列的所述天线元件(2)在竖直方向上向上侧或下侧的一方偏移的位置；配置在所述第1天线元件组(21)的竖直方向下侧的所述天线元件组(20)由第2天线元件组(22)形成，在第2天线元件组(22)中，将构成该天线元件组(20)的所述天线元件(2)中的偶数列的所述天线元件(2)配置在相对于奇数列的所述天线元件(2)在竖直方向上向上侧或下侧的另一方偏移的位置。

[2]如[1]所述的天线装置(1)，其中，构成各第1天线元件组(21)的所述天线元件(2)配置成锯齿状，构成各第2天线元件组(22)的所述天线元件(2)配置为锯齿状。

[3]如[1]或[2]所述的天线装置(1)，其中，具有偶数段所述天线元件组(20)，所述第1天线元件组(21)的数量和所述第2天线元件组(22)的数量相同。

[4]如[3]所述的天线装置(1)，其中，构成所述第1天线元件组(21)的所述天线元件(2)与构成所述第2天线元件组(22)的所述天线元件(2)，配置为上下对称。

[5]如[1]或[2]所述的天线装置(1)，其中，具有奇数段所述天线元件组(20)，以所述天线元件组(20)的段数为n时，所述第1天线元件组(21)的数量为(n+1)/2或(n-1)/2。

以上，对本发明的实施方式进行了说明，但上述实施方式不用于限定根据权利要求书的发明。另外，需要注意的是，实施方式中所说明的特征的组合的所有，并非是用于解决本发明所要解决的课题所必须的手段。

本发明，在不脱离其宗旨的范围内能够进行适当变形来实施。

例如，上述实施方式对于作为天线元件2使用槽结合型的贴片天线(patchantenna)的情况进行了说明，但是天线元件2的具体形状等不限于此，例如，天线元件2可以使偶极天线。

另外，上述实施方式中，对于天线装置1是构成为将2束波束能够辐射在不同方向上的双重波束天线的情况进行了说明，但是不限于此，也可以使构成为将2束以上的波束能够辐射于不同方向的多重波束天线。

附图标记说明

1…天线装置

2…天线元件

20…天线元件组

21…第1天线元件组

22…第2天线元件组

Claims (5)

1.一种天线装置，包括多个天线元件组，该天线元件组构成为具有在水平方向排列的多个天线元件，通过对相邻所述天线元件分别以预定的相位差进行供电，能够在不同方向上辐射多束波束，

所述天线装置构成为多个所述天线元件组在竖直方向上配置多段，

从竖直方向上侧开始的至少1段以上的所述天线元件组由第1天线元件组形成，在所述第1天线元件组中，将构成该天线元件组的所述天线元件中的偶数列的所述天线元件配置在相对于奇数列的所述天线元件在竖直方向上向上侧或下侧的一方偏移的位置，

配置在所述第1天线元件组的竖直方向下侧的所述天线元件组由第2天线元件组形成，在所述第2天线元件组中，将构成该天线元件组的所述天线元件中的偶数列的所述天线元件配置在相对于奇数列的所述天线元件在竖直方向上向上侧或下侧的另一方偏移的位置。

2.如权利要求1所述的天线装置，其中，

构成各所述第1天线元件组的所述天线元件，配置成锯齿状，

构成各所述第2天线元件组的所述天线元件，配置为锯齿状。

3.如权利要求1或2所述的天线装置，其中，

具有偶数段所述天线元件组，

所述第1天线元件组的数量和所述第2天线元件组的数量相同。

4.如权利要求3所述的天线装置，其中，构成所述第1天线元件组的所述天线元件，与构成所述第2天线元件组的所述天线元件，配置为上下对称。

5.如权利要求1或2所述的天线装置，其中，具有奇数段所述天线元件组，以所述天线元件组的段数为n时，所述第1天线元件组的数量为(n+1)/2或(n-1)/2。