JP2001284937A - アンテナ装置 - Google Patents
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Abstract
質を維持できるアンテナ装置を提供する。 【解決手段】 無給電のショートパッチアンテナ素子1
は平面アンテナ103及び104の下方の地板100上
に配置されている。この無給電のショートパッチアンテ
ナ素子1の上端と平面アンテナ104の上端との距離D
1は1/2波長となるように設定されている。
Description
るタイプの無線基地局に用いられるアンテナ装置に関す
るものである。
アンテナ装置における平面アンテナの配置構成を示す図
であり、図12(a)は正面図であり、図12(b)は
側面図であり、図13(a)及び図13(b)は図12
(a)及び図12(b)に示したアンテナ装置における
平面アンテナの取付構造を拡大して示す図であり、図1
3(a)は図12(a)のI−I線断面図であり、図1
3(b)は平面アンテナの平面図であり、図14は従来
のアンテナ装置の構成を示すブロック図である。図にお
いて100は屋内の壁面に沿って固定されかつ後述の各
平面アンテナを支持する矩形の地板であり、101〜1
06は地板100上に所定の間隔をもって配置された平
面アンテナであり、107は例えばABS樹脂等の材料
で構成されたカバーである。
アンテナとしての平面アンテナ101及び102が配置
されており、上記平面アンテナ101及び102は利得
低下を防止するために地板100の縁部からそれぞれ所
定の距離だけ離間している。また、地板100の下方の
角部近傍には、受信用アンテナとしての平面アンテナ1
03及び104が配置されており、上記平面アンテナ1
03及び104は利得低下及び他のアンテナ素子からの
影響を排除できる距離だけ地板100の縁部あるいは互
いに離間している。特に、受信用アンテナとしての平面
アンテナ103及び104は、後述のダイバーシティア
ンテナとして機能するために、互いに影響しない距離だ
け離間している。さらに、上記平面アンテナ101と平
面アンテナ102との間及び平面アンテナ103と平面
アンテナ104との間には、基地局の通信に対して妨害
波となる電波をサーチする干渉波検出用アンテナとして
の平面アンテナ105及び106が配置されている。
き、共通する形状を有していることから、平面アンテナ
104を例にとり、その形状を説明する。平面アンテナ
104は、図13(a)及び図13(b)に示すよう
に、地板100の表面に対して所定の間隔をもって平行
に配された放射導体部104aと、地板100の表面に
接触した接地導体部104bと、両導体部を連絡する屈
曲部104cとから概略構成されている。放射導体部1
04aはRFコネクタ110を有する支持部材111を
通じて給電される構成となっており、放射導体部104
aの先端部には放射導体部104aと地板100との離
間距離Hを一定に維持するための絶縁スペーサ112が
地板100との間に取付けられている。接地導体部10
4bは地板100に対してリベット113により簡易に
取付けられている。なお、地板100の一面には導体パ
ターン(図示せず)が形成されている。
テナの使用周波数によって決められ、屈曲部104cか
ら給電点Pまでの長さL2はインピーダンスが50Ωと
なるように設定され、接地導体部104bの幅Wは利得
によって決められる。
ンテナ(TX2)102は、図14に示すようにそれぞ
れ異なる周波数の信号で送信する第1送信機120及び
第2送信機121に接続された送信用アンテナである。
平面アンテナ(RX1)103は、図14に示すように
アンプ122を介して第1受信機123と第2受信機1
24とに分岐して接続されており、平面アンテナ(RX
2)104は、図14に示すようにアンプ125を介し
て第3受信機126と第4受信機127とに分岐して接
続されている。平面アンテナ(MX1)105はアンプ
機能と周波数変換機能を備えた素子128を介して第1
受信機123と第3受信機126とに分岐して接続され
ており、これら第1受信機123と第3受信機126は
第1合成機129に接続されている。また、平面アンテ
ナ(MX2)106はアンプ機能と周波数変換機能を備
えた素子130を介して第2受信機124と第4受信機
127とに分岐して接続されており、これら第2受信機
124と第4受信機127は第2合成機131に接続さ
れている。
120と第2送信機121とで異なる送信周波数を使用
しており、これらの送信周波数は上記受信機123,1
24,126及び127の受信周波数とも異なる。
検出用アンテナである平面アンテナ105により、基地
局周辺で送信される信号が受信されると、この受信信号
は素子128で増幅され、周波数変換処理されて第1受
信機123及び第3受信機126に送られ、その信号の
周波数が上記第1送信機120及び第2送信機121の
各送信信号の周波数と等しい場合には、混信を回避する
ため、該当した周波数の送信信号の使用が禁止される。
る。この場合には、送信信号の1周期を例えば3分割
し、1つの周波数を3回線に振り分けることで時分割に
よる通信(TDMA)が可能になる。このアンテナ装置
では2つの送信機120及び121を用いており、両周
波数が使用可能であればそれぞれ3回線を確保できるこ
とから、アンテナ装置全体で計6回線分の通信を並行し
て確保することが可能である。この時分割による通信は
受信の場合にも適用することが可能である。
時に2つの平面アンテナ103及び104でそれぞれ受
信し、その受信信号をアンプ122及び125でそれぞ
れ増幅し、その増幅した信号を第1受信機123及び第
3受信機126を経由し、位相を合わせて第1合成機1
29で合成する。これは受信感度を向上させるダイバー
シティ技術を採用したものである。
03及び104の垂直方向の放射パターンは、例えば図
15に示すように前方への指向性利得のみならず、上方
及び下方への指向性利得に優れている。
16に示すように建築構造体132内の壁面の上部に取
付けられる無線基地局133内に使用されるものである
ため、基地局133に近接した位置にある移動機aと基
地局133から離れた位置にある移動機bとが当該基地
局133を利用して通信を行う場合がある。
bからの送信波は基地局133からの距離に比例して空
間伝搬損失により大きく減衰するため、移動機aからの
送信波が移動機bからの送信波に対して干渉波となり、
移動機bの通話品質が低下するという課題があった。
めになされたもので、基地局から離れた位置にある移動
機の通話品質を維持できるアンテナ装置を提供すること
を目的とする。
装置は、垂直方向に立設される地板と、該地板に配置さ
れ移動機からの送信波を受信する少なくとも1つの給電
アンテナ素子と、該給電アンテナ素子の下方に配置され
た無給電のショートパッチアンテナ素子とを備え、前記
無給電のショートパッチアンテナ素子の上端と前記給電
アンテナ素子の上端とは1/2波長の距離をもって離間
していることを特徴とするものである。
給電のショートパッチアンテナ素子を複数の給電アンテ
ナ素子の下方に配置したことを特徴とするものである。
電アンテナ素子を地板の表面上に近接配置し、該給電ア
ンテナ素子間に無給電素子を配置したことを特徴とする
ものである。
給電素子を固定する金属固定部をさらに含み、該金属固
定部を前記無給電素子に誘起される電界方向と直交する
方向に前記無給電素子から突出させたことを特徴とする
ものである。
部と地板とを絶縁したことを特徴とするものである。
る。 実施の形態1.図1(a)及び図1(b)は、この発明
に係るアンテナ装置の実施の形態1を示す図であり、図
1(a)は平面図であり、図1(b)は側面図であり、
図2は、図1(a)のII−II線断面図であり、図3
(a)及び図3(b)は、図1(a)及び図1(b)に
示したアンテナ装置における給電アンテナ素子と無給電
のショートパッチアンテナ素子との位置関係及び電界分
布を説明するための図であり、図3(a)は両素子を拡
大して示す側面図であり、図3(b)は無給電のショー
トパッチアンテナ素子の下方からの電磁波の電界分布を
示すグラフであり、図4(a)及び図4(b)は、図1
(a)及び図1(b)に示したアンテナ装置の下方から
の電磁波で誘起される電界の時間変化を示す図であり、
図4(a)は給電アンテナ素子に誘起される電界の時間
変化を示すグラフであり、図4(b)は無給電のショー
トパッチアンテナ素子に誘起される電界の時間変化を示
すグラフであり、図5は、図1(a)及び図1(b)に
示したアンテナ装置における受信アンテナの垂直方向の
放射パターンを示す特性図である。この実施の形態1の
構成要素のうち図12から図14に示した従来のアンテ
ナ装置の構成要素と共通するものについては同一符号を
付し、その部分の説明を省略する。
アンテナ103及び104の下方の地板100上に配置
された無給電のショートパッチアンテナ素子である。こ
の無給電のショートパッチアンテナ素子1は、地板10
0の左右端部間をその下縁部に沿って延在する長尺部材
であり、その取付構造は給電部を有しない点を除き、図
2に示すように平面アンテナ101〜106の取付構造
と同一である。即ち、無給電のショートパッチアンテナ
素子1は、地板100の表面に対して所定の間隔をもっ
て平行に配された放射導体部1aと、地板100の表面
に接地した接地導体部1bと、両導体部を連絡する屈曲
部1cとから概略構成されている。放射導体部1aの先
端部には放射導体部1aと地板100との離間距離Hを
一定に維持するための絶縁スペーサ112が地板100
との間に取付けられている。接地導体部1bは地板10
0に対してリベット113により簡易に取付けられてい
る。
子1の上端(放射導体部1aの先端)と平面アンテナ1
04の上端(放射導体部104aの先端)との距離D1
は、図3(a)に示すように1/2波長となるように設
定されている。平面アンテナ104の放射導体部104
aの長さL1が1/4波長であれば、無給電のショート
パッチアンテナ素子1の放射導体部1aの先端から平面
アンテナ104の放射導体部104aの基端(屈曲部1
04cの位置に相当)までの距離D2も1/4波長に設
定されることになる。このような設定は平面アンテナ1
03についても同様に行われる。上記のように距離D1
を1/2波長に設定した場合には、アンテナ装置の下方
からの電磁波の電界分布は図3(b)に示すようにな
り、当該電磁波で例えば平面アンテナ104に誘起され
る電界の時間変化及び当該電磁波で無給電のショートパ
ッチアンテナ素子1に誘起される電界の時間変化は図4
(a)及び図4(b)に示すようになる。これらのグラ
フから明らかなように、上記2つの電界は互いに打ち消
し合う逆相の関係になっていることがわかる。即ち、無
給電のショートパッチアンテナ素子1を平面アンテナ1
03及び104の下方に距離D1だけ離して設けること
で平面アンテナ103及び104の下方の電界を打ち消
すことができる。これは平面アンテナ103及び104
の下方域の指向性利得を低下させることを意味する。ま
た、無給電のショートパッチアンテナ素子1に誘起され
る電界は平面アンテナ103及び104の上方域及び前
方域の指向性利得に影響を及ぼすものではない。図5は
平面アンテナ103及び104等の受信アンテナの垂直
方向の放射パターンを示す特性図であるが、この放射パ
ターンは無給電のショートパッチアンテナ素子1を持た
なかった図15の受信アンテナの垂直方向の放射パター
ンと比べて、下方域Uの指向性利得が低下している。
従来のアンテナ装置における動作と同一である。
れた位置で移動機bが当該基地局を利用して通信をして
いる場合に、当該基地局の下方位置にある移動機aが当
該基地局を利用して通信を開始するとき、従来のアンテ
ナ装置では下方域Uの指向性利得が上方域や前方域の指
向性利得と同様に優れていたため、基地局の下方位置に
ある移動機aからの送信波は基地局から離れた位置にあ
る移動機bからの送信波の干渉波となり、移動機bの通
信が妨害されることがあった。
装置では無給電のショートパッチアンテナ素子1により
下方域Uの指向性利得を低下させているので、アンテナ
装置の下方に近接した移動機aからの送信波による他の
移動機への干渉を軽減し、アンテナ装置から離れた位置
にある移動機bとの通話品質の低下を防止できることか
ら基地局のサービスエリアを拡大することができる。
ョートパッチアンテナ素子1を長尺部材とし、これを平
面アンテナ103及び104の双方の下方位置を繋ぐよ
うに水平方向に配置している。逆に、平面アンテナ10
3及び104は1つの無給電のショートパッチアンテナ
素子1を共有している。このように1つの無給電のショ
ートパッチアンテナ素子1を複数の給電アンテナ素子で
ある平面アンテナ103及び104で共有させることに
より、平面アンテナ103及び104ごとに個別の無給
電のショートパッチアンテナ素子1を配置する必要がな
く、組付作業の効率化を図ることができる。なお、平面
アンテナ103及び104ごとに無給電のショートパッ
チアンテナ素子1を配置しても上述のような平面アンテ
ナ103及び104の下方域Uの指向性利得の低下とい
う効果を得ることができることは言うまでもない。
用アンテナとしての一方の平面アンテナ105を受信ア
ンテナとしての平面アンテナ103及び104よりも無
給電のショートパッチアンテナ素子1から若干離してい
る。これは平面アンテナ105による干渉波検出が無給
電のショートパッチアンテナ素子1側の影響を受けない
ようにするためである。他方の平面アンテナ106も上
記平面アンテナ105のシフトに伴い、両者が互いに影
響を受けない距離を維持するために上方へシフトさせて
いる。
は、この発明に係るアンテナ装置の実施の形態2を示す
図であり、図6(a)は平面図であり、図6(b)は側
面図である。この実施の形態2の構成要素のうち実施の
形態1の構成要素と共通するものについては同一符号を
付し、その部分の説明を省略する。
アンテナ101とこれと地板100の表面上で隣り合う
干渉波検出用アンテナとしての平面アンテナ105との
間、及び受信アンテナとしての平面アンテナ103とこ
れと地板100の表面上で隣り合う干渉波検出用アンテ
ナとしての平面アンテナ106との間に配置された無給
電素子である。3は無給電素子2と同様に、送信アンテ
ナとしての平面アンテナ102とこれと地板100の表
面上で隣り合う干渉波検出用アンテナとしての平面アン
テナ105との間、及び受信アンテナとしての平面アン
テナ104とこれと地板100の表面上で隣り合う干渉
波検出用アンテナとしての平面アンテナ106との間に
配置された無給電素子(以下、ダイポール素子とも言
う)である。これら無給電素子2及び3は1波長の長さ
を有する金属製の長尺板であり、垂直方向に立設される
地板100上に例えば発泡スチロール等の電気絶縁材料
から構成されるスペーサ(図示せず)を介して固定され
ている。このため、無給電素子2及び3は垂直方向に延
在している。無給電素子2及び3と地板100を電気的
に接続した場合、無給電素子2及び3に誘起される電界
分布において、地板との接続部分の電位がゼロの電界分
布のみに限られるため、無給電素子2及び3による放射
パターン劣化改善の効果が低減してしまう。これを回避
するため無給電素子2及び3は地板100と導通しない
ように絶縁する。
実施の形態1に係るアンテナ装置における動作と同一で
ある。
ーンを見ると、理想的には、電界方向(図6(a)に示
す矢印A1方向)に合わせてアンテナの長さ方向(以
下、アンテナ方向という)を向けたときの利得である主
偏波の放射パターンのピーク利得と、電界方向に交差さ
せる方向にアンテナを向けたときの利得である交差偏波
の放射パターンのピーク利得とがほぼ同じレベルになっ
ている。しかし、このような平面アンテナを複数個、サ
イズの限られた地板上に近接配置した場合には、1波長
以下の離間距離で隣接する他の素子の影響により交差偏
波の利得が低下してしまう。
05及び106と他の平面アンテナとを仕切る無給電素
子2及び3を設けることにより、互いに及ぼす影響が低
減するため、各平面アンテナ101〜106の水平方向
の放射パターンの劣化を改善することができる。
小さな地板上に複数の平面アンテナを近接配置しても平
面アンテナの水平方向の放射パターンの劣化を改善し、
単独配置された平面アンテナの特性を維持することがで
きるので、このような平面アンテナからなるアンテナ装
置の小型化を図ることができる。
の無給電素子2を複数の平面アンテナで共有させること
により、各平面アンテナごとに個別の無給電素子を配置
する必要がなく、組付作業の効率化を図ることができ
る。
は、この発明に係るアンテナ装置の実施の形態3を示す
図であり、図7(a)は平面図であり、図7(b)は側
面図であり、図8は、図7(a)に示した無給電素子を
拡大して示す平面図であり、図9は図8に示した金属固
定部を拡大して示す平面図であり、図10は、図8に示
した金属固定部の取付構造を示す断面図であり、図11
は、図7(a)のXI−XI線断面図である。
における無給電素子2及び3の中央部を金属固定部4及
び5により地板100上に固定する取付構造において、
当該金属固定部4及び5を無給電素子2及び3から当該
無給電素子2及び3に誘起される電界方向(図7(a)
に示す矢印A1方向)と直交する方向(例えば図7
(a)に示す矢印A2方向)に突出させた点にある。即
ち、金属固定部4及び5を無給電素子2及び3の一部に
直接設けると、1波長の長さを有する無給電素子2及び
3をそれぞれ分断することになり、電界を乱し、無給電
素子2及び3の給電アンテナ素子に対する劣化改善特性
を低下させることになる。このため、金属固定部4及び
5を無給電素子2及び3から電界方向と直交する方向
(例えば図7(a)に示す矢印A2方向)に突出させた
ことで、金属固定部4及び5の影響を無給電素子2及び
3に及ぼすことがないため、無給電素子2及び3の給電
アンテナ素子に対する劣化改善特性を維持することがで
きる。
称形となっており、基本構造は同一である。例えば、金
属固定部5は、図10に示すように、無給電素子3の側
縁中央部から矢印A3方向に延びる垂直腕部5aと、こ
の垂直腕部5aの下端から矢印A2方向に延びかつ地板
100に接地する接地部5bと、この接地部5bを地板
100に固定するリベット5cとから概略構成されてい
る。金属固定部5の接地部5bは上述のように地板10
0に接地しているが、この接地部5bの周囲の地板10
0には、図9に示すように、地板100の表面に設けら
れている例えば銅箔からなる導電パターン(図示せず)
を削って形成した絶縁用スリット6が形成されている。
この絶縁用スリット6により、無給電素子3は地板10
0に対して電気的絶縁を保つことができるので、金属固
定部5による無給電素子3の放射パターン劣化改善効果
の低減を防止することができる。この点についても無給
電素子2は上記無給電素子3と同一の構造を有してい
る。
及び8が形成されており、地板100には上記取付孔7
及び8が対向する位置に同じく取付孔100a及び10
0bが設けられている。無給電素子3側の取付孔7及び
8と地板100側の取付孔100a及び100bとは耐
振動用スペーサ9及び10により連結されている。無給
電素子3はその中央部で金属固定部5により支持されて
おり、地板100に振動が伝わった場合には無給電素子
3も振動し、無給電素子3が構造的に破壊する可能性が
ある。これを避けるために、この実施の形態3では、上
述の耐振動用スペーサ9及び10により無給電素子3の
振動を抑制している。なお、耐振動用スペーサ9及び1
0を構成する材料としては、電気絶縁材料であれば如何
なる材料も使用可能である。この点についても無給電素
子2は上記無給電素子3と同一の構造を有している。
実施の形態2に係るアンテナ装置における動作と同一で
ある。
属固定部4及び5を無給電素子2及び3から電界方向と
直交する方向に突出させたことで、金属固定部4及び5
の無給電素子2及び3への影響を抑制できるので、無給
電素子2及び3による給電アンテナ素子に対する劣化改
善特性を維持することができる。
ば、無給電のショートパッチアンテナ素子を給電アンテ
ナ素子の下方位置に1/2波長だけ離間させて配置した
ことにより、地板の下方からの電磁波で誘起される上記
給電アンテナ素子の電界と上記無給電のショートパッチ
アンテナ素子電界とが逆相になり互いに打ち消し合うこ
とから、アンテナ装置の下方への指向性利得を小さくす
ることができる。これにより地板の下方からの電磁波を
受けにくくなるので、アンテナ装置の下方に近接した移
動機からの送信波による他の移動機への干渉を軽減し、
アンテナ装置から離れた位置の移動機との通話品質の低
下を防止できることから基地局のサービスエリアを拡大
することができる。
トパッチアンテナ素子を複数の給電アンテナ素子で共有
させることにより、各給電アンテナ素子ごとに個別の無
給電のショートパッチアンテナ素子を配置する必要がな
く、組付作業の効率化を図ることができる。
ンテナ素子間に無給電素子を配置したことにより、1波
長以下の間隔で近接配置された場合に、周囲に配置され
た他の素子の影響により生じる水平方向の放射パターン
の劣化を改善することができる。従って、近接配置して
も給電アンテナ素子の水平方向の放射パターンが劣化せ
ず、単独配置された給電アンテナ素子の特性を維持でき
るので、このような給電アンテナ素子からなるアンテナ
装置の小型化を図ることができる。
定する金属固定部をさらに含み、該金属固定部を前記無
給電素子に誘起される電界方向と直交する方向に前記無
給電素子から突出させたことにより、金属固定部の無給
電素子への影響を抑制できるので、無給電素子による給
電アンテナ素子の水平方向の放射パターンの劣化改善特
性を維持することができる。
絶縁したことにより、無給電素子に誘起される電界分布
の制約をなくすことができるので、無給電素子による給
電アンテナ素子の水平方向の放射パターンの劣化改善特
性を最大限に利用できる。
を示す図であり、図1(a)は平面図であり、図1
(b)は側面図である。
装置における給電アンテナ素子と無給電のショートパッ
チアンテナ素子との位置関係及び電界分布を説明するた
めの図であり、図3(a)は両素子を拡大して示す側面
図であり、図3(b)は無給電のショートパッチアンテ
ナ素子の下方からの電磁波の電界分布を示すグラフであ
る。
装置の下方からの電磁波で誘起される電界の時間変化を
示す図であり、図4(a)は給電アンテナ素子に誘起さ
れる電界の時間変化を示すグラフであり、図4(b)は
無給電のショートパッチアンテナ素子に誘起される電界
の時間変化を示すグラフである。
装置における受信アンテナの垂直方向の放射パターンを
示す特性図である。
を示す図であり、図6(a)は平面図であり、図6
(b)は側面図である。
を示す図であり、図7(a)は平面図であり、図7
(b)は側面図である。
す平面図である。
図である。
断面図である。
の配置構成を示す図であり、図12(a)は正面図であ
り、図12(b)は側面図である。
ンテナ装置における平面アンテナの取付構造を拡大して
示す図であり、図13(a)は図12(a)のI−I線
断面図であり、図13(b)は平面アンテナの平面図で
ある。
図である。
来のアンテナ装置における受信アンテナの垂直方向の放
射パターンを示す特性図である。
の模式図である。
給電素子、4,5 金属固定部、6 絶縁用スリット、
7,8 取付孔、9,10 耐振動用スペーサ。
Claims (5)
- 【請求項1】 垂直方向に立設される地板と、該地板に
配置され移動機からの送信波を受信する少なくとも1つ
の給電アンテナ素子と、該給電アンテナ素子の下方に配
置された無給電のショートパッチアンテナ素子とを備
え、前記無給電のショートパッチアンテナ素子の上端と
前記給電アンテナ素子の上端とは1/2波長の距離をも
って離間していることを特徴とするアンテナ装置。 - 【請求項2】 1つの無給電のショートパッチアンテナ
素子は複数の給電アンテナ素子の下方に配置されている
ことを特徴とする請求項1記載のアンテナ装置。 - 【請求項3】 複数の給電アンテナ素子は地板の表面上
に近接配置され、該給電アンテナ素子間には無給電素子
が配置されかつ垂直方向に延在していることを特徴とす
る請求項1または請求項2記載のアンテナ装置。 - 【請求項4】 地板に無給電素子を固定する金属固定部
をさらに含み、該金属固定部は前記無給電素子に誘起さ
れる電界方向と直交する方向に前記無給電素子から突出
していることを特徴とする請求項3記載のアンテナ装
置。 - 【請求項5】 金属固定部と地板とは絶縁されているこ
とを特徴とする請求項4記載のアンテナ装置。
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