JP2009267502A

JP2009267502A - アンテナ装置

Info

Publication number: JP2009267502A
Application number: JP2008111461A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Yoshihara; 聡志吉原
Original assignee: Hitachi Cable Ltd
Current assignee: Hitachi Cable Ltd
Priority date: 2008-04-22
Filing date: 2008-04-22
Publication date: 2009-11-12

Abstract

【課題】配線検討が不要となり、アンテナの特性に影響を与えることなく作業効率の向上、量産コストの低減が可能となり、より安全な設計が可能となるアンテナ装置を提供する。
【解決手段】地導体２と、その地導体２の一方の表面に設置された放射素子３と、地導体２の他方の表面側に設置され放射素子３を制御する制御機器４と、地導体２と放射素子３と制御機器４とを覆うように設けられたレドーム５と、そのレドーム５の上部に設けられた避雷針６と、落雷時に避雷針６から電流をグランドに逃がすためのアース端子座７とを備えたアンテナ装置において、地導体２の一端部と避雷針６とを電気的に接続すると共に、地導体２の他端部とアース端子座７とを電気的に接続したものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、避雷設備を有する携帯電話基地局用のアンテナ装置に関する。

従来の避雷設備を有する携帯電話基地局用アンテナを図４に示す。携帯電話基地局用アンテナ４１では、アンテナ最上部の避雷針４２とアンテナ最下部のアース端子座４３とを、アンテナ内部に設置された撚り線などのアース線４４により電気的に接続することで避雷対策を実現している。

携帯電話基地局用のアンテナでは、例えば、建造物やアンテナ取付用鋼管柱に避雷針がない場合など、特定の状況下で携帯電話基地局用アンテナを設置する際に避雷対策が必要となる。この避雷対策はアンテナ下方の建造物やアンテナと接続される無線機を保護するために重要な役割を有している。

図４に示すように、携帯電話基地局用アンテナ４１はレドーム４５で覆われている。図４においては、図示の簡略化のため、アース線４４の配線を一本の線としている。

制御機器４７は、電波のビーム方向を変化させる移相器などの機器と、これらの機器やアンテナ放射素子４６を相互に電気的に接続するための配線用ケーブルとからなる。制御機器４７のうち配線用ケーブルは数十本に及ぶため、図４では図示を省略する。

なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、次のものがある。

特開平１０−１２６１２５号公報特開２００６−２０９９８４号公報

しかしながら、アンテナ内部は電波を放射するアンテナ放射素子４６およびそれを制御するための制御機器４７が多数配置された構造となっており、スペースも限られていることから、アース線４４の配線が容易ではない。

また、避雷設備を有する携帯電話基地局用アンテナ４１では、アンテナ内部の空きスペース内にアース線４４を配線する必要があるが、アンテナ放射素子４６から電波放射方向側にアース線４４を配線することはできない。これは、アンテナ放射素子４６は所望の放射指向性などの諸特性を実現させるため複雑な構造となっていることが多く、ごくわずかな要因によりその特性が崩れる可能性があるためである。そのため、アンテナ特性に影響を及ぼさないように、電波放射方向とは逆側となるシャーシ４８裏面の限られた空きスペース内でアース線４４の配線検討を行う必要があり、多大な検討時間を要する。

さらに、ＪＩＳ規格Ａ４２０１によると、銅線アース線４４の必要断面積は１６ｍｍ²以上と定められているが、上述したように、スペースおよび配線の複雑さの問題から、必要断面積を大きく上回るアース線４４の設置が難しいため、安全率も許容される最低レベルに留まる。

また、アース線４４の配線が複雑なルートを辿る配線となるため、作業効率が悪くなり、量産性も悪くなる。

そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、アンテナの特性に影響を与えることなく作業効率を向上させ、より安全な設計が可能となるアンテナ装置を提供することにある。

本発明は上記目的を達成するために創案されたものであり、地導体と、該地導体の一方の表面に設置された放射素子と、上記地導体の他方の表面側に設置され上記放射素子を制御する制御機器と、上記地導体と上記放射素子と上記制御機器とを覆うように設けられたレドームと、該レドームの上部に設けられた避雷針と、落雷時に上記避雷針から電流をグランドに逃がすためのアース端子座とを備えたアンテナ装置において、上記地導体の一端部と上記避雷針とを電気的に接続すると共に、上記地導体の他端部と上記アース端子座とを電気的に接続したアンテナ装置である。

本発明は、上記地導体と上記アース端子座とが、上記地導体と別体に形成された金属板を介して電気的に接続されるアンテナ装置である。

本発明は、上記地導体は、断面積が２５ｍｍ²以上のアルミニウムからなるシャーシであるアンテナ装置である。

本発明によれば、地導体がアース線を兼用するため、配線検討が不要となり、アンテナの特性に影響を与えることなく作業効率の向上、量産コストの低減が可能となり、より安全な設計が可能となる。

以下、本発明の好適な実施形態を添付図面にしたがって説明する。

本実施形態に係るアンテナ装置は、携帯電話基地局用アンテナとして用いられるものであり、アンテナを設置する建造物やアンテナ取付用鋼管柱に避雷針がない場合などに用いられるものである。

図１は、本発明の好適な実施形態を示すアンテナ装置の部分縦断面図である。

図１に示すように、本実施形態に係るアンテナ装置１は、接地電位となる地導体２と、その地導体２の一方の表面に設置された放射素子３と、地導体２の他方の表面側に設置され放射素子３を制御する制御機器４と、地導体２、放射素子３、および制御機器４を覆うように設けられたレドーム５と、そのレドーム５の上部に設けられた避雷針６と、落雷時に避雷針６から電流をグランドに逃がすためのアース端子座７とを主に備える。

地導体２は、板状のアルミニウムからなるシャーシである。この地導体２は接地され、接地電位（グランド）となる。

後述するＪＩＳ規格Ａ４２０１によると、地導体２の必要断面積に関して銅（１６ｍｍ²以上）よりもアルミニウム（２５ｍｍ²以上）の方が大きくする必要がある。しかし、密度に関しては銅（８．９６ｇ／ｃｍ³）よりもアルミニウム（２．７０ｇ／ｃｍ³）の方が遙かに小さい。そのため、地導体２をアルミニウム製にすることによって、重量を低減することができる。

地導体２は、その一端部（図１では上側）を９０度折り曲げて断面視でＬ字状に形成される。この地導体２は、鉛直方向に臨む平面を有する避雷針接続部２ａと、水平方向に臨む平面を有する放射素子設置部２ｂとを備える。放射素子設置部２ｂには、放射素子３および制御機器４を取り付けるための複数の取付穴（図示せず）が形成される。

アース線として用いられる地導体２は、そのあらゆる部分において断面積が２５ｍｍ²以上である。これは、ＪＩＳ規格Ａ４２０１により避雷設備として必要なアルミニウムの断面積が２５ｍｍ²以上と定められているためであり、断面積が２５ｍｍ²未満であると、落雷時の電流により地導体２が破損するおそれがあるためである。

地導体２の放射素子設置部２ｂの一方の表面（図１では左側）には、放射素子３が設置される。放射素子３は、複数のマイクロストリップアンテナや、プリントダイポールアンテナなど既知のアンテナで構成される。

地導体２の放射素子設置部２ａの他方の表面側（図１では右側）には、制御機器４が設置される。制御機器４は、電波放射方向を制御するための移相器など既知の機器類と、それらの機器類や放射素子３を相互に電気的に接続するための配線用ケーブルなどから構成される。

放射素子３および制御機器４は、携帯電話基地局用アンテナの特性仕様や用途に応じて種々変更可能である。

レドーム５は円筒状の形状を有し、ＦＲＰ（繊維強化プラスチック：ＦｉｂｅｒｇｌａｓｓＲｅｉｎｆｏｒｃｅｄＰｌａｓｔｉｃｓ）からなる。

レドーム５の上端には上側アンテナキャップ８が設けられ、レドーム５の下端には、下側アンテナキャップ９が設けられる。これにより、レドーム５、上側アンテナキャップ８、および下側アンテナキャップ９で囲まれたアンテナ内部空間１１が形成される。

下側アンテナキャップ９の下方の表面には、入力コネクタ１２が設けられ、その入力コネクタ１２と制御機器４とはケーブル１３で接続される。入力コネクタ１２は、アンテナ装置１の外部に設置される無線機（図示せず）などに接続される。

上側アンテナキャップ８には、上側アンテナキャップ８の上方に突出する避雷針６が設けられる。

避雷針６の下方には、避雷針６を支持するための避雷針台座１０が設置される。

避雷針台座１０と上側アンテナキャップ８との間には、地導体２の避雷針接続部２ａを位置させる。すなわち、下から順に、避雷針台座１０、避雷針接続部２ａ、上側アンテナキャップ８、避雷針６となるように配置し、これらを図示しない金属製ボルトで固定する。これにより、避雷針６と地導体２の避雷針接続部２ａとが電気的に接続される。

レドーム５下部の制御機器４を設置した側（図１では右側）には、レドーム５を貫通するアース端子座７が設けられる。

このアース端子座７と地導体２の他端部とは、断面視で逆Ｕ字状のアースバー１４を介して電気的に接続される。

アースバー１４は、地導体２と別体に形成された金属板である。本実施形態では、アースバー１４として、断面積が１６ｍｍ²以上の銅板を断面視で逆Ｕ字状に曲げたものを用いた。

ここで、断面視逆Ｕ字状にしたのは、アース端子座７と地導体２の他端部の距離が設計値からずれても、Ｕ字部分の開口度を調節することによってアース端子座７と地導体２の他端部とを確実に接続することができるからである。また、アースバー１４に銅を用いたのは、断面視逆Ｕ字状に加工することが容易であり、かつ必要断面積も小さく、材料的に柔らかいため、上記開口度の調整も容易であるからである。

また、銅板の断面積を１６ｍｍ²以上とするのは、ＪＩＳ規格Ａ４２０１により避雷設備として必要な銅の断面積が１６ｍｍ²以上と定められているためであり、断面積が１６ｍｍ²未満であると、落雷時の電流によりアースバー１４が破損するおそれがあるためである。

地導体２の他端部とアースバー１４の一端部（図１では左側）とは図示しない金属製ボルトまたは溶接にて固定され、アースバー１４の他端部（図１では右側）とアース端子座７とは図示しない金属製ボルトまたは溶接にて固定される。これにより、地導体２とアース端子座７とは、アースバー１４を介して電気的に接続される。

レドーム５外側のアース端子座７には、図示しない外部アース線の一端が電気的に接続され、外部アース線の他端は接地される。

ここで、地導体２の形状をより詳細に説明する。

図２（ａ）〜（ｃ）に示すように、地導体２の避雷針接続部２ａには、避雷針６を接続するための取付穴２１が形成される。本実施形態では、２つの取付穴２１を、横方向（図２（ａ）では左右方向）に配列するように形成した。

地導体２の放射素子設置部２ｂは、放射素子３および制御機器４を設置する設置部２２と、その設置部２２の水平方向の両端に形成された垂直部２３ａ，２３ｂと、設置部２２と略平行に形成された平行部２４ａ，２４ｂとからなる。

設置部２２の水平方向の一端（図２（ａ）では上側）には、垂直部２３ａの他端が接続され、設置部２２と垂直部２３ａとが略垂直となるようにされる。この垂直部２３ａは、避雷針接続部２ａが形成された側とは反対側（図２（ａ）では左側）に形成される。

垂直部２３ａの一端には平行部２４ａの他端が接続され、垂直部２３ａと平行部２４ａとが略垂直となるようにされる。この平行部２４ａは、設置部２２と反対側（図２（ａ）では上側）に形成される。

同様に、設置部２２の水平方向の他端には、垂直部２３ｂの他端が接続され、設置部２２と垂直部２３ｂとが略垂直となるようにされる。垂直部２３ｂは、避雷針接続部２ａが形成された側とは反対側（図２（ａ）では左側）に形成される。

垂直部２３ｂの一端には平行部２４ｂの他端が接続され、垂直部２３ｂと平行部２４ｂとが略垂直となるようにされる。平行部２４ｂは、設置部２２と反対側（図２（ａ）では下側）に形成される。

設置部２２、垂直部２３ａ，２３ｂ、および平行部２４ａ，２４ｂは、一体に形成される。

これにより、設置部２２および垂直部２３ａ，２３ｂに囲まれた凹部２５が形成されると共に、垂直部２３ａ、平行部２４ａ、およびレドーム５に囲まれた上側凹部２６と、垂直部２３ｂ、平行部２４ｂ、およびレドーム５に囲まれた下側凹部２７とが形成される。

本実施形態では、凹部２５に放射素子３を設置し、その反対側に制御機器４を設置する。

地導体２は、プレス加工などにより成形して作製するとよい。

次に、本実施形態の作用を、本実施形態に係るアンテナ装置１の動作と共に説明する。

本実施形態に係るアンテナ装置１では、地導体２の一端部と避雷針６とを電気的に接続すると共に、地導体２の他端部とアース端子座７の一端とを電気的に接続し、このアース端子座７の他端を外部アース線を介して接地している。

アンテナ装置１の避雷針６に落雷した際、落雷による電流は、避雷針６、導体２、アース端子座７を通り、アース端子座７に接続された外部アース線を介してグランドに逃げる。

すなわち、本実施形態に係るアンテナ装置１では、地導体２をアース線として用いることにより、落雷時の大電流をグランドに逃がしている。これにより、アンテナ下方の建造物や、アンテナ装置１に接続された無線機などを保護することができる。

さらに、地導体２をアース線として用いるため、アンテナ内部空間１１にアース線を別途設置する必要がなくなる。よって、アース線をアンテナ内部空間１１に設置する際の配線検討が不要となり、アンテナ装置１作製時の作業効率を向上させることができ、量産コストを低減することができる。

また、アンテナ装置１は、従来より用いられている地導体２をアース線として用いるものであるので、放射素子３の特性に影響を与えることがない。

さらに、本実施形態に係るアンテナ装置１では、地導体２とアース端子座７とが、アースバー１４を介して電気的に接続されている。

地導体２の他端部とアース端子座７との距離が離れている場合、地導体２の他端部を曲げて、地導体２の他端部とアース端子座７とを直接接続すると、地導体２の加工が複雑になってしまう。さらに、地導体２の他端部とアース端子座７とを直接接続した場合、制御機器４の配線が複雑となってしまう場合がある。

アンテナ装置１では、地導体２とアース端子座７とをアースバー１４を介して電気的に接続することにより、地導体２の他端部とアース端子座７との距離が離れている場合であっても、地導体２に複雑な加工を施す必要がなくなり、かつ制御機器４の配線が複雑とならないので、作業効率を向上させることができる。

また、避雷針６とアース端子座７とをアース線で接続する従来の構造では、アース線の配線が複雑となり、さらにアンテナ内部空間１４の空きスペースがないため、アース線の断面積を大きくすることは困難であった。

アンテナ装置１では、地導体２をアース線として用いている。これにより、アンテナ内部空間１１の空きスペースを利用してアース線を配線する必要がなくなるため、地導体２の断面積を大きくすることが可能となる。すなわち、地導体２の断面積をＪＩＳ規格Ａ４２０１による必要断面積を上回るように設計することが可能となり、より安全な設計をすることができる。

また、本実施形態に係るアンテナ装置１では、地導体２の水平方向の両端部を加工し、凹部２５、上側凹部２６、および下側凹部２７を形成している。上側凹部２６および下側凹部２７を形成することにより、制御機器４を設置できる空間が大きくなるので、制御機器４の配置および配線の設計が容易となる。さらに、地導体２の水平方向の両端部を折り曲げるように加工しているため、地導体２の断面積を大きくすることができる。

上記実施形態では、地導体２として図２（ａ）〜（ｃ）に示す形状のものを用いたが、これに限定されず、例えば、図３（ａ）〜（ｃ）に示す地導体３０を用いてもよい。

図３（ａ）〜（ｃ）に示すように、地導体３０は、図２（ａ）〜（ｃ）の地導体２の放射素子設置部２ｂの水平方向の両端部に、さらに延長部３１ａ，３１ｂを形成したものである。

地導体３０では、放射素子設置部２ｂの一端（図３（ａ）では上側）には延長部３１ａの一端が接続され、放射素子設置部２ｂの平行部２４ａと延長部３１ａとが略垂直となるようにされる。延長部３１ａは、避雷針接続部２ａ側（図３（ａ）では右側）に形成される。

同様に、放射素子設置部２ｂの他端には延長部３１ｂの一端が接続され、平行部２４ｂと延長部３１ｂとが略垂直となるようにされる。

地導体３０では、地導体２の水平方向の両端にさらに延長部３１ａ，３１ｂを形成しているため、その延長部３１ａ，３１ｂ分だけ断面積が大きくなる。そのため、ＪＩＳ規格Ａ４２０１を十分に満たし、より安全な設計とすることができる。

上記実施形態では地導体２としてアルミニウムからなるシャーシを用いたが、銅や鋼など他の金属製のシャーシを用いてもよい。ただし、ＪＩＳ規格Ａ４２０１により、材質に応じて避雷設備としての必要断面積が規定されているため、注意が必要である。

また、上記実施形態ではアースバー１４として銅板を用いたが、鋼板など他の金属板を用いてもよい。ただし、ＪＩＳ規格Ａ４２０１により、材質に応じて避雷設備としての必要断面積が規定されているため、注意が必要である。

さらに、上記実施形態では、避雷針６と地導体２、地導体２とアースバー１４、およびアースバー１４とアース端子座７を金属製ボルトで固定したが、電流を遮断しない構造であればよく、例えば、溶接など他の固定方法を用いて固定してもよい。

また、上記実施形態では地導体２とアース端子座７とをアースバー１４を介して電気的に接続したが、地導体２とアース端子座７との距離が近く、制御機器４の配線が複雑とならない場合、地導体２に加工を施し、地導体２とアース端子座７とを直接接続し電気的に接続してもよい。

さらに、上記実施形態では、地導体２の避雷針接続部２ａに、横方向に配列する２つの取付穴２１を形成したが、取付穴２１の数量や配列方向は任意に決定してもよい。

また、上記実施形態では、避雷針台座１０は、上側アンテナキャップ８や地導体２と別体としたが、避雷針台座１０は、上側アンテナキャップ８や地導体２と一体に形成してもよい。

本発明の好適な実施形態に係るアンテナ装置の部分縦断面図である。図２（ａ）は図１の２Ａ−２Ａ線断面図であり、図２（ｂ）は２Ｂ−２Ｂ線断面図、図２（ｃ）は本実施形態に係るアンテナ装置に用いる地導体の斜視図である。図３（ａ）は本実施形態に係るアンテナ装置の変形例に用いる地導体の２Ａ−２Ａ線断面図であり、図２（ｂ）は２Ｂ−２Ｂ線断面図、図３（ｃ）は斜視図である。従来のアンテナ装置の部分縦断面図である。

符号の説明

１アンテナ装置
２地導体
３放射素子
４制御機器
５レドーム
６避雷針
７アース端子座

Claims

地導体と、該地導体の一方の表面に設置された放射素子と、上記地導体の他方の表面側に設置され上記放射素子を制御する制御機器と、上記地導体と上記放射素子と上記制御機器とを覆うように設けられたレドームと、該レドームの上部に設けられた避雷針と、落雷時に上記避雷針から電流をグランドに逃がすためのアース端子座とを備えたアンテナ装置において、上記地導体の一端部と上記避雷針とを電気的に接続すると共に、上記地導体の他端部と上記アース端子座とを電気的に接続したことを特徴とするアンテナ装置。
上記地導体と上記アース端子座とが、上記地導体と別体に形成された金属板を介して電気的に接続される請求項１に記載のアンテナ装置。
上記地導体は、断面積が２５ｍｍ²以上のアルミニウムからなるシャーシである請求項１または２記載のアンテナ装置。