JP3701578B2 - 水平および垂直偏波共用アンテナ装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、自動車携帯電話やＰＨＳ（簡易型携帯電話システム）などの、移動通信システム等の基地局アンテナとして好適な、水平偏波および垂直偏波を用いる偏波共用アンテナ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種のアンテナ装置について、近年、陸上移動通信システムでの基地局アンテナの設置形態は、電波の受信効率を上げるため、スペースダイバーシチ受信方式を用いており、このため、アンテナ類を取り付ける鉄塔上部の形状が大きくなっている。従って、基地局の鉄塔設備などは大形で、コストがかかるものとなり、さらに美観を損ねていた。
【０００３】
しかし、偏波ダイバーシチ受信方式を行うと、前記鉄塔上部の形状を小さくでき、基地局設備の簡易化が可能であり、美観の点についても有利な面が多い。偏波ダイバーシチを行う場合、送信受信とも、同一エリアを形成するためには、受信用の水平偏波、及び送受信共用の垂直偏波とも、同一の水平面内指向性半値角を持った偏波共用アンテナが必要である。
【０００４】
例えば、３セクタ構成の場合、水平、垂直偏波とも水平面内指向性半値角、１２０度の指向性を有する偏波共用アンテナを配置する必要がある。従来の偏波共用アンテナとしては、図６に示すような、金属反射板１０３の前面に、給電線路１０４により支持、給電されるダイポールアンテナ１０２，１０２を交差させ、その一方を水平偏波用とし、他方を垂直偏波用として設置するクロスダイポールアンテナ１０１などを用いたものがある。
さらに、前記金属反射板１０３をコーナ反射板に形成し、その前面に前記クロスダイポールアンテナ１０１を配置させたものがある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来のクロスダイポールアンテナ１０１により、移動通信システムの基地局でセクタを構成する場合、その送受信アンテナの指向性は同等であることが要求される。特に、水平偏波アンテナと垂直偏波アンテナとの両方を、ともにダイポールアンテナにより構成する場合、該ダイポールアンテナは、電界面と磁界面の指向性が異なることから、この水平および垂直偏波共用アンテナの水平面内指向性は、同等にならないという問題点があった。
【０００６】
本発明はかかる点に鑑みなされたもので、その目的は前記問題点を解消し、水平偏波、垂直偏波とも水平面内指向性が同等になる水平および垂直偏波共用アンテナ装置を提供することにある。
【０００７】
本発明の他の目的は、垂直偏波アンテナの水平面内指向特性を、水平偏波アンテナの水平面内指向特性を損ねることなく、変え得る水平および垂直偏波共用アンテナ装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するための本発明の構成は、端部間に隙間を置いて、互いにほぼ９０度に配置される、それぞれ、金属箔が貼着された誘電体基板に、それぞれ形成されるスロットアンテナとその外方前面に配設される無給電素子とからなる２組の水平偏波アンテナと、該水平偏波アンテナの前記それぞれの誘電体基板が形成する前記隙間に貫通して配設され、誘電体基板の両面に形成されるダイポールアンテナと該ダイポールアンテナの前方に配設される無給電素子とからなり、前記ダイポールアンテナが前記外方側に向けられ、かつ垂直方向に形成される垂直偏波アンテナと、前記２組の水平偏波アンテナと前記垂直偏波アンテナとが配設されるコーナ反射板とからなる水平および垂直偏波共用アンテナ装置である。
【０００９】
前記コーナ反射板が、前記２組のスロットアンテナの後方で、該スロットアンテナのそれぞれの誘電体基板に対して、ほぼ４５度に配設される反射板で、その水平方向の両側端部が、前記水平偏波アンテナの前記それぞれの誘電体基板の端部に向けて、該それぞれの誘電体基板に対し、直角に曲げられ、さらに、前記水平偏波アンテナと前記垂直偏波アンテナとが、同一周波数の電力で給電され、かつ該水平偏波アンテナの各スロットアンテナから放射される電波が同相になるように給電される水平および垂直偏波共用アンテナ装置である。
【００１０】
前記２組の水平偏波アンテナと前記垂直偏波アンテナとが、垂直方向に交互に配設される水平および垂直偏波共用アンテナ装置である。
【００１１】
また、前記水平偏波アンテナの前記それぞれの誘電体基板の、前記垂直偏波アンテナの中心に対応する部位に、切り欠き部が設けられる水平および垂直偏波共用アンテナ装置である。
【００１２】
前記切り欠き部が、前記垂直偏波アンテナを中心に対称的に、かつ二辺が複数の段部から形成されるほぼ二等辺三角形状に形成される水平および垂直偏波共用アンテナ装置である。
【００１３】
本発明は以上のような構成により、水平偏波、垂直偏波とも水平面内指向性が同等にすることができる。さらに、前記切り欠き部を設けることにより、垂直偏波アンテナの水平面内指向特性を、水平偏波アンテナの水平面内指向特性を損ねることなく、変えることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の好適な実施の形態を詳しく説明する。
【００１５】
図１ないし図５は、本発明の水平および垂直偏波共用アンテナ装置の一実施の形態を示す図で、図１は、該偏波共用アンテナ装置の正面図、図２は、図１の底面図、図３は、図１の垂直偏波アンテナの右側面図、図４は、図１の該アンテナ装置の水平偏波アンテナの水平面内指向特性を示す図、図５は、図１の該アンテナ装置の垂直偏波アンテナの水平面内指向特性を示す図である。
【００１６】
図１および図２において、前記水平および垂直偏波共用アンテナ装置１は、垂直方向にそれぞれ配設されるスロットアンテナ６，７からなる２組の水平偏波アンテナ２，３と、該２組の水平偏波アンテナ２，３の間に形成された隙間９を貫通するように垂直方向に配設される１組のダイポールからなる垂直偏波アンテナ４と、前記水平偏波アンテナ２，３と前記垂直偏波アンテナ４との後方に配設させるコーナ反射板５とからなる。
【００１７】
前記２組の水平偏波アンテナ２，３は、同一の構成で前記垂直偏波アンテナ４を中心に対称的に形成され、前記スロットアンテナ６，７として、一方の面に金属箔が貼着された２個の誘電体基板（例えば、基板の比誘電率３．４，厚さ１．６ｍｍ）１１，１２を、その端部間に隙間９を置いて、水平面で互いにほぼ９０度に配置し、該誘電体基板１１，１２のそれぞれに、上下方向に細長のスロット１３，１４が形成されている。同時に、このスロットアンテナ６，７の放射方向である、前記２個の誘電体基板１１，１２が形成する外方（優角側）前面で、前記スロット１３，１４の前方に、該スロットアンテナ６，７からの距離が、使用周波数の波長λの、それぞれ約０．０３λおよび約０．１０λ（それぞれの間隔は約０．０７λ）離間された位置に、前記誘電体基板１１，１２に平行して配設されるそれぞれ複数（本実施の形態では、２個）の無給電素子板１５，１６；１７，１８が配設されている。
そして、このような、前記２組の水平偏波アンテナ２，３が、垂直方向に配設されている。
【００１８】
前記スロットアンテナ６，７のそれぞれの前記スロット１３，１４は、上下方向の長さが、使用周波数の波長λの約０．２９λで、水平方向の幅は、約０．０２λであり、また前記スロットアンテナ６，７の前方の位置にそれぞれ配設される前記無給電素子板１５，１６；１７，１８の上下方向の長さが約０．２５λ、水平方向の幅は、約０．３λである。ここで、１９ａ，１９ｂ；２０ａ，２０ｂは、前記スロットアンテナ６，７へに給電線路である。
【００１９】
前記垂直偏波アンテナ４は、図２および図３に示すように、前記水平偏波アンテナ２，３の前記それぞれの誘電体基板１１，１２が形成する前記隙間９に貫通して上下方向に配設され、誘電体基板（例えば、基板の比誘電率２．６，厚さ０．８ｍｍ）２１の両面にの貼着された金属箔上に形成されるダイポールアンテナ８と、該ダイポールアンテナ８の前方（放射方向）に、そのダイポール素子８ａ，８ｂに接近、かつ平行する無給電素子２２とからなる。
【００２０】
前記垂直偏波アンテナ４は、前記スロットアンテナ６，７の放射方向側に突出して、前記水平偏波アンテナ２，３の前記誘電体基板１１，１２が形成する角度（９０度）の中心線上で、前記放射方向と同一方向に向けて配設され、しかも前記スロットアンテナ６，７のスロット１３，１４の幅方向の中心線を中心に、上下方向の対称位置に複数段になるように配設される。すなわち、該垂直偏波アンテナ４は、垂直方向に前記水平偏波アンテナ２，３と交互になるように配設される。
【００２１】
該垂直偏波アンテナ４の前記ダイポールアンテナ８を構成するダイポール素子８ａ，８ｂは、使用周波数、例えば、２．０ＧＨｚに共振するように、前記誘電体基板２１の両面で、該ダイポールアンテナ８の中央部に形成された給電線路２３ａ，２３ｂに対して、それぞれ互いに直角に反対一方向に形成されており、該ダイポール素子８ａ，８ｂは、前記ダイポールアンテナ８の中心軸を中心に丁度１８０度回転した位置に形成されている。そして、該ダイポール素子８ａ，８ｂの両端の距離を、通常は、前記周波数の波長λの約１／２であり、１／２以下の場合もある。
【００２２】
前記ダイポールアンテナ８のダイポール素子８ａ，８ｂは、中央の給電点を介して、前記給電線路２３ａ，２３ｂに接続されている。なお、２４は、前記給電線路に接続される接地部である。
【００２３】
前記誘電体基板２１に形成される前記無給電素子２２は、前記ダイポール素子８ａ，８ｂの中心軸線上の放射方向で、該ダイポール素子８ａ，８ｂに平行して配設され、前記使用周波数と異なる周波数に共振するような長さを有する。
前記無給電素子２２は、その両端の長さは、前記異なる周波数（前記使用周波数より高い周波数）の波長の約１／２に形成され、その幅は任意の幅を有し、かつ前記ダイポール８から任意の距離を離間して配設されている。
なお、前記水平偏波アンテナ２，３（前記スロットアンテナ６，７）、前記誘電体基板１１，１２、前記無給電素子板１５，１６；１７，１８、前記垂直偏波アンテナ４などは、図示しない支持部材により前記コーナ反射板５に支持されている。
【００２４】
前記コーナ反射板５は、前記２組のスロットアンテナ６，７の後方で、該スロットアンテナ６，７のそれぞれの誘電体基板１１，１２に対して、ほぼ４５度をなし、そのほぼ中心位置で、前記垂直偏波アンテナ４とほぼ直角をなすように配設されている。
また、前記コーナ反射板５は、その水平方向の両側部の端部２５，２５が、途中で前記水平偏波アンテナ２，３の前記誘電体基板１１，１２に対して平行になるように曲げられた（後方にほぼ１３５度曲げる）後、前記両側部の端部２５，２５が、前記誘電体基板１１，１２の端部に向けて、該誘電体基板１１，１２に対し、ほぼ直角に曲げられている。
【００２５】
さらに、前記水平偏波アンテナ２，３の前記それぞれの誘電体基板１１，１２の、前記垂直偏波アンテナ４の中心に対応する部位に、切り欠き部３０，３０が設けられている。この切り欠き部３０，３０は、前記垂直偏波アンテナ４を中心に対称的に形成されるとともに、その二辺が複数の段部３０ａ，３０ａから形成されるほぼ二等辺三角形状に形成されている。
前記切り欠き部３０，３０が設けられるため、前記偏波共用アンテナ装置１は、前記垂直偏波アンテナ４の水平面内指向特性を、前記水平偏波アンテナ２，３の水平面内指向特性を損ねることなく、変えことができる。
なお、前記切り欠き部３０，３０は、前述のほか、複数の段部３０ａを有する半円形または半楕円形状等でもよい。
【００２６】
そして、前記偏波共用アンテナ装置１は、前記水平偏波アンテナ２，３と前記垂直偏波アンテナ４とが、同一周波数の電力で給電され、かつ該水平偏波アンテナ２，３の各スロットアンテナ６，７から放射される電波が同相になるように給電されるようになっている。
【００２７】
図４および図５は、前記偏波共用アンテナ装置１の前記水平偏波アンテナ２，３の水平面内指向特性および前記垂直偏波アンテナ４の水平面内指向特性を示し、該偏波共用アンテナ装置１の正面方向を０度とする方位角に対する相対電界強度（ｄＢ）を示す。同図から分かるように、両偏波アンテナ２，３；４の水平面内指向特性は、ほぼ同一になっている。
【００２８】
なお、本発明の技術は前記実施の形態における技術に限定されるものではなく、同様な機能を果たす他の態様の手段によってもよく、また本発明の技術は前記構成の範囲内において種々の変更、付加が可能である。
【００２９】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように本発明の水平および垂直偏波共用アンテナ装置によれば、端部間に隙間を置いて、互いにほぼ９０度に配置される、それぞれ、金属箔が貼着された誘電体基板に、それぞれ形成されるスロットアンテナとその外方前面に配設される無給電素子とからなる２組の水平偏波アンテナと、該水平偏波アンテナの前記それぞれの誘電体基板が形成する前記隙間に貫通して配設され、誘電体基板の両面に形成されるダイポールアンテナと該ダイポールアンテナの前方に配設される無給電素子とからなり、前記ダイポールアンテナが前記外方側に向けられ、かつ垂直方向に形成される垂直偏波アンテナと、前記２組の水平偏波アンテナと前記垂直偏波アンテナとが配設されるコーナ反射板とからなるので、水平偏波、垂直偏波とも水平面内指向性が同等にすることができる。
【００３０】
また、前記水平偏波アンテナの前記それぞれの誘電体基板の、前記垂直偏波アンテナの中心に対応する部位に、切り欠き部を設けるので、前記垂直偏波アンテナの水平面内指向特性を、前記水平偏波アンテナの水平面内指向特性を損ねることなく、変えることができるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の水平および垂直偏波共用アンテナ装置の実施の形態を示す正面図である。
【図２】図１の底面図である。
【図３】図１の垂直偏波アンテナの右側面図である。
【図４】図１の該アンテナ装置の水平偏波アンテナの水平面内指向特性を示す図である。
【図５】図１の該アンテナ装置の垂直偏波アンテナの水平面内指向特性を示す図である。
【図６】従来の偏波共用アンテナとしてのクロスダイポールアンテナの斜視図である。
【符号の説明】
１ 水平および垂直偏波共用アンテナ装置
２，３ 水平偏波アンテナ
４ 垂直偏波アンテナ
５ コーナ反射板
６，７ スロットアンテナ
８ ダイポールアンテナ
８ａ，８ｂ ダイポール素子
１１，１２，２１ 誘電体基板
１３，１４ スロット
１５，１６，１７，１８ 無給電素子板
１９ａ，１９ｂ，２０ａ，２０ｂ，２３ａ，２３ｂ 給電線路
２２ 無給電素子
２４ 接地部
２５ 側端部（反射板）
３０ 切り欠き部
３０ａ 段部

Claims (5)

1. 端部間に隙間を置いて、互いにほぼ９０度に配置される、それぞれ、金属箔が貼着された誘電体基板に、それぞれ形成されるスロットアンテナとその外方前面に配設される無給電素子とからなる２組の水平偏波アンテナと、
   該水平偏波アンテナの前記それぞれの誘電体基板が形成する前記隙間に貫通して配設され、誘電体基板の両面に形成されるダイポールアンテナと該ダイポールアンテナの前方に配設される無給電素子とからなり、前記ダイポールアンテナが前記外方側に向けられ、かつ垂直方向に形成される垂直偏波アンテナと、
   前記２組の水平偏波アンテナと前記垂直偏波アンテナとが配設されるコーナ反射板とからなることを特徴とする水平および垂直偏波共用アンテナ装置。
2. 前記コーナ反射板が、前記２組のスロットアンテナの後方で、該スロットアンテナのそれぞれの誘電体基板に対して、ほぼ４５度に配設される反射板で、その水平方向の両側端部が、前記水平偏波アンテナの前記それぞれの誘電体基板の端部に向けて、該それぞれの誘電体基板に対し、直角に曲げられ、
   さらに、前記水平偏波アンテナと前記垂直偏波アンテナとが、同一周波数の電力で給電され、かつ該水平偏波アンテナの各スロットアンテナから放射される電波が同相になるように給電されることを特徴とする請求項１に記載の水平および垂直偏波共用アンテナ装置。
3. 前記２組の水平偏波アンテナと前記垂直偏波アンテナとが、垂直方向に交互に配設されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の水平および垂直偏波共用アンテナ装置。
4. 前記水平偏波アンテナの前記それぞれの誘電体基板の、前記垂直偏波アンテナの中心に対応する部位に、切り欠き部が設けられることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の水平および垂直偏波共用アンテナ装置。
5. 前記切り欠き部が、前記垂直偏波アンテナを中心に対称的に、かつ二辺が複数の段部から形成されるほぼ二等辺三角形状に形成されることを特徴とする請求項４に記載の水平および垂直偏波共用アンテナ装置。

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