JP3756431B2

JP3756431B2 - Polarization diversity antenna device

Info

Publication number: JP3756431B2
Application number: JP2001233854A
Authority: JP
Inventors: 正彦小沢; 耕一滝田; 陸男藤田; 真一青山
Original assignee: Yagi Antenna Co Ltd
Current assignee: Yagi Antenna Co Ltd
Priority date: 2001-08-01
Filing date: 2001-08-01
Publication date: 2006-03-15
Anticipated expiration: 2021-08-01
Also published as: JP2003046331A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば携帯電話をはじめとする移動体の通信基地局用アンテナとして用いられる偏波ダイバーシティアンテナ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、携帯電話等の移動体通信基地局用アンテナは、通常、通信品質を向上するために２系統（２ブランチ）以上の八木式アンテナを用いたダイバーシティ受信により通信を行なっている。八木式アンテナを使用してダイバーシティ受信（空間ダイバーシティ）を行なう場合、通常２基以上のアンテナを所定の間隔で設置する必要がある。しかし、設置スペースの都合や、美観の問題などの制約により、理想的な環境に設置できない場合がある。
【０００３】
図７は、八木式アンテナを用いてダイバーシティ受信を行なう場合の従来の設置例を示したもので、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。図７に示す設置例では、２基の八木式アンテナ１ａ、１ｂを取付金具２により取付支柱３に固定している。このとき２基の八木式アンテナ１ａ、１ｂは、大地に対し水平方向に所定の間隔Ｄで配置され、ダイバーシティ受信による通信が行なわれるようにしている。
【０００４】
図８は、ダイバーシティ受信を行なう場合の他の設置例を示したもので、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。図８に示す設置例では、図７の場合と同様に２基の八木式アンテナ１ａ、１ｂを取付金具２ａ、２ｂにより取付支柱３に固定している。このとき２基の八木式アンテナ１ａ、１ｂは、大地に対し垂直方向に所定の間隔Ｄで配置され、ダイバーシティ受信による通信が行なわれるようにしている。
【０００５】
上記図７及び図８では、２基の八木式アンテナ１ａ、１ｂの大地に対する偏波が垂直の場合を示しているが、大地に対し−４５°と＋４５°の偏波の組合せや、水平と垂直の組合せによる偏波ダイバーシティ受信を行なうことも可能である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来のダイバーシティ受信の方法は、アンテナが複数基となり、アンテナの数量分の設置スペースが確保できない場合や、美観の問題で複数基設置できない場合には、ダイバーシティ受信を行なうことができないという問題があった。
【０００７】
ここで、アンテナ間隔Ｄは、ダイバーシティ性能の維持や、一方のアンテナからの送信波が他方のアンテナを経由して受信機へ回り込む経路を抑制するために、所定の距離以上に設定してアンテナ間結合量を抑制する必要があることから、アンテナ間隔Ｄを小さくすることができなかった。
【０００８】
一般に、２つのアンテナ間の距離が近づくと単体の性能が劣化し、偏波面が著しく乱れてしまうという問題がある。特に偏波ダイバーシティ方式の場合、空間的に離す必要性はこの性能劣化を抑える以外に理由は無く、出来れば１本にまとめるのが理想であり、また、課題となっている。
【０００９】
また、人が持ち運びする携帯電話では必ずしも適切なアンテナ角度にならないので、特に見通し圏内であれば、携帯電話に適した４５度の角度を持った直線偏波を送受できるものが望まれている。
【００１０】
また、別の問題点として、電波を反射・散乱させる地物と移動局との間の距離が短いほど、空間ダイバーシティ方式の場合はアンテナ間隔Ｄを大きく取らないとブランチ間の空間相関が上昇し、ダイバーシティ効果を得にくくなるので、例えばトンネル内等、狭い空間に位置する移動局と通信を行なう場合にはアンテナ間隔Ｄを非常に大きく取らなければならず、良好な通信を実現するためには大きな設置スペースを必要としていた。
【００１１】
更に、取付金具類も含めて複数必要となることや、これらが大型化することとなり、質量や受風荷重の面から機械強度を考慮し、取付支柱も相応に大型なものが必要となるため、更にスペースの確保が困難となり、かつ美観上も劣ることになり、また、工事施工性についても容易ではないという問題があった。
【００１２】
本発明は上記の課題を解決するためになされたもので、クロス式八木アンテナにおいて結合損失の向上を目指し、偏波ダイバーシティへの応用を図ったものである。着目した偏波ダイバーシティ方式は、受信波の偏波面の違いを利用するものであり、受信された偏波間に相関が無ければ目的は達する。従って、空間ダイバーシティ方式のようなブランチ間の空間相関を要さない。これらの理由から、携帯電話をはじめとする移動体通信基地局用八木式アンテナにおいて、アンテナ１基分の設置スペースで直線偏波のダイバーシティ受信及びダイバーシティ送信を可能とし、小形、軽量で設置場所の制約を受けにくく、経済性及び美観上優れ、かつ垂直支柱または水平支柱のどちらにも取付可能で、工事施工性の良い偏波ダイバーシティアンテナ装置を提供することを目的とする。
また、本発明は製造が容易で低コスト化が可能なダイバーシティアンテナの製造方法を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る偏波ダイバーシティアンテナ装置は、絶縁筒の先端に中心軸を合わせて角アームを設け、複数の導波素子、放射素子及び反射素子からなる２基の多素子八木式アンテナの中心軸を前記絶縁筒及び角アームの中心軸に一致させ、前記２基のアンテナの対となる各アンテナ素子の中心軸が各アンテナ素子の中央で交差し、かつ前記各アンテナ素子の交差している点が前記絶縁筒及び角アームの中心軸となるように前記アンテナ素子を直交配置し、更に前記アンテナ素子は、大地に対してほぼ４５°の角度で配置して前記絶縁筒及び角アーム上に２系統のアンテナを構成し、
前記放射素子及び反射素子を前記絶縁筒に装着すると共に、
前記導波素子は、１枚の抜き板により長方形状の素子支持部の側部に所定の幅と所定の間隔で４枚のくし状の素子部を連接して設け、前記長方形状の素子支持部を角型形状に折曲げ加工すると共に、前記４枚のくし状の素子部を同一平面上で十字状に位置するように外側に直角に曲げ加工して２対の導波素子を構成し、前記角型形状に折曲げ加工された素子支持部にて前記角アームに装着することを特徴とする。
【００１４】
上記のように対となるアンテナ素子を互いに直交させ、十字状に配置して２系統のアンテナを構成することにより、外見上１基のアンテナでダイバーシティ受信を行なうことができる。また、アンテナ素子の中心軸交点において、一方のアンテナ素子から他方のアンテナ素子を見たときの面積が素子の断面積だけとなるので、アンテナ素子同士が接近した状態にも拘わらず結合する電界成分が抑えられ、２系統間のアンテナ間で良好な結合量特性が得られる。従って、アンテナ１基分の設置スペースでダイバーシティ受信及びダイバーシティ送信が可能となり、携帯電話に必要な直線偏波を送受できると共に、小形、軽量で設置場所の制約を受けにくく、かつ経済性にも優れたものとすることができる。
【００１５】
また、素子部と素子支持部を１枚の抜き板の曲げ加工により一体物でアンテナ素子を製作することにより、素子の支持台等が不要になると共に角アームに対する組込みが容易になり、材料、加工、組込み等、全ての面で低コスト化が可能となる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る偏波ダイバーシティアンテナ装置の構成例を示したもので、（ａ）は正面図、（ｂ）は左側面図、（ｃ）は背面図である。図１において、１１は絶縁部材により例えば円状に形成された取付基板で、この取付基板１１の一方の面に入出力接栓１２ａ、１２ｂが設けられ、他方の面の中心部に絶縁筒１３が装着される。上記入出力接栓１２ａ、１２ｂは、図１（ｂ）に示すように取付基板１１の中心部より側方に変位して設けられる。また、入出力接栓１２ａ、１２ｂは、相互変調雑音を防止するためにアンテナ側中心導体及び給電線側接栓の中心導体を銀メッキあるいは金メッキ処理する。そして、上記絶縁筒１３には、先端近傍の外周面に長さがほぼ１／４波長の放射素子１４ａ、１４ｂをその中心軸が絶縁筒１３の中心軸に一致し、かつ互いに直交するように装着する。この場合、放射素子１４ａ、１４ｂは、例えば大地に対して±４５°となる位置に配置する。
【００１７】
また、上記絶縁筒１３には、上記放射素子１４ａ、１４ｂと回転対称となる位置に放射素子１４ｃ、１４ｄを配置し、放射素子１４ａと１４ｃ及び放射素子１４ｂと１４ｄを対にした２系統のダイポールアンテナを構成する。この２系統のダイポールアンテナは、それぞれ同軸ケーブル１５ａ、１５ｂにより入出力接栓１２ａ、１２ｂに接続する。上記ダイポールアンテナと同軸ケーブル１５ａ、１５ｂの接続に際しては、平衡・不平衡の変換回路を適宜挿入する。
【００１８】
次に、絶縁筒１３には、放射素子１４ａ〜１４ｄと取付基板１１との間において、放射素子１４ａ〜１４ｄから所定の距離に、絶縁筒１３の中心軸を回転軸とする角度が放射素子１４ａ〜１４ｄと同一になるように１／４波長よりやや長い反射素子１６ａ〜１６ｄを装着する。
【００１９】
更に、絶縁筒１３の先端に中心軸を合わせてアーム１７を設け、このアーム１７にその中心軸を回転軸とする角度が放射素子１４ａ〜１４ｄと同一になるように、１／４波長よりやや短い導波素子１８ａ〜１８ｄを所定の距離をおいて複数段、例えば６段配列する。
【００２０】
上記実施形態において、絶縁筒１３及びアーム１７の中心軸を回転軸とする各素子の角度は、図１（ｂ）に示す左側面図の上方を０°としたとき、４５°、１３５°、２２５°、３１５°となる。
【００２１】
上記の構成とすることにより、反射素子１６ａ、１６ｃ、または反射素子１６ｂ、１６ｄがそれぞれ対となって八木式アンテナの反射器として働き、また、導波素子１８ａ、１８ｃ、または導波素子１８ｂ、１８ｄがそれぞれ対となって八木式アンテナの導波器として働くことにより、導波器方向に指向性感度を持つ２系統の八木式アンテナを外見上１基のアンテナとすることができる。上記のように２系統の八木式アンテナを備えることにより、外見上１基のアンテナでダイバーシティ送受信が可能となる。
【００２２】
また、人が携帯電話を持ち運びするとき、必ずしも適切なアンテナ角度とはなっていないが、各素子を大地に対して±４５°の位置に設置することにより、ダイバーシティ効果を高め、また、見通し距離内でも偏波面が一致する確率を高めることができる。
【００２３】
また、放射素子１４ａ、１４ｃ及び放射素子１４ｂ、１４ｄからなる２系統のダイポールの中心軸交点において、一方のダイポールより他方のダイポールを見たときの面積が素子の断面積だけとなるので、ダイポール同士が接近した状態にも拘わらず結合する電界成分が抑えられ、八木式アンテナを構成した場合においても２系統間の結合量を抑えて良好に動作する。この結果、携帯電話に必要な直線偏波の送受信が可能になる。
【００２４】
図２は、上記第１実施形態に係る２系統の八木式アンテナ間の結合量特性を示したもので、中心周波数ｆo±５パーセントの周波数帯域で、−２７ｄＢ以下の良好な結合量特性が得られる。
【００２５】
上記のように良好な結合量特性が得られるので、受信ダイバーシティアンテナの一方のブランチに送信波を乗せることが可能となり、送信ダイバーシティアンテナとして使用することができる。従って、送信機の仕様、性能、あるいは制限が厳しい場合でも、送信ダイバーシティを行なうことができ、その結果、例えばＷ−ＣＤＭＡの送信ダイバーシティにも対応できると共に、次世代の機器に対しても十分に対応可能である。
【００２６】
なお、上記第１実施形態では、絶縁筒１３及びアーム１７の中心軸を回転軸とする各素子の角度を、図１（ｂ）に示す左側面図の上方を０°としたとき、４５°、１３５°、２２５°、３１５°に設定した場合について示したが、その他、例えば０°、９０°、１８０°、２７０°に設定、すなわち、各素子を水平及び垂直に設定しても良い。また、上記絶縁筒１３及びアーム１７の中心軸を回転軸とする各素子の角度は、隣り合う素子同士の角度が９０°であれば、その他の角度としても良い。
【００２７】
また、上記第１実施形態では、絶縁筒１３とアーム１７によりアンテナ素子装着用のアームを構成した場合について説明したが、１本の絶縁筒またはアームに対して全てのアンテナ素子を装着するようにしても良いことは勿論である。
【００２８】
（第２実施形態）
次に本発明の第２実施形態について説明する。
図３（ａ）は本発明の第２実施形態に係る偏波ダイバーシティアンテナ装置の平面図、同図（ｂ）は正面図である。この第２実施形態は、上記第１実施形態に示した偏波ダイバーシティアンテナを取付金具により支柱に取付ける場合の構成例について示したものである。
【００２９】
先ず、入出力接栓１２ａ、１２ｂの取付基板１１への取付面からの長さ及び入出力接栓１２ａ、１２ｂ同士の間隔を入出力接栓１２ａ、１２ｂの外径のほぼ２．５倍以上に設定する。そして、取付基板１１の一方の面、すなわち入出力接栓１２ａ、１２ｂが設けられている面の中心部に角度可変金具２０を介してアンテナ取付金具３１を装着し、このアンテナ取付金具３１を支柱３２に取付ける。この場合、上記アンテナ取付金具３１は、図３（ａ）に示すようにアンテナ中心軸に対し、入出力接栓１２ａ、１２ｂと反対側にオフセットして配置し、施工性を高めている。
【００３０】
上記角度可変金具２０は、２枚の固定基板２１ａ、２１ｂを所定の間隔を保って配置すると共に、その内側に可動基板２２ａ、２２ｂを設け、この可動基板２２ａ、２２ｂの基部を軸２３により固定基板２１ａ、２１ｂに回動可能に取り付ける。また、固定基板２１ａ、２１ｂは、先端側に円弧状の長穴２４を設け、この長穴２４の部分で可動基板２２ａ、２２ｂをボルト２５及びナット２６により保持する。すなわち、ボルト２５及びナット２６を緩めると、長穴２４の範囲内で可動基板２２ａ、２２ｂが移動可能となり、ボルト２５及びナット２６を締め付けることにより、可動基板２２ａ、２２ｂが固定基板２１ａ、２１ｂに固定される。
【００３１】
上記固定基板２１ａ、２１ｂは、ねじ２７等によりアンテナ取付金具３１に固着され、また、可動基板２２ａ、２２ｂは、固定基板２１ａ、２１ｂより突出した先端部がねじ２８により取付基板１１に取付けられる。
【００３２】
上記角度可変金具２０は、ボルト２５及びナット２６を緩めると、可動基板２２ａ、２２ｂが長穴２４の範囲で回動可能となるので、図３（ｂ）に示す上下方向にアンテナを移動でき、所望のサービスエリアを考慮した方向調整が可能となる。アンテナの方向を調整した後は、ボルト２５及びナット２６を締め付けて固定する。
【００３３】
上記のように取付基板１１とアンテナ取付金具３１との間に角度可変金具２０を設けることにより、アンテナの方向を任意に調整することができる。また、入出力接栓１２ａ、１２ｂの取付基板１１への取付面からの長さ及び入出力接栓１２ａ、１２ｂ同士の間隔を入出力接栓１２ａ、１２ｂの外径のほぼ２．５倍以上に設定すると共に、アンテナ取付金具３１をアンテナ中心軸に対し、入出力接栓１２ａ、１２ｂと反対側にオフセットして配置することにより、例えば外部ケーブルの接続や防水テーピング作業等の施工性を高めることができる。
【００３４】
更に、本実施形態に係るアンテナ素子は、アンテナ中心軸に対して９０°回転対称であることから、アンテナ取付金具３１を含むアンテナ全体を、アンテナ中心軸に対して９０°または−９０°回転することにより、大地に対するアンテナ素子の設置角度を変えることなく、大地に対して垂直な支柱３２または水平な支柱のどちらにも取付けることが可能である。
【００３５】
（第３実施形態）
次に本発明の第３実施形態について説明する。
図４（ａ）は本発明の第３実施形態に係る偏波ダイバーシティアンテナ装置の平面図、同図（ｂ）は正面図である。この第３実施形態は、上記第２実施形態において、アンテナ素子部全体を例えば円筒形状の絶縁カバー３５で覆ったものである。この絶縁カバー３５の両端部には、最下部と一方の側部に予め水抜き穴３６が設けられるが、製造時に詰栓（図示せず）される。この詰栓は、任意に着脱することが可能となっている。そして、完成した偏波ダイバーシティアンテナ装置を実際に垂直あるいは水平の支柱に装着した場合には、上記結線状態の水抜き穴３６のうち、下側に位置する２個所の水抜き穴３６に対する詰栓を取り除いて水抜きの作用を持たせる。
【００３６】
上記のようにアンテナ素子部を絶縁カバー３５で覆う場合、第２実施形態で説明したように入出力接栓１２ａ、１２ｂの取付基板１１への取付面からの長さ及び入出力接栓１２ａ、１２ｂ同士の間隔を入出力接栓１２ａ、１２ｂの外径のほぼ２．５倍以上に設定することにより、絶縁カバー３５の取付作業を容易に行なうことができる。
【００３７】
また、絶縁カバー３５の最下部と一方の側部に予め水抜き穴３６を設けることにより、アンテナの設置条件等に合わせてアンテナ装置を９０°回転させた場合においても、回転によって下側に位置した水抜き穴３６の詰栓を取り除くだけで水抜きの作用を持たせることができる。
【００３８】
上記のようにアンテナ素子部分全体を絶縁カバー３５で覆うことにより、外部からの飛来物に対するアンテナ強度を向上でき、また、耐候性を高めると共に降雪、降雨等による性能の劣化を抑え、かつ美観上においても優れたものとすることができる。
【００３９】
（第４実施形態）
次に本発明の第４実施形態について説明する。
図５は、本発明の第４実施形態に係るダイバーシティアンテナの製造方法について示したもので、（ａ）はアンテナ素子構造の展開図を示す正面図、（ｂ）は底面図である。また、図６は、上記図５で構成されたアンテナ素子の曲げ加工後の形状と、使用状態の一例を示したもので、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は左側面図である。この第４実施形態では、上記各実施形態で示した導波素子１８ａ〜１８ｄ等のアンテナ素子をそれぞれ１枚の板を加工して構成する場合について示したものである。
【００４０】
すなわち、図５及び図６に示すように、２対の素子部４１ａ〜４１ｄと素子支持部４２を１枚の抜き板の曲げ加工により一体物のアンテナ素子４０を製作し、角アーム５０に取り付けるように構成したものである。
【００４１】
上記素子支持部４２は、図５に示すように４つの部材４２ａ〜４２ｄからなり、それぞれ破線部４３において曲げ加工される。そして、部材４２ａ、４２ｃの一方の側部に２対の素子部４１ａ〜４１ｄが所定の間隔でくし状に連接され、破線部４４において外側に曲げ加工される。部材４２ａの基部に凹部４５が形成されると共に部材４２ｄの先端に凸部４６が形成され、折曲げ加工した際に凹部４５と凸部４６が係合するようになっている。また、部材４２ａ、４２ｃには、ボルト挿通用の穴４７が設けられる。
【００４２】
上記の構成において、素子支持部４２は部材４２ａ〜４２ｄを破線部４３においてそれぞれ内側に９０°曲げ加工を施して角型形状とし、また、素子部４１ａ〜４１ｄは破線部４４において外側に９０°曲げ加工を施して同一平面上に十字状に位置させることにより、アンテナ素子４０を完成する。
【００４３】
次に、図６に示すように上記完成したアンテナ素子４０の素子支持部４２内に角アーム５０を挿入し、素子支持部４２の穴４７を角アーム５０の所定の位置に設けられている穴（図示せず）に一致させ、ボルト５１及びナット５２により固定する。これにより、２対の素子部４１ａ〜４１ｄが角アーム５０に対し、十字状に直交して配置された形状となる。上記アンテナ素子４０を角アーム５０に対して所定の間隔で複数取付け、導波素子を構成することにより、上記各実施形態に示したような偏波ダイバーシティアンテナ装置を完成する。ここでは導波素子への構成のみについて説明したが、用途に応じて反射素子用としても構成可能である。
【００４４】
上記のように素子部４１ａ〜４１ｄと素子支持部４２を１枚の抜き板の曲げ加工により一体物でアンテナ素子４０を製作し、角アーム５０に対して角型形状の支持構造を兼ね備えたアンテナ素子構造とすることにより、素子の支持台等が不要になると共に角アーム５０に対する組込みが容易となり、材料、加工、組込み等、全ての面で低コスト化が可能となり、しかも、良好な歩留まりが得られると共に結合損失を向上することができる。
【００４５】
【発明の効果】
以上詳記したように本発明によれば、４つのアンテナ素子を十字状に配置して２系統のアンテナを構成することにより、外見上１基のアンテナでダイバーシティ受信を行なうことができる。また、アンテナ素子の中心軸交点において、一方のアンテナ素子より他方のアンテナ素子を見たときの面積が素子の断面積だけとなるので、アンテナ素子同士が接近した状態にも拘わらず結合する電界成分が抑えられ、２系統間のアンテナ間で良好な結合量特性が得られる。従って、受信ダイバーシティアンテナの一方のブランチに送信波を乗せることが可能となり、送信ダイバーシティアンテナとして使用することができる。すなわち、アンテナ１基分の設置スペースでダイバーシティ受信及びダイバーシティ送信が可能となり、携帯電話に必要な直線偏波を送受できると共に、小形、軽量で設置場所の制約を受けにくく、かつ経済性にも優れているという大きな効果が得られる。
【００４６】
また、各アンテナ素子は、アンテナ中心軸に対して９０°回転対称に形成しているので、アンテナ取付金具を含むアンテナ全体を、アンテナ中心軸に対して９０°または−９０°回転することにより、大地に対するアンテナ素子の設置角度を変えることなく、垂直な支柱または水平な支柱のどちらにも取付けることができる。
【００４７】
また、本発明に係るダイバーシティアンテナの製造方法は、素子部と素子支持部を１枚の抜き板の曲げ加工により一体物でアンテナ素子を製作し、角アームに対して角型形状の支持構造を兼ね備えたアンテナ素子構造とすることにより、素子の支持台等が不要になると共に角アームに対する組込みが容易となり、材料、加工、組込み等、全ての面で低コスト化が可能となり、しかも、歩留まりを良好にできると共に結合損失を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る偏波ダイバーシティアンテナ装置の構成図。
【図２】同実施形態におけるアンテナ間の結合量特性を示す図。
【図３】本発明の第２実施形態に係る偏波ダイバーシティアンテナ装置の構成図。
【図４】本発明の第３実施形態に係る偏波ダイバーシティアンテナ装置の構成図。
【図５】本発明の第４実施形態に係るアンテナ素子構造の展開図を示す図。
【図６】同実施形態におけるアンテナ素子の曲げ加工後の形状と、使用状態の一例を示す図。
【図７】従来の八木式アンテナを用いてダイバーシティ受信を行なう場合の設置例を示す図。
【図８】従来の八木式アンテナを用いてダイバーシティ受信を行なう場合の他の設置例を示す図。
【符号の説明】
１１…取付基板
１２ａ、１２ｂ…入出力接栓
１３…絶縁筒
１４ａ〜１４ｄ…放射素子
１５ａ、１５ｂ…同軸ケーブル
１６ａ〜１６ｄ…反射素子
１７…アーム
１８ａ〜１８ｄ…導波素子
２０…角度可変金具
２１ａ、２１ｂ…固定基板
２２ａ、２２ｂ…可動基板
２３…軸
２４…長穴
２５…ボルト
２６…ナット
２７、２８…ねじ
３１…アンテナ取付金具
３２…支柱
３５…絶縁カバー
３６…水抜き穴
４０…アンテナ素子
４１ａ〜４１ｄ…素子部
４２…素子支持部
４２ａ〜４２ｄ…部材
４３、４４…破線部
４５…凹部
４６…凸部
４７…穴
５０…角アーム
５１…ボルト
５２…ナット[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a polarization diversity antenna device used as an antenna for a mobile communication base station such as a mobile phone.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, an antenna for a mobile communication base station such as a mobile phone normally performs communication by diversity reception using two systems (two branches) or more Yagi antennas in order to improve communication quality. When diversity reception (spatial diversity) is performed using a Yagi-type antenna, it is usually necessary to install two or more antennas at predetermined intervals. However, it may not be installed in an ideal environment due to restrictions such as installation space and aesthetic issues.
[0003]
FIG. 7 shows a conventional installation example in the case of performing diversity reception using a Yagi-type antenna, where (a) is a plan view and (b) is a side view. In the installation example shown in FIG. 7, two Yagi antennas 1 a and 1 b are fixed to the mounting column 3 by the mounting bracket 2. At this time, the two Yagi-type antennas 1a and 1b are arranged at a predetermined interval D in the horizontal direction with respect to the ground so that communication by diversity reception is performed.
[0004]
FIG. 8 shows another installation example in the case of performing diversity reception, where (a) is a plan view and (b) is a side view. In the installation example shown in FIG. 8, two Yagi-type antennas 1a and 1b are fixed to the mounting column 3 by the mounting brackets 2a and 2b as in the case of FIG. At this time, the two Yagi-type antennas 1a and 1b are arranged at a predetermined interval D in a direction perpendicular to the ground so that communication by diversity reception is performed.
[0005]
7 and 8 show a case where the polarization of the two Yagi antennas 1a and 1b is perpendicular to the ground. However, the combination of −45 ° and + 45 ° polarization with respect to the ground, It is also possible to perform polarization diversity reception by a vertical combination.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, the conventional diversity reception method has a plurality of antennas, and if the installation space for the number of antennas cannot be secured, or if a plurality of antennas cannot be installed due to aesthetic issues, diversity reception cannot be performed. There was a problem.
[0007]
Here, the antenna interval D is set to be equal to or greater than a predetermined distance in order to maintain diversity performance and to suppress a path in which a transmission wave from one antenna travels to the receiver via the other antenna. Since it is necessary to suppress the amount of coupling, the antenna interval D cannot be reduced.
[0008]
In general, when the distance between two antennas approaches, there is a problem that the performance of a single unit deteriorates and the polarization plane is significantly disturbed. In particular, in the case of the polarization diversity method, there is no reason to spatially separate them other than to suppress this performance deterioration, and it is ideal to combine them into one if possible, and this is a problem.
[0009]
In addition, since a mobile phone carried by a person does not necessarily have an appropriate antenna angle, it is desired that a linearly polarized wave having an angle of 45 degrees suitable for a mobile phone can be transmitted and received, particularly in the sight range.
[0010]
Another problem is that the shorter the distance between a feature that reflects and scatters radio waves and the mobile station, the higher the spatial correlation between branches unless the antenna spacing D is increased in the spatial diversity method. Since it is difficult to obtain a diversity effect, for example, when communicating with a mobile station located in a narrow space such as in a tunnel, the antenna interval D must be very large. A large installation space was required.
[0011]
In addition, multiple mounting brackets, including mounting brackets, will be required, and these will increase in size. Considering the mechanical strength in terms of mass and wind-receiving load, the mounting struts must be correspondingly large. Further, it is difficult to secure a space, and the appearance is inferior, and the construction workability is not easy.
[0012]
The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and aims to improve coupling loss in a cross-type Yagi antenna and is intended for application to polarization diversity. The focused polarization diversity method uses the difference in the polarization plane of the received wave, and the purpose is achieved if there is no correlation between the received polarizations. Therefore, the spatial correlation between branches like the space diversity system is not required. For these reasons, in Yagi-type antennas for mobile communication base stations such as mobile phones, it is possible to receive diversity transmission and diversity transmission of linearly polarized waves in the installation space for one antenna, and it is small, lightweight, An object of the present invention is to provide a polarization diversity antenna device that is not easily restricted, is economical and aesthetically pleasing, can be attached to either a vertical support or a horizontal support, and has good workability.
Another object of the present invention is to provide a method for manufacturing a diversity antenna that is easy to manufacture and can be reduced in cost.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
The polarization diversity antenna device according to the present invention provides a central axis of two multi-element Yagi antennas, each of which has a square arm with the central axis aligned with the tip of an insulating cylinder, and is composed of a plurality of waveguide elements, radiating elements, and reflecting elements. The center axis of each antenna element that is a pair of the two antennas intersects at the center of each antenna element, and the antenna elements intersect each other. The antenna elements are arranged orthogonally so that is the central axis of the insulating cylinder and the square arm, and the antenna element is arranged at an angle of approximately 45 ° with respect to the ground, and 2 above the insulating cylinder and the square arm. Configure the system antenna,
While mounting the radiating element and the reflective element on the insulating cylinder,
The waveguide element is provided with four comb-shaped element portions connected to each other at a predetermined width and a predetermined interval on a side portion of a rectangular element support portion by a single punch plate, and the rectangular element support portion. The two comb-shaped element portions are bent at a right angle so that the four comb-shaped element portions are positioned in a cross shape on the same plane to form two pairs of waveguide elements. The square arm is mounted on the element support portion bent into the square shape .
[0014]
Diversity reception can be performed with an apparently one antenna by forming two antennas by arranging the antenna elements to be paired orthogonally and arranged in a cross shape as described above. In addition, since the area when the other antenna element is viewed from one antenna element is only the cross-sectional area of the element at the intersection of the central axes of the antenna elements, the electric field component that is coupled even though the antenna elements are close to each other Is suppressed, and good coupling amount characteristics are obtained between the antennas between the two systems. Therefore, diversity reception and diversity transmission is possible in the installation space for one antenna, and linearly polarized waves required for mobile phones can be transmitted and received, and it is compact and lightweight, is not subject to installation location restrictions, and is economical. Can be.
[0015]
Also, by fabricating the antenna element in one piece by bending the element terminal portion and the element supporting portion one vent plate, easier integration with respect to the angular arm together with the support table or the like of the element is not required, Costs can be reduced in all aspects including materials, processing, and integration.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(First embodiment)
FIG. 1 shows a configuration example of a polarization diversity antenna device according to the first embodiment of the present invention, where (a) is a front view, (b) is a left side view, and (c) is a rear view. . In FIG. 1, reference numeral 11 denotes a mounting board formed in a circular shape by an insulating member. Input / output plugs 12 a and 12 b are provided on one surface of the mounting board 11, and an insulating cylinder 13 is provided at the center of the other surface. Is installed. The input / output plugs 12a and 12b are provided by being displaced laterally from the center of the mounting substrate 11 as shown in FIG. The input / output plugs 12a and 12b are silver-plated or gold-plated on the antenna-side central conductor and the feeder-side plug central conductor in order to prevent intermodulation noise. The insulating cylinder 13 has radiating elements 14a and 14b having a length of approximately ¼ wavelength on the outer peripheral surface near the tip so that the central axis thereof coincides with the central axis of the insulating cylinder 13 and is orthogonal to each other. Installing. In this case, the radiating elements 14a and 14b are arranged, for example, at positions that are ± 45 ° with respect to the ground.
[0017]
Further, the insulating cylinder 13 is provided with two dipoles in which radiating elements 14c and 14d are arranged in rotationally symmetric positions with the radiating elements 14a and 14b, and the radiating elements 14a and 14c and the radiating elements 14b and 14d are paired. Configure the antenna. The two systems of dipole antennas are connected to the input / output plugs 12a and 12b by coaxial cables 15a and 15b, respectively. When connecting the dipole antenna and the coaxial cables 15a and 15b, a balanced / unbalanced conversion circuit is appropriately inserted.
[0018]
Next, the angle between the radiating elements 14a to 14d and the mounting substrate 11 is set at a predetermined distance from the radiating elements 14a to 14d and the angle around the central axis of the insulating cylinder 13 is the radiating element 14a. Reflective elements 16a to 16d that are slightly longer than ¼ wavelength are mounted so as to be the same as ˜14d.
[0019]
Further, an arm 17 is provided with the central axis aligned with the tip of the insulating cylinder 13, and the arm 17 has a rotational axis that is the same as that of the radiating elements 14a to 14d so that the angle is the same as that of the radiating elements 14a to 14d. Short waveguide elements 18a to 18d are arranged in a plurality of stages, for example, six stages at a predetermined distance.
[0020]
In the above embodiment, the angle of each element with the central axis of the insulating cylinder 13 and the arm 17 as the rotation axis is 45 °, 135 °, when the upper side of the left side view shown in FIG. 225 ° and 315 °.
[0021]
With the above-described configuration, the reflecting elements 16a and 16c or the reflecting elements 16b and 16d function as a reflector of the Yagi antenna, and the waveguide elements 18a and 18c or the waveguide element 18b, By acting as a director of a Yagi antenna by pairing 18d, two Yagi antennas having directivity sensitivity in the direction of the waveguide can be made as one antenna in appearance. By providing two Yagi-type antennas as described above, it is possible to transmit and receive diversity with one antenna in appearance.
[0022]
In addition, when a person carries a mobile phone, the antenna angle is not always appropriate, but by installing each element at a position of ± 45 ° with respect to the ground, the diversity effect is enhanced, and the line-of-sight distance The probability that the planes of polarization coincide with each other can be increased.
[0023]
In addition, at the intersection of the central axes of two dipoles composed of the radiating elements 14a and 14c and the radiating elements 14b and 14d, the area when the other dipole is viewed from one dipole is only the cross-sectional area of the elements, The electric field component to be coupled is suppressed despite the close state, and even when the Yagi type antenna is configured, the coupling amount between the two systems is suppressed and the operation is good. As a result, transmission / reception of linearly polarized waves necessary for the mobile phone becomes possible.
[0024]
FIG. 2 shows the coupling amount characteristic between the two Yagi antennas according to the first embodiment. A good coupling amount characteristic of −27 dB or less is obtained in the frequency band of the center frequency fo ± 5%. It is done.
[0025]
Since a good coupling amount characteristic can be obtained as described above, a transmission wave can be placed on one branch of the reception diversity antenna, and can be used as a transmission diversity antenna. Therefore, even if the transmitter specifications, performance, or restrictions are severe, transmission diversity can be performed. As a result, for example, it is possible to cope with transmission diversity of W-CDMA and is sufficient for next-generation equipment. It is possible.
[0026]
In the first embodiment, the angle of each element with the central axis of the insulating cylinder 13 and the arm 17 as the rotation axis is 45 ° when the upper side of the left side view shown in FIG. , 135 °, 225 °, and 315 ° are shown, but for example, 0 °, 90 °, 180 °, and 270 ° may be set, that is, each element may be set horizontally and vertically. Further, the angle of each element with the central axis of the insulating cylinder 13 and the arm 17 as the rotation axis may be other angles as long as the angle between adjacent elements is 90 °.
[0027]
In the first embodiment, the case where the arm for mounting the antenna element is configured by the insulating cylinder 13 and the arm 17 has been described. However, all the antenna elements are mounted on one insulating cylinder or arm. Of course, it may be.
[0028]
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described.
FIG. 3A is a plan view of a polarization diversity antenna device according to the second embodiment of the present invention, and FIG. 3B is a front view thereof. The second embodiment shows a configuration example in the case where the polarization diversity antenna shown in the first embodiment is attached to a support column with a mounting bracket.
[0029]
First, the length of the input / output plugs 12a, 12b from the mounting surface to the mounting substrate 11 and the distance between the input / output plugs 12a, 12b are approximately 2.5 times or more the outer diameter of the input / output plugs 12a, 12b. Set to. Then, the antenna mounting bracket 31 is attached to one surface of the mounting substrate 11, that is, the center portion of the surface where the input / output plugs 12a and 12b are provided via the angle variable bracket 20, and the antenna mounting bracket 31 is attached to the column. 32. In this case, as shown in FIG. 3A, the antenna mounting bracket 31 is arranged offset to the opposite side of the input / output plugs 12a and 12b with respect to the antenna central axis to improve workability.
[0030]
The angle-variable metal fitting 20 has two fixed substrates 21a and 21b arranged at a predetermined interval, and movable substrates 22a and 22b are provided inside thereof, and the bases of the movable substrates 22a and 22b are fixed by a shaft 23. It attaches to the board | substrates 21a and 21b so that rotation is possible. Further, the fixed substrates 21 a and 21 b are provided with arc-shaped elongated holes 24 on the distal end side, and the movable substrates 22 a and 22 b are held by bolts 25 and nuts 26 at the portions of the elongated holes 24. That is, when the bolts 25 and nuts 26 are loosened, the movable substrates 22a and 22b can move within the range of the long holes 24. By tightening the bolts 25 and nuts 26, the movable substrates 22a and 22b are moved to the fixed substrates 21a and 21b. Fixed.
[0031]
The fixed substrates 21a and 21b are fixed to the antenna mounting bracket 31 with screws 27 and the like, and the movable substrates 22a and 22b are attached to the mounting substrate 11 with screws 28 at the tips protruding from the fixed substrates 21a and 21b.
[0032]
When the bolt 25 and the nut 26 are loosened, the angle variable bracket 20 can move the movable substrates 22a and 22b within the range of the long hole 24. Therefore, the antenna can be moved in the vertical direction shown in FIG. Direction adjustment in consideration of a desired service area becomes possible. After adjusting the direction of the antenna, the bolt 25 and the nut 26 are tightened and fixed.
[0033]
By providing the variable angle bracket 20 between the mounting substrate 11 and the antenna mounting bracket 31 as described above, the direction of the antenna can be arbitrarily adjusted. Further, the length of the input / output plugs 12a, 12b from the mounting surface to the mounting substrate 11 and the distance between the input / output plugs 12a, 12b are approximately 2.5 times or more the outer diameter of the input / output plugs 12a, 12b. In addition, the antenna mounting bracket 31 is offset from the antenna center axis on the side opposite to the input / output plugs 12a and 12b, thereby improving workability such as connection of an external cable and waterproof taping work. be able to.
[0034]
Furthermore, since the antenna element according to this embodiment is 90 ° rotationally symmetric with respect to the antenna central axis, the entire antenna including the antenna mounting bracket 31 is rotated by 90 ° or −90 ° with respect to the antenna central axis. Thus, the antenna element can be attached to either the vertical column 32 or the horizontal column without changing the installation angle of the antenna element with respect to the ground.
[0035]
(Third embodiment)
Next, a third embodiment of the present invention will be described.
FIG. 4A is a plan view of a polarization diversity antenna device according to the third embodiment of the present invention, and FIG. 4B is a front view thereof. In the third embodiment, the entire antenna element portion is covered with, for example, a cylindrical insulating cover 35 in the second embodiment. At both ends of the insulating cover 35, drain holes 36 are provided in advance at the lowermost part and one side part, but they are plugged (not shown) at the time of manufacture. This plug can be attached and detached arbitrarily. When the completed polarization diversity antenna device is actually mounted on a vertical or horizontal support column, the plugs for the two drain holes 36 located on the lower side of the drain holes 36 in the above-described connection state. To remove the water and have the function of draining water.
[0036]
When the antenna element portion is covered with the insulating cover 35 as described above, as described in the second embodiment, the length of the input / output plugs 12a, 12b from the mounting surface to the mounting substrate 11 and the input / output plugs 12a, By setting the distance between 12b to approximately 2.5 times or more the outer diameter of the input / output plugs 12a, 12b, the attaching operation of the insulating cover 35 can be easily performed.
[0037]
Further, by providing a drain hole 36 in advance at the bottom and one side of the insulating cover 35, even when the antenna device is rotated by 90 ° in accordance with the installation conditions of the antenna, it is positioned on the lower side by the rotation. The draining action can be provided by simply removing the plug of the draining hole 36.
[0038]
By covering the entire antenna element portion with the insulating cover 35 as described above, the antenna strength against the flying object from the outside can be improved, and the weather resistance is enhanced and the deterioration of the performance due to snowfall, rainfall, etc. is suppressed, and aesthetically pleasing. Can also be excellent.
[0039]
(Fourth embodiment)
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described.
FIGS. 5A and 5B show a method for manufacturing a diversity antenna according to the fourth embodiment of the present invention. FIG. 5A is a front view showing a developed view of the antenna element structure, and FIG. 5B is a bottom view. FIGS. 6A and 6B show an example of a bent shape of the antenna element configured in FIG. 5 and an example of a usage state. FIG. 6A is a plan view, FIG. 6B is a front view, and FIG. Is a left side view. In the fourth embodiment, the antenna elements such as the waveguide elements 18a to 18d shown in the above embodiments are each formed by processing a single plate.
[0040]
That is, as shown in FIGS. 5 and 6, two antenna elements 41 a to 41 d and an element supporting portion 42 are manufactured by bending one punched plate to produce an integrated antenna element 40 and attached to the square arm 50. It is comprised as follows.
[0041]
As shown in FIG. 5, the element support portion 42 includes four members 42 a to 42 d and is bent at a broken line portion 43. Then, two pairs of element portions 41a to 41d are connected to one side of the members 42a and 42c in a comb shape at a predetermined interval, and are bent outward at the broken line portion 44. A concave portion 45 is formed at the base of the member 42a and a convex portion 46 is formed at the tip of the member 42d. The concave portion 45 and the convex portion 46 are engaged when bent. The members 42a and 42c are provided with holes 47 for bolt insertion.
[0042]
In the above-described configuration, the element support portion 42 is formed into a square shape by bending the members 42a to 42d by 90 ° inward at the broken line portion 43, and the element portions 41a to 41d are 90 ° outward from the broken line portion 44. The antenna element 40 is completed by bending and positioning it in a cross shape on the same plane.
[0043]
Next, as shown in FIG. 6, the corner arm 50 is inserted into the element support portion 42 of the completed antenna element 40, and the hole 47 of the element support portion 42 is provided at a predetermined position of the corner arm 50. (Not shown) and fixed with bolts 51 and nuts 52. As a result, the two pairs of element portions 41 a to 41 d are arranged so as to be orthogonal to the square arm 50 in a cross shape. A plurality of the antenna elements 40 are attached to the square arm 50 at a predetermined interval to form a waveguide element, thereby completing the polarization diversity antenna apparatus as shown in the above embodiments. Although only the configuration of the waveguide element has been described here, it can also be configured for a reflective element depending on the application.
[0044]
As described above, the antenna element 40 is manufactured as a single body by bending the element portions 41a to 41d and the element support portion 42 with one punched plate, and the antenna having the square-shaped support structure with respect to the square arm 50. The element structure eliminates the need for an element support base and facilitates the incorporation into the corner arm 50, enabling cost reduction in all aspects such as materials, processing, and incorporation, and good yields. As a result, the coupling loss can be improved.
[0045]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the present invention, the four antenna elements are arranged in a cross shape to form two systems of antennas, so that it is possible to perform diversity reception with one antenna in appearance. In addition, since the area when the other antenna element is viewed from one antenna element is only the cross-sectional area of the element at the intersection of the central axes of the antenna elements, the electric field component that is coupled even though the antenna elements are close to each other Is suppressed, and a good coupling amount characteristic is obtained between the antennas between the two systems. Therefore, it is possible to place a transmission wave on one branch of the reception diversity antenna, and it can be used as a transmission diversity antenna. In other words, diversity reception and diversity transmission are possible in the installation space for one antenna, and linearly polarized waves required for mobile phones can be transmitted and received. A great effect is obtained.
[0046]
Further, since each antenna element is formed to be 90 ° rotationally symmetric with respect to the antenna central axis, by rotating the entire antenna including the antenna mounting bracket by 90 ° or −90 ° with respect to the antenna central axis, The antenna element can be mounted on either a vertical column or a horizontal column without changing the installation angle of the antenna element with respect to the ground.
[0047]
In addition, the diversity antenna manufacturing method according to the present invention is such that an antenna element is manufactured as a single piece by bending an element part and an element support part with a single punch plate, and a square-shaped support structure is formed with respect to a square arm. The combined antenna element structure eliminates the need for an element support base and makes it easy to incorporate into a square arm, enabling cost reductions in all aspects, including materials, processing, and assembly, and yield. It can be improved and the coupling loss can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of a polarization diversity antenna device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a view showing a coupling amount characteristic between antennas in the embodiment.
FIG. 3 is a configuration diagram of a polarization diversity antenna device according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a configuration diagram of a polarization diversity antenna device according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a development view of an antenna element structure according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a view showing an example of a shape after bending an antenna element and an example of a usage state in the embodiment.
FIG. 7 is a diagram showing an installation example in the case of performing diversity reception using a conventional Yagi type antenna.
FIG. 8 is a diagram showing another installation example in the case of performing diversity reception using a conventional Yagi type antenna.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Mounting board 12a, 12b ... Input-output connector 13 ... Insulating cylinder 14a-14d ... Radiation element 15a, 15b ... Coaxial cable 16a-16d ... Reflective element 17 ... Arm 18a-18d ... Waveguide element 20 ... Angle variable metal fitting 21a , 21b ... fixed substrate 22a, 22b ... movable substrate 23 ... shaft 24 ... long hole 25 ... bolt 26 ... nut 27, 28 ... screw 31 ... antenna mounting bracket 32 ... support 35 ... insulating cover 36 ... drain hole 40 ... antenna element 41a-41d ... element part 42 ... element support part 42a-42d ... members 43, 44 ... broken line part 45 ... concave part 46 ... convex part 47 ... hole 50 ... square arm 51 ... bolt 52 ... nut

Claims

絶縁筒の先端に中心軸を合わせて角アームを設け、複数の導波素子、放射素子及び反射素子からなる２基の多素子八木式アンテナの中心軸を前記絶縁筒及び角アームの中心軸に一致させ、前記２基のアンテナの対となる各アンテナ素子の中心軸が各アンテナ素子の中央で交差し、かつ前記各アンテナ素子の交差している点が前記絶縁筒及び角アームの中心軸となるように前記アンテナ素子を直交配置し、更に前記アンテナ素子は、大地に対してほぼ４５°の角度で配置して前記絶縁筒及び角アーム上に２系統のアンテナを構成し、
前記放射素子及び反射素子を前記絶縁筒に装着すると共に、
前記導波素子は、１枚の抜き板により長方形状の素子支持部の側部に所定の幅と所定の間隔で４枚のくし状の素子部を連接して設け、前記長方形状の素子支持部を角型形状に折曲げ加工すると共に、前記４枚のくし状の素子部を同一平面上で十字状に位置するように外側に直角に曲げ加工して２対の導波素子を構成し、前記角型形状に折曲げ加工された素子支持部にて前記角アームに装着することを特徴とする偏波ダイバーシティアンテナ装置。A square arm is provided by aligning the central axis with the tip of the insulating cylinder, and the central axis of two multi-element Yagi antennas composed of a plurality of waveguide elements, radiating elements and reflecting elements is used as the central axis of the insulating cylinder and the angular arm. The center axis of each antenna element that is a pair of the two antennas intersects at the center of each antenna element, and the point at which each antenna element intersects is the center axis of the insulating cylinder and the square arm the antenna elements orthogonally arranged such that, further the antenna elements constitute two systems of antennas on the insulating tube and the angular arm arranged at an angle of approximately 45 ° to the ground,
While mounting the radiating element and the reflective element on the insulating cylinder ,
The waveguide element is provided with four comb-shaped element portions connected to each other at a predetermined width and a predetermined interval on a side portion of a rectangular element support portion by a single punch plate, and the rectangular element support portion. The two comb-shaped element portions are bent at a right angle so that the four comb-shaped element portions are positioned in a cross shape on the same plane to form two pairs of waveguide elements. The polarized wave diversity antenna device is attached to the square arm by an element support portion bent into the square shape .