JP6089924B2 - アンテナ装置 - Google Patents

Description

本発明は、移相器によって移相量が付与された高周波信号を複数のアンテナ素子に給電するアンテナ装置に関する。

従来のアンテナ装置として、例えば回転形移相器と所定の長さの移相量調整用伝送線路とを組み合わせ、チルト角の変更を回転形移相器の回転角の調整によって行うものがある。このアンテナ装置は、入力端子に入力された励振電力を電力分配器で分配し、この分配された電力を回転形移相器に入力し、回転形移相器の出力を移相調整用伝送線路に入力し、移相調整用伝送線路の出力を給電線路を介してアンテナ素子に給電する構成を有している（例えば、特許文献１参照）。

特許第３２３１９８５号公報

しかし、従来のアンテナ装置は、給電線路として中心導体と外部導体を誘電体で絶縁する同軸ケーブルを用いるため、この同軸ケーブルにおける誘電体損失を無視することができず、アンテナ装置の高効率化には限界があった。また、電力分配器、移相調整用伝送線路、及び給電線路の線路構造が相違していると、それらの接続部においても無視できない損失が発生する場合があった。

そこで、本発明は、アンテナ素子に電力を供給する給電線路の誘電体損失を低く抑えることによって高効率化を図り、また伝送線路の接続部を省略可能にして損失の発生を抑えるようにしたアンテナ装置を提供することを目的とする。

本発明は、上記の目的を達成するため、高周波信号が入力あるいは出力される入出力部と、前記入出力部に入力された前記高周波信号を複数の高周波信号に分配する分配部と、前記複数の高周波信号に所定の移相量を付与する移相部と、前記所定の移相量を付与された前記複数の高周波信号を複数のアンテナ素子に給電して前記複数のアンテナ素子に前記複数の高周波信号を輻射させる給電部とを備え、前記給電部は、一対の平行な板状の外部導体の間に中心導体を配置したトリプレート線路によって構成されており、前記移相部は、一対の平行な板状の外部導体の間に中心導体を配置したトリプレート線路であって、前記中心導体を挟んでその上下に部分的に前記中心導体の長手方向に沿ってかつ前記移相部の長手方向に沿って移動可能に設けられた第１及び第２の誘電体を備え、前記第１及び第２の誘電体は前記移相部の長手方向に沿った移動方向に沿って変化する幅を有する誘電体挿入型移相器によって構成される、アンテナ装置を提供する。

本発明に係るアンテナ装置によれば、アンテナ素子に電力を供給する給電線路の誘電体損失を低く抑えることによって高効率化を図り、また伝送線路の接続部を省略可能にして損失の発生を抑えることができる。

（ａ）は、本発明の実施の形態に係る携帯電話基地局用アンテナ装置を示すブロック図である。（ｂ）は、携帯電話基地局用アンテナ装置において、分配器用トリプレート線路が誘電体挿入型移相器用トリプレート線路を含むことを示すブロック図である。 携帯電話基地局用アンテナ装置を示す斜視図である。 携帯電話基地局用アンテナ装置における第１グランド板（第１外部導体）上のアンテナ素子を示す斜視図である。 図３のアンテナ素子を拡大して示す斜視図である。 携帯電話基地局用アンテナ装置における第２グランド板（第２外部導体）上の直動モータユニット及び連結棒等を示す斜視図である。 携帯電話基地局用アンテナ装置における第１グランド板（第２外部導体）上のトリプレート線路等を示す斜視図である。 携帯電話基地局用アンテナ装置における誘電体挿入型移相器を示す斜視図である。 図７における誘電体挿入型移相器を示す平面図である。 図７における誘電体挿入型移相器を示す断面図である。 （ａ）は、携帯電話基地局用アンテナ装置におけるトリプレート線路を示す断面図である。（ｂ）は、（ａ）におけるトリプレート線路の中心導体を示す平面図である。 （ａ）は、第１高インピーダンス部を設けたことによる特性インピーダンスの移動を示す説明図である。（ｂ）は、被支持部を設けたことによる特性インピーダンスの移動を示す説明図である。（ｃ）は、第２高インピーダンス部を設けたことによる特性インピーダンスの移動を示す説明図である。 （ａ）は、被支持部の線路幅を拡大したことによる第１高インピーダンス部における特性インピーダンスの変化を示す説明図である。（ｂ）は、被支持部の線路幅を拡大したことによる被支持部における特性インピーダンスの変化を示す説明図である。（ｃ）は、被支持部の線路幅を拡大したことによる第２高インピーダンス部における特性インピーダンスの変化を示す説明図である。

図１（ａ）は、本発明の実施の形態に係る携帯電話基地局用アンテナ装置１の概略の構成例を示すブロック図である。この携帯電話基地局用アンテナ装置１は、高周波信号送受信端子１０、分配器用トリプレート線路１１、誘電体挿入型移相器用トリプレート線路１２、給電線用トリプレート線路１３、及びアレイ状にアンテナ素子を配置したアンテナ素子アレイ１４を含んでいる。

この構成において、高周波信号送受信端子１０に高周波送信信号としての励振電力を入力すると、この励振電力が分配部としての分配器用トリプレート線路１１によって分配される。この分配された励振電力は、それぞれに対応する移相部としての誘電体挿入型移相器用トリプレート線路１２によって所定の移相量を与えられ、それぞれに対応する給電部としての給電線路用トリプレート線路１３に入力される。このようにして複数の給電線路用トリプレート線路１３に供給された励振電力は、アンテナ素子アレイ１４のそれぞれに対応するアンテナ素子に給電され、このアンテナ素子から所定の指向性を有して輻射される。

図１（ｂ）は、図１（ａ）のブロック図をより具体的に示した携帯電話基地局用アンテナ装置１の構成例を示す図である。この携帯電話基地局用アンテナ装置１は、図示しない高周波回路等から出力される高周波信号が入力される高周波信号送受信端子１０と、高周波信号送受信端子１０に入力された高周波信号を分配する分配器用トリプレート線路１１と、誘電体挿入型移相器１２ａ〜１２ｆが形成された誘電体挿入型移相器用トリプレート線路１２と、複数のアンテナ素子１４ａ〜１４ｈが形成されたアンテナ素子アレイ１４とを有する。

なお、図１（ｂ）には、一例として、６個の移相器および８個のアンテナ素子が図示されているが、移相器およびアンテナ素子の個数は図示されている個数に限定されるものではない。また、図１（ａ）では、便宜上、分配器用トリプレート線路１１と誘電体挿入型移相器用トリプレート線路１２とを分けて説明しているが、本実施の形態では、図１（ｂ）に示すように、分配器用トリプレート線路１１が誘電体挿入型移相器用トリプレート線路１２を含む態様で構成されている。

図２は、携帯電話基地局用アンテナ装置１の外観を示す斜視図である。携帯電話基地局用アンテナ装置１は、上記の高周波信号送受信端子１０、分配器用トリプレート線路１１、誘電体挿入型移相器用トリプレート線路１２、給電線路用トリプレート線路１３、アンテナ素子アレイ１４等を円筒状のリドーム２２に収容して構成されている。

リドーム２２は、両端をアンテナキャップ２３ａ，２３ｂによって閉塞されており、その長手方向が鉛直方向となるように取り付け金具２１ａ，２１ｂによってアンテナ塔等に取り付けられる。アンテナキャップ２３ｂは、後述する直動モータユニット（図５において符号５３で示す）に外部電源を供給するためのコネクタ２４と、図１（ａ），（ｂ）のアンテナ素子アレイ１４を構成する後述するアンテナ素子（図３において符号３２で示す）に励振電力を供給するための同軸ケーブルアダプタ２５ａ，２５ｂとを有する。この同軸ケーブルアダプタ２５ａ，２５ｂは、高周波信号送受信端子１０として機能する。

図３は、リドーム２２内において、第１グランド板３０上に配置されたアンテナ素子３２を示す斜視図である。

このアンテナ素子３２は、水平偏波アンテナ素子３２ａと垂直偏波アンテナ素子３２ｂとを有し、水平偏波アンテナ素子３２ａは、同軸ケーブルアダプタ２５ａに接続された後述する水平偏波用同軸ケーブル（図５において、符号５５ａで示す）に対応し、垂直偏波アンテナ素子３２ｂは、同軸ケーブルアダプタ２５ｂに接続された後述する垂直偏波用同軸ケーブル（図５において、符号５５ｂで示す）に対応する。また、第１グランド板３０は、その長手方向に直交する幅方向の両側に、側板３３ａ，３３ｂを有している。

図４は、第１グランド板３０上に配置されたアンテナ素子３２を拡大して示す斜視図である。

平偏波アンテナ素子３２ａは、ボルト・ナット４２ａによってＬ字状の取り付け金具４１ａを介して第１グランド板３０に取り付けられている。垂直偏波アンテナ素子３２ｂは、ボルト・ナット４２ｂによってＬ字状の取り付け金具４１ｂを介して第１グランド板３０に取り付けられている。水平偏波アンテナ素子３２ａ及び垂直偏波アンテナ素子３２ｂには、誘電体基板上に図略の導体パターンが形成され、この導体パターンに給電線用トリプレート線路１３が図略の導線によって接続されている。

第１グランド板３０は、水平偏波アンテナ素子３２ａ及び垂直偏波アンテナ素子３２ｂから放射される電波を反射する反射板として機能する。この第１グランド板３０には、後述する誘電体支持ピン６１をガイドする長穴としての複数のスリット４３が形成されている。

図５は、リドーム２２を取り外した携帯電話基地局用アンテナ装置１を図３とは反対側から見た状態を示す斜視図である。

図５に示すように、携帯電話基地局用アンテナ装置１は、アンテナ素子３２が配列された第１グランド板３０に対して所定の間隔を有して平行に配置された第２グランド板５０と、連結棒ガイド５１ａ，５１ｂによってガイドされ、後述する誘電体支持ピン６１に連結されてこの支持ピン６１を第１グランド板３０の長手方向に移動させる連結棒５２ａ，５２ｂと、モータユニット用ケーブル５３によって駆動電源が供給される直動モータユニット５４と、第１グランド板３０と第２グランド板５０をトリプレート線路の一対の外部導体とし、その間に位置する後述する中心導体（図６において符号４０で示す）に信号を供給する水平偏波用同軸ケーブル５５ａ及び垂直偏波用同軸ケーブル５５ｂと、台座５７上に配置され、チルト角を設定するためのチルト設定基板５６とを有している。

図６は、図５においてさらに第２グランド板５０を取り外し、第１グランド板３０と第２グランド板５０との間に挟まれた部分の構成を示す斜視図である。

第１グランド板３０と第２グランド板５０との間には、図１（ａ），（ｂ）で説明した分配器用トリプレート線路１１、誘電体挿入型移相器用トリプレート線路１２、及び給電線路用トリプレート線路１３の中心導体４０が配置されている。図６に示すように、本実施の形態では、分配器用トリプレート線路１１、誘電体挿入型移相器用トリプレート線路１２、及び給電線路用トリプレート線路１３が、一連のトリプレート線路によって構成されている。

中心導体４０は、後述するインピーダンス整合用の誘電体スペーサ６０（図１０（ａ），（ｂ）において符号６０で示す）によって第１グランド板３０と第２グランド板５０との間に平行に配置されている。中心導体４０は、例えば銅などの金属材料から構成される。

また、中心導体４０は、その一部が前述の移相器１２ａ〜１２ｆを構成する第１誘電体板７１及び第２誘電体板７２を有する誘電体組立体６２における第１及び第２誘電体板７１，７２の間に挟まれている。この誘電体組立体６２は、誘電体支持ピン６１を介して連結棒５２ａ，５２ｂによって第１グランド板３０の長手方向に移動可能である。

図７は、図１（ｂ）で示した移相器１２ａ〜１２ｆのうち、移相器１２ａの構成例を示す斜視図である。なお、移相器１２ｂ〜１２ｆも、移相器１２ａと同様に構成されている。

この移相器１２ａは、中心導体４０と、第１誘電体板７１及び第２誘電体板７２と、第１グランド板３０及び第２グランド板５０とを構成要素として有している。第１誘電体板７１は中心導体４０の第１主面に対向して配置され、第２誘電体板７２は中心導体４０の第２主面に対向して配置されている。以下の説明では、便宜上、中心導体４０の第１主面を“表面”（おもてめん）、第２主面を“裏面”と呼んで区別する場合がある。

第１誘電体板７１及び第２誘電体板７２は、移相器１２ａの長手方向に一体的に移動可能である。第１グランド板３０は、第１誘電体板７１を挟んで中心導体４０の表面側に配置され、第２グランド板５０は、第２誘電体板７２を挟んで中心導体４０の裏面側に配置されている。すなわち、第１誘電体板７１及び第２誘電体板７２は、中心導体４０を挟んで第１グランド板３０と第２グランド板５０との間に配置されている。なお、図７では、説明のために第１グランド板３０を図面上方に移動した状態を図示している。

図８は、移相器１２ａを第２グラント５０上で平面的に示す平面図である。

中心導体４０は、移相器１２ａの長手方向一端側に信号入力端４０ａを有し、移相器１２ａの長手方向他端側に信号出力端４０ｉを有し、かつ信号入力端４０ａと信号出力端４０ｉとの間を繋ぐ導体線路を有している。この導体線路上には、移相器１２ａの長手方向（図８に示す移相回路長手方向）に対して交差する方向（例えば本実施の形態では移相器１２ａの長手方向に直交する方向）に延在する複数の交差部と、移相器１２ａの長手方向に対して平行な方向に延在する複数の接続部とが設けられている。換言すれば、導体線路は、複数の交差部とそれら交差部同士を繋ぐ接続部とから構成されている。本実施の形態における中心導体４０は、第１交差部４０ｃ、第２交差部４０ｅ、及び第３交差部４０ｇ、ならびに第１接続部４０ｂ、第２接続部４０ｄ、第３接続部４０ｆ、及び第４接続部４０ｈを含んでいる。

第１交差部４０ｃの一端は、第１接続部４０ｂを通じて、信号入力端４０ａに繋がっている。第１交差部４０ｃの他端は、第２接続部４０ｄを通じて、第２交差部４０ｅの一端に繋がっている。第２交差部４０ｅの他端は、第３接続部４０ｆを通じて、第３交差部４０ｇの一端に繋がっている。第３交差部４０ｇの他端は、第４接続部４０ｈを通じて、信号出力端４０ｉに繋がっている。

換言すれば、第１接続部４０ｂと第１交差部４０ｃは、平面視においてＬ字状に繋がっている。第１交差部４０ｃ、第２接続部４０ｄ、及び第２交差部４０ｅは、平面視においてコ字状（Ｕ字状）に繋がっている。第２交差部４０ｅ、第３接続部４０ｆ、及び第３交差部４０ｇは、平面視においてコ宇状（Ｕ字状）に繋がっている。第３交差部４０ｇと第４接続部４０ｈは、平面視においてＬ字状に繋がっている。

なお、Ｌ字状とは、Ｌ字の他、おおよそＬ字に近い形状なども含むものとする。同様に、コ字状（Ｕ字状）とは、コ字（Ｕ字）の他、おおよそコ字（Ｕ字）に近い形状なども含むものとする。

以上のように、中心導体４０は、信号入力端４０ａから、第１接続部４０ｂ、第１交差部４０ｃ、第２接続部４０ｄ、第２交差部４０ｅ、第３接続部４０ｆ、第３交差部４０ｇ、および第４接続部４０ｈを経て、信号出力端４０ｉまで繋がった線路構造となっている。すなわち、中心導体４０は、ミアンダ状に繋がる第１接続部４０ｂ、第１交差部４０ｃ、第２接続部４０ｄ、第２交差部４０ｅ、第３接続部４０ｆ、第３交差部４０ｇ、及び第４接続部４０ｈから構成される導体線路を含み、この導体線路上には２つのコ宇状（Ｕ字状）の部分が設けられている。また、各接続部の外側の角は、面取りされている。

第１誘電体板７１及び第２誘電体板７２は、中心導体４０を表面および裏面から挟んでいる。すなわち、第１誘電体板７１および第２誘電体板７２は、中心導体４０の交差部に部分的に重なり合うように配置されている。具体的には、第１誘電体板７１は、中心導体４０の表面側に、この中心導体４０に対向して、中心導体４０の第１〜第３交差部４０ｃ，４０ｅ，４０ｇに一部が重なり合うように配置されている。また、第２誘電体板７２は、中心導体４０の裏面側に、この中心導体４０に対向して、中心導体４０の第１〜第３交差部４０ｃ，４０ｅ，４０ｇに一部が重なり合うように配置されている。

そして、第１誘電体板７１及び第２誘電体板７２は、移相器１２ａの長手方向に移動可能である。すなわち、第１誘電体板７１及び第２誘電体板７２は、中心導体４０の第１〜第３交差部４０ｃ，４０ｅ，４０ｇが延在する方向に対して直交する方向に移動可能である。また、第１誘電体板７１と第２誘電体板７２とは、互いに一方の端部である第１支持部７１ａ，７２ａと他方の端部である第２支持部７１ｅ，７２ｅとでそれぞれ結合され、同一方向に一体的に移動するように構成されている。

第１及び第２誘電体板７１，７２は、第１交差部４０ｃに部分的に重なり合う第１重複部７１ｂ，７２ｂと、第２交差部４０ｅに部分的に重なり合う第２重複部７１ｃ，７２ｃと、第３交差部４０ｇに部分的に重なり合う第３重複部７１ｄ，７２ｄとを有している。これらの第１〜第３重複部７１ｂ，７２ｂ，７１ｃ，７２ｃ，７１ｄ，７２ｄは、それぞれ、例えば、平面視において三角形ないし略三角形の形状を有する。

より具体的には、第１重複部７１ｂ，７２ｂの平面形状は、図８に示すように、頂点Ａ，Ｂ，Ｃを有する直角三角形状である。以下の説明では、頂点Ａと頂点Ｃとを結ぶ辺を斜辺、頂点Ａと頂点Ｂとを結ぶ辺を長い隣辺、頂点Ｂと頂点Ｃとを結ぶ辺を短い隣辺と呼ぶ。第２重複部７１ｃ，７２ｃの平面形状は、頂点Ｄ，Ｅ，Ｆを有する二等辺三角形状である。以下の説明では、頂点Ｅと頂点Ｆとを結ぶ辺を底辺、頂点Ｄと頂点Ｅとを結ぶ辺を一方の等辺、頂点Ｄと頂点Ｆとを結ぶ辺を他方の等辺と呼ぶ。第３重複部７１ｄ，７２ｄの平面形状は、頂点Ｇ，Ｈ，Ｉを有する直角三角形状である。以下の説明では、頂点Ｇと頂点Ｉとを結ぶ辺を斜辺、頂点Ｇと頂点Ｈとを結ぶ辺を長い隣辺、頂点Ｈと頂点Ｉとを結ぶ辺を短い隣辺と呼ぶ。

なお、直角三角形状とは、直角三角形の他、おおよそ直角三角形に近い形状なども含むものとする。同様に二等辺三角形状とは、二等辺三角形の他、おおよそ二等辺三角形に近い形状なども含むものとする。また、直角三角形の長い隣辺、短い隣辺とは、２つの隣辺のうち、それぞれ長さが長い方を長い隣辺、短い方を短い隣辺とする。同様に、二等辺三角形の一方の等辺、他方の等辺とは、２つの等辺のうち、それぞれ１つの方を一方の等辺、もう１つの方を他方の等辺とする。

さらに、第１重複部７１ｂ，７２ｂの頂点Ａは、第１支持部７１ａ，７２ａに繋がっている。第１重複部７１ｂ，７２ｂの頂点Ｂは、第２重複部７１ｃ，７２ｃの頂点Ｄに繋がっている。第２重複部７１ｃ，７２ｃの頂点Ｅと頂点Ｆを結ぶ底辺の中間部は、第３重複部７１ｄ，７２ｄの頂点Ｇに繋がっている。第３重複部７１ｄ，７２ｄの頂点Ｈは、第２支持部７１ｅ，７２ｅに繋がっている。これらの各部の問は、それぞれ、互いに連結を可能にする形状の連結部を介して繋がっている。第１支持部７１ａ，７２ａ及び第２支持部７１ｅ，７２ｅは、例えば、平面視において正方形の形状を有する。

そして、第１及び第２誘電体板７１，７２において、第１支持部７１ａ，７２ａ及び第２支持部７１ｅ，７２ｅを移相器１２ａの長手方向に移動させることにより、第１重複部７１ｂ，７２ｂ、第２重複部７１ｃ，７２ｃ、及び第３重複部７１ｄ，７２ｄを移相器１２ａの長手方向に移動させることができる。

第１及び第２誘電体板７１，７２は、中心導体４０に対して以下のような配置となっている。すなわち、第１重複部７１ｂ，７２ｂの頂点Ａと頂点Ｂとを結ぶ長い隣辺は、第１交差部４０ｃの延びる方向に対して直交する。第１重複部７１ｂ，７２ｂの頂点Ａと頂点Ｃとを結ぶ斜辺は、第１交差部４０ｃの延びる方向に対して９０°未満の第１角度（例えば６５°）で交差する。第２重複部７１ｃ，７２ｃの頂点Ｄと頂点Ｆとを結ぶ他方の等辺は、第２交差部４０ｅの延びる方向に対して、９０°未満の第２角度（例えば６５°）で交差する。

また、第２重複部７１ｃ，７２ｃの頂点Ｄと頂点Ｅとを結ぶ一方の等辺は、第２交差部４０ｅの延びる方向に対して、９０°未満の第３角度（例えば６５°）で交差する。第３重複部７１ｄ，７２ｄの頂点Ｇと頂点Ｉとを結ぶ斜辺は、第３交差部４０ｇの延びる方向に対して、９０°未満の第４角度（例えば６５°）で交差する。第３重複部７１ｄ，７２ｄの頂点Ｇと頂点Ｈとを結ぶ長い隣辺は、第３交差部４０ｇの延びる方向に対して直交する。

またさらに、第１および第２誘電体板７１，７２は、第１重複部７１ｂ，７２ｂの頂点Ａと頂点Ｂとを結ぶ長い隣辺と、第３重複部７１ｄ，７２ｄの頂点Ｇと頂点Ｈとを結ぶ長い隣辺とが同一の直線上に配置されている。なお、この頂点Ａと頂点Ｂとを結ぶ長い隣辺と、頂点Ｇと頂点Ｈとを結ぶ長い隣辺の配置は、直線に限らず、隣辺同士が平行に配置される構成でも良い。

以上のように、第１及び第２誘電体板７１，７２は、第１支持部７１ａ，７２ａから、第１重複部７１ｂ，７２ｂ、第２重複部７１ｃ，７２ｃ、及び第３重複部７１ｄ，７２ｄを経て、第２支持部７０ｅ，７０ｅまで繋がった板状体である。

以上のように構成される移相器１２ａにおいては、第１および第２誘電体板７１，７２を移相器１２ａの長手方向に移動させると、この第１及び第２誘電体板７１，７２の第１〜第３重複部７１ｂ，７２ｂ，７１ｃ，７２ｃ，７１ｄ，７２ｄと中心導体４０の第１〜第３交差部４０ｃ，４０ｅ，４０ｇとが重なり合う面積（重複面積）が変化し、中心導体４０の信号入力端４０ａから入力される信号の位相が制御される。すなわち、中心導体４０の信号入力端４０ａに入力された信号に対して位相が進められた信号、又は位相が遅らされた信号が信号出力端４０ｉから出力される。

図８に示される第１及び第２誘電体板７１，７２は、これら第１及び第２誘電体板７１，７２の可動範囲の中間位置にある。この中間位置を基準とすると、第１及び第２誘電体板７１，７２が図８の紙面下方向の可動範囲端まで移動したときに、第１〜第３重複部７１ｂ，７２ｂ，７１ｃ，７２ｃ，７１ｄ，７２ｄと第１〜第３交差部４０ｃ，４０ｅ，４０ｇとの重複面積が最小になり、第１及び第２誘電体板７１，７２が図８の紙面上方向の可動範囲端まで移動したときに、第１〜第３重複部７１ｂ，７２ｂ，７１ｃ，７２ｃ，７１ｄ，７２ｄと第１〜第３交差部４０ｃ，４０ｅ，４０ｇとの重複面積が最大となる。

図７及び図８に示した移相器１２ａは、例えば図９に示すような断面構造を有している。図９は、図８に示すｘ−ｘ’切断線に沿って切断された移相器１２ａの断面を示している。このｘ−ｘ’切断線は、中心導体４０の第２交差部４０ｅと第１及び第２誘電体板７１，７２の第２重複部７１ｃ，７２ｃとが重なり合っている部分を横断している。かかる重複部分では、図９に示すように、第２交差部４０ｅは第２重複部７１ｃ，７２ｃにより挟まれている。

なお、図示は省略するが、他の第１交差部４０ｃと第１重複部７１ｂ，７２ｂとが重なり合っている部分、第３交差部４０ｇと第３重複部７１ｄ，７２ｄとが重なり合っている部分も、同様の断面構造を有する。すなわち、第１及び第３交差部４０ｃ，４０ｇは、第１及び第３重複部７１ｂ，７２，７１ｄ，７２ｄにより挟まれている。ただし、図９に示すように、第２交差部４０ｅと第２重複部７１ｃ，７２ｃとは接触していない。また他の第１交差部４０ｃと第１重複部７１ｂ，７２ｂも接触しておらず、第３重複部７１ｄ，７２ｄも接触していない。

第１及び第２誘電体板７１，７２は、第１誘電体板７１の第１支持部７１ａと第２誘電体板７２の第１支持部７２ａ、及び第１誘電体板７１の第２支持部７２ｅと第２誘電体板７２の第２支持部７２ｅが、それぞれ誘電体支持ピン６１で結合されている。誘電体支持ピン６１は、その両端部が第１グランド板３０及び第２グランド板５０に設けられたスリット４３からそれぞれ突出し、前述した連結棒５２ａ，５２ｂの動きによってスリット４３に沿って移動する。

第１及び第２誘電体板７１，７２は、例えばガラスエポキシなどの樹脂材料からなる板状の誘電体により構成される。第１及び第２グランド板３０，５０は、例えば銅やアルミニウム、あるいはステンレスなどの板状の金属材料から構成される。なお、以下の説明において、第１グランド板３０及び第２グランド板５０がトリプレート線路の外部導体として機能する場合には、それぞれのグランド板を第１外部導体３０及び第２外部導体５０という場合がある。

分配器用、誘電体挿入型移相器用、及び給電線路用の一連のトリプレート線路１００は、図１０（ａ）に示すように、所定間隔を隔てて平行に配置された第１外部導体３０及び第２外部導体５０、ならびに第１外部導体３０と第２外部導体５０との間の空間内に配置された中心導体４０からなる。また、第１外部導体３０及び第２外部導体５０と中心導体４０との間には、中心導体４０を支持する誘電体からなる誘電体スペーサ６０が介在している。

なお、ここで「一連の」とは、各部のトリプレート線路がコネクタや同軸ケーブル等によって相互に接続されることなく、分配器用トリプレート線路１１、誘電体挿入型移相器用トリプレート線路１２、及び給電線路用トリプレート線路１３が連続したものとして構成されていることをいう。本実施の形態では、トリプレート線路１００は、アンテナ素子３２が固定された第１グランド板３０、及び第１グランド板３０に対して所定の間隔を有して平行に配置された第２グランド板５０を一対の外部導体３０，５０として有している。

また、本実施の形態では、第１外部導体３０及び第２外部導体５０ならびに中心導体４０として、銅や真鍮などの導電性を有する金属からなる板状体を用いた場合について説明するが、第１外部導体３０及び第２外部導体５０ならびに中心導体４０としては、例えば樹脂からなる板状部材の一面あるいは両面に金属箔を形成したものを用いてもよい。

中心導体４０は、その延伸方向に直交する断面が矩形状であり、その厚さは、例えば１ｍｍである。また、第１外部導体３０と第２外部導体５０との間隔は、例えば５ｍｍである。ただし、中心導体４０の断面形状や厚さ、及び第１外部導体３０と第２外部導体５０との間隔は、トリプレート線路１００の特性インピーダンスの目標値などを考慮して適宜設定することができる。

図１０（ｂ）は誘電体スペーサ６０によって支持された部分の周辺部における中心導体４０を示す。中心導体４０は、誘電体スペーサ６０によって支持される被支持部１２２と、中心導体４０の延伸方向に沿って被支持部１２２の一側（入力側）に形成された第１高インピーダンス部１２１と、中心導体４０の延伸方向に沿って被支持部１２２の他側（出力側）に形成された第２高インピーダンス部１２３とを有している。また、以下の説明では、中心導体４０のうち、第１高インピーダンス部１２１、被支持部１２２、及び第２高インピーダンス部１２３以外の部分を本体部１２０とする。被支持部１２２には、その中央部に中心導体４０を厚さ方向に貫通する貫通孔１２２ａが形成されている。

中心導体４０の延伸方向（図１０（ａ）及び（ｂ）の左右方向）に直交する幅方向における線路幅の寸法は、第１高インピーダンス部１２１及び第２高インピーダンス部１２３において被支持部１２２及び本体部１２０よりも狭く形成されている。被支持部１２２の線路幅Ｗ_２は、例えば、４〜６ｍｍであり、第１高インピーダンス部１２１の線路幅Ｗ_１及び第２高インピーダンス部１２３の線路幅Ｗ_３は、例えば、２〜３ｍｍである。また、被支持部１２２に形成された貫通孔１２２ａの直径は、例えば、２〜３ｍｍである。

誘電体スペーサ６０は、図１０（ａ）に示すように、第１スペーサ部材１０１と、第２スペーサ部材１０２とを組み合わせてなる。第１スペーサ部材１０１は、円板状の基部２１０と、基部２１０に突設された円柱状の突部２１１とを一体に有している。基部２１０の直径は、被支持部１２２の線路幅Ｗ_２よりも大きく、例えば、５〜７ｍｍである。また、基部２１０の厚さは、例えば、２ｍｍである。

第２スペーサ部材１０２は、第１スペーサ部材１０１の突部２１１が嵌合する嵌合孔１０２ａを中心部に有する円板状である。第２スペーサ部材１０２の直径（外径）及び厚さは、第１スペーサ部材１０１の基部２１０の直径及び厚さと同じである。嵌合孔１０２ａは、第２スペーサ部材１０２を厚さ方向に貫通している。

第１スペーサ部材１０１の突部２１１は、中心導体４０の被支持部１２２における貫通孔１２２ａを挿通して第２スペーサ蔀材１０２の嵌合孔１０２ａに嵌合する。第１スペーサ部材１０１の基部２１０は、第２外部導体５０と中心導体４０との間に配置される。第２スペーサ部材１０２は、第１外部導体３０と中心導体４０との間に配置される。誘電体スペーサ６０は、第１スペーサ部材１０１と第２スペーサ部材１０２とが、中心導体４０の被支持部１２２を挟み込むように一体化されることで、中心導体４０を被支持部１２２において支持する。

トリプレート線路１００の被支持部１２２における特性インピーダンスは、誘電体スペーサ６０によって支持されることで、被支持部１２２自体の特性インピーダンス（誘電体スペーサ６０が存在しない場合の被支持部１２２における特性インピーダンス）よりも低くなる。以下の説明において、被支持部１２２における特性インピーダンスとは、誘電体スペーサ６０によって支持された状態の被支持部１２２における特性インピーダンスをいうものとする。

なお、誘電体スペーサ６０は、第１外部導体３０及び第２外部導体５０と中心導体４０との間に介在し、中心導体４０を被支持部１２２において支持可能であれば、図１０に示した状態及び構造に限定されない。例えば、第１スペーサ部材１０１の基部２１０及び第２スペーサ部材１０２は、円形状に限らず、例えば矩形状であってもよい。また、誘電体スペーサ６０は、それ自体が誘電体であれば、その素材について特に限定されず、例えばポリエチレン等の樹脂を好適に使用できる。

第１高インピーダンス部１２１の特性インピーダンスＺ_１及び第２高インピーダンス部１２３の特性インピーダンスＺ_３は、誘電体スペーサ６０によって支持された被支持部１２２における特性インピーダンスＺ_２よりも高い値である（Ｚ_１＞Ｚ_２かつＺ_３＞Ｚ_２）。好ましくは、第１高インピーダンス部１２１及び第２高インピーダンス部１２３の特性インピーダンスＺ_１，Ｚ_３は、中心導体４０の本体部１２０の特性インピーダンスＺ_０よりも高い。この場合、被支持部１２２における特性インピーダンスＺ_２は本体部１２０の特性インピーダンスＺ_０と同じもしくは特性インピーダンスＺ_０よりも低く、Ｚ_１＞Ｚ_０≧Ｚ_２かつＺ_３＞Ｚ_０≧Ｚ_２となる。なお、第１高インピーダンス部１２１及び第２高インピーダンス部１２３の特性インピーダンスＺ_１，Ｚ_３は同じ値であってもよく（Ｚ_１＝Ｚ_３）、異なる値であってもよい（Ｚ_１＞Ｚ_３又はＺ_１＜Ｚ_３）。

第１高インピーダンス部１２１及び第２高インピーダンス部１２３のインピーダンス調整は、特性インピーダンスＺ_１，Ｚ_３の設定値に応じて、これらの線路長Ｌ_１，Ｌ_３及び線路幅Ｗ_１，Ｗ_３を設定することで行うことができる。

このように、誘電体スペーサ６０によって支持されることにより特性インピーダンスが低下する被支持部１２２の入力側および出力側に、被支持部１２２における特性インピーダンスＺ_２よりもインピーダンスの高い第１高インピーダンス部１２１及び第２高インピーダンス部１２３を設けてトリプレート線路１００の全体のインピーダンスを整合させることで、高周波信号の反射を抑制できる。

また、被支持部１２２の線路幅Ｗ_２を第１高インピーダンス部１２１及び第２高インピーダンス部１２３の線路幅Ｗ_１，Ｗ_３よりも大きくすることができるので、貫通孔１２２ａを形成しても、被支持部１２２の強度を確保することができる。つまり、被支持部１２２における強度を確保しながら、トリプレート線路１００における反射を抑制することが可能となる。

次に、上記したインピーダンス整合の基本的な考え方に関し、スミスチャートを用いて説明する。

図１１は、トリプレート線路１００のインピーダンス整合について説明する図であり、（ａ）は第１高インピーダンス部１２１を設けたことによる特性インピーダンスの変化を、（ｂ）は被支持部１２２を設けたことによる特性インピーダンスの変化を、（ｃ）は第２高インピーダンス部１２３を設けたことによる特性インピーダンスの変化を、それぞれスミスチャート上に示したものである。なお、スミスチャートには、正規化インピーダンスをプロットするのが通常であるが、以下では説明の便宜上、トリプレート線路１００の各部の特性インピーダンスをそのままプロットしている。

図１１（ａ）に示すように、第１高インピーダンス部１２１（特性インピーダンスＺ_１）を設けた場合、その線路長Ｌ_１分だけ、特性インピーダンスがＺ_０からＺ_４に移動する。続いて第１高インピーダンス部１２１の出力側に被支持部１２２（特性インピーダンスＺ_２）が設けられていることで、被支持部１２２の線路長Ｌ_２に応じて、'特性インピーダンスＺ_４はスミスチャートにおける複素反射係数の実数部を示す水平軸に対して対称な位置の特性インピーダンスＺ_５に移動する。さらに、被支持部１２２の出力側に第２高インピーダンス部１２３（特性インピーダンスＺ_３）が設けられていることで、その線路長Ｌ_３分で特性インピーダンスＺ_５がトリプレート線路１００の本体部の特性インピーダンスＺ_０に戻り、入力側から見てトリプレート線路１００におけるインピーダンス整合が確保される。この結果、信号の反射が抑制される。

次に、被支持部１２２の機械的強度を考慮し、被支持部１２２の線路幅を拡大して設定する場合のインピーダンス整合について説明する。

図１２は、トリプレート線路１００において、被支持部１２２の線路幅を拡大設定する場合のインピーダンス整合を説明する図であり、（ａ）は第１高インピーダンス部１２１を設けたことによる特性インピーダンスの変化を、（ｂ）は被支持部１２２を設けたことによる特性インピーダンスの変化を、（ｃ）は第２高インピーダンス部１２３を設けたことによる特性インピーダンスの変化を、それぞれスミスチャート上に示したものである。

被支持部１２２の線路幅Ｗ_２及び線路長Ｌ_２を設定すると、被支持部１２２の特性インピーダンスＺ_２が定まり、図１２（ｂ）におけるＺ_４からＺ_５へのインピーダンスの移動量及び角度θ_２が定まる。そして、第１高インピーダンス部１２１の特性インピーダンスＺ_１及び第２高インピーダンス部１２３の特性インピーダンスＺ_３を、図１２（ｂ）におけるＺ_４及びＺ_５に適合するように調整する。

具体的には、図１２（ａ）に示すように、スミスチャートの水平軸に対して角度θ_１（θ_１＝θ_２／２）をもって傾斜してＺ_４を通過する直線が水平軸と交差する点に第１高インピーダンス部１２１の特性インピーダンスＺ_１が一致するように、第１高インピーダンス部１２１の線路長Ｌ_１及び線路幅Ｗ_１を設定する。

また、図１２（ｃ）に示すように、スミスチャートの水平軸に対して角度θ_３（θ_３＝θ_２／２）をもって傾斜してＺ_５を通過する直線が水平軸と交差する点に第２高インピーダンス部１２３の特性インピーダンスＺ_３が一致するように、第２高インピーダンス部１２３の線路長Ｌ_３及び線路幅Ｗ_３を設定する。これにより、インピーダンス整合が確保されて信号の反射が抑制されるとともに、被支持部の機械的強度の確保も可能となる。

以上説明した図２〜図１０に示される構成、つまり、高周波信号送受信端子１０から、アンテナ素子３２（図１（ａ）、（ｂ）のアンテナ素子アレイ１４のアンテナ素子１４ａ〜１４ｈに対応する）に至るまでの伝送線路として、第１及び第２の外部導体としての第１グランド板３０と第２グランド板５０の間に中心導体４０を配置したトリプレート線路１００を用いた構成において、水平偏波高周波信号が同軸ケーブル５５ａから、また、垂直偏波高周波信号が同軸ケーブル５５ｂから、それぞれ、分配器用トリプレート線路１１としてのトリプレート線路の中心導体４０と第１及び第２の外部導体３０，５０との間に供給されると、８本の給電線路用トリプレート線路１３（図１（ａ）、（ｂ））としてのトリプレート線路１００に分配される。

トリプレート線路１００は、第１及び第２の誘電体板７１，７２によって、移相器１２ａ〜１２ｆ（図１（ｂ））としての誘電体挿入型移相器（図７〜図９）を構成しているので、所定の移相量を有した水平偏波及び垂直偏波の高周波信号が給電線路用トリプレート線路１３としてのトリプレート線路１００から８個のアンテナ素子３２に供給される。これによって、アンテナ素子３２の水平偏波アンテナ素子３２ａは、水平偏波信号を輻射し、その垂直偏波アンテナ素子３２ｂは、垂直偏波信号を輻射する。

ここで、分配器用、誘電体挿入型移相器用、及び給電線路用のそれぞれのトリプレート線路１００は、所定の間隔で、誘電体スペーサ６０を有し、また、中心導体４０の幅がＷ_１、Ｗ_２、Ｗ_３として所定の幅に設定されているので（図６、図１０（ａ）、（ｂ））、トリプレート線路１００の全長にわたってインピーダンスの不整合による反射が低く抑えられている。

なお、分配器用、誘電体挿入型移相器用のトリプレート線路１００（図１（ａ）、（ｂ）のトリプレート線路１１、１２）の損失は以下の表１の通りである。

上記の表１の損失（１．４ＧＨｚ以上２．２ＧＨｚ以下の周波数帯において０．５以上０．７ｄＢ以下）は、入力用の同軸ケーブル５５ａ〜５５ｂを含めた分配器用及び誘電体挿入型移相器用トリプレート線路１００の損失（ｄＢ）から、入力用の同軸ケーブル５５ａ〜５５ｂの損失（ｄＢ）を減算して得られた値である。

（実施の形態の作用及び効果）
以上述べた本発明の実施の形態における携帯電話基地用アンテナ装置１によれば、以下の効果を奏することができる。

（１）給電線路用伝送線路１３がトリプレート線路１００から構成されているので、移相器１２ａ〜１２ｆからアンテナ素子３２までの損失の発生を抑えることができ、それによって、携帯電話基地用アンテナ装置１の高効率化を図ることができる。なお、トリプレート線路１００は、切れ目のない金属板形線路あるいは金属パイプ型線路であってもよい。

（２）分配器用、誘電体挿入型移相器用、及び給電線路用のトリプレート線路１００を例えばコネクタ等の接続部を介さずに連続して構成することができるので、損失の発生をさらに抑えることができる。

（３）移相器１２ａ〜１２ｆは、トリプレート線路１００に第１及び第２誘電体板７１，７２を部分的に設けた構造であるため、構成が簡素であり、また、表１に示したように１．４ＧＨｚ以上２．２ＧＨｚ以下の周波数帯における損失を０．７ｄＢ以下の小さいレベルに抑えることができる。

（４）トリプレート線路１００は、インピーダンス整合用の構造になっているため、信号の反射による損失を抑えることができる。

（実施の形態のまとめ）
次に、以上説明した実施の形態から把握される技術思想について、実施の形態における符号等を援用して記載する。ただし、以下の記載における各符号は、特許請求の範囲における構成要素を実施の形態に具体的に示した部材等に限定するものではない。

［１］高周波信号が入力あるいは出力される入出力部（１０）と、前記入出力部（１０）に入力された前記高周波信号を複数の高周波信号に分配する分配部（１１）と、前記複数の高周波信号に所定の移相量を付与する移相部（１２）と、前記所定の移相量を付与された前記複数の高周波信号を複数のアンテナ素子（３２）に給電して前記複数のアンテナ素子（３２）に前記複数の高周波信号を輻射させる給電部（１３）とを備え、前記給電部（１３）は、一対の平行な板状の外部導体（３０，５０）の間に中心導体（４０）を配置したトリプレート線路（１００）によって構成されるアンテナ装置（１）。

［２］前記移相部（１２）は、一対の平行な板状の外部導体（３０，５０）の間に中心導体（４０）を配置したトリプレート線路（１００）であって、前記中心導体（４０）を挟んでその部分的に前記中心導体の長手方向に沿って移動可能に設けられた第１及び第２の誘電体（７１，７２）を備え、前記第１及び第２の誘電体（７１，７２）は前記長手方向に沿って変化する幅を有する誘電体挿入型移相器（１２ａ〜１２ｆ）によって構成される、［１］に記載のアンテナ装置（１）。

［３］前記分配部（１１）は、一対の平行な板状の外部導体（３０，５０）の間に中心導体（４０）を配置したトリプレート線路（１００）によって構成される、［１］又は［２］２に記載のアンテナ装置（１）。

［４］前記分配部（１１）は、前記移相部（１２）を含む構成である、［３］に記載のアンテナ装置（１）。

［５］前記分配部（１１）、前記移相部（１２）、及び前記給電部（１３）は、一対の平行な板状の外部導体（３０，５０）の間に中心導体（４０）を配置した一連のトリプレート線路（１００）によって構成されている、［１］に記載のアンテナ装置（１）。

［６］前記トリプレート線路（１００）は、前記アンテナ素子（３２）が固定された第１グランド板（３０）、及び前記第１グランド板（３０）に対して所定の間隔を有して平行に配置された第２グランド板（５０）を前記一対の外部導体（３０，５０）として有する、［５］に記載のアンテナ装置（１）。

［７］前記移相部（１２）の損失は、１．４ＧＨｚ以上２．２ＧＨｚ以下の周波数帯において、０．７ｄＢ以下である、［１］乃至［６］の何れか１つに記載のアンテナ装置（１）。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、上記に記載した実施の形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施の形態の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。

また、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変形して実施することが可能である。例えば、上記実施の形態では、携帯電話基地局用アンテナ装置１が送信用に用いられる場合について説明したが、この携帯電話基地局用アンテナ装置１を受信用としても用いることが可能である。また、携帯電話基地局用に限らず、様々な用途のアンテナ装置に本発明を適用することが可能である。

１…携帯電話基地局用アンテナ装置、１０…高周波信号送受信端子、１１…分配器用トリプレート線路、１２，１２ａ〜１２ｆ…誘電体挿入型移相器用トリプレート線路、１３…給電線路用トリプレート線路、１４…アンテナ素子アレイ、１４ａ〜１４ｈ…アンテナ素子、２１ａ，２１ｂ…取り付け金具、２２…リドーム、２３ａ，２３ｂ…アンテナキャップ、２４…コネクタ、２５ａ，２５ｂ…同軸ケーブルアダプタ、３０…第１グランド板（第１外部導体）、３２…アンテナ素子、３２ａ…水平偏波アンテナ素子、３２ｂ…垂直偏波アンテナ素子、３３ａ，３３ｂ…側板、４０…中心導体、４１ａ，４１ｂ…取り付け金具、４２ａ，４２ｂ…ボルト・ナット、４３…スリット、５０…第２グランド板（第２外部導体）、５１ａ，５１ｂ…連結棒ガイド、５２ａ，５２ｂ…連結棒、５３…モータユニット用ケーブル、５４…直動モータユニット、５５ａ，５５ｂ…水平偏波用及び垂直偏波用の同軸ケーブル、５６…チルト設定基板、５７…台座、６０…誘電体スペーサ、６１…誘電体支持ピン、６２…誘電体組立体、７１…第１誘電体、７２…第２誘電体、１００…トリプレート線路

Claims (6)

1. 高周波信号が入力あるいは出力される入出力部と、
   前記入出力部に入力された前記高周波信号を複数の高周波信号に分配する分配部と、
   前記複数の高周波信号に所定の移相量を付与する移相部と、
   前記所定の移相量を付与された前記複数の高周波信号を複数のアンテナ素子に給電して前記複数のアンテナ素子に前記複数の高周波信号を輻射させる給電部とを備え、
   前記給電部は、一対の平行な板状の外部導体の間に中心導体を配置したトリプレート線路によって構成されており、
   前記移相部は、一対の平行な板状の外部導体の間に中心導体を配置したトリプレート線路であって、前記中心導体を挟んでその上下に部分的に前記中心導体の長手方向に沿ってかつ前記移相部の長手方向に沿って移動可能に設けられた第１及び第２の誘電体を備え、前記第１及び第２の誘電体は前記移相部の長手方向に沿った移動方向に沿って変化する幅を有する誘電体挿入型移相器によって構成され、
   前記移相部の中心導体は、前記移相部の長手方向と交差する複数の交差部と、隣り合う前記交差部を接続する複数の接続部と、を有するミアンダ状部を有し、
   前記第１及び第２の誘電体は、前記複数の交差部と直交する方向に移動し、
   前記第１及び第２の誘電体の前記移動方向と直交する方向の幅は、前記ミアンダ状部の前記移動方向と直交する方向の幅よりも小さい、
   アンテナ装置。
2. 前記分配部は、一対の平行な板状の外部導体の間に中心導体を配置したトリプレート線路によって構成される、
   請求項１に記載のアンテナ装置。
3. 前記分配部は、前記移相部を含む構成である、
   請求項２に記載のアンテナ装置。
4. 前記分配部、前記移相部、及び前記給電部は、一対の平行な板状の外部導体の間に中心導体を配置した一連のトリプレート線路によって構成されている、
   請求項１に記載のアンテナ装置。
5. 前記トリプレート線路は、前記アンテナ素子が固定された第１グランド板、及び前記第１グランド板に対して所定の間隔を有して平行に配置された第２グランド板を前記一対の外部導体として有する、
   請求項４に記載のアンテナ装置。
6. 前記移相部の損失は、１．４ＧＨｚ以上２．２ＧＨｚ以下の周波数帯において、０．７ｄＢ以下である、
   請求項１乃至５の何れか１項に記載のアンテナ装置。

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