JP2002198731A - 周波数共用無指向性アンテナおよびアレイアンテナ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 離れた周波数帯域で共用可能な周波数共用無
指向性アンテナを提供する。 【解決手段】 導電体から成る円筒状の反射器と、反射
器を挟んで配置される一対の第１の半波長ダイポールア
ンテナ素子と、一対の第１の半波長ダイポールアンテナ
素子と重ならないように、反射器を挟んで配置される一
対の第２の半波長ダイポールアンテナ素子とを備え、一
対の第１の半波長ダイポールアンテナ素子から放射され
る放射波の使用中心周波数と、一対の第２の半波長ダイ
ポールアンテナ素子から放射される放射波の使用中心周
波数とは異なっており、一対の第１の半波長ダイポール
アンテナ素子の間隔は、および、一対の第２の半波長ダ
イポールアンテナ素子の間隔は、それぞれの半波長ダイ
ポールアンテナ素子から放射される放射波の使用中心周
波数の半波長よりも短い。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、周波数共用無指向
性アンテナおよびアレイアンテナに係わり、特に、移動
通信システム等に使用される水平面内において無指向性
のアンテナに適用して有効な技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】携帯電話に代表される移動通信システム
に使用される移動通信用基地局アンテナとしては、基地
局を中心とした円形のエリアを受け持つ無指向性アンテ
ナが使用される。前記した無指向性アンテナ、即ち、大
地に対する水平面内の指向性が無指向性の垂直偏波アン
テナは、例えば、特公平６−６６５７８号に開示されて
いる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】移動通信システムに使
用される移動通信用基地局アンテナは、多くの場合送受
共用アンテナである。即ち、移動通信用基地局アンテナ
は、送信周波数帯域と受信周波数帯域との両方をカバー
しなければならない。そのため、この移動通信用基地局
アンテナの帯域幅として広帯域特性が要求される。例え
ば、８００ＭＨｚ帯の携帯電話基地局用アンテナでは、
比帯域幅１７％の帯域幅が要求される。一方、近年、Ｗ
−ＣＤＭＡ方式の導入に伴い、離れた周波数帯、例え
ば、８００ＭＨｚ帯と、２ＧＨｚ帯とで共用できる周波
数共用型の無指向性アンテナが要求されている。本発明
は、前述したような要望に応えるべくなされたものであ
り、本発明の目的は、離れた周波数帯域で共用すること
が可能な周波数共用無指向性アンテナおよびアレイアン
テナを提供することにある。本発明の前記ならびにその
他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面
によって明らかにする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、
下記の通りである。即ち、本発明は、筒状の導電体から
成る反射器と、前記反射器を挟んで配置される一対の第
１の半波長ダイポールアンテナ素子と、前記一対の第１
の半波長ダイポールアンテナ素子と重ならないように、
前記反射器を挟んで配置される一対の第２の半波長ダイ
ポールアンテナ素子とを備える周波数共用無指向性アン
テナであって、前記一対の第１の半波長ダイポールアン
テナ素子から放射される放射波の使用中心周波数と、前
記一対の第２の半波長ダイポールアンテナ素子から放射
される放射波の使用中心周波数とは異なっており、前記
一対の第１の半波長ダイポールアンテナ素子の間隔は、
前記一対の第１の半波長ダイポールアンテナ素子から放
射される放射波の使用中心周波数の半波長よりも短く、
前記一対の第２の半波長ダイポールアンテナ素子の間隔
は、前記一対の第２の半波長ダイポールアンテナ素子か
ら放射される放射波の使用中心周波数の半波長よりも短
いことを特徴とする。

【０００５】また、本発明の好ましい実施の形態では、
前記反射器は、軸長方向と直交する面で切断したときの
断面形状がリング形状であり、前記一対の第１の半波長
ダイポールアンテナ素子を結ぶ直線と、前記一対の第２
の半波長ダイポールアンテナ素子を結ぶ直線とは、互い
に直交することを特徴とする。また、本発明の好ましい
実施の形態では、前記反射器は、軸長方向と直交する面
で切断したときの断面形状が四角形形状であり、前記一
対の第１の半波長ダイポールアンテナ素子は、前記反射
器の対向する２面上に配置され、前記一対の第２の半波
長ダイポールアンテナ素子は、前記反射器における、前
記一対の第１の半波長ダイポールアンテナ素子が配置さ
れる面以外の２面上に配置されることを特徴とする。ま
た、本発明は、前述の周波数共用無指向性アンテナを用
いたアレイアンテナである。

【０００６】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を詳細に説明する。なお、実施の形態を説明す
るための全図において、同一機能を有するものは同一符
号を付け、その繰り返しの説明は省略する。図１は、本
発明の実施の形態の周波数共用無指向性アンテナの概略
構成を示す斜視図、図２は、図１に示す周波数共用無指
向性アンテナを、上方向（図１の矢印Ａ方向）から見た
図である。図１、図２において、１０は導電体から成る
円筒状の反射器であり、この反射器１０は、板状でも、
あるいは、メッシュ状でもよい。１₁〜１₄は、８００Ｍ
Ｈｚ帯の電波を放射する垂直偏波用のダイポールアンテ
ナ素子、２₁〜２₄は、２ＧＨｚ帯の電波を放射する垂直
偏波用のダイポールアンテナ素子である。

【０００７】ダイポールアンテナ素子１₁と１₂とで、半
波長ダイポールアンテナ素子２０₁を、ダイポールアン
テナ素子１₃と１₄とで、半波長ダイポールアンテナ素子
２０ ₂を構成し、一対の半波長ダイポールアンテナ素子
（２０₁，２０₂）が、本発明の一対の第１の半波長ダイ
ポールアンテナ素子を構成する。同様に、ダイポールア
ンテナ素子２₁と２₂とで、半波長ダイポールアンテナ素
子２１₁を、ダイポールアンテナ素子２₃と２₄とで、半
波長ダイポールアンテナ素子２１₂を構成し、一対の半
波長ダイポールアンテナ素子（２１₁，２１₂）が、本発
明の一対の第２の半波長ダイポールアンテナ素子を構成
する。３₁，３₂は、一対の半波長ダイポールアンテナ素
子（２０₁，２０₂）上に配置される無給電素子である。

【０００８】一対の半波長ダイポールアンテナ素子（２
０₁，２０₂）は、反射器１０の円周上に、反射器１０を
挟んで配置される。ここで、半波長ダイポールアンテナ
素子２０₁と、半波長ダイポールアンテナ素子２０₂と
は、反射器１０を挟んで反対向きに配置される。一対の
半波長ダイポールアンテナ素子（２１₁，２１₂）は、一
対の半波長ダイポールアンテナ素子（２０₁，２０₂）と
重ならないように、反射器１０の円周上に、反射器１０
を挟んで配置される。ここで、半波長ダイポールアンテ
ナ素子２１₁と、半波長ダイポールアンテナ素子２１₂と
は、反射器１０を挟んで反対向きに配置される。即ち、
一対の半波長ダイポールアンテナ素子（２０₁，２０₂）
を結ぶ直線と、一対の半波長ダイポールアンテナ素子
（２１₁，２１₂）を結ぶ直線とが互いに直交するよう
に、一対の半波長ダイポールアンテナ素子（２０₁，２
０₂）と、一対の半波長ダイポールアンテナ素子（２
１₁，２１₂）とは、反射器１０を挟んで配置される。

【０００９】このように、本実施の形態では、一対の半
波長ダイポールアンテナ素子（２０ ₁，２０₂）と、一対
の半波長ダイポールアンテナ素子（２１₁，２１₂）と
が、互いに重ならないように、円筒状の反射器１０の周
囲に配置されるので、一対の半波長ダイポールアンテナ
素子（２０₁，２０₂）と、一対の半波長ダイポールアン
テナ素子（２１₁，２１₂）とを反射器１０の軸長方向に
多段に配置してアレイアンテナを構成する場合に、一対
の半波長ダイポールアンテナ素子（２０₁，２０₂）（あ
るいは、一対の半波長ダイポールアンテナ素子（２
１₁，２１₂））を、一対の半波長ダイポールアンテナ素
子（２１₁，２１₂）（あるいは、一対の半波長ダイポー
ルアンテナ素子（２０₁，２０₂））とは関係なく、独立
に配置することができる。

【００１０】半波長ダイポールアンテナ素子２０₁、あ
るいは、半波長ダイポールアンテナ素子２０₂から成る
アンテナの水平面内指向特性は、反射器１０の影響を受
けるため、無指向性ではないが、半波長ダイポールアン
テナ素子２０₁から成るアンテナの指向特性と、半波長
ダイポールアンテナ素子２０₂から成るアンテナの指向
特性とを合成することにより、一対の半波長ダイポール
アンテナ素子（２０₁，２０₂）から成るアンテナの指向
特性をほぼ無指向性とすることができる。同様に、半波
長ダイポールアンテナ素子２１₁から成るアンテナの指
向特性と、半波長ダイポールアンテナ素子２１から成る
アンテナの指向特性とを合成することにより、一対の半
波長ダイポールアンテナ素子（２１₁，２０₂）から成る
アンテナの指向特性をほぼ無指向性とすることができ
る。

【００１１】図３ないし図５は、本実施の形態の周波数
共用無指向性アンテナの一例の水平面内指向特性を示す
グラフである。図３は、周波数が８００ＭＨｚのときの
指向特性、図４は、周波数が９５０ＭＨｚのときの指向
特性、図５は、周波数が２．０４５ＧＨｚのときの指向
特性を示している。これらのグラフから明らかなよう
に、本実施の形態の周波数共用無指向性アンテナでは、
水平面内指向特性として、ほぼ無指向性の指向特性を有
している。なお、この図３ないし図５のグラフにおい
て、一対の半波長ダイポールアンテナ素子は、０°と１
８０°とを結ぶ直線上に配置される。また、この図３な
いし図５のグラフは、図１に示す周波数共用無指向性ア
ンテナの各部の寸法が、以下に示す寸法のときの水平面
内指向特性を示している。

【００１２】（１）反射器１０の直径（φ）が３６ｍｍ （２）ダイポールアンテナ素子（１₁〜１₄）を、幅（Ｗ
１）が２０ｍｍの金属板で構成し、半波長ダイポールア
ンテナ素子（２０₁，２０₂）の長さ（Ｌ１）が１６０ｍ
ｍ （３）ダイポールアンテナ素子（２₁〜２₄）を金属板で
構成し、半波長ダイポールアンテナ素子（２１₁，２
１₂）の長さ（Ｌ２）が７０ｍｍ （４）無給電素子３₁，３₂を金属板で構成し、その長さ
（Ｌ３）が１４４ｍｍ、幅（Ｗ３）が１０ｍｍ （５）反射器１０の中心から一対の半波長ダイポールア
ンテナ素子（２０₁，２０₂）までの距離（Ｄ１）が４２
ｍｍ （６）反射器１０の中心から一対の半波長ダイポールア
ンテナ素子（２１₁，２１₂）までの距離（Ｄ２）が３０
ｍｍ （７）反射器１０の中心から無給電素子３₁，３₂までの
距離（Ｄ３）が４８ｍｍ

【００１３】なお、前述の説明では、一対の半波長ダイ
ポールアンテナ素子（２０₁，２０₂）上に、無給電素子
（３₁，３₂）を配置した場合について説明したが、この
無給電素子（３₁，３₂）は、必ずしも必要ではなく、本
発明は、一対の半波長ダイポールアンテナ素子（２
０₁，２０₂）上に、無給電素子（３₁，３₂）を配置しな
い場合にも適用可能である。また、前述の説明では、反
射器１０が円筒状の場合について説明したが、図６に示
すように、断面形状が４角形の筒状のものでも、さら
に、断面形状が４角形状以上の多角形状の筒状でも、同
様な作用・効果を得ることが可能である。なお、この図
６は、図２と同様、本実施の形態の他の例の周波数共用
無指向性アンテナを、上方向（図１の矢印Ａ方向）から
見た図である。

【００１４】本実施の形態の周波数共用無指向性アンテ
ナによれば、以下のような効果を得ることが可能であ
る。 （１）例えば、離れた周波数帯、例えば、８００ＭＨｚ
帯と、２ＧＨｚ帯との２つの周波数帯で動作する無指向
性アンテナを簡単な構成で得ることが可能となる。 （２）本実施の形態では、例えば、８００ＭＨｚ帯のア
ンテナ素子（一対の半波長ダイポールアンテナ素子（２
０₁，２０₂））と、２ＧＨｚ帯のアンテナ素子（半波長
ダイポールアンテナ素子（２１₁，２１₂））とは、互い
に独立した素子であるので、８００ＭＨｚ帯のアンテナ
素子と、２ＧＨｚ帯のアンテナ素子とを、反射器１０の
軸長方向に多段に配置してアレイアンテナを構成する場
合に、各素子間隔を自由に設定することが可能となる。
例えば、２ＧＨｚ帯のアンテナ素子の間隔を、８００Ｍ
Ｈｚ帯のアンテナ素子の間隔の半分とすることができ
る。なお、図１，２では、半波長ダイポールアンテナ素
子（２１₁，２１₂）を、反射器１０の軸長方向に２段に
配置した場合を図示しており、この図１，２では、半波
長ダイポールアンテナ素子（２１₁，２１₂）の間隔
（Ｈ）は、例えば、１２０ｍｍとされる。

【００１５】仮に、アンテナ素子として、例えば、８０
０ＭＨｚ帯と、２ＧＨｚ帯とを同時に放射可能な広帯域
なアンテナ素子を使用して、アレイアンテナを構成する
と、アンテナ素子の間隔が、８００ＭＨｚ帯のアンテナ
素子の間隔に制限されるので、２ＧＨｚ帯でグレーティ
ングローブが発生する。これに対して、本実施の形態で
は、２ＧＨｚ帯のアンテナ素子の間隔を、８００ＭＨｚ
帯のアンテナ素子の間隔の半分とすることができるの
で、前述したような２ＧＨｚ帯でのグレーティングロー
ブが発生することがない。 （３）本実施の形態の円筒状の反射器１０、あるいは、
断面形状が四角形の筒状の反射器１０は、内部が空洞と
なっているので、この部分に給電ケーブルを配置するこ
とができ、給電ケーブルがアンテナの指向性を乱した
り、ＶＳＷＲ特性に影響を与えるのを防止することが可
能となる。

【００１６】以下、反射器１０に、一対の半波長ダイポ
ールアンテナ素子（２０₁，２０₂）、あるいは、一対の
半波長ダイポールアンテナ素子（２１₁，２１₂）を取り
付ける際の取付方法の一例について説明する。図７は、
反射器１０に、半波長ダイポールアンテナ素子を取り付
ける取付方法の一例を示す図である。図７に示す方法で
は、反射器１０に絶縁体１１を介してダイポールアンテ
ナ素子（５₁，５₂）を取り付け、これにより、半波長ダ
イポール アンテナ素子を構成するものである。ここ
で、このダイポールアンテナ素子（５₁，５₂）には、平
衡ー不平衡変換回路１３を介して励振電力が給電され
る。なお、この図７に示す方法において、ダイポールア
ンテナ素子（５₁，５₂）は、金属の板、金属棒状や管状
の導体などが使用可能である。

【００１７】図８は、反射器１０に、半波長ダイポール
アンテナ素子を取り付ける取付方法の他の例を示す図で
ある。図８に示す手法では、図８（ａ）に示すように、
断面が四角形の筒状の反射器１０の各面に、誘電体基板
１２を接着、あるいは、ネジ止めなどの手法により取り
付ける。そして、図８（ｂ）に示すように、この誘電体
基板１２の表面に、プリント配線板で用いるエッチング
手法等を用いて、ダイポールアンテナ素子（５₁，５₂）
を形成し、これにより、半波長ダイポール アンテナ素
子を構成するものである。以上、本発明者によってなさ
れた発明を、前記実施の形態に基づき具体的に説明した
が、本発明は、前記実施の形態に限定されるものではな
く、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能で
あることは勿論である。

【００１８】

【発明の効果】本願において開示される発明のうち代表
的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下
記の通りである。 （１）本発明によれば、離れた周波数帯域、例えば、８
００ＭＨｚ帯と、２ＧＨｚ帯との２つの周波数帯で動作
する無指向性アンテナを簡単な構成で得ることが可能と
なる。 （２）本発明によれば、例えば、８００ＭＨｚ帯のアン
テナ素子と、２ＧＨｚ帯のアンテナ素子とを、反射器の
軸長方向に多段に配置してアレイアンテナを構成する場
合に、各アンテナ素子間隔を自由に設定することが可能
となる。 （３）本発明によれば、給電ケーブルがアンテナの指向
性を乱したり、ＶＳＷＲ特性に影響を与えるのを防止す
ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の周波数共用無指向性アン
テナの概略構成を示す斜視図である。

【図２】図１に示す周波数共用無指向性アンテナを、上
方向（図１の矢印Ａ方向）から見た図である。

【図３】本発明の実施の形態の周波数共用無指向性アン
テナの一例の水平面内指向特性を示すグラフである。

【図４】本発明の実施の形態の周波数共用無指向性アン
テナの一例の水平面内指向特性を示すグラフである。

【図５】本発明の実施の形態の周波数共用無指向性アン
テナの一例の水平面内指向特性を示すグラフである。

【図６】本発明の周波数共用無指向性アンテナの他の例
を、上方向（図１の矢印Ａ方向）から見た図である。

【図７】本発明の実施の形態において、反射器に、半波
長ダイポールアンテナ素子を取り付ける取付方法の一例
を示す図である。

【図８】本発明の実施の形態において、反射器に、半波
長ダイポールアンテナ素子を取り付ける取付方法の他の
例を示す図である。

【符号の説明】

１₁〜１₄，２₁〜２₄，５₁，５₂…ダイポールアンテナ素
子、３₁，３₂…無給電素子、１０…反射器、１１…絶縁
体、１２…誘電体基板、１３…平衡ー不平衡変換回路、
２０₁，２０₂，２１₁，２１₂…半波長ダイポールアンテ
ナ素子。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 志村 剛 東京都千代田区九段南４丁目７番15号 健 和ビル 日本電業工作株式会社内 (72)発明者 恵比根 佳雄 東京都千代田区永田町二丁目11番１号 株 式会社エヌ・ティ・ティ・ドコモ内 Ｆターム(参考） 5J020 AA03 BA08 BC09 DA03 5J021 AA08 AB03 BA01 FA32 GA07 HA05 HA10

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 筒状の導電体から成る反射器と、 前記反射器を挟んで配置される一対の第１の半波長ダイ
   ポールアンテナ素子と、 前記一対の第１の半波長ダイポールアンテナ素子と重な
   らないように、前記反射器を挟んで配置される一対の第
   ２の半波長ダイポールアンテナ素子とを備える周波数共
   用無指向性アンテナであって、 前記一対の第１の半波長ダイポールアンテナ素子から放
   射される放射波の使用中心周波数と、前記一対の第２の
   半波長ダイポールアンテナ素子から放射される放射波の
   使用中心周波数とは異なっており、 前記一対の第１の半波長ダイポールアンテナ素子の間隔
   は、前記一対の第１の半波長ダイポールアンテナ素子か
   ら放射される放射波の使用中心周波数の半波長よりも短
   く、 前記一対の第２の半波長ダイポールアンテナ素子の間隔
   は、前記一対の第２の半波長ダイポールアンテナ素子か
   ら放射される放射波の使用中心周波数の半波長よりも短
   いことを特徴とする周波数共用無指向性アンテナ。
2. 【請求項２】 前記反射器は、軸長方向と直交する面で
   切断したときの断面形状がリング形状であり、 前記一対の第１の半波長ダイポールアンテナ素子を結ぶ
   直線と、前記一対の第２の半波長ダイポールアンテナ素
   子を結ぶ直線とは、互いに直交することを特徴とする請
   求項１に記載の周波数共用無指向性アンテナ。
3. 【請求項３】 前記反射器は、軸長方向と直交する面で
   切断したときの断面形状が四角形形状であり、 前記一対の第１の半波長ダイポールアンテナ素子は、前
   記反射器の対向する２面上に配置され、 前記一対の第２の半波長ダイポールアンテナ素子は、前
   記反射器における、前記一対の第１の半波長ダイポール
   アンテナ素子が配置される面以外の２面上に配置される
   ことを特徴とする請求項１に記載の周波数共用無指向性
   アンテナ。
4. 【請求項４】 筒状の導電体から成る反射器と、 前記反射器を挟んで、前記反射器の軸長方向に複数段に
   配置される複数対の第１の半波長ダイポールアンテナ素
   子から成る第１のアンテナ素子群と、 前記第１のアンテナ素子群と重ならないように、前記反
   射器を挟んで、前記反射器の軸長方向に複数段に配置さ
   れる複数対の第２の半波長ダイポールアンテナ素子から
   成る第２のアンテナ素子群とを備えるアレイアンテナで
   あって、 前記第１のアンテナ素子群の各対の第１の半波長ダイポ
   ールアンテナ素子から放射される放射波の使用中心周波
   数と、前記第２のアンテナ素子群の各対の第２の半波長
   ダイポールアンテナ素子から放射される放射波の使用中
   心周波数とは、異なっており、 前記第１のアンテナ素子群の各対の第１の半波長ダイポ
   ールアンテナ素子の間隔は、前記各対の第１の半波長ダ
   イポールアンテナ素子から放射される放射波の使用中心
   周波数の半波長よりも短く、 前記第２のアンテナ素子群の各対の第２の半波長ダイポ
   ールアンテナ素子の間隔は、前記各対の第２の半波長ダ
   イポールアンテナ素子から放射される放射波の使用中心
   周波数の半波長よりも短いことを特徴とするアレイアン
   テナ。
5. 【請求項５】 前記反射器は、軸長方向と直交する面で
   切断したときの断面形状がリング形状であり、 前記第１のアンテナ素子群の各対の第１の半波長ダイポ
   ールアンテナ素子を結ぶ直線と、前記第２のアンテナ素
   子群の各対の第２の半波長ダイポールアンテナ素子を結
   ぶ直線とが、互いに直交することを特徴とする請求項４
   に記載のアレイアンテナ。
6. 【請求項６】 前記反射器は、軸長方向と直交する面で
   切断したときの断面形状が四角形形状であり、 前記第１のアンテナ素子群の各対の第１の半波長ダイポ
   ールアンテナ素子は、前記反射器の対向する２面上に配
   置され、 前記第２のアンテナ素子群の各対の第２の半波長ダイポ
   ールアンテナ素子は、前記反射器における、前記一対の
   第１の半波長ダイポールアンテナ素子が配置される面以
   外の２面上に配置されることを特徴とする請求項４に記
   載のアレイアンテナ。