JP5247779B2 - アンテナ装置およびアレイアンテナ - Google Patents

Description

本発明は、移動通信の基地局アンテナとして使用されるアンテナ装置およびアレイアンテナに係り、特に、３６０°全方位を網羅する水平面内指向性を得るために使用される複数の扇形セクタに最適なアンテナ装置およびアレイアンテナに関する。

移動通信の基地局アンテナにおいて、例えば、加入者容量を増加しようとする場合などに、アンテナ装置の水平面内放射ビームの半値幅を変更する必要がある。
アンテナ装置の水平面内放射ビームの半値幅を変更する手法の一つとして、水平面内放射ビームの半値幅をおよそ１２０゜とする多周波数共用アンテナおいて、既存アンテナの両サイドに最も高い周波数の半波長程度の長さを有する金属導体を立設することにより最も高い周波数の水平面内放射ビームの半値幅を減少させることが知られている。（下記、特許文献１参照）

なお、本願発明に関連する先行技術文献としては以下のものがある。
特開２００６−２１７１０４号公報

移動通信の基地局において３セクタ構成とするとき、それぞれのセクタを構成するアンテナは１２０°離角で同一基地局に配置される。そのときに、各セクタを構成するアンテナの水平面内ビーム幅は１２０°の扇形が望ましい。
しかしながら、例えば、前述の特許文献１に記載の多周波数共用アンテナのように、実際には１２０°方向以外の方向においてもアンテナ利得が存在するために、主にセクタ間において、２つのアンテナの指向特性が重複する。この重複する領域が大きいほどセクタ間の干渉も大きくなり、通信品質の劣化をもたらす。
前述の問題点を解決するための手法として、アンテナのカバーを厚くする方法、あるいは、反射板の形状を大きくする方法が知られているが、これらの方法は、アンテナ全体の形状が複雑になりコストが高くなるという問題点があった。
本発明は、前記従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、簡単な構造で、セクタ間干渉を抑制することが可能となるアンテナ装置を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、前述のアンテナ装置を垂直偏波用のアンテナ装置として使用する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。

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。
（１）反射板と、前記反射板上に配置される少なくとも１個の半波長ダイポールアンテナとを備え、前記少なくとも１個の半波長ダイポールアンテナから放射される電波の偏波方向が大地に対して垂直方向であるアンテナ装置であって、前記少なくとも１個の半波長ダイポールアンテナの両側に前記少なくとも１個の半波長ダイポールアンテナの延長方向に沿って配置される第１の導電体と第２の導電体を有し、前記反射板の反射面と平行で、前記少なくとも１個の半波長ダイポールアンテナが配置される面を第１の面、前記反射板の反射面と平行で、前記第１の導電体と前記第２の導電体が配置される面を第２の面とするとき、前記第２の面は、前記反射板の反射面から見て前記第１の面よりも外側に位置し、前記第１の導電体と前記第２の導電体とは、それぞれ、延長方向の両端から中心領域に向かって延びる第１のスリットと第２のスリットを有する。
（２）（１）において、前記少なくとも１個の半波長ダイポールアンテナ上に配置される導波器を有し、前記反射板の反射面と平行で、前記導波器が配置される面を第３の面とするとき、前記第３面は、前記反射板の反射面から見て前記第１の面よりも外側に位置する。

（３）（１）において、前記少なくとも１個の半波長ダイポールアンテナは、前記反射板上に所定の間隔をおいて配置される一対の半波長ダイポールアンテナである。
（４）（３）において、前記反射板の反射面に直交し、前記一対の半波長ダイポールアンテナの中心を通る面上で、前記反射板の反射面上に配置される導波器を有し、前記反射板の反射面と平行で、前記導波器が配置される面を第３の面とするとき、前記第３面は、前記反射板の反射面から見て前記第２の面よりも外側に位置する。
（５）電波の偏波方向が大地に対して水平方向である第１アンテナ装置と、電波の偏波方向が大地に対して垂直方向である第２アンテナ装置とを備えるアレイアンテナであって、前記第２アンテナ装置は、前述の（１）ないし（４）の何れか１項に記載のアンテナ装置である。

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。
本発明によれば、簡単な構造で、セクタ間干渉を抑制することが可能となる。

本発明の実施例１の垂直偏波用アンテナ装置の概略構成を示す斜視図である。 本発明の実施例１の垂直偏波用アンテナ装置を正面から見た正面図である。 本発明の実施例１の垂直偏波用アンテナ装置の断面構造を示す要部断面図であり、図１に示すＡ−Ａ’切断線に沿った断面構造を示す断面図である。 本発明の実施例１の第１の導電体と第２の導電体の構成を説明するための図である。 参考例の垂直偏波用アンテナ装置の水平面内指向特性を示すグラフである。 本発明の実施例１の垂直偏波用アンテナ装置の水平面内指向特性を示すグラフである。 参考例の垂直偏波用アンテナ装置と本発明の実施例１の垂直偏波用アンテナ装置の水平面内放射ビーム幅を示すグラフである。 参考例の垂直偏波用アンテナを、基地局アンテナに使用した水平面内指向特性の一例を示すグラフである。 本発明の実施例１の垂直偏波用アンテナを、基地局アンテナに使用した水平面内指向特性の一例を示すグラフである。 本発明の実施例２のアレイアンテナの概略構成を示す斜視図である。 本発明の実施例３の偏波共用アレイアンテナの概略構成を示す斜視図である。

以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。
なお、実施例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。
［実施例１］
図１は、本発明の実施例１の垂直偏波用アンテナ装置の概略構成を示す斜視図である。
図２は、本発明の実施例１の垂直偏波用アンテナ装置を正面から見た正面図である。なお、図２では、反射板の図示は省略している。
図３は、本発明の実施例１のアンテナ装置の断面構造を示す要部断面図であり、図１に示すＡ−Ａ’切断線に沿った断面構造を示す断面図である。
図１ないし図３において、１は反射板、１０は反射面を構成する底面反射板、１１は側面反射板、２１、２２は、垂直偏波用の一対のダイポールアンテナ、３１は第１の導電体、３２は第２の導電体、４は導波器である。
図３に示すように、反射板１の側面反射板１１は、底面反射板１０の裏側に折り曲げられ、側面反射板１１と底面反射板１０との成す角（図３のθ）は、９０°以下とされる。
ここで、一対の半波長ダイポールアンテナ（２１，２２）、第１の導電体３１、第２の導電体３２、および、導波器４は、例えば、誘電体基板上にプリント配線板で用いるエッチング手法等により形成される。
第１の導電体３１および第２の導電体３２は、図２に示すように、一対の半波長ダイポールアンテナ（２１，２２）の延長方向に沿って、一対の半波長ダイポールアンテナ（２１，２２）の両側に配置される。
第１の導電体３１および第２の導電体３２は、一対の半波長ダイポールアンテナ（２１，２２）から放射される垂直偏波の電波の水平面内放射ビームの半値幅を制限する。

ここで、図２に示すように、導波器４の長さ（Ｌ１）と、第１の導電体３１および第２の導電体３２の長さ（Ｌ２）は、下記（１）式の値とされる。
［数１］
０．２５×λｏ≦Ｌ１≦０．３５×λｏ
０．５×λｏ≦Ｌ２≦０．６５×λｏ
・・・・・・・・・・・・・・ （１）
また、図３に示すように、反射板１の底面反射板１０と平行で、一対の半波長ダイポールアンテナ（２１，２２）が配置される面を第１の面（図３のＦＡ１）、反射板１の底面反射板１０と平行で、第１の導電体３１および第２の導電体３２が配置される面を第２の面（図３のＦＡ２）、および、反射板１の底面反射板１０と平行で、導波器４が配置される面を第３の面（図３のＦＡ３）とするとき、反射板１の底面反射板１０と第１の面との間隔（Ｌ３）、および、第１の面と第３の面との間隔（Ｌ４）は、下記（２）式の値とされる。
［数２］
０．１５×λｏ≦Ｌ３≦０．３０×λｏ
０．２０×λｏ≦Ｌ４≦０．３０×λｏ
・・・・・・・・・・・・・・ （２）
さらに、第１の導電体３１と第２の導電体３２との間隔（Ｌ５）、反射板１の幅（Ｌ６）は、下記（３）式の値とされる。
［数３］
０．４５×λｏ≦Ｌ５≦０．６０×λｏ
０．３０×λｏ≦Ｌ６≦０．５０×λｏ
・・・・・・・・・・・・・・ （３）
なお、第２の面（図３のＦＡ２）は、反射板１の底面反射板１０から見て第１の面（図３のＦＡ１）より外側（図３において、第１の面（図３のＦＡ１）より上側）で、反射板１の底面反射板１０から見て第３の面（図３のＦＡ３）よりも内側（図３において、第３の面（図３のＦＡ３）より下側）の位置で、第１の導電体３１および第２の導電体３２により、所定の水平面内指向特性が得られる位置に設定される。

図４は、本発明の実施例１の第１の導電体３１と第２の導電体３２の構成を説明するための図である。
図４に示すように、本発明の実施例１の第１の導電体３１（または、第２の導電体３２）は、延長方向の両端から中心領域に向かって延びる第１のスリット３０ａと第２のスリット３０ｂを有する。
ここで、第１の導電体３１（または、第２の導電体３２）の幅（図４のＬ８）と、第１の導電体３１（または、第２の導電体３２）のスリット（３０ａ，３０ｂ）の長さ（図４のＬ７）と幅（図４のＬ９）は、下記（４）式の値とされる。
［数４］
０．２０×λｏ≦Ｌ７≦０．３０×λｏ
０．０２×λｏ≦Ｌ８≦０．０３×λｏ
０．０１×λｏ≦Ｌ９≦０．０２×λｏ
・・・・・・・・・・・・・・ （４）

図５は、参考例の垂直偏波用アンテナ装置の水平面内指向特性を示すグラフであり、図６は、本発明の実施例１の垂直偏波用アンテナ装置の水平面内指向特性を示すグラフである。
図７は、参考例の垂直偏波用アンテナ装置と本発明の実施例１の垂直偏波用アンテナ装置の水平面内放射ビーム幅を示すグラフである。なお、図７において、Ａは本発明の実施例１の垂直偏波用アンテナ装置の水平面内放射ビーム幅を、Ｂは参考例の垂直偏波用アンテナ装置の水平面内放射ビーム幅を示す。
図５〜図７から分かるように、本実施例の垂直偏波用アンテナ装置では、水平面内指向特性の半幅値（利得量が、−３ｄＢとなるビーム幅）は８０°と、参考例の垂直偏波用アンテナ装置と同じであるが、利得量が、−１０ｄＢ以下となるビーム幅は、約１４０°と、参考例の垂直偏波用アンテナ装置よりも狭くなっている。
これは、本実施例の第１の導電体３１と第２の導電体３２とで、一対の半波長ダイポールアンテナ（２１，２２）から放射される垂直偏波の電波の水平面内放射ビームの半値幅を制限するとともに、導波器４により、垂直偏波の電波の図６に示す０°方向の利得を向上させた結果に基づくものであると想定される。
なお、前述の特許文献１に記載の多周波共用アンテナでも、半波長ダイポールアンテナの両側に金属導体を配置し、最も高い周波数の水平面内放射ビームの半値幅を減少させているが、この特許文献１では、半波長ダイポールアンテナの両側に配置される金属導体は、反射板の反射面から見て、半波長ダイポールアンテナより内側の位置に配置されている。さらに、特許文献１には、半波長ダイポールアンテナ上に導波器を配置することは記載されていない。
さらに、本実施例の垂直偏波用アンテナ装置では、反射板１の裏面側の利得も大幅に減少している。これは、本実施例の反射板１の側面反射板１１によるものと想定される。

前述したように、一般に、携帯電話システムの基地局では３セクタ構成とするとき、それぞれのセクタを構成するアンテナを１２０°離角で同一基地局に配置するようにしている。
本実施例の垂直偏波用アンテナ３個を、基地局アンテナに使用し、１２０°間隔で配置した時の水平面内指向特性を図９に示す。また、参考例の垂直偏波用アンテナ３個を、基地局アンテナに使用し、１２０°間隔で配置した時の水平面内指向特性を図８に示す。
なお、図５、図７、図８に示す参考例の垂直偏波用アンテナ装置とは、図１に示す本実施例の垂直偏波用アンテナ装置において、第１の導電体３１と第２の導電体３２、および、導波器４を取り除いたアンテナ装置である。
図８、図９のグラフから分かるように、図１に示す本実施例の垂直偏波用アンテナ装置を使用することにより、参考例の垂直偏波用アンテナ装置に比して、３個の水平面内指向特性が互いに干渉する領域（図８、図９で灰色の部分）が少なくなる。

［実施例２］
図１０は、本発明の実施例２のアレイアンテナの概略構成を示す斜視図である。
図１０に示すように、本実施例のアレイアンテナは、反射板１上に、前述の実施例１の垂直偏波用アンテナ３個を所定の間隔をおいて配置したものである。このような構成でも、前述の実施例１と同様の効果を得ることが可能である。
［実施例３］
図１１は、本発明の実施例３の偏波共用アレイアンテナの概略構成を示す斜視図である。
図１１に示すように、本実施例の偏波共用アレイアンテナは、反射板１上に、前述の実施例１の垂直偏波用アンテナ３個と、２個の水平偏波用のダイポールアンテナ５を所定の間隔をおいて配置したものである。このような構成でも、前述の実施例１と同様の効果を得ることが可能である。
なお、前述の各実施例では、水平面内指向特性の半幅値を８０°にするために、２１と２２の一対の半波長ダイポールアンテナを使用する場合について説明したが、ダイポールアンテナは１個でも、水平面内指向特性を可変することが可能である。
以上、本発明者によってなされた発明を、前記実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記実施例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。

１ 反射板
４ 導波器
５ 水平偏波用の半波長ダイポールアンテナ
１０ 底面反射板
１１ 側面反射板
２１，２２ 垂直偏波用の一対のダイポールアンテナ
３０ａ 第１のスリット
３０ｂ 第２のスリット
３１ 第１の導電体
３２ 第２の導電体

Claims (5)

1. 反射板と、
   前記反射板上に配置される少なくとも１個の半波長ダイポールアンテナとを備え、
   前記少なくとも１個の半波長ダイポールアンテナから放射される電波の偏波方向が大地に対して垂直方向であるアンテナ装置であって、
   前記少なくとも１個の半波長ダイポールアンテナの両側に前記少なくとも１個の半波長ダイポールアンテナの延長方向に沿って配置される第１の導電体と第２の導電体を有し、
   前記反射板の反射面と平行で、前記少なくとも１個の半波長ダイポールアンテナが配置される面を第１の面、前記反射板の反射面と平行で、前記第１の導電体と前記第２の導電体が配置される面を第２の面とするとき、前記第２の面は、前記反射板の反射面から見て前記第１の面よりも外側に位置し、
   前記第１の導電体と前記第２の導電体とは、それぞれ、延長方向の両端から中心領域に向かって延びる第１のスリットと第２のスリットを有することを特徴とするアンテナ装置。
2. 前記少なくとも１個の半波長ダイポールアンテナ上に配置される導波器を有し、
   前記反射板の反射面と平行で、前記導波器が配置される面を第３の面とするとき、前記第３面は、前記反射板の反射面から見て前記第２の面よりも外側に位置することを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
3. 前記少なくとも１個の半波長ダイポールアンテナは、前記反射板上に所定の間隔をおいて配置される一対の半波長ダイポールアンテナであることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
4. 前記反射板の反射面に直交し、前記一対の半波長ダイポールアンテナの中心を通る面上で、前記反射板の反射面上に配置される導波器を有し、
   前記反射板の反射面と平行で、前記導波器が配置される面を第３の面とするとき、前記第３面は、前記反射板の反射面から見て前記第２の面よりも外側に位置することを特徴とする請求項３に記載のアンテナ装置。
5. 電波の偏波方向が大地に対して水平方向である第１アンテナ装置と、
   電波の偏波方向が大地に対して垂直方向である第２アンテナ装置とを備えるアレイアンテナであって、
   前記第２アンテナ装置は、前記請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のアンテナ装置であることを特徴とするアレイアンテナ。

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