JPH0720714U - ２周波共用アンテナ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ２周波共用アンテナ装置に関し、２つの周波
数帯で３dBビーム幅を一致させたまま小型化することが
でき、さらに３dBビーム幅の大きさを変えても、最小の
レードームの大きさで対応することができることを目的
とする。 【構成】 周波数f1で動作する少なくとも１つの第１放
射素子と、第１放射素子に近接配置され、周波数f1より
高い周波数f2で動作する少なくとも１つの無給電素子ま
たは第２放射素子と、第１放射素子または第２放射素子
と所定の間隔Ｄを介して配置され、断面形状が円弧で所
定の長さを有する導電性材料のリフレクタと、第１放射
素子，無給電素子または第２放射素子，リフレクタを収
納する円筒型のレードームとを備え、周波数f1の波長を
λ_f1としたときに、リフレクタの円弧のなす半径Ｒを
0.125λ_f1とし、リフレクタの円弧のなす中心角θを40
°以上160°以下とし、間隔Ｄを0.13λ_f1以上0.20λ_f1
以下とする。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、移動通信方式における基地局に設置されるアンテナ装置において、 例えば従来用いられてきた 900ＭHz帯と、新しく用いられる 1.5ＧHz帯の２つの 周波数帯で３dBビーム幅の等しいセクタービームを得ることができる２周波共用 アンテナ装置に関する。

【０００２】 なお、本考案においては、２つの周波数帯の３dBビーム幅の一致の度合いには 所定の許容範囲があり、必ずしも厳密に等しい場合に限るものではない。

【０００３】

【従来の技術】

移動通信方式では、周波数の有効利用のために無線ゾーンの小ゾーン化が行わ れている。また、それに伴って基地局も増えることから、１つの基地局で放射状 に複数の無線ゾーンを形成する方法がとられている。

【０００４】 図１１は、３つに分割された無線ゾーンと基地局のアンテナ施設を示す。(1) は基地局のアンテナ施設を上から見た状態と無線ゾーンＡ，Ｂ，Ｃとの関係を示 し、(2) は基地局のアンテナ施設を側面から見た状態を示す。図において、基地 局のアンテナ施設は、アンテナ搭載鉄塔８１にアンテナ支持設備８２を介して、 送信用アンテナ８３および受信用アンテナ８４を取り付けた構成である。矢印は 主ビーム方向を表している。

【０００５】 図に示すように、無線ゾーンを３分割する場合には、３dBビーム幅 120°の水 平面内放射指向性を有するアンテナが有効となる。また、山などの障害物による 影響を回避するために、３分割した無線ゾーンをさらに２つの分けてダイバーシ チを行うときには、３dBビーム幅60°の水平面内放射指向性を有するアンテナが 有効となる。

【０００６】 ところで、２つの周波数帯で３dBビーム幅の等しいセクタービームを得ること ができる２周波共用アンテナ装置が開発されている。これにより、従来用いられ てきた 900ＭHzの周波数帯に加えて、新しく 1.5ＧHzの周波数帯を用いる場合で も、基地局のアンテナ設置数を増やすことなく対応可能になっている。

【０００７】 図１２は、従来の２周波共用アンテナ装置の構成例を示す。(1) は上面から見 た状態を示し、(2) は側面から見た状態を示す。 図において、２周波共用アンテナ装置は、レードーム９０内に放射素子９１， 無給電素子９２およびコーナリフレクタ９３を配置した構成である。ここで、コ ーナリフレクタ９３のコーナ角をα、放射素子９１とコーナリフレクタ９３の頂 点との間隔をＤ、コーナリフレクタ９３のコーナ長をＬ、レードーム９０の半径 をＲとする。

【０００８】 本アンテナ装置は 900ＭHz帯と 1.5ＧHz帯の２つの周波数帯で動作する。 900 ＭHzの周波数帯では放射素子９１に電流が流れ、無給電素子９２に流れる電流は 微小となり、コーナリフレクタ９３に応じた放射パターンが形成される。一方、 1.5ＧHzの周波数帯では、放射素子９１と無給電素子９２の双方に電流が流れ、 コーナリフレクタがなくても単向性の放射パターンとなるが、コーナリフレクタ ９３と組み合わせることにより放射パターンの大きさにさらに自由度のあるセク タービームが得られる。

【０００９】 さらに、コーナリフレクタ９３のコーナ角αを適切に決めることにより、２つ の周波数帯の３dBビーム幅を等しくすることができる。また、コーナリフレクタ ９３のコーナ長Ｌに応じて、２つの周波数帯で一致する３dBビーム幅を設定する ことができる（鈴木珠美，鹿子嶋憲一、「任意ビーム幅２周波数帯共用コーナリ フレクタアンテナ」、1992年 電子情報通信学会論文誌 Vol.J75 B-II No.12 pp.950-956) 。

【００１０】 ところで、本アンテナ装置を収納する円筒型のレードーム９０の直径は、コー ナリフレクタ９３のコーナ長Ｌおよびコーナ角αに応じて決定される。例えば、 900ＭHzの波長をλ_f1とし、Ｌ＝0.175λ_f1、α＝140°、Ｄ＝0.16λ_f1としたと きに、 900ＭHzと 1.5ＧHzの２つの周波数で３dBビーム幅 120°のセクタービー ムが得られるが、このときに必要なレードーム９０の直径は約 100ｍｍとなる。

【００１１】 また、コーナリフレクタ９３のコーナ角αを 140°と一定にしたまま、コーナ 長Ｌを0.15λ_f1から 0.8λ_f1まで変更すると、２つの周波数帯の３dBビーム幅を 一致させたまま 140°から60°まで可変させることができる（前掲の論文）。す なわち、この２周波共用アンテナ装置では、コーナリフレクタ９３のコーナ角α を一定にしたままコーナ長Ｌを変えることにより、２つの周波数帯の３dBビーム 幅を一致させたまま、その３dBビーム幅を変化させることができる。

【００１２】 図１３は、従来の２周波共用アンテナ装置の他の構成例を示す。(1) は全体構 成を示し、(2) は放射素子の部分を示す。 図において、２周波共用アンテナ装置は、レードーム９０内に、放射素子９４ ，９５を形成したプリント基板９６と、金属反射板で形成されたコーナリフレク タ９７を配置し、プリント線路９８を介して放射素子９４，９５と同軸コネクタ ９９とを接続した構成である。ここで、放射素子９４は 900ＭHzの周波数帯で動 作し、放射素子９５は 1.5ＧHzの周波数帯で動作する。また、コーナリフレクタ ９７のコーナ角をα、コーナ長をＬとする。

【００１３】 本アンテナ装置は、 900ＭHzの波長をλ_f1とし、Ｌ＝0.6λ_f1 (200ｍｍ）、α ＝90°，180°，260°としたときに、900ＭHzと1.5ＧHzの２つの周波数で３dBビ ーム幅60°，120°，180°のセクタービームが得られる（佐藤当秀他、「２周波 共用コーナリフレクタアンテナ」1989年電子情報通信学会春季全国大会Ｂ-39)。 このように、コーナリフレクタ９７のコーナ角αを変えることにより、２つの周 波数帯の３dBビーム幅を一致させたまま、その３dBビーム幅を変化させることが できる。なお、レードーム９０の直径は、コーナ角αが 180°および優角のとき にも対応するためには 400ｍｍ以上確保する必要がある。

【００１４】

【考案が解決しようとする課題】

図１２に示す２周波共用アンテナ装置では、コーナリフレクタ９３のコーナ角 αを所定値に設定することにより、２つの周波数帯で３dBビーム幅を一致させる ことができるが、その３dBビーム幅はコーナ長Ｌに応じて変化する。したがって 、所定の３dBビーム幅を有する２周波共用アンテナ装置は、コーナリフレクタ９ ３のコーナ角αおよびコーナ長Ｌが指定され、そのコーナ角αおよびコーナ長Ｌ に対応するレードーム９０の直径も限定される。

【００１５】 図１３に示す２周波共用アンテナ装置では、２つの周波数帯で一致する３dBビ ーム幅は、コーナリフレクタ９７のコーナ角αに応じて変化する。したがって、 所定の３dBビーム幅を有する２周波共用アンテナ装置は、コーナリフレクタ９７ のコーナ角αが指定され、そのコーナ角αに対応するレードーム９０の直径も限 定される。

【００１６】 このように、図１２および図１３に示す従来の２周波共用アンテナ装置の構成 では、レードーム９０の直径を小さくするために、コーナリフレクタ９３，９７ のコーナ角αあるいはコーナ長Ｌを自由に変更することはできなかった。すなわ ち、２つの周波数帯で３dBビーム幅を一致させたまま小型化することは困難であ った。

【００１７】 また、２つの周波数帯の３dBビーム幅を一致させたままその３dBビーム幅を変 更するには、一方はコーナリフレクタ９３のコーナ長Ｌを可変にすることにより 、他方はコーナリフレクタ９７のコーナ角αを可変にすることにより可能である 。ただし、従来構成では３dBビーム幅に応じて、コーナリフレクタ９３のコーナ 長Ｌあるいはコーナリフレクタ９７のコーナ角αに対応するレードーム９０の直 径を変更しなければならない。すなわち、３dBビーム幅可変の２周波共用アンテ ナ装置では、各レードーム９０の直径は、一方はコーナリフレクタ９３のコーナ 長Ｌが最大となるときに合わせて、他方はコーナリフレクタ９７のコーナ角αが 180°および最大となるときに合わせて設計する必要がある。このようなことか ら、レードーム９０の直径の最小値が制限され容易に小型化することができなか った。

【００１８】 本考案は、２つの周波数帯で３dBビーム幅を一致させたまま小型化することが でき、さらに３dBビーム幅を変えても、最小のレードームの大きさで対応するこ とができる２周波共用アンテナ装置を提供することを目的とする。

【００１９】

【課題を解決するための手段】

請求項１に記載の考案は、周波数f1で動作する少なくとも１つの第１放射素子 と、第１放射素子に近接配置され、周波数f1より高い周波数f2で動作する少なく とも１つの無給電素子または第２放射素子と、第１放射素子または第２放射素子 と所定の間隔Ｄを介して配置され、断面形状が円弧で所定の長さを有する導電性 材料のリフレクタと、第１放射素子，無給電素子または第２放射素子，リフレク タを収納する円筒型のレードームとを備え、周波数f1の波長をλ_f1としたときに 、リフレクタの円弧のなす半径Ｒを少なくとも 0.125λ_f1とし、リフレクタの円 弧のなす中心角θを40°以上 160°以下とし、間隔Ｄを0.13λ_f1以上0.20λ_f1以 下とする。

【００２０】 請求項２に記載の考案は、請求項１に記載の２周波共用アンテナ装置において レードームとリフレクタとを一体形成したことを特徴とする。 請求項３に記載の考案は、請求項１に記載の２周波共用アンテナ装置において リフレクタを複数の短冊状の導電性材料で構成したことを特徴とする。

【００２１】

【作用】

従来の２周波共用アンテナ装置では、コーナリフレクタを用い、そのコーナ角 αまたはコーナ長Ｌを適切に決めることにより、２つの周波数帯の３dBビーム幅 を等しくすることができた。また、コーナリフレクタのコーナ長Ｌまたはコーナ 角αを変えることにより、２つの周波数帯で３dBビーム幅を一致させたまま、そ の３dBビーム幅を変化させることができた。

【００２２】 本考案の２周波共用アンテナ装置では、断面形状が円弧のリフレクタを用い、 リフレクタの円弧のなす半径Ｒおよび中心角θ、さらにリフレクタと第１放射素 子または第２放射素子との間隔Ｄを限定することにより、２つの周波数帯の３dB ビーム幅を等しくすることができる（請求項１）。

【００２３】 また、リフレクタの断面形状が円弧であるので、円筒型のレードームと一体形 成することが可能となる。その場合には、レードームとリフレクタとの間に生じ る隙間がなくなり、レードームの半径をリフレクタの円弧のなす半径Ｒまで小さ くすることができる。すなわち、２周波共用アンテナ装置を効率よく小型軽量化 することができる（請求項２）。

【００２４】 また、本考案の２周波共用アンテナ装置では、リフレクタの円弧のなす中心角 θを変えることにより、２つの周波数帯で３dBビーム幅を一致させたまま、その ３dBビーム幅を変化させることができる。このとき、リフレクタの円弧のなす半 径Ｒは不変であるので、レードームの直径も同じままでよい。したがって、３dB ビーム幅が可変となっても、最小のレードームの大きさで対応することができる 。なお、リフレクタの円弧のなす半径Ｒを変えても、２つの周波数帯で３dBビー ム幅を一致させたまま、その３dBビーム幅を変化させることができる。ただし、 リターンロスの関係から間隔Ｄの最小値が制限されるので、レードームの大きさ には下限がある。

【００２５】 本考案の２周波共用アンテナ装置では、リフレクタを複数の短冊状にしてその 数を調整することにより、容易にリフレクタの円弧のなす中心角θを可変させる ことができる。すなわち、短冊状のリフレクタの数に応じて、２つの周波数帯で 一致する３dBビーム幅を変化させることができる（請求項３）。

【００２６】

【実施例】 図１は、本考案の２周波共用アンテナ装置の第一実施例構成を示す。(1) は上 面から見た状態を示し、(2) は側面から見た状態を示す。

【００２７】 図において、本実施例の２周波共用アンテナ装置は、誘電材料で構成されるレ ードーム１０内に、周波数f1で動作して給電する放射素子１１，周波数f1より高 い周波数f2で動作する無給電素子１２，断面形状が円弧で金属材料で構成される リフレクタ１３を配置した構成である。なお、リフレクタ１３は、金属蒸着によ りあるいは金属箔を張り付けることにより、レードーム１０に一体形成すること ができる。また、金属材料の他に導電性材料のもので構成することもできる。こ こで、リフレクタ１３の円弧のなす半径（レードーム１０の半径）をＲ、リフレ クタ１３の円弧のなす中心角をθ、リフレクタ１３の円弧の中点と放射素子１１ との間隔をＤとする。

【００２８】 本実施例の構成では、リフレクタ１３の円弧のなす半径Ｒおよび中心角θ、さ らに間隔Ｄを適切に決めることにより、２つの周波数帯で３dBビーム幅の等しい セクタービームを得ることができる。以下、各数値例について、図２〜図５を参 照して説明する。

【００２９】 図２は、本アンテナ装置の間隔Ｄに対する３dBビーム幅の一例を示す。(1) は 、リフレクタ１３の円弧のなす半径Ｒおよび中心角θを一定（0.125λ_f1，140° ）とした場合であり、(2) は、リフレクタ１３の円弧の長さＡを一定（0.3λ_f1) とし、リフレクタ１３の円弧のなす半径Ｒおよび中心角θを可変とした場合であ る。

【００３０】 図において、横軸は間隔Ｄを周波数f1の波長λ_f1を用いて表す。実線は周波数 f1（１ＧHz）、点線は周波数f2（２ＧHz）における間隔Ｄと３dBビーム幅との関 係である。図に示すように、間隔Ｄが0.16λ_f1の前後で、３dBビーム幅が２つの 周波数に対して 120°でほぼ一致する。

【００３１】 また、レードーム１０の直径を0.25λ_f1、リフレクタ１３の円弧のなす中心角 θを 140°とした場合に、間隔Ｄが0.13λ_f1以上0.20λ_f1以下で、２つの周波数 帯の３dBビーム幅がほぼ等しいと見なすことができる。すなわち、放射素子１１ の位置をその範囲に設定すれば、２つの周波数帯で３dBビーム幅の等しいセクタ ービームを得ることができる。ただし、間隔Ｄを小さくすると低い周波数f1にお ける放射抵抗が小さくなり（J.D.Kraus,"Antennas",Second Edition,1988 McGra w-Hill Book Company p.556)、リターンロスが大きくなるために共振状態が劣化 する別な問題点もある。

【００３２】 図３は、本アンテナ装置のリターンロスの周波数特性の一例を示す。なお、本 例は、上記のＤ＝0.16λ_f1で３dBビーム幅が 120°のなるときのリターンロスの 周波数特性である。図において、横軸は周波数f1で正規化した周波数f2の値であ る。図に示すように、２つの周波数f1，f2が所定の周波数比となるときにリター ンロスの値を−10dB以下にすることができる。なお、ここでは、１：２のときと なるが、無給電素子１２の素子長を変えることにより、他の周波数比でも同様の 結果を得ることができる。

【００３３】 以上示したように、本アンテナ装置は、直径0.25λ_f1のレードーム１０に、中 心角 140°のリフレクタ１３を配置し、リフレクタ１３の円弧の中点と放射素子 １１との間隔Ｄを0.16λ_f1とすることにより、２つの周波数帯の３dBビーム幅が 120°で一致する２周波共用アンテナとして動作させることができる。しかも、 本アンテナ装置は、２周波でリターンロスを−10dB以下に抑える条件を満たすこ とができる。また、周波数f1を 900ＧHzとすると、レードーム１０の直径は約80 ｍｍとなり、従来の約 100ｍｍに比べて十分に小さくすることができる。このと きの各周波数f1，f2における水平面内放射指向性を図４(1),(2) に示す。

【００３４】 図５は、本アンテナ装置のリフレクタ１３の円弧のなす中心角θに対する３dB ビーム幅の一例を示す。図において、実線は周波数f1（１ＧHz）、点線は周波数 f2（２ＧHz）における中心角θと３dBビーム幅との関係である。図に示すように 、本アンテナ装置における各３dBビーム幅は中心角θ（円弧の長さＡ）によって 決定され、かつ中心角θを変えることによりその３dBビーム幅を変化させること ができる。

【００３５】 なお、中心角θが40°以上 160°以下で、２つの周波数帯の３dBビーム幅がほ ぼ等しいと見なすことができる。すなわち、その範囲でリフレクタ１３の円弧の なす中心角θを変化させることにより、２つの周波数帯で３dBビーム幅をほぼ一 致させたまま、その３dBビーム幅を変化させることができる。ただし、リフレク タ１３の円弧のなす中心角θを変化させても半径Ｒは不変であり、レードーム１ ０の直径はそのままでよい。すなわち、３dBビーム幅を可変としても、最小のレ ードームの大きさで対応することができる。

【００３６】 ここで、リフレクタ１３を複数の短冊状の導電性材料で構成し、リフレクタ１ ３の円弧の長さＡ（中心角θ）を変える仕組みについてその一例を図６に示す。 図において、リフレクタ１３は、複数の短冊状の導電性材料がすだれ状に連結 された構造であり、その重なり具合によってリフレクタ１３の円弧の長さＡ（中 心角θ）を変わる仕組みである。また、短冊状の金属箔，金属板を張り付けまた は除去することによっても同様の機能を果たすことができる。

【００３７】 図７〜図１０は、本考案の２周波共用アンテナ装置の第二実施例〜第五実施例 の構成を示す。それぞれ(1) は上面から見た状態を示し、(2) は側面から見た状 態を示す。

【００３８】 第二実施例は、第一実施例の無給電素子１２に代えて、無給電素子２１，２２ ，２３を配置したことを特徴とする。 第三実施例は、第一実施例の無給電素子１２に代えて、放射素子１１の両側に 無給電素子２１，２２を配置したことを特徴とする。

【００３９】 第四実施例は、第一実施例の放射素子１１，無給電素子１２に代えて、周波数 f2で動作して給電する放射素子３１と、放射素子３１に対してリフレクタ１３側 に、周波数f1で動作し放射素子３１と平行線路を用いて接続される放射素子３２ とを配置したことを特徴とする。なお、本実施例ではリフレクタ１３の円弧の中 点と放射素子３２との間隔をＤとする。

【００４０】 第五実施例は、第一実施例の放射素子１１，無給電素子１２に代えて、周波数 f2で動作して給電する放射素子４１と、放射素子４１に対してリフレクタ１３と 反対側に、周波数f1で動作し放射素子４１と平行線路を用いて交差接続される放 射素子４２とを配置したことを特徴とする。なお、本実施例ではリフレクタ１３ の円弧の中点と放射素子４１との間隔をＤとする。

【００４１】 以上示したように、各実施例は、周波数f1で動作する放射素子と、周波数f1よ り高い周波数f2で動作する無給電素子または放射素子の配置構成が異なるが、２ 周波共用アンテナ装置としての機能は第一実施例と同様に説明される。なお、第 五実施例に示す配置構成は、図１３に示す従来の２周波共用アンテナ装置と等価 である。

【００４２】

【考案の効果】

以上説明したように、本考案の２周波共用アンテナ装置は、断面形状が円弧の リフレクタを用いることにより、２つの周波数帯の３dBビーム幅を等しくするこ とができ、しかも円筒型のレードームと一体形成することが可能となる。したが って、レードームをリフレクタの円弧のなす半径に応じて小さくすることができ 、無駄なく小型軽量化することができる。

【００４３】 また、本考案の２周波共用アンテナ装置は、リフレクタの円弧のなす中心角θ （円弧の長さＡ）を変えることにより、２つの周波数帯で３dBビーム幅を一致さ せたまま、その３dBビーム幅を変化させることができる。しかも、３dBビーム幅 が可変となってもレードームの大きさは不変であり、最小のレードームの大きさ で対応することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の２周波共用アンテナ装置の第一実施例
構成を示す図。

【図２】本アンテナ装置の間隔Ｄに対する３dBビーム幅
の一例を示す図。

【図３】本アンテナ装置のリターンロスの周波数特性の
一例を示す図。

【図４】本アンテナ装置の各周波数f1，f2における水平
面内放射指向性を示す図。

【図５】本アンテナ装置のリフレクタ１３の円弧のなす
中心角θに対する３dBビーム幅の一例を示す図。

【図６】リフレクタ１３の円弧の長さＡ（中心角θ）を
変える仕組みの一例を示す図。

【図７】本考案の２周波共用アンテナ装置の第二実施例
構成を示す図。

【図８】本考案の２周波共用アンテナ装置の第三実施例
構成を示す図。

【図９】本考案の２周波共用アンテナ装置の第四実施例
構成を示す図。

【図１０】本考案の２周波共用アンテナ装置の第五実施
例構成を示す図。

【図１１】３つに分割された無線ゾーンと基地局のアン
テナ施設を示す図。

【図１２】従来の２周波共用アンテナ装置の構成例を示
す図。

【図１３】従来の２周波共用アンテナ装置の他の構成例
を示す図。

【符号の説明】

１０ レードーム １１ 放射素子（f1用） １２，２１，２２，２３ 無給電素子（f2用） １３ リフレクタ ３１，４１ 放射素子（f2用） ３２，４２ 放射素子（f1用）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｑ 19/17

Claims (3)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 周波数f1で動作する少なくとも１つの第
   １放射素子と、 前記第１放射素子に近接配置され、周波数f1より高い周
   波数f2で動作する少なくとも１つの無給電素子または第
   ２放射素子と、 前記第１放射素子または前記第２放射素子と所定の間隔
   Ｄを介して配置され、断面形状が円弧で所定の長さを有
   する導電性材料のリフレクタと、 前記第１放射素子，前記無給電素子または第２放射素
   子，前記リフレクタを収納する円筒型のレードームとを
   備え、 前記周波数f1の波長をλ_f1としたときに、前記リフレク
   タの円弧のなす半径Ｒを少なくとも 0.125λ_f1とし、前
   記リフレクタの円弧のなす中心角θを40°以上160°以
   下とし、前記間隔Ｄを0.13λ_f1以上0.20λ_f1以下とする
   ことを特徴とする２周波共用アンテナ装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の２周波共用アンテナ装
   置において、 レードームとリフレクタとを一体形成したことを特徴と
   する２周波共用アンテナ装置。
3. 【請求項３】 請求項１に記載の２周波共用アンテナ装
   置において、 リフレクタを複数の短冊状の導電性材料で構成したこと
   を特徴とする２周波共用アンテナ装置。