JPH09130141A - アンテナ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 安価に製作でき、小型で、所望の特性が得ら
れる偏波ダイバーシチアンテナを提供すること。 【構成】 偏波ダイバーシチアンテナにおいて、水平偏
波に対応するアンテナ素子としてスケルトンスロットア
ンテナを使用し、垂直偏波に対応するアンテナ素子とし
てダイポールアンテナを使用するなど、１つの偏波方向
に対応するアンテナ素子と、他の偏波方向に対応するア
ンテナ素子に、それぞれ別の種類のアンテナ素子を用い
る。このような構成により、各偏波に対応するアンテナ
の水平面および垂直面の指向性を一致させることができ
る。また水平偏波用にスケルトンスロットアンテナを使
用した場合には、安価に製作可能であり、アンテナの外
径を細くすることが可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、アンテナに関する
ものであり、特に、安価に製作でき、小型で所望の特性
が得られる偏波ダイバーシチアンテナに関する。

【０００２】

【従来の技術】移動体通信においては、フェージングに
よる通信品質の劣化対策としてダイバーシチ技術が用い
られている。ダイバーシチ技術は移動局、基地局の双方
に適用され、その種類としては、空間ダイバーシチ、指
向性ダイバーシチ、偏波ダイバーシチ等の方式がある。
この中で、偏波ダイバーシチは、２つ以上の異なる偏波
をそれぞれ対応するアンテナで受信し、受信信号を合成
するか、または強い方を選択することにより、ダイバー
シチ効果を得る方式である。偏波ダイバーシチ用のアン
テナとしては、図２に示すような、２つのダイポールア
ンテナ２０、２１を互いに直角に配置したクロスダイポ
ールアンテナや、図３に示すような、２点給電による円
形あるいは方形パッチアンテナが用いられていた。な
お、関連する従来技術の文献としては、例えば特開平１
−１４９６２０号公報等がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】移動体通信用基地局に
おいて空間ダイバーシチや指向性ダイバーシチを実施す
るためには、複数本のアンテナを距離を離して設置する
必要があり、占有面積が大きい、装置が高価となる、美
観を損なう等の問題点があった。これに対して偏波ダイ
バーシチアンテナはアンテナ間の距離を離す必要がない
ために、このような問題点はない。しかし、前記したよ
うな従来の偏波ダイバーシチアンテナにおいては、以下
のような問題点があった。例えばクロスダイポールアン
テナにおいては、水平偏波に対しては水平面内の指向性
が８の字特性となるのに対して垂直偏波は無指向性とな
り、相手局の方向によってアンテナから出力される信号
レベルが異なるので、ダイバーシチ効果が十分発揮され
ないという問題点があった。

【０００４】また、アンテナの高利得化と垂直面内にお
けるビーム形成のためにアンテナ素子を垂直方向に並べ
てアレイ化する必要があるが、建物の屋上等に設置する
ために、受風荷重、重量を軽くする必要があり、アンテ
ナの構造を細く、かつ軽量に構成する必要がある。とこ
ろが、パッチアンテナにおいては、アンテナの形状
（幅）が大きくなってしまうという問題点があった。そ
こで、パッチアンテナの幅を狭くするために、材質の比
誘電率を高くすると、周波数帯域幅が狭くなり、また誘
電体損が大きくなるので、アンテナ効率が低下するとい
う問題点があった。更にパッチアンテナは材料に誘電体
基板を使用するので、高価であり、重量も増すという問
題点もあった。

【０００５】本発明の目的は、前記のような従来技術の
問題点を解決し、安価に製作でき、小型で、所望の特性
が得られる偏波ダイバーシチアンテナを提供することに
ある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、偏波ダイバー
シチアンテナにおいて、例えば、水平偏波に対応するア
ンテナ素子としてスケルトンスロットアンテナを使用
し、垂直偏波に対応するアンテナ素子としてダイポール
アンテナを使用するなど、１つの偏波方向に対応するア
ンテナ素子と、他の偏波方向に対応するアンテナ素子
に、それぞれ別の種類のアンテナ素子を用いることを特
徴とする。本発明は、上記のような構成により、各偏波
に対応するアンテナの素子の寸法等のパラメータを調整
することによって、各偏波に対応するアンテナの水平面
および垂直面の指向性を一致させることができる。また
水平偏波用にスケルトンスロットアンテナを使用するこ
とにより安価に製作可能であり、水平方向の幅を狭くで
きるために、アンテナの外径を細くすることが可能とな
る。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施例を図面を
参照して詳細に説明する。図１は本発明を適用した偏波
ダイバーシチアンテナの構成例を示す図である。図１
（ａ）はアンテナの正面図であり、地板４上に、スケル
トンスロットアンテナ２と２個の垂直ダイポールアンテ
ナ３が交互に配置されている。スケルトンスロットアン
テナは、図１（ａ）のように配置された場合、垂直偏波
に対しては感度が無く、水平偏波に対して、８の字形の
指向性を示す。また、アンテナの偏波面と並行な方向の
幅が、ダイポールアンテナ等に比較して狭いので、アン
テナの水平幅を狭くすることができる。

【０００８】垂直ダイポールアンテナを２個並行に配置
するのは、水平面内の指向性をスケルトンスロットアン
テナ２の指向性に合わせるためであり、例えば２つのダ
イポールアンテナをほぼ半波長離して配置し、信号を合
成／分配することにより、水平面内において８の字形の
指向性を得ることができる。更に、２個のダイポールア
ンテナおよびスケルトンスロットアンテナの素子の寸法
や配置を調整することにより、あるいは地板４の幅を調
整したり、地板にエッジを立てることにより、両アンテ
ナの水平面および垂直面内の指向性を一致させることが
できる。

【０００９】なお、移動体通信基地局においては、通常
はビームは１方向のみを使用し、反対側のビームは図１
（ｂ）の側面図に示す地板４により遮蔽する。地板４は
金属等の導体から成り、アンテナ素子から所定の距離に
配置される。また、アンテナをアレイ状に配置する場合
には、それぞれのアンテナ素子を通常１波長程度の間隔
をおいて配置する。この例では、１波長程度間隔を空け
て配置した垂直偏波用のダイポールアンテナ３の隙間に
水平偏波用のスケルトンスロットアンテナ２を配置した
ものであり、アンテナの全長は垂直偏波用のアレイアン
テナとあまり変わらない。また、ダイポールアンテナお
よびスケルトンスロットアンテナは共に線状の導体から
構成されているので、安価に製作することが可能であ
る。

【００１０】図４は、本発明を適用した偏波ダイバーシ
チアンテナの第２の構成例を示す図である。図４（ａ）
は正面図、（ｂ）は側面図であり、図１と同じものには
同じ番号が付与してある。第２の実施例においては、第
１の実施例における垂直偏波用のダイポールアンテナの
替わりにスロットアンテナ５を使用したものである。ス
ロットアンテナ５は、金属等の導体板にスロット（スリ
ット、溝）を設け、その両側に給電するものである。図
４のように配置した場合の、スロットアンテナ５の指向
性は水平面内において８の字形となる。なお、スケルト
ンスロットアンテナは、スロットアンテナの導体板をス
ロットの周辺のみに減縮したものとみなすことができ
る。

【００１１】図７は、本発明を適用した偏波ダイバーシ
チアンテナの第３の構成例を示す図である。図７（ａ）
は正面図、（ｂ）は側面図であり、図１と同じものには
同じ番号が付与してある。第３の実施例においては、第
１の実施例における垂直偏波用のダイポールアンテナの
替わりにパッチアンテナ１０を使用したものである。パ
ッチアンテナ１０は、地板４と所定の寸法の金属等の導
体板（膜）１０との間に誘電体板１２を挟んで、所定の
給電点１１に給電するものである。パッチアンテナ１０
の指向性は水平面内において正面方向を最大利得とする
単一の指向性となる。

【００１２】図５は、図１に示した第１の実施例のアン
テナを使用して、左右の円偏波を受信あるいは送信する
ためのアンテナ回路を付加した例である。信号を受信す
る場合には、合成／分配器７は２個のダイポールアンテ
ナの信号を合成し、３ｄＢハイブリッド回路６は、垂直
偏波信号および水平偏波信号を入力し、それぞれの入力
端子の信号を９０度移相した信号と他の入力端子の信号
とをそれぞれ合成して出力することにより、左旋円偏波
信号と右旋円偏波信号とを出力する。

【００１３】図６は、スケルトンスロットアンテナの広
帯域化を実現するための構成例を示す斜視図である。こ
の例においては、スケルトンスロットアンテナ９の前
に、アンテナ９とは異なる共振周波数を持つ、もう１つ
のスケルトンスロットアンテナ８が設けられ、両アンテ
ナが並列に接続されている。このような構成によって、
ＶＳＷＲ（電圧定在波比）２．０以下の範囲が単独の場
合の３倍以上に広帯域化できる。

【００１４】図８は、水平偏波用のアンテナと、垂直偏
波用のアンテナを重ねて配置した構成例を示す図であ
る。図８の例においては、スケルトンスロットアンテナ
３と２個のダイポールアンテナとを重ねて配置してい
る。実際には、例えばアンテナ基板として両面に銅板
（箔）を張った基板を使用して、表面にスケルトンスロ
ットアンテナパターンを形成し、裏面に２個のダイポー
ルアンテナパターンを形成することにより、１つのアン
テナ基板内に複数のアンテナ素子を形成できる。なお、
どのアンテナを表面に形成するかは任意である。第１実
施例においては、ダイポールアンテナの間にスケルトン
スロットアンテナを配置する例を開示したが、図８のよ
うな構成にすれば、アンテナ基板の長さの合計が半分で
済み、より安価に製造可能となる。

【００１５】図９は、基地局用アンテナ装置の水平断面
図である。アンテナ装置は、通常複数のエリアに対応す
るアンテナをレドーム１３内に収容している。（ａ）は
１８０度、（ｂ）は１２０度の角度をもった２つのアン
テナを収容した例であり、（ｃ）は１２０度の角度をも
って３つのアンテナを収容した例である。本発明におい
ては、アンテナの幅を狭くすることが可能であり、かつ
全体の長さ（高さ）は従来のアレイアンテナと変わりが
ない程度に作成可能である。従って、従来の空間ダイバ
ーシチ方式であれば、（ｂ）タイプのアンテナであれば
３本、（ｃ）タイプでも２本必要であったのに対し、本
発明のアンテナを用いれば、従来と同じ形状の（ｃ）タ
イプのアンテナ１本で済む。従って、安価に製作可能で
あり、また設置場所を取らず、美観を損ねることがな
い。以上、実施例を説明したが、実施例として開示した
アンテナはダイバーシチ受信用以外に、送信ダイバーシ
チに利用することも可能である。

【００１６】

【発明の効果】本発明によれば、偏波ダイバーシチアン
テナにおいて、水平偏波に対応するアンテナ素子として
スケルトンスロットアンテナを使用し、垂直偏波に対応
するアンテナ素子としてダイポールアンテナを使用する
など、１つの偏波方向に対応するアンテナ素子と、他の
偏波方向に対応するアンテナ素子に、それぞれ別の種類
のアンテナ素子を用いるので、各偏波に対応するアンテ
ナの素子の寸法等のパラメータを調整することによっ
て、各偏波に対応するアンテナの水平面および垂直面の
指向性を一致させることができるという効果がある。ま
た水平偏波用にスケルトンスロットアンテナを使用した
場合には、安価に製作可能であり、水平方向の幅が狭く
できるために、アンテナの外径を細くすることが可能と
なるという効果もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の偏波ダイバーシチアンテナの構成例を
示す図である。

【図２】従来の偏波ダイバーシチアンテナの構成１を示
す図である。

【図３】従来の偏波ダイバーシチアンテナの構成２を示
す図である。

【図４】本発明を適用した偏波ダイバーシチアンテナの
第２の構成例を示す図である。

【図５】図１に示したアンテナを使用して左右の円偏波
を送受信するためのアンテナ回路を付加した構成を示す
ブロック図である。

【図６】スケルトンスロットアンテナの広帯域化を実現
するための構成例を示す斜視図である。

【図７】本発明を適用した偏波ダイバーシチアンテナの
第３の構成例を示す図である。

【図８】水平偏波用のアンテナと、垂直偏波用のアンテ
ナを重ねて配置した構成例を示す図である。

【図９】基地局用アンテナ装置の水平断面図である。

【符号の説明】

２…スケルトンスロットアンテナ、３…垂直ダイポール
アンテナ、４…地板、５…スロットアンテナ、６…３ｄ
Ｂハイブロッド回路、７…合成／分配器、８、９…スケ
ルトンスロットアンテナ、１０…パッチアンテナ、１１
…給電点、１２…誘電体、１３…レドーム、２０、２１
…ダイポールアンテナ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐藤 敏雄 東京都千代田区六番町６番地 日本移動通 信株式会社内 (72)発明者 新井 宏之 神奈川県横浜市旭区今宿東町615−11

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 垂直偏波用のアンテナ素子および水平偏
   波用のアンテナ素子を備えたアンテナにおいて、 水平偏波に対応するアンテナ素子としてスケルトンスロ
   ットアンテナを使用したことを特徴とするアンテナ。
2. 【請求項２】 垂直偏波に対応するアンテナ素子とし
   て、ダイポールアンテナ、スロットアンテナ、パッチア
   ンテナの内のいずれかを使用したことを特徴とする請求
   項１に記載のアンテナ。
3. 【請求項３】 垂直偏波に対応するアンテナ素子として
   ２個のダイポールアンテナを使用し、該２個のダイポー
   ルアンテナとスケルトンスロットアンテナとを垂直方向
   に交互に複数個配置したことを特徴とする請求項１に記
   載のアンテナ。
4. 【請求項４】 垂直偏波に対応するアンテナ素子と水平
   偏波に対応するアンテナ素子とをビーム方向に重ねて配
   置したことを特徴とする請求項１ないし３に記載のアン
   テナ。