JPH1127032A - アンテナ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】使用周波数がＵＨＦ帯の移動通信方式における
無線基地局用アンテナとして適する、特性が良好、製作
容易で経済的なアンテナを実現する。 【解決手段】複数の線条もしくは面状の励振素子を有す
るコ・リニアタイプのアンテナにおいてはアンテナ基底
部の給電線（同軸ケーブル）との接続部に不平衡電流を
抑圧するためバランが設置されている。このバランは通
常接続部を起点に同軸ケーブルの外皮を覆うように設置
されるタイプである。また厳密にはバランではないが、
同軸外部導体と接続し、接続部を起点に給電線により接
続される第一の励振素子の一部を取り囲むよう、すなわ
ちバランとは逆方向に円筒形の導体を設置して、バラン
と同等の作用を行わせる回路（等価バラン）も使用され
ている。これらバラン、あるいは等価バランの物理的形
状を若干変化させることが可能な構造を備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は無線通信システム用アン
テナ、特に移動通信システムの無線基地局アンテナとし
て使用するのに適するアンテナに関する。

【０００２】

【従来の技術】ＶＨＦ帯、もしくはＵＨＦ帯を使用した
無線通信方式に使用されるアンテナには種々の形式が使
用されている。最も単純な形式の一つとして、図６に示
すブラウンアンテナと呼ばれているものがある。このア
ンテナの構造は、アンテナの励振素子部分と同軸ケーブ
ル等不平衡給電線との接続部分に、図６に示すような４
本の地線を設けている。すなわち、垂直偏波の電波を発
生させる場合は励振素子を地面に垂直に立て、同軸ケー
ブルの内部導体に接続する一方、励振素子と直角に互い
に直交した４本の地線を設け、同軸ケーブルの外部導体
とそれぞれ接続した形式である。

【０００３】次に複数の励振素子を有するコ・リニアア
ンテナも以前から無線通信システムの固定局アンテナと
して広く使用されている。図７に示すような形式のアン
テナはコ・リニアアンテナと呼ばれている。このアンテ
ナは図７に示すように１／２波長程度（図では５／８波
長）の針金で構成された励振素子を縦に一直線に並べ、
下部の同軸ケーブルから給電した形式である。なお、図
７に示す各励振素子の結合部分にはほぼ１／２波長の長
さを有する折り返し部分（フェージング・スタブ）を持
たせており、この部分は電波の逆位相を有するので折り
返して電波の輻射を抑えている。図８（ａ）〜（ｃ）に
示すような形式のアンテナもコ・リニアアンテナ一種と
も考えられる。図８（ａ）は模式図であり、図８（ｂ）
は電流の乗り方を示している。この場合同軸ケーブルの
外被導体に金属の外筒、いわゆるスリーブが１／４波長
ずつついた形式のアンテナであるから同軸スリーブアン
テナとも呼ばれる。図８（ｃ）はこのアンテナの断面図
を示す。

【０００４】しかしながら、従来のアンテナでは次のよ
うな技術上、製造上の問題があった。まず、ブラウンア
ンテナでは１個の励振素子しか有していないので高い垂
直面内指向特性が要求される場合には使用することがで
きない。また、同軸ケーブル等不平衡給電線で行った場
合、同軸ケーブルの外被金属に不平衡電流が流れアンテ
ナの輻射効率が低下する外アンテナの指向性にも悪影響
を及ぼす。これを避けるため上述したように４本の地線
を設ける必要があるが、アンテナを可及的に小形に製造
する事が要求される場合、技術的に困難となる。

【０００５】次に、複数の励振素子を垂直に多段に接続
した形式のアンテナはコ・リニアアンテナと呼ばれ、高
い垂直面内指向特性が要求される場合に用いられるが、
製造上の問題として図７に示すような地線を設ける必要
があり、小形化の要求には適していない。

【０００６】さらに、同軸スリーブアンテナではコ・リ
ニアアンテナのような各励振素子へ同位相、同振幅の電
流を各励振素子へ給電しなければならない技術的困難性
はないが、同軸ケーブルの外被導体に金属の外筒を付け
なければならないという、量産時に要求される低コスト
の要求に相応しないという問題があった。また，従来よ
り平衡型アンテナへの給電を同軸ケーブル等不平衡給電
線により行った場合、接続点において不平衡電流が流れ
る（同軸ケーブルの外部導体上を）可能性がある。これ
を防止するには通常バランが用いられている。図９はバ
ランの模式図である。これは左方の不平衡給電線の同軸
線路を右方の平衡給電線に変換する場合に使用される。
この場合、接合点より同軸線路方向へ１／４波長の長さ
を有する円筒導体で外部から同軸線路を覆い、その終端
を同軸線路の外部導体へ接続した構造を有している。ま
た、上記のバランと同様な作用をする円筒形の金属導体
（以下等価バラン）も用いられている。この形状及び設
置位置はアンテナの励振素子の一端を同軸ケーブル等不
平衡給電線により接続する部分において、接続点とこれ
により接続される第一の励振素子の一部を取り囲むよう
に構成されている。これは後で詳述する図１の３が等価
バランである。

【０００７】しかしながら、前者はもとより後者におい
ても不平衡電流の阻止に目的が置かれており、アンテナ
の有する電気的特性の調整にこれを用いられた事例はな
いようである。特にアンテナを大量生産する時、アンテ
ナの電気的特性には多少のバラツキがある。これのバラ
ツキを上述のバランあるいは等価バランで調整し、規格
内へ収めると言った手段には適用された例はない。さら
に、上述のバランあるいは等価バランと共に、アンテナ
の励振素子の物理的寸法をも若干変更し、アンテナの垂
直面内指向性であるチルト角を調整することも文献では
明らかにされていない。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】多段式アンテナは高利
得が期待出来るが、反面上記のように量産時に発生する
アンテナの電気的特性のバラツキの調整法は知られてい
ないと言う技術的問題があった。

【０００９】

【課題を解決するための手段】複数の線条もしくは面状
の励振素子を有するコ・リニアタイプのアンテナにおい
てはアンテナ基底部の給電線（同軸ケーブル）との接続
部に不平衡電流を抑圧するため上述したような形式のバ
ラン、あるいは等価バランが用いられている。これらバ
ラン、あるいは等価バランの物理的形状を若干変化させ
ることが可能な構造を具備させた。

【００１０】

【作用】上記のバランもしくは等価バランの物理的形状
を若干変化させてもバランと同様、同軸ケーブルの外部
導体上を流れる不平衡電流を抑圧する作用がある。次に
バランもしくは等価バランの物理的形状を若干変化させ
ることによりアンテナの有する電気的特性の変更または
改善させることが出来、量産時の特性のバラツキの改善
に対応させることを可能とした。さらに、バランもしく
は等価バランを形成する円筒形の導体の物理的な寸法の
変更と共に、アンテナの励振素子の物理的な寸法の変更
とを同時に実施することにより、アンテナの有する電気
的特性の指向特性、例えばチルト角の変更が可能となっ
た。

【００１１】

【実施例】本発明を適用したアンテナの具体例に関し説
明する。図１はコ・リニアアンテナに本発明を適用した
例である。図１において１−１、１−２及び１−３は金
属線状の励振素子、２−１、２−２は折り返し部分（フ
ェージング・スタブ）、３は円筒形の導電体（等価バラ
ン、以下の説明は等価バランの場合であるが、通常のバ
ランの場合も同様である）、４は給電線と接続するため
のコネクタをそれぞれ示す（給電線は省略）。図１に示
すアンテナは複数の励振素子を有し垂直偏波の電波を励
振する形式であり、水平面内指向特性は無指向（オムニ
アンテナ）である。なお、励振素子１−１、１−２及び
１−３（以下誤解の無い場合は励振素子１と略称）を構
成する材料は銅線で直径１．２ｍｍを使用した。また励
振素子１−３はコネクタの内部導体と、等価バラン３は
給電線との接続部分でコネクタの外部導体とそれぞれ接
続されている。折り返し部分２−１、２−２の形状は図
２に示されるようであり、おおよそ１／２波長程度の線
路長を有し、励振素子１−１と１−２、あるいは１−２
と１−３とを接続している。

【００１２】励振素子１−１、１−２及び１−３の寸法
ａ_１，ａ_２，及びａ_３の実際の寸法は周波数１．９ＧＨ
ｚ帯の場合、９５ｍｍ、１００ｍｍ及び５２ｍｍであ
る。また、等価バラン３の長手方向の長さは３６ｍｍを
中心にパラメータにとった外、半径方向の大きさもパラ
メータにとり特性の変化を調べた。以下図１の形状を有
するアンテナの電気的特性を測定した結果について説明
する。試験周波数はわが国のＰＨＳ帯の周波数付近で、
図３（ａ），（ｂ）はその１例であり、図３（ａ）は定
在波比特性、（ｂ）は指向特性である。なお、測定時の
図１に示す形状のアンテナの励振素子等の物理的寸法は
以下であった。励振素子１−１：９５ｍｍ、 励振素子
１−２：１００ｍｍ、励振素子１−３：５２ｍｍ等価バ
ラン３の円筒形の寸法：長さ３４ｍｍ、内径１０ｍｍ、
外径１２ｍｍなお、指向特性で図示の１．９ＧＨｚの−
２８．４４５ｄＢの意味は供試アンテナへネットワーク
アナライザの出力（１０ｄＢｍ）を入力し、アンテナか
らの出力を約１．５メートル離れた地点で標準受信アン
テナで受信したときのネットワークアナライザ入力レベ
ル（ｄＢｍ）を示す。また、利得０ｄＢｉのアンテナか
ら同様な測定を行ったときのネットワークアナライザ入
力レベルは−３４．０ｄＢｍであったから、供試アンテ
ナの利得は約５．５ｄＢｉであることがかる。

【００１３】参考のため、上記のようなバラン、あるい
は等価バランを全く使用しない場合の図１の形状を有す
るアンテナの電気的特性を測定した結果を図４に示す。
この場合の励振素子１の物理的寸法は以下であった。励
振素子１−１：９５ｍｍ、 励振素子１−２：１１０ｍ
ｍ、励振素子１−３：６０ｍｍ励振素子１の物理的寸法
を上記と若干変更したのは、上記の寸法のままでは、定
在波比特性が良くならないからである。バラン、あるい
は等価バランを全く使用しない場合は帯域特性が狭くな
っていることがわかる。さらに、給電線に沿ってアンテ
ナと反対方向に不平衡電流が存在する可能性がある。

【００１４】さて、本題に帰り等価バラン３の円筒形の
導体の寸法を３９ｍｍから３２ｍｍまで１ｍｍ単位で変
化させ、他の寸法は変化させないときのアンテナの電気
的特性の変化を表１に示す。表１のＸ値が等価バラン３
の長手方向の長さ（単位ｍｍ）を示す。次にＶＳＷＲ
（定在波比）でＭＩＮは１．９ＧＨｚ帯で最良の値を示
す。また、例えば１．９０６Ｇは周波数１．９０６ＧＨ
ｚを意味し、各Ｘ値に対するＶＳＷＲ値が１．２７７
１、１．１８７１、・・・であることを意味する。利得
の欄でＭＡＸは１．９ＧＨｚ帯で最良のアンテナ利得
（既に説明したように、受信レベルの相対値である）を
示し、１．９０６Ｇは周波数１．９０６ＧＨｚで、各Ｘ
値に対するアンテナ利得が−２９．３１８、−２９．４
９、・・・であることを意味する。表１より円筒形の導
電体３の寸法が３９ｍｍから３６ｍｍまで短くしていく
過程では共振周波数のシフトはほとんどなく、かつ定在
波比特性が良好な値に近付いたが、３６ｍｍから３２ｍ
ｍへの過程では共振周波数が若干低い周波数へシフトす
るのが見られる。上記の結果は上記の諸元を有するアン
テナの最適の電気的特性を得るのに有効である。

【００１５】あるいは、逆に表１を次のように理解する
ことも可能である。すなわち、同一の図面を用いて図１
に示す形状のアンテナを多数製作する量産工場を想定す
る。量産された各アンテナの示す電気的特性は必ずしも
完全に同一でなく、ある値を中心に分散することが知ら
れている。この分散の大きさは使用する部品や製造工程
の精度に依存するが、この分散値が規格内に入っておれ
ば問題はない。しかし、規格外にはみ出ている場合には
問題となり、不適合品となる。不適合品を削減するに
は、規格内に入れる手法を具備しなければならない。こ
のような場合を想定し、アンテナの電気的特性を微小調
整出来る部分を具備させ、規格外の特性を有するアンテ
ナの特性を微小変更（調整）し、規格内に入れることが
コストダウン上必要である。上記のコ・リニアアンテナ
の場合は等価バラン３を形成する円筒形の導体の物理的
な寸法を若干変更することにより、この目的を達するこ
とが出来る。すなわち円筒形の長さ方向の寸法を変更す
れば、アンテナの電気的特性はほぼ表１の通り変化する
ことなるからである。

【表１】 あるいは、円筒形の長さ方向のさらなる変更、内径の異
なる寸法の円筒形を適用して、その長さを変更すれば、
アンテナに及ぼす影響は表１とは異なる変化があり、こ
れらを用いて、各アンテナの示す電気的特性を所望の値
に近付けることが可能となる。

【００１６】図５は等価バラン３の金属円筒の長さ方向
の寸法を変更するための１実施例（等価バランの断面
図）を示す。図５から明らかなように等価バラン３を２
つの部分、固定金属円筒３−１と可動金属円筒３−２と
に分け、固定金属円筒３−１にネジ部をつけ、これにネ
ジ込み可能な可動金属円筒３−２をネジ込んでその深さ
を調節すれば良い。以上の説明ではバランと同等の効果
が期待される等価バランを用いた場合のアンテナの電気
的特性の微小変更であった。この効果は通常のバランに
おいてもその形状を微小変更することにより、同様の効
果を期待出来る。ただし、励振素子から少し離れている
分だけアンテナの電気的特性に及ぼす影響が少なくバラ
ンの有する物理的寸法を若干大きめに変更しなければな
らない。以上の説明ではアンテナを構成する励振素子が
金属線で構成されている場合であったが、誘電体基盤上
に形成された銅箔による励振素子の場合にも同様に適用
可能であることは明らかであろう。

【００１７】上記はコ・リニアタイプのアンテナにおい
て使用されているバラン、あるいは等価バランの有する
物理的寸法だけを変更して、アンテナの有する電気的特
性を微小調節しようとした場合であった。しかしなが
ら、上記のバラン、あるいは等価バランに加え、励振素
子１−１、１−２、１−３等の物理的寸法をも若干変化
させて、アンテナの電気的特性、たとえば垂直面内指向
特性のチルト角を変更することも可能である。特にチル
ト角の変更にはバラン、あるいは等価バランに加え、最
先端の励振素子（図１では励振素子１−３）の物理的寸
法を若干変更するのが効果的である。

【００１８】

【発明の効果】以上説明したように、複数の線条もしく
は面状の励振素子を有するコ・リニアタイプのアンテナ
においてはアンテナ基底部の給電線（同軸ケーブル）と
の接続部に不平衡電流を抑圧するためバラン、あるいは
等価バランが設置されているが、この回路をアンテナの
電気的特性の微小変更ないし、目的に合致した特性に調
整（変更）することが可能となり、量産時に問題となる
特性のバラツキを軽減可能となるほか、製造コストの軽
減に効果を発揮することが出来る。したがって、本発明
の効果は大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明をコ・リニアタイプのアンテナへ適用し
た場合の回路構成図である。

【図２】図１の一部の細部を説明するための図である。

【図３】本発明をコ・リニアタイプのアンテナへ適用し
た場合の電気的特性を測定した図である。

【図４】コ・リニアタイプのアンテナの有する電気的特
性を測定した図である。

【図５】本発明をコ・リニアタイプのアンテナヘ適用す
る場合の実施例を説明するための図である。

【図６】ブラウンアンテナの１例である。

【図７】コ・リニアアンテナの１例である。

【図８】同軸スリーブアンテナの１例である。

【図９】バランの模式図である。

【符号の説明】

１： 励振素子（１−１、１−２、１−３を代表させ
る） １−１、１−２、１−３： 励振素子 ２−１、２−２： 全長がほぼ１／２〜１／４波長の長
さを有する折り返し部分（フェージング・スタブ） ３： 等価バラン（バランと同等の作用を有する回路
部品） ３−１：可動金属円筒 ３−２：固定金属円筒 ４： コネクタ ａ_１，ａ_２，ａ_３： 励振素子１−１、１−２、１−
３の物理的寸法

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の線条もしくは面状の励振素子を有
   するコ・リニアタイプのアンテナの基底部において、同
   軸ケーブル等不平衡給電線とを接続した場合に、発生す
   る不平衡電流を抑圧するため、バランもしくは同等の作
   用を有する回路部品が設置されている場合、 前記バランもしくは同等の作用を有する回路部品の有す
   る物理的寸法を変更することによりアンテナの有する電
   気的特性を変更可能とするアンテナ。
2. 【請求項２】 前記「請求項１」のバランもしくは同等
   の作用を有する回路部品を構成する円筒形の電導体の軸
   方向の物理的寸法を実質的に変更するため、前記円筒形
   導電体の中心軸と同心で、かつ、内径寸法を前記円筒形
   導電体の外形寸法とほぼ等しくした金属円筒を具備し、
   前記円筒形導電体の外部表面と前記金属円筒の内部表面
   とを接触させながら軸方向に移動を可能とすることによ
   り、前記円筒形の無給電導体の軸方向の物理的寸法を変
   更したのと同一の効果を得るようにしたアンテナ。
3. 【請求項３】 前記「請求項１」のアンテナに設置され
   る前記円筒形の無給電導体の半径方向の物理的寸法を実
   質的に変更するため、前記円筒形導電体の中心軸と同心
   で、かつ、内径寸法を前記円筒形導体の外形寸法とほぼ
   等しくし、外形寸法を変更可能とした金属円筒を具備
   し、前記円筒形導電体の外部表面と前記金属円筒の内部
   表面とを接触させて固定することにより、前記円筒形の
   無給電導体の半径方向の物理的寸法を変更したのと同一
   の効果を得るようにしたアンテナ。
4. 【請求項４】 前記「請求項１」のアンテナに設置され
   る円筒形の無給電導電体の物理的寸法と前記アンテナの
   励振素子の長手方向の寸法とを変更することにより、ア
   ンテナの有する電気的特性、たとえば指向特性のチルト
   角を変更可能とするアンテナ。