JP2004363693A - 多周波共用ダイポールアンテナ - Google Patents

Abstract

【課題】２周波数帯よりも多い周波数帯に共用することができ、しかも、ビーム角度がほぼ６０度の水平面指向性を低廉かつ小型、シンプルな構成によって実現する。
【解決手段】誘電体基板１上に給電点９を中心として対称に形成した一対のアンテナ素子ユニット７を備えている。アンテナ素子ユニット７は、給電点９から最も離れて位置する第１のダイポール放射素子１１と、給電点９から第１のダイポール放射素子１１に至る給電線路１９，２１の途中から第１のダイポール放射素子１１に沿って延びる１ないし複数の第２のダイポール放射素子１３と、第１、第２のダイポール放射素子１１，１３の内の少なくとも１つの内方に分離形成され、給電線路１９，２１から第１のダイポール放射素子１１に沿って延びる１ないし複数の第３のダイポール放射素子１５と、を有する。
【選択図】 図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車携帯電話等に使用される陸上移動通信の基地局アンテナとして好適な多周波共用ダイポールアンテナに関し、特に、個々の周波数の帯域においてビーム角が約６０度の水平面指向性を得ることが可能な多周波共用ダイポールアンテナに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１１は、従来の２周波共用ダイポールアンテナの一例を示している。このアンテナは、２つの放射素子部１１１ａ，１１１ｂと、反射板１１２とを備えている。
放射素子部１１１ａ，１１１ｂは、図１２に示すように、誘電体基板１１４の一方および他方の面にそれぞれ形成した放射素子１１５ａおよび１１５ｂによって第１のストリップダイポール１１５を構成するとともに、誘電体基板１１４の一方および他方の面にそれぞれ形成した放射素子１１６ａおよび１１６ｂによって第２のストリップダイポール１１６を構成している。
【０００３】
第１のストリップダイポール１１５は、第１の周波数ｆ_１に共振するようにその長さが設定されている。また、第２のストリップダイポール１１６は、第１のストリップダイポール１１５よりも給電点１１８ａ，１１８ｂ側に寄った部位に形成され、第２の周波数ｆ_２ （＜ｆ_１）に共振するようにその長さが設定されている。
ダイポール放射素子１１５ａ，１１６ａは、給電線路１７ａを挟んで互いに反対の側に延び、同様に、ダイポール放射素子１１５ｂ，１１６ｂは、給電線路１１７ｂを挟んで互いに反対の側に延びている。
【０００４】
図１１に示すように、上記構成の放射素子部１１１ａ，１１１ｂは、互いの断面が略Ｖ字形をなすように、前記反射板１１２に直交する中心面１１２ａを挟んで対称に配置されている。このとき、各放射素子部１１１ａ、１１１ｂのダイポール放射素子１１５のなす間隔は、約０． ５λ_１（λ_１は周波数ｆ_１に基づく波長）に、またダイポール放射素子１１６のなす間隔は、Ｖ．Ｓ．Ｗ．Ｒ．特性等を考慮して、例えば、０． ５λ_２（λ_２は周波数ｆ_２に基づく波長）よりも短い約０．３７λ_２に設定されている。
【０００５】
反射板１１２における上記中心面１１２ａを挟む対称な位置には、補助反射板１９がそれぞれ垂設されている。各補助反射板１１９の高さおよび設置位置は、より良好な６０度ビームが得られるように適宜調整される。なお、アンテナ全体は、レドーム１２０によって覆われている。
【０００６】
各放射素子部１１１ａ，１１１ｂの給電点１１８ａ，１１８ｂには、２分配器１１３を介して電力が供給される。これにより、この２周波共用アンテナは、ほぼ６０度の水平面内ビーム角度を有する２周波帯の電波を放射する。（例えば、特許文献１参照）
【０００７】
【特許文献１】
特開平８−１８１５３８号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来のアンテナは、適用周波数帯が２つに限定されるので、基地局アンテナの周波数帯域の拡大傾向に充分対応できない。しかも、個別のダイポール放射素子部１１１ａ，１１１ｂを所定の幾何的関係を満たすように配置することから、その構成が複雑、大型化し、かつ、製造コストも高くなるという問題がある。
【０００９】
本発明の目的は、このような状況に鑑み、２周波数帯よりも多い周波数帯に共用することができ、しかも、ビーム角度がほぼ６０度の水平面指向性を低廉かつ小型、シンプルな構成によって実現することが可能な多周波共用ダイポールアンテナを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る多周波共用ダイポールアンテナは、素子用誘電体基板上に給電点を中心として対称に形成した一対のアンテナ素子ユニットと、前記誘電体基板に対向して設けられた反射板とを備え、前記アンテナ素子ユニットは、前記給電点から最も離れて位置する第１のダイポール放射素子と、前記給電点から前記第１のダイポール放射素子に至る給電線路の途中から前記第１のダイポール放射素子に沿って延びる１ないし複数の第２のダイポール放射素子と、前記第１、第２のダイポール放射素子の内の少なくとも１つの内方に分離形成され、前記給電線路から前記第１のダイポール放射素子に沿って延びる１ないし複数の第３のダイポール放射素子と、を有し、前記第１、第２および第３の各ダイポール放射素子は、互いに異なる周波数に共振する長さを有することを特徴としている。
【００１１】
前記素子用誘電体基板に対して給電用誘電体基板を直角に設け、この給電用誘電体基板に前記給電点に接続される給電回路を形成することができる。これにより、給電回路が１つにまとめられるので、構造が一層簡素化される。
【００１２】
前記一対のアンテナ素子ユニットの互いに対応するダイポール放射素子の配置間隔は、所望の水平面内指向性が得られるよう、例えば、ビーム角が約６０度の水平面内指向性が得られるように設定される。
【００１３】
好ましい実施の形態では、前記第１のダイポール放射素子と前記第２および第３のダイポール放射素子とが交差給電可能に形成される。このようにすれば、バラン等を用いない給電が可能になる。
また、前記第１、第２および第３の各ダイポール放射素子に対して、それらとともに共振する無給電素子をそれぞれ併設することができる。この無給電素子を設ければ、電圧定在波比の広帯域化を図ることができる。
更に、一対のアンテナ素子ユニットを前記素子用誘電体基板上にアレー状に配列形成することによって、多周波共用ダイポールアレーアンテナを構成することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１、図２および図３は、それぞれ本発明に係る多周波共用ダイポールアンテナの実施の形態を示す斜視図、平面図および側面図である。
この多周波共用ダイポールアンテナは、素子用誘電体基板１と、この素子用誘電体基板１の裏面中央部に直角に立てられた給電用誘電体基板３と、素子用誘電体基板１の裏面に対向して設けられた反射板５とを備えている。
【００１５】
素子用誘電体基板１には、一対のアンテナ素子ユニット７，７が給電点９を中心として対称に形成されている。
図２および基板１を背面側から見た図４に示すように、アンテナ素子ユニット７は、第１のダイポール放射素子１１（１１ａ，１１ｂ）、第２のダイポール放射素子１３（１３ａ，１３ｂ）および第３のダイポール放射素子１５（１５ａ，１５ｂ）を有する。これらのダイポール放射素子１１，１３および１５は、互いに平行している。
【００１６】
第１のダイポール放射素子１１は、給電点９から最も離れて位置し、第２のダイポール放射素子１３は、この第１のダイポール放射素子１１よりも給電点９側に寄った部位に位置している。また、第３のダイポール放射素子１５は、第２のダイポール放射素子１３の内方に位置している。
図５に拡大して示すように、第３のダイポール放射素子１５ａ，１５ｂは、それぞれ第２のダイポール放射素子１３ａ，１３ｂ内に切欠き部１７を設けることによって形成されている。
【００１７】
放射素子１１ａ、１３ａおよび１５ａは、それぞれ誘電体基板１の一方の面に形成されている。そして、放射素子１３ａおよび放射素子１５ａは、給電点９から放射素子１１ａに至る給電線路１９の途中から該放射素子１１ａとは反対の方向に伸びている。
一方、放射素子１１ｂ、１３ｂおよび１５ｂは、それぞれ誘電体基板１の他方の面に形成されている。そして、放射素子１３ｂおよび１５ｂは、給電点９から放射素子１１ｂに至る給電線路２１の途中から該放射素子１１ｂとは反対の方向に伸びている。
【００１８】
第１のダイポール放射素子１１は、第１の周波数ｆ_１ （この例では、８００ＭＨｚ）に共振するように、その全長が約０．５λ_１ （λ_１は周波数ｆ_１に基づく波長）に設定されている。同様に、第２のダイポール放射素子１３および１５は、それぞれ第２の周波数ｆ_２ （この例では、１．５ＧＨｚ）および第３の周波数ｆ_３ （この例では、２ＧＨｚ）に共振するように、それらの全長が約０．５λ_２および ０．５λ_３（λ_１，λ_２は、それぞれ周波数ｆ_１，ｆ_２に基づく波長）に設定されている。
【００１９】
図２には、各ダイポール放射素子１１間の距離、各ダイポール放射素子１３間の距離および各ダイポール放射素子１５間の距離がそれぞれＬ_１，Ｌ_２およびＬ_３で示されている。これらの距離Ｌ_１，Ｌ_２およびＬ_３は、所望の水平面内指向性が得られるよう設定される。この実施の形態では、周波数ｆ_１，ｆ_２およびｆ_３のビームに約６０度の水平面内指向性を持たせるため、距離Ｌ_１を約０．５λ_１ に、距離Ｌ_２を約０．３４λ_２に、距離Ｌ_３を約０．４７λ_３にそれぞれ設定している。
距離Ｌ_２およびＬ_３を、それぞれ約０．３４λ_２（＜０．５λ_２）および約０．４７λ_３（＜０．５λ_３）に設定したのは、Ｖ．Ｓ．Ｗ．Ｒ．を考慮したためである。要するに、距離Ｌ_２，Ｌ_２およびＬ_３は、約６０度の水平面内指向性および適正なＶ．Ｓ．Ｗ．Ｒ．特性が得られるように設定される。
【００２０】
給電用誘電体基板３には、上記給電点９に接続された給電回路２３が形成されている。
なお、上記第１のダイポール放射素子１１、第２のダイポール放射素子１３、第３のダイポール放射素子１５、給電線路１９，２１および給電回路２３は、それぞれ金属箔（ストリップ導体）によって形成されている。
【００２１】
この実施の形態に係る多周波共用ダイポールアンテナの給電点９には、給電用誘電体基板３の給電回路２３を介して周波数ｆ_１（８００ＭＨｚ），ｆ_２（１．５ＧＨｚ）およびｆ_３（２ＧＨｚ）の電力が供給される。この給電は、図６に示すように交差給電である。この交差給電によれば、バラン等を用いない給電が可能になる。
【００２２】
図７、図８および図９は、各第１のダイポール放射素子１１に基づく８００ＭＨｚ帯での水平面指向性、各第２のダイポール放射素子１３に基づく１．５ＧＨｚ帯での同指向性および各第３のダイポール放射素子１５に基づく２ＧＨｚ帯での同指向性をそれぞれ示している。これらの図から明らかなように、この実施の形態に係るダイポールアンテナは、８００ＭＨｚ，１．５ＧＨｚおよび２ＧＨｚのいずれの周波数帯においても、ビーム角が約６０度の良好な水平面指向性を示す。
【００２３】
図３に示すように、上記第１、第２および第３のダイポール放射素子１１，１３および１５に対して、それぞれ周波数ｆ_１，ｆ_２およびｆ_３に共振する長さを有する第１、第２および第３の無給電素子１１’，１３’および１５’を併設しても良い。この無給電素子１１’，１３’および１５’を設ければ、電圧定在波比の広帯域化を図ることができる。無給電素子１１’，１３’および１５’も、図示していない誘電体基板に金属箔をプリントすることによって形成することができる。
【００２４】
無給電素子１１’，１３’および１５’は、ダイポール放射素子１１，１３および１５に対向して設ける必要はない。例えば、無給電素子１１’，１３’および１５’を図３におけるダイポール放射素子１１，１３，および１５の直上位置から左右方向に移動した位置に設けても良く、また、誘電体基板１の背面側に設けても良い。
【００２５】
図１０に示すように、誘電体基板１に前記一対のアンテナ素子ユニット７，７を複数対（この例では４対）配列形成することによって、多周波共用ダイポールアレーアンテナを構成することができる。
このアレーアンテナの給電用誘電体基板３には、各対のアンテナ素子ユニット７，７に同時に給電するトーナメント型の給電回路２３が形成される。
【００２６】
ところで、図２に示す各アンテナ素子ユニット７は、１つの第２のダイポール放射素子１３と、この第２のダイポール放射素子１３内に形成した１つの放射素子１５とを有している。しかし、アンテナ素子ユニット７は、このような構成に限定されない。以下に、アンテナ素子ユニット７の他の構成例を列挙する。
【００２７】
（１）一対のアンテナ素子ユニット７の各第１のダイポール放射素子１１の内方にも、ダイポール放射素子１５に対応する第３のダイポール放射素子をそれぞれ設けることができる。
この場合、第１のダイポール放射素子１１内に形成される第３のダイポール放射素子の相互間隔は、約６０度のビーム角の水平面指向性が得られる大きさ（その第３のダイポール放射素子の共振周波数に基づく波長の半分程度）ように設定される。
なお、上記第３のダイポール放射素子は、第１のダイポール放射素子１１の長さよりも短くなるので、その共振周波数が第１のダイポール放射素子１１のそれよりも低くなる。
このように、第１のダイポール放射素子１１の内方にも第３のダイポール放射素子を設けた場合、適用周波数帯の数が４になる。
もちろん、ダイポール放射素子１１のみに第３のダイポール放射素子を設けることも可能であり、その場合、適用周波数帯の数が３になる。
【００２８】
（２）上記アンテナ素子ユニット７における給電点９と第１のダイポール放射素子１１との間に、第２のダイポール放射素子を複数設けることができる。この場合、各アンテナ素子ユニット７の対応する第２のダイポール放射素子の相互間隔は、約６０度のビーム角の水平面指向性が得られるように設定される。
このような構成において、第１のダイポール放射素子と上記複数の第２のダイポール放射素子のいずれにも第３のダイポール放射素子を設けなかった場合には、適用周波数帯の数が３以上になる。また、第１のダイポール放射素子１１と上記複数の第２のダイポール放射素子の少なくとも１つに第３のダイポール放射素子を設けた場合には、適用周波数帯の数が４以上になる。
【００２９】
（３）図２の例では、第２のダイポール放射素子１３内に１つの第３のダイポール放射素子１５を形成しているが、この第２のダイポール放射素子１３内に第３のダイポール放射素子１５を複数形成することができる。例えば、図２に示す第３のダイポール放射素子１５に図５に示す切欠き１７に対応する切欠きを形成して、第２のダイポール放射素子１３内に２つ目の第３のダイポール放射素子を形成することができる。更に、上記２つ目の第３のダイポール放射素子に上記切欠き１７に対応する切欠きを形成して、第２のダイポール放射素子１３内に３つ目の第３のダイポール放射素子を形成することができる。
上記２つ目の第３のダイポール放射素子を形成した場合には、適用周波数帯の数が１つ増え、また、３つ目の第３のダイポール放射素子を形成した場合には、適用周波数帯の数が更に１つ増えることになる。
もちろん、上述した（１）、（２）のケースにおいても、第１のダイポール放射素子および／または第２のダイポール放射素子内に第３のダイポール放射素子を複数形成することができる。このようにすれば、適用周波数帯の数が一層増加する。
【００３０】
【発明の効果】
本発明に係る多周波共用ダイポールアンテナは、２周波数帯よりも多い周波数帯に共用することができ、しかも、ビーム角度がほぼ６０°の水平面指向性を低廉かつ小型、シンプルな構成によって実現することが可能である。したがって、特に自動車携帯電話等に使用される陸上移動通信用の基地局アンテナとして好適である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る多周波共用ダイポールアンテナの実施の形態を示す斜視図である。
【図２】図１に示すアンテナの平面図である。
【図３】図１に示すアンテナの側面図である。
【図４】素子用誘電体基板の背面図である。
【図５】第２のダイポール放射素子内に形成された第３のダイポール放射素子の拡大図である。
【図６】交差給電を説明する模式図である。
【図７】８００ＭＨｚの周波数帯における水平面指向性を示すグラフである。
【図８】１．５ＧＨｚの周波数帯における水平面指向性を示すグラフである。
【図９】２ＧＨｚの周波数帯における水平面指向性を示すグラフである。
【図１０】本発明に係る多周波共用ダイポールアレーアンテナの構成を示す斜視図である。
【図１１】従来の２周波共用ダイポールアンテナの構成を示す縦断面図である。
【図１２】図１１に示すアンテナの放射素子部の構成を示す斜視図である。
【符号の説明】
１ 素子用誘電体基板
３ 給電用誘電体基板
５ 反射板
７ アンテナ素子ユニット
９ 給電点
１１ 第１のダイポール放射素子
１３ 第２のダイポール放射素子
１５ 第３のダイポール放射素子
１７ 切欠き部
１９，２１ 給電線路
２３ 給電回路

Claims (6)

1. 素子用誘電体基板上に給電点を中心として対称に形成した一対のアンテナ素子ユニットと、前記誘電体基板に対向して設けられた反射板とを備え、前記アンテナ素子ユニットは、
   前記給電点から最も離れて位置する第１のダイポール放射素子と、
   前記給電点から前記第１のダイポール放射素子に至る給電線路の途中から前記第１のダイポール放射素子に沿って延びる１ないし複数の第２のダイポール放射素子と、
   前記第１、第２のダイポール放射素子の内の少なくとも１つの内方に分離形成され、前記給電線路から前記第１のダイポール放射素子に沿って延びる１ないし複数の第３のダイポール放射素子と、を有し、
   前記第１、第２および第３の各ダイポール放射素子は、互いに異なる周波数に共振する長さを有することを特徴とする多周波共用ダイポールアンテナ。
2. 前記素子用誘電体基板に対して給電用誘電体基板を直角に設け、この給電用誘電体基板に前記給電点に接続される給電回路を形成したことを特徴とする請求項１に記載の多周波共用ダイポールアンテナ。
3. 前記一対のアンテナ素子ユニットの互いに対応するダイポール放射素子の配置間隔を、そのダイポール放射素子相互によって得られるビームが約６０度の水平面内指向性を呈するように設定したことを特徴とする請求項１または２に記載の多周波共用ダイポールアンテナ。
4. 前記第１のダイポール放射素子と前記第２および第３のダイポール放射素子とを、交差給電可能に形成したことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の多周波共用ダイポールアンテナ。
5. 前記第１、第２および第３の各ダイポール放射素子に対して、それらとともに共振する無給電素子をそれぞれ併設したことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の多周波共用ダイポールアンテナ。
6. 前記一対のアンテナ素子ユニットを前記素子用誘電体基板上にアレー状に配列形成したことを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の多周波共用ダイポールアンテナ。

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