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JP4109553B2 - Antenna module - Google Patents

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JP4109553B2
JP4109553B2 JP2003002649A JP2003002649A JP4109553B2 JP 4109553 B2 JP4109553 B2 JP 4109553B2 JP 2003002649 A JP2003002649 A JP 2003002649A JP 2003002649 A JP2003002649 A JP 2003002649A JP 4109553 B2 JP4109553 B2 JP 4109553B2
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば移動体通信の不感地対策として設けられる中継装置用のアンテナ技術に係り、より詳しくは、携帯電話無線機(以下、「携帯端末」)のような移動端末と中継装置との間で障害のない無線通信を可能にするアンテナモジュールに関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、任意の場所から通話又はデータ通信を行う携帯端末が急速に普及している。携帯端末による通信を可能にする通信システムは、公衆通信網に接続された交換局と、この交換局に接続された無線基地局とを含んで構成されている。無線基地局は、サービスエリア毎に複数設けられるが、使用周波数帯が高周波帯であることから、携帯端末が、例えばトンネル内、地下街、ビル内にあるときには、電波がまったく届かないか、あるいは届きにくくなっている。そのため、このような領域に中継装置を設け、無線基地局からの電波を中継装置で増幅して再配信しているのが一般的である。このような中継装置は、例えば光ケーブル、あるいは無線通信手段を通じて無線基地局に接続されている。
【0003】
図14は、無線基地局と中継装置の一般的な構成例を示した図である。図14において、無線基地局26から送出された下り回線(無線基地局から携帯端末方向の通信回線、以下同じ)の高周波信号は、光強度変調信号に変換されて下り回線用光ファイバ24を伝送し、入力端子22を通じて中継装置21の親機211に導かれる。そして、親機211において、光強度変調信号が高周波信号に再変換された後、増幅され、一対の端子213,214に接続された同軸ケーブルを介して子機群212に導かれる。
一方、子機群212から送出された上り回線(携帯端末から無線基地局方向の通信回線、以下同じ)の高周波信号は、上記の同軸ケーブルを下り回線とは逆の方向に伝送して親機211に導かれ、ここで増幅された後、光強度変調信号に変換され、出力端子23を通じて上り回線用光ファイバ25を伝送し、無線基地局26に導かれる。
以上が無線基地局26と中継装置21の間の信号伝達の経路と各部の機能である。
【0004】
中継装置21内の子機群212の具体的な構成例を図15に示す。
子機群212は、それぞれアンテナモジュールを有する複数の子機が、同軸ケーブル及び高周波結合器を介して縦続接続されている。符号C−1,C−2,・・・,C−nで示されるのが所定の結合度を有する高周波結合器、符号D−0,D−1,・・・,D−(n−1)で示されるのが同軸ケーブルである。また、符号A−1,A−2,・・・,A−nはアンテナモジュール、符号B−1,B−2,・・・,B−nはアンテナ接続端を示している。各子機はすべて同一構成なので、以後、他の子機と共通の構成部品を説明する場合は、その構成部品についての符号のサフィックスを省略する。
【0005】
アンテナモジュールAは、中継装置21のサービス内容(周波数帯、子機設置場所など)によって種々のものが使用される。ここでは、図11のような天井設置型のモノポールアンテナについて説明する。
このモノモールポールアンテナは、アンテナ用地板42の中央部背面側に同軸コネクタ46を配置し、その同軸コネクタ46の中心導体と、アンテナ放射面から突出する金属ポール43とを導通させた構造になっている。金属ポール43の突出量(高さ)は約λ/4(λは自由空間波長)である。このような構造のモノポールアンテナの指向特性は、図13(a)のように垂直面内は所定の指向性をもち、水平面内は、図13(b)のようにほぼ無指向性となる。
【0006】
すなわち、図11の構造のモノポールアンテナは、ダイポールアンテナの放射パターンとほぼ等価な特性を示し、金属ポール43の周方向は無指向性となる。アンテナ用地板42の径が無限大の場合、金属ポール43と地板間に生じる電界成分に平行なパターン特性(一般に垂直面内指向性)は、アンテナ用地板42の平面方向に指向性が最大となり、金属ポール43の軸方向の成分は無くなる。アンテナ用地板42の径が小さくなるにつれて金属ポール43の軸方向に近い方向の成分が増加する。このモノポールアンテナは天井等に付けることを目的としているので、その直下でも電波が届くようにするために約1.7λとしている。図11の構造のモノポールアンテナの構造及び指向特性については、CQ出版社 アンテナハンドブック304〜305頁に詳細に記載されている。
【0007】
このような構造のモノポールアンテナを具備した子機を、無線基地局から電波が届かないビル内の部屋の天井に設置したとき、そのモノポールアンテナから放射される電波放射状態20は、図12に示されるように、部屋内に障害物が全く無いとき、或いは、システム上十分なレベルの送受信電波が携帯端末に届くことによりサービスが受けられるようになっている。図12において、符号Aは、上記のアンテナモジュール(モノポールアンテナ)Aである。
【0008】
【発明が解決しようとしている課題】
モノポールアンテナのような従来の中継装置用のアンテナモジュールAには、以下のような問題がある。
第1の問題は、分散配置される子機の設置場所の自由度がないことである。
従来のアンテナモジュールAでは、取付のための十分なマージンが得られなかったり、建物の事情によって天井に取り付けられない場合がある。
第2の問題は、子機及び携帯端末のそれぞれの送信波が他の子機や携帯端末に漏れると、当該他の子機においてそれが雑音となり、通信品質の劣化を招くことである。そのため、従来は、サービスエリア外に余計な電波を漏らさないようにするため、通信可能な限度内で送信電力レベルをできるだけ低く制御しており、これが受信感度の劣化につながっている。
第3の問題は、携帯端末からの上り回線の受信感度を改善させるために子機のアンテナ直下に高周波回路を組み込む場合、その高周波回路の追加により子機の大型化を招く。また、子機毎に高周波回路の電源を用意しなければならないので、子機の増設が困難になる。
【0009】
本発明は、その設置部位の選択に自由度があり、高周波特性も優れた小型のアンテナモジュールを提供することを主たる課題とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明のアンテナモジュールは、例えば中継装置の親機のような通信機器が有する送受信端と同軸ケーブルを介して接続するための接続インタフェースが形成されているモジュール筐体と、アンテナユニットと、このアンテナユニットと前記接続インタフェースとの間の信号伝送経路に介在する高周波ユニットとを有するものである。
前記アンテナユニット及び前記高周波ユニットは、前記モジュール筐体に収容されている。前記信号伝送経路は、送信用の高周波信号が前記通信機器から前記アンテナユニットに向かって伝送する下り回線系と、前記アンテナユニットで受信された高周波信号が前記通信機器に向かって伝送する上り回線系の2系統から成るものであり、前記高周波ユニットは、前記上り回線系の高周波特性を高めるための高周波増幅器を含んで構成される。
前記高周波増幅器の動作を可能にする電源は、前記通信機器から前記接続インタフェース及び前記同軸ケーブルを通じて供給される直流電力である。
【0011】
このようなアンテナモジュールでは、通信機器から同軸ケーブルを介して直流電力が伝達されるので、アンテナモジュール側で、電源を備えなくとも高周波ユニットを動作させることができる。そのため、アンテナモジュールの増設が極めて容易になり、設置条件(ビルの構造、間取り、トンネルの高さ、電波の覆域等)に応じてその設置部位を任意に選択することができるようになる。また、高周波ユニットにより下り回線系の高周波特性が高められるので、安定した通信が可能になる。ここにいう「高周波特性」には、高周波信号の雑音指数、信号受信時の受信感度、受信信号波形等がある。
【0012】
前記モジュール筐体を箱状の筐体とし、この箱状の筐体に、マイクロストリップアンテナを含む板状の前記アンテナユニットと、このマイクロストリップアンテナの背面側に配された金属製アンテナケースと、このアンテナケースの背面側に配された板状の前記高周波ユニットと、この高周波ユニットの背面側に配され前記高周波ユニットに含まれる前記高周波増幅器を動作可能にするためのバイアスを供給するバイアス基板とが前記箱状の筐体に収容し、前記アンテナユニット、前記高周波ユニット及び前記バイアス基板のグランドラインが前記アンテナケースと導通するように構成することで、薄型箱状アンテナモジュールを実現することができる。
【0013】
マイクロストリップアンテナは、誘電体基板上に構成されるアンテナで、構造上、薄く、軽く、製作が容易で、半導体回路等との集積化が容易であることは、良く知られている。本発明では、このようなマイクロストリップアンテナを使用してアンテナモジュールを構成したので、全体のサイズが極めて小型になり、設置部位の自由度を従来に比べて著しく増すことができる。例えば、このアンテナモジュールを任意の場所に設置可能な壁設置型アンテナとして使用することもできる。
【0014】
上記の薄型箱状のアンテナモジュールにおいて、前記高周波ユニットを、下り回線系及び上り回線系の各々の前記信号伝送経路の通過周波数帯域を制限するマイクロストリップフィルタをさらに含んで構成することで、漏れ電波を低レベルに押さえることができる。
【0015】
アンテナユニットについては、送受信兼用のマイクロストリップアンテナを搭載することにより、全体のサイズをより小さくすることができる。逆に、送信帯域用の第1のマイクロストリップアンテナと、受信帯域用の第2のマイクロストリップアンテナとを同一基板上に形成したものとすることにより、送受信兼用のマイクロストリップアンテナを搭載する場合よりも、サイズはやや大きくなるが、送受信信号を合成したり、分離したりする必要がないので、損失が小さくなり、受信感度を高めることができる。この受信感度をより高める観点からは、第2のマイクロストリップアンテナを、複数のアンテナ素子を所定の位置関係で分岐接続するように配置して受信ダイバシティ機能を持たせたるようにしてもよい。
【0016】
本発明のアンテナモジュールは、モノポールアンテナの改良形として実施することもできる。この場合は、前記アンテナユニットを、前記モジュール筐体の一部をなす所定のアンテナ用地板の表面部からポール状のアンテナ部材を突出させたモノポールアンテナとする。そして、前記高周波ユニットは、前記アンテナ用地板の裏面部に装着されている高周波回路基板上に、前記アンテナ部材により受信された高周波信号を増幅する前記高周波増幅器と、前記直流電力を主電源として前記高周波増幅器を動作可能にするためのバイアスを供給するバイアス回路とが搭載されたものとする。
このようなアンテナモジュールにおいても、漏れ電波を抑制する観点からは、前記高周波ユニットを、下り回線系及び上り回線系の各々の前記信号伝送経路の通過周波数帯域を制限するマイクロストリップフィルタを含んで構成することが望ましい。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下、図を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。
<第1実施形態>
まず、本発明を壁設置型アンテナに適用した場合の実施形態を説明する。
図1は、この実施形態による壁設置型アンテナの構造を示した分解斜視図である。この壁設置型アンテナ1は、樹脂製のアンテナカバー35と、電気的シールドと防水とを兼ねた背面ケース36からなる薄型箱状の筐体を有する。そして、この筐体の内部に、アンテナユニットの一例となるアンテナ素子基板31と、アンテナ用地板として作用する金属製のアンテナケース32と、高周波ユニットの一例となる高周波回路基板33と、バイアス基板34とが、アンテナ素子基板31の背面側に、この順に積層して収容している。これらのサイズは、使用周波数帯により決まる。本実施形態では、使用周波数帯が800[MHz]〜2.0[GHz]を想定しているので、小型にすることができる。
アンテナ素子基板31及び高周波回路基板33のグランドラインは、すべてアンテナケース32に導通されている。
【0018】
なお、図示を省略したが、筐体の所定部位には、同軸コネクタ接続端子(接続インタフェース)が設けられ、同軸ケーブルの高周波信号伝送線の部分については高周波回路基板33の第1の信号入出力端と導通するように配線され、同軸ケーブルの中心導体の部分についてはバイアス基板34の電源入力端子と導通するように配線されている。また、バイアス基板34と高周波回路基板33、高周波回路基板33とアンテナ素子基板31との間の配線もなされている。
【0019】
アンテナ素子基板31には、送受信兼用のマイクロストリップアンテナが搭載されている。マイクロストリップアンテナの構造及び放射特性については、羽石ほかによる”小型・平面アンテナ”(社)電子情報通信学会(以下、参考文献とする)91頁〜111頁の記載を参考にすることができる。このマイクロストリップアンテナは、参考文献の102頁の記載から明らかなように、円形の場合も方形の場合もほぼ同じ放射特性となる。
【0020】
アンテナ素子基板31に対するアンテナケース32の位置は、アンテナモジュール全体の反射特性に寄与するので、所望の反射特性に応じて両者の位置を決めればよい。また、アンテナ素子基板31の誘電率が低いほど、また、基板厚さが厚いほど、広帯域に整合することができるので、誘電率及び基板厚みを上記の使用周波数帯に合わせて決定する。この実施形態では、送受信帯域をカバーする帯域で十分な整合がとれ、全体に薄形とすることを前提とした最小限の空隙(約5mm)を選定している。以上の特性及びサイズに関する理論的な裏付けは、参考文献の111頁等に詳細に記載されている。
【0021】
アンテナ素子基板31と高周波回路基板33、及び、高周波回路基板33と筐体上の同軸コネクタ接続端子とが配線されることにより、高周波回路基板33上には、下り回線系及び上り回線系の各々の信号伝送経路が形成される。これらの信号伝送経路のうち、下り回線系にはマイクロストリップ型のバンド・パス・フィルタ(BPF)と高周波アンプが直列に挿入接続され、上り回線系には上記のBPFが挿入接続されている。また、同軸コネクタ接続端子の直近に存する上記の第1の信号入出力端子と、アンテナ素子基板31の直近に存する第2の信号入出力端子には、それぞれ信号伝送経路の分配及び統合を行う電力分配・合成器が設けられている。
【0022】
バイアス基板34には、電源入力端子から供給された直流電力をもとに、高周波回路基板33に搭載されている能動素子、すなわち後述する高周波アンプの動作を可能にする値のバイアス電圧を生成したり、この高周波アンプのON/OFFを制御したりするための部品が搭載されている。より具体的には、コンデンサや抵抗等の受動素子と上記制御を行うための能動素子が搭載されている。
【0023】
図1に示した壁設置型アンテナ1において、筐体内にアンテナ素子基板31、アンテナケース32、高周波回路基板33及びバイアス基板34が収容され、動作可能状態になったときの等価回路を図2に示す。
動作可能状態のときの壁設置型アンテナ1は、送受信の両周波数帯で動作するアンテナ素子2、電力分配・合成器6、上り回線系に挿入接続されるBPF3及び高周波アンプ4、下り回線系に挿入接続されるBPF5、電力分配・合成器7、及び同軸ケーブル接続端子8とを有するものとなっている。
【0024】
アンテナ素子基板31と電力分配・合成器7との間の上り回線系に、高周波アンプ4とBPF3、特に、高周波アンプ4を設けることにより、アンテナ素子基板31における高周波特性が、高周波アンプ4を設けない場合に比べて格段に高まる。このことを、雑音指数を例に挙げて以下に説明する。
高周波回路基板33を設けないときにアンテナ素子基板31の給電点から同軸ケーブル接続端子8側をみた雑音指数をFo、高周波アンプ4の雑音指数をFa、BPF3の雑音指数をFf、高周波アンプ4の利得をGとすると、高周波回路基板33を設けたときにアンテナ素子基板31の給電点から同軸ケーブル接続端子8側をみた雑音指数、つまり、上り回線系の雑音指数Fは、下記式で示す値に近似される。
F=Ff・(Fa+(2・Fo−1)/G)
なお、上式では、雑音指数を真数で表現しているが、対数で表現することもできる。
【0025】
通常、雑音指数Foは、30dB(真数では1000)程度である。電力分配・合成器7は、上り回線系に対して損失3dBとなり、雑音指数が3dB(真数では2)増加する。従って、上り回線系の高周波アンプ4の出力端における雑音指数は2Foで33dB(真数では2000)となる。雑音指数2Foが、雑音指数がFaで利得がGの高周波アンプ4を介在させることで、高周波アンプ4の入力端でFa+(2・Fo−1)/Gとなる。このこと自体はよく知られているので、ここでは説明を省く。Faが2dB(真数では1.58)、Gが30dB(真数では1000)とすると、10log(Fa+(2・Fo−1)/G)=5.5dB(真数では3.59)になる。
従って、雑音指数Fは、BPF3の損失Ffが1dBのときに6.5dB(真数では4.5)となる。このように、雑音指数Fは、高周波回路基板33を設けない場合(30dB)に比べて6.5dBにまで改善される。上り回線系の雑音指数が改善されるということは、上り回線系の雑音電力密度が低減されるということと等価なので、周知の熱雑音(KTB雑音:Kはボルツマン定数、Tは絶対温度、Bは帯域幅)を評価することで、その改善度がわかる。
【0026】
具体的に説明すると、以下のようになる。
上り回線系の雑音電力密度Pfは、上り回線系全体の利得をGsとすると、1Hzあたりの熱雑音にほぼ近似できるので、以下のように表すことができる。
Pf=−174+F+Gs (dBm/Hz)
本実施形態の場合、雑音指数Fが6.5dBなので、利得Gsが30dBとすると、雑音電力密度Pfは以下のようになる。
Pf=−174+6.5+30=−137.5 (dBm/Hz)
これに対して、同一条件下での従来のアンテナモジュールによる雑音電力密度は、以下のようになる。
Pf=−174+30+30=−114 (dBm/Hz)
【0027】
このように、本実施形態のように、上り回線系に高周波回路基板33、特に高周波アンプ4を挿入することで、23.5dBも雑音電力密度が低い、つまり受信感度が23.5dB改善されることがわかる。これにより、上り回線系の信号対雑音比(S/N比)が大幅に改善され、感度劣化による通信障害が回避される。
【0028】
なお、高周波アンプ4の動作を可能にする電源は、壁設置型アンテナ1を使用する通信機器側、例えば図14に示した親機211から、高周波信号に重畳され同軸ケーブルを通じてバイアス基板34に供給され、バイアス基板34で所定値に調整されて供給された直流電力である。高周波信号に直流電力を重畳する技術自体は、公知の技術なので(例えば公知のマルチプレクサの機能)、ここではその詳細な説明を省略する。
このように、壁設置型アンテナ1自体は、電源を用意する必要がないので、この点からも小型軽量化が可能であり、また、中継装置の子機のアンテナとして使用する場合には、その増設が容易になる利点がある。
【0029】
図1のように構成される本実施形態の壁設置型アンテナ1の指向特性は、図8のようになる。すなわち、水平面内指向特性は図8(a)のようになり、垂直面内指向特性は図8(b)のようになる。指向性はいずれも90゜である。これは、上述した参考文献の100頁の図4.8 、101頁の図4.9、102頁の図4.10、及び、94〜102頁の記載から明らかである。
【0030】
本実施形態の壁設置型アンテナ1は、部屋の角などに設置することで、図7の電波放射状態10に示されるように、その放射方向がその部屋のみとなり、外部に電波が漏れるレベルが大幅に改善される。
【0031】
<第2実施形態>
第1実施形態の壁設置型アンテナでは、アンテナ素子基板31が送受信兼用であったが、送受信アンテナを分離して、受信感度を高めた壁設置型アンテナを得ることができる。
図3は、送受信アンテナ分離方式におけるアンテナ素子基板41の平面図である。このアンテナ素子基板41には、送信用アンテナ素子411、受信用アンテナ素子412、及び、それぞれの給電点K41−1,K41−2とが形成されている。モジュール筐体に組み込むときは、図1に示した第1実施形態のアンテナ素子基板31を図3のアンテナ素子基板41に置き換え、各アンテナ素子411,412の給電点に合わせて高周波回路基板33のアンテナとの接続位置を変更する以外は、図1の構造と同様である。
【0032】
図4は、図3のアンテナ素子基板41を有する壁設置型アンテナの等価回路であり、送信用アンテナ2−1と受信用アンテナ2−2とを分離する構造のため、アンテナ直下に下り回線系と上り回線系とを分離する電力分配・合成器(図2の電力分配・合成器6)が不要になる以外は、第1実施形態の壁設置型アンテナと同じである。
このように、送受信アンテナ分離方式の壁設置型アンテナでは、送受信兼用のものに比べて電力分配・合成器を一つ少なくすることができるので、その分、雑音指数を低減させ、受信感度を上げることができる。
【0033】
<第3実施形態>
第2実施形態のような送受信アンテナ分離方式の応用として、受信ダイバシティの機能を持たせることも可能である。
図5は、受信ダイバシティの機能を持つ壁設置型アンテナを実現するときのアンテナ素子基板51の平面図である。
このアンテナ素子基板51には、送信用アンテナ素子511、受信用アンテナ素子512、513、及び、それぞれの給電点K51−1,K51−2,K51−3が形成されている。モジュール筐体に組み込むときは、図1に示した第1実施形態のアンテナ素子基板31を図5のアンテナ素子基板51に置き換え、各アンテナ素子の給電点の位置に合わせて高周波回路基板33のアンテナ端位置を変更する以外は、図1の構造と同様である。
図6は、図5のアンテナ素子基板51を組み込んだ壁設置型アンテナの等価回路である。送信用アンテナ2−1、2つの受信用アンテナ2−2,2−3を配した点以外は、第2実施形態の等価回路と同じである。
このように、壁設置型アンテナに受信ダイバーシティ機能を持たせることで、携帯端末の位置依存性が軽減されるほか、電波経路の障害物の悪影響も改善される。
【0034】
<第4実施形態>
本発明は、天井設置型のモノポールアンテナとしての実施も可能である。
図9は、本発明をモノポールアンテナに適用した場合の構造を示した斜視図であり、図10は、その断面構造図である。このモノポールアンテナは、送受信共用のため、アンテナモジュールとしての等価回路は、図2のものと同じとなる。
【0035】
このモノポールアンテナは、図9の外観斜視図(一部切り欠き)及び図10の側部断面図に示すように、第1実施形態において説明した高周波回路基板33に搭載した高周波アンプ及びBPFと、バイアス基板34とを一枚の回路基板15に搭載して高周波ユニットを構成し、この回路基板15をモノポールアンテナ用地板12の背面内部(アンテナ放射面の裏側)に配置し、アンテナ放射面において所定の寸法の金属ポール11を取り付けた構造にする。金属ポール11は同軸ケーブルの中心導体14と接合される。符号13で示されるのは、樹脂製のアンテナカバーである。
金属ポール11等のサイズ及び動作原理は、図11に示した従来のモノポールアンテナと同じである。
この実施形態のモノポールアンテナにおいて、通信機器側から伝達された直流電力が同軸ケーブルの中心導体14を通じてバイアス回路に供給され、このバイアス回路で調整されたバイアス電圧が高周波アンプに供給される点、この高周波アンプによって上り回線系の高周波特性、例えば雑音指数が改善される点は第1実施形態と同じである。従って、全体のサイズを大型化することなく、上り回線系の高周波特性、特に雑音指数を格段に高めることができ、性能向上に寄与することができる。
【0036】
上述のように、本発明の各実施形態では、従来の天井設置型アンテナのほか、種々の形態の壁設置型アンテナをアンテナモジュールのメニューの一つとして加えており、これにより、子機を設置する場所に応じてアンテナの形態を種々選択することができる。
例えば、ビルの窓に面した部屋の場合、送信波がビルの外部に発射される可能性が高くなるが、サービスエリアの部屋の構造や障害物の状況に応じて壁設置型アンテナを使用すればよい。アンテナ指向特性を最適化し、部屋の内部に向けることができる。
【0037】
なお、上記の各実施形態では、携帯電話と無線基地局との間の中継装置に使用するアンテナモジュールであることを前提として説明したが、本発明のアンテナモジュールは、一般的な通信機器の無線通信手段の一つとしても使用することができるものである。
【0038】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、設置条件に応じて任意に対応可能な構造のアンテナモジュールを提供することができる。配置条件に応じて最適なアンテナの指向特性を選ぶことで、他の通信機器に対して障害となる漏れ電波を低レベルに押さえることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の壁設置型アンテナの構造を示した斜視図。
【図2】第1実施形態および第4実施形態の壁設置型アンテナの等価回路。
【図3】第2実施形態の送受信アンテナ分離方式によるアンテナ素子基板の平面図。
【図4】第2実施形態の送受信アンテナ分離方式による壁設置型アンテナの等価回路。
【図5】第3実施形態の受信ダイバシティ機能を持たせた壁設置型アンテナのアンテナ素子基板の平面図。
【図6】第3実施形態の壁設置型アンテナの等価回路。
【図7】本発明の壁設置型アンテナの設置場所と電波放射状態を示した説明図。
【図8】(a)及び(b)は本発明の壁設置型アンテナの指向特性図。
【図9】第4実施形態の天井設置型モノポールアンテナモジュールの外観斜視図(一部切り欠き)。
【図10】第4実施形態の天井設置型モノポールアンテナモジュールの側部断面図。
【図11】従来の天井設置型モノポールアンテナの構造を示した外観斜視図(一部切り欠き)。
【図12】従来の天井設置型モノポールアンテナの設置場所と電波放射状態を示した説明図。
【図13】(a)及び(b)は従来の天井設置型モノポールアンテナの指向特性図。
【図14】従来の無線基地局と中継装置の関係を示した図。
【図15】従来の中継装置の子機群の構成図。
【符号の説明】
1 壁設置型アンテナ
2、2−1,2−2,2−3 アンテナ素子
3、5 BPF
4 高周波アンプ
6、7 電力分配・合成器
8 同軸ケーブル接続端子
10,20 電波放射状態
11、43 金属ポール
12、42 アンテナ用地板
13 アンテナカバー
14 中心導体
15 回路基板(高周波ユニット)
31、41,51 アンテナ素子基板
32 アンテナケース
33 高周波回路基板
34 バイアス基板
35 アンテナカバー
36 背面ケース
46 同軸コネクタ
411,412,511,512,513 アンテナ素子
A アンテナモジュール
B アンテナ接続端
C 高周波結合器
D 同軸ケーブル
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to antenna technology for a relay device provided as a dead zone countermeasure for mobile communication, for example. More specifically, the present invention relates to a mobile terminal such as a mobile phone radio (hereinafter referred to as “portable terminal”) and a relay device. The present invention relates to an antenna module that enables wireless communication without any obstacles.
[0002]
[Prior art]
In recent years, portable terminals that perform a call or data communication from an arbitrary place are rapidly spreading. A communication system enabling communication by a mobile terminal includes an exchange station connected to a public communication network and a radio base station connected to the exchange station. A plurality of radio base stations are provided for each service area. However, since the frequency band used is a high frequency band, when the mobile terminal is in a tunnel, underground mall, or building, for example, the radio wave does not reach or arrive at all. It has become difficult. Therefore, a relay device is generally provided in such an area, and radio waves from the radio base station are generally amplified by the relay device and redistributed. Such a relay apparatus is connected to the radio base station through, for example, an optical cable or radio communication means.
[0003]
FIG. 14 is a diagram illustrating a general configuration example of a radio base station and a relay device. In FIG. 14, the high frequency signal of the downlink (communication line from the radio base station to the portable terminal, the same applies hereinafter) transmitted from the radio base station 26 is converted into a light intensity modulation signal and transmitted through the downlink optical fiber 24. Then, it is guided to the base unit 211 of the relay device 21 through the input terminal 22. In the parent device 211, the light intensity modulation signal is reconverted into a high-frequency signal, then amplified, and guided to the child device group 212 via a coaxial cable connected to the pair of terminals 213 and 214.
On the other hand, the high frequency signal of the uplink (communication line from the portable terminal to the radio base station, the same applies hereinafter) sent from the slave unit group 212 is transmitted in the opposite direction to the downlink via the coaxial cable. 211, amplified here, converted into a light intensity modulation signal, transmitted through the output optical fiber 25 through the output terminal 23, and guided to the radio base station 26.
The above is the signal transmission path between the radio base station 26 and the relay device 21 and the function of each unit.
[0004]
A specific configuration example of the slave unit group 212 in the relay device 21 is shown in FIG.
In the slave unit group 212, a plurality of slave units each having an antenna module are connected in cascade through a coaxial cable and a high-frequency coupler. Reference numerals C-1, C-2,..., Cn indicate high-frequency couplers having a predetermined degree of coupling, reference signs D-0, D-1, ..., D- (n-1). The coaxial cable is indicated by (). Symbols A-1, A-2,..., An denote antenna modules, and symbols B-1, B-2,. Since all the slave units have the same configuration, hereinafter, in the case of explaining the component parts common to other slave units, the suffixes of the reference numerals for the component parts are omitted.
[0005]
Various antenna modules A are used depending on the service content (frequency band, slave unit installation location, etc.) of the relay device 21. Here, a ceiling-mounted monopole antenna as shown in FIG. 11 will be described.
This monomole pole antenna has a structure in which a coaxial connector 46 is disposed on the back side of the center of the antenna ground plane 42, and the central conductor of the coaxial connector 46 and the metal pole 43 protruding from the antenna radiation surface are electrically connected. ing. The protruding amount (height) of the metal pole 43 is about λ / 4 (λ is a free space wavelength). The directivity characteristic of the monopole antenna having such a structure has a predetermined directivity in the vertical plane as shown in FIG. 13A, and is almost omnidirectional in the horizontal plane as shown in FIG. 13B. .
[0006]
That is, the monopole antenna having the structure shown in FIG. 11 exhibits characteristics substantially equivalent to the radiation pattern of the dipole antenna, and the circumferential direction of the metal pole 43 is non-directional. When the diameter of the antenna ground plane 42 is infinite, the pattern characteristics parallel to the electric field component generated between the metal pole 43 and the ground plane (generally, directivity in the vertical plane) has the maximum directivity in the plane direction of the antenna ground plane 42. The axial component of the metal pole 43 is eliminated. As the diameter of the antenna ground plane 42 decreases, the component in the direction close to the axial direction of the metal pole 43 increases. Since this monopole antenna is intended to be attached to the ceiling or the like, it is set to about 1.7λ so that the radio wave can reach even immediately below. The structure and directivity of the monopole antenna having the structure shown in FIG. 11 are described in detail in pages 304 to 305 of the antenna handbook of CQ publisher.
[0007]
When a handset equipped with a monopole antenna having such a structure is installed on the ceiling of a room in a building where radio waves do not reach from the radio base station, the radio wave radiation state 20 radiated from the monopole antenna is shown in FIG. As shown in FIG. 4, the service can be received when there is no obstacle in the room or when a transmission / reception radio wave having a sufficient level in the system reaches the portable terminal. In FIG. 12, symbol A is the antenna module (monopole antenna) A described above.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
The antenna module A for a conventional relay device such as a monopole antenna has the following problems.
The first problem is that there is no degree of freedom in the installation location of the handset that is distributed.
In the conventional antenna module A, a sufficient margin for installation may not be obtained, or the antenna module A may not be installed on the ceiling due to building circumstances.
The second problem is that if each transmission wave of the slave unit and the portable terminal leaks to another slave unit or the portable terminal, it becomes noise in the other slave unit and causes deterioration in communication quality. For this reason, conventionally, in order to prevent extraneous radio waves from leaking outside the service area, the transmission power level is controlled as low as possible within the communicable limit, which leads to deterioration in reception sensitivity.
A third problem is that when a high frequency circuit is incorporated directly under the antenna of the slave unit in order to improve the reception sensitivity of the uplink from the portable terminal, the size of the slave unit is increased due to the addition of the high frequency circuit. Moreover, since it is necessary to prepare a power supply for a high frequency circuit for each slave unit, it is difficult to add a slave unit.
[0009]
The main object of the present invention is to provide a small antenna module that has a high degree of freedom in selecting an installation site and has excellent high-frequency characteristics.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
An antenna module of the present invention that solves the above problems includes a module housing in which a connection interface for connecting via a coaxial cable to a transmission / reception end of a communication device such as a parent device of a relay device is formed, and an antenna A unit, and a high-frequency unit interposed in a signal transmission path between the antenna unit and the connection interface.
The antenna unit and the high frequency unit are accommodated in the module housing. The signal transmission path includes a downlink system that transmits a high-frequency signal for transmission from the communication device toward the antenna unit, and an uplink system that transmits a high-frequency signal received by the antenna unit toward the communication device. The high frequency unit includes a high frequency amplifier for enhancing the high frequency characteristics of the uplink system.
The power source that enables the high-frequency amplifier to operate is DC power supplied from the communication device through the connection interface and the coaxial cable.
[0011]
In such an antenna module, DC power is transmitted from a communication device via a coaxial cable, so that the high frequency unit can be operated without a power source on the antenna module side. Therefore, it becomes very easy to add an antenna module, and the installation site can be arbitrarily selected according to installation conditions (building structure, floor plan, tunnel height, radio wave coverage, etc.). Moreover, since the high frequency characteristics of the downlink system are enhanced by the high frequency unit, stable communication is possible. The “high frequency characteristics” referred to here include a noise figure of a high frequency signal, reception sensitivity at the time of signal reception, a received signal waveform, and the like.
[0012]
The module casing is a box-shaped casing, the box-shaped casing includes a plate-shaped antenna unit including a microstrip antenna, and a metal antenna case disposed on the back side of the microstrip antenna, A plate-like high-frequency unit disposed on the back side of the antenna case; and a bias substrate that is disposed on the back side of the high-frequency unit and supplies a bias for enabling the high-frequency amplifier included in the high-frequency unit; Is housed in the box-shaped housing, and the antenna unit, the high-frequency unit, and the ground line of the bias substrate are configured to be electrically connected to the antenna case, thereby realizing a thin box-shaped antenna module. .
[0013]
It is well known that a microstrip antenna is an antenna configured on a dielectric substrate and is thin and light in structure, easy to manufacture, and easy to integrate with a semiconductor circuit or the like. In the present invention, since the antenna module is configured using such a microstrip antenna, the overall size becomes extremely small, and the degree of freedom of the installation site can be remarkably increased as compared with the conventional case. For example, the antenna module can be used as a wall-mounted antenna that can be installed at an arbitrary place.
[0014]
In the above-described thin box-shaped antenna module, the high-frequency unit further includes a microstrip filter that restricts a passing frequency band of the signal transmission path of each of the downlink and uplink systems, thereby causing leakage radio waves. Can be held at a low level.
[0015]
As for the antenna unit, the entire size can be further reduced by mounting a microstrip antenna for both transmission and reception. On the contrary, the first microstrip antenna for the transmission band and the second microstrip antenna for the reception band are formed on the same substrate, so that the transmission / reception microstrip antenna is mounted. However, although the size is slightly increased, there is no need to synthesize and separate the transmission / reception signals, so that loss is reduced and reception sensitivity can be increased. From the viewpoint of further improving the reception sensitivity, the second microstrip antenna may be arranged to branch and connect a plurality of antenna elements with a predetermined positional relationship so as to have a reception diversity function.
[0016]
The antenna module of the present invention can also be implemented as an improved version of a monopole antenna. In this case, the antenna unit is a monopole antenna in which a pole-shaped antenna member is protruded from a surface portion of a predetermined antenna ground plane that forms a part of the module housing. The high-frequency unit includes the high-frequency amplifier that amplifies the high-frequency signal received by the antenna member on the high-frequency circuit board mounted on the back surface of the antenna ground plane, and the DC power as the main power source. It is assumed that a bias circuit for supplying a bias for enabling the high-frequency amplifier to operate is mounted.
Even in such an antenna module, from the viewpoint of suppressing leakage radio waves, the high-frequency unit is configured to include a microstrip filter that limits the pass frequency band of the signal transmission path in each of the downlink and uplink systems. It is desirable to do.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
<First Embodiment>
First, an embodiment when the present invention is applied to a wall-mounted antenna will be described.
FIG. 1 is an exploded perspective view showing the structure of a wall-mounted antenna according to this embodiment. This wall-mounted antenna 1 has a thin box-shaped housing composed of a resin antenna cover 35 and a back case 36 that serves both as an electrical shield and waterproof. Inside the housing, an antenna element substrate 31 that is an example of an antenna unit, a metal antenna case 32 that acts as an antenna ground plane, a high-frequency circuit substrate 33 that is an example of a high-frequency unit, and a bias substrate 34 Are stacked and accommodated in this order on the back side of the antenna element substrate 31. These sizes are determined by the frequency band used. In this embodiment, since the use frequency band is assumed to be 800 [MHz] to 2.0 [GHz], the size can be reduced.
The ground lines of the antenna element substrate 31 and the high frequency circuit substrate 33 are all connected to the antenna case 32.
[0018]
Although not shown, a coaxial connector connection terminal (connection interface) is provided at a predetermined portion of the casing, and the first signal input / output of the high-frequency circuit board 33 for the high-frequency signal transmission line portion of the coaxial cable. The central conductor portion of the coaxial cable is wired so as to be electrically connected to the power input terminal of the bias substrate 34. In addition, wiring between the bias substrate 34 and the high-frequency circuit substrate 33 and between the high-frequency circuit substrate 33 and the antenna element substrate 31 are also made.
[0019]
The antenna element substrate 31 is equipped with a microstrip antenna for both transmission and reception. Regarding the structure and radiation characteristics of the microstrip antenna, reference can be made to the description of pages 91 to 111 of “Small and Planar Antenna” (Incorporated) by the Institute of Electronics, Information and Communication Engineers (hereinafter referred to as a reference). As is apparent from the description on page 102 of the reference, this microstrip antenna has substantially the same radiation characteristics in both a circular shape and a rectangular shape.
[0020]
Since the position of the antenna case 32 with respect to the antenna element substrate 31 contributes to the reflection characteristics of the entire antenna module, the positions of both may be determined according to the desired reflection characteristics. In addition, the lower the dielectric constant of the antenna element substrate 31 and the thicker the substrate thickness, the wider the band can be matched. Therefore, the dielectric constant and the substrate thickness are determined in accordance with the use frequency band. In this embodiment, a minimum gap (about 5 mm) is selected on the assumption that sufficient matching can be achieved in the band covering the transmission / reception band and that the whole is thin. The theoretical support for the above properties and sizes is described in detail on page 111 of the reference.
[0021]
The antenna element substrate 31 and the high-frequency circuit board 33, and the high-frequency circuit board 33 and the coaxial connector connection terminal on the casing are wired, so that each of the downlink system and the uplink system is provided on the high-frequency circuit board 33. Signal transmission paths are formed. Among these signal transmission paths, a microstrip type band pass filter (BPF) and a high frequency amplifier are inserted and connected in series in the downlink system, and the BPF is inserted and connected in the uplink system. In addition, power for distributing and integrating signal transmission paths is respectively provided to the first signal input / output terminal in the immediate vicinity of the coaxial connector connection terminal and the second signal input / output terminal in the immediate vicinity of the antenna element substrate 31. A distributor / synthesizer is provided.
[0022]
The bias substrate 34 generates a bias voltage having a value that enables operation of an active element mounted on the high-frequency circuit substrate 33, that is, a high-frequency amplifier to be described later, based on the DC power supplied from the power input terminal. And components for controlling ON / OFF of the high-frequency amplifier are mounted. More specifically, a passive element such as a capacitor and a resistor and an active element for performing the control are mounted.
[0023]
In the wall-mounted antenna 1 shown in FIG. 1, an equivalent circuit when the antenna element substrate 31, the antenna case 32, the high-frequency circuit substrate 33, and the bias substrate 34 are accommodated in the casing and becomes operable is shown in FIG. 2. Show.
The wall-mounted antenna 1 in an operable state includes an antenna element 2 that operates in both transmission and reception frequency bands, a power distributor / combiner 6, a BPF 3 inserted and connected to the uplink system, a high-frequency amplifier 4, and a downlink system. It has a BPF 5 to be inserted and connected, a power distributor / combiner 7, and a coaxial cable connection terminal 8.
[0024]
By providing the high-frequency amplifier 4 and the BPF 3, particularly the high-frequency amplifier 4, in the uplink system between the antenna element substrate 31 and the power distributor / combiner 7, the high-frequency characteristics in the antenna element substrate 31 provide the high-frequency amplifier 4. This is much higher than when there is no such thing. This will be described below by taking a noise figure as an example.
When the high frequency circuit board 33 is not provided, the noise figure viewed from the feeding point of the antenna element board 31 to the coaxial cable connection terminal 8 side is Fo, the noise figure of the high frequency amplifier 4 is Fa, the noise figure of the BPF 3 is Ff, and the high frequency amplifier 4 When the gain is G, the noise figure when the coaxial cable connection terminal 8 side is viewed from the feeding point of the antenna element board 31 when the high frequency circuit board 33 is provided, that is, the noise figure F of the uplink system is a value represented by the following equation: Is approximated by
F = Ff. (Fa + (2.Fo-1) / G)
In the above equation, the noise figure is expressed as a true number, but it can also be expressed as a logarithm.
[0025]
Normally, the noise figure Fo is about 30 dB (1000 in the true number). The power distributor / combiner 7 has a loss of 3 dB with respect to the uplink system, and the noise figure increases by 3 dB (2 in the true number). Therefore, the noise figure at the output terminal of the uplink high-frequency amplifier 4 is 33 dB (2000 in the true number) at 2 Fo. The noise figure 2Fo becomes Fa + (2 · Fo−1) / G at the input terminal of the high-frequency amplifier 4 by interposing the high-frequency amplifier 4 having the noise figure of Fa and the gain of G. This is well known and will not be described here. If Fa is 2 dB (1.58 in the true number) and G is 30 dB (1000 in the true number), then 10 log (Fa + (2 · Fo−1) / G) = 5.5 dB (3.59 in the true number). Become.
Therefore, the noise figure F becomes 6.5 dB (4.5 in the true number) when the loss Ff of the BPF 3 is 1 dB. Thus, the noise figure F is improved to 6.5 dB compared with the case where the high frequency circuit board 33 is not provided (30 dB). An improvement in the noise figure of the uplink system is equivalent to a reduction in the noise power density of the uplink system. Can be found by evaluating (bandwidth).
[0026]
Specifically, it is as follows.
The uplink noise power density Pf can be approximated to thermal noise per 1 Hz when the gain of the entire uplink system is Gs, and can be expressed as follows.
Pf = −174 + F + Gs (dBm / Hz)
In this embodiment, since the noise figure F is 6.5 dB, the noise power density Pf is as follows when the gain Gs is 30 dB.
Pf = −174 + 6.5 + 30 = −137.5 (dBm / Hz)
On the other hand, the noise power density by the conventional antenna module under the same conditions is as follows.
Pf = −174 + 30 + 30 = −114 (dBm / Hz)
[0027]
As described above, by inserting the high-frequency circuit board 33, particularly the high-frequency amplifier 4 in the uplink system as in this embodiment, the noise power density is 23.5 dB low, that is, the reception sensitivity is improved by 23.5 dB. I understand that. As a result, the signal-to-noise ratio (S / N ratio) of the uplink system is greatly improved, and communication failure due to sensitivity deterioration is avoided.
[0028]
A power source that enables the high-frequency amplifier 4 to operate is supplied to the bias substrate 34 via a coaxial cable that is superimposed on a high-frequency signal from the side of the communication device that uses the wall-mounted antenna 1, for example, the base unit 211 shown in FIG. DC power supplied to the bias substrate 34 after being adjusted to a predetermined value. Since the technique itself for superimposing the DC power on the high-frequency signal is a known technique (for example, a function of a known multiplexer), detailed description thereof is omitted here.
As described above, the wall-mounted antenna 1 itself does not need to be provided with a power source. Therefore, it is possible to reduce the size and weight from this point. In addition, when the antenna is used as a slave unit of a relay device, There is an advantage that expansion is easy.
[0029]
The directivity characteristics of the wall-mounted antenna 1 of this embodiment configured as shown in FIG. 1 are as shown in FIG. That is, the horizontal plane directivity is as shown in FIG. 8A, and the vertical plane directivity is as shown in FIG. 8B. The directivity is 90 °. This is clear from the description in FIG. 4.8 on page 100, FIG. 4.9 on page 101, FIG. 4.10 on page 102, and pages 94 to 102 in the above-mentioned reference.
[0030]
The wall-mounted antenna 1 according to the present embodiment is installed at a corner of a room or the like, so that the radiation direction is limited to that room as shown in the radio wave radiation state 10 in FIG. Greatly improved.
[0031]
Second Embodiment
In the wall-mounted antenna of the first embodiment, the antenna element substrate 31 is used for both transmission and reception. However, a wall-mounted antenna with improved reception sensitivity can be obtained by separating the transmission / reception antenna.
FIG. 3 is a plan view of the antenna element substrate 41 in the transmission / reception antenna separation system. On this antenna element substrate 41, a transmitting antenna element 411, a receiving antenna element 412, and feed points K41-1 and K41-2 are formed. When incorporating into the module housing, the antenna element substrate 31 of the first embodiment shown in FIG. 1 is replaced with the antenna element substrate 41 of FIG. 3, and the high-frequency circuit board 33 is adjusted to the feeding points of the antenna elements 411 and 412. The structure is the same as that of FIG. 1 except that the connection position with the antenna is changed.
[0032]
FIG. 4 is an equivalent circuit of the wall-mounted antenna having the antenna element substrate 41 of FIG. 3 and has a structure in which the transmitting antenna 2-1 and the receiving antenna 2-2 are separated. 2 is the same as the wall-mounted antenna of the first embodiment, except that the power distribution / combining device (power distribution / combining device 6 in FIG. 2) that separates the uplink system from the uplink system becomes unnecessary.
In this way, the transmission / reception antenna separation type wall-mounted antenna can reduce the number of power distribution / combining devices by one compared to the transmission / reception antenna, thereby reducing the noise figure and increasing the reception sensitivity accordingly. be able to.
[0033]
<Third Embodiment>
As an application of the transmission / reception antenna separation method as in the second embodiment, it is possible to provide a function of reception diversity.
FIG. 5 is a plan view of the antenna element substrate 51 when realizing a wall-mounted antenna having a reception diversity function.
The antenna element substrate 51 is formed with a transmitting antenna element 511, receiving antenna elements 512, 513, and respective feeding points K51-1, K51-2, K51-3. When incorporated in the module housing, the antenna element substrate 31 of the first embodiment shown in FIG. 1 is replaced with the antenna element substrate 51 of FIG. 5, and the antenna of the high-frequency circuit board 33 is matched to the position of the feeding point of each antenna element. The structure is the same as that of FIG. 1 except that the end position is changed.
FIG. 6 is an equivalent circuit of a wall-mounted antenna incorporating the antenna element substrate 51 of FIG. Except that the transmitting antenna 2-1 and the two receiving antennas 2-2 and 2-3 are arranged, the circuit is the same as the equivalent circuit of the second embodiment.
As described above, by providing the wall-mounted antenna with the reception diversity function, the position dependency of the mobile terminal is reduced, and the adverse effect of the obstacle in the radio wave path is also improved.
[0034]
<Fourth embodiment>
The present invention can also be implemented as a ceiling-mounted monopole antenna.
FIG. 9 is a perspective view showing a structure when the present invention is applied to a monopole antenna, and FIG. 10 is a sectional structural view thereof. Since this monopole antenna is used for both transmission and reception, an equivalent circuit as an antenna module is the same as that of FIG.
[0035]
This monopole antenna includes a high-frequency amplifier and a BPF mounted on the high-frequency circuit board 33 described in the first embodiment, as shown in an external perspective view (partially cutaway) in FIG. 9 and a side sectional view in FIG. The bias substrate 34 is mounted on a single circuit board 15 to constitute a high-frequency unit, and the circuit board 15 is disposed inside the back surface of the monopole antenna ground plane 12 (behind the antenna radiation surface). The metal pole 11 having a predetermined dimension is attached. The metal pole 11 is joined to the central conductor 14 of the coaxial cable. What is indicated by reference numeral 13 is a resin antenna cover.
The size and operation principle of the metal pole 11 and the like are the same as those of the conventional monopole antenna shown in FIG.
In the monopole antenna of this embodiment, the DC power transmitted from the communication device side is supplied to the bias circuit through the central conductor 14 of the coaxial cable, and the bias voltage adjusted by this bias circuit is supplied to the high-frequency amplifier. This high frequency amplifier is the same as the first embodiment in that the high frequency characteristic of the uplink system, for example, the noise figure is improved. Therefore, it is possible to remarkably increase the high frequency characteristics of the uplink system, particularly the noise figure, without increasing the overall size, thereby contributing to performance improvement.
[0036]
As described above, in each embodiment of the present invention, in addition to the conventional ceiling-mounted antenna, various types of wall-mounted antennas are added as one of the menus of the antenna module, thereby installing the slave unit. Various types of antennas can be selected in accordance with the place to perform.
For example, in the case of a room facing a building window, the transmission wave is more likely to be emitted outside the building, but a wall-mounted antenna should be used depending on the structure of the room in the service area and the condition of the obstacle. That's fine. The antenna directivity can be optimized and directed to the interior of the room.
[0037]
In each of the above embodiments, the antenna module used in the relay device between the mobile phone and the wireless base station has been described. However, the antenna module of the present invention is a wireless communication device for general communication devices. It can also be used as one of the communication means.
[0038]
【The invention's effect】
As is clear from the above description, according to the present invention, it is possible to provide an antenna module having a structure that can be arbitrarily adapted according to installation conditions. By selecting the optimum antenna directivity according to the arrangement conditions, it is possible to suppress the leaked radio wave that becomes an obstacle to other communication devices to a low level.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing the structure of a wall-mounted antenna according to the present invention.
FIG. 2 is an equivalent circuit of a wall-mounted antenna according to the first embodiment and the fourth embodiment.
FIG. 3 is a plan view of an antenna element substrate according to a transmission / reception antenna separation system of a second embodiment.
FIG. 4 is an equivalent circuit of a wall-mounted antenna based on a transmission / reception antenna separation system according to a second embodiment.
FIG. 5 is a plan view of an antenna element substrate of a wall-mounted antenna having a reception diversity function according to a third embodiment.
FIG. 6 is an equivalent circuit of the wall-mounted antenna according to the third embodiment.
FIG. 7 is an explanatory diagram showing the installation location and radio wave radiation state of the wall-mounted antenna of the present invention.
FIGS. 8A and 8B are directivity characteristics diagrams of the wall-mounted antenna of the present invention.
FIG. 9 is an external perspective view (partially cut away) of a ceiling-mounted monopole antenna module according to a fourth embodiment.
FIG. 10 is a side sectional view of a ceiling-mounted monopole antenna module according to a fourth embodiment.
FIG. 11 is an external perspective view (partially cut away) showing the structure of a conventional ceiling-mounted monopole antenna.
FIG. 12 is an explanatory diagram showing the installation location and radio wave radiation state of a conventional ceiling-mounted monopole antenna.
13A and 13B are directional characteristics diagrams of a conventional ceiling-mounted monopole antenna.
FIG. 14 is a diagram showing a relationship between a conventional radio base station and a relay device.
FIG. 15 is a configuration diagram of a slave unit group of a conventional relay device.
[Explanation of symbols]
1 Wall-mounted antenna
2, 2-1, 2-2, 2-3 Antenna element
3, 5 BPF
4 High frequency amplifier
6, 7 Power distribution / synthesizer
8 Coaxial cable connection terminal
10,20 Radio wave emission state
11, 43 Metal pole
12, 42 Ground plate for antenna
13 Antenna cover
14 Center conductor
15 Circuit board (high frequency unit)
31, 41, 51 Antenna element substrate
32 Antenna case
33 High-frequency circuit board
34 Bias substrate
35 Antenna cover
36 Back Case
46 Coaxial connector
411, 412, 511, 512, 513 Antenna element
A Antenna module
B Antenna connection end
C high frequency coupler
D Coaxial cable

Claims (7)

通信機器が有する送受信端と同軸ケーブルを介して接続するための接続インタフェースが形成されており、アンテナカバーと、電気的シールドと防水とを兼ねた背面ケースとからなる筐体を有するアンテナモジュールであって
マイクロストリップアンテナが形成された板状のアンテナユニットと、金属製のアンテナ用地板と、前記アンテナユニットと前記接続インタフェースとの信号伝送経路に介在する高周波回路を搭載した高周波回路基板と、前記高周波回路にその動作を可能にするバイアスを供給するバイアス基板とが、前記アンテナカバーの背面から前記背面ケースに向かって、この順に積層して前記筐体に収容されており、
前記アンテナユニット及び高周波回路基板のグランドラインは、前記アンテナケースに導通されており、
前記信号伝送経路は、
送信用の高周波信号が前記通信機器から前記アンテナユニットに向かって伝送する下り回線系と、前記アンテナユニットで受信された高周波信号が前記通信機器に向かって伝送する上り回線系の2系統から成るものであり、
前記高周波回路基板は、
前記上り回線系の高周波回路としてフィルタと高周波増幅器とを搭載し、他方、前記下り回線系の高周波回路としてフィルタを搭載するものであり、
前記バイアス基板に供給される電力が、前記通信機器から前記接続インタフェース及び前記同軸ケーブルを通じて供給される直流電力である、
アンテナモジュール。
This is an antenna module having a connection interface for connecting to a transmission / reception end of a communication device via a coaxial cable, and having a housing composed of an antenna cover and a rear case serving both as an electrical shield and waterproof. And
A plate-shaped antenna unit on which a microstrip antenna is formed , a metal antenna ground plane, a high-frequency circuit board on which a high- frequency circuit interposed in a signal transmission path between the antenna unit and the connection interface is mounted, and the high-frequency circuit A bias substrate for supplying a bias that enables the operation of the antenna cover and being stacked in this order from the back surface of the antenna cover toward the back case, and housed in the housing,
The antenna unit and the ground line of the high-frequency circuit board are electrically connected to the antenna case,
The signal transmission path is:
A downlink system that transmits a high-frequency signal for transmission from the communication device toward the antenna unit, and an uplink system that transmits a high-frequency signal received by the antenna unit toward the communication device. And
The high-frequency circuit board is
A filter and a high frequency amplifier are mounted as the uplink high frequency circuit, and a filter is mounted as the downlink high frequency circuit ,
The power supplied to the bias substrate is DC power supplied from the communication device through the connection interface and the coaxial cable.
Antenna module.
前記高周波回路基板に搭載される前記フィルタが、下り回線系及び上り回線系の各々の前記信号伝送経路の通過周波数帯域を制限するマイクロストリップフィルタである
請求項記載のアンテナモジュール。
The filter mounted on the high-frequency circuit board is a microstrip filter that limits a pass frequency band of the signal transmission path of each of a downlink system and an uplink system.
The antenna module according to claim 1 .
前記アンテナユニットが、送受信兼用のマイクロストリップアンテナを搭載したものである、
請求項記載のアンテナモジュール。
The antenna unit is equipped with a microstrip antenna for transmission and reception.
The antenna module according to claim 2 .
前記アンテナユニットが、送信帯域用の第1のマイクロストリップアンテナと、受信帯域用の第2のマイクロストリップアンテナとを同一基板上に形成したものである、
請求項記載のアンテナモジュール。
In the antenna unit, a first microstrip antenna for a transmission band and a second microstrip antenna for a reception band are formed on the same substrate.
The antenna module according to claim 2 .
前記第2のマイクロストリップアンテナが、複数のアンテナ素子を所定の位置関係で分岐接続するように配置して受信ダイバシティ機能を持たせたものである、
請求項記載のアンテナモジュール。
The second microstrip antenna is provided with a reception diversity function by arranging a plurality of antenna elements to be branched and connected in a predetermined positional relationship.
The antenna module according to claim 4 .
前記マイクロストリップアンテナに代えて、一本のポール状アンテナ部材を前記アンテナ用地板の表面部から突出させて前記アンテナユニットを構成し、
前記高周波回路基板及び前記バイアス基板を一枚の回路基板に搭載して高周波ユニットを構成するとともに、
この高周波ユニットを、前記アンテナ用地板の裏面部に装着して成る
請求項1記載のアンテナモジュール。
Instead of the microstrip antenna, the antenna unit is configured by projecting one pole-shaped antenna member from the surface portion of the antenna ground plane,
The high frequency circuit board and the bias board are mounted on a single circuit board to constitute a high frequency unit,
This high frequency unit is mounted on the back surface of the antenna ground plane.
The antenna module according to claim 1.
前記高周波ユニットが、下り回線系及び上り回線系の各々の前記信号伝送経路の通過周波数帯域を制限するマイクロストリップフィルタを含んで構成されている、
請求項記載のアンテナモジュール。
The high-frequency unit is configured to include a microstrip filter that limits a pass frequency band of the signal transmission path of each of a downlink system and an uplink system.
The antenna module according to claim 6 .
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