JP4927921B2 - アンテナおよびアレイアンテナ - Google Patents

Description

本発明は、アンテナおよびアレイアンテナに係り、特に、ビーム幅を広げたアンテナに関する。

移動通信用の基地局アンテナに使用される水平偏波用アンテナでは、ビーム幅を広げたアンテナ（例えば、ビーム幅が９０°程度のアンテナ）が使用される。従来、このようなアンテナとして、下記特許文献１に記載のダイポールアンテナが知られている。
この特許文献１に記載のダイポールアンテナは、ダイポールアンテナの両端に、一対の非励振モノポールアンテナを配置して、ビーム幅を広くしている。

特開２００４−１４７０４０号公報

しかしながら、前述の特許文献１に記載のアンテナでは、非励振モノポールアンテナを、反射板に半田付などにより固定する必要がある。そのため、前述の特許文献１に記載のアンテナでは、組立てが複雑になるだけでなく、特性のばらつきも増加するという問題点があった。
本発明は、前記従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、従来よりも組立てが容易な広帯域にわたってビーム幅を広げたアンテナおよびアレイアンテナを提供することにある。
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らかにする。

本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下記の通りである。
（１）反射板と、前記反射板上に配置されるダイポールアンテナ素子と、前記ダイポールアンテナ素子の両端に、前記ダイポールアンテナ素子の両端と所定の間隔をおいて、前記ダイポールアンテナ素子の延長方向と交差する方向に配置される一対の無給電素子とを有するアンテナであって、前記一対の無給電素子は、前記アンテナのいずれの部分とも接続されていない。
（２）（１）において、前記反射板上に配置される第１誘電体基板を有し、前記ダイポールアンテナ素子と、前記一対の無給電素子は、前記第１誘電体基板上に形成されている。
（３）反射板と、前記反射板上に配置されるダイポールアンテナ素子と、前記ダイポールアンテナ素子の両端に、前記ダイポールアンテナ素子の両端と所定の間隔をおいて、前記ダイポールアンテナ素子の延長方向と交差する方向に配置される一対の第１無給電素子と、前記ダイポールアンテナ素子の前記反射板と反対側に、前記ダイポールアンテナ素子と所定の間隔をおいて配置される第２無給電素子とを有するアンテナであって、前記一対の第１無給電素子は、前記アンテナのいずれの部分とも接続されていない。
（４）（３）において、前記反射板上に配置される第１誘電体基板を有し、前記ダイポールアンテナ素子、前記一対の第１無給電素子、および第２無給電素子は、前記第１誘電体基板上に形成されている。
（５）前述の（１）ないし（４）の何れかに記載のアンテナをアレイ状に配置したことを特徴とするアレイアンテナである。

本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下記の通りである。
本発明によれば、従来よりも組立てが容易なビーム幅を広げたアンテナおよびアレイアンテナを提供することが可能となる。

本発明の実施例１のアンテナを示す模式斜視図である。 本発明の実施例１の水平偏波用のダイポールアンテナ素子と、一対の第１無給電素子と、第２無給電素子を説明するための図である。 本発明の実施例１のアンテナの１．７ＧＨｚ帯の電波の水平面内（図１のＸ−Ｚ面）指向特性の一例を示すグラフである。 本実施例１のアンテナの２．０ＧＨｚ帯の電波の水平面内（図１のＸ−Ｚ面）指向特性の一例を示すグラフである。 本発明の実施例１のアンテナのＶＳＷＲ特性の一例を示すグラフである。 図１に示す水平偏波用のダイポールアンテナの具体的な構成を説明するための図である。 図１に示す水平偏波用のダイポールアンテナの具体的な構成を説明するための図である。 本発明の実施例２のアンテナを示す模式斜視図である。 一般的なダイポールアンテナの１．７ＧＨｚ帯の電波の水平面内指向特性の一例を示すグラフである。 一般的なダイポールアンテナの２．０ＧＨｚ帯の電波の水平面内指向特性の一例を示すグラフである。

以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。
なお、実施例を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
［実施例１］
図１は、本発明の実施例１のアンテナを示す模式斜視図である。同図において、１は反射板、２は誘電体基板であり、この誘電体基板２は、反射板１の反射面上に配置される。
この誘電体基板２上には、水平偏波用のダイポールアンテナ素子３と、一対の第１無給電素子（４_１，４_２）と、第２無給電素子５が形成される。
図１に示す水平偏波用のダイポールアンテナ素子３は、１．７ＧＨｚ帯の電波と、２．０ＧＨｚ帯の電波を放射する２周波共用アンテナである。
初めに、１．７ＧＨｚ帯の構成について説明する。第１無給電素子（４_１，４_２）は、１．７ＧＨｚ帯の水平偏波の電波のビーム幅を広げるために配置される。第１無給電素子（４_１，４_２）は、ダイポールアンテナ素子３の延長方向と交差する方向（ここでは、直交する方向）に、ダイポールアンテナ素子３の両端と所定の間隔（図２のＴｈ）をおいて配置される。図１から分かるように、本実施例では、第１無給電素子（４_１，４_２）は、反射板１に短絡することなく配置される。

本実施例において、ダイポールアンテナ素子３と、第１無給電素子（４_１，４_２）との間の結合により、第１無給電素子（４_１，４_２）に流れる電流に基づき、電波が横側に放射されるので、ビーム幅を広げることができる。
即ち、第１無給電素子（４_１，４_２）の長さＬｈと、ダイポールアンテナ素子３の両端と、第１無給電素子（４_１，４_２）との間の間隔（Ｔｈ）を適宜調整することにより、水平偏波の電波のビームを広げることができる。
図３は、本実施例のアンテナの１．７ＧＨｚ帯の電波の水平面内（図１のＸ−Ｚ面）指向特性の一例を示すグラフである。図３では、１．７ＧＨｚ帯の電波のビーム幅は８６．３°となっていることが分かる。
対比のために、一般のダイポールアンテナにおける１．７ＧＨｚ帯の電波の水平面内指向特性の一例を図８に示す。図８では、１．７ＧＨｚ帯の電波のビーム幅は６５．３°となっている。このように、本実施例では、第１無給電素子（４_１，４_２）を設けることにより、ビーム幅が２１°程度広くなっていることが分かる。なお、ビーム幅とは、相対利得が−３ｄＢ以下となる範囲の角度である。

次に、２．０ＧＨｚ帯の構成について説明する。第２無給電素子５は、２．０ＧＨｚ帯の水平偏波の電波のビーム幅を制限するために配置される。
本実施例において、第１無給電素子（４_１，４_２）を設けることにより、水平面内指向性が周波数特性を持つようになり、高周波数帯のビーム幅が所望のビーム幅より広くなる。そのため、第２無給電素子５が配置される。
この第２無給電素子５は、ダイポールアンテナ素子３の反射板と反対側に、ダイポールアンテナ素子３と所定の間隔（Ｔｎ）をおいて配置される。第２無給電素子５の長さＬｎと、ダイポールアンテナ素子３と、第２無給電素子５との間の間隔（図２のＴｎ）を適宜調整することにより、水平偏波の電波のビーム幅を制限することができる。
図４は、本実施例のアンテナの２．０ＧＨｚ帯の電波の水平面内（図１のＸ−Ｚ面）指向特性の一例を示すグラフである。図４では、２．０ＧＨｚ帯の電波のビーム幅は８５．３°となっていることが分かる。
対比のために、一般のダイポールアンテナにおける２．０ＧＨｚの電波の水平面内指向特性の一例を図９に示す。図９では、２．０ＧＨｚ帯の電波のビーム幅は７２．２°となっている。このように、本実施例では、第１無給電素子（４_１，４_２）と第２無給電素子５を設けることにより、ビーム幅が１３°程度広くなっていることが分かる。
図５は、本実施例のアンテナのＶＳＷＲ特性の一例を示すグラフである。同図において、横軸は周波数であり、中心周波数は１．９５５ＧＨｚで、目盛間隔は、０．０４７ＧＨｚである。図５から分かるように、本実施例のアンテナでは、１．７２ＧＨｚから２．１９ＧＨｚの範囲にわたって、ＶＳＷＲが、１．５以下となっている。

図２は、本実施例の水平偏波用のダイポールアンテナ素子３と、一対の第１無給電素子（４_１，４_２）と、第２無給電素子５を説明するための図である。
今、本実施例のダイポールアンテナ素子３の１．７ＧＨｚ帯の設計中心周波数の自由空間波長をλｈ、本実施例のダイポールアンテナ素子３の２．０ＧＨｚ帯の設計中心周波数の自由空間波長をλｎとするとき、Ｌｈ、Ｌｎは下記（１）式を満足する値とされる。
０．８×（λｈ／４）≦Ｌｈ≦１．２×（λｈ／４）
０．８×（λｎ／４）≦Ｌｎ≦１．２×（λｎ／４）
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ （１）
また、本実施例の一対の第１無給電素子（４_１，４_２）の幅をＷｈ、第２無給電素子５の幅をＷｎとするとき、Ｗｈ、Ｗｎ下記（２）式を満足する値とされる。
０．５×（λｈ／１２）≦Ｗｈ≦１．５×（λｈ／１２）
０．５×（λｎ／５０）≦Ｗｎ≦１．５×（λｎ／５０）
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ （２）

図６−１、図６−２は、図１に示すダイポールアンテナ素子３の具体的な構成を説明するための図であり、図６−１は、図１に示す誘電体基板２の第１の面（表面または裏面）の構成を示す図であり、図６−２は、図１に示す誘電体基板２の第２の面（裏面または表面）の構成を示す図である。
図６−１に示すように、誘電体基板２の第１の面には、導電膜７が形成され、この導電膜７には、両端から連結部の一部まで延びるスリット６が形成される。誘電体基板２の第１の面には、スリット６で分割された部分の導電膜で構成される放射素子（３_１，３_２）が形成され、この放射素子（３_１，３_２）により、ダイポールアンテナ素子３が構成される。
一方、誘電体基板２の第２の面には、水平偏波用の給電線路８が形成されている。給電線路８と、スリット６が形成された導電膜７とで、平衡・不平衡変換回路を構成する。
以上説明したように、本実施例のアンテナでは、ダイポールアンテナ素子３の両端に配置された一対の第１無給電素子（４_１，４_２）と、ダイポールアンテナ素子３の前方に配置された第２無給電素子５により全帯域で所望のビーム幅を実現することができる。
なお、前述の説明では、水平偏波用のダイポールアンテナ素子３と、一対の第１無給電素子（４_１，４_２）と、第２無給電素子５を、誘電体基板２上に形成するようにしたが、水平偏波用のダイポールアンテナ素子３と、一対の第１無給電素子（４_１，４_２）と、第２無給電素子５は、金属板、金属棒などの導電体で構成し、当該導電体を適当な材質からなるスペーサを介して、反射板１上に配置するようにしてもよい。

［実施例２］
図７は、本発明の実施例２のアンテナを示す模式斜視図である。本発明の実施例のアンテナは、前述の実施例１のアンテナをアレイ状に配置したものである。
一般に、移動通信用の基地局アンテナでは、垂直偏波用のアンテナと水平偏波用のアンテナとが多段に配置されて構成されるが、本実施例のアンテナを、移動通信用の基地局アンテナの水平偏波用のアンテナに使用することにより、水平偏波の水平面内指向性特性を最適なものとすることができる。
このように、本実施例によれば、非励振モノポールアンテナを反射板に半田付けする必要がないので、従来よりもアンテナの組立てが容易で、広帯域にわたってビーム幅を広げることができるアンテナおよびアレイアンテナを提供することが可能となる。
以上、本発明者によってなされた発明を、前記実施例に基づき具体的に説明したが、本
発明は、前記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは勿論である。

１ 反射板
２ 誘電体基板
３ 水平偏波用のダイポールアンテナ素子
３_１，３_２ 放射素子
４_１，４_２ 第１無給電素子
５ 第２無給電素子
６ スリット
７ 導電膜
８ 給電線路

Claims (5)

1. 反射板と、
   前記反射板上に配置されるダイポールアンテナ素子と、
   前記ダイポールアンテナ素子の両端に、前記ダイポールアンテナ素子の両端と所定の間隔をおいて、前記ダイポールアンテナ素子の延長方向と交差する方向に配置される一対の無給電素子とを有するアンテナであって、
   前記一対の無給電素子は、前記アンテナのいずれの部分とも接続されていないことを特徴とするアンテナ。
2. 前記反射板上に配置される第１誘電体基板を有し、
   前記ダイポールアンテナ素子と、前記一対の無給電素子は、前記第１誘電体基板上に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ。
3. 反射板と、
   前記反射板上に配置されるダイポールアンテナ素子と、
   前記ダイポールアンテナ素子の両端に、前記ダイポールアンテナ素子の両端と所定の間隔をおいて、前記ダイポールアンテナ素子の延長方向と交差する方向に配置される一対の第１無給電素子と、
   前記ダイポールアンテナ素子の前記反射板と反対側に、前記ダイポールアンテナ素子と所定の間隔をおいて配置される第２無給電素子とを有するアンテナであって、
   前記一対の第１無給電素子は、前記アンテナのいずれの部分とも接続されていないことを特徴とするアンテナ。
4. 前記反射板上に配置される第１誘電体基板を有し、
   前記ダイポールアンテナ素子、前記一対の第１無給電素子、および第２無給電素子は、前記第１誘電体基板上に形成されていることを特徴とする請求項３に記載のアンテナ。
5. 前記請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のアンテナをアレイ状に配置したことを特徴とするアレイアンテナ。

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