JP2003078339A - 水平および垂直偏波共用アンテナ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 水平偏波、垂直偏波とも水平面内指向性が同
等になる水平および垂直偏波共用アンテナ装置を提供す
る。 【解決手段】 誘電体基板１１の面に形成され、上下左
右がほぼ対称形状の金属板からなる平面アンテナ素子１
２と、アンテナ素子１２の上に配設され、ほぼ直方体状
の誘電体ブロック１３と、誘電体ブロック１３の放射前
面に、垂直方向に形成される金属板の無給電素子１４
と、誘電体基板１１の両側に、放射方向に向けてそれぞ
れ配設される反射板３，４とならなり、平面アンテナ素
子１２は、そのほぼ中心１５から水平方向に所定距離を
隔てる第１の位置１６と、中心１５から垂直方向に所定
距離を隔てる第２の位置１７とのそれぞれに、別個の給
電源からコネクタ１８，１９を介して、給電されるもの
である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、自動車携
帯電話やＰＨＳ（簡易型携帯電話システム）などの、移
動通信システム等の基地局アンテナとして好適な、水平
偏波および垂直偏波を用いる偏波共用アンテナ装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種のアンテナ装置について、
近年、陸上移動通信システムでの基地局アンテナの設置
形態は、電波の受信効率を上げるため、スペースダイバ
ーシチ受信方式を用いており、このため、アンテナ類を
取り付ける鉄塔上部の形状が大きくなっている。従っ
て、基地局の鉄塔設備などは大形で、コストがかかるも
のとなり、さらに美観を損ねていた。

【０００３】しかし、偏波ダイバーシチ受信方式を行う
と、前記鉄塔上部の形状を小さくでき、基地局設備の簡
易化が可能であり、美観の点についても有利な面が多
い。偏波ダイバーシチを行う場合、送信受信とも、同一
エリアを形成するためには、受信用の水平偏波、及び送
受信共用の垂直偏波とも、同一の水平面内指向性半値角
を持った偏波共用アンテナが必要である。

【０００４】例えば、３セクタ構成の場合、水平、垂直
偏波とも水平面内指向性半値角、１２０度の指向性を有
する偏波共用アンテナを配置する必要がある。従来の偏
波共用アンテナとしては、図１０に示すような、金属反
射板１０３の前面に、給電線路１０４により支持、給電
されるダイポールアンテナ１０２，１０２を交差させ、
その一方を水平偏波用とし、他方を垂直偏波用として設
置するクロスダイポールアンテナ１０１などを用いたも
のがある。さらに、前記金属反射板１０３をコーナ反射
板に形成し、その前面に前記クロスダイポールアンテナ
１０１を配置させたものがある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来のクロスダイポールアンテナ１０１により、移動通信
システムの基地局でセクタを構成する場合、その送受信
アンテナの指向性は同等であることが要求される。特
に、水平偏波アンテナと垂直偏波アンテナとの両方を、
ともにダイポールアンテナにより構成する場合、該ダイ
ポールアンテナは、電界面と磁界面の指向性が異なるこ
とから、この水平および垂直偏波共用アンテナの水平面
内指向性は、同等にならないという問題点があった。

【０００６】また、前記従来のクロスダイポールアンテ
ナ１０１の複数個を、垂直及び水平方向に配設する、い
わゆるアダプティブアレーアンテナとして構成する場
合、それぞれのアンテナ間の水平方向の間隔を、使用周
波数の０．５波長以下にすることができず、全体の幅寸
法を小さくできないという問題点があった。

【０００７】本発明はかかる点に鑑みなされたもので、
その目的は前記問題点を解消し、水平偏波、垂直偏波と
も水平面内指向性が同等になる水平および垂直偏波共用
アンテナ装置を提供することにある。

【０００８】本発明の他の目的は、垂直偏波アンテナと
水平偏波アンテナとのビーム幅を同じにし得る水平およ
び垂直偏波共用アンテナ装置を提供することにある。

【０００９】本発明のさらに他の目的は、水平方向のア
レーアンテナとして構成する場合、全体のアンテナの垂
直方向の高さを高く、かつ水平方向のそれぞれのアンテ
ナ間の間隔を、従来のアンテナ間の間隔より小さく、全
体の幅寸法が小さい水平および垂直偏波共用アンテナ装
置を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
の本発明の構成は、誘電体基板の一方の面に形成され、
上下左右がほぼ対称形状の金属板からなる平面アンテナ
素子と、該アンテナ素子の放射面に配設され、ほぼ直方
体状の誘電体ブロックと、該誘電体ブロックの放射前面
に、垂直方向に形成される金属板からなる無給電素子
と、前記平面アンテナ素子をほぼ中央位置にして前記誘
電体基板の両側に、放射方向に向けてそれぞれ配設され
る反射板とからなる水平および垂直偏波共用アンテナ装
置で、次のとおりである。

【００１１】前記平面アンテナ素子は、そのほぼ中心か
ら水平方向に所定距離を隔てる第１の位置と、前記中心
から垂直方向に所定距離を隔てる第２の位置とにそれぞ
れ給電されるとともに、前記無給電素子の垂直方向の長
さとその幅との比を選択して、電圧定在波比が変えられ
る水平および垂直偏波共用アンテナ装置である。

【００１２】前記平面アンテナ素子は、そのほぼ中心か
ら水平方向に所定距離を隔てる第１の位置と、前記中心
から垂直方向に所定距離を隔てる第２の位置とにそれぞ
れ給電されるとともに、前記誘電体ブロックの前面又は
後面のそれぞれの辺が、ほぼ垂直及び水平方向になるよ
うに配設され、かつその縦辺と横辺との比を選択して、
電圧定在波比が変えられる水平および垂直偏波共用アン
テナ装置である。

【００１３】また、前記水平および垂直偏波共用アンテ
ナ装置の複数個が、垂直方向に配設される水平および垂
直偏波共用アンテナ装置である。

【００１４】また、前記水平および垂直偏波共用アンテ
ナ装置の複数個が、垂直方向に配設される偏波共用アン
テナ装置の群の複数群が、さらに水平方向に配設され、
水平方向のアレーアンテナとして構成される水平および
垂直偏波共用アンテナ装置である。

【００１５】本発明は以上のような構成により、前記平
面アンテナ素子は、そのほぼ中心から水平方向に所定距
離を隔てる第１の位置に給電されることにより、水平偏
波を放射するとともに、前記中心から垂直方向に所定距
離を隔てる第２の位置に、前記第１の位置に給電する給
電源とは別の給電源から給電されることにより、垂直偏
波を放射する。前記平面アンテナ素子の形状は、その中
心を通る垂直線及び水平線について、上下左右がほぼ対
称形状、例えば円形状、楕円形状のほか、偶数個の角を
有する正多角形状が好ましく、多少変形していてもよ
い。

【００１６】また、前記給電点としての前記第１及び第
２の位置の、前記中心からの前記所定距離とは、それぞ
れ該中心から前記平面アンテナ素子の端部までの距離の
１０〜１００％の距離が好ましく、給電源側との整合に
より最適位置が選択される。

【００１７】本発明によれば、水平偏波、垂直偏波とも
水平面内指向性を同等にすることができる。さらに、前
記無給電素子及び前記誘電体ブロックを設け、それぞれ
の垂直方向の長さとその幅との比を変えることにより、
ビーム幅を変えることなく、電圧定在波比を変えること
ができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明の好
適な実施の形態を詳しく説明する。

【００１９】図１ないし図３は、本発明の水平および垂
直偏波共用アンテナ装置の実施の形態の第１実施例を示
す図で、図１は、該偏波共用アンテナ装置の正面図、図
２は、図１の底面図、図３は、図２のIII-III線による
平面アンテナ素子の形状を示す図である。

【００２０】図１ないし図３において、前記水平および
垂直偏波共用アンテナ装置１は、垂直方向に配設される
複偏波用のアンテナ部２と、該アンテナ部２の両側で、
電波の放射方向に、かつ前記アンテナ部２の誘電体基板
１１にほぼ垂直方向に配設される２個の金属板の反射板
３，４とからなる。

【００２１】前記複偏波用のアンテナ部２は、縦方向の
長さが約１．１波長（以下、波長は使用周波数の波長と
する）、横方向の長さが約０．３４波長で、長手方向が
垂直方向のほぼ矩形状の誘電体材（比誘電率が約１０、
厚さ２ｍｍ）からなる誘電体基板１１と、該誘電体基板
１１の一方の面のほぼ中央位置に、上下左右がほぼ対称
形状、本実施例ではほぼ円形状の金属板又は金属箔によ
り形成される平面アンテナ素子１２と、該アンテナ素子
１２の放射面に接し、かつ互いの中心を重ね合わせるよ
うに配設され、ほぼ直方体状に形成される誘電体材（比
誘電率が約１０、厚さが約０．１波長）からなる誘電体
ブロック１３と、該誘電体ブロック１３の放射前面の中
心に、長手方向がほぼ垂直方向に形成される、ほぼ矩形
状の金属板又は金属箔からなる無給電素子１４とからな
っている。なお、前記誘電体ブロック１３は、後記給電
板２０とともに前記誘電体基板１１に、合成樹脂材から
なる図示しない締結部材により締結されている。

【００２２】前記反射板３，４の電波放射方向の長さ
は、約０．１１波長であるが、該長さを適宜変えて、放
射される水平偏波及び垂直偏波の電波のそれぞれのビー
ム幅が、ほぼ同じにすることができる。

【００２３】前記平面アンテナ素子１２の形状は、その
中心１５を通る垂直線Ｖ及び水平線Ｈについて、上下及
び左右がほぼ対称的に形成されていればよく、本実施例
では、ほぼ円形状である。前記平面アンテナ素子１２へ
の給電点としては、前記水平線Ｈの、該中心１５から水
平方向に右又は左方向（本実施例では、右方向）に所定
距離Ｌ1を隔てる第１の給電位置１６と、前記垂直線Ｖ
の、中心１５から垂直方向の上又は下方向（本実施例で
は、下方向）に所定距離Ｌ2を隔てる第２の給電位置１
７とがあり、該第１，第２の給電位置１６，１７に、そ
れぞれ図示しないそれぞれ別の給電源から同一周波数の
電力が給電される。図２で、１８，１９は、前記それぞ
れの給電源と接続するコネクタ、２０は、給電線路が形
成される給電板である。

【００２４】前記平面アンテナ素子１２の給電点として
の前記第１及び第２の位置１６，１７の、前記中心１５
からの前記所定距離とは、前記垂直線Ｖ及び水平線Ｈ上
でそれぞれ該中心１５から前記平面アンテナ素子の端部
までの距離の１０〜１００％の距離が好ましく、本実施
例では、それぞれ約７５％の距離にある。前記それぞれ
の給電位置１６，１７は、前記給電源側とのインピーダ
ンス整合等の条件により、最適位置が選択される。

【００２５】前記平面アンテナ素子１２は、前記第１の
位置１６に前記給電源から給電されることにより、水平
偏波を放射するとともに、前記第２の位置に、前記第１
の位置に給電する前記給電源とは別の給電源から給電さ
れることにより、垂直偏波を放射する。なお、前記平面
アンテナ素子１２は、その中心１５を通る前記水平線Ｈ
及び垂直線Ｖを、前記第１及び第２の給電位置１６，１
７とともに、前記中心１５を中心にある角度（鋭角）傾
ければ、前記水平及び垂直偏波は、前記角度だけ偏波さ
れるが、両偏波間の偏波角度は９０度である。

【００２６】前記誘電体ブロック１３は、ほぼ直方体状
に形成され、その前面又は後面のそれぞれの辺が、前記
垂直線Ｖ及び水平線Ｈにほぼ平行になるように配設され
ている。そして、それぞれの辺の長さを０．３４〜０．
１６波長とし、その縦辺（垂直方向の長さ）と横辺（水
平方向の長さ）との比を選択することにより、前記水平
及び垂直偏波の電圧定在波比を変えることができる。ま
た、前記誘電体ブロック１３の前面に形成される前記無
給電素子１４の垂直方向の長さを約０．１５波長とし、
該垂直方向の長さと水平方向の幅との比を選択すること
により、周波数特性が変えられとともに、電圧定在波比
を変えることができる。

【００２７】これは、前記誘電体ブロック１３の誘電体
の形の大きさにより、実効誘電率が変化する。そのた
め、垂直方向の長さにより垂直偏波アンテナの共振点
と、水平方向の長さにより水平偏波アンテナの共振点と
が、主に変化する。前記電圧定在波比を変えるには、前
記誘電体ブロック１３の誘電体の大きさ、および前記無
給電素子１４の寸法の両方で行うことができる。

【００２８】図４および図５は、前記偏波共用アンテナ
装置１の前記水平偏波アンテナとしての周波数に対する
反射減衰量の特性図と、前記垂直偏波アンテナとしての
周波数に対する反射減衰量の特性図を示す。

【００２９】図６（ａ）及び図６（ｂ）は、本発明の水
平および垂直偏波共用アンテナ装置の実施の形態の第２
実施例を示す図で、図６（ａ）は、前記偏波共用アンテ
ナ装置１を、垂直方向に複数段（本実施例では４段）配
設した正面図、図６（ｂ）は、その後面に配設される、
給電線路が形成された誘電体基板（比誘電率２．６、厚
さ０．８ｍｍ）からなる給電板の図である。

【００３０】前記垂直偏波共用アンテナ装置１を垂直方
向に、（０．７〜０．８）波長の間隔で４段、配設した
水平および垂直偏波共用アンテナ装置２１は、単素子と
しての前記偏波共用アンテナ装置１のそれぞれの、前記
平面アンテナ素子１２，１２の前記第１、第２の位置１
６，１７，１６，１７のそれぞれに給電する前記給電板
２３は、誘電体基板２２の後面に配設されるとともに、
該給電板２３に形成される給電線路２４により、コーポ
レート（トーナメント形線図）給電方式にて給電する。

【００３１】前記水平および垂直偏波共用アンテナ装置
２１の垂直方向に配設される、前記偏波共用アンテナ装
置１のそれぞれの前記誘電体ブロック１３は、互いに分
離されているため、前記平面アンテナ素子１２，１２の
相互間の結合が抑えられている。さらに、前記反射板
３，４の電波の放射方向の長さを変えることにより、水
平偏波、垂直偏波のビーム幅の統一を行っている。

【００３２】図７及び図８は、前記単素子の偏波共用ア
ンテナ装置１を、垂直方向に４段配設したものを１群と
し、さらに垂直方向に７群、配設した水平および垂直偏
波共用アンテナ装置（合計２８素子）の、水平偏波アン
テナとしての水平面内指向特性と、前記垂直偏波アンテ
ナとしての水平面内指向特性とを示し、該偏波共用アン
テナ装置の正面方向を０度とする方位角に対する相対電
界強度（ｄＢ）を示す。同図から分かるように、両偏波
アンテナの水平面内指向特性は、ほぼ同一になってお
り、また同時に、それぞれの半値角は、１０６．５゜及
び１０４．０゜とほぼ同一になっている。

【００３３】図９は、図６（ａ）に示す前記偏波共用ア
ンテナ装置２１の他例を示す水平および垂直偏波共用ア
ンテナ装置３１の正面図で、前記単素子の偏波共用アン
テナ装置１を、垂直方向に４段配設したものを１群と
し、さらに水平方向に複数群（本例では、４群）を配設
し、水平方向のアレーアンテナとして構成される水平お
よび垂直偏波共用アンテナ装置（合計１６素子）であ
る。このように構成される前記偏波共用アンテナ装置３
１によれば、アンテナ装置の垂直方向の高さを高く、か
つ、それぞれの前記誘電体ブロック１３に高誘電率の誘
電体材が使用されるため、水平方向のそれぞれのアンテ
ナ素子間の間隔を、使用周波数の０．５波長以下にする
ことができ、アンテナ装置全体としての幅寸法を小さく
することができる。

【００３４】なお、本発明の技術は前記実施の形態にお
ける技術に限定されるものではなく、同様な機能を果た
す他の態様の手段によってもよく、また本発明の技術は
前記構成の範囲内において種々の変更、付加が可能であ
る。

【００３５】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように本発明の
水平および垂直偏波共用アンテナ装置によれば、平面ア
ンテナ素子は、そのほぼ中心から水平方向に所定距離を
隔てる第１の位置と、前記中心から垂直方向に所定距離
を隔てる第２の位置とにそれぞれ給電されるとともに、
無給電素子の垂直方向の長さとその幅との比を選択し
て、電圧定在波比が変えられ、または、誘電体ブロック
の前面又は後面のそれぞれの辺が、ほぼ垂直及び水平方
向になるように配設され、かつその縦辺と横辺との比を
選択して、電圧定在波比が変えられるので、水平偏波、
垂直偏波とも水平面内指向性が同等にすることができ
る。

【００３６】また、前記無給電素子及び前記誘電体ブロ
ックを設け、それぞれの垂直方向の長さとその幅との比
を変えることにより、ビーム幅を変えることなく、電圧
定在波比を変えることができるという優れた効果を奏す
る。

【００３７】さらに、水平方向のアレーアンテナとして
構成する場合、全体のアンテナの垂直方向の高さを高
く、かつ水平方向のそれぞれのアンテナ間の間隔を、従
来のアンテナ間の間隔より小さくでき、全体としての幅
寸法を小さくすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の水平および垂直偏波共用アンテナ装置
の実施の形態の第１実施例を示す正面図である。

【図２】図１の底面図である。

【図３】図２のIII-III線による平面アンテナ素子の形
状を示す図である。

【図４】図１の偏波共用アンテナ装置の水平偏波アンテ
ナとしての周波数に対する反射減衰量の特性図である。

【図５】図１の偏波共用アンテナ装置の垂直偏波アンテ
ナとしての周波数に対する反射減衰量の特性図である。

【図６】本発明の第２実施例を示す図で、図６（ａ）
は、図１の偏波共用アンテナ装置を、垂直方向に複数段
（本実施例では４段）配設した正面図、図６（ｂ）は、
その後面に配設される、給電線路が形成される給電板の
図である。

【図７】図１の偏波共用アンテナ装置を、垂直方向に４
段配設したものを１群とし、さらに垂直方向に７群、配
設した水平および垂直偏波共用アンテナ装置の水平偏波
アンテナとしての水平面内指向特性図である。

【図８】図７の水平および垂直偏波共用アンテナ装置の
垂直偏波アンテナとしての水平面内指向特性図である。

【図９】図６の偏波共用アンテナ装置の他例を示す、水
平方向のアレーアンテナとして構成される水平および垂
直偏波共用アンテナ装置の正面図である。

【図１０】従来の偏波共用アンテナとしてのクロスダイ
ポールアンテナの斜視図である。

【符号の説明】

１，２１，３１ 水平および垂直偏波共用アンテナ装置 ２ アンテナ部 ３，４ 反射板 １１，２２ 誘電体基板 １２ 平面アンテナ素子 １３ 誘電体ブロック １４ 無給電素子 １５ 中心 １６ 第１の給電位置 １７ 第２の給電位置 １８，１９ コネクタ ２０，２３ 給電板 ２４ 給電線路 Ｈ 水平線 Ｖ 垂直線

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐々木 克守 東京都千代田区丸の内３丁目３番１号 電 気興業株式会社内 (72)発明者 長 敬三 東京都千代田区大手町二丁目３番１号 日 本電信電話株式会社内 (72)発明者 小宮 一公 東京都千代田区大手町二丁目３番１号 日 本電信電話株式会社内 Ｆターム(参考） 5J020 AA03 BA04 BA06 BC13 DA03 DA06 5J021 AA01 AA05 AA06 AB06 FA32 GA08 HA05 HA10 JA05 5J045 AA12 AA14 AA21 DA10 HA03 JA04 NA01 5J046 AA04 AB13 QA02

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 誘電体基板の一方の面に形成され、上下
   左右がほぼ対称形状の金属板からなる平面アンテナ素子
   と、該アンテナ素子の放射面に配設され、ほぼ直方体状
   の誘電体ブロックと、該誘電体ブロックの放射前面に、
   垂直方向に形成される金属板からなる無給電素子と、前
   記平面アンテナ素子をほぼ中央位置にして前記誘電体基
   板の両側に、放射方向に向けてそれぞれ配設される反射
   板とからなり、 前記平面アンテナ素子は、そのほぼ中心から水平方向に
   所定距離を隔てる第１の位置と、前記中心から垂直方向
   に所定距離を隔てる第２の位置とにそれぞれ給電される
   とともに、 前記無給電素子の垂直方向の長さとその幅との比を選択
   して、電圧定在波比が変えられることを特徴とする水平
   および垂直偏波共用アンテナ装置。
2. 【請求項２】 誘電体基板の一方の面に形成され、上下
   左右がほぼ対称形状の金属板からなる平面アンテナ素子
   と、該アンテナ素子の放射面に配設され、ほぼ直方体状
   の誘電体ブロックと、該誘電体ブロックの放射前面に、
   垂直方向に形成される金属板からなる無給電素子と、前
   記平面アンテナ素子をほぼ中央位置にして前記誘電体基
   板の両側に、放射方向に向けてそれぞれ配設される反射
   板とならなり、 前記平面アンテナ素子は、そのほぼ中心から水平方向に
   所定距離を隔てる第１の位置と、前記中心から垂直方向
   に所定距離を隔てる第２の位置とにそれぞれ給電される
   とともに、 前記誘電体ブロックの前面又は後面のそれぞれの辺が、
   ほぼ垂直及び水平方向になるように配設され、かつその
   縦辺と横辺との比を選択して、電圧定在波比が変えられ
   ることを特徴とする水平および垂直偏波共用アンテナ装
   置。
3. 【請求項３】 前記水平および垂直偏波共用アンテナ装
   置の複数個が、垂直方向に配設されることを特徴とする
   請求項１又は請求項２に記載の水平および垂直偏波共用
   アンテナ装置。
4. 【請求項４】 前記水平および垂直偏波共用アンテナ装
   置の複数個が、垂直方向に配設される偏波共用アンテナ
   装置の群の複数群が、さらに水平方向に配設され、水平
   方向のアレーアンテナとして構成されることを特徴とす
   る請求項１又は請求項２に記載の水平および垂直偏波共
   用アンテナ装置。