JP5514779B2

JP5514779B2 - 偏波共用アンテナ

Info

Publication number: JP5514779B2
Application number: JP2011187086A
Authority: JP
Inventors: 愛島村
Original assignee: Nihon Dengyo Kosaku Co Ltd
Current assignee: Nihon Dengyo Kosaku Co Ltd
Priority date: 2011-08-30
Filing date: 2011-08-30
Publication date: 2014-06-04
Anticipated expiration: 2029-08-31
Also published as: JP2012005146A

Description

本発明は、偏波共用アンテナに係わり、特に、屋内の天井などに設置する低姿勢の偏波共用アンテナに関する。

例えば、携帯電話機などの移動無線通信システムにおける基地局アンテナなどには、偏波共用アンテナが使用されており、１つのアンテナで水平偏波と垂直偏波を共用することにより、設備の有効性を図ることが可能である。
このような偏波共用アンテナとして、反射板上に、垂直偏波用の一対のダイポールアンテナ素子と、水平偏波用の一対のダイポールアンテナ素子を形成したものが知られている（下記、特許文献１参照）。

特許第２８４６６０９号

近年、携帯電話サービスの進展から屋内エリアへのサービスの拡充が行われている。屋内でのアンテナ設置は天井部分が多いため、低姿勢であることが要求される一方、通信品質向上のため偏波ダイバーシチアンテナとすることが要求されている。
しかしながら、従来、天井等に設置され、通路などの細長い閉空間へのサービスに対応した低姿勢で水平面内双方向の指向性を有する偏波共用アンテナは知られていない。
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、天井等に設置され、通路などの細長い閉空間へのサービスに対応した低姿勢で水平面内双方向の指向性を有する偏波共用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垂直偏波素子と、前記反射板と所定の間隔をおいて配置される水平偏波素子とを有する偏波共用アンテナであって、前記水平偏波素子は、前記反射板と平行に所定の間隔で配置される第１と第２のダイポールアンテナで構成され、前記垂直偏波素子は、前記反射板と直交する方向に所定の間隔で配置される第１と第２のモノポールアンテナで構成され、前記第１と第２のモノポールアンテナは、前記第１と第２のモノポールアンテナを接続するための連結部により一体の構造で構成され、前記連結部は、前記水平偏波素子よりも前記反射板に近い位置に配置される。
（２）（１）において、前記水平偏波素子を構成する第１と第２のダイポールアンテナは、前記垂直偏波素子を構成する第１のモノポールアンテナと第２のモノポールアンテナとを結ぶ直線の中点に対して点対称に配置されている。
（３）（１）において、前記第１と第２のダイポールアンテナには、逆相の励振電力が入力され、前記第１と第２のモノポールアンテナには、同相の励振電力が入力される。

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、天井等に設置され、通路などの細長い閉空間へのサービスに対応した低姿勢で水平面内双方向の指向性を有する偏波共用アンテナを提供することが可能となる。

本発明の実施例の偏波共用アンテナの概略構成を示す斜視図である。図１に示す誘電体基板の第１の面（表面または裏面）の構成を示す図である。図１に示す誘電体基板の第２の面（裏面または表面）の構成を示す図である。図１に示す誘電体基板の第１の面（表面または裏面）の構成を示す図である。図１に示す誘電体基板の第２の面（裏面または表面）の構成を示す図である。図１に示す水平偏波給電用回路基板の第１の面（表面または裏面）の構成を示す図である。図１に示す水平偏波給電用回路基板の第２の面（裏面または表面）の構成を示す図である。本発明の実施例の偏波共用アンテナのＶＳＷＲ特性を示すグラフである。本発明の実施例の垂直偏波素子の水平面内指向性及び垂直面内指向性を示すグラフである。本発明の実施例の水平偏波素子の水平面内指向性及び垂直面内指向性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］
図１は、本発明の実施例の偏波共用アンテナの概略構成を示す斜視図である。
図１に示すように、本実施例の偏波共用アンテナは、反射板１上に配置される垂直偏波素子（ＡＮＴ−Ｖ）と、反射板１と所定の間隔をおいて配置される水平偏波素子（ＡＮＴ−Ｈ）とを有する。
図１に示すように、垂直偏波素子（ＡＮＴ−Ｖ）は、両端部に一対のモノポールアンテナが形成される誘電体基板（ＳＵＢ２）を有する。
また、水平偏波素子（ＡＮＴ−Ｈ）は、両端部に一対のダイポールアンテナが形成される誘電体基板（ＳＵＢ１）を有する。誘電体基板（ＳＵＢ１）は、誘電体基板（ＳＵＢ２）の両端部間で、誘電体基板（ＳＵＢ２）の両端部よりも反射板１に近い位置に配置される。なお、水平偏波素子（ＡＮＴ−Ｈ）は、水平偏波給電用回路基板（ＳＵＢ３）上に配置される。

図２−１は、図１に示す誘電体基板（ＳＵＢ１）の第１の面（表面または裏面）の構成を示す図であり、図２−２は、図１に示す誘電体基板（ＳＵＢ１）の第２の面（裏面または表面）の構成を示す図である。
図２−１、図２−２に示すように、誘電体基板（ＳＵＢ１）は、両端部（５１，５２）と、両端部（５１，５２）を連結する連結部５０とで構成される。なお、誘電体基板（ＳＵＢ１）の中央部には、後述する水平偏波給電用回路基板（ＳＵＢ３）の突起部３３が挿入される孔１５が形成されている。
図２−１に示すように、誘電体基板（ＳＵＢ１）の第１の面には、導電膜が形成され、この導電膜には、両端から連結部の一部まで延びる第１のスリット（１１−１）と第２のスリット（１１−２）が形成される。
誘電体基板（ＳＵＢ１）の一方の端部５１の第１の面には、誘電体基板（ＳＵＢ１）の第１の面に形成され、第１のスリット（１１−１）で分割された部分の導電膜で構成される放射素子（１２−１，１２−２）が形成されており、この放射素子（１２−１，１２−２）により、一方のダイポールアンテナが構成される。同様に、誘電体基板（ＳＵＢ１）の他方の端部５２の第１の面には、誘電体基板（ＳＵＢ１）の第１の面に形成され、第２のスリット（１１−２）で分割された部分の導電膜で構成される放射素子（１３−１，１３−２）が形成されており、この放射素子（１３−１，１３−２）により、他方のダイポールアンテナが構成される。誘電体基板（ＳＵＢ１）の両端部間の連結部５０の第１の面に形成される導電膜１４は接地される。

ここで、一対のダイポールアンテナは、Ｌ１の間隔を置いて配置される。即ち、放射素子（１２−１，１２−２）の短辺方向の中心と、放射素子（１３−１，１３−２）の短辺方向の中心とは、Ｌ１の間隔とされる。なお、λｏを、本実施例の偏波共用アンテナの設計中心周波数ｆｏの自由空間波長とするとき、Ｌ１は、０．５２λｏとされる。
一方、誘電体基板（ＳＵＢ１）の第２の面には、水平偏波用の給電線路１０が形成されている。給電線路１０と、スリット（１１−１，１１−２）が形成された導電膜１４とで、平衡・不平衡変換回路を構成する。
ここで、誘電体基板（ＳＵＢ１）の一方の端部５１の第２の面に形成される給電線路１０と、誘電体基板（ＳＵＢ１）の他方の端部５２の第２の面に形成される給電線路１０とは、異なる方向に延長しており、放射素子（１２−１，１２−２）で構成される一方のダイポールアンテナと、放射素子（１３−１，１３−２）で構成される他方のダイポールアンテナとには、逆相の励振電力が入力される。

図３−１は、図１に示す誘電体基板（ＳＵＢ２）の第１の面（表面または裏面）の構成を示す図であり、図３−２は、図１に示す誘電体基板（ＳＵＢ２）の第２の面（裏面または表面）の構成を示す図である。
図３−１、図３−２に示すように、誘電体基板（ＳＵＢ２）は、両端部（５１，５２）と、両端部（５１，５２）を連結する連結部５０とで構成される。
図３−１に示すように、誘電体基板（ＳＵＢ２）の第１の面には、導電膜が形成され、この導電膜には、両端から連結部の一部まで延びる第１のスリット（２１−１）と第２のスリット（２２−２）が形成される。
誘電体基板（ＳＵＢ２）の一方の端部５１の第１の面には、誘電体基板（ＳＵＢ２）の第１の面に形成され、第１のスリット（２１−１）で分割された部分の導電膜で構成されるモノポールアンテナ２２が形成されており、このモノポールアンテナ２２により、一方のモノポールアンテナが構成される。同様に、誘電体基板（ＳＵＢ２）の他方の端部５２の第１の面には、誘電体基板（ＳＵＢ２）の第１の面に形成され、第２のスリット（２１−２）で分割された部分の導電膜で構成されるモノポールアンテナ２３が形成されており、このモノポールアンテナ２３により、他方のダイポールアンテナが構成される。誘電体基板（ＳＵＢ２）の両端部間の連結部５０の第１の面に形成される導電膜２４は接地される。
ここで、一対のモノポールアンテナ（２２，２３）は、Ｌ２の間隔を置いて配置される。即ち、モノポールアンテナ２２の短辺方向の中心と、モノポールアンテナ２３の短辺方向の中心とは、Ｌ２の間隔とされる。なお、Ｌ２は、０．４５λｏとされる。
一方、誘電体基板（ＳＵＢ２）の第２の面には、垂直偏波用の給電線路２０が形成されている。給電線路２０と、スリット（２１−１，２１−２）が形成された導電膜２４とで、平衡・不平衡変換回路を構成する。
ここで、誘電体基板（ＳＵＢ２）の一方の端部５１の第２の面に形成される給電線路２０と、誘電体基板（ＳＵＢ２）の他方の端部５２の第２の面に形成される給電線路２０とは、同じ方向に延長しており、モノポールアンテナ２２と、モノポールアンテナ２３とには、同相の励振電力が入力される。

図４−１は、図１に示す水平偏波給電用回路基板（ＳＵＢ３）の第１の面（表面または裏面）の構成を示す図であり、図４−２は、図１に示す水平偏波給電用回路基板（ＳＵＢ３）の第２の面（裏面または表面）の構成を示す図である。
図４−１、図４−２に示すように、水平偏波給電用回路基板（ＳＵＢ３）は中央部に、誘電体基板（ＳＵＢ２）が挿入される穴部３１が形成され、この穴部３１の上方には、誘電体基板（ＳＵＢ１）の孔１５に挿入される突起部３３が形成される。
図４−１に示すように、水平偏波給電用回路基板（ＳＵＢ３）の第１の面には、導電膜３２が形成されており、この導電膜３２は、反射板１に電気的に接続されて接地される。
一方、水平偏波給電用回路基板（ＳＵＢ３）の第２の面には、水平偏波用の給電線路３０が形成されており、この給電線路３０は突起部３３まで延長され、誘電体基板（ＳＵＢ１）の第２の面に形成された給電線路１０と電気的に接続される。
なお、水平偏波給電用回路基板（ＳＵＢ３）の第１の面に形成された導電膜３２は、図４−１のＡ点において半田等の手法により、誘電体基板（ＳＵＢ１）の第１の面に形成された導電膜１４と電気的に接続される。これにより、誘電体基板（ＳＵＢ１）の両端部間の連結部５０の第１の面に形成された導電膜１４は、水平偏波給電用回路基板（ＳＵＢ３）の第１の面に形成された導電膜３２を介して反射板１と電気的に接続されて接地される。
さらに、誘電体基板（ＳＵＢ２）の両端部間の連結部５０の第１の面に形成された導電膜２４は、反射板１に電気的に接続されているが、図３−１のＡ点において、水平偏波給電用回路基板（ＳＵＢ３）の第１の面に形成された導電膜３２と電気的に接続されている。
水平偏波給電用回路基板（ＳＵＢ３）の第１の面に導電膜２４を形成し、この導電膜を、反射板１、誘電体基板（ＳＵＢ１）の両端部間の連結部５０の第１の面に形成された導電膜１４、および、誘電体基板（ＳＵＢ２）の両端部間の連結部５０の第１の面に形成された導電膜２４と電気的に接続することにより、水平偏波素子（ＡＮＴ−Ｈ）と、垂直偏波素子（ＡＮＴ−Ｖ）との間の結合量を低減することが可能である。

なお、本実施例において、図１に示すように、水平偏波素子（ＡＮＴ−Ｈ）は、反射板１からＨの高さに配置される。ここで、高さＨは、０．２５λ_０とされる。また、反射板１は、直径１．０λ_０の金属円板で構成されている。さらに、本実施例の水平偏波素子（ＡＮＴ−Ｈ）と、垂直偏波素子（ＡＮＴ−Ｖ）は、比誘電率εｒ＝４．１５の誘電体基板上に構成されている。なお、間隔Ｌ１、Ｌ２、高さＨは一例であって、間隔Ｌ１、Ｌ２、高さＨは、求められる特性に応じて適宜変更可能である。
本実施例の水平偏波素子（ＡＮＴ−Ｈ）と、垂直偏波素子（ＡＮＴ−Ｖ）は、所要形状を有する連続一体の適宜の厚さの導体板を、誘電体基板（ＳＵＢ１〜ＳＵＢ３）の両面に貼付して形成するか、あるいは、誘電体基板（ＳＵＢ１〜ＳＵＢ３）を印刷配線用の基板で形成し、前記の各導電体を印刷配線と同様の手法によって、誘電体基板（ＳＵＢ１〜ＳＵＢ３）の各面に設けた金属薄層で形成するようにしてもよい。

図５は、本発明の実施例の偏波共用アンテナのＶＳＷＲ特性を示すグラフである。図５の点線が、垂直偏波素子（ＡＮＴ−Ｖ）のＶＳＷＲ特性を、図５の実線が、水平偏波素子（ＡＮＴ−Ｈ）のＶＳＷＲ特性を示す。
図５より、垂直偏波素子（ＡＮＴ−Ｖ）において、ＶＳＷＲ＝２．０以下の比帯域幅は約１１．６％で、水平偏波素子におけるＶＳＷＲ＝２．０以下の比帯域幅は約１２．８％である。
図６−１は、本発明の実施例の垂直偏波素子（ＡＮＴ−Ｖ）の水平面内指向性及び垂直面内指向性を示すグラフである。
図６−２は、本発明の実施例の水平偏波素子（ＡＮＴ−Ｈ）の水平面内指向性及び垂直面内指向性を示すグラフである。
図６−１、図６−２とも、設計周波数ｆ_０における水平面内指向性及び垂直面内指向性を示すグラフであり、実線が、水平面内指向特性を、破線が、垂直面内指向性を示す。
水平面内指向性におけるビーム幅は、垂直偏波素子（ＡＮＴ−Ｖ）で約７０°、水平偏波素子（ＡＮＴ−Ｈ）で約８０°である。また、垂直面内指向性におけるビーム幅は、垂直偏波素子（ＡＮＴ−Ｖ）で約６０°、水平偏波素子（ＡＮＴ−Ｈ）で約５０°である。
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
１０，２０，３０給電線路
１１−１，１１−２，２１−１，２１−２スリット
１２−１，１２−２，１３−１，１３−２放射素子
１４，２４，３２導電膜
１５孔
３１穴部
２２，２３モノポールアンテナ
３３突起部
５０連結部
５１，５２端部
ＡＮＴ−Ｈ水平偏波素子
ＡＮＴ−Ｖ垂直偏波素子
ＳＵＢ１，ＳＵＢ２誘電体基板
ＳＵＢ３水平偏波給電用回路基板

Claims

反射板と、
前記反射板上に配置される垂直偏波素子と、
前記反射板と所定の間隔をおいて配置される水平偏波素子とを有する偏波共用アンテナであって、
前記水平偏波素子は、前記反射板と平行に所定の間隔で配置される第１と第２のダイポールアンテナで構成され、
前記垂直偏波素子は、前記反射板と直交する方向に所定の間隔で配置される第１と第２のモノポールアンテナで構成され、
前記第１と第２のモノポールアンテナは、前記第１と第２のモノポールアンテナを接続するための連結部により一体の構造で構成され、
前記連結部は、前記水平偏波素子よりも前記反射板に近い位置に配置されることを特徴とする偏波共用アンテナ。
前記水平偏波素子を構成する第１と第２のダイポールアンテナは、前記垂直偏波素子を構成する第１のモノポールアンテナと第２のモノポールアンテナとを結ぶ直線の中点に対して点対称に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の偏波共用アンテナ。
前記第１と第２のダイポールアンテナには、逆相の励振電力が入力され、
前記第１と第２のモノポールアンテナには、同相の励振電力が入力されることを特徴とする請求項１に記載の偏波共用アンテナ。