WO2011024722A1 - アンテナ装置 - Google Patents

Abstract

アンテナ装置が、複数のアンテナ素子と、複数のアンテナ素子に給電する給電回路と、複数のアンテナ素子と給電回路とを内部に収容し、複数のアンテナ素子のそれぞれに対向するように複数の開口部が設けられた導電筐体と、導電筐体の複数の開口部を覆い、複数の開口部を密閉するシート状カバーと、を有する。シート状カバーは導電筐体の複数の開口部だけでなく、導電筐体全体を覆うようにしてもよい。複数のアンテナ素子として、パッチアンテナを用いることができる。

Description

アンテナ装置

　本発明はアンテナ装置に係り、特に基地局で主に使用されるアンテナ装置に関する。

　通常、基地局アンテナは高所に設置され、アンテナから放射される電波により、地上に固定された通信端末あるいは移動体通信端末との間でデータの送受信が行われる。

　このような基地局アンテナは、地上方向の一定のエリアに対して電波が放射されるようビームパターンを成形することが求められる。そこで、基地局アンテナは、垂直方向にアンテナ素子を配置したアレイアンテナの構造をとる。そして、このような構造を有する基地局アンテナは、各アンテナ素子が所定のビームパターンが得られる様に各アンテナ素子に所定の振幅・位相を給電するための給電回路を有している。

　一般的にこれらの基地局アンテナのビームパターンは、垂直面で約６度程度のビーム幅で、水平面で６０～１８０度のビーム幅に成形されている。そして上述した垂直面で６度程度のビーム幅及び所望のゲインを得るためおおよそアンテナ素子として１２～１４素子程度の素子数が用いられる。さらに、これらの基地局アンテナは、水平方向のビーム幅を形成するためにアンテナ素子背面に金属板からなる反射板が用いられている。

　またこれらの基地局アンテナの偏波は通常垂直偏波又は水平偏波、あるいは水平偏波・垂直偏波両方を含んだ２偏波の２ポートを有するアンテナ又は＋４５度、－４５度の２偏波の２ポートを有するアンテナが用いられている。

　またこれらの基地局アンテナは屋外環境に耐えうる構造として通常ＦＲＰ（Fiber Reinforced Plastics）やＰＶＣ（polyvinyl chloride）といった材料で作成されたレドーム(radome)で覆われた構造となっている。

　このような、レドームに覆われた構造となっているアンテナの一例が、特許文献１に記載されている。特許文献１に記載の平面アンテナでは、金属製シールド板及びレドームにより密閉容器を構成する。この点、構造が密閉構造となっているため、平面アンテナ内外の温度変化による平面アンテナ内の空気が膨張、収縮した結果生じる平面アンテナ内外の気圧差を生じる。そして、この平面アンテナ内外の気圧差は、金属製シールド板とレドームに均一に印加されるが、レドームは、金属製シールド板より一般的に剛性が弱いため変形する。そこで、特許文献１に記載の平面アンテナでは、平面アンテナ内外の気圧変化及び温度変化によるレドームの変形を防止するために、丸穴を設けている。

特開平０５－１４５３１７号公報

　上記で例示した通信用に用いられる屋外設置用の基地局アンテナは屋外環境に耐えられる様に、通常ＦＲＰやＰＶＣといった材料で作成されたレドームで覆われた構造となっている。このため密閉構造とするため外形が大きくなり、重量が増加する傾向がある。例えば、上述した特許文献１に記載の平面アンテナは、丸穴を設けることにより気圧変化及び温度変化に対応することはできるが、レドームで覆われた構造となっていることから外形が大きくなり、重量が増加するという課題を解決することはできない。

　また基地局アンテナは水平方向に所定のビーム幅が得られるようにアンテナ素子背面に金属材で作成された反射板を有する構造となっており、この反射板がある程度の面積が必要なため重量が増加する傾向がある。

　上記の基地局アンテナは通常屋外の鉄塔又はビル上の高所に設置されるためアンテナの重量による強度及び強風によりアンテナが回転しないような取り付け強度が要求される。

　またアンテナ重量が増加する場合設置の作業性も悪化させる要因となる。

　そこで、本発明の典型的（exemplary）な目的は、比較的簡易な構造であって、なおかつ小型・軽量なアンテナ装置及びそれを用いた無線通信装置を提供することにある。

　本発明の典型的（exemplary）な観点（aspect）によれば、複数のアンテナ素子と、
前記複数のアンテナ素子に給電する給電回路と、
前記複数のアンテナ素子と前記給電回路とを内部に収容し、前記複数のアンテナ素子のそれぞれに対向するように複数の開口部が設けられた導電筐体と、
前記導電筐体の前記複数の開口部を覆い、前記複数の開口部を密閉するシート状カバーと、
を有するアンテナ装置アンテナ装置が提供される。

　本発明によれば、小型、薄型の構造とすることができ、アンテナのレドームが不要な構造になっていることから小型・軽量構造なアンテナを実現することが可能となる。

本発明の第１の実施形態であるアンテナ装置の形態を示す斜視図である。 図１に示すアンテナ装置の内部構造を示す断面図である。 図１に示すアンテナ装置の内部構造を示す斜視図である。 プリント基板と板金筐体の一部を示す斜視図である。 図４のプリント基板の一部拡大図である。 本発明の第２の実施形態であるアンテナの形態を示す図である。

　まず、本発明の典型的（exemplary）な実施形態の概略を説明する。本発明の典型的な実施形態は、アンテナが導電筐体内部に複数のアレイアンテナ素子及びアンテナ素子に所定の振幅・位相を給電するための給電回路を収容した構造であり、導電筐体は複数のアンテナ素子のそれぞれに対向するように複数の開口部を有している。そして、複数の開口部がシート状のカバーで密閉された構造又は導電筐体全体がシート状カバーで密閉された構造となっている。導電筐体及びシート状カバーはアンテナ装置の反射板及びレドームとして機能する。アンテナ素子としては、例えばパッチアンテナを用いることができる。かかる構成により、本実施形態のアンテナ装置は小型特に薄型の構造であり、アンテナのレドームが不要な構造になっている。このため小型・軽量構造なアンテナが実現可能となる。

　次に、本発明の典型的（exemplary）な実施形態について図面を参照して詳細に説明する。

　図１は本発明の一実施の形態としてのアンテナ装置の斜視図である。

　図１に示すように、本実施形態のアンテナ装置は板金筐体１１、シート状カバー１２、複数のアンテナ素子１３及び給電回路を有している。ここでは、アンテナ素子は１３個設けられた例を示しているが、かかる数に限定されるものではない。ただし、アンテナ素子はすでに説明したように、基地局アンテナとして用いる場合、１２～１４素子程度の素子数が用いられる。シート状カバー１２は、ポリ塩化ビニール（ＰＶＣ）等の樹脂テープを用いることができる。

　アンテナ素子１３及び給電回路は、導電筐体となる矩形状の板金筐体(sheet metal chassis)１１に内蔵されている。なお、図１においては給電回路の図示を省略する。更に給電回路の詳細については、後述する。板金筐体１１は複数のアンテナ素子１３のそれぞれに対向するように複数の開口部が設けられている。すなわち、複数のアンテナ素子１３の上面の上が開放構造となっている。更に、本実施形態のアンテナ装置は、板金筐体１１の複数の開口部がシート状のカバー１２で覆われ、複数の開口部を密閉する構造を有している。本実施形態では導電筐体として、金属板で構成された板金筐体１１を用いているが、プラスチック等の絶縁板上に導電層を形成して、又は導電性プラスチックを用いて導電筐体とすることもできる。板金筐体１１の長さ方向の両端部は基本的には開口しないが、必要に応じて一方の端部又は両端部を開口することができる。板金筐体の形状はここでは小型・軽量に有利な矩形状となっているが、必ずしも矩形状でなくともよい。

　図２は図１のアンテナ装置の内部構造を示す断面図である。図３は図１のアンテナ装置の内部構造を示す斜視図である。図３においては、シート状カバー１２が省かれ、内部のプリント基板１５、給電回路１７，１８及びアンテナ素子１６は実線で示されている。

図４はプリント基板と板金筐体の一部を示す斜視図である。図５は図４のプリント基板の一部拡大図である。

　図２～図５を参照すると、本実施形態のアンテナ装置は、矩形状の板金筐体１１内に、プリント基板１５を有している。プリント基板１５上には、後述する給電回路１７，１８とアンテナ素子１６とを有しており、アンテナ素子１３が導電ポールとなるセンターポール１４を介してアンテナ素子１６と接続されている。また、前述の通り板金筐体１１はアンテナ素子１３の上が開放構造となっており、板金筐体１１の複数の開口部がシート状のカバー１２で覆われた構造を有している。

　図３～図５に示されるように、プリント基板１５は、給電回路（給電回路１７及び給電回路１８）を有しており、これら給電回路は給電位置１９或いは給電位置２０から電力が給電される。

　次に図１～図５を用いて説明した本実施形態のアンテナ装置の動作について説明する。

　本実施形態のアンテナ装置において、入力電力はプリント基板１５に作成された、給電回路１７上の給電位置１９及び給電回路１８上の給電位置２０から電力が給電される。そして、給電された電力は、給電回路１７及び給電回路１８により所定の電力・振幅に分配され、プリント基板１５に作成されたアンテナ素子１３及びアンテナ素子１６にそれぞれ給電される。給電位置１９と給電位置２０とにそれぞれ同軸ケーブルが接続され、同軸ケーブルを介して給電が行われる。プリント基板１５にコネクタを取り付け、コネクタを介して給電を行ってもよい。同軸ケーブルの引き出しは、同軸ケーブルを取り出せる程度の開口部を板金筐体１１に設けることで行うことができる。

　アンテナ素子１６とアンテナ素子１３はセンターポール１４で接続されアンテナの広帯域が図られている。しかし、アンテナ素子１３とセンターポール１４とを設けず、アンテナ素子１６のみを設けてもよい。その場合、板金筐体１１は複数のアンテナ素子１６のそれぞれに対向するように複数の開口部が設けられる。

　複数のアンテナ素子１６及び複数のアンテナ素子１３は所定の間隔で配置され、給電回路１７及び給電回路１８により分配された振幅・位相により所定の垂直方向のビームパターンが形成される。

　水平方向のビーム幅は板金筐体１１の幅と、アンテナ素子１３及びアンテナ素子１６で構成されるパッチアンテナの特性とで決まる。そして、例えば概ね６５度のビーム幅に設定される。

　ここで給電回路１７はアンテナ素子１６を水平（横）方向から給電することで本アンテナ装置において水平偏波を放射する。一方、給電回路１８はアンテナ素子６の垂直（縦）方向から給電され本アンテナ装置において垂直偏波を放射する。給電回路１７は第２給電回路、給電回路１８は第１給電回路に対応する。

　板金筐体１１は本アンテナ装置の電波を放射するための開口部が開けられている。シート状カバー１２は板金筐体１１の開口部をふさぐことで、本アンテナ装置のアンテナ内部を密閉している。

　次に、図６を参照して本発明の他の実施の形態について説明する。

　前述の図１～図５のアンテナ装置では、板金筐体１１の開口部をふさぐようにシート状カバー１２が覆われていたが、図６に示すアンテナ装置は、板金筐体１１の全体をカバー２１で覆う構造である。図６に示すアンテナ装置は、前述の図１～図５のアンテナ装置と比べてより密閉性を持たせており、カバー２１には、例えばポリオレフィン樹脂からなる熱収縮チューブを用いることが可能である。

　上述した、実施形態ではアンテナ素子１３及びアンテナ素子１６の形状として丸形状のアンテナを用いる場合について説明したが、これはあくまで例示である。アンテナ素子１３及びアンテナ素子１６として四角形状のアンテナ素子を用いることも可能である。

　また、本実施形態のアンテナ装置では、垂直偏波と水平偏波を同時に用いた例を示しているが、この点も例示である。給電回路１７又は給電回路１８のどちらか一方だけを用いることにより、垂直偏波又は水平偏波のどちらか一方のみを用いたアンテナ装置として使用することも可能である。給電回路１７と給電回路１８の一方のみをプリント基板１５上に設けてもよい。またアンテナ素子１６の給電位置を変更することで＋４５度、－４５度偏波のアンテナとすることも可能である。

　以上説明したように本実施形態のアンテナ装置は板金筐体の内部に複数のアンテナ素子及びアンテナ素子に所定の振幅・位相を給電するための給電回路を収容した構造であり、板金筐体のアンテナ素子の上に開口部を有している。そして、開口部がシート状のカバーで密閉された構造又は板金筐体全体がシート状カバーで密閉する構造とすることにより、板金筐体及びシート状カバーがアンテナの反射板及びレドームの機能を持つ構造となる。またアンテナ素子としてパッチアンテナを用いることにより、本アンテナは小型特に薄型に有利な構造となり、一般的には必須であるアンテナのレドームが不要な構造になることから、小型・軽量構造なアンテナが実現可能となる。図１～図５のアンテナ装置のシート状カバーとして、板金筐体１１の開口部をふさぐように板金筐体１１の一部の周囲を熱収縮チューブで覆ってもよい。また、図６のアンテナ装置のシートカバーとして、樹脂テープで板金筐体１１の全体を覆ってもよい。

　また、上述した実施形態は、本発明の好適な実施形態ではあるが、上記実施形態のみに本発明の範囲を限定するものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更を施した形態での実施が可能である。そのため、前述した各実施形態は単なる例示にすぎず、限定的に解釈されるべきではない。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示すものであって、明細書や要約書の記載には拘束されない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更はすべて本発明の範囲内のものである。また、本発明は特定の通信方式や機器に限定されることなく、種々の通信方式及び機器に適用することができる。

本願は、２００９年８月２５日に出願された特願２００９－１９４２４０号を基礎とする優先権を主張するものである。そして、特願２００９－１９４２４０号に開示された全ての内容は本願の内容に含まれる。

１１　板金筐体
１２　シート状カバー
１３　アンテナ素子
１４　センターポール
１５　プリント基板
１６　アンテナ素子
１７　給電回路
１８　給電回路
１９　給電位置
２０　給電位置
２１　カバー
　

Claims (10)

1. 複数のアンテナ素子と、
   前記複数のアンテナ素子に給電する給電回路と、
   前記複数のアンテナ素子と前記給電回路とを内部に収容し、前記複数のアンテナ素子のそれぞれに対向するように複数の開口部が設けられた導電筐体と、
   前記導電筐体の前記複数の開口部を覆い、前記複数の開口部を密閉するシート状カバーと、
   を有するアンテナ装置。
2. 　請求項１に記載のアンテナ装置において、前記シート状カバーは、前記導電筐体全体を覆っているアンテナ装置。
3. 　請求項１又は２に記載のアンテナ装置において、前記複数のアンテナ素子はパッチアンテナであるアンテナ装置。
4. 　請求項１又は２に記載のアンテナ装置において、前記給電回路は第１の偏波用の第１給電回路、及び第２の偏波用の第２給電回路の少なくとも一方を有するアンテナ装置。
5. 　請求項４に記載のアンテナ装置において、前記第１の偏波は垂直偏波であり、前記第２の偏波は水平偏波であるアンテナ装置。
6. 　請求項１又は２に記載のアンテナ装置において、前記給電回路は回路基板に形成され、前記複数のアンテナ素子は導電ポールを介して前記回路基板に接続されるアンテナ装置。
7. 　請求項１又は２に記載のアンテナ装置において、前記複数のアンテナ素子は、複数の第１のアンテナ素子と複数の第２のアンテナ素子とからなり、
   前記給電回路と前記複数の第２のアンテナ素子とが回路基板に形成され、前記複数の第１のアンテナ素子は前記複数の第２のアンテナ素子上に配置され、
   前記複数の第１のアンテナ素子が導電ポールを介して前記複数の第２のアンテナ素子に接続され、
   前記複数の開口部は、前記複数の第１のアンテナ素子のそれぞれに対向するように設けられているアンテナ装置。
8. 　請求項１に記載のアンテナ装置において、前記シート状カバーは、樹脂テープまたは熱収縮チューブであるアンテナ装置。
9. 　請求項１に記載のアンテナ装置において、前記シート状カバーの材料は、ポリ塩化ビニールまたはポリオレフィンからなるアンテナ装置。
10. 　請求項１又は２に記載のアンテナ装置において、前記導電筐体は、金属板、導電性プラスチック、導電層を表面に形成した絶縁板のいずれかであるアンテナ装置。
    　

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