JP2004147040A - Antenna assembly - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、励振ダイポールアンテナにおいて、素子パターンのビーム幅、特にE面ビーム幅を調整する構造およびビーム幅を広げる手段に関するものである。また、この手段は素子間隔の狭いダイポールアレーアンテナにおけるアレー素子パターンのビーム幅拡大化にも適用できる。
【0002】
【従来の技術】
一般に、アレーアンテナにおいて広角ビーム走査を行う場合、利得低下の要因となるグレーティングローブ発生を抑制する目的で素子アンテナ間距離を狭く配置することが必要となってくる。そのため、素子アンテナ間相互で結合量が増大し、素子アンテナの放射パターン(アレー素子パターン)が乱れビーム走査時のアンテナ利得が低下することが起こり得る。したがって、このアレー素子パターンでのビーム幅を広げるというビーム幅制御が必要である。
【0003】
従来のアンテナ装置(たとえば、非特許文献1参照)においては、たとえば、1/2波長励振ダイポールアンテナ素子単体の放射パターン解析法に基づいて放射パターンを求めている。
この解析法において、放射パターンと実測値との対応は取れている。この解析モデルは、励振ダイポールアンテナ素子単体を導体地板上方に共振周波数の1/4波長の高さとなる位置に配置した場合、導体地板(無限大)と、励振ダイポールアンテナとが用いられる。ここで、励振ダイポールアンテナ素子単体が通常の動作をした場合、E面放射パターンを生じ、その3[dB]ビーム幅は、約76度となる。
【0004】
上記励振ダイポールアンテナを複数配置したアレーアンテナにおいて、E面カット面内でビーム走査することを考える。
なお、説明を容易にするために、素子間結合の無い理想的な場合を考えると、このアレーアンテナのアレー素子パターンは、素子単体放射パターンと同一となる。ビーム走査時の利得は素子単体の放射パターンに依存する。このため、たとえば、アンテナ正面方向から38度より広角方向では、3[dB]以上の利得低下となり、E面広角方向へのビーム走査は大きな利得低下をともなう。したがって、アレー素子パターンにおいて、ビーム幅を広げることが求められる。
【0005】
実際には、素子間結合の影響を受けて、アレー素子パターンは、素子単体放射パターンから変形され、そのビーム幅も変わる。しかし、アレー素子パターンのビーム幅を広げることは、素子アンテナ単体における素子パターンのビーム幅を広げることの応用であると考え、素子単体の放射パターンにおいて、ビーム幅を広げておくことは重要なことである。このため、励振ダイポールアンテナ単体におけるE面素子パターンのビーム幅を拡大することが重要である。
【0006】
従来の移動体通信用基地局アンテナの一例として、たとえば、励振ダイポールアンテナに折り曲げリフレクタを組み合わせているタイプがある。
この場合、折り曲げリフレクタ(コーナーリフレクタ)は、コーナーリフレクタ71の折り曲げ角度、リフレクタ長といった寸法を調節してセクタビームを形成している。また、励振ダイポールアンテナには非励振素子が設けられおり、非励振素子の長さや、励振ダイポールアンテナとの間隔などを調整することにより、ビーム幅を調整するようになっている。
しかしながら、いずれの場合も、ビーム幅の微調整には適しているものの、大幅にビーム幅を拡大することは不可能である。
【0007】
【非特許文献1】
Roger F. Harrington、“Time−harmonic electromagnetic fields”、McGraw−Hill、p.81−85
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
従来のアンテナ装置は以上のように、E面放射パターンでの3[dB]ビーム幅が約76度となる励振ダイポールアンテナを素子アンテナとするアレーアンテナを用いて、E面カット面内で広角ビーム走査をする場合、利得低下を招くという問題点があった。
また、移動体通信用基地局アンテナでのセクタビームを形成した場合には、ビーム幅を調整するために、リフレクタ寸法を調整する必要があるという問題点があった。
【0009】
この発明は上記のような問題点を解決するためになされたもので、励振ダイポールアンテナの素子単体でのE面素子パターン(または、ダイポールアレーアンテナにおけるアレー素子パターン)のビーム幅を広げることのできるアンテナ装置を得ることを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
この発明に係るアンテナ装置は、導体地板と、導体地板から所定周波数でほぼ1/4波長だけ離れた位置に設けられて、所定周波数で共振する励振ダイポールアンテナと、導体地板上に立設されて、所定周波数でほぼ1/4波長よりも短い長さを有する複数個の非励振モノポールアンテナとを備え、励振ダイポールアンテナは、中央部に給電点を有し且つ導体地板に対してほぼ平行に配置され、各非励振モノポールアンテナは、励振ダイポールアンテナの延長方向に沿って離間配置されるとともに、導体地板との接続側に設けられた給電端子と、給電端子に装荷されたリアクタンス素子とを有し、給電端子とは反対側の端部が励振ダイポールアンテナ側を向くように、導体地板上にほぼ垂直に設けられたものである。
【0011】
【発明の実施の形態】
実施の形態1.
以下、図面を参照しながら、この発明の実施の形態1について詳細に説明する。
図1はこの発明の実施の形態1を図式的に示す構成図である。
まず、励振ダイポールアンテナ単体におけるE面ビーム幅の拡大化について説明する。ここでは、説明を簡略化するために、励振ダイポールアンテナの下方に設置される非励振モノポールアンテナの数が2素子の場合を例にとって説明する。
図1において、導体地板1の上方には、励振ダイポールアンテナ2が配設されており、導体地板1上には、複数個(2個)の非励振モノポールアンテナ3が立設されている。
【0012】
励振ダイポールアンテナ2は、所定周波数f1で共振動作し、所定周波数f1でほぼ1/4波長だけ導体地板1から離れた位置に設けられている。また、励振ダイポールアンテナ2は、中央部に給電点C2を有し、且つ導体地板1に対してほぼ平行に配置されている。
各非励振モノポールアンテナ3は、所定周波数f1でほぼ1/4波長よりも短い長さを有し、励振ダイポールアンテナ2の延長方向に沿って離間配置されている。また、非励振モノポールアンテナ3は、導体地板1との接続側に設けられた給電端子C3と、各給電端子C3に装荷された負荷インピーダンスすなわちリアクタンス素子4とを有し、給電端子C3とは反対側の端部が励振ダイポールアンテナ2側を向くように、導体地板1上にほぼ垂直に設けられている。
ここでは、説明を簡略化するために、非励振モノポールアンテナは、励振ダイポールアンテナ2の給電点C2に対して、左右対称な位置に配置された場合を示している。
【0013】
次に、図2〜図5を参照しながら、図1に示したこの発明の実施の形態1による動作について説明する。
図2はこの発明の実施の形態1をモデル化した場合を示す構成図であり、図1内の導体地板1の面積を無限大と見なし、且つ、導体地板1からの反射波を仮想のイメージ励振ダイポールに置き換えた考え方を用いてモデル化した状態を示している。
【0014】
図2において、導体地板1(図1参照)の仮想位置5の上方には、励振ダイポールアンテナ2に相当する励振ダイポール6aが配置されている。また、仮想位置5の下方には、励振ダイポール6aと同様のイメージ素子であるイメージ励振ダイポール(以下、単に「励振ダイポール」ともいう)6bが等価的に配置されているものと見なされる。イメージ励振ダイポール6bは、導体地板1に代えた破線の仮想位置5に対して、励振ダイポール6aと線対称の関係にある。
【0015】
まず、図2を参照しながら、励振ダイポール6a、6bの各給電点C6a、C6bに流れる電流9a、9bによって誘起される非励振ダイポール7a、7bでの誘起電流10a、10bの発生メカニズムについて説明する。
仮想位置5においては、イメージを考慮した場合の非励振モノポールアンテナ3(図1参照)に相当する第1非励振ダイポール7aおよび第2非励振ダイポール7bが設けられている。
【0016】
各非励振ダイポール7a、7bは、前述の非励振モノポールアンテナ3の2倍のダイポール長に設定されており、各非励振ダイポール7a、7bの給電部C7a、C7bに装荷されたリアクタンス素子8a、8bに対して、対称形状を有している。
励振ダイポール6a、6bの給電点C6a、C6bでの電流9a、9bは、各矢印の示す向きに流れる。また、非励振ダイポール7a、7bの給電部C7a、C7bでの誘起電流10a、10bは、各矢印の向きに流れる。
【0017】
まず、図2内の励振ダイポール6aが通常のダイポールとして動作した際に、給電点C6aでの電流9aが矢印の向きに流れる場合、イメージ励振ダイポール6bの給電点C6bを流れる電流9bは、電流9aの向きとは逆相となる。
前述(図1参照)の導体地板1をともなう励振ダイポールアンテナ2の放射パターンは、図2内の励振ダイポール6aおよび6bで構成される2素子アレーの放射パターンとして表現することができる。
また、励振ダイポール6a、6bからの結合波が各非励振ダイポール7a、7b上に誘起させる電流10a、10bは、各矢印の向きに流れる。各誘起電流10aおよび10bの向きは、互いに逆相の関係となる。
【0018】
これら誘起電流10aおよび10bからの放射(以下、「再放射」という)は、励振ダイポール9aのE面放射パターン(紙面上の面内でθ方向成分の偏波)に影響を及ぼす。
次に、図3〜図6を参照しながら、誘起電流10aおよび10bによるE面放射パターンへの影響メカニズムについて説明する。
図3は各非励振ダイポール7a、7bからの再放射パターン12a、12bを示す説明図である。
図3において、各非励振ダイポール7a、7bの再放射に寄与する電流11a、11bの向きは、前述(図2参照)の誘起電流10a、10bの向きとは逆相となる。
非励振ダイポール7a、7b上の誘起電流10a、10b(図2参照)からの再放射を考える場合、誘起電流10a、10bの位相を逆相として考えることができるので、再放射に寄与する電流11a、11bの向きは、図3のように示される。
【0019】
これらの電流11a、11bは、互いに逆相の関係にあるので、各非励振ダイポール7a、7bからの再放射パターン12a、12bは、それぞれ、図3のように示される。
各再放射パターン12a、12bの位相は、非励振ダイポール7a、7bに対して相対的に左右で逆相関係にあることから、左右で逆相関係にある。
したがって、非励振ダイポール7a、7bの2素子をアレーアンテナとした場合の非励振ダイポール2素子アレー放射パターンは、図4内のパターン13のように合成され、その位相は左右で相対的に同相となる。
図4内の放射パターン13は、図3内の再放射パターン12a、12bを合成したものに相当する。
【0020】
図5は合成パターンを模式的に示す説明図であり、励振ダイポール6a、6bからの放射と、非励振ダイポール7a、7bからの再放射とを合成したパターンを示している。
図5において、パターン13は、前述(図4参照)の再放射パターン(非励振ダイポール2素子アレー放射パターン)である。
また、パターン14は、励振ダイポール6aおよび6bの2素子をアレーアンテナとした場合の放射パターン(励振ダイポール2素子アレー放射パターン)であり、励振ダイポール6a、6bの各放射パターンを合成したものに相当する。
【0021】
したがって、前述(図1参照)のアンテナ構成から得られる最終的な合成放射パターンは、非励振ダイポール7a、7bからの再放射を考慮した励振ダイポール6a、6bの放射パターンと見なすことができ、図5内の非励振ダイポール2素子アレー放射パターン13と、励振ダイポール2素子アレー放射パターン14との合成によって表すことができる。
この際、リアクタンス素子4(図1参照)またはリアクタンス素子8a、8b(図2参照)のリアクタンス値を可変設定することにより、各放射パターン13および14の相対位相を調節することができる。
【0022】
また、非励振ダイポール7a、7bによる放射パターン13は、θ=0度の方向に振幅ピークを有し、θ=90度の方向で振幅「0」となる。
一方、励振ダイポール6a、6bによる放射パターン14は、θ=90度の方向で振幅ピークを有し、θ=0度の方向で振幅「0」となる。
したがって、たとえば図5に示すように、両パターン13、14の相対位相が同相の場合には、両パターン13、14の振幅「0」の方向を相互に補うように合成されるので、最終的な合成パターン(パターン13+パターン14)のビーム幅は、広がることになる。
【0023】
ここで、リアクタンス素子4、8a、8bのリアクタンス値の与え方について説明する。
まず、非励振モノポールアンテナ3(または、非励振ダイポール7a、7b)の長さは、アンテナ構造およびコストなどの面を考慮して、短く設定される。
たとえば図1(図2)において、励振ダイポールアンテナ2(励振ダイポール6a、6b)は、導体地板1(仮想位置5)から所定周波数f1においてほぼ1/4波長だけ離れた位置に配置されている。
ここで、励振ダイポールアンテナ2(励振ダイポール6a)の下方に設けられる非励振モノポールアンテナ(非励振ダイポール7a、7b)の長さは、所定周波数f1における1/4波長よりも短くなる(すなわち、共振長よりも短くなる)ので、このままでは、結合による誘起電流10a、10b(図2参照)が発生しにくくなる。
【0024】
したがって、非励振モノポールアンテナ3(非励振ダイポール7a、7b)の共振長不足分を補うために、リアクタンス素子4(8a、8b)が設けられている。このことから、リアクタンス素子4(8a、8b)は、インダクタンス成分を有し、リアクタンス値は、非励振モノポールアンテナ3の長さに起因した値となる。
たとえば、非励振モノポールアンテナ3(非励振ダイポール7a、7bの1/2)の長さが共振長よりも短く、リアクタンス素子4(8a、8b)を装荷していない場合を仮定すると、非励振モノポールアンテナ3(非励振ダイポール7a、7b)からの再放射量は小さく、上述したようなビーム幅の拡大を見込むことはできない。
【0025】
図6は励振ダイポールアンテナ2(励振ダイポール6a)のE面放射パターンの一例を示す説明図である。
図6において、実線は、適切なリアクタンス値のリアクタンス素子4(8a、8b)を非励振モノポールアンテナ3(非励振ダイポール7a、7b)に装荷した場合の相対出力特性を示し、破線は、リアクタンス素子4(8a、8b)を設けない場合の相対出力特性を示している。
図6から明らかなように、非励振モノポールアンテナ3(非励振ダイポール7a、7b)へのリアクタンス素子4(8a、8b)の装荷により、ビーム幅が拡大することを確認することができる。
【0026】
図1に参照されるように、この発明の実施の形態1によれば、所定周波数f1で動作する励振ダイポールアンテナ2の下方に、共振長(1/4波長)に満たない長さの非励振モノポールアンテナ3を導体地板1に対してほぼ垂直に複数配置し、各非励振モノポールアンテナ3の給電端子C3に、最適なリアクタンス値を有するリアクタンス素子4を装荷することにより、非励振モノポールアンテナ3上に分布する誘起電流10a、10b(図2参照)からの再放射の影響で、励振ダイポールアンテナ2の素子単体でのE面素子パターンのビーム幅を広げることができる。
なお、リアクタンス素子4としては、集中定数素子などで実現することができる。
【0027】
また、図1においては、非励振モノポールアンテナ3が励振ダイポールアンテナ2に対して左右対称位置に規則正しく配列されているが、この配列構造は、放射パターンの対称性を保ちつつ、ビーム幅を拡大することを目的としているためである。
しかし、この目的を達成することは必須要件ではなく、たとえば、放射パターン形状を、用途に応じて変化させる必要があるときには、非励振モノポールアンテナ3の配置位置が放射パターン制御時のパラメータとして可変設定され得る。
このとき、非励振モノポールアンテナ3の間隔もパラメータとなり得るが、合成パターンにおいて、角度θの広角方向で振幅レベルを上昇させることに着目するのであれば、非励振モノポールアンテナ3の間隔は、たとえば図1において、所定周波数f1でのほぼ1/2波長に設定される。
さらに、非励振モノポールアンテナ3の長さもパラメータとなり、たとえば、非励振モノポールアンテナ3の長さが短ければ短いほど、リアクタンス値は大きい値をとることになる。
【0028】
実施の形態2.
なお、上記実施の形態1では、リアクタンス素子4のリアクタンス値を、全ての非励振モノポールアンテナ3に対してそれぞれ同一値としたが、各リアクタンス素子4のリアクタンス値を各非励振モノポールアンテナ3の素子毎に異なる値に可変設定してもよい。
以下、図1を参照しながら、リアクタンス値を非励振モノポールアンテナ3の素子毎に異なるように設定したこの発明の実施の形態2について説明する。
【0029】
この場合、非励振モノポールアンテナ3の素子毎にリアクタンス素子4の値を変えることにより、非励振モノポールアンテナ3からの再放射パターン形状および励振位相を任意に調節することができ、励振ダイポールアンテナ2との合成放射パターンにおいて、任意方向に高利得を有するパターン形状を得ることができる。
また、逆に、ある任意方向に振幅「0(ナル)」点を形成することもできる。
【0030】
実施の形態3.
なお、上記実施の形態1、2では、リアクタンス素子4のリアクタンス値を可変設定するための手段について特に言及しなかったが、リアクタンス値を電子的に切り替えるためのリアクタンス値設定手段を設けてもよい。
以下、図7を参照しながら、電子的なリアクタンス値設定手段を設けたこの発明の実施の形態3について説明する。
図7はこの発明の実施の形態3の要部を示す構成図であり、煩雑さを回避するために、単一の非励振モノポールアンテナのみを示しており、励振ダイポールアンテナ2については、図示を省略している。
【0031】
図7において、導体地板20には非励振モノポールアンテナ21が立設されており、非励振モノポールアンテナ21の給電端子C21には、リアクタンス値が可変設定されるリアクタンス素子22が装荷されており、リアクタンス素子22には、リアクタンス値設定手段として機能する電子スイッチ23が接続されている。
電子制御可能な電子スイッチ23は、リアクタンス値(jX1、jX2、jX3)が互いに異なる複数素子の配列を含み、複数素子のうちの1つをリアクタンス素子22に接続するようになっている。
【0032】
次に、図7に示したこの発明の実施の形態3による電子スイッチ23の動作について説明する。なお、励振ダイポールアンテナ2(図1参照)のE面放射パターンビーム幅を拡大する動作については、前述の実施の形態1と同様なので、ここでは説明を省略する。
この場合、電子スイッチ23により、非励振モノポールアンテナ21に装荷されたリアクタンス素子22のリアクタンス値を電子的に可変設定することができる。
【0033】
仮に、一定リアクタンス値のリアクタンス素子を用いた場合には、ビーム幅の拡大効果を満たす周波数帯域が限られているが、図7のように電子スイッチ23を用いることにより、使用周波数帯域の変動に応じてリアクタンス値を可変設定することができ、さらに広帯域にわたってビーム幅の拡大効果を得ることができる。
また、リアクタンス値を調節することにより、非励振モノポールアンテナ21からの再放射パターンを調節することできるので、ビーム幅のさらなる拡大に加えて、放射パターン形状を変えることができる。すなわち、電子スイッチ23によるリアクタンス値の可変設定により、所望の放射パターン形状を取得することができる。なお、リアクタンス素子22は、集中定数素子などを用いて実現することができる。
【0034】
実施の形態4.
なお、上記実施の形態3では、リアクタンス素子21を集中定数素子などで実現したが、スタブを用いてリアクタンス素子を実現してもよい。
以下、図8の構成図を参照しながら、リアクタンス素子としてスタブを用いたこの発明の実施の形態4について説明する。
図8において、前述(図1参照)と同様のものについては、前述と同一符号を付して詳述を省略する。図8(a)は、この発明の実施の形態4による要部を示す構成図である。また、図8(b)は、前述(図2参照)と同様に、導体地板1を無限地板と見なした場合のイメージ理論により非励振モノポールアンテナ31を非励振ダイポール33として等価的に示す説明図である。
【0035】
図8(a)において、非励振モノポールアンテナ31の給電端子C31に装荷されるリアクタンス素子は、非励振モノポールアンテナ31を導体地板1の近傍で蛇行させたスタブ32により構成されている。
図8(b)において、励振ダイポール33は、非励振モノポールアンテナ31と等価関係にあり、励振ダイポール33には、等価的に、蛇行させて構成したスタブ32が装荷されているものと見なすことができる。
スタブ32は、インダクタンスとしての作用を有し、リアクタンス素子として動作する。
【0036】
次に、図8に示したこの発明の実施の形態4による動作について説明する。なお、ビーム幅の拡大動作については、前述と同様なので、ここでは説明を省略する。
この場合、リアクタンス素子としてスタブ32が設けられているので、スタブ32の動作について説明する。すなわち、スタブ32の長さを調節することにより、リアクタンス値を変えることができるので、スタブ32の長さは、ビーム幅の拡大パラメータとなり、前述と同等の作用効果を奏する。
【0037】
実施の形態5.
なお、上記実施の形態4では、励振ダイポールアンテナ2と非励振モノポールアンテナ3との電流励振係数の比に対するビーム幅拡大を実現するための条件について特に言及しなかったが、ビーム幅拡大条件を設定してもよい。
以下、図1とともに、図9および図10を参照しながら、ビーム幅拡大条件を設定したこの発明の実施の形態5について説明する。
【0038】
図9はこの発明の実施の形態5を説明するための構成図であり、前述(図2参照)と同様に、イメージ理論を用いて等価的にモデル化した場合を示している。
ここでは、励振ダイポール6a、6b(励振ダイポールアンテナ)および非励振ダイポール7a、7b(非励振モノポールアンテナ)の各電流励振係数I1〜I4の比に対し、ビーム幅の拡大条件について説明する。
また、図1に示すように、励振ダイポールアンテナ2の下方に、リアクタンス素子4が装荷された2個の非励振モノポールアンテナ3が対称位置に配置されているモデルを取り扱うものとする。
【0039】
図9において、非励振ダイポール7a、7bおよび励振ダイポール6a、6bの各素子には、#1〜#4により番号付けされている。
すなわち、素子番号#1、#3は、リアクタンス素子8a、8bが装荷された非励振ダイポール7a、7bに対応し、素子番号#2、#4は、励振ダイポール6a、6bに対応している。
また、非励振ダイポール7a(#1)での誘起電流10aの励振係数をI1、励振ダイポール6a(#2)での電流9aの励振係数をI2とした場合、所望ビーム幅に対する電流励振係数比I1/I2は、以下の式(1)で表される。
【0040】
【数6】
【0041】
ただし、式(1)において、D1は非励振ダイポール7a(#1)および7b(#3)からの(2素子アレーとしての)再放射パターン、D2は励振ダイポール6a(#2)、6b(#4)からの(同じく、2素子アレーとしての)放射パターンを示している。
また、式(1)において、cはE面ビーム幅を規定する正面方向からの振幅低下レベルである。
【0042】
電流励振係数比I1/I2を複素平面上に展開したとき、上記式(1)から、E面ビーム幅を規定する領域は、円形を示し、この円形の外側領域として、所望E面ビーム幅を満たす電流励振係数比が与えられる。
この例を図10の説明図に示す。
図10において、「ビーム幅1」を規定する円形41は破線で示され、「ビーム幅2」を規定する円形42は一点鎖線で示され、「ビーム幅3」を規定する円形43は、実線で示されている。
また、リアクタンス素子8a、8bのリアクタンス値Xを変化させた場合の電流励振係数比の軌跡44は、点線で示されている。
【0043】
ここで、「各ビーム幅1、2、3」の大小関係は、「ビーム幅1」<「ビーム幅2」<「ビーム幅3」を満たしており、ビーム幅が広がるほど、円形は小さくなりながら、その中心点は実軸(横軸)上を移動する。
図10の場合、円形43の外側領域に存在する電流励振係数比の軌跡44の範囲は、ビーム幅として狭い円形41の外側領域に存在する軌跡44の範囲に比べて、極めて小さくなっている。
このことは、ビーム幅を拡大すればするほど、この条件を満たす電流励振係数比は少なくなることを意味している。
【0044】
ここで注意すべき点は、ある所望ビーム幅に対して上記式(1)で表される条件を満たす電流励振係数比を求める際、所望ビーム幅より狭いビーム幅においては、常に条件を満足している必要があるということである。
すなわち、図10から明らかなように、「ビーム幅3」を満足する電流励振係数比の範囲は、「ビーム幅1」および「ビーム幅2」においても常に成立している。
以上のことから、条件を表す式(1)を電流励振係数比I1/I2の複素平面に展開した場合、求める電流励振係数比は、所望ビーム幅を規定する円形領域の外側で表すことができ、このことは、図10のように、図形的に容易に解釈することができる。
【0045】
実施の形態6.
なお、上記実施の形態5では、電流励振係数比に対する複素平面上での図形的解釈を適用して、ビーム幅拡大を実現するリアクタンス値Xの条件について詳細に言及しなかったが、以下のように、ビーム幅拡大を実現するためのリアクタンス値Xの条件を設定してもよい。
以下、図11を参照しながら、この発明の実施の形態6によるリアクタンス値Xの条件について説明する。ここでは、前述の電流励振係数比に対する複素平面上での図形的解釈を適用して、ビーム幅拡大を実現するリアクタンス値Xの条件について設定する。
【0046】
図11はこの発明の実施の形態6によるビーム幅拡大条件を示す説明図であり、電流励振係数比に対する複素平面を示している。
図11において、破線で示す半径R0の円51は、ビーム幅を規定する領域であり、実線で示す半径r0の円52は、リアクタンス値Xを変化させた場合に電流励振係数比の描く軌跡である。なお、流励振係数比の軌跡52が図11のように円を描くことは、数学的に証明されている。
ここで、図11のように、規定領域を示す円51と電流励振係数比の軌跡52とが交点q1、q2を有し、円51の外側領域に軌跡52が存在する場合には、所望ビーム幅を満たす電流励振係数比が存在することになる。すなわち、この場合、リアクタンス素子4(図1参照)のリアクタンス値Xを決定することができる。
【0047】
また、ここでは、図9のように、図1に示すアンテナ装置を等価的にモデル化し、各素子に番号#1〜#4を付して、上記条件について説明する。
前述した通り、リアクタンス素子8a、8bの変化に対して、非励振ダイポール7a、7bの励振ダイポール6a、6bに対する電流励振係数比は、複素平面上で円軌跡を描くことが数学的に証明される(ここでは、説明を省略する)。
また、前述の式(1)から励振ダイポールのE面ビーム幅を規定する領域も円形となる(図11内の円51参照)。
所望ビーム幅を満足する電流励振係数比が存在する条件は、上記2つの円が交点を有し、E面ビーム幅規定領域円よりも外側領域に電流励振係数比の軌跡があることである。
【0048】
まず、図11において、規定領域の円51の中心をP0、電流励振係数比の軌跡52の中心をp0とし、上記2つの円51、52の交点をq1、q2とする。また、規定領域の中心点P0と軌跡の中心点p0とを結ぶ直線を線分Aとし、軌跡の中心点p0と一方の交点q1とを結ぶ直線を線分Bとする。
次に、線分Aと実軸(横軸)との成す角を
【数7】
とし、線分Aと線分Bとの成す角を
【数8】
とする。
また、図9内の非励振ダイポール7a(非励振モノポールアンテナ:#1)と励振ダイポール6a(#2)との間の相互インピーダンスZ12を、位相ξを用いて、
【数9】
のように、極座標で表示する。
同様に、非励振ダイポール(#1)の自己インピーダンスZ11と、非励振ダイポール7a(#1)と非励振ダイポール7b(#3)との間の相互インピーダンスZ13との差分を、位相ηを用いて、
【数10】
のように、極座標で表示する。
なお、自己インピーダンスZ11、相互インピーダンスZ12、Z13は、周知の起電力法などによって解析的に求めることができる。
【0049】
この場合、非励振ダイポール7a、7bに装荷されるリアクタンス素子8a、8bのリアクタンス値Xに関して所望ビーム幅を得るための適用範囲は、次式で表すことができる。
【数11】
ただし、上式において、「γ<」、「γ>」は、「γ±」として与えられる値のうちの、それぞれ、小さい方の値、大きい方の値を示している。
このように、電流励振係数比に対する複素平面上に展開した軌跡52を用いて図形的に解釈することにより、所望ビーム幅を得るリアクタンス値Xの最適値を得ることができる。
【0050】
実施の形態7.
なお、上記実施の形態1〜6では、導体地板1の上方に配置された単一の励振ダイポールアンテナ2と、導体地板1上に立設された一対の非励振モノポールアンテナ3とを備えたアンテナ装置について説明したが、励振ダイポールアンテナ2および非励振モノポールアンテナ3からなるアンテナ素子を複数配列したアレーアンテナにより構成されたアンテナ装置であってもよい。
以下、図12を参照しながら、前述のアンテナ素子を複数配列したアレーアンテナとしたこの発明の実施の形態7について説明する。
【0051】
図12はこの発明の実施の形態7によるアレーアンテナの一例を概略的に示す構成図であり、前述(図1参照)と同様のものについては、前述と同一符号を付して詳述を省略する。
この場合、励振ダイポールアンテナ2の延長方向に沿って、励振ダイポールアンテナ2と一対の非励振モノポールアンテナ3とからなるアンテナ素子60を単位として、複数のアンテナ素子60が多数配列されている。
図12のように、アレー状態で構成されたアンテナ装置においても、前述と同様に、リアクタンス素子4のリアクタンス値を調整することにより、アレー素子パターンのビーム幅を拡大させることができ、広角へのビーム走査時に利得低下を防ぐことができる。
すなわち、励振ダイポールアンテナ2および非励振モノポールアンテナ3を複数配列したダイポールアレーアンテナにおけるアレー素子パターンのビーム幅を広げることができる。
【0052】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、導体地板と、導体地板から所定周波数でほぼ1/4波長だけ離れた位置に設けられて、所定周波数で共振する励振ダイポールアンテナと、導体地板上に立設されて、所定周波数でほぼ1/4波長よりも短い長さを有する複数個の非励振モノポールアンテナとを備え、励振ダイポールアンテナは、中央部に給電点を有し且つ導体地板に対してほぼ平行に配置され、各非励振モノポールアンテナは、励振ダイポールアンテナの延長方向に沿って離間配置されるとともに、導体地板との接続側に設けられた給電端子と、給電端子に装荷されたリアクタンス素子とを有し、給電端子とは反対側の端部が励振ダイポールアンテナ側を向くように、導体地板上にほぼ垂直に設けられたので、励振ダイポールアンテナのE面素子パターンのビーム幅を広げたアンテナ装置が得られる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施の形態1を示す構成図である。
【図2】この発明の実施の形態1を等価的にモデル化した場合を示す構成図である。
【図3】この発明の実施の形態1による各非励振ダイポールからの再放射パターンを示す説明図である。
【図4】図3内の再放射パターンを合成して示す説明図である。
【図5】この発明の実施の形態1による合成パターンを模式的に示す説明図である。
【図6】この発明の実施の形態1による励振ダイポールアンテナのE面放射パターンの一例を示す説明図である。
【図7】この発明の実施の形態3の要部を示す構成図である。
【図8】この発明の実施の形態4の要部を示す構成図である。
【図9】この発明の実施の形態5を説明するための等価的にモデル化した構成図である。
【図10】この発明の実施の形態5によるビーム幅拡大条件を示す説明図である。
【図11】この発明の実施の形態6によるビーム幅拡大条件を示す説明図である。
【図12】この発明の実施の形態7によるアレーアンテナの一例を概略的に示す構成図である。
【符号の説明】
1、20 導体地板、2 励振ダイポールアンテナ、3、21、31 非励振モノポールアンテナ、4、8a、8b、22 リアクタンス素子、5 導体地板の仮想位置、6a 励振ダイポール、6b イメージ励振ダイポール、7a、7b 非励振ダイポール、9a 励振ダイポール上の電流、9b イメージ励振ダイポール上の電流、10a、10b 非励振ダイポール上の誘起電流、23 電子スイッチ(リアクタンス値設定手段)、32 スタブ、51 規定領域(第1の円軌跡)、52 流励振係数比の軌跡(第2の円軌跡)、60 アンテナ素子、A、B 線分、C2、C6a、C6b 給電点、C3、C21、C31 給電端子、C7a、C7b 給電部、P0、p0 中心点、q1、q2 交点。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a structure for adjusting a beam width of an element pattern, particularly an E-plane beam width, and a means for expanding the beam width in an excitation dipole antenna. Also, this means can be applied to enlarge the beam width of an array element pattern in a dipole array antenna having a small element interval.
[0002]
[Prior art]
In general, when performing wide-angle beam scanning in an array antenna, it is necessary to arrange the element antennas with a small distance in order to suppress the generation of grating lobes that cause a decrease in gain. Therefore, the coupling amount between the element antennas may increase, and the radiation pattern (array element pattern) of the element antenna may be disturbed, and the antenna gain at the time of beam scanning may decrease. Therefore, it is necessary to control the beam width to increase the beam width in the array element pattern.
[0003]
In a conventional antenna device (for example, see Non-Patent Document 1), a radiation pattern is obtained based on, for example, a radiation pattern analysis method of a half-wave excitation dipole antenna element alone.
In this analysis method, correspondence between the radiation pattern and the actually measured value is established. This analysis model uses a conductor ground plane (infinity) and an excitation dipole antenna when a single excitation dipole antenna element is arranged above a conductor ground plane at a height of 1 / wavelength of the resonance frequency. Here, when the excitation dipole antenna element alone operates normally, an E-plane radiation pattern is generated, and its 3 [dB] beam width is about 76 degrees.
[0004]
In an array antenna having a plurality of excitation dipole antennas, beam scanning within an E-plane cut plane is considered.
In order to facilitate the explanation, in consideration of an ideal case where there is no coupling between elements, the array element pattern of this array antenna is the same as the element single radiation pattern. The gain at the time of beam scanning depends on the radiation pattern of the element alone. Therefore, for example, in a wide-angle direction more than 38 degrees from the front of the antenna, the gain is reduced by 3 [dB] or more, and beam scanning in the E-plane wide-angle direction involves a large gain reduction. Therefore, it is required to increase the beam width in the array element pattern.
[0005]
Actually, under the influence of the coupling between the elements, the array element pattern is deformed from the element single radiation pattern, and the beam width also changes. However, expanding the beam width of the array element pattern is considered to be an application of expanding the beam width of the element pattern in the element antenna alone, and it is important to increase the beam width in the radiation pattern of the element alone. It is. Therefore, it is important to increase the beam width of the E-plane element pattern in the excitation dipole antenna alone.
[0006]
As an example of a conventional base station antenna for mobile communication, for example, there is a type in which a bent reflector is combined with an excitation dipole antenna.
In this case, the bent reflector (corner reflector) forms a sector beam by adjusting dimensions such as a bending angle and a reflector length of the corner reflector 71. The excitation dipole antenna is provided with a non-excitation element, and the beam width is adjusted by adjusting the length of the non-excitation element, the interval between the excitation dipole antenna, and the like.
However, in any case, although it is suitable for fine adjustment of the beam width, it is impossible to greatly increase the beam width.
[0007]
[Non-patent document 1]
Roger F. Harrington, "Time-harmonic electromagnetic fields", McGraw-Hill, p. 81-85
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, the conventional antenna device uses an array antenna having an excitation dipole antenna having a 3 [dB] beam width of about 76 degrees in the E-plane radiation pattern as an element antenna, and a wide-angle beam in the E-plane cut plane. In the case of scanning, there is a problem that a gain is reduced.
In addition, when a sector beam is formed by a mobile communication base station antenna, there is a problem that it is necessary to adjust a reflector dimension in order to adjust a beam width.
[0009]
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-described problems, and can increase the beam width of an E-plane element pattern (or an array element pattern in a dipole array antenna) of a single element of an excitation dipole antenna. It is intended to obtain an antenna device.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
An antenna device according to the present invention is provided with a conductive ground plane, an excitation dipole antenna that is provided at a position separated from the conductive ground plane by approximately 1/4 wavelength at a predetermined frequency, and resonates at a predetermined frequency, and is erected on the conductive ground plane. A plurality of non-excited monopole antennas having a length shorter than substantially 1/4 wavelength at a predetermined frequency, wherein the excited dipole antenna has a feed point at the center and is substantially parallel to the conductive ground plane. The non-excited monopole antennas are arranged so as to be spaced apart from each other along the extension direction of the excited dipole antenna, and a feed terminal provided on the connection side with the conductor ground plane and a reactance element loaded on the feed terminal. The power supply terminal is provided substantially vertically on the conductor ground plane such that the end opposite to the power supply terminal faces the excitation dipole antenna side.
[0011]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter,
FIG. 1 is a configuration diagram schematically showing
First, the expansion of the E-plane beam width in the excitation dipole antenna alone will be described. Here, in order to simplify the description, an example in which the number of non-excitation monopole antennas installed below the excitation dipole antenna is two will be described.
In FIG. 1, an
[0012]
The
Each
Here, in order to simplify the description, a case is shown in which the non-excited monopole antenna is disposed at a symmetrical position with respect to the feeding point C2 of the
[0013]
Next, the operation according to the first embodiment of the present invention shown in FIG. 1 will be described with reference to FIGS.
FIG. 2 is a configuration diagram showing a case where the first embodiment of the present invention is modeled. The area of the
[0014]
2, an excitation dipole 6a corresponding to the
[0015]
First, referring to FIG. 2, a mechanism of generating induced
At the
[0016]
Each of the
The currents 9a and 9b at the feeding points C6a and C6b of the
[0017]
First, when the current 9a at the feeding point C6a flows in the direction of the arrow when the excitation dipole 6a in FIG. 2 operates as a normal dipole, the current 9b flowing through the feeding point C6b of the
The radiation pattern of the
The
[0018]
The radiation from the induced
Next, the mechanism of the induced
FIG. 3 is an explanatory diagram showing re-radiation patterns 12a and 12b from the respective
In FIG. 3, the directions of the currents 11a and 11b contributing to the re-radiation of the respective
When considering the re-emission from the induced
[0019]
Since these currents 11a and 11b are in an anti-phase relationship with each other, the re-radiation patterns 12a and 12b from the respective
The phases of the re-radiation patterns 12a and 12b are opposite to each other with respect to the
Therefore, the non-excited dipole two-element array radiation pattern in the case where two elements of the
The
[0020]
FIG. 5 is an explanatory diagram schematically showing a combined pattern, and shows a pattern in which radiation from the
In FIG. 5, a
The pattern 14 is a radiation pattern when the two elements of the
[0021]
Therefore, the final combined radiation pattern obtained from the antenna configuration described above (see FIG. 1) can be regarded as the radiation pattern of the
At this time, the relative phases of the
[0022]
The
On the other hand, the radiation pattern 14 by the
Therefore, as shown in FIG. 5, for example, when the relative phases of the two
[0023]
Here, how to give the reactance values of the
First, the length of the non-excitation monopole antenna 3 (or the
For example, in FIG. 1 (FIG. 2), the excitation dipole antenna 2 (
Here, the length of the non-excitation monopole antennas (
[0024]
Therefore, the reactance elements 4 (8a, 8b) are provided to compensate for the lack of resonance length of the non-excitation monopole antenna 3 (
For example, assuming that the length of the non-excitation monopole antenna 3 (1/2 of the
[0025]
FIG. 6 is an explanatory diagram showing an example of the E-plane radiation pattern of the excitation dipole antenna 2 (the excitation dipole 6a).
In FIG. 6, a solid line indicates a relative output characteristic when the reactance element 4 (8a, 8b) having an appropriate reactance value is loaded on the non-excitation monopole antenna 3 (
As is clear from FIG. 6, it can be confirmed that the beam width is expanded by the loading of the reactance elements 4 (8a, 8b) on the non-excitation monopole antenna 3 (
[0026]
As shown in FIG. 1, according to the first embodiment of the present invention, the predetermined frequency f 1 A plurality of
The
[0027]
Further, in FIG. 1, the
However, achieving this object is not an essential requirement. For example, when it is necessary to change the radiation pattern shape according to the application, the arrangement position of the
At this time, the interval between the
Further, the length of the
[0028]
In the first embodiment, the reactance value of the
Hereinafter, a second embodiment of the present invention in which the reactance value is set to be different for each element of the
[0029]
In this case, by changing the value of the
Conversely, an amplitude "0 (null)" point can be formed in a certain arbitrary direction.
[0030]
In the first and second embodiments, the means for variably setting the reactance value of the
Hereinafter, a third embodiment of the present invention provided with electronic reactance value setting means will be described with reference to FIG.
FIG. 7 is a configuration diagram showing a main part of the third embodiment of the present invention, in which only a single non-excitation monopole antenna is shown to avoid complexity, and the
[0031]
In FIG. 7, a
The electronically controllable
[0032]
Next, the operation of the
In this case, the reactance value of the
[0033]
If a reactance element having a constant reactance value is used, the frequency band that satisfies the effect of expanding the beam width is limited. However, by using the
Also, by adjusting the reactance value, the re-radiation pattern from the
[0034]
In the third embodiment, the
Hereinafter, a fourth embodiment of the present invention using a stub as a reactance element will be described with reference to the configuration diagram of FIG.
8, the same components as those described above (see FIG. 1) are denoted by the same reference numerals as those described above, and the detailed description will be omitted. FIG. 8A is a configuration diagram showing a main part according to
[0035]
In FIG. 8A, the reactance element loaded on the feeding terminal C31 of the
In FIG. 8B, the
The
[0036]
Next, an operation according to the fourth embodiment of the present invention shown in FIG. 8 will be described. The operation for expanding the beam width is the same as that described above, and the description is omitted here.
In this case, since the
[0037]
In the fourth embodiment, the condition for realizing the beam width expansion with respect to the ratio of the current excitation coefficient between the
Hereinafter, a fifth embodiment of the present invention in which the beam width expansion condition is set will be described with reference to FIGS. 9 and 10 together with FIG.
[0038]
FIG. 9 is a configuration diagram for explaining the fifth embodiment of the present invention, and shows a case where equivalent modeling is performed using image theory, as in the above (see FIG. 2).
Here, the current excitation coefficients I of the
In addition, as shown in FIG. 1, a model in which two
[0039]
In FIG. 9, the elements of the
That is,
The excitation coefficient of the induced current 10a in the
[0040]
(Equation 6)
[0041]
However, in equation (1), D 1 Are the re-radiation patterns (as a two-element array) from the
In the equation (1), c is a level of amplitude reduction from the front which defines the E-plane beam width.
[0042]
Current excitation coefficient ratio I 1 / I 2 Is expanded on a complex plane, from the above equation (1), the region defining the E-plane beam width indicates a circle, and the current excitation coefficient ratio satisfying the desired E-plane beam width is given as the outer region of the circle. Can be
This example is shown in the explanatory diagram of FIG.
In FIG. 10, a circle 41 defining “
The locus 44 of the current excitation coefficient ratio when the reactance value X of the reactance elements 8a and 8b is changed is indicated by a dotted line.
[0043]
Here, the magnitude relation of “each
In the case of FIG. 10, the range of the locus 44 of the current excitation coefficient ratio existing in the outer region of the circle 43 is extremely smaller than the range of the locus 44 existing in the outer region of the circle 41 having a narrow beam width.
This means that the larger the beam width, the smaller the current excitation coefficient ratio that satisfies this condition.
[0044]
It should be noted here that when calculating the current excitation coefficient ratio that satisfies the condition represented by the above formula (1) for a certain desired beam width, the condition is always satisfied for a beam width smaller than the desired beam width. It is necessary to be.
That is, as is clear from FIG. 10, the range of the current excitation coefficient ratio that satisfies “
From the above, the equation (1) representing the condition is expressed by the current excitation coefficient ratio I 1 / I 2 , The current excitation coefficient ratio to be obtained can be expressed outside the circular region defining the desired beam width, which can be easily interpreted graphically as shown in FIG. it can.
[0045]
In the fifth embodiment, the condition of the reactance value X for realizing the beam width expansion by applying the graphical interpretation on the complex plane with respect to the current excitation coefficient ratio is not described in detail. In addition, the condition of the reactance value X for realizing the beam width expansion may be set.
Hereinafter, the condition of the reactance value X according to the sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. Here, the condition of the reactance value X for realizing the beam width expansion is set by applying the above-described graphical interpretation on the complex plane with respect to the current excitation coefficient ratio.
[0046]
FIG. 11 is an explanatory diagram showing a beam width expanding condition according to the sixth embodiment of the present invention, and shows a complex plane with respect to a current excitation coefficient ratio.
In FIG. 11, a radius R indicated by a broken line 0 Circle 51 is an area defining the beam width, and has a radius r indicated by a solid line. 0 Is a locus drawn by the current excitation coefficient ratio when the reactance value X is changed. It is mathematically proved that the trajectory 52 of the flow excitation coefficient ratio draws a circle as shown in FIG.
Here, as shown in FIG. 11, a circle 51 indicating the defined area and a locus 52 of the current excitation coefficient ratio intersect at q 1 , Q 2 When the locus 52 exists in the area outside the circle 51, the current excitation coefficient ratio that satisfies the desired beam width exists. That is, in this case, the reactance value X of the reactance element 4 (see FIG. 1) can be determined.
[0047]
In addition, here, as shown in FIG. 9, the antenna device shown in FIG. 1 is equivalently modeled, and the above-described conditions are described by assigning
As described above, it is mathematically proved that the current excitation coefficient ratio of the
In addition, the area defining the E-plane beam width of the excitation dipole is also circular from the above-described equation (1) (see circle 51 in FIG. 11).
The condition that the current excitation coefficient ratio that satisfies the desired beam width exists is that the two circles have an intersection, and the locus of the current excitation coefficient ratio is located outside the E-plane beam width defining region circle.
[0048]
First, in FIG. 11, the center of the circle 51 in the specified area is defined as P 0 , The center of the locus 52 of the current excitation coefficient ratio is p 0 And the intersection of the two circles 51 and 52 is q 1 , Q 2 And Also, the center point P of the specified area 0 And the center point p of the trajectory 0 Is the line segment A, and the center point p of the locus 0 And one intersection q 1 Is a line segment B.
Next, the angle between the line segment A and the real axis (horizontal axis) is
(Equation 7)
And the angle between line segment A and line segment B is
(Equation 8)
And
The mutual impedance Z between the
(Equation 9)
Displayed in polar coordinates, as in
Similarly, the self-impedance Z of the non-excited dipole (# 1) 11 And the mutual impedance Z between the
(Equation 10)
Displayed in polar coordinates, as in
Note that the self impedance Z 11 , Mutual impedance Z 12 , Z Thirteen Can be analytically obtained by a well-known electromotive force method or the like.
[0049]
In this case, the applicable range for obtaining a desired beam width with respect to the reactance value X of the reactance elements 8a and 8b loaded on the
[Equation 11]
However, in the above equation, “γ <” and “γ>” indicate a smaller value and a larger value of the values given as “γ ±”, respectively.
As described above, by performing the graphic interpretation using the trajectory 52 developed on the complex plane with respect to the current excitation coefficient ratio, the optimum value of the reactance value X for obtaining the desired beam width can be obtained.
[0050]
In the first to sixth embodiments, the single
Hereinafter, a seventh embodiment of the present invention, which is an array antenna in which a plurality of the above-described antenna elements are arranged, will be described with reference to FIG.
[0051]
FIG. 12 is a configuration diagram schematically showing an example of an array antenna according to a seventh embodiment of the present invention. Components similar to those described above (see FIG. 1) are denoted by the same reference numerals as those described above, and detailed description thereof will be omitted. I do.
In this case, a plurality of
As shown in FIG. 12, in the antenna device configured in the array state as well, the beam width of the array element pattern can be expanded by adjusting the reactance value of the
That is, the beam width of the array element pattern in a dipole array antenna in which a plurality of the
[0052]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the conductive ground plane, the excitation dipole antenna that is provided at a position separated from the conductive ground plane by approximately 1/4 wavelength at a predetermined frequency and resonates at the predetermined frequency, and standing on the conductive ground plane. A plurality of non-excited monopole antennas having a length shorter than substantially 1/4 wavelength at a predetermined frequency, wherein the excited dipole antenna has a feed point in the center and The non-excited monopole antennas are arranged substantially parallel to each other, and are spaced apart from each other along the extension direction of the excited dipole antenna.A feed terminal provided on the connection side with the conductive ground plane and a reactance loaded on the feed terminal Element, and is provided almost vertically on the conductor ground plane such that the end opposite to the feed terminal faces the excitation dipole antenna side. The effect of the antenna device widening the beam width of the element pattern.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram showing a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a configuration diagram showing a case where the first embodiment of the present invention is equivalently modeled.
FIG. 3 is an explanatory diagram showing a re-radiation pattern from each passive dipole according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is an explanatory diagram showing a combination of re-radiation patterns in FIG. 3;
FIG. 5 is an explanatory diagram schematically showing a combined pattern according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 6 is an explanatory diagram showing an example of an E-plane radiation pattern of the excitation dipole antenna according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a configuration diagram showing a main part of a third embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a configuration diagram showing a main part of a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 9 is an equivalently modeled configuration diagram for explaining
FIG. 10 is an explanatory diagram showing a beam width expansion condition according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 11 is an explanatory diagram showing a beam width expanding condition according to a sixth embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a configuration diagram schematically showing an example of an array antenna according to a seventh embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1, 20 conductor ground plane, 2 excitation dipole antenna, 3, 21, 31 non-excitation monopole antenna, 4, 8a, 8b, 22 reactance element, 5 virtual position of conductor ground plane, 6a excitation dipole, 6b image excitation dipole, 7a, 7b Non-excited dipole, 9a Current on excited dipole, 9b Current on image-excited dipole, 10a, 10b Induced current on non-excited dipole, 23 electronic switch (reactance value setting means), 32 stub, 51 defined area (first area) ), 52 trajectory of the excitation coefficient ratio (second circular trajectory), 60 antenna elements, A, B line segments, C2, C6a, C6b feeding points, C3, C21, C31 feeding terminals, C7a, C7b feeding Part, P 0 , P 0 Center point, q1, q2 intersection.
Claims (7)
前記導体地板から所定周波数でほぼ1/4波長だけ離れた位置に設けられて、前記所定周波数で共振する励振ダイポールアンテナと、
前記導体地板上に立設されて、前記所定周波数でほぼ1/4波長よりも短い長さを有する複数個の非励振モノポールアンテナとを備え、
前記励振ダイポールアンテナは、中央部に給電点を有し且つ前記導体地板に対してほぼ平行に配置され、
前記各非励振モノポールアンテナは、
前記励振ダイポールアンテナの延長方向に沿って離間配置されるとともに、
前記導体地板との接続側に設けられた給電端子と、
前記給電端子に装荷されたリアクタンス素子とを有し、
前記給電端子とは反対側の端部が前記励振ダイポールアンテナ側を向くように、前記導体地板上にほぼ垂直に設けられたことを特徴とするアンテナ装置。A conductive ground plane,
An excitation dipole antenna that is provided at a position separated from the conductive ground plane by approximately a quarter wavelength at a predetermined frequency and resonates at the predetermined frequency;
A plurality of non-excited monopole antennas that are erected on the conductive ground plane and have a length shorter than substantially 1 / wavelength at the predetermined frequency;
The excitation dipole antenna has a feed point in the center and is disposed substantially parallel to the conductive ground plane,
Each of the non-excited monopole antennas,
While being spaced apart along the extension direction of the excitation dipole antenna,
A power supply terminal provided on the connection side with the conductive ground plane,
A reactance element loaded on the power supply terminal,
An antenna device, wherein the antenna device is provided substantially vertically on the conductive ground plane such that an end opposite to the power supply terminal faces the excitation dipole antenna.
前記第1の非励振モノポールアンテナの電流励振係数をI1、前記励振ダイポールアンテナの電流励振係数をI2としたときに、複素平面上に表示される電流励振係数比I1/I2は、E面ビーム幅を規定するために前記複素平面上で第1の円軌跡を描く領域の外側に設定されることを特徴とする請求項1に記載のアンテナ装置。The non-excitation monopole antenna includes first and second non-excitation monopole antennas disposed at symmetrical positions within an E-plane cut plane with respect to a feed point of the excitation dipole antenna,
When the current excitation coefficient of the first non-excitation monopole antenna is I 1 and the current excitation coefficient of the excitation dipole antenna is I 2 , the current excitation coefficient ratio I 1 / I 2 displayed on the complex plane is The antenna apparatus according to claim 1, wherein the antenna apparatus is set outside a region where a first circular locus is drawn on the complex plane to define an E-plane beam width.
前記第2の円軌跡が前記第1の円軌跡と交点を有する場合に、前記第1および第2の円軌跡の中心点を結ぶ線分Aと前記複素平面の実軸との成す角を
前記第2の円軌跡の中心と前記第1および第2の円軌跡の交点とを結ぶ線分Bと前記線分Aとの成す角を
且つ、前記第1の非励振モノポールアンテナと前記励振ダイポールアンテナとの間の相互インピーダンスZ12を、位相ξを用いて、
前記第1の非励振モノポールアンテナの自己インピーダンスZ11と、前記第1および第2の非励振モノポールアンテナ間の相互インピーダンスZ13との差分を、位相ηを用いて、
前記リアクタンス素子のリアクタンス値Xに関して所望ビーム幅を得るための適用範囲は、次式
When the second circular locus has an intersection with the first circular locus, an angle between a line segment A connecting the center points of the first and second circular locus and a real axis of the complex plane is defined as
An angle formed by a line segment B connecting the center of the second circular locus and the intersection of the first and second circular locuses with the line segment A
And, the mutual impedance Z 12 between the first parasitic monopole antenna and the excitation dipole antenna, with a phase xi],
Wherein a first of the parasitic monopole antenna self impedances Z 11, a difference between the mutual impedance Z 13 between the first and second parasitic monopole antenna, with a phase eta,
The applicable range for obtaining a desired beam width with respect to the reactance value X of the reactance element is expressed by the following equation.
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JP2011087241A (en) * | 2009-10-19 | 2011-04-28 | Nippon Dengyo Kosaku Co Ltd | Antenna, and array antenna |
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