JP4139837B2

JP4139837B2 - ２周波共用ダイポールアンテナ装置

Info

Publication number: JP4139837B2
Application number: JP2006209707A
Authority: JP
Inventors: 一郎大島; 宏樹八木
Original assignee: Denki Kogyo Co Ltd; NTT Docomo Inc
Current assignee: NTT Docomo Inc; DKK Co Ltd
Priority date: 2006-08-01
Filing date: 2006-08-01
Publication date: 2008-08-27
Anticipated expiration: 2023-08-27
Also published as: JP2006325255A

Description

本発明は、例えば移動通信システムにおける基地局に使用されるアンテナ装置に関し、特に、２つの周波数帯で、共用特性が要求される２周波共用ダイポールアンテナ装置に関する。

現在、陸上におけるこの種の移動通信システムは、主に８００ＭＨｚ帯を用いたＰＤＣ（Personal Digital Cellular：日本のデジタル携帯電話標準規格）方式から２ＧＨｚ帯を用いたＩＭＴ−２０００（International Mobile Telecommunication-2000：ＩＴＵで標準化されている次世代移動通信システム）方式への移行期にあり、基地局においては、前記ＰＤＣ方式とＩＭＴ−２０００方式の併用がなされている。したがって、コスト削減の観点から、基地局アンテナ装置は前記ＰＤＣ方式とＩＭＴ−２０００方式の併用が可能な、８００ＭＨｚ帯と２ＧＨｚ帯の周波数共用アンテナ装置が求められている。

図１４は、従来から用いられている２周波共用垂直偏波用アレーアンテナ装置の模式的構成図である。この２周波共用垂直偏波用アレーアンテナ１０１の素子は、８００ＭＨｚ帯の第１のダイポール素子１０２と２ＧＨｚ帯の第２のダイポール素子１０３を併用させたものであり、８００ＭＨｚ帯と２ＧＨｚ帯とで共振する。（一点鎖線で示す１０４は反射板で、必要により配置する。）
ここでいう従来の２周波共用ダイポール素子というのは、各周波数帯の給電点が同じ中心軸上にあるものを指している。例えば、特許文献１等に見られる構造である。

特開２００１−３１３５１６号公報：多周波共用ダイポールアンテナ装置

前記従来の２周波共用垂直偏波用アレーアンテナ１０１の素子の典型的な配列間隔は、図１４に示すように、約１５０ｍｍであり、８００ＭＨｚ帯にとっては０．４４波長、２ＧＨｚ帯にとっては１．０２波長に相当する。なお、ここでの周波数帯の中心周波数は、８００ＭＨｚ帯においては８８５ＭＨｚ、２ＧＨｚ帯においては２．０４５ＧＨｚとしている。

通常のアレーアンテナの素子間隔は、その共振周波数の波長のほぼ０．５波長から０．９波長の間に選ばれる。その理由は、素子間隔が０．５波長未満の短い場合は、アンテナ素子間の相互結合が増して、アンテナ素子のインピーダンスが大きく変化したり、指向性が大きく変化してしまう。また、素子間隔が０．９波長を超えて長い場合は、グレーティングローブが発生してしまうためである。

したがって、８００ＭＨｚ帯と２ＧＨｚ帯のように２倍以上離れた周波数帯において、従来の２周波共用アンテナ素子を用いると、それぞれの周波数帯において素子間隔は不適切なものとなっている。
これにより、８００ＭＨｚ帯においては、アンテナ素子間の相互結合の影響により、ＶＳＷＲの悪化につながり、また、２ＧＨｚ帯においては、グレーティングローブの発生により、利得の低下やビームチルト時の利得変動が増すなどの悪影響が出ていた。

図１５は、図１４の前記２周波共用垂直偏波用アレーアンテナ１０１の素子を、１５０ｍｍ間隔で１８素子配列した場合の、２ＧＨｚ帯における垂直面指向性を示す例で、天空方向に大きなグレーティングローブが観察される。
さらに、近年の移動通信の普及による加入者の増加とともに、さらなる通信品質の向上が求められており、電波の受信効率を上げるため、ダイパーシチ受信方式が採用されている。

しかしながら、前記ダイパーシチ受信方式は、省スベースの点から、２本のアンテナが必要になるスペースダイバーシチ方式よりも、アンテナ本数が１本で済む偏波ダイバーシチ方式が有効である。
したがって、周波数共用に加えて、偏波共用のアンテナを１本にまとめるという非常に困難な要求がなされているという問題点があった。

単周波の場合、垂直偏波、水平偏波共用のアンテナはいくつか報告がなされている。例えば、特許文献２に示すように、それぞれの素子をダイポールとした偏波共用アレーアンテナが挙げられる。

特開２０００−０９１８４３号公報：偏波共用アンテナ装置

これを、周波数共用とするためには、それぞれのダイポール素子を図１４で示す２周波共用ダイポール素子１０２、１０３に置き換えることが考えられる。
しかしながら、これを垂直方向に配列する場合、その素子間隔は低周波数帯と高周波数帯の両方で適切になるように選ばなければならないが、前述した、それらの周波敷帯が８００ＭＨｚ帯と２ＧＨｚ帯のように、２倍以上離れた周波数帯のときには、垂直方向の配列間隔が不適切にならざるを得ないという問題点が発生する。

また、単周波の垂直偏波、水平偏波共用で無指向性アンテナの例として、本出願人等がすでに提案した特願２００２−２６６９５９号に示すものが挙げられるが、これも、素子を２周波共用ダイポールに置き換えることは、前記同様の問題点が発生する。
特に、このアンテナの場合は、構成の緻密さにより、他の方法を適用しようとしても、これ以上の改変が難しく、アンテナ構成の実現はほぼ不可能とされていた。

前述の８００ＭＨｚ帯と２ＧＨｚ帯のように、２倍以上離れた周波数を共用するアレーアンテナを構成する場合は、前記従来の２周波共用素子を使用すると、それぞれの周波数帯において、不適切な素子間隔となり、満足できる垂直面指向性を得ることが困難であるという問題点があった。
この問題点は、周波数共用の偏波共用アンテナを構成する場合にも発生し、アンテナの実現をより難しくしている。そして、周波数共用で偏波共用無指向性アンテナの場合にも、前記同様の問題が発生し、アンテナの実現はほぼ不可能とされていた。

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、２周波数共用の、従来のアレーアンテナにおける垂直面指向性が改善されるとともに、２周波数共用で垂直偏波と水平偏波との共用アンテナに応用でき、かつ、従来、構成的に不可能とされていた２周波数共用の水平偏波、垂直偏波共用で、水平面無指向性が得られる２周波共用ダイポールアンテナ装置を提供することにある。

前記目的を達成するための本発明の２周波共用ダイポールアンテナ装置は、アレーアンテナ装置を構成する第１の単位アンテナ素子として、アレー方向に偏波する電波を放射させるとともに、２つの周波数帯を共用するため、誘電体基板の面に形成される任意の幅を有する金属箔、又は任意の幅を有する金属平板からなる第１の周波数ｆ_１に共振し、中央部分に１つの結合部が形成された第１のダイポール素子と、該第１のダイポール素子の電波放射方向の前方に、該第１のダイポール素子に平行して、前記誘電体基板の面に形成される任意の幅を有する金属箔、又は任意の幅を有する金属平板からなる第２の周波数ｆ_２（ｆ_２＞ｆ_１）に共振し、直線方向に配置される２個の第２のダイポール素子とからなる前記第１の単位アンテナ素子であって、該第１の単位アンテナ素子への給電回路は、入力側の給電端において２分岐した給電線を介して、前記第１のダイポール素子への給電は、該第１のダイポール素子の機械的中心点を中心に、前記第２のダイポール素子の共振周波数の波長の０．５波長から０．９波長の間隔の２つの位置に接続して２点に給電するとともに、さらにその先を前記２個の第２のダイポール素子のそれぞれの中央給電点に接続して給電し、かつ前記第１及び第２のダイポール素子のそれぞれの素子間隔は、その共振周波数の波長の０．５波長から０．９波長の間に選ばれる前記アンテナ装置の前記第１の単位アンテナ素子と、アレーアンテナ装置を構成する第２の単位アンテナ素子として、アレー方向と直交する方向に偏波する電波を放射させるとともに、２つの周波数帯を共用するため、誘電体基板の面に形成される任意の幅を有する金属箔、又は任意の幅を有する金属平板からなる前記第１の周波数ｆ_１に共振する第３のダイポール素子と、該第３のダイポール素子の電波放射方向の上下方又は前後方に、該第３のダイポール素子に平行して、前記誘電体基板の面に形成される任意の幅を有する金属箔、又は任意の幅を有する金属平板からなる前記第２の周波数ｆ_２（ｆ_２＞ｆ_１）に共振し、直線方向に配置される２個の第４のダイポール素子とからなる前記第２の単位アンテナ素子であって、該第２の単位アンテナ素子に放射電力を給電する給電回路基板は、前記アレー方向と同一方向に配置されるとともに、該給電回路基板は入力を３分岐して出力するとともに、所定の周波数を遮断するフィルタ構造を有する分波器を形成し、該分波器の入力側は１端子に、出力側は３端子に形成して、前記出力側のそれぞれの３端子のうち１端子は前記第３のダイポール素子の中央給電点に、残りの２端子は前記２個の第４のダイポール素子のそれぞれの中央給電点に接続して給電する前記アンテナ装置の前記第２の単位アンテナ素子とを、前記第１、第２の単位アンテナ素子のそれぞれの方向を互いにほぼ直角にしながら、それぞれ複数、垂直方向に配置するとともに、前記第１、第２の単位アンテナ素子のそれぞれを交互に配設してアレーアンテナ装置を形成し、全体として放射される電波が、垂直偏波と水平偏波になるように放射される２周波共用ダイポールアンテナ装置である。

前記２周波共用ダイポールアンテナ装置を、反射板が、断面が方形筒状の反射板のそれぞれの板面に配設してアレーアンテナ装置を形成し、水平及び垂直偏波共用の無指向性の放射特性が得られる２周波共用ダイポールアンテナ装置である。

本発明の２周波共用ダイポールアンテナ装置について、前記目的を達成するための構成のひとつは、図１に示すように、極超短波帯のうちの、低周波数帯の２点給電される第１のダイポール素子と、高周波数帯の通常の第２のダイポール素子２個とを組み合わせた、１単位のアンテナ素子をアレー方向に複数、配列したアレーアンテナ装置である。

前記１単位の単位アンテナ素子として、図１に示すように、前記低周波数帯である８００ＭＨｚ帯の前記第１のダイポール素子ヘの給電は、該ダイポール素子の機械的中心点を中心に、約１００ｍｍ間隔の２つの位置を２点とする２点給電とし、その前方（前記第１のダイポール素子の電波放射方向で、該第１のダイポール素子に平行）に前記高周波数帯である２ＧＨｚ帯の２個の第２のダイポール素子のそれぞれを接続する。これを単位アンテナ素子として約２００ｍｍの間隔で、例えば垂直方向に直線的に配列する。これにより、それぞれの素子間隔は、８００ＭＨｚ帯において２００ｍｍ（０．５９波長）、２ＧＨｚ帯において１００ｍｍ（０．６８波長）となり、適切な素子間隔となる。すなわち、前記アレーアンテナ装置のそれぞれの素子間隔は、その共振周波数の波長の０．５波長から０．９波長の間に選ばれる。
この構成は、例えば、垂直偏波用の２周波共用ダイポールアンテナ装置として適用が可能である。

前記目的を達成するためのもうひとつの構成は、図４に示すように、極超短波帯のうちの、低周波数帯の第１のアンテナ素子１個と、高周波数帯の第２のアンテナ素子２個とを配列したものと、該第１、第２のアンテナ素子を接続する給電回路を組み合わせた、１単位のアンテナ素子を、アレー方向に複数、配列した２周波共用アレーアンテナ装置である。
前記給電回路基板の給電回路には、分波手段としての簡易分波器を組み込み、該簡易分波器の出力端子数を３とし、そのうちの１つの端子を低周波数帯用、他の２つの端子を高周波数帯用とし、それぞれの該端子に、前記低周波数帯と前記高周波数帯の前記第１，第２のアンテナ素子を接続する。

前記簡易分波器は、前記出力端子のうち、前記高周波数帯（２ＧＨｚ帯）に接続され、その間隔を約１００ｍｍとする２つの端子と、その中心付近に前記低周波数帯（８００ＭＨｚ帯）に接続する１つの端子とで構成したものを１単位とし、これを約２００ｍｍ間隔で、例えば、垂直方向に配設する。

前記簡易分波器の前記出力側のそれぞれの周波数帯の３つの端子には、それぞれの周波数に合った単一周波数のアンテナ素子が接続される。これにより、前記アンテナ素子間隔は、８００ＭＨｚ帯において約２００ｍｍ（０．５９波長）、２ＧＨｚ帯において約１００ｍｍ（０．６８波長）となり、適切な素子間隔となる。すなわち、前記アレーアンテナ装置のそれぞれの素子間隔は、その共振周波数の波長の０．５波長から０．９波長の間に選ばれる。
この構成は、接続するアンテナ素子を限定しないので、垂直偏波のほか、水平偏波、円偏波用の２周波共用アンテナとして適用が可能である。

そして、２周波共用で水平偏波、垂直偏波共用のアンテナ装置を構成する場合には、一方は、垂直偏波素子として図１のアンテナ構成を適用し、他方は、水平偏波素子として図４のアンテナ構成を適用するとともに、接続するアンテナ素子を、８００ＭＨｚ帯及び２ＧＨｚ帯の水平偏波ダイポールとする。これにより、それぞれの偏波素子において、８００ＭＨｚ帯及び２ＧＨｚ帯における素子間隔が適切となり、両偏波の垂直面指向性が満足できるものとなる。

さらに、２周波共用の水平偏波、垂直偏波共用の無指向性アンテナ装置の場合にも、図１及び図４の構成を適用すれば、実現が可能となる。

以上の説明から明らかなように本発明の２周波共用ダイポールアンテナ装置によれば、前記請求項のそれぞれに記載のとおりであるので、それぞれの周波ごとの垂直面指向性が改善されるとともに、２周波数共用の垂直偏波と水平偏波との共用アンテナに応用でき、かつ、従来、構成的に不可能とされていた２周波数共用の水平偏波及び垂直偏波共用で、水平面無指向性が得られるという優れた効果を奏する。

また、本発明によれば、２つのそれぞれの周波数に適用するそれぞれのダイポール素子へ供給する放射電力を、前記給電回路基板を介して供給することができ、全体の構造を簡素化することができるという優れた効果もある。

以下、図面に基づいて本発明の好適な実施の形態を、以下の実施例により例示的に詳しく説明する。

［第１実施例］
図２及び図３は、本発明の２周波共用ダイポールアンテナ装置の実施の形態を示すとともに、図１の構成に基づく、第１のアレー方向に偏波する、例えば垂直偏波用の２周波共用ダイポールアンテナ装置としての第１実施例その１とその２を示す図で、図２は、単位アンテナ素子としての金属導体を使用した一般的なタイプのものの斜視図、図３は、誘電体ブリント基板を使用した量産タイプのものの正面図である。

図２に示す２周波共用ダイポールアンテナ装置１の構成は、第１実施例その１を示し、前記第１のアレー方向に偏波する、例えば垂直偏波用の２周波共用ダイポールアンテナ装置１は、前記アレー方向に偏波する電波を放射させるとともに、２つの周波数帯を共用するために、アレーアンテナ装置を構成する単位アンテナ素子として、極超短波帯のうち、低周波数帯（８００ＭＨｚ帯）用の第１のダイポール素子２と、高周波数帯（２ＧＨｚ帯）用の２個の第２のダイポール素子３，４とからなる。なお、一点鎖線で示す反射板５は、必要により配設される。
その構造は、入力側の給電端において２分岐した給電線６を介して、８００ＭＨｚ帯の前記第１のダイポール素子２を２点２ａ、２ｂ（それぞれ２ａ、２ａ及び２ｂ、２ｂの２箇所）において給電しており、さらに、その先、すなわち電波放射方向の前方に、前記第１のダイポール素子２に平行して配設される、２ＧＨｚ帯前記２個の第２のダイポール素子３，４にそれぞれ接続して、同時に給電している。

このダイポールアンテナ装置１は、８００ＭＨｚ帯においては、１点給電の通常のダイポールと同様の指向性となり、２ＧＨｚ帯においては、通常のダイポールを２素子配列したときの指向性となる。また、通常、２分岐したそれぞれの前記給電線６は同じ長さを有するため、２点の給電点において同相となるが、故意に長さを変えて、位相差をつけることも可能である。これは、垂直面指向性において、ビーム方向、すなわちチルト角度を変える場合にも対応できることを示している。

図３に示す２周波共用ダイポールアンテナ装置１１の構造は、第１実施例その２を示し、図２に示す前記ダイポールアンテナ装置１の構造をプリント回路化したものであり、単位アンテナ素子として、誘電体プリント基板１０の面に形成（それぞれの面に、ダイポールを構成するそれぞれの放射素子の一方と他方が形成）される任意の幅を有する金属箔（又は任意の幅を有する金属平板でもよい）からなり、第１の周波数ｆ₁、例えば８００ＭＨｚ帯に共振する第１のダイポール素子１２と、該第１のダイポール素子１２の電波放射方向の前方に、前記第１のダイポール素子１２に平行して、前記誘電体プリント基板１０の面に形成される任意の幅を有する金属箔（又は任意の幅を有する金属平板でもよい）からなり、第２の周波数ｆ₂（ｆ₂＞ｆ₁）、例えば２ＧＨｚ帯に共振し、直線方向に配置される２個の第２のダイポール素子１３，１４とからなる。なお、一点鎖線で示す反射板１５は、必要により配設される。
図３中の実線は、前記誘電体プリント基板１０の表面側のパターンを示し、破線は、該誘電体ブリント基板１０の裏面側のパターンを示している。ここでは、前記給電線１６を、前記表面側と裏面側のパターンによって形成された平行ストリップ線路としている。

また、８００ＭＨｚ帯で２点１２ａ、１２ｂから給電される前記第１のダイポール素子１２の中央部分には、結合部１２ｃを形成し、図３に示すように、前記誘電体プリント基板１０の表面側と裏面側のパターンを重ねて、電磁結合によるものか、又はビアホール（ｖｉａｈｏｌｅ）等を用いて短絡させた直接接合によるものかが選択できる。また、図２と同様に、２分岐した平行ストリップ線路１６の長さを変えることにより、給電位相を変えることができる。

［第２実施例］
図４ないし図６は、本発明の２周波共用ダイポールアンテナ装置の第２の実施例を示し、図４は、本発明の２周波其用アンテナ装置の模式的な構成を示す図、図５は、第２のアレー方向と直交する方向に偏波する、例えば水平偏波用の２周波共用ダイポールアンテナ装置の構成を示す図、図６は、図５の給電回路用の給電回路基板のパターンを示す図である。

図５において、第２のアレー方向と直交する方向に偏波する、例えば水平偏波用の２周波共用ダイポールアンテナ装置２１は、前記アレー方向と直交する方向（水平方向）に偏波する電波を放射させるとともに、２つの周波数帯を共用するために、アレーアンテナ装置を構成する単位アンテナ素子としての、第１のダイポール素子２２と第２のダイポール素子２３，２４と、該単位アンテナ素子に放射電力を供給する給電回路基板２７とからなる。

前記単位アンテナ素子は、誘電体プリント基板２０ａの面に形成される任意の幅を有する金属箔、又は任意の幅を有する金属平板からなる第１の周波数ｆ₁に共振する第１のダイポール素子２２と、図５で該第１のダイポール素子２２の電波放射方向の上下方に、前記第１のダイポール素子２２に平行するとともに、該第１のダイポール素子２２を間にある距離を置いて配設される、２個の誘電体プリント基板２０ｂ、２０ｃのそれぞれの面に形成される任意の幅を有する金属箔、又は任意の幅を有する金属平板からなる第２の周波数ｆ₂（ｆ₂＞ｆ₁）に共振し、垂直方向に配置される２個の第２のダイポール素子２３，２４とからなっている。

前記給電回路基板２７は、図５に示すように、前記第１，第２のダイポール素子２２，２３，２４のアレー方向と同一方向に配置されるとともに、図６に示すように、該給電回路基板２７は、誘電体プリント基板２０ｄに簡易分波器２７ａを形成、配設させ、該簡易分波器２７ａの入力側は１端子に、出力側は３端子に形成して、前記出力側のそれぞれの３端子のうち１端子は前記第１のダイポール素子２２の中央給電点に、残りの２端子は前記第２のダイポール素子２３，２４のそれぞれの中央給電点に接続する。この給電回路基板２７により、前記第１，第２のダイポール素子２２，２３、２４に放射電力をそれぞれ供給して、前記第１，第２のダイポール素子２２，２３，２４から水平偏波する電波を放射させている。

［第３実施例］
図７は、本発明の第３実施例を示し、図１及び図３に示す構成に基づく、例えば垂直偏波用の２周波共用ダイポールアンテナ（アレーアンテナ）装置の斜視図である。
図７において、前記２周波共用ダイポールアンテナ装置３１は、図３に示す前記２周波共用ダイポールアンテナ装置１１を、単位アンテナ素子として複数（本実施例では２個）、アレー方向の垂直方向に配置するダイポールアンテナ部が、誘電体プリント基板３０に一体的に形成されたものと、鋭角コーナ反射板３５との組み合わせからなっている。前記ダイポールアンテナ部が、一体的に形成された前記誘電体プリント基板３０は、前記鋭角コーナ反射板３５の該鋭角の２等分線上に取り付けられている。なお、図３中の部材と同一部材には同一符号を付して、その説明を省略する。

前記ダイポールアンテナ部は、図３の構成である、８００ＭＨｚ帯の２点給電の第１のダイポール１２と、２ＧＨｚ帯の２個の第２のダイポール１３，１４とを組み合わせたダイポール素子が、２組配列されているため、全体で８００ＭＨｚ帯の第１のダイポール１２が２つ、２ＧＨｚ帯の第２のダイポール１３と１４の４つが配列されている。そして、それぞれのダイポール素子が適切な素子間隔で配列されている。

この例では、前記鋭角反射板３５を用いて水平面に指向性を持たせており、該鋭角反射板３５の角度、形状により、そのビーム幅を変えることができる。
そして、前記第１，第２のダイポール素子１２，１３，１４に放射電力をそれぞれ供給して、前記第１，第２のダイポール素子１２，１３，１４から垂直偏波する電波を放射させている。

［第４実施例］
図８及び図９は、本発明の第４実施例を示す２周波共用ダイポールアンテナ（アレーアンテナ）装置で、図８は、該アンテナ装置４１の構成を示し、図４に示す構成に基づく、例えば水平偏波用の前記アンテナ（アレーアンテナ）装置４１の斜視図、図９は、図８の給電回路を形成する給電回路基板４７のパターンを示す図である。

図８において、前記２周波共用ダイポールアンテナ装置４１は、図５に示す前記２周波共用ダイポールアンテナ装置２１を、単位アンテナ素子として複数（本実施例では２個）、アレー方向に対して垂直方向に配置するダイポールアンテナ部が、前記アレー方向と同一方向に配置される前記給電回路基板４７に接続、形成されたものと、鋭角コーナ反射板４５との組み合わせからなっている。前記ダイポールアンテナ部が、接続、一体的に形成される前記給電回路基板４７は、前記鋭角コーナ反射板４５の該鋭角の２等分線上に取り付けられている。なお、図５中の部材と同一部材には同一符号を付して、その説明を省略する。

前記ダイポールアンテナ部は、図５の構成である、８００ＭＨｚ帯の中央給電の第１のダイポール２２と、２ＧＨｚ帯の２個の第２のダイボール２３，２４とを組み合わせた単位ダイポール素子が、２組垂直方向に配列されているため、全体で前記第１のダイポール２２が２つ、前記第２のダイポール２３と２４の４つが配列されている。そして、それぞれのダイポール素子が適切な素子間隔で配列されている。

図９は、図６の給電回路基板２７の２組を左右対称的に組み合わせたものである。
図９の給電回路基板４７は、図８に示すように、前記第１，第２のダイポール素子２２，２３，２４のアレー方向と同一方向に配置されるとともに、同一の誘電体プリント基板４０上に２個の簡易分波器４７ａ，４７ｂを形成、配設させ、該簡易分波器４７ａ，４７ｂのそれぞれの入力側は１端子に、出力側は３端子に形成して、前記出力側のそれぞれの３端子のうち１端子は前記第１のダイポール素子２２の中央給電点に、残りの２端子は前記第２のダイポール素子２３，２４のそれぞれの中央給電点に接続する。

また、前記給電回路基板４７は、誘電体プリント基板４０の面に形成されるマイクロストリップ線路４８による給電回路を形成する。図９では、１端子の入力側から、マイクロストリップ線路４８によって２素子数分だけ分配された後、前記簡易分波器４７ａ，４７ｂにより出力側にそれぞれ３分岐される。該簡易分波器４７ａ，４７ｂは、分波スタブ４７ｃ，４７ｄ，４７ｅ，４７ｆによって所定の周波数を遮断するフィルタであり、簡易的なものである。

なお、前記給電回路基板４７は、２素子配列の場合を示したが、配列数に応じて分配数を変えることができる。また、前記簡易分波器４７ａ，４７ｂにおける２ＧＨｚ帯への出力は３分岐した後の線路長が同じであるため、同相で出力されるが、線路長を変えることによって位相を変えることができる。
また、前記給電回路基板４７に示す給電回路基板は、基本的には出力側に接続されるアンテナ装置の種類には限定されない。

本実施例においても、前記鋭角反射板４５を用いて水平面に指向性を持たせており、前記鋭角反射板４５の角度、形状により、そのピーム幅を変えることができる。
そして、前記給電回路基板４７を介して、前記第１，第２のダイポール素子２２，２３，２４に放射電力をそれぞれ供給して、前記第１，第２のダイポール素子２２，２３，２４から水平偏波する電波を放射させている。

［第５実施例］
図１０は、本発明の第５実施例を示す、水平及び垂直偏波共用の２周波共用ダイポールアンテナ（アレーアンテナ）装置５１で、それぞれの偏波用のダイポール素子の要部と平面反射板５５とを示す斜視図である。
これは、本出願人が、提案した前記特許文献２に示す特開２０００−０９１８４３号公報に示す構造を基本とし、図７及び図８の構成を併合して、適用したものである。図１０では、水平及び垂直偏波用のそれぞれのダイポール素子の要部のみを示しており、給電回路部は省略するとともに、前記特許文献２に示すＹ字形状の水平偏波素子は、横棒に置き換えて表示している。

前記ダイポールアンテナ装置５１のそれぞれの垂直偏波素子及び水平偏波素子それぞれにおいて、８００ＭＨｚ帯の前記第１のダイポール１２が２つ、２ＧＨｚ帯の前記２個の第２のダイポール１３と１４と、８００ＭＨｚ帯の前記第１のダイポール２２が２つ、２ＧＨｚ帯の前記２個の第２のダイポール２３，２４との４つとが配列されており、それぞれの素子が適切な素子間隔で配列されている。
前記給電回路基板４７等は、前記平面反射板５５の後部に構成してもよいが、図７及び図８のように誘電体プリント基板により前記それぞれの素子と一体化して形成してもよい。

［第６実施例］
図１１は、本発明の第６実施例を示す、２周波共用で水平及び垂直偏波共用の無指向性ダイポールアンテナ装置６１の斜視図である。
これは、本出願人が、すでに提案中の特願２００２−２６６９５９の構造を基本とし、図７及び図８の構成を適用したものである。

図１１において、水平偏波素子及び垂直偏波素子がそれぞれにおいて、垂直方向に８００ＭＨｚ帯の第１のダイポールを２素子、２ＧＨｚ帯の第２のダイポールを４素子配列したものとなっている。中央部には四角柱又はほぼ正四角柱の金属材からなる筒状反射板６５があり、該筒状反射板６５のそれぞれの表面には、誘電体プリント基板からなる給電回路基板が貼り付けられるように配設されている。そして、その周りをそれぞれの前記水平偏波ダイポール素子及び垂直偏波ダイポール素子が取り囲むような構造に形成されている。前記筒状反射板６５の中に、給電ケーブルが配設され、下方において分配器に接続されている。

さらに、その構造について、図１２の詳細図により説明する。図１２において、図１２（ａ）は、そのブロック構成図、図１２（ｂ）は垂直偏波用給電回路部の詳細図、図１２（ｃ）は水平偏波用給電回路部の詳細図、図１２（ｄ）は、図１２（ａ）のｄ−ｄ線による断面で２ＧＨｚ帯水平偏波用ダイポール素子を示す図、図１２（ｅ）は、図１２（ａ）のｅ−ｅ線による断面で８００ＭＨｚ帯水平偏波用ダイポール素子を示す図である。

前記ダイポールアンテナ装置６１の中央部の前記筒状反射板６５に貼り付けられるように、配設される前記給電回路部は、図１２（ｂ）及び図１２（ｃ）にそれぞれ示す垂直偏波用給電回路部と水平偏波用給電回路部の２種類あり、それぞれ２つずつ、計４個が備えられている。
前記垂直偏波用給電回路部はコーポレート形式（又はトーナメント形式）のマイクロストリップ回路によって構成され、また、水平偏波用給電回路部もコーポレート形式（又はトーナメント形式）のマイクロストリップ回路によって構成され、かつ前記水平偏波用の給電回路基板中に簡易分波器４８ａ，４７ｂが接続されている。

前記垂直偏波用給電回路部の出力端には、８００ＭＨｚ帯２点給電ダイポールと、２ＧＨｚ帯ダイポールとの組み合わせ素子を接続するが、その際に、いったん、水平方向の垂直偏波素子基板上の２分岐回路を介してから、組み合わせ素子に接続する。
したがって、１つの垂直偏波用給電回路部の出力端には、２つの組み合わせダイポール素子が接続される。前記給電回路部は２つで１組となっているので、４つの組み合わせダイポール素子が、前記筒状反射板６５を囲むように配置される。

前記水平偏波用給電回路基板４７の出力端は、簡易分波器４７ａ（又は４７ｂ）を経て、８００ＭＨｚ帯用と２ＧＨｚ帯用の２つがある。８００ＭＨｚ帯用の出力端には、８００ＭＨｚ帯ダイポールが１つ接続され、２ＧＨｚ帯用の出力端には２分岐回路を介して、２ＧＨｚ帯ダイポールが２つ接続される。
前記給電回路基板４７は２つで１組となっているので、８００ＭＨｚ帯ダイポールは２つ、２ＧＨｚ帯ダイポールは４つが、前記筒状反射板６５を囲むように配置される。

垂直方向の前記垂直偏波用ダイポール素子と前記水平偏波用ダイポール素子の配列位置の関係は、８００ＭＨｚ帯が交互に配置され、２ＧＨｚ帯が同位置配置となっている。このとき、それぞれのダイポール素子は、構造的に互いに干渉することなく組み合わされている。このような構造の２ＧＨｚ帯における垂直偏波用ダイポール素子での垂直面指向性は、図１３に示すとおりで、特に、天空側にはグレーティンググローブはみられない。
また、この構造は、前記特願２００２−２６６９５９の構造と同様に、多段重ねることにができ、給電ケーブルを最下端に集合させて、移相器を接続することにより、垂直面指向性のチルト角度を制御することが可能となる。

以上、前記それぞれの実施例の説明から明らかなように、２周波其用ダイポールアンテナ装置によれば、低周波数帯、例えば８００ＭＨｚ帯と、高周波数帯、例えば２ＧＨｚ帯との間隔が離れた２周波共用のアレーアンテナを構成する場合に、それぞれの周波数帯において適切な素子間隔となり、満足できる垂直面指向性を得ることができるようになる。

本実施の形態において、８００ＭＨｚ帯と２ＧＨｚ帯の２周波共用ダイポールアンテナ装置の例を示したが、適切な素子間隔にすることによって、８００ＭＨｚ帯では素子間結合が弱くなり、ＶＳＷＲの悪化や指向性の変化を抑制できるとともに、２ＧＨｚ帯においても、図１３に示すように、グレーティングローブが発生しない、十分満足できる指向性となる。

また、このアレー方法は、２周波共用の偏波共用ダイポールアンテナを構成する場合にも応用でき、そして、従来、構成が不可能であった周波数共用で、水平偏波、垂直偏波共用の水平面無指向性アンテナ装置を得ることができる。
なお、本実施の形態において、移動通信システム用ダイポールアンテナ装置として、周波数帯を８００ＭＨｚ帯と２ＧＨｚ帯に限って説明したが、これに限定されず、他の通信システムや他の周波数帯においても適用が可能である。

なお、本発明の技術は前記実施例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。

本発明の２周波共用ダイポールアンテナ装置の模式的な構成を示す図である。本発明の２周波共用ダイポールアンテナ装置の実施の形態における第１実施例その１を示し、図１の構成に基づく垂直偏波用の２周波共用ダイポールアンテナ装置の構成を示す、単位アンテナ素子としての金属導体を使用した一般的なタイプの斜視図である。本発明の２周波共用ダイポールアンテナ装置の第１実施例その２を示し、図１の構成に基づく垂直偏波用の２周波其用ダイポールアンテナ装置の構成を示す、単位アンテナ素子としての誘電体プリント基板を使用した量産タイプのものの正面図である。本発明の２周波其用アンテナ装置の模式的な構成を示す図である。本発明の第２の実施例を示し、図４の構成に基づく水平偏波用の２周波共用ダイポールアンテナ装置の構成を示す図である。図５の給電回路用の給電回路基板のパターンを示す図である。本発明の第３実施例を示す図で、図１及び図３に示す構成に基づく垂直偏波の２周波共用ダイポールアンテナ装置の斜視図である。本発明の第４実施例を示す図で、図４及び図５に示す構成に基づく水平偏波の２周波共用ダイポールアンテナ装置の斜視図である。図８の給電回路を形成する給電回路基板のパターンを示す図である。本発明の第５実施例を示す図で、水平及び垂直偏波其用の２周波其用ダイポールアンテナ装置の要部と平面反射板とを示す斜視図である。本発明の第６実施例を示す図で、２周波共用で水平及び垂直偏波共用の無指向性ダイポールアンテナ装置の斜視図である。図１１の２周波共用ダイポールアンテナ装置の構造の詳細図で、図１２（ａ）は、そのブロック構成図、図１２（ｂ）は垂直偏波用給電回路部の詳細図、図１２（ｃ）は水平偏波用給電回路部の詳細図、図１２（ｄ）は、図１２（ａ）のｄ−ｄ線による断面で２ＧＨｚ帯水平偏波用ダイポール素子を示す図、図１２（ｅ）は、図１２（ａ）のｅ−ｅ線による断面で８００ＭＨｚ帯水平偏波用ダイポール素子を示す図である。図１２（ａ）の２周波共用ダイポールアンテナ装置の高周波数帯（２ＧＨｚ帯）における垂直偏波用ダイポール素子での垂直面指向性を示す図である。従来の２周波共用垂直偏波用アレーアンテナ装置の模式的構成図である。図１４の２周波共用垂直偏波用アレーアンテナ装置のそれぞれの素子を、１５０ｍｍ間隔で１８素子配列した場合の２ＧＨｚ帯における、垂直面指向性の例を示す図である。

符号の説明

１，１１，２１，３１，４１，５１，６１２周波共用ダイポールアンテナ装置
２，１２，２２第１のダイポール素子
２ａ，２ｂ，１２ａ，１２ｂ給電点
３，４，１３，１４，２３，２４第２のダイポール素子
５，１５，３５，４５，５５，６５反射板
６給電線
１０，２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ，３０，４０誘電体プリント基板
１２ｃ結合部
１６，４８マイクロストリップ線路
２７，４７給電回路基板
２７ａ，４７ａ，４７ｂ簡易分波器
４７ｃ，４７ｄ，４７ｅ，４７ｆスタブ

Claims

アレーアンテナ装置を構成する第１の単位アンテナ素子として、アレー方向に偏波する電波を放射させるとともに、２つの周波数帯を共用するため、誘電体基板の面に形成される任意の幅を有する金属箔、又は任意の幅を有する金属平板からなる第１の周波数ｆ_１に共振し、中央部分に１つの結合部が形成された第１のダイポール素子と、該第１のダイポール素子の電波放射方向の前方に、該第１のダイポール素子に平行して、前記誘電体基板の面に形成される任意の幅を有する金属箔、又は任意の幅を有する金属平板からなる第２の周波数ｆ_２（ｆ_２＞ｆ_１）に共振し、直線方向に配置される２個の第２のダイポール素子とからなる前記第１の単位アンテナ素子であって、
該第１の単位アンテナ素子への給電回路は、入力側の給電端において２分岐した給電線を介して、前記第１のダイポール素子への給電は、該第１のダイポール素子の機械的中心点を中心に、前記第２のダイポール素子の共振周波数の波長の０．５波長から０．９波長の間隔の２つの位置に接続して２点に給電するとともに、さらにその先を前記２個の第２のダイポール素子のそれぞれの中央給電点に接続して給電し、かつ前記第１及び第２のダイポール素子のそれぞれの素子間隔は、その共振周波数の波長の０．５波長から０．９波長の間に選ばれる前記アンテナ装置の前記第１の単位アンテナ素子と、
アレーアンテナ装置を構成する第２の単位アンテナ素子として、アレー方向と直交する方向に偏波する電波を放射させるとともに、２つの周波数帯を共用するため、誘電体基板の面に形成される任意の幅を有する金属箔、又は任意の幅を有する金属平板からなる前記第１の周波数ｆ_１に共振する第３のダイポール素子と、該第３のダイポール素子の電波放射方向の上下方又は前後方に、該第３のダイポール素子に平行して、前記誘電体基板の面に形成される任意の幅を有する金属箔、又は任意の幅を有する金属平板からなる前記第２の周波数ｆ_２（ｆ_２＞ｆ_１）に共振し、直線方向に配置される２個の第４のダイポール素子とからなる前記第２の単位アンテナ素子であって、
該第２の単位アンテナ素子に放射電力を給電する給電回路基板は、前記アレー方向と同一方向に配置されるとともに、該給電回路基板は入力を３分岐して出力するとともに、所定の周波数を遮断するフィルタ構造を有する分波器を形成し、該分波器の入力側は１端子に、出力側は３端子に形成して、前記出力側のそれぞれの３端子のうち１端子は前記第３のダイポール素子の中央給電点に、残りの２端子は前記２個の第４のダイポール素子のそれぞれの中央給電点に接続して給電する前記アンテナ装置の前記第２の単位アンテナ素子とを、
前記第１、第２の単位アンテナ素子のそれぞれの方向を互いにほぼ直角にしながら、それぞれ複数、垂直方向に配置するとともに、前記第１、第２の単位アンテナ素子のそれぞれを交互に配設してアレーアンテナ装置を形成し、全体として放射される電波が、垂直偏波と水平偏波になるように放射されることを特徴とする２周波共用ダイポールアンテナ装置。
前記請求項１に記載の２周波共用ダイポールアンテナ装置を、反射板が、断面が方形筒状の反射板のそれぞれの板面に配設してアレーアンテナ装置を形成し、水平及び垂直偏波共用の無指向性の放射特性が得られることを特徴とする２周波共用ダイポールアンテナ装置。