アンテナ装置
【課題】アンテナの直径が小さく、低姿勢で広帯域な水平面内無指向性のアンテナ装置を得る。
【解決手段】グランド導体である地板1と、地板1と略平行に配置されている円形導体板2と、上端が円形導体板2と接続され、下端と地板1の間に給電点が設置されているモノポール導体3と、上端が円形導体板2と接続され、下端が地板1と接続されている1本以上のショートピン4と、地板1と円形導体板2の間に地板1と略平行に配置され、中央の穴にモノポール導体3とショートピン4が通される円環導体板5と、上端が円環導体板5の内円と接続され、下端が地板1と接続されており、モノポール導体3等が通されるスリーブ導体6とを備える。
【解決手段】グランド導体である地板1と、地板1と略平行に配置されている円形導体板2と、上端が円形導体板2と接続され、下端と地板1の間に給電点が設置されているモノポール導体3と、上端が円形導体板2と接続され、下端が地板1と接続されている1本以上のショートピン4と、地板1と円形導体板2の間に地板1と略平行に配置され、中央の穴にモノポール導体3とショートピン4が通される円環導体板5と、上端が円環導体板5の内円と接続され、下端が地板1と接続されており、モノポール導体3等が通されるスリーブ導体6とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
この発明は、例えば、移動体通信の基地局用アンテナとして、天井などに設置される低姿勢のアンテナ装置に関するものであり、特に、容量装荷型のモノポールのアンテナ装置に関するものである。
【背景技術】
【0002】
例えば、移動体通信の基地局用アンテナとして、天井などに設置されるアンテナは、水平面内で無指向性であり、かつ、低姿勢で小形である必要がある。
このため、モノポールアンテナの上端に容量板を設置することで、低姿勢化を実現している容量装荷型のモノポールアンテナが用いられることが多い。
容量装荷型のモノポールアンテナでは、インピーダンス整合を取るために、容量板と地板の間に複数のショートピンが設置されている。
【0003】
ただし、容量装荷型のモノポールアンテナでは、アンテナの高さを低くする程、狭帯域になってしまう特性がある。
そこで、以下の特許文献1に開示されているアンテナ装置では、容量装荷型のモノポールアンテナの地板の端部に側壁を設置することで、低姿勢で広帯域なアンテナが得られるようにしている。
【0004】
容量装荷型のモノポールアンテナと類似の構造のアンテナとして、円環パッチアンテナの内側に円形パッチアンテナが設置されている2周波共用アンテナがある(特許文献2を参照)。
この2周波共用アンテナは、給電点が2つあり、円環パッチと円形パッチにそれぞれ給電するものであり、各給電点間の結合が小さく、一方のアンテナを送信の周波数で、他方のアンテナを受信の周波数で使用できるという特徴を有している。
なお、容量装荷型のモノポールアンテナはTM01モードで使用されるが、2周波共用アンテナはTM11モードで使用されるものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開2009−290452号公報(段落番号[0013]、図1)
【特許文献2】実開平5−82122号公報(図1)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
従来のアンテナ装置は以上のように構成されているので、容量装荷型のモノポールアンテナの地板の端部に側壁を設置することで、低姿勢で広帯域なアンテナを得る場合(特許文献1)、直径が1波長程度の地板が必要となり、アンテナの直径が大きくなってしまう課題があった。
円環パッチアンテナの内側に円形パッチアンテナが設置されている2周波共用アンテナの場合(特許文献2)、水平面内では無指向性にならず、パッチの上方向に指向性を持ってしまう課題があった。
【0007】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、アンテナの直径が小さく、低姿勢で広帯域な水平面内無指向性のアンテナ装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
この発明に係るアンテナ装置は、グランド導体である地板と、地板と略平行に配置されている第1の導体板と、一端が第1の導体板と接続され、他端と地板の間に給電点が設置されているモノポール導体と、一端が第1の導体板と接続され、他端が地板と接続されている1本以上の短絡導体と、地板と第1の導体板の間に地板と略平行に配置され、中央に施されている穴にモノポール導体及び短絡導体が通される第2の導体板と、一端が第2の導体板と接続され、他端が地板と接続されており、モノポール導体及び短絡導体が通されるスリーブ導体とを備えるものである。
【発明の効果】
【0009】
この発明によれば、グランド導体である地板と、地板と略平行に配置されている第1の導体板と、一端が第1の導体板と接続され、他端と地板の間に給電点が設置されているモノポール導体と、一端が第1の導体板と接続され、他端が地板と接続されている1本以上の短絡導体と、地板と第1の導体板の間に地板と略平行に配置され、中央に施されている穴にモノポール導体及び短絡導体が通される第2の導体板と、一端が第2の導体板と接続され、他端が地板と接続されており、モノポール導体及び短絡導体が通されるスリーブ導体とを備えるように構成したので、アンテナの直径が小さく、低姿勢で広帯域な水平面内無指向性のアンテナ装置が得られる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【図1】この発明の実施の形態1によるアンテナ装置を示す斜視図である。
【図2】この発明の実施の形態1によるアンテナ装置を示す上面図である。
【図3】図2のA−A’における断面図である。
【図4】この発明の実施の形態1によるアンテナ装置の入力インピーダンスの一例を示す説明図である。
【図5】この発明の実施の形態1によるアンテナ装置の水平面での放射パターンの一例を示す説明図である。
【図6】この発明の実施の形態2によるアンテナ装置を示す斜視図である。
【図7】この発明の実施の形態2によるアンテナ装置を示す上面図である。
【図8】図7のA−A’における断面図である。
【図9】この発明の実施の形態2による他のアンテナ装置を示す斜視図である。
【図10】この発明の実施の形態2による他のアンテナ装置を示す上面図である。
【図11】図10のA−A’における断面図である。
【図12】この発明の実施の形態3によるアンテナ装置を示す斜視図である。
【図13】この発明の実施の形態3による他のアンテナ装置を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【0011】
実施の形態1.
図1はこの発明の実施の形態1によるアンテナ装置を示す斜視図であり、図2はこの発明の実施の形態1によるアンテナ装置を示す上面図である。
また、図3は図2のA−A’における断面図である。
図1〜3において、地板1は直径がgの円形のグランド導体であり、地板1の中心部には、モノポール導体3の下端が接続されている。
円形導体板2は地板1から高さhの位置において、地板1と略平行に配置されている直径がaの円形の導体板である。
円形導体板2の中心部には、モノポール導体3の上端が接続されている。なお、円形導体板2は第1の導体板を構成している。
【0012】
モノポール導体3は地板1と略垂直に配置されている直線状の導体であり、モノポール導体3は上端(一端)が円形導体板2の中心部と接続され、下端(他端)と地板1の間に給電点が設置されている。
ショートピン4は地板1と略垂直に配置されている直線状の導体であり、ショートピン4は上端(一端)が円形導体板2と接続され、下端(他端)が地板1と接続されている。
図1の例では、3本のショートピン4が設けられているが、ショートピン4の本数は3本に限るものではなく、1〜2本あるいは4本以上であってもよい。
なお、ショートピン4は短絡導体を構成している。
【0013】
円環導体板5は地板1から高さh2(h2<h)の位置において、地板1と略平行に配置されている円環状の導体板である。
円環導体板5の内径はb、外径はcであり、円環導体板5の中央の穴にモノポール導体3とショートピン4が通されている。特に、モノポール導体3は円環導体板5のほぼ中心に位置している。
なお、円環導体板5は第2の導体板を構成している。
【0014】
スリーブ導体6は地板1と略垂直に配置されている直径がbの円筒状の導体であり、上端(一端)が円環導体板5の内円と接続され、下端(他端)が地板1と接続されている。
スリーブ導体6の内側にモノポール導体3とショートピン4が通されており、特に、モノポール導体3はスリーブ導体6のほぼ中心に位置している。
【0015】
次に動作について説明する。
図4はこの発明の実施の形態1によるアンテナ装置の入力インピーダンスの一例を示す説明図であり、特に、図4(a)はアンテナの複素インピーダンスを示すスミスチャート、図4(b)はアンテナの電圧定在波比であるVSWR特性を示している。
図5はこの発明の実施の形態1によるアンテナ装置の水平面での放射パターンの一例を示す説明図である。
【0016】
図1のアンテナ装置において、円環導体板5とスリーブ導体6が実装されていない場合、従来の容量装荷型のモノポールアンテナと同様の構成になり、アンテナの入力インピーダンスが単共振となる。
図1のアンテナ装置のように、円環導体板5とスリーブ導体6が実装されている場合、その円環導体板5とスリーブ導体6が非励振素子として動作するため、アンテナの入力インピーダンスが2重共振となる。
これにより、図1のアンテナ装置は、従来の容量装荷型のモノポールアンテナよりも広帯域化が実現される。
【0017】
図1のアンテナ装置では、アンテナの入力インピーダンスの整合を取るために、地板1と略垂直にショートピン4を配置している。
ショートピン4の本数と配置の位置を調整することで、アンテナの入力インピーダンスの整合を取ることができる。
図1の例では、3本のショートピン4が配置されている。
【0018】
また、図1のアンテナ装置では、水平面内でほぼ無指向性の放射パターンを得るために、モノポール導体3を覆うように、円環導体板5とスリーブ導体6を配置している。
【0019】
以下、図1のアンテナ装置の特性について説明する。
ここでは、アンテナ装置が使用する周波数帯域の中心周波数をfc、中心周波数fcにおける自由空間波長をλcとする。
また、円形導体板2の直径a、円環導体板5の内径b、円環導体板5の外径c、地板1の直径g、地板1からの円形導体板2の高さh、地板1からの円環導体板5の高さh2は、下記の通りであるとする。
a=0.16λc
b=0.07λc
c=0.32λc
g=0.36λc
h=0.085λc
h2=0.057λc
【0020】
この場合のアンテナ装置の入力インピーダンスは、図4(a)に示すように、2重共振特性が得られる。
このときのアンテナ装置の直径は、地板1の直径g=0.36λcに相当し、アンテナ装置の高さは、地板1からの円形導体板2の高さh=0.085λcに相当するが、図4(b)に示すように、アンテナ直径0.36λc、アンテナ高さ0.085λcでVSWRが2以下となる比帯域は14%となり、アンテナ直径が小さく、かつ、低姿勢でありながら、広帯域な特性が得られていることが分かる。
また、中心周波数fcにおける水平面(xy面)の放射パターンは、図5に示すように、水平面内で垂直偏波がほぼ無指向性であることが確認される。なお、水平偏波はレベルが非常に低く、図5のレンジ外(図5の中心の−30[dB]より小さい)にある。
【0021】
以上で明らかなように、この実施の形態1によれば、グランド導体である地板1と、地板1と略平行に配置されている円形導体板2と、上端が円形導体板2と接続され、下端と地板1の間に給電点が設置されているモノポール導体3と、上端が円形導体板2と接続され、下端が地板1と接続されている1本以上のショートピン4と、地板1と円形導体板2の間に地板1と略平行に配置され、中央の穴にモノポール導体3とショートピン4が通される円環導体板5と、上端が円環導体板5の内円と接続され、下端が地板1と接続されており、モノポール導体3及びショートピン4が通されるスリーブ導体6とを備えるように構成したので、アンテナの直径が小さく、低姿勢で広帯域な水平面内無指向性のアンテナ装置が得られる効果がある。
即ち、アンテナ直径(地板1の直径g=0.36λc)が1波長以下で、アンテナ高さ(地板1からの円形導体板2の高さh=0.085λc)が0.2波長以下となるため、従来のアンテナ装置よりも、アンテナ直径が小さく、低姿勢で広帯域な水平面内無指向性のアンテナ装置が得られる効果がある。
【0022】
この実施の形態1では、スリーブ導体6が円筒状の導体であるものを示したが、筒状の導体であればよく、例えば、スリーブ導体6の断面が方形の形状であるものや、三角形の形状であるものでもよい。
【0023】
また、この実施の形態1では、円環導体板5が円環状の導体板であるものを示したが、内部に穴があって、モノポール導体3を覆う形状であれば、円環状の導体板に限るものではない。
円環導体板5の穴の形状及び外形は、例えば、方形や三角形など、あらゆる形状が考えられる。
【0024】
この実施の形態1では、スリーブ導体6の上端が円環導体板5の内円と接続されているものを示したが、スリーブ導体6と円環導体板5の接続位置が内円の位置に限るものではなく、スリーブ導体6の上端が、円環導体板5の内円よりも外径寄りの位置に接続されていてもよい。
【0025】
また、この実施の形態1では、円形導体板2の形状が円形であるものを示したが、形状が円形であるものに限定するものではなく、例えば、方形や三角形など、あらゆる形状が考えられる。
また、地板1の形状が円形であるものを示したが、形状が円形であるものに限定するものではなく、例えば、方形や三角形など、あらゆる形状が考えられる。
【0026】
実施の形態2.
図6はこの発明の実施の形態2によるアンテナ装置を示す斜視図であり、図7はこの発明の実施の形態2によるアンテナ装置を示す上面図である。
また、図8は図7のA−A’における断面図である。
図6〜8において、図1〜3と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
非励振導体である直線状導体7は地板1と略垂直にモノポール導体3の周囲に配置されており、上端(一端)が円環導体板5の内円と接続され、下端(他端)が地板1と接続されている。
【0027】
上記実施の形態1では、円環導体板5と地板1の間にスリーブ導体6が設置されているものを示したが、そのスリーブ導体6の代わりに、複数の直線状導体7を設置するようにしてもよい。
【0028】
図6のアンテナ装置では、4本の直線状導体7が設置され、2本のショートピン4が設置されている例を示しているが、直線状導体7の本数やショートピン4の本数は、これに限るものではなく、例えば、図9〜11に示すように、3本の直線状導体7が設置され、1本のショートピン4が設置されているものであってもよい。
なお、直線状導体7が設置される位置は、特に限定するものではないが、複数の直線状導体7を等間隔で配置する方が、水平面の放射パターンがより無指向性となる。
図6及び図9のアンテナ装置では、複数の直線状導体7が等間隔で円周上に配置されている。
【0029】
上記実施の形態1では、円環導体板5と地板1の間にスリーブ導体6が設置されているが、そのスリーブ導体6には、z方向に電流が強く流れるので、そのスリーブ導体6の代わりに、複数の直線状導体7を設置しても、上記実施の形態1と同様の効果が得られる。
即ち、円環導体板5と複数の直線状導体7が非励振素子として動作して、アンテナの入力インピーダンスが2重共振となり、従来の容量装荷型のモノポールアンテナよりも広帯域化が実現される。
【0030】
以上で明らかなように、この実施の形態2によれば、グランド導体である地板1と、地板1と略平行に配置されている円形導体板2と、上端が円形導体板2と接続され、下端と地板1の間に給電点が設置されているモノポール導体3と、上端が円形導体板2と接続され、下端が地板1と接続されている1本以上のショートピン4と、地板1と円形導体板2の間に地板1と略平行に配置され、中央の穴にモノポール導体3とショートピン4が通される円環導体板5と、モノポール導体3の周囲に配置されており、上端が円環導体板5の内円と接続され、下端が地板1と接続されている複数の直線状導体7とを備えるように構成したので、アンテナの直径が小さく、低姿勢で広帯域な水平面内無指向性のアンテナ装置が得られる効果がある。
即ち、アンテナ直径(地板1の直径g=0.36λc)が1波長以下で、アンテナ高さ(地板1からの円形導体板2の高さh=0.085λc)が0.2波長以下となるため、従来のアンテナ装置よりも、アンテナ直径が小さく、低姿勢で広帯域な水平面内無指向性のアンテナ装置が得られる効果がある。
【0031】
また、この実施の形態2によれば、円環導体板5と地板1の間に複数の直線状導体7を設置する際、複数の直線状導体7と複数のショートピン4を、例えば、六角柱等の金属製のスペーサとして、円環導体板5及び地板1にネジ止めすることで実現できるため、円環導体板5と地板1の間にスリーブ導体6を設置する場合よりも、材料コストを削減することができる。
【0032】
この実施の形態2では、複数の直線状導体7の上端が円環導体板5の内円と接続されているものを示したが、複数の直線状導体7と円環導体板5の接続位置が内円の位置に限るものではなく、複数の直線状導体7の上端が、円環導体板5の内円よりも外径寄りの位置に接続されていてもよい。
【0033】
実施の形態3.
上記実施の形態1,2では、モノポール導体3が直線状の導体であるものを示したが、モノポール導体3は直線状の導体に限るものではなく、例えば、モノポール導体が三角形状の平面導体であってもよい。
図12はこの発明の実施の形態3によるアンテナ装置を示す斜視図であり、図12の例では、モノポール導体として、三角形状の平面導体8が設置されている。
図12のアンテナ装置では、円環導体板5と地板1の間にスリーブ導体6が設置されているが、複数の直線状導体7が設置されていてもよい。
【0034】
図12のアンテナ装置では、三角形状の平面導体8が地板1と略垂直に配置され、三角形状の平面導体8の頂点(図中、平面導体8の下部)と地板1の間に給電点が設置されている。
また、三角形状の平面導体8における2つの底角の点を結ぶ辺の中点が、円形導体板2の中心と一致するように、平面導体8の上部が円形導体板2と接続されている。
【0035】
この実施の形態3では、直線状の導体ではなく、平面導体8をモノポール導体として設置しているので、直線状のモノポール導体よりも電流が流れる経路が増え、上記実施の形態1,2のアンテナ装置よりも、広帯域化を実現することができる。
【0036】
この実施の形態3では、モノポール導体として、三角形状の平面導体8が設置されているものを示したが、平面導体8の形状は三角形状に限るものではなく、あらゆる形状のものが考えられる。
図13は長方形状の平面導体9がモノポール導体として設置されているアンテナ装置の例を示している。
【0037】
図13のアンテナ装置では、長方形状の平面導体9が地板1と略垂直に配置され、長方形の下辺の中点と地板1の間に給電点が設置されている。
また、長方形の上辺の中点が、円形導体板2の中心と一致するように、平面導体9の上部が円形導体板2と接続されている。
【0038】
なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。
【符号の説明】
【0039】
1 地板、2 円形導体板(第1の導体板)、3 モノポール導体、4 ショートピン(短絡導体)、5 円環導体板(第2の導体板)、6 スリーブ導体、7 直線状導体(非励振導体)、8 三角形状の平面導体、9 長方形状の平面導体。
【技術分野】
【0001】
この発明は、例えば、移動体通信の基地局用アンテナとして、天井などに設置される低姿勢のアンテナ装置に関するものであり、特に、容量装荷型のモノポールのアンテナ装置に関するものである。
【背景技術】
【0002】
例えば、移動体通信の基地局用アンテナとして、天井などに設置されるアンテナは、水平面内で無指向性であり、かつ、低姿勢で小形である必要がある。
このため、モノポールアンテナの上端に容量板を設置することで、低姿勢化を実現している容量装荷型のモノポールアンテナが用いられることが多い。
容量装荷型のモノポールアンテナでは、インピーダンス整合を取るために、容量板と地板の間に複数のショートピンが設置されている。
【0003】
ただし、容量装荷型のモノポールアンテナでは、アンテナの高さを低くする程、狭帯域になってしまう特性がある。
そこで、以下の特許文献1に開示されているアンテナ装置では、容量装荷型のモノポールアンテナの地板の端部に側壁を設置することで、低姿勢で広帯域なアンテナが得られるようにしている。
【0004】
容量装荷型のモノポールアンテナと類似の構造のアンテナとして、円環パッチアンテナの内側に円形パッチアンテナが設置されている2周波共用アンテナがある(特許文献2を参照)。
この2周波共用アンテナは、給電点が2つあり、円環パッチと円形パッチにそれぞれ給電するものであり、各給電点間の結合が小さく、一方のアンテナを送信の周波数で、他方のアンテナを受信の周波数で使用できるという特徴を有している。
なお、容量装荷型のモノポールアンテナはTM01モードで使用されるが、2周波共用アンテナはTM11モードで使用されるものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開2009−290452号公報(段落番号[0013]、図1)
【特許文献2】実開平5−82122号公報(図1)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
従来のアンテナ装置は以上のように構成されているので、容量装荷型のモノポールアンテナの地板の端部に側壁を設置することで、低姿勢で広帯域なアンテナを得る場合(特許文献1)、直径が1波長程度の地板が必要となり、アンテナの直径が大きくなってしまう課題があった。
円環パッチアンテナの内側に円形パッチアンテナが設置されている2周波共用アンテナの場合(特許文献2)、水平面内では無指向性にならず、パッチの上方向に指向性を持ってしまう課題があった。
【0007】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、アンテナの直径が小さく、低姿勢で広帯域な水平面内無指向性のアンテナ装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
この発明に係るアンテナ装置は、グランド導体である地板と、地板と略平行に配置されている第1の導体板と、一端が第1の導体板と接続され、他端と地板の間に給電点が設置されているモノポール導体と、一端が第1の導体板と接続され、他端が地板と接続されている1本以上の短絡導体と、地板と第1の導体板の間に地板と略平行に配置され、中央に施されている穴にモノポール導体及び短絡導体が通される第2の導体板と、一端が第2の導体板と接続され、他端が地板と接続されており、モノポール導体及び短絡導体が通されるスリーブ導体とを備えるものである。
【発明の効果】
【0009】
この発明によれば、グランド導体である地板と、地板と略平行に配置されている第1の導体板と、一端が第1の導体板と接続され、他端と地板の間に給電点が設置されているモノポール導体と、一端が第1の導体板と接続され、他端が地板と接続されている1本以上の短絡導体と、地板と第1の導体板の間に地板と略平行に配置され、中央に施されている穴にモノポール導体及び短絡導体が通される第2の導体板と、一端が第2の導体板と接続され、他端が地板と接続されており、モノポール導体及び短絡導体が通されるスリーブ導体とを備えるように構成したので、アンテナの直径が小さく、低姿勢で広帯域な水平面内無指向性のアンテナ装置が得られる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【図1】この発明の実施の形態1によるアンテナ装置を示す斜視図である。
【図2】この発明の実施の形態1によるアンテナ装置を示す上面図である。
【図3】図2のA−A’における断面図である。
【図4】この発明の実施の形態1によるアンテナ装置の入力インピーダンスの一例を示す説明図である。
【図5】この発明の実施の形態1によるアンテナ装置の水平面での放射パターンの一例を示す説明図である。
【図6】この発明の実施の形態2によるアンテナ装置を示す斜視図である。
【図7】この発明の実施の形態2によるアンテナ装置を示す上面図である。
【図8】図7のA−A’における断面図である。
【図9】この発明の実施の形態2による他のアンテナ装置を示す斜視図である。
【図10】この発明の実施の形態2による他のアンテナ装置を示す上面図である。
【図11】図10のA−A’における断面図である。
【図12】この発明の実施の形態3によるアンテナ装置を示す斜視図である。
【図13】この発明の実施の形態3による他のアンテナ装置を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【0011】
実施の形態1.
図1はこの発明の実施の形態1によるアンテナ装置を示す斜視図であり、図2はこの発明の実施の形態1によるアンテナ装置を示す上面図である。
また、図3は図2のA−A’における断面図である。
図1〜3において、地板1は直径がgの円形のグランド導体であり、地板1の中心部には、モノポール導体3の下端が接続されている。
円形導体板2は地板1から高さhの位置において、地板1と略平行に配置されている直径がaの円形の導体板である。
円形導体板2の中心部には、モノポール導体3の上端が接続されている。なお、円形導体板2は第1の導体板を構成している。
【0012】
モノポール導体3は地板1と略垂直に配置されている直線状の導体であり、モノポール導体3は上端(一端)が円形導体板2の中心部と接続され、下端(他端)と地板1の間に給電点が設置されている。
ショートピン4は地板1と略垂直に配置されている直線状の導体であり、ショートピン4は上端(一端)が円形導体板2と接続され、下端(他端)が地板1と接続されている。
図1の例では、3本のショートピン4が設けられているが、ショートピン4の本数は3本に限るものではなく、1〜2本あるいは4本以上であってもよい。
なお、ショートピン4は短絡導体を構成している。
【0013】
円環導体板5は地板1から高さh2(h2<h)の位置において、地板1と略平行に配置されている円環状の導体板である。
円環導体板5の内径はb、外径はcであり、円環導体板5の中央の穴にモノポール導体3とショートピン4が通されている。特に、モノポール導体3は円環導体板5のほぼ中心に位置している。
なお、円環導体板5は第2の導体板を構成している。
【0014】
スリーブ導体6は地板1と略垂直に配置されている直径がbの円筒状の導体であり、上端(一端)が円環導体板5の内円と接続され、下端(他端)が地板1と接続されている。
スリーブ導体6の内側にモノポール導体3とショートピン4が通されており、特に、モノポール導体3はスリーブ導体6のほぼ中心に位置している。
【0015】
次に動作について説明する。
図4はこの発明の実施の形態1によるアンテナ装置の入力インピーダンスの一例を示す説明図であり、特に、図4(a)はアンテナの複素インピーダンスを示すスミスチャート、図4(b)はアンテナの電圧定在波比であるVSWR特性を示している。
図5はこの発明の実施の形態1によるアンテナ装置の水平面での放射パターンの一例を示す説明図である。
【0016】
図1のアンテナ装置において、円環導体板5とスリーブ導体6が実装されていない場合、従来の容量装荷型のモノポールアンテナと同様の構成になり、アンテナの入力インピーダンスが単共振となる。
図1のアンテナ装置のように、円環導体板5とスリーブ導体6が実装されている場合、その円環導体板5とスリーブ導体6が非励振素子として動作するため、アンテナの入力インピーダンスが2重共振となる。
これにより、図1のアンテナ装置は、従来の容量装荷型のモノポールアンテナよりも広帯域化が実現される。
【0017】
図1のアンテナ装置では、アンテナの入力インピーダンスの整合を取るために、地板1と略垂直にショートピン4を配置している。
ショートピン4の本数と配置の位置を調整することで、アンテナの入力インピーダンスの整合を取ることができる。
図1の例では、3本のショートピン4が配置されている。
【0018】
また、図1のアンテナ装置では、水平面内でほぼ無指向性の放射パターンを得るために、モノポール導体3を覆うように、円環導体板5とスリーブ導体6を配置している。
【0019】
以下、図1のアンテナ装置の特性について説明する。
ここでは、アンテナ装置が使用する周波数帯域の中心周波数をfc、中心周波数fcにおける自由空間波長をλcとする。
また、円形導体板2の直径a、円環導体板5の内径b、円環導体板5の外径c、地板1の直径g、地板1からの円形導体板2の高さh、地板1からの円環導体板5の高さh2は、下記の通りであるとする。
a=0.16λc
b=0.07λc
c=0.32λc
g=0.36λc
h=0.085λc
h2=0.057λc
【0020】
この場合のアンテナ装置の入力インピーダンスは、図4(a)に示すように、2重共振特性が得られる。
このときのアンテナ装置の直径は、地板1の直径g=0.36λcに相当し、アンテナ装置の高さは、地板1からの円形導体板2の高さh=0.085λcに相当するが、図4(b)に示すように、アンテナ直径0.36λc、アンテナ高さ0.085λcでVSWRが2以下となる比帯域は14%となり、アンテナ直径が小さく、かつ、低姿勢でありながら、広帯域な特性が得られていることが分かる。
また、中心周波数fcにおける水平面(xy面)の放射パターンは、図5に示すように、水平面内で垂直偏波がほぼ無指向性であることが確認される。なお、水平偏波はレベルが非常に低く、図5のレンジ外(図5の中心の−30[dB]より小さい)にある。
【0021】
以上で明らかなように、この実施の形態1によれば、グランド導体である地板1と、地板1と略平行に配置されている円形導体板2と、上端が円形導体板2と接続され、下端と地板1の間に給電点が設置されているモノポール導体3と、上端が円形導体板2と接続され、下端が地板1と接続されている1本以上のショートピン4と、地板1と円形導体板2の間に地板1と略平行に配置され、中央の穴にモノポール導体3とショートピン4が通される円環導体板5と、上端が円環導体板5の内円と接続され、下端が地板1と接続されており、モノポール導体3及びショートピン4が通されるスリーブ導体6とを備えるように構成したので、アンテナの直径が小さく、低姿勢で広帯域な水平面内無指向性のアンテナ装置が得られる効果がある。
即ち、アンテナ直径(地板1の直径g=0.36λc)が1波長以下で、アンテナ高さ(地板1からの円形導体板2の高さh=0.085λc)が0.2波長以下となるため、従来のアンテナ装置よりも、アンテナ直径が小さく、低姿勢で広帯域な水平面内無指向性のアンテナ装置が得られる効果がある。
【0022】
この実施の形態1では、スリーブ導体6が円筒状の導体であるものを示したが、筒状の導体であればよく、例えば、スリーブ導体6の断面が方形の形状であるものや、三角形の形状であるものでもよい。
【0023】
また、この実施の形態1では、円環導体板5が円環状の導体板であるものを示したが、内部に穴があって、モノポール導体3を覆う形状であれば、円環状の導体板に限るものではない。
円環導体板5の穴の形状及び外形は、例えば、方形や三角形など、あらゆる形状が考えられる。
【0024】
この実施の形態1では、スリーブ導体6の上端が円環導体板5の内円と接続されているものを示したが、スリーブ導体6と円環導体板5の接続位置が内円の位置に限るものではなく、スリーブ導体6の上端が、円環導体板5の内円よりも外径寄りの位置に接続されていてもよい。
【0025】
また、この実施の形態1では、円形導体板2の形状が円形であるものを示したが、形状が円形であるものに限定するものではなく、例えば、方形や三角形など、あらゆる形状が考えられる。
また、地板1の形状が円形であるものを示したが、形状が円形であるものに限定するものではなく、例えば、方形や三角形など、あらゆる形状が考えられる。
【0026】
実施の形態2.
図6はこの発明の実施の形態2によるアンテナ装置を示す斜視図であり、図7はこの発明の実施の形態2によるアンテナ装置を示す上面図である。
また、図8は図7のA−A’における断面図である。
図6〜8において、図1〜3と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
非励振導体である直線状導体7は地板1と略垂直にモノポール導体3の周囲に配置されており、上端(一端)が円環導体板5の内円と接続され、下端(他端)が地板1と接続されている。
【0027】
上記実施の形態1では、円環導体板5と地板1の間にスリーブ導体6が設置されているものを示したが、そのスリーブ導体6の代わりに、複数の直線状導体7を設置するようにしてもよい。
【0028】
図6のアンテナ装置では、4本の直線状導体7が設置され、2本のショートピン4が設置されている例を示しているが、直線状導体7の本数やショートピン4の本数は、これに限るものではなく、例えば、図9〜11に示すように、3本の直線状導体7が設置され、1本のショートピン4が設置されているものであってもよい。
なお、直線状導体7が設置される位置は、特に限定するものではないが、複数の直線状導体7を等間隔で配置する方が、水平面の放射パターンがより無指向性となる。
図6及び図9のアンテナ装置では、複数の直線状導体7が等間隔で円周上に配置されている。
【0029】
上記実施の形態1では、円環導体板5と地板1の間にスリーブ導体6が設置されているが、そのスリーブ導体6には、z方向に電流が強く流れるので、そのスリーブ導体6の代わりに、複数の直線状導体7を設置しても、上記実施の形態1と同様の効果が得られる。
即ち、円環導体板5と複数の直線状導体7が非励振素子として動作して、アンテナの入力インピーダンスが2重共振となり、従来の容量装荷型のモノポールアンテナよりも広帯域化が実現される。
【0030】
以上で明らかなように、この実施の形態2によれば、グランド導体である地板1と、地板1と略平行に配置されている円形導体板2と、上端が円形導体板2と接続され、下端と地板1の間に給電点が設置されているモノポール導体3と、上端が円形導体板2と接続され、下端が地板1と接続されている1本以上のショートピン4と、地板1と円形導体板2の間に地板1と略平行に配置され、中央の穴にモノポール導体3とショートピン4が通される円環導体板5と、モノポール導体3の周囲に配置されており、上端が円環導体板5の内円と接続され、下端が地板1と接続されている複数の直線状導体7とを備えるように構成したので、アンテナの直径が小さく、低姿勢で広帯域な水平面内無指向性のアンテナ装置が得られる効果がある。
即ち、アンテナ直径(地板1の直径g=0.36λc)が1波長以下で、アンテナ高さ(地板1からの円形導体板2の高さh=0.085λc)が0.2波長以下となるため、従来のアンテナ装置よりも、アンテナ直径が小さく、低姿勢で広帯域な水平面内無指向性のアンテナ装置が得られる効果がある。
【0031】
また、この実施の形態2によれば、円環導体板5と地板1の間に複数の直線状導体7を設置する際、複数の直線状導体7と複数のショートピン4を、例えば、六角柱等の金属製のスペーサとして、円環導体板5及び地板1にネジ止めすることで実現できるため、円環導体板5と地板1の間にスリーブ導体6を設置する場合よりも、材料コストを削減することができる。
【0032】
この実施の形態2では、複数の直線状導体7の上端が円環導体板5の内円と接続されているものを示したが、複数の直線状導体7と円環導体板5の接続位置が内円の位置に限るものではなく、複数の直線状導体7の上端が、円環導体板5の内円よりも外径寄りの位置に接続されていてもよい。
【0033】
実施の形態3.
上記実施の形態1,2では、モノポール導体3が直線状の導体であるものを示したが、モノポール導体3は直線状の導体に限るものではなく、例えば、モノポール導体が三角形状の平面導体であってもよい。
図12はこの発明の実施の形態3によるアンテナ装置を示す斜視図であり、図12の例では、モノポール導体として、三角形状の平面導体8が設置されている。
図12のアンテナ装置では、円環導体板5と地板1の間にスリーブ導体6が設置されているが、複数の直線状導体7が設置されていてもよい。
【0034】
図12のアンテナ装置では、三角形状の平面導体8が地板1と略垂直に配置され、三角形状の平面導体8の頂点(図中、平面導体8の下部)と地板1の間に給電点が設置されている。
また、三角形状の平面導体8における2つの底角の点を結ぶ辺の中点が、円形導体板2の中心と一致するように、平面導体8の上部が円形導体板2と接続されている。
【0035】
この実施の形態3では、直線状の導体ではなく、平面導体8をモノポール導体として設置しているので、直線状のモノポール導体よりも電流が流れる経路が増え、上記実施の形態1,2のアンテナ装置よりも、広帯域化を実現することができる。
【0036】
この実施の形態3では、モノポール導体として、三角形状の平面導体8が設置されているものを示したが、平面導体8の形状は三角形状に限るものではなく、あらゆる形状のものが考えられる。
図13は長方形状の平面導体9がモノポール導体として設置されているアンテナ装置の例を示している。
【0037】
図13のアンテナ装置では、長方形状の平面導体9が地板1と略垂直に配置され、長方形の下辺の中点と地板1の間に給電点が設置されている。
また、長方形の上辺の中点が、円形導体板2の中心と一致するように、平面導体9の上部が円形導体板2と接続されている。
【0038】
なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。
【符号の説明】
【0039】
1 地板、2 円形導体板(第1の導体板)、3 モノポール導体、4 ショートピン(短絡導体)、5 円環導体板(第2の導体板)、6 スリーブ導体、7 直線状導体(非励振導体)、8 三角形状の平面導体、9 長方形状の平面導体。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
グランド導体である地板と、
上記地板と略平行に配置されている第1の導体板と、
一端が上記第1の導体板と接続され、他端と上記地板の間に給電点が設置されているモノポール導体と、
一端が上記第1の導体板と接続され、他端が上記地板と接続されている1本以上の短絡導体と、
上記地板と上記第1の導体板の間に上記地板と略平行に配置され、中央に施されている穴に上記モノポール導体及び上記短絡導体が通される第2の導体板と、
一端が上記第2の導体板と接続され、他端が上記地板と接続されており、上記モノポール導体及び上記短絡導体が通されるスリーブ導体と
を備えたアンテナ装置。
【請求項2】
第1の導体板が円形導体板、短絡導体が直線状の導体、第2の導体板が円環状の導体板、スリーブ導体が円筒状の導体であることを特徴とする請求項1記載のアンテナ装置。
【請求項3】
グランド導体である地板と、
上記地板と略平行に配置されている第1の導体板と、
一端が上記第1の導体板と接続され、他端と上記地板の間に給電点が設置されているモノポール導体と、
一端が上記第1の導体板と接続され、他端が上記地板と接続されている1本以上の短絡導体と、
上記地板と上記第1の導体板の間に上記地板と略平行に配置され、中央に施されている穴に上記モノポール導体及び上記短絡導体が通される第2の導体板と、
上記モノポール導体の周囲に配置されており、一端が上記第2の導体板と接続され、他端が上記地板と接続されている複数の非励振導体と
を備えたアンテナ装置。
【請求項4】
第1の導体板が円形導体板、短絡導体が直線状の導体、第2の導体板が円環状の導体板、複数の非励振導体が直線状の導体であり、上記複数の非励振導体が等間隔で円周上に配置されていることを特徴とする請求項3記載のアンテナ装置。
【請求項5】
モノポール導体が直線状の導体であることを特徴とする請求項1から請求項4のうちのいずれか1項記載のアンテナ装置。
【請求項6】
モノポール導体が三角形状の平面導体であることを特徴とする請求項1から請求項4のうちのいずれか1項記載のアンテナ装置。
【請求項7】
モノポール導体が長方形状の平面導体であることを特徴とする請求項1から請求項4のうちのいずれか1項記載のアンテナ装置。
【請求項1】
グランド導体である地板と、
上記地板と略平行に配置されている第1の導体板と、
一端が上記第1の導体板と接続され、他端と上記地板の間に給電点が設置されているモノポール導体と、
一端が上記第1の導体板と接続され、他端が上記地板と接続されている1本以上の短絡導体と、
上記地板と上記第1の導体板の間に上記地板と略平行に配置され、中央に施されている穴に上記モノポール導体及び上記短絡導体が通される第2の導体板と、
一端が上記第2の導体板と接続され、他端が上記地板と接続されており、上記モノポール導体及び上記短絡導体が通されるスリーブ導体と
を備えたアンテナ装置。
【請求項2】
第1の導体板が円形導体板、短絡導体が直線状の導体、第2の導体板が円環状の導体板、スリーブ導体が円筒状の導体であることを特徴とする請求項1記載のアンテナ装置。
【請求項3】
グランド導体である地板と、
上記地板と略平行に配置されている第1の導体板と、
一端が上記第1の導体板と接続され、他端と上記地板の間に給電点が設置されているモノポール導体と、
一端が上記第1の導体板と接続され、他端が上記地板と接続されている1本以上の短絡導体と、
上記地板と上記第1の導体板の間に上記地板と略平行に配置され、中央に施されている穴に上記モノポール導体及び上記短絡導体が通される第2の導体板と、
上記モノポール導体の周囲に配置されており、一端が上記第2の導体板と接続され、他端が上記地板と接続されている複数の非励振導体と
を備えたアンテナ装置。
【請求項4】
第1の導体板が円形導体板、短絡導体が直線状の導体、第2の導体板が円環状の導体板、複数の非励振導体が直線状の導体であり、上記複数の非励振導体が等間隔で円周上に配置されていることを特徴とする請求項3記載のアンテナ装置。
【請求項5】
モノポール導体が直線状の導体であることを特徴とする請求項1から請求項4のうちのいずれか1項記載のアンテナ装置。
【請求項6】
モノポール導体が三角形状の平面導体であることを特徴とする請求項1から請求項4のうちのいずれか1項記載のアンテナ装置。
【請求項7】
モノポール導体が長方形状の平面導体であることを特徴とする請求項1から請求項4のうちのいずれか1項記載のアンテナ装置。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【公開番号】特開2013−55407(P2013−55407A)
【公開日】平成25年3月21日(2013.3.21)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−190652(P2011−190652)
【出願日】平成23年9月1日(2011.9.1)
【出願人】(000006013)三菱電機株式会社 (33,312)
【出願人】(000219004)島田理化工業株式会社 (205)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成25年3月21日(2013.3.21)
【国際特許分類】
【出願日】平成23年9月1日(2011.9.1)
【出願人】(000006013)三菱電機株式会社 (33,312)
【出願人】(000219004)島田理化工業株式会社 (205)
【Fターム(参考)】
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