アンテナ
【課題】水平方向に無指向性であり、低姿勢化された水平偏波用のアンテナと、偏波共用のアンテナとを提供する。
【解決手段】水平偏波用のアンテナは、導電性の反射板、誘電体基板、給電点、励振部、無給電素子、給電部、地導体を備える。励振部は、誘電体基板の反射板の反対側の面上に形成される。地導体は、誘電体基板の反射板側の面上に配置される。地導体を切り欠くことでノッチが３つ以上放射状に形成される。励振部は、ノッチと対応する位置にノッチを横切るように形成された励振線路と、給電点と励振線路とを接続する給電線路とで構成される。無給電素子は、誘電体基板の一方または両方の面に形成される。偏波共用のアンテナは、水平偏波用のアンテナに、導体板、導体板に形成された第２の給電点、複数のショートピンを付加する。導体板は、反射板と誘電体基板との間に配置される。
【解決手段】水平偏波用のアンテナは、導電性の反射板、誘電体基板、給電点、励振部、無給電素子、給電部、地導体を備える。励振部は、誘電体基板の反射板の反対側の面上に形成される。地導体は、誘電体基板の反射板側の面上に配置される。地導体を切り欠くことでノッチが３つ以上放射状に形成される。励振部は、ノッチと対応する位置にノッチを横切るように形成された励振線路と、給電点と励振線路とを接続する給電線路とで構成される。無給電素子は、誘電体基板の一方または両方の面に形成される。偏波共用のアンテナは、水平偏波用のアンテナに、導体板、導体板に形成された第２の給電点、複数のショートピンを付加する。導体板は、反射板と誘電体基板との間に配置される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主に屋内に配置される基地局用のアンテナに関する。
【背景技術】
【０００２】
屋内のＭＩＭＯ（Multiple-Input Multiple-Output）通信において、垂直偏波と水平偏波でそれぞれ別々の放射特性を持つアンテナを基地局用のアンテナに用いることで、放射素子間の距離によらずその通信容量を確保できることが知られている。また、屋内に配置される基地局用のアンテナは、天井に設置することが多い。天井に取り付けるアンテナの場合、水平面内（アジマス方向）では特定の方向ではなく、各方向にほぼ同一の指向性を持つことが望ましい。
【０００３】
特定の方向に指向性を持つ偏波共用アンテナとして、屋外の基地局に設置することを目的とし、直交する偏波を送受信する放射素子を持つ指向性アンテナがある（例えば、特許文献１）。また、アジマス方向にほぼ同一の指向性を持つアンテナとして、屋外の基地局に設置することを目的とし、単一の偏波を送受信する放射素子を持つ無指向性アンテナがある（例えば、特許文献２、３）。天井に設置する垂直偏波用アンテナには、特許文献２のような導電性の反射板を有するモノポールアンテナ構成がよく用いられる。これは反射板を用いることでアンテナ素子部分を短くできるとともに、反射板が存在することによりアンテナ性能が設置する天井の環境に依存しにくい特徴があるためである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平０９−９８０１９号公報
【特許文献２】特開２００２−５０９２２号公報
【特許文献３】特開平１１−５５０２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来のアンテナは、天井の面に対して垂直に設置する必要があるので、天井に設置するとアンテナが突き出てしまい、邪魔になるあるいは景観を損ねるという課題がある。さらに、複数のアンテナを用いるＭＩＭＯに使用する場合には、その課題が顕著になる。そして、この課題が原因となって設置場所の制限も多くなるので、必要な数のアンテナが取り付けられない可能性もある。
【０００６】
仮に、従来広く用いられているモノポールアンテナのような垂直偏波のアンテナを天井に水平に設置した場合、水平偏波のみを送受信する状態となり、垂直偏波を送受信できなくなるとともに、アジマス方向の指向性が無指向性ではなく８の字の指向性となる。また、先に述べた導電性の反射板上に配置された垂直偏波アンテナと一体で水平偏波アンテナを構成しようとすると、反射板によって生じるイメージ電流の影響により、水平偏波アンテナと反射板の間隔が狭くなるにつれ、アンテナの動作帯域が狭くなるという課題がある。これは、低姿勢化（天井から飛び出すことになるアンテナの厚みを小さくすること）を妨げる要因である。
【０００７】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、水平方向に無指向性であり、低姿勢化され、必要な帯域が確保された水平偏波用のアンテナと、偏波共用（水平偏波と垂直偏波の両方に対応）のアンテナとを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の水平偏波用のアンテナは、導電性の反射板、誘電体基板、無給電素子、給電点、励振部、給電部、地導体を備える。誘電体基板は、反射板と所定の間隔で平行に配置される。給電点は、誘電体基板の一方の面上に配置される。励振部は、誘電体基板の前記一方の面上にマイクロストリップ線路によって形成される。給電部は、誘電体基板の他方の面上であって、給電点と対応する位置に形成される。地導体は、誘電体基板の前記他方の面上（マイクロストリップ線路を形成した面と反対側）に、給電部と接続された状態で配置される。そして、地導体の一部を切り欠くことでＶ字型またはＵ字型のノッチが３つ以上形成され、かつ、各ノッチはＶ字またはＵ字の幅狭な部分が給電部側に配置されるように、給電部を中心として放射状に形成される。また、励振部は、ノッチごとに形成され、ノッチと対応する位置にノッチを横切るように形成された励振線路と、地導体と対応する位置に給電点と励振線路とを接続するように形成された給電線路とで構成される。無給電素子は、誘電体基板の一方の面上に、励振部ごとに、励振線路の給電点と反対側に、励振線路に平行に配置される。または、無給電素子は、誘電体基板の他方の面上に、ノッチごとに、ノッチの給電部と反対側に、ノッチの幅広な部分に平行に配置される。もしくは、前述の２つの無給電素子を、誘電体基板の両方の面上に設けてもよい。
【０００９】
本発明の偏波共用アンテナを構成する垂直偏波用アンテナは、上述の水平偏波用のアンテナと反射板の間に配置され、導体板、導体板に形成された第２の給電点、複数のショートピンを付加した構造となっている。導体板は、反射板と誘電体基板との間に、反射板に平行に配置される。複数のショートピンは、第２の給電点から等しい距離に形成され、導体板と反射板とを接続（短絡）する。また、導体板には反射板と水平偏波アンテナの給電部を接続するための給電用同軸ケーブルを通すための穴を配置してもよい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明のアンテナによれば、アンテナを天井に設置すれば、３つ以上のノッチアンテナを水平方向に放射状に配置できるので、水平方向に無指向性であり低姿勢化された水平偏波用のアンテナを実現できる。誘電体基板の一方の面または両面に無給電素子を配置することにより、低姿勢で所望の帯域特性を満足できる水平偏波用アンテナを実現できる。さらに、導体板と複数のショートピンを用いることで垂直偏波用のアンテナも体積を大きくすることなく一体化できるので、低姿勢化された偏波共用アンテナも実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】無給電素子のない水平偏波アンテナの構成例を示す図。
【図２】水平偏波アンテナ１０の放射指向性パターンを示す図。
【図３】実施例１の水平偏波アンテナの構成例を示す図。
【図４】水平偏波アンテナ１０と水平偏波アンテナ１１の反射減衰量の周波数特性を示す図。
【図５】水平偏波アンテナ１１の水平偏波成分の三次元放射指向性を示す図。
【図６】実施例１変形例１の水平偏波アンテナの構成例を示す図。
【図７】水平偏波アンテナ１２の反射減衰量の周波数特性を示す図。
【図８】１．９５ＧＨｚ帯及び２．１４ＧＨｚ帯におけるアンテナ部５２に流れる電流分布を示す図。
【図９】垂直偏波アンテナの構成例を示す図。
【図１０】垂直偏波アンテナ２０の反射減衰量の周波数特性を示す図。
【図１１】偏波共用アンテナの構成を示す図。
【図１２】別の偏波共用アンテナの構成を示す図。
【図１３】さらに別の偏波共用アンテナの構成を示す図。
【図１４】試作した偏波共用アンテナ３２のアンテナ部５２の構成を示す図。
【図１５】試作した偏波共用アンテナ３２の垂直偏波アンテナ部分の構成を示す図。
【図１６】偏波共用アンテナ３２の周波数特性を示す図。
【図１７】偏波共用アンテナ３２の水平偏波アンテナの放射指向性を示す図。
【図１８】偏波共用アンテナ３２の垂直偏波アンテナの放射指向性を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。なお、同じ機能を有する構成部には同じ番号を付し、重複説明を省略する。
【実施例１】
【００１３】
＜無給電素子のない水平偏波アンテナ＞
図１に無給電素子のない水平偏波アンテナの構成例を示す。図１（Ａ）は水平偏波アンテナ１０の平面図（天井に設置した場合には下から見上げた図）、図１（Ｂ）はアンテナ部５０の平面図（反射板９００の反対側から見た図）、図１（Ｃ）はアンテナ部５０の底面図（反射板９００側から見た図）である。
【００１４】
水平偏波アンテナ１０は、導電性の反射板９００、アンテナ部５０で構成されている。アンテナ部５０は、誘電体基板３００、給電点１７０、励振部１００、給電部２７０、地導体２９０を備える。反射板９００は、製造のしやすさを考慮すれば、平板で作成すればよい。誘電体基板３００は、反射板９００と所定の間隔（例えば、中心周波数の０．２５波長程度の長さ）で平行に配置される。給電点１７０は、誘電体基板３００の一方の面上（図１では反射板９００の反対側の面上）に配置される。励振部１００は、誘電体基板３００の前記一方の面上（反射板９００の反対側の面上）にマイクロストリップ線路によって形成される。給電部２７０は、誘電体基板３００の他方の面上（図１では反射板９００側の面上）であって、給電点１７０と対応する位置に形成される。つまり、給電点１７０と給電部２７０は、誘電体基板３００を挟んで対向するように配置される。地導体２９０は、誘電体基板３００の前記他方の面上（反射板９００側の面上）に、給電部２７０と接続された状態で配置される。
【００１５】
そして、地導体２９０には、Ｖ字型またはＵ字型のノッチ２８０が３つ形成される。各ノッチ２８０は、地導体２９０の一部を切り欠くことにより形成される。各ノッチ２８０はＶ字またはＵ字の幅狭な部分が給電部２７０側に配置されるように、給電部２７０を中心として放射状に形成される。図１に示したノッチ２８０の給電部２７０に近い部分は、給電部２７０から離れるにしたがって間隔が徐々に広がっている。また、ノッチ２８０の給電部２７０から離れた部分は間隔が一定である。「Ｖ字型またはＵ字型」とは、このような、Ｖ型とＵ型が組み合わさった形状も含む意味である。「放射状」とは、各ノッチ２８０がほぼ等間隔に配置されていることを含む意味であり、図１の場合であれば、各ノッチ２８０が１２０度間隔に配置されている。なお、ノッチ２８０は３つに限定する必要はなく４つ以上でもかまわない。後述するが、ノッチ２８０が３つあれば、十分な水平方向の無指向性が得られる。しかし、より精度の高い無指向性を求める場合にはノッチ２８０の数を増やしてもよい。
【００１６】
励振部１００は、励振線路１１０と給電線路１２０とで構成され、誘電体基板３００の一方の面上（反射板９００の反対側の面上）にノッチ２８０ごとに形成される。励振線路１１０は、ノッチ２８０と対応する位置にノッチ２８０を横切るように形成される。つまり、励振線路１１０は、誘電体基板３００の面に平行で給電点１７０から離れる方向に対して垂直となるように、形成される。給電線路１２０は、地導体２９０と対応する位置において、給電点１７０と励振線路１１０とを接続するように形成される。言い換えると、ノッチ２８０と対応する位置に形成されたマイクロストリップ線路が励振線路１１０であり、地導体２９０と対応する位置に形成されたマイクロストリップ線路が給電線路１２０である。図１に示した給電線路１２０は、くの字型であるが、地導体２９０と対応する位置に形成されていれば、円弧状などの他の形状でもかまわない。
【００１７】
また、水平偏波アンテナ１０に外部から接続するケーブルは、接地用の心線を給電部２７０に接続し、給電用（信号用）の心線を給電点１７０に接続すればよい。例えば、同軸ケーブルを接続する場合であれば、内導体を給電点１７０に接続し、外導体を給電部２７０に接続すればよい。
【００１８】
図２は、図１に示した水平偏波アンテナ１０の放射指向性パターンを示す図である。図２（Ａ）は座標の取り方を示す図であり、図２（Ｂ）は水平面と垂直面のθ方向（垂直偏波成分）の電界Ｅθとφ方向（水平偏波成分）の電界Ｅφを示す図である。水平偏波アンテナ１０は、ノッチ２８０の開口と平行した電波が放出される。したがって、反射板９００を天井（大地と平行）に設置した場合、大地と平行な電波が放射され、水平偏波アンテナとして動作する。図２から、水平面において、水平偏波成分が全方位にほぼ同一強度の電波を放射していることが分かる。また、垂直面でも、水平偏波成分が主偏波成分となっており、８の字の指向性を持つことが分かる。したがって、水平偏波アンテナ１０を天井に取り付けた時、十分な放射指向性（無指向性）を得ることができる。
【００１９】
次に、水平偏波アンテナ１０の低姿勢化について検討する。水平偏波アンテナ１０を天井に設置した場合に、天井から出っ張る長さは、誘電体基板３００と反射板９００との間隔で決まる。誘電体基板３００と反射板９００との間隔は、電波の特性のみを考慮すれば０．２５波長程度にすればよい。水平偏波アンテナと反射板の間隔を狭くすると、アンテナの動作帯域が狭くなるという課題がある。つまり、低姿勢化を行うと帯域幅が狭くなってしまい、必要な帯域は場を確保できなくなる。以下では、低姿勢化に伴う狭帯域化の課題を解決した水平偏波アンテナについて説明する。
【００２０】
＜無給電素子を配置した水平偏波アンテナ（実施例１の水平偏波アンテナ）＞
図３に実施例１の水平偏波アンテナの構成例を示す。図３（Ａ）は水平偏波アンテナ１１の平面図（天井に設置した場合には下から見上げた図）、図３（Ｂ）はアンテナ部５１の平面図（反射板９００の反対側から見た図）、図３（Ｃ）はアンテナ部５１の底面図（反射板９００側から見た図）である。
【００２１】
水平偏波アンテナ１１は、導電性の反射板９００、アンテナ部５１で構成されている。アンテナ部５１は、誘電体基板３０１、給電点１７０、励振部１００、給電部２７０、地導体２９０、無給電素子１３０を備える。誘電体基板３０１は、反射板９００と所定の間隔（例えば、中心周波数の０．０８〜０．２５波長の長さ）で平行に配置される。給電点１７０、励振部１００、給電部２７０、地導体２９０は、水平偏波アンテナ１０と同じである。無給電素子１３０は、誘電体基板３０１の励振部１００と同じ面上（反射板９００の反対側の面上）に形成されたマイクロストリップ線路である。無給電素子１３０は、励振部１００ごとに、励振線路１１０の給電点１７０と反対側に、励振線路１１０に平行に配置される。無給電素子１３０の長さは、共振したい周波数にあわせて設計すればよく、幅は実現したい帯域幅にあわせて設計すればよい。そして、無給電素子１３０の共振周波数を、無給電素子１３０がない状態（水平偏波アンテナ１０）の共振周波数に近接した異なる周波数に設定すれば、水平偏波アンテナ１０の帯域幅を広げることができる。したがって、低姿勢化に伴う狭帯域化の課題を解決できる。なお、水平偏波アンテナ１１も、ノッチ２８０の開口と平行した電波が放出される。よって、反射板９００を天井（大地と平行）に設置した場合、大地と平行な電波が放射され、水平偏波アンテナとして動作する。
【００２２】
図４に、水平偏波アンテナ１０と水平偏波アンテナ１１の反射減衰量の周波数特性を示す。縦軸は反射減衰量、横軸は周波数を示している。点線が水平偏波アンテナ１０の特性であり、実線が水平偏波アンテナ１１の特性である。例えば、反射減衰量が−１０ｄＢのときの帯域幅は、水平偏波アンテナ１１は水平偏波アンテナ１０の２倍程度の広さを有していることがわかる。
【００２３】
図５は、水平偏波アンテナ１１の水平偏波成分の三次元放射指向性を示す。図示の都合で左半分の表示が省略されているが、表示されている部分と対称である。この図から、水平偏波アンテナ１１の水平偏波成分は水平方向の全方位においてほぼ均一で、垂直方向に８の字の指向性の電波を放射することが分かる。これは、水平偏波アンテナ１０の特性（図２参照）と同様である。
【００２４】
したがって、水平偏波アンテナ１１によれば、水平方向に無指向性であり、低姿勢化され、必要な周波数帯域を確保した水平偏波用のアンテナを実現できる。
【００２５】
［変形例１］
図６に実施例１における変形例１の水平偏波アンテナの構成例を示す。図６（Ａ）は水平偏波アンテナ１２の平面図（天井に設置した場合には下から見上げた図）、図６（Ｂ）はアンテナ部５２の平面図（反射板９００の反対側から見た図）、図６（Ｃ）はアンテナ部５２の底面図（反射板９００側から見た図）である。
【００２６】
水平偏波アンテナ１２は、導電性の反射板９００、アンテナ部５２で構成されている。アンテナ部５２は、誘電体基板３０１、給電点１７０、励振部１００、給電部２７０、地導体２９０、無給電素子１３０、無給電素子２３０を備える。誘電体基板３０１、給電点１７０、励振部１００、給電部２７０、地導体２９０、無給電素子１３０は、水平偏波アンテナ１１と同じである。無給電素子２３０は、誘電体基板３０１の他方の面、すなわち地導体２９０と同じ面上（反射板９００側の面上）に形成されたマイクロストリップ線路である。無給電素子２３０は、ノッチ２８０ごとに、ノッチ２８０の給電部２７０と反対側において、ノッチ２８０の幅広な部分に平行に配置される。無給電素子２３０の長さは、共振したい周波数にあわせて設計すればよく、幅は実現したい帯域幅にあわせて設計すればよい。なお、図６に示した水平偏波アンテナ１２では、無給電素子２３０の長さを誘電体基板３０１の一辺の長さよりも長くするために、無給電素子の両端部を内側に折り曲げている。なお、水平偏波アンテナ１２も、ノッチ２８０の開口と平行した電波が放出される。したがって、反射板９００を天井（大地と平行）に設置した場合、大地と平行な電波が放射され、水平偏波アンテナとして動作する。
【００２７】
図７に、水平偏波アンテナ１２の反射減衰量の周波数特性を示す。無給電素子１３０と無給電素子２３０をそれぞれ付けた結果、アンテナが２つの異なる周波数帯（１．９５ＧＨｚ，２．１４ＧＨｚ）を中心に共振していることが分かる。２共振の理由は無給電素子１３０と無給電素子２３０の長さが異なるためである。１．９５ＧＨｚ帯（低い周波数帯）の共振は主に無給電素子２３０によるもので、無給電素子１３０が２．１４ＧＨｚ帯の共振に影響を与える。無給電素子１３０と無給電素子２３０の長さを適切に調整すれば、２つの共振を近づけさせて、１つ広帯域の共振を作ることもできる。このように、水平偏波アンテナ１２によれば、移動通信に使われる上下それぞれの周波数帯に適した無給電素子を配置でき、２つの周波数帯または１つの周波数帯で必要な帯域幅を確保できる。なお、無給電素子１３０を設けず、無給電素子２３０のみを備えても、水平偏波アンテナ１１と同様の効果が得られる。いずれか一方の面に無給電素子を配置するのか、両面に無給電素子を配置するのかは、求められる通信周波数の数（１つか２つか）や求められる帯域幅に応じて適宜設計すればよい。
【００２８】
図８に、１．９５ＧＨｚ帯及び２．１４ＧＨｚ帯におけるアンテナ部５２に流れる電流分布を示す。図８（Ａ）は１．９５ＧＨｚ帯の電流分布であり、図８（Ｂ）は２．１４ＧＨｚ帯の電流分布である。この図から、１．９５ＧＨｚ帯では無給電素子２３０が、２．１４ＧＨｚ帯では無給電素子１３０に電流が強くのっていることが分かる。無給電素子１３０と無給電素子２３０を使うことで、水平偏波アンテナ１２の２共振もしくは広帯域化の設計ができることが分かる。
【００２９】
したがって、水平偏波アンテナ１２によれば、水平方向に無指向性であり、低姿勢化され、必要な周波数帯域を確保した水平偏波用のアンテナを実現できる。
【実施例２】
【００３０】
実施例１では、水平方向に無指向性で低姿勢化が可能な水平偏波アンテナについて説明した。本実施例では、実施例１で説明した水平偏波アンテナに垂直偏波アンテナを組み合わせた偏波共用アンテナについて説明する。
【００３１】
＜垂直偏波アンテナ＞
まず、組み合わせる垂直偏波アンテナについて説明する。図９に垂直偏波アンテナの構成例を示す。図９（Ａ）は垂直偏波アンテナの平面図、図９（Ｂ）は正面図である。垂直偏波アンテナ２０は、導電性の反射板９００、導体板４００、給電点４７０、複数のショートピン５００を備える。導体板４００は、反射板９００に平行に配置される。なお、導体板４００と反射板９００は、製造のしやすさを考慮すれば、平板で作成すればよい。また、導体板４００と反射板９００とが平行でない場合、導体板４００と反射板９００との間隔が狭い部分と広い部分が生じる。このような間隔の違いが生じると、放射特性及び入力特性に歪が生じてしまう。したがって、導体板４００と反射板９００は、放射特性及び入力特性の歪が求められる歪み以下となるような平行度で配置される。給電点４７０は、導体板４００に形成され、反射板９００が地導体の役割を果たす。図９では、３つのショートピン５００が備えられており、各ショートピン５００は給電点４７０から等しい距離に形成され、導体板４００と反射板９００とを接続（短絡）する。ショートピン５００の数および距離は、垂直偏波アンテナ２０の水平面内指向性の真円度（一様な指向性の度合い）に影響する。ショートピン５００の数および距離は、求められる水平面内指向性の真円度に応じて適宜設計すればよい。
【００３２】
垂直偏波アンテナ２０では、給電点４７０と反射板９００との間に流れる電流と、ショートピン５００上の電流が主に電波の放射に寄与する。したがって、反射板９００を天井（大地と平行）に設置した場合、大地と直交する電波が放射され、垂直偏波アンテナとして動作する。垂直偏波アンテナ２０と水平偏波アンテナ１０〜１２とを重ねるように組み合わせるためには、水平偏波アンテナ１０〜１２のアンテナ部５０〜５２に接続する給電用のケーブルが配線できなければならない。そのために、垂直偏波アンテナ２０は、導体板４００の給電点４７０の近傍に穴４５０を備えてもよい。
【００３３】
図１０に、垂直偏波アンテナ２０の反射減衰量の周波数特性を示す。縦軸は反射減衰量、横軸は周波数を示している。また、点線は穴４５０がない場合、実線は穴４５０がある場合の反射減衰量である。この図から、穴４５０を設けたとしても、反射減衰量には大きな変化はないことが分かる。
【００３４】
＜水平偏波アンテナと垂直偏波アンテナの組み合わせ方１＞
図１１に偏波共用アンテナの構成を示す。図１１（Ａ）は偏波共用アンテナ４０の平面図、図１１（Ｂ）は偏波共用アンテナ４０の正面図である。偏波共用アンテナ４０は、導電性の反射板９００、アンテナ部５１、導体板４００、給電点４７０、複数のショートピン５００を備える。偏波共用アンテナ４０は、反射板９００を共用して水平偏波アンテナと垂直偏波アンテナとを並べた構成である。アンテナ部５１は実施例１と同じである。また、アンテナ部５１を、アンテナ部５２に変更してもよい。また、無給電素子は、ノッチ２８０側の面にのみ形成してもよい。
【００３５】
偏波共用アンテナ４０によれば、水平方向に無指向性であり、低姿勢化された水平偏波アンテナと垂直偏波アンテナとを１つにまとめることができる。
【００３６】
＜水平偏波アンテナと垂直偏波アンテナの組み合わせ方２＞
上述の組み合わせ方１は、反射板９００を共用して水平偏波アンテナと垂直偏波アンテナとを並べた構成なので、低姿勢化は実現できるが、面的には広がってしまう。面的に広がらない方法を次に示す。図１２に別の偏波共用アンテナの構成を示す。図１２（Ａ）は偏波共用アンテナ３１の平面図、図１２（Ｂ）は偏波共用アンテナ３１の斜視図である。
【００３７】
偏波共用アンテナ３１は、導電性の反射板９００、アンテナ部５１、導体板４００、給電点４７０、複数のショートピン５００を備える。導体板４００は、反射板９００と誘電体基板３０１との間に、反射板９００に平行に配置される。給電点４７０は、導体板４００に形成される。複数のショートピン５００（図では３つのショートピン５００）は、それぞれ給電点４７０から等しい距離に形成され、導体板４００と反射板９００とを接続（短絡）する。なお、上述のとおり、給電点１７０、給電部２７０に接続するケーブルを通すための穴４５０を導体板４００に設ければ、ケーブルの配線が容易である。なお、アンテナ部５１は、アンテナ部５２に変更してもよい。
【００３８】
図１３には、アンテナ部５１をアンテナ部５２に変えた場合の偏波共用アンテナの構成を示す平面図である。偏波共用アンテナ３２は、導電性の反射板９００、アンテナ部５２、導体板４００、給電点４７０、複数のショートピン５００を備える。偏波共用アンテナ３２は、アンテナ部を変更したこと以外は、偏波共用アンテナ３１と同じである。
【００３９】
図１４と図１５に、試作した２ＧＨｚ近傍の周波数帯で動作する偏波共用アンテナ３２の構成を示す。図１４は、試作した偏波共用アンテナ３２のアンテナ部５２の構成を示す図である。図１４（Ａ）は励振部１００、地導体２９０、ノッチ２８０の形状を示す図、図１４（Ｂ）はアンテナ部５２全体の形状を示す図、図１４（Ｃ）は各パラメータの値を示す表である。なお、誘電体基板の比誘電率は２．６である。図１５は、試作した偏波共用アンテナ３２の垂直偏波アンテナ部分の構成を示す図である。図１５（Ａ）は平面図、図１５（Ｂ）は正面図、図１５（Ｃ）は各パラメータの値を示す表である。
【００４０】
２ＧＨｚでは、１２ｍｍが０．０８波長に相当する。試作した偏波共用アンテナ３２は、誘電体基板３００の反射板９００からの距離ＮＴを１２ｍｍとしているので、０．０８波長である。また、反射板９００は１２０ｍｍ×１２０ｍｍである。したがって、偏波共用アンテナ３２は、０．８波長×０．８波長×０．０８波長の大きさである。
【００４１】
図１６に、偏波共用アンテナ３２の周波数特性を示す。縦軸は特性値、横軸は周波数を示している。Ｓ１１＿Ｃａｌ．は垂直偏波アンテナ（反射板９００、導体板４００、給電点４７０、複数のショートピン５００で構成されるアンテナ）の計算値での反射減衰量の周波数特性、Ｓ１１＿Ｍｅａ．は垂直偏波アンテナの実測値での反射減衰量の周波数特性、Ｓ２２＿Ｃａｌ．は水平偏波アンテナ（反射板９００、アンテナ部５２で構成されるアンテナ）の計算値での反射減衰量の周波数特性、Ｓ２２＿Ｍｅａ．は水平偏波アンテナの実測値での反射減衰量の周波数特性、Ｓ２１＿Ｃａｌ．は垂直偏波アンテナと水平偏波アンテナ間の計算値での相互結合特性、Ｓ２１＿Ｍｅａ．は垂直偏波アンテナと水平偏波アンテナ間の実測値での相互結合特性を示している。試作品での実測値と計算値とがほぼ一致することが分かる。また、垂直偏波アンテナと水平偏波アンテナ間の相互結合特性は、いずれの周波数でも−１５ｄＢ以下に抑えられており、組み合わせ方２のように重ねて配置しても、垂直偏波アンテナと水平偏波アンテナのそれぞれの性能を十分に得られることが分かる。
【００４２】
図１７は、偏波共用アンテナ３２の水平偏波アンテナの放射指向性を示す図である。図１７（Ａ）は座標の取り方を示す図、図１７（Ｂ）は１．９５ＧＨｚでの放射指向性を示す図、図１７（Ｃ）は２．１４ＧＨｚでの放射指向性を示す図である。図１８は、偏波共用アンテナ３２の垂直偏波アンテナの放射指向性を示す図である。図１８（Ａ）は座標の取り方を示す図、図１８（Ｂ）は２ＧＨｚでの放射指向性を示す図である。電界Ｅθはθ方向（天井に偏波共用アンテナ３２を設置した場合の垂直偏波成分）の電界強度を、電界Ｅφはφ方向（天井に偏波共用アンテナ３２を設置した場合の水平偏波成分）の電界強度を示している。これらの図から、ｘｙ−ｐｌａｎｅ（天井に偏波共用アンテナ３２を設置した場合の水平方向）の放射指向性が、ほぼ無指向性であることが分かる。したがって、組み合わせ方２のように重ねて配置しても、水平方向に無指向性にできる。
【００４３】
このように、本発明の偏波共用アンテナによれば、水平方向に無指向性であり、低姿勢化され、必要な周波数帯域を確保した水平偏波用のアンテナと同等の大きさで、垂直偏波のアンテナも一体化できる。
【００４４】
さらに、偏波共用アンテナ３２を２つ配置することで、４ブランチのＭＩＭＯアンテナとして使用でき、４×４ＭＩＭＯアンテナが実現できる。
【符号の説明】
【００４５】
１０、１１、１２ 水平偏波アンテナ ２０ 垂直偏波アンテナ
３０、３２、４０ 偏波共用アンテナ ５０、５１、５２ アンテナ部
１００ 励振部 １１０ 励振線路
１２０ 給電線路 １３０、２３０ 無給電素子
１７０、４７０ 給電点 ２７０ 給電部
２８０ ノッチ ２９０ 地導体
３００、３０１ 誘電体基板 ４００ 導体板
４５０ 穴 ５００ ショートピン
９００ 反射板
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主に屋内に配置される基地局用のアンテナに関する。
【背景技術】
【０００２】
屋内のＭＩＭＯ（Multiple-Input Multiple-Output）通信において、垂直偏波と水平偏波でそれぞれ別々の放射特性を持つアンテナを基地局用のアンテナに用いることで、放射素子間の距離によらずその通信容量を確保できることが知られている。また、屋内に配置される基地局用のアンテナは、天井に設置することが多い。天井に取り付けるアンテナの場合、水平面内（アジマス方向）では特定の方向ではなく、各方向にほぼ同一の指向性を持つことが望ましい。
【０００３】
特定の方向に指向性を持つ偏波共用アンテナとして、屋外の基地局に設置することを目的とし、直交する偏波を送受信する放射素子を持つ指向性アンテナがある（例えば、特許文献１）。また、アジマス方向にほぼ同一の指向性を持つアンテナとして、屋外の基地局に設置することを目的とし、単一の偏波を送受信する放射素子を持つ無指向性アンテナがある（例えば、特許文献２、３）。天井に設置する垂直偏波用アンテナには、特許文献２のような導電性の反射板を有するモノポールアンテナ構成がよく用いられる。これは反射板を用いることでアンテナ素子部分を短くできるとともに、反射板が存在することによりアンテナ性能が設置する天井の環境に依存しにくい特徴があるためである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平０９−９８０１９号公報
【特許文献２】特開２００２−５０９２２号公報
【特許文献３】特開平１１−５５０２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来のアンテナは、天井の面に対して垂直に設置する必要があるので、天井に設置するとアンテナが突き出てしまい、邪魔になるあるいは景観を損ねるという課題がある。さらに、複数のアンテナを用いるＭＩＭＯに使用する場合には、その課題が顕著になる。そして、この課題が原因となって設置場所の制限も多くなるので、必要な数のアンテナが取り付けられない可能性もある。
【０００６】
仮に、従来広く用いられているモノポールアンテナのような垂直偏波のアンテナを天井に水平に設置した場合、水平偏波のみを送受信する状態となり、垂直偏波を送受信できなくなるとともに、アジマス方向の指向性が無指向性ではなく８の字の指向性となる。また、先に述べた導電性の反射板上に配置された垂直偏波アンテナと一体で水平偏波アンテナを構成しようとすると、反射板によって生じるイメージ電流の影響により、水平偏波アンテナと反射板の間隔が狭くなるにつれ、アンテナの動作帯域が狭くなるという課題がある。これは、低姿勢化（天井から飛び出すことになるアンテナの厚みを小さくすること）を妨げる要因である。
【０００７】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、水平方向に無指向性であり、低姿勢化され、必要な帯域が確保された水平偏波用のアンテナと、偏波共用（水平偏波と垂直偏波の両方に対応）のアンテナとを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の水平偏波用のアンテナは、導電性の反射板、誘電体基板、無給電素子、給電点、励振部、給電部、地導体を備える。誘電体基板は、反射板と所定の間隔で平行に配置される。給電点は、誘電体基板の一方の面上に配置される。励振部は、誘電体基板の前記一方の面上にマイクロストリップ線路によって形成される。給電部は、誘電体基板の他方の面上であって、給電点と対応する位置に形成される。地導体は、誘電体基板の前記他方の面上（マイクロストリップ線路を形成した面と反対側）に、給電部と接続された状態で配置される。そして、地導体の一部を切り欠くことでＶ字型またはＵ字型のノッチが３つ以上形成され、かつ、各ノッチはＶ字またはＵ字の幅狭な部分が給電部側に配置されるように、給電部を中心として放射状に形成される。また、励振部は、ノッチごとに形成され、ノッチと対応する位置にノッチを横切るように形成された励振線路と、地導体と対応する位置に給電点と励振線路とを接続するように形成された給電線路とで構成される。無給電素子は、誘電体基板の一方の面上に、励振部ごとに、励振線路の給電点と反対側に、励振線路に平行に配置される。または、無給電素子は、誘電体基板の他方の面上に、ノッチごとに、ノッチの給電部と反対側に、ノッチの幅広な部分に平行に配置される。もしくは、前述の２つの無給電素子を、誘電体基板の両方の面上に設けてもよい。
【０００９】
本発明の偏波共用アンテナを構成する垂直偏波用アンテナは、上述の水平偏波用のアンテナと反射板の間に配置され、導体板、導体板に形成された第２の給電点、複数のショートピンを付加した構造となっている。導体板は、反射板と誘電体基板との間に、反射板に平行に配置される。複数のショートピンは、第２の給電点から等しい距離に形成され、導体板と反射板とを接続（短絡）する。また、導体板には反射板と水平偏波アンテナの給電部を接続するための給電用同軸ケーブルを通すための穴を配置してもよい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明のアンテナによれば、アンテナを天井に設置すれば、３つ以上のノッチアンテナを水平方向に放射状に配置できるので、水平方向に無指向性であり低姿勢化された水平偏波用のアンテナを実現できる。誘電体基板の一方の面または両面に無給電素子を配置することにより、低姿勢で所望の帯域特性を満足できる水平偏波用アンテナを実現できる。さらに、導体板と複数のショートピンを用いることで垂直偏波用のアンテナも体積を大きくすることなく一体化できるので、低姿勢化された偏波共用アンテナも実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】無給電素子のない水平偏波アンテナの構成例を示す図。
【図２】水平偏波アンテナ１０の放射指向性パターンを示す図。
【図３】実施例１の水平偏波アンテナの構成例を示す図。
【図４】水平偏波アンテナ１０と水平偏波アンテナ１１の反射減衰量の周波数特性を示す図。
【図５】水平偏波アンテナ１１の水平偏波成分の三次元放射指向性を示す図。
【図６】実施例１変形例１の水平偏波アンテナの構成例を示す図。
【図７】水平偏波アンテナ１２の反射減衰量の周波数特性を示す図。
【図８】１．９５ＧＨｚ帯及び２．１４ＧＨｚ帯におけるアンテナ部５２に流れる電流分布を示す図。
【図９】垂直偏波アンテナの構成例を示す図。
【図１０】垂直偏波アンテナ２０の反射減衰量の周波数特性を示す図。
【図１１】偏波共用アンテナの構成を示す図。
【図１２】別の偏波共用アンテナの構成を示す図。
【図１３】さらに別の偏波共用アンテナの構成を示す図。
【図１４】試作した偏波共用アンテナ３２のアンテナ部５２の構成を示す図。
【図１５】試作した偏波共用アンテナ３２の垂直偏波アンテナ部分の構成を示す図。
【図１６】偏波共用アンテナ３２の周波数特性を示す図。
【図１７】偏波共用アンテナ３２の水平偏波アンテナの放射指向性を示す図。
【図１８】偏波共用アンテナ３２の垂直偏波アンテナの放射指向性を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。なお、同じ機能を有する構成部には同じ番号を付し、重複説明を省略する。
【実施例１】
【００１３】
＜無給電素子のない水平偏波アンテナ＞
図１に無給電素子のない水平偏波アンテナの構成例を示す。図１（Ａ）は水平偏波アンテナ１０の平面図（天井に設置した場合には下から見上げた図）、図１（Ｂ）はアンテナ部５０の平面図（反射板９００の反対側から見た図）、図１（Ｃ）はアンテナ部５０の底面図（反射板９００側から見た図）である。
【００１４】
水平偏波アンテナ１０は、導電性の反射板９００、アンテナ部５０で構成されている。アンテナ部５０は、誘電体基板３００、給電点１７０、励振部１００、給電部２７０、地導体２９０を備える。反射板９００は、製造のしやすさを考慮すれば、平板で作成すればよい。誘電体基板３００は、反射板９００と所定の間隔（例えば、中心周波数の０．２５波長程度の長さ）で平行に配置される。給電点１７０は、誘電体基板３００の一方の面上（図１では反射板９００の反対側の面上）に配置される。励振部１００は、誘電体基板３００の前記一方の面上（反射板９００の反対側の面上）にマイクロストリップ線路によって形成される。給電部２７０は、誘電体基板３００の他方の面上（図１では反射板９００側の面上）であって、給電点１７０と対応する位置に形成される。つまり、給電点１７０と給電部２７０は、誘電体基板３００を挟んで対向するように配置される。地導体２９０は、誘電体基板３００の前記他方の面上（反射板９００側の面上）に、給電部２７０と接続された状態で配置される。
【００１５】
そして、地導体２９０には、Ｖ字型またはＵ字型のノッチ２８０が３つ形成される。各ノッチ２８０は、地導体２９０の一部を切り欠くことにより形成される。各ノッチ２８０はＶ字またはＵ字の幅狭な部分が給電部２７０側に配置されるように、給電部２７０を中心として放射状に形成される。図１に示したノッチ２８０の給電部２７０に近い部分は、給電部２７０から離れるにしたがって間隔が徐々に広がっている。また、ノッチ２８０の給電部２７０から離れた部分は間隔が一定である。「Ｖ字型またはＵ字型」とは、このような、Ｖ型とＵ型が組み合わさった形状も含む意味である。「放射状」とは、各ノッチ２８０がほぼ等間隔に配置されていることを含む意味であり、図１の場合であれば、各ノッチ２８０が１２０度間隔に配置されている。なお、ノッチ２８０は３つに限定する必要はなく４つ以上でもかまわない。後述するが、ノッチ２８０が３つあれば、十分な水平方向の無指向性が得られる。しかし、より精度の高い無指向性を求める場合にはノッチ２８０の数を増やしてもよい。
【００１６】
励振部１００は、励振線路１１０と給電線路１２０とで構成され、誘電体基板３００の一方の面上（反射板９００の反対側の面上）にノッチ２８０ごとに形成される。励振線路１１０は、ノッチ２８０と対応する位置にノッチ２８０を横切るように形成される。つまり、励振線路１１０は、誘電体基板３００の面に平行で給電点１７０から離れる方向に対して垂直となるように、形成される。給電線路１２０は、地導体２９０と対応する位置において、給電点１７０と励振線路１１０とを接続するように形成される。言い換えると、ノッチ２８０と対応する位置に形成されたマイクロストリップ線路が励振線路１１０であり、地導体２９０と対応する位置に形成されたマイクロストリップ線路が給電線路１２０である。図１に示した給電線路１２０は、くの字型であるが、地導体２９０と対応する位置に形成されていれば、円弧状などの他の形状でもかまわない。
【００１７】
また、水平偏波アンテナ１０に外部から接続するケーブルは、接地用の心線を給電部２７０に接続し、給電用（信号用）の心線を給電点１７０に接続すればよい。例えば、同軸ケーブルを接続する場合であれば、内導体を給電点１７０に接続し、外導体を給電部２７０に接続すればよい。
【００１８】
図２は、図１に示した水平偏波アンテナ１０の放射指向性パターンを示す図である。図２（Ａ）は座標の取り方を示す図であり、図２（Ｂ）は水平面と垂直面のθ方向（垂直偏波成分）の電界Ｅθとφ方向（水平偏波成分）の電界Ｅφを示す図である。水平偏波アンテナ１０は、ノッチ２８０の開口と平行した電波が放出される。したがって、反射板９００を天井（大地と平行）に設置した場合、大地と平行な電波が放射され、水平偏波アンテナとして動作する。図２から、水平面において、水平偏波成分が全方位にほぼ同一強度の電波を放射していることが分かる。また、垂直面でも、水平偏波成分が主偏波成分となっており、８の字の指向性を持つことが分かる。したがって、水平偏波アンテナ１０を天井に取り付けた時、十分な放射指向性（無指向性）を得ることができる。
【００１９】
次に、水平偏波アンテナ１０の低姿勢化について検討する。水平偏波アンテナ１０を天井に設置した場合に、天井から出っ張る長さは、誘電体基板３００と反射板９００との間隔で決まる。誘電体基板３００と反射板９００との間隔は、電波の特性のみを考慮すれば０．２５波長程度にすればよい。水平偏波アンテナと反射板の間隔を狭くすると、アンテナの動作帯域が狭くなるという課題がある。つまり、低姿勢化を行うと帯域幅が狭くなってしまい、必要な帯域は場を確保できなくなる。以下では、低姿勢化に伴う狭帯域化の課題を解決した水平偏波アンテナについて説明する。
【００２０】
＜無給電素子を配置した水平偏波アンテナ（実施例１の水平偏波アンテナ）＞
図３に実施例１の水平偏波アンテナの構成例を示す。図３（Ａ）は水平偏波アンテナ１１の平面図（天井に設置した場合には下から見上げた図）、図３（Ｂ）はアンテナ部５１の平面図（反射板９００の反対側から見た図）、図３（Ｃ）はアンテナ部５１の底面図（反射板９００側から見た図）である。
【００２１】
水平偏波アンテナ１１は、導電性の反射板９００、アンテナ部５１で構成されている。アンテナ部５１は、誘電体基板３０１、給電点１７０、励振部１００、給電部２７０、地導体２９０、無給電素子１３０を備える。誘電体基板３０１は、反射板９００と所定の間隔（例えば、中心周波数の０．０８〜０．２５波長の長さ）で平行に配置される。給電点１７０、励振部１００、給電部２７０、地導体２９０は、水平偏波アンテナ１０と同じである。無給電素子１３０は、誘電体基板３０１の励振部１００と同じ面上（反射板９００の反対側の面上）に形成されたマイクロストリップ線路である。無給電素子１３０は、励振部１００ごとに、励振線路１１０の給電点１７０と反対側に、励振線路１１０に平行に配置される。無給電素子１３０の長さは、共振したい周波数にあわせて設計すればよく、幅は実現したい帯域幅にあわせて設計すればよい。そして、無給電素子１３０の共振周波数を、無給電素子１３０がない状態（水平偏波アンテナ１０）の共振周波数に近接した異なる周波数に設定すれば、水平偏波アンテナ１０の帯域幅を広げることができる。したがって、低姿勢化に伴う狭帯域化の課題を解決できる。なお、水平偏波アンテナ１１も、ノッチ２８０の開口と平行した電波が放出される。よって、反射板９００を天井（大地と平行）に設置した場合、大地と平行な電波が放射され、水平偏波アンテナとして動作する。
【００２２】
図４に、水平偏波アンテナ１０と水平偏波アンテナ１１の反射減衰量の周波数特性を示す。縦軸は反射減衰量、横軸は周波数を示している。点線が水平偏波アンテナ１０の特性であり、実線が水平偏波アンテナ１１の特性である。例えば、反射減衰量が−１０ｄＢのときの帯域幅は、水平偏波アンテナ１１は水平偏波アンテナ１０の２倍程度の広さを有していることがわかる。
【００２３】
図５は、水平偏波アンテナ１１の水平偏波成分の三次元放射指向性を示す。図示の都合で左半分の表示が省略されているが、表示されている部分と対称である。この図から、水平偏波アンテナ１１の水平偏波成分は水平方向の全方位においてほぼ均一で、垂直方向に８の字の指向性の電波を放射することが分かる。これは、水平偏波アンテナ１０の特性（図２参照）と同様である。
【００２４】
したがって、水平偏波アンテナ１１によれば、水平方向に無指向性であり、低姿勢化され、必要な周波数帯域を確保した水平偏波用のアンテナを実現できる。
【００２５】
［変形例１］
図６に実施例１における変形例１の水平偏波アンテナの構成例を示す。図６（Ａ）は水平偏波アンテナ１２の平面図（天井に設置した場合には下から見上げた図）、図６（Ｂ）はアンテナ部５２の平面図（反射板９００の反対側から見た図）、図６（Ｃ）はアンテナ部５２の底面図（反射板９００側から見た図）である。
【００２６】
水平偏波アンテナ１２は、導電性の反射板９００、アンテナ部５２で構成されている。アンテナ部５２は、誘電体基板３０１、給電点１７０、励振部１００、給電部２７０、地導体２９０、無給電素子１３０、無給電素子２３０を備える。誘電体基板３０１、給電点１７０、励振部１００、給電部２７０、地導体２９０、無給電素子１３０は、水平偏波アンテナ１１と同じである。無給電素子２３０は、誘電体基板３０１の他方の面、すなわち地導体２９０と同じ面上（反射板９００側の面上）に形成されたマイクロストリップ線路である。無給電素子２３０は、ノッチ２８０ごとに、ノッチ２８０の給電部２７０と反対側において、ノッチ２８０の幅広な部分に平行に配置される。無給電素子２３０の長さは、共振したい周波数にあわせて設計すればよく、幅は実現したい帯域幅にあわせて設計すればよい。なお、図６に示した水平偏波アンテナ１２では、無給電素子２３０の長さを誘電体基板３０１の一辺の長さよりも長くするために、無給電素子の両端部を内側に折り曲げている。なお、水平偏波アンテナ１２も、ノッチ２８０の開口と平行した電波が放出される。したがって、反射板９００を天井（大地と平行）に設置した場合、大地と平行な電波が放射され、水平偏波アンテナとして動作する。
【００２７】
図７に、水平偏波アンテナ１２の反射減衰量の周波数特性を示す。無給電素子１３０と無給電素子２３０をそれぞれ付けた結果、アンテナが２つの異なる周波数帯（１．９５ＧＨｚ，２．１４ＧＨｚ）を中心に共振していることが分かる。２共振の理由は無給電素子１３０と無給電素子２３０の長さが異なるためである。１．９５ＧＨｚ帯（低い周波数帯）の共振は主に無給電素子２３０によるもので、無給電素子１３０が２．１４ＧＨｚ帯の共振に影響を与える。無給電素子１３０と無給電素子２３０の長さを適切に調整すれば、２つの共振を近づけさせて、１つ広帯域の共振を作ることもできる。このように、水平偏波アンテナ１２によれば、移動通信に使われる上下それぞれの周波数帯に適した無給電素子を配置でき、２つの周波数帯または１つの周波数帯で必要な帯域幅を確保できる。なお、無給電素子１３０を設けず、無給電素子２３０のみを備えても、水平偏波アンテナ１１と同様の効果が得られる。いずれか一方の面に無給電素子を配置するのか、両面に無給電素子を配置するのかは、求められる通信周波数の数（１つか２つか）や求められる帯域幅に応じて適宜設計すればよい。
【００２８】
図８に、１．９５ＧＨｚ帯及び２．１４ＧＨｚ帯におけるアンテナ部５２に流れる電流分布を示す。図８（Ａ）は１．９５ＧＨｚ帯の電流分布であり、図８（Ｂ）は２．１４ＧＨｚ帯の電流分布である。この図から、１．９５ＧＨｚ帯では無給電素子２３０が、２．１４ＧＨｚ帯では無給電素子１３０に電流が強くのっていることが分かる。無給電素子１３０と無給電素子２３０を使うことで、水平偏波アンテナ１２の２共振もしくは広帯域化の設計ができることが分かる。
【００２９】
したがって、水平偏波アンテナ１２によれば、水平方向に無指向性であり、低姿勢化され、必要な周波数帯域を確保した水平偏波用のアンテナを実現できる。
【実施例２】
【００３０】
実施例１では、水平方向に無指向性で低姿勢化が可能な水平偏波アンテナについて説明した。本実施例では、実施例１で説明した水平偏波アンテナに垂直偏波アンテナを組み合わせた偏波共用アンテナについて説明する。
【００３１】
＜垂直偏波アンテナ＞
まず、組み合わせる垂直偏波アンテナについて説明する。図９に垂直偏波アンテナの構成例を示す。図９（Ａ）は垂直偏波アンテナの平面図、図９（Ｂ）は正面図である。垂直偏波アンテナ２０は、導電性の反射板９００、導体板４００、給電点４７０、複数のショートピン５００を備える。導体板４００は、反射板９００に平行に配置される。なお、導体板４００と反射板９００は、製造のしやすさを考慮すれば、平板で作成すればよい。また、導体板４００と反射板９００とが平行でない場合、導体板４００と反射板９００との間隔が狭い部分と広い部分が生じる。このような間隔の違いが生じると、放射特性及び入力特性に歪が生じてしまう。したがって、導体板４００と反射板９００は、放射特性及び入力特性の歪が求められる歪み以下となるような平行度で配置される。給電点４７０は、導体板４００に形成され、反射板９００が地導体の役割を果たす。図９では、３つのショートピン５００が備えられており、各ショートピン５００は給電点４７０から等しい距離に形成され、導体板４００と反射板９００とを接続（短絡）する。ショートピン５００の数および距離は、垂直偏波アンテナ２０の水平面内指向性の真円度（一様な指向性の度合い）に影響する。ショートピン５００の数および距離は、求められる水平面内指向性の真円度に応じて適宜設計すればよい。
【００３２】
垂直偏波アンテナ２０では、給電点４７０と反射板９００との間に流れる電流と、ショートピン５００上の電流が主に電波の放射に寄与する。したがって、反射板９００を天井（大地と平行）に設置した場合、大地と直交する電波が放射され、垂直偏波アンテナとして動作する。垂直偏波アンテナ２０と水平偏波アンテナ１０〜１２とを重ねるように組み合わせるためには、水平偏波アンテナ１０〜１２のアンテナ部５０〜５２に接続する給電用のケーブルが配線できなければならない。そのために、垂直偏波アンテナ２０は、導体板４００の給電点４７０の近傍に穴４５０を備えてもよい。
【００３３】
図１０に、垂直偏波アンテナ２０の反射減衰量の周波数特性を示す。縦軸は反射減衰量、横軸は周波数を示している。また、点線は穴４５０がない場合、実線は穴４５０がある場合の反射減衰量である。この図から、穴４５０を設けたとしても、反射減衰量には大きな変化はないことが分かる。
【００３４】
＜水平偏波アンテナと垂直偏波アンテナの組み合わせ方１＞
図１１に偏波共用アンテナの構成を示す。図１１（Ａ）は偏波共用アンテナ４０の平面図、図１１（Ｂ）は偏波共用アンテナ４０の正面図である。偏波共用アンテナ４０は、導電性の反射板９００、アンテナ部５１、導体板４００、給電点４７０、複数のショートピン５００を備える。偏波共用アンテナ４０は、反射板９００を共用して水平偏波アンテナと垂直偏波アンテナとを並べた構成である。アンテナ部５１は実施例１と同じである。また、アンテナ部５１を、アンテナ部５２に変更してもよい。また、無給電素子は、ノッチ２８０側の面にのみ形成してもよい。
【００３５】
偏波共用アンテナ４０によれば、水平方向に無指向性であり、低姿勢化された水平偏波アンテナと垂直偏波アンテナとを１つにまとめることができる。
【００３６】
＜水平偏波アンテナと垂直偏波アンテナの組み合わせ方２＞
上述の組み合わせ方１は、反射板９００を共用して水平偏波アンテナと垂直偏波アンテナとを並べた構成なので、低姿勢化は実現できるが、面的には広がってしまう。面的に広がらない方法を次に示す。図１２に別の偏波共用アンテナの構成を示す。図１２（Ａ）は偏波共用アンテナ３１の平面図、図１２（Ｂ）は偏波共用アンテナ３１の斜視図である。
【００３７】
偏波共用アンテナ３１は、導電性の反射板９００、アンテナ部５１、導体板４００、給電点４７０、複数のショートピン５００を備える。導体板４００は、反射板９００と誘電体基板３０１との間に、反射板９００に平行に配置される。給電点４７０は、導体板４００に形成される。複数のショートピン５００（図では３つのショートピン５００）は、それぞれ給電点４７０から等しい距離に形成され、導体板４００と反射板９００とを接続（短絡）する。なお、上述のとおり、給電点１７０、給電部２７０に接続するケーブルを通すための穴４５０を導体板４００に設ければ、ケーブルの配線が容易である。なお、アンテナ部５１は、アンテナ部５２に変更してもよい。
【００３８】
図１３には、アンテナ部５１をアンテナ部５２に変えた場合の偏波共用アンテナの構成を示す平面図である。偏波共用アンテナ３２は、導電性の反射板９００、アンテナ部５２、導体板４００、給電点４７０、複数のショートピン５００を備える。偏波共用アンテナ３２は、アンテナ部を変更したこと以外は、偏波共用アンテナ３１と同じである。
【００３９】
図１４と図１５に、試作した２ＧＨｚ近傍の周波数帯で動作する偏波共用アンテナ３２の構成を示す。図１４は、試作した偏波共用アンテナ３２のアンテナ部５２の構成を示す図である。図１４（Ａ）は励振部１００、地導体２９０、ノッチ２８０の形状を示す図、図１４（Ｂ）はアンテナ部５２全体の形状を示す図、図１４（Ｃ）は各パラメータの値を示す表である。なお、誘電体基板の比誘電率は２．６である。図１５は、試作した偏波共用アンテナ３２の垂直偏波アンテナ部分の構成を示す図である。図１５（Ａ）は平面図、図１５（Ｂ）は正面図、図１５（Ｃ）は各パラメータの値を示す表である。
【００４０】
２ＧＨｚでは、１２ｍｍが０．０８波長に相当する。試作した偏波共用アンテナ３２は、誘電体基板３００の反射板９００からの距離ＮＴを１２ｍｍとしているので、０．０８波長である。また、反射板９００は１２０ｍｍ×１２０ｍｍである。したがって、偏波共用アンテナ３２は、０．８波長×０．８波長×０．０８波長の大きさである。
【００４１】
図１６に、偏波共用アンテナ３２の周波数特性を示す。縦軸は特性値、横軸は周波数を示している。Ｓ１１＿Ｃａｌ．は垂直偏波アンテナ（反射板９００、導体板４００、給電点４７０、複数のショートピン５００で構成されるアンテナ）の計算値での反射減衰量の周波数特性、Ｓ１１＿Ｍｅａ．は垂直偏波アンテナの実測値での反射減衰量の周波数特性、Ｓ２２＿Ｃａｌ．は水平偏波アンテナ（反射板９００、アンテナ部５２で構成されるアンテナ）の計算値での反射減衰量の周波数特性、Ｓ２２＿Ｍｅａ．は水平偏波アンテナの実測値での反射減衰量の周波数特性、Ｓ２１＿Ｃａｌ．は垂直偏波アンテナと水平偏波アンテナ間の計算値での相互結合特性、Ｓ２１＿Ｍｅａ．は垂直偏波アンテナと水平偏波アンテナ間の実測値での相互結合特性を示している。試作品での実測値と計算値とがほぼ一致することが分かる。また、垂直偏波アンテナと水平偏波アンテナ間の相互結合特性は、いずれの周波数でも−１５ｄＢ以下に抑えられており、組み合わせ方２のように重ねて配置しても、垂直偏波アンテナと水平偏波アンテナのそれぞれの性能を十分に得られることが分かる。
【００４２】
図１７は、偏波共用アンテナ３２の水平偏波アンテナの放射指向性を示す図である。図１７（Ａ）は座標の取り方を示す図、図１７（Ｂ）は１．９５ＧＨｚでの放射指向性を示す図、図１７（Ｃ）は２．１４ＧＨｚでの放射指向性を示す図である。図１８は、偏波共用アンテナ３２の垂直偏波アンテナの放射指向性を示す図である。図１８（Ａ）は座標の取り方を示す図、図１８（Ｂ）は２ＧＨｚでの放射指向性を示す図である。電界Ｅθはθ方向（天井に偏波共用アンテナ３２を設置した場合の垂直偏波成分）の電界強度を、電界Ｅφはφ方向（天井に偏波共用アンテナ３２を設置した場合の水平偏波成分）の電界強度を示している。これらの図から、ｘｙ−ｐｌａｎｅ（天井に偏波共用アンテナ３２を設置した場合の水平方向）の放射指向性が、ほぼ無指向性であることが分かる。したがって、組み合わせ方２のように重ねて配置しても、水平方向に無指向性にできる。
【００４３】
このように、本発明の偏波共用アンテナによれば、水平方向に無指向性であり、低姿勢化され、必要な周波数帯域を確保した水平偏波用のアンテナと同等の大きさで、垂直偏波のアンテナも一体化できる。
【００４４】
さらに、偏波共用アンテナ３２を２つ配置することで、４ブランチのＭＩＭＯアンテナとして使用でき、４×４ＭＩＭＯアンテナが実現できる。
【符号の説明】
【００４５】
１０、１１、１２ 水平偏波アンテナ ２０ 垂直偏波アンテナ
３０、３２、４０ 偏波共用アンテナ ５０、５１、５２ アンテナ部
１００ 励振部 １１０ 励振線路
１２０ 給電線路 １３０、２３０ 無給電素子
１７０、４７０ 給電点 ２７０ 給電部
２８０ ノッチ ２９０ 地導体
３００、３０１ 誘電体基板 ４００ 導体板
４５０ 穴 ５００ ショートピン
９００ 反射板
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性の反射板と、
前記反射板と所定の間隔で平行に配置された誘電体基板と、
前記誘電体基板の一方の面上に配置された給電点と、
前記誘電体基板の前記一方の面上にマイクロストリップ線路によって形成された励振部と、
前記誘電体基板の前記一方の面上に形成された無給電素子と、
前記誘電体基板の他方の面上であって、前記給電点と対応する位置に形成された給電部と、
前記誘電体基板の前記他方の面上に、前記給電部と接続された状態で配置された地導体と、
を備え、
前記地導体を切り欠くことでＶ字型またはＵ字型のノッチが３つ以上形成され、かつ、前記の各ノッチはＶ字またはＵ字の幅狭な部分が前記給電部側に配置されるように、前記給電部を中心として放射状に形成されており、
前記励振部は、前記ノッチごとに形成され、前記ノッチと対応する位置に前記ノッチを横切るように形成された励振線路と、前記地導体と対応する位置に前記給電点と前記励振線路とを接続するように形成された給電線路とで構成されており、
前記無給電素子は、前記励振部ごとに、前記励振線路の前記給電点と反対側に、前記励振線路に平行に配置されている
ことを特徴とするアンテナ。
【請求項２】
導電性の反射板と、
前記反射板と所定の間隔で平行に配置された誘電体基板と、
前記誘電体基板の一方の面上に配置された給電点と、
前記誘電体基板の前記一方の面上にマイクロストリップ線路によって形成された励振部と、
前記誘電体基板の他方の面上であって、前記給電点と対応する位置に形成された給電部と、
前記誘電体基板の前記他方の面上に、前記給電部と接続された状態で配置された地導体と、
前記誘電体基板の前記他方の面上に形成された無給電素子と、
を備え、
前記地導体を切り欠くことでＶ字型またはＵ字型のノッチが３つ以上形成され、かつ、前記の各ノッチはＶ字またはＵ字の幅狭な部分が前記給電部側に配置されるように、前記給電部を中心として放射状に形成されており、
前記励振部は、前記ノッチごとに形成され、前記ノッチと対応する位置に前記ノッチを横切るように形成された励振線路と、前記地導体と対応する位置に前記給電点と前記励振線路とを接続するように形成された給電線路とで構成されており、
前記無給電素子は、前記ノッチごとに、前記ノッチの前記給電部と反対側に、前記ノッチの幅広な部分に平行に配置されている
ことを特徴とするアンテナ。
【請求項３】
請求項１記載のアンテナであって、
前記ノッチごとに、前記誘電体基板の前記他方の面上であって前記ノッチの前記給電部と反対側に、前記ノッチの幅広な部分に平行に配置された第２の無給電素子を、更に
備えることを特徴とするアンテナ。
【請求項４】
請求項１から３のいずれかに記載のアンテナであって、
前記反射板に平行に配置された導体板と、
前記導体板に形成された第２の給電点と、
前記第２の給電点から等しい距離に形成され、前記導体板と前記反射板とを接続する複数のショートピンを、更に
備えることを特徴とするアンテナ。
【請求項５】
請求項１から３のいずれかに記載のアンテナであって、
前記反射板と前記誘電体基板との間に、前記反射板に平行に配置された導体板と、
前記導体板に形成された第２の給電点と、
前記第２の給電点から等しい距離に形成され、前記導体板と前記反射板とを接続する複数のショートピンと、
備えることを特徴とするアンテナ。
【請求項１】
導電性の反射板と、
前記反射板と所定の間隔で平行に配置された誘電体基板と、
前記誘電体基板の一方の面上に配置された給電点と、
前記誘電体基板の前記一方の面上にマイクロストリップ線路によって形成された励振部と、
前記誘電体基板の前記一方の面上に形成された無給電素子と、
前記誘電体基板の他方の面上であって、前記給電点と対応する位置に形成された給電部と、
前記誘電体基板の前記他方の面上に、前記給電部と接続された状態で配置された地導体と、
を備え、
前記地導体を切り欠くことでＶ字型またはＵ字型のノッチが３つ以上形成され、かつ、前記の各ノッチはＶ字またはＵ字の幅狭な部分が前記給電部側に配置されるように、前記給電部を中心として放射状に形成されており、
前記励振部は、前記ノッチごとに形成され、前記ノッチと対応する位置に前記ノッチを横切るように形成された励振線路と、前記地導体と対応する位置に前記給電点と前記励振線路とを接続するように形成された給電線路とで構成されており、
前記無給電素子は、前記励振部ごとに、前記励振線路の前記給電点と反対側に、前記励振線路に平行に配置されている
ことを特徴とするアンテナ。
【請求項２】
導電性の反射板と、
前記反射板と所定の間隔で平行に配置された誘電体基板と、
前記誘電体基板の一方の面上に配置された給電点と、
前記誘電体基板の前記一方の面上にマイクロストリップ線路によって形成された励振部と、
前記誘電体基板の他方の面上であって、前記給電点と対応する位置に形成された給電部と、
前記誘電体基板の前記他方の面上に、前記給電部と接続された状態で配置された地導体と、
前記誘電体基板の前記他方の面上に形成された無給電素子と、
を備え、
前記地導体を切り欠くことでＶ字型またはＵ字型のノッチが３つ以上形成され、かつ、前記の各ノッチはＶ字またはＵ字の幅狭な部分が前記給電部側に配置されるように、前記給電部を中心として放射状に形成されており、
前記励振部は、前記ノッチごとに形成され、前記ノッチと対応する位置に前記ノッチを横切るように形成された励振線路と、前記地導体と対応する位置に前記給電点と前記励振線路とを接続するように形成された給電線路とで構成されており、
前記無給電素子は、前記ノッチごとに、前記ノッチの前記給電部と反対側に、前記ノッチの幅広な部分に平行に配置されている
ことを特徴とするアンテナ。
【請求項３】
請求項１記載のアンテナであって、
前記ノッチごとに、前記誘電体基板の前記他方の面上であって前記ノッチの前記給電部と反対側に、前記ノッチの幅広な部分に平行に配置された第２の無給電素子を、更に
備えることを特徴とするアンテナ。
【請求項４】
請求項１から３のいずれかに記載のアンテナであって、
前記反射板に平行に配置された導体板と、
前記導体板に形成された第２の給電点と、
前記第２の給電点から等しい距離に形成され、前記導体板と前記反射板とを接続する複数のショートピンを、更に
備えることを特徴とするアンテナ。
【請求項５】
請求項１から３のいずれかに記載のアンテナであって、
前記反射板と前記誘電体基板との間に、前記反射板に平行に配置された導体板と、
前記導体板に形成された第２の給電点と、
前記第２の給電点から等しい距離に形成され、前記導体板と前記反射板とを接続する複数のショートピンと、
備えることを特徴とするアンテナ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図６】
【図７】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図５】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図６】
【図７】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図５】
【図８】
【公開番号】特開２０１３−４６３３１（Ｐ２０１３−４６３３１Ａ）
【公開日】平成２５年３月４日（２０１３．３．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１８４３８８（Ｐ２０１１−１８４３８８）
【出願日】平成２３年８月２６日（２０１１．８．２６）
【出願人】（３９２０２６６９３）株式会社エヌ・ティ・ティ・ドコモ (5,876)
【出願人】（５０４１８２２５５）国立大学法人横浜国立大学 (429)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月４日（２０１３．３．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月２６日（２０１１．８．２６）
【出願人】（３９２０２６６９３）株式会社エヌ・ティ・ティ・ドコモ (5,876)
【出願人】（５０４１８２２５５）国立大学法人横浜国立大学 (429)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]