多周波共用アンテナ装置
【課題】多周波共用アンテナにおいて、特に高周波帯域にて広帯域に動作するアンテナが求められている。
【解決手段】本発明に係る多周波共用アンテナ装置は、低周波帯域にて共振する板状の第1のモノポールアンテナ部と、前記第1のモノポールアンテナの長手方向軸線に沿って該軸線に対して線対称に配置されると共に、高周波帯域にて動作する複数のスロットを備え、該スロットを除く外周縁が略円形状を有する板状の第2のモノポールアンテナ部とを組み合わせてなるアンテナ素子部を備える。
【解決手段】本発明に係る多周波共用アンテナ装置は、低周波帯域にて共振する板状の第1のモノポールアンテナ部と、前記第1のモノポールアンテナの長手方向軸線に沿って該軸線に対して線対称に配置されると共に、高周波帯域にて動作する複数のスロットを備え、該スロットを除く外周縁が略円形状を有する板状の第2のモノポールアンテナ部とを組み合わせてなるアンテナ素子部を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、多周波共用アンテナ装置に関し、例えば、移動体通信用の屋内中継装置として作動する多周波共用アンテナ装置に関する。
【背景技術】
【0002】
これまでに、様々な通信分野にて多周波共用を実現するモノポールアンテナが提案されている。一例として、第1のモノポールアンテナと、これに並列的に接続される第2のモノポールアンテナとを備え、複数の波長について作動する平板アンテナ素子が知られている(例えば、特許文献1及び2参照)。特許文献1のアンテナ素子は、線状に延びる第1のモノポールアンテナと、線状に延び第1のモノポールアンテナより短い第2のモノポールアンテナとをU字形状の連結部によって連結した構造を有している。特許文献2のアンテナ素子は基板上に形成され、線状に延びる第1のモノポールアンテナと、この第1のモノポールアンテナを挟んで互いに平行に延びると共に第1のモノポールアンテナよりも長い2つの第2のモノポールアンテナを備えている。上記従来技術に示されるような板状のアンテナ素子は、線状導体又は一枚の平面導体によって形成可能であるため、製造および組立に関するコストの低減を実現することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開平6−209205号公報
【特許文献2】特開2008−306436号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
上記のような板状のアンテナ素子を用いた多周波共用アンテナ装置について、その構造の一例を図10に示す。図10に示す多周波共用アンテナ装置100は、1つの低周波用モノポールアンテナ部101と2つの高周波用モノポールアンテナ部102a,102bとを備える。低周波用モノポールアンテナ部101と高周波用モノポールアンテナ部102a,102bは同一平面上において線状に延び、その下端は連結部103によって連結されている。高周波用モノポールアンテナ部102a,102bは、低周波用モノポールアンテナ部101の長手方向軸線に沿って延び、該軸線に対して線対称に配置されている。接地板104と連結部103との間には給電点105が設けられている。
【0005】
正規化周波数をf0(波長:λ0)、低周波帯域の設計周波数をfL(波長:λL)、高周波帯域の設計周波数をfH(波長:λH)、とすると、低周波用モノポールアンテナ部101は周波数fLで動作し、高周波用モノポールアンテナ部102a,102bは周波数fHで動作する。多周波共用アンテナ装置100では、低周波用モノポールアンテナ部101の素子高hLと高周波用モノポールアンテナ部102a,102bの素子高hHを調整し、一例として、各アンテナ素子高をhL≒0.25λL、hH≒0.25λHとすることで各設計周波数にて良好な電気特性を得ることができる。
【0006】
図11に低周波用モノポールアンテナ部101の素子高hL≒0.25λLとし、高周波用モノポールアンテナ部102a,102bの素子高hHを変化させた場合のV.S.W.R.(電圧定在波比)の周波数特性を示す。以下、周波数fL≒0.6f0とする。図11に示すように、高周波用モノポールアンテナ部102a,102bの素子高hHの変化が低周波帯域に与える影響は少ない。一方、高周波帯域は素子高hHの変化にともない共振周波数が変化し、周波数hH≒0.275λ0(fH≒1.1f0)の場合、すなわち、hH≒0.25λHでV.S.W.R.が2以下となる比帯域は約10%となる。このように、多周波共用アンテナ100では、高周波用モノポールアンテナ部102a,102bの素子高を調整することによって、V.S.W.R.が2以下となる場合の比帯域を高周波帯域において約10%まで高めることができる。
【0007】
しかしながら、最新の移動体通信規格であるLTE(Long Term Evolution)では、高周波帯域にて、V.S.W.R.が2以下となる比帯域が約40%を満たすアンテナが必要である。従来の板状のアンテナ素子を用いた多周波共用アンテナにおいて、アンテナ素子の素子高を調整したとしても、高周波帯域にて約40%の上記比帯域を得ることは困難である。このように、多周波共用アンテナ装置において、特に高周波帯域にて広帯域に動作するアンテナ装置が求められている。
【課題を解決するための手段】
【0008】
上記課題を解決するために、本発明に係る多周波共用アンテナ装置は、低周波帯域にて共振する板状の第1のモノポールアンテナ部と、前記第1のモノポールアンテナの長手方向軸線に沿って該軸線に対して線対称に配置されると共に、高周波帯域にて動作する複数のスロットを備え、該スロットを除く外周縁が略円形状を有する板状の第2のモノポールアンテナ部とを組み合わせてなるアンテナ素子部を備える。ここで略円形状とは、円弧の一部が欠けたC字形状を含む。
【0009】
一例として、前記第1のモノポールアンテナ部はT型モノポールアンテナ部である。前記第1のモノポールアンテナ部と前記第2のモノポールアンテナ部は1枚の導体板から同一平面上に形成され、前記第1のモノポールアンテナ部は前記第2のモノポールアンテナ部の前記外周縁から突出するように延び、該第1のモノポールアンテナ部の外縁の少なくとも一部は前記複数のスロットによって画定されるように構成しても良い。例えば、前記アンテナ素子部を誘電体基板にプリントすることによって形成しても良い。
【0010】
他の例として、本発明に係る多周波共用アンテナ装置は、前記アンテナ素子部を2個組み合わせて構成したアンテナ素子部を備え、前記2個のアンテナ素子部を、前記第1のモノポールアンテナ部の長手方向軸線を一致させて、互いに略直交するように配置している。例えば、本発明に係る多周波共用アンテナ装置に、無給電素子をさらに備えても良く、又は、前記アンテナ素子部の偏波に対して直交する偏波を放射する他のアンテナを備えることにより、本発明に係る多周波共用アンテナ装置を偏波共用アンテナとして作動するように構成しても良い。
【発明の効果】
【0011】
本発明に係る多周波共用アンテナ装置は、第1のモノポールアンテナの長手方向軸線に沿って該軸線に対して線対称に配置され、高周波帯域にて動作する複数のスロットを備え、該スロットを除く外周縁が略円形状を有する板状の第2のモノポールアンテナ部を備えている。この第2のモノポールアンテナ部において、複数のスロットは高周波帯域にて指向性を劣化させることなく広帯域に動作する。高周波帯域では、下限周波数以上の周波数においてV.S.W.R.を2以下とすることが可能であり、これにより、LTE(Long Term Evolution)において要求される約40%の上記比帯域以上の比帯域を達成し、高周波帯域において広帯域に動作するアンテナを実現している。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【図1】第1の実施形態に係る多周波共用アンテナ装置の斜視図である。
【図2】第1の実施形態に係るアンテナ素子部の側面図である。
【図3】第1の実施形態に係る多周波共用アンテナ装置において素子半径rVを変化させた場合の、電圧定在波比の周波数特性を示す波形図である。
【図4】第1の実施形態に係る多周波共用アンテナ装置の指向性図である。
【図5】第1の実施形態に係る多周波共用アンテナ装置の電磁界シミュレーション図である。
【図6】第2の実施形態に係る多周波共用アンテナ装置におけるアンテナ素子部の斜視図である。
【図7】第2の実施形態に係るアンテナ素子部の分解図である。
【図8】第1の実施形態に係る多周波共用アンテナ装置に無給電素子を配置した場合の斜視図である。
【図9】第1の実施形態に係る多周波共用アンテナ装置を偏波共用アンテナとして構成した場合の斜視図である。
【図10】線状且つ板状に形成されたアンテナ素子部を有する多周波共用アンテナ装置の一例を示す模式図である。
【図11】図10に示す多周波共用アンテナ装置において高周波用モノポールアンテナ部の素子高hHを変化させた場合の、電圧定在波比の周波数特性を示す波形図である。
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下、本発明の実施の形態を添付の図により説明する。図1に第1の実施形態に係る多周波共用アンテナ装置1の斜視図を模式的に示す。本実施形態に係る多周波共用アンテナ装置1は、アンテナ素子部2を接地板3上に配置し、アンテナ素子部2と接地板3との間に給電点4を設けた構造を有している。図2にアンテナ素子部2の側面図を示す。
【0014】
アンテナ素子部2は、板状のT型モノポールアンテナ部5と、このT型モノポールアンテナ部5と一体的に形成された板状の円形モノポールアンテナ部6とを備えている。T型モノポールアンテナ部5は第1の方向に延びる本体部5aと本体部5aの上端において第1の方向と直交する第2の方向に延びる端部5bとを有し、本体部5aと端部5bとによってT字型の形状を構成している。円形モノポールアンテナ部6は、T型モノポールアンテナ部5との間に2つのスロット7a,7bを有する。円形モノポールアンテナ部6において該スロット7a,7bの部分を除いた外周縁6aは、略円形状を有している。ここで略円形状とは、図2に示すように、円弧の一部が欠けたC字形状を含む。T型モノポールアンテナ部5の本体部5aは円形モノポールアンテナ部6の外周縁6aから突出して延びている。
【0015】
T型モノポールアンテナ部5の本体部5aと円形モノポールアンテナ部6は一体的に形成されていて、スロット7a,7bによってT型モノポールアンテナ部5の本体部5a外縁の少なくとも一部が画定される。スロット7a,7bは、T型モノポールアンテナ部5の長手方向軸線に沿って該軸線に対して線対称に配置されている。本実施形態において、スロット7a,7bは、T型モノポールアンテナ部5の長手方向軸線と並行に延びている。
T型モノポールアンテナ部5と円形モノポールアンテナ部6は同一平面上に板状に延びる形状を有していて、本実施形態においては、アンテナ素子部2を1枚の導体板から形成している。
【0016】
多周波共用アンテナ装置1では、T型モノポールアンテナ部5は低周波帯域で共振し、スロット7a,7bは高周波帯域で動作する。T型モノポールアンテナ部5において、端部5bの長さLと、アンテナ高hが(0.5L+h)≒0.28λLを満たすように、また、円形モノポールアンテナ部6の素子半径rVが、rV≒0.14λHを満たすように設定している。なお、素子半径rVは、外周縁6aによって画定される円形状の中心から外周縁6aまでの距離である。スロット7a,7bの長さは一例として、0.21λ0であり、幅は一例として、0.01λ0である。
【0017】
図3に素子半径rVを変化させた場合のV.S.W.R.の周波数特性を示す。rVの変化による低周波帯域への影響は少なく、rV=0.14λ0(fH≒f0)の場合でV.S.W.R.が2以下となる比帯域は約16%と算出される。一方、高周波帯域では設計周波数fHが下限周波数となり、2f0以上の範囲でV.S.W.R.2以下が得られる。例えば、rV=0.14λ0の場合ではf0を下限周波数として、試験周波数の上限である2f0にわたりV.S.W.R.2以下が得られる。比帯域で換算すれば約66%以上となり、LTEにて要求される高周波帯域の比帯域を十分に満足する。
【0018】
多周波共用アンテナ装置1の電界面指向性と磁界面指向性を図4に示す。図4(a)は電界面指向性図であり、図4(b)は磁界面指向性図である。図4に示すように、いずれの周波数においても、磁界面指向性(図4(b))は偏差3dB以下の無指向性となり、電界面指向性(図4(a))は8の字パターンとなる。したがって、多周波共用アンテナ装置1の指向性は、低周波帯域および高周波帯域において一般的なモノポールアンテナの指向性と遜色のない指向性を実現している。
【0019】
次に電磁界シミュレーションによる電流分布を図5に示す。図5(a)は周波数0.6f0、図5(b)は周波数f0、図5(c)は周波数1.4f0の場合のシミュレーション図である。図5に示すように、周波数0.6f0(図5(a))ではT型モノポールアンテナ部5に強く電流がのっているため、低周波帯域での動作は主にT型モノポールアンテナ部5の共振によることが分かる。一方、周波数f0(図5(b))においてT型モノポールアンテナ部5と円形モノポールアンテナ部6のスロット7a,7bから形成されるノッチに強く電流がのり、周波数1.4f0(図5(c))においては、T型モノポールアンテナ部5と円形モノポールアンテナ部6の双方に電流がのっている。したがって、高周波帯域では複数の共振によってアンテナ素子部2が広帯域に動作している。
なお、図4及び図5に示す指向性及び電磁界シミュレーションでは、多周波共用アンテナ装置1の素子半径rVをrV=0.14λ0(fH≒f0)と設定している。
【0020】
このように、多周波共用アンテナ装置1では、T型モノポールアンテナ部5の端部5bの長さLと、アンテナ素子部2の高さhと、円形モノポールアンテナ部6の素子半径rVとを適切に設定することにより、指向性を劣化させることなく、低周波帯域(中心周波数:fL)および高周波帯域(下限周波数:fH)において良好なV.S.W.R.が得られる。特に高周波帯域では、下限周波数fH以上の周波数においてV.S.W.R.が2以下となり、従来技術では得られない広帯域なアンテナ特性を獲得することができる。
さらに、第1の実施形態では、アンテナ素子部2を1枚の導体板から形成しているため、製造および組立に関するコストを低減できる。
【0021】
[第2の実施形態]
第2の実施形態に係る多周波共用アンテナ装置のアンテナ素子部12について、その斜視図を図6に示す。アンテナ素子部12は、上記第1の実施形態において述べた多周波共用アンテナ装置1のアンテナ素子部2を2個組み合わせたものである。2個のアンテナ素子部2を、第1のモノポールアンテナ部5の長手方向軸線を一致させ、互いに略直交するように交差させて組み合わせることにより、アンテナ素子部12を構成している。
図7に、アンテナ素子部12を形成するために用いるアンテナ素子部2の一例を示す。各アンテナ素子部2において図示のような切り込み13を形成しておくことによって簡易にアンテナ素子部2を組み合わせることができる。組み合わせた後、切り込み13の周囲を導電性材料で接着しても良い。
アンテナ素子部12では、アンテナ素子部2を互いに略直交するように配置しているため、第1の実施形態において述べた利点に加えて、磁界面指向性の偏差が改善されるというさらなる利点も有している。
【0022】
[他の実施形態]
以上、本発明の実施形態について述べたが、本発明は既述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいて各種の変形及び変更が可能である。例えば、図8に示すように、第1の実施形態に係る多周波共用アンテナ装置1において、アンテナ素子部2の周囲に接地板3に対して基部が短絡または開放された無給電素子15を配置しても良い。アンテナ素子部2の周囲に無給電素子15を配置することにより、主に高周波帯域での磁界面指向性の偏差が改善する。
【0023】
また、図9に示すように、第1の実施形態に係る多周波共用アンテナ装置1において、アンテナ素子部2の直近に、アンテナ素子部2の偏波と直交する偏波を放射する他のアンテナ16を配置し、多周波共用アンテナ装置1を偏波共用としても良い。偏波共用構成にすることで、LTEの主要技術であるMIMO(2ブランチ)に対応が可能となる。図9に示す実施形態では、4素子のダイポールアンテナ16を使用している。各ダイポールアンテナ16は、円弧状に形成され、アンテナ素子部2のT型モノポールアンテナ部5の長手方向軸線を中心とする同一円周上に均等な角度間隔で位置している。なお、他のアンテナ16は、4素子のダイポールアンテナに限定されるものではなく、例えば、アンテナ素子部2の偏波と直交する偏波を放射する周波数共用ダイポールアンテナやパッチアンテナなどを配置し、偏波共用構成を実現することも可能である。
【0024】
上記第1の実施形態においては、アンテナ素子部2を1枚の導体板によって形成しているが、アンテナ素子部2の形成方法はこれに限定されない。例えば、印刷配線技術を利用して、1枚の誘電体基板上にアンテナ素子部2をプリント形成しても良い。この場合、アンテナ素子部2は金属箔(例えば銅箔)によって形成することができる。
【符号の説明】
【0025】
1,100 多周波共用アンテナ装置
2,12 アンテナ素子部
5 T型モノポールアンテナ部(第1のモノポールアンテナ部)
6 円形モノポールアンテナ部(第2のモノポールアンテナ部)
6a 円形モノポールアンテナ部の外周縁
7a,7b スロット
15 無給電素子
16 他のアンテナ
【技術分野】
【0001】
本発明は、多周波共用アンテナ装置に関し、例えば、移動体通信用の屋内中継装置として作動する多周波共用アンテナ装置に関する。
【背景技術】
【0002】
これまでに、様々な通信分野にて多周波共用を実現するモノポールアンテナが提案されている。一例として、第1のモノポールアンテナと、これに並列的に接続される第2のモノポールアンテナとを備え、複数の波長について作動する平板アンテナ素子が知られている(例えば、特許文献1及び2参照)。特許文献1のアンテナ素子は、線状に延びる第1のモノポールアンテナと、線状に延び第1のモノポールアンテナより短い第2のモノポールアンテナとをU字形状の連結部によって連結した構造を有している。特許文献2のアンテナ素子は基板上に形成され、線状に延びる第1のモノポールアンテナと、この第1のモノポールアンテナを挟んで互いに平行に延びると共に第1のモノポールアンテナよりも長い2つの第2のモノポールアンテナを備えている。上記従来技術に示されるような板状のアンテナ素子は、線状導体又は一枚の平面導体によって形成可能であるため、製造および組立に関するコストの低減を実現することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開平6−209205号公報
【特許文献2】特開2008−306436号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
上記のような板状のアンテナ素子を用いた多周波共用アンテナ装置について、その構造の一例を図10に示す。図10に示す多周波共用アンテナ装置100は、1つの低周波用モノポールアンテナ部101と2つの高周波用モノポールアンテナ部102a,102bとを備える。低周波用モノポールアンテナ部101と高周波用モノポールアンテナ部102a,102bは同一平面上において線状に延び、その下端は連結部103によって連結されている。高周波用モノポールアンテナ部102a,102bは、低周波用モノポールアンテナ部101の長手方向軸線に沿って延び、該軸線に対して線対称に配置されている。接地板104と連結部103との間には給電点105が設けられている。
【0005】
正規化周波数をf0(波長:λ0)、低周波帯域の設計周波数をfL(波長:λL)、高周波帯域の設計周波数をfH(波長:λH)、とすると、低周波用モノポールアンテナ部101は周波数fLで動作し、高周波用モノポールアンテナ部102a,102bは周波数fHで動作する。多周波共用アンテナ装置100では、低周波用モノポールアンテナ部101の素子高hLと高周波用モノポールアンテナ部102a,102bの素子高hHを調整し、一例として、各アンテナ素子高をhL≒0.25λL、hH≒0.25λHとすることで各設計周波数にて良好な電気特性を得ることができる。
【0006】
図11に低周波用モノポールアンテナ部101の素子高hL≒0.25λLとし、高周波用モノポールアンテナ部102a,102bの素子高hHを変化させた場合のV.S.W.R.(電圧定在波比)の周波数特性を示す。以下、周波数fL≒0.6f0とする。図11に示すように、高周波用モノポールアンテナ部102a,102bの素子高hHの変化が低周波帯域に与える影響は少ない。一方、高周波帯域は素子高hHの変化にともない共振周波数が変化し、周波数hH≒0.275λ0(fH≒1.1f0)の場合、すなわち、hH≒0.25λHでV.S.W.R.が2以下となる比帯域は約10%となる。このように、多周波共用アンテナ100では、高周波用モノポールアンテナ部102a,102bの素子高を調整することによって、V.S.W.R.が2以下となる場合の比帯域を高周波帯域において約10%まで高めることができる。
【0007】
しかしながら、最新の移動体通信規格であるLTE(Long Term Evolution)では、高周波帯域にて、V.S.W.R.が2以下となる比帯域が約40%を満たすアンテナが必要である。従来の板状のアンテナ素子を用いた多周波共用アンテナにおいて、アンテナ素子の素子高を調整したとしても、高周波帯域にて約40%の上記比帯域を得ることは困難である。このように、多周波共用アンテナ装置において、特に高周波帯域にて広帯域に動作するアンテナ装置が求められている。
【課題を解決するための手段】
【0008】
上記課題を解決するために、本発明に係る多周波共用アンテナ装置は、低周波帯域にて共振する板状の第1のモノポールアンテナ部と、前記第1のモノポールアンテナの長手方向軸線に沿って該軸線に対して線対称に配置されると共に、高周波帯域にて動作する複数のスロットを備え、該スロットを除く外周縁が略円形状を有する板状の第2のモノポールアンテナ部とを組み合わせてなるアンテナ素子部を備える。ここで略円形状とは、円弧の一部が欠けたC字形状を含む。
【0009】
一例として、前記第1のモノポールアンテナ部はT型モノポールアンテナ部である。前記第1のモノポールアンテナ部と前記第2のモノポールアンテナ部は1枚の導体板から同一平面上に形成され、前記第1のモノポールアンテナ部は前記第2のモノポールアンテナ部の前記外周縁から突出するように延び、該第1のモノポールアンテナ部の外縁の少なくとも一部は前記複数のスロットによって画定されるように構成しても良い。例えば、前記アンテナ素子部を誘電体基板にプリントすることによって形成しても良い。
【0010】
他の例として、本発明に係る多周波共用アンテナ装置は、前記アンテナ素子部を2個組み合わせて構成したアンテナ素子部を備え、前記2個のアンテナ素子部を、前記第1のモノポールアンテナ部の長手方向軸線を一致させて、互いに略直交するように配置している。例えば、本発明に係る多周波共用アンテナ装置に、無給電素子をさらに備えても良く、又は、前記アンテナ素子部の偏波に対して直交する偏波を放射する他のアンテナを備えることにより、本発明に係る多周波共用アンテナ装置を偏波共用アンテナとして作動するように構成しても良い。
【発明の効果】
【0011】
本発明に係る多周波共用アンテナ装置は、第1のモノポールアンテナの長手方向軸線に沿って該軸線に対して線対称に配置され、高周波帯域にて動作する複数のスロットを備え、該スロットを除く外周縁が略円形状を有する板状の第2のモノポールアンテナ部を備えている。この第2のモノポールアンテナ部において、複数のスロットは高周波帯域にて指向性を劣化させることなく広帯域に動作する。高周波帯域では、下限周波数以上の周波数においてV.S.W.R.を2以下とすることが可能であり、これにより、LTE(Long Term Evolution)において要求される約40%の上記比帯域以上の比帯域を達成し、高周波帯域において広帯域に動作するアンテナを実現している。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【図1】第1の実施形態に係る多周波共用アンテナ装置の斜視図である。
【図2】第1の実施形態に係るアンテナ素子部の側面図である。
【図3】第1の実施形態に係る多周波共用アンテナ装置において素子半径rVを変化させた場合の、電圧定在波比の周波数特性を示す波形図である。
【図4】第1の実施形態に係る多周波共用アンテナ装置の指向性図である。
【図5】第1の実施形態に係る多周波共用アンテナ装置の電磁界シミュレーション図である。
【図6】第2の実施形態に係る多周波共用アンテナ装置におけるアンテナ素子部の斜視図である。
【図7】第2の実施形態に係るアンテナ素子部の分解図である。
【図8】第1の実施形態に係る多周波共用アンテナ装置に無給電素子を配置した場合の斜視図である。
【図9】第1の実施形態に係る多周波共用アンテナ装置を偏波共用アンテナとして構成した場合の斜視図である。
【図10】線状且つ板状に形成されたアンテナ素子部を有する多周波共用アンテナ装置の一例を示す模式図である。
【図11】図10に示す多周波共用アンテナ装置において高周波用モノポールアンテナ部の素子高hHを変化させた場合の、電圧定在波比の周波数特性を示す波形図である。
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下、本発明の実施の形態を添付の図により説明する。図1に第1の実施形態に係る多周波共用アンテナ装置1の斜視図を模式的に示す。本実施形態に係る多周波共用アンテナ装置1は、アンテナ素子部2を接地板3上に配置し、アンテナ素子部2と接地板3との間に給電点4を設けた構造を有している。図2にアンテナ素子部2の側面図を示す。
【0014】
アンテナ素子部2は、板状のT型モノポールアンテナ部5と、このT型モノポールアンテナ部5と一体的に形成された板状の円形モノポールアンテナ部6とを備えている。T型モノポールアンテナ部5は第1の方向に延びる本体部5aと本体部5aの上端において第1の方向と直交する第2の方向に延びる端部5bとを有し、本体部5aと端部5bとによってT字型の形状を構成している。円形モノポールアンテナ部6は、T型モノポールアンテナ部5との間に2つのスロット7a,7bを有する。円形モノポールアンテナ部6において該スロット7a,7bの部分を除いた外周縁6aは、略円形状を有している。ここで略円形状とは、図2に示すように、円弧の一部が欠けたC字形状を含む。T型モノポールアンテナ部5の本体部5aは円形モノポールアンテナ部6の外周縁6aから突出して延びている。
【0015】
T型モノポールアンテナ部5の本体部5aと円形モノポールアンテナ部6は一体的に形成されていて、スロット7a,7bによってT型モノポールアンテナ部5の本体部5a外縁の少なくとも一部が画定される。スロット7a,7bは、T型モノポールアンテナ部5の長手方向軸線に沿って該軸線に対して線対称に配置されている。本実施形態において、スロット7a,7bは、T型モノポールアンテナ部5の長手方向軸線と並行に延びている。
T型モノポールアンテナ部5と円形モノポールアンテナ部6は同一平面上に板状に延びる形状を有していて、本実施形態においては、アンテナ素子部2を1枚の導体板から形成している。
【0016】
多周波共用アンテナ装置1では、T型モノポールアンテナ部5は低周波帯域で共振し、スロット7a,7bは高周波帯域で動作する。T型モノポールアンテナ部5において、端部5bの長さLと、アンテナ高hが(0.5L+h)≒0.28λLを満たすように、また、円形モノポールアンテナ部6の素子半径rVが、rV≒0.14λHを満たすように設定している。なお、素子半径rVは、外周縁6aによって画定される円形状の中心から外周縁6aまでの距離である。スロット7a,7bの長さは一例として、0.21λ0であり、幅は一例として、0.01λ0である。
【0017】
図3に素子半径rVを変化させた場合のV.S.W.R.の周波数特性を示す。rVの変化による低周波帯域への影響は少なく、rV=0.14λ0(fH≒f0)の場合でV.S.W.R.が2以下となる比帯域は約16%と算出される。一方、高周波帯域では設計周波数fHが下限周波数となり、2f0以上の範囲でV.S.W.R.2以下が得られる。例えば、rV=0.14λ0の場合ではf0を下限周波数として、試験周波数の上限である2f0にわたりV.S.W.R.2以下が得られる。比帯域で換算すれば約66%以上となり、LTEにて要求される高周波帯域の比帯域を十分に満足する。
【0018】
多周波共用アンテナ装置1の電界面指向性と磁界面指向性を図4に示す。図4(a)は電界面指向性図であり、図4(b)は磁界面指向性図である。図4に示すように、いずれの周波数においても、磁界面指向性(図4(b))は偏差3dB以下の無指向性となり、電界面指向性(図4(a))は8の字パターンとなる。したがって、多周波共用アンテナ装置1の指向性は、低周波帯域および高周波帯域において一般的なモノポールアンテナの指向性と遜色のない指向性を実現している。
【0019】
次に電磁界シミュレーションによる電流分布を図5に示す。図5(a)は周波数0.6f0、図5(b)は周波数f0、図5(c)は周波数1.4f0の場合のシミュレーション図である。図5に示すように、周波数0.6f0(図5(a))ではT型モノポールアンテナ部5に強く電流がのっているため、低周波帯域での動作は主にT型モノポールアンテナ部5の共振によることが分かる。一方、周波数f0(図5(b))においてT型モノポールアンテナ部5と円形モノポールアンテナ部6のスロット7a,7bから形成されるノッチに強く電流がのり、周波数1.4f0(図5(c))においては、T型モノポールアンテナ部5と円形モノポールアンテナ部6の双方に電流がのっている。したがって、高周波帯域では複数の共振によってアンテナ素子部2が広帯域に動作している。
なお、図4及び図5に示す指向性及び電磁界シミュレーションでは、多周波共用アンテナ装置1の素子半径rVをrV=0.14λ0(fH≒f0)と設定している。
【0020】
このように、多周波共用アンテナ装置1では、T型モノポールアンテナ部5の端部5bの長さLと、アンテナ素子部2の高さhと、円形モノポールアンテナ部6の素子半径rVとを適切に設定することにより、指向性を劣化させることなく、低周波帯域(中心周波数:fL)および高周波帯域(下限周波数:fH)において良好なV.S.W.R.が得られる。特に高周波帯域では、下限周波数fH以上の周波数においてV.S.W.R.が2以下となり、従来技術では得られない広帯域なアンテナ特性を獲得することができる。
さらに、第1の実施形態では、アンテナ素子部2を1枚の導体板から形成しているため、製造および組立に関するコストを低減できる。
【0021】
[第2の実施形態]
第2の実施形態に係る多周波共用アンテナ装置のアンテナ素子部12について、その斜視図を図6に示す。アンテナ素子部12は、上記第1の実施形態において述べた多周波共用アンテナ装置1のアンテナ素子部2を2個組み合わせたものである。2個のアンテナ素子部2を、第1のモノポールアンテナ部5の長手方向軸線を一致させ、互いに略直交するように交差させて組み合わせることにより、アンテナ素子部12を構成している。
図7に、アンテナ素子部12を形成するために用いるアンテナ素子部2の一例を示す。各アンテナ素子部2において図示のような切り込み13を形成しておくことによって簡易にアンテナ素子部2を組み合わせることができる。組み合わせた後、切り込み13の周囲を導電性材料で接着しても良い。
アンテナ素子部12では、アンテナ素子部2を互いに略直交するように配置しているため、第1の実施形態において述べた利点に加えて、磁界面指向性の偏差が改善されるというさらなる利点も有している。
【0022】
[他の実施形態]
以上、本発明の実施形態について述べたが、本発明は既述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいて各種の変形及び変更が可能である。例えば、図8に示すように、第1の実施形態に係る多周波共用アンテナ装置1において、アンテナ素子部2の周囲に接地板3に対して基部が短絡または開放された無給電素子15を配置しても良い。アンテナ素子部2の周囲に無給電素子15を配置することにより、主に高周波帯域での磁界面指向性の偏差が改善する。
【0023】
また、図9に示すように、第1の実施形態に係る多周波共用アンテナ装置1において、アンテナ素子部2の直近に、アンテナ素子部2の偏波と直交する偏波を放射する他のアンテナ16を配置し、多周波共用アンテナ装置1を偏波共用としても良い。偏波共用構成にすることで、LTEの主要技術であるMIMO(2ブランチ)に対応が可能となる。図9に示す実施形態では、4素子のダイポールアンテナ16を使用している。各ダイポールアンテナ16は、円弧状に形成され、アンテナ素子部2のT型モノポールアンテナ部5の長手方向軸線を中心とする同一円周上に均等な角度間隔で位置している。なお、他のアンテナ16は、4素子のダイポールアンテナに限定されるものではなく、例えば、アンテナ素子部2の偏波と直交する偏波を放射する周波数共用ダイポールアンテナやパッチアンテナなどを配置し、偏波共用構成を実現することも可能である。
【0024】
上記第1の実施形態においては、アンテナ素子部2を1枚の導体板によって形成しているが、アンテナ素子部2の形成方法はこれに限定されない。例えば、印刷配線技術を利用して、1枚の誘電体基板上にアンテナ素子部2をプリント形成しても良い。この場合、アンテナ素子部2は金属箔(例えば銅箔)によって形成することができる。
【符号の説明】
【0025】
1,100 多周波共用アンテナ装置
2,12 アンテナ素子部
5 T型モノポールアンテナ部(第1のモノポールアンテナ部)
6 円形モノポールアンテナ部(第2のモノポールアンテナ部)
6a 円形モノポールアンテナ部の外周縁
7a,7b スロット
15 無給電素子
16 他のアンテナ
【特許請求の範囲】
【請求項1】
低周波帯域にて共振する板状の第1のモノポールアンテナ部と、
前記第1のモノポールアンテナの長手方向軸線に沿って該軸線に対して線対称に配置されると共に、高周波帯域にて動作する複数のスロットを備え、該スロットを除く外周縁が略円形状を有する板状の第2のモノポールアンテナ部と
を組み合わせてなるアンテナ素子部を備える、多周波共用アンテナ装置。
【請求項2】
前記第1のモノポールアンテナ部はT型モノポールアンテナ部であることを特徴とする、請求項1に記載の多周波共用アンテナ装置。
【請求項3】
前記第1のモノポールアンテナ部と前記第2のモノポールアンテナ部は1枚の導体板から同一平面上に形成され、前記第1のモノポールアンテナ部は前記第2のモノポールアンテナ部の前記外周縁から突出するように延び、該第1のモノポールアンテナ部の外縁の少なくとも一部は前記複数のスロットによって画定されていることを特徴とする、請求項1又は2に記載の多周波共用アンテナ装置。
【請求項4】
前記アンテナ素子部を誘電体基板にプリントすることによって形成したことを特徴とする、請求項1〜3のいずれか1項に記載の多周波共用アンテナ装置。
【請求項5】
前記アンテナ素子部を2個組み合わせて構成したアンテナ素子部を備え、
前記2個のアンテナ素子部を、前記第1のモノポールアンテナ部の長手方向軸線を一致させて、互いに略直交するように配置したことを特徴とする、請求項1〜4のいずれか1項に記載の多周波共用アンテナ装置。
【請求項6】
無給電素子をさらに備えることを特徴とする、請求項1〜5のいずれか1項に多周波共用アンテナ装置。
【請求項7】
前記アンテナ素子部の偏波に対して直交する偏波を放射する他のアンテナを備えることにより、偏波共用アンテナとして作動することを特徴とする、請求項1〜6のいずれか1項に多周波共用アンテナ装置。
【請求項1】
低周波帯域にて共振する板状の第1のモノポールアンテナ部と、
前記第1のモノポールアンテナの長手方向軸線に沿って該軸線に対して線対称に配置されると共に、高周波帯域にて動作する複数のスロットを備え、該スロットを除く外周縁が略円形状を有する板状の第2のモノポールアンテナ部と
を組み合わせてなるアンテナ素子部を備える、多周波共用アンテナ装置。
【請求項2】
前記第1のモノポールアンテナ部はT型モノポールアンテナ部であることを特徴とする、請求項1に記載の多周波共用アンテナ装置。
【請求項3】
前記第1のモノポールアンテナ部と前記第2のモノポールアンテナ部は1枚の導体板から同一平面上に形成され、前記第1のモノポールアンテナ部は前記第2のモノポールアンテナ部の前記外周縁から突出するように延び、該第1のモノポールアンテナ部の外縁の少なくとも一部は前記複数のスロットによって画定されていることを特徴とする、請求項1又は2に記載の多周波共用アンテナ装置。
【請求項4】
前記アンテナ素子部を誘電体基板にプリントすることによって形成したことを特徴とする、請求項1〜3のいずれか1項に記載の多周波共用アンテナ装置。
【請求項5】
前記アンテナ素子部を2個組み合わせて構成したアンテナ素子部を備え、
前記2個のアンテナ素子部を、前記第1のモノポールアンテナ部の長手方向軸線を一致させて、互いに略直交するように配置したことを特徴とする、請求項1〜4のいずれか1項に記載の多周波共用アンテナ装置。
【請求項6】
無給電素子をさらに備えることを特徴とする、請求項1〜5のいずれか1項に多周波共用アンテナ装置。
【請求項7】
前記アンテナ素子部の偏波に対して直交する偏波を放射する他のアンテナを備えることにより、偏波共用アンテナとして作動することを特徴とする、請求項1〜6のいずれか1項に多周波共用アンテナ装置。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【公開番号】特開2013−26915(P2013−26915A)
【公開日】平成25年2月4日(2013.2.4)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−161148(P2011−161148)
【出願日】平成23年7月22日(2011.7.22)
【出願人】(000217653)電気興業株式会社 (105)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成25年2月4日(2013.2.4)
【国際特許分類】
【出願日】平成23年7月22日(2011.7.22)
【出願人】(000217653)電気興業株式会社 (105)
【Fターム(参考)】
[ Back to top ]