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JP3551227B2 - Horizontally polarized omnidirectional antenna - Google Patents
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JP3551227B2 - Horizontally polarized omnidirectional antenna - Google Patents

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JP3551227B2
JP3551227B2 JP04753898A JP4753898A JP3551227B2 JP 3551227 B2 JP3551227 B2 JP 3551227B2 JP 04753898 A JP04753898 A JP 04753898A JP 4753898 A JP4753898 A JP 4753898A JP 3551227 B2 JP3551227 B2 JP 3551227B2
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Description

【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は、PHSや携帯電話の基地局等に利用できる水平偏波無指向性アンテナに関し、特に水平面内で良好な指向特性が得られる水平偏波無指向性アンテナに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
移動体通信用のアンテナに要求される放射特性は、設置場所やカバーエリア等の条件に応じて様々であるが、特に、水平面内において無指向性であることが要求されるものが多い。この水平無指向性アンテナで多く用いられるものには、スリーブアンテナ等があり、その利得は単一型(一段)のもので2.14dBi程度である。また、ユーザの要求に応じて数段あるいは十数段に多段化された構成のものもあり、その利得は段数に応じて高利得となってくる。
【0003】
前記高利得の水平無指向性アンテナとして、具体的に、アンテナ素子を縦に複数個並べて、基板の給電回路より並列給電を行うようにしたアンテナが提案されている(特開平8〜340211号公報参照)。この高利得水平無指向性アンテナは、複数の垂直偏波ダイポールアンテナ素子を縦方向に一列に並べ、またその給電点と各ダイポールアンテナ素子との間は、電気長でほぼ等しい長さの給電線(ストリップライン)をもって接続する構造をとっている。
【0004】
具体的には、図16(a) (b) に示すように、縦長の地板21にアンテナ素子22を並べ(地板21とアンテナ素子22は絶縁されている)、基板24の給電回路から給電ピン23を通して、それぞれのアンテナ素子22に給電するものである。裏側の地板21にも同様にアンテナ素子22を並べ、前記給電回路から給電ピン23を通して給電している。
【0005】
ところが、実際には、垂直偏波でなく、水平偏波を発射する水平無指向性アンテナが要求されることがある。
この場合は、例えば図17(a) に示すように、アンテナ素子を横に並べ変えることにより、水平偏波ダイポールアンテナとすることが考えられる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、アンテナ素子22a,22bの長さL3(図17(a) 参照)は、原理上0.5波長程度必要なので、アンテナ全体の横幅L2は、0.5波長よりも長いものとなる。この横幅L2は、垂直偏波を発射する場合の横幅L1(図16(a) 参照)が0.2波長程度あれば済むのに比較して、かなり長いものである。つまり、水平偏波を発射する構造にすれば、アンテナの外径が大きくなり、それだけ、水平無指向性の特性を得ることが難しくなる。
【0007】
しかも、アンテナ素子を横に並べる場合、表裏のアンテナ素子の給電位相を合わせるため、図17(b) に示すように、表のアンテナ素子22aに対する給電点と、裏のアンテナ素子22bに対する給電点の位置を反対にしなければならない。すなわち給電ピンが、一段あたり2本必要になる(23aと23b)。
このため、図17(c) に示すように、給電ピン23aと23bに給電するためのストリップライン25を枝分かれさせる必要があり、給電回路の構造がさらに複雑になる。
【0008】
そこで、本発明の目的は、良好な水平無指向性を有するとともに、アンテナ自体の外径も小さくて済む水平偏波無指向性アンテナを提供することである。
また、本発明の目的は、給電回路の構造がシンプルな水平偏波無指向性アンテナを提供することである。
【0009】
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
本発明の水平偏波無指向性アンテナは、中心線の両側に矩形状の導体地板同士を対抗させ、両地板間に1枚の給電回路基板を配設し、前記導体地板の外面には、一対のアンテナ素子を一段又は中心線方向に多段に配設したアンテナであって、前記一対のアンテナ素子を構成する各アンテナ素子は、それぞれ両地板の側端面をまたがる状態で曲げられて配置され、前記給電回路基板に、両導体地板を貫通して前記一対のアンテナ素子に給電する給電ピンを立設し、前記給電ピンの両端から、前記一対のアンテナ素子を構成する各アンテナ素子に給電するものである(請求項1)。
【0010】
この水平偏波無指向性アンテナの典型的な構造を図1を用いて説明する。
図1は、水平偏波無指向性アンテナを中心線方向から見た断面図であり、矩形状の導体地板は番号21で表わされている。24は給電回路基板である。一対のアンテナ素子を構成する各アンテナ素子22c,22dは、両地板21の側端面25をまたがって曲げられて配置されている。また、給電ピン23が給電回路基板24に立設され、給電ピンの両端は各アンテナ素子22c,22dにつながっている。
【0011】
このような水平偏波無指向性アンテナの構造であれば、各アンテナ素子22c,22dが両地板21の側端面25をまたがるように曲げられているので、その曲げられた部分の長さL4により、アンテナ長を稼ぐことができる。したがって、図17(a) の先行技術のようにアンテナ長をL3のみで稼ぐのと比べて、コンパクトに仕立てることができる。いいかえれば、若干肉厚になるが、アンテナの横幅L2を長くしないで済むので、全体として、アンテナの断面寸法を減らすことができる。また、アンテナの断面寸法が減ったために、波源が小さくなり、無指向性が容易に得られる。
【0012】
前記両導体地板の側端面には、曲げ加工が施されていることが好ましい(請求項2)。図1を参照すれば、導体地板21の両端が21aで示すように曲げられている。この曲げのため、アンテナ素子22c,22dの保持が確実になり、機械的強度が増す。
なお、導体地板21とアンテナ素子22c,22dとは、図1では、スペースがあるように描かれているが、実際にはこのスペースをなくして、ぴったりと電気的に接続するようにするのが通常である。しかし、製造上の理由(例えば素子を地板に固定する方法として素子と地板を接着シートで接着する場合)により、どうしても絶縁せざるを得ない場合は、絶縁物を詰めてもよい。絶縁物があっても薄ければ高周波的には導通しているとみなせるからである。絶縁物が厚くて素子と地板との間の静電容量が十分大きくとれず、高周波的に導通しているとみなすことができない場合には、素子の突出部等の非対称部分の影響が出る場合が考えられ、この影響を相殺するように素子の他の部分を非対称にする等の設計が必要になる。
【0013】
前記両導体地板の側端面には、両導体地板を短絡するための金属板が取り付けられていることが好ましい(請求項3)。図1を参照すれば、側端面25に金属板26を貼りつけることになる。この金属板がないと、両導体地板の間でスロットアンテナができてしまい、不要な放射が発生し、アンテナの特性が乱れるからである。
【0014】
前記一対のアンテナ素子を構成する各アンテナ素子は、中心線方向から見てほぼ点対称に配置され、前記給電ピンは、給電回路基板の中心線上に立設されていることが好ましい(請求項4)。また、素子の突出部を除き、素子や導体地板の断面形状・寸法は上下及び左右に対称であることが好ましい。この構造を図1を使って説明すると、給電ピン23が基板24の真ん中に立設され、各アンテナ素子22c,22dは、同一形状で点対称に配置されている。このような構造であれば、図1に符号Eで示したとおりの点対称な電界分布となり、無指向性が得られ易くなる。
【0015】
前記一対のアンテナ素子を構成するアンテナ素子は、図2に示すように、凸形状の導体板を断面コの字状に折り曲げたものであり、その突出部22caに前記給電ピンが接続されてもよい(請求項5)。ただし、本発明では、断面コの字状のアンテナ素子に限られるものではなく、また、突出部22caが絶対必要になるというものではない。後述するように、いろいろな変形が可能である。
【0016】
前記一対のアンテナ素子を構成する各アンテナ素子の間には、導体地板と電気的に接続された遮蔽板が介在していることが好ましい(請求項6)。
このような構造にすると、後述するように、アンテナ素子と遮蔽板との間で電界が発生し、それが波源になって、無指向性が得られ易くなる。
アンテナ素子と導体地板との間には、誘電体が挿入されていてもよい(請求項7)。これによれば、誘電体の波長短縮効果により、アンテナ素子寸法を小さくし、アンテナ外径を小さくすることができる。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下発明の実施の形態を、添付図面を参照しながら詳細に説明する。
図3は、水平偏波無指向性アンテナの分解斜視図であり、図4は図3の水平偏波無指向性アンテナを側面からみた部分断面図、図5は図3の水平偏波無指向性アンテナを正面からみた立面図である。
【0018】
この水平偏波無指向性アンテナは、金属性導体地板1a,1b同士を対抗させ、両導体地板1a,1b間に絶縁板2a,2bで両面をはさまれたプリント基板3を挟んでいる。前記導体地板1a,1bの外面には、それぞれアンテナ素子6a〜6d,6a′〜6d′を一定間隔ずつ離して配置している。また、金属板1c,1dを側面に配置している。
【0019】
導体地板1a,1b、アンテナ素子6a〜6d,6a′〜6d′、金属板1c,1dの材質は、導体であれば特に限定されないが、例えば、アルミニウムや真鍮を使うことができる。
前記プリント基板3には、片面上にアンテナ素子6a〜6d,6a′〜6d′に給電するための配線であるストリップライン4,5が形成されている。ストリップライン4は、アンテナ素子6a,6b,6a′,6b′に給電ピン7a,7bを通して信号を供給し、ストリップライン5は、アンテナ素子6c,6d,6c′,6d′に給電ピン7c,7dを通して信号を供給する。
【0020】
図6は、図5のX−X線断面図である。導体地板1a,1bの両側はともに曲げ加工が施されて断面がコの字状になっており、絶縁板2a,2bとプリント基板3とを挟んだ図6の状態では、全体として断面がH形となっている。
両導体地板1a,1bの側端面には、両導体地板を短絡するための金属板1c,1dが取り付けられている。
【0021】
給電ピン7aは、導体地板1a,1b、絶縁板2a,2b、プリント基板3を貫通する形で図示されているが、実際にはプリント基板3上のストリップライン4の所定の部位に半田付けされ、アンテナ素子6a,6a′にも半田付けされている。しかし、給電ピン7aにねじを切ってアンテナ素子6a,6a′をナットで締めつけるようにしてもよい。また、給電ピン7aを雄ねじ雌ねじで螺合可能な2つのピースに分け、ストリップライン4を両方から締めつけるようにしてもよい。なお、図6には、番号9で円筒が示されているが、これは、アンテナ全体を保護するレドームであって、図3〜図5では図示を省略したものである。
【0022】
前記のストリップライン4,5のプリントパターンは、図7に示すように、トリー状に形成されている。詳しくいうと、ストリップライン4の、等インピーダンスで枝分かれした先端は、給電ピン7aを半田付けする先端部4aと、給電ピン7bを半田付けする先端部4bとで構成され、ストリップライン5の、等インピーダンスで枝分かれした先端は、給電ピン7cを半田付けする先端部5cと、給電ピン7dを半田付けする先端部5dとで構成されている。なお、等インピーダンスで枝分かれさせる必要は必ずしもなく、非対称に枝分かれさせてもよい。枝分かれの仕方は、垂直方向の指向性をいかに実現するかに応じて決定される事項である。
【0023】
ストリップライン4,5の基部は、可変ビームチルト特性を実現するためそれぞれ独立して配線され、それぞれの基端には、同軸ケーブル又は移相器を接続するためのコネクタ10が装着されている。
なお、前記のストリップライン4,5は、導体地板1a,1bで挟まれ、金属板1c,1dで囲われた構造なので、ストリップライン4,5からの不要放射を防止することができる。
【0024】
以上で、水平偏波無指向性アンテナの構造を説明したが、本発明の水平偏波無指向性アンテナの構造は、以上のものに限定される訳ではない。以下、いろいろな変更例を図面を参照しながら説明する。
図8は、アンテナ素子6a〜6d,6a′〜6d′の他の形状を示す斜視図である。この例によれば、凸形状の導体板を断面コの字状に折り曲げていることは、図2に示したアンテナ素子と同様であるが、給電ピン7aが接続される突出部61の奥にインピーダンス調整用の切れ込み62を入れているところが違っている。この調整は、プリント基板3のストリップライン4,5のインピーダンスと、アンテナ素子6a〜6d,6a′〜6d′のインピーダンスとのマッチングをとるためのものである。
【0025】
図9(a) は、アンテナ素子のさらに他の形状を示す斜視図である。この例によれば、アンテナ素子64aは、凸形状の導体板を断面が多角形の形状になるように折り曲げている。これにより、アンテナ素子の加工はやや複雑になるが、レドームの外径をさらに小さくすることができる。
図9(b) は、この図9(a) のアンテナ素子を使用した水平偏波無指向性アンテナの断面図である。
【0026】
図10は、導体地板11a,11bの両側の折り曲げ角θ1を90°よりも小さくした例を示す。この場合、アンテナ素子64a,65a′の折り曲げ角θ2は、任意にとることができる。この例であっても、図9 の場合と同様、アンテナの外径を小さくすることができる。
図11(a) は、アンテナ素子6a,6a′の間に、導体地板と電気的に接続された遮蔽板1e,1fを介在させた断面図を示し、図11(b) は立面図を示す。この遮蔽板1e,1fがなければ、左右方向AAから見た場合、波源がアンテナ素子の陰になり、左右方向への放射が少なくなることがある。そこで、遮蔽板1e,1fを設けることにより、図11(a) に符号Eで示したような電界が発生し、これが、電波の放射源になって、左右方向AAへの放射を増やすことができる。
【0027】
図12は、遮蔽板1e,1fをアンテナ素子とアンテナ素子との中間に取り付けた例を示す。この例であれば、給電ピン7bを避けて遮蔽板1e,1fを中央に配置することができるので、指向性の左右のバラツキをさらに減らすことができる。図12には、電界の分布を描き入れている。
図13は、アンテナ素子6a,6a′と導体地板1a,1bとの間に、誘電体11を挿入した例を示す。誘電体11の材質として、ポリテトラフルオロエチレンをあげることができる。これによれば、誘電体の波長短縮効果により、アンテナ素子寸法を小さくし、アンテナ外径を小さくすることができる。
【0028】
本発明の実施形態の説明は以上であるが、本発明は前記の形態に限定されるものではない。前記の形態では、アンテナ素子数は4つであったが、これに限らず1つでも2つでもよく、また5つ以上でもよい。基板3のストリップラインの形状は、適宜変更してもよい。また、図14に示したように、両地板の側端面をまたがる状態で曲げて配置したアンテナ素子6b,6b′等と、従来の垂直偏波放射アンテナ素子6p(図16(a) に示したアンテナ素子22と同等のもの)とを組み合わせて使用することも可能である。その他本発明の要旨を変更しない範囲で種々の変更を施すことが可能である。
【0029】
【実施例】
次に各部の材料、寸法を含む具体的な設計指針を示す。
まず、導体地板1a,1bは、アルミニウムで形成され、肉厚は4.5mm、高さは700mmにとっている。この材料でこの厚みがあれば、基地アンテナや移動体アンテナとして直立させても十分な強度を得ることができる。また、その導電性のため接地すれば避雷導体としても使用することができる。
【0030】
絶縁板2a,2bは、発泡ポリプロピレン、発泡ポリエチレン、発泡スチロール、発泡ウレタン等の合成樹脂の発泡体を用いることができる。
基板3は、ポリイミド又はポリエステルをベースフィルムにし、それに銅箔を施したもので構成されたフレキシブル基板(FPC)である。
アンテナ素子6a〜6d,6a′〜6d′は、通常どおり、アルミニウム、真鍮又は銅の板で構成されている。
【0031】
アンテナ素子の長さをL7(図3参照)、アンテナ素子の幅をL2、対向するアンテナ素子の間隔、すなわち水平偏波無指向性アンテナの厚みをL4、対向する導体地板の間隔をL5 、アンテナ素子の折り曲げた部分の長さをL6とする(図6参照)。
実際に、L2=58mm,L4=26mm,L5=6.2mm,L6=20mm,L7=20mmとして4段のアンテナ素子を持つ水平偏波無指向性アンテナを製作した。
【0032】
水平偏波の水平面内指向性の測定結果を図15に示す。円周軸の0°となっている方向が、図6に示したB方向に相当する。放射軸は、電界強度(V/m)をピークを100%として正規化し、リニアスケールでとっている。
いわゆる水平面内無指向性アンテナの水平面内指向性に要求される一般的性能としては、ピーク方向の電界強度に対し、最小方向の電界強度が50%以上あることである。図6では、最小方向の電界強度は80%であり、十分な性能が確保できていることが分かる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の水平偏波無指向性アンテナの具体例を示す断面図である。
【図2】アンテナ素子単体の具体例を示す斜視図である。
【図3】水平偏波無指向性アンテナの分解斜視図である。
【図4】水平偏波無指向性アンテナの側面立面図である。
【図5】水平偏波無指向性アンテナの正面立面図である。
【図6】水平偏波無指向性アンテナのX−X線断面図である。
【図7】フレキシブルプリント基板の立面図である。
【図8】アンテナ素子単体の他の具体例を示す斜視図である。
【図9】(a) はアンテナ素子単体の他の具体例を示す斜視図、(b) はこのアンテナ素子を使用した水平偏波無指向性アンテナを示す断面図である。
【図10】水平偏波無指向性アンテナの他の例を示す断面図である。
【図11】(a) は水平偏波無指向性アンテナのさらに他の例を示す断面図、(b) は正面図である。
【図12】水平偏波無指向性アンテナの他のさらに例を示す正面図である。
【図13】水平偏波無指向性アンテナのさらに他の例を示す断面図である。
【図14】アンテナ素子を両地板の側端面をまたがる状態で曲げて配置した本発明の水平偏波無指向性アンテナと、従来の垂直偏波放射アンテナとを組み合わせて使用した構造を示す正面図である。
【図15】実施例において、水平偏波の水平面内指向性の測定結果を示すグラフである。
【図16】(a) は従来の垂直偏波水平無指向性アレイアンテナの正面図、(b) は断面図である。
【図17】(a) は従来の水平偏波水平無指向性アレイアンテナの正面図、(b) は断面図、(c) は給電回路基板の正面図である。
【符号の説明】
1a,1b 金属性導体地板
1c,1d 金属板
2a,2b 絶縁板
3 プリント基板(給電回路基板)
4,5 ストリップライン
6a〜6d,6a′〜6d′ アンテナ素子
7a,7b 給電ピン
[0001]
[Industrial applications]
The present invention relates to a horizontally polarized omnidirectional antenna that can be used for a PHS or a mobile phone base station, and more particularly to a horizontally polarized omnidirectional antenna that can obtain good directional characteristics in a horizontal plane.
[0002]
[Prior art]
Radiation characteristics required for an antenna for mobile communication vary depending on conditions such as an installation location and a cover area, but in particular, many antennas are required to be non-directional in a horizontal plane. Of these horizontal omnidirectional antennas, a sleeve antenna and the like are often used, and the gain thereof is a single type (one stage) and is about 2.14 dBi. In addition, there is a configuration in which the number of stages is increased to several stages or tens of stages in accordance with a user's request, and the gain becomes high according to the number of stages.
[0003]
As the high-gain horizontal omnidirectional antenna, specifically, an antenna in which a plurality of antenna elements are arranged vertically and parallel power is supplied from a power supply circuit on a substrate has been proposed (Japanese Patent Laid-Open No. 8-340221). reference). This high-gain horizontal omnidirectional antenna has a plurality of vertically polarized dipole antenna elements arranged in a line in the vertical direction, and a feed line having an electrical length approximately equal to the electrical length between the feed point and each dipole antenna element. (Strip line).
[0004]
Specifically, as shown in FIGS. 16A and 16B, an antenna element 22 is arranged on a vertically long ground plane 21 (the ground plane 21 and the antenna element 22 are insulated). Power is supplied to each antenna element 22 through 23. Similarly, an antenna element 22 is arranged on the back side base plate 21, and power is supplied from the power supply circuit through a power supply pin 23.
[0005]
However, in practice, a horizontal omnidirectional antenna that emits horizontally polarized waves instead of vertically polarized waves may be required.
In this case, for example, as shown in FIG. 17A, a horizontally polarized dipole antenna can be considered by rearranging the antenna elements horizontally.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, since the length L3 of the antenna elements 22a and 22b (see FIG. 17A) is required to be about 0.5 wavelength in principle, the width L2 of the entire antenna is longer than 0.5 wavelength. The width L2 is considerably longer than the width L1 (see FIG. 16 (a)) for emitting vertically polarized waves which is about 0.2 wavelength. That is, if a structure for emitting horizontally polarized waves is used, the outer diameter of the antenna becomes large, and accordingly, it becomes difficult to obtain horizontal omnidirectional characteristics.
[0007]
In addition, when the antenna elements are arranged side by side, as shown in FIG. 17B, the feeding point for the front antenna element 22a and the feeding point for the rear antenna element 22b are adjusted as shown in FIG. The position must be reversed. That is, two power supply pins are required for each stage (23a and 23b).
For this reason, as shown in FIG. 17C, it is necessary to branch the strip line 25 for supplying power to the power supply pins 23a and 23b, which further complicates the structure of the power supply circuit.
[0008]
Accordingly, an object of the present invention is to provide a horizontally polarized omnidirectional antenna having good horizontal omnidirectionality and requiring a small outer diameter of the antenna itself.
Another object of the present invention is to provide a horizontally polarized omnidirectional antenna having a simple feeder circuit structure.
[0009]
Means for Solving the Problems and Effects of the Invention
The horizontally polarized omnidirectional antenna of the present invention has rectangular conductor ground planes opposing each other on both sides of the center line, and a single feed circuit board is disposed between both ground planes. An antenna in which a pair of antenna elements are arranged in one stage or in multiple stages in the center line direction, each of the antenna elements constituting the pair of antenna elements is bent and arranged so as to straddle the side end surfaces of both base plates, A power supply pin is provided on the power supply circuit board to feed power to the pair of antenna elements through both conductor ground planes, and power is supplied to both antenna elements constituting the pair of antenna elements from both ends of the power supply pin. (Claim 1).
[0010]
A typical structure of the horizontally polarized omnidirectional antenna will be described with reference to FIG.
FIG. 1 is a cross-sectional view of a horizontally polarized omnidirectional antenna viewed from the center line direction. A rectangular conductor ground plane is indicated by reference numeral 21. 24 is a power supply circuit board. Each of the antenna elements 22 c and 22 d constituting a pair of antenna elements is arranged so as to bend over the side end surfaces 25 of both base plates 21. A power supply pin 23 is provided upright on the power supply circuit board 24, and both ends of the power supply pin are connected to the antenna elements 22c and 22d.
[0011]
With such a horizontally polarized omnidirectional antenna structure, since each of the antenna elements 22c and 22d is bent so as to straddle the side end surfaces 25 of both base plates 21, the length L4 of the bent portion is , Antenna length can be earned. Therefore, the antenna can be made more compact as compared with the case where the antenna length is increased only by L3 as in the prior art of FIG. In other words, although the thickness is slightly increased, the width L2 of the antenna does not need to be increased, so that the cross-sectional dimension of the antenna can be reduced as a whole. Further, since the cross-sectional dimension of the antenna is reduced, the wave source becomes smaller, and omnidirectionality can be easily obtained.
[0012]
It is preferable that a bending process is performed on side end surfaces of the conductor ground plates (claim 2). Referring to FIG. 1, both ends of a conductive ground plane 21 are bent as shown by 21a. Due to this bending, the holding of the antenna elements 22c and 22d is ensured, and the mechanical strength is increased.
Although the conductor ground plane 21 and the antenna elements 22c and 22d are illustrated as having a space in FIG. 1, it is actually necessary to eliminate this space and to make a perfect electrical connection. Normal. However, if it is inevitable to insulate the device and the ground plate with an adhesive sheet as a method of fixing the device to the ground plate, the insulator may be filled. This is because if the insulator is thin, it can be regarded as conducting at high frequencies. If the insulator is thick and the capacitance between the element and the ground plane is not large enough to be considered as conducting at high frequencies, the effect of asymmetrical parts such as projecting parts may occur Therefore, it is necessary to design other parts of the element to be asymmetric so as to cancel out the influence.
[0013]
It is preferable that a metal plate for short-circuiting the two conductor ground plates is attached to the side end surfaces of the two conductor ground plates. Referring to FIG. 1, a metal plate 26 is attached to the side end surface 25. Without this metal plate, a slot antenna would be formed between the two conductor ground plates, generating unnecessary radiation and disturbing the characteristics of the antenna.
[0014]
It is preferable that the antenna elements forming the pair of antenna elements are arranged substantially point-symmetrically when viewed from a center line direction, and the power supply pins are erected on a center line of the power supply circuit board. ). It is preferable that the cross-sectional shapes and dimensions of the element and the conductive ground plane are symmetrical in the vertical and horizontal directions except for the projecting portion of the element. This structure will be described with reference to FIG. 1. The feeding pin 23 is provided upright in the center of the substrate 24, and the antenna elements 22c and 22d are arranged in the same shape and point-symmetrically. With such a structure, the electric field distribution is point-symmetrical as indicated by the symbol E in FIG. 1, and omnidirectionality is easily obtained.
[0015]
As shown in FIG. 2, the antenna element constituting the pair of antenna elements is formed by bending a convex conductive plate into a U-shaped cross section. Good (claim 5). However, in the present invention, the antenna element is not limited to the U-shaped cross section, and the protrusion 22ca is not absolutely necessary. As will be described later, various modifications are possible.
[0016]
It is preferable that a shielding plate electrically connected to a conductive ground plane is interposed between the antenna elements constituting the pair of antenna elements (claim 6).
With such a structure, as described later, an electric field is generated between the antenna element and the shielding plate, which becomes a wave source, so that omnidirectionality is easily obtained.
A dielectric may be inserted between the antenna element and the conductor ground plane (claim 7). According to this, the antenna element size can be reduced and the antenna outer diameter can be reduced due to the wavelength shortening effect of the dielectric.
[0017]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 3 is an exploded perspective view of the horizontally polarized omnidirectional antenna, FIG. 4 is a partial cross-sectional view of the horizontally polarized omnidirectional antenna of FIG. 3, and FIG. 5 is a horizontally polarized omnidirectional antenna of FIG. FIG. 2 is an elevational view of the directional antenna as viewed from the front.
[0018]
In this horizontally polarized omnidirectional antenna, a printed circuit board 3 sandwiched between insulating plates 2a and 2b is sandwiched between both conductive ground plates 1a and 1b with metal conductive ground plates 1a and 1b opposed to each other. Antenna elements 6a to 6d and 6a 'to 6d' are arranged at regular intervals on the outer surfaces of the conductor ground plates 1a and 1b, respectively. Further, the metal plates 1c and 1d are arranged on the side surface.
[0019]
The materials of the conductor ground plates 1a and 1b, the antenna elements 6a to 6d, 6a 'to 6d', and the metal plates 1c and 1d are not particularly limited as long as they are conductors. For example, aluminum or brass can be used.
On the printed circuit board 3, strip lines 4 and 5, which are wirings for feeding power to the antenna elements 6a to 6d and 6a 'to 6d', are formed on one surface. The strip line 4 supplies signals to the antenna elements 6a, 6b, 6a ', 6b' through feed pins 7a, 7b, and the strip line 5 supplies the antenna elements 6c, 6d, 6c ', 6d' to feed pins 7c, 7d. Feed the signal through.
[0020]
FIG. 6 is a sectional view taken along line XX of FIG. Both sides of the conductor ground plates 1a and 1b are both bent to form a U-shaped cross section. In the state of FIG. 6 sandwiching the insulating plates 2a and 2b and the printed board 3, the cross section is H as a whole. It has a shape.
Metal plates 1c and 1d for short-circuiting the conductor ground plates are attached to side end surfaces of the conductor ground plates 1a and 1b.
[0021]
The power supply pins 7a are illustrated as penetrating the conductor ground plates 1a and 1b, the insulating plates 2a and 2b, and the printed circuit board 3, but are actually soldered to predetermined portions of the strip line 4 on the printed circuit board 3. , Are also soldered to the antenna elements 6a and 6a '. However, the antennas 6a and 6a 'may be tightened with nuts by cutting the feed pin 7a with screws. Alternatively, the power supply pin 7a may be divided into two pieces that can be screwed with a male screw and a female screw, and the strip line 4 may be tightened from both pieces. 6 shows a cylinder denoted by reference numeral 9, which is a radome that protects the entire antenna, and is not shown in FIGS.
[0022]
The print patterns of the strip lines 4 and 5 are formed in a tree shape as shown in FIG. More specifically, the tip of the strip line 4 branched at equal impedance is constituted by a tip 4a for soldering the power supply pin 7a and a tip 4b for soldering the power supply pin 7b. The tip branched by impedance is constituted by a tip 5c for soldering the power supply pin 7c and a tip 5d for soldering the power supply pin 7d. Note that it is not always necessary to branch at an equal impedance, and the branch may be asymmetric. The branching method is a matter determined according to how to achieve the directivity in the vertical direction.
[0023]
The bases of the striplines 4 and 5 are independently wired to realize variable beam tilt characteristics, and a connector 10 for connecting a coaxial cable or a phase shifter is attached to each base end.
Since the strip lines 4 and 5 are sandwiched between the conductor ground plates 1a and 1b and surrounded by the metal plates 1c and 1d, unnecessary radiation from the strip lines 4 and 5 can be prevented.
[0024]
The structure of the horizontally polarized omnidirectional antenna has been described above, but the structure of the horizontally polarized omnidirectional antenna of the present invention is not limited to the above. Hereinafter, various modifications will be described with reference to the drawings.
FIG. 8 is a perspective view showing another shape of the antenna elements 6a to 6d and 6a 'to 6d'. According to this example, the fact that the convex conductor plate is bent in a U-shape in cross section is similar to the antenna element shown in FIG. The difference is that a notch 62 for impedance adjustment is provided. This adjustment is for matching the impedance of the strip lines 4 and 5 of the printed circuit board 3 with the impedance of the antenna elements 6a to 6d and 6a 'to 6d'.
[0025]
FIG. 9A is a perspective view showing still another shape of the antenna element. According to this example, the antenna element 64a is formed by bending a convex-shaped conductor plate so that the cross section has a polygonal shape. As a result, the processing of the antenna element becomes slightly complicated, but the outer diameter of the radome can be further reduced.
FIG. 9B is a sectional view of a horizontally polarized omnidirectional antenna using the antenna element of FIG. 9A.
[0026]
FIG. 10 shows an example in which the bending angles θ1 on both sides of the conductor ground plates 11a and 11b are smaller than 90 °. In this case, the bending angle θ2 of the antenna elements 64a and 65a 'can be arbitrarily set. Also in this example, the outer diameter of the antenna can be reduced as in the case of FIG.
FIG. 11A is a cross-sectional view in which shielding plates 1e and 1f electrically connected to a conductive ground plane are interposed between antenna elements 6a and 6a ', and FIG. 11B is an elevation view. Show. Without these shielding plates 1e and 1f, when viewed from the left-right direction AA, the wave source may be behind the antenna element and radiation in the left-right direction may be reduced. Therefore, by providing the shielding plates 1e and 1f, an electric field is generated as shown by the symbol E in FIG. 11A, and this serves as a radiation source of radio waves to increase radiation in the left-right direction AA. it can.
[0027]
FIG. 12 shows an example in which the shielding plates 1e and 1f are mounted in the middle of the antenna element. In this example, since the shielding plates 1e and 1f can be disposed at the center while avoiding the power supply pin 7b, the variation in the directivity between left and right can be further reduced. FIG. 12 illustrates the distribution of the electric field.
FIG. 13 shows an example in which the dielectric 11 is inserted between the antenna elements 6a, 6a 'and the conductor ground plates 1a, 1b. Polytetrafluoroethylene can be given as a material of the dielectric 11. According to this, the antenna element size can be reduced and the antenna outer diameter can be reduced due to the wavelength shortening effect of the dielectric.
[0028]
Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above embodiments. In the above embodiment, the number of antenna elements is four. However, the number of antenna elements is not limited to four, and may be one, two, or five or more. The shape of the strip line of the substrate 3 may be appropriately changed. Further, as shown in FIG. 14, the antenna elements 6b and 6b 'and the like which are bent and arranged so as to straddle the side end surfaces of both ground plates and the conventional vertically polarized radiation antenna element 6p (shown in FIG. 16 (a)). (Equivalent to the antenna element 22). Various other changes can be made without changing the gist of the present invention.
[0029]
【Example】
Next, specific design guidelines including materials and dimensions of each part are shown.
First, the conductor ground plates 1a and 1b are formed of aluminum, have a thickness of 4.5 mm, and a height of 700 mm. If this material has this thickness, sufficient strength can be obtained even when it is erected as a base antenna or a mobile antenna. Further, if it is grounded due to its conductivity, it can be used as a lightning conductor.
[0030]
As the insulating plates 2a and 2b, a foam of a synthetic resin such as foamed polypropylene, foamed polyethylene, foamed styrene, foamed urethane, or the like can be used.
The substrate 3 is a flexible substrate (FPC) composed of a base film of polyimide or polyester and copper foil applied thereto.
The antenna elements 6a to 6d and 6a 'to 6d' are made of aluminum, brass or copper plate as usual.
[0031]
The length of the antenna element is L7 (see FIG. 3), the width of the antenna element is L2, the distance between the opposing antenna elements, that is, the thickness of the horizontally polarized omnidirectional antenna is L4, the distance between the opposing conductor ground planes is L5, and the antenna The length of the bent portion of the element is L6 (see FIG. 6).
Actually, a horizontally polarized omnidirectional antenna having four antenna elements was manufactured with L2 = 58 mm, L4 = 26 mm, L5 = 6.2 mm, L6 = 20 mm, and L7 = 20 mm.
[0032]
FIG. 15 shows the measurement results of the directivity of the horizontal polarization in the horizontal plane. The direction of 0 ° on the circumferential axis corresponds to the direction B shown in FIG. The radiation axis is normalized on a linear scale with the electric field strength (V / m) as a peak at 100%.
As a general performance required for the so-called omnidirectional antenna in a horizontal plane, the electric field strength in the minimum direction is 50% or more of the electric field strength in the peak direction. In FIG. 6, the electric field strength in the minimum direction is 80%, and it can be seen that sufficient performance can be secured.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a sectional view showing a specific example of a horizontally polarized omnidirectional antenna of the present invention.
FIG. 2 is a perspective view showing a specific example of an antenna element alone.
FIG. 3 is an exploded perspective view of a horizontally polarized omnidirectional antenna.
FIG. 4 is a side elevation view of a horizontally polarized omnidirectional antenna.
FIG. 5 is a front elevation view of a horizontally polarized omnidirectional antenna.
FIG. 6 is a sectional view taken along line XX of the horizontally polarized omnidirectional antenna.
FIG. 7 is an elevation view of a flexible printed circuit board.
FIG. 8 is a perspective view showing another specific example of the antenna element alone.
9A is a perspective view showing another specific example of the antenna element alone, and FIG. 9B is a cross-sectional view showing a horizontally polarized omnidirectional antenna using the antenna element.
FIG. 10 is a cross-sectional view showing another example of a horizontally polarized omnidirectional antenna.
11A is a cross-sectional view showing still another example of a horizontally polarized omnidirectional antenna, and FIG. 11B is a front view.
FIG. 12 is a front view showing another further example of the horizontally polarized omnidirectional antenna.
FIG. 13 is a sectional view showing still another example of a horizontally polarized omnidirectional antenna.
FIG. 14 is a front view showing a structure using a combination of a horizontally polarized omnidirectional antenna of the present invention in which antenna elements are bent so as to straddle side end surfaces of both ground plates and a conventional vertically polarized radiation antenna; It is.
FIG. 15 is a graph showing a measurement result of directivity of a horizontally polarized wave in a horizontal plane in the example.
16A is a front view of a conventional vertically polarized horizontal omnidirectional array antenna, and FIG. 16B is a cross-sectional view.
17A is a front view of a conventional horizontally polarized horizontal omnidirectional array antenna, FIG. 17B is a cross-sectional view, and FIG. 17C is a front view of a feed circuit board.
[Explanation of symbols]
1a, 1b Metallic conductive ground plates 1c, 1d Metal plates 2a, 2b Insulating plate 3 Printed circuit board (feeding circuit board)
4,5 Strip lines 6a-6d, 6a'-6d 'Antenna elements 7a, 7b Feed pins

Claims (7)

中心線の両側に矩形状の導体地板同士を対抗させ、両地板間に1枚の給電回路基板を配設し、前記導体地板の外面には、一対のアンテナ素子を一段又は中心線方向に多段に配設したアンテナであって、
前記一対のアンテナ素子を構成する各アンテナ素子は、それぞれ両地板の側端面をまたがる状態で曲げられて配置され、
前記給電回路基板に、両導体地板を貫通して前記一対のアンテナ素子に給電する給電ピンを立設し、
前記給電ピンの両端から、前記一対のアンテナ素子を構成する各アンテナ素子に給電することを特徴とする水平偏波無指向性アンテナ。
On one side of the center line, rectangular conductor ground planes are opposed to each other, and one feed circuit board is provided between the ground planes. On the outer surface of the conductor ground plane, a pair of antenna elements is provided in one stage or in multiple stages in the center line direction. The antenna arranged in the
Each antenna element constituting the pair of antenna elements is bent and arranged so as to straddle the side end surfaces of both base plates,
A power supply pin is provided on the power supply circuit board to penetrate both conductor ground planes and supply power to the pair of antenna elements.
A horizontally polarized omnidirectional antenna, wherein power is supplied to both antenna elements constituting the pair of antenna elements from both ends of the power supply pin.
前記両導体地板の側端面には、曲げ加工が施されている請求項1記載の水平偏波無指向性アンテナ。2. The horizontally polarized omnidirectional antenna according to claim 1, wherein the side end surfaces of the conductor ground plates are bent. 前記両導体地板の側端面には、両導体地板を短絡するための金属板が取り付けられている請求項1記載の水平偏波無指向性アンテナ。2. The horizontally polarized omnidirectional antenna according to claim 1, wherein a metal plate for short-circuiting the conductor ground plates is attached to side end surfaces of the conductor ground plates. 前記一対のアンテナ素子を構成する各アンテナ素子は、中心線方向から見てほぼ点対称に配置され、前記給電ピンは、給電回路基板の中心線上に立設されている請求項1記載の水平偏波無指向性アンテナ。2. The horizontally biased antenna according to claim 1, wherein each of the antenna elements constituting the pair of antenna elements is arranged substantially point-symmetrically when viewed from a center line direction, and the feed pin is provided upright on a center line of the feed circuit board. 3. Wave omnidirectional antenna. 前記一対のアンテナ素子を構成するアンテナ素子は、凸形状の導体板を断面コの字状に折り曲げたものであり、その突出部に前記給電ピンが接続される請求項4記載の水平偏波無指向性アンテナ。5. The antenna according to claim 4, wherein the antenna element forming the pair of antenna elements is formed by bending a convex conductive plate into a U-shaped cross section, and the projecting portion is connected to the feed pin. 6. Directional antenna. 前記一対のアンテナ素子を構成する各アンテナ素子の間には、導体地板と電気的に接続された遮蔽板が介在している請求項1記載の水平偏波無指向性アンテナ。The omnidirectional horizontally polarized antenna according to claim 1, wherein a shielding plate electrically connected to a conductive ground plane is interposed between the antenna elements constituting the pair of antenna elements. アンテナ素子と導体地板との間には、誘電体が挿入されている請求項1記載の水平偏波無指向性アンテナ。2. The omnidirectional horizontally polarized antenna according to claim 1, wherein a dielectric is inserted between the antenna element and the conductive ground plane.
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