JP3933785B2

JP3933785B2 - Multistage antenna

Info

Publication number: JP3933785B2
Application number: JP08797298A
Authority: JP
Inventors: 敏明城阪
Original assignee: Ｄｘアンテナ株式会社
Priority date: 1998-03-16
Filing date: 1998-03-16
Publication date: 2007-06-20
Anticipated expiration: 2018-03-16
Also published as: JPH11266119A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば垂直ダイバシティーアンテナとして使用できる多段アンテナに関する。
【０００２】
【従来の技術】
パーソナルハンディホーンシステムや携帯電話のような移動体通信システムの基地局のアンテナとしては、フェージングによる受信レベルの変動を防止するために、ダイバシティーアンテナが使用される。ダイバシティーアンテナは、複数のアンテナを或る間隔をおいて配置したものである。複数のアンテナの配置方向として、垂直方向を採用した垂直ダイバシティーアンテナは、各アンテナを１つのケース内に収容すると、外見上１本のアンテナに見えるので、景観上有利である。
【０００３】
垂直ダイバシティーアンテナとしては、例えば次のようなものがある。垂直方向に沿って上側及び下側の２つのアンテナが配置されている。上側及び下側アンテナは、それぞれコリニアアンテナからなる。これら上側アンテナ及び下側アンテナは、上側アンテナ用同軸ケーブル及び下側アンテナ用同軸ケーブルによってそれぞれ給電される。上側アンテナ用同軸ケーブルは、下側アンテナ内を通過している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上側及び下側コリニアアンテナへの給電方法としては、シリアル給電することも考えられる。しかし、上述したケースに上側及び下側コリニアアンテナを収容した場合、ケースでの反射が大きく、電流分布が乱れ、垂直面での指向性が大幅に悪くなる。
【０００６】
本発明は、アンテナの指向性を乱すことがない多段アンテナを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、導電性アームと、２組のアンテナ素子とを具備している。２組のアンテナ素子は、接地素子と給電素子とをそれぞれ有している。接地素子は、導電性アームに一端部が結合され、他端部が開放されている。給電素子は、接地素子の一端部の近傍に一端部が絶縁されて結合され、他端部が開放されている。接地素子及び給電素子の他端部間に受信電波の約１／２波長の電流波が乗るように接地素子及び給電素子の長さが選択されている。これら２組のアンテナ素子は、導電性アームの長さ方向に沿って設けられている。２組のアンテナ素子の境となる導電性アームの位置において導電性アームの長さ方向に対して垂直な面を基準面として、２組のアンテナ素子は鏡面対称に配置されている。２組のアンテナ素子の給電素子の一端部間を導電性スリーブが結合している。この導電性スリーブは、前記受信電波の１／２波長の奇数倍の長さを有している。この導電性スリーブの一端部に給電線が接続されている。
【００１０】
本発明によれば、一方のアンテナ素子の給電素子の一端部から、導電性スリーブを介して他方のアンテナ素子の給電素子の一端部に給電すると、他方のアンテナ素子は逆相で給電される。しかし、２組のアンテナ素子は、鏡面対称に配置されているので、両アンテナ素子から同相で電波が放射される。従って、合成放射ローブは水平方向になる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
本発明の１実施形態の多段アンテナは、例えば垂直ダイバシティーアンテナとして使用される。この垂直台場シティーアンテナは、図１に示すように垂直に立てられるアーム２を有している。このアーム２は、導電性を備える材料、例えば金属製である。このアーム２は、例えばλ／１６（λは、この垂直台場シティーアンテナによって受信する電波の中心波長）の直径を有する円形のパイプである。
【００２６】
アーム２には、上側アンテナ素子４と、下側アンテナ素子６とからなる１対のアンテナ素子が設けられている。図示していないが、この１対のアンテナ素子が、アーム２の長さ方向に沿って複数対設けられている。
【００２７】
上側アンテナ素子４は、接地素子４ｇと給電素子４ｈとを有している。下側素子６も、接地素子６ｇと給電素子６ｈとを有している。これら接地素子４ｇと６ｇ及び給電素子４ｈと６ｈは、中央部から先端部に向かうに従って径が増大する中空の円錐状にそれぞれ形成されている。
【００２８】
接地素子４ｇと６ｇは、アーム２の長さ方向に所定の間隔をおいて配置されている。接地素子４ｇと６ｇの中央部が、直接にアーム２に固定されている。この固定状態において、接地素子４ｇの最大径部（先端部）がアーム２の上方を向き、接地素子６ｇの最大径部（先端部）がアーム２の下方を向いている。
【００２９】
アーム２の外周面における接地素子４ｇと６ｇの間の部分に、導電性材料、例えば金属製のスリーブ８が、例えばリング状の絶縁材１０、１２を介して取り付けられている。このスリーブ８の上側端部は、接地素子４ｇに接近して配置され、スリーブ８の下側の端部は、接地素子６ｇに接近して配置されている。
【００３０】
スリーブ８の上側端部に、給電素子４ｈの中央部、即ち給電点が固定されている。スリーブ８の下側端部に、給電素子６ｈの中央部、即ち給電点が固定されている。この固定状態において、給電素子４ｈの最大径部（先端部）が下方を向き、給電素子６ｈの最大径部（先端部）が上方を向いている。
【００３１】
このように上側アンテナ素子４と下側アンテナ素子６とは、給電素子４ｈと６ｈとの最大径部の間で、アーム２に垂直な面Ｓを対称面として鏡面対称に配置されている。
【００３２】
アーム２内に給電線、例えば同軸ケーブル１４が挿通されている。そして、その中心導体１４ｉが給電素子４ｈの中央部、即ち給電点に接続されている。従って、給電素子４ｈと６ｈの給電点は、スリーブ８を介して接続されている。なお、図示していない、この１対のアンテナ素子よりも上方にある他の１対のアンテナ素子も、同様に同軸ケーブル１６を介して給電されている。同様に、この１対のアンテナ素子よりも下方にある他の１対のアンテナ素子も、図示していない同軸ケーブルによって給電されている。なお、各同軸ケーブルの外部導体は、アーム２に接続されている。
【００３３】
接地素子４ｇと６ｇ及び給電素子４ｈと６ｈは、共にアーム２の長さ方向に沿って約λ／４の長さを有している。これらの最大半径ｈは、λ／２４乃至λ／４とされている。従って、接地素子４ｇと６ｇ及び給電素子４ｈと６ｈがアーム２となす角度θは１０乃至３５度である。また、スリーブ８は、λｇ／２の奇数倍、例えばλｇ／２（λｇは、スリーブ８とアーム２との間で形成されている同軸構造における、この垂直ダイバシティーアンテナによって受信する電波の同軸管内の中心波長）である。
【００３４】
このような垂直ダイバシティーアンテナでは、同軸ケーブル１４によって給電素子４ｈと６ｈを給電すると、図２に示すように、上側アンテナ素子４の接地素子４ｇと給電素子４ｈとの間、下側アンテナ素子６の接地素子６ｇと給電素子６ｈとの間に、λ／２の電流波が乗る。従って、上側アンテナ素子４と下側アンテナ素子６は、それぞれダイポールアンテナとして機能する。
【００３５】
特に、スリーブ８がλｇ／２の長さを有しているので、上側アンテナ素子４の給電素子４ｈと下側アンテナ素子６の給電素子６ｈとは逆相で給電される。しかし、上側アンテナ素子４と下側アンテナ素子６とは鏡面対称に配置されているので、上側アンテナ素子４と下側アンテナ素子６とから放射される電波は、同相となる。その結果、合成放射ローブは、水平方向となる。
【００３６】
また、スリーブ８がλｇ／２の長さを有しているので、上側アンテナ素子４の給電点から、スリーブ８及び下側アンテナ素子６を見たインピーダンスは、上側アンテナ素子４のインピーダンスと等しくなる。従って、上側アンテナ素子４と下側アンテナ素子６における電流比または電圧比は１対１となり、理想的なスタックアンテナとなる。従って、上側アンテナ素子４と下側アンテナ素子６のインピーダンスを設計インピーダンス（例えば５０Ω）の２倍に設定しておけば、上側アンテナ素子４と下側アンテナ素子６のマッチングをとることができる。
【００３７】
さらに、同軸ケーブル１４は、導電性のアーム２内を通過している。従って、同軸ケーブル１４から放射される電波は導電性アーム２によってシールドされるので、同軸ケーブル１４が下側アンテナ素子６の内部を通過していても、下側アンテナ素子６の電流分布を乱すことがない。
【００３８】
また、接地素子４ｇと６ｇ及び給電素子４ｈと６ｈは、円錐状であるので、広帯域のアンテナが得られるし、絞り型等で容易に製作可能である。さらに接地素子４ｇと６ｇ及び給電素子４ｈと６ｈのアーム２に沿う長さ寸法をλ／４に選択しているので、これらがシュペルトップと同様に機能し、図２に点線で示すようなアーム２に流れようとする不要な電流をカットすることができるし、スリーブ８の表面に流れようとする不要な電流もカットすることができる。これら不要な電流は、給電素子４ｈと６ｈから放射している電流と位相が異なることが多く、このアンテナの指向性を乱し、利得を低下させる原因となる。
【００３９】
この実施の形態の垂直ダイバシティーアンテナは、円錐状の接地素子４ｇと６ｇ及び給電素子４ｈと６ｈを使用したが、図３（ａ）に示すように給電素子４ｈと６ｈとを、半径が例えばλ／４のディスク状素子４ｈ１と６ｈ１に置換することができる。この場合、スリーブ８の表面を流れようとする不要電流をカットするために、スリーブ８の外表面にシュペルトップ１８、２０を設ければよい。この場合も、アーム２の表面を流れようとする不要電流は、接地素子４ｇと６ｇがシュペルトップとして機能して、カットする。
【００４０】
或いは、図３（ｂ）に示すように、接地素子４ｇ２と６ｇ２及び給電素子４ｈ２と６ｈ２を共に、λ／４の長さをアーム２に長さ方向に沿って有する円筒状素子とすることもできる。なお、図３（ｂ）において、接地素子を図１に示す円錐状素子とすることもできるし、接地素子は円錐状素子として、給電素子をディスク状または円錐状素子とすることもできる。
【００４１】
図４に、この垂直ダイバシティーアンテナの１組のアンテナ素子４と６との合成最大放射方向利得の周波数特性を示す。このアンテナ素子４と６とでは、１８９５ＭＨｚから１９２０ＭＨｚにおいてほぼ４．５ｄＢの利得が得られる。また、図５に、この垂直ダイバシティーアンテナの１組のアンテナ素子４と６との合成定在波比の周波数特性を示す。このアンテナ素子４と６では、合成定在波比は１．４乃至１．１９であり、充分に実用になる値である。図６に、アンテナ素子４と６の１９０７．５ＭＨｚにおける合成垂直面指向性を示す。図６より、アンテナ素子４と６は、ほぼ水平方向から到来する電波を受信することが判る。図７に、アンテナ素子４と６の１９０７．５ＭＨｚにおける合成水平面指向性を示す。図７より、アンテナ素子４と６は、水平面内に無指向性であることが判る。
【００４２】
図８に第１の参考例の垂直ダイバシティーアンテナを示す。図１に示した垂直ダイバシティーアンテナは、その指向性が水平方向を向いているものである。しかし、図８に示した垂直ダイバシティーアンテナは、その指向性が水平面よりも下方を向いた、即ち下向きのビームチルトを備えたものである。このようなビームチルトを備える垂直ダイバシティーアンテナは、余り遠くに電波を放射したくない場合、或いは遠方からの電波を受信したくない場合に、使用される。
【００４３】
図８の垂直ダイバシティーアンテナも、図１に垂直ダイバシティーアンテナと同様に、導電性のアーム２、上側アンテナ素子４０及び下側アンテナ素子６０を備えている。上側アンテナ素子４０及び下側アンテナ素子６０も、円錐状の接地素子４０ｇと６０ｇ及び円錐状の給電素子４０ｈと６０ｈを備えている。図１の垂直ダイバシティーアンテナでは、上側アンテナ素子４と下側アンテナ素子６とは、鏡面対称に配置されていた。しかし、この垂直ダイバシティーアンテナでは、これらは鏡面対称に配置されていない。即ち、アーム２の上側から、アーム２の下方に向かって上側アンテナ素子４０の接地素子４０ｇ、上側アンテナ素子４の給電素子４０ｈ、下側アンテナ素子６０の接地素子６０ｇ及び下側アンテナ素子６０の給電素子６０ｈが、この名前の順に配置されている。なお、図９に示すように、これら上側アンテナ素子４０と下側アンテナ素子６０とを１対とするアンテナ素子が、複数組、アーム２に沿って設けられている。
【００４４】
無論、接地素子４０ｇと６０ｇは、それらの中央部がアーム２に直接に接続されている。給電素子４０ｈと６０ｈは、それらの中央部が絶縁性のリング状のスペーサ１１０と１２０を介してアーム２に取り付けられている。各接地素子４０ｇと６０ｇは、その最大径部が上方を向くように配置されている。各給電素子４０ｈと６０ｈは、その最大径部が下方を向くように配置されている。
【００４５】
各接地素子４０ｇと６０ｇ及び給電素子４０ｈと６０ｈは、図１に各接地素子４ｇと６ｇ及び給電素子４ｈと６ｈとほぼ同一の大きさに形成されている。また、上側アンテナ素子４０の接地素子４０ｇの中央部と給電素子４０ｈの中央部とは、できるだけ接近して配置されている。同様に、下側アンテナ素子６０の接地素子６０ｇと給電素子６０ｈの中央部もできるだけ接近して配置されている。これら上側アンテナ素子４０及び下側アンテナ素子６０は、それぞれダイポールアンテナとして機能する。
【００４６】
給電素子６０ｈの中央部、即ち給電点には、アーム２内を通過してきた、第１の給電線、例えば同軸ケーブル１４０の中心導体１４０ｉが接続されている。同軸ケーブル１４０の外部導体はアーム２に接続されている。この同軸ケーブル１４０のインピーダンスは、例えばＺ0 である。なお、Ｚ0 は、上側アンテナ素子４０及び下側アンテナ素子６０の設計インピーダンスの約１／２である。
【００４７】
給電素子４０ｈの中央部、即ち給電点は、アーム２内を通過した第２の給電線、例えば同軸ケーブル１４１の中心導体１４１ｉによって給電素子６０ｈの給電点に接続されている。即ち、上側アンテナ素子４０の給電点と下側アンテナ素子６０の給電点は、シリアル接続されている。この同軸ケーブル１４１の長さは、λよりも幾分短く選択されている。この同軸ケーブル１４１のインピーダンスは、同軸ケーブル１４０の２倍のインピーダンス２Ｚ0 に選択されている。
【００４８】
同軸ケーブル１４１の長さをλとすると、給電素子４０ｈ及び給電素子６０ｈは同相で給電されるので、ビームチルトは生じない。同軸ケーブル１４１の長さをλよりも短くすると、上側の給電素子４０ｈは、下側の給電素子６０ｈよりも進相で給電される。その結果、上側アンテナ素子４０及び下側アンテナ素子６０の合成指向特性におけるビームの最大放射方向は、水平面よりも下を向き、ビームチルト形アンテナとなる。
【００４９】
ここで、図８に示すように上側給電素子４０と下側給電素子６０の間隔をｄ、ビームチルト角をθ、同軸ケーブル１４１の短縮率をη、同軸ケーブル１４１の長さをＬとすると、上側アンテナ素子４０と下側アンテナ素子６０の位相差Δφは、数１で表される。
【００５０】
【数１】
Δφ＝（２πｄｓｉｎθ／λ）＝２π−（２πＬ／λη）
【００５１】
従って、ｓｉｎθは数２によって表される。
【００５２】
【数２】
ｓｉｎθ＝（λ／ｄ）〔１−（Ｌ／λη）〕
【００５３】
従って、Ｌ／ληが１より小さくなるように、即ちＬをηλよりも短く選択することによって下向きのビームチルトとすることができる。
【００５４】
上側アンテナ素子４０の実際のインピーダンスは２Ｚ0 に選択され、下側アンテナ素子６０の実際のインピーダンスも、２Ｚ 0 に選択されている。上述したように、同軸ケーブル１４１のインピーダンスは２Ｚ0 であるので、下側給電素子６０ｈの給電点から見た同軸ケーブル１４１及び上側アンテナ素子４０の合成インピーダンスは、Ｚ0 となる。よって上側アンテナ素子４０と下側アンテナ素子６０のマッチングがとれる。
【００５５】
なお、図８に符号１４４で示してあるのは、これら上側アンテナ素子４０と下側アンテナ素子６０とからなるアンテナ素子のさらに上側に設けられているアンテナ素子の下側アンテナ素子給電用の同軸ケーブルである。これもインピーダンスがＺ0 である。
【００５６】
図８に示すように、給電素子４０ｈと給電素子６０ｈの内部には、アーム２に沿ってスリーブ８０と８２が取り付けられている。スリーブ８０と８２は、約λ／４の長さを有し、これらの一端部が上側給電素子４０ｈと下側給電素子６０ｈの給電点にそれぞれ結合され、他方の端部がアーム２に直接にそれぞれ接続されている。即ち、これらスリーブ８０と８２は、片側ショートとされている。
【００５７】
スリーブ８０と８２を設けなければ、給電素子４０ｈと６０ｈは、アーム２に近接しているので、放射インピーダンスが低下し、給電素子４０ｈと６０ｈ及びアーム２間で電波が放射され、良好にアンテナとして動作しない。また、アーム２に不要な電流が多く流れ、電波の放射パターンが悪くなり、利得も低下する。
【００５８】
ところが、スリーブ８０と８２を設けると、これらがシュペルトップとして動作し、給電素子４０ｈとアーム２との間、及び給電素子６０ｈとアーム２との間のインピーダンスをそれぞれ高くできる。これによって給電素子４０ｈと接地素子４０ｇとの間で、給電素子６０ｈと接地素子６０ｇとの間で、それぞれ良好に電波を放射し、正常に動作する。また給電素子４０ｈと６０ｈの長さがλ／４であるので、これらの最大径部から給電素子４０ｈと６０ｈの給電点（スリーブ８０と８２に接続される点）までの距離が約λ／４になるので、スリーブ８０と８２の表面には不要な電流は流れない。
【００５９】
図９に示すように、上側アンテナ素子４０と下側アンテナ素子６０からなるアンテナ素子は、アーム２に沿って複数組設けられている。これらは、レドーム、例えば円筒状の外ケース２００によって包囲されている。この外ケース２００は、例えばパーソナルハンディフォーンシステムの無線基地局用のアンテナとして、この垂直ダイバシティーアンテナを使用する場合、強度を上げるために、強固なＦＲＰパイプが外ケース２００として使用される。そのため、外ケース２００の肉厚が１０ｍｍ程度になることもある。
【００６０】
この場合、上側アンテナ素子４０及び下側アンテナ素子６０から放射された電波が、外ケース２００によって反射され、上側アンテナ素子４０及び下側アンテナ素子６０に戻り、これらアンテナ素子４０及び６０のインピーダンスが高くなる。特に、上側アンテナ素子４０及び下側アンテナ素子６０の最大径部と外ケース２００の内面との距離が約λ／４の場合、反射波が、上側アンテナ素子４０及び下側アンテナ素子６０から放射された電波と逆相になり、インピーダンスが非常に高くなる。
【００６１】
そこで、各上側アンテナ素子４０及び下側アンテナ素子６０の周囲に、例えば約λ／４乃至λ／２の幅Ｗの共振リング２０２がそれぞれ配置されている。これら共振リング２０２は、各上側アンテナ素子４０及び下側アンテナ素子６０から約λ／４０乃至λ／８の距離だけ離して配置されている。これら共振リング２０２を設けることによって、各上側アンテナ素子４０及び下側アンテナ素子６０のインピーダンスを低下させることができる。
【００６２】
これは、概ね次のように考えられる。上側アンテナ素子４０及び下側アンテナ素子６０からそれぞれ放射された電波は、共振リング２０２によって位相が約９０度遅れる。そして、外ケース２００で反射するときに、さらに位相が１８０度遅れる。即ち、合計２７０度位相が遅れる。この２７０度遅れた電波が、共振リング２０２によって更に９０度遅れ、合計３６０度遅れて、上側アンテナ素子４０及び下側アンテナ素子６０に戻る。従って、反射してきた電波と、放射される電波が同相になり、インピーダンスが低下する。即ち、共振リング２０２は、約９０度の遅延素子として機能する。
【００６３】
なお、共振リング２０２の幅Ｗと共振リング２０２から上側アンテナ素子４０及び下側アンテナ素子６０までの距離を調整することによって、上側アンテナ素子４０及び下側アンテナ素子６０のインピーダンスの実部を調整することができる。また虚部は、スリーブ８０、８２の長さを調整することによって行える。
【００６４】
共振リング２０２は、例えば次のようにして形成することができる。長方形状のフィルム２０４上に、エッチング等によって幅Ｗの直線状の金属箔、例えばアルミ箔または銅箔が形成される。また、各上側アンテナ素子４０及び下側アンテナ素子６０から所定の距離（約λ／４０乃至λ／８の距離）の位置に、例えばＦＲＰ製の内ケース２０６を配置する。金属箔をそれぞれ形成したフィルム２０４を筒状に巻いて、内ケース２０６の内面に接着する。
【００６５】
内ケース２０６の外周面に、各上側アンテナ素子４０及び下側アンテナ素子６０にそれぞれ対応するように、幅Ｗのアルミまたは銅等の粘着テープを巻きつけて、共振リング２０２を形成してもよい。
【００６６】
図９の場合、外ケース２００は外径が約９０ｍｍ、内ケース２０６は直径が約３５ｍｍで、λは約１６０ｍｍである。
【００６７】
図１０に、この垂直ダイバシティーアンテナの１組のアンテナ素子４０と６０との合成最大放射方向利得の周波数特性を示す。このアンテナ素子４０と６０とでは、１８９５ＭＨｚから１９２０ＭＨｚにおいてほぼ３．５ｄＢ乃至４ｄＢの利得が得られる。また、図１１に、この垂直ダイバシティーアンテナの１組のアンテナ素子４０と６０との合成定在波比の周波数特性を示す。このアンテナ素子４０と６０では、合成定在波比は１．４乃至１．２であり、充分に実用になる値である。図１２に、アンテナ素子４０と６０の１９０７．５ＭＨｚにおける合成垂直面指向性を示す。図１２より、アンテナ素子４０と６０は、ほぼ水平面に対してθだけ下方に傾いた方向から到来する電波を良好に受信することが判る。図１３に、アンテナ素子４０と６０の１９０７．５ＭＨｚにおける合成水平面指向性を示す。図１３より、アンテナ素子４０と６０は、水平面内で無指向性であることが判る。
【００６８】
図１４に第２の参考例の垂直ダイバシティーアンテナを示す。この垂直ダイバシティーアンテナでも、図８及び図９に示した垂直ダイバシティーアンテナと同様にビームチルト特性を有している。そのための構成は図８及び図９に示した垂直ダイバシティーアンテナと同一である。そのため、同等部分には、同一符号を付して、その説明を省略する。
【００６９】
図８及び図９の垂直ダイバシティーアンテナでは、スリーブ８０と８２を給電素子４０ｈと給電素子６０ｈに設けることによって、給電素子４０ｈ及び給電素子６０ｈとアーム２の間のインピーダンスをそれぞれ大きくした。しかし、スリーブ８０と８２の一端を給電素子４０ｈと給電素子６０ｈにそれぞれ結合し、スリーブ８０と８２の他端をアーム２に直接に接続することは比較的面倒である。
【００７０】
そこで、図１４のダイバシティーアンテナでは、給電素子４０ｈ及び６０ｈの最大径部付近、即ち約λ／４の位置に、給電素子４０ｈ及び６０ｈとアーム２とを接続するように、短絡板、例えば導電性の円板２１０と２１２が設けられている。
【００７１】
従って、給電素子４０ｈ及び給電素子６０ｈの給電点から最大径部側を見たインピーダンスが大きくなる。
【００７２】
但し、円板２１０と２１２を通じて、給電素子４０ｈ及び６０ｈからの電流が、アーム２に流れる可能性がある。これを防止するため、下側の接地素子６０ｇを上側の給電素子４０ｈに近づけ、下側の給電素子６０ｈをさらに下方にある別のアンテナ素子の上側の接地素子７０ｇに近づけ、不要電流を上側及び下側の接地素子６０ｇと７０ｇに流すことが望ましい。
【００７３】
しかし、上側アンテナ素子４０と下側アンテナ素子６０でそれぞれ構成される各アンテナ素子の間隔の関係で、下側の給電素子６０ｈとさらに下方にある別のアンテナ素子の上側の接地素子７０ｇとの間隔を接近させることができない場合、これらの間のアーム２にシュペルトップとして機能する円錐状素子２１４を取り付けてもよい。円錐状素子２１４に代えて、円筒状素子を設けてもよい。また、同じ組内の上側の給電素子４０ｈと下側の接地素子６０ｇの間隔が広くなる場合、これらの間のアームに円錐状素子または円筒状素子を取り付けてもよい。
【００７４】
図８及び図９に示した垂直ダイバシティーアンテナ及び図１４に示した垂直ダイバシティーアンテナでは、給電素子４０ｈと６０ｈ及び接地素子４０ｇと６０ｇに円錐状素子を使用した。しかし、図３（ａ）、（ｂ）に示したものと同様に、給電素子４０ｈと６０ｈに代えて、ディスク状素子又は円筒状素子を使用することもできる。また、接地素子４０ｇと６０ｇに代えて、図３（ｂ）に示すような円筒状素子を使用することもできる。
【００７５】
また、図１、図８及び図９並びに図１４に示した各垂直ダイバシティーアンテナでは、１組のアンテナ素子における接地素子、例えば４ｇまたは４０ｇと給電素子４ｈまたは４０ｈは、その中央部がアーム２に沿って最も接近するように配置したが、逆に最大径部が隣接するように配置することもできる。接地素子例えば６ｇまたは６０ｇと給電素子６ｈと６０ｈにおいても同様な変更が行える。
【００７６】
なお、上記の各実施の形態では、本発明を垂直ダイバシティーアンテナに実施したが、これに限ったものではなく、各アンテナ素子で受信された信号を合成して、高利得を得るアンテナとすることもできる。
【００７８】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、２組のアンテナ素子から同相電波が放射され、合成放射ローブが水平方向となる多段アンテナを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１実施形態の垂直ダイバシティーアンテナの拡大縦断面図である。
【図２】図１のアンテナにおける電流分布を示す図である。
【図３】図１のアンテナの変形例を示す略図である。
【図４】図１のアンテナの利得対周波数特性図である。
【図５】図１のアンテナの定在波比対周波数特性図である。
【図６】図１のアンテナの垂直面の指向特性図である。
【図７】図１のアンテナの水平面の指向特性図である。
【図８】本発明の第１の参考例の垂直ダイバシティーアンテナの拡大縦断面図である。
【図９】図８の垂直ダイバシティーアンテナの縦断面図である。
【図１０】図８のアンテナの利得対周波数特性図である。
【図１１】図８のアンテナの定在波比対周波数特性図である。
【図１２】図８のアンテナの垂直面の指向特性図である。
【図１３】図８のアンテナの水平面の指向特性図である。
【図１４】本発明の第２の参考例の垂直ダイバシティーアンテナの拡大縦断面図である。
【符号の説明】
２アーム
４６アンテナ素子
４ｇ６ｇ接地素子
４ｈ６ｈ給電素子
８スリーブ
１４１６同軸ケーブル（給電線） [0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a multistage antenna that can be used, for example, as a vertical diversity antenna.
[0002]
[Prior art]
As an antenna of a base station of a mobile communication system such as a personal handy horn system or a mobile phone, a diversity antenna is used in order to prevent fluctuations in reception level due to fading. The diversity antenna is a plurality of antennas arranged at a certain interval. A vertical diversity antenna that employs the vertical direction as the arrangement direction of a plurality of antennas is advantageous in terms of scenery because, when each antenna is accommodated in one case, it looks like one antenna.
[0003]
Examples of the vertical diversity antenna include the following. Two antennas on the upper side and the lower side are arranged along the vertical direction. Each of the upper and lower antennas is a collinear antenna. The upper antenna and the lower antenna are respectively fed by the upper antenna coaxial cable and the lower antenna coaxial cable. The coaxial cable for the upper antenna passes through the lower antenna.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
  As a power feeding method to the upper and lower collinear antennas, serial power feeding may be considered. However, when the upper and lower collinear antennas are accommodated in the case described above, the reflection at the case is large, the current distribution is disturbed, and the directivity on the vertical plane is greatly deteriorated.
[0006]
  An object of this invention is to provide the multistage antenna which does not disturb the directivity of an antenna.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
  The present inventionA conductive arm and two sets of antenna elements are provided. The two sets of antenna elements each have a ground element and a feeding element. The ground element has one end coupled to the conductive arm and the other end open. One end of the power feeding element is insulated and coupled in the vicinity of one end of the ground element, and the other end is opened. The lengths of the grounding element and the power feeding element are selected so that a current wave of about ½ wavelength of the received radio wave is placed between the other ends of the grounding element and the power feeding element. These two sets of antenna elements are provided along the length direction of the conductive arm. The two sets of antenna elements are arranged mirror-symmetrically with the plane perpendicular to the length direction of the conductive arms at the position of the conductive arms serving as the boundary between the two sets of antenna elements. A conductive sleeve is coupled between one end portions of the feeding elements of the two sets of antenna elements. This conductive sleeve has a length that is an odd multiple of ½ wavelength of the received radio wave. A power supply line is connected to one end of the conductive sleeve.
[0010]
  According to the present invention,Of the feeding element of one antenna elementOne endFrom the feeding element of the other antenna element through the conductive sleeve.One endWhen the power is fed to the other antenna element, the other antenna element is fed in reverse phase. However, the two sets of antenna elements are mirror surfacesSymmetricallyTherefore, radio waves are radiated in the same phase from both antenna elements. Therefore, synthetic radiationRobeBecomes horizontal.
[0025]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
  Of the present inventionOne embodimentThe multi-stage antenna is used as, for example, a vertical diversity antenna. This vertical platform city antenna has an arm 2 that stands vertically as shown in FIG. The arm 2 is made of a conductive material, for example, metal. The arm 2 is a circular pipe having a diameter of, for example, λ / 16 (λ is a center wavelength of a radio wave received by the vertical platform city antenna).
[0026]
The arm 2 is provided with a pair of antenna elements including an upper antenna element 4 and a lower antenna element 6. Although not shown, a plurality of pairs of the antenna elements are provided along the length direction of the arm 2.
[0027]
The upper antenna element 4 has a ground element 4g and a feed element 4h. The lower element 6 also includes a ground element 6g and a power feeding element 6h. The grounding elements 4g and 6g and the power feeding elements 4h and 6h are each formed in a hollow conical shape whose diameter increases from the central part toward the tip part.
[0028]
The grounding elements 4g and 6g are arranged at a predetermined interval in the length direction of the arm 2. The central part of the grounding elements 4g and 6g is directly fixed to the arm 2. In this fixed state, the maximum diameter portion (tip portion) of the grounding element 4g faces upward of the arm 2, and the maximum diameter portion (tip portion) of the grounding element 6g faces downward of the arm 2.
[0029]
A conductive material, for example, a metal sleeve 8 is attached to a portion between the ground elements 4 g and 6 g on the outer peripheral surface of the arm 2 via, for example, ring-shaped insulating materials 10 and 12. The upper end portion of the sleeve 8 is disposed close to the ground element 4g, and the lower end portion of the sleeve 8 is disposed close to the ground element 6g.
[0030]
A central portion of the power feeding element 4 h, that is, a power feeding point is fixed to the upper end portion of the sleeve 8. At the lower end of the sleeve 8, the central portion of the feeding element 6 h, that is, the feeding point is fixed. In this fixed state, the maximum diameter portion (tip portion) of the feed element 4h faces downward, and the maximum diameter portion (tip portion) of the feed element 6h faces upward.
[0031]
As described above, the upper antenna element 4 and the lower antenna element 6 are arranged in mirror symmetry with respect to the plane S that is perpendicular to the arm 2 between the maximum diameter portions of the feeding elements 4h and 6h.
[0032]
A feeding line, for example, a coaxial cable 14 is inserted into the arm 2. The central conductor 14i is connected to the central portion of the feed element 4h, that is, the feed point. Accordingly, the feeding points of the feeding elements 4 h and 6 h are connected via the sleeve 8. It should be noted that another pair of antenna elements (not shown) located above the pair of antenna elements are similarly fed via the coaxial cable 16. Similarly, another pair of antenna elements below the pair of antenna elements is also fed by a coaxial cable (not shown). The outer conductor of each coaxial cable is connected to the arm 2.
[0033]
Both the grounding elements 4g and 6g and the feeding elements 4h and 6h have a length of about λ / 4 along the length direction of the arm 2. These maximum radii h are λ / 24 to λ / 4. Accordingly, the angle θ between the grounding elements 4g and 6g and the feeding elements 4h and 6h and the arm 2 is 10 to 35 degrees. Further, the sleeve 8 is an odd multiple of λg / 2, for example, λg / 2 (λg is a coaxial tube formed between the sleeve 8 and the arm 2 in a coaxial tube for radio waves received by the vertical diversity antenna. Center wavelength).
[0034]
In such a vertical diversity antenna, when the feeding elements 4h and 6h are fed by the coaxial cable 14, as shown in FIG. 2, the lower antenna element 6 is interposed between the ground element 4g and the feeding element 4h of the upper antenna element 4. A current wave of λ / 2 rides between the grounding element 6g and the feeding element 6h. Therefore, the upper antenna element 4 and the lower antenna element 6 each function as a dipole antenna.
[0035]
In particular, since the sleeve 8 has a length of λg / 2, the feeding element 4h of the upper antenna element 4 and the feeding element 6h of the lower antenna element 6 are fed in opposite phases. However, since the upper antenna element 4 and the lower antenna element 6 are arranged in mirror symmetry, the radio waves radiated from the upper antenna element 4 and the lower antenna element 6 are in phase. As a result, the combined radiation lobe is horizontal.
[0036]
Further, since the sleeve 8 has a length of λg / 2, the impedance when the sleeve 8 and the lower antenna element 6 are viewed from the feeding point of the upper antenna element 4 is equal to the impedance of the upper antenna element 4. . Therefore, the current ratio or voltage ratio between the upper antenna element 4 and the lower antenna element 6 is 1: 1, and an ideal stack antenna is obtained. Therefore, if the impedance of the upper antenna element 4 and the lower antenna element 6 is set to twice the design impedance (for example, 50Ω), the upper antenna element 4 and the lower antenna element 6 can be matched.
[0037]
Further, the coaxial cable 14 passes through the conductive arm 2. Therefore, since the radio wave radiated from the coaxial cable 14 is shielded by the conductive arm 2, the current distribution of the lower antenna element 6 is disturbed even if the coaxial cable 14 passes through the lower antenna element 6. There is no.
[0038]
Further, since the grounding elements 4g and 6g and the feeding elements 4h and 6h are conical, a broadband antenna can be obtained and can be easily manufactured by a diaphragm type or the like. Further, since the length dimension along the arm 2 of the grounding elements 4g and 6g and the feeding elements 4h and 6h is selected to be λ / 4, these function in the same manner as the super top, as shown by a dotted line in FIG. It is possible to cut an unnecessary current that flows to the arm 2, and it is possible to cut an unnecessary current that flows to the surface of the sleeve 8. These unnecessary currents are often out of phase with the currents radiated from the feed elements 4h and 6h, disturbing the directivity of the antenna and reducing the gain.
[0039]
The vertical diversity antenna of this embodiment uses conical grounding elements 4g and 6g and feeding elements 4h and 6h. However, as shown in FIG. 3A, the feeding elements 4h and 6h have a radius of, for example, It can be replaced with λ / 4 disk-like elements 4h1 and 6h1. In this case, the super tops 18 and 20 may be provided on the outer surface of the sleeve 8 in order to cut the unnecessary current that tends to flow on the surface of the sleeve 8. Also in this case, the unnecessary current that is about to flow on the surface of the arm 2 is cut by the grounding elements 4g and 6g functioning as a super top.
[0040]
Alternatively, as shown in FIG. 3B, both the ground elements 4g2 and 6g2 and the power feeding elements 4h2 and 6h2 may be cylindrical elements having a length of λ / 4 in the arm 2 along the length direction. it can. In FIG. 3B, the grounding element can be the conical element shown in FIG. 1, the grounding element can be a conical element, and the power feeding element can be a disk-shaped or conical element.
[0041]
FIG. 4 shows the frequency characteristic of the combined maximum radiation direction gain of a pair of antenna elements 4 and 6 of this vertical diversity antenna. With the antenna elements 4 and 6, a gain of approximately 4.5 dB can be obtained from 1895 MHz to 1920 MHz. FIG. 5 shows the frequency characteristics of the combined standing wave ratio of a pair of antenna elements 4 and 6 of this vertical diversity antenna. In the antenna elements 4 and 6, the combined standing wave ratio is 1.4 to 1.19, which is a practical value. FIG. 6 shows the combined vertical plane directivity of the antenna elements 4 and 6 at 1907.5 MHz. From FIG. 6, it can be seen that the antenna elements 4 and 6 receive radio waves coming from a substantially horizontal direction. FIG. 7 shows the synthetic horizontal plane directivity of the antenna elements 4 and 6 at 1907.5 MHz. From FIG. 7, it can be seen that the antenna elements 4 and 6 are omnidirectional in the horizontal plane.
[0042]
  Figure 8Of the first reference example1 shows a vertical diversity antenna. The vertical diversity antenna shown in FIG. 1 has a directivity oriented in the horizontal direction. However, the vertical diversity antenna shown in FIG. 8 has a directivity that is directed downward from the horizontal plane, that is, has a downward beam tilt. A vertical diversity antenna having such a beam tilt is used when it is not desired to radiate radio waves too far away or when it is not desired to receive radio waves from far away.
[0043]
  The vertical diversity antenna of FIG. 8 is similar to the vertical diversity antenna of FIG. 1 in that the conductive arm 2, the upper antenna element 40, andLower antenna element60. The upper antenna element 40 and the lower antenna element 60 also include conical ground elements 40g and 60g and conical feed elements 40h and 60h. In the vertical diversity antenna shown in FIG. 1, the upper antenna element 4 and the lower antenna element 6 are arranged in mirror symmetry. However, in this vertical diversity antenna, they are not arranged mirror-symmetrically. That is, from the upper side of the arm 2 toward the lower side of the arm 2, the grounding element 40 g of the upper antenna element 40, the feeding element 40 h of the upper antenna element 4, the grounding element 60 g of the lower antenna element 60, and the feeding of the lower antenna element 60. Elements 60h are arranged in this order of name. As shown in FIG. 9, a plurality of sets of antenna elements that are a pair of the upper antenna element 40 and the lower antenna element 60 are provided along the arm 2.
[0044]
  Of course, the ground elements 40g and 60g are directly connected to the arm 2 at the center thereof. The feed elements 40h and 60h are ring-shaped spacers whose central part is insulative.110And 120 are attached to the arm 2. Each of the ground elements 40g and 60g is arranged so that the maximum diameter portion faces upward. Each of the power feeding elements 40h and 60h is arranged such that the maximum diameter portion faces downward.
[0045]
The grounding elements 40g and 60g and the power feeding elements 40h and 60h are formed in the same size as the grounding elements 4g and 6g and the power feeding elements 4h and 6h in FIG. The central portion of the ground element 40g of the upper antenna element 40 and the central portion of the feed element 40h are arranged as close as possible. Similarly, the ground element 60g of the lower antenna element 60 and the central portion of the feed element 60h are also arranged as close as possible. The upper antenna element 40 and the lower antenna element 60 each function as a dipole antenna.
[0046]
A first feed line, for example, a central conductor 140 i of the coaxial cable 140 that has passed through the arm 2 is connected to the central portion of the feed element 60 h, that is, the feed point. The outer conductor of the coaxial cable 140 is connected to the arm 2. The impedance of the coaxial cable 140 is, for example, Z0. Z0 is about ½ of the design impedance of the upper antenna element 40 and the lower antenna element 60.
[0047]
The central portion of the feeding element 40h, that is, the feeding point, is connected to the feeding point of the feeding element 60h by a second feeding line that has passed through the arm 2, for example, the central conductor 141i of the coaxial cable 141. That is, the feeding point of the upper antenna element 40 and the feeding point of the lower antenna element 60 are serially connected. The length of the coaxial cable 141 is selected to be somewhat shorter than λ. The impedance of the coaxial cable 141 is selected to be twice the impedance 2Z0 of the coaxial cable 140.
[0048]
Assuming that the length of the coaxial cable 141 is λ, the feed element 40h and the feed element 60h are fed in phase, so that no beam tilt occurs. When the length of the coaxial cable 141 is shorter than λ, the upper feeding element 40h is fed in a faster phase than the lower feeding element 60h. As a result, the maximum radiation direction of the beam in the combined directional characteristics of the upper antenna element 40 and the lower antenna element 60 is directed downward from the horizontal plane, resulting in a beam tilt antenna.
[0049]
Here, as shown in FIG. 8, if the distance between the upper feeding element 40 and the lower feeding element 60 is d, the beam tilt angle is θ, the shortening rate of the coaxial cable 141 is η, and the length of the coaxial cable 141 is L, The phase difference Δφ between the upper antenna element 40 and the lower antenna element 60 is expressed by Equation 1.
[0050]
[Expression 1]
Δφ = (2πd sin θ / λ) = 2π− (2πL / λη)
[0051]
Therefore, sin θ is expressed by Equation 2.
[0052]
[Expression 2]
sin θ = (λ / d) [1- (L / λη)]
[0053]
Therefore, a downward beam tilt can be obtained by selecting L / λη to be smaller than 1, that is, by selecting L to be shorter than ηλ.
[0054]
  The actual impedance of the upper antenna element 40 is selected to be 2Z0, and the actual impedance of the lower antenna element 60 is also2Z 0 Is selected. As described above, since the impedance of the coaxial cable 141 is 2Z0, the combined impedance of the coaxial cable 141 and the upper antenna element 40 viewed from the feeding point of the lower feeding element 60h is Z0. Therefore, the upper antenna element 40 and the lower antenna element 60 can be matched.
[0055]
In FIG. 8, what is indicated by reference numeral 144 is a coaxial cable for feeding the lower antenna element of the antenna element provided further above the antenna element composed of the upper antenna element 40 and the lower antenna element 60. It is. This also has an impedance of Z0.
[0056]
As shown in FIG. 8, sleeves 80 and 82 are attached along the arm 2 inside the power feeding element 40 h and the power feeding element 60 h. The sleeves 80 and 82 have a length of about λ / 4, one end of which is coupled to the feeding point of the upper feeding element 40h and the lower feeding element 60h, and the other end is directly connected to the arm 2. Each is connected. That is, these sleeves 80 and 82 are short-circuited on one side.
[0057]
If the sleeves 80 and 82 are not provided, the feed elements 40h and 60h are close to the arm 2, so that the radiation impedance is reduced, and radio waves are radiated between the feed elements 40h and 60h and the arm 2, so that the antenna can be satisfactorily used as an antenna. Do not work. Also, a lot of unnecessary current flows through the arm 2, the radio wave radiation pattern deteriorates, and the gain also decreases.
[0058]
However, when the sleeves 80 and 82 are provided, they operate as super tops, and the impedance between the power feeding element 40h and the arm 2 and between the power feeding element 60h and the arm 2 can be increased. As a result, radio waves are radiated satisfactorily between the feed element 40h and the ground element 40g, and between the feed element 60h and the ground element 60g, respectively, and operate normally. Further, since the lengths of the feeding elements 40h and 60h are λ / 4, the distance from the maximum diameter portion to the feeding point of the feeding elements 40h and 60h (the point connected to the sleeves 80 and 82) is about λ / 4. Therefore, no unnecessary current flows on the surfaces of the sleeves 80 and 82.
[0059]
As shown in FIG. 9, a plurality of antenna elements each including an upper antenna element 40 and a lower antenna element 60 are provided along the arm 2. These are surrounded by a radome, for example, a cylindrical outer case 200. When this vertical diversity antenna is used as the outer case 200 as an antenna for a radio base station of a personal handy phone system, for example, a strong FRP pipe is used as the outer case 200 in order to increase the strength. Therefore, the thickness of the outer case 200 may be about 10 mm.
[0060]
In this case, radio waves radiated from the upper antenna element 40 and the lower antenna element 60 are reflected by the outer case 200 and return to the upper antenna element 40 and the lower antenna element 60, and the impedance of these antenna elements 40 and 60 is high. Become. In particular, when the distance between the maximum diameter portions of the upper antenna element 40 and the lower antenna element 60 and the inner surface of the outer case 200 is about λ / 4, the reflected wave is radiated from the upper antenna element 40 and the lower antenna element 60. The phase becomes opposite to the radio wave and the impedance becomes very high.
[0061]
Therefore, a resonance ring 202 having a width W of about λ / 4 to λ / 2, for example, is disposed around each of the upper antenna element 40 and the lower antenna element 60. These resonant rings 202 are arranged at a distance of about λ / 40 to λ / 8 from each upper antenna element 40 and lower antenna element 60. By providing these resonance rings 202, the impedance of each upper antenna element 40 and lower antenna element 60 can be lowered.
[0062]
This is generally considered as follows. The phases of radio waves radiated from the upper antenna element 40 and the lower antenna element 60 are delayed by about 90 degrees by the resonance ring 202. When the light is reflected by the outer case 200, the phase is further delayed by 180 degrees. That is, the phase is delayed by a total of 270 degrees. The radio wave delayed by 270 degrees is further delayed by 90 degrees by the resonance ring 202 and returned to the upper antenna element 40 and the lower antenna element 60 with a total delay of 360 degrees. Therefore, the reflected radio wave and the radiated radio wave are in phase, and the impedance is lowered. That is, the resonance ring 202 functions as a delay element of about 90 degrees.
[0063]
The real part of the impedance of the upper antenna element 40 and the lower antenna element 60 is adjusted by adjusting the width W of the resonant ring 202 and the distances from the resonant ring 202 to the upper antenna element 40 and the lower antenna element 60. be able to. The imaginary part can be formed by adjusting the lengths of the sleeves 80 and 82.
[0064]
The resonant ring 202 can be formed as follows, for example. A linear metal foil having a width W such as an aluminum foil or a copper foil is formed on the rectangular film 204 by etching or the like. Further, an inner case 206 made of, for example, FRP is disposed at a predetermined distance (a distance of about λ / 40 to λ / 8) from each upper antenna element 40 and lower antenna element 60. Films 204 each formed with a metal foil are wound into a cylindrical shape and bonded to the inner surface of the inner case 206.
[0065]
The resonance ring 202 may be formed by winding an adhesive tape such as aluminum or copper having a width W around the outer peripheral surface of the inner case 206 so as to correspond to the upper antenna element 40 and the lower antenna element 60, respectively. .
[0066]
In the case of FIG. 9, the outer case 200 has an outer diameter of about 90 mm, the inner case 206 has a diameter of about 35 mm, and λ is about 160 mm.
[0067]
FIG. 10 shows the frequency characteristic of the combined maximum radiation direction gain of a pair of antenna elements 40 and 60 of this vertical diversity antenna. With the antenna elements 40 and 60, a gain of approximately 3.5 dB to 4 dB can be obtained from 1895 MHz to 1920 MHz. FIG. 11 shows the frequency characteristics of the combined standing wave ratio of a pair of antenna elements 40 and 60 of this vertical diversity antenna. In the antenna elements 40 and 60, the combined standing wave ratio is 1.4 to 1.2, which is a practical value. FIG. 12 shows the combined vertical plane directivity of the antenna elements 40 and 60 at 1907.5 MHz. From FIG. 12, it can be seen that the antenna elements 40 and 60 satisfactorily receive radio waves arriving from a direction inclined substantially downward by θ with respect to the horizontal plane. FIG. 13 shows the synthetic horizontal plane directivity of the antenna elements 40 and 60 at 1907.5 MHz. From FIG. 13, it can be seen that the antenna elements 40 and 60 are non-directional in the horizontal plane.
[0068]
  In FIG.Of the second reference example1 shows a vertical diversity antenna. This vertical diversity antenna also has a beam tilt characteristic like the vertical diversity antenna shown in FIGS. The configuration for this is the same as that of the vertical diversity antenna shown in FIGS. For this reason, the same parts are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
[0069]
In the vertical diversity antennas of FIGS. 8 and 9, the sleeves 80 and 82 are provided on the feeding element 40h and the feeding element 60h, respectively, thereby increasing the impedance between the feeding element 40h and the feeding element 60h and the arm 2. However, it is relatively troublesome to connect one end of the sleeves 80 and 82 to the feeding element 40h and the feeding element 60h, respectively, and to directly connect the other end of the sleeves 80 and 82 to the arm 2.
[0070]
Therefore, in the diversity antenna of FIG. 14, a short-circuit plate such as a conductive plate is connected so that the feeding elements 40h and 60h and the arm 2 are connected in the vicinity of the maximum diameter portions of the feeding elements 40h and 60h, that is, at a position of about λ / 4. Sex discs 210 and 212 are provided.
[0071]
Therefore, the impedance when the maximum diameter portion side is viewed from the feeding point of the feeding element 40h and the feeding element 60h is increased.
[0072]
However, current from the power feeding elements 40 h and 60 h may flow to the arm 2 through the disks 210 and 212. In order to prevent this, the lower grounding element 60g is brought closer to the upper feeding element 40h, the lower feeding element 60h is brought closer to the upper grounding element 70g of another antenna element below, and unnecessary current is passed to the upper and It is desirable to flow through the lower grounding elements 60g and 70g.
[0073]
However, the distance between the lower feeding element 60h and the upper grounding element 70g of another antenna element located further below due to the distance between the antenna elements respectively constituted by the upper antenna element 40 and the lower antenna element 60. If the two cannot be approached, a conical element 214 functioning as a super top may be attached to the arm 2 between them. A cylindrical element may be provided instead of the conical element 214. Further, when the distance between the upper feeding element 40h and the lower grounding element 60g in the same set becomes wide, a conical element or a cylindrical element may be attached to the arm between them.
[0074]
In the vertical diversity antenna shown in FIGS. 8 and 9 and the vertical diversity antenna shown in FIG. 14, conical elements are used for the feeding elements 40h and 60h and the ground elements 40g and 60g. However, in the same manner as shown in FIGS. 3A and 3B, a disk-shaped element or a cylindrical element can be used instead of the power feeding elements 40h and 60h. Moreover, it can replace with the grounding elements 40g and 60g, and can also use a cylindrical element as shown in FIG.3 (b).
[0075]
In addition, in each of the vertical diversity antennas shown in FIGS. 1, 8, 9 and 14, the grounding element in one set of antenna elements, for example, 4g or 40g and the feeding element 4h or 40h, the central part is an arm 2 Although it arrange | positioned so that it may approach most along, conversely, it can also arrange | position so that a largest diameter part may adjoin. The same change can be made in the grounding element, for example, 6g or 60g and the feeding elements 6h and 60h.
[0076]
In each of the above embodiments, the present invention is applied to a vertical diversity antenna. However, the present invention is not limited to this, and an antenna that obtains high gain by combining signals received by each antenna element. You can also.
[0078]
【The invention's effect】
  As described above, according to the present invention,A multi-stage antenna in which in-phase radio waves are radiated from the two sets of antenna elements and the combined radiation lobe is in the horizontal direction can be obtained.
[Brief description of the drawings]
[Figure 1]One embodiment of the present inventionIt is an expansion longitudinal cross-sectional view of a vertical diversity antenna.
FIG. 2 is a diagram showing a current distribution in the antenna of FIG.
FIG. 3 is a schematic diagram showing a modification of the antenna of FIG. 1;
4 is a gain vs. frequency characteristic diagram of the antenna of FIG. 1. FIG.
FIG. 5 is a diagram illustrating a standing wave ratio versus frequency characteristic of the antenna of FIG. 1;
6 is a directional characteristic diagram of a vertical plane of the antenna of FIG. 1. FIG.
7 is a directional characteristic diagram of the horizontal plane of the antenna of FIG. 1; FIG.
[Fig. 8]Of the first reference example of the present inventionIt is an expansion longitudinal cross-sectional view of a vertical diversity antenna.
9 is a longitudinal sectional view of the vertical diversity antenna of FIG.
FIG. 10 is a gain vs. frequency characteristic diagram of the antenna of FIG.
FIG. 11 is a diagram illustrating a standing wave ratio versus frequency characteristic of the antenna of FIG. 8;
12 is a directional characteristic diagram of a vertical plane of the antenna of FIG. 8;
13 is a directional characteristic diagram of the horizontal plane of the antenna of FIG. 8;
FIG. 14Of the second reference example of the present inventionIt is an expansion longitudinal cross-sectional view of a vertical diversity antenna.
[Explanation of symbols]
  2 arms
  4  6  Antenna element
  4g  6g  Grounding element
  4h  6h  Feeding element
  8 sleeve
  14 16 Coaxial cable(Feed line)

Claims

A conductive arm;
A grounding element having one end coupled to the conductive arm and having the other end open; and a power feeding element having one end insulated and coupled in the vicinity of the one end of the grounding element and having the other end open. And two antenna elements with the lengths of the grounding element and the power feeding element selected so that a current wave of about ½ wavelength of the received radio wave is placed between the other ends of the grounding element and the power feeding element. And
Equipped,
These two sets of antenna elements are provided along the length direction of the conductive arm,
The two sets of antenna elements are arranged mirror-symmetrically with respect to a plane perpendicular to the length direction of the conductive arms at the position of the conductive arms as a boundary between the two sets of antenna elements,
A conductive sleeve is coupled between one end portions of the feeding elements of the two sets of antenna elements, and the conductive sleeve has an odd multiple of a half wavelength of the received radio wave,
A multi-stage antenna in which a feeding line is connected to one end of the conductive sleeve .