天线以及扇区天线的制作方法

本发明涉及天线以及扇区天线。

背景技术：

移动通信的基站天线中，将多个向与放射电波的方向相对应而设定的每个扇区(区域)放射电波的扇区天线组合而使用。扇区天线中，使用将偶极子天线等放射元件(天线元件)并列为阵列状而成的阵列天线。

在专利文献1中记载了一种天线，其具备至少一个偶极子或与偶极子同样的天线元件，天线元件以及其基座部被保持为不与反射板或基板直流接触，天线元件以及其基座部接触或所设定的区域构成为至少不具有导电性。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：美国专利申请公开第2004/0201537号说明书

技术实现要素：

发明要解决的问题

但是，为了扇区天线的通信品质的提高/通信容量的增大，为阵列天线中，使用能够进行正交极化波的收发的正交偶极子构造的天线。而且，为了在多个频频带中使用，要求相对带宽较宽。

本发明的目的在于提供具有宽频带的频率特性的、能够适用于正交偶极子构造的天线等。

用于解决问题的手段

基于该目的，适用了本发明的天线，其中：具有一组元件部，这一组元件部分别是外边缘为直线状的一组直线部与连接部相连而构成的；一组元件部构成为收发预先确定的极化波的天线元件，各个元件部配置于相对于预先确定的点对称的位置使得直线部彼此相连的部分相对向；在将回波损耗成为-14dB以下的相对带宽设为35％以上的情况下，将自由空间的波长设为λ₀，元件部中的将直线部与连接部相连的部分的外边缘的曲率半径R满足0.003λ₀≤R≤0.076λ₀。

另外，适用了本发明的天线，其中：具有一组元件部，这一组元件部分别是外边缘为直线状的一组直线部与连接部相连而构成的；一组元件部构成为收发预先确定的极化波的天线元件，各个元件部配置于相对于预先确定的点对称的位置使得直线部彼此相连的部分相对向；在将回波损耗成为-14dB以下的相对带宽设为40％以上的情况下，将自由空间的波长设为λ₀，元件部中的将直线部与连接部相连的部分的外边缘的曲率半径R满足0.028λ₀≤R≤0.070λ₀。

进一步，适用了本发明的天线，其中：具有一组元件部，这一组元件部分别是外边缘为直线状的一组直线部与连接部相连而构成的；一组元件部构成为收发预先确定的极化波的天线元件，各个元件部配置于相对于预先确定的点对称的位置使得直线部彼此相连的部分相对向；在将回波损耗成为-14dB以下的相对带宽设为45％以上的情况下，将自由空间的波长设为λ₀，元件部中的将直线部与连接部相连的部分的外边缘的曲率半径R满足0.044λ₀≤R≤0.067λ₀。

在这些天线，也可以：具有另一组元件部，这另一组元件部分别是外边缘为直线状的一组直线部与连接部相连而构成的；还具备另一天线元件，这另一天线元件是另一组元件部的各个元件部以直线部彼此相连的部分相对向的方式配置于相对于所述点对称的位置、并收发与所述极化波正交的极化波而构成的。

通过设为这样，能够成为正交偶极子构造的极化波共用的天线。

而且，一组元件部中的一组直线部与另一组元件部中的一组直线部的外边缘的打开角为90°以下。

通过设为这样，能够在一个平面上配置第1天线元件与第2天线元件。

另外，特征可以在于：一组元件部以及另一组元件部，与一端部连接与各个元件部的二组柱部和二组柱部的另一端部所连接的底座部构成为一体。

通过设为这样，能够使部件的数量更少，并且能够确保精度。

如果从其他观点来理解，适用了本发明的扇区天线具备：排列有多个上述而成的阵列天线；和收纳阵列天线的天线罩。

根据该构成，能够将具有宽频带的频率特性的极化波共用的扇区天线构成为更小型。

发明的效果

根据本发明，能够提供具有宽频带的频率特性的、能够适用于正交偶极子构造的天线等。

附图说明

图1是示出适用了第1实施方式的移动通信的基站天线的全体构成的一例的图。(a)是基站天线的立体图，(b)是对基站天线的设置例进行说明的图。

图2是示出第1实施方式中的阵列天线的构成的一例的图。

图3是示出第1实施方式中的阵列天线的一部分的立体图。

图4是阵列天线中的一个天线的部分的主视图以及剖视图。(a)是主视图，(b)是(a)的IVB-IVB线上的剖视图。

图5是示出阵列天线中的天线元件的回波损耗的一例的图。

图6是关于阵列天线中的天线元件示出1个天线元件的回波损耗与天线元件中的元件部的曲率半径R的关系的二维映射。

图7是关于阵列天线中的天线元件示出1个天线元件的回波损耗为-14dB以下的相对带宽与天线元件中的元件部的曲率半径R的关系的图。

图8是示出阵列天线中的天线元件的放射模式的一例的图。

图9是第2实施方式的天线的俯视图。

图10是第3实施方式的天线的俯视图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。

[第1实施方式]

＜基站天线1＞

图1是示出适用了第1实施方式的移动通信的基站天线1的全体构成的一例的图。图1(a)是基站天线1的立体图，图1(b)是对基站天线1的设置例进行说明的图。

如图1(a)所示，基站天线1例如具备被保持于铁塔20的多个扇区天线10-1～10-3(在不区别的情况下，表记为扇区天线10。)。扇区天线10-1～10-3分别具备阵列天线11。而且，阵列天线11由用于保护其免受风雨等侵害的天线罩(radome)12覆盖。即，扇区天线10-1～10-3的外侧为天线罩12，在天线罩12的内部收纳有阵列天线11。在这里，天线罩12设为圆筒状，但也可以是其他的形状。基站天线1在图1(b)所示的单元2内进行电波的收发。

另外，如图1(a)所示，相对于扇区天线10-1中的阵列天线11(参照后述的图2)，设定xyz坐标。

如图1(b)所示，基站天线1在单元2内进行电波的收发。单元2与扇区天线10-1～10-3相对应而被分割为多个扇区3-1～3-3(在不区别的情况下，表记为扇区3)。而且，扇区天线10-1～10-3设定为，各自的阵列天线11收发的电波的主瓣13的方向朝向对应的扇区3-1～3-3。

另外，在图1中，基站天线1设为具备3个扇区天线10-1～10-3以及与它们相对应的扇区3-1～3-3。但是，扇区天线10以及扇区3也可以是3以外的预先确定的个数。另外，在图1(b)中，扇区3是将单元2三等分地分割(中心角120°)而构成的，但也可以不等分，也可以将任意1个扇区3构成为比其他扇区3或宽或窄。

各个扇区天线10连接于向阵列天线11传送发送信号以及接收信号的收发线缆14-1、14-2。另外，收发线缆14-1、14-2传送彼此彼此正交的极化波的发送信号以及接收信号。

收发线缆14-1、14-2连接于设置在基站(未图示)内的生成发送信号以及接收接收信号的收发部(未图示)。收发线缆14-1、14-2例如为同轴线缆。

另外，基站天线1、扇区天线10、阵列天线11等，由于天线的可逆性能够发送以及接收电波。

扇区天线10也可以具备用于在阵列天线11所具备的多个天线(后述的图2的天线100-1、100-2、100-3)间使收发信号的相位不同的移相器。通过在天线间使收发信号的相位不同，能够使电波(beam)的放射角度向地上方向倾斜(倾斜)。

＜阵列天线11＞

图2是表示第1实施方式中的阵列天线11的构成的一例的图。图2是阵列天线11的主视图(x-y面上的图)。

阵列天线11具备：多个(在这里作为一例为3个)正交偶极子构造的天线100-1～100-3(在不区别的情况下，表记为天线100。)；和排列有天线100-1～100-3的反射板300。

天线100-1由分别设有开口(孔)的扇型的元件部210-1a、210-1b、210-2a、210-2b(在不区别的情况下，表记为元件部210。)构成。在这里，由元件部210-1a、210-1b构成作为偶极子天线的天线元件200-1，由元件部210-2a与元件部210-2b构成作为偶极子天线的天线元件200-2。即，天线100-1构成为2个作为偶极子天线的天线元件200-1、200-2(在不区别的情况下，表记为天线元件200。)交叉(正交)的正交偶极子构造。

天线100-1的天线元件200-1配置成在图2中的x-y平面上能够收发相对于y轴倾斜-45°的极化波，天线元件200-2配置成能够收发相对于y轴倾斜45°的极化波。即，天线100收发±45°的极化波。

另外，在收发沿着x轴以及y轴的极化波的情况下，使天线元件200-1、200-2围绕中心O旋转45°即可。

其他的天线100-2、100-3也同样。

另外，图2所示的阵列天线11具备3个天线100，但也可以具备3以外的个数。

而且，在不收发正交极化波的情况下，天线100具备天线元件200-1和天线元件200-2中的任一方即可。

图3是示出第1实施方式中的阵列天线11的一部分的立体图。另外，在图3中，示出图2所示的阵列天线11中的一个天线100。

阵列天线11在天线100与反射板300之间具备柱部220-1a、220-1b、220-2a、220-2b(在不区别的情况下，表记为柱部220。)、底座部230。进一步具备向元件部210-1a与元件部210-1b供电的供电板240-1和向元件部210-2a与元件部210-2b供电的供电板240-2。

另外，在图3中，柱部220-2a位于阵列天线11的背面侧，所以未图示。

作为一例，柱部220-1a、220-1b、220-2a、220-2b形成为，与元件部210-1a、210-1b、210-2a、210-2b相对应地设置槽将圆柱分割开而成的构成。柱部220-1a、220-1b、220-2a、220-2b的各自的一端部连接于元件部210-1a、210-1b、210-2a、210-2b。

底座部230为圆板状，在底座部230的一方的面连接有柱部220-1a、220-1b、220-2a、220-2b的各自的另一端部。而且，底座部230的另一方的面固定于反射板300。另外，关于柱部220与底座部230的连接后述。

在这里，如图3所示，元件部210-1a、210-1b、210-2a、210-2b、柱部220-1a、220-1b、220-2a、220-2b、底座部230，由铝、铜等导电性金属通过模铸等一体形成，并直流连接。

另外，元件部210-1a、210-1b、210-2a、210-2b、柱部220-1a、220-1b、220-2a、220-2b、底座部230也可以分别个别地构成，通过螺纹件等组装。另外，也可以将柱部220-1a、220-1b、220-2a、220-2b与底座部230一体构成，并通过螺纹件等与另行构成的元件部210-1a、210-1b、210-2a、210-2b组装起来。进一步，也可以将元件部210-1a、210-1b、210-2a、210-2b与柱部220-1a、220-1b、220-2a、220-2b一体构成，通过螺纹件等与另行构成的底座部230组装起来。

图4是阵列天线11中的一个天线100部分的主视图以及剖视图。图4(a)是主视图，图4(b)是图4(a)的IVB-IVB线上的剖视图。另外，在图4(a)、(b)中示出1个天线100，在图4(a)中省略反射板300的表记。

如图4(a)、(b)所示，元件部210是俯视形状为扇形且在内侧具有开口的板状的部件。而且，如图4(a)的元件部210-2b所示，元件部210是将边缘为直线状的直线部211、212以及作为连接部的一例的曲线部213相连(连接)而构成的，在将直线部211、212与曲线部213相连的部分的外边缘设有曲率半径R。即，直线部211与直线部212的各自的一端部彼此相连，并且另一端部与曲线部213相连。

元件部210-2b，与元件部210-1a相邻的部分为直线状的直线部211，与元件部210-1b相邻的部分为直线状的直线部212。

其他的元件部210-2a、210-1a、210-1b也同样构成。

而且，将元件部210-1a与元件部210-1b配置为相对于中心O对称，将元件部210-2a与元件部210-2b配置为相对于中心O对称，使得元件部210中的直线部211与直线部212相连的部分与中心O相对。

如图4(b)所示，柱部220-2a、220-2b设置为贯通底座部230。而且，贯通了柱部220-2a、220-2b的底座部230的部分进一步贯通反射板300而向反射板300的背面突出。

而且，柱部220-2b是中空的，在中空的部分供电板240-2设置为不与柱部220-2b接触。另外，供电板240-2与柱部220-2b之间也可以由高频区域中损耗小的聚四氟乙烯等填充。

柱部220-1a、220-1b也成为同样的构成。而且，柱部220-1b是中空的，在中空的部分设有供电板240-1。

供电板240-1、240-2例如为弯曲为L字状的导电性金属板。而且，供电板240-2，其弯曲的前端经由柱部220-2a而连接于元件部210-2a，供电板240-2的另一端向反射板300的背面突出而连接于供电电路。

另外，供电板240-1也与供电板240-2同样构成，但设置为在z方向上错位使得与供电板240-2交叉的部分不接触。

如图4(a)所示，在元件部210中，直线部211与曲线部213相连(连接)的部分的俯视形状中的外边缘为曲率半径R。直线部211的外边缘与直线部212的外边缘为打开角A。直线部212与曲线部213相连的部分的俯视形状中的外边缘也为曲率半径R。沿着直线部211(直线部212)的长度为长度L。而且，曲线部213为宽度T。进一步，如图4(b)所示，元件部210为厚度W。进一步，反射板300到元件部210，为高度H。

这些部件，例如相对于自由空间的中心波长λ₀(中心频率f₀)，打开角A为90°，曲率半径R为0.06λ₀，曲线部213的宽度T为0.02λ₀，沿着直线部211(直线部212)的长度L为0.2λ₀，元件部210的厚度W为0.02λ₀，从反射板300到元件部210的高度H为0.25λ₀。

由此，与使用直线状的元件部的情况相比，能够减小天线元件200的大小。

图5是示出阵列天线11中的天线元件200的回波损耗的一例的图。在这里，示出使用了上述数值的元件部210的天线元件200这1个元件的回波损耗。图5的横轴为通过中心频率f₀规范化后的频率，纵轴为回波损耗(dB)。

回波损耗在频率处于中心频率f₀附近时最小，频率比中心频率f₀低或高时回波损耗都变大。

图6是关于阵列天线11中的天线元件200、示出1个元件的回波损耗与天线元件200中的元件部210的曲率半径R的关系的二维映射。图6的横轴为通过中心波长λ₀规范化后的元件部210的曲率半径R，纵轴为通过中心频率f₀规范化后的频率，将回波损耗分为7个范围通过阴影来表示。

如从图6可知，例如如果将曲率半径R为0.028λ₀的与0.055λ₀的进行比较，则回波损耗为-15dB以下的频率范围，在曲率半径R为0.055λ₀时为0.83f₀～1.35f₀，在曲率半径R为0.028λ₀时为0.83f₀～1.23f₀。即，如果增大曲率半径R，则回波损耗小的频率范围变宽。回波损耗根据元件部210的曲率半径R而变化。

而且，可知，回波损耗，在频率以0.89f₀为中心且曲率半径R以0.044λ₀为中心的区域，以及频率以1.14f₀为中心且曲率半径R以0.03λ₀为中心的区域小。由此，回波损耗小的频率范围成为W字型。

图7是关于阵列天线11中的天线元件200、示出1个元件的回波损耗为-14dB以下的相对带宽与天线元件200中的元件部210的曲率半径R的关系的图。图7的横轴是通过中心波长λ₀规范化后的元件部210的曲率半径R，纵轴是相对带宽。另外，相对带宽是通过百分数表示回波损耗为-14dB以下的频频带除以该频频带的中央(中心)的频率所得的值。另外，回波损耗为-14dB以下即为电压恒定带波比(VSWR)与VSWR≤1.5的范围相对应。

如图7所示，为将相对带宽设为35％以上，只要将元件部210的曲率半径R设定为0.003λ₀≤R≤0.076λ₀即可。另外，为将相对带宽设为40％以上，只要将元件部210的曲率半径R设定为0.028λ₀≤R≤0.070λ₀即可。进一步，为将相对带宽设为45％以上，只要将元件部210的曲率半径R设定为0.044λ₀≤R≤0.067λ₀即可。

即，通过将元件部210的直线部211(直线部212)与曲线部213相连的部分的俯视形状中的外边缘的形状设为有曲率的(曲率半径R)而非直角，能够加宽回波损耗小的频带宽度(宽频带)。而且，相对带宽依存于元件部210的直线部211(直线部212)与曲线部213相连的部分的俯视形状中的外边缘的曲率半径R。

另外，如果将元件部210的直线部211(直线部212)与曲线部213相连的部分的俯视形状中的外边缘设定为直角附近(小于0.003λ₀)，则相对带宽变得比35％小。

以上，将元件部210的直线部211的外边缘与直线部212的外边缘之间的打开角A设为90°，但即使打开角A为80°、85°、100°，在曲率半径R为0.06λ₀附近时，回波损耗也变为最小。另外，在将天线元件200-1与天线元件200-2组合而设为极化波共用的情况下，打开角A优选为90°以下。

另外，将元件部210的曲线部213的宽度T设为0.02λ₀，但即使宽度T为0.01λ₀、0.03λ₀，在曲率半径R为0.06λ₀附近时，回波损耗也变得最小。

而且，将元件部210的沿着直线部211(直线部212)的长度L设为0.2λ₀，但即使长度L为0.18λ₀、0.22λ₀，在曲率半径R为0.06λ₀附近时，回波损耗也变为最小。

进一步，将元件部210的厚度W设为0.02λ₀，但即使厚度W为0.01λ₀、0.03λ₀，在曲率半径R为0.06λ₀附近时，回波损耗也变为最小。

图8是示出阵列天线11中的天线元件200的放射模式的一例的图。与图2所示的同样，阵列天线11具备3个天线100。而且，图8示出x-z面内的中心频率f₀时的放射模式。电波(beam)宽度为68°。

[第2实施方式]

在第1实施方式中，天线100的天线元件200中的元件部210的俯视形状为扇形。在第2实施方式中，将元件部210的俯视形状设为三角形。其他的构成与第1实施方式同样，所以将说明省略。

图9是第2实施方式的天线100的俯视图。

在天线100中，天线元件200的元件部210是直线部211、直线部212、作为连接部的一例的直线部214相连而构成的。但是，元件部210的直线部211(直线部212)与直线部214相连的部分的俯视形状中的外边缘，与第1实施方式的元件部210同样，成为曲率半径R。

因此，在第2实施方式的阵列天线11中，回波损耗也依存于曲率半径R。而且，与第1实施方式同样，通过选择曲率半径R，能够加宽回波损耗小的频带宽度(设为宽频带)。

[第3实施方式]

在第1实施方式中，天线100的天线元件200中的元件部210的俯视形状为扇形。在第3实施方式中，将元件部210的俯视形状设为四边形。其他的构成与第1实施方式同样，所以将说明省略。

图10是第3实施方式的天线100的俯视图。

在天线100中，天线元件200的元件部210是直线部211、直线部212、直线部215以及直线部216相连而构成的。但是，元件部210的直线部211与直线部215相连的部分的俯视形状中的外边缘、以及直线部212与直线部216相连的部分的俯视形状中的外边缘，与第1实施方式的元件部210同样，成为曲率半径R。

因此，在第3实施方式的阵列天线11中，回波损耗也依存于曲率半径R。而且，与第1实施方式同样，通过选择曲率半径R，能够加宽回波损耗小的频带宽度(设为宽频带)。

另外，直线部215与直线部216相连的部分的俯视形状中的外边缘，也可以是比曲率半径R小的曲率半径。

在第1实施方式到第3实施方式中，天线元件200的元件部210设为具备开口(孔)，但也可以不具备开口(孔)。在该情况下，直线部211、212、214、215、216改称为边缘为直线的直线区域211、212、214、215、216即可，曲线部213改称为边缘为曲线的曲线区域213即可。

在第1实施方式到第3实施方式中，天线元件200不具备无供电元件，但也可以在远离反射板300的一侧具备无供电元件。

进一步，在第1实施方式到第3实施方式中，如第1实施方式的图2所示，在反射板300上在y方向上并列3个天线100、在x方向上并列1个天线100，但也可以在x方向上并列多个天线100。

另外，也可以使其他的频带的天线混杂。

附图标记说明

1…基站天线，2…单元，3、3-1～3-3…扇区，10、10-1～10-3…扇区天线，11…阵列天线，12…天线罩，13…主瓣，14-1、14-2…收发线缆，20…铁塔，100、100-1～100-3…天线，200、200-1、200-2…天线元件，210、210-1a、210-1b、210-2a、210-2b…元件部，211、212、214、215、216…直线部，213…曲线部，220、220-1a、220-1b、220-2a、220-2b…柱部，230…底座部，240-1、240-2…供电板，300…反射板。