説明

アンテナ装置

【課題】自セクタ内での電界強度レベルを高く保ちながら、隣接セクタ間の干渉領域におけるビーム利得を低く抑える。
【解決手段】立設されるダイポール給電素子2a,2bと、これらから放射された電波を、ダイポール給電素子2a,2bと平行で且つ各中心を貫く平面2cと直交する平面であってダイポール給電素子2a,2bの中央に位置する平面2dに沿う向きである主ビーム方向BDに反射させる反射板3と、ダイポール給電素子2a,2bよりもそれぞれ外側であり、且つ平面2cよりも主ビーム方向BD側に、ダイポール給電素子2a,2bに平行に立設される円形状の第1無給電素子4a,4bと、第1無給電素子4a,4bよりもそれぞれ外側であり、且つ第1無給電素子4a,4bと平行で且つ各中心を貫く平面4cよりも主ビーム方向BD側に、第1無給電素子4a,4bに平行に立設される円柱状の第2無給電素子5a,5bとを備えた。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、アンテナ装置に係り、特に360度全方位を網羅する指向性を得るために組み合わされる、複数の扇形セクタそれぞれに対応するアンテナ装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、移動通信基地局等に用いられ、セクタ構成において360度全方位を網羅する指向性を得るために組み合わされる複数の扇形セクタそれぞれに対応するアンテナ装置としては、ダイポールアンテナやダイポールアンテナアレーに反射板を付設したコーナリフレクタアンテナを用いて、反射板の角度やエッジの高さを調整することにより所望のビーム幅を得るようにしていた。図7に、実用化されているダイポールアンテナと反射板との組み合わせの例を模式的に示す。同図(a),(b),(c)のそれぞれは、2本のダイポールアンテナに対する反射板の折り曲げ角度によって主ビームの指向性を変化させる例である。なお、V字折りではなく、U字曲げのように湾曲させても同様の効果が得られる。また、同図(d),(e),(f)のそれぞれは、2本のダイポールアンテナに対する反射板のエッジの向きや高さによって主ビームの指向性を変化させる例である。同図(a),(b),(c)の順序、及び同図(d),(e),(f)の順序で主ビームの指向性は鋭くなる。
【0003】
しかしながら、このようなコーナリフレクタアンテナを3組用いて、それぞれ120度の扇形セクタを網羅する指向性の電波を放射させた場合、隣接する扇形セクタ間の干渉が発生して通信品質を低下させる問題があった。そして、その隣接する扇形セクタ間の干渉を少なくするために、反射板の折り曲げ角度やエッジの高さ等を変化させて主ビームの指向性を鋭くすると、隣接セクタ間での干渉エリアは少なくなるものの自セクタ内の電界強度レベルが低下するという問題があった。
【0004】
例えば、図8及び図9に、従来のコーナリフレクタアンテナの水平面内指向性を示す。図8は、図7(b)に示すように反射板に平板を用いた場合の水平面内指向性のグラフである。同図によれば、自セクタ領域における3dBビーム幅は約80度を確保しているが、隣接セクタとの干渉領域のビーム利得が高くなっている。これに対して、図9は、図7(f)に示すようにエッジ付反射板を用いた場合の水平面内指向性のグラフである。同図によれば、自セクタ領域における3dBビーム幅を約45度に絞った場合、隣接セクタとの干渉領域のビーム利得を下げることはできるものの、自セクタ内での放射電波の利得が極端に下がっている。このような特性では、携帯電話機との通信において弱電界や圏外等の問題が発生するおそれがある。このように、従来のコーナリフレクタアンテナでは、扇形セクタを網羅する指向性を得るだけの自セクタ内の電界強度を保ちながら、隣接するセクタ間の干渉領域の低減を図ることができなかった。
【0005】
そこで、水平面内に多数のアンテナ素子を配置し、それらの位相関係を調整することにより自セクタ内での電界強度をある程度確保するとともに、隣接セクタ間の干渉を軽減させることのできるフェーズドアレイアンテナ装置が知られている。しかしながら、このフェーズドアレイアンテナ装置では、水平面内に多数のアンテナ素子を並べる必要があるため装置が大規模なものとなってコストも高く、基地局の設置工事も大掛かりなものになるという問題があった。
【0006】
ここで、ダイポールアンテナに平行に立設される反射器の左右両側に、この反射器と離隔して平行に立設される金属導体柱を備えた垂直偏波用の反射器付ダイポールアンテナ装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。この反射器付ダイポールアンテナ装置は、ダイポールアンテナと金属導体柱との間の距離を変化させることにより、水平面内指向性の半値幅を調整することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【特許文献1】特開2003−264426号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
しかしながら、上記の反射器付ダイポールアンテナ装置は、水平面内指向性の半値幅を調整することを発明の解決課題としたものであり、この反射器付ダイポールアンテナ装置を3組用いて、それぞれ120度の扇形セクタを網羅する指向性のビームを放射させた場合に発生する隣接セクタ間の干渉による影響については一切考慮されていない。よって、この従来技術をもってしても、隣接する扇形セクタ間の干渉による通信品質の低下の問題、具体的にはスループットや携帯電話機の加入者容量の減衰等の問題は解決できないものである。
【0009】
そこで、本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、従来のフェーズドアレイアンテナ装置よりも簡単な構成で低コストに実現でき、自セクタ内での電界強度レベルを高く保ちながら、隣接セクタ間の干渉領域におけるビーム利得を低く抑えることのできるアンテナ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0010】
本発明は、上記の課題を解決するために、以下[1]−[9]の手段を提供するものである。
[1] 平行して設けられる2本のダイポール給電素子と、
前記2本のダイポール給電素子から放射された電波を、前記2本のダイポール給電素子と平行で且つ各中心を貫く第1平面と直交する平面であって前記2本のダイポール給電素子の中央に位置する第2平面上に沿う向きを主放射方向として反射させるリフレクタと、
前記2本のダイポール給電素子よりもそれぞれ外側であり、且つ前記第1平面よりも前記主放射方向側に、前記ダイポール給電素子に平行に立設される2本の無給電素子と、
を備えたことを特徴とするアンテナ装置。
[2] 前記2本の無給電素子よりもそれぞれ外側であり、且つ前記2本の無給電素子と平行で且つ各中心を貫く第3平面よりも前記主放射方向側に、前記無給電素子に平行に立設される2本の外側無給電素子を更に備えたことを特徴とする上記[1]記載のアンテナ装置。
[3] 前記2本のダイポール給電素子間の距離を、放射される電波の中心周波数の波長の0.147乃至0.441の倍率の範囲内にすることを特徴とする上記[1]又は[2]記載のアンテナ装置。
[4] 前記第1平面と前記無給電素子との距離を、放射される電波の中心周波数の波長の0.0231乃至0.0693の倍率の範囲内にすることを特徴とする上記[1]又は[2]記載のアンテナ装置。
[5] 前記第2平面と前記無給電素子との距離を、放射される電波の中心周波数の波長の0.0469乃至0.1407の倍率の範囲内にすることを特徴とする上記[1]又は[2]記載のアンテナ装置。
[6] 前記無給電素子は円柱形状であり、その直径を、放射される電波の中心周波数の波長の0.0021乃至0.0147の倍率の範囲内にすることを特徴とする上記[1]又は[2]記載のアンテナ装置。
[7] 前記第1平面と前記外側無給電素子との距離を、放射される電波の中心周波数の波長の0.0371乃至0.1113の倍率の範囲内にすることを特徴とする上記[2]記載のアンテナ装置。
[8] 前記第2平面と前記外側無給電素子との距離を、放射される電波の中心周波数の波長の0.0483乃至0.1449の倍率の範囲内にすることを特徴とする上記[2]記載のアンテナ装置。
[9] 前記外側無給電素子は円柱形状であり、その直径を、放射される電波の中心周波数の波長の0.0021乃至0.0147の倍率の範囲内にすることを特徴とする上記[2]記載のアンテナ装置。
【発明の効果】
【0011】
本発明によれば、自セクタ内での電界強度レベルを高く保ちながら、隣接セクタ間の干渉領域におけるビーム利得を低く抑えることのできるアンテナ装置を、簡単な構成で低コストに実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【図1】本発明の実施形態であるアンテナ装置を、鉛直方向と直交する平面(水平面)で切ったときの断面を示した図である。
【図2】水平面内における、アンテナ装置の各素子の配置位置を決定するための座標系を表した図である。
【図3】図2の座標系での各素子の配置位置の好ましい範囲、及びその範囲の中心値のパラメータを示した図である。
【図4】本発明の実施形態であるアンテナ装置の水平面内指向性のグラフである。
【図5】本実施形態のアンテナ装置を適用した偏波共用アンテナの部分的な内部構成を表した斜視図である。
【図6】偏波共用アンテナを水平面で切ったときの断面を示した図である。
【図7】従来、実用化されているダイポールアンテナと反射板との組み合わせの例を模式的に示した図である。
【図8】従来のコーナリフレクタアンテナの水平面内指向性のグラフである。
【図9】従来のコーナリフレクタアンテナの水平面内指向性のグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照して詳細に説明する。本実施形態では、360度全方位を網羅する指向性を得るためにその中心を交えて均等な領域となる3つの扇形セクタを定めた場合の、一の扇型セクタを網羅する指向性を有するアンテナ装置について説明する。
【0014】
図1に、本発明の実施形態であるアンテナ装置の概略の構成図を示す。同図は、垂直偏波用のアンテナ装置を、水平面で切ったときの断面図を表している。同図のアンテナ装置1は、垂直偏波による電波を放射するために鉛直に立設される2本のダイポール給電素子2a,2bと、これらダイポール給電素子2a,2bから放射された電波を、ダイポール給電素子2a,2bと平行で且つ各中心を貫く平面2c(第1平面)と直交する平面であってダイポール給電素子2a,2bの中央に位置する平面2d(第2平面)に沿う向きを主放射方向となる主ビーム方向BDに反射させる反射板3(リフレクタ)と、ダイポール給電素子2a,2bよりもそれぞれ外側であり、且つ平面2cよりも主ビーム方向BD側に、ダイポール給電素子2a,2bに平行に立設される2本の円形状の第1無給電素子4a,4b(無給電素子)と、を備えている。
【0015】
さらに、アンテナ装置1は、第1無給電素子4a,4bよりもそれぞれ外側であり、且つ第1無給電素子4a,4bと平行で且つ各中心を貫く平面4c(第3平面)よりも主ビーム方向BD側に、第1無給電素子4a,4bに平行に立設される2本の円柱状の第2無給電素子5a,5b(外側無給電素子)と、を備えている。平面2cと、反射板3における主ビーム方向BDと直交する平面となる反射面3aとは平行であり、両平面間の距離は放射電波の1/4波長の距離となるような位置関係にある。
【0016】
図2に、アンテナ装置1の反射板3を除く各素子の、水平面内における配置位置を決定するための座標系を表した図を示し、図3に、図2の座標系での各素子の配置位置の好ましい範囲、及びその範囲の中心値のパラメータを示す。図3における各パラメータは、放射電波の中心周波数を任意の周波数fとした場合の波長λの倍率として表記してある。なお、同図には示していないが、第1無給電素子4a,4b及び第2無給電素子5a,5bそれぞれの長さは、1/2波長以上の任意の長さである。
【0017】
図3に示した好ましい範囲の中心値のパラメータを用いて、アンテナ装置1の各素子を設置し、図1の平面2cから1/4λの距離をおいた位置に反射面3aがくるように反射板3を設置した場合の、アンテナ装置1の水平面内指向性を図4に示す。同図には、第1及び第2無給電素子4a,4b,5a,5bのうち、第1無給電素子4a,4bのみを設けた場合(片側各1ポールタイプ)の特性グラフを破線で示し、第1及び第2無給電素子4a,4b,5a,5bを設けた場合(片側各2ポールタイプ)の特性グラフを実線で示し、さらに、従来技術との比較をするための参考として、第1及び第2無給電素子4a,4b,5a,5b全てを外した場合(0ポールタイプ)を一点波線の特性グラフで示す。
【0018】
同図にて明らかなとおり、自セクタ領域における3dBビーム幅を比較すると、0ポールタイプでは約80度、片側各1ポールタイプでは約85度、片側各2ポールタイプでは約90度となっており、無給電素子の本数の増加に伴って3dBビーム幅が広くなっている。また、隣接セクタ干渉領域のビーム利得を比較すると、従来の0ポールタイプに比べて、片側各1ポールタイプ及び片側各2ポールタイプの方のビーム利得が少なくなっている。さらに、片側各1ポールタイプと片側各2ポールタイプとの比較では、片側各2ポールタイプの方が、主ビーム方向BDと逆方向(180度)におけるビーム利得(フロントバック比)を20dB未満に抑えており、隣接セクタ間の干渉による影響を抑えるためにはより好ましい方式である。
【0019】
このように、片側各1ポールタイプ、より好ましくは片側各2ポールタイプでは、自セクタ内での3dBビーム幅を85度以上確保できるとともに、隣接セクタとの干渉領域のビーム利得を下げることができる。これにより、自セクタ内での電解強度レベルを高く保ちながら隣接セクタ間の干渉を低減することができ、安定したスループットを確保することができる。
【0020】
なお、図3に示した好ましい範囲内のパラメータを用いて、アンテナ装置1の各素子を設置し、図1の平面2cから1/4λの距離をおいた位置に反射面3aがくるように反射板3を設置した場合の、アンテナ装置1の水平面内指向性についても図4と同様な結果を得ることができる。
【0021】
図5に、本実施形態のアンテナ装置1を適用した偏波共用アンテナの部分的な内部構成を表した斜視図を示す。同図の偏波共用アンテナ50は、基地局アンテナに用いられることのできる垂直偏波及び水平偏波の共用アンテナであり、複数の垂直偏波用のコーナリフレクタアンテナ60の間に水平偏波用のコーナリフレクタアンテナ70を挟み込んだ構成である。なお、同図においては4組のコーナリフレクタアンテナのみを図示している。また、図6に偏波共用アンテナ50を水平面で切ったときの断面図を示す。図5及び図6に示すように、偏波共用アンテナ50においては、垂直偏波用のコーナリフレクタアンテナ60に本実施形態のアンテナ装置1を適用している。すなわち、レドーム6の内側に、円柱状の第1及び第2無給電素子4a,4b,5a,5bが、全ての垂直偏波用のコーナリフレクタアンテナ60と共用されるようにして鉛直方向に立設されている。
【0022】
以上説明したように、本発明の実施形態によれば、片側各1ポールタイプの無給電素子を設けることにより、自セクタ内での3dBビーム幅を約85度確保できるとともに、隣接セクタとの干渉領域のビーム利得を下げることができる。これにより、自セクタ内での電解強度レベルを高く保ちながら隣接セクタ間の干渉を低減することができ、安定したスループットを確保することができる。
【0023】
また、本発明の実施形態によれば、片側各2ポールタイプの無給電素子を設けることにより、自セクタ内での3dBビーム幅を約90度確保できるとともに、隣接セクタとの干渉領域のビーム利得を下げることができる。さらに、主ビーム方向と逆方向におけるフロントバック比を20dB未満に抑えることができる。これにより、自セクタ内での電解強度レベルを高く保ちながら隣接セクタ間の干渉をより低減することができ、さらなる安定したスループットを確保することができる。
【0024】
また、本発明の実施形態によれば、簡単な構成で実現することができるため、偏波共用アンテナを小型に且つ低コストに実現することができる。
【0025】
なお、本実施形態では、片側各1ポールタイプ及び片側各2ポールタイプについて具体的に説明したが、片側に3本以上の無給電素子を用いるタイプであってもよい。但し、片側に3本以上設ける場合には、そのうちの2本については、図3に示したパラメータに従って設置する必要がある。
【0026】
また、反射板は、図1に示したエッジ付反射板に限らず、図7(c)に示すような指向性を絞る効果を有するリフレクタであれば任意のものを用いることができる。
【0027】
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。
【符号の説明】
【0028】
1 アンテナ装置
2a,2b ダイポール給電素子
2c,2d,4c 平面
3 反射板
3a 反射面
4a,4b 第1無給電素子
5a,5b 第2無給電素子
6 レドーム
50 偏波共用アンテナ
60 垂直偏波用のコーナリフレクタアンテナ
70 水平偏波用のコーナリフレクタアンテナ

【特許請求の範囲】
【請求項1】
平行して設けられる2本のダイポール給電素子と、
前記2本のダイポール給電素子から放射された電波を、前記2本のダイポール給電素子と平行で且つ各中心を貫く第1平面と直交する平面であって前記2本のダイポール給電素子の中央に位置する第2平面上に沿う向きを主放射方向として反射させるリフレクタと、
前記2本のダイポール給電素子よりもそれぞれ外側であり、且つ前記第1平面よりも前記主放射方向側に、前記ダイポール給電素子に平行に立設される2本の無給電素子と、
を備えたことを特徴とするアンテナ装置。
【請求項2】
前記2本の無給電素子よりもそれぞれ外側であり、且つ前記2本の無給電素子と平行で且つ各中心を貫く第3平面よりも前記主放射方向側に、前記無給電素子に平行に立設される2本の外側無給電素子を更に備えたことを特徴とする請求項1記載のアンテナ装置。
【請求項3】
前記2本のダイポール給電素子間の距離を、放射される電波の中心周波数の波長の0.147乃至0.441の倍率の範囲内にすることを特徴とする請求項1又は2記載のアンテナ装置。
【請求項4】
前記第1平面と前記無給電素子との距離を、放射される電波の中心周波数の波長の0.0231乃至0.0693の倍率の範囲内にすることを特徴とする請求項1又は2記載のアンテナ装置。
【請求項5】
前記第2平面と前記無給電素子との距離を、放射される電波の中心周波数の波長の0.0469乃至0.1407の倍率の範囲内にすることを特徴とする請求項1又は2記載のアンテナ装置。
【請求項6】
前記無給電素子は円柱形状であり、その直径を、放射される電波の中心周波数の波長の0.0021乃至0.0147の倍率の範囲内にすることを特徴とする請求項1又は2記載のアンテナ装置。
【請求項7】
前記第1平面と前記外側無給電素子との距離を、放射される電波の中心周波数の波長の0.0371乃至0.1113の倍率の範囲内にすることを特徴とする請求項2記載のアンテナ装置。
【請求項8】
前記第2平面と前記外側無給電素子との距離を、放射される電波の中心周波数の波長の0.0483乃至0.1449の倍率の範囲内にすることを特徴とする請求項2記載のアンテナ装置。
【請求項9】
前記外側無給電素子は円柱形状であり、その直径を、放射される電波の中心周波数の波長の0.0021乃至0.0147の倍率の範囲内にすることを特徴とする請求項2記載のアンテナ装置。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【図8】
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【図9】
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【公開番号】特開2010−226196(P2010−226196A)
【公開日】平成22年10月7日(2010.10.7)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2009−68377(P2009−68377)
【出願日】平成21年3月19日(2009.3.19)
【出願人】(000208891)KDDI株式会社 (2,700)
【出願人】(000232287)日本電業工作株式会社 (71)
【Fターム(参考)】