移動通信用基地局アンテナ
【課題】相関係数の低いＭＩＭＯ用アレイアンテナを実現する。
【解決手段】複数のアンテナ素子ａ，ｂが直交に配置されて偏波ダイバーシチアンテナ素子ｃが構成され、該偏波ダイバーシチアンテナ素子ｃが複数並べられて偏波ダイバーシチアンテナブロックｄが構成され、該偏波ダイバーシチアンテナブロックｄが複数設けられた移動通信用基地局アンテナにおいて、ある偏波ダイバーシチアンテナブロックｄ（１１１）の偏波ダイバーシチアンテナ素子ｃ（１１３）の間に、別の偏波ダイバーシチアンテナブロックｄ（１１２）の偏波ダイバーシチアンテナ素子ｃ（１１４）が挿入配置され、且つ、各々の偏波ダイバーシチアンテナブロックｄ（１１１，１１２）の垂直面内チルト角度が異なる。
【解決手段】複数のアンテナ素子ａ，ｂが直交に配置されて偏波ダイバーシチアンテナ素子ｃが構成され、該偏波ダイバーシチアンテナ素子ｃが複数並べられて偏波ダイバーシチアンテナブロックｄが構成され、該偏波ダイバーシチアンテナブロックｄが複数設けられた移動通信用基地局アンテナにおいて、ある偏波ダイバーシチアンテナブロックｄ（１１１）の偏波ダイバーシチアンテナ素子ｃ（１１３）の間に、別の偏波ダイバーシチアンテナブロックｄ（１１２）の偏波ダイバーシチアンテナ素子ｃ（１１４）が挿入配置され、且つ、各々の偏波ダイバーシチアンテナブロックｄ（１１１，１１２）の垂直面内チルト角度が異なる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、偏波共用アンテナおよびアレイアンテナに係わり、特に、空間分割多重アクセスを実現する移動通信用基地局アンテナに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
移動通信用基地局アンテナは、他セルへの干渉を抑制するために、図１５に示すような鋭い垂直面内指向性を持つのが一般的である。図１５の移動通信用基地局アンテナ９４０は、アンテナの主ビーム方向９４２が水平方向に対して垂直面内チルト角度９４１をなす。
【０００３】
移動体通信、特に携帯電話通信においてＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｏｕｔｐｕｔ）の普及が進みつつある。ＭＩＭＯ通信では送信アンテナ、受信アンテナでそれぞれ複数本のアンテナを使用することにより、データ伝送効率を高めることができる。送信アンテナ１本、受信アンテナ１本を使用する場合の通信速度と比較して、送信アンテナ２本、受信アンテナ２本を使用する場合の通信速度は理論上２倍、送信アンテナ４本、受信アンテナ４本を使用する場合の通信速度は理論上４倍となる。
【０００４】
ＭＩＭＯ通信では、各々の送信アンテナから受信アンテナまでの信号の相関が重要となる。特に、送信アンテナであれば各々の送信アンテナの間の相関係数が、受信アンテナであれば各々の受信アンテナの間の相関係数によりその通信容量が影響を及ぼす。例えば送信アンテナ４本、受信アンテナ４本を使用する４×４ＭＩＭＯ通信の場合、相関係数が０に近い無相関になれば、通信速度は理論上の４倍に近づき、相関係数が１に近づくとＭＩＭＯとしての効果が期待できなくなる。実用上、アンテナ間の相関係数は０．７以下が望ましい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−２０３８４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
相関係数を低下させるためには、アンテナを空間的もしくは電気的に分離すればよい。携帯電話基地局用アンテナで使用されている特許文献１に示されるような偏波ダイバーシチアンテナ素子は、偏波で分離した２系統のアンテナであるので、そのままアレイアンテナにすれば２×２ＭＩＭＯ用基地局アンテナに転用可能である。
【０００７】
例えば４×４ＭＩＭＯ通信の場合、２本のアンテナ間の距離を離して設置すればするほど相関係数は低下するので、図１６又は図１７に示すように、並列又は縦列に設置した２本の偏波ダイバーシチアンテナブロック１００１，１００１間の距離はできるだけ離したいという要求がある。しかしながら、２本のアンテナ間の距離を離しすぎると、アンテナ設置に要する体積が増加するため、２本の偏波ダイバーシチアンテナブロック１００１，１００１間の距離はできるだけ接近させたいという、先ほどとは相反する要求もある。
【０００８】
本発明の目的は、移動通信用基地局アンテナにおいて、アンテナブロックの垂直面内チルト角度を変える事により、各アンテナブロックの間の相関係数を低下させることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために本発明は、複数のアンテナ素子が直交に配置されて偏波ダイバーシチアンテナ素子が構成され、該偏波ダイバーシチアンテナ素子が複数並べられて偏波ダイバーシチアンテナブロックが構成され、該偏波ダイバーシチアンテナブロックが複数設けられた移動通信用基地局アンテナにおいて、ある偏波ダイバーシチアンテナブロックの偏波ダイバーシチアンテナ素子の間に、別の偏波ダイバーシチアンテナブロックの偏波ダイバーシチアンテナ素子が挿入配置され、且つ、各々の偏波ダイバーシチアンテナブロックの垂直面内チルト角度が異なるものである。
【００１０】
前記移動通信用基地局アンテナにおいて、複数の前記偏波ダイバーシチアンテナブロックは、縦積みされ、各々の前記偏波ダイバーシチアンテナブロックの垂直面内チルト角度が、前記偏波ダイバーシチアンテナブロックの間の相関係数が０．７以下となるように設定されていてもよい。
【００１１】
前記移動通信用基地局アンテナにおいて、前記偏波ダイバーシチアンテナ素子の垂直面内チルト角度は、該偏波ダイバーシチアンテナ素子の方向を機械的に変えることにより任意に設定できてもよい。
【００１２】
前記移動通信用基地局アンテナにおいて、前記偏波ダイバーシチアンテナ素子の垂直面内チルト角度は、移相器により信号の位相を変えることにより任意に設定できてもよい。
【００１３】
前記移動通信用基地局アンテナにおいて、前記移相器は、信号の位相の変化量が固定された不変タイプの移相器であってもよい。
【００１４】
前記移動通信用基地局アンテナにおいて、前記移相器は、信号の位相の変化量が自由に設定可能な可変タイプの移相器であってもよい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明は次の如き優れた効果を発揮する。
【００１６】
（１）アンテナブロック間の相関係数が低い。
【００１７】
（２）アンテナ設置に要する体積の増加を抑制する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態を示す移動通信用基地局アンテナの立面図である。
【図２】図１の移動通信用基地局アンテナの斜視図である。
【図３】図１の移動通信用基地局アンテナにおいて、偏波ダイバーシチアンテナブロックｄの構造について説明した図（正面図及び側面図）である。
【図４】図１の移動通信用基地局アンテナにおいて、偏波ダイバーシチアンテナブロックｄの構造について説明した図（斜視図）である。
【図５】本発明の他の実施形態を示す移動通信用基地局アンテナの立面図である。
【図６】図５の移動通信用基地局アンテナの斜視図である。
【図７】本発明の他の実施形態を示す移動通信用基地局アンテナの立面図である。
【図８】図７の移動通信用基地局アンテナの斜視図である。
【図９】本発明の移動通信用基地局アンテナの垂直面内指向性を示す側面図である。
【図１０】（ａ）は、図１の移動通信用基地局アンテナの立面図、（ｂ）〜（ｅ）は、図１の移動通信用基地局アンテナを各ポートに接続されたアンテナ素子からなるアンテナブロック毎に要素分解した立面図である。
【図１１】（ａ）は、図１の移動通信用基地局アンテナの斜視図、（ｂ）〜（ｅ）は、図１の移動通信用基地局アンテナを各ポートに接続されたアンテナ素子からなるアンテナブロック毎に要素分解した斜視図である。
【図１２】各ポートに接続されたアンテナ素子からなるアンテナブロックが垂直面内チルト角度３度のときの相関係数を示すグラフである。
【図１３】第１ポートに接続されたアンテナ素子からなるアンテナブロックと第２ポートに接続されたアンテナ素子からなるアンテナブロックが垂直面内チルト角度３度、第３ポートに接続されたアンテナ素子からなるアンテナブロックと第４ポートに接続されたアンテナ素子からなるアンテナブロックが垂直面内チルト角度６度のときの相関係数を示すグラフである。
【図１４】第１ポートに接続されたアンテナ素子からなるアンテナブロックと第４ポートに接続されたアンテナ素子からなるアンテナブロックが垂直面内チルト角度３度、第２ポートに接続されたアンテナ素子からなるアンテナブロックと第３ポートに接続されたアンテナ素子からなるアンテナブロックが垂直面内チルト角度６度のときの相関係数を示すグラフである。
【図１５】従来の携帯電話基地局アンテナの垂直面内指向性を示す側面図である。
【図１６】従来の４×４ＭＩＭＯアンテナ（並列）の立面図である。
【図１７】従来の４×４ＭＩＭＯアンテナ（縦列）の立面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００２０】
本発明では、ある偏波ダイバーシチアンテナブロック内にある偏波ダイバーシチアンテナ素子の間に、別の偏波ダイバーシチアンテナブロックを構成している偏波ダイバーシチアンテナ素子を複数段交互にオーバーラップ配置した。これにより、長さ方向の短縮が図られ、アンテナ設置に要する体積の増加が緩和される。
【００２１】
このように、別ブロック同士の偏波ダイバーシチアンテナ素子が一部オーバーラップした構成のアンテナブロック（偏波ダイバーシチアンテナブロック）においても、各々のアンテナブロックの垂直面内チルト角度を変えることにより、各アンテナブロック間の相関係数を小さくすることが期待できる。言い換えれば、鋭い垂直面内指向性を持つ移動通信用基地局アンテナにおいて、直交配置したアンテナ素子を複数並べて構成される各々のアンテナブロックの垂直面内チルト角度を異なる角度に設定し、各々のアンテナブロックの指向性に差を持たせることにより、各アンテナブロック間の相関係数を小さくする。
【００２２】
尚、垂直面内チルト角度は、固定の場合と可変の場合がある。垂直面内チルト角度は、アンテナブロックの方向を機械的に変えること、又は、各アンテナ素子に給電する位相を制御することにより、任意の角度に設定することが可能である。移相器を用いる場合、信号の位相の変化量が固定された不変タイプの移相器、又は、信号の位相の変化量が自由に設定可能な可変タイプの移相器などがある。
【００２３】
図１に示されるように、本発明に係る移動通信用基地局アンテナ１００は、アンテナ素子ａ，ｂが直交に配置されて偏波ダイバーシチアンテナ素子ｃが構成され、該偏波ダイバーシチアンテナ素子ｃが複数並べられて偏波ダイバーシチアンテナブロックｄが構成され、該偏波ダイバーシチアンテナブロックｄが複数設けられた移動通信用基地局アンテナにおいて、ある偏波ダイバーシチアンテナブロックｄ（１１１）の偏波ダイバーシチアンテナ素子ｃ（１１３）（実線の「×」で図示）の間に、別の偏波ダイバーシチアンテナブロックｄ（１１２）の偏波ダイバーシチアンテナ素子ｃ（１１４）（点線の「×」で図示）が挿入配置され、且つ、各々の偏波ダイバーシチアンテナブロックｄ（１１１，１１２）の垂直面内チルト角度が異なるものである（なお、図１の「・・・」は、１つ又は複数の偏波ダイバーシチアンテナ素子の図示を省略したことを示す。以下、図５，図７，図１０において同じ）。
【００２４】
図１の移動通信用基地局アンテナ１００は、偏波ダイバーシチアンテナブロックｄの２ブロック（ブロックＵ、ブロックＬ）が縦積みにして組み合わされている。
【００２５】
各偏波ダイバーシチアンテナブロックｄにおいて、複数の偏波ダイバーシチアンテナ素子ｃが垂直方向に所定ピッチで配置されている。オーバーラップ配置の部分では、偏波ダイバーシチアンテナブロック１１１の偏波ダイバーシチアンテナ素子１１３のピッチ間に、偏波ダイバーシチアンテナブロック１１２の偏波ダイバーシチアンテナ素子１１４が配置される。
【００２６】
図１の移動通信用基地局アンテナ１００の偏波ダイバーシチアンテナ素子ｃの組み合わせは、＋４５度偏波・−４５度偏波ダイバーシチである。それぞれの偏波ダイバーシチアンテナブロック１１１，１１２が偏波ダイバーシチであるので、図１の移動通信用基地局アンテナ１００は、偏波・空間で分離したアンテナブロックが４本入っていることになり、４×４ＭＩＭＯ用アレイアンテナとして利用できる。
【００２７】
図２は、図１の移動通信用基地局アンテナ１００の斜視図である。複数の偏波ダイバーシチアンテナ素子ｃが垂直方向に所定ピッチで配置されている。オーバーラップ配置の部分１１５では、偏波ダイバーシチアンテナブロック１１１を構成する＋４５度偏波・−４５度偏波ダイバーシチアンテナ素子１１３のピッチ間に、偏波ダイバーシチアンテナブロック１１２を構成する＋４５度偏波・−４５度偏波ダイバーシチアンテナ素子１１４が配置される。なお、図２では、＋４５度偏波・−４５度偏波ダイバーシチアンテナ素子１１３と＋４５度偏波・−４５度偏波ダイバーシチアンテナ素子１１４とを区別し易くするために、＋４５度偏波・−４５度偏波ダイバーシチアンテナ素子１１３の一部を黒く塗りつぶしているが、実際には、＋４５度偏波・−４５度偏波ダイバーシチアンテナ素子１１３と＋４５度偏波・−４５度偏波ダイバーシチアンテナ素子１１４とでこのような外観上の差異は無い。
【００２８】
図３は、図１の移動通信用基地局アンテナ１００における偏波ダイバーシチアンテナブロックｄの構造について説明した図であり、（ａ）は偏波ダイバーシチアンテナブロックｄの正面図、（ｂ）は偏波ダイバーシチアンテナブロックｄの側面図である。また、図４は、図３の斜視図である。
【００２９】
図３及び図４に示したように、偏波ダイバーシチアンテナブロックｄは、複数の偏波ダイバーシチアンテナ素子ｃを反射板９の長手方向に沿ってアレイ状に配置した構造となっている。偏波ダイバーシチアンテナ素子ｃは、金属や金属及び誘電体などからなるアンテナ素子パターン（図示せず）をアンテナ素子基板１０の表面に形成することにより構成されたアンテナ素子ａ，ｂを、断面が十字形状となるように組み合わせることにより構成される。偏波ダイバーシチアンテナ素子ｃにより、＋４５度偏波される電波及び−４５度偏波される電波を共用して送受信することができる。アンテナ素子ａ，ｂは給電線（図示せず）を介して、それぞれ異なるポート（図示せず）に接続される。
【００３０】
本発明は、アンテナ素子ａ，ｂの配置を変えたり、偏波ダイバーシチアンテナ素子ｃの組み合わせを変えることができる。図１の移動通信用基地局アンテナ１００では、＋４５度偏波・−４５度偏波ダイバーシチの組み合わせとしたが、図５の移動通信用基地局アンテナ２００では、垂直偏波・水平偏波ダイバーシチである。なお、図５では、実線の「＋」で図示したものが垂直偏波・水平偏波ダイバーシチアンテナ素子２１３であり、点線の「＋」で図示したものが垂直偏波・水平偏波ダイバーシチアンテナ素子２１４である。複数の垂直偏波・水平偏波ダイバーシチアンテナ素子２１３と複数の垂直偏波・水平偏波ダイバーシチアンテナ素子２１４とにより、それぞれ異なる偏波ダイバーシチアンテナブロックが構成される。
【００３１】
図６は、図５の移動通信用基地局アンテナ２００の斜視図である。複数の偏波ダイバーシチアンテナ素子ｃが垂直方向に所定ピッチで配置されている。オーバーラップ配置の部分２１５では、偏波ダイバーシチアンテナブロック２１１を構成する垂直偏波・水平偏波ダイバーシチアンテナ素子２１３のピッチ間に、偏波ダイバーシチアンテナブロック２１２を構成する垂直偏波・水平偏波ダイバーシチアンテナ素子２１４が配置される。なお、図６では、垂直偏波・水平偏波ダイバーシチアンテナ素子２１３と垂直偏波・水平偏波ダイバーシチアンテナ素子２１４とを区別し易くするために、垂直偏波・水平偏波ダイバーシチアンテナ素子２１３の一部を黒く塗りつぶしているが、実際には、垂直偏波・水平偏波ダイバーシチアンテナ素子２１３と垂直偏波・水平偏波ダイバーシチアンテナ素子２１４とでこのような外観上の差異は無い。
【００３２】
図７の移動通信用基地局アンテナ３００では、＋４５度偏波・−４５度偏波ダイバーシチアンテナ素子と垂直偏波・水平偏波ダイバーシチアンテナ素子を組み合わせた。直線偏波を放射する素子の組み合わせであれば、素子形状は問わない。なお、図７では、実線の「×」で図示したものが＋４５度偏波・−４５度偏波ダイバーシチアンテナ素子３１３であり、点線の「＋」で図示したものが垂直偏波・水平偏波ダイバーシチアンテナ素子３１４である。複数の＋４５度偏波・−４５度偏波ダイバーシチアンテナ素子３１３と複数の垂直偏波・水平偏波ダイバーシチアンテナ素子３１４とにより、それぞれ異なる偏波ダイバーシチアンテナブロックが構成される。
【００３３】
図８は、図７の移動通信用基地局アンテナ３００の斜視図である。複数の偏波ダイバーシチアンテナ素子ｃが垂直方向に所定ピッチで配置されている。オーバーラップ配置の部分３１５では、偏波ダイバーシチアンテナブロック３１１を構成する＋４５度偏波・−４５度偏波ダイバーシチアンテナ素子３１３のピッチ間に、偏波ダイバーシチアンテナブロック３１２を構成する垂直偏波・水平偏波ダイバーシチアンテナ素子３１４が配置される。なお、図８では、＋４５度偏波・−４５度偏波ダイバーシチアンテナ素子３１３と垂直偏波・水平偏波ダイバーシチアンテナ素子３１４とを区別し易くするために、＋４５度偏波・−４５度偏波ダイバーシチアンテナ素子３１３の一部を黒く塗りつぶしているが、実際には、＋４５度偏波・−４５度偏波ダイバーシチアンテナ素子３１３と垂直偏波・水平偏波ダイバーシチアンテナ素子３１４とでこのような外観上の差異は無い。
【００３４】
図１の移動通信用基地局アンテナ１００は、各々の偏波ダイバーシチアンテナブロックｄで偏波ダイバーシチアンテナ素子ｃが非常に接近しているため、目標とするアンテナブロック間の相関係数を０．７以下にするためは、本発明の垂直面内チルト角度を変える必要がある。
【００３５】
そこで、本発明では、図９に示すように、同じ偏波特性を有する、第１ポートに接続されたアンテナ素子からなるアンテナブロック４５１と第３ポートに接続されたアンテナ素子からなるアンテナブロック４５２の垂直面内チルト角度に差をつける。ここで、第１ポートに接続されたアンテナ素子からなるアンテナブロック４５１及び第３ポートに接続されたアンテナ素子からなるアンテナブロック４５２は、それぞれアンテナ素子ａ（図１参照）の集合であり、第２ポートに接続されたアンテナ素子からなるアンテナブロック及び第４ポートに接続されたアンテナ素子からなるアンテナブロックは、それぞれアンテナ素子ｂ（図１参照）の集合である。例えば、第１ポートに接続されたアンテナ素子からなるアンテナブロック４５１の垂直面内チルト角度を３度、第３ポートに接続されたアンテナ素子からなるアンテナブロック４５２の垂直面内チルト角度を６度にする。尚、図の簡略化のため第２ポートに接続されたアンテナ素子からなるアンテナブロックと第４ポートに接続されたアンテナ素子からなるアンテナブロックは図示していない。
【００３６】
図９に示されるように、本発明の移動通信用基地局アンテナであるＭＩＭＯ基地局アンテナ４５０は、偏波ダイバーシチアンテナブロック１１１（図１参照）の第１ポートに接続されたアンテナ素子からなるアンテナブロック４５１における垂直面内チルト角度４５３がＡ度であり、偏波ダイバーシチアンテナブロック１１２（図１参照）の第３ポートに接続されたアンテナ素子からなるアンテナブロック４５２における垂直面内チルト角度４５４がＢ度であり、Ａ度＜Ｂ度である。
【００３７】
図１のように各々の偏波ダイバーシチアンテナブロック１１１，１１２が縦積みされており、図９のように各々の偏波ダイバーシチアンテナブロック１１１（第１ポートに接続されたアンテナ素子からなるアンテナブロック４５１），１１２（第３ポートに接続されたアンテナ素子からなるアンテナブロック４５２）の垂直面内チルト角度が異なることにより、各偏波ダイバーシチアンテナブロック１１１，１１２間の相関係数を小さくすることができる。
【００３８】
携帯電話の基地局アンテナは、先に述べたように、鋭い垂直面内指向性を有するので、垂直面内チルト角度を変えると三次元的な指向性、特に主ビームの指向性が大きく変化する。従って、垂直面内チルト角度に差をつけることにより指向性の重なりが少なくなり、相関係数を大幅に変化させることができる。
【００３９】
同様に、同じ偏波特性を有する、（偏波ダイバーシチアンテナブロック１１１の構成要素である）第２ポートに接続されたアンテナ素子からなるアンテナブロックと（偏波ダイバーシチアンテナブロック１１２の構成要素である）第４ポートに接続されたアンテナ素子からなるアンテナブロックでも、垂直面内チルト角度に差をつけることによりアンテナブロック間の相関係数を小さくすることが可能である。偏波特性の異なるポートに接続されたアンテナ素子からなるアンテナブロック間においても同様である。
【００４０】
本発明の効果をシミュレーション計算により検討する。
【００４１】
図１０（ａ）、図１１（ａ）に示した図１の移動通信用基地局アンテナは、図１０（ｂ）と図１１（ｂ）、図１０（ｃ）と図１１（ｃ）、図１０（ｄ）と図１１（ｄ）、図１０（ｅ）と図１１（ｅ）にそれぞれ示されるように、第１ポートに接続されたアンテナ素子からなるアンテナブロック、第３ポートに接続されたアンテナ素子からなるアンテナブロック、第２ポートに接続されたアンテナ素子からなるアンテナブロック、第４ポートに接続されたアンテナ素子からなるアンテナブロック毎に要素分解して示すことができる。
【００４２】
シミュレーション計算の結果を図１２、図１３、図１４の各グラフに示す。各グラフとも縦軸は図１０に示す各ポートに接続されたアンテナ素子からなるアンテナブロック間の相関係数ρの絶対値を、横軸は基地局のセル半径を示す。
【００４３】
アンテナブロック間で垂直面内チルト角度に差がないとき（第１ポートに接続されたアンテナ素子からなるアンテナブロック，第２ポートに接続されたアンテナ素子からなるアンテナブロック，第３ポートに接続されたアンテナ素子からなるアンテナブロック，第４ポートに接続されたアンテナ素子からなるアンテナブロックの垂直面内チルト角度がすべて３度）を図１２に、アンテナブロック間で垂直面内チルト角度に差があるときを図１３（第１ポートに接続されたアンテナ素子からなるアンテナブロック，第２ポートに接続されたアンテナ素子からなるアンテナブロックの垂直面内チルト角度が３度、第３ポートに接続されたアンテナ素子からなるアンテナブロック，第４ポートに接続されたアンテナ素子からなるアンテナブロックの垂直面内チルト角度が６度）、図１４（第１ポートに接続されたアンテナ素子からなるアンテナブロック，第３ポートに接続されたアンテナ素子からなるアンテナブロックの垂直面内チルト角度が３度、第２ポートに接続されたアンテナ素子からなるアンテナブロック，第４ポートに接続されたアンテナ素子からなるアンテナブロックの垂直面内チルト角度が６度）に示す。ここで垂直面内チルト角度が３度のアンテナブロックにおいては、セルエッジ（セル半径のエッジ；なお、セル半径とは、信号の到達範囲の半径のこと）にメインビームを向けている。また、垂直面内チルト角度が３度のアンテナブロック以外においては、他セルに干渉を与えないように大きめの角度（６度）に垂直面内チルト角度を設定している。各図において、ρ12のような添え字は、相関係数を求めた２つのポートの番号を表す。例えばρ12は第１ポートに接続されたアンテナブロックと第２ポートに接続されたアンテナブロック間の相関係数を示す。
【００４４】
このように、指向性を直交するように（ビームが互いに干渉しないように）ビームの垂直面内チルト角度を調整することでアンテナブロック間の相関係数を低くでき、全てのポートの指向性でヌル点になることがなくなるため性能向上が期待できる。
【００４５】
さらに図１４ではメインビーム方向以外（セル半径４００ｍ以内）でアンテナブロック間の相関係数を０．７以下を達成できることを示している。
【００４６】
以上説明したように、本発明のように偏波ダイバーシチアンテナブロック１１１，１１２のアンテナ素子ａ，ｂを移動通信用基地局アンテナ１００の中央でオーバーラップさせることにより、移動通信用基地局アンテナの長さを短縮することが可能であり、垂直面内のビームチルト角度（垂直面内チルト角度）を上下の偏波ダイバーシチアンテナブロック１１１，１１２で変化させることにより、各ポートに接続されたアンテナ素子からなるアンテナブロック間の相関係数を改善することができる。
【００４７】
垂直面内のビームチルト角度（垂直面内チルト角度）を上下の偏波ダイバーシチアンテナブロック１１１，１１２で変えることにより指向性を変化させることができ、これによって、偏波ダイバーシチアンテナブロック１１１，１１２間の相関係数を低くできる。また、偏波ダイバーシチアンテナブロック１１１，１１２間の相関係数を低くすることによりＭＩＭＯの空間多重効果がより有効になり、データ伝送効率を高めることができる。
【００４８】
なお、図１２、図１３、図１４においては、図１の移動通信用基地局アンテナ１００におけるシミュレーション計算の結果についてのみ示したが、図５、図７の移動通信用基地局アンテナ２００，３００におけるシミュレーション計算のおいても、図１２、図１３、図１４と同様な傾向が得られた。
【００４９】
つまり、偏波ダイバーシチアンテナブロック２１１，２１２のアンテナ素子ａ，ｂを移動通信用基地局アンテナ２００の中央でオーバーラップさせることにより、移動通信用基地局アンテナ２００の長さを短縮することが可能であり、垂直面内のビームチルト角度（垂直面内チルト角度）を上下の偏波ダイバーシチアンテナブロック２１１，２１２で変化させることにより、各ポートに接続されたアンテナ素子からなるアンテナブロック２１１，２１２間の相関係数を改善することができる。
【００５０】
垂直面内のビームチルト角度（垂直面内チルト角度）を上下の偏波ダイバーシチアンテナブロック２１１，２１２で変えることにより指向性を変化させることができ、これによって、偏波ダイバーシチアンテナブロック２１１，２１２間の相関係数を低くできる。また、偏波ダイバーシチアンテナブロック２１１，２１２間の相関係数を低くすることによりＭＩＭＯの空間多重効果がより有効になり、データ伝送効率を高めることができる。
【００５１】
また、偏波ダイバーシチアンテナブロック３１１，３１２のアンテナ素子ａ，ｂを移動通信用基地局アンテナ３００の中央でオーバーラップさせることにより、移動通信用基地局アンテナ３００の長さを短縮することが可能であり、垂直面内のビームチルト角度（垂直面内チルト角度）を上下の偏波ダイバーシチアンテナブロック３１１，３１２で変化させることにより、各ポートに接続されたアンテナ素子からなるアンテナブロック３１１，３１２間の相関係数を改善することができる。
【００５２】
垂直面内のビームチルト角度（垂直面内チルト角度）を上下の偏波ダイバーシチアンテナブロック３１１，３１２で変えることにより指向性を変化させることができ、これによって、偏波ダイバーシチアンテナブロック３１１，３１２間の相関係数を低くできる。また、偏波ダイバーシチアンテナブロック３１１，３１２間の相関係数を低くすることによりＭＩＭＯの空間多重効果がより有効になり、データ伝送効率を高めることができる。
【符号の説明】
【００５３】
ａ，ｂ アンテナ素子
ｃ 偏波ダイバーシチアンテナ素子
ｄ 偏波ダイバーシチアンテナブロック
９ 反射板
１０ アンテナ素子基板
１１１ 偏波ダイバーシチアンテナブロック１（ブロックＵ）
１１２ 偏波ダイバーシチアンテナブロック２（ブロックＬ）
１１３，１１４ ＋４５度偏波・−４５度偏波ダイバーシチアンテナ素子
１１５ オーバーラップ配置の部分
２１３，２１４ 垂直偏波・水平偏波ダイバーシチアンテナ素子
２１５ オーバーラップ配置の部分
３１３ ＋４５度偏波・−４５度偏波ダイバーシチアンテナ素子
３１４ 垂直偏波・水平偏波ダイバーシチアンテナ素子
３１５ オーバーラップ配置の部分
４５０ ＭＩＭＯ基地局アンテナ（移動通信用基地局アンテナ）
４５１ 第１ポートに接続されたアンテナ素子からなるアンテナブロック
４５２ 第３ポートに接続されたアンテナ素子からなるアンテナブロック
４５３ 第１ポートに接続されたアンテナ素子からなるアンテナブロックの垂直面内チルト角度
４５４ 第３ポートに接続されたアンテナ素子からなるアンテナブロックの垂直面内チルト角度
【技術分野】
【０００１】
本発明は、偏波共用アンテナおよびアレイアンテナに係わり、特に、空間分割多重アクセスを実現する移動通信用基地局アンテナに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
移動通信用基地局アンテナは、他セルへの干渉を抑制するために、図１５に示すような鋭い垂直面内指向性を持つのが一般的である。図１５の移動通信用基地局アンテナ９４０は、アンテナの主ビーム方向９４２が水平方向に対して垂直面内チルト角度９４１をなす。
【０００３】
移動体通信、特に携帯電話通信においてＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｏｕｔｐｕｔ）の普及が進みつつある。ＭＩＭＯ通信では送信アンテナ、受信アンテナでそれぞれ複数本のアンテナを使用することにより、データ伝送効率を高めることができる。送信アンテナ１本、受信アンテナ１本を使用する場合の通信速度と比較して、送信アンテナ２本、受信アンテナ２本を使用する場合の通信速度は理論上２倍、送信アンテナ４本、受信アンテナ４本を使用する場合の通信速度は理論上４倍となる。
【０００４】
ＭＩＭＯ通信では、各々の送信アンテナから受信アンテナまでの信号の相関が重要となる。特に、送信アンテナであれば各々の送信アンテナの間の相関係数が、受信アンテナであれば各々の受信アンテナの間の相関係数によりその通信容量が影響を及ぼす。例えば送信アンテナ４本、受信アンテナ４本を使用する４×４ＭＩＭＯ通信の場合、相関係数が０に近い無相関になれば、通信速度は理論上の４倍に近づき、相関係数が１に近づくとＭＩＭＯとしての効果が期待できなくなる。実用上、アンテナ間の相関係数は０．７以下が望ましい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−２０３８４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
相関係数を低下させるためには、アンテナを空間的もしくは電気的に分離すればよい。携帯電話基地局用アンテナで使用されている特許文献１に示されるような偏波ダイバーシチアンテナ素子は、偏波で分離した２系統のアンテナであるので、そのままアレイアンテナにすれば２×２ＭＩＭＯ用基地局アンテナに転用可能である。
【０００７】
例えば４×４ＭＩＭＯ通信の場合、２本のアンテナ間の距離を離して設置すればするほど相関係数は低下するので、図１６又は図１７に示すように、並列又は縦列に設置した２本の偏波ダイバーシチアンテナブロック１００１，１００１間の距離はできるだけ離したいという要求がある。しかしながら、２本のアンテナ間の距離を離しすぎると、アンテナ設置に要する体積が増加するため、２本の偏波ダイバーシチアンテナブロック１００１，１００１間の距離はできるだけ接近させたいという、先ほどとは相反する要求もある。
【０００８】
本発明の目的は、移動通信用基地局アンテナにおいて、アンテナブロックの垂直面内チルト角度を変える事により、各アンテナブロックの間の相関係数を低下させることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために本発明は、複数のアンテナ素子が直交に配置されて偏波ダイバーシチアンテナ素子が構成され、該偏波ダイバーシチアンテナ素子が複数並べられて偏波ダイバーシチアンテナブロックが構成され、該偏波ダイバーシチアンテナブロックが複数設けられた移動通信用基地局アンテナにおいて、ある偏波ダイバーシチアンテナブロックの偏波ダイバーシチアンテナ素子の間に、別の偏波ダイバーシチアンテナブロックの偏波ダイバーシチアンテナ素子が挿入配置され、且つ、各々の偏波ダイバーシチアンテナブロックの垂直面内チルト角度が異なるものである。
【００１０】
前記移動通信用基地局アンテナにおいて、複数の前記偏波ダイバーシチアンテナブロックは、縦積みされ、各々の前記偏波ダイバーシチアンテナブロックの垂直面内チルト角度が、前記偏波ダイバーシチアンテナブロックの間の相関係数が０．７以下となるように設定されていてもよい。
【００１１】
前記移動通信用基地局アンテナにおいて、前記偏波ダイバーシチアンテナ素子の垂直面内チルト角度は、該偏波ダイバーシチアンテナ素子の方向を機械的に変えることにより任意に設定できてもよい。
【００１２】
前記移動通信用基地局アンテナにおいて、前記偏波ダイバーシチアンテナ素子の垂直面内チルト角度は、移相器により信号の位相を変えることにより任意に設定できてもよい。
【００１３】
前記移動通信用基地局アンテナにおいて、前記移相器は、信号の位相の変化量が固定された不変タイプの移相器であってもよい。
【００１４】
前記移動通信用基地局アンテナにおいて、前記移相器は、信号の位相の変化量が自由に設定可能な可変タイプの移相器であってもよい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明は次の如き優れた効果を発揮する。
【００１６】
（１）アンテナブロック間の相関係数が低い。
【００１７】
（２）アンテナ設置に要する体積の増加を抑制する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態を示す移動通信用基地局アンテナの立面図である。
【図２】図１の移動通信用基地局アンテナの斜視図である。
【図３】図１の移動通信用基地局アンテナにおいて、偏波ダイバーシチアンテナブロックｄの構造について説明した図（正面図及び側面図）である。
【図４】図１の移動通信用基地局アンテナにおいて、偏波ダイバーシチアンテナブロックｄの構造について説明した図（斜視図）である。
【図５】本発明の他の実施形態を示す移動通信用基地局アンテナの立面図である。
【図６】図５の移動通信用基地局アンテナの斜視図である。
【図７】本発明の他の実施形態を示す移動通信用基地局アンテナの立面図である。
【図８】図７の移動通信用基地局アンテナの斜視図である。
【図９】本発明の移動通信用基地局アンテナの垂直面内指向性を示す側面図である。
【図１０】（ａ）は、図１の移動通信用基地局アンテナの立面図、（ｂ）〜（ｅ）は、図１の移動通信用基地局アンテナを各ポートに接続されたアンテナ素子からなるアンテナブロック毎に要素分解した立面図である。
【図１１】（ａ）は、図１の移動通信用基地局アンテナの斜視図、（ｂ）〜（ｅ）は、図１の移動通信用基地局アンテナを各ポートに接続されたアンテナ素子からなるアンテナブロック毎に要素分解した斜視図である。
【図１２】各ポートに接続されたアンテナ素子からなるアンテナブロックが垂直面内チルト角度３度のときの相関係数を示すグラフである。
【図１３】第１ポートに接続されたアンテナ素子からなるアンテナブロックと第２ポートに接続されたアンテナ素子からなるアンテナブロックが垂直面内チルト角度３度、第３ポートに接続されたアンテナ素子からなるアンテナブロックと第４ポートに接続されたアンテナ素子からなるアンテナブロックが垂直面内チルト角度６度のときの相関係数を示すグラフである。
【図１４】第１ポートに接続されたアンテナ素子からなるアンテナブロックと第４ポートに接続されたアンテナ素子からなるアンテナブロックが垂直面内チルト角度３度、第２ポートに接続されたアンテナ素子からなるアンテナブロックと第３ポートに接続されたアンテナ素子からなるアンテナブロックが垂直面内チルト角度６度のときの相関係数を示すグラフである。
【図１５】従来の携帯電話基地局アンテナの垂直面内指向性を示す側面図である。
【図１６】従来の４×４ＭＩＭＯアンテナ（並列）の立面図である。
【図１７】従来の４×４ＭＩＭＯアンテナ（縦列）の立面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００２０】
本発明では、ある偏波ダイバーシチアンテナブロック内にある偏波ダイバーシチアンテナ素子の間に、別の偏波ダイバーシチアンテナブロックを構成している偏波ダイバーシチアンテナ素子を複数段交互にオーバーラップ配置した。これにより、長さ方向の短縮が図られ、アンテナ設置に要する体積の増加が緩和される。
【００２１】
このように、別ブロック同士の偏波ダイバーシチアンテナ素子が一部オーバーラップした構成のアンテナブロック（偏波ダイバーシチアンテナブロック）においても、各々のアンテナブロックの垂直面内チルト角度を変えることにより、各アンテナブロック間の相関係数を小さくすることが期待できる。言い換えれば、鋭い垂直面内指向性を持つ移動通信用基地局アンテナにおいて、直交配置したアンテナ素子を複数並べて構成される各々のアンテナブロックの垂直面内チルト角度を異なる角度に設定し、各々のアンテナブロックの指向性に差を持たせることにより、各アンテナブロック間の相関係数を小さくする。
【００２２】
尚、垂直面内チルト角度は、固定の場合と可変の場合がある。垂直面内チルト角度は、アンテナブロックの方向を機械的に変えること、又は、各アンテナ素子に給電する位相を制御することにより、任意の角度に設定することが可能である。移相器を用いる場合、信号の位相の変化量が固定された不変タイプの移相器、又は、信号の位相の変化量が自由に設定可能な可変タイプの移相器などがある。
【００２３】
図１に示されるように、本発明に係る移動通信用基地局アンテナ１００は、アンテナ素子ａ，ｂが直交に配置されて偏波ダイバーシチアンテナ素子ｃが構成され、該偏波ダイバーシチアンテナ素子ｃが複数並べられて偏波ダイバーシチアンテナブロックｄが構成され、該偏波ダイバーシチアンテナブロックｄが複数設けられた移動通信用基地局アンテナにおいて、ある偏波ダイバーシチアンテナブロックｄ（１１１）の偏波ダイバーシチアンテナ素子ｃ（１１３）（実線の「×」で図示）の間に、別の偏波ダイバーシチアンテナブロックｄ（１１２）の偏波ダイバーシチアンテナ素子ｃ（１１４）（点線の「×」で図示）が挿入配置され、且つ、各々の偏波ダイバーシチアンテナブロックｄ（１１１，１１２）の垂直面内チルト角度が異なるものである（なお、図１の「・・・」は、１つ又は複数の偏波ダイバーシチアンテナ素子の図示を省略したことを示す。以下、図５，図７，図１０において同じ）。
【００２４】
図１の移動通信用基地局アンテナ１００は、偏波ダイバーシチアンテナブロックｄの２ブロック（ブロックＵ、ブロックＬ）が縦積みにして組み合わされている。
【００２５】
各偏波ダイバーシチアンテナブロックｄにおいて、複数の偏波ダイバーシチアンテナ素子ｃが垂直方向に所定ピッチで配置されている。オーバーラップ配置の部分では、偏波ダイバーシチアンテナブロック１１１の偏波ダイバーシチアンテナ素子１１３のピッチ間に、偏波ダイバーシチアンテナブロック１１２の偏波ダイバーシチアンテナ素子１１４が配置される。
【００２６】
図１の移動通信用基地局アンテナ１００の偏波ダイバーシチアンテナ素子ｃの組み合わせは、＋４５度偏波・−４５度偏波ダイバーシチである。それぞれの偏波ダイバーシチアンテナブロック１１１，１１２が偏波ダイバーシチであるので、図１の移動通信用基地局アンテナ１００は、偏波・空間で分離したアンテナブロックが４本入っていることになり、４×４ＭＩＭＯ用アレイアンテナとして利用できる。
【００２７】
図２は、図１の移動通信用基地局アンテナ１００の斜視図である。複数の偏波ダイバーシチアンテナ素子ｃが垂直方向に所定ピッチで配置されている。オーバーラップ配置の部分１１５では、偏波ダイバーシチアンテナブロック１１１を構成する＋４５度偏波・−４５度偏波ダイバーシチアンテナ素子１１３のピッチ間に、偏波ダイバーシチアンテナブロック１１２を構成する＋４５度偏波・−４５度偏波ダイバーシチアンテナ素子１１４が配置される。なお、図２では、＋４５度偏波・−４５度偏波ダイバーシチアンテナ素子１１３と＋４５度偏波・−４５度偏波ダイバーシチアンテナ素子１１４とを区別し易くするために、＋４５度偏波・−４５度偏波ダイバーシチアンテナ素子１１３の一部を黒く塗りつぶしているが、実際には、＋４５度偏波・−４５度偏波ダイバーシチアンテナ素子１１３と＋４５度偏波・−４５度偏波ダイバーシチアンテナ素子１１４とでこのような外観上の差異は無い。
【００２８】
図３は、図１の移動通信用基地局アンテナ１００における偏波ダイバーシチアンテナブロックｄの構造について説明した図であり、（ａ）は偏波ダイバーシチアンテナブロックｄの正面図、（ｂ）は偏波ダイバーシチアンテナブロックｄの側面図である。また、図４は、図３の斜視図である。
【００２９】
図３及び図４に示したように、偏波ダイバーシチアンテナブロックｄは、複数の偏波ダイバーシチアンテナ素子ｃを反射板９の長手方向に沿ってアレイ状に配置した構造となっている。偏波ダイバーシチアンテナ素子ｃは、金属や金属及び誘電体などからなるアンテナ素子パターン（図示せず）をアンテナ素子基板１０の表面に形成することにより構成されたアンテナ素子ａ，ｂを、断面が十字形状となるように組み合わせることにより構成される。偏波ダイバーシチアンテナ素子ｃにより、＋４５度偏波される電波及び−４５度偏波される電波を共用して送受信することができる。アンテナ素子ａ，ｂは給電線（図示せず）を介して、それぞれ異なるポート（図示せず）に接続される。
【００３０】
本発明は、アンテナ素子ａ，ｂの配置を変えたり、偏波ダイバーシチアンテナ素子ｃの組み合わせを変えることができる。図１の移動通信用基地局アンテナ１００では、＋４５度偏波・−４５度偏波ダイバーシチの組み合わせとしたが、図５の移動通信用基地局アンテナ２００では、垂直偏波・水平偏波ダイバーシチである。なお、図５では、実線の「＋」で図示したものが垂直偏波・水平偏波ダイバーシチアンテナ素子２１３であり、点線の「＋」で図示したものが垂直偏波・水平偏波ダイバーシチアンテナ素子２１４である。複数の垂直偏波・水平偏波ダイバーシチアンテナ素子２１３と複数の垂直偏波・水平偏波ダイバーシチアンテナ素子２１４とにより、それぞれ異なる偏波ダイバーシチアンテナブロックが構成される。
【００３１】
図６は、図５の移動通信用基地局アンテナ２００の斜視図である。複数の偏波ダイバーシチアンテナ素子ｃが垂直方向に所定ピッチで配置されている。オーバーラップ配置の部分２１５では、偏波ダイバーシチアンテナブロック２１１を構成する垂直偏波・水平偏波ダイバーシチアンテナ素子２１３のピッチ間に、偏波ダイバーシチアンテナブロック２１２を構成する垂直偏波・水平偏波ダイバーシチアンテナ素子２１４が配置される。なお、図６では、垂直偏波・水平偏波ダイバーシチアンテナ素子２１３と垂直偏波・水平偏波ダイバーシチアンテナ素子２１４とを区別し易くするために、垂直偏波・水平偏波ダイバーシチアンテナ素子２１３の一部を黒く塗りつぶしているが、実際には、垂直偏波・水平偏波ダイバーシチアンテナ素子２１３と垂直偏波・水平偏波ダイバーシチアンテナ素子２１４とでこのような外観上の差異は無い。
【００３２】
図７の移動通信用基地局アンテナ３００では、＋４５度偏波・−４５度偏波ダイバーシチアンテナ素子と垂直偏波・水平偏波ダイバーシチアンテナ素子を組み合わせた。直線偏波を放射する素子の組み合わせであれば、素子形状は問わない。なお、図７では、実線の「×」で図示したものが＋４５度偏波・−４５度偏波ダイバーシチアンテナ素子３１３であり、点線の「＋」で図示したものが垂直偏波・水平偏波ダイバーシチアンテナ素子３１４である。複数の＋４５度偏波・−４５度偏波ダイバーシチアンテナ素子３１３と複数の垂直偏波・水平偏波ダイバーシチアンテナ素子３１４とにより、それぞれ異なる偏波ダイバーシチアンテナブロックが構成される。
【００３３】
図８は、図７の移動通信用基地局アンテナ３００の斜視図である。複数の偏波ダイバーシチアンテナ素子ｃが垂直方向に所定ピッチで配置されている。オーバーラップ配置の部分３１５では、偏波ダイバーシチアンテナブロック３１１を構成する＋４５度偏波・−４５度偏波ダイバーシチアンテナ素子３１３のピッチ間に、偏波ダイバーシチアンテナブロック３１２を構成する垂直偏波・水平偏波ダイバーシチアンテナ素子３１４が配置される。なお、図８では、＋４５度偏波・−４５度偏波ダイバーシチアンテナ素子３１３と垂直偏波・水平偏波ダイバーシチアンテナ素子３１４とを区別し易くするために、＋４５度偏波・−４５度偏波ダイバーシチアンテナ素子３１３の一部を黒く塗りつぶしているが、実際には、＋４５度偏波・−４５度偏波ダイバーシチアンテナ素子３１３と垂直偏波・水平偏波ダイバーシチアンテナ素子３１４とでこのような外観上の差異は無い。
【００３４】
図１の移動通信用基地局アンテナ１００は、各々の偏波ダイバーシチアンテナブロックｄで偏波ダイバーシチアンテナ素子ｃが非常に接近しているため、目標とするアンテナブロック間の相関係数を０．７以下にするためは、本発明の垂直面内チルト角度を変える必要がある。
【００３５】
そこで、本発明では、図９に示すように、同じ偏波特性を有する、第１ポートに接続されたアンテナ素子からなるアンテナブロック４５１と第３ポートに接続されたアンテナ素子からなるアンテナブロック４５２の垂直面内チルト角度に差をつける。ここで、第１ポートに接続されたアンテナ素子からなるアンテナブロック４５１及び第３ポートに接続されたアンテナ素子からなるアンテナブロック４５２は、それぞれアンテナ素子ａ（図１参照）の集合であり、第２ポートに接続されたアンテナ素子からなるアンテナブロック及び第４ポートに接続されたアンテナ素子からなるアンテナブロックは、それぞれアンテナ素子ｂ（図１参照）の集合である。例えば、第１ポートに接続されたアンテナ素子からなるアンテナブロック４５１の垂直面内チルト角度を３度、第３ポートに接続されたアンテナ素子からなるアンテナブロック４５２の垂直面内チルト角度を６度にする。尚、図の簡略化のため第２ポートに接続されたアンテナ素子からなるアンテナブロックと第４ポートに接続されたアンテナ素子からなるアンテナブロックは図示していない。
【００３６】
図９に示されるように、本発明の移動通信用基地局アンテナであるＭＩＭＯ基地局アンテナ４５０は、偏波ダイバーシチアンテナブロック１１１（図１参照）の第１ポートに接続されたアンテナ素子からなるアンテナブロック４５１における垂直面内チルト角度４５３がＡ度であり、偏波ダイバーシチアンテナブロック１１２（図１参照）の第３ポートに接続されたアンテナ素子からなるアンテナブロック４５２における垂直面内チルト角度４５４がＢ度であり、Ａ度＜Ｂ度である。
【００３７】
図１のように各々の偏波ダイバーシチアンテナブロック１１１，１１２が縦積みされており、図９のように各々の偏波ダイバーシチアンテナブロック１１１（第１ポートに接続されたアンテナ素子からなるアンテナブロック４５１），１１２（第３ポートに接続されたアンテナ素子からなるアンテナブロック４５２）の垂直面内チルト角度が異なることにより、各偏波ダイバーシチアンテナブロック１１１，１１２間の相関係数を小さくすることができる。
【００３８】
携帯電話の基地局アンテナは、先に述べたように、鋭い垂直面内指向性を有するので、垂直面内チルト角度を変えると三次元的な指向性、特に主ビームの指向性が大きく変化する。従って、垂直面内チルト角度に差をつけることにより指向性の重なりが少なくなり、相関係数を大幅に変化させることができる。
【００３９】
同様に、同じ偏波特性を有する、（偏波ダイバーシチアンテナブロック１１１の構成要素である）第２ポートに接続されたアンテナ素子からなるアンテナブロックと（偏波ダイバーシチアンテナブロック１１２の構成要素である）第４ポートに接続されたアンテナ素子からなるアンテナブロックでも、垂直面内チルト角度に差をつけることによりアンテナブロック間の相関係数を小さくすることが可能である。偏波特性の異なるポートに接続されたアンテナ素子からなるアンテナブロック間においても同様である。
【００４０】
本発明の効果をシミュレーション計算により検討する。
【００４１】
図１０（ａ）、図１１（ａ）に示した図１の移動通信用基地局アンテナは、図１０（ｂ）と図１１（ｂ）、図１０（ｃ）と図１１（ｃ）、図１０（ｄ）と図１１（ｄ）、図１０（ｅ）と図１１（ｅ）にそれぞれ示されるように、第１ポートに接続されたアンテナ素子からなるアンテナブロック、第３ポートに接続されたアンテナ素子からなるアンテナブロック、第２ポートに接続されたアンテナ素子からなるアンテナブロック、第４ポートに接続されたアンテナ素子からなるアンテナブロック毎に要素分解して示すことができる。
【００４２】
シミュレーション計算の結果を図１２、図１３、図１４の各グラフに示す。各グラフとも縦軸は図１０に示す各ポートに接続されたアンテナ素子からなるアンテナブロック間の相関係数ρの絶対値を、横軸は基地局のセル半径を示す。
【００４３】
アンテナブロック間で垂直面内チルト角度に差がないとき（第１ポートに接続されたアンテナ素子からなるアンテナブロック，第２ポートに接続されたアンテナ素子からなるアンテナブロック，第３ポートに接続されたアンテナ素子からなるアンテナブロック，第４ポートに接続されたアンテナ素子からなるアンテナブロックの垂直面内チルト角度がすべて３度）を図１２に、アンテナブロック間で垂直面内チルト角度に差があるときを図１３（第１ポートに接続されたアンテナ素子からなるアンテナブロック，第２ポートに接続されたアンテナ素子からなるアンテナブロックの垂直面内チルト角度が３度、第３ポートに接続されたアンテナ素子からなるアンテナブロック，第４ポートに接続されたアンテナ素子からなるアンテナブロックの垂直面内チルト角度が６度）、図１４（第１ポートに接続されたアンテナ素子からなるアンテナブロック，第３ポートに接続されたアンテナ素子からなるアンテナブロックの垂直面内チルト角度が３度、第２ポートに接続されたアンテナ素子からなるアンテナブロック，第４ポートに接続されたアンテナ素子からなるアンテナブロックの垂直面内チルト角度が６度）に示す。ここで垂直面内チルト角度が３度のアンテナブロックにおいては、セルエッジ（セル半径のエッジ；なお、セル半径とは、信号の到達範囲の半径のこと）にメインビームを向けている。また、垂直面内チルト角度が３度のアンテナブロック以外においては、他セルに干渉を与えないように大きめの角度（６度）に垂直面内チルト角度を設定している。各図において、ρ12のような添え字は、相関係数を求めた２つのポートの番号を表す。例えばρ12は第１ポートに接続されたアンテナブロックと第２ポートに接続されたアンテナブロック間の相関係数を示す。
【００４４】
このように、指向性を直交するように（ビームが互いに干渉しないように）ビームの垂直面内チルト角度を調整することでアンテナブロック間の相関係数を低くでき、全てのポートの指向性でヌル点になることがなくなるため性能向上が期待できる。
【００４５】
さらに図１４ではメインビーム方向以外（セル半径４００ｍ以内）でアンテナブロック間の相関係数を０．７以下を達成できることを示している。
【００４６】
以上説明したように、本発明のように偏波ダイバーシチアンテナブロック１１１，１１２のアンテナ素子ａ，ｂを移動通信用基地局アンテナ１００の中央でオーバーラップさせることにより、移動通信用基地局アンテナの長さを短縮することが可能であり、垂直面内のビームチルト角度（垂直面内チルト角度）を上下の偏波ダイバーシチアンテナブロック１１１，１１２で変化させることにより、各ポートに接続されたアンテナ素子からなるアンテナブロック間の相関係数を改善することができる。
【００４７】
垂直面内のビームチルト角度（垂直面内チルト角度）を上下の偏波ダイバーシチアンテナブロック１１１，１１２で変えることにより指向性を変化させることができ、これによって、偏波ダイバーシチアンテナブロック１１１，１１２間の相関係数を低くできる。また、偏波ダイバーシチアンテナブロック１１１，１１２間の相関係数を低くすることによりＭＩＭＯの空間多重効果がより有効になり、データ伝送効率を高めることができる。
【００４８】
なお、図１２、図１３、図１４においては、図１の移動通信用基地局アンテナ１００におけるシミュレーション計算の結果についてのみ示したが、図５、図７の移動通信用基地局アンテナ２００，３００におけるシミュレーション計算のおいても、図１２、図１３、図１４と同様な傾向が得られた。
【００４９】
つまり、偏波ダイバーシチアンテナブロック２１１，２１２のアンテナ素子ａ，ｂを移動通信用基地局アンテナ２００の中央でオーバーラップさせることにより、移動通信用基地局アンテナ２００の長さを短縮することが可能であり、垂直面内のビームチルト角度（垂直面内チルト角度）を上下の偏波ダイバーシチアンテナブロック２１１，２１２で変化させることにより、各ポートに接続されたアンテナ素子からなるアンテナブロック２１１，２１２間の相関係数を改善することができる。
【００５０】
垂直面内のビームチルト角度（垂直面内チルト角度）を上下の偏波ダイバーシチアンテナブロック２１１，２１２で変えることにより指向性を変化させることができ、これによって、偏波ダイバーシチアンテナブロック２１１，２１２間の相関係数を低くできる。また、偏波ダイバーシチアンテナブロック２１１，２１２間の相関係数を低くすることによりＭＩＭＯの空間多重効果がより有効になり、データ伝送効率を高めることができる。
【００５１】
また、偏波ダイバーシチアンテナブロック３１１，３１２のアンテナ素子ａ，ｂを移動通信用基地局アンテナ３００の中央でオーバーラップさせることにより、移動通信用基地局アンテナ３００の長さを短縮することが可能であり、垂直面内のビームチルト角度（垂直面内チルト角度）を上下の偏波ダイバーシチアンテナブロック３１１，３１２で変化させることにより、各ポートに接続されたアンテナ素子からなるアンテナブロック３１１，３１２間の相関係数を改善することができる。
【００５２】
垂直面内のビームチルト角度（垂直面内チルト角度）を上下の偏波ダイバーシチアンテナブロック３１１，３１２で変えることにより指向性を変化させることができ、これによって、偏波ダイバーシチアンテナブロック３１１，３１２間の相関係数を低くできる。また、偏波ダイバーシチアンテナブロック３１１，３１２間の相関係数を低くすることによりＭＩＭＯの空間多重効果がより有効になり、データ伝送効率を高めることができる。
【符号の説明】
【００５３】
ａ，ｂ アンテナ素子
ｃ 偏波ダイバーシチアンテナ素子
ｄ 偏波ダイバーシチアンテナブロック
９ 反射板
１０ アンテナ素子基板
１１１ 偏波ダイバーシチアンテナブロック１（ブロックＵ）
１１２ 偏波ダイバーシチアンテナブロック２（ブロックＬ）
１１３，１１４ ＋４５度偏波・−４５度偏波ダイバーシチアンテナ素子
１１５ オーバーラップ配置の部分
２１３，２１４ 垂直偏波・水平偏波ダイバーシチアンテナ素子
２１５ オーバーラップ配置の部分
３１３ ＋４５度偏波・−４５度偏波ダイバーシチアンテナ素子
３１４ 垂直偏波・水平偏波ダイバーシチアンテナ素子
３１５ オーバーラップ配置の部分
４５０ ＭＩＭＯ基地局アンテナ（移動通信用基地局アンテナ）
４５１ 第１ポートに接続されたアンテナ素子からなるアンテナブロック
４５２ 第３ポートに接続されたアンテナ素子からなるアンテナブロック
４５３ 第１ポートに接続されたアンテナ素子からなるアンテナブロックの垂直面内チルト角度
４５４ 第３ポートに接続されたアンテナ素子からなるアンテナブロックの垂直面内チルト角度
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のアンテナ素子が直交に配置されて偏波ダイバーシチアンテナ素子が構成され、該偏波ダイバーシチアンテナ素子が複数並べられて偏波ダイバーシチアンテナブロックが構成され、該偏波ダイバーシチアンテナブロックが複数設けられた移動通信用基地局アンテナにおいて、
ある偏波ダイバーシチアンテナブロックの偏波ダイバーシチアンテナ素子の間に、別の偏波ダイバーシチアンテナブロックの偏波ダイバーシチアンテナ素子が挿入配置され、且つ、各々の偏波ダイバーシチアンテナブロックの垂直面内チルト角度が異なることを特徴とする移動通信用基地局アンテナ。
【請求項２】
請求項１記載の移動通信用基地局アンテナにおいて、
複数の前記偏波ダイバーシチアンテナブロックは、縦積みされ、
各々の前記偏波ダイバーシチアンテナブロックの垂直面内チルト角度が、前記偏波ダイバーシチアンテナブロックの間の相関係数が０．７以下となるように設定されていることを特徴とする移動通信用基地局アンテナ。
【請求項３】
請求項１記載の移動通信用基地局アンテナにおいて、
前記偏波ダイバーシチアンテナ素子の垂直面内チルト角度は、該偏波ダイバーシチアンテナ素子の方向を機械的に変えることにより任意に設定できることを特徴とする移動通信用基地局アンテナ。
【請求項４】
請求項１記載の移動通信用基地局アンテナにおいて、
前記偏波ダイバーシチアンテナ素子の垂直面内チルト角度は、移相器により信号の位相を変えることにより任意に設定できることを特徴とする移動通信用基地局アンテナ。
【請求項５】
請求項４記載の移動通信用基地局アンテナにおいて、
前記移相器は、信号の位相の変化量が固定された不変タイプの移相器であることを特徴とする移動通信用基地局アンテナ。
【請求項６】
請求項４記載の移動通信用基地局アンテナにおいて、
前記移相器は、信号の位相の変化量が自由に設定可能な可変タイプの移相器であることを特徴とする移動通信用基地局アンテナ。
【請求項１】
複数のアンテナ素子が直交に配置されて偏波ダイバーシチアンテナ素子が構成され、該偏波ダイバーシチアンテナ素子が複数並べられて偏波ダイバーシチアンテナブロックが構成され、該偏波ダイバーシチアンテナブロックが複数設けられた移動通信用基地局アンテナにおいて、
ある偏波ダイバーシチアンテナブロックの偏波ダイバーシチアンテナ素子の間に、別の偏波ダイバーシチアンテナブロックの偏波ダイバーシチアンテナ素子が挿入配置され、且つ、各々の偏波ダイバーシチアンテナブロックの垂直面内チルト角度が異なることを特徴とする移動通信用基地局アンテナ。
【請求項２】
請求項１記載の移動通信用基地局アンテナにおいて、
複数の前記偏波ダイバーシチアンテナブロックは、縦積みされ、
各々の前記偏波ダイバーシチアンテナブロックの垂直面内チルト角度が、前記偏波ダイバーシチアンテナブロックの間の相関係数が０．７以下となるように設定されていることを特徴とする移動通信用基地局アンテナ。
【請求項３】
請求項１記載の移動通信用基地局アンテナにおいて、
前記偏波ダイバーシチアンテナ素子の垂直面内チルト角度は、該偏波ダイバーシチアンテナ素子の方向を機械的に変えることにより任意に設定できることを特徴とする移動通信用基地局アンテナ。
【請求項４】
請求項１記載の移動通信用基地局アンテナにおいて、
前記偏波ダイバーシチアンテナ素子の垂直面内チルト角度は、移相器により信号の位相を変えることにより任意に設定できることを特徴とする移動通信用基地局アンテナ。
【請求項５】
請求項４記載の移動通信用基地局アンテナにおいて、
前記移相器は、信号の位相の変化量が固定された不変タイプの移相器であることを特徴とする移動通信用基地局アンテナ。
【請求項６】
請求項４記載の移動通信用基地局アンテナにおいて、
前記移相器は、信号の位相の変化量が自由に設定可能な可変タイプの移相器であることを特徴とする移動通信用基地局アンテナ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【公開番号】特開２０１０−２３３２１５（Ｐ２０１０−２３３２１５Ａ）
【公開日】平成２２年１０月１４日（２０１０．１０．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−４５５１１（Ｐ２０１０−４５５１１）
【出願日】平成２２年３月２日（２０１０．３．２）
【出願人】（０００００５１２０）日立電線株式会社 (3,358)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１０月１４日（２０１０．１０．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月２日（２０１０．３．２）
【出願人】（０００００５１２０）日立電線株式会社 (3,358)
【Ｆターム（参考）】
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