JP3854211B2

JP3854211B2 - アンテナ装置

Info

Publication number: JP3854211B2
Application number: JP2002266959A
Authority: JP
Inventors: 正佳新宅; 一郎大島
Original assignee: Denki Kogyo Co Ltd; NTT Docomo Inc
Current assignee: NTT Docomo Inc; DKK Co Ltd
Priority date: 2002-09-12
Filing date: 2002-09-12
Publication date: 2006-12-06
Anticipated expiration: 2022-09-12
Also published as: JP2004104682A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば移動通信システム等の基地局に使用されるアンテナ装置であって、水平偏波および垂直偏波を用い、かつその水平面指向性が無指向性である偏波共用アンテナ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
陸上移動通信システムでの基地局アンテナ装置の形態の一つとして、無指向性アンテナ装置が選択される場合がある。これは、一般に加入者容量が小さい場所にゾーンを形成する場合等がこれにあたる。
従来、この種のアンテナ装置においては、例えば、コリニアアンテナ等の水平面が無指向性で、垂直面がビーム幅の狭い、垂直偏波を用いたアンテナ装置を使用することが多かった。
近年の移動通信の普及による加入者の増加とともに、さらなる通信品質の向上が求められている。このため、電波の受信効率を上げるため、ダイバーシチ受信方式が採用されている。
スペースダイバーシチが、同じ２つのアンテナを距離をおいて設置する必要があるのに対して、偏波ダイバーシチの場合には、２つのアンテナを距離をおいて設置する必要がなく、図５のように、水平偏波用アンテナと垂直偏波用アンテナを上段と下段に重ね、一つのレドームに収納し、１つのアンテナ装置とすることが可能である。
【０００３】
しかしながら、水平偏波用と垂直偏波用の別個のアンテナを上下段に一つにまとめる方法では、アンテナの長さが２倍となってしまうため、実際には個々のアンテナの長さを十分長くすることができず、したがって、利得も高くすることができなかった。
また、コリニアアンテナ等に代表される水平面無指向性アンテナ装置においては、垂直方向に配列された各アンテナ素子への給電は、いわゆる直列給電であり、ＶＳＷＲや指向性の周波数特性をもつことが知られている。
また、直列給電ゆえに各アンテナ素子への電力分布を任意に与えることが困難であるため、ゾーン構成に関係する垂直面指向性のビーム成形を行うことが困難である。
さらに、垂直面指向性のチルト角度は固定であり、アンテナ設置後に垂直面指向性のチルト角を変えてゾーンを再構築することが不可能である。
チルト角制御を行うために、無理にコリニアアンテナをブロック化し、各ブロックを給電するケーブルを接続すれば、下方のブロックにおいてアンテナ素子の近くをケーブルが通ることによって、その影響により水平面無指向性が乱されることになる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前記のように水平偏波用アンテナと垂直偏波用アンテナを上段と下段に重ねる従来の方法では、アンテナ長を長くできないため、高利得を得るのが困難であった。
また、従来のコリニアアンテナ等の水平面無指向性アンテナ装置は直列給電方式であるため、ＶＳＷＲや指向性の周波数特性をもつとともに、垂直面指向性のビーム成形を行うことが困難であった。
さらに、垂直面指向性のチルト角度が固定であり、設置後に垂直面チルト角度を変えてゾーンを再構築することが不可能であった。
本発明はかかる点に鑑みなされたもので、その目的は前記問題点を解消し、高利得かつ垂直面指向性のビーム成形およびチルト角度変更が可能であり、チルト可変のためのブロック給電ケーブルの存在による水平面の無指向性への影響を取り除いた水平および垂直偏波共用水平面無指向性アンテナ装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明のアンテナ装置は、鉛直方向を長手方向とし、４側面をもつ略四角柱形状の筒状反射板と、該筒状反射板上に配置した複数の誘電体素子基板を備え、前記筒状反射板上に給電回路を形成し、前記複数の誘電体素子基板は、前記筒状反射板の４側面に対して垂直に取り付けられ、それぞれに分岐回路および水平偏波用素子または垂直偏波用素子を前記筒状反射板に対し、囲むように複数配置し、前記筒状反射板上の前記給電回路に接続し、前記水平偏波用素子を備えた誘電体素子基板である水平偏波用素子基板と前記垂直偏波用素子を備えた誘電体素子基板である垂直偏波用素子基板とを鉛直方向に上下に交互に配置したことを特徴とする。
本発明のアンテナ装置は、更に、前記水平偏波用素子基板および前記垂直偏波用素子基板の１または複数の組を備えた箇所を１つのブロックとし、該ブロックを鉛直方向に上下に複数重ねた構造とする。
本発明のアンテナ装置は、更に、前記各ブロックの前記給電回路に接続され給電を行う給電ケーブルを前記筒状反射板の内側内に配置した構造とする。また、前記ブロックの上または下に配置された別の前記ブロックに給電するための前記給電ケーブルを前記筒状反射板の内側内に収容する。
本発明のアンテナ装置は、更に、前記各ブロックへの給電ケーブルを一箇所に集合し、該給電ケーブルに移相器を接続し、前記各ブロックへ給電する電力を制御することにより垂直面指向性のビームチルト制御を行う。
【０００６】
本発明は、以上のように、水平および垂直偏波素子基板のうち、同じ偏波基板同士を単一偏波のアンテナの同等の素子間隔で、かつ異なる偏波素子基板を交互に配置することにより、単一偏波アンテナと同じ長さで同等の利得を得ることができる。
また、筒状反射板上に素子基板への給電回路をある一定の面積内に形成することができるため、直列給電方式ではなく、並列給電方式の給電回路が形成でき、よってＶＳＷＲおよび指向性の周波数特性を抑えることができる。
さらに、並列給電方式によって、給電回路の設計の容易さにより、各アンテナ素子への電力分布を自由に設定できるので、垂直面指向性の成形が可能となる。また、水平および垂直偏波用素子の数組を１ブロックとし、これを多段化することにより高利得を得ることができるとともに、各ブロックへの給電ケーブルを筒状反射板の空洞内を通すことにより、給電ケーブルが指向性に与える影響をなくすことができる。
また、この給電ケーブルを最下段に集合させ、移相器を接続することにより、垂直面指向性のチルト角度を制御することが可能となる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の好適な実施の形態を詳しく説明する。
図１および図２は本発明の水平および垂直偏波共用アンテナ装置の一実施の形態を示す図である。
図１は、水平偏波素子基板および垂直偏波素子基板がそれぞれ２枚ずつ交互に配置された１ブロックの構成例を示し、図２はその断面であり、水平偏波素子部を示す図である。
４側面をもつ筒状反射板に配置された給電回路は２枚１組となっており、それぞれの組は水平偏波用と垂直偏波用に対応しており、その２組が互いに向かい合わせで配置されている。筒状反射板上の給電回路はマイクロストリップ線路で形成され、２分配回路により、上下それぞれの素子基板への給電の役目をしている。
素子基板への給電は、筒状反射板の端と素子基板との交点から行われ、ここで、素子基板上に形成された平衡ストリップ線路に接続される。
このストリップ線路はこの接続点において２分岐しており、２つのダイポール素子に接続している。
ダイポール素子は素子基板上に４つ形成されており、そのうちの２つは前述の一方の筒状反射板上のマイクロストリップ給電回路から給電されたものであり、残りの２つのダイポール素子はもう一方の筒状反射板上のマイクロストリップ給電回路から給電されたものである。
この筒状給電反射板上のマイクロストリップ給電回路および、素子基板の形状は筒状反射板の中心軸に対して点対称である。
ダイポール素子の配置方向は水平偏波の場合は水平方向に配置し、垂直偏波の場合は垂直方向に配置する。
なお、素子基板上のダイポール素子は筒状反射板の周りを囲むように配置しており、さらに、それらのダイポール素子は同振幅同位相で給電されているので、ダイポール素子の合成指向性は水平面で無指向性となる。
【０００８】
図３は、水平および垂直偏波の水平面指向性の実測値を示している。
どちらの偏波においても、偏差の少ない無指向性が得られている。
それぞれの筒状反射板上のマイクロストリップ給電回路には、筒状反射板の空洞内を通して給電ケーブルが接続されており、それぞれ対となる給電ケーブル同士を分配器でまとめている。
これを１ブロックとし、これを多段化することができる。
多段化した場合は図４に示すようにそれぞれのブロックの給電ケーブルは下方のブロックの筒状反射板の空洞内を通して、最下段まで延ばすことができ、そこで、移相器を接続することができる。
【０００９】
また、上記の例では、１ブロック内の素子基板組数は２組としたが、垂直面指向性の設計に応じて、１ブロック内の素子基板組数は任意に設定することができる。
また、上記の例では、素子基板上に４つのダイポール素子を配置したが、筒状反射板の大きさが波長に比して小さい場合には２つのダイポール素子で水平面無指向性を得ることができる。
また、本発明の技術は前記実施の形態における技術に限定されるものではなく、同様な機能を果たす他の態様の技術によってもよく、また、本発明の技術は前記構成の範囲内において種々の変更、付加が可能である。
【００１０】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように本発明の水平および垂直偏波共用水平面無指向性アンテナ装置によれば、水平および垂直偏波素子基板のうち、同じ偏波基板同士を単一偏波のアンテナの同等の素子間隔で、かつ異なる偏波素子基板を上下方向に交互に配置することにより、単一偏波のアンテナと同じ長さで同等の利得を得ることができる。
また、筒状反射板上に素子基板への給電回路をある一定の面積内に形成することができるため、直列給電方式ではなく、並列給電方式の給電回路が形成でき、よってＶＳＷＲおよび指向性の周波数特性を抑えることができる。
さらに、並列給電方式によって、給電回路の設計の容易さにより、各アンテナ素子への電力分布を自由に設定できるので、垂直面指向性の成形が可能となる。また、水平および垂直偏波用素子の数組を１ブロックとし、これを多段化することにより高利得化がねらえるとともに、各ブロックへの給電ケーブルを筒状反射板の空洞内を通すことにより、給電ケーブルが指向性に与える影響をなくすことができる。
また、この給電ケーブルを最下段に集合させ、移相器を接続することにより、垂直面指向性のチルト角度を制御することが可能となるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のアンテナ装置の１ブロックの構成を示す図。
【図２】本発明のアンテナ装置の断面図。
【図３】本発明のアンテナ装置の水平面指向性を示す図。
【図４】本発明のアンテナ装置を多段化し、移相器を接続したアンテナ装置の構成を示す図。
【図５】従来の偏波共用水平面無指向性アンテナの構成を示す図。

Claims

鉛直方向を長手方向とし、４側面をもつ略四角柱形状の筒状反射板と、該筒状反射板上に垂直方向に配列配置した複数の誘電体素子基板を備え、
前記筒状反射板上にマイクロストリップ線路から成る給電回路を形成し、
前記複数の誘電体素子基板は、筒状反射板の４側面に対して垂直に取り付けられ、
前記複数の誘電体素子基板の１つは基板上に前記筒状反射板の４側面の短辺に平行な水平偏波用素子と前記給電回路からの給電信号を水平偏波用素子に分岐する分岐回路が形成された水平偏波用素子基板であり、
前記複数の誘電体素子基板の他の１つは基板上に前記筒状反射板の４側面のそれぞれの側面と対向し鉛直方向に平行な垂直偏波用素子と前記給電回路からの給電信号を垂直偏波用素子に分岐する分岐回路が形成された垂直偏波用素子基板であり、
前記水平偏波用素子基板と前記垂直偏波用素子基板とが鉛直方向に上下に交互に配置され、
前記分岐回路は平衡ストリップ線路により構成され、前記４側面の対角線上の角をそれぞれ分岐点として当該角を構成する両側面と対向する各偏波用素子に対し給電するものであり、
前記隣接する水平偏波用素子基板間で、その一方の基板における分岐回路の前記一方の対角線上の一対の分岐点と、他方の基板における分岐回路の前記他方の対角線上の一対の分岐点とをそれぞれ接続する水平偏波用給電回路が、前記４側面の一方の対向する側面にそれぞれ形成され、それぞれ分配回路として構成され、
前記隣接する垂直偏波用素子基板間で、その一方の基板における分岐回路の前記一方の対角線上の一対の分岐点と、他方の基板における分岐回路の前記他方の対角線上の一対の分岐点とをそれぞれ接続する垂直偏波用給電回路が、前記４側面の他方の対向する側面にそれぞれ形成され、それぞれ分配回路として構成されていることを特徴とするアンテナ装置。
請求項１に記載のアンテナ装置を１つのブロックとし、該ブロックを鉛直方向に上下に複数重ねたことを特徴とするアンテナ装置。
請求項２に記載のアンテナ装置において、
前記各ブロックの前記給電回路に接続され給電を行う給電ケーブルを前記筒状反射板の内側内に配置したことを特徴とするアンテナ装置。
請求項３に記載のアンテナ装置において、
前記ブロックの上または下に配置された別の前記ブロックに給電するための前記給電ケーブルを前記筒状反射板の内側内に収容したことを特徴とするアンテナ装置。
請求項３または４に記載のアンテナ装置において、
前記各ブロックへの給電ケーブルを一箇所に集合し、該給電ケーブルに移相器を接続し、前記各ブロックへ給電する電力を制御することにより垂直面指向性ビームのビームチルト制御を行うことを特徴とするアンテナ装置。