JP2000124733A - 基地局アンテナ装置 - Google Patents
基地局アンテナ装置Info
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Abstract
小型化可能な偏波ダイバーシチ構成とする。 【解決手段】 鉛直に配された主反射板1の中心部に対
し、G1だけ離れて給電点21を有するV字形水平偏波
ダイポールアンテナ2が配され、これと平行に主反射板
1と反対側にV字形無給電素子5が配され、これらを挟
んで、垂直ダイポールアンテナ61,62と、その主反
射板1と反対側に垂直無給電素子71,72が配され
る。主反射板1の両側縁に外側に開いた側面反射板3
1,32が配され、主反射板1のダイポールアンテナ2
と反対側に副反射板4が対向配置される。
Description
基地局アンテナ装置に利用され、水平面内ビーム幅が6
0°のアンテナ装置に関するものである。
品質改善のためダイバーシチ受信が採用されている。セ
クタ化された無線ゾーン構成の場合、スペースダイバー
シチがよく用いられている。しかし、スペースダイバー
シチは2つのアンテナをある一定間隔以上離して設置し
なくてはならず、アンテナ設置空間が大きいという欠点
があり、設置空間の小さいダイバーシチブランチとして
は異偏波間の多重伝搬路特性の違いを利用した偏波ダイ
バーシチが有利である。偏波タイバーシチアンテナ構成
としては垂直偏波アンテナおよび水平偏波アンテナのそ
れぞれを構成することにより実現できる。
ーシチを適用すると、水平面内ビーム幅は60°となる
必要がある。ここで、アンテナ設計条件を、できるだけ
小型化することと、フロントバック比(以下F/B比)
を大きくすることとすると、従来技術である鉛直平面反
射板に水平ダイポールアンテナを取り付けただけでは設
計条件を十分満足できない。
レドームは、風圧荷重が最も小さい円形が利用されてい
る。レドームが小さいほどアンテナは小型といえる。以
下では、アンテナ装置にぎりぎり小さいレドームをつけ
た場合のレドーム直径でアンテナの小型化を叙述する。
図17に従来のこの種のアンテナ装置を示す。鉛直平面
内で設けられた主反射板1の中央から0.25λ(λ:波
長)離れたところに給電点21を有する水平偏波用ダイ
ポールアンテナ2が主反射板1に平行に設けられてい
る。このとき、水平面内ビーム幅をほぼ60°とするた
めには、主反射板1の幅W1は約1λ必要であり、レド
ーム直径も約1λ必要となる。このときの水平面指向性
パターンを図18に示す。
たはビル屋上に設置されることから、アンテナ荷重の削
減と設置空間の軽減とをするためにアンテナの小型化
は、アンテナ設計上、重要な課題である。また、基地局
アンテナ装置の水平面内指向性におけるF/B比は無線
ゾーン間の干渉量を決定する重要な量である。F/B比
を大きくすることは、より近くの無線ゾーン間で周波数
の繰り返し利用を可能にする。F/B比の改善もアンテ
ナ設計上、重要な課題である。
1を有し、鉛直に配された主反射板と、これと対向し、
距離G1だけ離れたところに給電点をもち、素子長がλ
/2のV字型の水平面に配された水平偏波用ダイポール
アンテナとを具備する。上記主反射板に対し、その両側
縁に鉛直に配され、主反射板の垂直方向から外側にφの
傾斜角をなし、その幅がTである側面反射板が設けられ
ている。
板から、水平偏波用ダイポールアンテナと反対側に、距
離Sだけ離れたところに幅W2(W2≦W1)の副反射
板が設けられる。更に水平偏波用ダイポールアンテナと
同一平面内に、このダイポールアンテナの給電点から距
離G2だけ、主反射板と反対側に離れたところに水平偏
波用ダイポールアンテナと平行にV字型無給電素子が設
置される。
に、垂直偏波素子が、水平偏波用ダイポール素子と同じ
側に、主反射板から距離D1だけ離れて設けられる。垂
直偏波素子としてはお互いに平行な2つの垂直半波長ダ
イポールアンテナで構成され、これら各垂直ダイポール
アンテナから距離D2だけ主反射板と反対側に離れたと
ころに、これらダイポールアンテナと平行な無給電素子
が設けられる。
直偏波素子の組の複数個が上下に配列されてアレイ化さ
れる。
対応する部分に同一番号をつけてある。この例は水平面
内ビーム幅が60°の水平偏波用アンテナ装置である。
主反射板1と、主反射板1の中心部から距離G1だけ離
れたところに給電点21を有し、素子長がλ/2のV字
型をした水平偏波用ダイポールアンテナ2とが設けられ
る。ダイポールアンテナ2は給電点21を屈折点として
主反射板1側に鉛直面に対しθの傾斜角をもっている。
また、主反射板1の両側縁にこれに沿って延長し、主反
射板1と垂直方向から外側にそれぞれφの傾斜角をな
し、その幅がTである側面反射板31,32が設置され
ている。
2の幅Tと角度φ、ダイポールアンテナ2の傾斜角θ、
主反射板1と給電点21の距離G1は、モーメント法に
よる計算値を用いて各パラメータを決定し、最適化する
ことができる。この実施例では最適な値としては、W1
は0.6λ〜0.8λ、側面反射板31,32の幅Tは0.1
3λ〜0.27λ,角度φは20°〜40°,ダイポール
アンテナ2の傾斜角θは10°〜40°,主反射板1と
給電点21の距離G1は0.25λ〜0.3λが好ましい。
1が0.6λ以下になると、水平面内ビーム幅が60°よ
り可成り大きくなり、F/Bも悪くなり、0.8λ以上に
することは、小型化の点で好ましくない。Tが0.13λ
以下になると水平面内ビーム幅が60°より可成り大き
くなり、0.2λ以上になると水平面内ビーム幅が60°
より可成り小さくなる。φが20°以下になると、水平
面内ビーム幅が60°より可成り大きくなり、40°以
上になると水平面内ビーム幅が60°より可成り小さく
なる。θが10°以下になると、水平面内ビーム幅が6
0°より可成り大きくなり、40°以上になると、水平
面内ビーム幅が60°より可成り小さくなる。G1が0.
25λ以下になると、インピーダンス整合がとりにく
く、0.3λ以上になると、水平面内ビーム幅が60°よ
り可成り大きくなる。
0mm(0.8λ),T=20mm(0.13λ),φ=3
0°,θ=30°,G1=37.5mm(0.25λ)の場
合の水平面指向性パターンである。ビーム幅が59.84
°を得ている。このときのレドーム直径は約140mm
(0.93λ)である。また、より小型な例として、図2
Bは、使用周波数2GHzで、W1=90mm(0.6
λ),T=40mm(0.27λ),φ=30°,θ=4
0°,G1=37.5mm(0.25λ)の場合の水平面指
向性パターンである。ビーム幅は61.46°であり、レ
ドーム直径は約129mm(0.86λ)である。実施例2 図3にこの発明の実施例2を示す。実施例1のアンテナ
装置では、ビーム幅は所望の60°を得るが、F/B比
があまりよくない。F/B比を改善するために、実施例
2では主反射板1の後方、つまりダイポールアンテナ2
と反対側に副反射板4を対向設置した。アンテナの小型
化が目的であるので、主反射板1と副反射板4の距離S
および副反射板4の幅W2は、副反射板4を設置しない
ときのレドーム内に収まる範囲値をとり、W2≦W1で
ある。いずれの場合も、実施例1のアンテナ装置に比べ
F/B比は改善した。ここでは比較のため、実施例1の
アンテナ装置のパラメータで副反射板を設置したものを
示す。
テナ装置(使用周波数2GHz,W1=0.8λ,T=0.1
3λ,φ=30°,θ=30°,G1=0.25λ)にS
=20mm(0.13λ),W2=110mm(0.73
λ)の副反射板4を設置した実施例2の水平面指向性パ
ターンである。ビーム幅は60.77°であり、F/B比
は15dBから21dBと6dBも改善した。
テナ装置(2GHz,W1=0.6λ,T=0.27λ,φ=
30°,θ=40°,G1=0.25λ)にS=15mm
(0.1λ),W2=80mm(0.53λ)の副反射板4
を設置した実施例2の水平面指向性パターンである。ビ
ーム幅は62.59°であり、F/B比は14dBから1
8dBと4dBも改善した。実施例3 図5にこの発明の実施例3を示す。実施例1のアンテナ
装置に、給電点21から距離G2だけ主反射板1と反対
側に離れたところに屈折点がある無給電素子5を備えて
いる。無給電素子5の鉛直面に対する傾斜角はθであ
り、一辺の長さをLとする。
0.6λ,T=0.1λ〜0.2λ,φ=15°〜30°,G
1=0.25λ〜0.3λ,θ=20°〜40°,L=0.2
47λであり、G2はレドームが大きくならない範囲値
をとる。これらの数値をとる理由は以下の理由にもとづ
く。即ちW1が0.6λ以下になると、水平面内ビーム幅
が60°より可成り大きくなり、0.6λ以上では全体の
大きさが小型化にならない。Tが0.1λ以下になると、
水平面内ビーム幅が安定せず、2GHzでは60°より極
端に小さくなり、0.2λ以上になると、水平面内ビーム
幅が60°より可成り小さくなる。φが15°以下にな
ると、水平面内ビーム幅が60°より可成り大きくな
り、30°以上になると水平面内ビーム幅が60°より
可成り小さくなる。θが20°以下になると、水平面内
ビーム幅が安定せず、2GHzでは60°より極端に小さ
くなり、40°以上になると、水平面内ビーム幅が60
°より可成り大きくなる。Lが0.247λ以下になる
と、水平面内ビーム幅が1.9GHzおよび2.2GHzでは、
60°より可成り大きくなり、2.0GHaで60°より可
成り小さくなり、ビーム幅が安定しない。0.247λ以
上では水平面内ビーム幅が60°より可成り大きくな
る。
mm(0.6λ),T=20mm(0.13λ),φ=30
°,G1=37.5mm(0.25λ),θ=20°,L=
37mm(0.247λ),G2=35mm(0.23λ)
の場合の水平面指向性パターンである。ビーム幅は58.
00°を得ている。このときのレドーム直径は約110
mm(0.73λ)である。
W1=90mm(0.6λ),T=15mm(0.1λ),
φ=15°,G1=45mm(0.3λ),θ=33.7
°,L=37mm(0.247λ),G2=25.5mm
(0.17λ)の場合の水平面指向性パターンである。ビ
ーム幅は58.35°であり、このときのレドーム直径は
約100mm(0.67λ)である。実施例4 図7にこの発明の実施例4を示す。実施例3のアンテナ
装置では、実施例1尾よび2に対してアンテナの小型化
が図れるが、F/B比は悪い。F/B比を改善するため
に、実施例4では実施例3に対し、主反射板1の後方、
つまりダイポールアンテナ2と反対側に副反射板4を主
反射板1と対向して設置した。アンテナの小型化が目的
であるので、主反射板1と副反射板4の距離Sおよび副
反射板4の幅W2は、副反射板4を設置しないときのレ
ドーム内に収まる範囲値をとり、W2≦W1である。い
ずれの場合も、実施例3のアンテナ装置に比べF/B比
は改善した。ここでは比較のため、実施例3のアンテナ
装置のパラメータで副反射板を設置したものを示す。
テナ装置(W1=0.6λ,T=0.13λ,φ=30°,
G1=0.25λ,θ=20°,L=0.247λ,G2=
0.23λ)にS=9mm(0.06λ),W2=75mm
(0.5λ)の副反射板4を設置した実施例4の水平面指
向性パターンである。ビーム幅は58.61°であり、サ
イドローブが−13dBから−18dBに改善され、バ
ックローブが−15.5dBから−24dBに改善され
た。
テナ装置(W1=0.6λ,T=0.1λ,φ=15°,G
1=0.3λ,θ=33.7°,L=0.247λ,G2=0.
17λ)にS=9mm(0.6λ),W2=80mm(0.
53λ)の副反射板4を設置した実施例4の水平面指向
性パターンである。ビーム幅は58.20°であり、サイ
ドローブが−13.5dBから−18dBに改善され、バ
ックローブが−16dBから−24dBに改善された。実施例5 図9にこの発明の実施例5を示す。この例は垂直偏波用
アンテナと共通の主反射板1、側面反射板31,32、
副反射板4を用いて、2素子の120°ビームアンテナ
を同位相・同振幅で合成し、水平面内ビーム幅が60°
を得る垂直偏波用アンテナを備えた偏波ダイバーシチア
ンテナである。主反射板1に対し、V字型ダイポールア
ンテナ2と同じ側に、主反射板1から距離D1だけ離
れ、V字型ダイポールアンテナ2を挟むように、互いに
平行な2つの垂直半波長ダイポールアンテナ61,62
がおかれ、ダイポールアンテナ61,62をそれぞれ含
み、主反射板1に対し直角な平面内に、それぞれダイポ
ールアンテナ61,62から距離D2だけ、主反射板1
と反対側に離れたところにダイポールアンテナ61,6
2と平行にそれぞれ対向した無給電素子71,72が設
けられている。D1,D2は、水平偏波用アンテナ装置
を設計したあとに、レドーム直径が大きくならない範囲
値をとる。
0.67λ,T=0.1λ,φ=15°,G1=0.3λ,θ
=33.7°,G2=0.17λ,S=0.067λ,W2=
0.6λ,D1=0.25λ,D2=0.17λとする。この
時のレドーム直径は約0.72λである。ここでD1を0.
25λにしたのは、一般にD1をλ/4とするのがイン
ピーダンス整合がもっともとれ易いからである。
面指向性パターンを示したものであり、ビーム幅は56.
67°であり、図10Bは垂直偏波の水平面指向性パタ
ーンを示したものである。どちらもビーム幅は60.51
°,F/B比は約20dB以上となり、良好な値が得ら
れた。実施例5において、V字型ダイポールアンテナ2
と、垂直半波長ダイポールアンテナ61,62の各給電
点は必ずしも同一水平面内に設ける必要はない、例えば
図11に示すように上下にずらしてもよい。つまり、垂
直半波長ダイポールアンテナ61,62は鉛直方向から
見た場合に、V字型ダイポールアンテナ2を挟んだ配置
となっていればよい。この上下の差hは任意に選ぶこと
ができる。図11中のhを75mm(0.5λ)とし、そ
の他の各値は図9に対する最適値とした場合、水平偏波
の水平面指向性パターンを図12Aに、垂直偏波の水平
面指向性パターンを図12Bにそれぞれ示す。前者のビ
ーム幅は55.45°であり、後者のビーム幅は60.14
°である。実施例6 図13にこの発明の実施例6を示す。これは、図9に示
した実施例を上下にアレイ化した場合である。即ち、図
9中のV字型ダイポールアンテナ2,V字型無給電素子
5,垂直半波長ダイポールアンテナ61,62,垂直無
給電素子71,72の一組と、同一の相対的配置をした
V字型ダイポールアンテナ2′,V字型無給電素子
5′,垂直半波長ダイポールアンテナ61′,62′,
垂直無給電素子71′,72′の組を、前者に対し間隔
Hだけあけて下に配置する。H>0であればよいが、1
波長までは間隔を大きくとった方が高い利得が得られ、
それより大きく離すとかえって利得が低下する。従っ
て、H=λが一般的である。
を図9の最適値とした場合の水平偏波の水平面指向性パ
ターンを図14Aに、垂直偏波の水平面指向性パターン
を図14Bにそれぞれ示す。前者のビーム幅は60.97
°であり、後者のビーム幅は59.62°である。実施例7 図15にこの発明の実施例7を示す。これは図11に示
した実施例を、上下にアレイ化したものである。即ち、
図11中のV字型ダイポールアンテナ2,V字型無給電
素子5,垂直半波長ダイポールアンテナ61,62,垂
直無給電素子71,72の一組と、同一の相対的配置を
したV字型ダイポールアンテナ2′,V字型無給電素子
5′,垂直半波長ダイポールアンテナ61′,62′,
垂直無給電素子71′,72′の組を、前者に対し間隔
Hだけあけて下に配置する。この場合もHについては、
実施例6と同様のことが言える。
(1λ)とし、その他の各値は図9の実施例の最適値と
した場合の水平偏波水平面指向性パターンを図16A
に、垂直偏波水平面指向性パターンを図16Bにそれぞ
れ示す。前者のビーム幅は60.12°,後者のビーム幅
は59.35°である。実施例6および7でのアレイ化
は、二組により構成したが、三組以上を上下に配列して
アレイ化してもよい。
ば、水平偏波用アンテナ装置において、側面反射板を主
反射板に対して斜めにつけ、V字型水平半波長ダイポー
ルアンテナを用いることにより、レドーム直径が小さい
アンテナ装置を設計することができる。特にV字型の無
給電素子を併用することにより一層小型化することがで
きた。
とによりF/B比が大きくなった。また、水平偏波用ア
ンテナ装置の同一の主反射板と側面反射板と副反射板を
用いて、水平偏波と垂直偏波ともに水平面内ビーム幅が
60°の偏波ダイバーシチブランチが実現できる。スペ
ースダイバーシチアンテナよりも小型化が図れるため、
基地局アンテナにおいてアンテナ設置空間の軽減が図れ
る。
ができる。
の平面図である。
λ,T=0.13λ,φ=30°,θ=30°,G1=0.
25λの場合の水平面内指向性を示す図、BはW1=0.
6λ,T=0.27λ,φ=30°,θ=40°,G1=
0.25λの場合の水平面内指向性を示す図である。
の平面図である。
λ,T=0.27λ,φ=30°,θ=40°,G1=0.
25λ,S=0.13λ,W2=0.73λの場合の水平面
内指向性を示す図、BはW1=0.6λ,T=0.27λ,
φ=30°,θ=40°,G1=0.25λ,S=0.1
λ,W2=0.53λの場合の水平面内指向性を示す図で
ある。
の平面図である。
λ,T=0.13λ,φ=30°,G1=0.25λ,θ=
20°,L=0.247λ,G2=0.23λの場合の水平
面内指向性を示す図、BはW1=0.6λ,T=0.1λ,
φ=15°,G1=0.3λ,θ=33.7°,L=0.24
7λ,G2=0.17λの場合の水平面内指向性を示す図
である。
の平面図である。
λ,T=0.13λ,φ=30°,G1=0.25λ,θ=
20°,L=0.247λ,G2=0.23λ,S=0.06
λ,W2=0.5λの場合の水平面内指向性を示す図、B
はW1=0.6λ,T=0.1λ,φ=15°,G1=0.3
λ,θ=33.7°,L=0.247λ,G2=0.17λ,
S=0.6λ,W2=0.53λの場合の水平面内指向性を
示す図である。
の平面図である。
水平面内指向性を示す図、Bは垂直偏波の水平面内指向
性を示す図である。
偏波の水平面内指向性を示す図、Bは垂直偏波の水平面
指向性を示す図である。
水平面内指向性を示す図、Bは垂直偏波の水平面内指向
性を示す図である。
水平面内指向性を示す図、Bは垂直偏波の水平面内指向
性を示す図である。
平面図である。
でのW1=15mm,G1=37.5mm,ダイポールア
ンテナの長さ=75mmの場合の水平面内指向性を示す
図。
Claims (6)
- 【請求項1】 鉛直に配された、幅W1を有する主反射
板と、 その主反射板に対し、平行に距離G1だけ離れ、水平面
内に配された水平偏波用ダイポールアンテナとを具備
し、 上記水平偏波用ダイポールアンテナはその給電点から上
記主反射板方向にθの傾斜角をもち、素子長がλ/2
(λ:波長)のV字型ダイポール素子であり、 上記主反射板はその両側縁に主反射板に対し垂直方向か
ら外側にφの傾斜角をなし、幅がTの側面反射板を有す
ることを特徴とする基地局アンテナ装置。 - 【請求項2】 請求項1記載の装置において、 上記主反射板から、上記水平偏波用ダイポール素子と逆
側に距離Sだけ離れ、主反射板と対向し、幅W2(W2
≦W1)の副反射板が設けられていることを特徴とする
基地局アンテナ装置。 - 【請求項3】 請求項1または2記載の装置において、
上記水平偏波用ダイポール素子を含む平面内で、上記給
電点から距離G2だけ上記反射板と反対側に離れ、主反
射板方向にθの傾斜角をなし、一辺の長さがLのV字型
無給電素子を配されていることを特徴とする基地局アン
テナ装置。 - 【請求項4】 請求項1乃至3の何れかに記載の装置に
おいて、 上記主反射板に対し、上記水平偏波用ダイポールアンテ
ナと同一側に垂直偏波素子が配され、偏波ダイバーシチ
アンテナが構成されていることを特徴とする基地局アン
テナ装置。 - 【請求項5】 請求項4に記載の装置において、 上記垂直偏波素子は鉛直方向からみて上記水平偏波ダイ
ポールアンテナを挟んで二つ設けられ、これらとそれぞ
れ平行した垂直無給電素子がそれぞれ上記主反射板と反
対側に配されていることを特徴とする基地局アンテナ装
置。 - 【請求項6】 請求項4または5に記載の装置におい
て、 上記水平偏波用ダイポールアンテナと上記垂直偏波素子
との組が複数組上下に配列されていることを特徴とする
基地局アンテナ装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP29504598A JP3625142B2 (ja) | 1998-10-16 | 1998-10-16 | 基地局アンテナ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP29504598A JP3625142B2 (ja) | 1998-10-16 | 1998-10-16 | 基地局アンテナ装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2000124733A true JP2000124733A (ja) | 2000-04-28 |
JP3625142B2 JP3625142B2 (ja) | 2005-03-02 |
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ID=17815616
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
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