JP2000138528A - アンテナ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 任意の方向・偏波の移動局より到来する電波
を最大電力で受信可能とする。 【解決手段】 直線偏波を発生するアンテナ素子１，
１′が、反射板２の同一例においてこれと平行し、か
つ、互いに約４５度傾け線対称で配され、かつ中心間隔
Ｓは使用波長の約０．３倍以上、２０倍程度以下とさ
れ、両素子１，１′でアダプティブアンテナ又はダイバ
ーシチアンテナとして動作する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は例えば移動通信方
式の高性能な基地局に用いられるアンテナ装置に関する
ものであり、移動局より到来する任意の方向・偏波の電
波を最大電力で受ける、または移動局で最大電力が受信
されるように送信することが出来るようにしようとする
ものである。

【０００２】

【従来の技術】図５は従来のアンテナ装置を示す図であ
る。ここで、図５（ａ）はスペースダイバーシチ構成ま
たはアダプティブアンテナの場合で、Ｚ軸に平行なアン
テナ素子１１，１１′が反射板１２に取付けられ、これ
らアンテナ素子１１，１１′は給電線１３，１３′に接
続されている。図５（ｂ）は偏波ダイバーシチ構成の場
合で、Ｙ軸、Ｚ軸は平行したアンテナ素子１４，１４′
が反射板１２に取付けられ、また給電線１５，１５′に
それぞれ接続される。

【０００３】図２（ａ）では主にダイバーシチアンテナ
として動作させる場合はアンテナ素子１１，１１′の間
隔Ｓを、システムの運用周波数の５波長以上、一方、ア
ダプティブアンテナとして動作させる時にはＳを０．５
波長から１波長程度とする。ここで、アンテナ素子が２
本の場合について各動作を簡単に説明する。まず、アダ
プティブアンテナでは各アンテナの位相・振幅を制御し
て所望のアンテナパターンを得ることで、受信電力、Ｓ
Ｎなどの改善を図るものである。しかし、このアンテナ
の場合アンテナ素子間隔は所望の放射パターンを得る。

【０００４】ここで、例としてＳ＝１波長とした場合の
放射パターンを図６に示す。これは図５（ａ）のＸＹ面
パターンを示したものである。間隔が１波長のため、ロ
ーブが３つ存在するが、セクタ方式として正面方向の６
０度セクタに限定すれば正面の１つのビームのみとな
る。図６（ａ）に示すように、２素子を同相、同振幅で
給電した場合アンテナ面に直交する方向に垂直偏波ビー
ムが放射される。また、片方の素子の位相を９０度ずら
した場合、図６（ｂ）に示すようにビームが約１０度シ
フトする。このようにアンテナの位相・振幅の制御を行
うことにより、その状態に応じた最適なビーム形状を決
定していく。

【０００５】このような構成となっているため、垂直偏
波しか感度がなく、垂直偏波以外の入射波の場合受信レ
ベルが落ちるという欠点があった。また、アンテナ間隔
Ｓを５波長以上としてダイバーシチ動作をさせた場合、
各アンテナの出力を切り替えるなどしてフェージングの
影響を低減できるが、この場合もアンテナ素子が垂直偏
波のみにしか感度がないことから、垂直偏波以外の偏波
が入射した場合、受信レベルは落ちる。

【０００６】これらのアンテナは、アンテナ素子を垂直
においた場合に限らず、各アンテナ素子が同一方向であ
る限り同様の状況となる。つまり、両素子とも水平の場
合は、同じく水平偏波にしか感度が無いので、水平偏波
以外の入射波では受信電力が落ちる。一方、図５（ｂ）
に示したように、各アンテナ素子１４，１４′を直交さ
せて配置した場合を説明する。これは偏波アダプティブ
またはダイバーシチアンテナである。アダプティブアン
テナでは、たとえば入射する電波の偏波にあうように適
宜水平・垂直アンテナ素子の合成比を変えて最大の受信
電力を得るようにする。ダイバーシチアンテナでは、ア
ンテナ素子を切り替えるなどにより常に高い受信電力を
得る。

【０００７】この場合のアンテナ放射パターンを図７に
示す。このように水平偏波は曲線Ｈで示すように１ビー
ム、垂直偏波は曲線Ｖで示すように無指向性となる。こ
れらの偏波は直交しているため互いに独であり、各アン
テナパターンを変形させたり、ビームをシフトさせるこ
とはできない。従って、このアンテナは入射波の偏波に
は対応できるが、その方向がＸ方向（アンテナ正面）に
無い場合、水平偏波の放射パターン最大値がＸ方向から
シフトさせられないため、受信電力が落ちる。

【０００８】すなわち、従来のアダプティブ、ダイバー
シチを行うアンテナ装置は、入射波の偏波に対応できな
い、またはその方向にパターンの最大値を向けられない
ため、受信レベルが落ちる欠点があった。さらに以上の
説明はすべて受信する場合を想定しているが、送信の場
合もまったく同様に考えることができ、同様の欠点があ
ることは明らかである。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】この発明は上記の欠点
を克服し、高い受信レベルを得るアンテナ装置を提供す
ることを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この発明によれば直線偏
波を発生する２本のアンテナ素子が、一平面上で互いに
ほぼ直交する偏波を発生するように配され、これらアン
テナ素子の中心を結ぶ直線に対して、各アンテナ素子が
ほぼ４５度傾いて配され、アンテナ素子の中心間の距離
が、使用波長の約０．３倍以上、２０倍以下程度であ
り、かつ両アンテナ素子によりアダプティブアンテナ又
はダイバーシチアンテナが構成されている。

【００１１】

【発明の実施の形態】実施例１ この発明の実施例１を図１に示す。このように、アンテ
ナ素子１，１′を各４５度づつ逆方向に傾け、つまり互
いに線対象となるように約４５度づつ傾け、ある程度の
間隔Ｓをあけて配置して反射板２に取付けられたもので
ある。アンテナ素子１，１′はそれぞれ給電線３，３′
が接続される。従来の例で説明したように、Ｓが小さい
場合はアダプティブ、大きい場合はダイバーシチアンテ
ナとして動作する。間隔Ｓは使用波長の約０．３倍以
上、２０倍以下程度とされる。０．３倍以下にするとビ
ーム幅が大きくなり過ぎ、また物理的にあまり接近させ
ることができない。また２０倍以上にしてもよいか現実
的でないものになる。

【００１２】Ｓを１波長とした場合の放射パターンを図
２に示す。同振幅、同位相給電の場合が図２（ａ）、９
０度位相をずらした給電の場合が図２（ｂ）であり、曲
線Ｖは垂直偏波のパターンを、曲線Ｈが水平偏波のパタ
ーンをそれぞれ示す。このように、垂直、水平偏波の放
射パターンが互いに補完するように放射される。特に水
平、垂直偏波が同時に放射されている場合は斜め偏波が
放射されている。しかし、最大レベルは約１．３程度
（１は無指向性アンテナのレベル）であり、従来のアン
テナ装置が最大１．８程度であることと比較すると約
１．４ｄＢ程度低い。

【００１３】この場合の動作を説明する。ここではわか
りやすくするために送信の場合として説明する。まず図
３に放射方向と偏波の関係を図示した。これは図２
（ａ）に示す（ア）、（イ）、（ウ）の方向における偏
波を示しており、（ａ）（ｂ）は図２に対応している。
このように、このアンテナ装置は放射方向によって偏波
が回転しており、かつ、各素子の位相差を変えることで
その偏波の放射方向が変化する。従って、任意の方向に
任意の偏波を放射することができる。これを、受信の場
合で考えてみると、ある方向にある偏波を放射する移動
局がある場合、その方向に、かつ偏波を一致させるよう
に放射パターンを制御できることになる。これによっ
て、任意の方向・偏波に適合させることが出来るので、
最大の受信電力を得ることが出来る。これは、すでに説
明したように従来のアンテナ装置に比べて１．４ｄＢ程
度パターンの最大値が低いが偏波が完全に一致すること
によりこれを上回る電力が得られる。

【００１４】すなわち、偏波固定のアダプティブ／ダイ
バーシチアンテナでは偏波を回転できなかったことに比
べ、到来電波の偏波に一致させることが出来ること、偏
波アダプティブ／ダイバーシチアンテナではビーム方向
を変えられなかったことに比べ、到来電波の方向にもビ
ーム方向を一致させることが出来ることから、任意の方
向・偏波の移動局より到来する電波を最大電力で受ける
ことが出来る。または最大電力が受信されるように送信
することが出来るという利点がある。実施例２ 図７はこの発明の実施例２である。この場合は実施例１
のアンテナ装置を縦にアレイ化したものである。これに
より、Ｚ方向（垂直面）の放射パターンが絞られて利得
が向上し、かつＸＹ面（水平面）では実施例１と全く同
様の動作をする。

【００１５】これにより、欠点であった放射パターン最
大値が低いことが改善される。すなわち、任意の方向・
偏波の移動局より到来する電波を、さらに高い電力で受
けることが出来る。またはさらに高い電力が受信される
ように送信することが出来ることになる。

【００１６】

【発明の効果】この発明によれば直線偏波を発生する２
つのアンテナ素子を、間隔を置いて配置し、１つの平面
上で互いにほぼ直交する偏波を発生する配置とし、アン
テナ素子の中心を結ぶ直線に対し、アンテナ素子をほぼ
４５度傾けて配置し、アダプティブアンテナ又はダイバ
ーシチアンテナとして動作させるようにしたものであ
り、これによって、任意の方向・偏波の移動局より到来
する電波を最大電力で受けることが出来る。または最大
電力が受信されるように送信することが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例１を示す図。

【図２】この発明の実施例１のアンテナの放射パターン
を示し、（ａ）は両素子が同位相、同振幅の場合の図、
（ｂ）は両素子に９０度位相差を持たせた場合の図であ
る。

【図３】実施例１の動作を説明するための方向と偏波の
関係を示し、（ａ）は各素子が同位相、同振幅の場合の
図、（ｂ）は９０度位相差を持たせた場合の図である。

【図４】この発明の実施例２を示す外観図。

【図５】従来のアンテナ装置を示し、（ａ）は空間ダイ
バーシチまたはパターンアダプティブアンテナの場合の
図、（ｂ）は偏波ダイバーシチまたは偏波アダプティブ
アンテナの場合の図である。

【図６】Ｓ＝１波長とした場合の従来のパターンアダプ
ティブアンテナの放射パターンを示し、（ａ）は各素子
が同位相、同振幅の場合の図、（ｂ）は９０度位相差を
持たせた場合の図である。

【図７】従来の偏波アダプティブアンテナの放射パター
ンを示す図。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 直線偏波を発生するアンテナ素子２本を
   有し、任意の平面上において各アンテナ素子が互いにほ
   ぼ直交する偏波を発生するように配置され、 各アンテナ素子の中心を結ぶ直線に対して、各アンテナ
   素子がほぼ４５度傾くように配置され、 各アンテナ素子の中心間の距離が、アンテナ運用周波数
   の波長の約０．３倍以上２０倍以下程度であり、かつ両
   アンテナ素子によりアダプティブアンテナ又はダイバー
   シチアンテナが構成されていることを特徴とするアンテ
   ナ装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載のアンテナ装置において、 上記両アンテナ素子の複数個が直列に並べられているこ
   とを特徴とするアンテナ装置。