JP2000151254A - セクタアンテナ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 指向性アンテナの数を増やさずとも、セクタ
数を増やすのと等価な効果を得ることができるセクタア
ンテナ装置を提供する。 【解決手段】 セクタアンテナ装置は、複数の指向性ア
ンテナ＃１〜＃６を１つずつ切り替える単一モードと、
隣接する２つの指向性アンテナを組(例えば＃１と＃２)
にして切り替える複合モードとを実現する制御手段６、
９を有しており、単一モードでは各指向性アンテナを従
来と同様に選択して機能させることができるとともに、
複合モードでは隣接する２つの指向性アンテナを選択し
て機能させることにより、これら２つの指向性アンテナ
の中間位置の放射指向性を実現し、用意されている指向
性アンテナの数を上回る数の放射指向性方向を実現す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複数の指向性アン
テナから成るセクタアンテナ装置に関し、特に、アンテ
ナ最大放射方向を指向性アンテナの数を上回る数で実現
することができるセクタアンテナ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、特開平７−１３１８４５号公
報に記載されるように、セクタアンテナ装置は種々な分
野で用いられているが、特に、携帯電話システムの基地
局や無線ＬＡＮではセクタアンテナ装置は重要な構成部
品となっている。

【０００３】図７にセクタアンテナ装置の利用形態の一
例を示すが、天井１に設置された基地局装置２と移動端
末装置３の間での無線により情報通信を行うためのアン
テナとしてセクタアンテナ装置５が用いられ、端末装置
３がどこからでも基地局装置２と無線通信できるように
している。ここで、端末装置３がどこからでも基地局装
置２と通信できるようにするためには、各送受信装置
２、３が無指向性アンテナを用いることが考えれれる
が、セクタアンテナ装置を用いて複数の指向性アンテナ
を選択して通信に使用することにより、アンテナの利得
が大きくなり、また、マルチパス環境による通信品質の
劣化を改善することができる。

【０００４】図８には、従来のセクタアンテナ装置の一
例として、６セクタアンテナの構成例を示してある。セ
クタアンテナ装置は、複数(本例では６個)の指向性アン
テナ＃１〜＃６と、その内の１つの指向性アンテナを選
択するセクタスイッチ６とから構成されており、各指向
性アンテナ＃１〜＃６はスイッチ６を介して選択的に送
受信機７内のＲＦ回路に接続されて、送受信機７による
無線通信に使用される。このセクタアンテナ装置では、
各指向性アンテナ＃１〜＃６は水平面内のそれぞれ６０
度の範囲で最適に通信できるように設計されており、指
向性アンテナ＃１から指向性アンテナ＃６は３６０度を
６分割して、それぞれ、０度から６０度、６０度から１
２０度、１２０度から１８０度、１８０度から２４０
度、２４０度から３００度、３００度から３６０度の範
囲の無線通信を行う時に使用される。

【０００５】図９に示すように、セクタスイッチ６は、
スイッチ素子として６個のダイオード８ａ〜８ｆを含ん
でおり、送受信機７側から供給される制御信号（ａ、
ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ）に応じて、いずれか１つのみのダ
イオードがＯＮとなり、他のダイオードはＯＦＦとなる
ように設定されている。例えば、制御信号のａのみに正
の電圧が加われば、ダイオード８ｆのみがＯＮとなって
指向性アンテナ＃１のみがＯＮとなり、アンテナ＃１の
もつ放射指向性の方向へ電波が放射される。ダイオード
がＯＮとなる制御信号の状態を“１”、ＯＦＦとなる状
態を“０”と表すことにすれば、制御信号が（１、０、
０、０、０、０）、（０、１、０、０、０、０）、
（０、０、１、０、０、０）、（０、０、０、１、０、
０）、（０、０、０、０、１、０）、（０、０、０、
０、０、１）の６つの状態に応じて、指向性アンテナ＃
６〜＃１の内の１つのみが順次１つずつＯＮとなる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
セクタアンテナ装置にあっては、必要とする指向性の方
向の数(すなわち、セクタ数)と同じ数だけの指向性アン
テナが必要であった。このため、マルチパスを回避する
ため等の事情からセクタ数を多くすればする程、セクタ
アンテナ装置が大型化し、セクタアンテナ装置の設置ス
ペースに苦慮する等といった問題があった。また、セク
タスイッチ６にダイオードを用いたものにあっては、セ
クタ数と同じ数のダイオード素子が必要であるが、ダイ
オードはＯＦＦのときに遮断容量をもち、それがために
高周波では完全に遮断されずに漏れが生じるという特性
があるため、セクタ数が多い程その漏れが大きくなっ
て、セクタアンテナ装置に所期の性能を実現することが
困難であった。

【０００７】本発明は、上記従来の事情に鑑みなされた
もので、指向性アンテナの数を増やさずとも、セクタ数
を増やすのと等価な効果を得ることができるセクタアン
テナ装置を提供することを目的とする。なお、本発明の
更なる目的は、以下の説明において明らかなところであ
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明に係るセクタアン
テナ装置では、複数の指向性アンテナを１つずつ切り替
えて給電することによりＯＮにする単一モードと、隣接
する２つの指向性アンテナを組にして切り替えて同相で
給電することによりＯＮにする複合モードとを実現する
制御手段を有している。これによって、単一モードでは
各指向性アンテナを従来と同様に選択して機能させるこ
とができるとともに、複合モードでは隣接する２つの指
向性アンテナを選択して機能させることにより、これら
２つの指向性アンテナの中間位置の放射指向性を実現す
ることができ、用意されている指向性アンテナの数を上
回る数の放射指向性方向を実現することができる。

【０００９】また、本発明に係るセクタアンテナ装置で
は、複合モードにおいて、隣接する２つの指向性アンテ
ナによる最大放射方向が各１つの指向性アンテナによる
最大放射方向の中央を指向するように、電力の強度や位
相等といった指向性アンテナへの給電特性が設定されて
いる。これによって、例えば３６０度を６個の指向性ア
ンテナで均等分割したセクタアンテナ装置において、こ
れを更に均等に６分割した１２方向への最大放射特性を
得ることができ、通信対象の装置を隈なく且つ均等にス
キャンすることができる。

【００１０】また、本発明は、セクタスイッチとして一
般的な接点スイッチ等種々な形式のスイッチを用いるこ
とができるが、指向性アンテナの数を増やさずとも放射
指向性方向を増やすことができるため、指向性アンテナ
に給電切り替えにダイオードスイッチを用いたセクタア
ンテナ装置では更に有効である。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明を、図に示す一実施形態を
用いて具体的に説明する。図１には本発明の一実施形態
に係るセクタアンテナ装置の全体構成を示してある。な
お、図８に示した従来のセクタアンテナ装置と同一部分
には同一符号を付して重複する説明は省略し、また、図
９も適宜参照して説明する。

【００１２】本例のセクタアンテナ装置は６セクタ構成
であり、６個の指向性アンテナ＃１〜＃６と、これら指
向性アンテナ＃１〜＃６を単一モード或いは複合モード
で選択するセクタスイッチ６と、セクタスイッチ６に対
して単一モード或いは複合モードで選択切り替えさせる
制御信号を出力する制御部９と、を有している。なお、
本例では、制御部９を送受信機７に内蔵させた構成とし
ているが、例えば、制御部９を送受信機７の外部に別体
として設けたり、セクタスイッチ６に内蔵させてもよ
く、要は、制御部９はセクタスイッチ６と共に指向性ア
ンテナ＃１〜＃６を切り替える制御手段を構成してセク
タアンテナ装置に設けられればよい。

【００１３】制御部９は、制御信号（ａ、ｂ、ｃ、ｄ、
ｅ、ｆ）の状態を変更することにより単一モードと複合
モードとのアンテナ切り替え制御を実現しており、単一
モードでは（１、０、０、０、０、０）、（０、１、
０、０、０、０）、（０、０、１、０、０、０）、
（０、０、０、１、０、０）、（０、０、０、０、１、
０）、（０、０、０、０、０、１）の状態の制御信号を
セクタスイッチ６に供給し、複合モードでは（１、１、
０、０、０、０）、（０、１、１、０、０、０）、
（０、０、１、１、０、０）、（０、０、０、１、１、
０）、（０、０、０、０、１、１）、（１、０、０、
０、０、１）の状態の制御信号をセクタスイッチ６に供
給する。なお、上記したように、単一モードと複合モー
ドとの切り替え態様は、使用の必要等に応じて、制御部
９に任意に設定される。

【００１４】すなわち、制御部９によるセクタスイッチ
６の制御によって、セクタスイッチ６の設けられた６個
のダイオード８ａ〜８ｆの内、１つのダイオードのみが
ＯＮとなって他の全てのダイオードがＯＦＦとなる状態
(単一モード)の他に、隣接する２つのダイオードがＯＮ
となって他の全てのダイオードがＯＦＦとなる状態(複
合モード)も実現することができ、合計１２の放射指向
性方向を実現することができる。したがって、本発明に
係るセクタアンテナ装置では、従来のセクタアンテナ装
置の構成を大幅に変えずに、制御部９からの制御信号の
状態を拡張することにより、ｎ個の指向性アンテナによ
って２×ｎ方向の放射指向性を実現している。

【００１５】指向性アンテナ＃１〜＃６は指向性を有し
たアンテナであれば、例えばモノポールアンテナ素子を
扇型に開いたリフレクタで囲って構成した指向性アンテ
ナ等、如何なる形式のアンテナであってもよいが、本例
では、図２及び図３に示すように、基本的な指向性アン
テナである八木アンテナを６０度ずつずらして放射状に
６個配置したアンテナ構成をとっている。すなわち、本
例では、図３に示すように、それぞれ図中に示す長さの
７本のアンテナ素子１０をそれぞれ図中に示す間隔を持
って配設して１つの指向性アンテナを構成し、図２に示
すように、この指向性アンテナ＃１〜＃６を６０度ずつ
ずらして放射状に配置してあるが、本例では、それぞれ
の指向性アンテナ＃１〜＃６の１つずつでは、水平面内
のそれぞれ約３０度の範囲で最適に通信できるように設
計されている。なお、本例では各アンテナ素子は円盤状
の基板上に立設されている。

【００１６】図４には、単一モードによって制御部９か
ら制御信号（０、０、０、０、０、１）をセクタスイッ
チ６に供給し、ダイオード８ｆのみをオンさせて指向性
アンテナ＃１のみを給電して動作さてたときのアンテナ
放射パターンを示してある。このとき、アンテナ指向性
は約３０度の幅をもって最大放射方向が０度方向を向
き、この範囲内に存在する通信相手と最適に無線通信が
できる。また、図５には、単一モードによって制御部９
から制御信号（０、０、０、０、１、０）をセクタスイ
ッチ６に供給し、ダイオード８ｅのみをオンさせて指向
性アンテナ＃２のみを給電して動作さてたときのアンテ
ナ放射パターンを示してある。このとき、アンテナ指向
性は約３０度の幅をもって最大放射方向が６０度方向を
向き、この範囲内に存在する通信相手と最適に無線通信
ができる。なお、同様にして、単一モードでは、それぞ
れアンテナ＃３、＃４、＃５、＃６の１つのみが給電さ
れたときの放射指向性はそれぞれ約３０度の幅をもって
最大放射方向が、１２０度、１８０度、２４０度、３０
０度の方向となる。

【００１７】一方、図６には、複合モードによって制御
部９から制御信号（０、０、０、０、１、１）をセクタ
スイッチ６に供給し、ダイオード８ｆと８ｅとの２つの
みをオンさせて指向性アンテナ＃１と＃２との２つのみ
を給電して動作さてたときのアンテナ放射パターンを示
してある。このとき、互いに隣接する指向性アンテナ＃
１と指向性アンテナ＃２とが動作することにより、これ
ら２つの指向性アンテナによる合成されたアンテナ指向
性は約３０度の幅をもって最大放射方向が、指向性アン
テナ＃１と指向性アンテナ＃２との単独での方向の中央
位置である３０度方向を向き、この範囲内に存在する通
信相手と最適に無線通信ができる。

【００１８】同様にして、複合モードでは、指向性アン
テナ＃２と指向性アンテナ＃３、指向性アンテナ＃３と
指向性アンテナ＃４、指向性アンテナ＃４と指向性アン
テナ＃５、指向性アンテナ＃５と指向性アンテナ＃６、
指向性アンテナ＃６と指向性アンテナ＃１が給電される
ことにより、指向性はそれぞれ約３０度の幅をもって最
大放射方向が９０度、１５０度、２１０度、２７０度、
３３０度を向き、元々の６個の指向性アンテナによる指
向性方向を倍化することができる。したがって、６個の
セクタアンテナと６個のスイッチ素子を用いて、３０度
ごとに指向性を制御することができる。

【００１９】更に、６個のセクタアンテナで３６０度の
範囲をカバーする場合には、従来では１個のセクタアン
テナの指向性の幅を６０度とするが、本発明によれば６
個のセクタアンテナにより１２方向の指向性を実現でき
ることから、本例に示すように、それぞれの指向性の幅
を３０度に狭めて、これら全てで３６０度をカバーする
ことができる。このように指向性幅を狭めることができ
るため、セクタアンテナ装置の指向性を鋭くすることが
でき、特に、無線ＬＡＮ装置のように室内に設置される
ことからマルチパスの影響が大きい装置のアンテナに用
いれば、マルチパス環境においても通信端末の選択性を
大幅に高めることができる。

【００２０】ここで、上記の例では、複合モードで隣接
する２つの指向性アンテナに供給する交流電力を強度及
び位相が等しいものとして、これら２つの指向性アンテ
ナによる合成されたアンテナ指向性(最大放射方向)が指
向性アンテナ単独での方向の中央位置となるようにして
いる。実際の回路では、セクタスイッチ６から各指向性
アンテナの給電素子までの距離が等しければこの条件は
満足される。なお、アンテナ指向性の精度が或る程度が
粗くてもよい場合には、このような厳密なアンテナ給電
特性は必須ではなく、隣接する２つの指向性アンテナを
給電動作させることにより本発明の目的とするアンテナ
指向性の増加を実現することができる。

【００２１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によると、
従来のセクタアンテナ装置の構成を大幅に変えずとも、
制御信号の状態を拡張するだけで、従来のｎセクタアン
テナおよびｎセクタスイッチを用いて２×ｎ方向の指向
性を持ったセクタアンテナ装置を実現することができ
る。特に、無線ＬＡＮ装置では、屋内に設置されること
からマルチパスの影響が懸念され、アンテナ指向性の多
いセクタアンテナ装置が要求されるが、本発明は、この
ような無線ＬＡＮ装置において安価にして通信性能を飛
躍的に向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施形態に係るセクタアンテナ装
置の全体構成図である。

【図２】 本発明の一実施形態に係る指向性アンテナを
示す側面図である。

【図３】 本発明の一実施形態に係る指向性アンテナを
示す平面図である。

【図４】 単一モードでのセクタアンテナ装置の放射パ
ターンの一例を示す図である。

【図５】 単一モードでのセクタアンテナ装置の放射パ
ターンの一例を示す図である。

【図６】 複合モードでのセクタアンテナ装置の放射パ
ターンの一例を示す図である。

【図７】 セクタアンテナ装置を用いた無線ＬＡＮのシ
ステム構成を示す図である。

【図８】 従来のセクタアンテナ装置の全体構成図であ
る。

【図９】 セクタスイッチの一構成例を示す図である。

【符号の説明】

＃１〜＃６・・・指向性アンテナ、 ５・・・セクタア
ンテナ装置、６・・・セクタスイッチ、 ８ａ〜８ｆ・
・・ダイオード、９・・・制御部、 １０・・・指向性
アンテナ素子、

フロントページの続き (72)発明者 大西 直樹 東京都中野区東中野三丁目14番20号 国際 電気株式会社内 Ｆターム(参考） 5J021 AA05 AA06 AB02 DB01 DB04 EA02 FA31 GA01 GA08 HA05 JA07 5K059 AA12 CC02 CC04 EE03 5K067 AA23 AA41 BB02 EE10 EE22 EE46 EE55 GG01 KK02 KK03

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 指向性を有する複数のアンテナを備え、
   これらアンテナを切り替えて通信に使用するセクタアン
   テナ装置において、 それぞれのアンテナを１つずつ切り替える単一モード
   と、隣接する２つのアンテナを組にして切り替える複合
   モードとを実現する制御手段を有したことを特徴とする
   セクタアンテナ装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のセクタアンテナ装置に
   おいて、 制御手段により実現される複合モードでは、隣接する２
   つのアンテナによる最大放射方向が各１つのアンテナに
   よる最大放射方向の中央を指向するように、アンテナへ
   の給電特性が設定されていることを特徴とするセクタア
   ンテナ装置。
3. 【請求項３】 請求項１乃至請求項２のいずれか１項に
   記載のセクタアンテナ装置において、 制御手段は、各アンテナへの給電をオンオフ切り替えす
   るダイオードスイッチを用いて構成されていることを特
   徴とするセクタアンテナ装置。