JP2000252735A - 傾斜調整可能なアンテナ - Google Patents

傾斜調整可能なアンテナ

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JP2000252735A
JP2000252735A JP2000046379A JP2000046379A JP2000252735A JP 2000252735 A JP2000252735 A JP 2000252735A JP 2000046379 A JP2000046379 A JP 2000046379A JP 2000046379 A JP2000046379 A JP 2000046379A JP 2000252735 A JP2000252735 A JP 2000252735A
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cell
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circuit
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Jean-Pierre Charles
ジャン−ピエール・シャルル
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 改良された遠隔操作可能なものであり、少な
くとも部分的には既知の装置の欠点を救済するようなア
ンテナの輻射パターンの傾斜度を変えるための装置を提
供する。 【解決手段】 地上セル型遠隔通信ネットワーク用のア
ンテナであって、該アンテナは、輻射要素と、該輻射要
素に無線周波数信号を与える供給手段とを備え、前記供
給手段は、遠隔調整すべき垂直平面において輻射パター
ンの傾斜を可能にするために、上記信号間の位相シフト
を得るための電子的位相シフタ手段を含むことを特徴と
するアンテナである。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、地上セル型無線通
信ネットワークのアンテナの分野に関し、基地局のアン
テナの水平に対する関する輻射パターンの傾斜度を調整
する遠隔制御方法に関する。本発明は、その傾斜度を調
整する手段を備えたアンテナと、傾斜度を遠隔制御する
システムとに関する。本発明の技術分野は、移動体通信
端末と通信するためのネットワーク用の能動的アンテナ
（また“知的”アンテナあるいは“適応型”アンテナと
して知られる）である。
【０００２】
【従来の技術】ネットワークを最適化する時、セル型ネ
ットワークの管理者が遭遇する問題の一つは、各基地局
によってもたらされる無線有効範囲を監視することと関
連がある。そのような有効範囲を調整するのに使用され
る手段の一つは、基地局の範囲を狭くする（あるいは、
ときに広くする）目的で、アンテナの傾斜度を変更する
（すなわち、水平方向に対して輻射パターンが傾斜する
角度）ことにある。傾斜度の変更は、ネットワークの容
量を増加させるために、同じスペクトラム資源が使用さ
れる遠隔セルにサービスする基地局が原因の妨害を減ら
すのにも使用される。
【０００３】現在そして両方の場合において、現場で処
理を行う必要があり（これは、アンテナ設置の専門家に
サービスを受ける必要があるので高コストである）、か
つ、アンテナの傾斜度を機械的に調整することが必要で
ある。
【０００４】米国特許４２４９１８１号（ＬＥＥ）に
は、セル型移動体無線電話システムが記載されており、
ここでは、サービス領域を包囲するネットワークを形成
するために、互いに隣接して設けられたセルに無線周波
数が割り当てられる。すくなくとも、各セルに一つの方
向性アンテナシステムが与えられる。アンテナは、複数
の同一直線上にあって同相が供給される双極子を備えて
いる。アンテナの輻射パターンのローブ（lobe）角度を
垂直平面で水平線に向かって傾斜させるために、アンテ
ナは、固定されるか調整可能な傾斜した機械的支持材を
用いて支柱に固定され、これは（軸が水平である状況に
対して）アンテナによってサービスを受けるセル内の有
効範囲の効率を増やすためである。
【０００５】機械的なアンテナ支持材を調整することで
傾斜度を調整するには、高コストの現場での関与が必要
となる。また、そのシステムで多くの現場での関与無し
に正確なやり方でセルの無線有効範囲を調整するのは不
可能である。
【０００６】アンテナの傾きを調整するそのような機械
的部品は、また、水平平面においてアンテナの輻射パタ
ーンを変形させるという欠点を持っている。
【０００７】また、アンテナを構成する個々のアンテナ
から与えられる信号を位相をシフトすることによって、
輻射パターンが傾斜されるようなアンテナを使用するこ
とが可能である。
【０００８】国際出願ＷＯ９８／２１７７９号（ＨＵＹ
ＮＨ）には、ビーム傾斜度が電気的に可変なアンテナが
記述されており、アンテナは画面に沿って整理される３
グループの要素を形成する輻射要素を持っており、輻射
調整機構がアンテナ要素の第２と第３のグループの間に
配置され、 ・入口（inlet）結合要素と、 ・入口結合要素に電磁気的に結合され旋回心軸で取り付
けられた一端を持つ移動結合部と、 ・移動部の第２の端部に結合される半円送信線部と、 ・その機構には遠隔から操作し監視できる電気モーター
が含まれるような、移動部のための駆動機構とを備えて
いる。
【０００９】動作周波数での電気的経路長は、移動部が
中央部にある時に、水平より下に約７度傾けた輻射パタ
ーンとなる輻射要素間に斬新的位相シフトを生じさせる
ようなものである。この傾斜は、（モーターを使うこと
で）移動部を移し、それによって電気的経路長と、従っ
て信号の輻射要素へと送られた信号の相対的位相とを変
更することで、０から１４度の範囲内で調整可能であ
る。
【００１０】その電気機械的位相シフト装置は、輻射パ
ターンの傾斜度を離れたところから制御することができ
るように、特に休日や週末の期間の要求レベルに合わせ
て変化できる機能として設計される。システムは、いく
つかの欠点を問題として持つ。迅速に変化する位相シフ
トができず、加えて、その信頼性は電気的経路長を変更
する電気機械的機構の信頼性によって制約される。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、改良
された遠隔操作可能なものであり、少なくとも部分的に
は既知の装置の欠点を解消するようなアンテナの輻射パ
ターンの傾斜度を変えるための装置を提供することであ
る。
【００１２】第１の面において、本発明は、地上セル型
遠隔通信ネットワークのためのアンテナを提供し、この
アンテナは、輻射要素と上記輻射要素に無線周波数（Ｒ
Ｆ）信号を与える供給手段とを含んでいる。上記供給装
置は、遠隔から調整可能な水平面における輻射パター
ン、特にパターンの主要ローブ（lobe）の軸の傾斜を可
能にするために、上記信号間での位相シフトを得る電気
的位相シフト手段を含んでいる。
【００１３】電気的位相シフト手段は、各々が通常、連
続的に直列に置かれた３個の部品、つまり分割器回路
と、分割器の二つの出力の内の一つに接続されて、その
出力において位相シフトされた信号を与えるような静的
位相シフタ回路と、（quadrature）に２個の入力をもっ
た結合器とから構成される一つあるいは二つ以上の位相
シフト用セルを含んでいる。
【００１４】静的移動シフタ回路は固定位相シフタ要素
の配列から構成されるのが望ましく、各々は、位相シフ
タ要素の切換えのためのダイオード（あるいはＲＦ配
列）と結び付いており、ダイオード（あるいはリレーの
終了）の伝導は、位相シフタ回路に加えられるディジタ
ル制御信号の制御下にある。回路は、ＰＩＮタイプの切
換え用ダイオードを含むのが好ましい。
【００１５】２個あるいは３個あるいは４個の位相シフ
タ回路要素と、関連するダイオード（あるいはリレー）
とを用いて、２あるいは３あるいは４ビットのディジタ
ル位相シフタが利用可能となる。
【００１６】
【課題を解決するための手段】こうして、本発明は、簡
潔で正確で高信頼性があり小さく低価格で遠隔操作が容
易で、かつ非常に短いスイッチング時間とは１０ナノ秒
（ｎｓ）から１００ｎｓでありうるので特にダイオード
が使われると１マイクロ秒（μｓ）以下でアンテナの輻
射パターンの傾斜度を変えることができるような装置を
提供する。
【００１７】本発明の装置は、水平面において輻射パタ
ーンにわずかな歪みを生じさせる。
【００１８】アンテナの傾斜度を変更するために、垂直
面の輻射パターンを傾斜させる目的で、アンテナの無線
周波数供給回路の中に電子的装置（位相シフタ）が入れ
られる。そのような電子的装置は、基地局をアンテナに
接続する同軸ケーブルを経由して電源を遠隔供給される
ことができる。電子的装置を（ディジタル的にあるいは
アナログ手段で）制御することで、操作者によって（例
えば１度単位で）予め決定された値まで傾斜度の値を調
整することが可能となる。制御は基地局から、例えば、
セル型ネットワークを制御し操作するユニットにおい
て、遠隔に行うことが可能である。導入された遠隔制御
によって、アンテナに人間が介入しないでリアルタイム
に傾斜度を調整することが可能となる。
【００１９】電子的装置によってアンテナの傾斜度を調
整することができると、時分割多元接続（ＴＤＭＡ）の
セル型ネットワーク（ＧＳＭタイプの）において、ＴＤ
ＭＡフレームの逆数に等しい周波数で傾斜度を変更する
ことによって各スロット時間（フレーム）に対して個々
に輻射パターン傾斜度を制御し、その結果、無線インタ
ーフェイスで受信されたレベルあるいは品質の情報の一
機能として、移動端末同士でこれを行うことが可能とな
る。役に立つ信号強度を調整するために、また、アンテ
ナの隙間にある干渉信号の強度を下げるために、電力の
制御に加えて進行中の各通話に対する傾斜度を調整する
ことが可能である。
【００２０】基本となるアンテナの位相シフトのための
電子的装置は、各アンテナ内に統合される。その装置を
制御することでアンテナの傾斜度を調整することが可能
となる。制御が遠隔で行われるときは、操作者はアンテ
ナに対して特別な動きをさせないで傾斜度を調整でき
る。ネットワーク上で行われた測定の結果、干渉を減ら
すか無線有効範囲を変更するために傾斜度を変更する必
要があるときは、傾斜度は同様に余分な費用無しで変更
できる。
【００２１】セル型ネットワークの全てのアンテナに装
置が取り付けられていれば、それ以上アンテナ傾斜装置
を導入する必要は無く、またアンテナ製造者を明記する
必要も無く、もし適切であれば、アンテナは予め決めら
れた傾斜値を備えて与えられるべきである。
【００２２】殆どのセル型ネットワークのアンテナは、
複式モード（送信と受信で同じアンテナが使われる）で
使用される。電子的装置によって、上方向と下方向とで
同じ電気的傾斜度を得ることが可能となる。
【００２３】アンテナ保護用ドームに含まれる電子的装
置は、必須的に、その制御信号が、送信する無線信号も
運ぶ同軸ケーブルによって伝達される位相シフタによっ
て構成される。制御は、ディジタル形式でなされるの
で、アンテナが使用され始めた後、セル型ネットワーク
装備の中の制御を統合することが可能である。
【００２４】こうして、他の観点から、本発明は、電子
的位相シフタ手段を制御するためにディジタル信号に各
アンテナが配られる本発明の複数のアンテナを制御する
方法にある。
【００２５】本発明の好ましい態様において、 ・ディジタル制御信号が、無線信号を運ぶ同軸ケーブル
によって運ばれる。 ・傾斜度の値は定期的に調整される。 ・輻射パターンの傾斜度を変更する上記ディジタル信号
は、各遠隔通信移動端末に対する各フレーム区間の間、
移動端末によって受信される信号に関する強度や品質の
情報の一機能としてアンテナによって与えられるＴＤＭ
Ａフレームの区間の逆数に等しい周波数で制御される。
【００２６】
【発明の実施の形態】本発明によってもたらされる利点
は、限定する性質のものではない本発明の実施形態を示
す、添付される図面に関する以下の記載から、より良く
理解されるであろう。
【００２７】図面において、同一のあるいは近似の要素
は、特に示さない限り、一つの図面から他の図面へ同じ
符号が付される。図１は、本発明に関するアンテナの位
相シフタのセルを示している。図２は、４極アンテナの
供給回路に挿入される図１の位相シフタのセルの使用を
示している。図３は、図１に示される３相シフタのセル
を用いて８個の双極子のアンテナの輻射パターンを傾斜
させる装置を示した図である。図４は、位相シフタのセ
ルによって出力される２個の信号の強度が、セルに与え
られる位相シフト用コマンド信号の一機能として変化す
るかを示したグラフである。
【００２８】本発明の電子的位相シフタ手段によって、
無線周波数信号の電力は、ケーブル１３によってアンテ
ナ９の入力（Ｅ）に配られることによって、輻射要素５
から８（傾斜度調整可能なアンテナのための半波長双極
子）の各々の間で分配される。この分配は、基本位相シ
フタ・セル１（図１）によって行われる。各セル１は、
分割ティー（tee）２（信号を二つに分けるもの）と、
２ビットあるいは３ビットの位相シフタ（符号３）と、
対称的な構造においてそれぞれ２個の双極子（５あるい
は６あるいは７あるいは８）に供給をする直角位相の出
力（Ｓ１，Ｓ２）と３ｄＢの損失を持つ結合器（参照番
号４）とを持っている。結合器４の第１の入口は、位相
シフタ３の出口に接続されている。結合器の第２の入口
は、分割器２の（位相シフト無し）出口に接続されてい
る。
【００２９】位相シフタにおいて、位相が０度から９０
度の間で変化すれば、電力分布は、以下のように変化す
る（図４）。 ・ゼロ位相シフトにおいて、入力電力は、５０％がＳ１
に５０％がＳ２に分けられ、 ・９０度位相シフトにおいて、入力された電力は、０％
がＳ２に１００％がＳ１に分けられる。
【００３０】基本セルを直列に置くことで、アンテナの
傾斜度を高精度に調整することが可能になる。特に８個
の基本双極子から成るアンテナ（図３）と、４個の双極
子から成るアンテナ（図２）の２つの実施形態が示され
るが、原理は、１６から３２個の輻射要素を持つアンテ
ナに特に拡張できる。
【００３１】もし、（８個の異なる位相シフト値が与え
られて）３ビットの位相シフタ・セルと、８個の双極子
のアンテナが使用されると、輻射パターンに対して５１
２個の傾斜値が得られる。
【００３２】２個の位相シフタ１ｂ，１ｃにそれぞれ合
う２個の結合器の各出力Ｓ１，Ｓ２は、アンテナ９の輻
射要素のうちの２個に接続される。
【００３３】制御回路１０は、各位相シフタ１ａ，１
ｂ，１ｃ（図３）に、希望する傾斜値を得るために、２
進値の組み合わせ（前の例では３ビットずつ）を与え
る。制御回路と位相シフタとは、アンテナ９のドームの
中に統合される。モデム１１によって、位相シフタ回路
を遠隔制御し、そうして傾斜度を調整することが可能と
なる。
【００３４】アンテナに統合された全ての電子部品に遠
隔から電力を与えるために、基地局にアンテナを接続す
る同軸ケーブル１３を使用することが可能である。同様
にして、モデム１１は、セル型ネットワークの動作を制
御するための装置によって配られる位相シフタのための
遠隔制御情報を送信する同軸ケーブル１３に接続するこ
とができる。
【００３５】各位相シフタ３は、ディジタル制御の下、
ダイオードを用いて（あるいは無線周波数リレーによっ
て）切換可能な、要素の固定的配列によって構成するこ
とができる。そのような位相シフタは、特にGeneral Mi
crowave Corp., Amityville, NY, USAおよび／またはN
arda Microwave, NY, USAのものが利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に関するアンテナの位相シフタのセル
を示す図である。
【図２】 ４極アンテナの供給回路に挿入される図１の
位相シフタのセルの使用を示す図である。
【図３】 図１に示される３相シフタのセルを用いて８
個の双極子のアンテナの輻射パターンを傾斜させる装置
を示した図である。
【図４】 位相シフタのセルによって出力される２個の
信号の強度が、セルに与えられる位相シフト用コマンド
信号の一機能として変化するかを示したグラフである。
【符号の説明】
２…分割器 ３…位相シフタ ４…結合器 ５，６，７，８…双極子 ９…アンテナ １０…制御回路 １１…モデム １３…ケーブル

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 地上セル型遠隔通信ネットワーク用のア
    ンテナであって、 該アンテナは、輻射要素と、該輻射要素に無線周波数信
    号を供給する供給手段とを備え、 前記供給手段は、遠隔調整すべき垂直平面において輻射
    パターンの傾斜を可能にするために、上記信号間の位相
    シフトを得るための電子的位相シフタ手段を含むことを
    特徴とするアンテナ。
  2. 【請求項２】 前記電子的位相シフタ手段は、固定され
    た位相シフタ要素を切り換えるための複数の静的部品を
    含む位相シフタ回路を持つ位相シフタ・セルを備えるこ
    とを特徴とする請求項１記載のアンテナ。
  3. 【請求項３】 前記電子的位相シフタ手段は、４個の輻
    射要素のグループと結合する位相シフタ・セルを含み、
    前記セルは前記輻射要素のための供給回路に直列に連続
    的に接続されるとともに、 ・分割器回路と、 ・位相シフトされた信号を出力するために前記分割器回
    路の２個の出口の内の一つに接続される位相シフタ回路
    と、 ・直角位相に２個の出口を持つ結合器であり、前記結合
    器からの各出口は、２個の輻射要素に接続される結合器
    とを備えることを特徴とする請求項１記載のアンテナ。
  4. 【請求項４】 前記位相シフタ回路は、その各々が切替
    え用ダイオードに結合する固定的位相シフタ要素の配列
    によって構成されることを特徴とする請求項３記載のア
    ンテナ。
  5. 【請求項５】 前記ダイオードは、ＰＩＮタイプであ
    り、１０ｎｓから１００ｎｓのオーダーの切替え区間を
    持つことを特徴とする請求項４記載のアンテナ。
  6. 【請求項６】 各位相シフタ・セルは、前記アンテナの
    ディジタル制御セルのための回路に接続され、この回路
    は位相シフタ手段を遠隔制御することを可能にするモデ
    ムを含んでいることを特徴とする請求項２記載のアンテ
    ナ。
  7. 【請求項７】 前記セル用の前記ディジタル制御回路
    は、複数のネットワークのアンテナを、前記無線周波数
    信号も運ぶケーブルによって制御する装置に接続される
    ことを特徴とする請求項６記載のアンテナ。
  8. 【請求項８】 前記位相シフタ回路は、前記固定的位相
    シフタ要素の配列から構成され、その各々は無線周波数
    リレーに結合することを特徴とする請求項３記載のアン
    テナ。
  9. 【請求項９】 複数の地上セル型遠隔通信ネットワーク
    用アンテナを制御する方法であって、各アンテナは、輻
    射要素と、該輻射要素に無線周波数信号を与える供給手
    段とを備え、 前記供給手段は、遠隔調整すべき垂直平面において輻射
    パターンの傾斜を可能にするために、上記信号間の位相
    シフトを得るための電子的位相シフタ手段を含み、この
    方法においては、ディジタル信号が電子的位相シフタ手
    段を制御するために各アンテナに配られることを特徴と
    する方法。
  10. 【請求項１０】 前記ディジタル制御信号は、無線周波
    数信号を運ぶための同軸ケーブルによって運ばれること
    を特徴とする請求項９記載の方法。
  11. 【請求項１１】 前記傾斜の値は、定期的に調整される
    ことを特徴とする請求項１０記載の方法。
  12. 【請求項１２】 輻射パターンの傾斜を変更するための
    前記ディジタル信号は、移動端末によって受信される信
    号に関する強度や品質情報の一機能として、ＴＤＭＡフ
    レーム区間の逆数に等しい周波数で制御され、それによ
    って、各フレーム区間でアンテナにより与えられる各遠
    隔通信移動端末に対して決定されるべきパターンの傾斜
    を可能にすることを特徴とする請求項９記載の方法。
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