JP2001257527A - 基地局アンテナ装置 - Google Patents

基地局アンテナ装置

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JP2001257527A
JP2001257527A JP2000070555A JP2000070555A JP2001257527A JP 2001257527 A JP2001257527 A JP 2001257527A JP 2000070555 A JP2000070555 A JP 2000070555A JP 2000070555 A JP2000070555 A JP 2000070555A JP 2001257527 A JP2001257527 A JP 2001257527A
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dipole antenna
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Masayoshi Shintaku
正佳 新宅
Yoshio Ebine
佳雄 恵比根
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NTT Docomo Inc
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NTT Docomo Inc
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  • Mobile Radio Communication Systems (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【課題】セクタ用の基地局アンテナ装置においてヌル点
を減少させると共にセクタ内の各方向に対して出来るだ
け均一な利得とする。 【解決手段】アレー状に配列した多数の同一寸法のダイ
ポールアンテナ素子を複数のブロックに分け、ブロック
内のダイポールアンテナ素子相互の間隔は等間隔にする
と共に少なくとも1か所のブロック間のダイポールアン
テナ素子相互の間隔はブロック内のダイポールアンテナ
素子の間隔とは異ならせる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は移動通信における
基地局アンテナ装置のうち、特に多数波共用セクタゾー
ンの構成を可能とする高利得基地局アンテナ装置の電気
的特性改善に関するものである。
【0002】
【従来の技術】移動通信システム、特に小ゾーンを用い
る公衆用移動通信システムにおいては、周波数の有効利
用度の向上を図り、システムコストの低減等の目的か
ら、無線基地局の支配するサービスエリアを角度(例え
ば、120°)別に分ける、いわゆるセクタゾーン構成
が多く採用されている。この場合、無線基地局用のアン
テナ装置にはセクタ化された各サービスエリアに、良好
な無線信号を送受信可能にする特性が要求される。
【0003】また、1つの無線基地局から複数の異なる
周波数帯域の無線信号を使用する場合、これら異なる周
波数帯域に対してもそれぞれ良好な指向特性を有するこ
とである。上記の要求を満たすためには無線基地局アン
テナ装置としては次の条件を満たす特性を具備する必要
がある。先ず、割り当てられたセクタ内には使用される
複数の周波数帯域において、高い利得の指向性を有し、
かつセクタ外にはビームの漏洩が少ないこと、すなわち
後者に関しては可能な限り低い利得の指向性を有するこ
とである。
【0004】次に、割り当てられたセクタ内の各方向に
対してはできるだけ均一な利得を有することが望まれ
る。これは、移動体の移動にともない、受信電界が急速
に変化するのを防止するためである。特に後述のヌル点
では全く電波を受信できないから、可及的にヌル点を除
去することが要求される。図1(a)に示された従来の
基地局アンテナ装置は、多数の励振素子(ダイポールア
ンテナ)をブロック1〜6に分け、各ブロック内の励振
素子の各々に接続される第1移相器と各ブロックごとの
第1移相器に共通に接続される第2移相器を設けてビー
ムチルティングを行なう。
【0005】従来の基地局アンテナ装置は、高利得を満
たすために多数の同一寸法のダイポールアンテナ素子を
(偏波が垂直の場合は垂直に、以下垂直偏波の場合を説
明する。)等間隔にアレー状に配列して対応していた。
また、複数の周波数帯域に使用するため、ダイポールア
ンテナ素子の外、無給電素子の活用が行なわれている。
例えば、水平面内指向性利得を高めて120°ビームア
ンテナとして動作する800MHz帯及び1.5GHz帯にお
いて使用される移動通信用基地局アンテナ装置として、
素子数を26個とし、上記各ダイポールアンテナ素子相
互間の間隔を800MHz帯において約2/3波長(20
0mm)としたアンテナ装置が実用化されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような構成を有する基地局アンテナで実用化されている
ものには主ビームから少し異なる角度でアンテナ利得の
極端に低くなるヌル点と呼ばれるアンテナから放射され
る電波が全くない点が複数個存在し、システム側の要求
である割り当てられたセクタ内の各方向に対しできるだ
け均一な利得を有するという条件が満足されない状態と
なっている。したがって、アンテナ特性が原因となり移
動通信システム動作に悪影響を与える一因ともなってい
た。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記のような多数の同一
寸法のダイポールアンテナ素子を垂直に等間隔にアレー
状に配列する前提は維持しつつも、各ブロック間の特定
の1か所、もしくは複数か所だけのダイポールアンテナ
素子相互の間隔をブロック内のダイポールアンテナ素子
相互の間隔と異ならせることとした。この結果、システ
ム側の要求である割り当てられたセクタ内の各方向に対
し、できるだけヌル点を減少させ、均一な利得に近づけ
ることが可能となった。
【0008】
【発明の実施の形態】図1(b)は3つの異なる周波数
帯域として800MHz、1.5GHz、および2.0GHzを
用い所望の特性を実現可能とする本発明の実施例である
基地局アンテナ装置の構成を示す。図1(b)の上部は
基地局アンテナ装置を横においた状態で示されおり、そ
の左方が頂上方向(TOP)、右方が基底部(Bottom)を
示し、頂上から基底部までの全長が5550mm、すなわ
ち、5.55mである。実用されている基地局アンテナ
装置では図1のアンテナ全体がレドームで覆われて、耐
候性や、耐衝撃性を高めている。
【0009】全長5550mmのアンテナは図示のように
6つのブロックに分かれており、それぞれ4ないし5個
のダイポールアンテナ素子が装備されている。1個のダ
イポールアンテナ素子長は150mmであり、これは80
0MHzの周波数に対し約半波長の長さである。第4、或
いは第5ブロック内には4個のダイポールアンテナ素子
が装備されており、図示のように素子中心間の距離は2
00mm(約2/3波長)である。
【0010】ただし、第4ブロックと第5ブロックとの
ダイポールアンテナ素子中心間の距離だけは、他のブロ
ック間隔とは異なり350mm(約4/3波長)に拡大さ
れている。これが本発明の主要な役割を果たしており、
この影響がアンテナ特性に反映されることになるが、こ
れに関しては後述する。図1(b)の下部には基地局ア
ンテナ装置の合波・分波器と給電部から構成される給電
系、すなわち、アンテナの各励振素子(ダイポールアン
テナ素子)に給電するための回路構成が示されている。
図右下の入出力端子から800MHz、1.5GHzの信号
(電波)が800MHz/1.5GHz帯用チルトボックス
(給電部)に入力され、800MHz/1.5GHz帯域用移
相器に加えられた後、さらに800MHz・1.5GHz/2
GHz合波・分波器に入力される。また、図左下の入出力
端子から2GHzの信号(電波)が2GHz帯用チルトボック
ス(給電部)には入力され、ついで2GHz帯域用移相器
に加えられた後、さらに800MHz・1.5GHz/2GHz
合波・分波器に入力される。800MHz・1.5GHz/2
GHz合波・分波器はこれら3波を混合して図1(b)上
部の基地局アンテナ装置の各ブロックへ加えられ電波が
放射される。また、受信においては信号の流れが逆にな
ることを除けば同様に機能する。
【0011】上記の本発明の実施例でダイポールアンテ
ナ素子の中心間の距離を変更し、従来のアンテナ構成か
ら良好な特性を有する本発明の構成を導くにはモーメン
ト法による計算値を用いるのが適している。モーメント
法とは、アンテナを微少区間に分割し、その微少区間に
流れる電流を境界条件から求め、アンテナの電流分布を
知ることにより、アンテナの作る電磁界、アンテナの入
出力インピーダンスなどを導く方法である。
【0012】上記の例では、第4ブロックと第5ブロッ
ク等との間のダイポールアンテナ素子の間隔を変更した
場合の特性変化についてはモーメント法による計算値を
用いた。図2(a)、 図3(a)、図4(a)は従来
の基地局アンテナ装置のアンテナ垂直面内の指向特性、
図2(b)、 図3(b)、図4(b)は本発明の実施
例のアンテナ垂直面内の指向特性を示している。各図に
おいて、縦軸は相対利得(主ビームを0dBとする。)を
示し、横軸は水平方向を0°として水平面内の角度を変
化させた場合の相対利得を示している。また、負の向き
は地表方向、正の向きは天空方向を示す。
【0013】図2(a)、(b)は、垂直面内のビーム
のチルト角を0°にした時、図3(a)、(b)は、垂
直面内のビームのチルト角を3°にした時、及び図4
(a)、(b)は、垂直面内のビームのチルト角を5°
にした時の垂直面内の指向特性を示す図である。ここ
で、ビームのチルト角とは、同じ周波数を繰返す移動通
信のようなシステムにおいて、同じ周波数を利用する他
の基地局への干渉を抑圧するためにアンテナから放射さ
れる主ビームの方向を垂直面内において地表方向へ傾け
たときの主ビームの向く角度のことである。
【0014】ビームチルトを行なうには、アンテナ自体
を傾けて行なう機械(的)チルトと、各アンテナ素子に
給電する位相を調整してビームの向きを傾ける電気
(的)チルトがあるが、本実施例では電気(的)チルト
を行なった場合である。図2(a)に従来の基地局アン
テナ装置の垂直面内の指向特性を示し、図2(b)は本
発明の実施例の垂直面内の指向特性を示す。図2(a)
と比較して図2(b)では、従来ヌル点であった角度が
ヌル点でなくなり、ヌル点がかなり減少しているほか、
利得もほぼ同じくらいになる。
【0015】同様に、図3(a)、図4(a)は従来の
基地局アンテナ装置の垂直面内の指向特性を示し、図3
(b)、図4(b)は本発明の実施例の垂直面内の指向
特性を示し、同様にヌル点が減少していることがわか
る。これらの結果より、本発明の実施例ではチルト角特
性においてもヌル点除去の改善がなされていると判断し
て良いことがわかる。また、本発明を適用することによ
り、アンテナ全長は若干長くなるが、全長に対する影響
は微量であり、上記の実施例では中段もしくは下段のレ
ドームの長さを若干調整するだけで十分であり、経済的
に大きな影響はもたらさずに済む。
【0016】なお、上記実施例では多数波共用基地局ア
ンテナ装置について説明したが、本発明は多数波共用と
しなくても同様な効果を奏することは明らかである。
【0017】
【発明の効果】以上説明したような基地局アンテナ装置
をセルラ型の公衆移動通信システムに適用することによ
り、従来要求されてきたシステム側のニーズに応えるこ
とが可能となる。すなわち、従来の基地局アンテナ装置
に対して変更のための工数も少なく、従って、製造も容
易である。また、アンテナ設置場所等に与える影響も少
ない。逆に電気的特性は従来と比較して大きく改善され
ている。従って、本発明は上記構成を備えることにより
顕著な効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)は従来の基地局アンテナ装置の構成を示
す図。(b)は本発明の実施例の基地局アンテナ装置の
構成を示す図。
【図2】(a)は従来の基地局アンテナ装置において垂
直面内のビームのチルト角を0°とした時の指向特性を
示す図。(b)は本発明の実施例の基地局アンテナ装置
において垂直面内のビームのチルト角を0°とした時の
指向特性を示す図。
【図3】(a)は従来の基地局アンテナ装置において垂
直面内のビームのチルト角を3°とした時の指向特性を
示す図。(b)は本発明の実施例の基地局アンテナ装置
において垂直面内のビームのチルト角を3°とした時の
指向特性を示す図。
【図4】(a)は従来の基地局アンテナ装置において垂
直面内のビームのチルト角を5°とした時の指向特性を
示す図。(b)は本発明の実施例の基地局アンテナ装置
において垂直面内のビームのチルト角を5°とした時の
指向特性を示す図。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5J021 AA05 AA07 AB06 CA03 CA06 FA32 FA34 GA02 GA05 GA08 HA05 HA10 JA03 5K059 CC04 5K067 AA23 BB01 BB21 EE10 EE32 KK03

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 アレー状に配列した多数の同一寸法のダ
    イポールアンテナ素子を複数のブロックに分け、ブロッ
    ク内のダイポールアンテナ素子相互の間隔は等間隔とす
    ると共に少なくとも1か所のブロック間のダイポールア
    ンテナ素子の間隔はブロック内のダイポールアンテナ素
    子の間隔とは異ならせることにより、垂直面内指向特性
    を改善したことを特徴とする基地局アンテナ装置。
  2. 【請求項2】請求項1に記載の基地局アンテナ装置にお
    いて、 頂上より各ブロック内のダイポールアンテナ素子数を
    5、4、4、4、4、5個の第1〜6ブロックとし、各
    ブロック内のダイポールアンテナ素子相互の間隔を周波
    数帯域の約2/3波長とし、かつ、頂上より第4ブロッ
    クと第5ブロック間のダイポールアンテナ素子相互の間
    隔だけ周波数帯域の約4/3波長と拡大することによ
    り、垂直面内指向特性を改善したことを特徴とする基地
    局アンテナ装置。
  3. 【請求項3】複数の異なる周波数帯域の最も低い周波数
    帯域においては約半波長の長さを有するアレー状に配列
    した多数の同一寸法のダイポールアンテナ素子と、最も
    高い周波数帯域に対しては各ダイポールアンテナ素子に
    無給電素子を装着し約1波長の長さを有するダイポール
    アンテナ素子として動作可能とした多数波共用ダイポー
    ルアンテナ素子を複数のブロックに分け、ブロック内の
    多数波共用ダイポールアンテナ素子相互の間隔は等間隔
    とすると共に少なくとも1か所のブロック間の多数波共
    用ダイポールアンテナ素子の間隔はブロック内の多数波
    共用ダイポールアンテナ素子の間隔とは異ならせること
    により、垂直面内指向特性を改善したことを特徴とする
    多数波共用基地局アンテナ装置。
  4. 【請求項4】請求項3に記載の多数波共用基地局アンテ
    ナ装置において、 頂上より各ブロック内のダイポールアンテナ素子数を
    5、4、4、4、4、5個の第1〜6ブロックとし、各
    ブロック内のダイポールアンテナ素子相互の間隔を最も
    低い周波数帯域の約2/3波長とし、かつ、頂上より第
    4ブロックと第5ブロック間のダイポールアンテナ素子
    相互の間隔だけ最も低い周波数帯域の約4/3波長と拡
    大することにより、垂直面内指向特性を改善したことを
    特徴とする多数波共用基地局アンテナ装置。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008523708A (ja) * 2004-12-13 2008-07-03 テレフオンアクチーボラゲット エル エム エリクソン(パブル) アンテナ装置とそれに関する方法
JP2013021406A (ja) * 2011-07-07 2013-01-31 Hitachi Cable Ltd アンテナ装置

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