JP2003142940A - アンテナ偏波切替システム - Google Patents

アンテナ偏波切替システム

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JP2003142940A
JP2003142940A JP2001337003A JP2001337003A JP2003142940A JP 2003142940 A JP2003142940 A JP 2003142940A JP 2001337003 A JP2001337003 A JP 2001337003A JP 2001337003 A JP2001337003 A JP 2001337003A JP 2003142940 A JP2003142940 A JP 2003142940A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 一種類のアンテナから2種類の偏波を切替え
ることができる携帯電話用基地局アンテナのアンテナ偏
波切替システムを提供する。 【解決手段】 4回路P1〜P4を持つリレーP25
と、前記回路P1〜P4のそれぞれの接点に接続され、
出力端の一方は入力信号を同相足し合わせした信号を出
力し、他方には逆相足し合わせ信号が半分のパワーで出
力される位相反転型ハイブリッド回路24から構成さ
れ、リレーP25は外部の制御回路5から全ての接点を
同時にON/OFFされる。さらに前記回路P2、P4
の中点21a、23aは外部からの偏波信号端子7と偏
波信号端子8に接続されている。また、前記回路P1、
P3の中点20a、22aは給電回路3および給電回路
4に接続されている。また、位相反転型ハイブリッド回
路24の入力端子24aと入力端子24bはそれぞれ回
路P2の接点21c、P4の接点23cに接続され、位
相反転型ハイブリッド回路24の同相出力端子24cと
逆相出力端子24dはそれぞれ回路P1の接点20c、
P3の接点22cに接続される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、アンテナ偏波切替
システムに関し、さらに詳しくは、携帯電話用基地局ア
ンテナの偏波切替機能を有するアンテ偏波切替システム
に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、携帯電話の急激な普及により電波
のチャネル割り当てが増加し、アナログ方式では対応が
困難となり、デジタル化の方向に移行している。また、
携帯電話の場合、そのサービスエリアをいかに広く確保
し、併せて通話品質を高めることができるかが課題であ
る。そのため、例えば、V/H偏波と±45°偏波のう
ち、どちらの伝播状況が良いかは環境によって変わって
くるため、電波の伝播環境条件を調査するために、実際
に現地にそれぞれのアンテナを持ち込んで実験をして決
めていた。また、既設の偏波方式から他の偏波方式に変
更したという要望があり、その要望に迅速に対応できる
ことが望まれている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】前記の伝播環境条件を
調査するためには、現地に2種類のアンテナを用意して
運び込み、さらに、アンテナを変更するために付け替え
の作業が必要となる。このため運搬の費用と付け替えの
時間が多大となる。また、既設の偏波方式から他の偏波
方式に変更する場合、既設のアンテナ設備を変更する
か、若しくは、新たに設備を追加しなければならず、時
間的にもコスト的にも多くのロスが発生する。本発明
は、かかる課題に鑑み、一種類のアンテナから2種類の
偏波を切替えることができる携帯電話用基地局アンテナ
のアンテナ偏波切替システムを提供することを目的とす
る。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明はかかる課題を解
決するために、請求項1の発明は、それぞれ互いに直交
する偏波を発生する少なくとも1の給電点を有する放射
系と、該給電点間における位相差を制御することにより
偏波を切り替える偏波切替手段を備えたアンテナ偏波切
替システムにおいて、前記偏波切替手段は、2つの独立
した入力信号を前記給電点に直接接続するか、若しくは
前記入力信号のそれぞれの位相を、同相及び逆相で足し
合わせる位相反転型ハイブリッド回路を介して前記給電
点に接続するかの何れか一方を選択することを特徴とす
る。アンテナの給電点に入力信号を直接接続すれば、ア
ンテナからは入力信号が放射系の偏波と同じ偏波として
放射される。また、入力信号を位相反転型ハイブリッド
回路を介して接続すると、その出力端の一方は入力信号
を同相足し合わせした信号と、他方には逆相足し合わせ
信号が半分のパワーで給電される。従って、アンテナの
鉛直面に対する回転角に対して±45°の方向に偏波を
変換でき、それを偏波切替手段により任意に選択するこ
とができる。かかる発明によれば、2つの独立した入力
信号を前記給電点に直接接続するか、若しくは前記入力
信号のそれぞれの位相を、同相及び逆相で足し合わせる
位相反転型ハイブリッド回路を介して前記給電点に接続
するかの何れか一方を選択するので、簡単に偏波を切替
えることができ、伝播環境条件の調査時間の短縮と、ア
ンテナ付け替えコストの低減を実現できる。
【0005】また、請求項2の発明は、前記偏波切替手
段の2本の出力端に前記放射系の偏波面が鉛直面に対し
て45°回転したアンテナの給電点を接続し、前記偏波
切替手段の2本の入力端にそれぞれ独立した信号を入力
し、前記偏波切替手段により前記信号を直接前記アンテ
ナの給電点に接続した場合、前記信号がプラス・マイナ
ス45°の方向に直線偏波励振され、前記位相反転型ハ
イブリッド回路を介して接続した場合、前記信号が垂直
・水平方向の偏波に変換されることも本発明の有効な手
段である。アンテナからの偏波は、放射パワーのベクト
ルの合成により決まる。位相反転型ハイブリッド回路
は、その出力端の一方に入力信号を同相足し合わせた信
号を出力し、他方には逆相足し合わせ信号を出力する機
能があるので、2本の入力端にそれぞれ独立した信号の
振幅A1,A2を入力すると、出力端の一方には(A1
/√2+A2/√2)、他方には(A1/√2−A2/
√2)の信号が出力される。つまり、45°回転したア
ンテナの場合、A1のベクトル和は垂直となり、A2の
ベクトル和は水平となる。これにより±45°偏波から
V/H(垂直/水平)偏波に変換することができる。か
かる技術手段によれば、前記偏波切替手段の2本の出力
端に前記放射系を鉛直面に対して45°回転したアンテ
ナの給電点を接続し、前記偏波切替手段の2本の入力端
にそれぞれ独立した信号を入力し、前記偏波切替手段に
より前記信号を直接前記アンテナの給電点に接続した場
合、前記信号がプラス・マイナス45°の方向に直線偏
波励振され、前記位相反転型ハイブリッド回路を介して
接続した場合、前記信号が垂直・水平方向の偏波に変換
されるので、簡単な回路構成で偏波を切替えることがで
きる。
【0006】また、請求項3の発明は、前記偏波切替手
段の2本の出力端に前記放射系の偏波面が鉛直面に対し
て平行方向及び垂直方向に向いたアンテナの給電点を接
続し、前記偏波切替手段の2本の入力端にそれぞれ独立
した信号を入力し、前記偏波切替手段により前記信号を
直接前記アンテナの給電点に接続した場合、前記信号が
垂直・水平方向に直線偏波励振され、前記位相反転型ハ
イブリッド回路を介して接続した場合、前記信号がプラ
ス・マイナス45°の偏波に変換されることも本発明の
有効な手段である。V/H(垂直/水平)アンテナから
の偏波を±45°偏波に変更するには、前記と同様の信
号を位相反転型ハイブリッド回路に入力すると、同相の
ベクトル和は+45°の方向になり、逆相のベクトル和
は−45°の方向となる。これによりV/H(垂直/水
平)偏波から±45°偏波に変更することができる。か
かる技術手段によれば、前記偏波切替手段の2本の出力
端に前記放射系を鉛直面に対して平行方向及び垂直方向
に向いたアンテナの給電点を接続し、前記偏波切替手段
の2本の入力端にそれぞれ独立した信号を入力し、前記
偏波切替手段により前記信号を直接前記アンテナの給電
点に接続した場合、前記信号が垂直・水平方向に直線偏
波励振され、前記位相反転型ハイブリッド回路を介して
接続した場合、前記偏波がプラス・マイナス45°の偏
波に変換されるので、簡単な回路構成で偏波を切替える
ことができる。
【0007】
【発明の実施の形態】以下、本発明を図に示した実施形
態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載
される構成要素、種類、組み合わせ、形状、その相対配
置などは特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそ
れのみに限定する主旨ではなく単なる説明例に過ぎな
い。図1は、本発明の第1の実施形態のマイクロストリ
ップパッチアンテナの構成図である。この構成は、基板
2上に直接給電によりある方向(A−A’)に直線偏波
励振する素子アンテナ(マイクロストリップパッチ)群
1a〜1dと、直接給電によりA−A’に直交する方向
(B−B’)に直線偏波励振する素子アンテナ(マイク
ロストリップパッチ)群2a〜2dと、素子アンテナ1
a〜1dの同軸給電回路3と、素子アンテナ2a〜2d
の同軸給電回路4と、外部からの制御信号により偏波切
替回路6を駆動する制御回路5と、リレー等により入力
信号を切り替える偏波切替回路6から構成されている。
尚、制御回路5と偏波切替回路6が偏波切替手段を構成
する。以上の構成で、給電回路3と給電回路4は素子ア
ンテナ群1a〜1dの合成ビームパターンおよび素子ア
ンテナ群2a〜2dの合成ビームパターンが同じになる
ように設定されている。ここで、素子アンテナ1a〜1
dおよび2a〜2dが同相、同振幅で給電された場合、
全素子アンテナの合成ビームは直線偏波になり、A−
A’およびB−B’の2等分方向C−C’となる。
【0008】図2(a)は、前記マイクロストリップパ
ッチ1a〜1dのうちの一つのマイクロストリップパッ
チの断面図である。図2(b) はその平面図である。
同図(a)において、12aは誘電体基板、12bは誘
電体基板12a上に積層された例えば銅の薄板であり、
マイクロストリップ線路の基板2を構成している。10
aは例えば銅箔によって構成された円形状のマイクロス
トリップパッチ、11bは同軸線路からなる給電回路、
11aはマイクロストリップパッチ10a上の一点であ
る給電点である。アンテナの偏波方向は、同図(b)か
ら明らかなように、該給電点11aとマイクロストリッ
プパッチ10aの中心10bとを結ぶ方向(B−B’方
向)に決まる。図3は、本発明の第2の実施形態のマイ
クロストリップパッチアンテナの構成図である。図1と
同じ構成要素には同じ番号を付している。この構成は、
直接給電によりある方向(A−A’)に直線偏波励振す
る素子アンテナ(マイクロストリップパッチ)群15a
〜15dと、素子アンテナ15a〜15dの同軸給電回
路3と、同軸給電回路4と、外部からの制御信号により
偏波切替回路6を駆動する制御回路5と、スイッチ等に
より入力信号を切り替える偏波切替回路6から構成され
ている。Q1、Q2は素子アンテナ15aの給電点を示
す。図4は、素子アンテナ15aの平面図を示す。図3
と図4を併せて参照しながら説明する。図3のアンテナ
は、一つの素子アンテナに対して、2つの給電点Q1、
Q2があり、かつこれらの給電点Q1、Q2は、図4か
ら明らかなように、各々の給電点と素子アンテナの中心
Pとを結ぶと互いに直交する線上に配置されている。ま
た、給電回路3および4は、それぞれ、給電点Q1、Q
2と接続されている。このように本実施形態によれば、
少数の素子アンテナで、第1の実施形態と同様の効果を
得ることができる。
【0009】図5は、前記第1および第2の実施形態の
偏波切替回路6の実施例のブロック図である。この構成
は、リレー等により構成される4回路P1〜P4を持つ
リレーP25と、前記回路P1〜P4のそれぞれの接点
に接続され、出力端の一方は入力信号を同相足し合わせ
した信号を出力し、他方には逆相足し合わせ信号が半分
のパワーで出力される位相反転型ハイブリッド回路24
から構成され、リレーP25は外部の制御回路5から全
ての接点を同時にON/OFFされる。さらに前記回路
P2、P4の中点21a、23aは外部からの信号端子
7と信号端子8に接続されている。また、前記回路P
1、P3の中点20a、22aは給電回路3および給電
回路4に接続されている。また、位相反転型ハイブリッ
ド回路24の入力端子24aと入力端子24bはそれぞ
れ回路P2の接点21c、P4の接点23cに接続さ
れ、位相反転型ハイブリッド回路24の同相出力端子2
4cと逆相出力端子24dはそれぞれ回路P1の接点2
0c、P3の接点22cに接続される。この図では給電
回路3および給電回路4にマイクロストリップパッチア
ンテナが接続されているが、ダイポールアンテナでも構
わない。
【0010】まず、マイクロストリップパッチアンテナ
に接続した場合の動作を図6と併せて参照しながら説明
する。図6(a)は、入力信号を直接給電点33,34
に給電したときの給電点と偏波の関係を説明する図であ
る。つまり、図5の回路P1〜P4のそれぞれの接点が
図の実線側に接続された場合(信号端子7−P2.21
a−P2.21b−P1.20b−P1.20a−給電
回路3と、信号端子8−P4.23a−P4.23b−
P3.22b−P3.22a−給電回路4)であり、こ
の場合は信号端子7−8から直接給電回路3−4に接続
されるので、図6(b)の+45°の偏波面36内で振
動する+45°偏波電界成分(ベクトルE1)31が発
生し、第2の給電点34から給電が行われると図6
(b)の−45°の偏波面38内で振動する−45°偏
波電界成分(ベクトルE2)32が発生する。これによ
り、第1の給電点33と第2の給電点34に給電される
信号がそのまま偏波面36と38内で振動する。次に、
偏波をV/H(垂直/水平)偏波に変更する場合につい
て説明する。図5の回路P1〜P4のそれぞれの接点が
図の点線側に接続された場合(信号端子7−P2.21
a−P2.21c−180°ハイブリッド回路24の入
力端子24a−出力端子24c−P1.20c−P1.
20a−給電回路3と、信号端子8−P4.23a−P
4.23c−位相反転型ハイブリッド回路24の入力端
子24b−出力端子24d−P3.22c−P3.22
a−給電回路4)であり、例えば、同振幅の信号が信号
端子7(E1)と信号端子8(E2)に入力されると、
位相反転型ハイブリッド回路24によりその出力端24
cには(E1/√2+E2/√2)が出力され、出力端
24dには(E1/√2−E2/√2)が出力される。
そしてそれらのベクトル和が、E1は図6(c)のよう
に垂直方向に励振され、E2は図6(d)のように水平
方向に励振され、±45°偏波をV/H(垂直/水平)
偏波に変換することができる。
【0011】図7は、ダイポールアンテナに図5の偏波
切替回路6が位相反転型ハイブリッド回路24に接続し
た場合の動作を説明する図である。接続ルートの説明は
マイクロストリップパッチアンテナの場合と同様である
ので説明を省略する。図7(a)は±45°偏波からV
/H(垂直/水平)偏波に変更する場合について説明す
る図である。ダイポールアンテナ41と42は直交して
構成され、給電点44と45から位相反転型ハイブリッ
ド回路48の給電端子46と47に接続され、位相反転
型ハイブリッド回路48の入力端子49,50に例え
ば、それぞれ異なる振幅をもつA1,A2(A1>A
2)の信号が入力されたとする。位相反転型ハイブリッ
ド回路48によりその出力端46には(A1/√2+A
2/√2)が出力され、出力端47には(A1/√2−
A2/√2)が出力される。そしてそれらのベクトル和
が、A1はV方向40に垂直に励振され、A2はH方向
43に水平に励振され、±45°偏波をV/H(垂直/
水平)偏波に変換することができる。次に、図7(b)
はV/H(垂直/水平)偏波から±45°偏波に変更す
る場合について説明する図である。同じ構成要素には同
じ参照番号が付されている。ダイポールアンテナ52と
54は直交して構成され、給電点53と56から位相反
転型ハイブリッド回路48の給電端子46と47に接続
され、位相反転型ハイブリッド回路48の入力端子4
9,50に例えば、それぞれ異なる振幅をもつA1,A
2(A1>A2)の信号が入力されたとする。位相反転
型ハイブリッド回路48によりその出力端46には(A
1/√2+A2/√2)が出力され、出力端47には
(A1/√2−A2/√2)が出力される。そしてそれ
らのベクトル和が、A1は+45°方向55に励振さ
れ、A2は−45°方向51に励振され、V/H(垂直
/水平)偏波を±45°偏波に変換することができる。
【0012】以上のようにアンテナの給電点に2つの独
立した入力信号を直接接続すれば、アンテナからは入力
信号が放射系の偏波と同じ偏波として放射される。ま
た、2つの独立した入力信号を位相反転型ハイブリッド
回路24を介して接続すると、その出力端の一方は入力
信号を同相足し合わせした信号と、他方には逆相足し合
わせ信号が半分のパワーで給電される。従って、アンテ
ナの鉛直面に対する回転角に対して±45°の方向に偏
波を変換でき、それを偏波切替手段により任意に選択す
ることができる。これにより、簡単に偏波を切替えるこ
とができ、伝播環境条件の調査時間の短縮と、アンテナ
付け替えコストの低減を実現できる。また、アンテナか
らの偏波は、放射パワーのベクトルの合成により決ま
る。位相反転型ハイブリッド回路は、その出力端の一方
に入力信号を同相足し合わせた信号を出力し、他方には
逆相足し合わせ信号を出力する機能があるので、2本の
入力端にそれぞれ独立した信号A1,A2を入力する
と、出力端の一方には(A1/√2+A2/√2)、他
方には(A1/√2−A2/√2)の信号が出力され
る。つまり、45°回転したアンテナの場合、A1のベ
クトル和は垂直となり、A2のベクトル和は水平とな
る。これにより±45°偏波からV/H(垂直/水平)
偏波に変換することができる。また、逆にV/H(垂直
/水平)アンテナからの偏波を±45°偏波に変更する
には、前記と同様の信号を位相反転型ハイブリッド回路
に入力すると、同相のベクトル和は+45°の方向にな
り、逆相のベクトル和は−45°の方向となる。これに
よりV/H(垂直/水平)偏波から±45°偏波に変更
することができる。これにより、簡単な回路構成で偏波
を切替えることができる。
【0013】
【発明の効果】以上記載のごとく本発明によれば、請求
項1は、2つの独立した入力信号を前記給電点に直接接
続するか、若しくは前記入力信号のそれぞれの位相を、
同相及び逆相で足し合わせる位相反転型ハイブリッド回
路を介して前記給電点に接続するかの何れか一方を選択
するので、簡単に偏波を切替えることができ、伝播環境
条件の調査時間の短縮と、アンテナ付け替えコストの低
減を実現できる。請求項2は、前記偏波切替手段の2本
の出力端に前記放射系の偏波面が鉛直面に対して45°
回転したアンテナの給電点を接続し、前記偏波切替手段
の2本の入力端にそれぞれ独立した信号の振幅を入力
し、前記偏波切替手段により前記信号を直接前記アンテ
ナの給電点に接続した場合、前記信号がプラス・マイナ
ス45°の方向に直線偏波励振され、前記位相反転型ハ
イブリッド回路を介して接続した場合、前記信号が垂直
・水平方向の偏波に変換されるので、簡単な回路構成で
偏波を切替えることができる。請求項3は、前記偏波切
替手段の2本の出力端に前記放射系の偏波面が鉛直面に
対して平行方向及び垂直方向に向いたアンテナの給電点
を接続し、前記偏波切替手段の2本の入力端にそれぞれ
独立した信号を入力し、前記偏波切替手段により前記信
号を直接前記アンテナの給電点に接続した場合、前記信
号が垂直・水平方向に直線偏波励振され、前記位相反転
型ハイブリッド回路を介して接続した場合、前記偏波が
プラス・マイナス45°の偏波に変換されるので、簡単
な回路構成で偏波を切替えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態のマイクロストリップ
パッチアンテナの構成図。
【図2】(a)は本発明のマイクロストリップパッチの
うちの一つのマイクロストリップパッチの断面図、
(b)はその平面図。
【図3】本発明の第2の実施形態のマイクロストリップ
パッチアンテナの構成図。
【図4】本発明の1つの素子アンテナの平面図。
【図5】本発明の第1および第2の実施形態の偏波切替
回路の実施例のブロック図。
【図6】(a)は本発明のパッチの給電点と偏波の関係
を説明する図、(b)は偏波面とベクトルとの位置関係
を説明する図、(c)は垂直偏波のベクトルを表す図、
(d)は水平偏波のベクトルを表す図。
【図7】(a)はダイポールアンテナの±45°偏波か
らV/H(垂直/水平)偏波に変換する場合について説
明する図、(b)はダイポールアンテナのV/H(垂直
/水平)偏波から±45°偏波に変換する場合について
説明する図。
【符号の説明】
P1〜P4 リレー回路、24 位相反転型ハイブリッ
ド回路、25 リレー、30 マイクロストリップパッ
チアンテナ

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 それぞれ互いに直交する偏波を発生する
    少なくとも1の給電点を有する放射系と、該給電点間に
    おける位相差を制御することにより偏波を切り替える偏
    波切替手段を備えたアンテナ偏波切替システムにおい
    て、 前記偏波切替手段は、2つの独立した入力信号を前記給
    電点に直接接続するか、若しくは前記入力信号のそれぞ
    れの位相を、同相及び逆相で足し合わせる位相反転型ハ
    イブリッド回路を介して前記給電点に接続するかの何れ
    か一方を選択することを特徴とするアンテナ偏波切替シ
    ステム。
  2. 【請求項2】 前記偏波切替手段の2本の出力端に前記
    放射系の偏波面が鉛直面に対して45°回転したアンテ
    ナの給電点を接続し、前記偏波切替手段の2本の入力端
    にそれぞれ独立した信号を入力し、前記偏波切替手段に
    より前記信号を直接前記アンテナの給電点に接続した場
    合、前記信号がプラス・マイナス45°の方向に直線偏
    波励振され、前記位相反転型ハイブリッド回路を介して
    接続した場合、前記信号が垂直・水平方向の偏波に変換
    されることを特徴とする請求項1記載のアンテナ偏波切
    替システム。
  3. 【請求項3】 前記偏波切替手段の2本の出力端に前記
    放射系の偏波面が鉛直面に対して平行方向及び垂直方向
    に向いたアンテナの給電点を接続し、前記偏波切替手段
    の2本の入力端にそれぞれ独立した信号を入力し、前記
    偏波切替手段により前記信号を直接前記アンテナの給電
    点に接続した場合、前記信号が垂直・水平方向に直線偏
    波励振され、前記位相反転型ハイブリッド回路を介して
    接続した場合、前記信号がプラス・マイナス45°の偏
    波に変換されることを特徴とする請求項1記載のアンテ
    ナ偏波切替システム。
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