JP2005027297A - アンテナシステム - Google Patents

Abstract

【課題】 主アンテナのメインローブを相殺することなくサイドローブを適切且つ完全に相殺することができるアンテナシステムを提供する。
【解決手段】 アンテナシステムは、カバレッジビームパターンを備えたカバレッジアンテナ２と、補助ビームパターンを備えた補助アンテナ３とを含む。補助ビームパターンは、サイドローブの抑制、ヌルステアリング、ヌル付加、又はヌルフィルを実行するように配列される。補助アンテナがサイドローブの抑制を実行するように使用される場合には、補助ビームパターンは、カバレッジビームパターンのメインローブの振幅よりも小さい振幅と、カバレッジビームパターンのメインローブの幅よりも小さい幅と、カバレッジビームパターンのサイドローブの位相と異なる位相と、少なくとも部分的にサイドローブを抑制するように選択された方向とを備えたメインローブを有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、典型的には、しかし排他的でないが、移動体通信無線ネットワークにおいて使用するアンテナシステムに関する。

無線ネットワークのキャパシティは、多くの場合、干渉に制限されることが認められる。そのような干渉は、主に、同じ周波数を使用する最も近い隣接セルから到来する。この問題は、第１の基地局５０及び最も近い隣接基地局５１を通る垂直断面を示す図１０において例示される。各基地局５０，５１は、それぞれ、メインローブ５２，５３、１番目の上側サイドローブ５４，５５、及び２番目の上側サイドローブ５６，５７を備えたアンテナを有する。図１０において示されるダウンチルト角では、１番目の上側サイドローブ５４，５５が水平に向けられてみえることができる。その結果、サイドローブ５５は、基地局５０の受信チャンネルについての干渉源として作用し、サイドローブ５４は、基地局５１の受信チャンネルについての干渉源として作用する。同様に、２番目の上側サイドローブ５６，５７は、より大きなダウンチルトの角についての干渉源として作用することができる。

サイドローブを抑制する従来の方法は、特許文献１に記述されている。主アンテナに隣接して補助アンテナが提供される。補助アンテナは、サイドローブを備えるものの低減されたフロントローブ成分を備えた放射パターンを有する。この補助アンテナマスク又はパターンを主アンテナのそれから差し引くことにより、主アンテナサイドローブは、必要に応じたフロントローブのみを残して相殺される。このアプローチに関する問題は、サイドローブが完全に相殺されないであろうということである。また、メインローブがない補助アンテナパターンを生み出すことは不可能である。したがって、これは、部分的に主アンテナのメインローブを相殺するであろう。

米国特許第６１４０９７４号明細書

補助アンテナはまた、例えば特許文献２に記述されているように、固定された干渉計の適応性のある相殺を提供するために使用することができる。

米国特許出願公開第２００２／０００２０６５号明細書

サイドローブを抑制する代替方法は、特許文献３に記述されている。位相制御回路群は、供給された及び／又はアンテナエレメントのアレイにおける各エレメントによって受信された信号の位相をセットする。各エレメントの位相は、非対称のサイドローブパターンを生成する位置の関数としてセットされ、メインローブの少なくとも１つの横のサイドローブは、抑制される。このような位相によるアレイ技術に関する問題は、避けられないトレードオフがあるということである。特に、１つのサイドローブの抑制は、他のサイドローブの増強に帰着するかもしれない。

米国特許出願公開第２００２／０００６３７４号明細書

本発明は、先行技術の欠点を克服したアンテナシステムを提供することを目的とする。すなわち、本発明は、主アンテナのメインローブを相殺することなくサイドローブを適切且つ完全に相殺することができるアンテナシステムを提供することを目的とする。

上述した目的を達成する本発明にかかるアンテナシステムは、カバレッジビームパターンを備えたカバレッジアンテナ及び補助ビームパターンを備えた補助アンテナを含むアンテナシステムであって、上記補助ビームパターンは、ａ）上記カバレッジビームパターンのメインローブの振幅よりも小さい振幅と、ｂ）上記カバレッジビームパターンの上記メインローブの幅よりも小さい幅と、ｃ）上記カバレッジビームパターンのサイドローブの位相と異なる位相と、ｄ）少なくとも部分的に上記サイドローブを抑制するように選択された方向とを備えたメインローブを有することを特徴としている。

ここで、上記補助ビームパターンの上記メインローブの上記幅は、上記サイドローブの幅と略等しい。

また、上記補助ビームパターンの上記メインローブと上記カバレッジビームパターンの上記サイドローブと間の位相差は、１５７．５°から２０２．５°の範囲内にあるのが望ましい。

さらに、上記補助ビームパターンの上記メインローブの上記方向は、実質的に上記サイドローブの上記方向に配列されている。

ここで、本発明にかかるアンテナシステムは、受信モードで使用可能である。また、本発明にかかるアンテナシステムは、送信モードで使用可能である。さらに、本発明にかかるアンテナシステムは、受信モード及び送信モードの両方で使用可能であり、上記受信モードにおいて第１の周波数で信号を受信し、上記送信モードにおいて第２の周波数で信号を送信する。

また、本発明にかかるアンテナシステムは、上記補助ビームパターンの上記メインローブの上記位相を変化させる可変位相シフタを含む。さらに、本発明にかかるアンテナシステムは、上記補助ビームパターンの上記メインローブの上記振幅を低下させる減衰器を含む。このとき、上記減衰器としては、電動の電気機械式減衰器を用いることができる。

さらに、上記カバレッジアンテナは、上記補助アンテナよりも小さい長さを有する。また、上記カバレッジアンテナは、上記補助アンテナよりも少数のアンテナエレメントを有する。

さらにまた、上記補助ビームパターンの上記メインローブは、垂直平面における上記カバレッジビームパターンの上記メインローブの幅よりも小さい垂直平面における幅を有する。

また、上記カバレッジビームパターンの上記メインローブは、下方にダウンチルトされている。さらに、上記補助ビームパターンの上記メインローブのダウンチルト角は、上記カバレッジビームパターンの上記メインローブのダウンチルト角とは異なる。具体的には、上記補助ビームパターンの上記メインローブの上記ダウンチルト角は、上記カバレッジビームパターンの上記メインローブの上記ダウンチルト角よりも小さい。

さらに、本発明にかかるアンテナシステムは、上記補助ビームパターンを電気的に操縦する位相シフタを含む。

さらにまた、本発明にかかるアンテナシステムは、選択された波長λで作動するように形成され、上記カバレッジアンテナと上記補助アンテナとの間の間隔は、１．３λ未満である。望ましくは、上記カバレッジアンテナと上記補助アンテナとの間の間隔は、１．０λ未満である。

また、本発明にかかるアンテナシステムは、上記カバレッジアンテナに対する及び／又は当該カバレッジアンテナからの放射を反射する略平面の反射器を含む。さらに、本発明にかかるアンテナシステムは、上記補助アンテナに対する及び／又は当該補助アンテナからの放射を反射する略平面の反射器を含む。このとき、上記略平面の反射器はまた、上記カバレッジアンテナに対する及び／又は当該カバレッジアンテナからの放射を反射する。

また、上述した目的を達成する本発明にかかる移動体通信無線ネットワークは、請求項１に記載の２つ以上のアンテナシステムを含む移動体通信無線ネットワークであって、各アンテナシステムは、それぞれのカバレッジエリアにおける移動体装置と通信するように配列されており、ネットワークコントローラが上記アンテナシステムに接続されていることを特徴としている。

さらに、上述した目的を達成する本発明にかかるアンテナシステムは、カバレッジビームパターンを備えたカバレッジアンテナと、上記カバレッジビームパターンを変形するように選択された振幅、幅、及び方向を備えたメインローブを有する補助ビームパターンを備えた補助アンテナと、上記アンテナからアップリンク信号を受信し、上記アンテナに対してダウンリンク信号を送信する送信／受信システムとを含むことを特徴としている。

ここで、上記補助ビームパターンは、上記カバレッジビームパターンのメインローブの幅よりも小さい幅を備えたメインローブを有する。

また、上記送信／受信システムは、受信モードにおいて第１の周波数で信号を受信し、送信モードにおいて第２の周波数で信号を送信する。

さらに、上記補助ビームパターンのメインローブは、上記カバレッジビームパターンのヌルの位置を調整するように向けられる。さらにまた、上記補助ビームパターンのメインローブは、上記カバレッジビームパターンをヌルフィルするように向けられる。

また、上記補助ビームパターンは、上記カバレッジビームパターンを変形するように選択された位相を有する。このとき、本発明にかかるアンテナシステムは、上記補助アンテナの位相を変化させる可変位相シフタを含む。

さらに、本発明にかかるアンテナシステムは、上記補助ビームパターンの振幅を低下させる減衰器を含む。このとき、上記減衰器としては、電動の電気機械式減衰器を用いることができる。

さらにまた、上記カバレッジアンテナは、上記補助アンテナよりも小さい長さを有する。また、上記カバレッジアンテナは、上記補助アンテナよりも少数のアンテナエレメントを有する。

さらに、上記補助ビームパターンのメインローブは、垂直平面における上記カバレッジビームパターンのメインローブの幅よりも小さい垂直平面における幅を有する。

さらにまた、上記カバレッジビームパターンのメインローブは、下方にダウンチルトされている。また、上記補助ビームパターンのメインローブのダウンチルト角は、上記カバレッジビームパターンのメインローブのダウンチルト角とは異なる。具体的には、上記補助ビームパターンの上記メインローブの上記ダウンチルト角は、上記カバレッジビームパターンの上記メインローブの上記ダウンチルト角よりも小さい。

また、本発明にかかるアンテナシステムは、上記補助ビームパターンを電気的に操縦する位相シフタを含む。

さらに、本発明にかかるアンテナシステムは、選択された波長λで作動するように形成され、上記カバレッジアンテナと上記補助アンテナとの間の間隔は、１．３λ未満である。望ましくは、上記カバレッジアンテナと上記補助アンテナとの間の間隔は、１．０λ未満である。

さらにまた、本発明にかかるアンテナシステムは、上記カバレッジアンテナに対する及び／又は当該カバレッジアンテナからの放射を反射する略平面の反射器を含む。また、本発明にかかるアンテナシステムは、上記補助アンテナに対する及び／又は当該補助アンテナからの放射を反射する略平面の反射器を含む。このとき、上記略平面の反射器はまた、上記カバレッジアンテナに対する及び／又は当該カバレッジアンテナからの放射を反射する。

さらにまた、上述した目的を達成する本発明にかかる移動体通信無線ネットワークは、請求項２５に記載の２つ以上のアンテナシステムを含む移動体通信無線ネットワークであって、各アンテナシステムは、それぞれのカバレッジエリアにおける移動体装置と通信するように配列されており、ネットワークコントローラが上記アンテナシステムに接続されていることを特徴としている。

本発明は、主アンテナのメインローブを相殺することなくサイドローブを適切且つ完全に相殺することができるアンテナシステムを提供することができる。

以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。本発明の有利な教義を開示するために、本発明の例示的な具体例は、添付図面に関して記述される。

第１の様相における典型的な具体例は、カバレッジビームパターンを備えたカバレッジアンテナ（coverage antenna）及び補助ビームパターンを備えた補助アンテナ（auxiliary antenna）を含むアンテナシステムを提供する。ここで、補助ビームパターンは、ａ）カバレッジビームパターンのメインローブの振幅よりも小さい振幅と、ｂ）カバレッジビームパターンのメインローブの幅よりも小さい幅と、ｃ）カバレッジビームパターンのサイドローブの位相と異なる位相と、ｄ）少なくとも部分的にサイドローブを抑制するように選択された方向とを備えたメインローブを有する。

第２の様相における典型的な具体例は、カバレッジビームパターンを備えたカバレッジアンテナと、カバレッジビームパターンを変形するように選択された振幅、幅、及び方向を備えたメインローブを有する補助ビームパターンを備えた補助アンテナと、アンテナからアップリンク信号を受信し、アンテナに対してダウンリンク信号を送信する送信／受信システムとを含むアンテナシステムを提供する。

補助アンテナを使用する従来技術は、以前に受信モード又は送信モードのいずれかで使用可能であって両方のモードでは使用可能でないシステムに制限されていた。我々は、特に干渉源として作用することができる隣接する共通周波数アンテナシステムを有するネットワークにおいて、受信モード及び送信モードの両方で使用可能であるシステムにおける補助アンテナの利点を認識した。送信モード及び受信モードは、同時に（周波数又は符号分割多重システムの場合）又は異なる時間に（時分割多重システムの場合）作動してもよい。

補助アンテナは、多くの異なるビーム変形機能のうちの１つを実行してもよい。ビーム変形機能は、サイドローブの抑制、カバレッジビームパターンにおける１つ以上の既存のヌル（null）の位置の調整、カバレッジビームパターンにおける付加的なヌルの確立、又はヌルフィル（null-fill）の実行を含むが、これに制限されない。

図１を参照すると、シングル偏波アンテナシステム１は、カバレッジアンテナ２と、補助アンテナ３とを備える。カバレッジアンテナ２は、４個の垂直に向けられたダイポール４の垂線を含み、補助アンテナ３は、ダイポール４の一方の側に平行に配列された８個の垂直に向けられたダイポール５の垂線を含む。２つアンテナにおける最も下側のダイポールのみが、４，５と符号付けされている。

ダイポールは、後方反射器及びＲＦグラウンドプレーンとして作用するパネル６上に搭載される。ダイポール及びパネル６は、図示しない単一のレドームで包囲される。パッケージ幅は、約３００ｍｍである。他のパッケージ幅は、動作波長に応じて用いられてもよい。

アンテナ２，３は、主給電ライン８、並びに、接合点で主給電ライン８と交わるカバレッジアンテナ給電ライン９及び補助アンテナ給電ライン１０を含む給電ネットワーク７によって駆動される。固定位相シフタ（fixed phase shifter）１１は、カバレッジアンテナ給電ライン９に組み入れられる。これは、主給電ライン８とカバレッジアンテナ２との間の長さが、当該主給電ライン８と補助アンテナ３との間の長さよりも大きいという事実を補償する（補助アンテナ３の長さがより大きいことに起因する)。すなわち、固定位相シフタ１１は、最も下側のダイポール５をともなう位相へと最も下側のダイポール４を導く。可変位相シフタ（variable phase shifter）１２及び可変減衰器（variable attenuator）１３は、補助アンテナ給電ライン１０に組み込まれる。

様々な減衰器が使用されてもよい。減衰器は、当該減衰器のコンポーネントを相対的に移動させることによって力を調整する電動の電気機械式減衰器が望ましい。一例としては、回転式の羽根減衰器（rotary vane attenuator）である。例示すると、電動可変共軸の減衰器は、ニュージャージー州ウエスト・コールドウェルのＷａｖｅｌｉｎｅ社によって供給されたＭｏｄｅｌ ９０２６−３又はＭｏｄｅｌ ９０２６−４のように用いられてもよい。これらのモデルは、単に１０Ｗの平均パワーレイティングを有し、したがって、低パワーのアプリケーションについて適切であるのみである。代替としては、メリーランド州フレデリックのＷｅｉｎｓｃｈｅｌ社によって供給された８３１０シリーズ減衰器であり、ＧａＡｓ ＦＥＴ又はＰＩＮ固体物理減衰器（PIN solid-state attenuator）を用いる。

カバレッジアンテナ２のダウンチルトは、ダイポール４の間の相対的な位相を調整する図示しないダウンチルト位相シフトネットワークによって電気的に調整することができる。同様に、補助アンテナ３のダウンチルトは、図示しないダウンチルト位相シフトネットワークにより、カバレッジアンテナ２とは独立して調整することができる。適切な電動位相シフタの配置は、米国特許第６１９８４５８号明細書及び国際公開第０２／０６７３７４号パンフレットに記述されており、それらの開示は、参照することによってここに組み込まれる。

可変位相シフタ１２はまた、典型的には、米国特許第６１９８４５８号明細書及び国際公開第０２／０６７３７４号パンフレットに示されるタイプの電動の電気機械式位相シフタである。

コンピュータシミュレートされたビームパターンのセットが図２乃至図９において示される。ビームパターンは、アンテナシステム１に類似するが、１６個及び８個のダイポールをそれぞれ有する補助アンテナ及びカバレッジアンテナを備えたアンテナシステムについて計算される。パターンは、垂直（仰角）平面にある。図２乃至図７は、周波数２９９．７９３ＭＨｚでのビームパターンを示し、図８は、周波数２６４．２５ＭＨｚでのビームパターンを示し、図９は、周波数３３５．３ＭＨｚでのビームパターンを示している。パターンは、コンピュータシミュレーションによって生成されることから、それらは、前方向及び逆方向の両方において同じである。しかしながら、実際には、パネル６の反射特性に起因して、ビームパターンは逆方向において抑制されるであろうことが認識されるであろう。与えられた周波数は、例示のみであり、実際には、任意の周波数範囲が使用されてもよい。望ましい周波数範囲は、セルラー、ＰＣＳ又はＵＭＴＳ周波数帯域を含む。

図２は、０．０°のダウンチルトを備えたカバレッジアンテナのみに関連したビームパターンを示す。パターンは、０．０°でメインローブを含み、様々な仰角で６つの上側サイドローブ及び６つの同値の下側サイドローブを含む。

図３は、１２．７°のダウンチルトを備えたカバレッジアンテナビームパターンを示す。このダウンチルト角では、１番目の上側サイドローブが水平（すなわち、０．０°）に横たわるのを認めることができる。

図４乃至図７は、カバレッジアンテナの電圧の５％、７％、９％、及び１１％の電圧がそれぞれ補助アンテナの放射エレメントに給電されるように、可変減衰器１３セットで変形したカバレッジビームパターンを示している。補助アンテナのメインローブが０．０°のダウンチルトであるように、補助アンテナのダウンチルトは、ダウンチルトネットワークによってセットされ、カバレッジアンテナの１番目の上側サイドローブを整列させる。補助アンテナの位相は、カバレッジアンテナの１番目の上側サイドローブで略逆位相となるように、可変位相シフタ１２によってセットされる。図３との比較により、補助アンテナのメインローブの振幅がカバレッジアンテナの１番目の上側サイドローブの振幅に接近するように、図４から図７まで、１番目の上側サイドローブが次第に低減されるのを認めることができる。

望ましい場合においては、補助アンテナの位相は、カバレッジアンテナの１番目の上側サイドローブで逆位相となるのにできる限り近付くようにセットされる。しかしながら、実際には、位相差は波長の１／１６番目まで正確な逆位相から遠ざけられてセットされてもよく、なお有用な結果を与えるかもしれないことが期待される。すなわち、カバレッジアンテナと補助アンテナとの間の位相差は、典型的には、１５７．５°と２０２．５°との間に位置する。

図８は、周波数２６４．２５ＭＨｚでカバレッジアンテナの電圧の１１％の電圧が給電された補助アンテナで変形されたビームパターンを示している。６番目の上側サイドローブは、図７における６番目の上側サイドローブと比較して低減されている。

図９は、周波数３３５．３ＭＨｚでカバレッジアンテナの電圧の１１％の電圧が給電された補助アンテナで変形されたビームパターンを示している。６番目の上側サイドローブは、図７及び図８における６番目の上側サイドローブと比較して増加している。

システムが有効に干渉計として作用することが認識されるであろう。これは、サイドローブの抑制を達成するために垂直平面において利用される。しかしながら、干渉計は、水平平面においても作用する。これは、カバレッジアンテナ及び補助アンテナが典型的には１未満の波長しか離れておらず、また、補助アンテナが典型的にはカバレッジアンテナから１３ｄＢ〜１８ｄＢ低下して給電されることから（補助アンテナがカバレッジアンテナよりも３ｄＢ多く利得を有していることに注目すべきである）、問題であるとは認められない。したがって、方位角パターンに対する歪みは、小さいものと予想される。アンテナ間の間隔は、最高で約１．３λまで増大してもよいと考えられる。

既存のデュアルバンド基地局アンテナの変形として、アンテナシステム１を構築することができる。ここで、２つの周波数帯域は、（アンドリュー社ＡＤＦＤ１８２０−６５６５Ｂ−ＸＤＭのように）全く同一である。特に、ＡＤＦＤ１８２０−６５６５Ｂ−ＸＤＭの１６ｄＢｄゲインアレイのうちの１つは、（カバレッジアンテナ用の）１３ｄＢｄアレイによって取り替えることができ、残りの１６ｄＢｄアレイは、補助アンテナを構成するであろう。

補助アンテナは、補助アンテナのメインローブが少なくとも部分的にカバレッジアンテナの１番目の上側サイドローブを相殺するように、適切なダウンチルト角に向けられ、適切な位相及び振幅で給電される。補助ビームの（仰角平面における）幅は、補助アンテナの長さがより大きいことに起因して、カバレッジビームの幅よりも狭い。補助アンテナをカバレッジアンテナよりも２倍長くすることにより（すなわち、同じ中間エレメント間隔を備えた多くの放射エレメントとして２度使用することにより）、（１番目の上側サイドローブの相殺のために要求されるように）補助アンテナのメインローブがカバレッジアンテナの１番目の上側サイドローブの幅に近接することが決定される。２：１以外の長さ比率は、（ヌルステアリング（null steering）又はヌルフィル（null-fill）のような）他のアプリケーションのために使用されてもよいが、サイドローブの抑制については、２：１の比率が最適であると考えられる。要求される場合には、補助アンテナの位相、振幅及び方向は、他の５つのサイドローブのうちの１つを抑制するように調整することができる。補助アンテナ及びカバレッジアンテナの方位角ビーム幅は、略同一であることに注目すべきである。

（補助アンテナの高さに起因して）アンテナシステムの高さがより大きくなることに関連した損失は、妨害比率に対してキャリアにおける改善された性能、及びキャパシティにおける後の改善によるオフセットよりも大きいであろうことが考えられる。

システム１は、図１１において示される移動体通信無線ネットワークの基地局２０における使用で示される。システム１は、ダウンチルトされたメインローブ２５を介したセルについてカバレッジを提供するために、従来の様式において使用される。すなわち、アンテナは、セルにおける１つ以上の移動体無線装置２３に対してダウンリンク信号を送信し、同じ移動体無線装置からアップリンク信号を受信する。図１を参照すると、給電ネットワーク７は、第１の周波数でダウンリンク信号を送信するとともに第２の周波数でアップリンク信号を受信する周波数分割複信器（Frequency Division Duplexer；ＦＤＤ）を含む送信／受信システム１７に、入力ポート１６を介して接続される。

図１１を参照すると、隣接するアンテナシステム３０は、隣接するセルをサービスし、システム１と同じ周波数帯域において作動する。アンテナシステム１，３０は、（ネットワークを構築する他の全ての基地局にも接続される）共通のネットワークコントローラ３１に接続される。ネットワークは、ＣＤＭＡ、ＧＳＭ、ＰＣＳ、又は他の任意のネットワークプロトコルにしたがって作動してもよい。

アンテナシステム１の送信ビームパターンの１番目の上側サイドローブ４０の抑制は、隣接するアンテナシステム３０に対するアンテナシステム１の干渉を低減する。同等に、アンテナシステム１の受信ビームパターンの１番目の上側サイドローブ４０の抑制は、隣接するアンテナシステム３０からの干渉に対するアンテナシステム１の感度を低減する。アンテナシステム３０の１番目の上側サイドローブ４１の抑制についても同じことがいえる。

代替として、デュアル偏波アンテナシステム１'が図１２において示される。このアンテナシステム１'は、図１のアンテナシステム１と同様に原理に沿って作動するが、デュアル偏波モードで作動する。カバレッジアンテナ２'及び補助アンテナ３'は、一方のダイポールが垂直に対して＋４５°であるとともに他方のダイポールが垂直に対して−４５°であるクロスダイポール４'，５'を含む。＋４５°のダイポールは、入力ポート１６'を備えた給電ネットワーク７'によって駆動される。給電ネットワーク７'は、給電ネットワーク７と同一である。−４５°のダイポールは、入力ポート１６''を備えた図示しない別個の給電ネットワークによって駆動される。

図１２は、４つの変量（すなわち、補助ビーム強度、補助ビーム位相、補助ビームダウンチルト、及びカバレッジビームダウンチルト）を制御する４つの電動アクチュエータ１８を示している。等価なアクチュエータはまた、図１のシステムにおいて使用されるが、明瞭化のために、図１からは省略されている。適切なアクチュエータは、イリノイ州オーランド・パークのアンドリュー社によって供給されたＡＴＭ１００−００１電動アクチュエータである。アクチュエータ１８は、国際公開第０２／０６７３７４号パンフレットに詳述されるように、図示しない中央コントローラによって遠隔に制御される。国際公開第０２／０６７３７４号パンフレットの開示は、参照することによってここに組み込まれる。

図１３は、アンテナの端部をみた図である。カバレッジアンテナ及びヌルアンテナ（nulling antenna）は、反射するグラウンドプレーン６'上の共通のレドーム２６に収容される。ダウンチルト位相シフタ２７，２８はまた、図１３において概略的に示され、グラウンドプレーン６'の逆側に搭載されている。

上述した望ましい具体例では、ダイポールエレメントを使用しているが、パッチ放射エレメントや他の放射エレメントが代わりに使用されてもよい。

上述した望ましい具体例における補助アンテナは、１番目の上側サイドローブを抑制するが、補助アンテナは、他のサイドローブを抑制するようにセット可能であることが認識されるであろう。例えば、補助アンテナは、１番目の下側サイドローブを抑制するようにセットすることができる。これは、住民に向かって下方に向けられる放射線放射に対する厳しい規則を有する国々（例えば欧州）において利益があるかもしれない。

カバレッジアンテナのサイドローブのうちの１つを抑制するために使用する代わりに、補助アンテナは、カバレッジビームパターンのヌルステアリングを提供するために使用されてもよい。すなわち、補助ビームの方向、位相及び振幅は、カバレッジビームパターンにおけるヌルの位置を調整するように調整することができる。例えば、補助アンテナのメインローブは、カバレッジビームパターンの１番目のヌル（すなわち、メインローブと１番目のサイドローブとの間のヌル）の地帯の方に向けられてもよい。これは、１番目のヌルの位置を変更することができる。

さらなる代替において、補助アンテナは、カバレッジビームパターンに付加的なヌルを挿入するために使用されてもよい。例えば、ヌルは、既知の干渉源の方に向けられてもよい。

なおさらなる代替において、補助アンテナは、図１４に示すように、ヌルフィル機能を実行するために使用されてもよい。図１４は、メインローブ６０及び１番目の下側サイドローブ６１を含むカバレッジパターンを実線で示している。深いヌルは、２つのローブの間に存在する。補助アンテナは、破線６２によって示されるような変形されたビームパターンを生み出すローブ間のヌルを満たすために使用されてもよい。この場合、臨界角での補助アンテナの振幅は、カバレッジアンテナのパターンレベル以上に支配的であることから、補助アンテナとカバレッジアンテナとの位相関係は、重要ではない。

上述したアンテナは、単一の補助アンテナのみを使用するが、複数の補助アンテナが使用されてもよいことが認識されるであろう。例えば、第１の補助アンテナは、１番目の上側サイドローブを抑制するために使用され、第２の補助アンテナは、１番目の下側サイドローブを抑制するために使用され、さらに、第３の補助アンテナは、２番目の上側サイドローブをヌルとするように使用されてもよい、等である。補助アンテナは、単に並んで積み重ねられる。アンテナは、全て共通のレドームに収容されてもよく、ともに密着された別個のレドームを有してもよい。

上述した具体例は、後方反射器及びＲＦグラウンドプレーンとして作用するパネル６を使用する。代替として、アンテナは、グラウンドプレーン／後方反射器を要求しない指向性のある放射エレメントを使用してもよい。適切な指向性アンテナの例は、八木アレイである。

上述した可変減衰器及び可変位相シフタは、遠隔制御された電動アクチュエータを使用する。しかしながら、代替具体例において、アクチュエータは、手動で調整可能であってもよい。

典型的には、可変減衰器及び可変位相シフタのためのアクチュエータ及び制御システムは、組み込み可能なフィールド（field retrofittable）である。

上述した減衰器及び位相シフタは可変であるが、代替具体例において、減衰器及び位相シフタは、セットレベルで固定されてもよい。

上述した望ましい具体例は、ＦＤＤを使用するが、代替として、送信及び受信方向において同じ周波数を使用する時分割複信器（Time Division Duplexer；ＴＤＤ）が使用されてもよい。

本発明は、特定のアプリケーションのための特定の具体例に関してここに記述された。当該技術における通常の知識及び本教義に対するアクセスを有する者は、その範囲内での追加の変形例、アプリケーション、及び具体例を認識するであろう。

したがって、そのような本発明の範囲内での任意及び全てのアプリケーション、変形例、及び具体例を包含することは、添付した特許請求の範囲によって意図される。

本発明によるシングル偏波アンテナシステムを示す図である。 ０．０°のダウンチルトを備えたカバレッジアンテナのみに関連した仰角ビームパターンを示す図である。 １２．７°のダウンチルトを備えたカバレッジアンテナのみに関連した仰角ビームパターンを示す図である。 カバレッジアンテナの電圧の５％の電圧が補助アンテナの放射エレメントに給電されるように変形された仰角ビームパターンを示す図である。 カバレッジアンテナの電圧の７％の電圧が補助アンテナの放射エレメントに給電されるように変形された仰角ビームパターンを示す図である。 カバレッジアンテナの電圧の９％の電圧が補助アンテナの放射エレメントに給電されるように変形された仰角ビームパターンを示す図である。 カバレッジアンテナの電圧の１１％の電圧が補助アンテナの放射エレメントに給電されるように変形された仰角ビームパターンを示す図である。 周波数２６４．２５ＭＨｚでカバレッジアンテナの電圧の１１％の電圧が給電された補助アンテナで変形された仰角ビームパターンを示す図である。 周波数３３５．３ＭＨｚでカバレッジアンテナの電圧の１１％の電圧が給電された補助アンテナで変形された仰角ビームパターンを示す図である。 従来の移動体通信無線ネットワークを示す図である。 本発明による移動体通信無線ネットワークを示す図である。 本発明によるデュアル偏波アンテナシステムを示す図である。 図１２に示すアンテナシステムの端部の概略図である。 メインローブと１番目の下側サイドローブと間のヌルのヌルフィルを示す図である。

符号の説明

１，１'，３０ アンテナシステム
２，２' カバレッジアンテナ
３，３' 補助アンテナ
４，５ ダイポール
４'，５' クロスダイポール
６ パネル
６' グラウンドプレーン
７，７' 給電ネットワーク
８ 主給電ライン
９ カバレッジアンテナ給電ライン
１０ 補助アンテナ給電ライン
１１ 固定位相シフタ
１２ 可変位相シフタ
１３ 可変減衰器
１６，１６'，１６'' 入力ポート
１７ 送信／受信システム
１８ 電動アクチュエータ
２０ 基地局
２３ 移動体無線装置
２５，６０ メインローブ
２６ レドーム
２７，２８ ダウンチルト位相シフタ
３１ ネットワークコントローラ
４０，４１，６１ サイドローブ
６２ 破線

Claims (46)

1. カバレッジビームパターンを備えたカバレッジアンテナ（coverage antenna）及び補助ビームパターンを備えた補助アンテナ（auxiliary antenna）を含むアンテナシステムであって、
   上記補助ビームパターンは、
   ａ）上記カバレッジビームパターンのメインローブの振幅よりも小さい振幅と、
   ｂ）上記カバレッジビームパターンの上記メインローブの幅よりも小さい幅と、
   ｃ）上記カバレッジビームパターンのサイドローブの位相と異なる位相と、
   ｄ）少なくとも部分的に上記サイドローブを抑制するように選択された方向とを備えたメインローブを有すること
   を特徴とするアンテナシステム。
2. 上記補助ビームパターンの上記メインローブの上記幅は、上記サイドローブの幅と略等しいこと
   を特徴とする請求項１記載のアンテナシステム。
3. 上記補助ビームパターンの上記メインローブと上記カバレッジビームパターンの上記サイドローブと間の位相差は、１５７．５°から２０２．５°の範囲内にあること
   を特徴とする請求項１記載のアンテナシステム。
4. 上記補助ビームパターンの上記メインローブの上記方向は、実質的に上記サイドローブの上記方向に配列されていること
   を特徴とする請求項１記載のアンテナシステム。
5. 当該アンテナシステムは、受信モードで使用可能であること
   を特徴とする請求項１記載のアンテナシステム。
6. 当該アンテナシステムは、送信モードで使用可能であること
   を特徴とする請求項１記載のアンテナシステム。
7. 当該アンテナシステムは、受信モード及び送信モードで使用可能であること
   を特徴とする請求項１記載のアンテナシステム。
8. 当該アンテナシステムは、上記受信モードにおいて第１の周波数で信号を受信し、上記送信モードにおいて第２の周波数で信号を送信すること
   を特徴とする請求項７記載のアンテナシステム。
9. 上記補助ビームパターンの上記メインローブの上記位相を変化させる可変位相シフタを含むこと
   を特徴とする請求項１記載のアンテナシステム。
10. 上記補助ビームパターンの上記メインローブの上記振幅を低下させる減衰器を含むこと
    を特徴とする請求項１記載のアンテナシステム。
11. 上記減衰器は、電動の電気機械式減衰器であること
    を特徴とする請求項１０記載のアンテナシステム。
12. 上記カバレッジアンテナは、上記補助アンテナよりも小さい長さを有すること
    を特徴とする請求項１記載のアンテナシステム。
13. 上記カバレッジアンテナは、上記補助アンテナよりも少数のアンテナエレメントを有すること
    を特徴とする請求項１記載のアンテナシステム。
14. 上記補助ビームパターンの上記メインローブは、垂直平面における上記カバレッジビームパターンの上記メインローブの幅よりも小さい垂直平面における幅を有すること
    を特徴とする請求項１記載のアンテナシステム。
15. 上記カバレッジビームパターンの上記メインローブは、下方にダウンチルトされていること
    を特徴とする請求項１記載のアンテナシステム。
16. 上記補助ビームパターンの上記メインローブのダウンチルト角は、上記カバレッジビームパターンの上記メインローブのダウンチルト角とは異なること
    を特徴とする請求項１記載のアンテナシステム。
17. 上記補助ビームパターンの上記メインローブの上記ダウンチルト角は、上記カバレッジビームパターンの上記メインローブの上記ダウンチルト角よりも小さいこと
    を特徴とする請求項１６記載のアンテナシステム。
18. 上記補助ビームパターンを電気的に操縦する位相シフタを含むこと
    を特徴とする請求項１記載のアンテナシステム。
19. 当該アンテナシステムは、選択された波長λで作動するように形成され、
    上記カバレッジアンテナと上記補助アンテナとの間の間隔は、１．３λ未満であること
    を特徴とする請求項１記載のアンテナシステム。
20. 上記カバレッジアンテナと上記補助アンテナとの間の間隔は、１．０λ未満であること
    を特徴とする請求項１９記載のアンテナシステム。
21. 上記カバレッジアンテナに対する及び／又は当該カバレッジアンテナからの放射を反射する略平面の反射器を含むこと
    を特徴とする請求項１記載のアンテナシステム。
22. 上記補助アンテナに対する及び／又は当該補助アンテナからの放射を反射する略平面の反射器を含むこと
    を特徴とする請求項１記載のアンテナシステム。
23. 上記略平面の反射器はまた、上記カバレッジアンテナに対する及び／又は当該カバレッジアンテナからの放射を反射すること
    を特徴とする請求項２２記載のアンテナシステム。
24. 請求項１に記載の２つ以上のアンテナシステムを含む移動体通信無線ネットワークであって、
    各アンテナシステムは、それぞれのカバレッジエリアにおける移動体装置と通信するように配列されており、
    ネットワークコントローラが上記アンテナシステムに接続されていること
    を特徴とする移動体通信無線ネットワーク。
25. カバレッジビームパターンを備えたカバレッジアンテナ（coverage antenna）と、
    上記カバレッジビームパターンを変形するように選択された振幅、幅、及び方向を備えたメインローブを有する補助ビームパターンを備えた補助アンテナ（auxiliary antenna）と、
    上記アンテナからアップリンク信号を受信し、上記アンテナに対してダウンリンク信号を送信する送信／受信システムとを含むこと
    を特徴とするアンテナシステム。
26. 上記補助ビームパターンは、上記カバレッジビームパターンのメインローブの幅よりも小さい幅を備えたメインローブを有すること
    を特徴とする請求項２５記載のアンテナシステム。
27. 上記送信／受信システムは、受信モードにおいて第１の周波数で信号を受信し、送信モードにおいて第２の周波数で信号を送信すること
    を特徴とする請求項２５記載のアンテナシステム。
28. 上記補助ビームパターンのメインローブは、上記カバレッジビームパターンのヌル（null）の位置を調整するように向けられること
    を特徴とする請求項２５記載のアンテナシステム。
29. 上記補助ビームパターンのメインローブは、上記カバレッジビームパターンをヌルフィル（null-fill）するように向けられること
    を特徴とする請求項２５記載のアンテナシステム。
30. 上記補助ビームパターンは、上記カバレッジビームパターンを変形するように選択された位相を有すること
    を特徴とする請求項２５記載のアンテナシステム。
31. 上記補助アンテナの位相を変化させる可変位相シフタを含むこと
    を特徴とする請求項３０記載のアンテナシステム。
32. 上記補助ビームパターンの振幅を低下させる減衰器を含むこと
    を特徴とする請求項２５記載のアンテナシステム。
33. 上記減衰器は、電動の電気機械式減衰器であること
    を特徴とする請求項３２記載のアンテナシステム。
34. 上記カバレッジアンテナは、上記補助アンテナよりも小さい長さを有すること
    を特徴とする請求項２５記載のアンテナシステム。
35. 上記カバレッジアンテナは、上記補助アンテナよりも少数のアンテナエレメントを有すること
    を特徴とする請求項２５記載のアンテナシステム。
36. 上記補助ビームパターンのメインローブは、垂直平面における上記カバレッジビームパターンのメインローブの幅よりも小さい垂直平面における幅を有すること
    を特徴とする請求項２５記載のアンテナシステム。
37. 上記カバレッジビームパターンのメインローブは、下方にダウンチルトされていること
    を特徴とする請求項２５記載のアンテナシステム。
38. 上記補助ビームパターンのメインローブのダウンチルト角は、上記カバレッジビームパターンのメインローブのダウンチルト角とは異なること
    を特徴とする請求項２５記載のアンテナシステム。
39. 上記補助ビームパターンの上記メインローブの上記ダウンチルト角は、上記カバレッジビームパターンの上記メインローブの上記ダウンチルト角よりも小さいこと
    を特徴とする請求項３８記載のアンテナシステム。
40. 上記補助ビームパターンを電気的に操縦する位相シフタを含むこと
    を特徴とする請求項２５記載のアンテナシステム。
41. 当該アンテナシステムは、選択された波長λで作動するように形成され、
    上記カバレッジアンテナと上記補助アンテナとの間の間隔は、１．３λ未満であること
    を特徴とする請求項２５記載のアンテナシステム。
42. 上記カバレッジアンテナと上記補助アンテナとの間の間隔は、１．０λ未満であること
    を特徴とする請求項４１記載のアンテナシステム。
43. 上記カバレッジアンテナに対する及び／又は当該カバレッジアンテナからの放射を反射する略平面の反射器を含むこと
    を特徴とする請求項２５記載のアンテナシステム。
44. 上記補助アンテナに対する及び／又は当該補助アンテナからの放射を反射する略平面の反射器を含むこと
    を特徴とする請求項２５記載のアンテナシステム。
45. 上記略平面の反射器はまた、上記カバレッジアンテナに対する及び／又は当該カバレッジアンテナからの放射を反射すること
    を特徴とする請求項４４記載のアンテナシステム。
46. 請求項２５に記載の２つ以上のアンテナシステムを含む移動体通信無線ネットワークであって、
    各アンテナシステムは、それぞれのカバレッジエリアにおける移動体装置と通信するように配列されており、
    ネットワークコントローラが上記アンテナシステムに接続されていること
    を特徴とする移動体通信無線ネットワーク。