JP2005051409A - アンテナ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ビームチルト角の変更を容易、迅速かつ安全に行え、なおかつ、比較的簡易な構成のアンテナ装置を提供する。
【解決手段】長尺のアンテナエレメント２０を備える基地局用アンテナ装置１と、当該基地局用アンテナ装置１を支柱３に取り付けるための上部取付部４および下部取付部６を備え、上部取付部４および下部取付部６によって、支柱３に対して傾斜するように、アンテナエレメント２０が傾動可能に支持される共に、支柱３に対するアンテナエレメント２０の傾斜角を変更すべくモーター７によって上部取付部４が駆動される構成とした。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ビームチルト角を変更・調整可能なアンテナ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
携帯電話や自動車電話といったセルラーフォンシステムで用いられている基地局用アンテナは、セル構成に応じたサービスエリアに向けて電波を送信する一方で、当該サービスエリアに在圏する移動機（携帯電話機や自動車電話機など）からの電波を受信している。かかる電波の送受を実現するために、基地局用アンテナは、サービスエリアに応じた水平面内ビーム幅を形成するよう構成されると共に、所望の利得を得るために垂直方向に多段にアンテナエレメントが配列されて構成される。
【０００３】
上記セルラーフォンシステムにあっては、各セル間で同一の周波数が繰り返し使用し、周波数の利用効率を向上させている。しかしながら、隣接セル間で同一周波数を使用した場合、なんら対策を講じなければ電波干渉が生じてしまう。そこで、基地局では、自局のセル内に所要の電波を照射し、隣接セルには、極力電波が放射されないように、基地局用アンテナの主ビーム方向を自局のセルの外縁部に向かうように制御する、いわゆるビームチルトが行われている。
【０００４】
上記のように、基地局用アンテナのビームチルト角は、サービスエリア範囲に応じて決定されるものであり、サービスエリア範囲の調整などがなされた場合には、これに応じてビームチルト角も変更される。基地局用アンテナのビームチルト角を変更する技術として、大別すると、従来から次の２つの技術が用いられている。すなわち、作業員がビームチルト角を手動で変更する技術（例えば、特許文献１参照）と、電気的制御によりビームチルト角を自動で変更する技術とである。
【０００５】
ビームチルト角を手動で変更する技術にあっては、基地局用アンテナが機械的リンク機構を介して支柱に取付られており、作業員が機械的リンク機構を調整することで、支柱に対する基地局用アンテナの傾斜角を変更してビームチルト角を調整する構成となっている。
【０００６】
一方、電気的制御により基地局用アンテナのビームチルト角を変更する技術にあっては、基地局用アンテナの主ビーム方向が、アンテナアレイを構成する各アンテナ素子から放射された電波の合成波の進行方向となることを利用し、アンテナ素子の電力と給電位相とを電気的に制御してビームチルト角を調整する構成となっている。具体的には、図５に示すように、基地局用アンテナ装置１は、各アンテナ素子１２に供給される電力を制御する電力分配回路１５と、給電位相、すなわち、給電線路長を制御する移相器１４と、給電線路上に介挿される位相調整ケーブル１３とを備えている。さらに移相器１４は、図示せぬモーターを備え、このモーターが位相調整ケーブル１３の経路長（位相線路長）を調整する構成となっている。この構成の下、外部端末などから電力分配回路１５および移相器１４を制御することにより、ビームチルト角の調整が行われる。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００１−２９２０１５号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記２つの従来技術には、次のような問題点があった。すなわち、作業者が手動でビームチルト角を変更する技術にあっては、作業者は、基地局用アンテナが設置された鉄塔または鉄柱に登る必要がある。そのため、ビームチルト角の角度調整や確認に時間がかかる上、作業者にとっては高所作業の危険が伴うといった問題がある。さらには、作業者は、高所作業の認められた者に限定され、また、作業者の人件費が必要となるといった問題もある。
【０００９】
一方、電気的制御によりビームチルト角を自動で変更する技術にあっては、電気的装置構成が複雑になる上、移相器のコストが高いといった問題がある。さらに、アンテナの周波数帯域を広くした場合、中心周波数から離れるにつれて位相のずれが大きくなり、所望の指向性を得ることが難しくなるといった問題もあり、また、移相器による伝送損失の分だけ、アンテナの利得（感度）が低下するといった問題もある。
【００１０】
本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであり、ビームチルト角の変更を容易、迅速かつ安全に行え、なおかつ、比較的簡易な構成のアンテナ装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、長尺のアンテナエレメントを備えるアンテナと、当該アンテナを支柱に取り付けるための取付部材を備え、前記取付部材は、前記支柱に対して傾斜するように、前記アンテナを傾動可能に支持する支持部と、前記支柱に対する前記アンテナエレメントの傾斜角を変更すべく前記アンテナを傾動させる駆動手段とを具備することを特徴とするアンテナ装置を提供する。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のアンテナ装置において、前記支持部は、前記アンテナエレメントの下方に取り付けられ、前記アンテナエレメントを前記支柱に対して傾動可能に支持する第１支持部と、前記アンテナエレメントの上方に取り付けられ、前記アンテナエレメントと前記支柱との間で伸縮し前記アンテナエレメントの上方から前記支柱までの離間距離を変更するリンク機構を備えた第２支持部とを有し、前記駆動手段は、前記リンク機構の伸縮を制御して前記アンテナエレメントの傾斜角を変更することを特徴とする。
【００１３】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載のアンテナ装置において、前記リンク機構の伸び幅、あるいは、縮み幅を規制する規制手段を、更に具備することを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図１は、本実施形態にかかる基地局用アンテナ装置１の構成を概略的に示す図である。この図に示すように、基地局用アンテナ装置１は、上下方向に伸びる長尺のアンテナエレメント２０と、アンテナエレメント２０の底部に設けられる給電部２２とを備え、給電部２２には給電ケーブル２が接続されている。この基地局用アンテナ装置１は、主ビーム方向がアンテナの正面（水平面に対して０度）方向となる固定チルト型アンテナであり、上記移相器を有していない。
【００１５】
また、同図に示すように、基地局用アンテナ装置１は、上部取付部４および下部取付部６により、支柱３に取付けられる。下部取付部６は、アンテナエレメント２０の下方（図面下方）に取付けられ、当該取付位置を略支点として基地局用アンテナ装置１を傾動可能に支持する部材である。より具体的には、下部取付部６は、支柱３を抱持する第１金具６ａと、アンテナエレメント２０の下方に取付固定される第２金具６ｂと、第１金具６ａと第２金具６ｂとを連結する連結金具６ｃとを備えている。連結金具６ｃは、１本のボルトにより第１金具６ａに軸着され当該ボルトを支点軸６０として回動自在になされる一方で、第２金具６ｂに複数のボルトで固着されている。
【００１６】
一方、上部取付部４は、アンテナエレメント２０の上方（図面上方）に取付けられ、支柱３との離間距離を調整可能にアンテナエレメント２０を支持するものである。より具体的には、上部取付部４は、支柱３を抱持する第３金具４ａと、アンテナエレメント２０の上方に取付固定される第４金具４ｂと、第３金具４ａと第４金具４ｂとを連結するパンタグラフ４ｃとを備えている。このパンタグラフ４ｃは、左右各１対の下段アーム４０、４１と、左右各一対の上段アーム４２、４３との夫々が連結部４４、４５により回動可能に連結されてなる一対のリンク部材５０、５１を備え、これらのリンク部材５０、５１により略平行四辺形をなし、リンク部材５０、５１（詳細には、連結部４４、４５）が互いに逆方向に移動することにより、第３金具４ａと第４金具４ｂとの離間距離を変更可能に伸縮する。以上の構成により、パンタグラフ４ｃの伸縮に応じてアンテナエレメント２０が下部取付部６の支点軸６０を中心に傾動可能となる。
【００１７】
さらに、本実施形態では、伸縮制御機構３０が上部取付部４のパンタグラフ４ｃを伸縮させる構成となっている。図２は、伸縮制御機構３０を拡大して示す図である。この図に示すように、伸縮制御機構３０は、パンタグラフ４ｃの各連結部５０、５１を貫通する調整用長ねじ５と、この調整用長ねじ５と同軸に連結されるモーター７と、このモーター７を支柱３に支持するモーター支持部８と、パンタグラフ４ｃの伸縮幅を規制するストッパー９を備えている。
【００１８】
さらに詳述すると、調整用長ねじ５は、パンタグラフ４ｃの各連結部４４、４５を貫通するように設けられる一方、各連結部４４、４５の貫通孔（不図示）は、その内側面にねじ山が刻まれ、いわゆる雌ねじ構造になされている。さらに、連結部４４、４５に形成された雌ねじ構造は、互いに逆ねじ構造になされている。すなわち、モーター７の回転により調整用長ねじ５が連結部４４、４５の雌ねじ構造に対して回転した場合、連結部４４、４５が調整用長ねじ５の軸方向に互いに反対方向に移動し、これによりパンタグラフ４ｃが伸縮する。
【００１９】
モーター支持部８は、パンタグラフ４ｃの伸縮に応じてモーター７を移動可能に支持する部材であり、支柱３を抱持する第５金具８ａと、モーター７を抱持する第６金具８ｂとを備え、第６金具８ｂが第５金具８ａに移動可能に連結されて構成されている。具体的には、第５金具８ａは、第６金具８ｂが位置する側に設けられる板状部材８０を備え、この板状部材８０の面内には、円弧状に長孔８１が形成されている。一方、第６金具８ｂは、第５金具８ａが位置する側に設けられる板状部材８２を備え、この板状部材８２は、上記板状部材８０と各々の平面が重なるように配置される。また、板状部材８２を貫通して長孔８１に挿通するようにボルト８３が設けられている。これにより、長孔８１に挿通されたボルト８３が長孔８１を摺動するため、パンタグラフ４ｃの伸縮に追従してモーター７も移動可能となる。
【００２０】
ストッパー９は、調整用長ねじ５の上端付近に嵌め込まれるナットであり、パンタグラフ４ｃの上段アーム４２、４３の連結部４５が、調整用長ねじ５に沿って上方に移動する際に、当該ストッパー９により、その上限移動位置が規制される。これにより、パンタグラフ４ｃの縮み幅（すなわち、アンテナエレメント２０の上部と支柱３との最短離間距離）が規定されることにより、アンテナエレメント２０の支柱３に対する最小傾斜角が規定されることとなる。このように、アンテナエレメント２０の傾斜角を規制する機械的構造手段を設けることで、使用され得ない傾斜角、すなわち、ビームチルト角に設定されないように傾斜可動領域を制限している。なお、本実施形態では、ビームチルト角の設定可能範囲が水平面に対して下向き５度±７度となるように、上記ストッパー９が設けられている。また、アンテナエレメント２０の支柱３に対する最大傾斜角を規制すべく、調整用長ねじ５の軸上における連結部４５の下方位置に、更にストッパーを設けても良いことは勿論である。
【００２１】
また、図１に示すように、上記モーター７は、制御ケーブル１０を介してコントローラ１１に接続されている。このコントローラ１１は、モーター７を回転させパンタグラフ４ｃを伸縮させることにより、アンテナエレメント２０の傾斜角、すなわち、ビームチルト角を変更・調整する制御ユニットであり、作業者が操作し易い場所に設置されている。
【００２２】
さらに詳述すると、コントローラ１１は、上段アーム４２、４３の連結部４５がストッパー９に当接して調整用長ねじ５の回転が規制される点を基準点とし、この基準点から連結部４５までの距離（以下、「連結部位置」と称する）をモーター７の回転数に基づいて算出する機能を備えている。さらに、コントローラ１１は、支柱３（の軸方向）に対するアンテナエレメント２０の傾斜角、すなわち、ビームチルト角と上記連結部位置との対応を算出する機能を備え、図示せぬ入力装置から所望のビームチルト角を受け取った場合に、このビームチルト角に対応する連結部位置を算出し、この連結物位置に連結部４５が位置するようにモーター７を回転させる。これにより、所望のビームチルト角となるように、アンテナエレメント２０が支柱３に対して傾斜する。また、コントローラ１１は、図示せぬ表示装置に出力し、この表示装置には、現在のアンテナエレメント２０の正確な傾斜角、すなわち、正確なビームチルト角が表示される。
【００２３】
以上説明したように、本実施形態によれば、コントローラ１１により制御可能になされたモーター７によりアンテナエレメント２０の傾斜角を変更・調整する構成であるため、作業者は、工具などを用いて手作業によりアンテナエレメント２０の傾斜角を変更・調整するといった煩雑な作業をせずとも、コントローラ１１を操作することで、自動で正確に変更・調整することができる。また、基地局用アンテナ装置１が高所に設置されている場合に、作業者は、高所の作業から解放される。
【００２４】
さらに、ビームチルト角を変更するための移相器や電力分配回路を余分に設ける必要がないため、装置コストを安価に抑えることができると共に、本実施形態では、モーター７の一軸回転制御のみでビームチルト角を制御する構成としたため、回路構成を簡易とすることができる。また、移相器による伝送損失の分だけ、アンテナの利得（感度）が低下するといった問題を回避することができる。
【００２５】
＜変形例＞
上述した実施形態は、あくまでも本発明の一態様であり、本発明の範囲内で任意に変形可能である。例えば、上述した実施形態にあっては、上部取付部４が備えるパンタグラフ４ｃを伸縮させてアンテナエレメント２０と支柱３との離間距離（すなわち、アンテナエレメント２０の傾斜角）を調整・変更する構成について例示したが、離間距離を調整するための機構は、これに限らない。例えば、図３（ａ）、図３（ｂ）に示すように、上部取付部４がパンタグラフ４ｃの代わりに、ワイヤ巻取機構４ｄを備え、ワイヤ（例えば銅線）の巻き取り、あるいは、繰り出しによりアンテナエレメント２０の離間距離を調整する構成でも良い。
【００２６】
より具体的には、ワイヤ巻取機構４ｄは、支柱３を抱持する上記第３金具４ａに取付固定されるボビン６０と、ボビン６０を回転駆動させるモーター７と、ボビン６０に巻き取られるワイヤ６２とを備え、ワイヤ６２の引き出し端が、アンテナエレメント２０に取付固定される上記第４金具４ｂに引っ掛けられている。この構成において、モーター７がボビン６０を回転させ、ワイヤ６２の巻き取り、あるいは繰り出しを行わせることで、アンテナエレメント２０と支柱３との離間距離を変更・調整する。なお、この構成にあっては、アンテナエレメント２０は、支柱３に対して必ず傾斜する姿勢で支持され、自重によって支柱３から離れる方向の力がアンテナエレメント２０に常に加わるようになされており、これにより、ワイヤ６２が繰り出された場合には、支柱３との傾斜角が大となるように傾斜する。
【００２７】
また例えば、上述した実施形態にあっては、モーター７の回転軸を調整用長ねじ５の軸と同軸に直接連結する構成について例示したが、これに限らず、例えば、図４に示すように、モーター７の回転軸をギア１８を介して調整用長ねじ５に伝達する構成であっても良い。この構成によれば、ギア１８のギア比を適宜選択すれば、比較的小さな回転トルクで調整用長ねじ５を回転させたり、また、少ない回転数で調整用長ねじ５の回転量を大きくできるため、モーター７に小型なものを用いることができる。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ビームチルト角の変更を容易、迅速かつ安全に行え、なおかつ、比較的簡易な構成のアンテナ装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態にかかる基地局用アンテナ装置の構成を示す図である。
【図２】同基地局用アンテナ装置の上方部分を拡大して示す図である。
【図３】本発明の変形例にかかる基地局用アンテナ装置の構成を示す図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図である。
【図４】本発明の他の変形例にかかる基地局用アンテナ装置の構成を示す図である。
【図５】従来の技術を説明するための図である。
【符号の説明】
１ 基地局用アンテナ装置
３ 支柱
４ 上部取付部
４ｃ パンタグラフ
６ 下部取付部
７ モーター
８ モーター支持部
９ ストッパー
１１ コントローラ
２０ アンテナエレメント
３０ 伸縮制御機構
５０、５１ リンク部材

Claims (3)

1. 長尺のアンテナエレメントを備えるアンテナと、当該アンテナを支柱に取り付けるための取付部材を備え、
   前記取付部材は、前記支柱に対して傾斜するように、前記アンテナを傾動可能に支持する支持部と、
   前記支柱に対する前記アンテナエレメントの傾斜角を変更すべく前記アンテナを傾動させる駆動手段と
   を具備することを特徴とするアンテナ装置。
2. 前記支持部は、
   前記アンテナエレメントの下方に取り付けられ、前記アンテナエレメントを前記支柱に対して傾動可能に支持する第１支持部と、
   前記アンテナエレメントの上方に取り付けられ、前記アンテナエレメントと前記支柱との間で伸縮し前記アンテナエレメントの上方から前記支柱までの離間距離を変更するリンク機構を備えた第２支持部とを有し、
   前記駆動手段は、
   前記リンク機構の伸縮を制御して前記アンテナエレメントの傾斜角を変更する
   ことを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
3. 前記リンク機構の伸び幅、あるいは、縮み幅を規制する規制手段を、更に
   具備することを特徴とする請求項２に記載のアンテナ装置。

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