JP2008154257A - 移動通信基地局のアンテナビーム制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】移動通信基地局のアンテナビーム制御装置を提供する。
【解決手段】下側キャップ１０１に装着されたモータボックス１６１と、下側収容空間にモータボックス１６１を収容し下側キャップ１０１の上面に結合されるブラケット１１１と、ブラケット１１１の上側収容空間に挿入される第１軸受１２１と、第１軸受１２１の内周面に挿入された第１シャフト１３１と、上側キャップ１０２に装着される第２軸受１２２と、第２軸受１２２の内周面に挿入された第２シャフト１３２と、その上下端がそれぞれ第１、第２シャフトに固定され回転しアンテナ要素が装着されたアンテナ反射板１５１と、上下キャップに連結され、モータボックス１６１、ブラケット１１１、第１軸受１２１、第１シャフト１３１、第２軸受１２２、第２シャフト１３２及びアンテナ反射板１５１を収容するレードーム１８１とを備え、アンテナ反射板１５１は、シャフトの中心を中心軸として回転する。
【選択図】図２

Description

本発明は、基地局アンテナに関し、特に、電波環境の変化に応じてアンテナビームの水平方位角及び水平ビーム幅を遠隔操作にて制御できるようにした移動通信基地局のアンテナビーム制御装置に関する。

移動通信システムにおいて、セル設計に当たって基地局に装着されるアンテナの位置は該当セルの送受信範囲（Ｃｏｖｅｒａｇｅ）を決定する重要な変数となる。したがって、アンテナは、電波の到達距離を最大限に増やすべく都心ビルの屋上や都心近郊の基地局用鉄塔に取り付けられる。

アンテナの設置にあたり、屋外では各基地局にアンテナ支持ポールを建ててその上端部にアンテナを取り付け、屋内では壁面などにアンテナを固定させるが、いずれの場合もクランピング装置を使ってアンテナを設置する。

アンテナクランピング装置とは、アンテナを壁面や構造物などに固定させる装置のことであり、しかし、この設置には大きな危険が伴う。つまり、クランピング装置は、殆どの場合、設置者が高いアンテナ構造物に上って両手を使って長時間作業をしなければならないため非常に危険であり、且つ、一旦、設置されたアンテナを上下または左右の方向に再設置するためには初期設置時と同様な作業を再び行わねばならない。

図１は、従来の移動通信基地局用アンテナ装置を示す斜視図であり、図１に示すように、従来の移動通信基地局用アンテナ装置は、電波を受信及び送信するための反射板（図示せず）が組み込まれたアンテナ１０と、アンテナ１０を支持するための棒状の支持ポール２０と、支持ポール２０の上側とアンテナ１０とを連結する連結部材３０と、支持ポール２０の下側とアンテナ１０とを連結する連結部材４０とから構成される。

上側連結部材３０は、一端に、アンテナ１０の上端が螺合される固定ねじ部３１が形成されており、他端には、支持ポール２０に固定される上部クランプ３２が形成されている。上部クランプ３２は、ナット３２ａを締め付けたり緩めたりしつつ両締結部３２ｂの間隔を変化させる。また、上側連結部材３０は、２個の連結アーム３３、３４が相互連結された構造であり、これら連結アーム３３、３４は折り曲げ可能にヒンジ結合された継ぎ目部３５で相互連結されており、固定ねじ部３１と連結アーム３３との間、そして上部クランプ３２と連結アーム３４との間には各々、相互回転可能な構造のヒンジ部３３ａ、３４ａが配置されている。

下側連結部材４０は、一側に、アンテナ１０の下端が螺合される固定ねじ部４１が形成され、他端には、支持ポール２０に固定される下部クランプ４２が形成されている。上部クランプ３２と同様に、下部クランプ４２もナット４２ａを締め付けたり緩めたりしつつ両締結部４２ｂの間隔を変化させる。この下部クランプ４２と支持ポール２０は相互回転可能にヒンジ結合された構造となっている。

一方、連結アーム３３の一側面にはアンテナ１０の傾き状態が確認できるように角度表示板３６が備えられるが、角度表示板３６の中央には長手方向に調整穴３６ａが形成されており、この調整穴３６ａの両側には角度を表す目盛り３６ｂが付いている。角度表示板３６は、調整穴３６ａの一側を貫通する固定ねじ３５ａを介して継ぎ目部３５に固定され、調整穴３６ａの他側を貫通する調整ねじ３３ｂを介して連結アーム３３の側面に固定される。

次に、上記のような構造を有する従来の移動通信基地局用アンテナ装置の設置過程について説明する。まず、上部クランプ３２と下部クランプ４２のナット３２ａ、４２ａをそれぞれ緩めて締結部３２ｂ同士、締結部４２ｂ同士の間隔をそれぞれ広めた状態で上部及び下部クランプ３２、４２を支持ポール２０に嵌め、各セクターに該当する電波の方向と一致するようにアンテナ１０を回転させて指向角を調整した後、ナット３２ａ、４２ａをそれぞれ締め付けてアンテナ１０を支持ポール２０に固定させる。

この状態で、調整ねじ３３ｂ、３５ａを緩めて上側連結部材３０が縮まるか伸びる方向にアンテナ１０を移動させつつアンテナ１０の傾きを調整し、このようなアンテナ１０の傾き調整が完了すると再び調整ねじ３３ｂ、３５ａを締め付けてアンテナ１０を固定する。このとき、アンテナ１０の傾きは、角度表示板３６の目盛り３６ｂと調整ねじ３３ｂが一致する位置の値を読み取って確認する。

しかしながら、近年では基地局周辺のビルの地形変化または通話量密集地域での通話品質の劣化に鑑みてアンテナビームの方向を調整する必要性が増加してきた。
また、移動通信システムは、他の基地局と隣接していることから基地局設置及び運用に際して隣接基地局との電波干渉量の度合を考慮して基地局位置を選定しており、その結果、全ての基地局の設定事項を一緒に考慮しなければならない。

しかも、アンテナビームの水平方位角、すなわち、水平ステアリング（Ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ Ｓｔｅｅｒｉｎｇ）において、各放射素子に転送される信号の位相を制御して調整する電気的水平ステアリングを行うと、ビームの方向が変わりつつスキャンロス（Ｓｃａｎ Ｌｏｓｓ）が生じ、且つサイドローブ（Ｓｉｄｅ ｌｏｂｅ）が増加してしまう（例えば、特許文献１参照）。

したがって、水平ステアリングでは機械的にアンテナ自体を左右に回転させて調整することが好ましい。
電気的調整を行う場合には、少なくとも２列以上の放射素子アレイで構成されたアンテナを使用しなければならいが、これは、水平ビーム幅の縮小、製品サイズの増加及び高コスト化などにつながるという問題点があった。

一方、上述した従来の移動通信基地局用アンテナ装置は、設置者が直接アンテナ構造物に接近して調整しなければならないため、作業上の困難さと安全上事故の危険があり、アンテナビームの方向を随時には変えられないという問題点があった。
また、従来の移動通信基地局用アンテナ装置では、アンテナの外部にクランピング装置を取り付け、それが支持ポールと結合されるように構成されているため、全体的にアンテナ装置の占める空間が大きく、外観上綺麗でないという問題点があった。

一方、垂直ダウンティルティング（ｖｅｒｔｉｃａｌ ｄｏｗｎ ｔｉｌｔｉｎｇ）に対し、フェーズシフタを利用した電気的ダウンティルティングの場合には水平ビームの形状が保てるが、機械的ダウンティルティングの場合には水平ビームの中心部は効果的に制御されるものの、側方は正確に制御されないため、それゆえ電気的ダウンティルティングのほうがより効果的であると言われている。

特開２００１−２２３５１６号公報

そこで、本発明は上記従来の移動通信基地局用アンテナ装置における問題点に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、少なくとも１枚のアンテナ反射板の中心を中心軸としてアンテナ反射板を回転させることによってアンテナビームの水平方位角を調整することができる移動通信基地局のアンテナビーム制御装置を提供することにある。

さらに本発明の他の目的は、レードーム中に本発明の全ての構成を組み込ませることによって製品の大きさを縮小ことができ、外観が美麗で環境親和的な移動通信基地局のアンテナビーム制御装置を提供することにある。

さらに本発明の他の目的は、アンテナの水平方位角を機械的作動により調整することができ、且つ、遠隔で制御できるようにした移動通信基地局のアンテナビーム制御装置を提供することにある。
さらに本発明の他の目的は、アンテナの水平方位角を遠隔制御で機械的な操作により調整可能にすることによって１列の放射素子アレイで構成されたアンテナだけでも水平ステアリングができ、製品の大きさ及び価格を低減できるようにした移動通信基地局のアンテナビーム制御装置を提供することにある。

さらに本発明の他の目的は、アンテナの水平ステアリングを遠隔制御で機械的な操作により調整することにより、一緒に結合されるアンテナに電気的にティルティング可能なアンテナを使用することによって電気的垂直ダウンティルティングと機械的水平ステアリングができるハイブリッドタイプの移動通信基地局のアンテナビーム制御装置を提供することにある。

上記目的を達成するためになされた本発明による移動通信基地局のアンテナビーム制御装置は、
下側キャップ及び上側キャップと、前記下側キャップに装着され回転力を提供するモータボックスと、上側及び下側にそれぞれ形成された収容空間を設け、下側の収容空間にモータボックスを収容する状態で前記下側キャップの上面に結合されるブラケットと、前記ブラケットの上側収容空間に挿入される第１軸受と、第１軸受の内周面に挿入されて前記モータボックスの回転力により回転する第１シャフトと、前記上側キャップに装着される第２軸受と、前記第２軸受の内周面に挿入されて回転する第２シャフトと、その上端及び下端がそれぞれ前記第１、第２シャフトに固定され回転し、電波を受信及び送信するためのアンテナ要素が装着されたアンテナ反射板と、前記上側キャップと下側キャップとの間に連結され、前記モータボックス、ブラケット、第１軸受、第１シャフト、第２軸受、第２シャフト及びアンテナ反射板を収容するレードームと、を備え、前記第１、第２シャフトの回転により、前記アンテナ反射板は、その中心を中心軸として回転することを特徴とする。

上述のように構成される本発明に係る移動通信基地局のアンテナビーム制御装置によれば、少なくとも１枚のアンテナ反射板を機械的に左右に調整できるため、アンテナビームの水平方位角を調整することができる効果がある。

また、全ての構成要素をレードーム中に組み込ませることによって製品の大きさを減少させることができ、且つ、環境親和的な製品にすることができる効果がある。さらに、アンテナ反射板がその中心を中心軸として回転するように構成した場合、アンテナ反射板の中心軸がレードームの中心軸に一致すると、製品をより小型化できる効果がある。

また、少なくとも１枚のアンテナ反射板を機械的に左右に調整することができるため、電気的ティルティング可能なアンテナの場合には１列の放射素子アレイで構成されたアンテナだけでも垂直ティルティング及び水平方位角調整が可能であり、この結果、製品の大きさの減少及びコスト低を達成できる効果がある。
また、本発明に係る移動通信基地局のアンテナビーム制御装置は、アンテナの水平方位角を遠隔操作で制御できる効果がある。

次に、本発明に係る移動通信基地局のアンテナビーム制御装置を実施するための最良の形態の具体例を図面を参照しながら説明する。

図２及び図３は、本発明の望ましい実施例による移動通信基地局のアンテナビーム制御装置の断面図であり、図４は、図２の平面図である。
図２乃至図４を参照すると、本発明の望ましい実施例による移動通信基地局のアンテナビーム制御装置は、円筒形状の下側キャップ１０１及び上側キャップ１０２と、制御信号により駆動されて回転力を提供する駆動手段であるモータボックス１６１と、上側及び下側に所定の収容空間が形成され、下側キャップ１０１の上面に装着されて下側収容空間にはモータボックス１６１が受容・結合固定されるブラケット１１１と、ブラケット１１１の上側収容空間に挿入される第１軸受１２１と、第１軸受１２１の内周面に挿入されて回転力を受けて回転する第１シャフト１３１と、上側キャップ１０２に装着される第２軸受１２２と、第２軸受１２２の内周面に挿入されて回転力を受けて回転する第２シャフト１３２と、第１シャフト１３１に装着されてモータボックス１６１から回転力を受ける第２ギア１４２と、第１シャフト１３１と第２シャフト１３２との間に固定連結され、電波を受信及び送信するためのアンテナとして機能する全ての構成要素が装着されたアンテナ反射板１５１と、外部からの制御信号に応じてモータボックス１６１の駆動を制御する駆動制御部１７１と、上側キャップ１０２と下側キャップ１０１との間に連結されるレードーム１８１とから構成される。

モータボックス１６１は、お互い係合されたモータと減速ギアとが含まれており、内部から外部に貫いて突出された回転軸に第１ギア１４１が連結される。このとき、減速ギアは必要に応じて着脱可能になっている。
アンテナ反射板１５１を固定させる装置として、第１シャフト１３１の上端及び第２シャフト１３２の下端のそれぞれに溝（ｇｒｏｏｖｅ）の形成された突出部が備えられており、この突出部の溝にアンテナ反射板１５１の上端及び下端を挿入した後、ねじで結合してアンテナを装置内に固定させる。

また、第１シャフト１３１の上端及び第２シャフト１３２の下端に突出部を備えて、アンテナ反射板１５１を突出部の一側面に取り付け、突出部の反対側に固定部材を取り付けてアンテナ反射板１５１が突出部と固定部材との間に位置するように配置した後、ねじで結合してアンテナ反射板１５１を固定させてもいい。
ブラケット１１１はモータボックス１６１を収容した後、下側キャップ１０１の上面にねじで結合して固定される。

上側キャップ１０２の中央に形成された収容空間は、ブラケット１１１に代替することも可能である。
したがってモータボックス１６１は下側キャップ１０１の上面または上側キャップ１０２の底面に取り付けることも可能である。
アンテナ反射板１５１は、その上辺及び下辺の中心が第１シャフト１３１と第２シャフト１３２に固定されるようにする。こうすると、アンテナ反射板１５１が回転するさい、アンテナ反射板１５１の中心を中心軸（ｃｅｎｔｅｒ ａｘｉｓ） として回転するようになる。

以下、本発明の第１の実施例による移動通信基地局のアンテナビーム制御装置の動作を詳細に説明する。
まず、駆動制御部１７１は、隣接地域に高層ビルが増設されたり、新しい基地局が増設されたり、或いは、一時的な通話量増加などの電波環境が変わる場合、最適のセルプランニングのために外部の制御信号に応じてモータボックス１６１に制御信号、すなわち、駆動電圧を出力することによってアンテナ反射板１５１の左右回転を制御する。

駆動制御部１７１から制御信号が入力されるとモータボックス１６１内のモータが駆動され、これにより、減速ギアが回転しつつ減速ギアに係合された回転軸（ｒｏｔａｔｉｏｎ ｓｈａｆｔ）が回転するようになる。
回転軸の回転に伴ってその回転軸に係合された第１ギア１４１が回転し、これによって第１ギア１４１に係合された第２ギア１４２が回転する。

第２ギア１４２の回転に伴って第１シャフト１３１が回転するようになるが、回転体の第１軸受１２１により第１シャフト１３１は容易に回転できる。
第１シャフト１３１が回転すると、これに連結されたアンテナ反射板１５１及び第２シャフト１３２が連動して回転するようになり、これによってアンテナ反射板１５１の左右回転が可能になる。
このとき、アンテナ反射板１５１の中心部分が第１及び第２シャフト１３１、１３２に固定されているため、アンテナ反射板１５１の中心を中心軸（ｃｅｎｔｅｒ ａｘｉｓ）としてアンテナ反射板１５１が回転するようになる。

このとき、図５に示すように、本発明の第１の実施例の構成要素をレードーム中に３個ずつ装着すれば３セクター用アンテナに使用でき、６個ずつ装着すれば６セクター用のアンテナにも使用できる。上述のように構成することにより各セクターに放射されるビームの水平方位角を全て調整することができる。

一方、前記第１ギア１４１及び第２ギア１４２は、全て太陽ギア（ｓｕｎ ｇｅａｒ）を用いて構成した例が開示されているが、図６に示したように、
第２ギアを扇状に構成し、その内周面にはギアの歯を形成して前記第１ギア１４１の外周面と第２ギア２４２の内周面とが噛み合いつつ回転できるように構成することができる。

尚、本発明は、上述の実施例に限られるものではない。本発明の技術的範囲から逸脱しない範囲内で多様に変更実施することが可能である。

従来の移動通信基地局用アンテナ装置を示す斜視図である。 本発明の望ましい実施例による移動通信基地局のアンテナビーム制御装置の断面図である。 図２に示した移動通信基地局のアンテナビーム制御装置の断面図である。 図３に示した移動通信基地局のアンテナビーム制御装置の平面図である。 本発明の望ましい実施例の構成要素をレードーム中に３個ずつ装着した場合の平面図である。 図１に示した 移動通信基地局のアンテナビーム制御装置の第２ギアの変更例を示す詳細 図である

符号の説明

１０１ 下側キャップ
１０２ 上側キャップ
１１１ ブラケット
１２１、２２１ 第１軸受
１２２ 第２軸受
１３１ 第１シャフト
１３２ 第２シャフト
１４１ 第１ギア
１４２、２４２ 第２ギア
１５１ アンテナ反射板
１６１ モータボックス
１７１ 駆動制御部
１８１、２８１ レードーム
２１１ 支持ポール

Claims (10)

1. 移動通信基地局のアンテナビーム制御装置であって、
   下側キャップ及び上側キャップと、
   前記下側キャップに装着され回転力を提供するモータボックスと、
   上側及び下側にそれぞれ形成された収容空間を設け、下側の収容空間にモータボックスを収容する状態で前記下側キャップの上面に結合されるブラケットと、
   前記ブラケットの上側収容空間に挿入される第１軸受と、
   第１軸受の内周面に挿入されて前記モータボックスの回転力により回転する第１シャフトと、
   前記上側キャップに装着される第２軸受と、
   前記第２軸受の内周面に挿入されて回転する第２シャフトと、
   その上端及び下端がそれぞれ前記第１、第２シャフトに固定され回転し、電波を受信及び送信するためのアンテナ要素が装着されたアンテナ反射板と、
   前記上側キャップと下側キャップとの間に連結され、前記モータボックス、ブラケット、第１軸受、第１シャフト、第２軸受、第２シャフト及びアンテナ反射板を収容するレードームと、を備え、
   前記第１、第２シャフトの回転により、前記アンテナ反射板は、その中心を中心軸として回転することを特徴とする移動通信基地局のアンテナビーム制御装置。
2. 前記第１シャフトの上端及び第２シャフトの下端のそれぞれに溝が形成された突出部をさらに備え、
   前記アンテナ反射板の上端及び下端が前記突出部の溝に挿入されることを特徴とする請求項１記載の移動通信基地局のアンテナビーム制御装置。
3. 前記アンテナ反射板の上端及び下端をねじで前記突出部に結合することによって、前記アンテナ反射板が前記第１の、第２シャフトに固定されることを特徴とする請求項１記載の移動通信基地局のアンテナビーム制御装置。
4. 前記記モータボックスに装着される第１ギアと、
   前記第１シャフトに装着される第２ギアと、をさらに備え、
   前記第１、第２ギアが係合され前記モータボックスの回転力を伝達して前記第１シャフトを回転させることを特徴とする請求項１記載の移動通信基地局のアンテナビーム制御装置。
5. 前記第１、第２ギアは、すべて太陽ギア（ｓｕｎ ｇｅａｒ）であることを特徴とする請求項４記載の移動通信基地局のアンテナビーム制御装置。
6. 前記第１ギアは太陽ギア（ｓｕｎ ｇｅａｒ）であり、前記第２ギアは扇状でありながら、その内周面にギア歯が形成されて前記第１ギアに係合されることを特徴とする請求項４記載の移動通信基地局のアンテナビーム制御装置。
7. 前記アンテナ反射板はその中心を中心軸として回転し、前記アンテナ反射板の中心は、前記レードームの中心軸に一致することを特徴とする請求項１記載の移動通信基地局のアンテナビーム制御装置。
8. 前記アンテナ反射板は、前記レードーム内に３個がそれぞれ設置されることを特徴とする請求項１記載の移動通信基地局のアンテナビーム制御装置。
9. 前記モータボックスの駆動を制御する駆動制御部をさらに備え、前記駆動制御部は前記アンテナ反射板に装着されることを特徴とする請求項１記載の移動通信基地局のアンテナビーム制御装置。
10. 前記下側キャップと上側キャップはそれぞれ円筒形であることを特徴とする請求項１記載の移動通信基地局のアンテナビーム制御装置。

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