JP2008527791A - 携帯電話網における無線基地局の改善されたアンテナ - Google Patents

Abstract

本発明は、第１のサブアンテナ（１１０、１２０）を具備し、第１のサブアンテナが第１のサブアンテナ内で信号を分配する第１の信号供給網（１２０、２２０）を有する携帯電話網における無線基地局（１０５）のアンテナ装置（１００、２００、３００）を開示する。アンテナ装置は、第２のサブアンテナ（１１２、２１２）を更に具備し、第２のサブアンテナは、第２のサブアンテナ内で信号を分配する第２の信号供給網（１７５、２７５）を有する。第１の信号供給網及び第２の信号供給網は、共通の主信号供給網（１７０、２７０）に接続され、それによりアンテナ装置に単一の信号供給ポートを提供する。装置は、サブアンテナのうち少なくとも一方のサブアンテナを制御する制御手段（１５０、１８８）を更に具備する。アンテナ装置（１００、２００、３００）は、第１のサブアンテナ及び第２のサブアンテナのうち少なくとも一方のサブアンテナにより送信又は受信される信号に時間遅延（τ）を導入する手段（２９５）を更に具備してもよい。

Description

本発明は、第１のサブアンテナを具備し、第１のサブアンテナが第１のサブアンテナ内で信号を分配する第１の信号供給網を有する携帯電話網における無線基地局のアンテナ装置を開示する。

携帯電話システムにおいては、都市環境及び郊外環境、並びに、例えば高速道路に沿った地域などの人口密度の低い地域のように、広範囲にわたる種々の異なる周囲環境に対応することが必要となる場合が多い。

通常、携帯電話システムにおける従来のサイト設備は、アップリンクに１つ、ダウンリンクに１つの２つのアンテナをセルごとに利用する。場合によっては、アップリンク及びダウンリンクに対して異なるアンテナが使用されるが、通常、２つの送信方向は同一のアンテナを利用する。また、ダウンリンクに対して２つのアンテナが使用される場合もある。あるサイトに対するアンテナは、利得、ビーム幅、サイドローブレベルなどのパラメータに関して選択される。

機械設備によってビームに傾きが与えられるように、アンテナが設置されてもよく、あるいは電気的操向によってアンテナビームに所望の方向の傾きが与えられてもよい。

しかし、既存の種類のアンテナは、限られた数のパラメータ変化のみを提供する。その結果、サイト設備によっては所望の有効範囲を提供できず、その他にも、例えばセル同士が十分に分離されていないなどの望ましくない影響を示すことがある。

従って、先に説明したように、放射パターン又はセルの有効範囲を変化させることに関して、周知のアンテナより優れた融通性を提供できる携帯電話システムにおける無線基地局のアンテナ又はアンテナ装置が必要とされる。

第１のサブアンテナを具備し、第１のサブアンテナが第１のサブアンテナ内で信号を分配する第１の信号供給網を有する携帯電話網における無線基地局のアンテナ装置を開示することにより、本発明は上記の必要性に対応する。

アンテナ装置は、第２のサブアンテナを更に具備し、第２のサブアンテナは、第２のサブアンテナ内で信号を分配する第２の信号供給網を有する。第１の信号供給網及び第２の信号供給網は、共通の主信号供給網に接続され、それによりアンテナ装置に単一の信号供給ポートを提供する。

本発明の装置は、サブアンテナのうち少なくとも一方のサブアンテナを制御する制御手段を更に具備する。

アンテナ装置は、第１のサブアンテナ及び第２のサブアンテナのうち少なくとも一方のサブアンテナにより送信又は受信される信号に時間遅延を導入する手段を更に具備するようにしてもよい。

制御手段は、アンテナ装置の中で制御信号を１つ以上のサブアンテナに分配するために使用されてもよい。制御できるものの例には、先に述べた時間遅延に加えて、例えば電気的に操向可能であるサブアンテナのうち一方のサブアンテナの電気的操向又はサブアンテナ間の相対電力分配（適用可能であれば）などがある。

アンテナ装置の主信号供給網は、種々の方法で実現できる。そのような実現形態の１つは並列型であり、その場合、サブアンテナは並列に信号を供給される。主信号供給網の別の実現形態は直列型である。この場合には、サブアンテナのうち一方のサブアンテナは２つのＲＦポートを具備し、一方のポートは基地局に向かう接続のために使用され、他方のポートは他方のサブアンテナに接続される。

共通の主信号供給網が、無線基地局に向かう単一のＲＦポートを本発明の装置に提供するため、基地局の機器は、装置を単一のアンテナとして扱うことが可能である。従って、基地局において変更を実施する必要がなく、これは、言うまでもなく１つの利点である。

必要に応じて、本発明の装置は、先に挙げた第１のサブアンテナ及び第２のサブアンテナより多くの数のサブアンテナを含んでもよいが、本明細書の説明中、本発明の装置は、一貫して２つのサブアンテナを具備するものとして説明される。尚、本発明の装置において設けられる各サブアンテナを無線基地局で使用される従来のアンテナとして設計することができる点が重要である。

前述のように、アンテナ装置は、セルの所望の有効範囲を発生するために使用されてもよい。従って、第１のサブアンテナは、ビームを電気的に傾けるための手段を具備してもよく且つセルの外側部分をカバーするのに使用可能であるのに対し、第２のサブアンテナは、基地局の付近のエリアをカバーするのに使用される。

別の例として、アンテナが屋根の上に設置される郊外の地域においては、アンテナまでの距離は短いと考えられるが、大きな伝播損失によって、アンテナに近接する道路レベルにおける有効範囲は不十分になる。大きな伝播損失を受ける地域に向けて第２のサブアンテナの方向を規定することにより、この問題を克服できる。

装置のサブアンテナの間の望ましくない相互作用を回避するために、異なるサブアンテナは、異なる偏波、異なる経路（時間）遅延又は十分な空間的な距離を有することができる。

図１に、本発明のアンテナ装置の第１の実施形態１００を概略的に示す。図１に示したように、装置１００は、携帯電話網において無線基地局１０５に接続されることを意図している。

装置１００は、第１のアンテナ１１０及び第２のアンテナ１１２を具備する。それらのアンテナは、同一のアンテナ装置の中で「サブアンテナ」としてもよい。図１に示されるように、第１のサブアンテナ及び第２のサブアンテナのうち一方又は双方は、複数の放射要素１３０〜１４０及び１８０を具備するアレイアンテナであってもよい。また、それらの放射要素の偏波は同一であっても、あるいは異なっていてもよい。

更に、同一のサブアンテナ内で複数の二重偏波アンテナ要素を使用することも可能である。

各サブアンテナ１１０、１１２は、それぞれ対応するサブアンテナ内で信号を分配するための信号供給網１２０、１７５を更に具備する。

無線基地局１０５は、基地局及びサブアンテナとの間で信号を分配する共通の主信号供給網１７０によってアンテナ装置１００に接続される。共通の主信号供給網１７０は、共通の供給接続部１０８によって無線基地局１０５に接続される。共通の供給接続部１０８は、従来のＲＦ接続部であってもよい。

無線基地局１０５とサブアンテナ１１０、１１２との間に共通の供給接続部１０８及び共通の信号供給網１７０が存在するため、基地局は、アンテナ装置１００を単一のアンテナとして認知し且つ単一のアンテナとして扱うことが可能である。これは、無線基地局に変更を導入する必要がないことを意味する。

共通の主信号供給網１７０は、フィーダ接続部１６０を介してサブアンテナ１１０、１１２に接続される。フィーダ接続部１６０は、第１のサブアンテナの信号供給網１２０及び第２のサブアンテナの信号供給網１７５にそれぞれ接続される。

本発明の装置１００においては、サブアンテナのうち少なくとも一方のサブアンテナに対して、制御接続部１５０、１８８が配置される。制御接続部１５０、１８８によって、サブアンテナの制御及び監視を実行することができる。いくつかの実施形態においては、それらの制御接続部に加えて又はそれらの代わりに、装置の主信号供給網１７０に接続する制御接続部１９０が設けられてもよい。

制御接続部１５０、１８８、１９０によって実行されるサブアンテナの制御は、無線基地局１０５の内部の制御機能により処理されるか、又はそれに代わるシステム内部の別個の制御機能により処理される。制御接続部の使用に関しては、本明細書中で後で更に詳細に説明する。

ここで、本発明のアンテナ装置の基礎となる原理について説明する。すなわち、携帯電話システムの中で１つのセルの所望の有効範囲を実現するために、複数のサブアンテナ１１０、１１２は独立して制御される。サブアンテナは、互いに同一であってもよく、あるいは異なっていてもよい。サブアンテナ１１０、１１２は、共通の主信号供給網１７０を介して無線基地局１０５に接続される。すなわち、無線基地局は、サブアンテナを単一のアンテナとして認知する。このため、基地局に対して変更を実施する必要はなく、先に説明された制御手段が導入されるだけでよい。この制御手段は、基地局とは別個の機能であってもよく、あるいは基地局の内部の機能として統合されてもよい。

図２は、本発明のアンテナ装置２００の別の実施形態を示す。アンテナ装置２００は、携帯電話網における無線基地局で使用されることを意図したものであり、先に示された実施形態と同様に、アンテナ装置２００は、マイクロ波範囲の電磁エネルギーを送受信する第１のサブアンテナ２１０を具備する。第１のサブアンテナ２１０は、破線で描かれた矩形の中に示される。

アンテナ装置２００は、第１のアンテナ内で信号を分配する第１のアンテナ信号供給網２２０と、第１のアンテナに対する第１の制御接続部２５０とを更に具備する。

これに加えて、アンテナ装置２００は、マイクロ波範囲の電磁エネルギーを送受信する第２のサブアンテナ２１２と、第２のサブアンテナに対する第２の制御接続部２８８と、第２のアンテナ内で信号を分配する第２のアンテナ信号供給網２７５とを更に具備する。

第１のサブアンテナ２１０の信号供給網２２０及び第２のサブアンテナ２１２の信号供給網２７５は、共通の主信号供給網２７０に接続される。主信号供給網２７０は、信号供給網２２０及び２７５を無線基地局に接続することができる。各サブアンテナ２１０、２１２は、１つ以上の放射要素２３０〜２４０、２８０を具備する。

サブアンテナからの信号どおしの望ましくない相互作用が問題となることがないようにするために、アンテナ装置は、一方のサブアンテナ、この場合には第２のサブアンテナ２１２から送信される（又は第２のサブアンテナ２１２により受信される）信号に時間遅延tを導入する手段２９５を具備する。図２に示される実施形態においては、この遅延の制御は、別個の制御機能２９０により処理される。制御機能２９０は、アンテナ装置２００が接続される基地局と一体の機能であってもよい。

このような相互作用を回避するために使用可能な他の手段として、サブアンテナの間で異なる偏波を使用する手段又は異なるサブアンテナを十分に空間的に分離する手段を含んでいてもよい。

図１及び図２に示されるアンテナ装置１００、２００においては、サブアンテナは、共に同一の地理的場所に配置される。すなわち、サブアンテナは互いに近接して配置される。これは単なる例であり、図３は、これに当てはまらない本発明の別の実施形態３００を示す。システム３００は、本質的に図２のシステム２００と同一の構成要素を具備するため、ここではシステム３００の詳細な説明を省略する。

しかし、システム２００とシステム３００との主な相違点は、システム３００の場合、サブアンテナが互いに近接して配置されないことである。点線により示されるように、サブアンテナは、近接して配置されるのではなく互いに非常に遠く離れて配置される（図中符号３００'及び３００"）が、先の実施形態と同様に、サブアンテナを基地局に接続する共通の信号供給網に接続され、サブアンテナの制御接続部が使用される。

本発明は、上記の実施形態に限定されず、添付の請求の範囲の範囲内で自在に変形されてもよい。ここで挙げることができる変形例は、例えば、第１のサブアンテナが第１の偏波を有し、第２のサブアンテナが第１の偏波に対してほぼ直交する第２の偏波を有するような構成である。第１のサブアンテナ及び第２のサブアンテナのうち少なくとも一方のサブアンテナは、少なくとも２つの放射要素を有するアレイアンテナであってもよい。

第１のサブアンテナ及び第２のサブアンテナの信号供給網は、例外なく主信号供給網に並列に接続されるものとした。しかし、一方のサブアンテナの１つの信号供給網が、他のサブアンテナとの間でＲＦ信号を分配する手段を具備していてもよい。これは、サブアンテナが共通の主信号供給網から順次信号の供給をうけることを意味する。

その場合、装置の制御手段は、第１のサブアンテナと第２のサブアンテナとの間の電力分配を制御するために使用される。

サブアンテナが主信号供給網に並列に接続される実施形態においては、主信号供給網に接続された制御手段１９０は、同様に、サブアンテナの間の電力分配又は先に挙げたその他のパラメータのうちいくつかを制御するために使用されてもよい。

第１のサブアンテナ及び第２のサブアンテナは、方位角及び仰角における利得及びビーム幅、並びに他のパラメータに関して互いに同一であってもよい。それに代わる構成として、一方のサブアンテナは、方位角又は仰角におけるアンテナ利得及び／又はアンテナビーム幅又は他のパラメータに関して他方のアンテナと異なってもよい。

本発明のアンテナ装置の第１の実施形態を示す図である。 本発明のアンテナ装置の別の実施形態を示す図である。 本発明のアンテナ装置の別の実施形態を示す図である。

Claims (16)

1. 第１のサブアンテナ（１１０、２１０）を具備し、前記第１のサブアンテナが前記第１のサブアンテナ内で信号を分配する第１の信号供給網（１２０、２２０）を有する携帯電話網における無線基地局（１０５）のアンテナ装置（１００、２００、３００）であって、
   前記アンテナ装置は、第２のサブアンテナ（１１２、２１２）を更に具備し、
   前記第２のサブアンテナは、前記第２のサブアンテナ内で信号を分配する第２の信号供給網（１７５、２７５）を更に有し、
   前記第１の信号供給網及び前記第２の信号供給網は、共通の主信号供給網（１７０、２７０）に接続されることによりアンテナ装置に単一の信号供給ポートを提供することを特徴とし、
   前記アンテナ装置は、前記サブアンテナのうち少なくとも一方のサブアンテナを制御する制御手段（１５０、１８８）を具備することを特徴とするアンテナ装置。
2. 前記主信号供給網を制御する制御手段（１９０）を更に具備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. 前記第１のサブアンテナ及び前記第２のサブアンテナのうち少なくとも一方のサブアンテナにより送信又は受信される信号に時間遅延（τ）を導入する手段（２９５）を更に具備することを特徴とする請求項１又は２に記載のアンテナ装置（１００、２００、３００）。
4. 前記制御手段は、前記時間遅延を制御するため又は電気的に操向可能な前記サブアンテナのうち一方のサブアンテナを電気的に操向するために使用されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のアンテナ装置。
5. 前記制御手段は、
   前記第１のサブアンテナに接続する第１の制御接続部（１５０、２５０）と、
   前記第２のサブアンテナに接続する第２の制御接続部（１８８、２８８）又は前記主信号供給網に接続する制御接続部のいずれか一方または両方と
   を具備することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のアンテナ装置。
6. 前記第１のサブアンテナは第１の偏波を有し、前記第２のサブアンテナは、前記第１の偏波に対してほぼ直交する第２の偏波を有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のアンテナ装置。
7. 前記第１のサブアンテナ及び前記第２のサブアンテナのうち少なくとも一方のサブアンテナは、少なくとも２つの放射要素（１３０〜１４０、２３０〜２４０）を有するアレイアンテナであることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のアンテナ装置。
8. 前記サブアンテナのうち一方のサブアンテナの前記信号供給網の１つは、前記サブアンテナが前記共通の主信号供給網から信号を順次供給されるように、前記第２のサブアンテナとの間でＲＦ信号を分配する手段を具備することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載のアンテナ装置。
9. 前記制御手段は、前記サブアンテナの間の電力分配を制御するために使用されることを特徴とする請求項２乃至８のいずれか１項に記載のアンテナ装置。
10. 前記第１のサブアンテナ及び前記第２のサブアンテナは、方位角における利得及びビーム幅に関して同一であることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載のアンテナ装置。
11. 前記第１のサブアンテナ及び前記第２のサブアンテナは、仰角における利得及びビーム幅に関して同一であることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載のアンテナ装置。
12. 前記サブアンテナのうち少なくとも一方のサブアンテナは、アンテナ利得に関して他方のサブアンテナとは異なることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載のアンテナ装置。
13. 前記サブアンテナのうち少なくとも一方のサブアンテナは、方位角におけるアンテナビーム幅に関して他方のサブアンテナとは異なることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか１項に記載のアンテナ装置。
14. 前記サブアンテナのうち少なくとも一方のサブアンテナは、仰角におけるアンテナビーム幅に関して他方のアンテナとは異なることを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか１項に記載のアンテナ装置。
15. 前記サブアンテナのうち少なくとも一方のサブアンテナは、偏波に関して他方のサブアンテナとは異なることを特徴とする請求項１乃至１４のいずれか１項に記載のアンテナ装置。
16. 前記サブアンテナの間の電力分配は等しいことを特徴とする請求項１乃至１５のいずれか１項に記載のアンテナ装置。

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