JP3542068B2 - ３周波共用基地局アンテナ装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は移動通信における基地局アンテナ装置に利用され、８００ＭＨｚ／１．５ＧＨｚの周波数帯においては、水平面内ビーム幅が１２０°，２ＧＨｚの周波数帯においてはビーム幅が９０°の指向性をもつ、３周波共用アンテナ装置に適用できる。
【０００２】
【従来の技術】
図７に従来のアンテナ装置を示す。多角を有する反射板（優角コーナレフレクタ）１の中央から距離ｄだけ離れたところに８００ＭＨｚ帯の放射器２（半波長ダイポールアンテナ）が垂直に設けられ、その前方にこれと近接平行に１．５ＧＨｚで共振する無給電素子３が配される。ｄ＝０．０７ｍで、８００ＭＨｚも１．５ＧＨｚも水平面内指向特性ビーム幅が１２０°となる２周波共用アンテナが実現できる（図解 移動通信用アンテナシステム，総合電子出版社，１９９６年，８５頁〜８７頁）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来の技術のアンテナでは２周波共用である。新規周波数帯でサービスを追加提供するにあたって、アンテナシステムの経済化を考慮して、既存のアンテナ装置を改良し、３周波共用アンテナを実現させる必要がある。
また、利得を高く得るためには、放射器や無給電素子の組を複数上下に配列するアレイ化が有効である。アレイ化する際の間隔を、一番高い周波数の１波長とすると、従来のアンテナパラメータでは、放射器がぶつかってしまうという欠点がある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
第１の周波数ｆ₁ と第２の周波数ｆ₂ と第３の周波数ｆ₃ において（ｆ₁ ＜ｆ₂ ＜ｆ₃ ），ｆ₁ における半波長ダイポールアンテナと、ダイポールアンテナの前方に、長さＬのｆ₂ 用無給電素子と、ダイポールアンテナの両横に、長さＭの２つのｆ₃ 用無給電素子を設けたことにより、ｆ₁ とｆ₂ における水平面内ビーム幅は同じくして、ｆ₃ における水平面内ビーム幅は、ｆ₁ とｆ₂ におけるビーム幅よりも小さい値をとる３周波共用アンテナを構成する。
【０００５】
アレイ化に際しては、配列する間隔をｆ₃ の１波長としたときに、ダイポールアンテナの両先端を長さｎだけｆ₂ の無給電素子と反対側、つまり後方に垂直に折り曲げた３周波共用アンテナを構成する。
【０００６】
【発明の実施の形態】
実施例１
図１にこの発明の実施例を示す。従来技術の図７と対応する部分に同一番号をつけてある。多角を有する反射板（優角コーナレフレクタ）１の中央から距離ｄだけ離れたところに、素子長がλ／２（λ：波長）の８００ＭＨｚ帯用ダイポールアンテナ２が設けられている。ダイポールアンテナ２の両先端は反射板１側に垂直に長さｎだけ折り曲げてある。ダイポールアンテナ２から、反射板１と反対側（Ｘ軸正方向）に距離Ｓだけ離れたところに長さＬの１．５ＧＨｚ帯用無給電素子３が設けられている。また、ダイポールアンテナ２から反射板１と平行な方向（Ｙ軸方向）両側に距離Ｇ１、反射板１側にこれと垂直方向（Ｘ軸負方向）に距離Ｇ２の位置に、ダイポールアンテナ２を挟んで２つの２ＧＨｚ帯用無給電素子４が設けられている。
【０００７】
アンテナシステムの経済化を測るため、現在使用されている移動通信網基地局アンテナ装置の反射板を利用して３周波共用アンテナを実現することを目的とするため、反射板１の構造は現在使用されている基地局アンテナの反射板と同じ寸法のものを想定した。図１Ｂに平面図を示すと共に寸法を示す。つまり反射板１は上下に延長した細長の中央部１ａの両側に、徐々にダイポールアンテナ２側、即ち前方に張り出す、斜め板部１ｂ，１ｃが形成され、その斜板部１ｂ，１ｃの両前方縁に前方（Ｘ軸正方向）に延長した側板部１ｄ，１ｅが形成されている。
【０００８】
３セクタ無線ゾーン構成を採用し、それぞれの周波数帯で共振させ、８００ＭＨｚ帯と１．５ＧＨｚ帯では水平面内ビーム幅を１２０°とし、２ＧＨｚ帯では水平面内ビーム幅を９０°とする。
ここで、２ＧＨｚ帯の水平面内ビーム幅を９０°とする理由は、ビーム幅に対する加入者容量を、シャドウイング（ビル陰などでつながらないエリア）なし、ダイバーシチハンドオーバーしきい値を４ｄＢ（自基地局と他基地局の受信レベルの差が４ｄＢになったら、他基地局と通信を行える設定をする）、１９セル、という条件でシュミレーションした結果、図２に示すようにビーム幅が９０°付近で加入者容量が高いという結果が得られた。ここで、加入者容量とは、あるエリアにおける呼量（ある瞬時における平均ユーザ数）を表している。
【０００９】
反射板１の中央部１ａとダイポールアンテナ２の距離ｄ、ダイポールアンテナ２と無給電素子３の距離Ｓ、ダイポールアンテナ２と無給電素子４の距離Ｇ１，Ｇ２、ダイポールアンテナ２の折り曲げ長さｎ、無給電素子３の長さＬ、無給電素子４の長さＭはモーメント法による計算値を用いて最適化することができる。ここでは最適な値として、０．２３λ₂ ≦ｄ≦０．３７λ₃ ，０．０２λ₂ ≦Ｓ≦０．０３５λ₂ ，０．０２７λ₃ ≦Ｇ１≦０．０３３λ₃ ，０≦Ｇ２≦０．０１３λ₃ ，０．０３５λ₂ ≦ｎ（≦反射板１にあたらない範囲）、０．４６λ₂ ≦Ｌ≦０．４８λ₂ ，０．４１λ₃ ≦Ｍ≦０．４７λ₃ とする。（λ₁ ：ｆ₁ Ｈｚにおける自由空間波長（ｆ₁ ＝８００ＭＨｚでλ₁ ＝３７５ｍｍ），λ₂ ：ｆ₂ Ｈｚにおける自由空間波長（ｆ₂ ＝１．５ＧＨｚでλ₂ ＝２００ｍｍ），λ₃ ：ｆ₃ Ｈｚにおける自由空間波長（ｆ₃ ＝２ＧＨｚでλ₃ ＝１５０ｍｍ））である。
【００１０】
以上の値を最適とした理由は、ｄが０．２３λ₂ 以下であるとｆ₂ 帯においてビーム幅が小さくなりすぎ、０．３７λ₃ 以上であるとｆ₃ 帯の高い周波数においてビーム幅が大きすぎる。Ｓが０．０２λ₂ 以下、０．０３５λ₂ 以上であるとｆ₂ 帯で共振がおこらない。Ｇ１が０．０２７λ₃ 以下であるとｆ₃ において共振がおこらず、０．０３３λ₃ 以上であるとｆ₃ 帯の高い周波数でビーム幅が大きすぎる。Ｇ２が０以下であるとｆ₃ 帯の高い周波数においてビーム幅が大きすぎ、０．０１３λ₃ 以上であるとｆ₃ 帯の高い周波数においてビーム幅が大きすぎる。ｎが０．０３５λ₂ 以下であるとｆ₂ において共振しない。ｎは反射板１にあたらない範囲まで折り曲げても水平面内ビーム幅はｆ₁ とｆ₂ では所望の値を得るが、ｆ₃ においてビームが小さくなる傾向にある。Ｌが０．４６λ₂ 以下、０．４８λ₂ 以上であるとｆ₂ 帯で共振がおこらない。Ｍが０．４１λ₃ 以下、０．４７λ₃ 以上であるとｆ₃ 帯で共振がおこらない。
【００１１】
例えば、ｄ＝０．３７λ₃ （約５６ｍｍ），Ｓ＝０．０２５λ₂ （約５ｍｍ），Ｇ１＝０．０３３λ₃ （約５ｍｍ），Ｇ２＝０、ｎ＝０．０５λ₂ （約１０ｍｍ），Ｌ＝０．４７λ₂ （約９４ｍｍ），Ｍ＝０．４６λ₃ （約６９ｍｍ）において、ビーム幅はｆ₁ （８００ＭＨｚ帯）で、図３、図４、図５に水平面内指向特性を示すようにビーム幅は１１０．５６°，ｆ₂ （１．５ＧＨｚ帯）で１０７．４７°，ｆ₃ （２ＧＨｚ帯）で８６．８４°が得られた。反射板１は中央部１ａの幅が１０ｍｍ、斜板部１ｂ，１ｃのＹ軸方向の長さが４２ｍｍ、Ｘ軸方向の長さが１４ｍｍ、側板部１ｄ，１ｅの幅が１０ｍｍである。
実施例２
図６にこの発明の実施例２を示す。高い利得を得るために、実施例１の放射素子２と無給電素子３，４の組を複数上下に配列したものである。ダイポールアンテナ２を長さｎだけ折り曲げたことにより、上下の素子がぶつからない。上下に配置したことによる指向正のみだれはない。
【００１２】
ここでは３組をアレイ化しているが、いくつあっても指向性に影響はない。
【００１３】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、ダイポールアンテナの前方に１つの無給電素子と、両横にダイポールアンテナを挟んで２つの無給電素子を設けダイポールアンテナの両先端を折り曲げることにより、ダイポールアンテナと３つの無給電素子の組を複数上下に配列する場合でも、ｆ₁ とｆ₂ の水平面内ビーム幅は同じで、ｆ₃ の水平面内ビーム幅はそれより小さい値の３周波共用アンテナが実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】Ａはこの発明の実施例１のアンテナ装置の斜視図、Ｂはその平面図である。
【図２】ビーム幅と加入者容量のシュミレーション結果を示す図。
【図３】実施例１の数値例における８００ＭＨｚでの水平面内指向特性を示す図。
【図４】実施例１の数値例における１５００ＭＨｚでの水平面内指向特性を示す図。
【図５】実施例１の数値例における２ＧＨｚでの水平面内指向特性を示す図。
【図６】この発明の実施例２のアンテナ装置を示す斜視図。
【図７】Ａは従来の２周波共用アンテナを示す斜視図、Ｂはその平面図である。

Claims (2)

1. 多角を有する反射板の中央から距離ｄだけ離れたところに配され、第１の周波数ｆ₁ （波長λ _１ ）で動作する半波長ダイポールアンテナと、
   そのダイポールアンテナの前方に、これと距離Ｓだけ離れたところに平行に配され、第２の周波数ｆ₂ （波長λ ₂ ）（ｆ₁ ＜ｆ₂ ）で共振する長さＬの１つの第１の無給電素子と、
   上記ダイポールアンテナの両横にこれと距離Ｇ１だけ離れたところに平行に配され、第３の周波数ｆ₃ （波長λ ₃ ）（ｆ₂ ＜ｆ₃ ）で共振する長さＭの２つの第２の無給電素子とを有し、
   上記ｄ、Ｓ、Ｇ１、Ｌ、Ｍの値は、０．２３λ ₂ ≦ｄ≦０．３７λ ₃ ，０．０２λ ₂ ≦Ｓ≦０．０３５λ ₂ ，０．０２７λ ₃ ≦Ｇ１≦０．０３３λ ₃ ，０．４６λ ₂ ≦Ｌ≦０．４８λ ₂ ，０．４１λ ₃ ≦Ｍ≦０．４７λ ₃ とし、
   上記第１と第２の周波数ｆ₁ とｆ₂ における水平面内ビーム幅がほぼ同じであり、
   上記第３の周波数ｆ₃ における水平面内ビーム幅は、上記第１と第２の周波数ｆ₁ とｆ₂ におけるビーム幅よりも小さい値をとることを特徴とする３周波共用基地局アンテナ装置。
2. 請求項１記載のアンテナ装置において、
   上記ダイポールアンテナの両先端が長さｎだけ後方に垂直に折り曲げられていることを特徴とする３周波共用基地局アンテナ装置。

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