JP3790801B2 - 指向角可視化装置付きアンテナ装置、及び指向角可視化装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固定無線アクセス（ＦＷＡ；Fixed Wireless Access）を行う加入者無線システムやマイクロ波通信方式等の見通し区間で送受信を行うアンテナの指向方向を調整するための指向角可視化装置付きアンテナ装置及びアンテナの指向角可視化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、アンテナの指向方向の調整は、アンテナの向きを変えつつ、アンテナからの受信信号のレベル変化をモニタし、受信信号のレベルがピーク値を示す方向にアンテナの向きを設定することにより行われている（特許文献１，特許文献２参照）。
【０００３】
また、遠距離で目視できないような対向アンテナに指向させるために、アンテナの指向方向と並行になるように望遠鏡を取り付けるようにして、指向方向を調整することも行われている（特許文献３参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平７−６６６１７号公報
【特許文献２】
特開２００２−３３６１１号公報
【特許文献３】
実開平５−２８１４０号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
無線通信システムのアンテナを街中に設置する場合等には、対向アンテナとの間の通信経路途中にビルディング、家屋などの障害物が存在することがある。この場合に、直接波と障害物で反射された反射波とが合成されて、いわゆる、マルチパス現象が発生し、その合成波がアンテナに受信される。
【０００６】
この合成波のレベルが直接波のレベルよりも大きい、即ち信号強度が強い場合には、受信信号の強度に基づく調整では、正しい方向にアンテナの向きを合わせることができない。
【０００７】
また、望遠鏡による指向方向の調整では、アンテナの向きを対向アンテナに合わせることはできるが、その望遠鏡の視野外に障害物がある場合には、受信信号がその障害物の反射波による干渉を受けていることが分からない。したがって、干渉により変調波形の歪み（符号誤りの原因となる）により通信品質が劣化してしまうという問題がある。
【０００８】
そこで、本発明は、ＦＷＡを行う加入者無線システムやマイクロ波通信方式等の見通し区間で送受信を行うアンテナの指向方向を、対向アンテナに合わせるとともに、アンテナ指向角内に存在する障害物の影響を避ける、或いは低減することができる、指向角可視化装置付きアンテナ装置、及びアンテナの指向角可視化装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１の指向角可視化装置付きアンテナ装置は、アンテナ本体１０と、内径と長さが、一端から覗いたときに他端側に前記アンテナ本体の電力半値幅に相当する所定指向角の範囲内の景色が見える寸法を持ち、前記アンテナ本体の指向方向と平行に前記アンテナ本体に取り付けられる筒状体の指向角可視化装置３０と、前記アンテナ本体の指向方向を調整可能であり、前記アンテナ本体を任意の方向に向けて固定する取り付け装置２０とを備えることを特徴とする。
【００１０】
請求項２の指向角可視化装置付きアンテナ装置は、請求項１に記載の指向角可視化装置付きアンテナ装置において、前記アンテナ本体１０は、垂直偏波及び水平偏波のいずれも受信できるように、２組の取付部１１ａ〜１１ｃ、１２ａ〜１２ｃが９０°の角度で設けられており、そのいずれか一方の取付部を使用して前記取付装置に取り付けられ、前記指向角可視化装置３０は、前記２組の取付部のうちの前記取付装置への取付に使用されていない取付部に取り付けられることを特徴とする。
【００１２】
請求項３の指向角可視化装置付きアンテナ装置は、請求項１または２に記載の指向角可視化装置付きアンテナ装置において、前記指向角可視化装置３０は、前記他端側に目盛手段３１〜３４を有することを特徴とする。
【００１３】
請求項４の指向角可視化装置付きアンテナ装置は、請求項１ないし３のいずれかに記載の指向角可視化装置付きアンテナ装置において、前記指向角可視化装置３０は、前記一端側に絞り手段３５を有することを特徴とする。
【００１４】
請求項５の指向角可視化装置は、内径と長さが、一端から覗いたときに他端側にアンテナ本体の電力半値幅に相当する所定指向角の範囲内の景色が見える寸法を持ち、前記アンテナ本体１０にそのアンテナ本体の指向方向と平行に取り付け得る筒状体であることを特徴とする。
【００１６】
請求項６の指向角可視化装置は、請求項５に記載の指向角可視化装置において、前記他端側に目盛手段３１〜３４を有することを特徴とする。
【００１７】
請求項７の指向角可視化装置は、請求項５または６に記載の指向角可視化装置において、前記一端側に絞り手段３５を有することを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の各実施の形態を、見通し区間で送受信を行う通信システムの例として、ＦＷＡ用加入者無線システムの加入者局用アンテナ装置について、図を参照して説明する。
【００１９】
図１及び図２は、加入者局用アンテナ装置として用いられる、本発明の指向角可視化装置付きアンテナ装置１の概略構成を、背面から見た状態を示す図である。
【００２０】
ＦＷＡ用加入者無線システムでは、準ミリ波（周波数２０〜４０ＧＨｚ）あるいはマイクロ波（周波数３〜３０ＧＨｚ）を用い、見通し区間で送受信を行う。その送受信アンテナ間の距離は、例えば数ｋｍ程度以下の場合が多い。また、送受信に用いる偏波は、一般に水平偏波または垂直偏波が用いられるので、加入者局用アンテナ装置１は使用される偏波に応じてその設置角度を９０度変えるように構成される。
【００２１】
図１において、加入者局用アンテナ装置１は、アンテナ本体１０の背面に水平偏波用取付ねじ穴１１ａ，１１ｂ、１１ｃと、これらと９０度の角度差を持たせて垂直偏波用取付ねじ穴１２ａ，１２ｂ、１２ｃを設けている。図では、概念的に表しているアンテナ取付装置２０に、垂直偏波用取付ねじ穴１２ａ，１２ｂ、１２ｃにねじ（図示省略）によって、アンテナ本体１０が取り付けられている。
【００２２】
図２においては、図１の状態に加えて、本発明の筒状体の指向性可視化装置３０を取り付けた状態を示している。指向性可視化装置３０は、アンテナ本体１０の設置に使用されていない水平偏波用取付ねじ穴１１ａ〜１１ｃを利用して、平板状の取付具４０によりアンテナ本体１０に取り付けられている。この取り付けた状態では、指向性可視化装置３０の方向はアンテナ本体１０の指向方向と平行になっている。
【００２３】
アンテナ本体１０の指向方向と指向性可視化装置３０の方向を平行に調整するには、まず、アンテナ本体１０を下向きにして水準器でアンテナ本体１０の背面が水平になるようにする。ただし、アンテナ本体１０の背面とその指向方向とが直行している必要がある。次に、取付具４０の挿通孔に指向性可視化装置３０を挿入し、垂直になるように水準器を使って調整する。この状態で、指向性可視化装置３０がアンテナ本体１０に固定されるから、指向性可視化装置３０を覗いて見える視野内の景色の中心が、アンテナ本体１０の指向方向と一致する。
【００２４】
アンテナ本体１０の指向性の例が、図３に示されている。図のように、アンテナ指向方向（角度：０度）を中心として左右に離れる（即ち、指向角が大きくなる）にしたがって、利得［ｄＢ］が低下する。特に、電力半値幅（−３ｄＢ）の範囲外では、急激に利得が低下する。
【００２５】
本発明の指向性可視化装置３０は、図４に示されるような筒状体で形成されており、その長さＬと内径Ｄがアンテナ本体１０の特定の指向角に合うように設定されている。例えば、筒状体の一端側の中心点Ａから他端側を見たときの角度θが４度であるとすると、その長さＬが２３０ｍｍで、内径Ｄが１６ｍｍになる。その角度θは、通常アンテナ本体１０の指向性の電力半値幅に設定される。しかし、これに限られることはなく、角度θは任意に設定することができる。
【００２６】
図５は、アンテナ本体１０の指向方向を調整可能であり、アンテナ本体１０を任意の方向に向けて支柱５０に取付装置２０（２１〜２５）で固定するアンテナ装置１の構成例を示す図である。この図５において、Ｙ軸方向がアンテナ指向方向（主放射方向）である。アンテナ本体１０は、垂直偏波用取付ねじ穴１２ａ〜１２ｃを使用して取付ねじ２１ａ〜２１ｃにより取付金具２４に固定されている。アンテナ本体１０を水平偏波で使用する場合には、水平偏波用取付ねじ穴１１ａ〜１１ｃを使用して、取付金具２４に固定する。
【００２７】
取付金具２２は、図では隠れて見えない他の取付金具とＸＹ面調整ねじ２３ａ、２３ｂで連結されていて、支柱５０を挟み込む構造となっている。ＸＹ面調整ねじ２３ａ、２３ｂを緩めることで、アンテナ本体１０をＸＹ面内に回転させて水平面内の方向調整を行う。
【００２８】
取付金具２４は、ＹＺ面調整ねじ２５ａ、２５ｂと図では隠れて見えない他のＹＺ面調整ねじにより、取付金具２２に固定されている。ＹＺ面調整ねじを緩めることで、ＹＺ面内に回転させて垂直面内の方向調整を行う。
【００２９】
以上のように構成される加入者局用アンテナ装置１を、基地局アンテナ装置６０に対抗させるための設置・調整方法について、図６、図７を参照して説明する。
【００３０】
加入者局用アンテナ装置１は、ＦＷＡを行う加入者無線システムなどでは使用される周波数が準ミリ波の超高周波であるから、基地局アンテナ装置６０から、およそ数ｋｍ以内の距離で、基地局アンテナ装置６０への見通しがきく地点に設置される。
【００３１】
加入者局用アンテナ装置１の指向方向の調整は、指向性可視化装置３０の１端側から覗き込んで、他端側に見える視野７０内の景色の中に基地局アンテナ装置６０が入るようにする。そして、視野７０内の中心に基地局アンテナ装置６０が位置するように、アンテナ取付装置２０（２１〜２５）を調整する。筒状体の指向角可視化装置３０の視野７０内にアンテナ装置１の指向角内の景色が見えるから、対向する基地局アンテナ装置を目視しつつ、アンテナ装置１の指向方向を決定することができる。したがって、他の方向からの干渉波が存在して、基地局アンテナ装置６０からの直接波との合成波が受信される場合でも、従来の受信レベルによって電波到来方向を検出するものとは異なり、直接波の方向に指向させることができる。
【００３２】
ところで、基地局アンテナ装置６０と加入者局用アンテナ装置１の間に、図６に示されるように、家屋などの反射物８０が存在する場合がある。加入者局用アンテナ装置１の指向性は、反射波などの妨害を避けるために狭く形成されているが、基地局アンテナ装置６０から到来する直接波の方向と反射波の到来方向とが近い（即ち、到来する角度差θｒが小さい）と、加入者局用アンテナ装置１の指向性利得が高い範囲、例えば電力半値幅の角度範囲、に２つの波（直接波と反射波）が同時に入ってしまうことになる。この場合、通信品質が劣化する原因となる。
【００３３】
本発明では、加入者局用アンテナ装置１を基地局アンテナ装置６０に指向させる際に所定の指向角（例えば、電力半値幅の角度）内に反射物８０が存在する場合には、図７に示されるように、視野７０内の景色の中に基地局アンテナ装置６０と共に、反射物８０が入ることにより確認される。この場合に、反射物８０の影響をできるだけ避けるような方向、例えば視野７０の下部の方に屋根などが見えたら加入者局用アンテナ装置１の指向方向を上方向、にずらすように調整することができる。
【００３４】
加入者局用アンテナ装置１の指向方向の利得が一番高いが、この指向方向を基地局アンテナ装置６０から少しずらせて利得が下がっても、反射波の方向を所定の指向角（例えば、電力半値幅の角度）から外す方が通信品質を高く保つことができる。
【００３５】
例えば、図３の加入者局用アンテナ装置１の指向特性を例に採ると、反射波方向が電力半値幅の角度ぎりぎりから到来していた場合、直接波と反射波の強度差は３ｄＢである。しかし、加入者局用アンテナ装置１の指向方向を１度だけ上方向へずらせると、基地局アンテナ装置６０の方向の利得は約１ｄＢ低下するが、反射波方向の利得は約６ｄＢ低下するので、その差は５ｄＢに広がることになり、通信品質が２ｄＢ向上する。
【００３６】
したがって、反射波が存在して、基地局アンテナ装置６０からの直接波との合成波が受信される場合でも、従来の受信レベルによって電波到来方向を検出するものとは異なり、直接波の方向に指向させることができるほか、さらに、直接波と反射波の受信強度差を大きくするように、直接波の方向からもさらに反射波方向とは逆方向にずらすことができる。このように、指向角内の景色に通信経路内の反射物８０の有無を確認し、この反射物８０を指向角内の外へ出す（或いは、指向角内の端部側へ移す）ように、加入者局用アンテナ装置１の指向方向を調整することにより、反射波の影響を低減し、通信品質の劣化を防止する。
【００３７】
図８〜図１１はそれぞれ、筒状体の指向角可視化装置３０の覗き込む一端側とは反対の他端側に設けられる目盛手段の構成例を示す図である。この目盛手段は、指向角可視化装置３０の視野７０の中心に加入者局用アンテナ装置１の指向方向を合わせたり、あるいは反射波を避けるために指向方向をずらせたりする際に、その調整作業を容易にするためのものである。
【００３８】
図８は、例えば透明の目盛板３１に、視野７０の中心が分かり易いように、十字線を入れたものである。この十字線を基地局アンテナ装置６０に合わせるように、加入者局用アンテナ装置１の指向方向を調整する。
【００３９】
図９は、目盛板３２に、視野７０の中心が分かり易いように、十字線を入れると共に、その十字線に視野７０の中心からの角度目盛＋２〜−２を入れたものである。この十字線と角度目盛によって、反射波が生じそうな構造物（家屋など）迄の角度差を読みとれる。また、加入者局用アンテナ装置１の指向方向を動かすべき角度、あるいは動かした角度を容易に確認できる。
【００４０】
図１０は、目盛板３３に、視野７０の中心（０ｄＢ）からの利得目盛を等高線で入れたものである。この利得目盛０ｄＢ〜−３ｄＢによって、反射波が生じそうな構造物（家屋など）迄の利得差を読みとれる。この利得差を利用して、加入者局用アンテナ装置１の指向方向をどの方向にどの程度動かすかなどの調整のための判断情報を得ることができる。
【００４１】
図１１は、目盛板３４に、視野７０の中心が分かり易いように、十字線を入れると共に、視野７０の中心（０ｄＢ）からの利得目盛を等高線で入れたものである。この目盛板３４では、電力半値幅の範囲を超えて、より広い角度範囲を視野７０に含ませるようにしている。この十字線と利得目盛によって、反射波が生じそうな構造物（家屋など）迄の利得差を読みとれる。この広い範囲の利得差を利用して、加入者局用アンテナ装置１の指向方向を調整するための判断情報を得ることができる。
【００４２】
これら図８〜図１１では、目盛手段として、透明の目盛板３１〜３４を用いることとして示している。これら目盛手段は、目盛板に限らず、二次元的表示が行えるもの（即ち、テンプレート機能を果たせるもの）であればよい。例えば、透明性のフィルムに十字線や目盛などを表示したものや、金属や樹脂などの細い線状体を用いて十字線や目盛などを形成したものが利用できる。
【００４３】
図１２は、筒状体の指向角可視化装置３０の覗き込む一端側に設けられる絞り手段の構成例を示す図である。この絞り手段は、指向角可視化装置３０の視野７０を広くした場合など、その径が大きくなった場合に、覗き込む眼の位置を中心に置き易くするためのものである。この図１２では、絞り手段は、中心に小さな穴を開けた絞り板３５により形成している。
【００４４】
この絞り手段により、指向角可視化装置３０の筒状体の径が大きくなった場合でも、指向方向の誤差を小さくすることができる。
【００４５】
なお、以上の説明では、指向角可視化装置３０の筒状体として、円筒の場合について説明したが、加入者局用アンテナ装置１の二次元的な指向特性に合わせた形状の筒とすればよい。したがって、加入者局用アンテナ装置１の二次元的な指向特性が楕円形である場合には、その形状に合わせた楕円筒とすることもできる。
【００４６】
【発明の効果】
本発明によれば、筒状体の指向角可視化装置の視野内にアンテナの指向角内の景色が見えるから、対向するアンテナを目視しつつ、アンテナの指向方向を決定することができる。
【００４７】
また、指向角内の景色に通信経路内の反射物（家屋など）の有無を確認することができる。この反射物を指向角内の外へ出す（或いは、指向角内の端部側へ移す）ように、アンテナの方向を調整することにより、反射波の影響を低減し、通信品質の劣化を防止することができる。
【００４８】
また、アンテナに設けられる２組の取付部のうちの、アンテナ本体の取付に使用されない取付部を利用して、指向性可視化装置がアンテナ本体に取り付けられる。したがって、アンテナ本体に、指向角可視化装置を取り付けるために、新たに取付部を設ける必要がない。
【００４９】
また、指向角可視化装置は、目盛板を設けるから、その目盛（中心表示、角度表示、デシベル表示）を見ながら、アンテナ指向方向を調整することができる。したがって、方向調整が容易になる。
【００５０】
また、指向性可視化装置の覗き込む側の端部に、絞り板を設けるから、筒状体の径が大きくなった場合でも、指向方向の誤差を小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のアンテナ装置の概略構成を示す図。
【図２】本発明の指向角可視化装置付きアンテナ装置の概略構成を示す図。
【図３】アンテナ本体の指向特性の例を示す図。
【図４】筒状体の指向性可視化装置を示す図。
【図５】指向方向を調整可能なアンテナ装置の構成例を示す図。
【図６】加入者無線システムでの加入者局用アンテナ装置の設置例を示す図。
【図７】指向性可視化装置による視野の景色の例を示す図。
【図８】指向角可視化装置に設けられる目盛手段の第１の構成例を示す図。
【図９】指向角可視化装置に設けられる目盛手段の第２の構成例を示す図。
【図１０】指向角可視化装置に設けられる目盛手段の第３の構成例を示す図。
【図１１】指向角可視化装置に設けられる目盛手段の第４の構成例を示す図。
【図１２】絞り手段及び目盛手段を持つ指向角可視化装置の構成例を示す図。
【符号の説明】
１ 指向角可視化装置付きアンテナ装置（加入者局用アンテナ装置）
１０ アンテナ本体
１１ａ〜１１ｃ 水平偏波用取付ねじ穴
１２ａ〜１２ｃ 垂直偏波用取付ねじ穴
２０（２１〜２５） アンテナ取付装置
３０ 指向性可視化装置（筒状体）
４０ 取付具
５０ 支柱
６０ 基地局アンテナ装置
７０ 指向性可視化装置の視野
８０ 家屋（反射物）

Claims (7)

1. アンテナ本体と、
   内径と長さが、一端から覗いたときに他端側に前記アンテナ本体の電力半値幅に相当する所定指向角の範囲内の景色が見える寸法を持ち、前記アンテナ本体の指向方向と平行に前記アンテナ本体に取り付けられる筒状体の指向角可視化装置と、
   前記アンテナ本体の指向方向を調整可能であり、前記アンテナ本体を任意の方向に向けて固定する取り付け装置とを備えることを特徴とする、指向角可視化装置付きアンテナ装置。
2. 前記アンテナ本体は、垂直偏波及び水平偏波のいずれも受信できるように、２組の取付部が９０°の角度で設けられており、そのいずれか一方の取付部を使用して前記取付装置に取り付けられ、
   前記指向角可視化装置は、前記２組の取付部のうちの前記取付装置への取付に使用されていない取付部に取り付けられることを特徴とする、請求項１に記載の指向角可視化装置付きアンテナ装置。
3. 前記指向角可視化装置は、前記他端側に目盛手段を有することを特徴とする、請求項１または２に記載の指向角可視化装置付きアンテナ装置。
4. 前記指向角可視化装置は、前記一端側に絞り手段を有することを特徴とする、請求項１ないし３のいずれかに記載の指向角可視化装置付きアンテナ装置。
5. 内径と長さが、一端から覗いたときに他端側にアンテナ本体の電力半値幅に相当する所定指向角の範囲内の景色が見える寸法を持ち、前記アンテナ本体にそのアンテナ本体の指向方向と平行に取り付け得る筒状体であることを特徴とする、指向角可視化装置。
6. 前記他端側に目盛手段を有することを特徴とする、請求項５に記載の指向角可視化装置。
7. 前記一端側に絞り手段を有することを特徴とする、請求項５または６に記載の指向角可視化装置。

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