JP4040042B2

JP4040042B2 - アンテナ装置

Info

Publication number: JP4040042B2
Application number: JP2004380206A
Authority: JP
Inventors: 貴宏山根; 敬三長; 佳雄恵比根; 義晃林; 徹高橋; 信吾喜田
Original assignee: NTT Docomo Inc
Current assignee: NTT Docomo Inc
Priority date: 2004-12-28
Filing date: 2004-12-28
Publication date: 2008-01-30
Anticipated expiration: 2024-12-28
Also published as: JP2006186841A

Description

この発明は、例えば山上等の高所若しくは盆地等の低所など起伏の大きな場所に設置されて有利な、移動通信システムの基地局アンテナに用いられるアンテナ装置に関する。

従来の移動通信システム用の基地局アンテナはアンテナ利得を高くするために垂直方向にアレイ化されており、メインビームに比べサイドローブが大きく低減される鋭い垂直面内指向性を示す。図１２に従来の移動通信システム用の基地局アンテナを示す。アンテナユニット１２０_ａは、複数Ｎ個の励振素子１２１が鉛直方向に配置されて構成される。このアンテナユニット１２０_ａが、所望のアンテナ利得によって鉛直方向に配置する数Ｍ個が決められ基地局アンテナを構成している。各アンテナユニット１２０_＊の給電点１２２_＊とアンテナシステムへの給電点１２３との間を繋ぐ給電ネットワークは、通常、鉛直方向上部のアンテナユニット１２０_ａと鉛直方向下部のアンテナユニット１２０_ｍへの給電ケーブル１２４と１２５とで発生する遅延時間は同じになるように設計されている。したがって、その垂直面内指向性は指向方向に鋭い特性を示す。

この鋭い指向特性を調整する方法として図１２（ｂ）に示すような給電ネットワークの中にチルティング用移相器を挿入する方法が従来から行われている。これは、鉛直方向最上部のアンテナユニット１２０_ａと図示しない１つ地表寄りのアンテナユニット１２０_ｂとの間に給電する給電信号の位相をチルティング移相器１２６によって変化させる方法である。例えば主ビームを地表方向に向ける場合は、アンテナユニット１２０_ａへ給電する給電信号よりもアンテナユニット１２０_ｂに給電する給電信号の位相を遅らせればよい。例えばチルト角を１０°にしたい場合は、鉛直方向下に位置するアンテナユニットへ給電する位相を１０°遅らせる。例えばアンテユニット１２０_ａ，１２０_ｂ，１２０_ｃの３個で基地局アンテナが構成されている場合、アンテナユニット１２０_ｃは１２０_ａに対して２０°遅れた給電信号が給電される。

この他にアンテナの指向特性を調整する方法としては、特許文献１に示すようにアンテナ本体を機械的に傾斜させる方法が知られている。図１３にアンテナ本体を機械的に傾斜させた従来例を示す。アンテナ支柱１３０にアンテナ本体１３１がバー１３５によって下方に傾斜されて固定されている。この結果、ビームは下方に向けられる。この図１３に示す従来例では、鉛直方向上部に配置されたアンテナユニット１３３への給電点１３６からの給電ネットワーク１３２の長さが、鉛直方向下部に配置されたとアンテナユニット１３４への長さより長く設定されているので、天空方向に移相効果が働き、機械的傾斜の効果と相殺されビームが水平方向に調整された例が示されている。
特表２００１−５２１７１１号公報（図２）

従来行なわれてきたアンテナの指向特性の調整方法は、アンテナユニットの構成が一種類に固定された状態で行なわれていた。すなわち、励振素子を含めたアンテナユニットの構成は固定とされ、そのアンテナユニットを用いたアンテナ本体を機械的に傾斜させたり、又は各アンテナユニットの給電信号の位相を一律に変えて行っていた。
これらの方法では、移動通信サービスを提供する地域に対して木目細やかな調整が困難になり、サービスエリアが確保できなくなる場合があった。例えば、山上に設置される基地局アンテナにおいては、基地局に比較的近い１ｋｍから２ｋｍ程度離れたエリアで受信レベルが低下してしまう課題があった。

調整方法が直接的で細やかな調整が可能であるかのような機械的調整手段も、傾斜させた正面方向のビームは確かに調整することが可能であるが、主ビームの放射方向と直交する座標上におけるビームは調整出来ない課題がある。
これを図１４を用いて簡単に説明する。図１４（ａ）の参照符号１４０から１４３はアンテナユニットを意味する。図１４（ａ）に示すように各アンテナユニットはＺ軸上に一定間隔を空けて配置される。これを機械的に傾斜させた場合を図１４（ｂ）に示す。アンテナユニット１４０〜１４３に俯角θ１４４として例えば３０°傾けたとすると、ｙ軸方向のビームは傾くが、ｘ軸方向のビームに対してはCosφ（９０°）が掛かる形になるためにチルト効果は０になってしまう。

図１４（ｃ）に電気的チルトの場合を示す。例えば電気的チルト角を３０°に設定する場合は、最上部にあるアンテナユニット１５３に給電する給電信号を基準に、鉛直方向に低いアンテナユニット１５２，１５１，１５０の順番で相対的な位相差を３０°づつ遅らせて給電する。そうすると、ｙ軸方向はもちろんｘ軸方向にもチルト効果が得られる。これは、例えば傘の開く角度を変えた様と同じである。すなわち電気的チルトは、傘の開く角度のようにアンテナから放射される全ての方向の電波に影響を与えることが出来る。
このように電気的チルトは機械的チルトに対して優れた特性を持つが、位相制御を一律に行っていた為に、前述したような課題がありサービスエリアが確保できないなどの問題があった。

この発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、主ビームおよびサイドローブを柔軟に制御可能とし基地局に比較的近いエリアでもサービスエリアが確保出来るようにしたアンテナ装置を提供することを目的とする。

この発明では、第１のアンテナユニットが１個以上で構成される第１のアンテナブロックと、第２のアンテナユニットが１個以上で構成される第２のアンテナブロックとを備える。第１のアンテナブロックと第２のアンテナブロックとが鉛直方向に配列される。第１のアンテナユニットと第２のアンテナユニットとは異なる電気的チルト角が与えられている。第１のアンテナユニットの数の方が第２のアンテナユニットの数よりも多い。第２のアンテナブロックは第１アンテナブロックより鉛直方向下に配置され、第１のアンテナブロックを構成する第１のアンテナユニットよりも上記第２のアンテナユニットの電気的チルト角が大である。第１のアンテナブロックと第２のアンテナブロックとの間に、第１又は第２のアンテナユニットの少なくとも一方の大きさの１倍以上の空間が設けられている構成とした。

以上のようにこの発明によれば、アンテナ装置を異なる電気的チルト角が与えられた２種類のブロックで構成することで、指向特性の調整を柔軟におこなえるアンテナ装置が実現できる。

以下、この発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
［第１実施形態］

図１にこの発明によるアンテナ装置の一実施例を示す。第１のアンテナユニットが１個以上で構成される第１のアンテナブロックと、第２のアンテナユニットが１個以上で構成される第２のアンテナブロックとが鉛直方向に配列され、第１のアンテナユニットと第２のアンテナユニットとは異なる電気的チルト角が与えられている。
第１のアンテナユニット１は、励振素子２がＮ個鉛直方向に配列して構成されている。例えば励振素子２が４個鉛直方向に配列して形成され、第１のアンテナユニット１の給電点３からの給電ライン４，５の長さを異ならせることで電気的チルト角が与えられている。第１のアンテナユニット１には例えば５°のチルト角が与えられている。その第１のアンテナユニット１がＭ個鉛直方向に配列されて第１のアンテナブロック１２が構成されている。

第１のアンテナブロック１２の鉛直方向下に配置される第２のアンテナユニット８も、第１のアンテナユニット１と同様に例えば４個の励振素子２から成り、第２のアンテナユニット内の各励振素子２への図示しない給電ラインの長さの変更で例えば１５°のチルト角が与えられている。この第２のアンテナユニット８がＬ個、鉛直方向に配列され第２のアンテナブロック１３が構成されている。
この鉛直方向上に配置される第１のアンテナブロック１２とそれより下に配置された第２のアンテナブロック１３とによってアンテナ装置が構成されている。ここで、第１のアンテナユニット１の給電点３にアンテナシステムの給電点１１からの給電信号を供給する給電ケーブル６と、第１のアンテナユニット１から鉛直方向下Ｍ個目に配置された参照符号を表記しない第１のアンテナユニットの給電点とアンテナシステムの給電点１１を結ぶ給電ケーブル７とで発生する遅延時間は同一になるように設計されている。鉛直方向Ｍ個目に当たる第１のアンテナユニットまでの各アンテナユニットと各給電ケーブルの表記は省略している。
同様に第２のアンテナユニット８の給電点１４にアンテナシステムの給電点１１からの給電信号を供給する給電ケーブル９と、第２のアンテナユニット８から鉛直方向下Ｌ個目に配置された参照符号を表記しない第２のアンテナユニットの給電点とアンテナシステムの給電点１１を結ぶ給電ケーブル１０とで発生する遅延時間は同一になるように設計されている。鉛直方向Ｌ個目に当たる第２のアンテナユニットまでの各アンテナユニットと各給電ケーブルの表記も省略している。

給電ケーブルで発生する位相遅れは全て等しく設計されているので、図１に示す実施例では第１のアンテナブロック１２のチルト角は第１のアンテナユニット１が持つチルト角５°に、第２のアンテナブロック１３のチルト角は第２のアンテナユニット８が持つチルト角１５°に設定される。
各アンテナユニットへの電気的チルト角の与え方を図２に示す。図２（ａ）はアンテナユニット内の給電ラインの長さを変えてチルト角を与える方法を示す。チルト角を与えるには、第１のアンテナユニット１の給電点３から各励振素子２ａから２ｄへの給電ラインの長さを異ならせる。励振素子２ａと給電点３を結ぶ給電ライン２０に対して励振素子２ｂと給電点３を結ぶ給電ライン２１の長さを長くすれば良い。同様に励振素子２ｃと給電点３を結ぶ給電ライン２２を給電ライン２１よりも長くする。また、励振素子２ｄと給電点３を結ぶ給電ライン２３を給電ライン２２よりも長くする。この給電ラインを可変する長さをチルト角を例えば１０°にしたい場合、その給電ラインで発生する相対的（鉛直方向下に位置するアンテナユニットへの給電信号を１０°ずつ遅らせる）な位相遅れが１０°になる長さに設定すれば良い。

図２（ｂ）にアンテナユニット内に位相をずらす移相器を配置した例を示す。移相器２４は給電点３と各励振素子２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄとの間に置かれていて、励振素子２ａと接続する移相器２４の端子ａ、励振素子２ｂと接続する移相器２４の端子ｂ、励振素子２ｃと接続する移相器２４の端子ｃ、励振素子２ｄと接続する移相器２４の端子ｄの各端子に出力される位相を１０°ずつ遅らせれば良い。この様に移相器によって電気的チルト角を与えることも出来る。
図３（ａ）にチルト角５°の第１のアンテナユニット１を例えば５個で第１のアンテナブロック１２を構成し、チルト角１５°の第２のアンテナユニット８を例えば２個で第２のアンテナブロックを構成したアンテナ装置の垂直面内指向性を示す。周波数は２.０GHzでのデータである。図３（ａ）の縦軸はアンテナ利得をdBiで示し、横軸は垂直面における指向方向をdeg.で示し、正方向が大地方向、負方向が天空方向である。図３（ａ）の実線がこの実施例の特性を示し、破線に電気的チルト角が与えられていない従来のアンテナ装置の特性を示す。但し比較する意味で従来のアンテナ装置も鉛直方向に７個のアンテナユニットから成る点は合わせてある。

角度５°に主ビームがありこの実施例も従来例も天空方向、大地方向、両方共に急激にアンテナ利得が低下する特性を示す。特に従来のアンテナ装置は大地方向約１７°付近でヌルが発生し角度２０°にかけて急激にアンテナ利得が低下する特性を示す。これに対して、この実施例のアンテナ装置では角度５°から１０°の範囲は従来のアンテナ装置と同じように利得が低下するが、１０°から２０°の範囲において０〜５dBiの利得を維持する特性を示す。この角度１０°から２０°の範囲のアンテナ利得が、アンテナに比較的に近いエリアの受信特性に大きく影響することが経験的に分かっている。

これを裏付けるデータを図４に示す。図４にこの実施例のアンテナ装置を標高４００ｍの高所に設置したときの周波数２.０GHzの伝播損失特性を示す。（以降に示す伝播損失特性のシミュレーション条件は、全て標高４００ｍ、周波数は２.０GHzである。）横軸はアンテナ装置からの水平方向の距離をKmで示し、縦軸は伝播損失をdBで示す。破線で示す従来のアンテナ装置の１Kmから２Kmの範囲における伝播損失は−１２０dBを中心に大きく波打っていて最低レベルは約−１４６dBまで落ち込んでいる。これに対してこの実施例のアンテナ装置の特性は、実線で示すように１Kmから２Kmの範囲における伝播損失が−１１０dBを中心に振幅していて平均的に１０dBアンテナ利得が改善されている。また、従来のアンテナ装置に見られる急激な落ち込みも無い。

このように２つのチルト角を与えたこの発明の実施例によれば、アンテナ装置からの距離が比較的近い１Kmから２Kmの範囲における伝播損失を大きく改善することが出来る。
図３（ｂ）に第２のアンテナユニット８の電気的チルト角を３０°にした実施例の垂直面内指向性を示す。第１のアンテナユニット１の電気的チルト角は５°のままである。
従来のアンテナ装置では角度２０°〜４０°の範囲では複数のヌルが確認できると共に約−１７dBiを中心にアンテナ利得が波打つ特性を示している。これに対して、アンテナユニット８の電気的チルト角を３０°にした実施例のアンテナ装置の特性は、角度２０°〜４０°の範囲ではヌルが無く−５dBi以上のアンテナ利得を維持した特性を示す。特に角度３０°付近では３dBi程度の利得を示している。このように組み合わせるアンテナユニットの電気的チルト角を可変することで、アンテナ装置の垂直面内指向特性を所望の特性に調整することが可能である。アンテナ装置を設置する地域場所によって異なる要求特性に、この発明によるアンテナ装置であれば容易に調整することが可能になる。

図５にこの発明の他の実施例を示す。今までに説明した部分と同じ構成は参照番号を同一とし説明を繰り返さない。図５に示す実施例は、第１のアンテナユニット１がＭ個から成る第１のアンテナブロック１２と第２のアンテナユニット８がＬ個から成る第２のアンテナブロック１３との間に、第１のアンテナユニット１と第２のアンテナユニット８と同じ大きさの１個以上（Ｋ個）の空間５０を設けたものである。
図６にチルト角５°の第１のアンテナユニット１を４個で第１のアンテナブロック１２を構成し、チルト角１５°の第２のアンテナユニット８を２個で第２のアンテナブロックを構成し、第１のアンテナブロック１２と第２のアンテナブロック１３との間にアンテナユニット１個分の空間５０を設けたアンテナ装置の周波数２.０GHzの垂直面内指向性を示す。すなわち、図３（ａ）で示した実施例の第１のアンテナユニット１を１個、空間５０に置き換えた例である。図６の実線がこの実施例２の特性を示し、破線に電気的チルト角が与えられていない従来のアンテナ装置の特性を示す。従来のアンテナ装置は、角度約５°に主ビームがあり、大地方向及び天空方向共に急激にアンテナ利得が低下する特性を示す。これに対してこの実施例のアンテナ装置の特性は、主ビームが約５°にあるのと大地方向及び天空方向共にアンテナ利得が低下する基本的な特性は同じであるが、角度１０°〜２０°の範囲における利得が約１０dBほど改善された特性を示している。

次に空間５０の効果を確認する為に、図３（ａ）の実線の特性と図６の実線を比較する。
角度５°にある主ビームの大きさに変わりは無い。角度１０°〜２０°の範囲におけるアンテナ利得が特に異なっている。空間５０が無い実施例に見られる角度約１２°付近の利得の落ち込み（約０dBi）が見られず角度１２°〜１７°の範囲のアンテナ利得が向上している。
この実施例の伝播損失特性を図７に示す。アンテナ装置からの水平方向距離が１Kmから２Kmの範囲における伝播損失が波打っているが平均的に約２dB程度改善されている。図４に示す実施例（実線）の１Kmから２Kmの範囲は約−１０９dBに対して、図７に示す空間５０を設けた同じ範囲における伝播損失は約−１０７dBである。

このように、第１のアンテナブロック１２と第２のアンテナブロック１３との間に空間を設けることでもアンテナ装置の特性を変えることが可能である。
また、第１のアンテナユニット１と第２のアンテナユニット８の大きさが等しい例で説明したが、第１のアンテナユニット１と第２のアンテナユニット８の大きさが異なっている場合でも良い。すなわち、調整を容易にするために各アンテナユニットの大きさの単位で変更出来る（置き換える）ようにして置く。

第１のアンテナブロック１２と上記第２のアンテナブロック１３とに給電する給電ラインの少なくとも一方に移相器を接続したこの発明の他の実施例を図８に示す。
図８（ａ）は第１のアンテナブロック１２側の給電ラインの中に移相器を接続した例である。今までに説明した部分と同じ構成は参照番号を同一とし説明を繰り返さない。アンテナシステムの給電点１１と第１のアンテナユニット１の給電点３との間に移相器８０が挿入接続されている。移相器８０から第１のアンテナブロック１２を構成する各第１のアンテナユニット１のそれぞれの給電点３に対して、位相を可変した給電信号を供給している。鉛直方向最上段に位置する第１のアンテナユニット１には、移相器８０から給電ケーブル８１によって給電されている。第１のアンテナブロック１２を構成する鉛直方向最下段に位置するＭ個目の参照符号を表記しない第１のアンテナユニットの給電点には給電ケーブル８２によって給電されている。図８（ａ）では、最上段の第１のアンテナユニット１と最下段の第１のアンテナユニットとの間にあるアンテナユニットについては、表記を省略している。省略している各第１のアンテナユニットの給電点にも移相器８０から独立した給電ケーブルが接続されている。第２のアンテナブロック１３側には、移相器が挿入接続されていない。

例えば移相器８０でアンテナシステムの給電点１１に給電される給電信号の位相を−２°移相させると、各第１のアンテナユニットの給電点に供給される位相が相対的に−２°ずつ移相器８０で遅らされる。
移相器８０は、機械的移相器又は電気的移相器のローデッド・ライン型（Loaded Line）やハイブリッド・カップルド型（Hybrid Coupled）など何で構成しても良い。調整の簡便性を考慮すると可変移相器であると、より好ましい。
図９（ａ）にこの実施例のアンテナ装置で移相器８０の移相量を変化させたときの垂直面内指向特性を示す。周波数は２.０GHzである。縦軸はアンテナ利得をdBiで示し、横軸は垂直面内の角度をdeg.で示す。このデータは電気的チルト角が５°の第１のアンテナユニット１を例えば５個、電気的チルト角が１５°の第２のアンテナユニット８を例えば２個で構成したアンテナ装置の特性である。

図９（ａ）に実線で示す特性が移相器８０で移相させないときの特性である。すなわち、アンテナ装置そのものが持つ特性である。主ビームの方向が第１のアンテナユニット１に与えられている電気的チルト角に等しい角度５°になっている。
破線で示す特性が、移相器８０で鉛直方向上に位置する第１のアンテナユニットの位相を４°進ませたものである。その結果、主ビームの方向が約１°に変化している。
２点鎖線で示す特性が、今度は逆に移相器８０で鉛直方向下に位置する第１のアンテナユニットの位相を２°遅らせたものである。その結果、主ビームの方向が約７°に変化している。図９（ａ）の図中に破線の楕円で囲んだ部分である。

このように第１のアンテナブロック１２側に給電される給電信号の位相を移相器８０によって変えることで主ビームの垂直面内における放射角度を変えることが可能になる。
次に第２のアンテナブロック１３側に移相器を接続した例を示す。今までに説明した部分と同じ構成は参照番号を同一とし説明を繰り返さない。アンテナシステムの給電点１１と第２のアンテナユニット８の給電点１４との間に移相器８３が挿入接続されている。移相器８３から第２のアンテナブロック１３を構成する各第２のアンテナユニット８の給電点１４に対して、位相を可変した給電信号を供給している。鉛直方向上に位置する第２のアンテナユニット８には、移相器８３から給電ケーブル８４によって給電されている。第２のアンテナブロック１３を構成する鉛直方向最下段に位置するＬ個目の参照符号を表記しない第２のアンテナユニットの給電点には給電ケーブル８５によって給電されている。図８（ｂ）では、第２のアンテナブロック１３を構成する最上段の第２のアンテナユニット８と最下段の第２のアンテナユニットとの間にあるアンテナユニットについては、表記を省略している。省略している各第１のアンテナユニットの給電点にも移相器８３から独立した給電ケーブルが接続されている。第１のアンテナブロック１２側には、移相器が挿入接続されていない。

図９（ｂ）にこの実施例のアンテナ装置で移相器８３の移相量を変化させたときの垂直面内指向特性を示す。縦軸はアンテナ利得をdBiで示し、横軸は垂直面内の角度をdeg.で示す。このデータは電気的チルト角が５°の第１のアンテナユニット１を例えば５個、電気的チルト角が１５°の第２のアンテナユニット８を例えば２個で構成したアンテナ装置の特性である。
図９（ｂ）に破線で示す特性が移相器８３で移相させないときの特性である。すなわち、アンテナ装置そのものが持つ特性である。この特性に対して移相器８３で鉛直方向下に位置する第２のアンテナユニットの位相を５°遅らせた特性を実線で示す。更に１５°遅らせた特性を２点鎖線で示す。

破線、実線、２点鎖線と移相器８３によってチルト角が増やされるに従い、図９（ｂ）に示すサイドローブも大地側に移動している。移相器８３によってチルト角３０°にした２点鎖線の特性は、角度３０°付近のアンテナ利得が実線に対して約５dBi改善されている。このように第２のアンテナブロック１３のチルト角を大きくすることで、俯角の大きい部分でのアンテナ利得を向上させることが出来る。これらの特性を図９（ｂ）の図中に破線の楕円で囲んで示す。ここで注目したい点は、移相器８３によって第２のアンテナブロック１３へ給電される給電信号の位相を変化させても主ビームの指向性が変化しない点である。

このように、第２のアンテナブロック１３へ給電する給電信号の位相を移相器８３で制御することでサイドローブだけを調整することが可能になる。
図８（ｃ）に第１のアンテナブロック１２と第２のアンテナブロック１３のそれぞれの給電ラインの中に移相器を接続した実施例を示す。図８（ｃ）に示す例は、前述した第１のアンテナブロック１２の給電ラインに移相器を挿入接続した図８（ａ）の例と、第２のアンテナブロック１３の給電ラインに移相器を挿入接続した図８（ｂ）の例とを組み合わせたものである。第１のアンテナブロック１２へ給電する給電信号の位相を移相器８０で制御することで主ビームの指向性を可変し、第２のアンテナブロック１３へ給電する給電信号の位相を移相器８３で制御することでサイドビームの指向性を可変するようにしたものである。各構成は説明済みであるのでここでの説明は省略する。

図１０に移相制御に追加して電力制御も行えるようにした実施例を示す。図１０は先に説明した第１のアンテナブロック１２と第２のアンテナブロック１３とをそれぞれ独立して移相制御出来るようにした図８（ｃ）に示した実施例に電力分配器を追加したものである。今までに説明した部分と同じ構成は参照番号を同一とし説明を繰り返さない。
図１０は、第１のアンテナブロック１２へ給電する給電信号の位相を制御する移相器８０と、第２のアンテナブロック１３へ給電する給電信号の位相を制御する移相器８３のそれぞれとアンテナシステムの給電点１１との間に電力分配器１００を接続した例である。

電力分配器１００は、アンテナシステムの給電点１１に入力される給電電力を移相器８０と移相器８３に分配する。例えば、アンテナ装置が配置される場所から比較的に近いエリアにサードローブを放射する第２のアンテナブロック１３へ給電する電力は、主ビームを放射する第１のアンテナブロック１２へ給電する電力より小さくした方が良い場合が多い。このように構成することでより給電電力を効率良く利用することが出来、より柔軟にアンテナ装置の指向特性を制御することが可能になる。

図１１にこの発明のアンテナ装置の他の実施例を示す。図１１は励振素子を例えば３周波数共用の励振素子としてこの発明のアンテナ装置を構成した場合の例を示す。励振素子１１０_ａは３周波数に対応したアンテナであり、鉛直方向に１１０_ａ，１１０_ｂ，１１０_ｃ，１１０_ｄが配列されてアンテナユニット１１５を構成している。アンテナユニット１１５の給電点１１６には、共用器１１１で３つの周波数が合成された給電信号が１本の給電ラインで供給される。共用器１１１には、例えば８００MHzの給電信号が給電ケーブル１１２で、例えば１.５GHzの給電信号が給電ケーブル１１３で、例えば２.０GHzの給電信号が給電ケーブル１１４によって供給される。

共用器１１１から給電点１１６および各励振素子１１０_ａ，１１０_ｂ，１１０_ｃ，１１０_ｄに至る給電ラインには３つの周波数の給電信号が供給される。例えば、このアンテナユニット１１５が第１のアンテナユニットとして第１のアンテナブロックを構成するものとする。そして例えば電気的チルト角を５°に設定されているものとする。この電気的チルト角はアンテナユニット１１５内の各励振素子への給電ラインの長さを調整することで設定されている。この給電ラインの長さはある周波数に基づいて決められるために、３周波数が共用になると基準として用いた周波数以外の周波数では、位相がずれてしまい電気的チルト角が変化してしまう。周波数が変わっても電気的チルト角が例えば５°になるようにする為に、共用器１１１と各周波数の給電信号を発生する供給源との間の給電ケーブル１１２，１１３，１１４の長さが調整される。すなわち、アンテナユニット個々に一対一の関係で共用器が設けられるために共用器よりも給電信号の供給源側の給電ケーブルの長さを変えることでチルト角の調整が可能になっている。

このアンテナユニット１１５の電気的チルト角を増やして第２のアンテナブロックにすることも容易であり、この３周波数共用の励振素子によってこの発明のアンテナ装置を構成することが出来る。
励振素子を３周波共用にすることによって、アンテナ装置を小型化することが可能になる。特に１つのレドームにアンテナ装置を収納することが出来るので、アンテナ設置場所の強度など利点が多い。
以上、述べて来た様にこの発明によるアンテナ装置によれば、柔軟にアンテナの指向特性を調整することが可能になる。ここまでの説明では、鉛直方向下に配置される第２のアンテナブロック１３のチルト角を鉛直方向上に配置される第１のアンテナブロック１２のチルト角よりも大きくした例で説明して来た。しかしこの発明はこの組み合わせに限定されない。例えば、盆地等の低い土地にこの発明のアンテナ装置を設置する場合は、その地域の特徴にもよるが、説明して来た例とは逆に鉛直方向下に配置される第２のアンテナブロック１３の電気的チルト角を鉛直方向上に配置される第１のアンテナブロック１２のチルト角よりも小さく設定した方が良い場合も想定される。

また、この発明の説明で各構成要素を数値限定して来なかった。これは、アンテナ装置を設置する場所によって最適な組み合わせが変わるためである。この発明によれば、どのような状況にあってもアンテナ指向特性を最適に調整することが可能になる。

この発明によるアンテナ装置の一実施例を示す図である。アンテナユニットへの電気的チルト角の与え方を示す図である。この発明のアンテナ装置の垂直面内指向性を示す図である。この発明のアンテナ装置の伝播損失特性を示す図である。この発明の他の実施例を示す図である。図５に示したアンテナの垂直面内指向性の例を示す図である。図５に示したアンテナの伝播損失特性の例を示す図である。移相器を接続したこの発明の他の実施例を示す図である。移相器を接続したこの発明のアンテナの垂直面内指向特性を示す図である。この発明の他の実施例を示す図である。この発明の他の実施例を示す図である。従来の移動通信システム用の基地局アンテナを示す図である。アンテナ本体を機械的に傾斜させた従来例を示す図である。機械的チルトと電気的チルトの違いを説明する図である。

Claims

第１のアンテナユニットが１個以上で構成される第１のアンテナブロックと、第２のアンテナユニットが１個以上で構成される第２のアンテナブロックとを備え、
上記第１のアンテナブロックと上記第２のアンテナブロックとが鉛直方向に配列され、
上記第１のアンテナユニットと第２のアンテナユニットとは異なる電気的チルト角が
与えられており、
第１のアンテナユニットの数の方が第２のアンテナユニットの数よりも多く、
上記第２のアンテナブロックは第１アンテナブロックより鉛直方向下に配置され、上記第１のアンテナブロックを構成する第１のアンテナユニットよりも上記第２のアンテナユニットの電気的チルト角が大であり、
上記第１のアンテナブロックと上記第２のアンテナブロックとの間に、上記第１又は第２のアンテナユニットの少なくとも一方の大きさの１倍以上の空間が設けられている、
ことを特徴とするアンテナ装置。
上記第１のアンテナブロックと上記第２のアンテナブロックとに給電する給電ラインの少なくとも一方に移相器が接続されていることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
上記第１のアンテナブロックと上記第２のアンテナブロックとに給電する給電ラインにこれらアンテナブロックに対する給電電力を分配する電力分配器が接続されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のアンテナ装置。
上記アンテナユニットを構成するアンテナ素子が複数の周波数に対応した励振素子であり、上記アンテナユニットの入力に共用器が接続されていることを特徴とする請求項１から請求項３の何れかに記載のアンテナ装置。