JP4504962B2 - アンテナ放射電力制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、１対多方向型無線通信システム等において用いられる無指向性アンテナの放射部の所定部分に、電波を遮断もしくは電波透過性の低い物質を設け、アンテナから放射する電波を制御するアンテナ放射電力制御方法に関する。

一般に、１対多方向型無線通信システムにおいて、高層建築物に設置した基地局と加入者局で高低差が高い場合、サービス提供する必要がある範囲がある一部の方向に限られている設置条件となる場合、サービス提供する必要がある範囲と反対方向に反射物があり反射波が発生する場合、同じ周波数の基地局が複数ありオーバーリーチ干渉が発生する場合において、基地局のアンテナとして無指向性アンテナを使用してはサービス品質が劣化する環境になる。

従来、１対多方向型無線通信システムにおいて、基地局と加入者局に高低差がある場合には、水平面下方向のアンテナの利得が高くなるように製造したチルトアンテナを使用する場合がある。また、ある限定された方向に対してのみサービス提供する場合には、ある限定された方向のアンテナの利得が高くなるように製造したセクタアンテナを使用する場合がある。いずれにしても、予め用途に応じたアンテナを製造する必要があり、無指向性アンテナとして基地局設置を進めた場合に、アンテナの変更を行うことが必要になり、即応することが難しい。

和田武尚、大越貴行、松本茂、風間保裕、仁平勝利、白水哲也 「広帯域ＦＷＡ基地局用セクタアンテナ」２００４年電子情報通信学会通信ソサイエティ大会 Ｂ−１−１３２ ２００４年９月 ｐ．１３２

１対多方向型無線通信システムにおいては、アンテナの全方向３６０度に対して電波を放射し、１つのアンテナでサービスを提供するために、水平面内無指向性のアンテナを使用することが多い。ただし、設置条件によっては、無指向性アンテナの場合に、垂直方向の指向性特性によりアンテナ利得が不足するために十分にサービスを提供することが不可能となる範囲が大きくなる場合がある。また、サービスを提供する必要の範囲が基地局のある一部の方向に限られている設置条件となる場合に、サービスを提供する範囲と反対方向に反射物があり反射波により品質が劣化すること、あるいはサービスを提供する範囲と反対方向に同じ周波数の基地局がありオーバーリーチ干渉が発生することにより品質が劣化することが想定される。

本発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、無指向性アンテナの放射部の所定部分に、電波を遮断もしくは電波透過性の低い物質を設け、アンテナから放射する電波を制御することにより、簡易に品質を改善もしくは、サービス提供を可能とするアンテナ放射電力制御方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明のアンテナ放射電力制御方法は、板状のアンテナ本体の表と裏の両面に設けられた複数のスリットから電波が放射される無指向性アンテナを用い、前記無指向性アンテナの放射部の片側の面に全てのスリットを密着して覆うように電波を遮断するもしくは電波透過性の低い物質を設け、アンテナから放射する電波を制御することを特徴とする。

また本発明のアンテナ放射電力制御方法は、板状のアンテナ本体の表と裏の両面に設けられた複数のスリットから電波が放射される無指向性アンテナを用い、前記無指向性アンテナの放射部の片側の面に全てのスリットを密着して覆うように金属板を取り付け、前記金属板に対して反対方向のアンテナ利得を向上させることを特徴とする。

また本発明は、前記アンテナ放射電力制御方法において、金属板として、アルミテープを用いることを特徴とする。

本発明を適用することにより、無指向性アンテナから放射される電波を、ある方向に対して強めることができ、その反対方向に放射される電波を弱めることが可能となる。これにより、無指向性アンテナでは、サービス提供が不可能であった範囲あるいは、品質が劣化する範囲に対して、新たなアンテナを開発、製造することなく、サービス提供が可能となり、品質の向上が可能となる。

以下図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
図２（ａ）は本発明の実施形態で使用する無指向性アンテナを示す表面図、図２（ｂ）は同じく側面図である。すなわち、板状のアンテナ本体１１の表と裏の両面には複数のスリット１２が配設され、前記スリット１２から電波が放射される。前記スリット１２の配置は電波放射が無指向性特性となるように設計される。

図３は本発明の実施形態で使用する無指向性アンテナのアンテナ指向性特性シミュレーション値図であり、（ａ）は水平面、（ｂ）は垂直面である。

図４は本発明の実施形態で使用する無指向性アンテナのアンテナ指向性特性図であり、（ａ）は水平面、（ｂ）は垂直面である。

すなわち、図３（ａ）、図４（ａ）における水平面では、アンテナを天頂方向から見た場合のアンテナの指向特性Ｇ１、Ｇ３を示しており、１８０度がアンテナのスリットが入った面の方向になる。つまり、方位で示すと、０度が北、９０度が東、１８０度が南、２７０度が西となる。図３（ｂ）、図４（ｂ）の垂直面では、アンテナを側面からみた場合のアンテナの指向特性Ｇ２、Ｇ４を示しており、９０度及び２７０度がアンテナのスリットが入った面の方向になる。つまり、０度が天頂方向で、１８０度が地面方向になる。図３（ａ）、図４（ａ）の水平面においては３６０度、ほぼ均一の利得となっており、図３（ｂ）、図４（ｂ）の垂直面においては、９０度及び２７０度の水平方向に最大利得となり、天頂方向及び地面方向に向かって利得が減衰していく。

図１（ａ）は本発明の実施形態に係るアンテナを示す表面図、図１（ｂ）は同じく側面図である。すなわち、図２（ａ），（ｂ）に示すような板状のアンテナ本体１１の表と裏の両面に設けられたスリット１２から電波が放射される無指向性アンテナを用い、前記無指向性アンテナの放射部の片側の面である表面には全てのスリット１２を覆うように電波を遮断する金属板例えばアルミテープ１３が貼り付けられて取り付けられる。無指向性アンテナの放射部の片側の面にスリット１２を覆うようにアルミテープ１３が取り付けられることにより、アンテナから放射する電波を制御し、アルミテープ１３に対して反対方向のアンテナ利得を向上させる。アルミテープ１３は無指向性アンテナの放射部の片側面の面積以下であり、すべてのスリット１２を覆うように貼り付ける。これにより無指向性アンテナの片側からの電波の放射を抑制し、指向性特性を変化させる。

図５は本発明の実施形態に係る図１のアンテナのアンテナ指向性特性シミュレーション値図であり、（ａ）は水平面、（ｂ）は垂直面である。

図６は本発明の実施形態に係る図１のアンテナのアンテナ指向性特性図であり、（ａ）は水平面、（ｂ）は垂直面である。

すなわち、図５（ａ）、図６（ａ）における水平面では、アンテナを天頂方向から見た場合のアンテナの指向特性Ｇ５、Ｇ７を示し、図５（ｂ）、図６（ｂ）の垂直面では、アンテナを側面からみた場合のアンテナの指向特性Ｇ６、Ｇ８を示す。基本的に、本発明の実施形態を適用した図１のアンテナのサービス提供範囲としては、図５における（ａ）水平面の約１２０度から約２４０度の範囲、（ｂ）垂直面において約９０度から約１８０度の範囲を想定している。図５（ａ）は図３（ａ）と同様に０度が北、９０度が東、１８０度が南、２７０度が西の関係にあり、アルミテープ１３を貼り付けた面は０度方向である。水平面では、貼り付けた面（０度方向）のアンテナ利得が減少し、貼り付けた面と反対側（１８０度方向）のアンテナ利得が増加する。図５（ｂ）は図３（ｂ）と同様に、０度が天頂方向、１８０度が地面方向の関係にあり、アルミテープ１３を貼り付けた面は２７０度方向である。垂直面では、サービス提供時に必要となる９０度から１８０度方向のアンテナ利得が貼り付け前と比較して大幅に減少するポイントもない。２７０度方向のアンテナ利得が減衰しているが、２７０度方向へのサービス提供を実施しない場合への適用を想定しているため、問題はない。

実際に、図３の特性を持つ無指向性アンテナに本発明を実施した（アルミテープ１３を貼り付けた）アンテナ（図１）の指向性特性を測定した結果を図６に示す。図６は図５と同じ角度と方向の関係がある。図５のシミュレーションと同様に、図６は水平面でアルミテープ１３の貼り付け面方向（０度方向）の利得が減少し、アルミテープ１３の貼り付け面と反対方向（１８０度方向）の利得が増加することを実現可能であることを確認した。アルミテープ１３の貼り付け面と反対方向（１８０度方向）へのサービス提供においては、高い利得を有するアンテナを設置したのと同等の効果を得ることが可能である。垂直面でも同様に利得が増加し、高い利得を有するアンテナを設置したのと同等の効果を得ることが可能であり、またサービス提供の範囲となる９０度から１８０度方向でのアンテナ利得が大きく落ち込むといった特性にならず、サービス品質に悪影響を及ぼすことはない。

尚、図３、図４、図５、図６に示すアンテナ指向特性においてアンテナ利得は円の中心が最小値−２０ｄＢを示し、外側になるに従い、大きい値−１０ｄＢ，０ｄＢ，１０ｄＢ，２０ｄＢを示す。

１対多方向型無線通信システムにおいては、十数メートルへの基地局の設置を想定し、無指向性アンテナは設計されているが、基地局の高さが高くなり、加入者局との高低差が大きくなると垂直面のアンテナの指向性特性により、加入者局方向のアンテナ利得が少なくなり、品質が劣化し、サービス提供が不可能となる範囲が大きくなる可能性が高い。高層建築物への設置など、高低差が大きい設置となる基地局のアンテナに対して、本発明の実施形態を適用すると水平面のアルミテープ貼り付け面と反対側のアンテナの利得が向上すること、またサービス提供に必要となる角度範囲での垂直面のアンテナ指向性特性に影響がないことにより、アルミテープの貼り付けがない場合と比べて、品質が向上し、サービス提供が不可能となる範囲が減少する。

また、１対多方向型無線通信システムにおいて、一つの基地局と他の一つの基地局が同じ周波数を使用していた場合に、その位置関係によっては電波干渉により品質が劣化する場合がある。すでに設置された基地局が存在し、その基地局に対して電波干渉を発生させる可能性のある場所に新しく基地局を設置する場合、新しく設置する基地局の無指向性アンテナの放射部のすでに設置された基地局の方向の面にアルミテープを貼ることにより、すでに設置された基地局方向への電波を抑制し、電波干渉を軽減させることが可能となる。

１対多方向型無線通信システムにおいて、新しく設置する基地局のサービス提供のエリアと反対方向に反射物がある場合、その位置関係によって反射物からの反射波により、品質が劣化する場合がある。新しく設置する基地局の無指向性アンテナの放射部の反射物の方向の面にアルミテープを貼ることにより、反射波のレベルを抑制し、品質を向上させることが可能となる。

また、無指向性アンテナの放射部に貼り付ける物質として、例えば電波透過性の低い物質等の電波の透過性能の異なる物質を使用することで、貼り付け面方向及び貼り付け面と反対方向へ放射する電波を調整することが可能である。

以上のように、無指向性アンテナの放射部の一面に金属板を貼り付けることにより、金属板を貼り付けた面からの電波の放射を抑制し、放射する電波を金属板を貼り付けた面と反対側へ集中させることにより金属板を貼り付けた面と反対側のアンテナの利得を高めることを特長とする。

また、無指向性アンテナの放射部の一面に電波の透過率の異なる物体を貼り付けることにより、貼り付けた面からの電波の放射の抑制、及び貼り付けた面と反対側から放射される電波の調整を可能とすることにより、電波放射を制御することを特長とする。

なお、本発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。

本発明の実施形態に係るアンテナを示す表面図及び側面図である。 本発明の実施形態で使用する無指向性アンテナを示す表面図及び側面図である。 本発明の実施形態で使用する無指向性アンテナのアンテナ指向性特性シミュレーション値図である。 本発明の実施形態で使用する無指向性アンテナのアンテナ指向性特性図である。 本発明の実施形態に係るアンテナのアンテナ指向性特性シミュレーション値図である。 本発明の実施形態に係るアンテナのアンテナ指向性特性図である。

符号の説明

１１…アンテナ本体、１２…スリット、１３…アルミテープ。

Claims (3)

1. 板状のアンテナ本体の表と裏の両面に設けられた複数のスリットから電波が放射される無指向性アンテナを用い、前記無指向性アンテナの放射部の片側の面に全てのスリットを密着して覆うように電波を遮断するもしくは電波透過性の低い物質を設け、アンテナから放射する電波を制御することを特徴とするアンテナ放射電力制御方法。
2. 板状のアンテナ本体の表と裏の両面に設けられた複数のスリットから電波が放射される無指向性アンテナを用い、前記無指向性アンテナの放射部の片側の面に全てのスリットを密着して覆うように金属板を取り付け、前記金属板に対して反対方向のアンテナ利得を向上させることを特徴とするアンテナ放射電力制御方法。
3. 金属板として、アルミテープを用いることを特徴とする請求項２に記載のアンテナ放射電力制御方法。

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