JP4746098B2 - ポイント−ツウ−ポイントに適用して用いられる改良型リピータアンテナ - Google Patents

Description

本発明は、マイクロ波領域における通信システムにおいてポイント−ツウ−ポイント通信に適用して用いられ、第１の設置場所の第１の無線ユニットから第２の設置場所の第２の無線ユニットへの送信接続が意図されているリピータアンテナを開示する。

例えば、マイクロ波領域におけるセルラ電話システムのような通信システムにおいて、基地局には、その基地局によりカバーされる領域に位置するユーザとの通信を試みようとする際に多くの課題がある。都市の地域では、そのような課題の例は、ある狭い領域への視線を遮る高層ビルであるかもしれず、ある狭い領域ではユーザが集中しその基地局により処理できる限界を超えてしまうことであるかもしれない。

これらの課題を扱うための１つの方法は、問題となっているその狭い領域をカバーすることのできる別の基地局を設置することである。通常、その基地局は小さな容量をもち、“ピコ−ステーション”と呼ばれている。これら“ピコ−ステーション”は、ある方法でネットワークと接続される必要があり、ポイント−ツウ−ポイント接続における複数のポイントの１つとしてピコ−ステーションが備えられるのが適切である。問題となっている狭い領域は通常、基地局に対する視線（ＬＯＳ）をもっていないので、前記ポイント−ツウ−ポイント接続は、基地局或いはネットワークのより上位の局からの“ピコ−ステーション”で管理されるリピータ局によりなされる。

従来のリピータアンテナは通常、しばしば放物線形状の皿のような２つの反射型アンテナによりデザインされ、導波管により接続され、異なる方向に向いている。そのようなリピータアンテナを、特に、都会の地域で設置することは、美的感覚を考慮することや、リピータアンテナの設置場所のための十分な空間を見出す難しさがあるといった数多くの要素のためにますます困難になってきている。

別の種類の以前から知られているリピータは、金属のような大きなシート状の反射材に過ぎない。そのようなリピータは数多くの欠点がある。例えば、指向性が小さいために損失が大きいといったことなどである。それは一般には都会の地域での使用には適していない。

従って、上述のように、上述した公知のリピータアンテナの欠点を克服するリピータアンテナがポイント−ツウ−ポイント通信システムにおいて必要である。

この必要は本発明によって扱われるものであり、本発明では、マイクロ波領域における通信システムにおいてポイント−ツウ−ポイント通信に適用して用いられ、第１の設置場所の第１の無線ユニットから第２の設置場所の第２の無線ユニットへの送信接続が意図されているリピータアンテナを開示する。

そのリピータアンテナは実質的に平面であり、少なくとも第１のアンテナビームと第２のアンテナビームとをもつ進行波アンテナとして設計され、それは、第１のアンテナビームが、例えば、基地局のような第１の無線ユニットからの、そして、第１の無線ユニットへの送信に用いられ、第２のアンテナビームが、適切には“ピコ−ステーション”のような第２の無線ユニットからの、そして、第２の無線ユニット（１６０）への送信に用いられることを意味とする。

１実施例では、そのリピータアンテナは、電気伝導材のシートでできているアンテナ要素を有し、そのリピータアンテナはさらに誘電体によりそのアンテナ要素からは離間された接地平面を有する。

本発明について、添付図面を参照し、次の記載から詳細に説明する。

図１は本発明のリピータアンテナが用いられるシステム１００を示している。図示されたシステム１００はセルラ電話システムであり、本発明の説明を容易にするために意図された実施例の１つに過ぎないものとして理解されたい。そのリピータアンテナは当業者であれば具体化できるように、数多くの幅広いアプリケーションにおいて用いられる。

第１の無線ユニット１１０、この場合は、セルラシステム１００の無線基地局は、建築物１７０が基地局１１０による無線カバレッジからある領域を覆い隠すので、セル内のその領域に対して適切なサービスを提供することができない。

その覆い隠された領域にサービスを行なうために、第２の無線ユニット或いは基地局１６０が建築物１７０に展開されて、基地局１６０のアンテナがその覆い隠された領域をカバーできるようにする。第２の無線ユニット１６０は基地局１１０に類似の基地局であっても良いが、基地局１１０と比較して小さい能力をもった基地局、所謂、“ピコ−ステーション”であっても良い。

第１の無線ユニット１１０を第２の無線ユニット１６０に接続するために、本発明のリピータアンテナ１３０が建築物１４０に展開される。その展開位置で、そのリピータアンテナは基地局１１０をピコ−ステーション１６０に接続できる。

システム１００の運用者に見た目の美しさをさほど損なうことなく広い様々な場所にリピータアンテナ１３０を展開する可能性を与えるために、リピータアンテナ１３０は実質的に平面で、従って、特に適切なレドームで覆われるならば、背景に容易に溶け込ませることができると良い。

リピータアンテナ１３０は第１のアンテナビーム１２０と第２のアンテナビームとをもち、それらビーム両方により、基地局１１０、１６０はカバーされる。

図１に示されているように、第１のビーム１２０はリピータアンテナ１３０を基地局１１０に接続するために用いられる。言い換えると、第１のビームはリピータ１３０と基地局１１０との間の送信に用いられる。そして、リピータアンテナ１３０の第２のビーム１５０はリピータアンテナ１３０を基地局１６０に接続するのに用いられる。言い換えると、第２のビームはリピータアンテナ１３０と“ピコ−ステーション”１６０との間の送信に用いられる。

次に、リピータアンテナ１３０のデザインとともに、前記デザインのいくつかの変形例について、図２〜図６を参照して説明する。

図２は本発明で用いられるアンテナ２００の例を示している。アンテナ２００は、少なくとも第１の放射要素２１１と第２の放射要素２１２を備え、それらが互いから中心距離Ｄを保って直列に配列された、所謂“進行波”タイプのアレイアンテナである。その放射要素は互いに直列に接続されているので、第１の“終端”要素２１１と第２の“終端”要素とがあり、それらはアンテナ２００の入出力ポート２２２、２２３に取り付けられる。

図２に示されているように、アンテナ２００は第１のアンテナビーム２３２と第２のアンテナビーム２３３とがあり、それらは各々、アンテナポート２２２、２２３の１つと関係付けられる。このことは第１のビーム２３２が第１のポート２２２にアクセスすることにより用いられ、同様にして、第２のビーム２３３が第２のポート２２３と関係付けられる。そのビーム間の角度は、そのアンテナのアンテナ要素間の中心距離Ｄにより決定される。

また、図２から分かるように、進行波アンテナの２つのアンテナビームはアンテナに垂直な方向に伸びる仮想線に関して、互いの“鏡像”となる。従って、これら２つのビームはしばしば“＋（プラス）”或いは“−（マイナス）”方向として言及される。

図３は本発明のアンテナの別のバージョン３００を示している。このバージョンでは、アンテナ３００は、図２に関連して示され、また説明した種類の進行波アンテナを複数有している。図３では、３つのアンテナ３１０、３１１、３１２が示されている。しかし、アンテナの数はもっと自由に変えられても良いことは当然である。

前に説明した原理に従って、３つの進行波アンテナを用いる結果、６つの異なるアンテナビーム３Ｌ−３Ｒが生み出され、各ビームは６つの異なるアンテナポート３３１−３３７の１つに関係付けられる。

もしアンテナ３００が所謂ＭＩＭＯに応用するものとして用いられるなら、これは次のような方法で実行されると良い。ＭＩＭＯ（マルチアンテナ信号伝送法：Multiple Input Multiple Output）システムはＭ個のビームをもつアンテナでＮ個のデータストリームを送信する。ここで、Ｍ≧２Ｎであり、異なるビーム間では適度な程度の非相関がある。１つのＭＩＭＯビームはＭ個のアンテナビーム各々で受信され、それらアンテナビームの別の１つで再送信される。再送信時に保持されるＭＩＭＯデータストリーム間には設計され用いられるアンテナのために非相関があり、受信と再送信夫々に用いられるアンテナビーム間には十分な非相関があるようにする。

図４ａには、本発明に従うアンテナ４００の別のバージョンが示されている。アンテナ４００と図３に示されたアンテナ３００との間の主な相違点は、アンテナ３００が３つの一次元進行波アンテナを有しており、これにより、６つのビーム（各アンテナより２つ）が生成され、これら全てが同じ立面上に存在する点である。

アンテナ３００とは反対に、図４のアンテナ４００は、各終端部で相互接続された１次元進行波アレイを複数４１０〜４４０有し、従って、２次元アレイアンテナを構成している。この２次元アレイアンテナは当業者には公知の概念であり、従って、ここでは詳細には説明しない。しかしながら、図４に示されているように、アンテナ４００はスイッチユニット４５０と接続点４６０とを有している。接続点４６０でアンテナに接続されるデータストリームはスイッチユニットにより、図４に示されているように、Ａ点、Ｂ点、Ｃ点、或いは、Ｄ点のいずれかに接続される。

図４ｂでは、Ａ点、Ｂ点、Ｃ点、Ｄ点の各点に接続されたときに生成される４つの異なるアンテナビームが示されている。これらのビームは図４ａのアンテナと同じ平面、即ち、紙面に関して“正面向き”の平面で示されている。

図５では、本発明で用いられる別のアンテナ５００が示されている。アンテナ５００は図４のそれとは、各終端部で相互接続された１次元進行波アレイを複数５１１、５２１、５３１、５４１有し、従って、２次元アレイアンテナを構成している点で類似している。しかしながら、アンテナ５００では、可変移相器５１０が個々のアレイの放射要素間に配置されるとともに、可変移相器５２０が１次元アレイを互いに接続する接続点に配置されている。

そのアンテナはＡ点とＢ点の２つの点で給電され、その両方とも図６に示されており、これらが２つのビームを生じさせる。これらのビームは公知の方法で移相器により適合的にその方向が変えられる。つまり、移相器５１０が用いられてアンテナビームを第１の方向に導き、移相器５２０が用いられて第１の方向とは実質的に垂直な第２の方向にアンテナビームを導く。

アンテナへの接続は接続点Ａ、Ｂを介してなされる。

アンテナ５００はまた、図４のアンテナ４００で用いられ、この場合、４つのビームが生成される４つの点で給電することができる。

当然なことであるが、アンテナ５００を変形して、例えば、図５に示されている移相器５１０、５２０の全てを有する必要はないようにしても良い。

本発明は上述した実施例によって限定されるものでなく、添付の請求の範囲に記載の範囲内で自由に変形することができる。例えば、進行波アンテナであるアンテナが上述した以外の方法で設計されても良く、必ずしも共振要素を有する必要はない。所謂、漏洩ケーブルは共振要素をもたない進行波アンテナの一例である。

図６は進行波アンテナの実施例の別の例６００である。この例では、導波管は放射要素として動作する数多くの開口部６１０〜６６０をもっている。図２に示されたアンテナ２００と類似して、アンテナ６００はそのアンテナの２つの終端点Ａ、Ｂ夫々で給電され、アンテナ２００と同様に２つのビームを生成する。

本発明が適用されるシステムの全体概要を示す図である。 、 、 、 、 、 本発明のリピータアンテナの異なる実施例を示す図である。

Claims (5)

1. マイクロ波領域におけるＭＩＭＯシステムにおいてポイント−ツウ−ポイント通信に適用して用いられ、ＭＩＭＯシステムはＭ個のビームを持つアンテナでＮ個のデータストリームを送信するものであって、Ｍ＞＝２Ｎであり、第１の設置場所の第１の無線ユニット（１１０）から第２の設置場所の第２の無線ユニット（１６０）への送信接続が意図されているリピータアンテナであって、
   前記リピータアンテナは実質的に平面であり、
   少なくとも第１のＭ個のアンテナビーム（１２０）と第２のＭ個のアンテナビーム（１５０）とをもつ進行波アンテナとして設計され、
   前記第１のＭ個のアンテナビーム（１２０）が前記第１の無線ユニット（１１０）からの、そして、前記第１の無線ユニット（１１０）への送信に用いられ、前記第２のＭ個のアンテナビーム（１５０）が前記第２の無線ユニット（１６０）からの、そして、前記第２の無線ユニット（１６０）への送信に用いられ、アンテナビームが相互に非相関であることを特徴とするリピータアンテナ。
2. 電気伝導材のシートでできているアンテナ要素をさらに有し、
   前記アンテナは誘電体により前記アンテナ要素からは離間された接地平面をさらに有することを特徴とする請求項１に記載のリピータアンテナ。
3. 前記リピータアンテナは、実質的に平面であることに加えて、実質的にフラットであることを特徴とする請求項１又は２に記載のリピータアンテナ。
4. 前記リピータアンテナは、受動型リピータアンテナであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のリピータアンテナ。
5. 前記リピータアンテナは、能動型リピータアンテナであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のリピータアンテナ。

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