JP5338341B2 - アンテナ装置 - Google Patents

Description

本発明は、電波を放射するアンテナ素子を有するアンテナ装置に関する。

移動体通信システムにおいては、移動体通信網の末端にあたる基地局に設置されたアンテナ装置から放射される電波が、地上に存在する移動体端末によって受信される。なお、この基地局は通常、ビルの壁面や屋上等の地上面よりも高いところに設置されている。以降、移動体通信システムの基地局に設置されたアンテナ装置のことを基地局アンテナ装置という。

移動体通信システムを提供する通信事業者は、基地局アンテナ装置から放射される電波が届かない領域である不感地帯の解消を基地局の増設によって推進している。しかし、基地局アンテナ装置の直下では不感地帯が発生しやすく、完全に不感地帯を解消することは難しい。

そこで、基地局アンテナ装置の直下の電波のレベルを向上させることのできるアンテナが考えられており、例えば、アンテナの直下付近での電波のレベルの落ち込みを少なくすることができるアンテナが特許文献１に開示されている。このようなアンテナを利用すれば、不感地帯を解消することも可能である。

一方、移動体通信システムを提供する通信事業者にとっては、不感地帯の解消だけではなく、基地局アンテナ装置から放射される電波が近隣の基地局アンテナ装置や他の通信システム（例えば、衛星通信等）に与える電波干渉への対策も重要である。

上述したように、移動体通信システムにおいて基地局アンテナ装置は、移動体端末が存在する地上よりも高いところに設置されている。そのため、基地局アンテナ装置から天頂側へ放射される電波は、本来必要のないものである。また、この基地局アンテナ装置から天頂側へ放射される電波は、近隣の基地局アンテナ装置や他の通信システムへ電波干渉等の影響を及ぼす可能性が高い。

ここで、通常、基地局アンテナ装置では、複数のアンテナ素子が配列されたアレイアンテナが用いられている。なお、アンテナ素子とは、線状のアンテナ一本一本のことである。このアレイアンテナが用いられた基地局アンテナ装置において、天頂側へ放射される電波を抑制する方法としては、例えば、各アンテナ素子に供給される電力の位相を予め決められた一定量ずつずらす電気的な手法がある。

２００６−１９７５３０号公報

上述した電気的な手法によって天頂側へ放射される電波を抑制する場合、その抑制の効果を十分なものとするために、多数のアンテナ素子を配列する必要がある。そのため、基地局アンテナ装置が大きくなってしまうという問題点がある。

特に、例えばビルとビルとの間や地下街等の不感地帯の解消を目的としている基地局アンテナ装置の場合、設置スペースや景観等の観点から、基地局アンテナ装置を大きくすることが困難である。そのため、上述したように基地局アンテナ装置が大きくなると、基地局アンテナ装置自体を設置できなくなるおそれがある。

本発明は、小型でありながらも、天頂側へ放射される電波を抑制することができるアンテナ装置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装置は、
電力を供給する給電回路と、
前記給電回路から供給される電力を受け付ける給電点が長手方向の中央に設けられた対称給電ダイポールアンテナと、
前記給電点が長手方向の中央以外に設けられた非対称給電ダイポールアンテナと、を有し、
前記対称給電ダイポールアンテナ及び前記非対称給電ダイポールアンテナのそれぞれは、前記長手方向が地上面に対して垂直となるように設置され、かつ、地上面に対して水平方向に並んで配列されている。

本発明によれば、アンテナ装置は、給電回路から供給される電力を受け付ける給電点が長手方向の中央に設けられた対称給電ダイポールアンテナと、給電点が長手方向の中央以外に設けられた非対称給電ダイポールアンテナと、を有する。そして、対称給電ダイポールアンテナ及び非対称給電ダイポールアンテナのそれぞれは、長手方向が地上面に対して垂直となるように設置され、かつ、地上面に対して水平方向に並んで配列されている。

そのため、アンテナ装置から放射される電波は、相互に異なる２つの指向性及び利得が合成された特定の方向への放射が小さな電波となる。すなわち、電波干渉の原因となる天頂側への電波の放射を抑制することができる。

本発明のアンテナ装置の実施の一形態を示す図である。 図１に示した基地局アンテナ装置の側面図である。 図１及び図２に示した基地局アンテナ装置を斜め後方から見た斜視図である。 図２及び図３に示した給電回路の内部の構成の一例を示す図である。 図１〜図３に示した基地局アンテナ装置から放射される電波の垂直面の指向性及び利得の一例を示す極座標グラフである。 図１〜図３に示した基地局アンテナ装置から放射される電波の水平面の指向性及び利得の一例を示す極座標グラフである。 図１〜図３に示した基地局アンテナ装置から放射される電波の電波放射イメージの一例を示す図である。 対称給電ダイポールアンテナのみを備えるアンテナ装置の垂直面の指向性及び利得の一例を示す極座標グラフである。 本発明のアンテナ装置の他の実施形態を示す図である。 本発明のアンテナ装置の他の実施形態を示す図である。 本発明のアンテナ装置の他の実施形態を示す図である。

以下に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

図１は、本発明のアンテナ装置の実施の一形態を示す図であり、移動体通信システムにおいて利用される基地局アンテナ装置１００の正面図である。

本実施形態の基地局アンテナ装置１００は図１に示すように、長さがλの非対称給電ダイポールアンテナ１，３と、長さがλ／２の対称給電ダイポールアンテナ２と、背面反射板４とを備えている。なお、上記のλは、基地局アンテナ装置１００から放射される電波の周波数に対応した波長である。また、ダイポールアンテナとは、２つの帯状の導体が給電点を挟んで直線的に並べられたアンテナのことである。また、給電点は、後述する給電回路から供給される電力を受け付ける部分である。これら非対称給電ダイポールアンテナ１，３及び対称給電ダイポールアンテナ２は、それぞれの長手方向が地上面と垂直となるように設置されている。また、図１に示すように非対称給電ダイポールアンテナ１，３及び対称給電ダイポールアンテナ２は、図中左から非対称給電ダイポールアンテナ１、対称給電ダイポールアンテナ２、非対称給電ダイポールアンテナ３の順番で地上面に対して水平方向に等しい間隔ｗで並んで配列されている。なお、配列されている間隔ｗは例えばλ／２である。

また、図１に示すように非対称給電ダイポールアンテナ１，３では、その長手方向の中央からλ／４下方の位置に給電点１０がある。なお、長手方向の中央からλ／４下方というのは一例であり、必ずしもこれに限定されない。一方、対称給電ダイポールアンテナ２では、その長手方向の中央に給電点１０がある。このように、本実施形態において対称給電ダイポールアンテナとは、その長手方向の中央に給電点があるダイポールアンテナのことをいう。また、非対称給電ダイポールアンテナとは、その長手方向の中央以外の位置に給電点があるダイポールアンテナのことをいう。

非対称給電ダイポールアンテナ１，３及び対称給電ダイポールアンテナ２は、後述する給電回路から給電点１０を通じて供給される電力によって電波を放射する。

背面反射板４は、非対称給電ダイポールアンテナ１，３及び対称給電ダイポールアンテナ２から放射された電波を反射させ、背面反射板４側への電波の放射を抑制する。なお、背面反射板４は、通常、金属板であるが、導体であれば他のものでもよい。例えば、誘電体に導体のメッキがされたものや、導電性の塗料を塗布したもの、または電波吸収材料からなるものでもよい。

図２は、図１に示した基地局アンテナ装置１００の側面図である。

図１に示した非対称給電ダイポールアンテナ１，３及び対称給電ダイポールアンテナ２は図２に示すように、背面反射板４に設けられた支柱１１により、背面反射板４から距離ｙの位置に設置されている。なお、距離ｙは例えばλ／４である。また、図２においては、非対称給電ダイポールアンテナ３のみが支柱１１を介して背面反射板４に設置されているように図示されているが、非対称給電ダイポールアンテナ１及び対称給電ダイポールアンテナ２も、非対称給電ダイポールアンテナ３と同様の形態で背面反射板４に設置されている。

また、図２に示すように、背面反射板４の非対称給電ダイポールアンテナ１，３及び対称給電ダイポールアンテナ２が設置されている面の反対側の面には、給電回路５が設置されている。

図３は、図１及び図２に示した基地局アンテナ装置１００を斜め後方から見た斜視図である。

図２に示した給電回路５には図３に示すように、同軸コネクタ７を介して同軸ケーブル６が接続されている。なお、同軸ケーブル６は例えば、特性インピーダンス５０Ωの同軸ケーブルである。

給電回路５は、同軸ケーブル６及び同軸コネクタ７を介して非対称給電ダイポールアンテナ１，３及び対称給電ダイポールアンテナ２のそれぞれの給電点１０へ電力を供給する。

図４は、図２及び図３に示した給電回路５の内部の構成の一例を示す図である。

図２及び図３に示した給電回路５は図４に示すように、プリント基板８と、給電線路９とを備えている。なお、給電線路９は、プリント基板８上に敷設されている。

給電線路９は、非対称給電ダイポールアンテナ１，３及び対称給電ダイポールアンテナ２毎に敷設されている。また、給電線路９は同軸コネクタ７を介して同軸ケーブル６と接続されている。

なお、非対称給電ダイポールアンテナ１，３と、対称給電ダイポールアンテナ２とに供給される電力の大きさの比率は、給電線路９の幅を調整することによって変化させることができる。ここでは、非対称給電ダイポールアンテナ１，３に供給される電力の大きさと、対称給電ダイポールアンテナ２に供給される電力の大きさとの比率が１対４となるように給電線路の幅が調整されているものとする。なお、この比率１対４は一例であり、必ずしもこの比率に限定されるものではない。

また、非対称給電ダイポールアンテナ１，３と、対称給電ダイポールアンテナ２とに供給される電力の位相については、給電線路９の長さを調整することによって位相差を設定することができる。ここでは、対称給電ダイポールアンテナ２に供給される電力の位相は、非対称給電ダイポールアンテナ１，３に供給される電力の位相よりも１３０度進むように給電線路９の長さが調整されているものとする。なお、この位相差１３０度は一例であり、必ずしもこの位相差に限定されるものではない。

以下に、上記のように構成された基地局アンテナ装置１００から電波を放射する際の動作について説明する。

まず、非対称給電ダイポールアンテナ１，３及び対称給電ダイポールアンテナ２のそれぞれの給電点１０に同軸コネクタ７及び同軸ケーブル６を介して給電回路５から電力が供給される。

給電点１０に電力が供給されると、非対称給電ダイポールアンテナ１，３及び対称給電ダイポールアンテナ２のそれぞれから電波が放射される。

図５は、図１〜図３に示した基地局アンテナ装置１００から放射される電波の垂直面の指向性及び利得の一例を示す極座標グラフである。図５に示す極座標グラフにおいて中心は、基地局アンテナ装置１００の位置を表している。なお、垂直面とは地上面に対して垂直な面のことである。

図６は、図１〜図３に示した基地局アンテナ装置１００から放射される電波の水平面の指向性及び利得の一例を示す極座標グラフである。図６に示す極座標グラフにおいて中心は、図５と同様に基地局アンテナ装置１００の位置を表している。なお、水平面とは地上面に対して水平な面のことである。

ここで、指向性は、アンテナから放射される電波の方向に対する感度の特性を表している。図５及び図６に示すような極座標グラフでいうと、極座標グラフ中の図形の張り出している方向が、基地局アンテナ装置１００から放射される電波の指向性を表している。

また、利得は、あるアンテナによってある距離の点へ放射される電波の電波密度と、同一の電力を供給されている基準アンテナによって同一距離の点に放射される電波の電波密度との比のことであり、電波のエネルギーの強さを示す。図５及び図６に示すような極座標グラフでいうと、極座標グラフ中の図形の張り出している大きさが利得を表している。

非対称給電ダイポールアンテナ１，３では、その長手方向の中央に給電点１０がないため、アンテナ素子上を流れる電流分布（特に位相分布）が長手方向の中央を境に非対称となる。その結果、垂直面の指向性及び利得を示す極座標グラフは、歪んだ８の字のようになる。

ここで、非対称給電ダイポールアンテナを１つだけ備えた基地局アンテナ装置を考えてみる。例えば、非対称給電ダイポールアンテナ１のみを備えた基地局アンテナ装置では、その正面方向にヌルが生じる。なお、ヌルとは、電波が放射されている範囲であるにも関わらず、その電波を受信できない位置のことである。

そのため、本実施形態においては図１に示したように、対称給電ダイポールアンテナ２と非対称給電ダイポールアンテナ１，３とが地上面に対して水平方向に並んで配列されている。これにより、基地局アンテナ装置１００から放射される電波の指向性及び利得は、非対称給電ダイポールアンテナ１，３の指向性及び利得と、対称給電ダイポールアンテナ２の指向性及び利得とが合成されたものとなる。

その結果、図６に示すように基地局アンテナ装置１００の正面方向のヌルがなくなるとともに、図５に示すように天頂側の指向性及び利得を小さくすることができ、地上面側の指向性及び利得を大きくすることができる。

図７は、図１〜図３に示した基地局アンテナ装置１００から放射される電波の電波放射イメージの一例を示す図である。

図７では、図５に示した垂直面の指向性及び利得を有する電波の電波放射イメージを一例として示している。なお、ここでは、基地局アンテナ装置１００がビルの壁面等に設けられているものとする。

図７の電波放射イメージ１０１に示すように、基地局アンテナ装置１００よりも下の地上面側に電波の放射が大きく張り出しており、基地局アンテナ装置１００よりも上の天頂側への電波の放射の張り出しが小さくなっている。

ここで、対称給電ダイポールアンテナのみを備えるアンテナ装置から放射される電波の指向性及び利得について説明する。

図８は、対称給電ダイポールアンテナのみを備えるアンテナ装置の垂直面の指向性及び利得の一例を示す極座標グラフである。図８に示す極座標グラフにおいて中心は、対称給電ダイポールアンテナのみを備えるアンテナ装置の位置を表している。

図８に示すように、対称給電ダイポールアンテナのみを備えるアンテナ装置の場合、垂直面の指向性及び利得の極座標グラフは、図５に示した極座標グラフと比べると地上側と天頂側との指向性及び利得がほぼ同じとなっている点が異なる。

このように本実施形態においては、基地局アンテナ装置１００は、給電回路５から供給される電力を受け付ける給電点１０が長手方向の中央に設けられた対称給電ダイポールアンテナ２と、給電点が長手方向の中央以外に設けられた非対称給電ダイポールアンテナ１，３とを有する。そして、対称給電ダイポールアンテナ２及び非対称給電ダイポールアンテナ１，３のそれぞれは、長手方向が地上面に対して垂直となるように設置され、かつ、地上面に対して水平方向に並んで配列されている。

そのため、基地局アンテナ装置１００から放射される電波は、相互に異なる２つの指向性及び利得が合成された特定の方向への放射が小さな電波となる。すなわち、電波干渉の原因となる天頂側への電波の放射を抑制することができる。

また、多数のアンテナ素子を配列する必要がなく、基地局アンテナ装置１００を小型化することができる。

なお、本実施形態においては、非対称給電ダイポールアンテナ１，３の長さをλとし、対称給電ダイポールアンテナ２の長さをλ／２とした。この長さ以外にも、λ／４の整数倍の長さのダイポールアンテナを非対称給電ダイポールアンテナ及び対称給電ダイポールアンテナとして用いてもよい。なお、この場合、給電点の位置は、その長手方向の中央からλ／４ずらした位置になるとは限らない。

また、本実施形態において基地局アンテナ装置１００は図１に示したように、２本の非対称給電ダイポールアンテナ１，３と、１本の対称給電ダイポールアンテナ２とから構成されている。このような構成ではなく、例えば、基地局アンテナ装置を１本の非対称給電ダイポールアンテナと２本の対称給電ダイポールアンテナとから構成してもよい。

図９は、本発明のアンテナ装置の他の実施形態を示す図であり、移動体通信システムにおいて利用される基地局アンテナ装置２００の正面図である。

図９に示す基地局アンテナ装置２００は、図１に示した基地局アンテナ装置１００と比べると、対称給電ダイポールアンテナ及び非対称給電ダイポールアンテナの数がそれぞれ異なる。

また、図９に示すように対称給電ダイポールアンテナ５１，５３と非対称給電ダイポールアンテナ５２とは、図中左から対称給電ダイポールアンテナ５１、非対称給電ダイポールアンテナ５２、対称給電ダイポールアンテナ５３の順番で地上面に対して水平方向に並べられている。このような構成にしても、上述したものと同様の効果が得られる。

また、上述した実施形態においては、非対称給電ダイポールアンテナ１，３または非対称給電ダイポールアンテナ５２及び対称給電ダイポールアンテナ２または対称給電ダイポールアンテナ５１，５３の上方には何も設置されていなかったが、例えばひさし型反射板を設置してもよい。

図１０は、本発明のアンテナ装置の他の実施形態を示す図であり、移動体通信システムにおいて利用される基地局アンテナ装置３００の側面図である。

図１０に示す基地局アンテナ装置３００は、図２に示した基地局アンテナ装置１００と比べると、非対称給電ダイポールアンテナ１，３及び対称給電ダイポールアンテナ２の上方に反射板としてひさし型反射板２１が設置されている点が異なる。

このような構成にすることにより、基地局アンテナ装置３００から天頂側への電波の放射をさらに抑制することができる。

また、上述した実施形態においては、対称給電ダイポールアンテナ２または対称給電ダイポールアンテナ５１，５３を利用したが、対称給電ダイポールアンテナ２または対称給電ダイポールアンテナ５１，５３の代わりにパッチアンテナを利用してもよい。なお、パッチアンテナとは、アンテナ素子の形を絶縁物の基板上に張り付けた金属にエッチングを施すことによって作られたアンテナである。

図１１は、本発明のアンテナ装置の他の実施形態を示す図であり、移動体通信システムにおいて利用される基地局アンテナ装置４００の正面図である。

図１１に示す基地局アンテナ装置４００は、図１に示した基地局アンテナ装置１００と比べると、対称給電ダイポールアンテナ２の代わりにパッチアンテナ２２が設置されている点が異なる。

このような構成にしても、上述したものと同様の効果が得られる。なお、対称給電ダイポールアンテナの代わりとしては、パッチアンテナに限らず、例えばモノポールアンテナや逆Ｆアンテナを用いることもできる。モノポールアンテナ及び逆Ｆアンテナは、アンテナ素子の片側をアースに置き換えた接地型のアンテナである。

１，３，５２ 非対称給電ダイポールアンテナ
２，５１，５３ 対称給電ダイポールアンテナ
４ 背面反射板
５ 給電回路
６ 同軸ケーブル
７ 同軸コネクタ
８ プリント基板
９ 給電線路
１０ 給電点
１１ 支柱
２１ ひさし型反射板
２２ パッチアンテナ
１００，２００，３００，４００ 基地局アンテナ装置
１０１ 電波放射イメージ

Claims (11)

1. 電力を供給する給電回路と、
   前記給電回路から供給される電力を受け付ける給電点が長手方向の中央に設けられた対称給電ダイポールアンテナと、
   前記給電点が長手方向の中央以外に設けられた非対称給電ダイポールアンテナと、を有し、
   前記対称給電ダイポールアンテナ及び前記非対称給電ダイポールアンテナのそれぞれは、前記長手方向が地上面に対して垂直となるように設置され、かつ、地上面に対して水平方向に並んで配列されたアンテナ装置。
2. 請求項１に記載のアンテナ装置において、
   前記対称給電ダイポールアンテナ及び前記非対称給電ダイポールアンテナのそれぞれは、等間隔で配列されたアンテナ装置。
3. 請求項１または請求項２に記載のアンテナ装置において、
   前記対称給電ダイポールアンテナの長手方向の長さは、当該対称給電ダイポールアンテナから放射される電波の周波数に対応した波長の半分の長さであり、
   前記非対称給電ダイポールアンテナの長手方向の長さは、当該非対称給電ダイポールアンテナから放射される電波の周波数に対応した波長と同じ長さであるアンテナ装置。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載のアンテナ装置において、
   前記対称給電ダイポールアンテナの数が１つであり、前記非対称給電ダイポールアンテナの数が２つであるアンテナ装置。
5. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載のアンテナ装置において、
   前記対称給電ダイポールアンテナ及び前記非対称給電ダイポールアンテナの背面に、前記対称給電ダイポールアンテナ及び前記非対称給電ダイポールアンテナから放射される電波を反射させる反射板を有するアンテナ装置。
6. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載のアンテナ装置において、
   前記対称給電ダイポールアンテナ及び前記非対称給電ダイポールアンテナの上方に、前記対称給電ダイポールアンテナ及び前記非対称給電ダイポールアンテナから放射される電波を反射させる反射板を有するアンテナ装置。
7. 請求項１乃至６のいずれか１項に記載のアンテナ装置において、
   前記給電回路は、前記対称給電ダイポールアンテナに供給する電力の大きさと、前記非対称給電ダイポールアンテナに供給する電力の大きさとの比率を変化させるアンテナ装置。
8. 請求項１乃至７のいずれか１項に記載のアンテナ装置において、
   前記給電回路は、前記対称給電ダイポールアンテナに供給する電力の位相と、前記非対称給電ダイポールアンテナに供給する電力の位相との間に位相差を設定するアンテナ装置。
9. 請求項１乃至８のいずれか１項に記載のアンテナ装置において、
   前記対称給電ダイポールアンテナの代わりにパッチアンテナを有するアンテナ装置。
10. 請求項１乃至８のいずれか１項に記載のアンテナ装置において、
    前記対称給電ダイポールアンテナの代わりにモノポールアンテナを有するアンテナ装置。
11. 請求項１乃至８のいずれか１項に記載のアンテナ装置において、
    前記対称給電ダイポールアンテナの代わりに逆Ｆアンテナを有するアンテナ装置。

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