JPH06237120A - 多ビームアンテナ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 小型かつ軽量で風圧荷重が少なく、支持構造
物を小型化することのできる多ビームアンテナ装置を提
供する。 【構成】 ひとつのアンテナ面で二つの等角度間隔のビ
ームを形成し、それを複数面組み合わせることにより多
ビームを発生させる。 【効果】 装置を小型化してアンテナが受ける風圧荷重
を少なくすることができ、それに伴って一つの支持構造
物に多くのアンテナを搭載することが可能となり、実質
的に支持構造物の軽量化を図ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は固定無線方式あるいは移
動無線通信方式におけるアンテナ装置に利用する。特
に、ひとつのアンテナで複数のビームを発生させること
のできる多ビームアンテナ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】移動無線通信の分野においては、従来か
ら、ひとつのゾーンを複数のセクタゾーンに分割して回
線容量を増やす方法が用いられている。このような例を
図２７に示す。この例では、サービスゾーン２０が複数
のセクタゾーン２１．１、２１．２、…に分割される。
サービスゾーン２０内の基地局２２には複数のビームを
発生することのできる多ビームアンテナ装置２３が設け
られ、この多ビームアンテナ装置２３の主ビーム２４．
１、２４．２、…が、それぞれセクタゾーン２１．１、
２１．２、…に向けられる。

【０００３】多ビームアンテナ装置２３としては、水平
面内の半値幅を狭くしたアンテナを複数設けたものが用
いられる。具体的な従来例を図２８および図２９に示
す。図２８は斜視図であり、図２９は断面図である。こ
の従来例は、アレーアンテナを複数面用い、それぞれの
面が多角形の一辺をなすように配列したものである。す
なわち、アンテナ面３０．１〜３０．４にそれぞれ複数
の放射素子３１を配列させて複数のアレーアンテナを構
成し、これらのアレーアンテナを、それぞれが多角形の
一辺をなすように、この例では四つの面で六角形の四つ
の辺をなすように、配置する。これにより、アンテナ面
３０．１〜３０．４が６０度ずつ異なる方向に向き、そ
れぞれの方向に主ビーム３２．１〜３２．４が得られ
る。主ビーム３２．１〜３２．４の半値幅は６０度に設
定される。放射素子３１としては、平面放射素子あるい
は反射板付きダイポールアンテナが用いられる。

【０００４】図３０は任意の半値幅のビームを得るため
の構成例を示す。アンテナ面４０に横方向に並んで配置
された二つの放射素子４１．１、４１．２に、電力分配
器４２から等振幅かつ等位相の電力を与える。このと
き、放射素子４１．１、４１．２の素子間隔ｄを調整す
ることで、任意の半値幅のビームを成形できる。このよ
うな放射素子対をひとつの面に配列し、それを複数面組
み合わせることにより、多ビームアンテナ装置を構成で
きる。図２８および図２９に示した従来例では、半値幅
が６０度となるように設定した放射素子対を４面に配置
し、４ビームを形成している。

【０００５】図３１および図３２は６面のアンテナ面を
用いて６ビームを形成する場合の構成例を図２８および
図２９と同様に示す。アンテナ面３０．５〜３０．１０
は六角形に配置され、それぞれの面に複数の放射素子３
１が配列される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、これらの従来
の多ビームアンテナ装置は、ビームの数と同数のアンテ
ナ面を必要とすることから、装置全体が大型化して占有
体積が大きくなってしまう。また、それに伴って風圧荷
重が大きくなるため、支持構造物が大型化する問題があ
る。

【０００７】本発明は、このような課題を解決し、小型
かつ軽量で風圧荷重が少なく、支持構造物を小型化する
ことのできる多ビームアンテナ装置を提供することを目
的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の多ビームアンテ
ナ装置は、多角形の少なくとも二つの辺に沿って、その
辺ごとに、その多角形の外側方向に指向性ビームを形成
するアンテナ素子が配置された多ビームアンテナ装置に
おいて、各々のアンテナ素子が二つの指向性ビームを形
成することを特徴とする。

【０００９】

【作用】ｎ個のアンテナ素子で２ｎ個のビームを等角度
間隔に形成でき、装置およびその支持構造物を小型化す
ることができる。また、小型化に伴って、アンテナ素子
の受ける風圧荷重を少なくすることができる。

【００１０】本発明の多ビームアンテナ装置は、送信用
としてだけでなく、受信用として利用することもでき
る。したがって、「指向性ビームが形成される」とは、
ある特定の方向に電波を放射できることだけでなく、そ
の方向から電波を受信できることを含む。

【００１１】隣り合う二つのアンテナ素子が、それぞれ
のビーム方向を互いに外側に向けて、開き角度β〔度〕
（β＜１８０度）で互いに連結された構造であることが
よい。

【００１２】本明細書において「ビーム方向」または
「ビームの方向」とは、そのビームにより送受信を行う
範囲の中心方向をいう。したがって、単独のビームの場
合には、放射電力が最大となる方向（ピーク点）に対し
て−３ｄＢ低下する範囲（３ｄＢ幅）の中心方向をビー
ム方向と定義することができる。この定義によると、ビ
ームの形状がピーク点に対して対称のときには、そのピ
ーク点の方向がビーム方向となる。二つのビームが存在
する場合でも、それぞれの３ｄＢ幅にオーバーラップが
なければ、それぞれを単独ビームとみなし、同様の定義
を用いることができる。しかし、実用上は二つの指向性
ビームの３ｄＢ幅が互いに接していることが望ましく、
ある程度のオーバーラップが許容される。その場合、オ
ーバーラップの中心で送受信範囲が分割されることにな
る。そこで、このような場合には、二つのビームの中心
点（二つの最大ピーク点の中間の点）からピーク点を挟
んで反対側の方向の−３ｄＢ点までの角度範囲を本明細
書では「半値幅」と定義し、その中心方向をビーム方向
と定義する。

【００１３】各アンテナ素子は、二つの放射素子と、こ
の二つの放射素子に相対的な給電位相角を設定する手段
とを備えることがよい。給電位相角を設定する手段とし
ては、第一および第二のアンテナ側端子と第一および第
二の装置側端子とを含み、この第一および第二の装置側
端子のそれぞれの信号について第一および第二のアンテ
ナ側端子に互いに位相が９０度異なる信号となるような
分岐結合特性を有するハイブリッド回路が用いられる。
ハイブリッド回路と放射素子の少なくとも一方との間に
位相器を備えることもできる。位相器を設けない場合に
は、二つの指向性ビームが、二つの放射素子の中心点を
結ぶ線分を含む面（これを以下「アンテナ面」という）
の垂線方向に対して対称に形成される。これに対して位
相器を設けた場合には、二つの放射素子の相対的な給電
位相角の変化によりビーム方向を変化させることがで
き、アンテナ面の垂線方向に対して指向性の中心方向が
非対称となるようにビームを形成できる。

【００１４】各アンテナ素子として、二組の放射素子群
からなるアレーアンテナを用いることもできる。

【００１５】各アンテナ素子において二つの指向性ビー
ムがそのアンテナ面の垂線方向に対して対称に形成され
る場合には、その二つの指向性ビームの相対角度（ビー
ム方向のなす角度）をα〔度〕とするとき、開き角度β
が、実質的に、 β＝１８０−２α となるように二つのアンテナ素子を配置することがよ
い。このような配置にすると、四つの指向性ビームを互
いに角度αで等角度間隔に配置できる。

【００１６】また、各アンテナ素子において二つの指向
性ビーム方向がそのアンテナ面の垂線方向に対して非対
称に形成される場合には、二つのアンテナ素子の連結方
法として、互いの指向性ビームが回転対称となるような
配置と、開き角度βを２等分する面に対して鏡面対称と
なるように配置する方法とが考えられる。前者の場合
は、二つの指向性ビームが対称の場合と同様に、開き角
度βが、実質的に、 β＝１８０−２α となるように二つのアンテナ素子を配置する。後者の場
合には、二つの指向性ビームのなす角を２等分する直線
の傾きの角度をδ（ただしアンテナ面の垂線から連結部
の方向への傾きを正とする）とするとき、開き角度β
が、実質的に、 β＝１８０−２（α＋δ） となるように二つのアンテナ素子を配置する。いずれの
場合にも、四つの指向性ビームが互いに角度αで等角度
間隔に配置される。

【００１７】アンテナ素子として二つの放射素子または
二組の放射素子群を用い、アンテナ面の垂線方向に対し
て非対称に二つの指向性ビームを形成する場合には、二
つの指向性ビームのレベル差が生じないように、個々の
放射素子をその素子面の垂線が二つの指向性ビームのな
す角を２等分する直線とほぼ平行になるように、すなわ
ちアンテナ面に対して放射素子の面をほぼ角度δだけ回
転させて、配置することがよい。

【００１８】アンテナ素子を多角形の一部の辺だけに配
置してもよいが、すべての辺に配置することもできる。
その場合、多角形として正ｎ角形を用い、各アンテナ素
子における二つの指向性ビームの相対角度αが、 α＝１８０／ｎ 〔度〕 となるように設定することがよい。

【００１９】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。

【００２０】図１は本発明第一実施例の構成を示す斜視
図、図２はその断面および主ビームの放射状態を示す図
である。

【００２１】この実施例装置は二つのアンテナ素子を備
え、この二つのアンテナ素子が、三角形の二つの辺に沿
って、その三角形の外側方向に指向性ビーム（「主ビー
ム」ともいう）を形成するように配置される。この実施
例ではアンテナ素子としてアレーアンテナを用いてお
り、それぞれのアンテナ面２．１、２．２が、ビーム方
向を互いに外側に向けて、開き角度β〔度〕（β＜１８
０度）で互いに連結される。アンテナ面２．１、２．２
にはそれぞれ、複数の放射素子１が鉛直方向に２列に配
置される。横方向に並んだ一対の放射素子１は、その組
み合わせごとに、給電線路５を介してハイブリッド回路
４のアンテナ側端子に接続される。このハイブリッド回
路４は、装置側端子６．１、６．２のそれぞれの信号に
ついて、二つのアンテナ側端子に互いに位相が９０度異
なる信号となるような分岐結合特性を有する。したがっ
て、例えばビーム放射時には、装置側端子６．１に入力
された信号Ａがアンテナ面の垂直方向から角度α／２だ
け傾いた主ビーム３．１を形成する一方で、装置側端子
６．２に入力された信号Ｂはアンテナ面から逆方向に角
度α／２だけ傾いた主ビーム３．２を形成する。また、
ビーム受信時には、主ビーム３．１による受信信号が装
置側端子６．１に出力され、主ビーム３．２による受信
信号が装置側端子６．２に出力される。

【００２２】放射素子１としては、パッチアンテナある
いはスロットアンテナなどの平面アンテナを用いること
ができる。

【００２３】この実施例では、各アンテナ素子におい
て、二つの指向性ビームがそのアンテナ面の垂線方向に
対して対称に形成されている。各アンテナ素子における
二つの主ビームの相対角度（ビーム中心間の開き角）が
α〔度〕であるとすると、アンテナ面２．１、２．２の
開き角度βは、実質的に、 β＝１８０−２α …（１） となるように設定される。このような配置にすると、４
つのビームを互いに等角度間隔で配置することができ
る。各ビームの半値幅γがγ＝α〔度〕であれば、４つ
のビームによりカバーされる領域が連続となる。

【００２４】図３はひとつのアンテナ面に配置された二
つの放射素子で二つのビームを形成する方法を説明する
図である。ビーム放射時には、装置側端子６、１、６．
２にそれぞれ信号Ａ、Ｂが入力される。ハイブリッド回
路４は、装置側端子６．１に入力された信号Ａについ
て、電力分配比が１：ａとなるように二つのアンテナ側
端子７．１、７．２に分配する。このとき、アンテナ側
端子７．１における位相がアンテナ側端子７．２のそれ
に比べて９０度進む。逆に、装置側端子６．２から入力
された信号Ｂについては、電力分配比がａ：１となり、
アンテナ側端子７．２における位相がアンテナ側単位
７．１のそれに比べて９０度進む。

【００２５】ここで、アンテナ側端子７．１、７．２に
接続される二つの放射素子１の間隔をｄ〔ｍｍ〕、波長
をλ〔ｍｍ〕とすると、図３に示したアンテナの電力指
向性は、放射素子１が無指向性の場合には次式で与えら
れる。

【００２６】

【数１】 この式において、右辺の加算は信号Ｂを表し、減算は信
号Ａを表す。式（２）において

【００２７】

【数２】 となる角度α／２で最大値となる。従って、二つのビー
ムの開き角αは次式で与えられる。

【００２８】

【数３】 式（４）より、素子間隔ｄを適切に選ぶことで、ビーム
開き角を任意に設定することができることがわかる。

【００２９】図４は２ビーム放射指向性の実例を示す。
ここでは、ハイブリッド回路４の電力分配比１：１と
し、放射素子１の半値幅を１５０°とした。放射素子１
の間隔が０．５波長の場合には、ビーム開き角、半値幅
ともにほぼ６０°となることがわかる。このように、二
つの放射素子１にハイブリッド回路４を接続して放射素
子１の間隔を適切に選ぶことにより、ビーム開き角と半
値幅がほぼ等しい二つのビームを形成することができ
る。このようにして形成したアンテナを一つの面とし
て、式（１）で示す開き角で配置することにより四つの
ビームを等間隔で形成することができる。

【００３０】なお、放射素子１の半値幅が狭くなると２
素子アレーアンテナのビームの開き角や半値幅は式
（４）で示す値よりも若干小さくなる。この場合には、
放射素子１の間隔やハイブリッド回路４の電力分配比を
変えることでビーム開き角が所望の値となるように調整
することができる。

【００３１】図５はハイブリッド回路の具体例を示す図
であり、マイクロストリップラインを用いて実現した場
合の構成を示す斜視図である。この回路は、銅箔４．３
が下面に貼着された誘電体基板４．２の上面に銅箔４．
１が配置固定されて構成される。

【００３２】図６はこのように構成されたハイブリッド
回路の電力分配比を説明する図である。Ｙは線路の特性
アドミッタンスを示し、 Ｙ₀ ² ＝Ｙａ² −Ｙｂ² となり、その電力分配比ａは、

【００３３】

【数４】 となる。

【００３４】図７は本発明第二実施例の構成を示す斜視
図であり、図８はその断面図である。

【００３５】この実施例は放射素子として反射板付きダ
イポールアンテナを用いたものであり、ダイポールアン
ナテ８が反射板９に一列に取り付けられ、それが２組で
アンテナ素子を構成する。これらのアンテナ素子は、そ
のアンテナ面の開き角βが例えば６０°になるように配
置される。本実施例でも第一実施例と同様に、同一方向
を向いている二つの反射板付きダイポールアンテナにつ
いて、そのビームをハイブリッド回路４により合成し、
これを２面組み合わせることで、ビームの開き角が等間
隔となる４ビームを形成することができる。

【００３６】以上の実施例では、アンテナ面の垂線方向
に対して対称に二つのビームを形成する場合について説
明した。二つのビームが非対称に形成される場合でも、
各アンテナ素子で同じ回転方向に同じ角度だけ偏るので
あれば、アンテナ素子間の開き角度βを式（１）のよう
に設定することで、ビームを等間隔に配置できる。しか
し、アンテナ素子間でビームの偏りが鏡面対称の場合に
は、式（１）のような設定ではビームを等間隔に配置す
ることはできない。そのような場合の実施例について以
下に説明する。

【００３７】図９は本発明第三実施例の構成を示す斜視
図であり、図１０はその断面および主ビームの放射状態
を示す図である。

【００３８】この実施例は、アンテナ素子の配置につい
ては図１に示した第一実施例と同等である。ただし、ア
ンテナ素子による二つのビーム（図１０では一方のアン
テナ素子による主ビーム３．３、３．４を示す）がアン
テナ面の垂線方向に対して非対称であり、二つのアンテ
ナ素子間でビームの偏りが鏡面対称となっていることが
第一実施例と異なる。すなわち、二つの指向性ビームを
発生する二組のアンテナ素子が相対角度が１８０度より
小さい開き角度βで結合され、その開き角度βは、二つ
の指向性ビームの相対角度をαとし、この相対角度αを
２等分する直線とアンテナ素子の面の垂線１１．１との
角度をδ（ただしアンテナ面の垂線から連結部の方向へ
の傾きを正とする）とするときに、 β＝１８０−２（α＋δ） 〔度〕 …（５） に設定される。このような配置にすると、４つのビーム
を互いに等角度間隔で配置することができる。また、各
ビームの半値幅がα〔度〕であれば、４つのビームによ
りカバーされる領域が連続となる。

【００３９】図１１は一つのアンテナ面で二つのビーム
を非対称に形成する方法を説明する図である。二つのビ
ームを非対称に形成するには、ハイブリッド回路４と二
つの放射素子１．１、１．２との少なくとも一方との
間、この例では放射素子１．２との間に、位相器１０を
設ける。ビーム放射時について説明すると、装置側端子
６．１から入力された信号Ａは、電力分配比が１：ａと
なるようにアンテナ側端子７．１、７．２に分けられ
る。このとき、アンテナ側端子７．１における位相はア
ンテナ側端子７．２のそれに比べて９０°遅れる。逆
に、装置側端子６．２から入力された信号Ｂは、電力分
配比ａ：１となり、アンテナ側端子７．１における位相
がアンテナ側端子７．２のそれに比べて９０°進む。ア
ンテナ側端子７．２側に位相器１０を挿入した場合に
は、位相器１０の移相量がφ〔度〕であるとすると、装
置側端子６．１から入力したときの放射素子１．１上の
位相が、放射素子１．２上の位相に比べて（９０＋φ）
°だけ進む。逆に、装置側端子６．２から入力したとき
には、放射素子１．２上の位相が放射素子１．１上の位
相に比べて（９０−φ）°だけ進むことになる。

【００４０】ここで、素子間隔をｄ、波長をλとする
と、図１１に示すアンテナの電力指向性は、放射素子
１．１、１．２が無指向性の場合、式（２）と同様の式
を用いて次式で与えられる。

【００４１】

【数５】 この式において、右辺の加算は信号Ｂを表し、減算は信
号Ａを表す。角度の単位は度である。式（６）におい
て、ｆ(θ)は、

【００４２】

【数６】 となる角度θ_max 〔度〕で最大値となる。式（７）よ
り、アンテナ面の垂線より放射素子１．２側に傾いたピ
ーク位置、すなわち図１１における右側のピーク位置θ
_max ^rは、

【００４３】

【数７】 で与えられる。同様に放射素子１．１側に傾いたピーク
位置θ_max ^lは、

【００４４】

【数８】 で与えられる。したがって、二つのビームの開き角すな
わち相対角度αは、

【００４５】

【数９】 で与えられる。φが小さい場合には式（９）は次式で近
似できる。

【００４６】

【数１０】 この式は式（４）とほぼ同じである。また、式（８．
１）、（８．２）より、偏位角δが次式で与えられる。

【００４７】

【数１１】 式（８．１）、式（８．２）および式（９）より、素子
間隔ｄおよび位相量φ〔度〕を適切に選ぶことにより、
開き角αや偏位角δを任意に設定できる。大まかな開き
角αや偏位角δを求めるためには式（１０）、（１１）
を用いればよい。

【００４８】図１２は第三実施例における２ビーム放射
指向性の実例を示す。ここで、ハイブリッド回路４の電
力分配比を１：１とし、素子間隔を０．５波長、放射素
子の半値幅を１５０°とすると、半値幅、ビーム開き角
ともにほぼ６０°となることがわかる。また、偏位角δ
はほぼ１０°となっている。このように、二つの素子に
ハイブリッド回路４と位相器１０とを接続して素子間隔
を適切に選ぶことにより、ビーム開き角と半値幅がほぼ
等しい二つのビームを任意の偏位角で傾けて形成するこ
とができる。このアンテナを一つの面として、式（５）
で示す開き角で配置することにより、四つのビームを等
間隔で形成することができる。

【００４９】なお、放射素子１の半値幅が狭くなると２
素子アレーアンテナのビームの開き角、半値幅および偏
位角は式（８．１）、式（８．２）、式（９）で示す値
よりも若干小さくなる。その場合には、素子間隔やハイ
ブリッド回路４の電力分配比を変えることで、ビーム開
き角が所望の値となるように調整することができる。

【００５０】図１３は本発明第四実施例の構成を示す斜
視図であり、図１４はその断面図である。

【００５１】この実施例は放射素子として反射板付きダ
イポールアンテナを用いたものであり、その構成は第二
実施例と同等である。すなわち、ダイポールアンナテ８
が反射板９に一列に取り付けられ、それが２組でアンテ
ナ素子を構成する。これらのアンテナ素子は、そのアン
テナ面の開き角βが例えば６０°になるように配置され
る。また、その動作は第三実施例と同様である。すなわ
ち、同一方向に向いている二つの反射板付きダイポール
アレーアンテナをハイブリッド回路４と位相器１０で合
成し、これを２面組み合わせることで、ビームの開き角
が等間隔となる４ビームを形成する。

【００５２】図１５は本発明第五実施例の構成を示す斜
視図であり、図１６はその断面および主ビームの放射状
態を示す図である。

【００５３】この実施例は、図９に示した第三実施例に
おけるアンテナ面を縦に二つに分割し、それぞれの放射
素子面１２．１〜１２．４の中心点がアンテナ面１３．
１、１３．２上にあるように配置したものである。

【００５４】図９および図１０に示した第三実施例で
は、偏位角δを大きくすると、偏位した方向の主ビーム
３．１の利得が大きく低下する。これは、放射素子１の
指向性により放射レベルが垂線１１．１に対して±９０
°となる方向で低下するためである。そこで第五実施例
では、放射素子面１２．１〜１２．４の主ビーム方向が
アンテナ面１３．１からの垂線１１．２に対して水平方
向にδ〔度〕だけずれるように、放射素子面１２．１〜
１２．４が傾けて配置されている。このようにすると放
射素子１の指向性の最大方向が主ビーム３．５側に偏位
するため、主ビーム３．６の利得が改善され、主ビーム
３．５と３．６の利得がほぼ同じになる。

【００５５】このように放射素子１の方向を偏位させた
状態で、２つのアンテナ面１３．１、１３．２が角度β
だけ開いた状態で配置し、この開き角βが β＝１８０−２（α＋δ） となるようにすることによって、四つのビームが等角度
間隔で放射されるようにしている。

【００５６】図１７は本発明第六実施例の構成を示す斜
視図であり、図１８はその断面図である。この実施例
は、放射素子として反射板付きダイポールアンテナを用
いたことが第五実施例と異なる。すなわち、ダイポール
アンテナ８が反射板９に一列に取り付けられ、それが２
組でアンテナ素子を構成する。ダイポールアンテナ８お
よび反射板９による主ビーム方向は、アンテナ面１３．
３、１３．４の垂線１１．３、１１．４から水平方向に
角度δだけずれるよう配置される。

【００５７】図１９は本発明第七実施例の構成を示す斜
視図であり、図２０はその断面および主ビームの放射状
態を示す図である。

【００５８】この実施例は、正三角形の各辺にアンテナ
素子を設けたことが上述の実施例と異なる。すなわち、
相対角度が１８０〔度〕より小さい二つの主ビーム３．
７を発生するアンテナ素子が正三角形の各面に設けら
れ、これらのアンテナ素子は、それぞれアンテナ面２．
１、２．２、２．３上に複数の放射素子１が配置されて
構成される。放射素子１としてはパッチアンテナあるい
はスロットアンテナなどの平面アンテナが用いられ、ア
ンテナ面２．１、２．２および２．３からは主ビーム
３、７が放射される。二つのビーム中心間の開き角はα
＝６０°となるように設定される。

【００５９】一般に、ｎ面の２ビームアンテナをそれぞ
れ正ｎ角形の一辺の位置に外向きに設置して、２ｎビー
ムを等間隔に配置するためには、各面の２ビームの開き
角αを次式で与えられる値に設定する必要がある。

【００６０】

【数１２】 ただしｎは２以上の整数である。

【００６１】図１９および図２０に示した実施例ではｎ
＝３なので、α＝１８０／３＝６０度となり、隣合うア
レーアンテナの開き角αを６０度とする。このような指
向性は、第一実施例で説明したように、二つの放射素子
１を０．５波長の間隔で配置し、ハイブリッド回路４で
合成することができる。ビームの開き角αと素子間隔ｄ
との関係は、第一実施例で説明したように、式（４）で
表される。ハイブリッド合成による２ビームアンテナで
２ｎビームを配置する場合、各アンテナ面における２素
子間の間隔ｄは、式（４）、（１２）より、

【００６２】

【数１３】 となる。実際は放射素子１が正面方向に対して指向性を
有し、ビームの開き角は式（４）で示す値よりも若干小
さくなる。この場合には、素子間隔やハイブリッド回路
４の電力分配比を変えることでビームの開き角αが所望
の値となるように調整できる。

【００６３】図２１は第七実施例による水平面内指向性
を示す。このようなアンテナを用いることで、一つのゾ
ーンを６個のセクタゾーンに等分割することができる。

【００６４】図２２は本発明第八実施例の構成を示す斜
視図であり、図２３はその断面および主ビームの放射状
態を示す図である。

【００６５】この実施例は、正方形の各辺に相当する位
置に相対角度が１８０度より小さい二つの主ビーム３．
８を発生するアンテナ素子をそれぞれ設けたもので、こ
れらのアンテナ素子は、それぞれアンテナ面２．１、
２．２、２．３、２．４上に放射素子１が配置されて構
成される。その他の構成は第七実施例と同等である。こ
の例では８つの主ビーム３．８が形成され、隣り合う二
つの主ビーム３．８間の角度はα＝１８０／４＝４５
〔度〕に設定される。主ビーム３．８のそれぞれの半値
幅もまた４５度である。

【００６６】図２４は本発明第九実施例の構成を示す斜
視図であり、図２５はその内部構成を示す図である。

【００６７】この実施例は、正三角形の各辺に相当する
位置に、一対の反射板９にダイポールアンテナ８を取付
けたものを二組ずつ配置し、その二組で構成されるアン
テナ素子にそれぞれハイブリッド回路４を接続して構成
したものである。この構成により、図１９および図２０
に示した第七実施例と同様に、６ビームを形成すること
ができる。

【００６８】図２６は二つの主ビームの方向と半値幅と
の関係を説明する図である。ひとつのアンテナ素子によ
り形成される二つの主ビームにオーバーラップがある場
合には、それぞれの半値幅γが、その二つのビームの中
心点からピーク点を挟んで反対側の方向の−３ｄＢ点ま
での角度範囲として定義される。また、主ビームの方向
は半値幅γの中心方向となる。したがって、この場合に
は、二つの主ビームの相対角度αと半値幅γとの間に、
常に、 α＝γ の関係がある。したがって、上述の実施例によれば、互
いの主ビームの半値幅を接するように複数のアンテナ素
子が配置され、連続的な領域をカバーできるようにな
る。

【００６９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ひとつのアンテナ面で二つの等角度間隔のビームを形成
し、それを複数面組み合わせることにより多ビームを発
生させることができる。これにより、装置を小型化する
ことができ、アンテナが受ける風圧荷重を少なくするこ
とができ、それに伴って一つの支持構造物に多くのアン
テナを搭載することが可能となり、実質的に支持構造物
の軽量化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明第一実施例の構成を示す斜視図。

【図２】第一実施例の断面および主ビームの放射状態を
示す図。

【図３】ひとつのアンテナ面に配置された二つの放射素
子で二つのビームを形成する方法を説明する図。

【図４】２ビーム放射指向性の実例を示す図。

【図５】ハイブリッド回路の具体例を示す図であり、マ
イクロストリップラインを用いて実現した場合の構成を
示す斜視図。

【図６】ハイブリッド回路の電力分配比を説明する図。

【図７】本発明第二実施例の構成を示す斜視図。

【図８】第二実施例の断面図。

【図９】本発明第三実施例の構成を示す斜視図。

【図１０】第三実施例の断面および主ビームの放射状態
を示す図。

【図１１】一つのアンテナ面で二つのビームを非対称に
形成する方法を説明する図。

【図１２】第三実施例における２ビーム放射指向性の実
例を示す図。

【図１３】本発明第四実施例の構成を示す斜視図。

【図１４】第四実施例の断面図。

【図１５】本発明第五実施例の構成を示す斜視図。

【図１６】第五実施例の断面および主ビームの放射状態
を示す図。

【図１７】本発明第六実施例の構成を示す斜視図。

【図１８】第六実施例の断面図。

【図１９】本発明第七実施例の構成を示す斜視図。

【図２０】第七実施例の断面および主ビームの放射状態
を示す図。

【図２１】第七実施例による水平面内指向性を示す図。

【図２２】本発明第八実施例の構成を示す斜視図。

【図２３】第八実施例の断面および主ビームの放射状態
を示す図。

【図２４】本発明第九実施例の構成を示す斜視図。

【図２５】第九実施例の内部構成を示す図。

【図２６】主ビームの方向と半値幅との関係を説明する
図。

【図２７】移動無線通信における無線ゾーンを複数のセ
クタゾーンに分割した例を説明する図。

【図２８】４ビームアンテナ装置の従来例構成を示す斜
視図。

【図２９】断面および主ビームの放射状態を示す図。

【図３０】任意の半値幅のビームを得るための構成例を
示す図。

【図３１】６ビームアンテナ装置の従来例構成を示す斜
視図。

【図３２】断面および主ビームの放射状態を示す図。

【符号の説明】

１ 放射素子 ２．１〜２．４、１３．１〜１３．４ アンテナ面 ３、３．１〜３．８ 主ビーム ４ ハイブリッド回路 ４．１、４．３ 銅箔 ４．２ 誘電体基板 ５ 給電線路 ６．１、６．２ 装置側端子 ７．１、７．２ アンテナ側端子 ８ ダイポールアンナテ ９ 反射板 １０ 位相器 １１．１〜１１．４ 垂線 １２．１〜１２．４ 放射素子面

フロントページの続き (72)発明者 倉本 實 東京都港区虎ノ門二丁目10番１号 エヌ・ ティ・ティ移動通信網株式会社内

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 多角形の少なくとも二つの辺に沿って、
   その辺ごとに、その多角形の外側方向に指向性ビームを
   形成するアンテナ素子が配置された多ビームアンテナ装
   置において、 各々のアンテナ素子が二つの指向性ビームを形成するこ
   とを特徴とする多ビームアンテナ装置。
2. 【請求項２】 隣り合う二つのアンテナ素子が、それぞ
   れのビーム方向を互いに外側に向けて、開き角度β
   〔度〕（β＜１８０度）で互いに連結された請求項１記
   載の多ビームアンテナ装置。
3. 【請求項３】 各アンテナ素子は、二つの放射素子と、
   この二つの放射素子に相対的な給電位相角を設定する手
   段とを備えた請求項１または２記載の多ビームアンテナ
   装置。
4. 【請求項４】 給電位相角を設定する手段は、第一およ
   び第二のアンテナ側端子と第一および第二の装置側端子
   とを含み、この第一および第二の装置側端子のそれぞれ
   の信号について第一および第二のアンテナ側端子に互い
   に位相が９０度異なる信号となるような分岐結合特性を
   有するハイブリッド回路を含む請求項３記載の多ビーム
   アンテナ装置。
5. 【請求項５】 ハイブリッド回路と放射素子の少なくと
   も一方との間に位相器を備えた請求項４記載の多ビーム
   アンテナ装置。
6. 【請求項６】 各アンテナ素子は二組の放射素子群から
   なるアレーアンテナを含む請求項１ないし５のいずれか
   記載の多ビームアンテナ装置。
7. 【請求項７】 各アンテナ素子において二つの指向性ビ
   ームがそのアンテナ面の垂線方向に対して対称に形成さ
   れ、その二つの指向性ビームの相対角度をα〔度〕とす
   るとき、二つのアンテナ素子の間の開き角度βが、実質
   的に、 β＝１８０−２α 〔度〕 に設定された請求項１ないし６のいずれか記載の多ビー
   ムアンテナ装置。
8. 【請求項８】 各アンテナ素子において二つの指向性ビ
   ームがそのアンテナ面の垂線方向に対して非対称に形成
   され、その二つの指向性ビームの相対角度がα〔度〕で
   あり、二つの指向性ビームのなす角を２等分する直線が
   前記アンテナ面の垂線方向からそのアンテナ素子の連結
   部の方向へδだけ傾いて設定されるとき、二つのアンテ
   ナ素子の間の開き角度βが、実質的に、 β＝１８０−２（α＋δ） 〔度〕 に設定された請求項１ないし６のいずれか記載の多ビー
   ムアンテナ装置。
9. 【請求項９】 各アンテナ素子は二つの放射素子または
   二組の放射素子群を含み、 個々の放射素子または放射素子群が、その素子面の垂線
   が二つの指向性ビームのなす角を２等分する直線とほぼ
   平行になるように配置された請求項８記載の多ビームア
   ンテナ装置。
10. 【請求項１０】 アンテナ素子が多角形のすべての辺に
    それぞれ配置された請求項１ないし９のいずれか記載の
    多ビームアンテナ装置。
11. 【請求項１１】 多角形は正ｎ角形であり、 各アンテナ素子における二つの指向性ビームの相対角度
    αが、 α＝１８０／ｎ 〔度〕 に設定された請求項１０記載の多ビームアンテナ装置。