JPH11308042A - アンテナ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は基地局とその周辺に存在する複数の
子局との間で通信を行うためのアンテナ装置に関し、簡
単な構成で高い利得を得ることを目的とする。 【解決手段】 鏡面曲線３５を中心軸３６の回りで回転
させることにより得られる円錐形状または円錐台形状の
回転体と同一の形状を有する反射鏡３２を設ける。鏡面
曲線３５の焦点を中心軸３６の回りで回転させることに
より得られる円周の上または付近に複数の一次放射器４
０を配置する。通信すべき子局の方向に応じて、複数の
一次放射器４０を選択的に駆動する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、アンテナ装置に係
り、特に、基地局とその周辺に存在する複数の子局との
間で通信を行うためのアンテナ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、基地局に配置されるアンテナ装置
としては、例えば、特開平５−１１４８１６号に開示さ
れる装置が知られている。図１１は、上記従来のアンテ
ナ装置１０の構成図を示す。従来のアンテナ装置１０は
主反射鏡１２を備えている。主反射鏡１２は反射面１４
を備えている。反射面１４は、所定の鏡面曲線を主反射
鏡１２の中心軸回りで回転させることにより得られる回
転体と同じ形状を有している。主反射鏡１２は、その中
心軸の方向が垂直方向と一致するように配設される。

【０００３】主反射鏡１４の下部には、一次放射器１６
が配設されている。一次放射器１６には、モード発生器
１８および導波管２０を介して送受信機２２が接続され
ている。送受信機２２から発せられる電磁波は、導波管
２０を通ってモード発生器１８に供給される。モード発
生器１８は、電磁波の励振モードを公知のTM01モードま
たはTEO1モードとして、その電磁波を一次放射器１６に
供給する。

【０００４】一次放射器１６から主反射鏡１４に上記の
モードで励振する電磁波が照射されると、水平面内で完
全な無指向性を示し、主反射鏡１４の中心軸を中心とし
て放射状に進行する電磁波が生成される。また、上記従
来のアンテナ装置１０において、反射面１４は、上記の
如く放射状に進行する電磁波が垂直面内でコセカント二
乗特性を示すように設けられている。

【０００５】基地局と、その周囲に配置される複数の子
局との間で均一な通信を行うためには、基地局に配置
されるアンテナが、その周囲に向かって均一な特性で電
磁波を送信すること、すなわち、水平面内で無指向性を
示す電磁波を送信することが望ましい。また、上述した
均一な通信を行うためには、基地局と子局との通信感
度が両者間の距離によらずほぼ一定に維持されることが
望ましい。

【０００６】従来のアンテナ装置によれば、上記の要
求を満たすことができる。また、アンテナ装置から発せ
られる電磁波が水平面内でコセカント二乗特性を示す場
合、そのアンテナ装置と、他のアンテナ装置との間の受
信感度は、両者の距離に大きな影響を受けないことが知
られている。従って、従来のアンテナ装置によれば、上
記の要求を満たすことができる。このように、上記従
来のアンテナ装置によれば、基地局に配置するアンテナ
装置に要求される２つの特性を共に満たすことができ
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】アンテナ装置を用いた
通信は、必ずしも基地局と全ての子局との間で実行され
るものではない。すなわち、アンテナ装置を用いた通信
は、基地局と一部の子局との間で実行されることがあ
る。このような場合は、アンテナ装置の全周に電磁波を
送信する必要はなく、特定の方向にのみ電磁波が送信で
きれば所望の通信を実現できる。

【０００８】しかし、上記従来のアンテナ装置は、単一
の一次放射器を用いてその全周に電磁波を放射する構成
である。このため、従来のアンテナ装置によっては、特
定の方向にのみ電磁波を供給することができなかった。
この点、上記従来のアンテナ装置は、通信に必要な利得
を確保するうえで未だ改良の余地を残すものであった。

【０００９】本発明は、上記のような課題を解決するた
めになされたもので、簡単な構成で高い利得を得ること
のできるアンテナ装置を提供することを第１の目的とす
る。

【００１０】また、本発明は、簡単な構成で高い利得を
得ることができることに加え、風圧を受け難い構造を有
するアンテナ装置を提供することを第２の目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に係る
アンテナ装置は、鏡面曲線を中心軸の回りで回転させる
ことにより得られる円錐形状または円錐台形状の回転体
と同一の、または、近似する形状を有する反射鏡と、前
記鏡面曲線の焦点を前記中心軸の回りで回転させること
により得られる円周の上または付近に配置される複数の
一次放射器と、を備えることを特徴とするものである。

【００１２】本発明の請求項２に係るアンテナ装置は、
前記反射鏡が、前記鏡面曲線状に成形され、前記中心軸
の周囲に配置される複数のリブと、前記複数のリブの間
が繋がるように配設される曲面部材と、を備えることを
特徴とするものである。

【００１３】本発明の請求項３に係るアンテナ装置は、
前記複数の一次放射器が、前記円周状の点から所定距離
だけ、前記中心軸と平行な方向に離れた位置に配置され
ることを特徴とするものである。

【００１４】本発明の請求項４に係るアンテナ装置は、
前記鏡面曲線が所定の放物線の一部であると共に、前記
放物線の軸は、前記中心軸と直交する方向から所定角だ
け傾斜していることを特徴とするものである。

【００１５】本発明の請求項５に係るアンテナ装置は、
前記中心軸が垂直方向に向かうと共に、前記放物線の軸
が、水平方向に対して下向きに傾斜していることを特徴
とするものである。

【００１６】本発明の請求項６に係るアンテナ装置は、
前記鏡面曲線が、前記中心軸を含む平面内で概ねコセカ
ント二乗特性が実現されるように設定されていることを
特徴とするものである。

【００１７】本発明の請求項７に係るアンテナ装置は、
前記曲面部材が導電性メッシュを備えることを特徴とす
るものである。

【００１８】本発明の請求項８に係るアンテナ装置は、
前記曲面部材が導電性ワイヤを備えることを特徴とする
ものである。

【００１９】本発明の請求項９に係るアンテナ装置は、
前記複数の一次放射器が、前記中心軸の周囲に等間隔に
配置されていることを特徴とするものである。

【００２０】本発明の請求項１０に係るアンテナ装置
は、前記複数の一次放射器のクロスオーバレベルが、前
記中心軸と直交する平面内で概ね無指向性が実現される
ように設定されていることを特徴とするものである。

【００２１】本発明の請求項１１に係るアンテナ装置
は、前記複数の一次放射器のうち通信に必要なものを選
択して駆動する放射器選択手段を備えることを特徴とす
るものである。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照してこの発明の
実施の形態について説明する。尚、各図において共通す
る要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略す
る。

【００２３】実施の形態１．図１は、本発明の実施の形
態１のアンテナ装置３０の構成図を示す。また、図２
は、アンテナ装置３０を図１に示すII矢視で表した図を
示す。図１および図２に示す如く、本実施形態のアンテ
ナ装置３０は、反射鏡３２を備えている。反射鏡３２は
反射面３４を有している。反射面３４は、図１中に太線
で示す鏡面曲線３５を中心軸３６の周囲で回転させるこ
とにより得られる概ね円錐台形状の形状を有している。
反射鏡３２は、中心軸３６の方向が垂直方向となるよう
に配設される。

【００２４】図２中に破線で示す円周３８は、上述した
鏡面曲線３５の焦点を中心軸３６の周囲で回転させた場
合の軌跡を示す。アンテナ装置３０は、円周３８上に等
間隔に配設される４つの一次放射器３８を備えている。
一次放射器３８は、図示しない放射器選択装置により制
御される。放射器選択装置は、４つの一次放射器３８を
任意の組み合わせで選択的に駆動することができる。一
次放射器３８は、放射器選択装置に駆動されることによ
り、反射面３４に向けて所定出力の電磁波を放射する。

【００２５】次に、アンテナ装置３０の動作を、電磁波
の送信を例にとって説明する。それぞれの一次放射器４
０は、それらの位相中心を曲率中心とする球面波を放射
する。一次放射器４０から放射された球面波は、反射面
３４で反射された後、空間中に放射状に出力される。

【００２６】上記の如く、一次放射器４０の位相中心は
円周３８上、すなわち、反射面３４の焦点上に配置され
ている。この場合、反射面３４で反射された球面波は、
垂直面内において収差なく、すなわち、垂直面内で波面
を揃えて、かつ、水平面内で波面を概ね扇状として進行
する。つまり、個々の一次放射器１３から放射される電
磁波は、反射面３４で反射されることにより、垂直面内
で鋭い指向性を有し、かつ、水平面内で広いビーム形状
を有する電磁波として空間に放射される。

【００２７】本実施形態のアンテナ装置３０において、
隣接する２つの一次放射器４０の間では、それら２つの
一次放射器４０から放射された電磁波が重なる領域が形
成される。以下、隣接する２つの一次放射器４０から放
射された電磁波が重なる程度をクロスオーバレベルと称
す。

【００２８】上述の如く、アンテナ装置３０において、
４つの一次放射器４０は等間隔に配置されている。この
ため、何れの組み合わせについても、隣接する２つの一
次放射器４０の間ではほぼ同一のクロスオーバレベルが
実現される。更に、本実施形態において、上記のクロス
オーバレベルは、４つの一次放射器４０の全てが電磁波
を放射する場合に、水平面内でアンテナ装置３０を取り
巻く全周において概ね無指向性を示す電磁波が生成され
るように設定されている。

【００２９】このため、本実施形態のアンテナ装置３０
によれば、垂直面内で鋭い指向性を有し、かつ、水平面
内で無指向性を示す電磁波、すなわち、基地局と、その
周囲に配置される複数の子局との間で均一な通信を行う
ために好適な電磁波を出力することができる。また、ア
ンテナ装置３０によれば、特定の一次放射器４０を選択
的に駆動することにより、通信すべき子局の存在方向に
のみ電磁波を出力することができる。このため、本実施
形態のアンテナ装置３０によれば、常に全周に向けて電
磁波を出力するアンテナ装置に比して、優れた利得、す
なわち、優れた電力特性を実現することができる。

【００３０】ところで、上記の実施形態においては、一
次放射器４０を、鏡面極性の焦点上に配置することとし
ている。しかしながら、本発明はこれに限定されるもの
ではなく、一次放射器４０を上記の配置位置から垂直方
向に変位させ、適当に離焦点することとしてもよい。一
次放射器４０を離焦点することによれば、アンテナ装置
３０から出力される電磁波の進行角を水平方向から傾け
ることができる。

【００３１】同一のエリア内に複数の基地局が存在する
場合は、個々の基地局から発せられる電磁波の干渉を避
けることが必要である。上記の干渉を避けるうえでは、
例えば、基地局から子局に向かう電磁波を、水平方向か
ら下向きに傾斜した方向に進行させることが有効であ
る。上述した離焦点の手法によれば、電磁波の進行方向
を、上記の要求を満たす方向に容易に傾斜させることが
できる。

【００３２】また、上記の実施形態においては、中心軸
３６の周囲に４機の一次放射器４０を配置することとし
ているが、本発明はこれに限定されるものではなく、一
次放射器４０の数は、６機、または、１２機等、４機に
比して多数であってもよい。

【００３３】また、上記の実施形態においては、反射鏡
３２の形状を概ね円錐台形としているが、本発明はこれ
に限定されるものではなく、反射鏡３２の形状を概ね円
錐形としてもよい。

【００３４】実施の形態２．次に、図３および図４を参
照して本発明の実施の形態２について説明する。図３
は、本発明の実施の形態２のアンテナ装置４２の構成図
を示す。また、図４は、アンテナ装置４２を図１に示す
IV矢視で表した図を示す。

【００３５】図３および図４に示す如く、本実施形態の
アンテナ装置４２は、反射鏡４４を備えている。反射鏡
４４は８本のリブ４６を備えている。リブ４６は、上記
図１に示す鏡面曲線３５と同様の形状を有しており、中
心軸４８の周囲に等間隔に配置されている。隣接するす
る２本のリブ４６の間には、曲面部材５０が配設されて
いる。反射鏡４４は、リブ４６および曲面部材５０によ
り、概ね円錐台形状に形成されている。

【００３６】反射鏡４４は、リブ４６と曲面部材５０と
の組み合わせによって構成されているため、図１に示す
反射鏡３２に比して容易に製造することができる。この
ため、本実施形態のアンテナ装置４２は、実施の形態１
のアンテナ装置３０に比して実現が容易である。

【００３７】反射鏡４４は、複数の曲面部材５０で電磁
波を反射するため、反射鏡４４により反射される電磁波
には、図１に示す反射鏡３２で反射される電磁波に比し
て収差が生じ易い。このような収差は、利得の低下やサ
イドローブレベルの上昇等を生じさせ、その結果、アン
テナ装置４４の放射特性を劣化させる。しかしながら、
アンテナ装置４４は、上記の収差が電磁波の波長に比し
て十分に小さくなるように設計されている。このため、
本実施形態のアンテナ装置４２は、実用上、実施の形態
１のアンテナ装置３０とほぼ同様に動作し、垂直方向に
鋭い指向性を有し、かつ、水平方向に概ね無指向性を示
す電磁波を出力する。

【００３８】実施の形態３．次に、図５を参照して本発
明の実施の形態３について説明する。図５は、本発明の
実施の形態３のアンテナ装置５２の構成図を示す。本実
施形態のアンテナ装置５２は、反射鏡５４を備えてい
る。反射鏡５４は反射面５６を有している。反射面３４
は、図５中に太線で示す鏡面曲線５７を、中心軸５８の
周囲で回転させることにより得られる概ね円錐台形状の
形状を有している。

【００３９】本実施形態のアンテナ装置５２は、上記の
鏡面曲線５７が放物線の一部で構成されていると共に、
その放物線の軸（放物線のピークを通過する対称軸）６
０が水平方向に対して下向きに傾斜している点に特徴を
有している。鏡面曲線５７の焦点は軸６０上に存在す
る。アンテナ装置５２が備える４つの一次放射器４０
は、その焦点を中心軸５８の周囲で回転させた際の軌跡
上に等間隔に配置されている。

【００４０】アンテナ装置５２において、一次放射器４
０から放射された電磁波は、法物線の軸６０の方向に収
差なく進行する。従って、アンテナ装置５２によれば、
一次放射器４０を反射面５６の焦点付近に配置しつつ、
水平方向に対して所定角度だけ下向きに傾斜した方向に
進行する電磁波を生成することができる。

【００４１】一次放射器４０を反射面の焦点付近に配置
することによれば、一次放射器４０から発せられる電磁
波を、効率よく子局に向けて放射することができる。こ
のため、本実施形態のアンテナ装置５２によれば、垂直
面内で鋭い指向性を有し、かつ、水平面内で概ね無指向
性を示す電磁波を、利得の悪化等の不都合を伴うことな
く、水平方向に対して所定角だけ下向きに傾斜した方向
に進行させることができる。

【００４２】実施の形態４．次に、図６を参照して本発
明の実施の形態４について説明する。図６は、本発明の
実施の形態４のアンテナ装置６２の構成図を示す。アン
テナ装置６２は、反射鏡６４を備えている。反射鏡６４
は、図６中に太線で示す鏡面曲線６６を中心軸６８の周
囲で回転させることにより得られる回転体と等しい形状
を有する反射面７０を備えている。

【００４３】本実施形態のアンテナ装置６２は、一次放
射器４０から放射され、反射面７０で反射された電磁波
が、垂直面内で概ねコセカント二乗特性を満たすように
反射面７０の鏡面修正が行われている点に特徴を有して
いる。図６中に一点鎖線で示す曲線は、上記構成を有す
るアンテナ装置６２から放射される電磁波の放射ビーム
７２を示す。

【００４４】放射ビーム７２は、垂直面内で概ねコセカ
ント二乗の形状を有している。すなわち、本実施形態の
アンテナ装置６２によれば、水平面内でほぼ無指向性を
示し、かつ、垂直面内での放射パターンがコセカント二
乗の形状となる電磁波を生成することができる。

【００４５】垂直面内での放射パターンがコセカント二
乗形状である電磁波は、基地局と子局との距離に関わら
ず、子局に対して安定した電界強度を供給するうえで好
適な電磁波である。従って、本実施形態のアンテナ装置
６２によれば、アンテナ装置６２が配設される基地局
と、その周囲に配置される複数の子局との距離が均一で
ない場合でも、基地局とすべての子局との間で、ほぼ同
等の通信状態を実現することができる。

【００４６】実施の形態５．次に、図７および図８を参
照して本発明の実施の形態５について説明する。図７
は、本発明の実施の形態５のアンテナ装置７４の構成図
を示す。また、図８は、本実施形態のアンテナ装置７４
を図７に示すVIII矢視で表した図を示す。本実施形態の
アンテナ装置７４は反射鏡７６を備えている。反射鏡７
６は、上記図３および図４に示す複数のリブ４６と、そ
れらの間に配設される曲面部材７８とで構成されてい
る。

【００４７】本実施形態において、曲面部材７８は導電
性メッシュで構成されている。曲面部材７８が導電性メ
ッシュで構成されていると、反射鏡７６が風圧を受け難
い構造を実現することができる。アンテナ装置７４は屋
外に配置される。このため、反射鏡７６には、風圧に耐
えうる機構が要求される。本実施形態のアンテナ装置７
４のように、反射鏡７６が風圧を受け難い構造を有して
いる場合、その機構設計を容易化することができる。

【００４８】実施の形態６．次に、図９および図１０を
参照して本発明の実施の形態６について説明する。図９
は、本発明の実施の形態６のアンテナ装置８０の構成図
を示す。また、図１０は、本実施形態のアンテナ装置８
０を図９に示すＸ矢視で表した図を示す。本実施形態の
アンテナ装置８０は反射鏡８２を備えている。反射鏡８
２は、上記図３および図４に示す複数のリブ４６と、そ
れらの間に配設される曲面部材８４とで構成されてい
る。

【００４９】本実施形態において、曲面部材８４は導電
性ワイヤで構成されている。曲面部材８４が導電性メッ
シュで構成されていると、反射鏡８２が風圧を受け難い
構造を実現することができる。上記の構造によれば、反
射鏡８２の機構設計を容易化することができる。

【００５０】

【発明の効果】この発明は以上説明したように構成され
ているので、以下に示すような効果を奏する。請求項１
記載の発明によれば、反射鏡の周囲に複数の一次放射器
を配置する簡単な構造で高い利得を得ることができる。

【００５１】請求項２記載の発明によれば、複数のリブ
と曲面部材とを用いて、所定形状の反射鏡を簡単に構成
することができる。

【００５２】請求項３記載の発明によれば、一次放射器
の配置位置が、放物線の焦点から中心軸方向に離れてい
るため、アンテナ装置から出射される電磁波の進行方向
を、中心軸に垂直な平面から傾斜した所定方向とするこ
とができる。

【００５３】請求項４記載の発明によれば、鏡面曲線が
放物線であり、かつ、その放物線の軸が中心軸に水平な
方向から傾斜しているため、一次放射器を放物線の焦点
付近に配置した状態で、アンテナ装置から出射される電
磁波の進行方向を、中心軸に垂直な平面から傾斜した所
定方向とすることができる。

【００５４】請求項５記載の発明によれば、放物線の軸
が水平方向に対して下向きに傾斜しているため、アンテ
ナ装置から出射される電磁波の進行方向を、水平方向に
対して下向きに傾斜した方向とすることができる。

【００５５】請求項６記載の発明によれば、アンテナ装
置から出射される電磁波が中心軸を含む平面内で概ねコ
セカント二乗特性を満たすため、アンテナ装置と、その
周辺に配置される子局との間で、両者の距離に関わらず
均一な通信状態を実現することができる。

【００５６】請求項７記載の発明によれば、反射鏡の構
成要素である曲面部材が導電性メッシュを備えているた
め、風圧を受け難い構造を実現することができる。

【００５７】請求項８記載の発明によれば、反射鏡の構
成要素である曲面部材が導電性ワイヤを備えているた
め、風圧を受け難い構造を実現することができる。

【００５８】請求項９記載の発明によれば、複数の一次
放射器が中心軸の回りに等間隔に配置されているため、
アンテナ装置の周囲に、水平面内で無指向性を示す電磁
波を出力するうえで有利な状態を形成することができ
る。

【００５９】請求項１０記載の発明によれば、複数の一
次放射器のクロスオーバレベルを適正に設定することに
より、アンテナ装置の周囲に水平面内で無指向性を示す
電磁波を出力することができる。

【００６０】請求項１１記載の発明によれば、複数の一
次放射器のうち通信に必要なものだけが駆動されるた
め、優れた利得が実現される。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施の形態１のアンテナ装置の構成
図である。

【図２】 本発明の実施の形態１のアンテナ装置を図１
に示すII矢視で表した図である。

【図３】 本発明の実施の形態２のアンテナ装置の構成
図である。

【図４】 本発明の実施の形態２のアンテナ装置を図３
に示すIV矢視で表した図である。

【図５】 本発明の実施の形態３のアンテナ装置の構成
図である。

【図６】 本発明の実施の形態４のアンテナ装置の構成
図である。

【図７】 本発明の実施の形態５のアンテナ装置の構成
図である。

【図８】 本発明の実施の形態５のアンテナ装置を図７
に示すVIII矢視で表した図である。

【図９】 本発明の実施の形態６のアンテナ装置の構成
図である。

【図１０】 本発明の実施の形態６のアンテナ装置を図
９に示すＸ矢視で表した図である。

【図１１】 従来のアンテナ装置の構成図である。

【符号の説明】

３０；４２；５２；６２；７４；８０ アンテナ装置、
３２;４４;５４;６４;７６;８２ 反射鏡、 ３４；５
６；７０ 反射面、 ４０ 一次放射器、 ４６リブ、
５０；７８；８４ 曲面部材。

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 鏡面曲線を中心軸の回りで回転させるこ
   とにより得られる円錐形状または円錐台形状の回転体と
   同一の、または、近似する形状を有する反射鏡と、 前記鏡面曲線の焦点を前記中心軸の回りで回転させるこ
   とにより得られる円周の上または付近に配置される複数
   の一次放射器と、 を備えることを特徴とするアンテナ装置。
2. 【請求項２】 前記反射鏡は、前記鏡面曲線状に成形さ
   れ、前記中心軸の周囲に配置される複数のリブと、 前記複数のリブの間が繋がるように配設される曲面部材
   と、 を備えることを特徴とする請求項１記載のアンテナ装
   置。
3. 【請求項３】 前記複数の一次放射器が、前記円周状の
   点から所定距離だけ、前記中心軸と平行な方向に離れた
   位置に配置されることを特徴とする請求項１および２記
   載のアンテナ装置。
4. 【請求項４】 前記鏡面曲線は所定の放物線の一部であ
   ると共に、 前記放物線の軸は、前記中心軸と直交する方向から所定
   角だけ傾斜していることを特徴とする請求項１または２
   記載のアンテナ装置。
5. 【請求項５】 前記中心軸は垂直方向に向かうと共に、 前記放物線の軸は、水平方向に対して下向きに傾斜して
   いることを特徴とする請求項４記載のアンテナ装置。
6. 【請求項６】 前記鏡面曲線は、前記中心軸を含む平面
   内で概ねコセカント二乗特性が実現されるように設定さ
   れていることを特徴とする請求項１または２記載のアン
   テナ装置。
7. 【請求項７】 前記曲面部材は導電性メッシュを備える
   ことを特徴とする請求項２記載のアンテナ装置。
8. 【請求項８】 前記曲面部材は導電性ワイヤを備えるこ
   とを特徴とする請求項２記載のアンテナ装置。
9. 【請求項９】 前記複数の一次放射器は、前記中心軸の
   周囲に等間隔に配置されていることを特徴とする請求項
   １乃至８の何れか１項記載のアンテナ装置。
10. 【請求項１０】 前記複数の一次放射器のクロスオーバ
    レベルは、前記中心軸と直交する平面内で概ね無指向性
    が実現されるように設定されていることを特徴とする請
    求項１乃至９の何れか１項記載のアンテナ装置。
11. 【請求項１１】 前記複数の一次放射器のうち通信に必
    要なものを選択して駆動する放射器選択手段を備えるこ
    とを特徴とする請求項１乃至１０の何れか１項記載のア
    ンテナ装置。