JPH11308046A - アンテナ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来のアンテナ装置では、ビルの壁面形状に
マッチしないという課題があった。 【解決手段】 建造物４の壁面に設置されたサブアンテ
ナ３Ａと、電波の波長に比べて前記サブアンテナ３Ａか
ら十分大きく離れた前記建造物４の別の壁面に設置され
たサブアンテナ３Ｂと、前記サブアンテナ３Ａのビーム
５Ａと前記サブアンテナ３Ｂのビーム５Ｂを合成して合
成ビーム６を形成するビーム形成回路とを備えた。 【効果】 建造物のブロッキング等の影響を軽減できる
アンテナパターンを得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、移動通信等の用
途に供されるアンテナ装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のアンテナ装置について図面を参照
しながら説明する。図５は、例えば、藤本京平、山田吉
英、常川光一共著、「図解移動通信用アンテナシステ
ム」総合電子出版社、１９９６年、１０月１０日第１版
刊行、第８６頁、図３．５１に示された従来のアンテナ
装置を示す図である。

【０００３】図５において、１（１Ａ、１Ｂ、１Ｃ）は
セクタビーム形成アンテナ、２（２Ａ、２Ｂ、２Ｃ）は
セクタビームである。

【０００４】図５に示すように、セクタは三つあり、そ
れぞれ水平面内１２０度のビーム幅を持ったセクタアン
テナ１Ａ、１Ｂ、及び１Ｃがカバーしている。

【０００５】なお、従来のアンテナ装置は、ビルの屋
上、鉄塔の上等に配置されるのが一般的である。

【０００６】従来のアンテナ装置は以上のように構成さ
れるが、近年、移動通信基地局の増設によりアンテナ装
置の設置場所が不足しており、新規にビルの屋上にアン
テナ装置を設置したり、新規に鉄塔を増設するのが困難
になっている。

【０００７】新規に移動通信基地局を増設する方法とし
て、ビルの壁面やビル上のペントハウスの壁面にアンテ
ナ装置を設置することが考えられるが、図５に示すよう
に、セクタは１２０度幅等に選ばれることが多く、４角
が一般的であるビルの壁面形状にマッチしていない。

【０００８】また、ビルは任意の方向を向いているの
で、単にビルの壁面にアンテナ装置を設けてもブロッキ
ングにより所望のセクタ分割が必ずしも得られないなど
の欠点があった。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上述したような従来の
アンテナ装置では、ビルの壁面形状にマッチしないとい
う問題点があった。

【００１０】また、単にビルの壁面にアンテナ装置を設
けてもブロッキングにより所望のセクタ分割が必ずしも
得られないという問題点があった。

【００１１】この発明は、前述した問題点を解決するた
めになされたもので、与えられた建造物等の壁面に設置
しても所望のセクタビームを得ることができるアンテナ
装置を得ることを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】この発明に係るアンテナ
装置は、建造物の第１の場所に設置された第１のサブア
ンテナと、電波の波長に比べて前記第１のサブアンテナ
から十分大きく離れた前記建造物の第２の場所に設置さ
れた第２のサブアンテナと、前記第１のサブアンテナの
第１のビームと前記第２のサブアンテナのビームを合成
して合成ビームを形成するビーム形成回路とを備えたも
のである。

【００１３】また、この発明に係るアンテナ装置は、前
記ビーム形成回路が、前記第１又は第２のサブアンテナ
に複数の方向のビームを形成させるものである。

【００１４】また、この発明に係るアンテナ装置は、前
記第１及び第２のサブアンテナを、２個の素子アンテナ
で構成し、前記ビーム形成回路を、２端子ハイブリッド
分配器で構成するとともに、前記２個の素子アンテナを
前記２端子ハイブリッド分配器に接続したものである。

【００１５】さらに、この発明に係るアンテナ装置は、
さらに、電波の波長に比べて前記第１及び第２のサブア
ンテナから十分大きく離れた前記建造物の第３の場所に
設置された第３のサブアンテナと、電波の波長に比べて
前記第１、第２、及び第３のサブアンテナから十分大き
く離れた前記建造物の第４の場所に設置された第４のサ
ブアンテナとを備え、前記前記ビーム形成回路が、前記
第１、第２、第３、及び第４のサブアンテナに水平面内
にセクタ分割されたビームを形成させるものである。

【００１６】

【発明の実施の形態】実施の形態１．この発明の実施の
形態１に係るアンテナ装置について図面を参照しながら
説明する。図１は、この発明の実施の形態１に係るアン
テナ装置の構成を示す図である。なお、各図中、同一符
号は同一又は相当部分を示す。

【００１７】図１において、３Ａは２個の素子アンテナ
から構成されるサブアンテナ、３Ｂは同様に２個の素子
アンテナから構成されるサブアンテナ、４はビル、ペン
トハウス、看板等の建造物、５Ａはサブアンテナ３Ａの
ビーム、５Ｂはサブアンテナ３Ｂのビーム、６はサブア
ンテナ３Ａと３Ｂの合成ビームである。

【００１８】また、サブアンテナ３Ａと３Ｂは波長に比
べて十分遠方にそれぞれ配置されているとする。以下、
説明は記述を簡略化するために２つのサブアンテナ３Ａ
と３Ｂの合成で合成ビーム６を得るが、２つ以上のサブ
アンテナを合成して合成ビーム６を得ることも可能であ
る。また、素子アンテナが１個からなるサブアンテナ
や、素子アンテナが３個以上からなるサブアンテナを用
いてビームを形成しても良いとする。

【００１９】つぎに、この実施の形態１の動作について
説明する。図１は、図の下方を向いたサブアンテナ３Ａ
のビーム５Ａと、図の右方を向いたサブアンテナ３Ｂの
ビーム５Ｂを合成すれば、合成ビーム６が得られること
を示している。

【００２０】合成ビーム６においては、２つのサブアン
テナ３Ａ及び３Ｂの照射領域の交わりにおいてパターン
が干渉しておりリプルが生じている。このリプルの周期
はサブアンテナ３Ａ及び３Ｂ間の距離が大きくなるほど
細かくなり、２素子アレーアンテナのグレーティングロ
ーブの周期に対応している。

【００２１】このリプルの通信品質への影響は以下の通
りである。一般的に、移動通信環境下では、マルチパス
（反射、回折波）の影響によりフェージングが起こり、
サービスエリア内部の電界分布は乱れる。

【００２２】従って、複雑な電波伝搬特性を有するいわ
ゆるレーリーフェージング環境下では、もともとの基地
局アンテナに細かいリプルがあっても通信品質は、リプ
ルが無いパターンのアンテナを用いた場合とほとんど変
わらない。

【００２３】この性質を用いたのが、移動通信基地局用
アンテナに一般的に用いられるいわゆるビームチルトア
ンテナである。このビームチルトアンテナは、サービス
エリア内にサイドローブの零点方向を有するが問題なく
通信ができる。よって、本実施の形態１は移動通信用ア
ンテナに使用できる。

【００２４】本実施の形態１の利点は以下の通りであ
る。図１から見て取れるように、サブアンテナ３Ａ及び
３Ｂの合成ビーム６の包絡線は、サブアンテナ３Ａ及び
３Ｂのビーム５Ａ及び５Ｂのパワーパターンの合成にほ
ぼ対応している。

【００２５】つまり、単体のサブアンテナのビームのカ
バレッジを足した広いカバレッジを合成ビーム６はカバ
ーできる。このように、建造物の壁面等にサブアンテナ
を配置した場合、ブロッキングの影響で十分なカバレッ
ジが得られない場合においても本実施の形態１を適用す
れば所望のカバレッジが得られる。

【００２６】また、本実施の形態１は以下のような利点
も有する。複数のサブアンテナのビームを合成する場
合、それぞれのサブアンテナの信号の位相関係が問題に
なるが、本実施の形態１では複数のサブアンテナをそれ
ぞれ波長に比べて十分遠方に配置しているので、任意長
のケーブルで信号を合成しても合成パターン６のリプル
の零点がシフトするだけで、合成パターン６の包絡線は
ほとんど変化しない。

【００２７】つまり、サブアンテナの合成において合成
位相を気にする必要がない。また、サブアンテナ間距離
をそれぞれが十分波長に比べて十分大きいという条件の
もとで任意に取っても、合成パターン６のリプルの周期
が変動するのみであり、上記包絡線の形状はほとんど変
化しない。これは、本実施の形態１が汎用的に多くの建
造物に適用できることを示している。

【００２８】この実施の形態１に係るアンテナ装置によ
れば、波長に比べて大きな間隔で２つの（複数の）サブ
アンテナ３Ａ、３Ｂを配置し、２つの（複数の）サブア
ンテナ３Ａ、３Ｂの組み合わせでビームを形成したの
で、建造物のブロッキング等の影響を軽減できるアンテ
ナパターンを得ることができる。また、サブアンテナ単
体のビーム形状よりも多くの形状のビームを得ることが
できる。

【００２９】実施の形態２．この発明の実施の形態２に
係るアンテナ装置について図面を参照しながら説明す
る。図２は、この発明の実施の形態２に係るアンテナ装
置の構成を示す図である。

【００３０】図２において、７Ａはサブアンテナ３Ａの
ビーム、７Ｂはサブアンテナ３Ｂのビーム、８はビーム
７Ａ及び７Ｂの合成パターンである。また、９Ａはサブ
アンテナ３Ａのビーム、９Ｂはサブアンテナ３Ｂのビー
ム、１０はビーム９Ａ及び９Ｂの合成パターンである。

【００３１】つづいて、この実施の形態２の動作につい
て説明する。図２（ａ）に示すように、サブアンテナ３
Ａのビーム７Ａとサブアンテナ３Ｂのビーム７Ｂはそれ
ぞれが比較的近い方向に主ビームを有する。この場合、
対応する合成パターン８は狭いビーム幅を持ったものに
なる。

【００３２】一方、図２（ｂ）に示すように、比較的離
れた方向に主ビームを有するサブアンテナ３Ａのビーム
９Ａとサブアンテナ３Ｂのビーム９Ｂを用いた場合、対
応する合成パターン１０のビーム幅は広くなる。

【００３３】このように、サブアンテナが複数のビーム
方向を有するパターンを形成できるように、サブアンテ
ナにビーム形成回路（給電回路）を設けた場合、様々な
形状の合成パターンが得られることがわかる。

【００３４】本実施の形態２の用途は、例えば以下の通
りである。セクタ分割基地局に本実施の形態２を適用す
る場合、本実施の形態２によれば水平面内のセクタ数選
択の自由度が増える。

【００３５】例えば、図２（ａ）に示すように、サブア
ンテナ３Ａのビーム７Ａとサブアンテナ３Ｂのビーム７
Ｂの組の合成パターン８は、ほぼ６０度のビーム幅とな
っており、６分割セクタ用アンテナに適用できる。

【００３６】また、図２（ｂ）に示すように、サブアン
テナ３Ａのビーム９Ａとサブアンテナ３Ｂのビーム９Ｂ
の組の合成パターン１０は、１２０度程度のビーム幅と
なっており、３分割セクタ用アンテナに適用できる。

【００３７】さらに、ひとつのサブアンテナを複数の合
成ビームに対して共用すれば、アンテナ設置数を増やす
ことがなく、所望のマルチビームを得ることもできる。

【００３８】この実施の形態２に係るアンテナ装置によ
れば、サブアンテナが複数の形状のビームを放射できる
ように、サブアンテナにビーム形成回路（給電回路）を
設けたので、サブアンテナを組み合わせた場合のビーム
形状の組み合わせの数が増え、アンテナパターンの形成
の自由度が増し、さまざまな形状のパターンが形成でき
る。

【００３９】実施の形態３．この発明の実施の形態３に
係るアンテナ装置について図面を参照しながら説明す
る。図３は、この発明の実施の形態３に係るアンテナ装
置の構成を示す図である。また、図４は、この発明の実
施の形態３に係るアンテナ装置の動作を示す図である。

【００４０】図３及び図４において、３Ａは１個の素子
アンテナから構成されるサブアンテナ、３Ｂは２個の素
子アンテナから構成されるサブアンテナ、３Ｃは同様に
２個の素子アンテナから構成されるサブアンテナ、３Ｄ
は同様に２個の素子アンテナから構成されるサブアンテ
ナ、４はビル、ペントハウス、看板等の建造物である。

【００４１】また、同図において、１１Ｂ、１１Ｃ、及
び１１Ｄは２端子ハイブリッド分配器（ＨＹＢ）であ
り、９０度ハイブリッド分配器とする。１２Ａ及び１２
Ｂは２分配器（ＰＤ）であり、同相分配器とする。１
３、１４、１５は給電ポートであり、それぞれ、ポート
Ａ、ポートＢ、ポートＣに対応する。

【００４２】さらに、同図において、１６はポートＡの
ビーム、１７はポートＢのビーム、１８はポートＣのビ
ームである。なお、ポートＢのビーム１７は、サブアン
テナ３Ｃのビーム１９と、サブアンテナ３Ｂのビーム２
０の合成ビームである。また、ポートＣのビーム１８
は、サブアンテナ３Ｃのビーム２１と、サブアンテナ３
Ｄのビーム２２の合成ビームである。

【００４３】次に、この実施の形態３の動作について説
明する。図３は、１２０度セクタ分割基地局用アンテナ
をサブアンテナに２端子ハイブリッド分配器を用いて実
現する例である。

【００４４】セクタビームは、１２０度程度のビーム幅
を有し、それぞれの主ビーム方向が水平面内にほぼ１２
０度の角度ステップになれば良い。図３の構成を用いて
実現されるセクタビーム１６、１７、及び１８の計算値
を図４に示す。

【００４５】ビーム１６、１７、及び１８の形状は、３
セクタのセクタビームを実現している。ポートＡのビー
ム１６は、１２０度のビーム幅を有するサブアンテナ３
Ａ単体のパターンを用いている。

【００４６】ポートＢのビーム１７は、図３における２
端子ハイブリッド分配器１１Ｂ及び１１Ｃを用いて、ま
ず、図４（ｂ）に示すサブアンテナ３Ｃのビーム１９
と、サブアンテナ３Ｂのビーム２０を形成し、それぞれ
の信号を２分配器１２Ｂで合成することにより得られ
る。ポートＣのビーム１８もこれと同様である。

【００４７】本実施の形態３の場合、ポートＢのビーム
１７とポートＣのビーム１８を形成する際、１つのサブ
アンテナ３Ｃを共用しており、２端子ハイブリッド分配
器が有効に用いられている。このように、本実施の形態
３によれば、２端子ハイブリッド分配器、２分配器等の
単純な給電回路（ビーム形成回路）の構成でセクタビー
ムを放射するアンテナ装置が得られる。また、２端子ハ
イブリッド分配器、２分配器の周波数特性は一般的に広
帯域であり、移動通信基地局用アンテナに通常要求され
る帯域は十分カバーできる。

【００４８】図３の構成の場合、ポートＡのビーム１６
を形成するサブアンテナ３Ａを２つ並べたものを他のポ
ートのビーム１７、１８を形成するサブアンテナ３Ｂ〜
３Ｄに用いても良い。この場合、アンテナの種類が一種
類で系を構成でき、複数のアンテナを開発する手間が省
ける。

【００４９】さらに、サブアンテナ３Ｂのビーム２０、
及びサブアンテナ３Ｄのビーム２２は、サブアンテナ３
Ｃのビーム１９とビーム２１を形成する２端子ハイブリ
ッド分配器１１Ｃを流用して別途移相器を開発する手間
も省いている。

【００５０】また、一般に、アンテナ装置（基地局）が
配置される建造物４の壁面の方向と形成すべきセクタビ
ームの方向は必ずしも一致しないが、図３においてポー
トＡのビームは建造物の４面の法線方向の任意に選べる
ので、本実施の形態３においては、実用的なセクタが構
成できる。

【００５１】この実施の形態３に係るアンテナ装置にお
いては、１つのサブアンテナに２つの素子アンテナを用
い、ビーム形成回路（給電回路）として２端子ハイブリ
ッド分配器を用いたので、周波数特性に優れ、単純な構
成で実現できる２ビームを放射するサブアンテナが構成
できる。

【００５２】また、上記各実施の形態において、水平面
内にセクタビームを形成するので任意の方向を向いた壁
面等のアンテナ設置場所においてもセクタ分割移動通信
基地局アンテナが実現できる。

【００５３】

【発明の効果】この発明に係るアンテナ装置は、以上説
明したとおり、建造物の第１の場所に設置された第１の
サブアンテナと、電波の波長に比べて前記第１のサブア
ンテナから十分大きく離れた前記建造物の第２の場所に
設置された第２のサブアンテナと、前記第１のサブアン
テナの第１のビームと前記第２のサブアンテナのビーム
を合成して合成ビームを形成するビーム形成回路とを備
えたので、建造物のブロッキング等の影響を軽減できる
アンテナパターンを得ることができるという効果を奏す
る。

【００５４】また、この発明に係るアンテナ装置は、以
上説明したとおり、前記ビーム形成回路が、前記第１又
は第２のサブアンテナに複数の方向のビームを形成させ
るので、アンテナパターンの形成の自由度が増し、さま
ざまな形状のパターンが形成できるという効果を奏す
る。

【００５５】また、この発明に係るアンテナ装置は、以
上説明したとおり、前記第１及び第２のサブアンテナ
を、２個の素子アンテナで構成し、前記ビーム形成回路
を、２端子ハイブリッド分配器で構成するとともに、前
記２個の素子アンテナを前記２端子ハイブリッド分配器
に接続したので、広帯域かつ単純な回路構成で放射パタ
ーンが可変なサブアンテナが構成できるという効果を奏
する。

【００５６】さらに、この発明に係るアンテナ装置は、
以上説明したとおり、さらに、電波の波長に比べて前記
第１及び第２のサブアンテナから十分大きく離れた前記
建造物の第３の場所に設置された第３のサブアンテナ
と、電波の波長に比べて前記第１、第２、及び第３のサ
ブアンテナから十分大きく離れた前記建造物の第４の場
所に設置された第４のサブアンテナとを備え、前記前記
ビーム形成回路が、前記第１、第２、第３、及び第４の
サブアンテナに水平面内にセクタ分割されたビームを形
成させるので、任意の方向を向いた壁面等にセクタ分割
基地局用アンテナが実現できるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施の形態１に係るアンテナ装置
の構成を示す図である。

【図２】 この発明の実施の形態２に係るアンテナ装置
の構成を示す図である。

【図３】 この発明の実施の形態３に係るアンテナ装置
の構成を示す図である。

【図４】 この発明の実施の形態３に係るアンテナ装置
の動作を示す図である。

【図５】 従来のアンテナ装置の構成を示す図である。

【符号の説明】

３Ａ サブアンテナ、３Ｂ サブアンテナ、４ 建造
物、５Ａ ビーム、５Ｂビーム、６ 合成ビーム、７Ａ
ビーム、７Ｂ ビーム、８ 合成パターン、９Ａ ビ
ーム、９Ｂ ビーム、１０ 合成パターン、１１Ｂ、１
１Ｃ、１１Ｄ２端子ハイブリッド分配器（ＨＹＢ）、１
２Ａ、１２Ｂ ２分配器（ＰＤ）、１３、１４、１５
給電ポート、１６ ポートＡのビーム、１７ ポートＢ
のビーム、１８ ポートＣのビーム、１９ ビーム、２
０ ビーム、２１ ビーム、２２ ビーム。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 建造物の第１の場所に設置された第１の
   サブアンテナと、 電波の波長に比べて前記第１のサブアンテナから十分大
   きく離れた前記建造物の第２の場所に設置された第２の
   サブアンテナと、 前記第１のサブアンテナの第１のビームと前記第２のサ
   ブアンテナのビームを合成して合成ビームを形成するビ
   ーム形成回路とを備えたことを特徴とするアンテナ装
   置。
2. 【請求項２】 前記ビーム形成回路は、前記第１又は第
   ２のサブアンテナに複数の方向のビームを形成させるこ
   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】 前記第１及び第２のサブアンテナは、２
   個の素子アンテナで構成し、前記ビーム形成回路は、２
   端子ハイブリッド分配器で構成するとともに、前記２個
   の素子アンテナを前記２端子ハイブリッド分配器に接続
   したことを特徴とする請求項２記載のアンテナ装置。
4. 【請求項４】 さらに、 電波の波長に比べて前記第１及び第２のサブアンテナか
   ら十分大きく離れた前記建造物の第３の場所に設置され
   た第３のサブアンテナと、 電波の波長に比べて前記第１、第２、及び第３のサブア
   ンテナから十分大きく離れた前記建造物の第４の場所に
   設置された第４のサブアンテナとを備え、 前記前記ビーム形成回路は、前記第１、第２、第３、及
   び第４のサブアンテナに水平面内にセクタ分割されたビ
   ームを形成させることを特徴とする請求項１又は２記載
   のアンテナ装置。