WO1994013031A1 - Multi-beam antenna apparatus - Google Patents

Description

明 細 書 多ビームアンテナ装置

〔技術分野〕

本発明は固定無線方式ある 、は移動無線通信方式における了ンテナ装置に利川 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一 ムアンテナ装置に関する。

〔背景技術〕

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 1に 示す。 この例では、 サービスゾーン 2 0が複数のセクタゾーン 2 1 . 1、 2 1 . 2、 …に分割される。 サービスゾーン 2 0内の基地局 2 2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 2 3が設けられ、 この多ビームアンテ ナ装置 2 3の主ビーム 2 4. K 2 4. 2、 …が、 それぞれセクタゾーン 2 1 . 1、 2 1 . 2、 …に向けられる。

多ビームアンテナ装置 2 3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 2および図 3に示す。 図 2は 斜視図であり、 図 3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 3 0. 1〜3 0. にそれぞれ複数の放射素子 3 1を配列させて複数 のアレー了ンテナを構成し、 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 3 0. 1 - 3 0 . 4が 6 0度すつ異なる方向に向き、 それぞれの方向に主ビーム 3 2 . 1〜3 2. 4が得られる _c 主ビーム 3 2 . 1〜 3 2 . 4の半値幅は 6 0度に設定される。 放射素子 3 1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。 図 4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 4 0に横 方向に並んで配置された二つの放射素子 4 1 . K 4 1 . 2に、 電力分配器 4 2 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 4 1 . 1、 4 1 . 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 2および図 3に示した従来例では、 半値幅 が 6 0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。

図 5および図 6は 6面の了ンテナ面を用いて 6ビームを形成する場合の構成例 を図 2および図 3と同様に示す。 アンテナ面 3 0. 5〜3 ϋ . 1 0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。

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。

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。

〔発明の開示〕

本発明によれば、 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 了ンテナ装置において、 各々のァ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が提供される。 このような構成により、 η 個のアンテナ素子で 2 η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。

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。

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 〔度〕 ( βく 1 8 0度） で互いに連結された構造であることがよい。 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） に対して一 3 d B低下する範囲 ( 3 d B 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 厶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 3 d B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 3 d B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 対側の方向の一 3 d B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。

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、 第一および第二のァ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 、て第一および第二の了ンテ ナ側端子に互いに位相が 9 0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。 ハイプ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、 ァ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。

各アンテナ素子として、 二組の放射 ¾子群からなる了レーアンテナを用いるこ ともできる。

各了ンテナ素子において二つの指向性ビームがそのァ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" 〔度〕 とするとき、 開き角度 が、 実質的に、

= 1 8 0— 2ひ

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ひで等角度間隔に配置できる。 - また、 各ァンテナ素子において二つの指向性ビーム方向がそのァンテナ面の垂 線方向に対して非対称に形成される場合には、 二つの了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 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 が、 実質的に、 = 1 8 0— 2 «

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 ー厶のなす角を 2等分する直線の傾きの角度を δ (ただしァ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 が、 実質的に、

^5 = 1 8 0 - 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"で等角度間隔に配置される。

了ンテナ素子として二つの放射素子または二組の放射素 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 sだけ回転させて、 配置するこ とがよい。

アンテナ素子を多角形の一部の辺だけに配置してもよレ、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 orが、

1 8 0 / n 〔度〕

となるように設定することがよい。

指向性ビームのチルト角^ _t 、 すなわちアンテナ面が配置される多角形の軸 （ 実用上は鉛直軸） と！:交する面 （同じく水平面） に対する傾き角度は、 単純には Θ、 = 0でよい しかし、 利用形態によっては ≠ 0のチルトビー厶が必要と なる。 例えばセル方式の自動車電話の基地局に利用する場合には、 セルゾーン間 で周波数の繰り返し利用を図るため、 放射ビームを水平面から下方に偏位させた チルトビー厶が用いられる。 このときのチルト角 は、 アンテナの地上高とゾ ーン半径とによって決まり、 高さの異なる基地局においてはビームチルト角を変 化させる必、要がある。 このため、 このような利用形態では従来から、 基地局用ァ ンテナとしてビームのチルト角を可変できるものが用いられている。 このような ァンテナを利用して本発明を実施することもできる。

具体的には、 各アンテナ素子として N個の放射素子が垂直面内に 1列に配置さ れたアレー了ンテナを 2組用い、 各了レーアンテナの N個の放射素子を M個のブ 口ックに分割してそのプロックごとに異なる励振位相を与えるとともに、 2組の アレーアンテナに相対的な給電位相角を与えることによって、 ビームのチルト角 を自在に設定できるとともに、 ひとつのァンテナ素子から二つの指向性ビームを 形成できる。

さらに、 二つのビームのチルト角を独立に変化させることもできる。 そのため には、 各アンテナ素子として、 N個 （Nは 2以上の整数） の放射素子が鉛直方向 に配列された第一のアレーアンテナと、 この第一のアレーアンテナとほぼ同一構 成の第二のアレーアンテナとが 2列隣り合うように配置され、 それぞれの了レー アンテナが M個 （Mは 2≤M≤Nなる整数） のブロックに分割され、 複数 M個の ハイプリッド回路を備え、 このハイプリッド回路はそれぞれ第一および第二の了 ンテナ側端子と第一および第二の装置側端子とを含み、 かつその装置側端子のそ れぞれの信号についてその 2個のァンテナ側端子に互いに位相が 9 0度異なる信 号となる分岐結合特性を有し、 M個の第一の位相器と、 M個の第二の位相器と、 それぞれァンテナ側に M個の端子を有し装置側に 1個の端子を有する第一および 第二の電力分配器とを備え、 第一および第二の了レーアンテナの水平方向に隣り 合う二つのプロックの各放射素子にはそのプロックに対応するハイブリッド回路 のそれぞれ第一および第二のアンテナ側端子が接続され、 M個のハイプリッド回 路の第一の装置側端子がそれぞれ第一の位相器を介して第一の電力分配器に接続 され、 その M個のハイプリッド回路の第二の装置側端子がそれぞれ第二の位相器 を介して第二の電力分配器に接続されたものを用いる。

また、 同じ目的のために、 各アンテナ素子として、 N個 （Nは 2以上の整数） の放射素子が鉛直方向に配列された第一のァレーアンテナと、 この第一のアレー アンテナとほぼ同一構成の第二のアレーアンテナとが 2列隣り合うように配置さ れ、 それぞれのアレーアンテナが M個 （Mは 2≤M≤Nなる整数） のブロックに 分割され、 複数個のハイプリッド回路を備え、 このハイプリッド回路はそれぞれ 第一および第二の了ンテナ側端子と第一および第二の装置側端子とを含み、 かつ その装置側端子のそれぞれの信号についてその 2個のァンテナ側端子に互いに位 相が 9 0度異なる信号となる分岐結合特性を有し、 複数個の第一の位相器と、 複 数個の第二の位相器と、 それぞれァンテナ側に複数個の端子を有し装置側に 1個 の端子を有する第一および第二の電力分配器とを備え、 第一および第二の了レー アンテナの水平方向に隣り合う放射素子がその対応するハイプリッド回路のそれ ぞれ第一および第二の了ンテナ側端子が接続され、 同じプロックに係るハイブリ ッド回路の第一の装置側端子が互いに結合されるとともに第一の位相器を介して 第一の電力分配器に接続され、 同じプロックに係るハイブリッド回路の第二の装 置側端子が互いに結合されるとともに第二の位相器を介して第二の電力分配器に 接続されたものを用いることもできる。

さらに、 各アンテナ素子として、 N個 （Nは 2以上の整数） の放射素子が鉛直 方向に配列された第一のァレーアンテナと、 この第一のアレーアンテナとほぼ同 —構成の第二のアレーアンテナが 2列隣り合うように配置され、 それぞれのァレ —アンテナが M個 （Mは 2≤M≤Nなる整数） のブ oックに分割され、複数個の ハイプリッド回路を備え、 このハイプリッド回路はそれぞれ第一および第二のァ ンテナ側端子と第一および第二の装置側端子とを含み、 かつその装置側端子のそ れぞれの信号についてその 2個のアンテナ側端子に互いに位相が 9 0度異なる信 号となる分岐結合特性を有し、 第一の位相器と、 第二の位相器と、 それぞれアン テナ側に複数の端子を有し装置側に 1個の端子を有する第一および第二の電力分 配器と、 それぞれアンテナ側に複数の端子を有し装置側に 1個の蹈子を有する第 三および第四の電力分配器とを備え、 第一および第二のアレーアンテナの水平方 向に隣り合う二つの放射素子にはそれに対応するハイプリッド回路のそれぞれ第 —および第二のアンテナ側端子が接続され、 同じブ σックに係るハイブリツド回 路のそれぞれ第一の装置側端子が第三の電力分配器の了ンテナ側端子に接続され 、 それぞれ第二の装置側端子が第四の電力分配器のァンテナ側端子に接続され、 その第三および第四の電力分配器の各装置側端子がそれぞれ第一および第二の位 相器を介して第一および第二の電力:^配器に接続されたものを用いてもよい。

^下、 本発明の実施例について図面を参照して説明する。

〔図面の簡単な説明〕

図 1は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 2は 4ビームアンテナ装置の従来例構成を示す斜視図 _c

図 3はその断面および主ビームの放射状態を示す図。

図 4は任意の半値幅のビームを得るための構成例を示す図。

図 5は 6ビームアンテナ装置の従来例構成を示す斜視図

図 6はその断面および主ビームの放射状態を示す図。 図 Ίは本発明第一実施例の構成を示す斜視図。

図 8は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 9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。

図 1 0は 2ビーム放射指向性の実例を示す図。

図 1 1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 ンを用レ、て実現した場合の構成を示す斜視図。

図 1 2はハイブリッド回路の電力分配比を説明する図。

図 1 3は本発明第二実施例の構成を示す斜視図。

図 1 4は第二実施例の断面図。

図 1 5は本発明第三実施例の構成を示す斜視図。

図 1 6は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 1 7は一つのァ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 1 8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図。

図 1 9は本発明第四実施例の構成を示す斜視図。

図 2 0は第四実施例の断面図。

図 2 1は本発明第五実施例の構成を示す斜視図。

図 2 2は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 2 3は本発明第六実施例の構成を示す斜視図。

図 2 4は第六実施例の断面図。

図 2 5は本発明第七実施例の構成を示す斜視図。

図 2 6は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 2 7は第七実施例による水平面内指向性を示す図。

図 2 8は本発明第八実施例の構成を示す斜視図。

図 2 9は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 3 0は本発明第九実施例の構成を示す斜視図。 図 3 1は第九実施例の内部構成を示す図。

図 3 2はビームのチルト角を可変に設定することのできる公知のアンテナ素子 を示すブ πック構成図。

図 3 3は図 3 2に示したアンテナ素子を本発明で利用する場合の構成例を示す 図。

図 3 4はアンテナ素子の構成例および主ビームの放射状態を示すプロック構成 図。

図 3 5は具体的な構成を示す斜視図。

図 3 6はァンテナ素子の他の構成例を示すプロック構成および主ビームの放射 状態を示す図。

図 3 7はァンテナ素子の他の構成例を示すプロック構成および主ビームの放射 状態を示す図。

図 3 8は主ビームの方向と半値幅との関係を説明する図。

〔発明を実施するための最良の形態〕

図 7は本発明第一実施例の構成を示す斜視図、 図 8はその断面および主ビーム の放射状態を示す図である。

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。 この実施例では了ンテナ素子としてァ 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 〔度〕 （ < 1 8 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 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を介してハイプリッド回路 4のアンテナ側端子に接続される。 このハ ィブリッド回路 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 9 0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、 例えばビ一厶放射時には、 装置側 子 6. 1に入力され た信号 Λがアンテナ面の垂直方向から角度 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 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。

放射素子 1としては、 パッチアンテナあるいはス πットアンテナなどの平面ァ ンテナを用いることができる。

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 〔度〕 であるとすると、 アン テナ面 2. 1、 2. 2の開き角度^は、 実質的に、

;9= 1 80— 2 « … （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 rが =" 〔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。

図 9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 Λ、 Βが入力される。 ハイプリッド回路 4は、 装置側端子 6. 1に 入力された信号 Α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 9 0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。

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 [mm] とすると、 図 9に示した了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。

180 d

f (0) = 2cos²( sin ±45) - (2)

λ 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

180 d a

s _{i n} 一 =土 ₄₅ 〔単位： deg 〕 - ( 3 )

/ 2

となる角度" Z 2で最大値となる。 従って、 二つのビームの開き角"は次式で与 丈られる。

λ

= 2 s in" ¹ … ( )

4 d

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。

図 1 0は 2ビーム放射指向性の実例を示す。 ここでは、 ハイプリッド回路 4の 電力分配比 1 ： 1とし、 放射素子 1の半値幅を 1 5 0 ° 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、 半値幅ともにほぽ 6 0 ° となること がわかる。 このように、 二つの放射素子 1にハイプリッド回路 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了ンテナを一つの面 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 成することがでさる。 .

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。

図 1 1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、 鋦箔 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 置固定されて構成さ れる。

図 1 2はこのように構成されたハイプリッド回路の電力分配比を説明する図で ある。 Yは線路の特性ァドミッタンスを示し、

Υ ο ² = Y a ² — Y b ²

となり、 その電力分配比 aは、

Y a

Y ,

a =10 log 〔d B〕

1 - γ γ

となる。

図 1 3は本発明 二実施例の構成を示す斜視図であり、 図 1 4はその断面図で あ 。

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。 これらの了ンテナ素子は、 そのアンテナ面の開き角 が例 えば 6 0 ° になるように配置される。 本実施例でも第一 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 イブリツド回路 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。

以上の実施例では、 ァ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、 各ァ 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 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。

図 1 5は本発明第三実施例の構成を示す斜視図であり、 図 1 6はその断面およ び主ビームの放射状態を示す図である。

この実施例は、 アンテナ素子の配置については図 7に示した第一^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 1 6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、 二つのァンテナ素子間でビームの偏りが鏡面対称となつていること 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 1 8 0度より小さい開き角度 で結合され、 その開き角度 は、 二つの指向性ビームの相対角度を"とし、 この相対角度"を 2等分する直線 とアンテナ素子の面の垂線 1 1. 1との角度を <5 (ただし了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、

5= 1 8 0 - 2 ( + 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《 〔度〕 であれば、 4つのビー ムにより力バーされる領域が連続となる。

図 1 7は一つのァ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、 ハイプリッド回路 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 1 0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 Α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 9 0° 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 9 0° 進む。 アンテナ側端子 7 . 2側に位相器 1 0を挿入した場合には、 位相器 1 0の移相量が ø 〔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 （9 0 + 0) ° 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 （9 0 -Φ) ° だけ進むことになる。

ここで、 素子間隔を d、 波長を λとすると、 図 1 7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。

180 d

f (0) = 2cos²( sin 0 ±4 — Φ ) (6) λ

この式において、 右辺の加算は信号 Βを表し、 減算は信号 Αを表す。 角度の単位 は度である。 式 （6) において、 f ( ）は、

となる角度^ »_ax 〔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 1 7における右側のピーク位 置^ »_a» /は、

λ 1 Φ

0 _naK ^r— sin" ¹ ( + ) (8. 1 )

4 180

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^， _a は、

λ 1 Φ

0 max ^L = Sin" 一 ( ) (8. 2)

4 180

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 は、 X= 0 «ax^r+ 0 _max ^L

λ 1 Φ Φ

sin 一 （一 十 一 ) + sin" ¹ ) d 4 180 ' d 4 180

(9) で与えられる。 øが小さい場合には式 （9) は次式で近似できる。

λ

2 sin" ¹ ( 1 0)

4d

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。 a λ Φ λ δ = 0 = sin" ( + sin"

d 180 4d φ λ

sin" (1 1 ) 薩

式 （8. 1) 、 式 （8. 2) および式 （9) より、 素子間隔 dおよび位相量 〔 度〕 を適切に選ぶことにより、 開き角《や偏位角 δを任意に設定できる。 大まか な開き角"や偏位角 Sを求めるためには式 （1 0) 、 （1 1) を用いればよい。 図 18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 プリッド回路 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 1 50° 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 <5はほぼ 1 0° となっている。 このように、 二つの素子 にハイプリッド回路 4と位相器 1 0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。

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、 率子間隔ゃハイブリツド回路 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。 図 1 9は本発明第四実施例の構成を示す斜視図であり、 図 20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 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了レーアンテナをハイプリッド回路 4と位相器 1 0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 ビームを形成する。

図 2 1は本発明第五実施例の構成を示す斜視図であり、 図 22はその断面およ び主ビームの放射状態を示す図である。

この実施例は、 図 1 5に示した第三実施例におけるアンテナ面を縱に二つに分 割し、 それぞれの放射素子面 1 2. 1〜1 2. 4の中心点がアンテナ面 1 3. 1、 1 3. 2上にあるように配置したものである。

図 1 5および図 1 6に示した第三実施例では、 偏位角 S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 1 1. 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 1 2. ；!〜 1 1. 4の主ビーム方向 が了ンテナ面 1 3. 1からの垂線 1 1. 2に対して水平方向に S 〔度〕 だけずれ るように、 放射素子面 1 2. 1〜1 2. 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 -A3. 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。 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 1 3. 1、 1 3. 2が角度 だけ開いた状態で配置し、 この開き角 が

)9= 1 80-2 ( + 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。

図 23は本発明第六実施例の構成を示す斜視図であり、 図 24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 1 3. 3、 1 3. 4の垂線 1 1 . 3、 1 1. 4から水平方向に角度 Sだけずれるよう配置される。

図 2 5は本発明第七実施例の構成を示す斜視図であり、 6はその断面およ び主ビームの放射状態を示す図である。

この実施例は、 正三角形の各辺にァ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 1 8 0 〔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" = 6 0° となるよう る。

一般に、 n面の 2ビーム了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、 2 n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" を次式で与えられる値に設定する必要がある。

180

cc= … ( 1 2) n

ただし nは 2以上の整数である。

図 2 5および図 2 6に示した実施例では n = 3なので、 "= 1 8 0Z3 = 6 0 度となり、 隣合うアレーアンテナの開き角 を 6 0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 ϋ. 5波長の間隔で配置 し、 ハイブリツド回路 4で合成することができる。 ビームの開き角 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。 ハイブリツ ド合成による 2ビームアンテナで 2 n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) 、 ( 1 2) より、

λ

d = - ( 1 3)

4 sin(180Z2 n)

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、 素子間隔ゃハイブリツ ド回路 4の電力分配比を変えることでビームの開き角"が所望の値となるように 調整できる。

図 2 7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。

図 2 8は本発明第八実施例の構成を示す斜視図であり、 図 2 9はその断面およ び主ビームの放射状態を示す図である。

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 1 8 0度より小さい 二つの主ビーム 3. 8を発生する了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《= 1 8 0 Z 4 = 4 5 〔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 4 5度である。

図 3 ϋは本発明第九実施例の構成を示す斜視図であり、 図 3 1はその内部構成 を示す図である。

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プリッド回路 4を接続して構成したものである。 この構成に より、 図 2 5および図 2 6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。

以上の実施例では、 垂直面内におけるビームのチルト角 (9 _t が零の場合、 すな わち水平方向にビームを形成する場合を前提として説明した。 チルト角 <9 _t ≠ϋ が必要な場合には、 個々の了ンテナ素子として、 二つの指向性ビームを形成でき、 しかもビームのチルト角 を可変に設定できるものを用いる。 そのような了ン テナ素子の例を以下に説明する。

図 3 2はビームのチルト角を可変に設定することのできる公知のアンテナ素子 を示すブロック構成図である。 このアンテナ素子は特開昭 6 1— 1 7 2 4 1 1号 公報に示されたものであり、 複数 N個のアンテナ素子 1が垂直面内に 1列に配 されたアレーアンテナを M個のブロックに分割し、 各ブロックがそれぞれ M , 、 ···、 M_M個の素子からなるようにしている。 これらのアンテナ素子 1は、 そのブ ロックごとに、 位相器 1 0. 1を介して給電回路 1 4に接続される。 この構成で は、 各ブロックに接続されている位相器 1 0 . 1の値を変えることにより、 アン テナ素子 1上の励振位相を変化させてビーム方向を任 ¾ ^に設定できる。

図 3 3は図 3 2に示したアンテナ素子を本発明で利用する場合の構成例を示す。 この構成例は、 図 3 2に示した素子を二つ並べ、 それらをハイプリッド回路 4に 接続したものである。 このような構成により、 チルト角が可変で、 しかも二つの 指向性ビームを形成することが可能となる。

ただし、 このような構成で 2ビームを発生させる場合、 二つのアレーアンテナ の垂直面内のチルト角が二つの主ビームで同じとなってしまう。 そのため、 二つ のビームの垂直面内のチルト角を独立して変えることはできない。 二つのビー厶 のチルト角を独立に変えることのできる構成例を以下に示す。

図 3 4はアンテナ素子の構成例および主ビームの放射状態を示すプロック構成 図であり、 図 3 5は具体的な構成を示す斜視図である。

このアンテナ素子は、 N個 （Nは 2以上の整数） の放射素子 1が鉛直方向に配 列された第一のアレーアンテナ 1 5 . 1と、 この第一のアレーアンテナ 1 5. 1 とほぼ同一構成の 二のアレーアン ナ 1 5 . 2とが 2列隣り合うように配置さ れ、 アレーアンテナ 1 5 . 1、 1 5 . 2がそれぞれ M個 （Mは 2≤M≤Nなる整 数） のブロック 1 6. 1〜1 ΰ . Μ、 1 7. ：!〜 1 7. Μに分割され、 複数 Μ個 のハイブリッド回路 4を備え、 このハイブリッド回路 4はそれぞれ第一および第 二のァンテナ側端子と第一および第二の装置側端子とを含み、 かつその装置側端 子のそれぞれの信号についてその 2個のアンテナ側端子に互いに位相が 9 0度異 なる信号となる分岐結合特性を有し、 Μ個の第一の位相器 1 ϋ . 2と、 Μ個の第 二の位相器 1 0. 3と、 それぞれァンテナ側に Μ個の端子を有し装置側に 1個の 入力端子を有する第一および第二の電力分配器 1 8. 1、 1 8. 2とを備え、 第 —および第二のアレーアンテナ 1 5 . 1、 1 5 . 2の水平方向に隣り合う二つの ブロック 1 6. i、 1 7. i ( i = 1〜M) の各放射素子 1にはそのプロックに 対応するハイプリッド回路 4のそれぞれ第一および第二のアンテナ側端子が接続 され、 M個のハイプリッド回路 4の第一の装置側端子がそれぞれ第一の位相器 1 0. 2を介して第一の電力分配器 1 8. 1に接続され、 M個のハイプリッド回路 4の第二の装置側端子がそれぞれ第二の位相器 1 0. 3を介して第二の電力分配 ¾§1 8. 2に接続される。

放射素子 1としては、 例えば、 図 3 5に示すように、 フィーダ 1 aに接続され たダイポールアンテナ 1 bが用いられ、 その背面にはそれぞれ反射板 1 cが配置 される。

このように、 図 34および図 3 5に示すアンテナ素子は、 アンテナ全体が放射 素子 1を N個縦列に配置したアレーアンテナ 1 5. 1および 1 5. 2を 2列横に 並べた構成となっている。 左右の隣り合う放射素子 1は、 ブロックごとに、 ハイ ブリッド回路 4の二つのァンテナ側端子に接続される。 プロックごとに設けられ たハイプリッド回路 4の二つの装置側端子は、 それぞれの一方が位相器 1 0. 2 を介して電力分配器 1 8. 1に、 他方が位相器 1 0. 3を介して電力分配器 1 8 . 2に接続される。 この位相器 1 0. 2、 1 0. 3を設定してビームチルト角が /9いとなるようにすると、 左右のアレーアンテナ 1 5. 1および 1 5. 2の励振 位相分布が全く同じとなり、 チルト角が^ _tlとなるビーム Aが形成される。 この ように、 ビーム Aは位相器 1 0. 2と電力分配器 1 8. 1だけに依存し、 ビーム Aのビームチルト角だけを変えたい場合には、 位相器 1 0. 2の値だけを変えれ ばよい。 この場合、 ビーム Bのチルト角は変化しない。 同様に、 位相器 1 ϋ. 3 の値を変えることでビーム Βのチルト角だけを変えることができる。

図 3 6はアンテナ素子の他の構成例を示すプロック構成および主ビームの放射 状態を示す図である。

この例では、 Ν個 （Νは 2以上の偶数） の放射素子 1が鉛直方向に配列された 第一のアレーアンテナ 1 5. 1と、 この第一のアレーアンテナ 1 5. 1とほぼ同 一構成の第二のアレーアンテナ 1 5. 2が 2列隣り合うように配置され、 それぞ れのアレーアンテナ 1 5 . 1、 1 5 . 2が M個 （Mは 2≤M≤Nなる偶数） のブ ロックに分割され、 複数個のハイブリッド回路 4を備え、 このハイブリッド回路 はそれぞれ第一および第二のァンテナ側端子と第一および^二の装置側端子と を含み、 かつその装置側端子のそれぞれの信号についてその 2個のアンテナ側端 子に互いに位相が 9 0度異なる信号となる分岐結合特性を有し、 複数個の第一の 位相器 1 0. 2と、 複数個の第二の位相器 1 0. 3と、 それぞれアンテナ側に複 数個の端子を有し装置側に 1個の端子を有する第一および第二の電力分配器 1 8 . 1、 1 8. 2とを備え、 第一および第二のアレーアンテナ 1 5. 1、 1 5 . 2 の水平方向に隣り合う放射素子 1がその対応するハイブリッド回路 4のそれぞれ 第一および第二のァンテナ側端子が接続され、 同じブロックに係るハイブリッ ド 回路 4の第一の装置側端子が互いに結合されるとともに第一の位相器 1 0. 2を 介して第一の電力分配器 1 8. 1に接続され、 同じプロックに係るハイブリッド 回路 4の第二の装置側端子が互いに結合されるとともに第二の位相器 1 0. 3を 介して第二の電力分配器 1 8. 2に接続される。

このように、 このアンテナ素子は全体が放射素子 1を N個縦列に配置したァレ 一アンテナ' 1 5. 1と 1 5. 2とを 2列横に並べた構成となっており、 左右の隣 り合う放射素子 1の端子がハイプリッド回路 4の二つのアンテナ側端子に接続さ れ、ハイプリッド回路 4の二つの装置側端子の左右のそれぞれ同じ側にあるもの どうしがそれぞれ電力分配器 1 8. 1、 1 8. 2に接続されている。 また、 ハイ ブリツド回路 4の装置側端子と電力分配器 1 8. 1、 1 8. 2との間にはそれぞ れ位相器 1 0. 2、 1 0. 3が接続されているので、 主ビーム A、 Bを個別に変 える原理については図 3 4および図 3 5に示した例と同様となり、 同じ効果を得 ることができる。

図 3 7はアンテナ素子の他の構成例を示すプロック構成および主ビームの放射 状態を示す図である。

このアンテナ素子は、 N個 （Nは 2以上の整数） の放射素子 1が鉛直方向に配 列された第一のアレー了ンテナ 1 5 . 1と、 この第一のアレーアンテナ 1 5. 1 とほぼ同一構成の第二のアレーアンテナ 1 5. 2とが 2列隣り合うように配置さ れ、 それぞれのアレーアンテナ 1 5. 1、 1 5. 2が M個 （Mは 2≤M≤Nなる 偶数） のブロックに分割され、 複数個のハイブリツド回路 4を備え、 このハイブ リッド回路 4はそれぞれ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、 かつその装置側端子のそれぞれの信号についてその 2個のァ ンテナ側端子に互いに位相が 9 0度異なる信号となる分岐結合特性を有し、 第一 の位相器 1 0. 2と、 第二の位相器 1 0. 3と、 それぞれアンテナ側に複数の端 子を有し装置側に 1個の端子を有する第一および第二の電力分配器 1 8. 1、 1 8. 2と、 それぞれァンテナ側に複数個の端子を有し装置側に 1個の端子を有す る第三および第四の電力分配器 1 9. 1、 1 9. 2とを備え、 第一および第二の アレーアンテナ 1 5. 1、 1 5. 2の水平方向に隣り合う二つの放射素子 1には 対応するハイプリッド回路 4のそれぞれ第一および第二のアンテナ側端子が接続 され、 同じプロックに係るハイブリッド回路 4のそれぞれ第一の装置側端子が第 三の電力分配器 1 9. 1のアンテナ側端子に接続され、 それぞれの第二の装置側 端子が第四の電力分配器 1 9. 2のアンテナ側端子に接続され、 その第三および 第四の電力分配器 1 9. 1、 1 9 . 2の各装置側端子がそれぞれ第一および第二 の位相器 1 0. 2、 1 0 . 3を介して第一および第二の電力分配器 1 8. 1、 1 8. 2に接続される。

このように、 このアンテナ素子は、 アンテナ全体が放射素子 1を N個縦列に配 置したアレーアンテナ 1 5. 1と 1 5 . 2とを 2列横に並べた構成となっており、 それぞれのアレー了ンテナ 1 5. 1、 1 5. 2は M個 （Mく N) のブロックに分 割され、 各ブロックには M , から M_M個のアンテナ素子 1が収容されている。 左 右の隣り合う放射素子 1の端子は、 ハイプリッド回路 4の二つの入力端子に接続 され、 ハイプリッド回路 4には二つの装置端子を有する構成となっている。 さら に、 この二つの出力端子の左右のそれぞれ同じ側にあるものがプロック内の電力 分配器 1 9. 1および 1 9 . 2に接続されている。 また、 それぞれのブロック内 の電力分配器 1 9. 1、 1 9 . 2の左右のそれぞれ同じ側にあるものがブロック 間用の電力分配器 1 8. 1および 1 8. 2で合成されている。 ブロック内の電力 分配器 1 9 . 1、 1 9. 2の装置側端子とブロック問用の電力分配器 1 8. 1、 1 8. 2の間に それぞれ位相器 1 0 . 2、 1 0. 3が接続されている。

このような回路構成の場合も、 ビームチルト角が _t ,となるように位相器 1 0 . 2の値を設定すると、 給電された電力はプロック内用の電力分配器 1 9 . 1を 介して各ハイプリッド回路 4で左右の放射素子 1に同じように分配されるため、 左右のアレーアンテナ 1 5. 1および 1 5. 2が同じ励振位相分布となる。 これ により、 チルト角が^ _{t l}となるビーム Aが形成される。 このように、 図 3 4、 図 3 5に示した例と同じように、 ビーム Aは電力分配器 1 8. 1、 位相器 1 0. 2、 および電力分配器 1 9. 1だけに依存し、 ビーム Aのビームチルト免だけを変え たい場合には、 位相器 1 0. 2の値だけを変えればよい。 この場合、 ビーム Bの チルト角は変ィ匕しない。 同様に、 位相器 1 0. 3による移相量を変えることでビ ー厶 Bのチルト角だけを変えることができる。

このように、 ハイプリッド回路の同じ側にある出力端子間の位相器をそれぞれ 調整することにより、 水平面内に互いに分離した二つのビームを形成することが でき、 この二つのビームに独立した垂直面内のチルト角をもたせることができる。 また、 これにより、 ひとつのアレーアンテナを複数の素子に細分してビー厶チル ト角を個別に変えることが可能となり、 したがってゾ一ン形状を精度よく形成す ることができる。 したがって、 電波利用効率がよくなり移動通信における回線容 量を大幅に拡大することができる。

図 3 8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 rが、 その二つのビームの中心点からピーク点を挟んで反 対側の方向の一 3 d B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 r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"と半値幅 rとの間に、 常に、

= τ 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ァンテナ素子が配置され、 連続的な領域をカバ一できるよう になる。

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問 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 含る。

Claims

求の範囲

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 向に指向性ビ一厶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、

各々のァ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. 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) 9 〔度〕 （ く 1 8 0度） で互いに連結された構造である請求项 1 記載の多ビームアンテナ装置。

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项 1または 2記載の多ビームアンテナ装置。

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 —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 9 0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記載の多ビ一 厶アンテナ装置。

. 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記載の多ビ一厶アンテナ装置。

6. 各了ンテナ素子は二組の放射素子群からなる了レー了ンテナを含む請求 ¾ί 1 ないし 5のいずれか記載の多ビームァンテナ装置。

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" 〔度〕 とすると き、 二つのアンテナ素子の間の開き角度 が、 実質的に、

^ - 1 8 0 - 2 « 〔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. 各アンテナ素子において二つの指向性ビームがその了ンテナ面の垂線方向に 2 ΰ 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《 〔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 dだけ傾レ、て設定されるとき、 二つのアンテ ナ素子の間の開き角度^が、 実赏的に、

β = \ 8 0 - 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厶了ンテナ装置 ο

9 . 各ァ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。

1 0. 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。

1 1 . 多角形は正 η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《が、

o = 1 8 0 /n 〔度〕

に設定された

請求項 1 0記載の多ビームアンテナ装- 。

1 2. アンテナ素子はビームのチルト角が可変である請求項 1ないし 1 1のいず れか記載の多ビームアンテナ装置。

1 3. アンテナ素子はそれぞれ、

N個 （Nは 2以上の整数） の放射素子が鉛直方向に配列された第一の了レー了 ンテナと、 この第一のアレーアンテナとほぼ同一構成の第二のアレーアンテナと が 2列隣り合うように配置され、

それぞれのアレーアンテナが M個 （Mは 2≤M≤Nなる整数） のブロックに分 割され、

複数 M個のハイプリッド回路を備え、

このハイプリッド回路はそれぞれ第一および笫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、 かつその装置側端子のそれぞれの信号についてそ の 2個のァンテナ側端子に互いに位相が 9 0度異なる信号となる分岐結合特性を 有し、

M個の第一の位相器と、 M個の第二の位相器と、 それぞれアンテナ側に M個の 端子を有し装置側に 1個の端子を有する第一および第二の電力分配器とを備え、 第一および第二の了レーアンテナの水平方向に隣り合う二つのプロックの各放 射素子にはそのプロックに対応するハイプリッド回路のそれぞれ第一および第二 のアンテナ側端子が接続され、

M個のハイプリッド回路の第一の装置側端子がそれぞれ第一の位相器を介して 第一の電力分配器に接続され、

その M個のハイプリッド回路の第二の装置側端子がそれぞれ第二の位相器を介 して第二の電力分配器に接続された

請求項 1 2記載の多ビームアンテナ装置。

1 4. アンテナ素子はそれぞれ、

N個 （Nは 2以上の整数） の放射素子が鉛直方向に配列された第一のァレーア ンテナと、 この第一のァレーアンテナとほぼ同一構成の第二のァレー了ンテナと が 2列隣り合うように配置され、

それぞれのァレーアンテナが M個.（Mは 2≤M≤Nなる整数） のプロックに分 割され、

複数個のハイプリッド回路を備え、 このハイプリッド回路はそれぞれ第一およ び第二のァンテナ側端子と第一および第二の装置側端子とを含み、 かつその装置 側端子のそれぞれの信号についてその 2個のァンテナ側端子に互いに位相が 9 0 度異なる信号となる分岐結合特性を有し、

複数個の第一の位相器と、 複数個の第二の位相器と、 それぞれアンテナ側に複 数個の端子を有し装置側に 1個の端子を有する第一および第二の電力分配器とを 備え、

第一および第二のァレーアンテナの水平方向に隣り合う放射素子がその対応す るハイプリッド回路のそれぞれ第一および第二のアンテナ側端子が接続され、 同じプロックに係るハイプリッド回路の^一の装置側端子が互いに結合される とともに第一の位相器を介して第一の電力分配器に接続され、 同じプロックに係 るハイブリッド回路の 二の装置側端子力《互いに結合されるとともに第二の位相 器を介して第二の電力分配器に接続された

請求項 1 2記載の多ビームアンテナ装置。

1 5. アンテナ素子はそれぞれ、

N個 （Nは 2以上の整数） の放射素子が鉛直方向に配列された第一のァレーア ンテナと、 この第一のアレーアンテナとほぼ同一構成の第二のアレーアンテナが 2列隣り合うように配置され、

それぞれのアレーアンテナが M個 （Mは 2≤M≤Nなる整数） のブロックに分 割され、

複数個のハイプリッド回路を備え、 このハイプリッド回路はそれぞれ第一およ び第二のァンテナ側端子と第一および第二の装置側端子とを含み、 かつその装置 側端子のそれぞれの信号についてその 2個のァンテナ側端子に互いに位相が 9 0 度異なる信号となる分！ ^合特性を有し、

第一の位相器と、 第二の位相器と、 それぞれアンテナ側に複数の端子を有し装 置側に 1個の端子を有する第一および第二の電力分配器と、 それぞれアンテナ側 に複数の端子を有し装置側に 1個の端子を有する第三および第四の電力分配器と を備え、

第一および第二のアレーアンテナの水平方向に隣り合う二つの放射素子にはそ れに対応するハイプリッド回路のそれぞれ第一および第二 O了ンテナ側端子が接 HOT ヽ

同じブロックに係るハイブリッド回路のそれぞれ第一の装置側端子が第三の電 力分配器のァンテナ側端子に接続され、 それぞれ第二の装置側端子が第四の電力 分配器のァンテナ側端子に接続され、

その第三および第四の電力分配器の各装置側端子がそれぞれ第一および第二の 位相器を介して第一および第二の電力分配器に接続された 請求 5Π 2記載の多ビームアンテナ装 。