(57)【要約】【課題】自セクタ内での電界強度レベルを高く保ちながら、隣接セクタ間の干渉領域におけるビーム利得を低く抑える。【解決手段】立設されるダイポール給電素子２ａ，２ｂと、これらから放射された電波を、ダイポール給電素子２ａ，２ｂと平行で且つ各中心を貫く平面２ｃと直交する平面であってダイポール給電素子２ａ，２ｂの中央に位置する平面２ｄに沿う向きである主ビーム方向ＢＤに反射させる反射板３と、ダイポール給電素子２ａ，２ｂよりもそれぞれ外側であり、且つ平面２ｃよりも主ビーム方向ＢＤ側に、ダイポール給電素子２ａ，２ｂに平行に立設される円形状の第１無給電素子４ａ，４ｂと、第１無給電素子４ａ，４ｂよりもそれぞれ外側であり、且つ第１無給電素子４ａ，４ｂと平行で且つ各中心を貫く平面４ｃよりも主ビーム方向ＢＤ側に、第１無給電素子４ａ，４ｂに平行に立設される円柱状の第２無給電素子５ａ，５ｂとを備えた。【選択図】図１
2010226196.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
平行して設けられる２本のダイポール給電素子と、
前記２本のダイポール給電素子から放射された電波を、前記２本のダイポール給電素子と平行で且つ各中心を貫く第１平面と直交する平面であって前記２本のダイポール給電素子の中央に位置する第２平面上に沿う向きを主放射方向として反射させるリフレクタと、
前記２本のダイポール給電素子よりもそれぞれ外側であり、且つ前記第１平面よりも前記主放射方向側に、前記ダイポール給電素子に平行に立設される２本の無給電素子と、
を備えたことを特徴とするアンテナ装置。
【請求項２】
前記２本の無給電素子よりもそれぞれ外側であり、且つ前記２本の無給電素子と平行で且つ各中心を貫く第３平面よりも前記主放射方向側に、前記無給電素子に平行に立設される２本の外側無給電素子を更に備えたことを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
【請求項３】
前記２本のダイポール給電素子間の距離を、放射される電波の中心周波数の波長の０．１４７乃至０．４４１の倍率の範囲内にす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。
【請求項４】
前記第１平面と前記無給電素子との距離を、放射される電波の中心周波数の波長の０．０２３１乃至０．０６９３の倍率の範囲内にす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。
【請求項５】
前記第２平面と前記無給電素子との距離を、放射される電波の中心周波数の波長の０．０４６９乃至０．１４０７の倍率の範囲内にす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。
【請求項６】
前記無給電素子は円柱形状であり、その直径を、放射される電波の中心周波数の波長の０．００２１乃至０．０１４７の倍率の範囲内にす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。
【請求項７】
前記第１平面と前記外側無給電素子との距離を、放射される電波の中心周波数の波長の０．０３７１乃至０．１１１３の倍率の範囲内にすることを特徴とする請求項２記載のアンテナ装置。
【請求項８】
前記第２平面と前記外側無給電素子との距離を、放射される電波の中心周波数の波長の０．０４８３乃至０．１４４９の倍率の範囲内にすることを特徴とする請求項２記載のアンテナ装置。
【請求項９】
前記外側無給電素子は円柱形状であり、その直径を、放射される電波の中心周波数の波長の０．００２１乃至０．０１４７の倍率の範囲内にすることを特徴とする請求項２記載のアンテナ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アンテナ装置に係り、特に３６０度全方位を網羅する指向性を得るために組み合わされる、複数の扇形セクタそれぞれに対応するアンテナ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、移動通信基地局等に用いられ、セクタ構成において３６０度全方位を網羅する指向性を得るために組み合わされる複数の扇形セクタそれぞれに対応するアンテナ装置としては、ダイポールアンテナやダイポールアンテナアレーに反射板を付設したコーナリフレクタアンテナを用いて、反射板の角度やエッジの高さを調整することにより所望のビーム幅を得るようにしていた。図７に、実用化されているダイポールアンテナと反射板との組み合わせの例を模式的に示す。同図（ａ），（ｂ），（ｃ）のそれぞれは、２本のダイポールアンテナに対する反射板の折り曲げ角度によって主ビームの指向性を変化させる例である。なお、Ｖ字折りではなく、Ｕ字曲げのように湾曲させても同様の効果が得られる。また、同図（ｄ），（ｅ），（ｆ）のそれぞれは、２本のダイポールアンテナに対する反射板のエッジの向きや高さによって主ビームの指向性を変化させる例である。同図（ａ），（ｂ），（ｃ）の順序、及び同図（ｄ），（ｅ），（ｆ）の順序で主ビームの指向性は鋭くなる。
【０００３】
しかしながら、このようなコーナリフレクタアンテナを３組用いて、それぞれ１２０度の扇形セクタを網羅する指向性の電波を放射させた場合、隣接する扇形セクタ間の干渉が発生して通信品質を低下させる問題があった。そして、その隣接する扇形セクタ間の干渉を少なくするために、反射板の折り曲げ角度やエッジの高さ等を変化させて主ビームの指向性を鋭くすると、隣接セクタ間での干渉エリアは少なくなるものの自セクタ内の電界強度レベルが低下するという問題があった。
【０００４】
例えば、図８及び図９に、従来のコーナリフレクタアンテナの水平面内指向性を示す。図８は、図７（ｂ）に示すように反射板に平板を用いた場合の水平面内指向性のグラフである。同図によれば、自セクタ領域における３ｄＢビーム幅は約８０度を確保しているが、隣接セクタとの干渉領域のビーム利得が高くなっている。これに対して、図９は、図７（ｆ）に示すようにエッジ付反射板を用いた場合の水平面内指向性のグラフである。同図によれば、自セクタ領域における３ｄＢビーム幅を約４５度に絞った場合、隣接セクタとの干渉領域のビーム利得を下げることはできるものの、自セクタ内での放射電波の利得が極端に下がっている。このような特性では、携帯電話機との通信において弱電界や圏外等の問題が発生するおそれがある。このように、従来のコーナリフレクタアンテナでは、扇形セクタを網羅する指向性を得るだけの自セクタ内の電界強度を保ちながら、隣接するセクタ間の干渉領域の低減を図ることができなかった。
【０００５】
そこで、水平面内に多数のアンテナ素子を配置し、それらの位相関係を調整することにより自セクタ内での電界強度をある程度確保するとともに、隣接セクタ間の干渉を軽減させることのできるフェーズドアレイアンテナ装置が知られている。しかしながら、このフェーズドアレイアンテナ装置では、水平面内に多数のアンテナ素子を並べる必要があるため装置が大規模なものとなってコストも高く、基地局の設置工事も大掛かりなものになるという問題があった。
【０００６】
ここで、ダイポールアンテナに平行に立設される反射器の左右両側に、この反射器と離隔して平行に立設される金属導体柱を備えた垂直偏波用の反射器付ダイポールアンテナ装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。この反射器付ダイポールアンテナ装置は、ダイポールアンテナと金属導体柱との間の距離を変化させることにより、水平面内指向性の半値幅を調整することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−２６４４２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記の反射器付ダイポールアンテナ装置は、水平面内指向性の半値幅を調整することを発明の解決課題としたものであり、この反射器付ダイポールアンテナ装置を３組用いて、それぞれ１２０度の扇形セクタを網羅する指向性のビームを放射させた場合に発生する隣接セクタ間の干渉による影響については一切考慮されていない。よって、この従来技術をもってしても、隣接する扇形セクタ間の干渉による通信品質の低下の問題、具体的にはスループットや携帯電話機の加入者容量の減衰等の問題は解決できないものである。
【０００９】
そこで、本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、従来のフェーズドアレイアンテナ装置よりも簡単な構成で低コストに実現でき、自セクタ内での電界強度レベルを高く保ちながら、隣接セクタ間の干渉領域におけるビーム利得を低く抑えることのできるアンテナ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、上記の課題を解決するために、以下［１］−［９］の手段を提供するものである。
［１］  平行して設けられる２本のダイポール給電素子と、
前記２本のダイポール給電素子から放射された電波を、前記２本のダイポール給電素子と平行で且つ各中心を貫く第１平面と直交する平面であって前記２本のダイポール給電素子の中央に位置する第２平面上に沿う向きを主放射方向として反射させるリフレクタと、
前記２本のダイポール給電素子よりもそれぞれ外側であり、且つ前記第１平面よりも前記主放射方向側に、前記ダイポール給電素子に平行に立設される２本の無給電素子と、
を備えたことを特徴とするアンテナ装置。
［２］  前記２本の無給電素子よりもそれぞれ外側であり、且つ前記２本の無給電素子と平行で且つ各中心を貫く第３平面よりも前記主放射方向側に、前記無給電素子に平行に立設される２本の外側無給電素子を更に備えたことを特徴とする上記［１］記載のアンテナ装置。
［３］  前記２本のダイポール給電素子間の距離を、放射される電波の中心周波数の波長の０．１４７乃至０．４４１の倍率の範囲内にすることを特徴とする上記［１］又は［２］記載のアンテナ装置。
［４］  前記第１平面と前記無給電素子との距離を、放射される電波の中心周波数の波長の０．０２３１乃至０．０６９３の倍率の範囲内にすることを特徴とする上記［１］又は［２］記載のアンテナ装置。
［５］  前記第２平面と前記無給電素子との距離を、放射される電波の中心周波数の波長の０．０４６９乃至０．１４０７の倍率の範囲内にすることを特徴とする上記［１］又は［２］記載のアンテナ装置。
［６］  前記無給電素子は円柱形状であり、その直径を、放射される電波の中心周波数の波長の０．００２１乃至０．０１４７の倍率の範囲内にすることを特徴とする上記［１］又は［２］記載のアンテナ装置。
［７］  前記第１平面と前記外側無給電素子との距離を、放射される電波の中心周波数の波長の０．０３７１乃至０．１１１３の倍率の範囲内にすることを特徴とする上記［２］記載のアンテナ装置。
［８］  前記第２平面と前記外側無給電素子との距離を、放射される電波の中心周波数の波長の０．０４８３乃至０．１４４９の倍率の範囲内にすることを特徴とする上記［２］記載のアンテナ装置。
［９］  前記外側無給電素子は円柱形状であり、その直径を、放射される電波の中心周波数の波長の０．００２１乃至０．０１４７の倍率の範囲内にすることを特徴とする上記［２］記載のアンテナ装置。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、自セクタ内での電界強度レベルを高く保ちながら、隣接セクタ間の干渉領域におけるビーム利得を低く抑えることのできるアンテナ装置を、簡単な構成で低コストに実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態であるアンテナ装置を、鉛直方向と直交する平面（水平面）で切ったときの断面を示した図である。
【図２】水平面内における、アンテナ装置の各素子の配置位置を決定するための座標系を表した図である。
【図３】図２の座標系での各素子の配置位置の好ましい範囲、及びその範囲の中心値のパラメータを示した図である。
【図４】本発明の実施形態であるアンテナ装置の水平面内指向性のグラフである。
【図５】本実施形態のアンテナ装置を適用した偏波共用アンテナの部分的な内部構成を表した斜視図である。
【図６】偏波共用アンテナを水平面で切ったときの断面を示した図である。
【図７】従来、実用化されているダイポールアンテナと反射板との組み合わせの例を模式的に示した図である。
【図８】従来のコーナリフレクタアンテナの水平面内指向性のグラフである。
【図９】従来のコーナリフレクタアンテナの水平面内指向性のグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照して詳細に説明する。本実施形態では、３６０度全方位を網羅する指向性を得るためにその中心を交えて均等な領域となる３つの扇形セクタを定めた場合の、一の扇型セクタを網羅する指向性を有するアンテナ装置について説明する。
【００１４】
図１に、本発明の実施形態であるアンテナ装置の概略の構成図を示す。同図は、垂直偏波用のアンテナ装置を、水平面で切ったときの断面図を表している。同図のアンテナ装置１は、垂直偏波による電波を放射するために鉛直に立設される２本のダイポール給電素子２ａ，２ｂと、これらダイポール給電素子２ａ，２ｂから放射された電波を、ダイポール給電素子２ａ，２ｂと平行で且つ各中心を貫く平面２ｃ（第１平面）と直交する平面であってダイポール給電素子２ａ，２ｂの中央に位置する平面２ｄ（第２平面）に沿う向きを主放射方向となる主ビーム方向ＢＤに反射させる反射板３（リフレクタ）と、ダイポール給電素子２ａ，２ｂよりもそれぞれ外側であり、且つ平面２ｃよりも主ビーム方向ＢＤ側に、ダイポール給電素子２ａ，２ｂに平行に立設される２本の円形状の第１無給電素子４ａ，４ｂ（無給電素子）と、を備えている。
【００１５】
さらに、アンテナ装置１は、第１無給電素子４ａ，４ｂよりもそれぞれ外側であり、且つ第１無給電素子４ａ，４ｂと平行で且つ各中心を貫く平面４ｃ（第３平面）よりも主ビーム方向ＢＤ側に、第１無給電素子４ａ，４ｂに平行に立設される２本の円柱状の第２無給電素子５ａ，５ｂ（外側無給電素子）と、を備えている。平面２ｃと、反射板３における主ビーム方向ＢＤと直交する平面となる反射面３ａとは平行であり、両平面間の距離は放射電波の１／４波長の距離となるような位置関係にある。
【００１６】
図２に、アンテナ装置１の反射板３を除く各素子の、水平面内における配置位置を決定するための座標系を表した図を示し、図３に、図２の座標系での各素子の配置位置の好ましい範囲、及びその範囲の中心値のパラメータを示す。図３における各パラメータは、放射電波の中心周波数を任意の周波数ｆ０とした場合の波長λ０の倍率として表記してある。なお、同図には示していないが、第１無給電素子４ａ，４ｂ及び第２無給電素子５ａ，５ｂそれぞれの長さは、１／２波長以上の任意の長さである。
【００１７】
図３に示した好ましい範囲の中心値のパラメータを用いて、アンテナ装置１の各素子を設置し、図１の平面２ｃから１／４λ０の距離をおいた位置に反射面３ａがくるように反射板３を設置した場合の、アンテナ装置１の水平面内指向性を図４に示す。同図には、第１及び第２無給電素子４ａ，４ｂ，５ａ，５ｂのうち、第１無給電素子４ａ，４ｂのみを設けた場合（片側各１ポールタイプ）の特性グラフを破線で示し、第１及び第２無給電素子４ａ，４ｂ，５ａ，５ｂを設けた場合（片側各２ポールタイプ）の特性グラフを実線で示し、さらに、従来技術との比較をするための参考として、第１及び第２無給電素子４ａ，４ｂ，５ａ，５ｂ全てを外した場合（０ポールタイプ）を一点波線の特性グラフで示す。
【００１８】
同図にて明らかなとおり、自セクタ領域における３ｄＢビーム幅を比較すると、０ポールタイプでは約８０度、片側各１ポールタイプでは約８５度、片側各２ポールタイプでは約９０度となっており、無給電素子の本数の増加に伴って３ｄＢビーム幅が広くなっている。また、隣接セクタ干渉領域のビーム利得を比較すると、従来の０ポールタイプに比べて、片側各１ポールタイプ及び片側各２ポールタイプの方のビーム利得が少なくなっている。さらに、片側各１ポールタイプと片側各２ポールタイプとの比較では、片側各２ポールタイプの方が、主ビーム方向ＢＤと逆方向（１８０度）におけるビーム利得（フロントバック比）を２０ｄＢ未満に抑えており、隣接セクタ間の干渉による影響を抑えるためにはより好ましい方式である。
【００１９】
このように、片側各１ポールタイプ、より好ましくは片側各２ポールタイプでは、自セクタ内での３ｄＢビーム幅を８５度以上確保できるとともに、隣接セクタとの干渉領域のビーム利得を下げることができる。これにより、自セクタ内での電解強度レベルを高く保ちながら隣接セクタ間の干渉を低減することができ、安定したスループットを確保することができる。
【００２０】
なお、図３に示した好ましい範囲内のパラメータを用いて、アンテナ装置１の各素子を設置し、図１の平面２ｃから１／４λ０の距離をおいた位置に反射面３ａがくるように反射板３を設置した場合の、アンテナ装置１の水平面内指向性についても図４と同様な結果を得ることができる。
【００２１】
図５に、本実施形態のアンテナ装置１を適用した偏波共用アンテナの部分的な内部構成を表した斜視図を示す。同図の偏波共用アンテナ５０は、基地局アンテナに用いられることのできる垂直偏波及び水平偏波の共用アンテナであり、複数の垂直偏波用のコーナリフレクタアンテナ６０の間に水平偏波用のコーナリフレクタアンテナ７０を挟み込んだ構成である。なお、同図においては４組のコーナリフレクタアンテナのみを図示している。また、図６に偏波共用アンテナ５０を水平面で切ったときの断面図を示す。図５及び図６に示すように、偏波共用アンテナ５０においては、垂直偏波用のコーナリフレクタアンテナ６０に本実施形態のアンテナ装置１を適用している。すなわち、レドーム６の内側に、円柱状の第１及び第２無給電素子４ａ，４ｂ，５ａ，５ｂが、全ての垂直偏波用のコーナリフレクタアンテナ６０と共用されるようにして鉛直方向に立設されている。
【００２２】
以上説明したように、本発明の実施形態によれば、片側各１ポールタイプの無給電素子を設けることにより、自セクタ内での３ｄＢビーム幅を約８５度確保できるとともに、隣接セクタとの干渉領域のビーム利得を下げることができる。これにより、自セクタ内での電解強度レベルを高く保ちながら隣接セクタ間の干渉を低減することができ、安定したスループットを確保することができる。
【００２３】
また、本発明の実施形態によれば、片側各２ポールタイプの無給電素子を設けることにより、自セクタ内での３ｄＢビーム幅を約９０度確保できるとともに、隣接セクタとの干渉領域のビーム利得を下げることができる。さらに、主ビーム方向と逆方向におけるフロントバック比を２０ｄＢ未満に抑えることができる。これにより、自セクタ内での電解強度レベルを高く保ちながら隣接セクタ間の干渉をより低減することができ、さらなる安定したスループットを確保することができる。
【００２４】
また、本発明の実施形態によれば、簡単な構成で実現することができるため、偏波共用アンテナを小型に且つ低コストに実現することができる。
【００２５】
なお、本実施形態では、片側各１ポールタイプ及び片側各２ポールタイプについて具体的に説明したが、片側に３本以上の無給電素子を用いるタイプであってもよい。但し、片側に３本以上設ける場合には、そのうちの２本については、図３に示したパラメータに従って設置する必要がある。
【００２６】
また、反射板は、図１に示したエッジ付反射板に限らず、図７（ｃ）に示すような指向性を絞る効果を有するリフレクタであれば任意のものを用いることができる。
【００２７】
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。
【符号の説明】
【００２８】
１  アンテナ装置
２ａ，２ｂ  ダイポール給電素子
２ｃ，２ｄ，４ｃ  平面
３  反射板
３ａ  反射面
４ａ，４ｂ  第１無給電素子
５ａ，５ｂ  第２無給電素子
６  レドーム
５０  偏波共用アンテナ
６０  垂直偏波用のコーナリフレクタアンテナ
７０  水平偏波用のコーナリフレクタアンテナ
【図１】
2010226196.tif 000003
【図２】
2010226196.tif 000004
【図３】
2010226196.tif 000005
【図４】
2010226196.tif 000006
【図５】
2010226196.tif 000007
【図６】
2010226196.tif 000008
【図７】
2010226196.tif 000009
【図８】
2010226196.tif 000010
【図９】
2010226196.tif 000011