(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
上底又は下底の少なくとも一方を有する金属円筒の主軸と平行な面で切断した円筒側面の一部（以下、「円筒型側面片」と記す。）を反射器とし、前記円筒型側面片を凹に見る前方に前記円筒の主軸と平行して１つのダイポールアンテナを設置し、前記円筒型側面片の開口面を覆う誘電体カバーとから構成されるアンテナ装置を備えたことを特徴とする基地局アンテナ装置。
【請求項２】
上底、下底を備えた金属円筒の主軸と平行な面で切断した円筒側面の一部（円筒側面片と上下底の弦部分を含む。以下、「円筒面片」と記す。）を反射器とし、前記円筒面片を凹に見る前方に前記円筒の主軸と平行して１つのダイポールアンテナを設置し、前記円筒面片の開口面を覆う円筒状の誘電体カバーとから構成されるアンテナ装置を備えたことを特徴とする基地局アンテナ装置。
【請求項３】
金属円筒の主軸と平行な面で切断して形成される円筒側面の一部をさらに主軸と斜交する２つの平面で切断することにより形成される円筒側面状片と、前記主軸と斜交する２つの平面で切断することにより形成される楕円弦部分（上底楕円弦形、下底楕円弦形）とを楕円弦状金属で接合した形状（以下、「変形円筒側面片」と記す。）を反射器とし、前記変形円筒側面状片を凹に見る前方に前記金属円筒の主軸と平行して１つのダイポールアンテナを設置し、前記変形円筒側面片の開口部を覆う円筒状の誘電体カバーとから構成されるアンテナ装置を備えたことを特徴とする基地局アンテナ装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の基地局アンテナ装置において、前記円筒側面片の断面と直交する平面のうち、前記金属円筒の主軸を含む平面上に前記ダイポールアンテナが設置されていることを特徴とする基地局アンテナ装置。
【請求項５】
上底、下底のない金属円筒の主軸と平行な面で切断した円筒側面の一部（以下、「円筒型側面片」と記す。）を反射器とし、前記円筒型側面片を凹に見る前方に前記円筒の主軸と平行して１つのダイポールアンテナを設置し、前記円筒型側面片の開口面を覆う誘電体カバーとから構成されているアンテナ装置を備えた基地局アンテナ装置、又は請求項１乃至３のいずれか１項に記載の基地局アンテナ装置において、前記円筒側面片の断面と直交する平面のうち、前記金属円筒の主軸を含まない平面上に前記ダイポールアンテナが設置（オフセット位置）されていることを特徴とする基地局アンテナ装置。
【請求項６】
請求項５に記載の基地局アンテナ装置において、前記１つのダイポールアンテナが設置（オフセット設置）されている場所と、前記金属円筒の主軸を含み前記円筒側面片等の縁と直交する平面に対し、面対称の位置に他の１つのダイポールアンテナが設置されていること特徴とする基地局アンテナ装置。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の基地局アンテナ装置において、前記アンテナ装置が支柱に取り付けられ、その支柱内に前記アンテナ装置に対する給電回路が配線されていることを特徴とする基地局アンテナ装置。
【請求項８】
請求項７に記載の基地局アンテナ装置において、前記アンテナ装置がその給電回路に対し取り外し可能とされていることを特徴とする基地局アンテナ装置。
【請求項９】
請求項1乃至８のいずれか1項に記載の基地局アンテナ装置において、前記アンテナ装置が複数個縦に配列されていることを特徴とする基地局アンテナ装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の基地局アンテナ装置において、１つの支柱に対し、前記アンテナ装置が複数組取り付けられていることを特徴とする基地局アンテナ装置。
【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における基地局アンテナ装置に関し、特にセクターゾーンを構成する基地局アンテナ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のセクターゾーン構成をとる移動通信用基地局アンテナは、例えば、総合電子出版社1996年10月10日発行、藤本京平監修「図解移動通信用アンテナシステム」84〜88頁に示すように反射器、放射器、給電回路を一体化し、一つの円筒状のレドームで覆い、必要数だけ基地局に設置されていた。この給電回路を含む円筒状レドームがこれと平行した鉄柱のような支持柱に取り付けられていた。また、上記の基地局アンテナは使用される周波数帯は0.8GHzや1.5GHz帯である。しかし、将来使用される可能性のある２GHz帯で適用でき、小型・軽量化されており、しかも製造コストの低廉なアンテナ形状や給電回路で耐久性があり、しかもFRP系合成樹脂の使用量の少ないレドーム等に関し明確に記載された文献・公知例はない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
公衆移動通信方式に使用される周波数帯は加入者容量の増大と共に0.8GHzから1.5GHz帯へ、更には２GHzへと次第に準マイクロ波帯へと高周波数へ移行している。これにともない、従来使用されてきた角度90°のコーナ・レフレクタ型アンテナから良好な指向特性を得るため基地局アンテナとしては従来マイクロ波固定回線に使用されていた放物面（パラボラ）状等の反射器を使用した形状が必要となりつつある。しかしながら、放物面状の反射器の作成には高精度が要求される結果コスト高になる可能性がある。
【０００４】
次に、今後の移動通信方式では多種多用なセクタ形のセル（無線ゾーン）が使用される見通しであり、この要求に適応可能な指向特性を満たす基地局アンテナ装置の実現が要求されている。
また、上記の要求に加え、基地局アンテナ装置は鉄塔またはビルの屋上に設置されるが、風圧荷重の観点から可能な限り小型・軽量化が求められる。
さらに、従来の基地局アンテナ装置は給電回路がレドーム内に設けられていたため、一部の箇所が故障したときは、放射器、反射器、給電回路、レドームを含むアンテナ装置すべてを取り外す必要があった。
【０００５】
一方、従来より基地局アンテナは一般に耐候性を高めるために、アンテナ全体についてFRP系合成樹脂を使用したレドームで覆う方法が取られてきた。しかしながら、FRP系合成樹脂は廃棄処理が困難であり、公害要因除去の観点から可能な限りその使用を抑えることが要求されている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明によれば、金属円筒の主軸と平行な面で切断した円筒側面の一部（以下、「円筒側面片」と示す。）等を反射器とし、円筒側面片に見る前方に前記金属円筒の主軸と平行して１つのダイポールアンテナを設置し、これらを覆う円筒状の誘電体レドーム（FRP系合成樹脂）で覆われてアンテナ装置とされ、このアンテナ装置は支柱に取付けられ、給電回路は場合によりその支柱内に収容される。したがって、給電回路がその支柱内に収容された場合はアンテナ装置と給電回路とは取外し可能とされる。このようなアンテナ装置は放物面（パラボラ）状等と比較して製作が容易であり、小型・軽量化も図りやすい。
【０００７】
次に、円筒側面片の上、下金属平板を設置することにより、電気的性能としては放物面（パラボラ）状反射器を使用したアンテナと遜色のない特性が得られる可能性が明らかとなった。
さらに、アンテナをレドームで覆う場合は上記の円筒部分にはFRP系合成樹脂を使用せず、アンテナの開口面だけに使用することとした。この結果、FRP系合成樹脂の使用量は大幅に抑制することが可能となった。
【０００８】
また、アンテナ装置を上下に複数個配列（アレー化）することによりアンテナ利得を高くする。ビーム幅は自在に決定でき、選択したゾーンセクタ構成に応じて１基地局に必要な数だけ設置し、また１つの支柱に複数組のアレー化されたアンテナ装置を設置することも可能である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１にこの発明のアンテナ装置の実施例を示す。
図１AはXZ平面図（側面図）、図１BはYZ平面図（平面図）、図１CはXY平面図（立面図）であり、その座標系を図２に示す。図示のように、長さPを有する１つの半波長ダイポールアンテナ11がZ軸と平行に配される。つまり金属で形成された円筒型側面反射器１の主軸と平行して設置される。また、２はレドームを示し円筒型側面反射器１の上下を含む開口面を覆うように設けられる。なお、レドーム２の形状は半円筒形に限られるものではなく他の形状であってもよい。
【００１０】
座標系のとり方は以下の通りである。Z軸は円筒型側面反射器１の上で、かつ主軸と平行して取られる。座標軸の原点OはZ軸で円筒型側面反射器１の上端が＋L／２、下端が−L／２となり、また、Z軸により円筒型側面反射器1が縦に２等分される位置に取られる。次に、X軸は原点Oを通り、円筒切断面の弦の中央と直交する様にとられる。Y軸はX軸と90度右回転に取られる。
その結果、円筒型側面反射器１と座標軸との関係は図１に示す通りとなる。
【００１１】
次に、半波長ダイポールアンテナ11と円筒型側面反射器１との相対位置について説明する。
図１に示される様に、長さPの半波長ダイポールアンテナ11は円筒型側面反射器１を凹に見た方向で、座標原点Oより距離ｄだけ離れており、かつ、Z軸と平行しており、また、XY平面で２等分される位置に設置される。
上記のような諸元を有する反射器１と１つの半波長ダイポールアンテナ11とが図１に示される位置に存在するとき、モーメント法による計算値を用いて所望の水平面内ビーム幅を有するようにアンテナの諸元を決定することができる。
【００１２】
モーメント法とは、アンテナを微少区間に分割し、その微少区間に流れる電流を境界条件から求め、アンテナの電流分布を知ることにより、アンテナの作る電磁界、アンテナの入出力インピーダンスなどを導く方法である。
例えば、２GHz帯で水平面（XY面）内半値幅（ビーム幅）を60°とするアンテナ装置を作る場合には、上記の諸元を以下の様に設定すれば得られる。
Ｐ＝75mm
ｄ＝60mm
Ｙ＝０〜55mm（最適値に設定する）
Ｒ＝60mm
Ｄ＝120mm
Ｌ＝600mm
また、実施例には１素子を用いて水平面内60°ビームのアンテナを作ることを示しているが、円筒の直径Dと使用周波数の波長λの比D／λを変えることによってビーム幅の直径を変えることができる。実測値において、Y＝０、ｄ／λ＝D／２とした場合、D／λを0.1〜1.1に変えることによって水平面内ビーム幅をほぼ140°〜40°に変えることができた。
【００１３】
上記でYを０mmから55mmまで変化させて得られたアンテナ特性のうち、特徴的な例を図３、図４、及び図５に示す。
図３はY＝０、すなわち、図１Aで半波長ダイポールアンテナ11が円筒型側面反射器１を２分するXZ面上にある場合であり、３dBビーム幅は69.98°が得られている。一方、サイド・ビームは25dB以上と低い値が得られていることがわかる。
図４はY＝15mm、すなわち、上図１Aで半波長ダイポールアンテナ11がXZ面よりのオフセット値が15mmであることを示しており、この場合は、３dBビーム幅は68.91°で、主ビームがやや左方（349.88°）へ移行している等の結果が得られている。また、サイド・ビームは25dB程度と低い値が得られていることがわかる。
【００１４】
図５はY＝30mm、すなわち、上図１Aで半波長ダイポールアンテナ11がXZ面よりのオフセット値が30mmであることを示しており、この場合は、３dBビーム幅は64.97°で、主ビームがさらに左方（341.42°）へ移行している等の結果が得られている。また、サイド・ビームは20dB程度と前者に比較してやや劣化していることがわかる。しかしながら、システムによってはこの値でも十分な場合がある。以上総合して、本アンテナはセクター角度60°の６セクタ用無線基地局用アンテナとして使用可能であることがわかる。
【００１５】
次にアンテナ特性の改善のため、図６に示すように上記の円筒型側面反射器1の最上部、最下部の弦部分にも金属反射器を設置した場合（円筒面片）のアンテナ特性を説明する。弦部分にも金属反射器を設置する理由はアンテナの垂直面内放射特性を改善するためである。検討の結果、このアンテナは垂直面内放射特性が改善された特性が得られることが明らかとなった。
また、図７に示すように上記の円筒側面の一部をさらに主軸と斜交する２つの平面で切断することにより形成される円筒側面状片と、前記主軸と斜交する２つの平面で切断することにより形成される楕円弦部分（上底楕円弦形、下底楕円弦形）とを楕円弦状金属（上底楕円弦形反射器15, 下底楕円弦形反射器16）で接合した形状（変形円筒側面片）を反射器とした例である。検討の結果、このアンテナは垂直面内放射特性が一層改善された特性が得られることが明らかになった。
【００１６】
なお、図６、７に記載のアンテナ装置において、反射器の開口面を覆うレドームを設けることは図１に記載のアンテナ装置と同様である。
さらに、上記に説明した１つの半波長ダイポールアンテナ11を使用した基地局アンテナ装置の３例に加え、１つの半波長ダイポールアンテナ11と他の１つの半波長ダイポールアンテナ12とを用いた基地局アンテナ装置について説明する。この場合の実施例を図８に示している。
【００１７】
図８において、２つの半波長ダイポールアンテナ11と半波長ダイポールアンテナ12との相互距離は半波長以上に取られる。もしも、各半波長ダイポールアンテナ11と半波長ダイポールアンテナ12とがほぼ同一特性の指向性（主ビーム）として例えば、60°を有する場合、２つの60°ビーム幅を有するアンテナの放射を同位相・同振幅で合成すると30°ビーム幅を有する特性が得られることは良く知られている。
【００１８】
それゆえ、２つのダイポールアンテナ11、12とが図３のような特性を有する場合には30°ビーム幅を有する特性が得られることになる。それゆえ、図８に示すアンテナ装置を用いることで、多種多様なニーズが求められるセルラ型の公衆移動通信方式で30°セクタ型アンテナを提供可能とする。
図６、及び図７に示すアンテナにおいても上記と同様の特性を有する基地局アンテナ装置を構成することが可能である。
【００１９】
図９に図１や、図６、図７、図８等（以下、図１で代表して説明する。）に示したアンテナ装置21を上下に配列したアレー構造と、給電回路25の収納状態とを示す。各アンテナ装置21と給電回路25はS型コネクタ22で接続されると共に支柱23に取付けられる。給電回路25は支柱23内に収納される。図では給電端子24からトーナメント法により各アンテナ装置21に給電されている。アンテナ装置21の数、アレー間隔Gは可変である。
【００２０】
上記に説明した各種の基地局アンテナ装置を用いることでセルラ型の公衆移動通信システムで要求されている諸条件を満たすことが可能となる。
【００２１】
【発明の効果】
以上説明したような基地局アンテナ装置をセルラ型の公衆移動通信システムに適用することにより、従来要求されてきた各種のニーズに応えることが可能となる。すなわち、製造が容易で、工数が少なくて済み、しかも電気的特性は従来と同等あるいはそれ以上である。
また、アンテナ装置を上下に複数個配列（アレー化）することによりアンテナ利得を高くする。ビーム幅は自在に決定でき、選択したゾーンセクタ構成に応じて１基地局に必要な数だけ設置し、また１つの支柱に複数組のアレー化されたアンテナ装置を設置することも可能となる。
【００２２】
さらに、従来の各種アンテナと比較して、アンテナを誘電体レドーム（FRP系合成樹脂）で覆われる部分はアンテナの開口面のみとなり、この結果、FRP系合成樹脂の使用量は大幅に抑制することが可能となった。
したがって、上記の基地局アンテナ装置は移動通信システムからの諸要求を満たす上、FRP系合成樹脂の廃棄上の問題も大きく低減させており、この発明の効果は極めて大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明のアンテナ装置の例で、Aは側面図、Bはその平面図、Cはその立面図。
【図２】図１A、B、Cの座標軸を示す図。
【図３】図１の実施例において、オフセット値Y＝０とした場合の水平面指向特性の変化を示す図。
【図４】図１の実施例において、オフセット値Y＝15mmとした場合の水平面指向特性の変化を示す図。
【図５】図１の実施例において、オフセット値Y＝30mmとした場合の水平面指向特性の変化を示す図。
【図６】この発明のアンテナ装置の別例で、Aは側面図、Bは平面図、Cはその立面図、DはA、B、Cの座標軸を示す図。
【図７】この発明のアンテナ装置の他の別例で、Aは側面図、Bは平面図、Cはその立面図、DはA、B、Cの座標軸を示す図。
【図８】２つの半波長ダイポールアンテナ11、12をこの発明に用いた場合のAはその側面図、Bはその平面図、Cはその立面図。
【図９】図６のアレーアンテナ装置を用いて複数のセクタゾーンに対しスペースダイバシチとした基地局アンテナ装置の例を示す斜視図。
【符号の説明】
１    円筒型側面反射器
２    レドーム
11,12 ダイポールアンテナ
15    上底楕円弦形反射器
16    下底楕円弦形反射器
21    アンテナ装置
22    S型コネクタ
23    支柱
24    給電端子
25    給電回路
【図１】
0003635565.tif 000002
【図２】
0003635565.tif 000003
【図３】
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【図４】
0003635565.tif 000005
【図５】
0003635565.tif 000006
【図６】
0003635565.tif 000007
【図７】
0003635565.tif 000008
【図８】
0003635565.tif 000009
【図９】
0003635565.tif 000010