(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
上下方向に延長した平面上の反射板と、
上記反射板の両端縁に垂直に同一方向に突出して設けられた側面反射板とを備え、
上記反射板から距離Ｄ１だけ、上記突出方向に離れ、互いに平行な上下方向に延長した２つの第１ダイポールアンテナの組の複数が、垂直距離ｈ離れて順次配列され、上記２つの第１ダイポールアンテナの同相・同振幅給電により第１周波数帯で水平面内ビーム幅が６０°とされ、
上記反射板から、上記第１ダイポールアンテナと同一側に、Ｄ１より大きい距離Ｄ２だけ離れ、第２ダイポールアンテナが、垂直距離Ｈだけ離れて複数配列され、第２ダイポールアンテナにより上記第１周波数帯よりも低い第２及び第３周波数帯で水平面内ビーム幅が１２０°とされ、
上記組をなす２つの第１ダイポールアンテナそれぞれの中央に、ダイポールアンテナと平行に、反射板から距離Ｄ１だけ離れたところに、上記第１周波数帯の波長λで長さＬ１＝０.３４７λの導線が設けられていることを特徴とする基地局アンテナ装置。
【請求項２】
上下方向に延長した平面上の反射板と、
上記反射板の両端縁に垂直に同一方向に突出して設けられた側面反射板とを備え、
上記反射板から距離Ｄ１だけ、上記突出方向に離れ、互いに平行な上下方向に延長した２つの第１ダイポールアンテナの組の複数が、垂直距離ｈ離れて順次配列され、上記２つの第１ダイポールアンテナの同相・同振幅給電により第１周波数帯で水平面内ビーム幅が６０°とされ、
上記反射板から、上記第１ダイポールアンテナと同一側に、Ｄ１より大きい距離Ｄ２だけ離れ、第２ダイポールアンテナが、垂直距離Ｈだけ離れて複数配列され、第２ダイポールアンテナにより上記第１周波数帯よりも低い第２及び第３周波数帯で水平面内ビーム幅が１２０°とされ、
上記２つの第１ダイポールアンテナそれぞれについて、その２つの第１ダイポールアンテナを含む平面内で距離Ｓ１だけ互いに内側で、反射板に対し第１ダイポールアンテナと同一方向に第１ダイポールアンテナより更に距離Ｓ２離れた２つの箇所に、長さＬ２の無給電素子がそれぞれ平行に設けられ、
上記第１周波数帯の波長をλとして、０＜Ｓ１≦０．１６７λ、０．１λ≦Ｓ２≦０．３λ、Ｌ２＝０.３４７λであることを特徴とする基地局アンテナ装置。
【請求項３】
上下方向に延長した平面上の反射板と、
上記反射板の両端縁に垂直に同一方向に突出して設けられた側面反射板とを備え、
上記反射板から距離Ｄ１だけ、上記突出方向に離れ、互いに平行な上下方向に延長した２つの第１ダイポールアンテナの組の複数が、垂直距離ｈ離れて順次配列され、上記２つの第１ダイポールアンテナの同相・同振幅給電により第１周波数帯で水平面内ビーム幅が６０°とされ、
上記反射板から、上記第１ダイポールアンテナと同一側に、Ｄ１より大きい距離Ｄ２だけ離れ、第２ダイポールアンテナが、垂直距離Ｈだけ離れて複数配列され、第２ダイポールアンテナにより上記第１周波数帯よりも低い第２及び第３周波数帯で水平面内ビーム幅が１２０°とされ、
上記組をなす２つの第１ダイポールアンテナそれぞれの中央に、ダイポールアンテナと平行に、反射板から距離Ｄ１だけ離れたところに長さＬ１の導線が設けられ、
上記２つの第１ダイポールアンテナそれぞれについて、その２つのダイポールアンテナを含む平面内で距離Ｓ１だけ互いに内側で、反射板に対し、第１ダイポールアンテナと同一方向に第１ダイポールアンテナより更に距離Ｓ２離れた２つの箇所に、長さＬ２の無給電素子がそれぞれ平行に設けられ、
上記第１周波数帯の波長をλとして、Ｌ１＝Ｌ２＝０.３４７λ、０＜Ｓ１≦０．２３λ、０．１λ≦Ｓ２≦０．３２λであ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利用され、水平面内でのビーム幅をほぼ６０°とした指向性を有するアンテナ装置と、それとは異なる周波数帯を利用した水平面内ビーム幅をほぼ１２０°とした指向性を有するアンテナ装置を、その構成空間を共有することにより、アンテナを増設せず、一つのアンテナ装置で６０°のセクタゾーンと１２０°のセクタゾーンの無線ゾーンを提供できる基地局アンテナ装置に関し、特に利得を高くするため、それぞれの素子を複数組上下に配列した装置に係わる。
【０００２】
【従来の技術】
筆者らによる特願平１０−１７４２５０で、２つの第１ダイポールアンテナにより、２ＧＨｚ帯において６０°ビーム幅の指向性を得ることができ、１つの第２ダイポールアンテナにより、８００ＭＨｚと１．５ＧＨｚ帯において１２０°ビーム幅の指向性を得ることができる１つのアンテナ装置を提案した。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
特願平１０−１７４２５０では、各アンテナ素子は１組である。高い利得を得るためには、各素子を複数組上下に配列するアレイ化が効果的である。しかしながら、アレイ化すると、２ＧＨｚ帯用ダイポールアンテナの水平面内指向性が、特に主ビーム方向から±９０°方向において悪くなる。
【０００４】
図７に特願平１０−１７４２５０の各ダイポールアンテナを複数組アレイ化する例を示す。幅Ｗの一つの垂直平面上の反射板１の両端縁に垂直に同一方向に突出して幅Ｔの側面反射板２１，２２が設けられ、反射板１から距離Ｄ１だけ離れ、上下に延長した互いに平行な２つの第１ダイポールアンテナの組３１ａ，３１ｂ，３２ａ，３２ｂ，３３ａ，３３ｂ，３４ａ，３４ｂが垂直距離ｈ離れて順次配列され、これら各組の２本の第１ダイポールアンテナの中間において、反射板１から第１ダイポールアンテナと同一側に、距離Ｄ２だけ離れ、上下に延長した第２ダイポールアンテナ４１，４２が、垂直距離Ｈだけ離れて配列されている。Ｗ＝０．８７λ（約１３０ｍｍ）、Ｔ＝０．１５３λ（約２３ｍｍ）、Ｓ＝０．４６７λ（約７０ｍｍ）、Ｄ１＝０．２５λ（約３７．５ｍｍ）、Ｄ２＝０．４６７λ（約７０ｍｍ）、ｈ＝０．６７λ（約１００ｍｍ，λ：波長）、Ｈ＝１．３３λ（約２００ｍｍ）である。８００ＭＨｚ／１．５ＧＨｚ帯においては所望の１２０°ビーム幅（１１４．７１°／１２１．１９°）を得ている。しかし、２ＧＨｚ帯においては、ビーム幅は所望の６０°ビーム幅（中心周波数で５６．３１°）であるが、主ビーム方向から±９０°方向において悪くなる。図８及び図９に水平面内指向性を示す。±９０°方向の放射レベルは測定周波数帯域において−１１ｄＢ〜−１２ｄＢである。ビームの形は、他ゾーンへの影響が極力少ないように、６０°扇形、つまり主ビーム方向以外の方向の放射レベルはできる限り低いのが理想である。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明によれば、組をなす２つの第１ダイポールアンテナのそれぞれの中央に、ダイポールアンテナと平行に長さＬ１の導線を設ける。
請求項２の発明によれば、組となす２つの第１ダイポールアンテナそれぞれについて、その２つのダイポールアンテナを含む平面（反射板と平行かつ地面と垂直な平面）内で距離Ｓ１ずつ互いに内側で、反射板から第１ダイポールアンテナと同一方向に向かって第１ダイポールアンテナからの距離Ｓ２の２つの箇所に、第１ダイポールアンテナと平行に、長さＬ２の無給電素子を設ける。
【０００６】
請求項３の発明は請求項１の発明と請求項２の発明を組み合わせたものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
実施例１
図１にこの発明の実施例を示す。図７と対応する部分に同一番号をつけてある。一つの垂直平面上の反射板１の両端縁に垂直に前方に突出して側面反射板２１，２２が設けられ、反射板から距離Ｄ１だけ離れ、上下に延長した互いに平行な２つの第１ダイポールアンテナの組３１ａ，３１ｂ，３２ａ，３２ｂ，３３ａ，３３ｂ，３４ａ，３４ｂが、垂直距離ｈ離れて順次配列され、組をなす２つの第１ダイポールアンテナの中間において、反射板から第１ダイポールアンテナと同一側に、距離Ｄ２だけ離れて上下に延長した第２ダイポールアンテナ４１，４２が、垂直距離Ｈだけ離れて配列される。
【０００８】
この実施例では２つの第１ダイポールアンテナ３１ａと３１ｂ、３２ａと３２ｂ、３３ａと３３ｂ、３４ａと３４ｂそれぞれの中央に、第１ダイポールアンテナと平行に、反射板１から距離Ｄ１だけ離れたところに長さＬ１の導線５１，５２，５３，５４を設ける。
組をなす２つの第１ダイポールアンテナの水平間隔Ｓは０．４６７λ（約７０ｍｍ）、反射板１との距離Ｄ１はインピーダンス整合が最もとりやすいと言われている０．２５λ（約３７．５ｍｍ）、隣接組間の垂直距離ｈは０．６７λ（約１００ｍｍ）、第２ダイポールアンテナと反射板１の距離Ｄ２は０．４６７λ（約７０ｍｍ）、第２ダイポールアンテナ４１と４２の垂直距離Ｈは０．１３λ（約２００ｍｍ）、反射板１の幅Ｗは０．８７λ（約１３０ｍｍ）、側面反射板２１，２２の幅Ｔは０．１５３λ（約２３ｍｍ）である。２つの第１ダイポールアンテナの各組の中央に設ける導線（無給電素子）５１〜５４の各長さＬ１は０．３４７λ（約５２ｍｍ）とした。
【０００９】
以下に上記の数値が最適であることを説明する。
２つの第１ダイポールアンテナは、その放射を同相・同振幅で合成し、水平面内ビーム幅をほぼ６０°とする。２ＧＨｚ帯に適用することから、測定は１．９２０ＧＨｚ〜２．１６０ＧＨｚの周波数で行った。
図２は導線５１〜５４の長さＬ１に対する±９０°放射レベルとビーム幅を測定したものである。この図よりＬ１＝０．３４７以上になると特に高い周波数において±９０°方向放射レベルは劣化し、ビーム幅は大きくなることがわかる。以上のことよりＬ１＝０．３４７λが最適である。
【００１０】
導線５１，５２，５３，５４を設けたことにより、測定周波数帯域において±９０°方向放射レベルは１ｄＢ〜４ｄＢ（１．９２ＧＨｚにおいて−１１ｄＢから−１２ｄＢ：ビーム幅は５９．１９°、２．１６ＧＨｚにおいて−１２ｄＢから−１６ｄＢ：ビーム幅は５９．００°）の改善を得た。
なお、導線５１，５２，５３，５４を設けたことにより、８００ＭＨｚと１．５ＧＨｚのアンテナ指向性には影響しない。
実施例２
図３にこの発明の実施例２の形態を示す。反射板１と、側面反射板２１，２２と、第１ダイポールアンテナの組３１ａ，３１ｂ，３２ａ，３２ｂ，３３ａ，３３ｂ，３４ａ，３４ｂと、第２ダイポールアンテナ４１，４２とは図１と同様な関係で設けられる。
【００１１】
上記２つの第１ダイポールアンテナ３１ａ，３１ｂ，３２ａ，３２ｂ，３３ａ，３３ｂ，３４ａ，３４ｂそれぞれについて、これら第１ダイポールアンテナを含む平面（反射板１と平行な第１ダイポールアンテナを含む平面、地面と垂直な平面）内でそれぞれ距離Ｓ１だけ互いに内側で、反射板１から第１ダイポールアンテナと同一方向に第１ダイポールアンテナから距離Ｓ２の各２つの箇所に、長さＬ２の無給電素子の組６１ａ，６１ｂ，６２ａ，６２ｂ，６３ａ，６３ｂ，６４ａ，６４ｂをそれぞれ上下方向に延長して設ける。
【００１２】
２つの第１ダイポールアンテナの組の水平間隔Ｓ、反射板１との距離Ｄ１、垂直距離ｈ、第２ダイポールアンテナと反射板１の距離Ｄ２、垂直距離Ｈ、反射板１の幅Ｗ、側面反射板２１，２２の幅Ｔは実施例１と同一とする。無給電素子６１ａ〜６４ａ、６１ｂ〜６４ｂの各長さは０．３４７λ（約５２ｍｍ）とした。距離Ｓ１とＳ２はモーメント法による計算値を用いて最適値を求めることができる。
【００１３】
この実施例において最適な値は、０＜Ｓ１≦０．１６７λ、０．１λ≦Ｓ２≦０．３λである。
Ｓ１が０以下であると±９０°方向放射レベルは改善されず、Ｓ１が０．１６７λ以上であるとビーム幅が小さくなりすぎる。Ｓ２が０．１λ以下であると高い周波数においてビームの形がくずれ、所望のビーム幅が得られない。Ｓ２が０．３λ以上でも無給電素子を設けない場合より効果はあるが０．３λあたりを分岐点として±９０°方向放射レベルは劣化する傾向にある。また、Ｓ２が大きくなるとアンテナ装置を覆うレドーム直径が大きくなりアンテナが大型になることからＳ２は０．３λあたりまでと判断した。
【００１４】
このような無給電素子を設けたことにより、例えばＳ１＝０．１６７λ（約２５ｍｍ）、Ｓ２＝０．１３３λ（約２０ｍｍ）において、±９０°方向放射レベルは２ｄＢ〜９ｄＢ（１．９２ＧＨｚにおいて−１１ｄＢから−１３ｄＢ：ビーム幅は６０．０２°、２．１６ＧＨｚにおいて−１２ｄＢから−２１ｄＢ：ビーム幅は５５．９２°）の改善を得た。
【００１５】
なお、これらの無給電素子を設けたことによる８００ＭＨｚ／１．５ＧＨｚの１２０°ビームアンテナの指向性に影響はない。
実施例３
図４にこの発明の実施例３の形態を示す。実施例１の導線５１，５２，５３，５４と、実施例２の無給電素子の組６１ａ，６１ｂ，６２ａ，６２ｂ，６３ａ，６３ｂ，６４ａ，６４ｂを同時に設けた例である。
【００１６】
この実施例において最適な値は、０≦Ｓ１＜０．２３λ、０．１≦Ｓ２≦０．３２λである。
Ｓ１が０より小さいと±９０°方向放射レベルは改善されず、Ｓ１が０．２３λ以上になると無給電素子同士がぶつかってしまう。Ｓ２が０．１λ以下であると高い周波数においてビームの形がくずれ所望のビーム幅がえられない。Ｓ２が０．３２λ以上でも導線及び無給電素子を設けない場合より効果はあるが、０．３２λを分岐点として逆に劣化する傾向にあり、またアンテナ装置が大きくなることから０．３２λまでが最適と判断した。
【００１７】
導線と無給電素子を設けたことにより、例えばＳ１＝０．１３３λ（約２０ｍｍ）、Ｓ２＝０．３２λ（約４８ｍｍ）において、±９０°方向放射レベルは４．５ｄＢ〜１９．５ｄＢ（１．９２ＧＨｚにおいて−１１ｄＢから−１５．５ｄＢ：ビーム幅は５８．０２°、２．１６ＧＨｚにおいて−１２ｄＢから−３１．５ｄＢ：ビーム幅は５６．１７°）の改善を得た。指向性パターンを図５及び図６に示す。
【００１８】
なお、導線と無給電素子を設けたことによる８００ＭＨｚ／１．５ＧＨｚの１２０°ビームアンテナの指向性に影響はない。
【００１９】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、２つの第１ダイポールアンテナの中央にそれぞれ導線を設け、又は／及び無給電素子を設けることにより、２ＧＨｚ帯用アンテナの指向性について±９０°方向の放射レベルを低く抑えることができた。また、導線、無給電素子を設けても８００ＭＨｚ／１．５ＧＨｚの共用アンテナのビーム幅はほぼ１２０°であり、その指向性に影響を与えない。よって、２ＧＨｚ帯ではより良好な指向性パターンの６０°ビーム幅が、８００ＭＨｚと１．５ＧＨｚの２周波共用アンテナについては１２０°ビーム幅が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施例１のアンテナ装置を示す傾斜図（Ａ）と平面図（Ｂ）。
【図２】実施例１の導線の長さに対する±９０°方向放射レベル（Ａ）とビーム幅（Ｂ）を示す図。
【図３】この発明の実施例２のアンテナ装置を示す傾斜図（Ａ）と平面図（Ｂ）。
【図４】この発明の実施例３のアンテナ装置を示す傾斜図（Ａ）と平面図（Ｂ）。
【図５】実施例３のアンテナ装置による２ＧＨｚ帯指向性パターンの例を示す図。
【図６】実施例３のアンテナ装置による２ＧＨｚ帯指向性パターンの他の例を示す図。
【図７】従来技術をアレイ化した例を示す斜視図（Ａ）と平面図（Ｂ）。
【図８】図７のアンテナ装置の指向性パターンの例を示す図。
【図９】図７のアンテナ装置の指向性パターンの例を示す図。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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