(57)【要約】【課題】風圧荷重をより軽減することのできるアンテナレドーム装置を実現する。【解決手段】アレイアンテナ素子を覆うレドームについて、その断面形状を略楕円とし、直線状に配列された複数のアンテナ素子の素子間隔とレドーム直径との比に応じて、その楕円の扁平率を調節する。規格化投影長を０度から９０度まで積分した値を規格化投影面積と定義すると、アンテナ素子数ｎ＝８、アンテナ素子間隔とレドーム直径との比ｄ／ｒ＝１．６７である場合、楕円の扁平率を約０．６以上１．０未満とすることにより、真円レドーム（規格化投影面積＝１７８．６８）よりも規格化投影面積を減少させることができる。つまり、直線状に配列された複数のアンテナ素子の素子間隔とレドーム直径との比に応じて、楕円の扁平率を調節すれば、規格化投影面積を低減でき、風圧荷重をより軽減できる。【選択図】      図５
2006025301.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アレイアンテナ素子を覆うレドームの断面形状が略楕円であることを特徴とするアンテナレドーム装置。
【請求項２】
直線状に配列された複数のアンテナ素子の素子間隔とレドーム直径との比に応じて、前記楕円の扁平率が調節されていることを特徴とする請求項１記載のアンテナレドーム装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載のアンテナレドーム装置を複数組合せ、それらアンテナレドーム装置と移動通信サービスエリアのセクタとを一対一に対応付けたことを特徴とするセクタ構成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はアンテナレドーム装置、セクタ構成方法に関し、特に移動通信の基地局に適用するアンテナのレドーム装置、及びそれを用いたセクタ構成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
移動通信の基地局アンテナは、多くの加入者を収容するため一般ビルディングの屋上などに多数設置されており、専用鉄塔に設置する場合と比較して特にアンテナの機械特性として風圧荷重を軽減する構造であることが高い要求条件となっている。一方、移動通信における利得増大あるいは高速・大容量化伝送技術として素子アンテナを複数本配列するアレイアンテナ技術の適用が検討されている。このため、これまで以上に風圧荷重を軽減する必要があると考えられる。一般に移動通信基地局アンテナの放射素子は屋外設置を考慮してレドームで覆われている。例えば、特許文献１には、略卵形状のレドームが記載されている。
【特許文献１】特開平７−２８３６３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
移動通信基地局にアンテナを設置する場合、アレイアンテナ素子をレドームで覆うのが一般的である。その場合、収容設置場所の制約上、風圧荷重をできるだけ軽減するアンテナ構造であることが望ましい。なお、特許文献１に記載のレドームは、内部にアレイアンテナを収容することはできない。
本発明は上述した従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、その目的は風圧荷重をより軽減することのできるアンテナレドーム装置、セクタ構成方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の請求項１によるアンテナレドーム装置は、アレイアンテナ素子を覆うレドームの断面形状が略楕円であることを特徴とする。このような形状を採用することにより、規格化投影面積を低減でき、風圧荷重をより軽減できる。
本発明の請求項２によるアンテナレドーム装置は、請求項１において、直線状に配列された複数のアンテナ素子の素子間隔とレドーム直径との比に応じて、前記楕円の扁平率が調節されていることを特徴とする。このように扁平率を調節することにより、規格化投影面積を低減でき、風圧荷重をより軽減できる。
【０００５】
本発明の請求項３によるセクタ構成方法は、請求項１又は２記載のアンテナレドーム装置を複数組合せ、それらアンテナレドーム装置と移動通信サービスエリアのセクタとを一対一に対応付けたことを特徴とする。こうすることにより、複数のアンテナレドーム装置を組合せた場合において、風圧荷重をより軽減できる。
【発明の効果】
【０００６】
以上説明したように本発明は、規格化投影面積を減少させる楕円の扁平率が存在することに鑑み、アンテナを直線状に配列したときのアンテナ素子間隔とレドーム直径との比に応じて扁平率を調節することで、風圧荷重の値を制御できるという効果がある。さらに、そのアンテナレドーム装置を用いたセクタ構成方法によれば、アンテナレドーム装置を楕円化することの効果を有効に発揮できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。なお、以下の説明において参照する各図では、他の図と同等部分は同一符号によって示されている。
（計算モデル）
図１にはアンテナレドーム装置の計算モデルの説明図が示されている。図１に示されているように、直線状に配列されているアレイアンテナ素子１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄを考える。同図において、アレイアンテナ素子の配列方向と垂直な方向がブロードサイド正面である。各アレイアンテナ素子１ａ〜１ｄは、それぞれ別々のレドームに収容されている。
【０００８】
図２（ａ）〜（ｃ）は、図１中のアレイアンテナ素子１つを真上から見た場合におけるレドームの断面形状を示す図である。図２（ａ）、図２（ｂ）、図２（ｃ）に示されている実線がレドームの断面形状である。
図２（ａ）に示されているレドームは、断面形状が直径ｒの真円であり、扁平率は１である。図２（ｂ）に示されているレドームは、断面形状が扁平率ｂの楕円である。図２（ｂ）では、扁平率によらずアンテナの断面積を一定として考えるため、レドームの断面積は図のように前後（前方向は図１のブロードサイド正面方向とする）に膨らむことになる。本明細書では図２（ｂ）の楕円を楕円Ａと呼ぶことにする。
【０００９】
一方、図２（ｃ）に示されているレドームも、断面形状が扁平率ｂの楕円である。しかし、この図２（ｃ）に示されているレドームは、図２（ｂ）のようにレドームが前後に膨らむことなく、図２（ａ）の左右（同図中の矢印の方向）を扁平しただけの楕円である。本明細書では図２（ｃ）の楕円を楕円Ｂと呼ぶことにする。
図２（ａ）〜（ｃ）に示されているような素子アンテナを、素子数ｎ、素子間隔ｄで配列した場合、規格化投影長を図３のように定義する。すなわち、ブロードザイド正面から所定の角度を有する入射方向Ｄから見た長さＬが、規格化投影長である。風圧荷重は、ここで定義した規格化投影長に比例する圧力であると仮定する。なお、本例では、アンテナ素子数をｎ、素子間隔をｄ、と定義する。
【００１０】
（風圧荷重の例）
図４には、真円レドームに覆われたアンテナ素子を複数本配列したアレイアンテナの風圧荷重の一例が示されている。同図中の横軸はアンテナのブロードサイド方向を０とした場合の入射波到来方向（単位は「度」）、縦軸はアンテナレドームの直径ｒおよび扁平率ｂ、ならびにアンテナ素子数ｎおよび素子間隔ｄによって決定される規格化投影長である。
【００１１】
ここでｒ＝０．３λ（λは波長）、ｂ＝１、ｎ＝８、ｄ＝０．５λである（アンテナ素子間隔とレドーム直径との比：ｄ／ｒ＝１．６７）。図４を参照すると分かるように、０度（ブロードサイド正面方向）から約５０度までの到来方向に対して規格化投影長は一定である。そして、それ以上の到来方向に対して規格化投影長は単調に減少し、到来方向９０度（アンテナ配列方向）のとき規格化投影長はレドーム直径（最小値）に一致する。なお、規格化投影面積＝１７８．６８である。
【００１２】
次に、レドームの断面形状を楕円Ａとした場合、楕円の扁平率ｂと規格化投影面積との関係が図５に示されている。この規格化投影面積は、規格化投影長を０度から９０度まで積分した値である。ここでアンテナ素子数ｎ＝８、アンテナ素子間隔とレドーム直径との比ｄ／ｒ＝１．６７である。
同図を参照すると分かるように、楕円の扁平率を約０．６以上１．０未満とすることにより、真円レドーム（規格化投影面積＝１７８．６８）よりも規格化投影面積を減少させることができる。
【００１３】
一例として、楕円Ａの扁平率が０．８のときの入射角度と規格化投影長との関係を真円の場合（扁平率は１）と比較すると、図６（ａ）に示されているようになる。ここでアンテナ素子数ｎ＝８、アンテナ素子間隔とレドーム直径との比ｄ／ｒ＝１．６７である。
同図（ａ）を参照すると、０度から３５度までの範囲で見ると規格化投影長を減少できていることがわかる。その一方で、３５度から５５度までの範囲で見ると真円の場合と比較して規格化投影長が増大してしまう。このことを避けるためには、レドームが前後に膨らむことのない楕円Ｂのような形状とすれば良い。
【００１４】
ここで、楕円Ｂを用いて扁平率が０．８のときの入射角度と規格化投影長との関係を真円の場合（扁平率は１）と比較すると、同図（ｂ）に示されているようになる。同図（ｂ）を参照すると、どの角度においても楕円Ｂのほうが真円よりも規格化投影長の値が小さくなっていることが確認できる。楕円Ｂは、楕円Ａと比較して断面積自体が減少しているので、規格化投影面積をより減少させることができる。
以上のように、真円と比較して規格化投影面積を減少させる楕円の扁平率が存在することが分かったので、このチャートを利用すれば風圧荷重を軽減できるアンテナレドームを設計することができる。
【００１５】
（アンテナ素子間隔との関係）
また、アンテナ素子間隔とレドーム直径との比を変えた場合でも規格化投影面積の減少効果がある。このことについて、図７を参照して説明する。同図には、アンテナ素子数ｎ＝８、アンテナ素子間隔とレドーム直径との比ｄ／ｒ＝２．０の場合の楕円Ａの扁平率と規格化投影面積との関係が示されている。なお、真円の規格化投影面積は、１８５．２４である。
同図を参照すると、楕円Ａの扁平率を約０．７以上１．０未満とすることにより、真円レドームよりも規格化投影面積を減少させ、風圧荷重を軽減できることが分かる。
【００１６】
（アンテナ素子数との関係）
さらに、素子数を変えた場合でも楕円にすることで風圧荷重の軽減効果があることを示す。図８には、素子数と規格化投影面積との関係について、真円及び楕円Ａの場合が示されている。真円の扁平率は１であり、同図中の破線で素子数と規格化投影面積との関係が示されている。また、楕円Ａの扁平率は０．８であり、同図中の実線で素子数と規格化投影面積との関係が示されている。ここで、アンテナ素子間隔とレドーム直径との比ｄ／ｒ＝１．６７である。
同図を参照すると、３素子以上になるとレドームを真円ではなく楕円にした方が規格化投影面積を減少させ、風圧荷重を軽減できることが分かる。
【００１７】
（まとめ）
図５、図７に示されているように、規格化投影面積は、楕円の扁平率によって変化する。このため、直線状に配列された複数のアンテナ素子の素子間隔とレドーム直径との比（ｄ／ｒ）に応じて、楕円の扁平率を調節すれば、規格化投影面積を低減でき、風圧荷重をより軽減できる。
【００１８】
（セクタ構成方法）
次に、上記のアンテナレドーム装置を用いたセクタ構成方法について具体的に説明する。
図９には、上述したアンテナレドーム装置を複数組合せて、基地局アンテナとして適用した状態の概略が示されている。本例では、基地局を中心に、６０度ずつ６つのセクタゾーンを設けている。そして、６つのセクタゾーンそれぞれに対応して３つのアレイアンテナ素子が設けられている。１つのセクタゾーンに対応する３つのアレイアンテナ素子は、同じ断面形状のレドーム内にそれぞれ収容される。例えば、図中のセクタゾーンＳｅｃに対応してアレイアンテナ素子ＡＮＴ１〜ＡＮＴ３が設けられており、これらアレイアンテナ素子ＡＮＴ１〜ＡＮＴ３は同じ断面形状のレドーム内にそれぞれ収容されている。
【００１９】
一般に、セクタ構成に適用する基地局アンテナは、所望セクタ以外の範囲に電波を放射しないようにするため所望の電力半値幅を有する指向性アンテナが用いられる。さらに、図１０に示されているように、アンテナＡＮＴの背面は鉄塔やビル等の設置構造物が存在するため自由空間ではない。したがって、この設置構造物の方向からの風圧の影響を考慮する必要はない。
【００２０】
ここで、図６（ａ）に示されている扁平率０．８の楕円レドームを図９の６セクタ構成（到来範囲６０度）へ適用することを考えた場合、風圧を考慮する角度範囲が限定されることで、セクタ範囲を考慮して規格化投影長の減少する角度範囲を有効に利用すれば、結果としてアンテナの本数が一定ならば風圧荷重の軽減効果を高めることが可能となる。
この効果は図６（ｂ）に示されている楕円についても同様に得られる。その逆に、アンテナ設置構造物の強度が一定ならば、許容風圧荷重まで設置可能なアンテナ数を増加、すなわち最大アンテナ利得を増加することが可能となる。
【００２１】
このように、アンテナレドーム装置を複数組合せ、アンテナレドーム装置と移動通信サービスエリアのセクタとを一対一に対応付けることで、上述したアンテナレドーム装置を楕円化することの効果を有効に発揮できる。
なお、以上は、移動通信システムにおいて一般的な６セクタの場合の構成例をについて説明したが、任意のセクタ数や任意のアレイアンテナ素子数にも適用できることは勿論である。
さらに、上述したように、レドームの断面形状を楕円化することでアンテナ機械特性自体が風圧荷重軽減構造となっているため、上記のようにアンテナ背面に設置構造物の存在にかかわらず、すなわちアンテナ設置場所によらず風圧荷重軽減に有効である。
【産業上の利用可能性】
【００２２】
本発明は、移動通信システムの基地局に適用するアンテナに利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】アンテナレドーム装置の計算モデルを説明する図である。
【図２】図１のアレイアンテナ素子を真上から見た場合におけるレドームの断面形状を示す図である。
【図３】規格化投影長の定義を示す図である。
【図４】真円レドームに覆われたアンテナを複数本配列したアレイアンテナの風圧荷重の一例を示す図である。
【図５】楕円の扁平率と規格化投影面積との関係の一例を示す図である。
【図６】楕円による規格化投影長の比較を示す図である。
【図７】楕円の扁平率と規格化投影面積との関係の他の例を示す図である。
【図８】素子数と規格化投影面積の関係を示す図である。
【図９】アンテナレドーム装置を複数組合せて、基地局アンテナとして適用した状態の概略を示す図である。
【図１０】鉄塔にアンテナを設置した状態の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００２４】
１ａ〜１ｄ  アレイアンテナ素子
ＡＮＴ、ＡＮＴ１〜ＡＮＴ３  アンテナ
Ｓｅｃ  セクタゾーン
【図１】
2006025301.tif 000003
【図２】
2006025301.tif 000004
【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】
2006025301.tif 000009
【図８】
2006025301.tif 000010
【図９】
2006025301.tif 000011
【図１０】
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