(57)【要約】【課題】受風面積を小さくでき、かつ、ビーム幅を制御することのできる多素子アレイアンテナを実現する。【解決手段】アンテナ素子１ａ、２ａと、これらアンテナ素子それぞれに対応して反射器２ａ、２ｂとを設け、対応するアンテナ素子から放射されるビームを反射器で反射する。アンテナ素子１ａ、２ａによる出力信号を合成器３で合成する。アンテナ素子１ａ、２ａのビーム幅を例えば１２０度、素子間隔を０．３波長から０．７波長までのいずれかの値にする。また、反射器２ａ、２ｂは、角度方向の大きさを１８０度から２４０度までのいずれかの値とする。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１及び第２のアンテナ素子と、前記第１及び第２のアンテナ素子それぞれに対応して設けられ対応するアンテナ素子から放射されるビームを反射するための第１及び第２の反射器と、前記第１及び第２のアンテナ素子による出力信号を合成する合成器とを含み、素子間隔を０．３波長から０．７波長までのいずれかの値にしたことを特徴とする多素子アレイアンテナ。
【請求項２】
前記第１及び第２のアンテナ素子のビーム幅が１２０度であり、前記第１及び第２の反射器は、角度方向の大きさが１８０度から２４０度までのいずれかの値であることを特徴とする請求項１記載の多素子アレイアンテナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は多素子アレイアンテナに関し、特に移動通信用基地局アンテナとして利用される多素子アレイアンテナに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般にアンテナは、ビーム幅が細くなればなるほど開口面が大きくなり、その結果、反射器も大きくなっていた。例えば、使用周波数が２[ＧＨｚ]で、ダイポールアンテナを用いた６０度ビームアンテナを実現するためには、図５に示されている構成を採用する。図５には、２つのダイポールアンテナ素子１ａ及び１ｂと、反射器２とを含むアレイアンテナが示されている。反射器２のＸ方向の幅は１５０[ｍｍ]、ダイポールアンテナ素子１ａとダイポールアンテナ素子１ｂとの間隔は１００[ｍｍ]、ダイポールアンテナ素子１ａ及び１ｂと反射器２との距離は３７．５[ｍｍ]、である。
【０００３】
同図に示されているように、１つの反射器に同振幅・同位相のダイポールアンテナを２素子設け、２つのアンテナ素子の指向性を合成器３で合成することで６０度ビームアンテナを実現していた。
ＩＭＴ（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｍｏｂｉｌｅ  Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ）−２０００では、加入者容量を増加させるために、セクタ分割角より狭いビーム幅のアンテナが良いと言われている。しかし、ビーム幅を狭くさせるためにはアンテナの開口面を大きくしなければならない。アンテナの開口面を大きくするためには、反射器の面積を大きくすることと等価になるため、受風面積の増大につながっていた。
【０００４】
また、アンテナ装置を設置する場所であるビルなど建築物には荷重の制限があり、装置自体の重さは制限以内でも、受風面積（アンテナの大きさ）に比例して風圧がかかり、重くなる。このため、受風面積の大きなアンテナは建築物に設置できない場合がある。
ところで、特許文献１には、風圧荷重を小さくした構造を有するアレイアンテナが記載されている。同文献では、受風面積を小さくするため、アレイアンテナそれぞれに、断面が樋形状すなわち半円筒形の反射器を設けている。
【特許文献１】特開２００２−２６６４１号公報（段落[００１３]）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１に記載されているアレイアンテナを採用すれば、受風面積を小さくできるが、反射器を複数に分割しただけでは、ビーム幅を制御することはできないという問題がある。
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、その目的は受風面積を小さくでき、かつ、ビーム幅を制御することのできる多素子アレイアンテナを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の請求項１による多素子アレイアンテナは、第１及び第２のアンテナ素子と、前記第１及び第２のアンテナ素子それぞれに対応して設けられ対応するアンテナ素子から放射されるビームを反射するための第１及び第２の反射器と、前記第１及び第２のアンテナ素子による出力信号を合成する合成器とを含み、素子間隔を０．３波長から０．７波長までのいずれかの値にしたことを特徴とする。この構成によれば、水平指向性のビーム幅を４０度から７０度まで変化させることができる。
本発明の請求項２による多素子アレイアンテナは、請求項１において、前記第１及び第２のアンテナ素子のビーム幅が１２０度であり、前記第１及び第２の反射器は、角度方向の大きさが１８０度から２４０度までのいずれかの値であることを特徴とする。このようにすれば、良好な特性が得られる。
【発明の効果】
【０００７】
以上説明したように本発明は、アンテナ素子それぞれに対応してビームを反射するための反射器を設け、アンテナ素子のビーム幅を例えば１２０度とし、素子間隔を０．５波長から０．７波長までのいずれかの値にすることで、受風面積を低減させ、設置スペースの少ない場所や風圧荷重が問題となるところでも、狭ビームのアンテナを実現することができる。従って、本発明によれば、受風面積を小さくでき、かつ、ビーム幅を制御できるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
アレイアンテナのビーム幅は、素子間隔によりほぼ決まる。本発明では、受風面積の問題を解決するため、ダイポールアンテナそれぞれに半円筒形、又は、それに近い多角形の反射器を設ける。このように反射器を付けた細いアンテナを用いることで、開口面を広げた状況で受風面積が少ないアンテナを採用する。
このアンテナは、素子間隔を自由に広げられ、同じ受風面積でもビーム幅を自由に変えることができる。さらに、反射器の角度方向の大きさを１８０度〜２４０度にすることでＦＢ比を最小限に低減することができる。なお、ＦＢ比とは、一般に、フロント方向のメインローブを基準値０ｄＢとし、どれくらいのバックローブがあるのかを示す値である。
【０００９】
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。
本実施形態による２素子アレイアンテナが図１に示されている。同図に示されている２素子アレイアンテナの構成は、使用周波数が２[ＧＨｚ]（波長は１５０[ｍｍ]）であり、ダイポールアンテナ素子１ａに反射器２ａ、ダイポールアンテナ素子１ｂに反射器２ｂ、がそれぞれ設けられている。ダイポールアンテナ素子１ａ、１ｂによる出力信号は合成器３によって合成される。
【００１０】
本実施形態では、反射器２ａ、２ｂは共に半円筒形である。反射器２ａ、２ｂの幅（直径）は、それぞれ４０[ｍｍ]である。半円筒形ではなく、それに近い多角形の反射器を用いても良い。なお、ダイポールアンテナ素子１ａ及び１ｂの給電点は、それぞれ対応する反射器の中点に配置されている。
図１中の反射器２ａ、２ｂを矢印Ｗ方向から見た様子が図２に示されている。同図を参照すると、ダイポールアンテナ素子１ａは反射器２ａの焦点位置に設けられている。ダイポールアンテナ素子１ｂも同様に反射器２ｂの焦点位置に設けられている。ダイポールアンテナ素子１ａとダイポールアンテナ素子１ｂとの素子間隔はＤである。なお、本明細書では、反射器２ａ、２ｂの角度方向の大きさを、φと表現する。
【００１１】
図３にアレイアンテナのアンテナ素子間隔Ｄを変えたときのビーム幅（ＨＰＢＷ；Ｈａｌｆ  Ｐｏｗｅｒ  Ｂａｎｄ  Ｗｉｄｔｈ）の計算結果が、図４に反射器の角度方向の大きさφを変えて計算したときのビーム幅及びＦＢ比（Ｆｒｏｎｔ／Ｂａｃｋ）の結果が、それぞれ示されている。このとき、ＦＢ比は主ビーム方向から１５０度〜２１０度までの最悪値をとった（ＳＬＬ；Ｓｉｄｅ  Ｌｏｂｅ  Ｌｅｖｅｌ）。
【００１２】
なお、図４においては、アンテナ素子の間隔Ｄが８０[ｍｍ]の場合が白丸、アンテナ素子間隔Ｄが１００[ｍｍ]の場合が黒丸、でそれぞれ示されている。
以上の結果から、アンテナ素子の間隔Ｄを約０.３波長〜０.７波長まで変えることで、４０度〜７０度までビーム幅を変えられることがわかる。さらに、反射器の角度方向の大きさを２００度〜２４０度にすることでＦＢ比が最小になる値があることがわかる。
【００１３】
アンテナ素子の間隔については、手動作業によって変更しても良いし、モータ駆動などにより自動的に変更するようにしても良い。
ここで、ビーム幅が６０度のときの受風面積は、図５に示されている平面反射器を用いたアレイアンテナの場合に１５０[ｍｍ]×反射器の高さ（図１中のＺ方向の長さ）である。これに対し、図１に示されている半円筒形反射器付のアレイアンテナでは８０[ｍｍ]×反射器の高さ（図５中のＺ方向の長さ）、が受風面積となる。
なお、ダイポールアンテナ素子１ａ、１ｂ及び反射器２ａ、２ｂを図示せぬレドームで覆えば、風圧荷重をより低減できる。
【００１４】
（まとめ）
以上のことから、多素子アレイアンテナを用いることで、従来よりも少ない受風面積で狭ビーム化が可能であり、さらに、半円筒反射器に近い構造を用いることで、ＦＢ比が最小となる最適構造があることがわかった。よって、本発明による多素子アンテナを用いれば、受風面積を減らすことができ、かつ、所望の特性を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００１５】
本発明による多素子アレイアンテナは、移動通信用基地局アンテナとして利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施の形態による多素子アレイアンテナの構成図である。
【図２】図１の多素子アレイアンテナを同図中の矢印Ｗ方向から見た図である。
【図３】図１中のアンテナ素子間隔の変化によるビーム幅の変化を示す図である。
【図４】図１中の反射器の角度方向の大きさの変化によるビーム幅及びＦＢ比の変化を示す図である。
【図５】一般的な多素子アレイアンテナの構成図である。
【符号の説明】
【００１７】
１ａ、１ｂ  ダイポールアンテナ素子
２、２ａ、２ｂ  反射器
３  合成器
【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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