(57)【要約】【課題】サイズが小さくてもダイバーシチ効果を得ることができるアンテナ装置を提供する。【解決手段】アンテナ装置が、第１方向に向けられた複数のアンテナ素子１１を一列に配置するアレーアンテナ１０と、第２方向に向けられた複数のアンテナ素子２１をアンテナ素子１１と一列になるようそれぞれ交互に配置するアレーアンテナ２０と、を備える。【選択図】図１
2011010081.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１方向に向けられた複数の第１アンテナ素子を一列に配置する第１アレーアンテナと、
第２方向に向けられた複数の第２アンテナ素子を前記第１アンテナ素子と一列になるようそれぞれ交互に配置する第２アレーアンテナと、
を備えることを特徴とするアンテナ装置。
【請求項２】
前記第１アレーアンテナと前記第２アレーアンテナとで区切られる領域に、電波の放射方向を調整する反射器
を備えることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
【請求項３】
前記第１方向と前記第２方向との成す角度が可変であることを特徴とする請求項１から請求項２のいずれか１つに記載のアンテナ装置。
【請求項４】
前記アンテナ素子は、Ｖ／Ｈ偏波共用素子又は±４５度偏波共用素子であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１つに記載のアンテナ装置。
【請求項５】
前記第１のアレーアンテナはＶ／Ｈ偏波共用素子を備え、前記第２のアレーアンテナは±４５度偏波共用素子を備えることを特徴とする請求項４に記載のアンテナ装置。
【請求項６】
前記第２アンテナ素子は前記第１アレーアンテナの切り欠き部分に合わせて配置され、前記第１アンテナ素子は前記第２アレーアンテナの切り欠き部分に合わせて配置されることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１つに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、ＭＩＭＯ伝送に係るアンテナ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
次世代の移動通信方式として注目されているＬＴＥ（Ｌｏｎｇ  Ｔｅｒｍ  Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）では、スループットを向上させるため、ＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｏｕｔｐｕｔ）伝送技術が採用されている。
【０００３】
図９は、ＭＩＭＯ伝送を行う従来のアンテナの構成を示す図である。図９（Ａ）に示す４ブランチのアレーアンテナは、複数の垂直偏波素子７１「Ｖ」をアレー状に備える。アレーアンテナ７０は、互いに５λ〜１０λ（λは、使用周波数での波長）離して配置される。このように配置されたアレーアンテナは、互いを離すことにより相関係数が低減されるため、空間ダイバーシチ効果を得ることができる。
【０００４】
また、図９（Ｂ）に示す２ブランチのアレーアンテナは、複数のＶ（垂直）／Ｈ（水平）偏波共用素子８１（または±４５度偏波共用素子）「Ｖ／Ｈ」をアレー状に備える。アレーアンテナ８０は、互いに５λ〜１０λ離して配置される。このように配置されたアレーアンテナは、空間ダイバーシチ効果及び偏波ダイバーシチ効果を得ることができる。しかし、これらのアンテナは互いに離して配置されるため、アレーアンテナのサイズは大きかった。
【０００５】
上記以外にも、２本のアンテナによって水平面内の異なる方向に指向性を持たせる、指向性ダイバーシチ（角度ダイバーシチ）と呼ばれるダイバーシチ効果がある。
【０００６】
図１０は、偏波ダイバーシチ効果及び指向性ダイバーシチ効果を得る従来のアレーアンテナの構成を示す図である。図１０に示すアレーアンテナは、２本のアンテナとしてアレーアンテナ１及び２を備える。また、アレーアンテナ１は主反射板８に偏波共用素子５をアレー状に備え、同様にアレーアンテナ２は主反射板９に偏波共用素子４をアレー状に備える。
【０００７】
従来のアレーアンテナは、図１０に示すように、アレーアンテナ１の水平面内放射方向６と、アレーアンテナ２の水平面内放射方向７とが水平面の異なる方向となるように２本のアンテナが配置されるため、レドーム（アンテナカバー）３が太いアンテナであった。
【０００８】
また、特許文献１に開示されたアレーアンテナは、ダイバーシチ効果を得るために、２本のアンテナをレドームに配置するため、レドームが太いアンテナであった（特許文献１参照）。また、特許文献２に開示されたアレーアンテナは、アンテナを互いに離して配置するため、サイズが大きいアンテナであった（特許文献２参照）。
【０００９】
また、特許文献３に開示されたアレーアンテナは、２本又は３本のアンテナが必要であるため、サイズが大きいアンテナであった（特許文献３参照）。また、特許文献４に開示されたセクタアンテナは、６セクタが１本にまとめられているためレドームが細いアンテナであるが、その代わりにアンテナが従来比で３倍程度長く、さらに垂直面内指向性のサイドローブ（不要輻射）が上昇してしまうアンテナであった（特許文献４参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特許第３２３９０４３号公報
【特許文献２】特開平９−２４６８６０号公報
【特許文献３】特開平８−３２３４７号公報
【特許文献４】特許第３４５６５０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
アンテナの設置場所等の条件を緩和するため、また設置コストを低減するため、アンテナはサイズが小さいことが望ましい。しかしながら、従来のアレーアンテナ及びセクタアンテナは、前述したようにサイズが大きく、これらの要求を充分には満たしていなかった。
【００１２】
本発明は、前記の諸点に鑑みてなされたものであり、サイズが小さくてもダイバーシチ効果を得ることが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】
【００１３】
本発明は、第１方向に向けられた複数の第１アンテナ素子を一列に配置する第１アレーアンテナと、第２方向に向けられた複数の第２アンテナ素子を前記第１アンテナ素子と一列になるようそれぞれ交互に配置する第２アレーアンテナと、を備えることを特徴とするアンテナ装置である。
【００１４】
また本発明は、前記第１アレーアンテナと前記第２アレーアンテナとで区切られる領域に、電波の放射方向を調整する反射器を備えることを特徴とするアンテナ装置である。
【００１５】
また本発明は、前記第１方向と前記第２方向との成す角度が可変であることを特徴とするアンテナ装置である。
【００１６】
また本発明は、前記アンテナ素子が、Ｖ／Ｈ偏波共用素子又は±４５度偏波共用素子であることを特徴とするアンテナ装置である。
【００１７】
また本発明は、前記第１のアレーアンテナがＶ／Ｈ偏波共用素子を備え、前記第２のアレーアンテナが±４５度偏波共用素子を備えることを特徴とするアンテナ装置である。
【００１８】
また本発明は、前記第２アンテナ素子が前記第１アレーアンテナの切り欠き部分に合わせて配置され、前記第１アンテナ素子が前記第２アレーアンテナの切り欠き部分に合わせて配置されることを特徴とするアンテナ装置である。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、アンテナ装置が、複数の第１アンテナ素子を一列に配置する第１アレーアンテナと、それぞれの第１アンテナ素子の間に第２アンテナ素子を配置する第２アレーアンテナを備える。これにより、アンテナ装置は、サイズが小さくてもダイバーシチ効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１の実施形態におけるアンテナ装置の構成を示す図である。
【図２】本発明の第１の実施形態におけるアンテナ装置の構成を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施形態におけるアンテナ装置が受信する電波のパスの例を示す図である。
【図４】本発明の第１の実施形態における反射器の有無による垂直偏波の水平面内指向性の例を示す図である。
【図５】本発明の第１の実施形態におけるアンテナ装置の設計パラメータ例を説明する図である。
【図６】本発明の第１の実施形態におけるアンテナ装置の設計パラメータ例を示す表である。
【図７】本発明の第２の実施形態におけるアンテナ装置の構成を示す図である。
【図８】本発明の第２の実施形態におけるアンテナ装置の構成を示す図である。
【図９】ＭＩＭＯ伝送を行う従来のアンテナ装置の構成を示す図である。
【図１０】偏波ダイバーシチ効果及び指向性ダイバーシチ効果を得る従来のアレーアンテナの構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
[第１の実施形態]
本発明の第１の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明の第１の実施形態におけるアンテナ装置の構成を示す図である。アンテナ装置（４ブランチＭＩＭＯアンテナ）は、アレーアンテナ１０と、アレーアンテナ２０と、反射器３０を備える。
【００２２】
アレーアンテナ１０は、主反射板１３に水平面内の同一方向に向けられた複数のアンテナ素子１１を垂直方向一列に配置して構成される。ここで、各アンテナ素子１１は、アレーアンテナ２０のアンテナ素子２１とは異なる水平面内方向に向けられ、各切り欠き部分２２の高さに合わせてアレーアンテナ１０に配置される。またアレーアンテナ１０は、主反射板１３のアンテナ素子１１の無い領域に設けられた複数の切り欠き部分１２によって、櫛歯形状をしている。
【００２３】
アレーアンテナ２０は、主反射板２３の水平面内の同一方向に向けられた複数のアンテナ素子２１を垂直方向に一列に配置して構成される。ここで、各アンテナ素子２１は、アレーアンテナ１０のアンテナ素子１１とは異なる水平面内方向に向けられ、各切り欠き部分１２の高さに合わせてアレーアンテナ２０に配置される。またアレーアンテナ２０は、主反射板１３の切り欠き部分１２とは互い違いの高さに設けられた主反射板２３の切り欠き部分２２によって、櫛歯形状をしている。
【００２４】
アンテナ素子１１及び２１は、Ｖ（垂直）／Ｈ（水平）偏波共用素子又は±４５度偏波共用素子のいずれでもよく、混在していてもよい。例えば、アンテナ素子１１はＶ／Ｈ偏波共用素子、アンテナ素子２１は±４５度偏波共用素子であってもよく、またその逆であってもよい。
【００２５】
反射器３０は、例えば円柱形状であり、レドーム４０内に立てて配置される。反射器３０は、送受信する電波を反射することで、水平面内の放射方向を調整する。なお、反射器３０は、円柱形状に限らなくてもよい。水平面内指向性に対する反射器３０の効果例については、図４に後述する。
【００２６】
アンテナ装置は、図１の右図に示すように、主反射板１３及び主反射板２３の切り欠き部分が互いに組み合わされることにより、アンテナ素子１１及び２１が一列となるようそれぞれ交互に配置され、レドーム（アンテナカバー）４０が細いアンテナとなる。図２は、本発明の第１の実施形態におけるアンテナ装置の構成を示す図である。図２には、アンテナ装置の正面図、右側面図、左側面図、及び上面図が示されている。ここで、アレーアンテナ１０及び２０が水平面内に成す角度は、９０度に限らなくてもよい。なお、アンテナ装置は可変機構（不図示）を備えることで、アレーアンテナ１０及び２０の成す角度を可変できるようにしてもよい。
【００２７】
図３は、本発明の第１の実施形態におけるアンテナ装置が受信する電波のパスの例を示す図である。ここで、端末局１００から直接届く電波のパス（伝送路）３００と、反射体２００（例えば、ビル壁面など）に反射されて届く電波のパス４００があるものとする。このような場合、パス３００と４００の独立性は高くなるが、アレーアンテナ１０とアレーアンテナ２０の分離度が低い（レベル差が低い）ため、アンテナ装置は高い指向性ダイバーシチ効果を得ることができない。
【００２８】
図４は、本発明の第１の実施形態における反射器の有無による垂直偏波の水平面内指向性の例を示す図である。反射器３０が配置されない場合（左図）と、アンテナ素子１１及び２１が水平面内に成す角度（６０度）を二等分する位置に反射器３０が配置された場合（右図）との垂直偏波の水平面内指向性を比較する。ここで、横軸は水平面内の角度（アジマス）を示し、縦軸は利得（レベル）を示す。
【００２９】
反射器３０が配置されない場合（左図）、アレーアンテナ１０及び２０のレベル差は小さくなる。これは、指向性のオーバーラップが多く、独立したパスを互いに分離することができないためである。この場合、アンテナ装置は高い指向性ダイバーシチ効果を得ることができない。一方、反射器３０が配置された場合（右図）、アレーアンテナ１０及び２０のレベル差は大きくなる。これは、反射器３０が電波を反射することで、指向性のオーバーラップが少なく、独立したパスを互いに分離することができるためである。この場合、アンテナ装置は、異なるパスの電波（信号）を分離することが容易となるので、高い指向性ダイバーシチ効果を得ることができる。
【００３０】
なお、水平偏波の水平面内指向性については、アンテナ素子にダイポールアンテナを用いれば、反射器を設けなくてもダイポールアンテナの８の字指向性によって、高い指向性ダイバーシチ効果を得ることができる。
【００３１】
次に、アンテナ装置の設計パラメータ例を示す。図５は、本発明の第１の実施形態におけるアンテナ装置の設計パラメータ例を説明する図である。図５は、アンテナ装置を上から垂直に見下ろすように描かれている。主反射板５１０は、長さ「Ｒｅｆ＿Ｗ」の反射板であり、電波を反射する。ここで、主反射板５１０の中心を原点として、主反射板５１０の長手方向にＹ軸、幅方向にＸ軸を設ける。なお、主反射板５２０は、主反射板５１０と原点で交差するように配置されてもよい。
【００３２】
ダイポールアンテナ５１２は、垂直偏波ダイポール（アンテナ素子）であり、図１のアンテナ素子１１及び２１に対応する。ダイポールアンテナ５１２は、Ｘ軸に対して対称に配置され、主反射板５１０からＸ軸方向に「Ｖ＿ｄｉｐｏｌｅ＿Ｘ」だけ離れ、互いにＹ軸方向に「Ｖ＿ｄｉｐｏｌｅ＿Ｙ」だけ離れた位置に配置されるものとする。
【００３３】
反射器５３０は、直径「Ｗｉｒｅ１＿Ｄ」の円柱であり、電波を反射する。反射器５３０は、原点からＸ軸方向に距離「Ｗｉｒｅ１＿Ｘ」、Ｙ軸方向に距離「Ｗｉｒｅ１＿Ｙ」だけ離れた位置に配置されるものとする。
【００３４】
図６は、本発明の第１の実施形態におけるアンテナ装置の設計パラメータ例を示す表である。「Ｒｅｆ＿Ｗ＝０．３６λ」、「Ｖ＿ｄｉｐｏｌｅ＿Ｘ＝０．１７λ」、「Ｖ＿ｄｉｐｏｌｅ＿Ｙ＝０．２９λ」とした場合の、反射器の設計パラメータ（位置及び直径）例を表に示す。ここで「λ」は中心周波数の波長である。なお、図６に示した設計パラメータは一例であって、これらの値に限られなくてもよい。上記はアンテナ素子としてダイポールアンテナを例として述べたものであるが、パッチアンテナ素子を用いても同様である。
【００３５】
以上のようにすれば、アンテナ装置は、サイズが小さくてもダイバーシチ効果を得ることができるので、アンテナの設置場所等の条件が緩和され、またその設置コストが低減される。
【００３６】
[第２の実施形態]
本発明の第２の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。図７及び図８は、本発明の第２の実施形態におけるアンテナ装置の構成を示す図である。アンテナ装置（４ブランチＭＩＭＯアンテナ）は、アレーアンテナ５０と、アレーアンテナ６０と、反射器３０を備える。以下、第１の実施形態のアンテナ装置との相違点についてのみ説明する。
【００３７】
アレーアンテナ５０及び６０は、それぞれ第１の実施形態のアレーアンテナ１０及び２０に対応する。第２の実施形態のアンテナ装置は、主反射板５３及び６３に切り欠き部分が無いことのみが、第１の実施形態と異なる。主反射板５３及び６３に切り欠き部分が無いため、第２の実施形態のアンテナ装置は、垂直面内指向性への影響を第１の実施形態よりも小さくすることができる。
【００３８】
以上のようにすれば、アンテナ装置は、サイズが小さくてもダイバーシチ効果を得ることができる。これにより、アンテナの設置場所等の条件が緩和され、またその設置コストが低減される。
【００３９】
以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、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。
【００４０】
また、本発明に記載の第１アンテナ素子は、アンテナ素子１１と、アンテナ素子２１と、ダイポールアンテナ５１２に対応し、第１アレーアンテナは、アレーアンテナ１０と、アレーアンテナ５０と、アレーアンテナ２０と、アレーアンテナ６０と、主反射板１３と、主反射板２３と、主反射板５３と、主反射板６３と、主反射板５１０と、主反射板５２０とに対応し、第２アンテナ素子は、アンテナ素子２１と、アンテナ素子１１と、ダイポールアンテナ５１２に対応し、第２アレーアンテナは、アレーアンテナ２０と、アレーアンテナ６０と、アレーアンテナ１０と、アレーアンテナ５０と、主反射板１３と、主反射板２３と、主反射板５３と、主反射板６３と、主反射板５２０と、主反射板５１０に対応し、反射器は、反射器３０と、反射器５３０に対応する。
【符号の説明】
【００４１】
１…アレーアンテナ  ２…アレーアンテナ  ３…レドーム  ４…アンテナ素子  ５…アンテナ素子  ６…アレーアンテナ１の水平面内放射方向  ７…アレーアンテナ２の水平面内放射方向  ８…主反射板  ９…主反射板  １０…アレーアンテナ  １１…アンテナ素子  １２…切り欠き部分  １３…主反射板  ２０…アレーアンテナ  ２１…アンテナ素子  ２２…切り欠き部分  ２３…主反射板  ３０…反射器  ４０…レドーム  ５０…アレーアンテナ  ５３…主反射板  ６３…主反射板  ６０…アレーアンテナ  １００…端末局  ２００…反射体  ３００…パス  ４００…パス  ５１０…主反射板  ５１２…ダイポールアンテナ  ５２０…主反射板  ５３０…反射器
【図１】
2011010081.tif 000003
【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】
2011010081.tif 000009
【図８】
2011010081.tif 000010
【図９】
2011010081.tif 000011
【図１０】
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