(57)【要約】【課題】  従来と比べて低コストで水平面の指向性を制御できるアンテナ装置を提供することを目的とする。【解決手段】  アンテナ素子と、アンテナ素子が配置された位置を中心とする所定の半径の円周上に複数の無給電素子とが平面上に配置されたアンテナ部と、アンテナ部の上部および下部のいずれか一方に配置され、複数の無給電素子の各々の長さを調整する第１調整部と、アンテナ部の指向性に応じて第１調整部を設定する設定部とを備える。【選択図】    図１
2019197987.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アンテナ素子と、前記アンテナ素子が配置された位置を中心とする所定の半径の円周上に複数の無給電素子とが平面上に配置されたアンテナ部と、
前記アンテナ部の上部および下部のいずれか一方に配置され、前記複数の無給電素子の各々の長さを調整する第１調整部と、
前記アンテナ部の指向性に応じて前記第１調整部を設定する設定部と
を備えることを特徴とするアンテナ装置。
【請求項２】
請求項１に記載のアンテナ装置において、
複数の前記第１調整部をさらに備え、
前記設定部は、複数の前記第１調整部のうち、前記アンテナ部の指向性に応じた１つの第１調整部を選択し、選択した前記第１調整部を設定する
ことを特徴とするアンテナ装置。
【請求項３】
請求項１に記載のアンテナ装置において、
前記設定部は、前記アンテナ部の指向性に応じて、前記アンテナ素子が配置された位置を中心に前記第１調整部を回転させて設定することを特徴とするアンテナ装置。
【請求項４】
請求項３に記載のアンテナ装置において、
前記第１調整部と対向して前記アンテナ部に配置され、前記第１調整部とともに前記複数の無給電素子の各々の長さを調整する複数の第２調整部と、
複数の前記第１調整部とをさらに備え、
前記設定部は、複数の前記第１調整部および前記複数の第２調整部のうち、前記アンテナ部の指向性に応じた第１調整部および第２調整部の１組を選択し、選択した前記第１調整部および前記第２調整部を回転させて設定する
ことを特徴とするアンテナ装置。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のアンテナ装置において、
前記アンテナ素子を介して複数の通信端末の各々からの電磁波の信号を受信する受信部と、
受信した前記複数の通信端末の各々の前記信号の受信電力を測定する測定部と、
前記アンテナ部の指向性を複数の第１指向性の各々に順次に設定し、設定された前記複数の第１指向性の各々において前記測定部により測定された前記受信電力に基づいて、前記複数の第１指向性のうち前記アンテナ部に設定する前記第１指向性を決定し、決定した前記第１指向性となるように前記設定部を制御する制御部とをさらに備える
ことを特徴とするアンテナ装置。
【請求項６】
請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のアンテナ装置において、
前記アンテナ素子を介して複数の通信端末の各々からの電磁波の信号を受信する受信部と、
受信した前記複数の通信端末の各々の前記信号の受信電力を測定する測定部と、
前記アンテナ部の指向性を複数の第１指向性の各々に順次に設定し、設定された前記複数の第１指向性の各々において前記測定部により測定された前記受信電力と、前記複数の通信端末の各々の前記信号に含まれる前記通信端末が位置するセルを示すセル識別子とに基づいて、前記複数の第１指向性のうち前記アンテナ部に設定する前記第１指向性を決定し、決定した前記第１指向性となるように前記設定部を制御する制御部とをさらに備える
ことを特徴とするアンテナ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アンテナ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
５ＧＨｚ帯の電磁波を用いた高速無線アクセスシステムには、ＩＥＥＥ８０２．ａの規格に基づくものがある。ＩＥＥＥ８０２．ａの規格に基づく高速無線アクセスシステムは、直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ：Orthogonal Frequency Division Multiplexing）変調方式を用いることにより、マルチパスフェージング環境での特性を安定化させて、最大５４Ｍｂｉｔ／ｓのスループットを実現している。
【０００３】
また、ＩＥＥＥ８０２．１１ｎの規格に基づく高速無線アクセスシステムでは、複数のアンテナを用いて同一の無線チャネルで空間分割多重を行うＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）や、２０ＭＨｚの周波数チャネルを２つ同時に利用して４０ＭＨｚの周波数チャネルを利用するチャネルボンディング技術を用いて、最大６００Ｍｂｉｔｓ／ｓの伝送速度を実現している。
【０００４】
また、ＩＥＥＥ８０２．１１ａｃの規格に基づく高速無線アクセスシステムでは、２０ＭＨｚの周波数チャネル４つを同時に利用して８０ＭＨｚの周波数チャネルとして利用するチャネルボンディング技術や、マルチユーザＭＩＭＯを利用して同一の無線チャネルで、複数の無線局に対して同時に伝送を行う空間分割多元接続（ＳＤＭＡ：Spatial Division Multiple Access）の伝送技術を用いて、ＩＥＥＥ８０２．１１ｎの規格より高速かつ高効率な無線通信を実現している。
【０００５】
さらに、高速無線アクセスシステムの伝送特性を高めるために、システムで用いられるアンテナの指向性を切り替えることが検討されている。例えば、ダイポールアンテナと複数の無給電素子を有するアンテナ装置を基地局に配置し、無給電素子を制御することでアンテナ装置の指向性を切り替える技術が提案されている（非特許文献１参照）。そして、基地局と無線通信するスマートフォンやタブレット型端末等の携帯通信端末の通信環境に応じてアンテナ装置の指向性を切り替えることにより、携帯通信端末における受信電力を高めることができる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】J. Cheng, M. Hashiguchi, K. Iigusa, T. Ohira,“Electronically steerable parasitic array radiator antenna for omni- and sector pattern forming applications to wireless ad hoc networks,”IEEE Proceedings Microwaves, antennas and propagation, vol.150, no.4, Aug. 2003.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
近年、基地局は、高い通信品質を提供するために、高い密度で設置されている。このような通信環境では、基地局と無線通信する携帯通信端末によっては、オムニ特性である無指向性が適する場合と、セクタ特性を代表とする有指向性（水平面および垂直面）が適する場合とがある。しかしながら、従来技術では、通信環境に応じて、電子制御により水平面の指向性をオムニ特性とセクタ特性とに切り替えるため、電子制御を行うための無給電素子のコストや電力がかかるという問題がある。
【０００８】
本発明は、従来と比べて低コストで水平面の指向性を制御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】
【０００９】
第１の発明は、アンテナ素子と、アンテナ素子が配置された位置を中心とする所定の半径の円周上に複数の無給電素子とが平面上に配置されたアンテナ部と、アンテナ部の上部および下部のいずれか一方に配置され、複数の無給電素子の各々の長さを調整する第１調整部と、アンテナ部の指向性に応じて第１調整部を設定する設定部とを備えることを特徴とする。
【００１０】
第２の発明は、第１の発明において、複数の第１調整部をさらに備え、設定部は、複数の第１調整部のうち、アンテナ部の指向性に応じた１つの第１調整部を選択し、選択した第１調整部を設定することを特徴とする。
【００１１】
第３の発明は、第１の発明において、設定部は、アンテナ部の指向性に応じて、アンテナ素子が配置された位置を中心に第１調整部を回転させて設定することを特徴とする。
【００１２】
第４の発明は、第３の発明において、第１調整部と対向してアンテナ部に配置され、第１調整部とともに複数の無給電素子の各々の長さを調整する複数の第２調整部と、複数の第１調整部とをさらに備え、設定部は、複数の第１調整部および複数の第２調整部のうち、アンテナ部の指向性に応じた第１調整部および第２調整部の１組を選択し、選択した第１調整部および第２調整部を回転させて設定することを特徴とする。
【００１３】
第５の発明は、第１の発明ないし第４の発明のいずれかにおいて、アンテナ素子を介して複数の通信端末の各々からの電磁波の信号を受信する受信部と、受信した複数の通信端末の各々の信号の受信電力を測定する測定部と、アンテナ部の指向性を複数の第１指向性の各々に順次に設定し、設定された複数の第１指向性の各々において測定部により測定された受信電力に基づいて、複数の第１指向性のうちアンテナ部に設定する第１指向性を決定し、決定した第１指向性となるように設定部を制御する制御部とをさらに備えることを特徴とする。
【００１４】
第６の発明は、第１の発明ないし第４の発明のいずれかにおいて、アンテナ素子を介して複数の通信端末の各々からの電磁波の信号を受信する受信部と、受信した複数の通信端末の各々の信号の受信電力を測定する測定部と、アンテナ部の指向性を複数の第１指向性の各々に順次に設定し、設定された複数の第１指向性の各々において測定部により測定された受信電力と、複数の通信端末の各々の信号に含まれる通信端末が位置するセルを示すセル識別子とに基づいて、複数の第１指向性のうちアンテナ部に設定する第１指向性を決定し、決定した第１指向性となるように設定部を制御する制御部とをさらに備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明は、従来と比べて低コストで水平面の指向性を制御できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】アンテナ装置の一実施形態を示す図である。
【図２】図１に示したアンテナ装置が有する複数の調整部の一例を示す図である。
【図３】図１に示したアンテナ装置の指向性の一例を示す図である。
【図４】図１に示したアンテナ装置の指向性の別例を示す図である。
【図５】アンテナ装置の別の実施形態を示す図である。
【図６】図５に示したアンテナ装置が有する調整部の一例を示す図である。
【図７】図５に示したアンテナ装置の指向性の一例を示す図である。
【図８】アンテナ装置の別の実施形態を示す図である。
【図９】図８に示した制御装置の一例を示す図である。
【図１０】図９に示した測定テーブルの一例を示す図である。
【図１１】図８に示したアンテナ装置における指向性の設定処理の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面を用いて実施形態について説明する。
【００１８】
図１は、アンテナ装置の一実施形態を示す。
【００１９】
図１に示したアンテナ装置１００は、例えば、基地局に配置され、スマートフォンやタブレット型端末等の携帯通信端末から送信された電磁波を受信するとともに、データを含む信号の電磁波を携帯通信端末に送信する。アンテナ装置１００は、アンテナ素子１０、４つの無給電素子２０（２０（１）−２０（４））、調整部３０、設定部４０および結合部５０を有する。
【００２０】
アンテナ素子１０は、例えば、スリーブアンテナであり、Ｚ軸方向に２分の１波長の素子長を有する。そして、アンテナ素子１０は、水平面のＸＹ平面に対して垂直のＺ軸方向に延在するように配置される。アンテナ素子１０は、結合部５０を介して、基地局からのデータを含む信号を携帯通信端末に電磁波で送信する。また、アンテナ素子１０は、携帯通信端末から送信された電磁波を受信し、結合部５０を介して受信した電磁波の信号を基地局に出力する。なお、アンテナ素子１０は、ダイポールアンテナ等でもよい。
【００２１】
無給電素子２０は、円柱状の銅等の金属部材であり、アンテナ素子１０が配置された位置を中心に、フレームＦＲ１を用いて半径Ｒの円周上に等間隔でＸＹ平面から浮かせて配置される。すなわち、無給電素子２０（１）−２０（４）の各々の位置は、アンテナ素子１０の位置をＸＹ平面の原点とする場合、（Ｒ，０）、（０，Ｒ）、（−Ｒ，０）および（０，−Ｒ）である。なお、半径Ｒは、アンテナ素子１０との相互結合の影響を低減可能な自由空間波長で８分の１波長以上の距離に設定される。また、４つ以外の複数の無給電素子２０が配置されてもよい。アンテナ素子１０と無給電素子２０とは、アンテナ部として動作する。
【００２２】
調整部３０は、図１に示した４つの無給電素子２０のうち、アンテナ素子１０の反射器として動作させる無給電素子２０の素子長を調整する金属部材３１と、金属部材３１が配置されるフレームＦＲ２とを有し、無給電素子２０の下部に配置される。図１では、例えば、無給電素子２０（２）−２０（４）を反射器として動作させるために、無給電素子２０（２）−２０（４）の各々の位置に、金属部材３１がフレームＦＲ２に配置される。そして、無給電素子２０（１）は、アンテナ素子１０の導波器として動作する。なお、調整部３０は、アンテナ素子１０の上部に配置されてもよい。
【００２３】
また、導波器として動作する場合の無給電素子２０の素子長は、自由空間波長において０．４波長に調整される。例えば、電磁波の周波数が５ＧＨｚの場合、０．４波長は約２４ｍｍである。また、反射器として動作する場合、無給電素子２０と金属部材３１とを合わせた素子長が自由空間波長において０．５８波長となるように、金属部材３１の長さは、０．１８波長に調整される。電磁波の周波数が５ＧＨｚの場合、０．５８波長は約３２ｍｍであり、０．１８波長は約８ｍｍである。なお、無給電素子２０および金属部材３１の長さは、基地局が配置される通信環境や基地局に設置される箇所等に応じて適宜決定されることが好ましい。
【００２４】
また、アンテナ装置１００は、アンテナ装置１００の指向性に応じて、反射器として動作させる無給電素子２０の位置に金属部材３１をフレームＦＲ２に配置した複数の調整部３０を有する。複数の調整部３０については、図２で説明する。
【００２５】
設定部４０は、モータ等を含む駆動装置であり、基地局に含まれるコンピュータ装置等の制御指示に基づいて、アンテナ装置１００の指向性に応じて調整部３０を設定する。例えば、複数の調整部３０がターンテーブル等に配置される場合、設定部４０は、基地局のコンピュータ装置の制御指示に基づいて、アンテナ装置１００の指向性に応じた１つの調整部３０を選択し、選択した調整部３０を無給電素子２０の下部に設定する。
【００２６】
結合部５０は、アンテナコネクタ等であり、アンテナ装置１００と基地局とを同軸ケーブル等で接続する。そして、結合部５０は、アンテナ装置１００が受信した電磁波の信号を基地局に出力するとともに、基地局からのデータを含む信号をアンテナ装置１００に出力する。
【００２７】
図２は、図１に示したアンテナ装置１００が有する複数の調整部３０の一例を示す。図２では、４つの調整部３０（１）−３０（４）を示す。図２（ａ）に示した調整部３０（１）は、図１と同様に、無給電素子２０（２）−２０（４）の各々の位置に、金属部材３１をフレームＦＲ２に配置し、無給電素子２０（２）−２０（４）を反射器として動作させる。図２（ｂ）に示した調整部３０（２）は、無給電素子２０（１）、２０（３）、２０（４）の各々の位置に、金属部材３１をフレームＦＲ２に配置し、無給電素子２０（１）、２０（３）、２０（４）を反射器として動作させる。図２（ｃ）に示した調整部３０（３）は、無給電素子２０（１）、２０（２）、２０（４）の各々の位置に、金属部材３１がフレームＦＲ２に配置し、無給電素子２０（１）、２０（２）、２０（４）を反射器として動作させる。図２（ｄ）に示した調整部３０（４）は、無給電素子２０（１）−２０（３）の各々の位置に、金属部材３１をフレームＦＲ２に配置し、無給電素子２０（１）−２０（３）を反射器として動作させる。
【００２８】
なお、図２では、４つの調整部３０（１）−３０（４）を示したが、アンテナ装置１００は、１つの無給電素子２０を反射器として動作させる場合や、２つの無給電素子２０を反射器として動作させる場合等の複数の調整部３０を有することが好ましい。そして、複数の調整部３０は、例えば、ターンテーブル等に配置され、設定部４０は、アンテナ装置１００の指向性に応じた１つの調整部３０を選択し、選択した調整部３０を無給電素子２０の下部に設定する。これにより、アンテナ装置１００は、水平面の指向性を制御できる。
【００２９】
図３は、図１に示したアンテナ装置１００の指向性の一例を示す。図３は、無給電素子２０の下方に調整部３０を配置せず、すなわち全ての無給電素子２０が導波器として動作することで、アンテナ装置１００の水平面の指向性がオムニ特性となる場合のシミュレーションの結果を示す。なお、図３のシミュレーションでは、電磁波の周波数は、５ＧＨｚとする。
【００３０】
図３（ａ）は、垂直面（ＸＺ平面）における指向性を破線で示す。図３（ｂ）は、水平面（ＸＹ平面）における指向性を破線で示す。図３（ａ）に示すように、アンテナ装置１００の垂直面の指向性は、スリーブアンテナ、すなわち半波長ダイポールアンテナと同様のビームパターンを示す。一方、図３（ｂ）に示すように、アンテナ装置１００の垂直面の指向性は、無指向性、すなわちオムニ特性を示す。
【００３１】
図４は、図１に示したアンテナ装置１００の指向性の別例を示す。図４では、図２（ａ）に示した調整部３０（１）が設定され、無給電素子２０（１）が導波器として動作し、無給電素子２０（２）−２０（４）が反射器として動作することで、アンテナ装置１００の水平面の指向性が正のＸ軸方向に向いたセクタ特性となる場合のシミュレーションの結果を示す。図４のシミュレーションでは、電磁波の周波数は、５ＧＨｚとする。
【００３２】
図４（ａ）は、垂直面における指向性を破線で示し、図４（ｂ）は、水平面における指向性を破線で示す。図４（ａ）に示すように、アンテナ装置１００は、正のＸ軸方向に最大の利得を示すビームパターンを垂直面の指向性として有する。一方、図４（ｂ）に示すように、アンテナ装置１００は、正のＸ軸方向に最大の利得を示すビームパターンのセクタ特性を水平面の指向性として有する。
【００３３】
以上、図１から図４に示した実施形態では、アンテナ装置１００は、アンテナ装置１００の指向性に応じて無給電素子２０の素子長を複数の調整部３０を用いて調整することにより、水平面の指向性をオムニ特性またはセクタ特性に制御できる。そして、アンテナ装置１００は、無給電素子２０の素子長を調整するために設定部４０が動作する場合を除き、電子制御による電力供給を必要としない。このため、アンテナ装置１００は、従来と比べて低コストで水平面の指向性を制御できる。
【００３４】
なお、アンテナ装置１００は、図２に示すように複数の調整部３０を有したが、いずれか１つの調整部３０を有してもよい。例えば、アンテナ装置１００が図２（ａ）に示した調整部３０（１）を有する場合、設定部４０は、基地局のコンピュータ装置の制御指示に基づいて、アンテナ装置１００の指向性に応じて、アンテナ素子１０の位置を中心に調整部３０（１）を回転させて設定する。これにより、アンテナ装置１００は、１つの調整部３０（１）を調整部３０（２）−３０（４）として動作させることができ、小型化できる。
【００３５】
また、設定部４０が調整部３０を回転させる場合、調整部３０には、３つの無給電素子２０を反射器として動作させる場合の３つの金属部材３１とともに、１つの無給電素子２０を反射器として動作させる場合の１つの金属部材３１、および２つの無給電素子２０を反射器として動作させる場合の２つの金属部材３１それぞれが、フレームＦＲ２に配置されてもよい。そして、設定部４０は、基地局のコンピュータ装置の制御指示に基づいて、アンテナ装置１００の指向性に応じた回転角で、アンテナ素子１０の中心に調整部３０を回転させ設定する。これにより、アンテナ装置１００は、４つの無給電素子２０のうち、１つから３つの無給電素子２０を反射器として動作させることができる。なお、２つの無給電素子２０を反射器として動作させる場合、調整部３０には、隣接する２つの無給電素子２０を反射器とする場合の２つの金属部材３１と、アンテナ素子１０を介して対向する２つの無給電素子２０を反射器とする場合の２つの金属部材３１とがフレームＦＲ２に配置される。
【００３６】
図５は、アンテナ装置の別の実施形態を示す。図１で説明した要素と同一または同様の機能を有する要素については、同一または同様の符号を付し、これらについては、詳細な説明を省略する。
【００３７】
図５に示したアンテナ装置１００Ａは、例えば、基地局に配置され、スマートフォンやタブレット型端末等の携帯通信端末から送信された電磁波を受信するとともに、データを含む信号の電磁波を携帯通信端末に送信する。アンテナ装置１００Ａは、アンテナ素子１０、４つの無給電素子２０ａ（２０ａ（１）−２０ａ（４））、調整部３０ａ、３０ｂ、設定部４０ａおよび結合部５０を有する。
【００３８】
無給電素子２０ａは、円柱状の銅等の金属部材であり、図１に示した無給電素子２０と同様に、アンテナ素子１０が配置された位置を中心に、フレームＦＲ１を用いて半径Ｒの円周上に等間隔でＸＹ平面から浮かせて配置される。すなわち、無給電素子２０ａ（１）−２０ａ（４）の各々の位置は、アンテナ素子１０の位置をＸＹ平面の原点とする場合、（Ｒ，０）、（０，Ｒ）、（−Ｒ，０）および（０，−Ｒ）である。なお、半径Ｒは、アンテナ素子１０との相互結合の影響を低減可能な自由空間波長で８分の１波長以上の距離に設定される。また、４つ以外の複数の無給電素子２０ａが配置されてもよい。アンテナ素子１０と無給電素子２０ａとは、アンテナ部として動作する。
【００３９】
調整部３０ａは、図５に示した４つの無給電素子２０ａのうち、アンテナ素子１０の反射器として動作させる無給電素子２０ａの素子長を調整する金属部材３１と、導波器として動作させる無給電素子２０ａの素子長を調整する金属部材３２と、金属部材３１、３２が配置されるフレームＦＲ２とを有する。そして、調整部３０ａは、無給電素子２０ａの下部に配置される。
【００４０】
また、調整部３０ｂは、図５に示した４つの無給電素子２０ａのうち、アンテナ素子１０の反射器として動作させる無給電素子２０ａの素子長を調整する金属部材６０と、導波器として動作させる無給電素子２０ａの素子長を調整する金属部材６１と、金属部材６０、６１が配置されるフレームＦＲ３とを有する。そして、調整部３０ｂは、無給電素子２０ａの上部に配置される。図５では、例えば、無給電素子２０ａ（２）−２０ａ（４）を反射器として動作させるため、無給電素子２０ａ（２）−２０ａ（４）の各々の位置に、金属部材３１が調整部３０ａのフレームＦＲ２に配置され、金属部材６０が調整部３０ｂのフレームＦＲ３に配置される。また、無給電素子２０ａ（１）を導波器として動作させるため、無給電素子２０ａ（１）の位置に、金属部材３２が調整部３０ａのフレームＦＲ２に配置され、金属部材６１が調整部３０ｂのフレームＦＲ３に配置される。
【００４１】
ここで、導波器として動作する場合、無給電素子２０ａと金属部材３２と金属部材６１とを合わせた素子長が自由空間波長において０．４波長（例えば、電磁波の周波数が５ＧＨｚの場合、約２４ｍｍ）となるように、無給電素子２０ａ、金属部材３２、６１の各々の長さが調整される。また、反射器として動作する場合、無給電素子２０ａと金属部材３１と金属部材６０とを合わせた素子長が自由空間波長において０．５８波長（電磁波の周波数が５ＧＨｚの場合、約３２ｍｍ）となるように、無給電素子２０ａ、金属部材３１、６０の各々の長さが調整される。なお、無給電素子２０ａの長さは、基地局が配置される通信環境や基地局に設置される箇所等に応じ、互いに同じ長さで適宜決定される。また、金属部材３１−３２、６０−６１の各々の長さは、アンテナ装置１００Ａの指向性、および基地局が配置される通信環境や基地局に設置される箇所等に応じて適宜決定されることが好ましい。調整部３０ａ、３０ｂの金属部材３１−３２、６０−６１の長さについては、図６で説明する。
【００４２】
設定部４０ａは、モータ等を含む駆動装置であり、基地局に含まれるコンピュータ装置等の制御指示に基づいて、アンテナ装置１００Ａの指向性に応じて、アンテナ素子１０の位置を中心に調整部３０ａ、３０ｂを回転させて設定する。設定部４０ａの動作については、図６で説明する。
【００４３】
図６は、図５に示したアンテナ装置１００Ａが有する調整部３０ａ、３０ｂの一例を示す。図６では、図５に示したアンテナ装置１００Ａの指向性がセクタ特性の場合の調整部３０ａ、３０ｂを示す。図６に示した調整部３０ａ、３０ｂは、水平面の指向性とともに垂直面の指向性を制御するために、（２Ｎ＋１）通りの組み合わせを有する（Ｎは正の整数）。
【００４４】
例えば、調整部３０ａ（Ｎ）、３０ｂ（Ｎ）は、アンテナ装置１００Ａが図４に示したセクタ特性の指向性を有する場合を示す。一方、調整部３０ａ（ｍ）、３０ｂ（ｍ）は、アンテナ装置１００Ａの垂直面の指向性が図４（ａ）に示した指向性と比べて負のＺ軸方向に向くように制御する（ｍは、−Ｎから（Ｎ−１）の整数）。すなわち、調整部３０ａ（ｍ）、３０ｂ（ｍ）は、無給電素子２０ａを含む導波器および反射器を、金属部材３１−３２、６０−６１の長さに応じた移動量で正のＺ軸方向に移動させ、アンテナ装置１００Ａの垂直面の指向性を負のＺ軸方向に移動させる。そして、調整部３０ａ（−Ｎ）、３０ｂ（−Ｎ）は、無給電素子２０ａを含む導波器および反射器を、アンテナ素子１０に対して最大の移動量で正のＺ軸方向に移動させ、アンテナ装置１００Ａの垂直面の指向性を最大の角度で負のＺ軸方向に向ける。
【００４５】
なお、各調整部３０ａ（ｍ）、３０ｂ（ｍ）の金属部材３１−３２、６０−６１の長さは、例えば、０．０２波長から０．４２波長（電磁波の周波数が５ＧＨｚの場合、約１ｍｍから約２５ｍｍ）の範囲で、所定の間隔毎の移動量となるように設定される。
【００４６】
（２Ｎ＋１）組の調整部３０ａ、３０ｂの各々は、例えばターンテーブル等に配置され、設定部４０ａは、基地局のコンピュータ装置の制御指示に基づいて、アンテナ装置１００Ａの指向性に応じた１組の調整部３０ａ、３０ｂを選択する。設定部４０ａは、選択した１組の調整部３０ａ、３０ｂを無給電素子２０ａの下部および上部にそれぞれ設置する。そして、設定部４０ａは、アンテナ装置１００Ａの指向性に応じた回転角で、設置した調整部３０ａ、３０ｂをアンテナ素子１０の位置を中心に回転させて設定する。
【００４７】
なお、図６では、アンテナ装置１００Ａの指向性がセクタ特性の場合の調整部３０ａ、３０ｂを示したが、アンテナ装置１００Ａの指向性がオムニ特性の場合、１つの無給電素子２０ａを反射器として動作させる場合、および２つの無給電素子２０ａを反射器として動作させる場合の調整部３０ａ、３０ｂを有することが好ましい。
【００４８】
図７は、図５に示したアンテナ装置１００Ａの指向性の一例を示す。図７は、例えば、正のＺ軸方向に１０ｍｍの移動量を与える調整部３０ａ、３０ｂがアンテナ装置１００Ａに設定され、無給電素子２０ａ（１）が導波器として動作し、無給電素子２０ａ（２）−２０ａ（４）が反射器として動作することで、アンテナ装置１００の水平面の指向性が正のＸ軸方向に向いたセクタ特性となる場合のシミュレーションの結果を示す。なお、図７のシミュレーションでは、電磁波の周波数は、５ＧＨｚとする。
【００４９】
図７（ａ）は、垂直面における指向性を破線で示し、図７（ｂ）は、水平面における指向性を破線で示す。図７（ａ）に示すように、アンテナ装置１００Ａは、無給電素子２０ａが正のＺ軸方向に１０ｍｍ移動することにより、図４（ａ）の場合と比べて、正のＸ軸方向に対して負のＺ軸方向に角度α（約１０度）下がった方向に、最大の利得を示すビームパターンを垂直面の指向性として有する。すなわち、調整部３０ａ、３０ｂを配置することにより、アンテナ装置１００Ａは、垂直面の指向性を制御できる。一方、図７（ｂ）に示すように、アンテナ装置１００Ａは、水平面において、図４（ｂ）の場合と同様のセクタ特性を有する。
【００５０】
また、アンテナ装置１００Ａは、指向性がオムニ特性の場合の調整部３０ａ、３０ｂを用いることで、図７の場合と同様に、水平面の指向性とともに垂直面の指向性を制御できる。
【００５１】
以上、図５から図７に示した実施形態では、アンテナ装置１００Ａは、アンテナ装置１００Ａの指向性に応じて無給電素子２０ａの素子長を複数の調整部３０ａ、３０ｂを用いて調整することにより、水平面の指向性をオムニ特性またはセクタ特性に制御できる。そして、アンテナ装置１００Ａは、無給電素子２０ａの素子長を調整するために設定部４０ａが動作する場合を除き、電子制御による電力供給を必要としない。このため、アンテナ装置１００Ａは、水平面の指向性を、従来と比べて低コストで制御できる。また、アンテナ装置１００Ａは、調整部３０ａ、３０ｂを用いて、導波器および反射器をＺ軸方向に移動させることにより、水平面の指向性をオムニ特性またはセクタ特性に制御するとともに、垂直面の指向性を制御できる。
【００５２】
図８は、アンテナ装置の別の実施形態を示す。図５で説明した要素と同一または同様の機能を有する要素については、同一または同様の符号を付し、これらについては、詳細な説明を省略する。
【００５３】
図８に示したアンテナ装置１００Ｂは、例えば、図５に示したアンテナ装置１００Ａと同様に、基地局に配置され、スマートフォンやタブレット型端末等の携帯通信端末から送信された電磁波を受信するとともに、データを含む信号の電磁波を携帯通信端末に送信する。アンテナ装置１００Ｂは、アンテナ素子１０、４つの無給電素子２０ａ（２０ａ（１）−２０ａ（４））、調整部３０ａ、３０ｂ、設定部４０ａ、結合部５０および制御装置２００を有する。
【００５４】
制御装置２００は、プロセッサ等の演算処理部と、メモリ等の記憶部とを有するコンピュータ装置である。例えば、基地局からの制御指示に基づいて、演算処理部が、記憶部に記憶されているプログラムを実行することにより、制御装置２００は、アンテナ装置１００Ｂの各要素を制御する。
【００５５】
図９は、図８に示した制御装置２００の一例を示す。図９に示すように、制御装置２００は、受信部２１０、測定部２２０、制御部２３０および記憶部２４０を有する。
【００５６】
受信部２１０は、例えば、結合部５０を介して、アンテナ素子１０が受信した携帯通信端末からの電磁波の信号を受信する。
【００５７】
測定部２２０は、受信部２１０が受信した信号の受信電力を測定する。また、測定部２２０は、受信した信号に付加される携帯通信端末の位置を示す位置情報を取得する。そして、測定部２２０は、例えば、携帯通信端末の受信電力および位置情報と、携帯通信端末を示す識別情報とを、アンテナ装置１００Ｂに設定されている指向性を示す指向性情報とともに、記憶部２４０に出力し、測定テーブルＭＴに格納する。
【００５８】
制御部２３０は、プロセッサ等であり、記憶部２４０に記憶されているプログラムを実行することにより動作する。例えば、制御部２３０は、アンテナ装置１００Ｂの指向性を設定するにあたり、予め決められた複数の指向性をアンテナ装置１００Ｂに順次に設定する。制御部２３０は、測定部２２０に対して、各指向性における携帯通信端末からの信号の受信電力を測定させ、測定した受信電力を測定テーブルＭＴに格納させる。そして、制御部２３０は、測定テーブルＭＴを参照して、アンテナ装置１００Ｂの指向性を決定する。制御部２３０は、決定した指向性に設定する制御指示を設定部４０ａに出力する。制御部２３０の動作については、図１１で説明する。
【００５９】
記憶部２４０は、メモリ等であり、プロセッサ等が実行するプログラムや測定テーブルＭＴ等を記憶する。測定テーブルＭＴについては、図１０で説明する。
【００６０】
図１０は、図９に示した測定テーブルＭＴの一例を示す。測定テーブルＭＴは、水平面の指向性を格納する指向性領域ＲＡと、移動量を格納する移動量領域ＲＢと、Ｎ個の携帯通信端末の各々の受信電力と位置とを格納する端末領域Ｒ１−ＲＮとを有する。
【００６１】
指向性領域ＲＡには、制御部２３０がアンテナ装置１００Ｂに設定する水平面の指向性を示す“オムニ特性”と、Ｍ個のセクタ特性である“セクタ１”や“セクタＭ”等が格納される。例えば、制御部２３０は、測定テーブルＭＴを参照して、指向性領域ＲＡから“オムニ特性”を選択した場合、アンテナ装置１００Ｂの指向性をオムニ特性に設定させる制御指示を、設定部４０ａに出力する。また、制御部２３０は、指向性領域ＲＡから“セクタ１”を選択した場合、アンテナ装置１００Ｂの指向性を“セクタ１”のセクタ特性に設定させる制御指示を、設定部４０ａに出力する。
【００６２】
移動量領域ＲＢには、制御部２３０がアンテナ装置１００Ｂに設定する調整部３０ａ、３０ｂが有するＺ軸方向の移動量が、指向性領域ＲＡに格納される指向性毎に格納される。図１０に示した移動量領域ＲＢでは、例えば、移動量は５ｍｍ等の所定の間隔で０ｍｍから３０ｍｍの範囲の値が格納される。そして、制御部２３０は、測定テーブルＭＴを参照し、指向性領域ＲＡから水平面の指向性を選択するとともに、移動量領域ＲＢから移動量を選択し、選択した移動量を有した調整部３０ａ、３０ｂを設定する制御指示を設定部４０ａに出力する。
【００６３】
端末領域ＲＣ１−ＲＣＮには、アンテナ装置１００Ｂに設定される指向性領域ＲＡの各指向性において、測定部２２０により測定されたＮ個の携帯通信端末の各々からの信号の受信電力および位置が格納される。なお、Ｎ個の携帯通信端末の各々が、アンテナ装置１００Ｂの指向性が順次に変化する間、同じ位置に留まっていてもよく、１つの携帯通信端末が、アンテナ装置１００Ｂの指向性が１つのものに設定されている間、Ｎ個の位置それぞれに移動してもよい。また、携帯通信端末は、一般のユーザの携帯通信端末でもよく、測定用に使用され予め登録された通信事業者の通信端末でもよい。
【００６４】
図１１は、図８に示したアンテナ装置１００Ｂにおける指向性の設定処理の一例を示す。図１１に示した処理は、アンテナ装置１００Ｂが基地局に設けられる場合に実行されてもよく、１年等の所定の期間毎に実行されてもよい。
【００６５】
ステップＳ１００では、制御部２３０は、例えば、図１０に示した測定テーブルＭＴを参照し、指向性領域ＲＡと移動量領域ＲＢとを組み合わせた複数の指向性のうち、一の指向性をアンテナ装置１００Ｂに設定する。指向性領域ＲＡと移動量領域ＲＢとを組み合わせた複数の指向性は、複数の第１指向性の一例である。
【００６６】
ステップＳ１１０では、測定部２２０は、ステップＳ１００で設定された指向性を有するアンテナ装置１００Ｂを介して、受信したＮ個の携帯通信端末の各々からの信号の受信電力を測定する。そして、測定部２２０は、携帯通信端末の受信電力および位置情報と、携帯通信端末を示す識別情報とを、アンテナ装置１００Ｂに設定されている指向性を示す指向性情報とともに、記憶部２４０に出力し、測定テーブルＭＴに格納する。
【００６７】
ステップＳ１２０では、制御部２３０は、指向性領域ＲＡと移動量領域ＲＢとを組み合わせた複数の指向性のうち、アンテナ装置１００Ｂに設定する次の指向性があるか否かを判定する。次の指向性がある場合、アンテナ装置１００Ｂの処理は、ステップＳ１００に移る。一方、次の指向性がない、すなわち複数の指向性のすべてをアンテナ装置１００Ｂに設定した場合、アンテナ装置１００Ｂの処理は、ステップＳ１３０に移る。
【００６８】
ステップＳ１３０では、制御部２３０は、記憶部２４０に記憶された測定テーブルＭＴを参照し、アンテナ装置１００Ｂの指向性を決定する。例えば、制御部２３０は、測定テーブルＭＴにおいて、予め登録された通信事業者の通信端末の受信電力を取得する。そして、制御部２３０は、通信事業者の通信端末において、受信電力が最大値を示した時の水平面の指向性および移動量を、指向性領域ＲＡおよび移動量領域ＲＢから抽出する。制御部２３０は、抽出した指向性および移動量を、アンテナ装置１００Ｂに設定する指向性に決定する。
【００６９】
なお、制御部２３０は、通信事業者の通信端末において、受信電力が最小値を示した時の水平面の指向性および移動量を、指向性領域ＲＡおよび移動量領域ＲＢから抽出してもよい。これにより、制御部２３０は、隣接する他の基地局に対して干渉等の影響を低減でき、通信品質の向上を図ることができる。
【００７０】
ステップＳ１４０では、制御部２３０は、決定した指向性を設定する制御指示を設定部４０ａに出力する。そして、設定部４０ａは、制御指示された調整部３０ａ、３０ｂを選択し、選択した調整部３０ａ、３０ｂをアンテナ装置１００Ｂの下部および上部に設置する。設定部４０ａは、アンテナ素子１０の位置を中心に、制御指示された指向性に応じた回転角で調整部３０ａ、３０ｂを回転させ設定する。
【００７１】
そして、アンテナ装置１００Ｂは、設定処理を終了する。
【００７２】
なお、制御装置２００は、図１に示したアンテナ装置１００に対しても、アンテナ装置１００Ｂの場合と同様に、図１１に示した設定処理を実行してもよい。
【００７３】
また、制御装置２００は、アンテナ装置１００Ｂを介して受信した複数の携帯通信端末からの信号の受信電力に基づいて、アンテナ装置１００Ｂの指向性を決定したが、これに限定されない。例えば、基地局がＩＥＥＥ８０２．ａｘ等の規格に基づいて携帯通信端末と無線通信する場合、携帯通信端末からの信号には、携帯通信端末がいずれの基地局のセルに位置するかを示すセル識別子が付加される。この場合、制御装置２００は、携帯通信端末の代わりに、各指向性における受信電力をセル識別子毎に格納したテーブルを生成してもよい。そして、制御装置２００は、例えば、生成したテーブルを用いて、予め登録された通信事業者の通信端末の信号に付加されるセル識別子に対する受信電力が最大または最小となるアンテナ装置１００Ｂの指向性を決定してもよい。これにより、制御装置２００は、隣接する他の基地局に対して干渉等の影響を低減でき、通信品質の向上を図ることができる。
【００７４】
以上、図８から図１１に示した実施形態では、アンテナ装置１００Ｂは、アンテナ装置１００Ｂの指向性に応じて無給電素子２０ａの素子長を複数の調整部３０ａ、３０ｂを用いて調整することにより、水平面の指向性をオムニ特性またはセクタ特性に制御できる。そして、アンテナ装置１００Ｂは、無給電素子２０ａの素子長を調整するために設定部４０ａが動作する場合を除き、電子制御による電力供給を必要としない。このため、アンテナ装置１００Ｂは、従来と比べて低コストで水平面の指向性を制御できる。また、アンテナ装置１００Ｂは、調整部３０ａ、３０ｂを用いて、導波器および反射器をＺ軸方向に移動させることにより、水平面の指向性をオムニ特性またはセクタ特性に制御するとともに、垂直面の指向性を制御できる。
【００７５】
以上の詳細な説明により、実施形態の特徴点および利点は明らかになるであろう。これは、特許請求の範囲がその精神および権利範囲を逸脱しない範囲で前述のような実施形態の特徴点および利点にまで及ぶことを意図するものである。また、当該技術分野において通常の知識を有する者であれば、あらゆる改良および変更に容易に想到できるはずである。したがって、発明性を有する実施形態の範囲を前述したものに限定する意図はなく、実施形態に開示された範囲に含まれる適当な改良物および均等物に拠ることも可能である。
【符号の説明】
【００７６】
１０…アンテナ素子；２０（１）−２０（４），２０ａ（１）−２０ａ（４）…無給電素子；３０（１）−３０（４），３０ａ（−Ｎ）−３０ａ（Ｎ）、３０ｂ（−Ｎ）−３０ｂ（Ｎ）…調整部；３１，３２，６０，６１…金属部材；４０，４０ａ…設定部；５０…結合部；１００，１００Ａ，１００Ｂ…アンテナ装置；２００…制御装置；２１０…受信部；２２０…測定部；２３０…制御部；２４０…記憶部；ＦＲ１，ＦＲ２，ＦＲ３…フレーム；ＭＴ…測定テーブル
【図１】
2019197987.tif 000003
【図２】
2019197987.tif 000004
【図３】
2019197987.tif 000005
【図４】
2019197987.tif 000006
【図５】
2019197987.tif 000007
【図６】
2019197987.tif 000008
【図７】
2019197987.tif 000009
【図８】
2019197987.tif 000010
【図９】
2019197987.tif 000011
【図１０】
2019197987.tif 000012
【図１１】
2019197987.tif 000013