(57)【要約】本発明は、マイクロ波領域における通信システムにおいて用いられ、第１の設置場所の第１の無線ユニット（１２０）を第２の設置場所（Ａ）の第２の無線ユニットに接続することが意図されているリピータアンテナ（２５０）を開示する。そのリピータアンテナは、少なくとも第１のアンテナ要素（４１０）と第２のアンテナ要素（４２０）と前記アンテナ要素に対する給電ネットワークとをもち、前記アンテナ要素が第１のアンテナビーム（２６０）と第２のアンテナビーム（２７０）とを生じさせる。第１のアンテナビームはリピータアンテナを第１の無線ユニットに接続するために用いられ、第２のアンテナビームがそのリピータアンテナを第２の無線ユニットに接続するために用いられる。また、第１のアンテナ要素と第２のアンテナ要素とがある面（４３０，６２０）に設置され、その面に沿ったこれら２つのアンテナ要素間の距離がこれらのアンテナ要素間の最短距離よりも長い。
2008545326.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロ波領域における通信システムにおいて用いられ、第１の設置場所の第１の無線ユニット（１２０）から第２の設置場所（Ａ）の第２の無線ユニットへの接続が意図されているリピータアンテナであって、
前記リピータアンテナは、少なくとも第１のアンテナ要素（４１０）と第２のアンテナ要素（４２０）と前記アンテナ要素に対する給電ネットワークとをもち、
前記アンテナ要素が第１のアンテナビーム（２６０）と第２のアンテナビーム（２７０）とを生じさせ、
前記第１のアンテナビームが前記リピータアンテナを前記第１の無線ユニットに接続するために用いられ、そして、前記第２のアンテナビームが前記リピータアンテナを前記第２の無線ユニットに接続するために用いられ、
前記第１のアンテナ要素と前記第２のアンテナ要素とがある面（４３０，６２０）に設置され、
前記面に沿った前記２つのアンテナ要素間の距離が前記２つのアンテナ要素間の最短距離よりも長いことを特徴とするリピータアンテナ。
【請求項２】
前記第１のアンテナ要素と前記第２のアンテナ要素との内の少なくとも１つは、複数のアンテナ要素を有するアレイ（６２１，６２２，６２３）の一部であることを特徴とする請求項１に記載のリピータアンテナ。
【請求項３】
前記リピータアンテナは、横方向（ｘ）と縦方向（ｙ）の拡がりをもち、
前記アンテナ要素のアレイは、前記リピータアンテナの拡がりの前記方向の１つと一致するように構成される１次元アレイであることを特徴とする請求項２に記載のリピータアンテナ。
【請求項４】
前記リピータアンテナは、横方向（ｘ）と縦方向（ｙ）の拡がりをもち、
前記アンテナ要素のアレイは２次元アレイであり、
前記２つの次元は前記リピータアンテナの拡がりの前記方向の１つと実質的に一致するように構成されることを特徴とする請求項２に記載のリピータアンテナ。
【請求項５】
前記アンテナ要素は、実質的に平面であり、導電材のシート上に形成され、
前記アンテナはさらに、誘電材により前記アンテナ要素とは離間した接地平面を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のリピータアンテナ。
【請求項６】
前記アンテナ要素に対する前記給電ネットワークのデザインは、進行波アンテナ、バトラマトリクスアンテナ、或いは、個別的に給電されるアンテナパッチの少なくとも１つから選択されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のリピータアンテナ。
【請求項７】
前記アンテナ要素は平面であることに加えてフラットであることを特徴とする請求項５又は６に記載のリピータアンテナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロ波領域における通信システムにおいて用いられるリピータアンテナを開示する。そのリピータアンテナは、第１の設置場所の第１の無線ユニットから第２の設置場所の第２の無線ユニットへの送信接続が意図されている。
【背景技術】
【０００２】
例えば、マイクロ波領域におけるセルラ電話システムのような通信システムにおいて、基地局には、その基地局によりカバーされる領域に位置するユーザとの通信を試みようとする際に多くの課題がある。なお、前記領域は“セル”として言及される。また、前記課題は高速ビット速度を用いるシステムにおいて特に目立つものである。都市の地域では、そのような課題の例は、ある狭い領域への視線を遮る高層ビルであるかもしれず、ある狭い領域ではユーザが集中しその基地局により処理できる限界を超えてしまうことであるかもしれない。
【０００３】
特に視線が遮られる領域での場合に、これらの課題を扱うための１つの方法は、所謂、リピータアンテナ、即ち、基地局から到達できる場所に設置され、その場所から、視線が遮られた領域に対して、或いは、視線が遮られた領域からの送信を中継できるアンテナを用いることである。
【０００４】
特に基地局により処理できないほどに余りにも多くのユーザ数があるセル内の狭い領域での場合に、上述の課題を扱うためのもう１つの方法は、問題となっているその狭い領域をカバーすることのできる別の基地局を設置することである。通常、その基地局は小さな容量をもち、“ピコ−ステーション”と呼ばれている。
【０００５】
これら“ピコ−ステーション”は、ある方法でネットワークと接続される必要があり、ポイント−ツウ−ポイント接続における複数のポイントの１つとしてピコ−ステーションが備えられるのが適切である。前記ポイント−ツウ−ポイント接続はリピータ局によりなされ、そのリピータ局は、基地局或いはネットワークのより上位のノードからの“ピコ−ステーション”で管理される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来のリピータアンテナは通常、しばしば放物線形状の皿のような２つの反射型アンテナによりデザインされ、導波管により接続され、異なる方向に向いている。そのようなリピータアンテナを、特に、都会の地域で設置することは、美的感覚を考慮することや、リピータアンテナの設置場所のための十分な空間を見出す難しさがあるといった数多くの要因のためにますます困難になってきている。
【０００７】
別の種類の以前から知られているリピータは、金属のような大きなシート状の反射材に過ぎない。そのようなリピータは数多くの欠点がある。例えば、指向性が小さいために損失が大きいといったことなどである。それは一般には都会の地域での使用には適していない。
【０００８】
従って、上述のように、上述した公知のリピータアンテナの欠点を克服するリピータアンテナがマイクロ波領域での通信システムにおいて必要である。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この必要は本発明によって扱われるものであり、本発明では、マイクロ波領域における通信システムにおいて用いられ、第１の設置場所の第１の無線ユニットを第２の設置場所の第２の無線ユニットに接続することが意図されているリピータアンテナを開示する。
【００１０】
開示されるリピータアンテナは、少なくとも第１のアンテナ要素と第２のアンテナ要素とこれらのアンテナ要素に対する給電ネットワークとをもち、これらのアンテナ要素が第１のアンテナビームと第２のアンテナビームとを生じさせ、その結果、第１のアンテナビームはそのリピータアンテナを前記第１の無線ユニットに接続するために用いられ、そして、第２のアンテナビームはそのリピータアンテナを前記第２の無線ユニットに接続するために用いられる。
【００１１】
そのリピータアンテナでは、前記第１のアンテナ要素と前記第２のアンテナ要素とがある面に設置され、その面に沿った２つのアンテナ要素間の距離がこれら２つのアンテナ要素間の最短距離よりも長い、言い換えると、フラットではない面、つまり、曲面或いは曲げられた面のようである。
【００１２】
リピータアンテナの１実施例では、前記第１のアンテナ要素と前記第２のアンテナ要素との内の少なくとも１つは、複数のアンテナ要素を有するアレイの一部である。この実施例の１つの変形例では、そのリピータアンテナは適度に縦方向と横方向の拡がりをもち、これらアンテナ要素のアレイは、そのアンテナの拡がりの前記方向の１つと一致するように構成される１次元アレイである。この実施例のもう１つの変形例では、そのアンテナ要素のアレイは２次元アレイであり、その２つの次元はそのアンテナの拡がりの前記方向の１つと実質的に一致するように構成される。
【００１３】
必ずしも必要ではないが、適切なこととして、これらアンテナ要素は、実質的に平面であり、導電材のシート上に形成され、そのリピータアンテナはさらに、誘電材により前記アンテナ要素とは離間した接地平面を有すると良い。
【００１４】
従って、本発明により、多かれ少なかれ何らかの（水平の）方位角或いは仰角にビームを向けて、基地局のアンテナをカバーする第１のビームと、基地局のアンテナにより与えられるカバレッジに加えて付加的なカバレッジを必要とするセル内での領域をカバーする第２のビームとをもつことができるリピータアンテナが開示される。前記第１のビームと前記第２のビームとは多かれ少なかれ任意の角度により分離でき、その結果、リピータアンテナは非常に多様な方法で用いることができる。
【００１５】
本発明について、添付図面を参照し、次の記載から詳細に説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
図１は本発明のリピータアンテナが用いられる通信システム１００の例を示している。この例で図示されたシステム１００はマイクロ波領域、即ち、１ＧＨｚ以上の周波数でのセルラ電話システムである。
【００１７】
システム１００では、そのシステムの上位レベルに接続される基地局１１０がある。無線基地局は１つ以上のアンテナをもち、所謂セルと呼ばれる一定の領域をカバーする。そのセルで、基地局はセルラシステムのユーザに対する、また、そのユーザからの通信と、前記ユーザの電話の全ての制御を処理する。
【００１８】
システム１００のセルは、１つ以上の高層建築物１２５、１２６がある都会の地域に位置しており、これらの建築物が基地局１２０から１つ以上の領域への通信を阻害している。従って、セル内には斜線で影を付けた領域Ａのような領域があり、その領域では低速のビット速度でのサービスしかできないか、或いは、基地局アンテナ１２０により与えられたカバレッジにより基地局１１０では全くサービスを提供できない。
【００１９】
基地局１１０がそのセル内の領域でユーザにサービスを行なうことを困難、或いは、不可能にする数多くの他の要因もある。そのような理由の１つは特定の領域のユーザ数が余りにも多くてセル全体でのユーザの数が基地局の能力を超えてしまうことである。
【００２０】
図２は、いくつかの付加的な装備を施した図１のシステムを示しており、これを次に説明する。領域Ａにおいて、システムのユーザにサービスを提供するために、本発明のリピータアンテナ２５０がこの場合には、建築物１２６の屋上に展開されている。リピータアンテナ２５０は、その基地局を、領域Ａ内にサイトがあるシステムの１つ以上のユーザに接続することが意図されている。
【００２１】
図２に示されるように、リピータアンテナ２５０は少なくとも第１のアンテナビーム２６０と第２のアンテナビーム２７０とをもつ。後で詳細に説明するが、第１のビームは基地局からの信号の受信のために用いられ、第２のビームはその受信信号を領域Ａ、即ち、その領域内の１つ以上のユーザに送信するために用いられる。
【００２２】
図３において、図２のシステム２００が模式的上面図として示されている。ここから分かるように、リピータアンテナ２５０は建築物１２６の１つの屋上に展開され、そこからは遮られた領域Ａへの視線がある。リピータアンテナは以前に述べたように２つのビーム２６０、２７０をもつ。その内の第１のビーム２６０は基地局をカバーするようにそのビームが向けられており、その内の第２のビーム２７０は遮られた領域Ａをカバーするようにそのビームが向けられている。従って、特に、典型的には０．５Ｍｂｐｓ以上の高速ビット速度での接続を望むなら、リピータアンテナ２５０は基地局１１０を、リピータアンテナがなければ基地局への接続を行なうことができない領域Ａのユーザに接続することができる。
【００２３】
リピータアンテナの他の応用では、領域Ａにあるユーザが基地局の視線からは遮られてはいないか、或いは、遮られていることに加えて、ユーザの数が基地局が処理することのできないようなものであるなら、システムは領域Ａにサービスを行なう専用の付加的な基地局を有するように拡張されても良い。この付加的な基地局は基地局１１０に類似の基地局であっても良いが、基地局１１０と比較して小さい能力をもった基地局、所謂、“ピコ”ステーションであっても良い。ピコステーションは、特に、より大きな基地局をサポートすることが意図された基地局の１種である。この時、リピータアンテナは、ピコステーションを基地局に接続するように設置され、ピコステーションが領域Ａのユーザを扱い、基地局により直接これらのユーザを扱う代わりをするのである。
【００２４】
システムの要求を満たすために、リピータアンテナの第１と第２のアンテナビームは、多かれ少なかれ任意に選択された角度αにより分離される。これを成し遂げるために、リピータアンテナ２５０の２つの実施例の上面が示されている図４ａと図４ｂに示されているように、リピータアンテナは第１のアンテナ要素４１０と第２のアンテナ要素４２０とを有し、それらは面４３０に設置されている。ここで、その面に沿った２つのアンテナ要素間の距離はこれらアンテナ要素間の最短距離よりも長くなっている。言い換えると、アンテナ要素が配置される面は曲面であるか、或いは、曲がっている。そのようなものとしてアンテナ要素は、図４ａと図４ｂに夫々示されているように、その面の形状を曲面的に或いは曲がって辿ることができるか、或いは、実質的には直線であっても良い。
【００２５】
リピータアンテナのデザインを詳細に説明する前に、リピータアンテナのもう１つの側面について言及しておく。即ち、リピータアンテナは能動型アンテナでも良いし、或いは、受動型アンテナでも良い。言い換えると、リピータアンテナは１つのビームにおいて受信した信号をそのアンテナのもう１つのビームによって送信されるように受動的に中継するか、或いは、受信信号をその再送信前に増幅することができる。１つの同じリピータアンテナは事実、両方のアプリケーションのために用いられる。もし、そのリピータが受動モードにおいて用いられるなら、各ビームへの入出力ポートは単純に互いに接続されるだけである。もし、そのリピータが能動モードにおいて用いられるなら、同じポートは外部増幅装置を介して互いに接続される。
【００２６】
当然ことであるが、リピータアンテナはまた最初から能動型或いは受動型リピータとしてデザインされても良い。
【００２７】
さて、リピータアンテナのより正確なデザインのいくつかの例に戻って説明すると、そのアンテナは必ずしも必要ではないが適切に所謂“パッチアンテナ”として設計されている。そのようなアンテナは、放射要素として、通常、この技術分野ではそのようなものとしては公知の方法で、非導電層或いは基板上に形成された導電材のパッチを有している。“パッチ”タイプのアンテナはまた、接地平面、即ち、誘電材により放射要素からは離間された導電材の別の平面を、通常は別の物理層の形で有している。しかしながら、前記誘電材の層はただの空気の層であっても良い。
【００２８】
また、そのパッチアンテナは給電ネットワークを有しており、その給電ネットワークにより放射要素がそのアンテナの入出力ポートに接続され、互いに対してもおそらく接続され、そして、適用可能である場合には、例えば、移相器のようなアンテナの別の要素に対して接続される。
【００２９】
給電ネットワークは、放射要素或と同じ導電層に形成されても良いし、或いは、例えば接地平面の貫通孔により放射要素に接続された分離されたネットワークとして形成されても良い。
【００３０】
放射要素に対する給電ネットワークの設計は、例えば、複数の放射要素を接続して、所謂、進行波アンテナを形成したり、その給電ネットワークをバトラマトリクスアンテナとしたり、或いは、個々に給電ネットワークを備えた個々のアンテナパッチがあるようにさえするなど数多くの原理から選択することができる。
【００３１】
図５には進行波アンテナ５００の例が示されている。アンテナ５００は、少なくとも第１の放射要素５１１と第２の放射要素５１２を備え、それらが互いから中心距離Ｄを保って直列に配列されている。
【００３２】
その放射要素は互いに直列に接続されているので、第１の“終端”要素と第２の“終端”要素とがあり、それらに対してアンテナ５００の入出力ポート５２２、５２３が取り付けられる。
【００３３】
図５に示されているように、アンテナ５００は第１のアンテナビーム５３２と第２のアンテナビーム５３３とがあり、それらは各々、アンテナポート５２２、５２３の１つと関係付けられる。このことは第１のビーム５３２が第１のポート５２２にアクセスすることにより用いられ、同様にして、第２のビーム５３３が第２のポート５２３と関係付けられる。そのビーム間の角度は、そのアンテナのアンテナ要素間の中心距離Ｄにより決定される。
【００３４】
また、図５から分かるように、進行波アンテナの２つのアンテナビームはアンテナに垂直な方向に伸びる仮想線に関して、互いの“鏡像”となる。従って、これら２つのビームはしばしば“＋（プラス）”或いは“−（マイナス）”方向として言及される。
【００３５】
バトラマトリクスアンテナは、この技術分野では非常に良く知られたものなので、ここではその説明を簡単に留める。バトラマトリクスアンテナはＮ個の入出力ポートを有し、Ｎ個のアンテナビームを生成する。そのバトラマトリクスの内部にあるネットワークによって、複数の入出力ポートのいずれか１つに入力される信号は全てのアンテナポートで同じ振幅と、（アンテナ）ポートからポートへと線形位相プログレッションを作り出す。もし、そのアンテナポートが順に同じ間隔が設けられた線形アンテナアレイに接続されるなら、１つのアンテナビームが各入出力ポートに対して形成される。
【００３６】
内部ネットワークは移相器とハイブリッドを有し、２つ以上の入出力ポートを外部接続することにより、そのアンテナ図は動かされ、広げられ、或いは、変更されたサイドローブレベルに与えられる。
【００３７】
図６はリピータアンテナの好適な実施例６００を示している。ここで分かるように、そのアンテナは曲げられた面６２０、この場合には、八つの面をもつ或いは八面体を有している。前記本体部は細長い形をしている、即ち、縦方向（ｙ）の拡がりと、横方向（ｘ）の拡がりとをもち、この場合、縦方向への拡がりは横方向への拡がりより大きい。そして、八面体のフラットな面夫々にはアンテナ要素６２１1−６２１Nをもつ数多くのアレイ６２１−６２３が構成されており、３６０度のカバレッジを達成している。当然ことであるが、アンテナ本体部は六角形でもよく、或いは、異なる方向に複数の面をもつ何らかの他の形でもよく、或いは、図４に示されているように円筒形でも良い。
【００３８】
図６に示されているように、アンテナアレイ６２１−６２３は１次元アレイ、即ち、リピータアンテナの拡がりの前記方向の１つ、この場合には、縦方向（ｙ）の拡がりと一致するように構成された縦列状のアレイである。従って、以前に述べた第１のアンテナ要素と第２のアンテナ要素とは、この実施例では、複数のアンテナ要素を有する各アレイの一部である。
【００３９】
このアレイは図６に示されているように、１次元アレイで良いが、それは２次元アレイでも良い。この２つの次元はリピータアンテナの２つの主要な拡がりの方向と実質的に一致するように配置される。
【００４０】
図７は本発明に従うリピータアンテナの他の実施例７００を示している。
【００４１】
以前に示したアンテナと類似して、アンテナ７００は第１の複数の放射要素７１０、第２の複数の放射要素７２０をもっており、ここでは八角形の側面にある縦列アレイとして示されている。前記複数の放射要素の両方は２次元ビーム形成ネットワークに接続され、そのネットワークにより、複数のビーム或いは放射ダイヤグラムが方位角方向（水平方向“Ｈ”）と仰角方向（垂直方向“Ｖ”）の両方に生成される。従って、アンテナ７００により、別々のビームがセル内の数多くの関連のある領域に対して形成され、例えば、基地局と上述したような遮られた領域“Ａ”とをカバーできる。
【００４２】
図７に示されたように、アンテナ７００は、この場合は、八角形であるが、円筒形アンテナであり、既に述べたように、２次元、つまり、仰角と方位角方向の両方に、ビーム形成ネットワークが備えられ、複数のビームが仰角方向に形成される。
【００４３】
一例として、アンテナ７００は個々の縦列アレイに別々の給電ネットワークで給電してもよく、垂直方向の給電ネットワーク７２０の出力ポートからの信号は方位角方向の２つ以上のビーム形成ネットワーク７３０を用いて結合される。
【００４４】
ビーム形成はここでは、垂直方向と水平（方位角）方向の両方で実行される。また、較正は縦列だけを基本として、即ち、縦列間で、その縦列内の固定されたビーム形成ネットワークを用いて実施される。
【００４５】
ビーム形成ネットワーク（例えば、バトラマトリクス）が（二重偏向アンテナ要素の場合）２つの直交偏向の１つ或いは両方に適用され、仰角方向に異なる数のアンテナ要素を接続することができる。
【００４６】
本発明は上述の実施例に限定されるものではなく、添付の請求の範囲の中で自由に変更することができる。例えば、異なる偏向が異なるアンテナビームで用いられても良く、或いは、１つ以上のアンテナ要素が二重偏向されても良い。
【００４７】
放射要素或いはアンテナ要素は典型的には、所謂パッチアンテナであるが、当業者には公知であるようなダイポールや何か他のタイプの放射要素でも良い。
【００４８】
所望のカバレッジを達成するためにリピータアンテナはそれが生成する任意の数のビームを利用できることも指摘しておくべきである。例えば、４つのビームをもつリピータアンテナでは１つのビームを用いて受信し、異なる方向に向けられた２つのビームを用いてそれが受信したデータを再送信できる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明が適用されるリピータアンテナのあるシステムの概要を示す図である。
【図２】本発明のリピータアンテナが用いられる図１のシステムの概要を示す図である。
【図３】図２のシステムの上面図である。
【図４ａ】、
【図４ｂ】本発明のリピータアンテナの模式的上面図である。
【図５】、
【図６】、
【図７】リピータアンテナのより詳細な実施例を示す図である。
【図１】
2008545326.tif 000003
【図２】
2008545326.tif 000004
【図３】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2008545326.tif 000010
【国際調査報告】
2008545326.tif 000011
2008545326.tif 000012
2008545326.tif 000013