(57)【要約】本発明はアレイ又はサブアレイ状に配列した多くの放射素子を備えるアンテナセクションを含むアンテナ装置（１００）に関するものである。アンテナ装置は更に少なくとももう１つのアンテナセクションを備え、前記少なくとも２つのアンテナセクション（１０１，１０２，１０３）は搭載するための構造（４０）に実質的に直線、あるいは非直線に沿って、あるいは不規則的に搭載されている。アンテナ装置は前記少なくとも２つのアンテナセクション（１０１，１０２，１０３）に給電するための給電ネットワーク装置（２０）を備える。給電ネットワーク装置は、ビーム形成制御の目的でアンテナセクション（１０１，１０２，１０３）への給電を制御するための給電ネットワークの制御手段を持つ。
2008523708.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アレイまたはサブアレイに配列され得る多数の放射素子を含むアンテナセクションを備えるアンテナ装置（１００；２００；３００；４００；５００；６００）であって、
少なくとも更に１つのアンテナセクションを備え、
当該少なくとも２つのアンテナセクション（１０１，１０２，１０３；１０Ｄ１，１０Ｄ２，１０Ｄ３；１０Ｅ１，１０Ｅ２，１０Ｅ３；１０Ｆ１，１０Ｆ２，１０Ｆ３；１０Ｇ１，１０Ｇ２，１０Ｇ３；１０Ｈ１，１０Ｈ２，１０Ｈ３）は、搭載構造（４０；４０Ｄ；４０Ｅ；４０Ｆ；４０Ｇ；４０Ｈ）に実質的に直線状，非直線状または不規則に搭載され、
ビーム形成制御を可能とするための、アンテナセクション（１０１，１０２，１０３；１０Ｄ１，１０Ｄ２，１０Ｄ３；１０Ｅ１，１０Ｅ２，１０Ｅ３；１０Ｆ１，１０Ｆ２，１０Ｆ３；１０Ｇ１，１０Ｇ２，１０Ｇ３；１０Ｈ１，１０Ｈ２，１０Ｈ３）の給電を制御するための給電ネットワーク制御手段を有し、前記少なくとも２つのアンテナセクション（１０１，１０２，１０３；１０Ｄ１，１０Ｄ２，１０Ｄ３；１０Ｅ１，１０Ｅ２，１０Ｅ３；１０Ｆ１，１０Ｆ２，１０Ｆ３；１０Ｇ１，１０Ｇ２，１０Ｇ３；１０Ｈ１，１０Ｈ２，１０Ｈ３）に給電するための給電ネットワーク装置（２０；２０Ａ；２０Ｂ；２０Ｃ；２０Ｄ；２０Ｅ；２０Ｆ；２０Ｇ；２０Ｈ１；２０Ｈ２）を備える
ことを特徴とするアンテナ装置。
【請求項２】
アンテナセクションのうち少なくとも２つは実質的に同一であることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置（２００；３００；４００；５００；６００）。
【請求項３】
すべてのアンテナセクションは実質的に同一であることを特徴とする請求項２に記載のアンテナ装置（２００；３００；４００；５００；６００）。
【請求項４】
少なくとも２つのアンテナセクション（１０１，１０２，１０３；１０Ｆ１，１０Ｆ２，１０Ｆ３）は非同一である、すなわち異なる、ことを特徴とする請求項１または２に記載のアンテナ装置（１００；４００）。
【請求項５】
すべてのアンテナセクション（１０１，１０２，１０３）は非同一であることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置（１００）。
【請求項６】
アンテナセクションは、各々が隣接するアンテナセクションとの間隔が実質的に等しくなるように搭載されることを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載のアンテナ装置（２００；４００；５００；６００）。
【請求項７】
アンテナセクションは、各々が隣接するアンテナセクションとの間隔が異なるように搭載されることを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載のアンテナ装置。
【請求項８】
アンテナセクションは、例えば方位角ビーム幅が４５°，６０°または９０°である従来のセクタ・アンテナを含むことを特徴とする請求項１乃至７の何れか一項に記載のアンテナ装置。
【請求項９】
給電ネットワーク装置（２０；２０Ａ；２０Ｂ；２０Ｃ；２０Ｄ；２０Ｅ；２０Ｆ；２０Ｇ；２０Ｈ１；２０Ｈ２）は、アンテナセクション間の位相および振幅の少なくとも一方を可変制御し、それによって位相および振幅の少なくとも一方のテーパ付けを提供する手段を備えることを特徴とする請求項１乃至８の何れか一項に記載のアンテナ装置。
【請求項１０】
前記アンテナセクションを載せるための載架手段、例えばマスト、が搭載されている現実または仮想の搭載面の法線に対してビームをチルトするための手段を備えていることを特徴とする請求項１乃至９の何れか一項に記載のアンテナ装置。
【請求項１１】
ビームをチルトするための手段は、アンテナセクションを機械的にチルトさせるための機械的チルト手段を備えることを特徴とする請求項１０に記載のアンテナ装置。
【請求項１２】
アンテナセクションのうち少なくとも２つ、好適にはすべて、は、個別に機械的にチルトされることを特徴とする請求項１１に記載のアンテナ装置。
【請求項１３】
アンテナセクションのうち少なくともいくつかは、電気的にプレチルトされ、すなわちビルトインのチルトを備え、該チルトは異なるアンテナセクションに対して同一あるいは相違しうることを特徴とする請求項１乃至１２の何れか一項に記載のアンテナ装置。
【請求項１４】
ビームをチルトするための手段は、アンテナセクションを電気的にチルトさせる手段を備えることを特徴とする請求項１０に記載のアンテナ装置。
【請求項１５】
アンテナセクションを電気的にチルトさせる手段は、各々のアンテナセクションを個別にチルトさせることが出来る、すなわち各々のアンテナセクションを個別にかつ別々に制御するための手段を備える、ことを特徴とする請求項１４に記載のアンテナ装置。
【請求項１６】
給電ネットワーク装置は、位相遅延手段（２２Ｂ１，２２Ｂ２，２２Ｂ３）および時間遅延手段（２２Ｃ１，２２Ｃ２，２２Ｃ３）の少なくとも一方を含み、
アンテナセクションの電気的チルトは、各々のアンテナセクションに位相遅延および時間遅延の少なくとも一方を導入することによって実現されることを特徴とする請求項１５に記載のアンテナ装置。
【請求項１７】
給電ネットワーク装置は、各々がアンテナセクションにそれぞれ異なる偏波で給電する２つの給電ネットワーク（２０Ｈ１，２０Ｈ２）を備えることを特徴とする請求項１乃至１６の何れか一項に記載のアンテナ装置。
【請求項１８】
第１および第２の偏波を給電するために同じ信号が使用され、
給電ネットワーク（２０Ｈ１，２０Ｈ２）は、特に、各々が相補的な仰角カバー範囲を有する各々の偏波の仰角ビームパターンを実現するために、結合パターンが各々の仰角ビームパターンの電力和として生成されるように、各々の偏波の仰角ビームパターンを制御するための制御手段を備えることを特徴とする請求項１７に記載のアンテナ装置。
【請求項１９】
各々の給電ネットワーク（２０Ｈ１，２０Ｈ２）は、例えばＢｕｔｌｅｒマトリクスネットワークに基づくようなマルチポート仰角給電ネットワークを備えることを特徴とする請求項１８に記載のアンテナ装置。
【請求項２０】
給電ネットワークは、各々のアンテナセクションへ給電される電力を適切に分割するための電力分割手段を備えることを特徴とする請求項１乃至１９の何れか一項に記載のアンテナ装置。
【請求項２１】
少なくとも１つの選択方向での利得低下を制限するために、すなわち該少なくとも１つの方向での”ヌル充填”を実現するために、利得が制御され得るように放射パターンを制御するためのビーム形成手段を備えていることを特徴とする請求項１乃至２０の何れか一項に記載のアンテナ装置。
【請求項２２】
前記ビーム形成手段は、機械的および電気的の少なくとも一方によりビームをチルトするための手段を１つ以上備えることを特徴とする請求項２１に記載のアンテナ装置。
【請求項２３】
アンテナセクションは、少なくとも１つの選択方向での利得低下が制限／抑制できるように、放射パターンが制御され得る、または配置される、ことを特徴とする請求項１乃至２２の何れか一項に記載のアンテナ装置。
【請求項２４】
少なくとも１つのアンテナセクションは、他のアンテナセクションの１つ以上と異なり、および／または、少なくとも１つのアンテナセクションは、隣接するアンテナセクションとの距離が、他の少なくとも２つのアンテナセクションの間の距離、あるいは、前記アンテナセクションともうひとつの隣接アンテナセクションとの間の距離とは異なるよう配置されていることを特徴とする請求項２３に記載のアンテナ装置。
【請求項２５】
前記給電ネットワーク装置は、２つの別々の給電ネットワーク（２０Ｈ１，２０Ｈ２）を備え、各々がアンテナセクションの各々に２重偏波で給電することを特徴とする請求項２１乃至２４の何れか一項に記載のアンテナ装置。
【請求項２６】
アンテナセクション（１０１，１０２，１０３；１０Ｄ１，１０Ｄ２，１０Ｄ３；１０Ｅ１，１０Ｅ２，１０Ｅ３；１０Ｆ１，１０Ｆ２，１０Ｆ３；１０Ｇ１，１０Ｇ２，１０Ｇ３；１０Ｈ１，１０Ｈ２，１０Ｈ３）は、別々のユニットを含むことを特徴とする請求項１乃至２５の何れか一項に記載のアンテナ装置。
【請求項２７】
共通の支柱または任意の搭載構造（４０；４０Ｄ；４０Ｅ；４０Ｆ；４０Ｇ；４０Ｈ）に搭載された、２，３，４，５，６または７個のアンテナセクションを備えることを特徴とする請求項１乃至２６の何れか一項に記載のアンテナ装置。
【請求項２８】
信号の、送信、受信、または、送受信に用いられることを特徴とする請求項１乃至２７の何れか一項に記載のアンテナ装置。
【請求項２９】
アンテナセクションは、非平面上に搭載され、例えば異なる方向に搭載されることを特徴とする請求項１乃至２８の何れか一項に記載のアンテナ装置。
【請求項３０】
請求項１乃至２９の何れか一項に記載の装置のセルラ移動通信システムの無線基地局での使用。
【請求項３１】
サブアレイに配列され得る多数の放射素子を含むアンテナセクションを多数備えたアンテナ装置におけるビーム形成を制御するための方法であって、
少なくとも２つのアンテナセクションは、搭載構造に実質的に直線に沿って、あるいは、不規則に搭載され、前記方法は、
給電ネットワークによってアンテナセクションに給電するステップと、
利得およびビーム形状の少なくとも一方を制御するために、各々のアンテナセクションに個別のビームチルトを機械的および電気的の少なくとも一方により与えながら給電を制御するステップと、
を備えることを特徴とする方法。
【請求項３２】
機械的チルトおよび電気的プレチルトの少なくとも一方により生じた、各々のアンテナセクションからの位相フロントの変位を、給電ネットワークを用いて補償するステップを備えることを特徴とする請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
電気的なビームチルトを提供するために、各々のアンテナセクションに個別の時間遅延および移相の少なくとも一方を印加するステップを備えることを特徴とする請求項３１または３２に記載の方法。
【請求項３４】
すべてのアンテナセクションにおいて、第１の偏波を持つ素子に信号を給電するために第１の給電ネットワークを用いるステップと、
すべてのアンテナセクションにおいて、第２の偏波を持つ素子に同じ信号を給電するために第２の給電ネットワークを用いるステップと、
を備えることを特徴とする請求項３１乃至３３の何れか一項に記載の方法。
【請求項３５】
各々の偏波の多重ビームを提供するために、例えばＢｕｔｌｅｒマトリクスネットワークに基づくようなマルチポート仰角給電ネットワークを用いるステップを備えることを特徴とする請求項３４に記載の方法。
【請求項３６】
手動または遠隔制御ユニットを介して、給電ネットワーク装置を制御するステップを備えることを特徴とする請求項３１乃至３５の何れか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はサブアレイ状に配列した多くの放射素子を有するアンテナセクションを備えたアンテナ装置に関するものである。本発明はまたサブアレイ状に配列した多くの放射素子を備えたアンテナセクションを具備したアンテナ装置におけるビーム形成を制御するための方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
今日、セル形移動通信システムの無線基地局においてしばしば用いられるアンテナはセクタ型である。そこでは、３個，６個或いはそれ以上のアンテナにより合わせて方位角方向に３６０度をカバーする。無線基地局のカバー範囲を広げられることが一般には望ましい。しかしながら、それには、高利得アンテナが必要である。一般にアンテナが機械的に長いほど、方位角ビーム幅を変更すること無しに、より高い利得を実現するのが容易になる。しかしながら上記の理由で機械的に長いアンテナが魅力的であっても、機械的に長いアンテナに関してはいくつかの欠点がある。第１に機械的に長いアンテナは取り扱い、輸送および搭載が厄介である。設置するのに時間と費用がかかる。更には、隣接セルにおける干渉を低減するために、ビームを下方にチルト（傾斜）させる手段を導入しなければならないだろう。そのような手段は機械的又は電気的なものであろう。チルトさせる設備については、この点に関しても長いアンテナはいくつかの欠点を持っている。長いアンテナの純粋な機械的チルトにより、アンテナが鉛直線から大きく外れることになり、このことは搭載される支柱と通常は平行でなくなることを意味する。更に、機械的チルトに関しては、強風による負荷が大きなトルクを生じ、それがアンテナに損傷を与え、誤動作を生じさせ、全体が破損してしまう危険性に晒されることさえ生じる。更にアンテナが物理的に長い場合、多くの機械的チルトが必要となるが、そのようなアンテナは美しくなく、アンテナが高ければ高いほど必要な機械的なずれが長くなり、上記の欠陥がますますひどくなる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
一方、ある一定数の放射素子を持つ長いアンテナで、サブアレイあたり１つ又は非常に少ない素子しか持たない場合に、純粋な電気的チルトが実施されると、これはかなりの量のハードウェアを必要とする。サブアレイあたりの放射素子の数を増やしてサブアレイの数を減らすと、ハードウェアの量は低減する。しかしながらグレーティングローブが利得低下と空間フィルタリングの減少を引き起こすことによってスキャン範囲も減少する。これは不利益なことになる。
【０００４】
それ故に、たとえばカバー範囲または利得の観点から希望するだけの長さを持つアンテナを備える問題に関して、今日まで満足すべき解は示唆されていない。
【０００５】
それ故に、（機械的に）長くすることができ、それにもかかわらず作製或いは実現が容易であり、設置が容易であり、輸送が容易であり、搭載が迅速にして容易であるような、最初に記述したアンテナ装置が必要である。特に、方位角ビーム幅を変える必要無しに高い利得が得られる装置が必要である。特に、卓越したカバー範囲と高い利得を持ち、隣接セルにおける干渉が低減できるアンテナ装置が必要である。
【０００６】
更にまた、審美性がよい、最初に記述したアンテナ装置が必要である。更に特に、強風に晒されたときに影響を受けにくい、そして特に、強風のような過酷な、或いは極限的な天候条件によって生じる大きなトルクを受けることのないようなアンテナ装置が必要である。
【０００７】
特に、チルトが容易に、しかも大量の装置やハードウェアを必要とすること無しに実現できる、最初に記述したような装置が必要である。このように、特に、小型であり、取り扱いが厄介でなく、これを搭載する支柱又は他の構造の伸びている長手方向（とくに必ずしも鉛直方向ではないが、）に直交する方向にあまり伸びてはいないアンテナ装置が必要である。更に特には、目的のために設計したアンテナを用いるだけでなく、既存のアンテナセクション品又は特注でなく購入できるアンテナを用いることが出来る装置が必要である。さらにより特別には、ビーム形成が制御でき、そして／又は利得が容易に制御できるようなアンテナ装置が必要である。さらには、柔軟性があり、色々な条件に対して高度の制御性と適応性があるアンテナ装置が必要である。さらに特には、低い走査損失を備えることが出来、又は特に、大きなサブアレイを持ち電気的にだけチルトできるアンテナに比べて、グレーティングローブが発生する前のチルト範囲の拡大が可能であるアンテナ装置が必要である。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
それ故に、さらに、それぞれがサブアレイ状に配列した多くの放射素子を備えるアンテナセクションを少なくとももう１つ含み、前記少なくとも２つのアンテナセクションは搭載用の構造物上に実質的に直線状に、あるいはやや不規則的に、たとえば直線に沿ってではなく、搭載されていることを特徴とする、最初に記述したアンテナが提供される。アンテナ装置は前記少なくとも２つのアンテナセクションに給電するための給電ネットワークと、ビーム形成制御を可能とするためにアンテナセクションの給電を制御するための給電ネットワーク制御手段とを更に備える。アンテナ装置は多くの色々な方法で実現可能である。アンテナセクションは本発明のアンテナ装置のために特に製作し、設計し、又は購入したものでもよいが、本発明の概念に拠れば、従来の既存のアンテナセクションを用いることも出来る。アンテナセクションは個別のユニットであることが望ましいことは明らかであろう。
【０００９】
１つの実施例では、前記の数のアンテナセクションの中の少なくとも２つは実質的に同一である。さらには、全てのアンテナセクションが実質的に同一であるか、全く同一のものである。他の実施例では、少なくとも２つのアンテナセクションは同一ではなく、すなわち、異なっていて、又はさらにより特別なこととしては、全てのアンテナセクションが異なっているか同一ではない。
【００１０】
アンテナセクションは色々な異なる方法で搭載されてもよい。１つの実施例では、アンテナセクションはそれぞれの隣接アンテナセクション間（対間）の間隔が実質的に等しいように搭載される。他の実施例ではアンテナセクションはそれぞれ隣接するアンテナセクション（対）間の間隔が異なるように、或いはいくつかの間隔は等しく、一方他の間隔の１つ以上は異なるように搭載される。１つの特別な実施例では、アンテナセクションは、例えば４５°，６０°又は９０°の方位角方向のビーム幅を持つ従来のセクタ・アンテナを備えている。これら２つの特徴はどのように組み合わされてもよい。例えば不等のアンテナセクションが異なる間隔で組み合わされてもよい。
【００１１】
給電ネットワーク装置は特に、マルチセクションアンテナのセクション間の位相および／又は振幅を可変制御するための手段を備えている。それによって位相および／または振幅テーパ付けを可能とし、或いは異なる給電信号の供給を実現する。例えば位相および／または振幅に関する限り異なる給電信号をそれぞれのセクションに適用することを可能とする。特に、それは、前記アンテナセクションからなるアンテナ装置を運搬するための運搬手段、例えば支柱、が搭載されるところの、実または仮想の搭載面の法線に関してビームをチルトさせる手段を備えている。
【００１２】
１つの特別な実施例では、ビームをチルトさせる手段はアンテナセクションを機械的チルトさせるための機械的チルト手段を備えている。好適には少なくとも２つ、もっとも好適には全てのアンテナセクションが独立に機械的チルトされることである。
【００１３】
他の実施例では、アンテナセクションは電気的に予めチルトされて（pre-tilted）いる、すなわち作り付け（ビルトイン）のビームチルトを備えている。このビームチルトは全てのアンテナセクションで同じであってもよいし、異なるアンテナセクション間で異なっていてもよい、または１つ以上のセクションについては全く「チルトなし」でもよい。特にいくつかの或いは全てのアンテナセクションが作り付けである、制御可能な電気的プレチルトを備えている、すなわちそれらは電気的チルトを備えている。
【００１４】
他の実施例に拠れば、装置は、特に給電ネットワーク装置を通して実現される、マルチセクションアンテナを電気的にチルトさせるための手段を備えている。マルチセクションアンテナ装置を電気的チルトさせるための手段は、特に給電ネットワークの中に、或いはそれに関するところに、位相遅延手段および／または時間遅延手段を備えている。その給電ネットワークは、適当な位相遅延および／または時間遅延を持った給電信号がそれぞれのアンテナセクションのおのおの１つに供給できるように、それぞれの位相遅延および／または時間遅延がそれぞれのアンテナセクションに対して導入されるように動作する。
【００１５】
特別な実施例では、機械的チルト手段は電気的チルト（プレチルトおよび／または給電ネットワークによって、或いは遅延手段／移相器などによって供給される電気的チルト）手段と組み合わされている。このように、機械的チルトと前記のような給電ネットワーク（或いは特殊な手段）によって実現される電気的チルトは望みの形態で組み合わせることが出来る。
【００１６】
異なるアンテナセクションに別々に或いは、独立に施される機械的チルトの場合、パネルが独立にチルトした場合に生じるアンテナセクションの変位は、給電ネットワークを通して補償される。また、アンテナセクションがプレチルトしていたり、各アンテナセクションに独立に電気的チルトを施す設備が前もって装備されているときは、電気的チルト操作によって生じる個別のアンテナセクションからの位相フロントの変位は、好適には、給電ネットワークを通して補償されねばならない。
【００１７】
アンテナセクションごとのレベルで機械的チルトを実施することによって（予め設置されたアンテナセクションと、またはアンテナセクションレベルでの制御を通じて電気的チルトと組み合わされていてもいなくても）、アンテナセクションレベルの機械的チルトは、アンテナ全体または構造全体が機械的チルトするアンテナ装置に比べて、コンパクトなマルチセクションアンテナ装置を実現可能とする。これは例えば強風に対する影響をかなり低減し、それ故に風によって起こるトルクが低減すると同時に、アンテナ装置がほっそりとしてより美しくなる。同様に、アンテナサブアレイレベルではなくアンテナセクションレベルで電気的チルトを導入することにより、必要なハードウェアの量がかなり低減する。
【００１８】
それ故に、電気的および機械的チルトの組み合わせは可能であり、必要な場合には、位相フロント変位の補償は給電ネットワークを通して、或いは給電ネットワークを制御する制御手段によって、或いは別の補償手段によって実現される。
【００１９】
１つの具体的な実施形態においては、給電ネットワーク装置はアンテナセクションにそれぞれの偏波で給電する２つの給電ネットワークを備える。特に、第１と第２の偏波を給電するために同じ給電信号が用いられる。特に、それぞれの給電ネットワークはそれぞれの偏波の仰角ビーム・パターンを制御するための制御手段を備えることにより、相補的な仰角カバー範囲を持ち、それぞれの仰角ビーム・パターンの電力の和となるような結合パターンが発生するように、それぞれの偏波の仰角ビーム・パターンを実現する。この目的のために、各給電ネットワークはＢｕｔｌｅｒマトリクス・ネットワークに基づくマルチポート仰角給電ネットワークを特に備える。
【００２０】
もっとも好適なことは、その／各々の給電ネットワークはそれぞれのアンテナセクションに給電される電力を適当に分割するための電力分割手段を備えていることである。１つの実施例においては、特にアンテナセクションが皆同一であるときは、電力はアンテナセクション間で等しく分割される。同様に、前記の、或いはいくつかのセクションが同一でないときには、マルチセクションアンテナ装置の全体に亘って単位長さあたりの電力分布が等しくなるように電力が分割されるのが良い。そのような形の給電ネットワークはアンテナ利得を最大にするという観点から特に有効である。もしも例えばサイドローブ・レベルのような利得以外のパラメータが重要なときには、それに従って電力分布が制御され、或いは最適化される。ビーム形成或いはビーム整形のために別々に、或いは組み合わせて用いられる手段を動作させて、振幅テーパを，位相テーパを、アンテナセクションの電気的および／または機械的チルトを、アンテナセクション間の間隔の中の１つ以上を制御し、または異なる偏波を実現する。
【００２１】
本発明のいくつかの実施例に従えば、これらの手段はビーム形成或いはビーム成形のために用いられるが、その目的は、１つ以上のヌル点、すなわち例えば主ビームとサイドローブ間、あるいはサイドローブ間のようにアンテナ利得が非常に小さいか全く利得が無い方向を充填するように、すなわち利得低下をある受容レベルまで低減するように、或いは全く抑制するように放射パターンを制御することである。
【００２２】
前記の手段のどれかを単独で、或いはお互いに組み合わせて用いることが出来る。特に位相をアンテナセクションごとに異なるように分布させる（位相テーパを実現する）ことが出来、異なるセクションごとに異なる電力を分布させることが出来て、これによって振幅テーパを実現し，セクションを別々に（機械的に、そして／または電気的に）チルトさせることが出来、アンテナセクションを別々に変位させ、そして／または非同一とすることが出来る。さらにまた、異なる偏波を持つ放射パターンを用いることが出来る。
【００２３】
関連する応用に対して適当である、いかなる組み合わせでもヌル補償はビームチルトと組み合わせることが可能である。
【００２４】
マルチセクションアンテナ装置は送信、或いは受信、或いは送信および受信に対して用いられるのは明らかであろう。
【００２５】
１つの実施例では装置は共通支柱上に搭載された３つのアンテナセクションを備える。より一般的には、共通支柱またはその他の構造上に２個から６個の間の、あるいはそれ以上のアンテナセクションを備える。
【００２６】
前記したような装置は特にセル形移動通信システムの無線基地局に用いられる。
【００２７】
本発明はそれ故に、サブアレイ状に配置した多くの放射素子を備えたアンテナセクションを多数備えたアンテナ装置におけるビーム形成を制御する方法も提案している。その方法は、前述したアンテナ装置で、たとえば支柱またはその他の構造上に、実質的に直線に沿って搭載された少なくとも２つのアンテナセクションからなるアンテナ装置において、給電ネットワークによってアンテナセクションに給電するステップと、好適には、それぞれのアンテナセクションに機械的または電気的にビームチルトを個別に与えながら給電を制御するステップと、そして／または利得および／またはビーム形を制御するために、それぞれのアンテナセクションの相互の関係において、そして／または形／サイズについて、アンテナセクションの配置を制御するステップとを備える。
【００２８】
特に本方法は、機械的チルトおよび／または電気的チルトによって引き起こされる、それぞれのアンテナセクションからの位相フロントの変位を、そこに設置されたアンテナセクションを通して給電ネットワークを用いて補償するステップを含む。
【００２９】
本方法は、電気的ビームチルトまたはヌル補償を実現するために、個別の時間遅延および／または移相をそれぞれのアンテナセクションの給電信号に印加するステップを備えるのがさらに有利である。１つの特別な実施例においては、本方法は、アンテナセクションに給電信号（ＲＦ）を用いて第１の偏波を給電するために第１の給電ネットワークを用いるステップと、アンテナセクションに同じ給電信号（ＲＦ）を用いて第２の偏波を給電するために第２の給電ネットワークを用いるステップとを備える。そこで特に本方法は、多重のビームに各偏波を実現する、例えばＢｕｔｌｅｒマトリクス・ネットワークに基づく多ポート仰角給電ネットワークを用いるステップを備える。特に本方法は、給電ネットワーク装置を手動で制御するステップを含む。代替法として、本方法は、給電ネットワーク装置を遠隔制御ユニットなどによって遠隔制御するステップを含む。給電ネットワーク装置はまた自動制御されてもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
本発明を非限定的な様式で、かつ添付の図面を参照しながら以下にさらに記述する。
【００３１】
この文書の理解をより良くする為に、用いられる用語を簡単に説明する。アンテナ素子はここでは個々の放射素子を指す。しかしながら大抵は放射素子という語を本明細書中では用いる。サブアレイはここでは相互に特定の関係を持つように配置されているアンテナ素子、すなわち放射素子のグループを指す。それらはそれぞれのアンテナ素子すなわち放射素子の間を等しい、或いは不等の間隔を持って直線上に位置しているのが典型である。アンテナセクションは物理的なユニットである。それは例えば既存のアンテナでもよいし、或いはマルチセクションアンテナを提供するための目的で特別に製造されるアンテナセクションであってもよい。アンテナセクションは１つ以上のビームを発生する、例えば双偏波（dual polarized）アンテナであってもよい。特に、ビームごとに１つのＲＦコネクタがある。アンテナセクションは市販のアンテナ，例えば方位角方向のビーム幅が４５°，６０°または９０°のセクタ・アンテナでもよい。または特別に設計したアンテナセクションでもよい。
【００３２】
本発明のアンテナ装置、より簡略して言うならばマルチセクションアンテナ（すなわち、少なくとも２つのセクションをもつアンテナ）おいては、或る数の別々のアンテナセクションまたはその１つのグループは相互に何らかの関係を持つように配置されている。一般には、それらは実質的に直線上に位置していて、実施例によっては、その間隔はそれぞれのアンテナセクションの間で等しい場合も異なる場合もある。また、実施例によってはアンテナセクションは同一であったり異なっていたり、或いはマルチセクションアンテナ装置の中のいくつかのアンテナセクションは同一であり、その他は異なっている場合もある。
【００３３】
本発明の基本的なアイディアは、市販の、或いはこの目的のために特別設計のものであり、給電ネットワークに接続している、２つ以上の個別のアンテナセクション、或いはより一般的にはアンテナを用いることによって、特にセル形移動通信システムに用いるための、長いアンテナまたは長いアンテナ装置を提供することである。一般的には、機械的に長いアンテナはより大きな利得を与え、それ故に方位角ビーム幅を変更すること無しにより広いカバー範囲を与える。異なる実施例では、ビームの機械的および／または電気的チルトは、例えばパス利得を最大にし、そして／または隣接セルにおいて発生するであろう干渉を低減するために導入される。しかしながら、本発明は特別な種類のチルト法、或いはそもそもチルト法を備えることに限定するものではない。ともかく、基本的な概念によれば、どのようにチルトが設定されていても、それは他の目的にも用いられる。以下では添付の図面を参照ながら説明する。
【００３４】
図１は現状の技術によるアンテナ装置１０００を示す。これは、支柱４００に接続されて、フィーダ・ケーブル３００を伝って（不図示の）給電ネットワークによって給電されるアンテナ１００を備えている。図示のアンテナ１００は機械的チルト装置５００によってチルトが施されている。しかしながら、このようなアンテナ装置は本文書のはじめの部分に記した欠点がある。
【００３５】
図２は本発明によるアンテナ装置１００を示す。それは支柱４０に実質的に直線に沿って全てが接続されている３つのアンテナセクション１０１、１０２、１０３を備えている。アンテナセクション１０１、１０２、１０３は給電ケーブル２１１、２１２、２１３によって接続されている給電ネットワーク２０によって給電されている。給電ケーブルは共通の給電点から異なるアンテナセクションを通って希望するビーム方向６２の遠視野までのＲＦ経路内の位相偏差を補償するために不等の長さを持っている。共通の主フィーダ・ケーブル３０は給電ネットワークに給電する。この実施例ではアンテナセクション１０１、１０２、１０３は機械的チルト手段５０１、５０２、５０３によって機械的チルトが施されているが、チルトは他の種類のチルト法で実現してもよい。すなわちアンテナセクションのビームの方向はマルチセクションアンテナ装置の希望するビームの方向６２と一致する必要はない。図中の破線６１は補償後のアンテナセクションからの共通の位相フロントを示している。この実施例では全てのアンテナセクションは不等であり、それらの間隔も不等であり、同じ様に１つには機械的チルトされてはいないものと仮定している。これは本発明によって可能であるビーム形成またはビーム整形の１様式である。
【００３６】
一般に給電ネットワーク２０は色々に動作でき、制御手段によって制御できる。制御手段は給電ネットワークの中に含まれているか、給電ネットワークに何らかの方法で接続している。制御は、実施例によっては、手動で或いは遠隔制御で行われる。
【００３７】
電力をそれぞれのアンテナセクションに分配する最も簡単で最も直接的な方法は、アンテナセクションが同一である場合はアンテナセクション間で電力を等分することである。アンテナセクションが同一ではない場合は、例えば電力分割器を用いて、アンテナ装置全体に亘って単位長あたりについて電力が等分されるように分割する。そのような給電ネットワークはアンテナ装置の利得を最大にするという観点から有効である。
【００３８】
しかしながら、例えばサイドローブ・レベルのような、利得以外の他のパラメータもかなり重要である。別の実施例によれば、そのときは、給電ネットワーク（信号分配）は、そのような他のパラメータに対しても、或いはそのようなパラメータに対してのみ最適化される。
【００３９】
以下により完全に説明するように、ビーム形成或いはビーム成形を行うためにはいくつかの手段がある。用いることの出来る手段または行為のいくつかは、たとえば振幅テーパ，位相テーパ，（セクションごとのレベルでの）アンテナセクションチルトを施すこと、アンテナセクション間に不等間隔を与えること、および偏波を混合することによるものである。
【００４０】
前述したように、それぞれのアンテナセクションに信号を分配するために用いられる給電ネットワークは、図３に示すように、（等しい）電力分割器（および固定の移相器）を単に備えた大変簡単な給電ネットワークから始まって、あらゆるさまざまな複雑さを持ったものであってもよい。図３では給電ネットワーク２０Ａはそれぞれの（不図示の）アンテナセクションに接続する、異なった長さの給電ケーブル２１Ａ１、２１Ａ２、２１Ａ３を持った電力分割器／結合器を備えていて、共通の給電ケーブル３０Ａが給電ネットワーク２０Ａに給電している。
【００４１】
図４は給電ネットワーク２０Ｂの他の例を示している。それはより複雑であって、可変、不等の電力分割器／結合器と，等しい長さの給電ケーブル２１Ｂ１、２１Ｂ２、２１Ｂ３を通してそれぞれの（不図示の）アンテナセクションに接続されている可変移相器２２Ｂ１、２２Ｂ２、２２Ｂ３とを備えている。前の実施例と同様に給電ネットワークは１つのフィーダ・ケーブル３０Ｂで給電されている。
【００４２】
図５はややより複雑な給電ネットワーク２０Ｃを用いた更に別の実施例を示す。給電ネットワークは可変、不等の電力分割器／結合器と、および、等しい長さの給電ケーブル２１Ｃ１、２１Ｃ２、２１Ｃ３を通してそれぞれの（不図示の）アンテナセクションに給電されるそれぞれの信号に適当な遅延を与えるための可変時間遅延手段２２Ｃ１、２２Ｃ２、２２Ｃ３とを備えている。給電ネットワーク２０Ｃは給電ケーブル３０Ｃによって給電されるのは前の実施例と同じである。前記したように、給電ネットワークにおける振幅と時間遅延の設定の制御は手動でまたは、（不図示の）制御システムによって遠隔制御で行うことができる。このシステムは給電ネットワーク内に組み込むことが出来るし、独立でもよい。
【００４３】
図６は、図５に記述した可変時間遅延手段（τ１、τ２、τ３）２２Ｄ１、２２Ｄ２、２２Ｄ３を備えた給電ネットワークと同様の給電ネットワークを用いたアンテナ装置２００を示す。給電ネットワーク２０Ｄは３個のアンテナセクション１０Ｄ１、１０Ｄ２、１０Ｄ３に接続されていて、これらアンテナセクションは同一で等間隔に結合しているが、給電ケーブル２１Ｄ１、２１Ｄ２、２１Ｄ３は等しい長さである。（不図示の他の実施例によれば、所定の長さのケーブルを用いて必要な時間遅延を実現することが可能である。）。ここではアンテナセクション１０Ｄ１，１０Ｄ２，１０Ｄ３は一様に、角度αの機械的チルトが施されているものとする。
【００４４】
垂直軸からの機械的チルト角αは同一であり、各アンテナセクションには電気的ビームチルトが施されていないと仮定しているので、図中の点線で示された各アンテナセクションに対する位相フロント（２４Ｄ１，２４Ｄ２、２４Ｄ３）は平行である。各アンテナセクションの複雑な放射パターンをコヒーレントに重畳するためには、それぞれのアンテナセクションの機械的チルトから発生する位相フロント間のずれは補償しなければならない。位相差が純粋に機械的チルトによって発生したのか、純粋に電気的チルトによって発生したのか、或いはそれらの組み合わせによって発生したのかには関わらず、アンテナセクション間の位相フロントの変位はそれぞれの時間遅延によるものであるとしてよい。最大信号レベルに対してはｎ番目のアンテナセクションの時間の進みは次のように与えられる。
【００４５】
τｎ  ＝  ｄｎｔａｎ（α）／ｃ，
ｄｎは位相中心間の距離でありｃは光速である。
【００４６】
図４に示したものと同様の給電ネットワークに対しては、ここでは移相器が用いられているので、対応する位相の進みは次のように与えられる。
【００４７】
Φｎ  ＝  ２πｄｎｔａｎ（α）／λ，
λはＲＦ信号の波長である。
【００４８】
位相の進みは通常はΦｎモジュロ２πラジアン（３６０°）として実行される。
【００４９】
図７は本発明によるアンテナ装置３００の他の実施例を概略的に示す。実質的に同一の３つのアンテナセクション１０Ｅ１、１０Ｅ２、１０Ｅ３は、例えば支柱４０Ｅ上に実質的に直線に沿って搭載されている。しかしながらこの場合には、それぞれのアンテナセクションの間の距離は異なっていて、アンテナセクション１０Ｅ３がアンテナセクション１０Ｅ２との関係において変位していると言うことができる。アンテナセクション１０Ｅ２と１０Ｅ３間の距離は、例えば、アンテナセクション１０Ｅ１と１０Ｅ２間の距離とアンテナセクション１０Ｅ３の長さ（この場合は他のアンテナセクションの長さと同じである。）の半分の和である。アンテナセクション１０Ｅ１、１０Ｅ２、１０Ｅ３はケーブル２１Ｅ１、２１Ｅ２、２１Ｅ３によって給電ネットワーク２０Ｅに接続している。給電ネットワークは給電ケーブル３０Ｅによって給電されている。もちろんアンテナセクションは異なるサイズを持つことも可能である。すなわち、アンテナセクションは非同一であり（サイズ以外の側面で非同一であってもよい。）、２つは同一であり、３つ目は異なるなどである。アンテナセクションの間隔と同様にサイズの変化も原理的には可能である。もちろん３つのアンテナセクションを用いることに限定するものではなく、より多くてもよい（各アンテナセクションの間が異なる距離である必要のない他の実施例においては、より少なくてもよい。）。
【００５０】
図８にはさらに他の実施例が開示されている。ここではアンテナ装置４００が示されているが、これも３つのアンテナセクション１０Ｆ１，１０Ｆ２，１０Ｆ３を備えていて、それらは給電ケーブル２１Ｆ１，２１Ｆ２，２１Ｆ３を経由して給電ネットワーク２０Ｆにより給電されているが、給電ネットワークはフィーダ・ケーブル３０Ｆによって給電されている。この場合はしかしながら、アンテナセクションは非同一である。この特殊な場合には、アンテナセクション１０Ｆ１とアンテナセクション１０Ｆ３は同一であるが、アンテナセクション１０Ｆ２はそれよりも大きくなっている。少なくとも２つのアンテナセクションを持つ装置に対しては、異なるサイズを持ったアンテナセクションを用いることが出来る。アンテナセクション１０Ｆ１はもちろん他のサイズを持っていてもよいし、それに代わってアンテナセクション１０Ｆ３も同様である。いかなる変化も原理的に可能である。図８ではそれぞれのアンテナセクションの間の距離は同じである。上記したように距離もまた異なっていても勿論良い。例示したアンテナ装置の全てにおいてたった３個のアンテナセクションが示されているが、実際にはいかなる場合も、または全ての場合において、例えば、２つのアンテナセクション，４つのアンテナセクション，５，６，７或いは８，または任意の適当な数を持っていても可能である。しかし、記述の明瞭性のために、どの図にもこのことは明示されていないことも明らかであろう。
【００５１】
上記したように別々の理由で（仮想的な）搭載面の法線に関してビームをチルトできることはしばしば望ましいこととなる。一般にはビームをチルトする目的は放射される電力をセル内の希望する場所に向けることである。例えば、高い支柱により、或いは地形の高度変化により、地平線またはセルの境界が「基地局における地平面以下」である時にビームチルトが必要となる。ビームをチルトする他の理由はアンテナ装置が非鉛直軸に沿って搭載しなければならない場合であろう。
【００５２】
ビームチルトは現行の給電ネットワークでは良く知られた、共通に用いられる技術である。一般に２つの異なる実施例がある。すなわち１つは電気的チルトであり、これはアンテナに図５、図６のように時間遅延を与えるか、図４のように位相シフトを与えることによってビームをチルトさせる方法であり、もう１つは希望のビーム方向を実現するようにアンテナを物理的に搭載する台の機械的チルトである。これら２つの技術は組み合わせることが出来て、アンテナ装置の性能と特性の制御に関して付加的な柔軟性を与えることが出来る。しかしながら、本発明によれば、時間遅延或いは位相シフトが施されたり、或いは特別な形に電気的に搭載されるのはアンテナセクション群である。すなわち電気的および／または機械的ビームチルトは単一のアンテナ，すなわち１セクションに関係するばかりではなく、２つ以上の別々のアンテナセクションに関するものでもある。それに加えて、各アンテナセクションは作りつけの電気的ビームチルト手段が前もって備わっていてもよい。即ちこのときアンテナはプレチルトされているということができる。
【００５３】
それ故、本発明によれば（もしチルトが実装されていれば）各アンテナセクションは独立にチルトする、或いは、もし３つ以上のアンテナセクションがある場合、例えば２つのアンテナセクションは共通に、もう１つ以上のアンテナセクションは独立にチルトすることが可能である。
【００５４】
上述したように、アンテナセクションが独立にチルトした場合に起こる位相フロントの変位は給電ネットワーク内で補償される。
【００５５】
機械的チルトがアンテナセクションごとに実現されていて、または少なくとも２つのアンテナセクションは独立にチルトすることによって、全体の構造、即ちアンテナ全体を機械的チルトする場合（図１参照）に比べてはるかにコンパクトな設置が出来る。強風によって生じるトルクが軽減され、同時により美的な設置が可能であるということに特別な利点が存在する。
【００５６】
以下では電気的チルト法についてもう少し詳しく記述する。
【００５７】
第１に、電気的チルトは、アンテナセクションがチルト手段をあらかじめ備えていれば、各アンテナセクションに独立に電気的チルトを施すことによって実施できる。電気的チルト操作によるそれぞれのアンテナセクションからの位相フロントの変位は、上述した式を参照して給電ネットワークにて補償しなければならない。もちろんこの場合にも、（機械的チルトが施されるときと同様に）、アンテナ装置の中の或る限られて数のアンテナセクションにだけ独立にチルトを施すことが可能であるし、あるいは全ての、または限られた数にだけ等しいチルトを、或いは全てのアンテナセクションに異なるチルトを施すことが出来る。いかなる変形も原理的には可能である。
【００５８】
アンテナセクション間の電気的チルトに他の方法もある。長いアンテナの電気的ビームチルトは、サブアレイあたり１つまたは少数のアンテナ素子しか持たないサブアレイベースでの方向操作として実施されるときには、かなりの量のハードウェアを必要とするであろう。本発明によれば、ハードウェアの量は、アンテナセクションレベルで電気的な方向操作を行うことによりかなり低減できる。そのときは、ビームチルトは、給電ネットワークにだけ適当な時間遅延または位相シフトを導入することによって行われる。
【００５９】
図９は、各アンテナセクションに、ある種の電気的チルトが適用されているような実施例の典型例を示しているアンテナ装置５００を示す。それ故に、適当な時間遅延および／または位相シフトが給電ネットワーク２０Ｇに導入されていて、給電ネットワークは不等の長さを持つ給電ケーブル２１Ｇ１，２１Ｇ２，２１Ｇ３を通して個別のアンテナセクション１０Ｇ１，１０Ｇ２，１０Ｇ３に独立に給電している。位相フロントのずれを単に補償するだけでなく、給電ネットワークはまた、個別のアンテナセクションによって与えられるものとは異なる、所望のビームチルトを実現することもできる。アンテナセクションの距離が大きいので、このビームチルトの範囲はグレーティングローブの発生によって制限される。
【００６０】
機械的チルトと電気的チルトはいかようにも組み合わせることが出来ることは明らかであろう。
【００６１】
図１０はｄＢで表わした相対電力とΘ°との関係を示しいている図である。Θは以下の図１１に定義されている。この図（図１０）は０．８２波長の間隔の８個のアンテナ素子を持つ４つのアンテナセクションを持つアンテナ装置の例に関するものである。図において実線（ＩＥ）はアンテナセクションの電気的チルトだけで３°のビームチルトを実現した場合に対する放射パターンを示し、破線（ＩＥ＋Ｍ）はアンテナセクションに電気的および機械的チルトを組み合わせた場合を示す。このように実線は、ビームを３°走査するために各アンテナセクションの位相設定を持つ（各アンテナセクション内では電気的ビームチルトは無い）場合の主ビームと第１のサイドローブを示す。グレーティングローブは大きい間隔のために生じる。上述の破線を参照すると、アンテナセクションが、アンテナセクションの位相設定に加えて、３°機械的チルトすればグレーティングローブは避けることが出来る。
【００６２】
特に仰角方向のセクタ・アンテナの放射パターンは主ビームとサイドローブを持つことによって特徴付けられる。主ビームとそれぞれのサイドローブの間およびサイドローブ間にある非常に低い利得を示す角度はしばしば”ヌル（null）”と呼ばれる。ヌルは通常は電力が１／２となるビーム幅のｎ倍のところで起こる。ｎは整数である。これら、いわゆるヌルの方向における低いアンテナ利得は低い経路利得となり、基地局と端末および端末から基地局への送信に厳しい影響を与える。
【００６３】
普通の（広い）仰角方向ビーム幅を持つアンテナに対しては、通常最も厳しい第１のヌルの方向は主ビームよりも下であり、アンテナサイトからセルの境界への方向よりもずっと短い距離に対応する。したがって低いアンテナ利得は低い経路損失で補償され、移動通信システムにおける送信上の問題とはならない。
【００６４】
一方、高利得アンテナでは、通常は仰角方向のビーム幅は非常に狭いので、その結果、第１のヌルは主ビームに接近して生じ、セルの範囲に比べて比較的長距離に対応するところで生じる。このことは、低いアンテナ利得が低い経路損失によって十分には補償できないことを意味する。これは、セル内のある面積はカバーされにくいことに繋がる。送信信号がセル全体を（またはセルの可能な限り多くを）カバーすることは非常に重要である。それ故に、カバーが十分でないことが起こらないように”ヌル補償”と呼ばれる技術が適用される。これは、ある方向、または特に或る選択されたヌルの方向での利得の落ち込みが許容レベルまでに制限されるように、放射パターンが設計されることを意味する。
【００６５】
それ故、通常の短いアンテナでは広いビームを持つので、ヌルが起こる問題はそれほど深刻ではない。一方、高利得アンテナでは仰角方向に狭いビーム幅を持つのでこの問題ははるかに厳しいものとなる。
【００６６】
図１１は、仰角方向に狭いビーム幅を持つ高利得アンテナ１０’を持つ基地局１０Ｄからの放射パターンを示す仰角方向断面図である。ＢＮＦ即ち、たとえば破線はヌル補償を施さず、１点破線に沿って位置する端末ＭＳ方向にヌルを持つ放射パターンを示す。ＢＦ０（実線）は主ビームの下方の第１ヌルを補填する様子を示す。即ち、何らかのヌル補償が実施されると、その結果、ＭＳが、ヌル補償技術が無ければ可能ではなかった基地局との通信ができるようになる。Θはアンテナ装置１０’が搭載されている、実質的に垂直である直線と主ビームの中心との間の角度である。
【００６７】
ヌル補償を達成するために実施できて、高利得アンテナに適用できる、いくつかの異なる技術がある。
【００６８】
放射パターンにおけるヌルを減少するには、それぞれのアンテナセクションに不等の電力分布を提供することで可能である。図１２はｄＢで表わした相対電力とΘ°（Θは図１１で定義されている。）の関係における放射パターンを示している図である。３つの同一のアンテナセクションを持ち、０ｄＢ，−３ｄＢおよび−６ｄＢの相対振幅テーパを持つ（不図示の）アンテナ装置に対して、振幅テーパを用いてヌル補償を施した場合を破線ＩＩＡＴで示し、実線ＩＩＡＮで示した振幅テーパを実施しない場合と比較している。この装置において、各アンテナセクションは０．８２波長の間隔を持つ８つの放射素子を備えていると仮定している。この装置は、本明細書の前段で議論したように、例えば機械的および／または電気的チルトと組合せることが出来る。
【００６９】
図１３はヌル補償を備えている別の装置に対する、ｄＢで表わした相対電力と図１１で定義されるΘの関係における放射パターンを示している図である。このヌル補償はアンテナセクションの間に不等の位相分布を利用することに基づいていて、これは、それ故に、放射パターンにおけるヌルを低減するための別の方法を説明している。（不図示の）この装置では例えば図１２に示した装置と同様に、３つの同一のアンテナセクションを用いているが、ここでは振幅テーパではなくて０°，−３０°および０°の相対的な位相テーパが行われている。この図において、破線ＩＩＩＰＴは位相テーパを持つ実施例に関するものであり、比較のために、一様なテーパ、即ちヌル補償が施されていない場合を実線ＩＩＩＵＴで示す。
【００７０】
別の方法として、アンテナ装置のアンテナセクションを別々に機械的にチルトさせることで放射パターン中のヌルを低減することができる。
【００７１】
図１４は、図１２，１３を参照して議論されたように、３つのアンテナセクションが垂直面に対して０°，０°および＋２°の角度αだけ機械的にチルトしている装置に対する、ｄＢで表わした相対電力とΘ°の関係における放射パターンを概略的に示している。図１２の実施例と同様に、相対的な振幅テーパが加えられていて、それらは０ｄＢ，０ｄＢ，−６ｄＢである。図における実線ＩＶＵＴは機械的チルトも振幅テーパも行わない、対応装置を示している。一方、破線ＩＶＭ＋ＡＴは機械的チルトと振幅テーパを備えた上記の実施例に関するものである。
【００７２】
他の実施例においては、アンテナセクションを別々に電気的にチルトさせることによって、放射パターンにおける１つ以上のヌルを低減できる。有利な実施例においては、選択されたチルトはアンテナセクション間の位相テーパと組み合わされている。
【００７３】
図１５において放射パターンが図示されているのは、０°，０°と＋１°に電気的にチルトさせ、それに加えて相対位相テーパ０°，０°と２０°を加えた、上記したような、３つのアンテナセクションを備えた装置に対してである。破線ＶＥ＋ＰＴは電気的ビームチルトと位相テーパを含んだ装置の相対電力を示し、一方実線ＶＵＴはビームチルトも位相テーパも施していない対応装置との比較を示す。
【００７４】
図７を参照して言及し、議論したように、アンテナセクション間の不等な間隔を利用して更なるヌル補償を達成することも出来る。
【００７５】
図１６は１つのアンテナセクションが、図７を参照して議論したように、そのアンテナセクションの長さに対応する長さだけ、またはアンテナセクションの幅の半分だけ移動した場合の放射パターン（破線ＶＩＤ）を、移動していない場合の放射パターンを記述する実線ＶＩ０と比較して記述する図表である。アンテナセクション間隔が他の値である場合の他のアンテナ装置も同様に実施できることは明瞭であろう。
【００７６】
色々な図表から分かるように、上記のヌル補償技術のいすれを用いてもヌルは有効に低減される。しかしながら、他のヌル補償技術を実施することも可能である。例えば、放射パターンにおけるヌルは図８を参照して不等のアンテナセクションを接続することによっても低減できる。
【００７７】
さらにまた、放射パターンにおけるヌルは異なる（２重の）放射パターン偏波を持つアンテナセクションの接続によって低減することもできる。
【００７８】
非同一の（２つの）偏波はビーム形成の目的でも利用することが出来る。図１７はアンテナ支柱４０Ｈなどの上に搭載されて、不等に長さの給電ケーブル２１Ｈ１１，２１Ｈ１２，２１Ｈ１３を経由して、電力分割器／結合器を備えた第１の給電ネットワーク２０Ｈ１に接続されていて、また、不等に長さの給電ケーブル２１Ｈ２１，２１Ｈ２２，２１Ｈ２３を経由して、電力分割器／結合器を備えた第２の給電ネットワーク２０Ｈ２に接続された、３つの２重偏波のアンテナセクション１０Ｈ１，１０Ｈ２，１０Ｈ３を持つアンテナ装置６００を示す。ＲＦ信号を給電する前記第１の給電ネットワーク２０Ｈ１はフィーダ・ケーブル３０Ｈ１によって給電される。このフィーダ・ケーブルは第１の偏波の信号を送受信する。一方、フィーダ・ケーブル３０Ｈ２は第２の偏波によって送受信したＲＦ信号を第２の給電ネットワーク２０Ｈ２に給電する。このように２つの別々の給電ネットワーク２０Ｈ１，２０Ｈ２は２つの偏波をアンテナ装置全体に給電する。給電ネットワーク２０Ｈ１，２０Ｈ２はそれぞれの偏波に対して特定の望ましい仰角ビーム・パターンを提供すべく個別に最適化することが出来る。
【００７９】
１つの実施例では、２つの放射パターンは相補的な仰角カバー範囲を持つように設計されている。すなわち、同じＲＦ信号を用いて両方の偏波が給電されるとき、２つの偏波固有のパターンの電力の和であるような結合パターンが発生し、この電力の和と成るパターンは例えばヌルになる深さを全く持たないような新しい所望の特性を持つものとなる。
【００８０】
例えばＢｕｔｌｅｒマトリクス・ネットワークに基づくような、マルチポート仰角給電ネットワークを用いることによって、各偏波に多重ビームが供給できる。これによって２つ以上のビームが偏波固有の放射パターンの上述の電力和を用いて発生できる。
【００８１】
図１８は電気的ビームチルトと組み合わせたヌル補償を用いた放射パターン（破線ＶＩＩＰＴ＋ＢＴ）を記述する図表である。比較のための実線はビームチルトを実施していない場合である。図１８において用いられる（不図示の）装置はヌル補償技術がビームチルトと組み合わされた実施例を記述している。ヌル補償はここではそれぞれ８個の放射素子を備えた４つの同一のアンテナセクション間の位相テーパだけを用いて達成されている。主ビームの下の第１および第２のヌルは充填されており、アンテナセクション間に位相勾配を与えることによって、第１の充填されたヌルに何らの影響を与えること無しにビームを電気的に走査することが出来る。
【００８２】
それ故に本発明の概念は、添付の請求項に記載の技術範囲を逸脱すること無しに、非常に多様に変化させることが出来ることは明らかであろう。本発明はアンテナセクションについていかなる特定の数に限定するものではなく、応用形態に応じて２，３，４，５，６，７，８などになっても良いことも明らかであろう。アンテナセクションの中の放射素子の数も特定の数に制限するものではなく、多くの異なる種類とサイズで実現できるであろう。
【００８３】
尚、さらに、多くの異なるチルト法および／またはヌル補償技術を任意の所望の様式で組み合せることが可能である。機械的および電気的チルトは任意の適当な様式で組み合わせることが出来る。アンテナセクションの１つ以上の距離を変えることが出来る。たった２つのアンテナセクションの間で、或いは３つのアンテナセクションの間で異なっても良いし、アンテナセクションの任意の対の間で異なっても良いし、アンテナセクションが同一であっても良い。例えば異なるアンテナセクションに対してサブアレイの長さは不等でも等しくても良い。異なるサイズが異なる距離や機械的チルトの異なる程度と組み合わされても良い。さらには、または代替法としてアンテナセクションのいくつかは（または全ては）作り付けの電気的チルトおよび／または前記した他の手段によって実現される電気的チルト手段を備えていてもよい。および／またはいかなる種類のヌル補償と２重偏波が実行されても良い。他の側面においてもまた、本発明は特に例示した実施例に限定されるものではない。本文書にて言及した他の利点に加えて、１つの利点は、アンテナ装置は、不規則的な、或いは規則的な、或いは与えられた形の、垂直な、或いはチルトした、などの色々な種類の構造物に搭載可能であるということである。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】現状技術によるアンテナ装置であり、機械的チルトが施されている図である。
【図２】本発明の１実施例による、個々に機械的チルトした３つのアンテナセクションからなるアンテナ装置を示す図である。
【図３】電力分割器と固定の移相器を備えた、３つのアンテナセクションに給電するための給電ネットワークの第１の実施例を例示する図である。
【図４】３つの個別のアンテナセクションへの電力分割を実現し、可変移相手段を備えた給電ネットワークの第２の実施例を示す図である。
【図５】電力分割手段を備え、可変時間遅延手段を備えた給電ネットワークの第３の実施例を示す図である。
【図６】電力分割手段と時間遅延手段とを持つ、本発明によるアンテナ装置の更なる実施例を示す図である。
【図７】アンテナセクションがお互いの間隔において不等に配置されている、本発明によるアンテナ装置の更に別の実施例を非常に概略的に示す図である。
【図８】非同一の、すなわち異なるアンテナセクションが用いられている、本発明によるアンテナ装置の更なる実施例を示す図である。
【図９】電気的チルトを施したアンテナセクションを持つアンテナ装置を示す図である。
【図１０】電気的チルトだけのアンテナ装置と比較して、電気的および機械的チルトを持つアンテナ装置のローブを示す図である。
【図１１】無線基地局におけるアンテナ装置によって供給される、仰角方向には狭いビームを持ち、ヌル補償を行った場合、および行わない場合の放射パターンの断面図である。
【図１２】３つの同一のアンテナセクションが相対的に異なる振幅テーパを持つ装置と振幅テーパを持たない装置との比較を示す図表ある。
【図１３】ヌル補償の目的でアンテナセクション間に位相テーパが施された装置とテーパが一様である装置との比較を示す放射パターンの図である。
【図１４】ヌル補償の目的で振幅テーパと組み合わせて機械的チルトを実施した装置と機械的チルトと振幅テーパを持たない装置とを比較した放射パターンを示す図である。
【図１５】電気的チルトに加えてアンテナセクションの間に位相テーパを施した装置と電気的ビームチルトも位相テーパも無い装置と比較した放射パターンの図である。
【図１６】ヌル補償のためにアンテナセクションが（図７に示すように）別々に変位した装置の放射パターンを一様な間隔をもつ装置と比較して示す図である。
【図１７】双偏波アンテナセクションを持つ本発明の実施例によるアンテナ装置を示す図である。
【図１８】チルトを施されてもヌル補償が劣化しないことを示す図である。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
2008523708.tif 000015
【図１４】
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【図１５】
2008523708.tif 000017
【図１６】
2008523708.tif 000018
【図１７】
2008523708.tif 000019
【図１８】
2008523708.tif 000020
【手続補正書】
【提出日】平成18年7月5日(2006.7.5)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アレイまたはサブアレイに配列され得る多数の放射素子を含むアンテナセクションを備えるアンテナ装置（１００；２００；３００；４００；５００；６００）であって、
少なくとも更に１つのアンテナセクションを備え、
当該少なくとも２つのアンテナセクション（１０１，１０２，１０３；１０Ｄ１，１０Ｄ２，１０Ｄ３；１０Ｅ１，１０Ｅ２，１０Ｅ３；１０Ｆ１，１０Ｆ２，１０Ｆ３；１０Ｇ１，１０Ｇ２，１０Ｇ３；１０Ｈ１，１０Ｈ２，１０Ｈ３）は、搭載構造（４０；４０Ｄ；４０Ｅ；４０Ｆ；４０Ｇ；４０Ｈ）に実質的に直線状，非直線状または不規則に搭載され、
ビーム形成制御を可能とするための、アンテナセクション（１０１，１０２，１０３；１０Ｄ１，１０Ｄ２，１０Ｄ３；１０Ｅ１，１０Ｅ２，１０Ｅ３；１０Ｆ１，１０Ｆ２，１０Ｆ３；１０Ｇ１，１０Ｇ２，１０Ｇ３；１０Ｈ１，１０Ｈ２，１０Ｈ３）の給電を制御するための給電ネットワーク制御手段を有し、前記少なくとも２つのアンテナセクション（１０１，１０２，１０３；１０Ｄ１，１０Ｄ２，１０Ｄ３；１０Ｅ１，１０Ｅ２，１０Ｅ３；１０Ｆ１，１０Ｆ２，１０Ｆ３；１０Ｇ１，１０Ｇ２，１０Ｇ３；１０Ｈ１，１０Ｈ２，１０Ｈ３）に給電するための給電ネットワーク装置（２０；２０Ａ；２０Ｂ；２０Ｃ；２０Ｄ；２０Ｅ；２０Ｆ；２０Ｇ；２０Ｈ１；２０Ｈ２）を備え、
給電ネットワーク装置は、各々がアンテナセクションにそれぞれ異なる偏波で給電する２つの給電ネットワーク（２０Ｈ１，２０Ｈ２）を備える
ことを特徴とするアンテナ装置。
【請求項２】
アンテナセクションのうち少なくとも２つは実質的に同一であることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置（２００；３００；４００；５００；６００）。
【請求項３】
すべてのアンテナセクションは実質的に同一であることを特徴とする請求項２に記載のアンテナ装置（２００；３００；４００；５００；６００）。
【請求項４】
少なくとも２つのアンテナセクション（１０１，１０２，１０３；１０Ｆ１，１０Ｆ２，１０Ｆ３）は非同一である、すなわち異なる、ことを特徴とする請求項１または２に記載のアンテナ装置（１００；４００）。
【請求項５】
すべてのアンテナセクション（１０１，１０２，１０３）は非同一であることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置（１００）。
【請求項６】
アンテナセクションは、各々が隣接するアンテナセクションとの間隔が実質的に等しくなるように搭載されることを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載のアンテナ装置（２００；４００；５００；６００）。
【請求項７】
アンテナセクションは、各々が隣接するアンテナセクションとの間隔が異なるように搭載されることを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載のアンテナ装置。
【請求項８】
アンテナセクションは、例えば方位角ビーム幅が４５°，６０°または９０°である従来のセクタ・アンテナを含むことを特徴とする請求項１乃至７の何れか一項に記載のアンテナ装置。
【請求項９】
給電ネットワーク装置（２０；２０Ａ；２０Ｂ；２０Ｃ；２０Ｄ；２０Ｅ；２０Ｆ；２０Ｇ；２０Ｈ１；２０Ｈ２）は、アンテナセクション間の位相および振幅の少なくとも一方を可変制御し、それによって位相および振幅の少なくとも一方のテーパ付けを提供する手段を備えることを特徴とする請求項１乃至８の何れか一項に記載のアンテナ装置。
【請求項１０】
前記アンテナセクションを載せるための載架手段、例えばマスト、が搭載されている現実または仮想の搭載面の法線に対してビームをチルトするための手段を備えていることを特徴とする請求項１乃至９の何れか一項に記載のアンテナ装置。
【請求項１１】
ビームをチルトするための手段は、アンテナセクションを機械的にチルトさせるための機械的チルト手段を備えることを特徴とする請求項１０に記載のアンテナ装置。
【請求項１２】
アンテナセクションのうち少なくとも２つ、好適にはすべて、は、個別に機械的にチルトされることを特徴とする請求項１１に記載のアンテナ装置。
【請求項１３】
アンテナセクションのうち少なくともいくつかは、電気的にプレチルトされ、すなわちビルトインのチルトを備え、該チルトは異なるアンテナセクションに対して同一あるいは相違しうることを特徴とする請求項１乃至１２の何れか一項に記載のアンテナ装置。
【請求項１４】
ビームをチルトするための手段は、アンテナセクションを電気的にチルトさせる手段を備えることを特徴とする請求項１０に記載のアンテナ装置。
【請求項１５】
アンテナセクションを電気的にチルトさせる手段は、各々のアンテナセクションを個別にチルトさせることが出来る、すなわち各々のアンテナセクションを個別にかつ別々に制御するための手段を備える、ことを特徴とする請求項１４に記載のアンテナ装置。
【請求項１６】
給電ネットワーク装置は、位相遅延手段（２２Ｂ１，２２Ｂ２，２２Ｂ３）および時間遅延手段（２２Ｃ１，２２Ｃ２，２２Ｃ３）の少なくとも一方を含み、
アンテナセクションの電気的チルトは、各々のアンテナセクションに位相遅延および時間遅延の少なくとも一方を導入することによって実現されることを特徴とする請求項１５に記載のアンテナ装置。
【請求項１７】
第１および第２の偏波を給電するために同じ信号が使用され、
給電ネットワーク（２０Ｈ１，２０Ｈ２）は、特に、各々が相補的な仰角カバー範囲を有する各々の偏波の仰角ビームパターンを実現するために、結合パターンが各々の仰角ビームパターンの電力和として生成されるように、各々の偏波の仰角ビームパターンを制御するための制御手段を備えることを特徴とする請求項１乃至１６の何れか一項に記載のアンテナ装置。
【請求項１８】
各々の給電ネットワーク（２０Ｈ１，２０Ｈ２）は、例えばＢｕｔｌｅｒマトリクスネットワークに基づくようなマルチポート仰角給電ネットワークを備えることを特徴とする請求項１７に記載のアンテナ装置。
【請求項１９】
給電ネットワークは、各々のアンテナセクションへ給電される電力を適切に分割するための電力分割手段を備えることを特徴とする請求項１乃至１８の何れか一項に記載のアンテナ装置。
【請求項２０】
少なくとも１つの選択方向での利得低下を制限するために、すなわち該少なくとも１つの方向での”ヌル充填”を実現するために、利得が制御され得るように放射パターンを制御するためのビーム形成手段を備えていることを特徴とする請求項１乃至１９の何れか一項に記載のアンテナ装置。
【請求項２１】
前記ビーム形成手段は、機械的および電気的の少なくとも一方によりビームをチルトするための手段を１つ以上備えることを特徴とする請求項２０に記載のアンテナ装置。
【請求項２２】
アンテナセクションは、少なくとも１つの選択方向での利得低下が制限／抑制できるように、放射パターンが制御され得る、または配置される、ことを特徴とする請求項１乃至２１の何れか一項に記載のアンテナ装置。
【請求項２３】
少なくとも１つのアンテナセクションは、他のアンテナセクションの１つ以上と異なり、および／または、少なくとも１つのアンテナセクションは、隣接するアンテナセクションとの距離が、他の少なくとも２つのアンテナセクションの間の距離、あるいは、前記アンテナセクションともうひとつの隣接アンテナセクションとの間の距離とは異なるよう配置されていることを特徴とする請求項２２に記載のアンテナ装置。
【請求項２４】
前記給電ネットワーク装置は、２つの別々の給電ネットワーク（２０Ｈ１，２０Ｈ２）を備え、各々がアンテナセクションの各々に２重偏波で給電することを特徴とする請求項２０乃至２３の何れか一項に記載のアンテナ装置。
【請求項２５】
アンテナセクション（１０１，１０２，１０３；１０Ｄ１，１０Ｄ２，１０Ｄ３；１０Ｅ１，１０Ｅ２，１０Ｅ３；１０Ｆ１，１０Ｆ２，１０Ｆ３；１０Ｇ１，１０Ｇ２，１０Ｇ３；１０Ｈ１，１０Ｈ２，１０Ｈ３）は、別々のユニットを含むことを特徴とする請求項１乃至２４の何れか一項に記載のアンテナ装置。
【請求項２６】
共通の支柱または任意の搭載構造（４０；４０Ｄ；４０Ｅ；４０Ｆ；４０Ｇ；４０Ｈ）に搭載された、２，３，４，５，６または７個のアンテナセクションを備えることを特徴とする請求項１乃至２５の何れか一項に記載のアンテナ装置。
【請求項２７】
信号の、送信、受信、または、送受信に用いられることを特徴とする請求項１乃至２６の何れか一項に記載のアンテナ装置。
【請求項２８】
アンテナセクションは、非平面上に搭載され、例えば異なる方向に搭載されることを特徴とする請求項１乃至２７の何れか一項に記載のアンテナ装置。
【請求項２９】
請求項１乃至２８の何れか一項に記載の装置のセルラ移動通信システムの無線基地局での使用。
【請求項３０】
サブアレイに配列され得る多数の放射素子を含むアンテナセクションを多数備えたアンテナ装置におけるビーム形成を制御するための方法であって、
少なくとも２つのアンテナセクションは、搭載構造に実質的に直線に沿って、あるいは、不規則に搭載され、前記方法は、
すべてのアンテナセクションにおいて、第１の偏波を持つ素子に信号を給電するために第１の給電ネットワークを用いるステップと、
すべてのアンテナセクションにおいて、第２の偏波を持つ素子に同じ信号を給電するために第２の給電ネットワークを用いるステップと、
利得およびビーム形状の少なくとも一方を制御するために、各々のアンテナセクションに個別のビームチルトを機械的および電気的の少なくとも一方により与えながら給電を制御するステップと、
によって、
給電ネットワークによってアンテナセクションに給電するステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項３１】
機械的チルトおよび電気的プレチルトの少なくとも一方により生じた、各々のアンテナセクションからの位相フロントの変位を、給電ネットワークを用いて補償するステップを備えることを特徴とする請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
電気的なビームチルトを提供するために、各々のアンテナセクションに個別の時間遅延および移相の少なくとも一方を印加するステップを備えることを特徴とする請求項３０または３１に記載の方法。
【請求項３３】
各々の偏波の多重ビームを提供するために、例えばＢｕｔｌｅｒマトリクスネットワークに基づくようなマルチポート仰角給電ネットワークを用いるステップを備えることを特徴とする請求項３０乃至３２の何れか一項に記載の方法。
【請求項３４】
手動または遠隔制御ユニットを介して、給電ネットワーク装置を制御するステップを備えることを特徴とする請求項３０乃至３３の何れか一項に記載の方法。
【国際調査報告】
2008523708.tif 000021
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