(57)【要約】【課題】移動通信で用いられる周波数帯１．７ＧＨｚ帯及び２ＧＨｚ帯を共用しつつ垂直偏波又は水平偏波を放射するとともに、セクタ分割角より狭い電力半値幅を有しつつ風圧荷重を小さくしたアンテナ装置を提供する。【解決手段】アンテナ装置１００は、電波を反射する反射板１５を有するとともに垂直偏波を放射する第一アンテナ素子１０と、電波を反射する反射板１５を有するとともに垂直偏波を放射する第二アンテナ素子２０と、第一アンテナ素子１０からの出力信号及び第二アンテナ素子２０からの出力信号を合成する合成器３０と、を備え、第一アンテナ素子１０及び第二アンテナ素子２０のそれぞれは、放射する垂直偏波の振動方向が互いに略平行になるように並べられて配置され、並べられて配置された第一アンテナ素子１０及び第二アンテナ素子２０を合わせた幅Ｗ１は、１４０ｍｍ以上２００ｍｍ以下の範囲にある。【選択図】図２
2008047964.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電波を反射する第一反射手段を有するとともに垂直偏波を放射する第一アンテナ素子と、
電波を反射する第二反射手段を有するとともに垂直偏波を放射する第二アンテナ素子と、
前記第一アンテナ素子からの出力信号及び前記第二アンテナ素子からの出力信号を合成する合成手段と、を備え、
前記第一アンテナ素子及び前記第二アンテナ素子は、放射する垂直偏波の振動方向が互いに略平行になるように並べられて配置され、
並べられて配置された前記第一反射手段及び前記第二反射手段を合わせた幅は、１４０ｍｍ以上２００ｍｍ以下の範囲にある
ことを特徴とするアンテナ装置。
【請求項２】
電波を反射する第一反射手段を有するとともに水平偏波を放射する第一アンテナ素子と、
電波を反射する第二反射手段を有するとともに水平偏波を放射する第二アンテナ素子と、
前記第一アンテナ素子からの出力信号及び前記第二アンテナ素子からの出力信号を合成する合成手段と、を備え、
前記第一アンテナ素子及び前記第二アンテナ素子は、放射する水平偏波の振動方向が互いに略平行になるように並べられて配置され、
並べられて配置された前記第一反射手段及び前記第二反射手段を合わせた幅は、１４０ｍｍ以上２００ｍｍ以下の範囲にある
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、アンテナ装置に関し、特に２つのアンテナ素子を備えるアンテナ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の移動通信の加入者容量の増大に対する対策として、一般に利用されている周波数帯である２ＧＨｚ帯に加えて新たに１．７ＧＨｚ帯が割り当てられた。このため、移動通信サービスを提供する通信事業者は、２ＧＨｚ帯に対応したアンテナ装置だけではなく、１．７ＧＨｚ帯に対応したアンテナ装置を個々に設計して設置する必要がある。しかしながら、加入者容量が比較的多い都市部においては、アンテナ装置の設置空間が逼迫してきているという背景があることから、１台で上記両方の周波数帯に対応可能な周波数帯共用型のアンテナ装置の提供が望まれている。
【０００３】
また、近年の移動通信では一般的に、多重波伝搬環境における通信品質の確保のため、アンテナによるダイバーシチ効果を利用した電波の送受信を行っている。通常は、２本のアンテナを互いに所定間隔だけ離間して１台のアンテナ装置として設置することによりダイバーシチ効果を得る空間ダイバーシチが用いられる。しかしながら、アンテナ装置の設置空間に関して上記した背景があることから、互いに直交する２つの偏波（一般的には垂直偏波及び水平偏波）の偏波面の違いを利用する偏波ダイバーシチを用いることが考えられる。この場合、垂直偏波アンテナ及び水平偏波アンテナが必要となるが、これら２本のアンテナを互いに直交させて１台のアンテナ装置とした場合、上記した空間ダイバーシチに対するアンテナ装置の設置空間上の利点が無い。このため、垂直偏波アンテナ及び水平偏波アンテナを組み合わせた見かけ上１台の偏波共用型アンテナ装置を構成することができる、垂直偏波アンテナ又は水平偏波アンテナの提供が望まれている。
【０００４】
更に、移動通信における無線アクセス方式に採用されているＤＳ−ＣＤＭＡ（Ｄｉｒｅｃｔ  Ｓｐｒｅａｄ  Ｃｏｄｅ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ａｃｃｅｓｓ）では、対応可能な加入者容量を増加させるためには、セクタ分割角より狭い電力半値幅を有するアンテナ装置の使用が効果的であると言われている。しかしながら、電力半値幅を狭くさせるためには、アンテナの開口面を大きくする必要がある。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必要があり、この結果、受風面積が増大してしまうという問題があった。
【０００５】
ここで、アンテナ装置を設置する場所となるビルなどの建造物には通常、設置物の荷重の制限があり、アンテナ装置自体の重さは制限以内であっても、受風面積（アンテナ装置の大きさ）に略比例して風圧がかかって重くなる（これを「風圧加重」という）。このため、風圧荷重の比較的大きなアンテナ装置は建築物に設置不可能な場合があるという問題がある。
【０００６】
以上のことから、セクタ分割角より狭い電力半値幅を有しつつ風圧荷重が小さいアンテナ装置が検討されている。例えば、下記特許文献１には、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が開示されている。この多素子アレイアンテナは、図１に示すように、第１及び第２のダイポールアンテナ素子１ａ，１ｂと、第１及び第２の反射器２ａ，２ｂと、合成器３とを含む、周波数帯２ＧＨｚ帯における垂直偏波アンテナである。ここで、第１及び第２の反射器２ａ，２ｂは、第１及び第２のダイポールアンテナ素子１ａ，１ｂのそれぞれに対応して設けられるとともに、対応するダイポールアンテナ素子１ａ，１ｂのそれぞれから放射されるビームを反射する。また、合成器３は、第１及び第２のダイポールアンテナ素子１ａ，１ｂによる出力信号を合成する。そして、ダイポールアンテナ素子の間隔を０．３波長から０．７波長までのいずれかの値にしている。このような構成により、電力半値幅を狭くしつつ、風圧荷重を小さくしている。
【特許文献１】特開２００６−２５２４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、移動通信で用いられる周波数帯１．７ＧＨｚ帯及び２ＧＨｚ帯を共用しつつ垂直偏波又は水平偏波を放射するとともに、セクタ分割角より狭い電力半値幅を有しつつ風圧荷重を小さくしたアンテナ装置は十分に検討されていなかった。
【０００８】
そこで、本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、移動通信で用いられる周波数帯１．７ＧＨｚ帯及び２ＧＨｚ帯を共用しつつ垂直偏波又は水平偏波を放射するとともに、セクタ分割角より狭い電力半値幅を有しつつ風圧荷重を小さくした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】
上記した問題点を解消するため発明者らが鋭意検討した結果、電波を反射する反射手段を有する２つのアンテナ素子の並べ方と並べた場合の反射手段を合わせた幅とを調整することによって、周波数帯１．７ＧＨｚ帯及び２ＧＨｚ帯を共用するとともに、セクタ分割角より狭い電力半値幅を有しつつ風圧荷重を小さくできることが分かった。本発明は、この知見に基づいてなされたものである。
【００１０】
本発明に係るアンテナ装置は、電波を反射する第一反射手段を有するとともに垂直偏波を放射する第一アンテナ素子と、電波を反射する第二反射手段を有するとともに垂直偏波を放射する第二アンテナ素子と、第一アンテナ素子からの出力信号及び第二アンテナ素子からの出力信号を合成する合成手段と、を備え、第一アンテナ素子及び第二アンテナ素子は、放射する垂直偏波の振動方向が互いに略平行になるように並べられて配置され、並べられて配置された第一反射手段及び第二反射手段を合わせた幅は、１４０ｍｍ以上２００ｍｍ以下の範囲にあることを特徴とする。
【００１１】
本発明に係るアンテナ装置の構成において、第一アンテナ素子及び第二アンテナ素子は、それぞれのアンテナ素子により放射される垂直偏波の振動方向が互いに略平行になるように並べられて配置され、並べられて配置された第一反射手段及び第二反射手段を合わせた幅は、１４０ｍｍ以上２００ｍｍ以下の範囲にある。この構成により、移動通信で用いられる周波数帯１．７ＧＨｚ帯及び２ＧＨｚ帯を共用しつつ垂直偏波を放射することができる。また、セクタ分割角より狭い電力半値幅を有することとなる。更に、第一反射手段及び第二反射手段を合わせた幅は１４０ｍｍ以上２００ｍｍ以下の範囲にあるため、風圧荷重を小さくすることができる。
【００１２】
また、本発明に係るアンテナ装置は、電波を反射する第一反射手段を有するとともに水平偏波を放射する第一アンテナ素子と、電波を反射する第二反射手段を有するとともに水平偏波を放射する第二アンテナ素子と、第一アンテナ素子からの出力信号及び第二アンテナ素子からの出力信号を合成する合成手段と、を備え、第一アンテナ素子及び第二アンテナ素子は、放射する水平偏波の振動方向が互いに略平行になるように並べられて配置され、並べられて配置された第一反射手段及び第二反射手段を合わせた幅は、１４０ｍｍ以上２００ｍｍ以下の範囲にあることを特徴とする。
【００１３】
本発明に係るアンテナ装置の構成において、第一アンテナ素子及び第二アンテナ素子は、それぞれのアンテナ素子により放射される水平偏波の振動方向が互いに略平行になるように並べられて配置され、並べられて配置された第一反射手段及び第二反射手段を合わせた幅は、１４０ｍｍ以上２００ｍｍ以下の範囲にある。この構成により、移動通信で用いられる周波数帯１．７ＧＨｚ帯及び２ＧＨｚ帯を共用しつつ水平偏波を放射することができる。また、セクタ分割角より狭い電力半値幅を有することとなる。更に、第一反射手段及び第二反射手段を合わせた幅は１４０ｍｍ以上２００ｍｍ以下の範囲にあるため、風圧荷重を小さくすることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、移動通信で用いられる周波数帯１．７ＧＨｚ帯及び２ＧＨｚ帯を共用しつつ垂直偏波又は水平偏波を放射するとともに、セクタ分割角より狭い電力半値幅を有しつつ風圧荷重を小さくしたアンテナ装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の参照番号を附し、重複する説明は省略する。
【００１６】
（第一実施形態）
まず、図２及び図３を用いて、本発明の第一実施形態に係るアンテナ装置１００の構成について説明する。図２は、アンテナ装置１００の概略構成を示す斜視図である。また、図３（ａ）は、アンテナ装置１００が備える２つのアンテナ素子１０，２０の一方の概略構成を示す平面図であり、図３（ｂ）は、この概略構成を示す正面図である。アンテナ装置１００は、使用周波数帯が１．７ＧＨｚ帯及び２ＧＨｚ帯である２素子垂直偏波アンテナ装置であり、垂直偏波を放射する略矩形状の第一アンテナ素子１０、垂直偏波を放射する略矩形状の第二アンテナ素子２０、及び合成器３０を備えている。
【００１７】
第一アンテナ素子１０及び第二アンテナ素子２０のそれぞれは、放射する垂直偏波の振動方向が互いに略平行になるように、略矩形の長辺同士を互いに接触させながら並べられて配置されている。即ち、第一アンテナ素子１０及び第二アンテナ素子２０は、接触面を対称の中心として左右対称となる位置関係となっている。振動方向が同一になるように、水平方向（即ち図２に示すｘ方向）に並べられて配置された第一アンテナ素子１０及び第二アンテナ素子２０を合わせた装置全体の幅（即ち、後述の反射板幅）Ｗ１は、１４０ｍｍ以上２００ｍｍ以下の範囲にある。また、合成器３０は、第一アンテナ素子１０及び第二アンテナ素子２０のそれぞれと電気的に接続されている。
【００１８】
第一アンテナ素子１０及び第二アンテナ素子２０のそれぞれは、同一構成要素から構成されている。このため、以下では、第一アンテナ素子１０を代表させて、その構成や機能について説明する。第一アンテナ素子１０は、垂直偏波を放射する素子であり、後述の導体線路１３は基準面となる大地に対して垂直な位置関係となっている。第一アンテナ素子１０は、図３に示すように、導体基板１１、一次放射素子１２、給電線路としての導体線路１３、給電点１４、反射器としての反射板１５、及び無給電素子１６を有している。
【００１９】
導体基板１１は、導体からなる矩形状の基板であり、反射板１５上に設けられている。導体基板１１の幅は、上記したアンテナ素子１０から放射される垂直偏波などの放射波の波長より狭い。
【００２０】
一次放射素子１２は、放射波を一次放射する矩形状の素子であり、導体基板１１上に設けられている。一次放射素子１２は、周囲長が放射波の波長と同一又はやや短い矩形状又は長円形状の環状スロットからなる。
【００２１】
導体線路１３は、導体からなる線路であり、導体基板１１上に、導体基板１１と反射板１５に挟まれるような位置に設けられている。導体線路１３は、導体基板１１の端縁から、一次放射素子１２の略中央近傍まで延びている。
【００２２】
給電点１４は、一次放射素子１２を電磁結合励振する部分であり、導体線路１３上に設けられている。
【００２３】
反射板１５は、一次放射素子１２から放射されるビームを反射する板状の機器である。
【００２４】
無給電素子１６は、給電の無い素子であり、一次放射素子１２上に、反射板１５とともに導体線路１３を挟むような位置に設けられている。無給電素子１６は、周囲長が放射波の波長と同一又はやや短い矩形状又は長円形状の導体からなる。
【００２５】
合成器３０は、第一アンテナ素子１０からの第一出力信号と、第二アンテナ素子２０からの第二出力信号と、を合成する機器である。
【００２６】
本実施形態のアンテナ装置１００では、上記した反射板幅Ｗ１を調節することで、水平面内指向性の電力半値幅を調節して制御することができる。これは、反射板幅Ｗ１の広さがアンテナ素子の開口部分の広さに相当するためであり、反射板幅Ｗ１を広くすることにより、アンテナ素子の開口部分が広くなるためである。図４には、一例として、上記した反射板幅Ｗ１を調節した場合における水平面内指向性の電力半値幅の変化を示す。周波数としては、一例として１．７ＧＨｚ帯の下端の周波数である１．７ＧＨｚ及び２ＧＨｚ帯の上端の周波数である２．２ＧＨｚを用いた。周波数として１．７ＧＨｚを用いた場合、反射板幅Ｗ１を１４０ｍｍ以上２００ｍｍ以下の範囲にある値とすることにより、水平面内指向性の電力半値幅を６０度よりやや低い値から約４５度までの値にすることができる。なお、反射板幅Ｗ１を大きくする程、この電力半値幅を小さくすることができる。この範囲にある電力半値幅は、セクタ分割角より狭い。
【００２７】
また、周波数として２．２ＧＨｚを用いた場合、反射板幅Ｗ１を１４０ｍｍ以上２００ｍｍ以下の範囲にある値とすることにより、水平面内指向性の電力半値幅を５０度よりやや低い値から約３５度までの値にすることができる。反射板幅Ｗ１を大きくする程、この電力半値幅を小さくすることができる。この範囲にある電力半値幅は、セクタ分割角より狭い。以上のことから、周波数帯１．７ＧＨｚ帯及び２ＧＨｚ帯を合わせた領域においては、水平面内指向性の電力半値幅を６０度よりやや低い値から約３５度までの値にすることができる。
【００２８】
引き続き、本実施形態の作用効果について説明する。第一アンテナ素子１０及び第二アンテナ素子２０のそれぞれは、それぞれのアンテナ素子により放射される垂直偏波の振動方向が互いに略平行になるように並べられて配置され、並べられて配置された反射板１５，１５を合わせた幅は、１４０ｍｍ以上２００ｍｍ以下の範囲にある。この構成により、移動通信で用いられる周波数帯１．７ＧＨｚ帯及び２ＧＨｚ帯を共用しつつ垂直偏波を放射することができる。また、図４に示したように、セクタ分割角より狭い電力半値幅を有することとなる。更に、反射板１５，１５を合わせた幅は１４０ｍｍ以上２００ｍｍ以下の範囲にあるため、風圧荷重を小さくすることができる。
【００２９】
（第二実施形態）
次に、図５を用いて、本発明の第二実施形態に係るアンテナ装置２００の構成について説明する。図５は、アンテナ装置２００の概略構成を示す斜視図である。アンテナ装置２００は、使用周波数帯が１．７ＧＨｚ帯及び２ＧＨｚ帯である２素子水平偏波アンテナ装置であり、水平偏波を放射する略矩形状の第一アンテナ素子４０、水平偏波を放射する略矩形状の第二アンテナ素子５０、及び合成器６０を備えている。
【００３０】
第一アンテナ素子４０及び第二アンテナ素子５０のそれぞれは、放射する水平偏波の振動方向が互いに略平行になるように、略矩形の長辺同士を互いに接触させながら並べられて配置されている。即ち、第一アンテナ素子４０及び第二アンテナ素子５０は、接触面を対称の中心として左右対称となる位置関係となっている。左右対称となるように配置することにより、同位相合成するため、アンテナ素子４０，５０のそれぞれは互いに逆位相で励振する。振動方向が同一になるように、水平方向（即ち図２に示すｘ方向）に並べられて配置された第一アンテナ素子４０及び第二アンテナ素子５０を合わせた装置全体の幅Ｗ２は、１４０ｍｍ以上２００ｍｍ以下の範囲にある。また、合成器６０は、第一アンテナ素子１０及び第二アンテナ素子２０のそれぞれと電気的に接続されている。
【００３１】
第一アンテナ素子４０及び第二アンテナ素子５０のそれぞれは、第一実施形態と同様の同一構成要素から構成されているため、各構成要素の説明は省略する。なお、第一アンテナ素子４０は、水平偏波を放射する素子であり、導体線路１３は基準面となる大地に対して水平な位置関係となっている。ここで、第一アンテナ素子４０及び第二アンテナ素子５０のそれぞれの給電点１４がアンテナ装置２００の略中心に位置するように、第一アンテナ素子４０及び第二アンテナ素子５０が互いに接触されながら並べられて配置されている。このように配置することにより、給電点１４のために必要となるスペースをコンパクトにすることができる。
【００３２】
本実施形態のアンテナ装置２００では、第一アンテナ素子４０及び第二アンテナ素子５０を合わせた装置全体の幅Ｗ２を調節することで、水平面内指向性の電力半値幅を調節して制御することができる。図６には、一例として、上記した反射板幅Ｗ２を調節した場合における水平面内指向性の電力半値幅の変化を示す。周波数としては、１．７ＧＨｚ帯の下端の周波数である１．７ＧＨｚ及び２ＧＨｚ帯の上端の周波数である２．２ＧＨｚを用いた。周波数１．７ＧＨｚを用いた場合、反射板幅Ｗ１を１４０ｍｍ以上２００ｍｍ以下の範囲にある値とすることにより、水平面内指向性の電力半値幅を６０度よりやや低い値から約４５度までの値にすることができる。なお、反射板幅Ｗ２を大きくする程、この電力半値幅を小さくすることができる。この範囲にある電力半値幅は、セクタ分割角より狭い。
【００３３】
また、周波数２．２ＧＨｚを用いた場合、反射板幅Ｗ１を１４０ｍｍ以上２００ｍｍ以下の範囲にある値とすることにより、水平面内指向性の電力半値幅を約５０度から約３０度までの値にすることができる。反射板幅Ｗ２を大きくする程、この電力半値幅を小さくすることができる。この範囲にある電力半値幅は、セクタ分割角より狭い。以上のことから、周波数帯１．７ＧＨｚ帯及び２ＧＨｚ帯を合わせた領域においては、水平面内指向性の電力半値幅を６０度よりやや低い値から約３０度までの値にすることができる。
【００３４】
引き続き、本実施形態の作用効果について説明する。第一アンテナ素子４０及び第二アンテナ素子５０のそれぞれは、それぞれのアンテナ素子により放射される水平偏波の振動方向が互いに略平行になるように並べられて配置され、並べられて配置された反射板１５，１５を合わせた幅は、１４０ｍｍ以上２００ｍｍ以下の範囲にある。この構成により、移動通信で用いられる周波数帯１．７ＧＨｚ帯及び２ＧＨｚ帯を共用しつつ水平偏波を放射することができる。また、図６に示したように、セクタ分割角より狭い電力半値幅を有することとなる。更に、反射板１５，１５を合わせた幅は１４０ｍｍ以上２００ｍｍ以下の範囲にあるため、風圧荷重を小さくすることができる。
【００３５】
以上、本発明を第一及び第二実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。なお、当業者は上記の実施形態及び下記の変形例を本発明の特許請求の範囲の主題に反することなく発展させることができる。例えば、第一実施形態の２素子垂直偏波アンテナ装置１００と、第二実施形態の２素子水平偏波アンテナ装置２００と、を、所定の利得が得られるように垂直方向（即ち図２に示すｚ方向）に複数台、多段配列して、それぞれの無給電素子１６から分岐・励振させる偏波共用型アンテナ装置を構成してもよい。これにより、見かけ上１台のアンテナ装置とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】既に開示されたアンテナ装置の概略構成を示す斜視図である。
【図２】本発明の第一実施形態に係るアンテナ装置の概略構成を示す斜視図である。
【図３】本発明の第一実施形態に係るアンテナ装置のアンテナ素子の平面図及び正面図である。
【図４】本発明の第一実施形態に係るアンテナ装置の反射板幅と水平面内指向性の電力半値幅との関係を示すグラフである。
【図５】本発明の第二実施形態に係るアンテナ装置の概略構成を示す斜視図である。
【図６】本発明の第二実施形態に係るアンテナ装置の反射板幅と水平面内指向性の電力半値幅との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３７】
１ａ，１ｂ…ダイポールアンテナ素子、２ａ，２ｂ…反射器、３，３０，６０…合成器、１０，４０…第一アンテナ素子、１１…導体基板、１２…一次放射素子、１３…導体線路、１４…給電点、１５…反射板、１６…無給電素子、２０，５０…第二アンテナ素子、１００，２００…アンテナ装置。
【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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