(57)【要約】【課題】アンテナ素子を垂直方向に関して右側に４５°より小さい角度だけ傾斜せしめた右傾斜アンテナ素子とアンテナ素子を垂直方向に関して左側に４５°より小さい角度だけ傾斜せしめた左傾斜アンテナ素子とを一体化してアンテナの太さを小さくすることにより、ダイバーシチ特性を劣化させることなしに風圧荷重を小さくする偏波ダイバーシチアンテナを提供する。【解決手段】垂直方向に関して傾斜角度を異にする複数のアンテナ素子３ａ、ｂを用いて電波を送信或いは受信する偏波ダイバーシチアンテナにおいて、垂直方向に関して右側に４５°より小さい角度だけ傾斜せしめた右傾斜アンテナ素子３ｂと、垂直方向に関して左側に４５°より小さい角度だけ傾斜せしめた左傾斜アンテナ素子３ａとを一体化した偏波ダイバーシチアンテナ。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
垂直方向に関して傾斜角度を異にする複数のアンテナ素子を用いて電波を送信或いは受信する偏波ダイバーシチアンテナにおいて、
アンテナ素子を垂直方向に関して右側に４５°より小さい角度だけ傾斜せしめた右傾斜アンテナ素子と、アンテナ素子を垂直方向に関して左側に４５°より小さい角度だけ傾斜せしめた左傾斜アンテナ素子とを一体化したことを特徴とする偏波ダイバーシチアンテナ。
【請求項２】
請求項１に記載される偏波ダイバーシチアンテナにおいて、右傾斜アンテナ素子および左傾斜アンテナ素子は、それぞれ、アンテナ素子を垂直方向に複数本づつ配列したものより成ることを特徴とする偏波ダイバーシチアンテナ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、偏波ダイバーシチアンテナに関し、特に、アンテナ素子を垂直方向に関して４５°より小さい角度だけ傾斜して配列した無線通信において使用する偏波ダイバーシチアンテナに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ダイバーシチの内のスペースダイバーシチについて説明する。
携帯電話装置の様な端末機器を使用する移動通信においては、送信された電波は、ビルその他の建造物により反射、散乱せしめられることに起因して複数の経路を経由して受信点に到達する。異なる経路を経由して或る点に到来受信された各電波は位相が異なると共に、異なる速さで位相が変化するので、各電波を合成した受信レベルは変動してフェージングを生起する。この受信レベルの変動により、受信レベルが低下した場合は通信品質が劣化する。
【０００３】
この通信品質の劣化を防止するに、スペースダイバーシチ受信技術が採用される。スペースダイバーシチ受信は、２本のアンテナを或る間隔だけ離して設置して両アンテナを切り替え使用して電波を受信する方法である。各アンテナで受信される受信レベルの変動に相関が無くなるまで間隔を広げることで、片方の受信レベルが低く落ち込んだときに、別の受信レベルも低くなる確率を小さくする。
受信レベルの高い方のアンテナを利用するか、或いは両方のアンテナの受信レベルを合成することにより通信品質の劣化を防ぐことができる。
【０００４】
次に、偏波ダイバーシチについて説明する。
偏波ダイバーシチ受信は、偏波面が相異なる２つのアンテナを使用する。偏波面を直交させることにより、２つの受信レベル変動に相関が無くなることを利用している。偏波ダイバーシチはアンテナを距離的に離す必要がないので、偏波面が異なる２つのアンテナを一体として外見上１個のアンテナに構成することができる。しかし、偏波面に或る傾きを有する電波を偏波面が直交する２つのアンテナで受信するところから、片側のアンテナの受信レベルはどうしても低くなる。
到来する電波の偏波面が固定されていれば、その偏波面に合わせて２つのアンテナを並べた先のスペースダイバーシチが有効であるが、到来する電波の偏波面が変化するのであれば偏波ダイバーシチも有効となる（非特許文献１  参照）。
【０００５】
また、携帯電話装置において、１つの基地局のサービスエリアは、周波数を有効に利用する観点から複数の扇型のエリア（セクタ）で構成する。現在は３セクタ或いは６セクタが実施されている。例えば、６セクタでスペースダイバーシチを実行すると、合計１２本のアンテナが必要になるが、偏波ダイバーシチの場合は合計６本のアンテナでこと足りることとなる。アンテナはビルの屋上その他の狭隘な領域に設置するが、設置スペースの面からは偏波ダイバーシチの方が有利である。
【０００６】
偏波ダイバーシチアンテナはスペースダイバーシチアンテナと比較して２本のアンテナを構造上１本のアンテナに構成することができる長所があるが、１本のアンテナの幅、即ち、アンテナの垂直方向の断面の幅が大きくなる欠点がある。ところで、アンテナを設置する上において、風圧に対して設置強度を確保する必要がある。アンテナの垂直方向の断面の幅、これに比例する断面積が大きくなると、これに比例して風圧荷重は増大するので、アンテナ断面積が大きいアンテナはそれだけ設置工事に負荷がかかる。
【０００７】
図７を参照して垂直／水平偏波素子を有する偏波ダイバーシチアンテナを説明する。１は偏波ダイバーシチアンテナの全体を示す。１ａは垂直偏波アンテナ素子であり、１ｂは水平偏波アンテナ素子である。アンテナ素子の長さをＬとすれば、アンテナ１の幅は最低でもＬとなり、アンテナの垂直方向の断面の断面積Ｓは偏波アンテナ素子ペアの数がｎであればｎＬ２となる。ここで、偏波アンテナ素子ペアを縦に複数個形成することにより、アンテナの垂直パターンを絞ってアンテナ利得を上げ、主ビームを下に向けて他の基地局との干渉を避けることができる。
【０００８】
図８を参照するに、これはアンテナ素子を垂直方向に関して４５°傾斜して直交、配列した偏波ダイバーシチアンテナ２を示す。２ａは垂直方向に関して左に４５°傾けた傾斜偏波アンテナ素子であり、２ｂは垂直方向に関して右に４５°傾けた傾斜偏波アンテナ素子である。この通りに配列することにより、アンテナ幅は１／√２倍に狭くすることができるが、長さが√２倍長くなるので、アンテナの断面積は図７の場合と同じになる。従って、偏波ダイバーシチアンテナ１および２は風圧に対して同じ設置強度が必要である。
【０００９】
偏波ダイバーシチアンテナを採用する場合、ダイバーシチ特性を劣化させないで、設置工事を軽減するには風圧荷重を小さくすることが望まれている。
【００１０】
【非特許文献１】坂上修二、明山哲、”移動通信用基地局偏波ダイバーシチ特性−移動局側の偏波傾き角との関係”、信学論Ｖｏｌ．Ｊ７０−Ｂ，Ｎｏ．３，ｐｐ．３８５−３９５，１９８７−０３．
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、アンテナの太さを小さくすることにより、ダイバーシチ特性を劣化させることなしに風圧荷重を小さくする偏波ダイバーシチアンテナを提供するものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１：垂直方向に関して傾斜角度を異にする複数のアンテナ素子３ａ、ｂを用いて電波を送信或いは受信する偏波ダイバーシチアンテナにおいて、垂直方向に関して右側に４５°より小さい角度だけ傾斜せしめた右傾斜アンテナ素子３ｂと、垂直方向に関して左側に４５°より小さい角度だけ傾斜せしめた左傾斜アンテナ素子３ａとを一体化した偏波ダイバーシチアンテナ。
そして、請求項２：請求項１に記載される偏波ダイバーシチアンテナにおいて右傾斜アンテナ素子３ｂおよび左傾斜アンテナ素子３ａは、アンテナ素子を垂直方向に複数本づつ配列したものより成る偏波ダイバーシチアンテナを構成した。
【００１３】
【発明の実施の形態】
この発明の実施の形態を図１および図２を参照して説明する。
３は偏波ダイバーシチアンテナ素子の全体を示し、３ａは垂直方向に関して左に４５°より小さい角度だけ傾斜した左傾斜偏波アンテナ素子であり、３ｂは垂直方向に関して右に４５°より小さい角度だけ傾けた右傾斜偏波アンテナ素子である。４は選択ダイバーシチ装置であり、５は受信器である。複数の左傾斜偏波アンテナ素子３ａと右傾斜偏波アンテナ素子３ｂは垂直方向に配列される。複数の左傾斜偏波アンテナ素子３ａはそれぞれ配線励振されてアンテナビームを形成する。同様にして、複数の右傾斜偏波アンテナ素子３ｂも配線励振されてアンテナビームを形成する。選択ダイバーシチ装置４は、左傾斜偏波アンテナ素子３ａの受信レベルと右傾斜偏波アンテナ素子３ｂの受信レベルを比較して、受信レベルの高い方の偏波アンテナ素子の信号を受信器５に選択送信する。受信器５は受信した信号を復調する。
【００１４】
基地局がカバーするサービスエリアを複数のセクタに分割する場合、セクタに応じたビーム幅を形成する偏波ダイバーシチ３を用意する。
上述した偏波ダイバーシチアンテナに依れば、偏波ダイバーシチアンテナ素子３の全体の断面積を小さくすることができる。以下、これを図３を参照して説明する。
偏波アンテナ素子の長さがＬ、傾斜角度がθで、偏波アンテナ素子のペアの数がｎ個の場合の偏波アンテナ素子の垂直方向の断面積Ｓは２ｎＬ２ｃｏｓθｓｉｎθとなる。例えば、傾斜角度θが２０°の場合は、Ｓ＝０．６４ｎＬ２であり、図７、図８の従来例と比較して、断面積は約２／３に縮小している。
【００１５】
ところで、ダイバーシチ特性についてみると、左傾斜偏波アンテナ素子３ａと右傾斜偏波アンテナ素子３ｂは直交していないので、両アンテナ素子による受信レベルの変動は無相関にはならない。相関があると、両アンテナ素子が同時に受信レベルが低く落ち込む確率が増え、ダイバーシチ特性が劣化する。図４を参照するに、これは傾斜偏波アンテナ素子の傾斜角度θに対する受信レベルの相関係数を計算した結果を示す。図５はこの場合の計算条件をに示す。到来電波は偏波面の傾き角φ＝０°の垂直偏波である。傾斜角度θが小さくなると、受信レベルの変動の相関係数が１に近づくことが認識される。
【００１６】
偏波アンテナ素子の傾斜角度θを大きくすると、受信レベルの相関係数が小さくなる反面、到来電波の偏波面と受信する偏波アンテナ素子の傾斜角度θの差が広がるところから、受信レベルは小さくなる。左傾斜偏波アンテナ素子３ａと右傾斜偏波アンテナ素子３ｂで受信した受信レベルの内の高い方の偏波アンテナ素子を使用する選択ダイバーシチの受信レベルを、偏波アンテナ素子の傾斜角度θをパラメータにして求めた。その計算結果を図６に示す。到来電波の偏波面の傾き角φが０°と２０°の場合の垂直偏波についての計算結果を示している。縦軸の受信レベル差は、偏波アンテナ素子の傾斜角度θがθ＝０°の場合を基準にして表している。偏波アンテナ素子の傾斜角度θがθ＝０°の場合は１つの偏波アンテナ素子の受信レベルは最も高いが、２つの偏波アンテナ素子の受信レベル相関係数が１であるので選択ダイバーシチ後の受信レベルの中央値は最も小さい。到来電波の偏波面の傾き角がφ＝０°の場合は、偏波アンテナ素子の傾斜角度θがθ＝２０°の時、選択ダイバーシチ後の受信レベルの中央値は最も大きくなる。到来電波の偏波面の傾き角がφ＝２０°の場合は、偏波アンテナ素子の傾斜角度θをθ＝３０°にすれば、選択ダイバーシチ後の受信レベルの中央値は最も大きくなる。
【００１７】
このように、受信レベルの相関係数を最も小さくすることができる偏波アンテナ素子の傾斜角度θ＝４５°が有効なダイバーシチ効果を得るという訳ではない。通信を行う周波数帯域が狭い狭帯域通信においては、受信レベルの落ち込みをダイバーシチで救済したいので、中央値の如き受信レベルの平均的な値で評価せず、受信レベルの低い部分の度数などで評価していた。近年にサービスが開始された広帯域通信においては、受信レベルの落ち込みはパスダイバーシチといった別の方法で救済するので、偏波ダイーバーシチは受信レベルの中央値を上げるために用いられる。それ故に、図６はダイバーシチ後の受信レベルの中央値で評価している。
【００１８】
実際の基地局アンテナに到来する電波の偏波面の傾きについては、報告例が余り多くはない。携帯電話は、通常、起立した状態の使用者により内蔵されるスピーカ部分を耳に当て、内蔵されるマイク部分を口元に当てて使用されるので、携帯電話のアンテナは垂直に近い傾きとなる。このことから、基地局アンテナに到来する電波の偏波面の傾きはφ＝１０°或いは２０°程度であるものと予想される。偏波面の傾きはφがランダムでない限り、図６に示される如く偏波アンテナ素子の傾斜角度θ＜４５°の範囲に最適な偏波素子の傾き角θが存在することになる。
【００１９】
【発明の効果】
上述した通りであって、この発明は、偏波ダイバーシチアンテナの偏波アンテナ素子を垂直方向に関して左右に４５°より小さい角度で傾けて配置することにより、アンテナ断面積を小さくした。これにより、偏波ダイバーシチアンテナの風圧荷重を小さくすることができるので、アンテナ設置強度、設置工事の負荷を軽減することができる。そして、偏波アンテナ素子を垂直方向に関して左右に４５°より小さい角度で傾けても、基地局アンテナに到来する電波の偏波面の傾きが４５°より小さい場合は、各別に偏波ダイバーシチ特性を劣化させることはない。特に、携帯電話送受信装置の如く、基地局アンテナに到来する電波の偏波面の傾きが分かっている場合は更に偏波ダイバーシチ特性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】偏波ダイバーシチアンテナ素子の実施例を示す図。
【図２】偏波ダイバーシチアンテナの実施例を説明する図。
【図３】偏波ダイバーシチアンテナ素子の面積を説明する図。
【図４】偏波アンテナ素子の傾斜角度に対する受信レベル相関係数を示す図。
【図５】図４の計算条件を示す図。
【図６】偏波アンテナ素子の傾斜角度に対する受信レベル差を示す図。
【図７】偏波ダイバーシチアンテナ素子の従来例を説明する図。
【図８】他の従来例をを説明する図。
【符号の説明】
１、２、３  偏波ダイバーシチアンテナ
１ａ  垂直偏波アンテナ素子
１ｂ  水平偏波アンテナ素子
２ａ、２ｂ、３ａ、３ｂ  傾斜偏波アンテナ素子
【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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