(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉛直方向に向けられかつ水平方向に所定の間隔をおいて配置された２つのダイポールアンテナ素子と、それらのダイポールアンテナ素子の背部に配置した反射板とを備え、前記各ダイポールアンテナ素子を同相の電力によって動作させるようにしたアンテナ装置であって、
前記各ダイポールアンテナ素子を含む面に平行するように、かつ、垂直方向中心軸線が各ダイポールアンテナ素子の対称面に含まれるとともに、水平方向中心軸線が前記各ダイポールアンテナ素子の上下中心点を通る水平面に含まれるように配置された金属板からなる指向性調整素子を備え、
前記指向性調整素子によって水平面指向性を調整するようにしたことを特徴とするアンテナ装置。
【請求項２】
前記指向性調整素子を２以上備えることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
【請求項３】
前記各ダイポールアンテナ素子と前記指向性調整素子の双方またはいずれか一方を誘電体基板上に形成したことを特徴とした請求項１または２に記載のアンテナ装置。
【請求項４】
前記反射板を２以上備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のアンテナ装置。
【請求項５】
前記各ダイポールアンテナ素子の配置間隔を０．３０６λ〜０．４０３λ（λは使用周波数帯域の中心周波数の波長）に設定したことを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、移動体通信の基地局に使用して有効なアンテナ装置に関し、特に、１つの基地局がカバーするエリアの分割、セクタ化に対応可能なアンテナ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
移動体通信では、周波数の利用効率を向上する目的で、１つの基地局がカバーするエリアを扇状のセクタゾーンに分割するようにしている。このようなエリア分割のためには、指向性を有する基地局用アンテナアンテナ装置を用いて、希望する扇状の範囲のみに電波を放射する必要がある。
【０００３】
上記のような指向性を有する基地局用アンテナ装置は、例えば、特許文献１に記載されている。図１６に平面形状を示すように、このアンテナ装置は、水平方向に間隔Ｘをおいて配設した２つのダイポールアンテナ素子１０と、これらのダイポールアンテナ素子１０の背部に配設した反射板２０とを備え、例えば、３セクタゾーンに対応可能な指向性が得られるように構成される。
なお、各ダイポールアンテナ素子１０は、垂直偏波に適用するため、この図１６の紙面に対して垂直な方向に延びている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−５９９６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、セクタ分割角度と同じ角度（３セクタ構成の場合は１２０°）の水平面半値幅を有するアンテナ装置を使用した場合、隣接セクタとの間での干渉のために通信品質が低下するという問題を生じる。このため、近年の基地局用アンテナ装置は、セクタ分割角度よりも小さい角度の水平面ビーム幅を有するように、すなわち、水平面半値幅が例えば９０°以下になるように構成している。
【０００６】
ここで、自セクタのエリア形成を行うために、図１６に示す従来のアンテナ装置のビーム幅を約７５°とした場合、図１７の指向特性図に示すように、フロントバック比（以下、Ｆ／Ｂ比という）は約２２ｄＢであるものの、フロント／９０°方向レベル比（以下、Ｆ／９０°方向レベル比という）がかなり高くなる（−１３ｄＢ程度）。これは、隣接セクタとの間での干渉を効果的に低減できないことを意味している。
【０００７】
図１８のラインａ，ｂ及びｃは、図１６のダイポールアンテナ素子１０，１０の間隔Ｘの変化に対する水平面内ビーム幅、Ｆ／Ｂ比及びＦ／９０°方向レベル比の変化態様をそれぞれ例示したものである。なお、上記素子間隔Ｘは、使用周波数帯域の中心周波数の波長λを用いて表されている。
上記水平面内ビーム幅は、自セクタのエリア形成についての評価要素となる。また、上記Ｆ／Ｂ比とＦ／９０°方向レベル比は、隣接セクタに与える干渉についての評価要素となる。なお、サイドローブを有する指向性を示す場合には、フロントサイド比（Ｆ／Ｓ比）を用いて上記干渉についての評価を行うことができる。
図１９のラインＡ，Ｂ及びＣは、図１６のダイポールアンテナ素子１０，１０の間隔Ｘを０、２９３λ，０、３６７λ及び０、４１６λに設定した場合の指向特性をそれぞれ示したものである。
【０００８】
３セクタゾーンに適用可能なビーム幅を７０°〜８０°と想定した場合、図１８に示すように、ビーム幅が小さくなるに従ってＦ／９０°方向レベル比が徐々に改善される。しかし、図１８、図１９から明らかなように、ビーム幅が７０°に設定されている場合（このとき、Ｘは約０．４１６λ）でも、Ｆ／９０°方向レベル比は約１４ｄＢ（図１９では、−１４ｄＢ）程度に抑えられる。
隣接セクタへの干渉レベルを改善するには、３セクタゾーンに適用可能な一定のビーム幅（例えば、７０°〜８０°）を有しながらＦ／９０°方向レベル比をより一層改善することが必要である。
【０００９】
そこで、本発明は、従来と同等の水平面半値幅を有しながら隣接セクタへの干渉を抑制すること、つまり、隣接セクタ間の干渉領域でのビーム利得を抑制することが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】
【００１０】
本発明は、鉛直方向に向けられかつ水平方向に所定の間隔をおいて配置された２つのダイポールアンテナ素子と、それらのダイポールアンテナ素子の背部に配置した反射板とを備え、前記各ダイポールアンテナ素子を同相の電力によって動作させるようにしたアンテナ装置であって、前記目的を達成するために、前記各ダイポールアンテナ素子を含む面に平行するように、かつ、垂直方向中心軸線が各ダイポールアンテナ素子の対称面に含まれるとともに、水平方向中心軸線が前記各ダイポールアンテナ素子の上下中心点を通る水平面に含まれるように配置された金属板からなる指向性調整素子を備え、この指向性調整素子によって水平面指向性を調整するようにしている。
前記指向性調整素子は、２以上備えることができる。また、前記各ダイポールアンテナ素子と前記指向性調整素子は、それらの双方またはいずれか一方を誘電体基板上に形成してもよい。さらに、前記反射板は、後方放射抑制作用を高めるために２以上備えることができる。
前記各ダイポールアンテナ素子の配置間隔は、０．３０６λ〜０．４０３λ（λは使用周波数帯域の中心周波数の波長）に設定することが望ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、従来と同等の水平面半値幅を有しながら隣接セクタへの干渉を抑制して通信品質を向上することが可能である。しかも、従来のアンテナに指向性調整素子を付加するだけで上記のような干渉抑制作用が得られるので、実用性が高い。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に係るアンテナ装置の一実施形態を概念的に示す平面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】指向性調整素子の長さの変化に対するビーム幅、Ｆ／Ｓ比、Ｆ／Ｂ比及びＦ／９０°方向レベル比の変化態様をそれぞれ例示するグラフである。
【図４】指向性調整素子を第１〜第５の長さに設定した場合の水平面指向特性をそれぞれ示すグラフである。
【図５】各ダイポールアンテナ素子の間隔が０．２９３λに設定されている状態で各ダイポールアンテナ素子を含む平面に対する指向性調整素子の距離を変化させた場合のビーム幅、Ｆ／Ｓ比、Ｆ／Ｂ比及びＦ／９０°方向レベル比の変化態様をそれぞれ例示したグラフである。
【図６】各ダイポールアンテナ素子の間隔が０．３０６λに設定されている状態での同様のグラフである。
【図７】各ダイポールアンテナ素子の間隔が０．３１８λに設定されている状態での同様のグラフである。
【図８】各ダイポールアンテナ素子の間隔が０．３４２λに設定されている状態での同様のグラフである。
【図９】各ダイポールアンテナ素子の間隔が０．３６７λに設定されている状態での同様のグラフである。
【図１０】各ダイポールアンテナ素子の間隔が０．３９１λに設定されている状態での同様のグラフである。
【図１１】各ダイポールアンテナ素子の間隔が０．４０３λに設定されている状態での同様のグラフである。
【図１２】各ダイポールアンテナ素子の間隔が０．４１６λに設定されている状態での同様のグラフである。
【図１３】各ダイポールアンテナ素子の間隔が０．３６７λに設定されている状態で各ダイポールアンテナ素子を含む平面に対する指向性調整素子の距離を変化させた場合の指向特性の変化態様を例示したグラフである。
【図１４】本発明に係るアンテナ装置で実現される指向特性と従来のアンテナ装置による指向特性とを対比するために示したグラフである。
【図１５】本発明に係るアンテナ装置の他の実施形態を示す平面図である。
【図１６】従来のアンテナ装置を概念的に示す平面図である。
【図１７】従来のアンテナ装置の指向特性を示すグラフである。
【図１８】従来のアンテナ装置において各ダイポールアンテナ素子の間隔を変化させた場合の水平面内ビーム幅、Ｆ／Ｂ比及びＦ／９０°方向レベル比の変化態様をそれぞれ例示したグラフである。
【図１９】従来のアンテナ装置において各ダイポールアンテナ素子の間隔を０、２９３λ，０、３６７λ及び０、４１６λに設定した場合の指向特性をそれぞれ示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照して、本発明に係るアンテナ装置の実施形態について説明する。
図１は、本発明に係るアンテナ装置の一実施形態を概念的である。また図２は、図１のＡ−Ａ線による断面図である。これらの図に示すように、本実施形態に係るアンテナ装置は、２つのダイポールアンテナ素子１、反射板２及び指向性調整素子３を備えている。
【００１４】
各ダイポールアンテナ素子１，１は、それぞれ全長が約０．５λ（λは使用周波数帯域の中心周波数の波長）に設定され、水平方向に間隔Ｘをおいて、かつ、それぞれの長手軸線が垂直方向に向くように配設されている（図２参照）。従って、これらのダイポールアンテナ素子１は、垂直偏波の送受に適用される。
本実施形態におけるダイポールアンテナ素子１は、図示していない誘電体基板上に貼着された金属箔（例えば銅箔）によって形成されている。すなわち、いわゆるプリント配線技術を用いて形成されている。しかし、このダイポールアンテナ素子１は、他の任意の金属材料（例えば、金属パイプ）を用いて形成することも可能である。
【００１５】
反射板２は、各ダイポールアンテナ素子１の背部に配設されている。この反射板２は、金属板によって形成され、各ダイポールアンテナ素子１を含む面に平行な主反射面２ａと、この主反射面２ａの一側と他側からそれぞれダイポールアンテナ素子１側にそれぞれ立上げ形成した補助反射面２ｂ、２ｂとを備えている。
【００１６】
指向性調整素子３は、方形の金属板によって形成され、各ダイポールアンテナ素子１，１を含む面に平行するように、かつ、垂直方向中心軸線が各ダイポールアンテナ素子の対称面に含まれるとともに、水平方向中心軸線が前記各ダイポールアンテナ素子の上下中心点を通る水平面に含まれるように配置されている。
本実施形態における指向性調整素子３は、上記ダイポールアンテナ素子１，１と同様に、図示していない誘電体基板上に貼着された金属箔によって形成されているが、もちろん、適宜な厚さを有する銅板等の板金のみによって形成することも可能である。
【００１７】
以下、指向性調整素子３を備える本実施形態に係るアンテナ装置の作用について説明する。なお、本実施形態では、指向性調整素子３の幅Ｗを０．０７３λに設定しているが、これに限定されない。
本実施形態に係るアンテナ装置は、各ダイポールアンテナ素子１，１に同相の電力を供給することによって送信動作する。
図３のラインａ，ｂ，ｃ及びｄは、指向性調整素子３の長さＬの変化（０．２λ〜０．４２５λ）に対するビーム幅、フロントサイド比（以下、Ｆ／Ｓ比という）、フロントバック比（以下、Ｆ／Ｂ比という）及びフロント／９０°方向レベル比（以下、Ｆ／９０°方向レベル比という）の変化特性をそれぞれ例示したものである。
また、図４のラインＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ及びＥは、指向性調整素子３の長さＬを０．２２９λ，０．２７７λ，０．３２６λ，０．３７５λ及び０．４２４λに設定した場合の水平面指向特性をそれぞれ示したものである。
なお、この図３、図４に示す特性は、各ダイポールアンテナ素子１の配置間隔Ｘを０．３６７λに設定し、各ダイポールアンテナ素子１を含む面から指向性調整素子３に至る距離Ｙ（図１参照）を０．０７３λに設定した場合のものである。また、図４の指向特性は、フロント方向レベルを０ｄＢ（基準）とするものである。
【００１８】
図３に示すように、指向性調整素子３の長さＬを０．２５λ〜０．３５λ近辺に設定した場合には、隣接セクタへの干渉に影響するＦ／９０°方向レベル比についての改善がみられる。そして、長さＬが０．４λ以降０．５λに近づくと、指向性調整素子３が無給電素子としての機能を持つようになるため、つまり、放射特性に大きく関係することになるため、上記各特性が急激に劣化する。また、指向性調整素子３の長さＬが０．２λ近辺の場合には、上記各特性に対する改善効果は殆ど見られない。
この結果、図３及び図４からは、指向性調整素子３の長さＬとして０．３λ近辺が適切であることが考察される。
【００１９】
図５のラインａ，ｂ，ｃ及びｄは、上記距離Ｙを変化させた場合の、ビーム幅、Ｆ／Ｓ比、Ｆ／Ｂ比及びＦ／９０°方向レベル比の変化態様を例示したものである。ただし、この図５の関係は、素子間隔Ｘを０．２９３λとした場合のものである。
そして、図６、図７、図８、図９、図１０、図１１及び図１２は、それぞれ素子間隔Ｄを０．３０６λ，０．３１８λ，０．３４２λ，０．３６７λ，０．３９１λ，０．４０３λ及び０．４１６λに設定した場合における同様の関係を例示したものである。
なお、距離Ｙが負になることは指向性調整素子３が各ダイポールアンテナ素子１を含む面よりも反射板２側に位置していることを意味している。
【００２０】
図５〜図１２から明らかなように、各素子間隔Ｘに対してそれぞれ最適な距離Ｙが存在する。そして、素子間隔Ｘが狭くなるにつれて最適距離Ｙが大きくなる傾向を示す。
Ｘ＝０．２９３λに設定した場合には、最適距離Ｙが０．２λを越えるため、アンテナ装置の形状が大型化する。また、Ｘ＝０．４１６λに設定した場合には、ビーム幅７０°近辺での指向性調整素子３の調整作用がほとんど望めなくなることから、３セクタゾーン構成において使用することが難しくなる。このため、隣接セクタへの干渉を抑制し得る３セクタゾーン構成を実現するための素子間隔Ｘは、０．３０６λ〜０．４０３λが妥当であるといえる。
図１３のＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，ＦおよびＧは、素子間隔Ｘを０．３６７λとして、上記距離Ｙを−０．０９８λ，−０．０４９λ，０λ，０．０４９λ，０．０９８λ，０．１４７λ及び０．１９６λに設定した場合の水平面指向特性をそれぞれ示したものである。
【００２１】
そこで、例えば、素子間隔Ｘを０．３６７λ、指向性調整素子３の長さＬ、幅Ｗ及び上記距離Ｙをそれぞれ０．３０８λ、０．０７３λ及び０．０７３λに設定することができる。
図１４は、この場合の水平面指向特性を実線で示したものである。この指向特性と点線で示す従来アンテナの指向特性（図１７に示す特性と同一）との対比から明らかなように、指向性調整素子３を備える本実施形態のアンテナ装置によれば、隣接セクタへの干渉の度合いを抑制して、つまり、隣接セクタ間の干渉領域でのビーム利得を抑制して、通信品質を向上することが可能である。
【００２２】
本発明は上記実施形態に限定されず、特許請求の範囲の技術的範囲内において種々の変型態様を採り得るものである。
例えば、上記実施形態では、指向性調整素子３として方形の金属板を用いているが、垂直面および水平面のそれぞれに対して面対称な形状を有する金属板であれば使用可能である。
また、反射板及び指向性調整素子は２以上配置することも可能であり、図１５には、２つの反射板２，２’と２つの指向性調整素子３，３’を配設した例を示している。なお、反射板２’は反射板２よりも狭幅に設定されている。指向性調整素子３’の幅も指向性調整素子３のそれよりも大もしくは小に設定しても良い。
【符号の説明】
【００２３】
１  ダイポールアンテナ素子
２，２’  反射板
２ａ  主反射面
２ｂ  補助反射面
３，３’  指向性調整素子
【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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【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】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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