(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
四角柱形支持体と、この四角柱形支持体の四周面に、それぞれ互いに異なる方向に指向させて配置された第１乃至第４の指向性平面アンテナとを有し、第１及び第３の指向性平面アンテナが前記四角柱形支持体の前記四周面のうち互いに対向する二周面に配置され、第２及び第４の指向性平面アンテナが前記四角柱形支持体の前記四周面のうち残りの対向するに周面に配置されているアンテナ構体と、
前記第１乃至第４の指向性平面アンテナが接続される４つの入力端子と、前記第１乃至第４の指向性平面アンテナに対応する４つの出力端子とを、有し、前記アンテナ構体の下方に配置されたマトリクス部とを、
具備し、前記マトリクス部は、
総合指向性が無指向性となるように第１乃至第４の指向性平面アンテナを一括して前記４つの出力端子のうち１つに出力する態様１のものと、
８の字で方向が互いに９０度ずれている２つの総合指向性を得るように、第１及び第３の指向性平面アンテナを合成し、かつ第２及び第４の指向性平面アンテナを合成する態様２のものと、
互いに異なる４方向へ向かう指向性が得られるように第１乃至第４の指向性平面アンテナをそれぞれに対応する前記４つの出力端子に接続する態様３のものと、
２つの総合指向特性が単方向性で互いに反対方向を指向するように第１及び第２の指向性平面アンテナを合成して１つの出力端子に送出し、かつ第３及び第４の指向性平面アンテナを合成して別の１つの出力端子に送出する態様４のものとが、
予め準備され、これら４つの態様のうち選択されたものを持つ前記マトリクス部が、前記アンテナ構体に接続されているアンテナ装置。
【請求項２】
平板形支持体と、この平板形支持体の２つの面にそれぞれ互いに異なる方向に指向させて配置された２つの指向性平面アンテナとを有しているアンテナ構体と、
前記２つの指向性平面アンテナが接続される２つの入力端子と、前記２つの指向性平面アンテナに対応する２つの出力端子とを有し、前記アンテナ構体の下方に配置されたマトリクス部とを、
具備し、前記マトリクス部は、
総合指向性が８の字形の指向性となるように前記２つの指向性平面アンテナを合成して前記２つの出力端子のうち１つの出力する態様１のものと、
単方向性で互いに指向方向が１８０度異なる２つの指向性となるように前記２つの指向性平面アンテナをそのまま対応する２つの出力端子に導く態様２のものとが、
予め準備され、これら２つの態様のうち選択されたものを持つ前記マトリクス部が前記アンテナ構体に接続されているアンテナ装置。
【請求項３】
三角柱形支持体と、この三角柱形支持体の各面に、それぞれ互いに異なる方向に指向させて配置された３つの指向性平面アンテナとを、有するアンテナ構体と、
前記３つの指向性平面アンテナが接続される３つの入力端子と、前記２つの指向性平面アンテナに対応する３つの出力端子とを、有し、前記アンテナ構体の下方に配置されたマトリクス部とを、
具備し、前記マトリクス部は、
総合指向特性が無指向性となるように前記３つの指向性平面アンテナの出力を合成して、前記２つの出力端子の１つに出力する態様１のものと、
指向特性が単方向性で互いに１２０度異なる方向に指向するように前記３つの指向性平面アンテナの出力をそのまま前記３つの出力端子の対応するものに出力する態様２のものとが、
予め準備され、これら２つの態様のうち選択されたものを持つ前記マトリクス部が前記アンテナ構体に接続されているアンテナ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は超高周波領域用の指向性アンテナに関するものであり、特に無線通信の基地局用に適したアンテナに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、無線通信の基地局用のアンテナには、無指向性または特定方向の指向ビームを持ったものが使用されていたが、その多くは指向特性が固定されていた。また、位相器を用いて指向特性を変更することも行われていたが、通常は出力端子が１個で、位相器だけでアンテナ全体の指向特性を変更することはできなかった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従って、端末局の数や、端末局の集中する方向が変わったり、附近に基地局が増設された場合、アンテナの指向特性を変更する必要を生じ、そのためにアンテナを交換していた。また、多様なアンテナの立地条件に対応するために、基地局の設置や保守を実施する側では、指向特性を異にする多種類のアンテナを準備しておかねばならなかった。よって本発明は、一組のアンテナで、複数通りの指向特性を選択できるようにしようとするものである。
【０００４】
本発明の一態様のアンテナ装置は、アンテナ構体と、マトリクス部とからなる。アンテナ構体は、四角柱形支持体と、この四角柱形支持体の四周面に、それぞれ互いに異なる方向に指向させて配置された第１乃至第４の指向性平面アンテナとを有している。第１及び第３の指向性平面アンテナが前記四角柱形支持体の前記四周面のうち互いに対向する二周面に配置され、第２及び第４の指向性平面アンテナが前記四角柱形支持体の前記四周面のうち残りの対向するに周面に配置されている。マトリクス部は、前記アンテナ構体の下方に配置されている。マトリクス部は、前記第１乃至第４の指向性平面アンテナが接続される４つの入力端子と、前記第１乃至第４の指向性平面アンテナに対応する４つの出力端子とを、有している。マトリクス部は、総合指向性が無指向性となるように第１乃至第４の指向性平面アンテナを一括して前記４つの出力端子のうち１つに出力する態様１のものと、８の字で方向が互いに９０度ずれている２つの総合指向性を得るように、第１及び第３の指向性平面アンテナを合成し、かつ第２及び第４の指向性平面アンテナを合成する態様２のものと、互いに異なる４方向へ向かう指向性が得られるように第１乃至第４の指向性平面アンテナをそれぞれに対応する前記４つの出力端子に接続する態様３のものと、２つの総合指向特性が単方向性で互いに反対方向を指向するように第１及び第２の指向性平面アンテナを合成して１つの出力端子に送出し、かつ第３及び第４の指向性平面アンテナを合成して別の１つの出力端子に送出する態様４のものとが、予め準備されている。これら４つの態様のうち選択されたものを持つマトリクス部が前記アンテナ構体に接続されている。
本発明の他の態様のアンテナ装置も、アンテナ構体と、マトリクス部とからなる。アンテナ構体は、平板形支持体と、この平板形支持体の２つの面にそれぞれ互いに異なる方向に指向させて配置された２つの指向性平面アンテナとを有している。マトリクス部は、前記アンテナ構体の下方に配置されている。マトリクス部は、前記２つの指向性平面アンテナが接続される２つの入力端子と、前記２つの指向性平面アンテナに対応する２つの出力端子とを有している。マトリクス部は、総合指向性が８の字形の指向性となるように前記２つの指向性平面アンテナを合成して前記２つの出力端子のうち１つの出力する態様１のものと、単方向性で互いに指向方向が１８０度異なる２つの指向性となるように前記２つの指向性平面アンテナをそのまま対応する２つの出力端子に導く態様２のものとが、予め準備されている。これら２つの態様のうち選択されたものを持つマトリクス部が前記アンテナ構体に接続されている。
本発明の別の態様のアンテナ装置も、アンテナ構体と、マトリクス部とからなる。アンテナ構体は、三角柱形支持体と、この三角柱形支持体の各面に、それぞれ互いに異なる方向に指向させて配置された３つの指向性平面アンテナとを、有している。マトリクス部は、前記アンテナ構体の下方に配置されている。マトリクス部は、前記３つの指向性平面アンテナが接続される３つの入力端子と、前記２つの指向性平面アンテナに対応する３つの出力端子とを、有している。マトリクス部は、総合指向特性が無指向性となるように前記３つの指向性平面アンテナの出力を合成して、前記２つの出力端子の１つに出力する態様１のものと、指向特性が単方向性で互いに１２０度異なる方向に指向するように前記３つの指向性平面アンテナの出力をそのまま前記２つの出力端子の対応するものに出力する態様２のものとが、予め準備されている。これら２つの態様のうち選択されたものを持つマトリクス部が前記アンテナ構体に接続されている。
【０００５】
【発明の実施の形態】
本発明の好ましい実施形態では、アンテナ装置は角柱状支持体の各面に設けられた指向性平面アンテナ、または平板状支持体の両面に設けられた指向性平面アンテナと、これらアンテナの下方に配置されたマトリクス部とからなり、これらは円筒形の強化プラスチック製の外套内に収容されている。そして、マトリクス部は上記アンテナを所望の総合指向特性が得られる組合せで結合するためのマトリクス回路と、このマトリクス回路を上記各アンテナに結合するための端子と、上記組合せの出力を取出す出力端子を有する。
【０００６】
平面アンテナを取付ける支持体の形状としては、アンテナが２個の場合は平板状、３個の場合は三角柱状、４個の場合は四角柱状であることが望ましい。また、アンテナを６個または８個といった多数使用する場合は、六角柱または八角柱形の支持体にアンテナを取付けても良いが、三角柱２個を６０°ずらせて重ね、または四角柱２個を４５°ずらせて重ねたものにアンテナを取付けてもよい。
【０００７】
【実施例１】
図１において、強化プラスチック製の円筒形のケース１内に四角柱状の支持体２が収容されており、支持体２はその各周面に平面アンテナ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄが取付けられて、アンテナ構体３を構成している。各平面アンテナは、幅が約０．７〜１．０λ、高さが約１．０λ以上である。アンテナ構体３の下方にマトリクス部４が位置し、マトリクス部４は各アンテナがそれぞれ結合される入力端子４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄをそれぞれ有する。
【０００８】
マトリクス部４は内部に所望の総合指向特性が得られるようにアンテナ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄを組合せるマトリクス回路を有し、下面にこの組合せ出力に必要な数に応じて出力端子５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄを有している。
【０００９】
マトリクス部４には、アンテナの接続態様を異にする４種類があり、その各接続態様を図２に示す。態様１は、アンテナ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄのすべてを一括して出力端子５ａより送出するものであり、その総合指向特性は無指向性となる。この態様は、少ない設備で全方向の端末局に対応することができ、周囲の見通しが良く端末局が少ないエリアに有効である。
【００１０】
態様２は、アンテナ３ａと３ｃ及び３ｂと３ｄをそれぞれマトリクス回路で合成し、出力端子５ａ及び５ｂより送出するものである。各出力端子に現れる総合指向特性は、８字形で、その指向方向は互いに９０°ずれている。この態様は出力端子数が２個であるため２個の基地局設備を使用できるから、態様１に較べて２倍の数の端末局に対応することができ、態様１に較べて約３ｄｂ利得が向上する。なお、端末局が道路沿いに分布しているような場合には、出力端子の一方を遊ばせ、他方だけ使用することもできる。
【００１１】
態様３は、アンテナ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄをそれぞれ出力端子５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄより送出するものであり、互いに異なる４方向へ向かう指向特性が得られる。出力端子数が４個であるため、４個の基地局設備を使用すれば、態様１に較べて４倍の数の端末局に対応することができ、態様１に較べて約６ｄｂ利得が向上する。なお、端末局が一様に分布してない場合は、分布に対応して出力端子のうちの一部だけを使用し、残りを遊ばせておくこともできる。
【００１２】
態様４は、アンテナ３ａと３ｂ及び３ｃと３ｄをそれぞれマトリクス回路で合成し、出力端子５ａ及び５ｂから送出するものである。各出力端子に現れる総合指向特性は単方向性であり、互いに反対方向に指向している。態様２と同様に２個の基地局設備を使用できるから、態様１に較べて２倍の数の端末局に対応することができ、態様１に較べて約３ｄｂ利得が向上する。例えば道路沿いのように端末局が直線状に分布している場合に有利であり、端末局の分布が一方向に集中している場合には出力端子の一方だけを使用し他方を遊ばせておくこともできる。
【００１３】
【実施例２】
図３（ａ）において、平板状の支持体６の両面に平面アンテナ７ａ及び７ｂが取付けられて、アンテナ構体７を構成している。アンテナ構体７の下方にマトリクス部８が位置し、マトリクス部８は各アンテナ７ａ、７ｂがそれぞれ結合される入力端子８ａ及び８ｂを有している。同図（ｂ）に示すようにマトリクス部８には、各アンテナ出力を合成して１個の出力端子９ａに導く態様１と、各アンテナの出力をそのまま２個の出力端子９ａ、９ｂに導く態様２とがある。
【００１４】
各アンテナの出力を合成して１個の出力端子に導く態様１の場合は、８字形の双方向指向特性が得られ、各アンテナの出力を２個の出力端子９ａ、９ｂに導く態様２の場合は、各出力端子で得られる指向特性は単方向性で、互いに指向方向を１８０°異にしている。
【００１５】
【実施例３】
図４（ａ）において、三角柱形の支持体１０の各面に平面アンテナ１１ａ、１１ｂ、１１ｃが取付けられてアンテナ構体１１を構成する。アンテナ構体１１の下方に位置するマトリクス部１２は各アンテナがそれぞれ結合される入力端子１２ａ、１２ｂ、１２ｃを有する。同図（ｂ）に示すようにマトリクス部１２には、各アンテナの出力を合成して１個の出力端子１３ａに導く態様１と、各アンテナの出力をそのまま３個の出力端子１３ａ、１３ｂ、１３ｃに導く態様２とがある。
【００１６】
各アンテナの出力を合成して１個の出力端子１３ａに導く態様１の場合は指向特性は無指向性であり、各アンテナの出力を３個の出力端子１３ａ、１３ｂ、１３ｃに導く態様２の場合は、各出力端子に現れる指向特性は単方向性で、互いに１２０°異なる方向に指向している。
【００１７】
以上の実施例から例えば６個の平面アンテナを使用する場合は六角柱形の支持体に取付け、８個の平面アンテナを使用する場合は八角柱形の支持体に取付けることは容易に理解できるところである。しかし例えば６個の平面アンテナを使用する場合には、図４に示されている三角柱形アンテナ構体１１を２個、方向を６０°ずらして上下に配置し、８個の平面アンテナを使用する場合には、図１に示されている四角柱形アンテナ構体３を２個、方向を４５°ずらして上下に配置することもでき、これらの場合はアンテナ構体を収容するケースの径を太くしなくてよい利益がある。
【００１８】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によるときは複数個の平面アンテナを有するアンテナ構体に、相異なる接続態様の複数種類のマトリクス部を組合せることにより多様な指向特性を得ることができるので、基地局の立地条件の変化に対応した指向特性の変更を容易にし、或いは基地局の保守や増設に備えて準備しておくアンテナの種類を大幅に減少させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示し、（ａ）は見取図、（ｂ）は概念の説明図である。
【図２】図１に示した実施例におけるアンテナと各種マトリクスとの組合せ態様を示す図である。
【図３】本発明の他の実施例を示し、（ａ）は見取図、（ｂ）はアンテナと各種マトリクスとの組合せ態様を示す図である。
【図４】本発明の更に別の実施例を示し、（ａ）は見取図、（ｂ）はアンテナと各種マトリクスとの組合せ態様を示す図である。
【符号の説明】
１  ケース
２  支持体
３  アンテナ構体
３ａ〜３ｃ  平面アンテナ
４  マトリクス部
４ａ〜４ｃ  マトリクス入力端子
５ａ〜５ｄ  マトリクス出力端子
６  支持体
７  アンテナ構体
７ａ、７ｂ  平面アンテナ
８  マトリクス部
８ａ、８ｂ  マトリクス入力端子
９ａ、９ｂ  マトリクス出力端子
１０  支持体
１１  アンテナ構体
１１ａ〜１１ｃ  平面アンテナ
１２  マトリクス部
１２ａ〜１２ｃ  マトリクス入力端子
１３ａ〜１３ｃ  マトリクス出力端子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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