(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれ互いに直交する偏波を発生する夫々１つずつの給電点を有する放射系と、２つの独立した入力信号を鉛直面に対してプラス・マイナス４５度の直線偏波に変換するか垂直・水平方向の偏波に変換するかを選択する偏波切替手段を備えたアンテナ偏波切替システムにおいて、
前記偏波切替手段は、２つの独立した入力信号を前記夫々１つずつの給電点に直接接続するか、若しくは前記２つの独立した入力信号を入力することで、同相同士で足し合わせた信号及び同相と逆相で足し合わせた信号の２つの信号を出力する位相反転型ハイブリッド回路を介して前記夫々１つずつの給電点に接続するかの何れか一方を選択することを特徴とするアンテナ偏波切替システム。
【請求項２】
前記偏波切替手段の２本の出力端に前記放射系の偏波面が鉛直面に対して４５°回転したアンテナの給電点を接続し、前記偏波切替手段の２本の入力端にそれぞれ独立した信号を入力し、前記偏波切替手段により前記信号を直接前記アンテナの給電点に接続した場合、前記信号がプラス・マイナス４５°の方向に直線偏波励振され、前記位相反転型ハイブリッド回路を介して接続した場合、前記信号が垂直・水平方向の偏波に変換されることを特徴とする請求項１記載のアンテナ偏波切替システム。
【請求項３】
前記偏波切替手段の２本の出力端に前記放射系の偏波面が鉛直面に対して平行方向及び垂直方向に向いたアンテナの給電点を接続し、前記偏波切替手段の２本の入力端にそれぞれ独立した信号を入力し、前記偏波切替手段により前記信号を直接前記アンテナの給電点に接続した場合、前記信号が垂直・水平方向に直線偏波励振され、前記位相反転型ハイブリッド回路を介して接続した場合、前記信号がプラス・マイナス４５°の偏波に変換されることを特徴とする請求項１記載のアンテナ偏波切替システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アンテナ偏波切替システムに関し、さらに詳しくは、携帯電話用基地局アンテナの偏波切替機能を有するアンテ偏波切替システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、携帯電話の急激な普及により電波のチャネル割り当てが増加し、アナログ方式では対応が困難となり、デジタル化の方向に移行している。また、携帯電話の場合、そのサービスエリアをいかに広く確保し、併せて通話品質を高めることができるかが課題である。そのため、例えば、Ｖ／Ｈ偏波と±４５°偏波のうち、どちらの伝播状況が良いかは環境によって変わってくるため、電波の伝播環境条件を調査するために、実際に現地にそれぞれのアンテナを持ち込んで実験をして決めていた。
また、既設の偏波方式から他の偏波方式に変更したという要望があり、その要望に迅速に対応できることが望まれている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
前記の伝播環境条件を調査するためには、現地に２種類のアンテナを用意して運び込み、さらに、アンテナを変更するために付け替えの作業が必要となる。このため運搬の費用と付け替えの時間が多大となる。
また、既設の偏波方式から他の偏波方式に変更する場合、既設のアンテナ設備を変更するか、若しくは、新たに設備を追加しなければならず、時間的にもコスト的にも多くのロスが発生する。
本発明は、かかる課題に鑑み、一種類のアンテナから２種類の偏波を切替えることができる携帯電話用基地局アンテナのアンテナ偏波切替システムを提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明はかかる課題を解決するために、請求項１の発明は、それぞれ互いに直交する偏波を発生する夫々１つずつの給電点を有する放射系と、２つの独立した入力信号を鉛直面に対してプラス・マイナス４５度の直線偏波に変換するか垂直・水平方向の偏波に変換するかを選択する偏波切替手段を備えたアンテナ偏波切替システムにおいて、前記偏波切替手段は、２つの独立した入力信号を前記夫々１つずつの給電点に直接接続するか、若しくは前記２つの独立した入力信号を入力することで、同相同士で足し合わせた信号及び同相と逆相で足し合わせた信号の２つの信号を出力する位相反転型ハイブリッド回路を介して前記夫々１つずつの給電点に接続するかの何れか一方を選択することを特徴とする。
アンテナの給電点に入力信号を直接接続すれば、アンテナからは入力信号が放射系の偏波と同じ偏波として放射される。また、入力信号を位相反転型ハイブリッド回路を介して接続すると、その出力端の一方は入力信号を同相足し合わせした信号と、他方には逆相足し合わせ信号が半分のパワーで給電される。従って、アンテナの鉛直面に対する回転角に対して±４５°の方向に偏波を変換でき、それを偏波切替手段により任意に選択することができる。
かかる発明によれば、２つの独立した入力信号を前記給電点に直接接続するか、若しくは前記入力信号のそれぞれの位相を、同相及び逆相で足し合わせる位相反転型ハイブリッド回路を介して前記給電点に接続するかの何れか一方を選択するので、簡単に偏波を切替えることができ、伝播環境条件の調査時間の短縮と、アンテナ付け替えコストの低減を実現できる。
【０００５】
また、請求項２の発明は、前記偏波切替手段の２本の出力端に前記放射系の偏波面が鉛直面に対して４５°回転したアンテナの給電点を接続し、前記偏波切替手段の２本の入力端にそれぞれ独立した信号を入力し、前記偏波切替手段により前記信号を直接前記アンテナの給電点に接続した場合、前記信号がプラス・マイナス４５°の方向に直線偏波励振され、前記位相反転型ハイブリッド回路を介して接続した場合、前記信号が垂直・水平方向の偏波に変換されることも本発明の有効な手段である。
アンテナからの偏波は、放射パワーのベクトルの合成により決まる。位相反転型ハイブリッド回路は、その出力端の一方に入力信号を同相足し合わせた信号を出力し、他方には逆相足し合わせ信号を出力する機能があるので、２本の入力端にそれぞれ独立した信号の振幅Ａ１，Ａ２を入力すると、出力端の一方には（Ａ１／√２＋Ａ２／√２）、他方には（Ａ１／√２−Ａ２／√２）の信号が出力される。つまり、４５°回転したアンテナの場合、Ａ１のベクトル和は垂直となり、Ａ２のベクトル和は水平となる。これにより±４５°偏波からＶ／Ｈ（垂直／水平）偏波に変換することができる。
かかる技術手段によれば、前記偏波切替手段の２本の出力端に前記放射系を鉛直面に対して４５°回転したアンテナの給電点を接続し、前記偏波切替手段の２本の入力端にそれぞれ独立した信号を入力し、前記偏波切替手段により前記信号を直接前記アンテナの給電点に接続した場合、前記信号がプラス・マイナス４５°の方向に直線偏波励振され、前記位相反転型ハイブリッド回路を介して接続した場合、前記信号が垂直・水平方向の偏波に変換されるので、簡単な回路構成で偏波を切替えることができる。
【０００６】
また、請求項３の発明は、前記偏波切替手段の２本の出力端に前記放射系の偏波面が鉛直面に対して平行方向及び垂直方向に向いたアンテナの給電点を接続し、前記偏波切替手段の２本の入力端にそれぞれ独立した信号を入力し、前記偏波切替手段により前記信号を直接前記アンテナの給電点に接続した場合、前記信号が垂直・水平方向に直線偏波励振され、前記位相反転型ハイブリッド回路を介して接続した場合、前記信号がプラス・マイナス４５°の偏波に変換されることも本発明の有効な手段である。
Ｖ／Ｈ（垂直／水平）アンテナからの偏波を±４５°偏波に変更するには、前記と同様の信号を位相反転型ハイブリッド回路に入力すると、同相のベクトル和は＋４５°の方向になり、逆相のベクトル和は−４５°の方向となる。これによりＶ／Ｈ（垂直／水平）偏波から±４５°偏波に変更することができる。
かかる技術手段によれば、前記偏波切替手段の２本の出力端に前記放射系を鉛直面に対して平行方向及び垂直方向に向いたアンテナの給電点を接続し、前記偏波切替手段の２本の入力端にそれぞれ独立した信号を入力し、前記偏波切替手段により前記信号を直接前記アンテナの給電点に接続した場合、前記信号が垂直・水平方向に直線偏波励振され、前記位相反転型ハイブリッド回路を介して接続した場合、前記偏波がプラス・マイナス４５°の偏波に変換されるので、簡単な回路構成で偏波を切替えることができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載される構成要素、種類、組み合わせ、形状、その相対配置などは特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する主旨ではなく単なる説明例に過ぎない。
図１は、本発明の第１の実施形態のマイクロストリップパッチアンテナの構成図である。この構成は、基板２上に直接給電によりある方向（Ａ−Ａ’）に直線偏波励振する素子アンテナ（マイクロストリップパッチ）群１ａ〜１ｄと、直接給電によりＡ−Ａ’に直交する方向（Ｂ−Ｂ’）に直線偏波励振する素子アンテナ（マイクロストリップパッチ）群２ａ〜２ｄと、素子アンテナ１ａ〜１ｄの同軸給電回路３と、素子アンテナ２ａ〜２ｄの同軸給電回路４と、外部からの制御信号により偏波切替回路６を駆動する制御回路５と、リレー等により入力信号を切り替える偏波切替回路６から構成されている。尚、制御回路５と偏波切替回路６が偏波切替手段を構成する。
以上の構成で、給電回路３と給電回路４は素子アンテナ群１ａ〜１ｄの合成ビームパターンおよび素子アンテナ群２ａ〜２ｄの合成ビームパターンが同じになるように設定されている。ここで、素子アンテナ１ａ〜１ｄおよび２ａ〜２ｄが同相、同振幅で給電された場合、全素子アンテナの合成ビームは直線偏波になり、Ａ−Ａ’およびＢ−Ｂ’の２等分方向Ｃ−Ｃ’となる。
【０００８】
図２（ａ）は、前記マイクロストリップパッチ１ａ〜１ｄのうちの一つのマイクロストリップパッチの断面図である。図２（ｂ）  はその平面図である。同図（ａ）において、１２ａは誘電体基板、１２ｂは誘電体基板１２ａ上に積層された例えば銅の薄板であり、マイクロストリップ線路の基板２を構成している。１０ａは例えば銅箔によって構成された円形状のマイクロストリップパッチ、１１ｂは同軸線路からなる給電回路、１１ａはマイクロストリップパッチ１０ａ上の一点である給電点である。アンテナの偏波方向は、同図（ｂ）から明らかなように、該給電点１１ａとマイクロストリップパッチ１０ａの中心１０ｂとを結ぶ方向（Ｂ−Ｂ’方向）に決まる。
図３は、本発明の第２の実施形態のマイクロストリップパッチアンテナの構成図である。図１と同じ構成要素には同じ番号を付している。この構成は、直接給電によりある方向（Ａ−Ａ’）に直線偏波励振する素子アンテナ（マイクロストリップパッチ）群１５ａ〜１５ｄと、素子アンテナ１５ａ〜１５ｄの同軸給電回路３と、同軸給電回路４と、外部からの制御信号により偏波切替回路６を駆動する制御回路５と、スイッチ等により入力信号を切り替える偏波切替回路６から構成されている。Ｑ１、Ｑ２は素子アンテナ１５ａの給電点を示す。
図４は、素子アンテナ１５ａの平面図を示す。図３と図４を併せて参照しながら説明する。図３のアンテナは、一つの素子アンテナに対して、２つの給電点Ｑ１、Ｑ２があり、かつこれらの給電点Ｑ１、Ｑ２は、図４から明らかなように、各々の給電点と素子アンテナの中心Ｐとを結ぶと互いに直交する線上に配置されている。また、給電回路３および４は、それぞれ、給電点Ｑ１、Ｑ２と接続されている。このように本実施形態によれば、少数の素子アンテナで、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【０００９】
図５は、前記第１および第２の実施形態の偏波切替回路６の実施例のブロック図である。この構成は、リレー等により構成される４回路Ｐ１〜Ｐ４を持つリレーＰ２５と、前記回路Ｐ１〜Ｐ４のそれぞれの接点に接続され、出力端の一方は入力信号を同相足し合わせした信号を出力し、他方には逆相足し合わせ信号が半分のパワーで出力される位相反転型ハイブリッド回路２４から構成され、リレーＰ２５は外部の制御回路５から全ての接点を同時にＯＮ／ＯＦＦされる。さらに前記回路Ｐ２、Ｐ４の中点２１ａ、２３ａは外部からの信号端子７と信号端子８に接続されている。また、前記回路Ｐ１、Ｐ３の中点２０ａ、２２ａは給電回路３および給電回路４に接続されている。また、位相反転型ハイブリッド回路２４の入力端子２４ａと入力端子２４ｂはそれぞれ回路Ｐ２の接点２１ｃ、Ｐ４の接点２３ｃに接続され、位相反転型ハイブリッド回路２４の同相出力端子２４ｃと逆相出力端子２４ｄはそれぞれ回路Ｐ１の接点２０ｃ、Ｐ３の接点２２ｃに接続される。この図では給電回路３および給電回路４にマイクロストリップパッチアンテナが接続されているが、ダイポールアンテナでも構わない。
【００１０】
まず、マイクロストリップパッチアンテナに接続した場合の動作を図６と併せて参照しながら説明する。図６（ａ）は、入力信号を直接給電点３３，３４に給電したときの給電点と偏波の関係を説明する図である。つまり、図５の回路Ｐ１〜Ｐ４のそれぞれの接点が図の実線側に接続された場合（信号端子７−Ｐ２．２１ａ−Ｐ２．２１ｂ−Ｐ１．２０ｂ−Ｐ１．２０ａ−給電回路３と、信号端子８−Ｐ４．２３ａ−Ｐ４．２３ｂ−Ｐ３．２２ｂ−Ｐ３．２２ａ−給電回路４）であり、この場合は信号端子７−８から直接給電回路３−４に接続されるので、図６（ｂ）の＋４５°の偏波面３６内で振動する＋４５°偏波電界成分（ベクトルＥ１）３１が発生し、第２の給電点３４から給電が行われると図６（ｂ）の−４５°の偏波面３８内で振動する−４５°偏波電界成分（ベクトルＥ２）３２が発生する。これにより、第１の給電点３３と第２の給電点３４に給電される信号がそのまま偏波面３６と３８内で振動する。
次に、偏波をＶ／Ｈ（垂直／水平）偏波に変更する場合について説明する。図５の回路Ｐ１〜Ｐ４のそれぞれの接点が図の点線側に接続された場合（信号端子７−Ｐ２．２１ａ−Ｐ２．２１ｃ−１８０°ハイブリッド回路２４の入力端子２４ａ−出力端子２４ｃ−Ｐ１．２０ｃ−Ｐ１．２０ａ−給電回路３と、信号端子８−Ｐ４．２３ａ−Ｐ４．２３ｃ−位相反転型ハイブリッド回路２４の入力端子２４ｂ−出力端子２４ｄ−Ｐ３．２２ｃ−Ｐ３．２２ａ−給電回路４）であり、例えば、同振幅の信号が信号端子７（Ｅ１）と信号端子８（Ｅ２）に入力されると、位相反転型ハイブリッド回路２４によりその出力端２４ｃには（Ｅ１／√２＋Ｅ２／√２）が出力され、出力端２４ｄには（Ｅ１／√２−Ｅ２／√２）が出力される。そしてそれらのベクトル和が、Ｅ１は図６（ｃ）のように垂直方向に励振され、Ｅ２は図６（ｄ）のように水平方向に励振され、±４５°偏波をＶ／Ｈ（垂直／水平）偏波に変換することができる。
【００１１】
図７は、ダイポールアンテナに図５の偏波切替回路６が位相反転型ハイブリッド回路２４に接続した場合の動作を説明する図である。接続ルートの説明はマイクロストリップパッチアンテナの場合と同様であるので説明を省略する。図７（ａ）は±４５°偏波からＶ／Ｈ（垂直／水平）偏波に変更する場合について説明する図である。ダイポールアンテナ４１と４２は直交して構成され、給電点４４と４５から位相反転型ハイブリッド回路４８の給電端子４６と４７に接続され、位相反転型ハイブリッド回路４８の入力端子４９，５０に例えば、それぞれ異なる振幅をもつＡ１，Ａ２（Ａ１＞Ａ２）の信号が入力されたとする。位相反転型ハイブリッド回路４８によりその出力端４６には（Ａ１／√２＋Ａ２／√２）が出力され、出力端４７には（Ａ１／√２−Ａ２／√２）が出力される。そしてそれらのベクトル和が、Ａ１はＶ方向４０に垂直に励振され、Ａ２はＨ方向４３に水平に励振され、±４５°偏波をＶ／Ｈ（垂直／水平）偏波に変換することができる。
次に、図７（ｂ）はＶ／Ｈ（垂直／水平）偏波から±４５°偏波に変更する場合について説明する図である。同じ構成要素には同じ参照番号が付されている。ダイポールアンテナ５２と５４は直交して構成され、給電点５３と５６から位相反転型ハイブリッド回路４８の給電端子４６と４７に接続され、位相反転型ハイブリッド回路４８の入力端子４９，５０に例えば、それぞれ異なる振幅をもつＡ１，Ａ２（Ａ１＞Ａ２）の信号が入力されたとする。位相反転型ハイブリッド回路４８によりその出力端４６には（Ａ１／√２＋Ａ２／√２）が出力され、出力端４７には（Ａ１／√２−Ａ２／√２）が出力される。そしてそれらのベクトル和が、Ａ１は＋４５°方向５５に励振され、Ａ２は−４５°方向５１に励振され、Ｖ／Ｈ（垂直／水平）偏波を±４５°偏波に変換することができる。
【００１２】
以上のようにアンテナの給電点に２つの独立した入力信号を直接接続すれば、アンテナからは入力信号が放射系の偏波と同じ偏波として放射される。また、２つの独立した入力信号を位相反転型ハイブリッド回路２４を介して接続すると、その出力端の一方は入力信号を同相足し合わせした信号と、他方には逆相足し合わせ信号が半分のパワーで給電される。従って、アンテナの鉛直面に対する回転角に対して±４５°の方向に偏波を変換でき、それを偏波切替手段により任意に選択することができる。これにより、簡単に偏波を切替えることができ、伝播環境条件の調査時間の短縮と、アンテナ付け替えコストの低減を実現できる。
また、アンテナからの偏波は、放射パワーのベクトルの合成により決まる。位相反転型ハイブリッド回路は、その出力端の一方に入力信号を同相足し合わせた信号を出力し、他方には逆相足し合わせ信号を出力する機能があるので、２本の入力端にそれぞれ独立した信号Ａ１，Ａ２を入力すると、出力端の一方には（Ａ１／√２＋Ａ２／√２）、他方には（Ａ１／√２−Ａ２／√２）の信号が出力される。つまり、４５°回転したアンテナの場合、Ａ１のベクトル和は垂直となり、Ａ２のベクトル和は水平となる。これにより±４５°偏波からＶ／Ｈ（垂直／水平）偏波に変換することができる。
また、逆にＶ／Ｈ（垂直／水平）アンテナからの偏波を±４５°偏波に変更するには、前記と同様の信号を位相反転型ハイブリッド回路に入力すると、同相のベクトル和は＋４５°の方向になり、逆相のベクトル和は−４５°の方向となる。これによりＶ／Ｈ（垂直／水平）偏波から±４５°偏波に変更することができる。これにより、簡単な回路構成で偏波を切替えることができる。
【００１３】
【発明の効果】
以上記載のごとく本発明によれば、請求項１は、２つの独立した入力信号を前記給電点に直接接続するか、若しくは前記入力信号のそれぞれの位相を、同相及び逆相で足し合わせる位相反転型ハイブリッド回路を介して前記給電点に接続するかの何れか一方を選択するので、簡単に偏波を切替えることができ、伝播環境条件の調査時間の短縮と、アンテナ付け替えコストの低減を実現できる。
請求項２は、前記偏波切替手段の２本の出力端に前記放射系の偏波面が鉛直面に対して４５°回転したアンテナの給電点を接続し、前記偏波切替手段の２本の入力端にそれぞれ独立した信号の振幅を入力し、前記偏波切替手段により前記信号を直接前記アンテナの給電点に接続した場合、前記信号がプラス・マイナス４５°の方向に直線偏波励振され、前記位相反転型ハイブリッド回路を介して接続した場合、前記信号が垂直・水平方向の偏波に変換されるので、簡単な回路構成で偏波を切替えることができる。
請求項３は、前記偏波切替手段の２本の出力端に前記放射系の偏波面が鉛直面に対して平行方向及び垂直方向に向いたアンテナの給電点を接続し、前記偏波切替手段の２本の入力端にそれぞれ独立した信号を入力し、前記偏波切替手段により前記信号を直接前記アンテナの給電点に接続した場合、前記信号が垂直・水平方向に直線偏波励振され、前記位相反転型ハイブリッド回路を介して接続した場合、前記偏波がプラス・マイナス４５°の偏波に変換されるので、簡単な回路構成で偏波を切替えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態のマイクロストリップパッチアンテナの構成図。
【図２】（ａ）は本発明のマイクロストリップパッチのうちの一つのマイクロストリップパッチの断面図、（ｂ）はその平面図。
【図３】本発明の第２の実施形態のマイクロストリップパッチアンテナの構成図。
【図４】本発明の１つの素子アンテナの平面図。
【図５】本発明の第１および第２の実施形態の偏波切替回路の実施例のブロック図。
【図６】（ａ）は本発明のパッチの給電点と偏波の関係を説明する図、（ｂ）は偏波面とベクトルとの位置関係を説明する図、（ｃ）は垂直偏波のベクトルを表す図、（ｄ）は水平偏波のベクトルを表す図。
【図７】（ａ）はダイポールアンテナの±４５°偏波からＶ／Ｈ（垂直／水平）偏波に変換する場合について説明する図、（ｂ）はダイポールアンテナのＶ／Ｈ（垂直／水平）偏波から±４５°偏波に変換する場合について説明する図。
【符号の説明】
Ｐ１〜Ｐ４  リレー回路、２４  位相反転型ハイブリッド回路、２５  リレー、３０  マイクロストリップパッチアンテナ
【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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