(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
多要素放射器配列においてビーム形成回路網（１０、２０）のビームポートを用いて、所望のサービス領域内に複数のアンテナビームをもった受信／送信チャネルを形成する方法において、
前記ビーム形成網に、少なくとも１つの信号結合器（１１、２１）を設けること、
前記少なくとも１つの信号結合器によって、複数のビームポートの少なくとも１つを、通常は終端され、前記複数のビームポートの少なくとも１つとは隣接していない最も外側のビームポートと結合すること、
前記少なくとも１つの信号結合器からの結合信号を用いて、複数の所望の受信／送信チャネル内の１つの受信／送信チャネルを形成して、電気通信システムにおける所望のセルサービス領域の所望の電力と感度分布を得ること、
の各工程を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
２つの入力端子と１つの出力端子をもった第１の信号結合器（１１）によって、ビーム形成回路網の最も外側のビームポートと該最も外側のビームポートとは隣接していない前記複数のビームポートの１つを結合して、所望のセルサービス領域の複数の受信／送信チャネルの中の１つの受信／送信チャネルに形成すること、
の工程をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
３つの入力端子と１つの出力端子をもった第１の信号結合器（２１）によって、複数の放射要素を含むアンテナ配列のビーム形成回路網により形成されるビームポートの第１の最も外側のビームポートと該第１の最も外側のビームポートとは隣接していない２つのビームポートとを結合して、複数の受信／送信チャネルの中の第１の受信／送信チャネルを形成すること、および
３つの入力端子と１つの出力端子をもった第２の信号結合器（２２）によって、前記ビーム形成回路網の前記第１の最も外側のビームポートとは反対側にある第２の最も外側のビームポートと該第２の最も外側のビームポートとは隣接していない２つの他のビームポートとを結合して、前記複数の受信／送信チャネルの第２の受信／送信チャネルを形成して、電気通信システムにおける重なり合うセルにおける電力／感度分布を適応させること、
の各工程をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
多要素放射器アンテナに関連して、ビーム形成回路網（１０、２０）のビームポートを用いて所望のサービス領域内にさらにアンテナビームをもった受信／送信チャネルを得るアンテナ構成において、
複数のビームポートの少なくとも１つのビームポートを、通常は終端され、前記複数のビームポートの少なくとも１つとは隣接していない最も外側のビームポートと結合して、複数の所望の受信／送信チャネルにおける１つの受信／送信チャネルを形成する少なくとも１つの信号結合器（１１、２１）を備え、
前記１つの受信／送信チャネルが前記少なくとも１つの信号結合器を用いることを特徴とするアンテナ構成。
【請求項５】
前記信号結合器（１１）は、２つの入力端子と１つの出力端子をもち、前記信号結合器は、前記ビーム形成回路網の最も外側のビームポートと該最も外側のビームポートとは隣接していない前記複数のビームポートの１つとを結合して、複数の受信／送信チャネルの１つの受信／送信チャネルを形成し、所望のセルサービス領域の電力と感度分布を適応させるようにしたことを特徴とする請求項４に記載のアンテナ構成。
【請求項６】
少なくとも３つの入力端子と１つの出力端子をもった第１の信号結合器（２１）にして、前記少なくとも３つの入力端子に第１の最も外側のビームポートと該第１の最も外側のビームポートとは隣接していない別の複数のビームポートが個々に接続され、前記第１の信号結合器の前記出力に複数の受信／送信チャネルの第１の受信／送信チャネルが形成されるようになった前記第１の信号結合器と、
少なくとも３つの入力端子と１つの出力端子をもった第２の信号結合器（２２）にして、前記少なくとも３つの入力端子に前記第１の最も外側のビームポートとは反対側にある第２の最も外側のビームポートと該第２の最も外側のビームポートとは隣接していない別の複数のビームポートが個々に接続され、前記第１の信号結合器の前記出力に複数の受信／送信チャネルの第２の受信／送信チャネルが形成されるようになった前記第２の信号結合器と、
を備え、
前記アンテナ構成が電気通信システムにおける重なり合ったセルに対してより適応した電力／感度分布を生じるようにしたことを特徴とする請求項４に記載のアンテナ構成。
【請求項７】
前記ビーム形成回路網（１０、２０）は、バトラマトリックスであることを特徴とする請求項４に記載のアンテナ構成。
【請求項８】
６つの放射要素のアンテナ配列の６×６バトラマトリックスのビームポートを用いて所望のサービス領域内にさらにアンテナビームをもった受信／送信チャネルを得、
前記信号結合器は、２つの入力端子と１つの出力端子をもち、
前記信号結合器の前記２つの入力端子に前記６×６バトラマトリックスの第１のビームポートと第５のビームポートとは、または第６のビームポートと第２のビームポートとは、個々に接続され、前記出力端子に４つの受信／送信チャネルの中の１つの受信／送信チャネルが形成されて、
前記アンテナ構成が所望の放射サービス領域内により適応した放射の角度分布を発生するようにしたことを特徴とする請求項４に記載のアンテナ構成。
【請求項９】
８つの放射要素のアンテナ配列の８×８バトラマトリックスのビームポートを用いて所望のサービス領域内にさらにアンテナビームをもった４つの受信／送信チャネルを得、
前記少なくとも１つの信号結合器は、夫々が３つの入力端子と１つの出力端子とをもった第１の信号結合器と第２の信号結合器であり、
前記第１の信号結合器の前記３つの入力端子に前記８つの利用できるビームポートの中の第１のビームポート、第３のビームポート及び第７のビームポートが個々に接続されて、前記第１の信号結合器の前記出力端子に前記４つの受信／送信チャネルの第１の受信／送信チャネルが形成され、
前記第２の信号結合器の前記３つの入力端子に前記８つの利用できるビームポートの中の第８のビームポート、第６のビームポート及び第２のビームポートが個々に接続されて、前記第２の信号結合器の前記出力端子に前記４つの受信／送信チャネルの第２の受信／送信チャネルが形成され、
前記アンテナ構成が電気通信システムにおける重なり合ったセルに対して適応した放射の電力／感度分布を生じるようにしたことを特徴とする請求項４に記載のアンテナ構成。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、ビーム結合回路網に関し、更に正確には電気通信セルをカバーするためにビームポートを結合する方法およびその方法を使用する装置に関する。
背景技術
移動電気通信システムにおける各基地局はある所定のサービス領域、例えば±６０°の領域を必要とする。多ビームアンテナを使用することにより、移動電気通信システムは、容量と増大するサービス領域を得ることができる。これは、そのサービス領域をアンテナ配列から同時に照射する多数の狭いアンテナビームを設けることにより達成される。
そのような多ビームアンテナは、下記の要求に合致しなければならない。
ａ）アンテナビームが意図する全サービス領域を照射しなければならない。
ｂ）高いアンテナ利得を目標とするが、それは結果的に狭いアンテナビームとなる。一方、ビームおよびサイドローブの形は、アンテナの利得に影響のない限り一般に重要な問題でない。
ｃ）システムの費用と複雑性を減少するために、少ない受信器／送信器チャネルが望ましい。
上記の要求から明らかなように、大きな領域をカバーする多数の狭いビームを少ない受信器／送信器チャネル内に設けるという矛盾がある。
アンテナ配列から狭いアンテナビームを同時に得るための標準的方法は、個々のアンテナまたはアンテナ要素を１つのアンテナ配列に結合するブラスまたはバトラ（Blass or Butler）マトリックス回路を利用することである。複数のアンテナビームをもったアンテナ配列に給電するバトラマトリックスを用いる幾つかの方法が文献に見られる。モトローラ社の米国特許第４，２３１，０４０号には、バトラマトリックスからの放射ビームの位置を調整して隣接ビームの部分を結合して、所定の振幅のサイドローブとなる振幅傾斜をもった合成ビームを最大効率で得る装置及び方法が開示されている。これは、先ずバトラマトリックスの要素ポートにおいて一組の固定相変換器によりビームの方向を調整することにより得られる。ついで、２つ宛の隣接ビームがバトラマトリックスのビーム側において結合される。この方法により、４つのビームが８×８マトリックスで得られる。しかし、合成ビームのサービス領域については、何も説明されていない。
他の文献、１９８７年、ウエスチングハウス（Westinghouse）の米国特許第４，６３８，３１７号には、アンテナ配列を給電するバトラマトリックスの要素ポートを、基本的マトリックスが通常出力を与えるよりさらに多くの要素に給電するためどのように拡大するかについて説明している。この電力分布により、振幅加重がアンテナ配列の表面上に得られ、サイドローブのレベルは、少し減少する。現在の問題において、この点は、余り関係ない。それは、そのような装置は、サイドローブの減少のためのシステムにおける要素を意図しているからである。ビームの数は、変化しない。ビームのサービス範囲が簡単に、深い考慮なしに論じられいる。しかし、その装置は、単一ビーム形成装置としては、利用できない。
一般に、アンテナからの多ビームは、ビーム形成回路網において得られ、そこでは要素とビームポートの間で変換が行われる。ブラスマトリックス及びバトラマトリックスは、そのような変換の例である。バトラマトリックスは、低損失となる直交ビームを発生するので興味がある。図１は、この分野の従来技術により、受信器／送信器チャネルの数を少なくするため、２つの出力ビームポートが終端されたバトラマトリクスを図示する。
図２は、図１に図示されるようなビーム形成マトリックスにより発生される放射パターンの例を示す。実線のビームは、４つの受信器／送信器チャネルに結合されたビームであり、破線のビームは、終端され、この装置の部分ではない。図示のように、±６０°において充分にサービスされない。点線は、六角形のサービス領域に対する望ましい出力の例を示す。従って、このアンテナは、大きな放射角度において充分にサービスできない。
最も外側のビームについて従来のビーム形成は、アンテナ利得が小さくなり過ぎるので利用できない。
従って、移動通信システムにおける基地局の限定された数の受信／送信チャネルをもって良好に作動するアンテナ装置を提供するには、解決すべき問題が依然として存在する。
発明の開示
本発明によれば上記の問題の解決は、少なくとも１つの最も外側のビームポートもしくは終端されたビームポートと少なくとも既に利用されているビームポートとを１つの組に結合することであり、これは、結合器／分離器によりなされ、複数の受信／送信チャネル内の１つの受信／送信チャネルを形成する。本発明の装置および方法を用いることにより、ビーム形成回路網のより多くのビームポートが利用されることになり、これは所望のサービス領域内の異なる方向をカバーする多くのビームを同時に含む受信器／送信器チャネルを得ることになる。
本発明の方法および装置は、請求項１および請求項４により画定される。本発明の他の実施例は、請求項２、３、５、６、７、８、９によりそれぞれ画定される。
【図面の簡単な説明】
本発明の上述の目的、特徴、利点は、下記の図面を参照する本発明の詳細な説明によりさらに明らかになる。
図１は、６つの要素の配列をもつ従来のバトラマトリックスビーム形成回路網の１例を示す。
図２は、図１の配列の放射パターンを示す。
図３は、本発明による６つの要素の配列のバトラマトリックスビーム形成回路網の基本的実施例を示す。
図４は、図３のバトラマトリクッス配列におけるビームポート放射パターンを示す。
図５は、図３によるバトラマトリックス配列の結合された受信器／送信器チャネルの放射パターンを示す。
図６は、本発明による図３のバトラマトリックス全ての４つの受信器／送信器チャネルの放射パターンを示す。
図７は、本発明を用いた別の実施例を示す。
図８は、本発明による図７のバトラマトリックス配列の受信器／送信器チャネルの放射パターンを示す。
実施例の説明
図３は、本発明に従って、６つの要素のアンテナ配列に対し６×６バトラマトリックスビーム形成回路網１０を用いた基本的実施例を示す。ここに開示される新規の方法及びアンテナ構成は、所望の４つの送信／受信チャネルの１つを形成するため、結合器１１により最も外側の予め終端されたビームポートの１つを既に用いられている非隣接ビームポートの１つと結合する。例えば、そのような結合が図３に開示される。第２のビームポート２と第６のビームポート６の開示された結合は、相当に広いサービス領域を作る。
図３に示される実施例の装置は、ビーム形成回路網を介して６つのビームポート１〜６に接続された６つの放射要素を含み、ビーム形成回路網は、通常の方法で終端された第６のビームポート６をもった６×６バトラマトリックス１０を構成する。しかし、この装置は、依然として４つの受信／送信チャネルＡ−Ｄをもって作動する。
非隣接ポートとして、好ましくは、予め終端されたポートに最も隔離したポート、すなわちビームポート２と６または同様にビームポート１と５が用いられる。２つのビームポートは、共通の結合器１１により結合される。その結果、４つの受信／送信チャネルＡ−Ｄが図１に示されるように得られ、４つの受信／送信チャネルの第１の受信／送信チャネルＡがビームポート２と６を結合することにより発生される。５つのビームポート２−６またはそれに代えて１−５を用いるときは、別のビーム形成が得られ、ビームパターンを少し変位して、その状態は、図２に対応する図４の図形に明らかに示される。
図５は、結合されたビームポート２と６を構成する結合受信器／送信器チャネルＡの放射パターンの形状を示す。放射パターンは、アンテナ配列に垂直な方向に関してさらに外側に変位される。
図６は、本発明を用いた図３のバトラマトリックス配列の４つの受信器／送信器チャネルの全ての放射パターンを示す。図６からピーク電力より−１０ｄＢ低い最低の望ましい放射電力レベルにおいて、放射パターンが方位角の望ましい角度±６０°を相当に外側に越え、これは、図１の基本的アンテナ装置の図２に示される対応する放射電力レベルにおける約±５０°と対比されることが容易に分かる。
図３による結合は、これらビームポートにおけるアンテナ利得に影響するが、利得に対する要求があまり高くないような方向については充分に許容される。
図７には別の実施例が示される。この実施例は、例えば、８×８バトラマトリックスを構成するビーム形成回路網２０を介して８つのビームポート１−８に結合された８つの放射要素を含む。本発明に従ってビームポート１、３、７が一緒に結合されて受信器／送信器チャネルＡを形成し、ビームポート８、６、２が一緒に結合されて受信器／送信器チャネルＤを形成する。かくして、この装置も、やはり４つの受信器／送信器チャネルＡ−Ｄをもって作動する。
これは、例えば、電気通信システムにおいてセルが重なり合い、狭い領域において、広い角度のサービス領域の要求と同時に、高いアンテナ利得の要求がある場合に適している。この例においては、８つのアンテナ要素の幅をもったアンテナが狭い領域におけるアンテナ利得を最適にするのに用いられる。
８×８マトリックス２０に結合された２つの追加の結合器２１、２２の各１つにより３つのビームポートを結合することにより、８つの放射要素を使用するのに拘らず受信器／送信器チャネルの総数が４つに低減される。図８は、４つの受信器／送信器チャネルＡ−Ｄの対応する放射パターンを示す。−１５ｄＢにおいて、配列は、約±７０°の方位角をカバーし、約±１５°の狭い領域において高い利得を与える。本発明のさらなる利点は、同じ電力の出力増幅器を用いて電力配分の適応が得られることである。
しかしながら、本発明によれば、さらに大きな数の入力放射要素をもったビーム形成回路網の場合、３より大きな入力端子をもった結合器を導入して、受信／送信のチャネル数を低い値にすることができる。受信／送信チャネルの数は、勿論４以外の他の値を選んでも良い。
かくして当業者には、本発明は、その本質的精神から逸脱することなく多くの他の特定の形で実施できることが容易に理解される。ここで開示した実施例は、全ての点において説明的のものであり、それに限定されるものでないと考えるべきである。本発明の範囲は、上記説明よりは添付の請求の範囲に示されるものであり、それに均等の意味および範囲に含まれる全ての変形が本発明の実施であると意図するものである。
【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】
0004184443.tif 000007
【図７】
0004184443.tif 000008
【図８】
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