(57)【要約】【課題】指向方向を調整することができるアレーアンテナ装置を提供する。【解決手段】複数素子のダイポールアンテナと、導体からなる反射器と、複数素子のダイポールアンテナのそれぞれが所定の間隔で平行になるように固定するとともに、ダイポールアンテナの周囲に反射器を設置するための反射器挿入孔を設けた非導体からなる容器とを備え、反射器挿入孔はダイポールアンテナに対して所定の間隔離れ、ダイポールアンテナの軸方向と平行になるように設けた。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数素子のダイポールアンテナと、
導体からなる反射器と、
前記複数素子のダイポールアンテナのそれぞれが所定の間隔で平行になるように固定するとともに、前記ダイポールアンテナの周囲に前記反射器を設置するための反射器挿入孔を設けた非導体からなる容器とを備え、
前記反射器挿入孔は前記ダイポールアンテナに対して所定の間隔離れ、前記ダイポールアンテナの軸方向と平行になるように設けたことを特徴とするアレーアンテナ装置。
【請求項２】
隣り合う前記ダイポールアンテナと前記反射器挿入孔との設置間隔及び隣り合う２つの前記反射器挿入孔の設置間隔が１／４波長であることを特徴とする請求項１に記載のアレーアンテナ装置。
【請求項３】
前記複数素子のダイポールアンテナで構成するアレーアンテナに対して、所定の位相差を与える位相器をさらに備えたことを特徴とする請求項１または２に記載のアレーアンテナ装置。
【請求項４】
前記位相器は、与えるべき位相差に応じて、位相量が所定の位相器に交換可能であることを特徴とする請求項３に記載のアレーアンテナ装置。
【請求項５】
前記容器は、可視光を透過する材料で形成されたことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のアレーアンテナ装置。
【請求項６】
複数素子のダイポールアンテナと、導体からなる反射器と、前記複数素子のダイポールアンテナのそれぞれが所定の間隔で平行になるように固定するとともに、前記ダイポールアンテナの周囲に前記反射器を設置するための反射器挿入孔を設けた非導体からなる容器とを備え、前記反射器挿入孔は前記ダイポールアンテナに対して所定の間隔離れ、前記ダイポールアンテナの軸方向と平行になるように設けたアレーアンテナ装置における指向性調整方法であって、
必要とする指向性に応じて、所定の位置の前記反射器挿入孔に前記反射器を挿入することにより、前記アレーアンテナ装置の指向方向を調整することを特徴とするアレーアンテナ装置の指向性調整方法。
【請求項７】
所定の位置の前記反射器挿入孔に前記反射器を挿入することにより、指向性のフロントバック比をさらに調整することを特徴とする請求項６に記載のアレーアンテナ装置の指向性調整方法。
【請求項８】
所定の位置の前記反射器挿入孔に前記反射器を挿入することにより、指向性のサイドローブ比をさらに調整することを特徴とする請求項６に記載のアレーアンテナ装置の指向性調整方法。
【請求項９】
所定の位置の前記反射器挿入孔に前記反射器を挿入することにより、指向性の３ｄＢビーム幅をさらに調整することを特徴とする請求項６に記載のアレーアンテナ装置の指向性調整方法。
【請求項１０】
所定の位置の前記反射器挿入孔に前記反射器を挿入する場合に、前記ダイポールアンテナと前記反射器の長手方向の位置関係を調整することにより、前記アレーアンテナ装置の垂直面内指向性を調整することを特徴とするアレーアンテナ装置の指向性調整方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、指向方向の調整機能を有するアレーアンテナ装置及びアレーアンテナ装置の指向性調整方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、アンテナに所望の指向性を持たせるために、反射器が用いられている。また、アレーアンテナ間の素子間位相差を設定することにより、指向方向を偏向することが可能であることが知られている。例えば、３つの水平面内無指向性のダイポールアンテナによりアレーアンテナを形成し、可変振幅・位相器を用いてビーム制御を行うアレーアンテナ装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、１素子のダイポール素子に板状の反射器を設け、その反射器を機械的に移動させる構造を備えることによりビーム方向を可変にするものやダイポール素子の周辺に棒状の反射器を設けることでさらにビーム方向を可変にするものが提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開平１０−２４２７３９号公報
【特許文献２】特開２００３−３３２８３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、一般的にアンテナの指向方向を所望の方向にするためには、アンテナ自体を機械的に傾けてビームを偏向させるのが簡単にできる方法である。しかしながら、屋内用アンテナとしてアンテナの放射面が窓に接するような美観に優れたアンテナとする場合において、ビルの窓の正面に基地局が存在するとは限らず、さまざまな方向にビームを向ける必要があるが、機械的にアンテナを傾けるとアンテナと窓の間に空間ができてしまうため美観的に望ましくないという問題がある。
【０００５】
一方、アレーアンテナの技術を用いて素子間に位相差を与える位相器を介すことにより、指向方向を偏向させることが可能であるが、任意の方向に指向方向を偏向させるためには、リニアに可変する可変位相器が必要となり、可変位相器を用いたアンテナはコストが高価になってしまうという問題がある。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、指向方向を調整することができるアレーアンテナ装置及びアレーアンテナ装置の指向性調整方法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】
【０００７】
本発明は、複数素子のダイポールアンテナと、導体からなる反射器と、前記複数素子のダイポールアンテナのそれぞれが所定の間隔で平行になるように固定するとともに、前記ダイポールアンテナの周囲に前記反射器を設置するための反射器挿入孔を設けた非導体からなる容器とを備え、前記反射器挿入孔は前記ダイポールアンテナに対して所定の間隔離れ、前記ダイポールアンテナの軸方向と平行になるように設けたことを特徴とする。
【０００８】
本発明は、隣り合う前記ダイポールアンテナと前記反射器挿入孔との設置間隔及び隣り合う２つの前記反射器挿入孔の設置間隔が１／４波長であることを特徴とする。
【０００９】
本発明は、前記複数素子のダイポールアンテナで構成するアレーアンテナに対して、所定の位相差を与える位相器をさらに備えたことを特徴とする。
【００１０】
本発明は、前記位相器は、与えるべき位相差に応じて、位相量が所定の位相器に交換可能であることを特徴とする。
【００１１】
本発明は、前記容器は、可視光を透過する材料で形成されたことを特徴とする。
【００１２】
本発明は、複数素子のダイポールアンテナと、導体からなる反射器と、前記複数素子のダイポールアンテナのそれぞれが所定の間隔で平行になるように固定するとともに、前記ダイポールアンテナの周囲に前記反射器を設置するための反射器挿入孔を設けた非導体からなる容器とを備え、前記反射器挿入孔は前記ダイポールアンテナに対して所定の間隔離れ、前記ダイポールアンテナの軸方向と平行になるように設けたアレーアンテナ装置における指向性調整方法であって、必要とする指向性に応じて、所定の位置の前記反射器挿入孔に前記反射器を挿入することにより、前記アレーアンテナ装置の指向方向を調整することを特徴とする。
【００１３】
本発明は、所定の位置の前記反射器挿入孔に前記反射器を挿入することにより、指向性のフロントバック比をさらに調整することを特徴とする。
【００１４】
本発明は、所定の位置の前記反射器挿入孔に前記反射器を挿入することにより、指向性のサイドローブ比をさらに調整することを特徴とする。
【００１５】
本発明は、所定の位置の前記反射器挿入孔に前記反射器を挿入することにより、指向性の３ｄＢビーム幅をさらに調整することを特徴とする。
【００１６】
本発明は、所定の位置の前記反射器挿入孔に前記反射器を挿入する場合に、前記ダイポールアンテナと前記反射器の長手方向の位置関係を調整することにより、前記アレーアンテナ装置の垂直面内指向性を調整することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、予め設けられた反射器挿入孔に反射器を挿入するのみで所望の指向性を有するアレーアンテナ装置を実現することができるという効果が得られる。また、反射器は着脱可能であるため、必要に応じていつでも簡単に指向性を変化させることができる。また、高価な可変位相器を必要としないため、安価なアレーアンテナ装置を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の一実施形態によるアレーアンテナ装置を図面を参照して説明する。図１は同実施形態の構成を示す斜視図である。この図において、符号１は、３つのダイポールアンテナ３を固定するともに、反射器５を設置するために、可視光を透過する非導体材料（例えば、アクリル）で形成された容器である。符号２は、容器１の四隅に設けられた反射器挿入孔であり、反射器５を必要に応じて挿入することが可能である。３つのダイポールアンテナ３は、半波長の長さを有しており、１／４波長の間隔で設置され、３素子のダイポールアンテナのアレーを構成している。符号４は、容器１内に予め埋め込まれた常設反射器であり、ダイポールアンテナ３と同数でダイポールアンテナ３と平行になるように常設反射器４が設置されている。
【００１９】
反射器５は、棒状の金属の導体からなり、太さが１〜１０ｍｍ程度の円柱または１辺が１〜１０ｍｍ程度の角柱で構成される。符号６は、３つのダイポールアンテナ３のそれぞれと固定位相器７との間を接続するストリップラインである。固定位相器７は、左端のダイポールアンテナを基準として順に例えば３０度毎や６０度毎の固定量の位相差を与えることが可能であり、必要に応じて所定の位相差を実現することができる位相器を選択して取り付ける。例えば、固定位相器７は、得られる位相差が０度、±３０度、±４５度、±６０度である７種類の固定位相器を用意しておき、この中から必要な固定位相器７を選択して使用する。固定位相器７は、容器１に対して着脱可能に構成されている。固定位相器７は、同軸ケーブルが接続されており、同軸ケーブルの端部にコネクタ８が接続されている。
【００２０】
次に、図２に示すアレーアンテナ装置の平面図を参照して、反射器挿入孔２、ダイポールアンテナ３及び常設反射器４の配置関係を説明する。図２に示すように、平面図において、各反射器挿入孔２、ダイポールアンテナ３及び常設反射器４は格子状に並んでおり、反射器挿入孔２、ダイポールアンテナ３及び常設反射器４のそれぞれは、λ／４（１／４波長；λは波長）隔てて配置されており、反射器挿入孔２、ダイポールアンテナ３及び常設反射器４のそれぞれの長手方向は平行となっている。容器１の４隅に配置された４つの反射器挿入孔２には、必要に応じて反射器５を挿入する。この例では、４つの反射器挿入孔２があり、それぞれに反射器５を挿入する、挿入しないの選択が可能であるため、反射器５の挿入パターンは１６通りとなる。
【００２１】
なお、反射器挿入孔２の平面図における形状は、挿入する棒状の反射器５の断面形状に合わせて設けるものであり、反射器５の断面が円形であれば円形の挿入孔を設け、反射器５の断面が四角形であれば四角形の挿入孔を設ける。また、反射器挿入孔２は、反射器５の出し入れが容易になるように、反射器５の断面形状より大きい挿入孔とする。だたし、反射器５を挿入した場合に、ダイポールアンテナ３、常設反射器４及び他の反射器挿入孔２に挿入した反射器５とがほぼ平行となることを保つことができる程度の大きい挿入孔とすることが望ましい。
【００２２】
次に、図１に示すアレーアンテナ装置の反射器挿入孔２に反射器５を挿入しない場合の水平面内指向性について説明する。ここで、以下に説明する指向方向を定義する。図２に示すように、ダイポールアンテナ３が設置されている方向を２７０度、常設反射器４が設置されている方向を９０度、常設反射器４からダイポールアンテナ３に向かって右方向を０度、左方向を１８０度とする。
【００２３】
図３は、全ての反射器挿入孔２に反射器５を挿入せず（これをケース１という）に、かつ固定位相器７によって位相差を与えない場合の水平面内指向性を示している。この場合は、特に位相差を与えないため、２７０度方向に指向方向を得ることができ、一般的なブロードサイドアレーが構成されている。また常設反射器４により、フロントバック比を約１０ｄＢ得ることができる。
【００２４】
次に、図１に示すアレーアンテナ装置の反射器挿入孔２に反射器５を挿入した場合の水平面内指向性について説明する。図４は、２７０度方向の２つの反射器挿入孔２に反射器５を挿入し（これをケース２という）、かつ固定位相器７によって位相差を与えない場合の水平面内指向性を示している。この場合も、特に位相差を与えないため、２７０度方向に指向方向を得ることができるが、メイン（３ｄＢ）ビーム幅やフロントバック比が変化している。
【００２５】
同様に、図５は、９０度方向の２つの反射器挿入孔２に反射器５を挿入し（これをケース３という）、かつ固定位相器７によって位相差を与えない場合の水平面内指向性を示している。この場合も、特に位相差を与えないため、２７０度方向に指向方向を得ることができるが、メイン（３ｄＢ）ビーム幅やフロントバック比が他のケースと比較して変化している。図６は、全ての反射器挿入孔２に反射器５を挿入し（これをケース４という）、かつ固定位相器７によって位相差を与えない場合の水平面内指向性を示している。この場合も、特に位相差を与えないため、２７０度方向に指向方向を得ることができるが、メイン（３ｄＢ）ビーム幅やフロントバック比が他のケースと比較して変化している。
【００２６】
図３〜図６に示すように、反射器５の挿入パターンを変えることにより、各ケースにおいて、メイン（３ｄＢ）ビーム幅やフロントバック比が変化させることができる。例えば９０度方向のフロントバック比を優先する場合はケース２を選択し、バック方向を小さくしたい場合はケース３を選択すればよい。このように、反射器挿入孔２に反射器５を挿入するパターンを変えることにより所望の水平面内指向性を得ることが可能となる。
【００２７】
次に、図１に示すアレーアンテナ装置の反射器挿入孔２に挿入する反射器５の挿入パターンを前述したケース１〜４とし、固定位相器７によって位相差を与えた場合の水平面内指向性について説明する。図７は、固定位相器７によって３０度の位相差を与えた場合のケース１〜４それぞれの水平面内指向性を示す図である。図７に示すように、ケース１では、メインビームを１６度傾かせることが可能となる。同様に、ケース２ではメインビームの方向を１３度、ケース３ではメインビームの方向を１５度、ケース４ではメインビームの方向を１１度傾かせることが可能となる。また、３ｄＢビーム幅、フロントバック比、サイドローブ比等も変化させることができる。
【００２８】
図８は、固定位相器７によって６０度の位相差を与えた場合のケース１〜４それぞれの水平面内指向性を示す図である。図８に示すように、ケース１では、メインビームを３３度傾かせることが可能となる。同様に、ケース２ではメインビームの方向を２４度、ケース３ではメインビームの方向を２９度、ケース４ではメインビームの方向を２２度傾かせることが可能となる。また、３ｄＢビーム幅、フロントバック比、サイドローブ比等も変化させることができる。
【００２９】
図９は、固定位相器７によって９０度の位相差を与えた場合のケース１〜４それぞれの水平面内指向性を示す図である。図９に示すように、ケース１では、メインビームを５０度傾かせることが可能となる。同様に、ケース２ではメインビームの方向を３６度、ケース３ではメインビームの方向を４３度、ケース４ではメインビームの方向を３４度傾かせることが可能となる。また、３ｄＢビーム幅、フロントバック比、サイドローブ比等も変化させることができる。
【００３０】
次に、反射器挿入孔２に他のパターンで反射器５を挿入する場合について説明する。図１０は、ダイポールアンテナ３の両端に存在する反射器挿入孔２の片側のみに反射器５を挿入した各ケースを示す図である。図１０に示すケース５〜１０を使用することによって、水平面内の指向性をさらに変化させることができる。
【００３１】
図１１は、ケース１〜１０毎に、位相差３０度、４５度、６０度、９０度を与えたそれぞれのメインビームの傾き角度を示す表と、代表的なケース１、５、６、７の位相量とビーム方向の傾き量の関係を示したグラフである。図１１に示すグラフから明らかなように、ケース１、５、６、７のように反射器５を挿入パターンを変えることで、約１０度から５０度までメインビーム方向を傾かせることができることがわかる。これは、左側（１８０度の方向）にメインビームを偏向した例であるが、右側に偏向する場合は、逆位相を与えることで同様の特性が得ることが可能である。
【００３２】
図１３、図１４、図１５に、ケース１〜１０毎に、位相差を変化させた場合の３ｄＢビーム幅、ＦＢ（フロントバック）比及びサイドローブ比の値を示す。これらの表から明らかなように、反射器５の挿入パターンと与える位相差を変化させることで、様々な指向性を実現できることが分かる。
【００３３】
図１に示すアレーアンテナ装置をビル等の建築物の窓ガラスに取付ける場合には、予め図３〜図９に示すような指向性の図と、反射器５の挿入パターン及び与える位相差の組み合わせとを関係付ける図等を用意しておき、アレーアンテナ装置を取り付けるべき窓ガラスの向きと基地局の方向に基づいて、合致する指向性を得ることができる反射器５の挿入パターンと与えるべき位相差を選択し、その挿入パターンと位相差に基づいて、容器１に設けられた反射器挿入孔２に反射器５を挿入し、固定位相器７によって必要な位相差を与えるようにすればよい。このようにすることにより、所望の指向性を有するアレーアンテナ装置を簡単に実現することができる。
【００３４】
また、容器１の材料として、可視光を透過する材料を用いたため、アレーアンテナ装置を窓ガラスに直接取り付けた場合でも、室内に入射する光を遮ることがなく、美観を損ねることがない。また、反射器５と固定位相器７によって指向性を変化させるようにしたため、窓ガラスに対してアレーアンテナ装置を傾ける必要がなくなり、美観的にも優れたアレーアンテナ装置を実現することができる。
【００３５】
なお、反射器挿入孔２は、ダイポールアンテナ３より長い孔とし、ダイポールアンテナ３の長手方向にずれた状態で反射器５が設置されるようにしてもよい。例えば、図１５（ａ）のように、反射器挿入孔２の底面の位置をダイポールアンテナ３の下端より下になるようにしておき、この反射器挿入孔２へ反射器５を挿入することにより、反射器５がダイポールアンテナ３の下方にずれた状態に設置するようにする。また、反射器５とダイポールアンテナ３を長手方向で一致させる場合は、反射器５の長手方向の高さを調節するスペーサ９を先に挿入し、これに続いて反射器５を挿入すればよい（図１５（ｂ））。さらに、反射器５がダイポールアンテナ３の上方にずれた状態に設置するには、先にスペーサ９を２つ挿入し、これに続いて反射器５を挿入すればよい（図１５（ｃ））。この場合、スペーサ９は、反射器５と同じ断面形状を有する非導体で構成すればよい。
【００３６】
反射器挿入孔２の長さをダイポールアンテナ３の長さより長くなるように形成しておき、スペーサ９によって、反射器５の設置位置を調整することができるため、簡単にダイポールアンテナ３の長手方向にずれた状態で反射器５を設置することができる。このように、反射器５をダイポールアンテナ３の長手方向にずれた状態で設置することにより、アレーアンテナ装置の垂直面内指向性を変化させることができる。また、１つの反射器５をダイポールアンテナ３の長さより短くし、複数の短い反射器５を反射器挿入孔２へ挿入することにより、反射器５の長さを調整することにより指向性を変化させるようにしてもよい。この場合も使用する反射器５とスペーサ９の長さ、数、挿入パターン、固定位相器７によって与える位相差の関係と、得られる指向性の図とを関係付けておき、その組み合わせの中から所望の組み合わせを選択することにより、所望の指向性を有するアレーアンテナ装置を実現することができる。
【００３７】
なお、図１に示すダイポールアンテナ３の素子数、素子間隔、反射器の数、反射器挿入孔の位置及び数は一例であり、必要に応じて変更してもよい。また、常設反射器４が予め容器１内に備えている必要はなく、図１に示す常設反射器４の位置に反射器挿入孔２を設け、その反射器挿入孔２に反射器５を挿入することにより、常設反射器４を備えたものと同等のアレーアンテナ装置としてもよい。
【００３８】
以上説明したように、ダイポールアンテナ３の周囲に反射器５を挿入することができる反射器挿入孔２を設け、必要に応じて反射器５を設置する、設置しないのいずれかを選択することが可能になるように容器１を形成したため、所望の指向性を有するアレーアンテナ装置を実現することができる。また、使用する位相器に固定位相器７を用い、反射器５は棒状の導体で構成したため、指向性を選択的に変更することができるアレーアンテナ装置を安価で構成することができる。また、固定位相器７によって位相差を与えることによる指向性の変化と反射器５の挿入パターンを変えることによる指向性の変化を組み合わせて使用することができるため、様々な指向性を実現することができ、所望の指向性を容易に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の一実施形態の構成を示す斜視図である。
【図２】図１に示すアレーアンテナ装置の平面図である。
【図３】図１に示す反射器挿入孔２に反射器５を挿入せず（ケース１）に位相差０度を与えた状態の指向性を示す図である。
【図４】図１に示す反射器挿入孔２に反射器５を挿入し（ケース２）、位相差０度を与えた状態の指向性を示す図である。
【図５】図１に示す反射器挿入孔２に反射器５を挿入し（ケース３）、位相差０度を与えた状態の指向性を示す図である。
【図６】図１に示す反射器挿入孔２に反射器５を挿入し（ケース４）、位相差０度を与えた状態の指向性を示す図である。
【図７】図３〜図６に示すケース１〜４において、位相差３０度を与えた状態の指向性を示す図である。
【図８】図３〜図６に示すケース１〜４において、位相差６０度を与えた状態の指向性を示す図である。
【図９】図３〜図６に示すケース１〜４において、位相差９０度を与えた状態の指向性を示す図である。
【図１０】図１に示す反射器挿入孔２に反射器５を挿入した状態（ケース５〜１０）を示す説明図である。
【図１１】ケース１、５〜７におけるビーム方向と位相量の関係を示す図である。
【図１２】ケース１〜１０における３ｄＢビーム幅の値を示す図である。
【図１３】ケース１〜１０におけるサイドローブ比の値を示す図である。
【図１４】ケース１〜１０におけるＦＢ（フロントバック）比の値を示す図である。
【図１５】図１に示す反射器挿入孔２に挿入する反射器５の軸方向の高さを調節する例を示す説明図である。
【符号の説明】
【００４０】
１・・・アクリル製容器、２・・・反射器挿入孔、３・・・ダイポールアンテナ、４・・・常設反射器、５・・・反射器、６・・・ストリップライン、７・・・固定位相器、８・・・コネクタ、９・・・スペーサ
【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】
2009246809.tif 000009
【図８】
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【図９】
2009246809.tif 000011
【図１０】
2009246809.tif 000012
【図１１】
2009246809.tif 000013
【図１２】
2009246809.tif 000014
【図１３】
2009246809.tif 000015
【図１４】
2009246809.tif 000016
【図１５】
2009246809.tif 000017
【手続補正書】
【提出日】平成20年4月10日(2008.4.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１０】
所定の位置の前記反射器挿入孔に前記反射器を挿入する場合に、前記ダイポールアンテナと前記反射器の長手方向の位置関係を調整することにより、前記アレーアンテナ装置の垂直面内指向性を調整することを特徴とする請求項６に記載のアレーアンテナ装置の指向性調整方法。