JP2007329666A - アレーアンテナ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】垂直面内におけるアンテナの指向特性において仰角方向におけるサイドローブレベルを抑える必要性がある。従来のサイドローブを抑制すること。
【解決手段】Ｍ個のアンテナ素子が所定の方向に配列されたアレーアンテナ装置であって：上記M個のアンテナ素子のうち一端部にあるＮ個のアンテナ素子のチルト角θ2及び他端部にあるＮ個のアンテナ素子のチルト角θ3が、一端部と他端部との間に位置する（Ｍ−２Ｎ）個のアンテナ素子のチルト角θ1とは異なることを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、アレーアンテナ装置に関し、特に一端部と他端部におけるアンテナブロックのアンテナ素子のチルト角が中間部におけるアンテナブロックのアンテナ素子のチルト角とは異なることを特徴とするアレーアンテナ装置に関する。

従来の移動通信システム用基地局アンテナ装置の一例を図１に概略的に示す。図１に示すアンテナ装置１０は、垂直に配列したＭ個のアンテナ素子１で構成されるアレーアンテナである。Ｍ個のアンテナ素子はチルト角が同一である。また、通常、アンテナの垂直面内における放射方向を制御するために各アンテナ素子に移相器が接続されている。

移動通信システムの基地局アンテナは品質ならびに加入者容量を確保するため隣接ゾーンとの干渉を抑えることが望まれる。アンテナの主ビーム方向を下方に傾斜させて俯角を設けると、主ビーム方向より上方向におけるサイドローブが干渉の原因になる。また、都市部における高層化に伴い、基地局アンテナよりも高い位置にある移動局等に対しては、仰角方向（天空方向、すなわち水平方向より上の方向全て）におけるサイドローブが干渉の原因となる。

従って、垂直面内におけるアンテナの指向特性において仰角方向（天空方向、すなわち水平方向より上の方向全て）におけるサイドローブレベルを抑える必要性がある。従来のサイドローブを抑制したアンテナとしてはチェビシェフ分布型アレーアンテナが存在するが放射素子の位置によって励振振幅値を変える必要があるため、電力分配器の設計が非常に複雑となり好ましくない。

そこで、本発明はこうした従来アンテナの問題点を解決するものであり、垂直方向に配置したアレーアンテナにおいて，上端部と下端部における所定の割合の個数の素子のチルト角を中間部におけるアンテナ素子のチルト角に比べて大きくすることによって容易に仰角方向のサイドローブレベルを低減するものである。

本発明の特徴に従ったアレーアンテナ装置は、Ｍ個のアンテナ素子が所定の方向に配列されたアレーアンテナ装置であって：上記M個のアンテナ素子のうち一端部にあるＮ個のアンテナ素子のチルト角θ2及び他端部にあるＮ個のアンテナ素子のチルト角θ3が、一端部と他端部との間に位置する（Ｍ−２Ｎ）個のアンテナ素子のチルト角θ1とは異なることを特徴とする。

上記一端部及び多端部にあるアンテナ素子の個数Ｎの全アンテナ素子数Ｍに対する割合Ｎ／Ｍが ０．０５と０．２との間にあることが望ましい。

また、上記一端部及び多端部にあるアンテナ素子の個数Ｎの全アンテナ素子数Ｍに対する割合Ｎ／Ｍがほぼ０．１であることが望ましい。

上記θ１、θ２及びθ３が、θ１＜θ２＜θ３であることが望ましい。

さらに、上記θ１、θ２及びθ３が、θ１＜θ２＝θ３であることが望ましい。

上記各アンテナ素子に対して移相器が接続されており、アンテナ素子への入力励振電力の位相を調整することができる。

上記アレーアンテナ装置において、上記所定の方向が垂直方向であって良い。また、上記一端部が最上部であり、上記他端部が最下部であって良い。

本発明の実施例に従ったアンテナ装置によれば、垂直面内における指向特性において仰角方向におけるサイドローブレベルを抑えることができる。

以下、図面を参照しながら本発明に従ったアンテナ装置の実施例について説明する。

［実施例１］
図２に本発明の実施例１に従ったアンテナ装置２０を概略的に示す。アンテナ装置２０は、垂直方向に配列したＭ個（例えばＭ＝６０であるが、これに限定されない）のアンテナ素子によって構成されるアレーアンテナである。最上部のＮ個のアンテナ素子と最下部のＮ個のアンテナ素子のチルト角（俯角、すなわち水平方向を基準として下方向に傾いた角度）をそれぞれθ２，θ３とする。また最上部と最下部との間の中央部に位置する（Ｍ−２Ｎ）個のアンテナブロック素子のチルト角（俯角）をθ１とする。

上記チルト角θ１、θ２及びθ３の関係を以下のようにする。

θ１＜θ２＝θ３
θ２＝θ３とすることにより、最適な効果が得られる。

ここでＭ個（Ｍ＝２０，３０，４０，５０又は６０）のアンテナ素子を有するアレーアンテナにおいて、それぞれチルト角がθ２、θ３であるアンテナ素子数ＮのＭに対する割合（Ｎ／Ｍ）を変化させた場合の仰角方向におけるサイドローブ特性を図３に示す。図３に示した特性はコンピュータシミュレーションにより得られたものである。図３の縦軸は主ビーム方向から天空方向へ仰角２０°の範囲内におけるサイドローブレベルの最大値を示しており、横軸はＮ／Ｍを示している。図３のグラフに示すように、Ｍがどのような値であってもＮ／Ｍが０．０５と０．２との間にあるときに、サイドローブが小さくなり、Ｍ／Ｎ＝０．１のときにサイドローブレベルが最小となることが分かった。

また，（Ｎ，Ｍ）＝（２，２０）の場合、及び（Ｎ，Ｍ）＝（６，６０）の場合における実施例１のアンテナの垂直面内指向性をそれぞれ図４及び図５に示す。図４及び図５に示されるように、実施例１に従ったアンテナでは、従来のアンテナに比較して天空方向におけるサイドローブレベルが大きく改善されていることがわかる。このように、本発明の実施例に従えば、サイドローブ特性が大きく改善されることがわかる．
［実施例２］
図６に本発明の実施例２に従ったアンテナ装置６０を概略的に示す。アンテナ装置６０は、実施例１のアンテナ２０におけるＭ個の各アンテナ素子に対して移相器４を接続した構成を有する。このような構成とすることで主ビーム方向を容易に制御することができ、柔軟なエリア構成が可能となるという効果を奏する。
［実施例３］
本発明の実施例２に従ったアンテナ装置２０において、θ２とθ３が等しくなくともある程度の効果が得られる。さらに、θ１＜θ２＜θ３とするのが公的であることがコンピュータシミュレーションから分かっている。

上記各実施例において、各アンテナ素子を指向性を有する単一のアンテナ素子として示したが、各素子を例えば４個のアンテナ素子から構成されるアンテナブロックとしても良い。その場合、４個の各素子から送信される信号の位相を（例えば位相器を挿入することにより）異ならせることにより、アンテナブロックのチルト角を設定することが可能である。また、ケーブルから各４個のアンテナ素子までの経路の物理的距離に所定の差を設けることにより、アンテナブロックのチルト角を設定することも可能である。本出願書面において、アンテナ素子という語は、アンテナ素子、アンテナブロックその他のアンテナユニットを意味するものとする。

従来の移動通信用基地局アンテナ装置の概略図である。 本発明の実施例１に従ったアンテナ装置の概略図である。 実施例１のアンテナ装置のサイドローブレベル特性を示すグラフである。 実施例１のアンテナ装置のＭ＝２０の場合の垂直面内指向性を示すグラフである。 実施例１のアンテナ装置のＭ＝６０の場合の垂直面内指向性を示すグラフである。 本発明の実施例２に従ったアンテナ装置の概略図である。

符号の説明

２０、６０ アンテナ装置
１ アンテナ素子
２ 給電ケーブル
３ アンテナ給電点
４ 位相器

Claims (8)

1. Ｍ個のアンテナ素子が所定の方向に配列されたアレーアンテナ装置であって：
   前記M個のアンテナ素子のうち一端部にあるＮ個のアンテナ素子のチルト角θ2及び他端部にあるＮ個のアンテナ素子のチルト角θ3が、一端部と他端部との間に位置する（Ｍ−２Ｎ）個のアンテナ素子のチルト角θ1とは異なることを特徴とするアレーアンテナ装置。
2. 前記一端部及び多端部にあるアンテナ素子の個数Ｎの全アンテナ素子数Ｍに対する割合Ｎ／Ｍが ０．０５と０．２との間にあることを特徴とする、請求項１記載のアレーアンテナ装置。
3. 前記一端部及び多端部にあるアンテナ素子の個数Ｎの全アンテナ素子数Ｍに対する割合Ｎ／Ｍがほぼ０．１であることを特徴とする、請求項２記載のアレーアンテナ装置。
4. 前記θ１、θ２及びθ３が、θ１＜θ２＜θ３であることを特徴とする、請求項１記載のアレーアンテナ装置。
5. 前記θ１、θ２及びθ３が、θ１＜θ２＝θ３であることを特徴とする、請求項４記載のアレーアンテナ装置。
6. 前記各アンテナ素子に対して移相器が接続されており、アンテナ素子への入力励振電力の位相を調整することのできる上記請求項のいずれかに記載のアレーアンテナ装置。
7. 前記所定の方向が垂直方向である、上記請求項のうちいずれかの請求項に記載のアレーアンテナ装置。
8. 前記一端部が最上部であり、前記他端部が最下部である、請求項７に記載のアレーアンテナ装置。

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