JP2013207790A - Diversity antenna - Google Patents
Diversity antenna Download PDFInfo
- Publication number
- JP2013207790A JP2013207790A JP2012078393A JP2012078393A JP2013207790A JP 2013207790 A JP2013207790 A JP 2013207790A JP 2012078393 A JP2012078393 A JP 2012078393A JP 2012078393 A JP2012078393 A JP 2012078393A JP 2013207790 A JP2013207790 A JP 2013207790A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- antenna
- diversity
- radio wave
- radio
- antennas
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
Abstract
Description
本発明は、ダイバシチィアンテナに関し、移動体通信の無線基地局に使用するダイバシチィアンテナに関する。 The present invention relates to a diversity antenna, and relates to a diversity antenna used for a radio base station for mobile communication.
移動体通信においては、移動無線局から、ほとんどのエリアにおいて、直接、無線基地局を見通すことが出来ないため、直接波ではなく、建造物、地形からの反射波や回折波等の複数の経路を経た複数の電波を無線基地局が受信する見通し外通信となる。そのため、経路の異なる電波が干渉し合い、アンテナの受信入力電圧の強度が激しく変動してしまう(マルチパスフェージング)。 In mobile communication, since it is impossible to see the radio base station directly from the mobile radio station in most areas, multiple paths such as reflected waves and diffracted waves from buildings and terrain are used instead of direct waves. It becomes non-line-of-sight communication in which a radio base station receives a plurality of radio waves that have passed through. Therefore, radio waves with different paths interfere with each other, and the intensity of the received input voltage of the antenna fluctuates drastically (multipath fading).
これを2系統の受信アンテナを用いて、電波の受信入力変動を緩和する技術として、ダイバシチィ受信技術が知られている。ダイバシチィ受信とは、電波の相互干渉によるマルチパスフェージングの影響を軽減するために、複数の互いに相関の低い受信波を得て、これらの受信波を合成もしくは選択することにより、受信レベルの落込みを軽減して、通信の質や信頼性を上げる技術である。 Diversity reception technology is known as a technology for mitigating fluctuations in radio wave reception input using two reception antennas. Diversity reception is to reduce the reception level by obtaining multiple received waves with low correlation and combining or selecting these received waves in order to reduce the effects of multipath fading due to mutual interference of radio waves. Is a technology that improves communication quality and reliability.
ダイバシチィ受信の方法としては、空間的に十分離した複数の受信アンテナを用いる方法(空間ダイバシチィ)、垂直及び水平偏波をそれぞれ受信する2本のアンテナを用いる方法(偏波ダイバシチィ)、指向性の異なる複数の受信アンテナを用いる方法(指向性ダイバシチィ)、同一信号を複数の異なる周波数で送信する方法(周波数ダイバシチィ)及び同一信号を時間の間隔をおいて複数回送信する方法(時間ダイバシチィ)が知られている。 Diversity reception methods include a method using a plurality of spatially separated receiving antennas (spatial diversity), a method using two antennas each receiving vertical and horizontal polarization (polarization diversity), and directivity. A method using a plurality of different receiving antennas (directivity diversity), a method of transmitting the same signal at a plurality of different frequencies (frequency diversity), and a method of transmitting the same signal multiple times at time intervals (time diversity) are known. It has been.
[従来のダイバシチィアンテナ]
図4を用いて、従来のダイバシチィアンテナを説明する。図4は、従来の移動体通信の無線基地局に使用するダイバシチィアンテナの概要を示す図であって、(a)は、その外観構成を示す斜視図であり、(b)はアンテナの構成を示すブロック図である。
[Conventional diversity antenna]
A conventional diversity antenna will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a diagram showing an overview of a diversity antenna used in a conventional mobile communication radio base station, in which (a) is a perspective view showing an external configuration thereof, and (b) is a configuration of the antenna. FIG.
図4(a)に示す従来の送受信アンテナ30は、大きく、2つのオムニアンテナ31(第1アンテナ31a,第2アンテナ31b)から構成される。無線基地局から見て、360度の全方向にサービスエリアを得たい場合に無指向性アンテナ(オムニアンテナ)が用いられる。
A conventional transmission /
2つのオムニアンテナ31が、鉄塔の鋼管柱33を介して対向するように配されており、鋼管柱33とオムニアンテナ31との間に横架されたアーム32により、オムニアンテナ31が鋼管柱33に固定されている。オムニアンテナ31は、円筒形をしており、円筒状レドーム内に、図示しないアンテナの放射素子が配されており、図4(a)及び(b)に示すように、第1アンテナ31aは第1給電ライン31a1に接続され、第2アンテナ31bは第2給電ライン31b1に接続されて、無線基地局37内の基地局無線機38に引き込まれている。
Two
図4(b)に示すように、第1給電ライン31a1は、送受信共用器35に接続されている。送受信共用器35は、公知の構成であり、詳細な説明は省略するが、送信と受信を同時に行う無線機において、送信用アンテナと受信用アンテナとを1本のアンテナで共用した場合、強力な送信波が受信機に流入し受信を妨げてしまうため、送信経路と受信経路とを電気的に分離するために使用される部品である。
As shown in FIG. 4B, the first
送受信共用機35は、基地局無線機38の送信機38a及び第1受信機38b1に接続されている。そのため、第1アンテナ31aは送受信共用のアンテナとして機能する。
The
一方、第2アンテナ31bは、そのまま、無線基地局37内の基地局無線機38に引き込まれて、第2受信機38b2に接続されている。従って、第2アンテナ31bは、受信用のアンテナとして機能する。
On the other hand, the
そのため、従来の送受信アンテナ30は、第1受信機38b1と第2受信機38b2との2つの受信機38bにより、空間ダイバシチィ効果を得るものであり、第1受信機38b1と第2受信機38b2における受信にともない、図示しないダイバシチィ合成回路により、公知のダイバシチィ合成法である選択合成法、等利得合成法、最大比合成法等の何れかにより電波の合成が行われ、電圧の高い電波が選択される(選択合成法)又は合成電波が用いられる(等利得合成法、最大比合成法等)。
For this reason, the conventional transmitting / receiving
この2つのオムニアンテナ31は、空間ダイバシチィ効果を得るべく、可能な限り、アンテナ同士の間隔L1(図4(a)参照)を離して、伝搬経路の異なる電波を受けるようにしている。一般に、3波長(3λ)から10波長程度離して設置している。
The two omni-
例えば、消防防災無線に用いられる260MHz帯の場合、1波長(1λ)が1.1mであり、2つのオムニアンテナ31の離隔は、3.3m〜11mと非常に大型な構成となってしまう。
For example, in the case of the 260 MHz band used for the fire and disaster prevention radio, one wavelength (1λ) is 1.1 m, and the distance between the two
ここで、図5を用いて、従来の送受信アンテナ30の水平面のビームパターンを示す。図5は、図4のダイバシチィアンテナの水平面のビームパターンを包絡線で示す図である。図5においては、例として利得が6.3dBiのオムニアンテナ31を使用して計測を行ったものであり、実線で示した線が第1アンテナ31aの指向性であり、破線で示した線が第2アンテナ31bの指向性である。
Here, the horizontal beam pattern of the conventional transmitting and receiving
両指向性ともに鋼管柱33等の障害物の影響により、リップルが立っており(波だった波形となっており)、第1アンテナ31aは、180度方向、第2アンテナ31bは0度方向に指向性が現れている。
Both directions are rippled due to the influence of obstacles such as the steel pipe column 33 (the waveform is a wave), the
2本のオムニアンテナ31はともに、指向性が現れる方向とは反対方向の利得が3dBi程度というように、6.3dBiのオムニアンテナ31の利得の約半分になってしまっている。また、2本のオムニアンテナ31の利得の分布は、低い部分は約1.6dBiから高い部分は8.4dBiとなっている。
Both of the two
特に、図5に示すように、第1アンテナ31aは鋼管柱33及び第2アンテナ31bの影響により、180度方向が5dBi程度の利得があるのに対して、0度方向が3dBi程度の利得となっている。一方、第2アンテナ31bは鋼管柱33及び第1アンテナ31aの影響により、0度方向が5dBi程度の利得があるのに対して、180度方向が3dBi程度の利得となっている。
In particular, as shown in FIG. 5, the
そのため、図5に示すように、−30度方向から30度方向(図5のa−a’)にかけては、第2アンテナ31bの利得が常に高く、1〜3dBi程度の利得差が生じてしまっており、そのため、そのため、−30度方向から30度方向にかけては、空間ダイバシチィ効果が低くなってしまっている。150度方向から−150度方向(図5のb−b’)にかけても同様である。
Therefore, as shown in FIG. 5, from the -30 degree direction to the 30 degree direction (aa 'in FIG. 5), the gain of the
このように、無線基地局から見て、360度の全方向にサービスエリアを得たい場合は、オムニアンテナを用いるものの、オムニアンテナは、反射板が無く、全方向から電波を受けるために、鉄塔や鋼管柱などアンテナを設置した場所に近い金属等の影響を受けやすい。 As described above, when a service area is to be obtained in all directions of 360 degrees as seen from the radio base station, an omni antenna is used. However, the omni antenna has no reflector and receives radio waves from all directions. It is easily affected by metal near the place where the antenna is installed, such as steel pipe columns.
その結果、鋼管柱自身が反射板の効果を示してしまい、指向性が出てオムニアンテナのビームパターンが、無指向性ではなくなり、さらにダイバシチィ受信を行う2本のアンテナ間でも互いに干渉し合い、ビームパターンが大きく波打つばかりか、2つのアンテナの指向性が大きく異なることがあった。 As a result, the steel tube pillar itself shows the effect of the reflector, the directivity is obtained, the beam pattern of the omni antenna is not omnidirectional, and the two antennas that receive diversity reception also interfere with each other, In addition to the large wave pattern of the beam pattern, the directivity of the two antennas may differ greatly.
この結果、ダイバシチィ受信効果が減少してしまい、360度のサービスエリアを望んでいたものが、指向性を持つものになってしまっていた。 As a result, the diversity reception effect is reduced, and what has been desired for a service area of 360 degrees has a directivity.
尚、図6は、オムニアンテナ単体の水平面のビームパターンを包絡線で示す図である。図6に示すように、オムニアンテナ単体(1本)は、電波暗室等の電波を反射しない環境においては、ほぼ完全な円(無指向性)に近いビームパターンとなる。 FIG. 6 is a diagram showing a horizontal beam pattern of the omni antenna alone by an envelope. As shown in FIG. 6, the single omni antenna (one) has a beam pattern that is almost a perfect circle (omnidirectional) in an environment that does not reflect radio waves such as an anechoic chamber.
しかしながら、現実のアンテナ設置環境では、既設の鉄塔等の塔頂部は既に何らかのアンテナ等が設置されている場合が多く、図4の如く、アンテナを鉄塔としての鋼管柱の途中に設置せざるを得ないような場合が大半である。また、鉄塔等の塔頂部にアンテナを設置可能だった場合においても、アンテナの離隔を十分に取ることが出来ない場合もあり、やはり2つのオムニアンテナ間で干渉し合う。 However, in an actual antenna installation environment, there are many cases where an antenna or the like is already installed at the top of an existing steel tower or the like, and the antenna must be installed in the middle of a steel pipe column as a steel tower as shown in FIG. Most cases do not. Further, even when an antenna can be installed at the top of a tower such as a steel tower, the antenna may not be sufficiently separated, and the two omni antennas interfere with each other.
そのため、アンテナが固定される鉄塔(鋼管柱)等の金属の影響で、指向性が現れてしまうため、図4(a)の如く、鉄塔(鋼管柱)を中心に2本のオムニアンテナを設置して、鉄塔を中心に十分なダイバシチィ効果が得られるように距離を離してアンテナを配置する必要があり、前記図4(a)に示す構成となる。また、仮に鋼管柱33がアンテナの側方に位置しない場合でも、2本のオムニアンテナが互いに干渉しあい、やはり図5の如くリップルが立ってしまう。また、オムニアンテナ単体では、アンテナが単体であることから、空間ダイバシチィ効果を得ることができず、フェージングへの対策が効果的に施せない。
For this reason, directivity appears due to the influence of metal such as a steel tower (steel pipe column) to which the antenna is fixed. Therefore, as shown in Fig. 4 (a), two omni antennas are installed around the steel tower (steel pipe column). Then, it is necessary to arrange the antennas at a distance so as to obtain a sufficient diversity effect around the steel tower, and the configuration shown in FIG. Even if the
[従来の他のダイバシチィアンテナ]
そのため、これらを改善するために、効果的にダイバシチィ効果、特に空間ダイバシチィ効果を得る方策として、図7に示すようなダイバシチィアンテナが知られている。図7は、従来の他のダイバシチィアンテナの外観構成を示す図であり、(a)は斜視図であり、(b)は平面図である。
[Other conventional diversity antennas]
Therefore, in order to improve these, a diversity antenna as shown in FIG. 7 is known as a measure for effectively obtaining a diversity effect, particularly a space diversity effect. FIGS. 7A and 7B are diagrams showing an external configuration of another conventional diversity antenna, where FIG. 7A is a perspective view and FIG. 7B is a plan view.
図7に示すように、従来の他の送受信アンテナ40は、鋼管柱43の影響を避けるように、鋼管柱43と反対側に指向性を有する180度ビームアンテナ41を、鋼管中を挟んで4つ設置した構成を採っている。
As shown in FIG. 7, another conventional transmitting / receiving
各々の180度ビームアンテナ41は、図示しないアンテナの放射素子を内部に備えた円筒状のレドームと、レドームと鋼管柱32との間に配され、レドーム側が優角(180度より大きい角度)に折り曲げられた反射板49とから構成されており、アーム部42が横架されることによって鋼管柱43に固定されている。反射板49の存在によって、指向性アンテナとなるものである。
Each 180
各々の180度ビームアンテナ41は、鋼管柱43を挟んで背を向け合うアンテナ同士が1つの系統を構成するため、従来の他の送受信アンテナ40は、第1系統アンテナ41aと第2系統アンテナ41bの2系統のアンテナから構成される。
Since each 180-
第1系統アンテナ41aは、互いに背を向け合う第1系統第1アンテナ41a1と第1系統第2アンテナ41a2から構成され、給電ライン46を介して接続された第1ハイブリッド分配合成器44aに接続されている。
The
また、同様に第2系統アンテナ41bは、互いに背を向け合う第2系統第1アンテナ41b1と第2系統第2アンテナ41b2から構成され、給電ライン46を介して接続された第2ハイブリッド分配合成器44bに接続されている。
Similarly, the second system antenna 41b is composed of a second system first antenna 41b1 and a second system second antenna 41b2 facing each other, and is connected via a
ハイブリッド分配合成器44(第1ハイブリッド分配合成器44a,第2ハイブリッド分配合成器44b)は、マイクロストリップ線路等が用いられ、第1系統アンテナ41a及び第2系統アンテナ41bの各々の系統における背を向け合うアンテナ同士の信号をハイブリッドで合成及び等分配するものであって、2つのハイブリッド分配合成器44に接続されている4つの各端子44cがダイバシチィブランチを構成可能である。
The hybrid distribution synthesizer 44 (first
送信については図示しない送受信共用器により、4つの180度ビームアンテナ41より、電波の送信が可能である(非特許文献1参照)。
Regarding transmission, radio waves can be transmitted from the four 180-
上記のように、従来の他の送受信アンテナ40は、各々の系統で電波をハイブリッド合成することにより、各々の系統で360度(無指向)のビームパターンを得ていた。そして、2つの系統が互いに90度、方向(角度)を変えた位置に配されていることにより、2系統の無指向性アンテナとなる第1系統アンテナ41aと第2系統アンテナ41bとの間でダイバシチィ受信が行われ、公知のダイバシチィ合成法を用いて空間ダイバシチィ効果を得ていた。
As described above, the other conventional transmission /
次に、図8及び図9を用いて、従来の他の送受信アンテナ40の水平面のビームパターンを説明する。図8は、図7のダイバシチィアンテナの水平面のビームパターンを包絡線で示す図である。図9は、180度ビームアンテナ単体の水平面のビームパターンを包絡線で示す図である
Next, the horizontal beam pattern of another conventional transmitting / receiving
例えば、第1系統第1アンテナ41a1といった180度ビームアンテナ41単体は、図9のような指向性を示すものであって、図9における0度方向が指向方向となっており、9dBiの利得が得られている。反対に180度方向においては、反射板49の存在により、指向性を遮断しているため、利得が0dBiとなっている。
For example, the 180-
そのため、鋼管柱43を挟んで背を向けるように、第1系統第2アンテナ41a2を配し、その両者からの電波を第1ハイブリッド分配合成器44aにより合成するものであり、この合成された第1系統アンテナ41aの指向性が図8に示す実線の包絡線となっている。
Therefore, the first system second antenna 41a2 is arranged so that the back is turned across the
同様に、第2系統第1アンテナ41b1及び第2系統第2アンテナ41b2からの両電波ももう一方の第2ハイブリッド分配合成器44bにより合成され、この合成された第2系統アンテナ41bの指向性が図8に示す波線の包絡線となっている。従来の他の送受信アンテナ40の利得は、−14.8dBiから9.7dBiの範囲となっている。
Similarly, both radio waves from the second system first antenna 41b1 and the second system second antenna 41b2 are combined by the other second
しかしながら、この従来の他の送受信アンテナ40は、空間ダイバシチィ効果を得るべく、前述した従来の送受信アンテナ30と同様に、可能な限り、2つの系統のアンテナ同士の間隔L2(図7(b)参照)を離して、伝搬経路の異なる電波を受けるようにしている。一般に、3波長(3λ)から10波長程度離して設置している。
However, in order to obtain a space diversity effect, this other conventional transmission /
例えば、消防防災無線に用いられる260MHz帯の場合、前述の如く1波長(1λ)が1.1mであり、2つの系統のアンテナ間距離は、図7のL2で3.3m〜11mと非常に大型な構成となってしまう。 For example, in the case of the 260 MHz band used for the fire and disaster prevention radio, as described above, one wavelength (1λ) is 1.1 m, and the distance between the antennas of the two systems is 3.3 m to 11 m at L2 in FIG. It becomes a large configuration.
この従来の他の送受信アンテナ40は、360度の全方向にサービスエリアを得るためには、4つの180度ビームアンテナ(指向性アンテナ)が必要となることから、その構成が複雑であり、かつ、コストもかかってしまっていた。
This other conventional transmission /
そこで、本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、簡易な構成で十分に無指向性のビームパターンを確保するとともに、十分なダイバシチィ効果を発揮しうる移動体通信の無線基地局に使用するダイバシチィアンテナを提供することを目的とする。 Accordingly, the present invention has been made in view of the above-described problems, and is a mobile communication radio base station that can ensure a sufficiently non-directional beam pattern with a simple configuration and exhibit a sufficient diversity effect. An object of the present invention is to provide a diversity antenna used for the above.
上記目的達成のため、本発明は、ダイバシチィ受信機を備えた無線基地局に使用する無指向性の第1アンテナ及び第2アンテナを有するダイバシチィアンテナであって、前記第1アンテナと前記第2アンテナとは、前記ダイバシチィアンテナの受信周波数の少なくとも半波長の距離互いに離間され、前記第1アンテナにおいて受信された第1電波と、前記第2アンテナにおいて受信された第2電波は、電力分配合成回路において互いに位相を変えて分配、かつ、合成されて、第1合成電波と第2合成電波を出力することによって、第1合成電波に係る第1合成アンテナの指向性と、第2合成電波に係る第2合成アンテナの指向性とは、水平面のビームのピークがずれており、前記第1合成電波と第2合成電波の2つの入力電圧をダイバシチィ受信機により、選択又は合成することにより、空間ダイバシチィ効果及び指向性ダイバシチィ効果を奏することが可能なことを特徴とする。 To achieve the above object, the present invention provides a diversity antenna having a omnidirectional first antenna and a second antenna for use in a radio base station equipped with a diversity receiver, wherein the first antenna and the second antenna are provided. The antenna is separated from each other by a distance of at least a half wavelength of the reception frequency of the diversity antenna, and the first radio wave received at the first antenna and the second radio wave received at the second antenna are combined in power distribution combination. By distributing and synthesizing with different phases in the circuit and outputting the first synthetic radio wave and the second synthetic radio wave, the directivity of the first synthetic antenna related to the first synthetic radio wave and the second synthetic radio wave are output. The directivity of the second combined antenna is that the peak of the beam on the horizontal plane is shifted, and the two input voltages of the first combined radio wave and the second combined radio wave are divided into diversity. The signal unit, by selecting or combining, characterized in that that can achieve the spatial Daibashichii effect and directivity Daibashichii effect.
また、本発明のダイバシチィアンテナにおける前記電力分配合成回路は、90°ハイブリッド分配合成器であり、第1電波及び第2電波は各々等分配及び合成され、前記90°ハイブリッド分配合成器から出力される第1合成電波と第2合成電波との位相のずれは90°であることを特徴とする。 The power distribution / combination circuit in the diversity antenna of the present invention is a 90 ° hybrid distribution / combiner, and the first radio wave and the second radio wave are equally distributed and combined, and output from the 90 ° hybrid distribution / synthesizer. The phase shift between the first synthesized radio wave and the second synthesized radio wave is 90 °.
本発明によれば、簡易な構成で十分に無指向性のビームパターンを確保するとともに、十分なダイバシチィ効果を発揮しうる。 According to the present invention, a sufficiently omnidirectional beam pattern can be ensured with a simple configuration and a sufficient diversity effect can be exhibited.
具体的には、アンテナの本数を2本以上に増やすことなく、鉄塔等に取り付けた場合であっても、無指向性のビームパターンを確保し、更にダイバシチィ効果を十分確保することが可能である。 Specifically, it is possible to ensure a non-directional beam pattern and a sufficient diversity effect even when it is attached to a steel tower or the like without increasing the number of antennas to two or more. .
無指向性のビームパターンを得ることができる点については、単独のアンテナでは、鉄塔の影響で、指向性が出てしまい、無指向性ではないが、2つのオムニアンテナからの電波を90°ハイブリッド分配合成器で分配及び合成することにより、鉄塔の影響で利得の下がった方向は、他方のアンテナでは影響が及ぼされていないため、互いに補い合い、結果として元々の無指向性に近いビームパターンが得られることが可能である。 With respect to the point that an omnidirectional beam pattern can be obtained, directivity is produced by a single antenna due to the influence of a steel tower, and it is not omnidirectional, but the radio waves from two omni antennas are 90 ° hybridized. By dividing and synthesizing with the distribution synthesizer, the direction in which the gain is reduced due to the influence of the tower is not affected by the other antenna, so they complement each other, resulting in a beam pattern close to the original omnidirectionality. It is possible to be
また、ダイバシチィ効果を十分に確保できる点については、2つのオムニアンテナからの電波を90°ハイブリッド分配合成器で分配及び合成することにより、ビームパターンにリップル(波打ち)が生じるが、合成後のアンテナの利得は、リップルの高い部分はさらに利得が上昇し、低い部分は利得がさらに下がる。 In addition, with respect to the point that the diversity effect can be sufficiently secured, a wave pattern is rippled (waved) by distributing and combining the radio waves from the two omni antennas with a 90 ° hybrid distributor / synthesizer. As for the gain, the gain increases further in the high ripple portion, and the gain further decreases in the low portion.
しかしながら、2つのアンテナ間の水平方向の距離を離したことによる空間ダイバシチィ効果のみならず、90°ハイブリッド分配合成器により位相を変えた合成指向性を有する2つの合成電波により、上記空間ダイバシチィ効果に加えて、アンテナのピーク利得が方向的にずれた指向性アンテナとして動作することによる、指向性ダイバシチィ効果が得られ、十分にダイバシチィ効果を得ることが可能である。 However, not only the spatial diversity effect due to the separation of the horizontal distance between the two antennas, but also the above-mentioned spatial diversity effect is achieved by two synthesized radio waves having a combined directivity whose phase is changed by a 90 ° hybrid distributor / synthesizer. In addition, by operating as a directional antenna in which the peak gain of the antenna is shifted in the direction, a directional diversity effect can be obtained, and a sufficient diversity effect can be obtained.
そのため、空間ダイバシチィ効果のみならず、指向性ダイバシチィ効果を有することから、アンテナ間の水平方向の距離をある程度短くしても、十分なダイバシチィ受信効果を得ることが可能である。 Therefore, since it has not only a space diversity effect but also a directional diversity effect, it is possible to obtain a sufficient diversity reception effect even if the horizontal distance between the antennas is shortened to some extent.
さらに、90°ハイブリッド分配合成器による分配及び合成後のアンテナ利得は、リップルの高い部分の利得は、アンテナ単体時の利得に比べ高くなっているため、包絡線で見ると、利得が向上し、高いダイバシチィ受信効果を得ることができる。 Furthermore, the antenna gain after the distribution and combination by the 90 ° hybrid distributor / combiner is higher than the gain of the single antenna, so the gain is improved when viewed from the envelope, A high diversity reception effect can be obtained.
以下、本発明によるダイバシチィアンテナの実施形態について図面を参照して説明する。尚、本発明によるダイバシチィアンテナは、水平方向に離れた位置に配された、指向性の範囲が重複する2つのアンテナにおいて受信された2つの電波を90°ハイブリッド分配合成器(電力分配合成回路)により合成することによって、90°ハイブリッド分配合成器の2つの出力には、2つの入力電波に対して互いに90°の位相差がある1/2ずつの信号が出力されることにより、空間ダイバシチィ効果のみならず、指向性(角度)ダイバシチィ効果を得ることができ、簡易な構成で十分に無指向性のビームパターンを確保しつつ、十分なダイバシチィ効果を発揮しうるものである。 Hereinafter, embodiments of a diversity antenna according to the present invention will be described with reference to the drawings. The diversity antenna according to the present invention is a 90 ° hybrid distribution / combining circuit (power distribution / combining circuit) that converts two radio waves received by two antennas, which are arranged in positions separated in the horizontal direction and have overlapping directivity ranges. ), Two signals each having a phase difference of 90 ° with respect to the two input radio waves are output to the two outputs of the 90 ° hybrid divider / combiner. In addition to the effect, a directivity (angle) diversity effect can be obtained, and a sufficient non-directional beam pattern can be ensured with a simple configuration and a sufficient diversity effect can be exhibited.
[本発明によるダイバシチィアンテナの構成]
図1及び図2を用いて、本発明によるダイバシチィアンテナの構成について説明する。図1は、本発明のダイバシチィアンテナの概要を示す図であって、(a)は、その外観構成を示す斜視図であり、(b)はアンテナの構成を示すブロック図である。図2は、図1に示すハイブリッド分配合成器の説明図である。
[Configuration of Diversity Antenna According to the Present Invention]
The configuration of the diversity antenna according to the present invention will be described with reference to FIGS. 1A and 1B are diagrams showing an outline of a diversity antenna according to the present invention, wherein FIG. 1A is a perspective view showing an external configuration thereof, and FIG. 1B is a block diagram showing a configuration of the antenna. FIG. 2 is an explanatory diagram of the hybrid divider / combiner shown in FIG.
本発明によるダイバシチィアンテナは、図4に示す従来のダイバシチィアンテナにおける構成に対して、2つのアンテナで受信された電波がまず90°ハイブリッド分配合成器(電力分配合成回路)を介して分配及び合成される点に特徴があり、他の構成は、図4と同様であり、同様の構成については、詳細な説明は省略する。 In the diversity antenna according to the present invention, the radio waves received by the two antennas are first distributed through a 90 ° hybrid distribution / combining circuit (power distribution / combining circuit) in the configuration of the conventional diversity antenna shown in FIG. The other features are the same as those in FIG. 4, and detailed description of the same components is omitted.
図1(a)に示す本発明によるダイバシチィアンテナ1は、360度の全方向にサービスエリアを得るべく、大きく、2つのオムニアンテナ11(第1アンテナ11a,第2アンテナ11b)から構成される。
The
2つのオムニアンテナ11が、鉄塔の鋼管柱13を介して対向するように配されており、アンテナの支持柱としての鋼管柱13とオムニアンテナ11との間に横架されたアーム12により、オムニアンテナ11が鋼管柱33に固定されている点は、図4(a)に係る従来の送受信アンテナ30と同様である。また、オムニアンテナ11の構成も従来の送受信アンテナ30のオムニアンテナ31と同様である。
Two
図1(a)及び(b)に示すように、第1アンテナ11aは給電ライン16により、また、第2アンテナ11bは給電ライン16により、90°ハイブリッド分配合成器14を介して無線基地局17内の基地局無線機18に引き込まれている。第1アンテナ11aにより受信された電波を第1電波、第2アンテナ11bにより受信された電波を第2電波とする。
As shown in FIGS. 1A and 1B, the
90°ハイブリッド分配合成器14は、無線周波数帯の高周波信号の電力分配及び電力合成に利用される電力分配合成回路として広く用いられている90°ハイブリッド分配合成器が使用され、マイクロストリップ線路等によって構成される。
The 90 ° hybrid divider /
図1(b)及び図2に示すように、90°ハイブリッド分配合成器14は、4つの端子14aを備え、アンテナ側を入力と捉え、無線機側を出力と捉えた場合、1つの入力に対して2つの出力間で90°位相差のある等分配がなされ、かつ、2つの入力に各々入力を行うと互いに90°位相差のある等分配がなされて合成されて各々の出力同士が90°位相差のある信号が出力される。また、90°ハイブリッド分配合成器14は、両方向性であり、入力側と出力側の両方向から同様に信号の分配及び合成が可能となっている。
As shown in FIGS. 1B and 2, the 90 ° hybrid divider /
4つの端子14aについて、第1アンテナ11aに接続される第1入力端子をIN1とし、第2アンテナ11bに接続された第2入力端子をIN2とし、送受信共用器15に接続された第1出力端子をOUT1とし、第2受信機に18b2にそのまま接続された第2出力端子をOUT2として、90°ハイブリッド分配合成器14を説明する。
For the four
90°ハイブリッド分配合成器14は、例えば、IN1から入力した信号(第1電波)は、OUT1とOUT2に半分ずつに等分配されて、90°位相がずれた信号が出力される。
For example, the 90 ° hybrid distributor /
また、IN1とIN2とに別々の信号を各々入力(第1電波及び第2電波)するとIN1とIN2の信号がともにOUT1とOUT2に等分配されるが、IN1に入力された信号は、OUT1とOUT2で見ると、90°位相差がある信号となっている。同様にIN2に入力された信号は、OUT1とOUT2で見ると、90°位相差がある信号となっている。 Also, if separate signals are input to IN1 and IN2 (first radio wave and second radio wave), both IN1 and IN2 signals are equally distributed to OUT1 and OUT2, but the signal input to IN1 is the same as OUT1. When viewed at OUT2, the signal has a 90 ° phase difference. Similarly, the signal input to IN2 is a signal having a 90 ° phase difference when viewed at OUT1 and OUT2.
即ち、IN1とIN2に別々の信号を入力すると、OUT1及びOUT2に、各々1/2ずつの信号が出力されるが、互いに90°の位相差がある為、アンテナビームで見ると無指向性のアンテナではあるが、リップルの位置が互いにずれたアンテナとなる。 That is, when different signals are input to IN1 and IN2, 1/2 signals are output to OUT1 and OUT2, respectively, but since there is a phase difference of 90 ° from each other, it is non-directional when viewed from the antenna beam. Although it is an antenna, the ripples are shifted from each other.
これによって、2つのオムニアンテナ11間で、方向(水平方向の角度)によって、ビームの利得の差が生じ、指向性ダイバシチィ受信が可能となる。
As a result, a difference in beam gain occurs depending on the direction (horizontal angle) between the two
図1(b)に示すように、90°ハイブリッド分配合成器14のOUT1は、給電ライン16を介して送受信共用器15に接続されている。送受信共用機15は、基地局無線機18の送信機18a及び第1受信機18b1に接続されている。そのため、第1アンテナ11aは送受信共用のアンテナとして機能する。一方、90°ハイブリッド分配合成器14のOUT2は、そのまま、無線基地局17内の基地局無線機18に引き込まれて、第2受信機18b2に接続されている。第1受信機18b1及び第2受信機18b2は、協働してダイバシチィ受信機(受信機18b)として機能する。
As shown in FIG. 1 (b), OUT 1 of the 90 ° hybrid distributor /
また、90°ハイブリッド分配合成器14は、前述の如く、入力側と出力側の両方向から同様に90°位相を変えた電波の分配及び合成が可能となっているため、送信機18aからの信号の出力は、送受信共用器15及びOUT1を介してハイブリッド分配合成器14で分配されて、第1アンテナ11a及び第2アンテナ11bの両オムニアンテナ11から出力される。そのため、第1アンテナ11aと同様に、第2アンテナ11bも送受信共用のアンテナとして機能する。
Further, as described above, the 90 ° hybrid distributor /
90°ハイブリッド分配合成器14の出力端子であるOUT1及びOUT2からは、90°ハイブリッド分配合成器14において、分配され合成された互いに90°位相がずれた2つの合成電波が出力される。OUT1からの出力を第1合成電波とし、OUT2からの出力を第2合成電波とする。また、第1合成電波を受信する、第1アンテナ11a、第2アンテナ11b及び90°ハイブリッド分配合成器14(OUT1)とによって構成されるアンテナを第1合成アンテナとする。同様に、第2合成電波を受信する、第1アンテナ11a、第2アンテナ11b及び90°ハイブリッド分配合成器14(OUT2)とによって構成されるアンテナを第2合成アンテナとする。
From the output terminals OUT1 and OUT2, which are the output terminals of the 90 ° hybrid distributor /
第1の合成電波は、OUT1に給電ライン16及び送受信共用器15を介して接続された第1受信機18b1において受信され、第2の合成電波は、OUT2に給電ライン16を介して接続された第2受信機18b2において受信されて、空間ダイバシチィ効果のみならず、指向性(角度)ダイバシチィ効果をも得ることが可能である。
The first synthesized radio wave is received by the first receiver 18b1 connected to OUT1 via the
即ち、ダイバシチィアンテナ1は、第1受信機18b1と第2受信機18b2との2つの受信機18bにより、空間ダイバシチィ効果及び指向性ダイバシチィ効果を得るものであり、第1受信機18b1と第2受信機18b2における受信にともない、図示しないダイバシチィ合成回路により、公知のダイバシチィ合成法である選択合成法、等利得合成法、最大比合成法等の何れかにより合成指向性を有する2つの電波(第1の合成電波、第2の合成電波)の合成が行われ、電圧の高い電波が選択される(選択合成法)又は合成電波が用いられる(等利得合成法、最大比合成法等)。
That is, the
この2つのオムニアンテナ11は、空間ダイバシチィ効果のみならず、指向性ダイバシチィ効果をも奏するため、従来の従来の送受信アンテナ30及び従来の他の送受信アンテナ40の如く、空間ダイバシチィ効果を確実に得るために可能な限り、アンテナ同士の間隔L3(図1(a)参照)を離す必要が少ない。
Since these two omni-
そのため、2つのオムニアンテナ11のアンテナ同士の間隔L3は、両アンテナの受信の相関関係がないとされる半波長(1/2λ)以上であればよく、精度の確実性を期す点を考慮しても、3波長程度で十分にダイバシチィ効果を得ることが可能であり、アンテナ間の距離を短くできることから、簡易な構造で十分な効果を発揮しうるダイバシチィアンテナとなる。
For this reason, the distance L3 between the antennas of the two
[本発明によるダイバシチィアンテナのビームパターン]
ここで、図3を用いて、本発明のダイバシチィアンテナ1の水平面のビームパターンを示す。図3は、図1のダイバシチィアンテナの水平面のビームパターンを包絡線で示す図である。
[Beam Pattern of Diversity Antenna According to the Present Invention]
Here, the horizontal beam pattern of the
図3においては、例として利得が6.3dBiの2つのオムニアンテナ11を使用して計測を行ったものであり、実線で示した線が第1合成電波に係る第1合成アンテナの指向性であり、破線で示した線が第2合成電波に係る第2合成アンテナの指向性であり、第1合成アンテナ及び第2合成アンテナの指向性ともに鋼管柱13等の障害物の影響のみならず、90°ハイブリッド分配合成器14による分配及び合成により、リップルが際立っている(波だった波形が際立っている)。また、2本のオムニアンテナ11の利得の分布は、低い部分は約−27.8dBiから高い部分は10.9dBiとなっている。
In FIG. 3, measurement is performed using two
本発明によるダイバシチィアンテナ1においては、90°ハイブリッド分配合成器14による分配及び合成により、2つの入力に対して、90度位相(1/4波長分)がずれて分配合成され、図3に示すように、位相のずれに応じて利得が上がる部分と下がる部分が生じ、第1合成電波及び第2合成電波ともに、ビームパターンに大きなリップルが生じている。
In the
しかしながら、前述の如く2つの受信機18bにおける受信にともない、図示しないダイバシチィ合成回路により、第1合成電波及び第2合成電波の合成が行われ、電圧の高い電波が選択される(選択合成法)又は合成電波が用いられる(等利得合成法、最大比合成法等)。
However, as described above, with the reception by the two
そのため、結果的に2つの合成指向性の電波の電圧の高い電波が選ばれて、2つの合成指向性の電波のビームパターンの包絡線の常に外側に位置するビームパターンが、ダイバシチィアンテナ1の実効的なビームパターンとなる。このように、第1合成電波及び第2合成電波が互いに補い合い、結果として無指向性のビームパターンを得ることができ、更に元のアンテナ利得より高い利得が得られる。
Therefore, as a result, a radio wave having a high voltage of the two combined directional radio waves is selected, and a beam pattern always positioned outside the envelope of the beam pattern of the two directional radio waves is the
即ち、90°ハイブリッド分配合成器14による分配及び合成により、2つの入力に対して、90度位相(1/4波長分)がずれて分配合成されることから、第1合成アンテナ及び第2合成アンテナのビームのピーク利得が方向的にずれて指向性ダイバシチィ効果を得ることができる。
In other words, since the 90 ° hybrid distributor /
[本発明によるダイバシチィアンテナの作用]
従って、本発明によるダイバシチィアンテナ1においては、90°ハイブリッド分配合成器14による分配及び合成により、2つの入力に対して、90度位相(1/4波長分)がずれて分配合成され、図3に示すように、ビームパターンに大きなリップルが生じている。
[Operation of Diversity Antenna According to the Present Invention]
Therefore, in the
90°ハイブリッド分配合成器14による分配及び合成後のアンテナ利得は、図3に示すように、リップルの高い部分はつまり利得が上昇し、低い部分は利得が下がるが、ダイバシチィ受信を行っているため、アンテナのピーク利得が方向的にずれた指向性アンテナとして機能し、通常の空間ダイバシチィ効果(2本のオムニアンテナ11を水平方向に距離を離して設置することによって得られる利得)に加えて、指向性ダイバシチィ効果を得ることが可能である。
As shown in FIG. 3, the antenna gain after distribution and combination by the 90 ° hybrid distributor /
90°ハイブリッド分配合成器14による分配及び合成後のアンテナ利得は、図3に示すように、リップルの底の部分はオムニアンテナ11単体の利得に比べて、下がってしまうが(図5及び図6参照)、リップルの高い部分の利得は、10.9dBiというように、オムニアンテナ11単体の利得である6.3dBiに比べ高くなっており向上している。さらには、従来の送受信アンテナ30の最大利得8.4dBi、従来の他の送受信アンテナ40の最大利得9.7dBiに比しても、本発明によるダイバシチィアンテナ1の最大利得(10.9dBi)は向上している。
As shown in FIG. 3, the antenna gain after distribution and combination by the 90 ° hybrid distributor /
90°ハイブリッド分配合成器14は両方向性を備えるため、入力と出力の両方向から同様に電波の分配及び合成が可能となっており、送信機18aからの出力をOUT1に接続すると、IN1とIN2に半分ずつ等分配されて90度の位相差を持って出力される。
Since the 90 ° hybrid distributor /
尚、本発明の実施形態の説明においては、説明を簡易にするべく、送信機は1チャネルで説明しているが、2チャネルとしてもう1つ送信機(図示せず)を利用する場合は、OUT2に図示しない送信機をさらに接続することも可能である。その場合においては、チャネル1とチャネル2の信号の送信電力の半分ずつ等分配されて、IN1、IN2各々から出力され、IN1及びIN2に接続された2つのオムニアンテナの両方から1/2ずつ送信が行われる。
In the description of the embodiment of the present invention, the transmitter is described with one channel for the sake of simplicity. However, when another transmitter (not shown) is used as two channels, It is possible to further connect a transmitter (not shown) to OUT2. In that case, half of the transmission power of the
そのため、無線基地局17からの送信については、受信とは逆に、同じ90°ハイブリッド分配合成器14によって90°位相がずれて等分配され、両方のオムニアンテナ11から送信される。
Therefore, transmission from the
受信と同様に、オムニアンテナ11のビームパターンは、リップルが生じて、レベルが高い箇所と低い箇所が出てくるが、一方のオムニアンテナ11の利得が低い場合、他方のオムニアンテナ11の利得が高いため、送信アンテナとしても全体として、受信と同様なビームパターンとなる。
Similar to reception, the beam pattern of the
[本発明と従来技術との対比]
本発明によるダイバシチィアンテナ1の有効性を示すべく、以下に、本発明、従来の送受信アンテナ30及び従来の他の送受信アンテナ40の構成等の対比表を「表1」として以下に示す。尚、「表1」においては、2本のアンテナ同士の間隔(L1,L2,L3)、鋼管柱の直径によって、アンテナの設置後の利得が変化するため、アンテナ同士の間隔を5波長とし、鋼管柱の直径を0.3波長として統一した場合の対比である。また、利得については、例としてオムニアンテナ6.3dBiを基準にして比較した。
[Contrast between the present invention and the prior art]
In order to show the effectiveness of the
また、前述の如く、本発明によるダイバシチィアンテナ1の説明を利得6.3dBiのオムニアンテナを基準として説明しているが、このオムニアンテナに対して反射板を取り付け、180度ビームアンテナにすると、従来の他の送受信アンテナ40において説明した180度ビームアンテナ41単体となり、図9に示すように、指向性の方向の利得が約9dBiとなり、「表1」も同様である。
In addition, as described above, the description of the
この発明は、その本質的特性から逸脱することなく数多くの形式のものとして具体化することができる。よって、上述した実施形態は専ら説明上のものであり、本発明を制限するものではないことは言うまでもない。 The present invention can be embodied in many forms without departing from its essential characteristics. Therefore, it is needless to say that the above-described embodiment is exclusively for description and does not limit the present invention.
1 ダイバシチィアンテナ
11 オムニアンテナ(無指向性アンテナ)
11a 第1アンテナ
11b 第2アンテナ
12 アーム部
13 鋼管柱
14 90°ハイブリッド分配合成器(電力分配合成回路)
14a 端子
IN1 第1入力端子
IN2 第2入力端子
OUT1 第1出力端子
OUT1 第2出力端子
15 送受信共用機
16 給電ライン
17 無線基地局
18 基地局無線機
18a 送信機
18b 受信機
18b1 第1受信機
18b2 第2受信機
30 従来の送受信アンテナ
31 オムニアンテナ(無指向性アンテナ)
31a 第1アンテナ
31a1 第1給電ライン
31b 第2アンテナ
31b1 第2給電ライン
32 アーム部
33 鋼管柱
35 送受信共用機
37 無線基地局
38 基地局無線機
38a 送信機
38b 受信機
38b1 第1受信機
38b2 第2受信機
40 従来の他の送受信アンテナ
41 180度ビームアンテナ(指向性アンテナ)
41a 第1系統アンテナ
41a1 第1系統第1アンテナ
41a2 第1系統第2アンテナ
41b 第2系統アンテナ
41b1 第2系統第1アンテナ
41b2 第2系統第2アンテナ
42 アーム部
43 鋼管柱
44 ハイブリッド分配合成器
44a 第1ハイブリッド分配合成器
44b 第2ハイブリッド分配合成器
44c 端子
46 給電ライン
49 反射板
1
14a terminal IN1 first input terminal IN2 second input terminal OUT1 first output terminal OUT1
31a 1st antenna 31a1
41a 1st system antenna 41a1 1st system 1st antenna 41a2 1st system 2nd antenna 41b 2nd system antenna 41b1 2nd system 1st antenna 41b2 2nd system
Claims (2)
前記第1アンテナと前記第2アンテナとは、前記ダイバシチィアンテナの受信周波数の少なくとも半波長の距離互いに離間され、
前記第1アンテナにおいて受信された第1電波と、前記第2アンテナにおいて受信された第2電波は、電力分配合成回路において互いに位相を変えて分配、かつ、合成されて、第1合成電波と第2合成電波を出力することによって、
前記第1合成電波に係る第1合成アンテナの指向性と、前記第2合成電波に係る第2合成アンテナの指向性とは、水平面のビームのピークがずれており、
前記第1合成電波と第2合成電波の2つの入力電圧をダイバシチィ受信機により、選択又は合成することにより、空間ダイバシチィ効果及び指向性ダイバシチィ効果を奏することが可能なことを特徴とするダイバシチィアンテナ。 A diversity antenna having a non-directional first antenna and a second antenna for use in a radio base station equipped with a diversity receiver,
The first antenna and the second antenna are separated from each other by a distance of at least a half wavelength of a reception frequency of the diversity antenna;
The first radio wave received by the first antenna and the second radio wave received by the second antenna are distributed and combined with each other in the power distribution / combination circuit, and the first radio wave and the second radio wave are combined. 2 By outputting synthetic radio waves,
The directivity of the first synthetic antenna related to the first synthetic radio wave and the directivity of the second synthetic antenna related to the second synthetic radio wave are shifted in the peak of the horizontal beam,
A diversity antenna capable of producing a spatial diversity effect and a directional diversity effect by selecting or synthesizing two input voltages of the first synthesized radio wave and the second synthesized radio wave by a diversity receiver. .
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012078393A JP2013207790A (en) | 2012-03-29 | 2012-03-29 | Diversity antenna |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012078393A JP2013207790A (en) | 2012-03-29 | 2012-03-29 | Diversity antenna |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2013207790A true JP2013207790A (en) | 2013-10-07 |
Family
ID=49526423
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2012078393A Pending JP2013207790A (en) | 2012-03-29 | 2012-03-29 | Diversity antenna |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2013207790A (en) |
-
2012
- 2012-03-29 JP JP2012078393A patent/JP2013207790A/en active Pending
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US20230275634A1 (en) | Small cell beam-forming antennas | |
JP4692789B2 (en) | Patch antenna with metal wall | |
US8077111B2 (en) | Optimized radiation patterns | |
JP2016511598A (en) | Multi-array antenna | |
US11990669B2 (en) | Base station antennas having arrays of radiating elements with 4 ports without usage of diplexers | |
EP3231037B1 (en) | High coverage antenna array and method using grating lobe layers | |
CN104904064B (en) | Method and apparatus for Wave beam forming | |
US20220353699A1 (en) | Base station antennas with sector splitting in the elevation plane based on frequency band | |
US20220311130A1 (en) | Antenna feed networks and related antennas and methods | |
KR20100067645A (en) | Design method for dual polarization antenna using array element group of half wavelength interval and that antenna apparatus there of | |
WO2019087525A1 (en) | Base station device antenna, re-radiator, communication system, and base station device | |
JP2013207790A (en) | Diversity antenna | |
JP2022008872A (en) | Radio wave communication device, radio wave reception device, and radio wave communication system | |
JP2012015748A (en) | Low posture non-directional antenna | |
JP2008283369A (en) | Method for setting beam characteristic of antenna of base station | |
JP2012160999A (en) | Sector antenna | |
JP2016092713A (en) | Antenna system | |
KR102593249B1 (en) | Radio transmission and reception apparatus and beam forming method threrof | |
US20220231412A1 (en) | Antenna device implementing spatial-polarization separation of beams using quad-polarized antenna module array | |
KR102530491B1 (en) | Radiator of 5G Band Antenna | |
JP5004184B2 (en) | Antenna device | |
JP2008047964A (en) | Antenna device | |
JP5752176B2 (en) | Omni antenna | |
JP2011091558A (en) | Antenna device | |
KR20150085585A (en) | Antenna improved front/back ratio and method for the same |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
RD04 | Notification of resignation of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424 Effective date: 20130807 |