JP2013207790A - Diversity antenna - Google Patents

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a diversity antenna for use for a radio base station of mobile communication, capable of exhibiting a sufficient diversity effect with a simple structure, while securing a sufficiently non-directional beam pattern.SOLUTION: A non-directional first antenna 11a and a second antenna 11b are disposed mutually apart with the distance of at least a half wavelength of a diversity antenna reception frequency. A first radio wave received by the first antenna 11a and a second radio wave received by the second antenna 11b are distributed and synthesized after the phases are mutually changed by a power distribution synthesis circuit, so that a first composite radio wave and a second composite radio wave are output. In the directivity of the first composite antenna related to the first composite radio wave and the directivity of the second composite antenna related to the second composite radio wave, the peaks of beams on the horizontal plane mutually deviate. By the selection or the synthesis of two input voltages by a diversity receiver, a space diversity effect and a directional diversity effect are exhibited.

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 / reception antenna 30 shown in FIG. 4A is largely composed of two omni antennas 31 (a first antenna 31a and a second antenna 31b). An omnidirectional antenna (omni antenna) is used when it is desired to obtain a service area in all directions of 360 degrees as viewed from the radio base station.

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 omni antennas 31 are arranged so as to face each other via a steel pipe column 33 of a steel tower, and the omni antenna 31 is connected to the steel pipe column 33 by an arm 32 horizontally mounted between the steel pipe column 33 and the omni antenna 31. It is fixed to. The omni antenna 31 has a cylindrical shape, and a radiation element of an antenna (not shown) is arranged in the cylindrical radome. As shown in FIGS. 4 (a) and 4 (b), the first antenna 31a is the first antenna 31a. The first antenna 31b is connected to the first power supply line 31a1, and the second antenna 31b is connected to the second power supply line 31b1 and drawn into the base station radio 38 in the radio base station 37.

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 power supply line 31 a 1 is connected to the transmission / reception duplexer 35. The transmission / reception duplexer 35 is a well-known configuration and will not be described in detail. However, in a radio that performs transmission and reception at the same time, when the transmission antenna and the reception antenna are shared by a single antenna, it is powerful. Since the transmission wave flows into the receiver and interferes with reception, it is a component used to electrically separate the transmission path and the reception path.

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 duplexer 35 is connected to the transmitter 38a and the first receiver 38b1 of the base station radio 38. Therefore, the first antenna 31a functions as a transmission / reception shared antenna.

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 second antenna 31b is directly pulled into the base station radio 38 in the radio base station 37 and connected to the second receiver 38b2. Therefore, the second antenna 31b functions as a receiving antenna.

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 antenna 30 obtains a spatial diversity effect by the two receivers 38b of the first receiver 38b1 and the second receiver 38b2, and in the first receiver 38b1 and the second receiver 38b2. Upon reception, radio wave synthesis is performed by a diversity synthesis circuit (not shown) by a known diversity synthesis method such as selection synthesis method, equal gain synthesis method, maximum ratio synthesis method, etc., and radio waves with high voltage are selected. (Selective synthesis method) or synthetic radio waves are used (equal gain synthesis method, maximum ratio synthesis method, etc.).

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-antennas 31 are configured to receive radio waves having different propagation paths with a distance L1 between the antennas (see FIG. 4A) as far as possible in order to obtain a space diversity effect. Generally, it is installed at a distance of about 10 wavelengths from 3 wavelengths (3λ).

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 omni antennas 31 is 3.3 m to 11 m, which is a very large configuration.

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 antenna 30 is shown using FIG. FIG. 5 is a diagram showing the horizontal beam pattern of the diversity antenna of FIG. 4 with an envelope. In FIG. 5, measurement was performed using an omni antenna 31 having a gain of 6.3 dBi as an example, the line indicated by a solid line is the directivity of the first antenna 31 a, and the line indicated by a broken line is This is the directivity of the second antenna 31b.

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 first antenna 31a is in the 180 degree direction, and the second antenna 31b is in the 0 degree direction. Directivity appears.

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 omni antennas 31 are about half of the gain of the 6.3 dBi omni antenna 31 so that the gain in the direction opposite to the direction in which the directivity appears is about 3 dBi. Also, the gain distribution of the two omni antennas 31 is about 1.6 dBi for the low part and 8.4 dBi for the high part.

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 first antenna 31a has a gain of about 5 dBi in the 180 degree direction due to the influence of the steel tube pillar 33 and the second antenna 31b, and a gain of about 3 dBi in the 0 degree direction. It has become. On the other hand, the second antenna 31b has a gain of about 5 dBi in the 0 degree direction due to the influence of the steel tube pillar 33 and the first antenna 31a, while the gain in the 180 degree direction is about 3 dBi.

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 second antenna 31b is always high, resulting in a gain difference of about 1 to 3 dBi. For this reason, the space diversity effect is lowered from the -30 degree direction to the 30 degree direction. The same applies to the direction from 150 ° to −150 ° (b-b ′ in FIG. 5).

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 steel pipe column 33 is not located on the side of the antenna, the two omni antennas interfere with each other, and a ripple is generated as shown in FIG. In addition, since the omni antenna alone is a single antenna, the space diversity effect cannot be obtained, and measures against fading cannot be effectively taken.

［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 antenna 40 includes a 180-degree beam antenna 41 having directivity on the opposite side of the steel pipe column 43 so as to avoid the influence of the steel pipe column 43 with a steel pipe interposed therebetween. It has a configuration with one installed.

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 degree beam antenna 41 is arranged between a cylindrical radome having a radiation element of an antenna (not shown) inside, and the radome and the steel pipe column 32, and the radome side has a dominating angle (an angle larger than 180 degrees). The reflecting plate 49 is bent, and is fixed to the steel pipe column 43 by the arm portion 42 being horizontally mounted. The presence of the reflecting plate 49 serves as a directional antenna.

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-degree beam antenna 41 constitutes one system with the antennas facing each other across the steel pipe column 43, the other conventional transmission / reception antennas 40 include a first system antenna 41a and a second system antenna 41b. It consists of two antennas.

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 first system antenna 41a is composed of a first system first antenna 41a1 and a first system second antenna 41a2 facing each other, and is connected to a first hybrid distribution synthesizer 44a connected via a feed line 46. ing.

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 feeder line 46. 44b.

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 hybrid distribution synthesizer 44a, second hybrid distribution synthesizer 44b) uses a microstrip line or the like, and is connected to the back of each of the first system antenna 41a and the second system antenna 41b. The signals of the antennas facing each other are combined and equally distributed by the hybrid, and each of the four terminals 44c connected to the two hybrid distribution / combining units 44 can constitute a diversity branch.

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-degree beam antennas 41 using a transmission / reception duplexer (not shown) (see Non-Patent Document 1).

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 / reception antennas 40 obtain a beam pattern of 360 degrees (non-directional) in each system by performing hybrid synthesis of radio waves in each system. Since the two systems are arranged at positions where the directions (angles) are changed by 90 degrees from each other, between the first system antenna 41a and the second system antenna 41b serving as two systems of omnidirectional antennas. Diversity reception was performed, and a spatial diversity effect was obtained using a known diversity combining method.

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 antenna 40 will be described with reference to FIGS. FIG. 8 is a diagram showing the horizontal beam pattern of the diversity antenna of FIG. 7 with an envelope. FIG. 9 is a diagram illustrating a horizontal beam pattern of a 180-degree beam antenna alone with an envelope.

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-degree beam antenna 41 alone such as the first system first antenna 41a1 has directivity as shown in FIG. 9, and the 0-degree direction in FIG. 9 is the directivity direction, and the gain of 9 dBi is Has been obtained. On the contrary, in the 180 degree direction, the directivity is blocked by the presence of the reflection plate 49, and thus the gain is 0 dBi.

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 steel pipe column 43, and the radio waves from both are synthesized by the first hybrid distribution synthesizer 44a. The directivity of the single-system antenna 41a is a solid envelope shown in FIG.

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 hybrid distribution synthesizer 44b, and the directivity of the combined second system antenna 41b is increased. It is the envelope of the wavy line shown in FIG. The gain of another conventional transmission / reception antenna 40 is in the range of −14.8 dBi to 9.7 dBi.

日本電信電話公社 横須賀電気通信研究所 「１８０°ビームアンテナを用いた基地局スペースダイバシチィの特性」 日本 昭和５９年度電子通信学会総合全国大会 ２４５１番NIPPON TELEGRAPH AND TELEPHONE CORPORATION Yokosuka Institute of Electrical Communication "Characteristics of Space Diversity of Base Stations Using 180 ° Beam Antenna" Japan

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 / reception antenna 40 is similar to the conventional transmission / reception antenna 30 described above, and the distance L2 between the two antennas as much as possible (see FIG. 7B). ) To receive radio waves with different propagation paths. Generally, it is installed at a distance of about 10 wavelengths from 3 wavelengths (3λ).

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 / reception antenna 40 requires four 180-degree beam antennas (directional antennas) in order to obtain a service area in all directions of 360 degrees. It was costly.

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.

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。It is a figure which shows the outline | summary of the diversity antenna of this invention, Comprising: (a) is a perspective view which shows the external appearance structure, (b) is a block diagram which shows the structure of an antenna. 図１に示す９０°ハイブリッド分配合成器の説明図である。It is explanatory drawing of the 90 degree hybrid distribution synthesizer shown in FIG. 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。It is a figure which shows the beam pattern of the horizontal surface of the diversity antenna of FIG. 1 with an envelope. 従来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。It is a figure which shows the outline | summary of the conventional diversity antenna, Comprising: (a) is a perspective view which shows the external appearance structure, (b) is a block diagram which shows the structure of an antenna. 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。It is a figure which shows the beam pattern of the horizontal surface of the diversity antenna of FIG. 4 with an envelope. 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。It is a figure which shows the beam pattern of the horizontal surface of an omni antenna single-piece | unit with an envelope. 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。It is a figure which shows the external appearance structure of the other conventional diversity antenna, (a) is a perspective view, (b) is a top view. 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。It is a figure which shows the beam pattern of the horizontal surface of the diversity antenna of FIG. 7 with an envelope. 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。It is a figure which shows the beam pattern of the horizontal surface of a 180-degree beam antenna single-piece | unit with an envelope.

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 diversity antenna 1 according to the present invention shown in FIG. 1 (a) is largely composed of two omni antennas 11 (first antenna 11a and second antenna 11b) in order to obtain a service area in all directions of 360 degrees. .

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 omni antennas 11 are arranged so as to oppose each other via a steel pipe column 13 of a steel tower, and an omni is placed by an arm 12 horizontally placed between the steel tube column 13 and the omni antenna 11 as a support column of the antenna. The point that the antenna 11 is fixed to the steel pipe column 33 is the same as that of the conventional transmission / reception antenna 30 according to FIG. The configuration of the omni antenna 11 is the same as that of the omni antenna 31 of the conventional transmission / reception antenna 30.

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 first antenna 11a is fed by the feed line 16, and the second antenna 11b is fed by the feed line 16 and the radio base station 17 via the 90 ° hybrid distributor / combiner 14. It is drawn into the base station radio 18 inside. A radio wave received by the first antenna 11a is a first radio wave, and a radio wave received by the second antenna 11b is a second radio wave.

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 / combiner 14 is a 90 ° hybrid divider / combiner widely used as a power divider / synthesizer circuit used for power distribution and power synthesis of high-frequency signals in a radio frequency band. Composed.

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 / combiner 14 includes four terminals 14 a, and when the antenna side is regarded as an input and the radio side is regarded as an output, the input is one input. On the other hand, an equal distribution with a 90 ° phase difference is made between the two outputs, and when each of the two inputs is input, an equal distribution with a 90 ° phase difference is made and synthesized, and each output becomes 90 °. ° A signal with phase difference is output. The 90 ° hybrid distributor / synthesizer 14 is bi-directional, and can similarly distribute and synthesize signals from both the input and output sides.

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 terminals 14a, the first input terminal connected to the first antenna 11a is IN1, the second input terminal connected to the second antenna 11b is IN2, and the first output terminal is connected to the transmission / reception duplexer 15. The 90 ° hybrid distribution synthesizer 14 will be described with OUT2 as the second output terminal directly connected to the second receiver 18b2 as OUT2.

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 / synthesizer 14 equally distributes a signal (first radio wave) input from IN1 to OUT1 and OUT2 in half, and outputs a signal that is 90 ° out of phase.

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 omni antennas 11, and directional diversity reception becomes possible.

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 / combiner 14 is connected to the transmission / reception duplexer 15 via the feed line 16. The transmission / reception shared device 15 is connected to the transmitter 18 a and the first receiver 18 b 1 of the base station radio 18. Therefore, the first antenna 11a functions as a transmission / reception shared antenna. On the other hand, OUT2 of the 90 ° hybrid distributor / combiner 14 is directly pulled into the base station radio 18 in the radio base station 17 and connected to the second receiver 18b2. The first receiver 18b1 and the second receiver 18b2 cooperate to function as a diversity receiver (receiver 18b).

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 / synthesizer 14 is capable of distributing and synthesizing radio waves with the same 90 ° phase change from both the input side and output side directions. Are distributed by the hybrid distributor / combiner 14 via the duplexer 15 and OUT1, and output from the omni antennas 11 of the first antenna 11a and the second antenna 11b. Therefore, like the first antenna 11a, the second antenna 11b also functions as a transmission / reception shared antenna.

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 / synthesizer 14, two 90-degree hybrid distributor / synthesizer 14 outputs the two combined radio waves that are distributed and combined and are 90 ° out of phase with each other. The output from OUT1 is the first synthesized radio wave, and the output from OUT2 is the second synthesized radio wave. Further, an antenna configured by the first antenna 11a, the second antenna 11b, and the 90 ° hybrid distribution synthesizer 14 (OUT1) that receives the first synthesized radio wave is referred to as a first synthesized antenna. Similarly, an antenna constituted by the first antenna 11a, the second antenna 11b, and the 90 ° hybrid distribution synthesizer 14 (OUT2) that receives the second synthesized radio wave is referred to as a second synthesized antenna.

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 power supply line 16 and the duplexer 15, and the second synthesized radio wave is connected to OUT2 via the power supply line 16. It is received by the second receiver 18b2, and it is possible to obtain not only a space diversity effect but also a directivity (angle) diversity effect.

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 diversity antenna 1 obtains the spatial diversity effect and the directivity diversity effect by the two receivers 18b, that is, the first receiver 18b1 and the second receiver 18b2, and the first receiver 18b1 and the second receiver 18b1. Along with reception at the receiver 18b2, two radio waves having the combined directivity (the first combination method) such as a selection combining method, an equal gain combining method, a maximum ratio combining method, etc., which are known diversity combining methods, are used by a diversity combining circuit (not shown). 1 synthesized radio waves and second synthesized radio waves) are synthesized, and radio waves with high voltage are selected (selective synthesis method) or synthesized radio waves are used (equal gain synthesis method, maximum ratio synthesis method, etc.).

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-antennas 11 have not only a space diversity effect but also a directional diversity effect, like the conventional transmission / reception antenna 30 and other conventional transmission / reception antennas 40, the space diversity effect can be reliably obtained. As much as possible, it is less necessary to increase the distance L3 between the antennas (see FIG. 1A).

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 omni antennas 11 may be equal to or greater than the half wavelength (1 / 2λ) that is not correlated with the reception of both antennas. However, since the diversity effect can be sufficiently obtained at about three wavelengths and the distance between the antennas can be shortened, the diversity antenna can exhibit a sufficient effect with a simple structure.

[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 diversity antenna 1 of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a diagram illustrating a horizontal beam pattern of the diversity antenna of FIG. 1 with an envelope.

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 omni antennas 11 having a gain of 6.3 dBi as an example, and the solid line indicates the directivity of the first combined antenna related to the first combined radio wave. Yes, the line shown by the broken line is the directivity of the second synthetic antenna related to the second synthetic radio wave, and the directivity of the first synthetic antenna and the second synthetic antenna is not only the influence of the obstacle such as the steel pipe column 13, Ripple is conspicuous due to the distribution and combination by the 90 ° hybrid distribution synthesizer 14 (the waveform that was a wave is prominent). Further, the gain distribution of the two omni antennas 11 is about −27.8 dBi in the low part and 10.9 dBi in the high part.

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 diversity antenna 1 according to the present invention, the distribution and synthesis by the 90 ° hybrid distributor / synthesizer 14 is performed by distributing and synthesizing the two inputs with a phase difference of 90 degrees (for ¼ wavelength). As shown, there are portions where the gain increases and decreases according to the phase shift, and both the first combined radio wave and the second combined radio wave have large ripples in the beam pattern.

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 receivers 18b, the first synthesized radio wave and the second synthesized radio wave are synthesized by a diversity synthesis circuit (not shown), and a radio wave having a high voltage is selected (selective synthesis method). Alternatively, synthetic radio waves are used (equal gain synthesis method, maximum ratio synthesis method, etc.).

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 diversity antenna 1. Effective beam pattern. In this way, the first synthesized radio wave and the second synthesized radio wave complement each other, and as a result, an omnidirectional beam pattern can be obtained, and a gain higher than the original antenna gain can be obtained.

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 / synthesizer 14 distributes and synthesizes the two inputs with a 90 ° phase shift (for 1/4 wavelength), the first synthesizer antenna and the second synthesizer are combined. The peak gain of the antenna beam is shifted in the direction, and a directional diversity effect can be obtained.

[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 diversity antenna 1 according to the present invention, distribution and synthesis are performed with a 90 ° phase shift (for 1/4 wavelength) with respect to the two inputs by the distribution and synthesis by the 90 ° hybrid distributor / combiner 14. As shown in FIG. 3, a large ripple is generated in the beam pattern.

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 / combiner 14 is that diversity is received although the gain is increased in the high ripple portion and the gain is decreased in the low portion. In addition to functioning as a directional antenna in which the peak gain of the antenna is directionally shifted, in addition to the normal space diversity effect (gain obtained by installing two omni antennas 11 apart in the horizontal direction), It is possible to obtain a directivity diversity effect.

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 / combiner 14 is lower at the bottom of the ripple than the gain of the omni antenna 11 alone (FIGS. 5 and 6). The gain of the high ripple portion is 10.9 dBi, which is higher than 6.3 dBi, which is the gain of the omni antenna 11 alone, and is improved. Furthermore, the maximum gain (10.9 dBi) of the diversity antenna 1 according to the present invention is larger than the maximum gain of 8.4 dBi of the conventional transmission / reception antenna 30 and the maximum gain of 9.7 dBi of the other conventional transmission / reception antenna 40. It has improved.

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 / synthesizer 14 has bi-directionality, it is possible to distribute and synthesize radio waves from both the input and output directions. When the output from the transmitter 18a is connected to OUT1, IN1 and IN2 are connected. It is equally distributed by half and output with a phase difference of 90 degrees.

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 channel 1 and channel 2 signals is equally distributed, output from each of IN1 and IN2, and transmitted from each of the two omni antennas connected to IN1 and IN2 by half. Is done.

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 radio base station 17 is equally distributed with a 90 ° phase shift by the same 90 ° hybrid distribution synthesizer 14, contrary to reception, and transmitted from both omni antennas 11.

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 omni antenna 11 has ripples, and high and low levels appear. When the gain of one omni antenna 11 is low, the gain of the other omni antenna 11 is Since it is high, the transmission antenna has a beam pattern similar to that of reception as a whole.

[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 diversity antenna 1 according to the present invention, a comparison table of the configuration of the present invention, the conventional transmission / reception antenna 30 and the other conventional transmission / reception antenna 40 is shown as “Table 1” below. In “Table 1”, since the gain after installation of the antenna varies depending on the distance between the two antennas (L1, L2, L3) and the diameter of the steel pipe column, the distance between the antennas is set to 5 wavelengths. This is a comparison when the diameter of the steel pipe column is unified as 0.3 wavelength. In addition, the gain was compared with an omni antenna 6.3 dBi as a reference as an example.

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 diversity antenna 1 according to the present invention has been described with reference to an omni antenna having a gain of 6.3 dBi. When a reflector is attached to the omni antenna and a 180-degree beam antenna is obtained, The 180-degree beam antenna 41 described in the other conventional transmission / reception antenna 40 is a single unit, and as shown in FIG. 9, the gain in the directivity direction is about 9 dBi, and “Table 1” is the same.

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 Diversity antenna 11 Omni antenna (omnidirectional antenna)
11a 1st antenna 11b 2nd antenna 12 Arm part 13 Steel pipe pillar 14 90 degree hybrid distribution synthesizer (power distribution combination circuit)
14a terminal IN1 first input terminal IN2 second input terminal OUT1 first output terminal OUT1 second output terminal 15 transmission / reception shared machine 16 power supply line 17 radio base station 18 base station radio 18a transmitter 18b receiver 18b1 first receiver 18b2 Second receiver 30 Conventional transmitting / receiving antenna 31 Omni antenna (omnidirectional antenna)
31a 1st antenna 31a1 1st feed line 31b 2nd antenna 31b1 2nd feed line 32 Arm part 33 Steel pipe pillar 35 Transmission / reception shared machine 37 Radio base station 38 Base station radio 38a Transmitter 38b Receiver 38b1 First receiver 38b2 First 2 Receiver 40 Other conventional transmission / reception antenna 41 180 degree beam antenna (directional antenna)
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 2nd antenna 42 Arm part 43 Steel pipe pillar 44 Hybrid distribution synthesizer 44a First hybrid distribution synthesizer 44b Second hybrid distribution synthesizer 44c Terminal 46 Feed line 49 Reflector

Claims (2)

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、
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. . 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請求項１に記載のダイバシチィアンテナ。   The power distribution / combination circuit is a 90 ° hybrid distribution synthesizer, and the first radio wave and the second radio wave are equally distributed and combined, and the first combined radio wave and the second synthesis output from the 90 ° hybrid distribution synthesizer. The diversity antenna according to claim 1, wherein a phase shift from the radio wave is 90 °.

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