JP2019036814A - アンテナ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 水平面の指向性をオムニ特性とセクタ特性に切り替えるとともに、垂直面の指向性を制御できるアンテナ装置を提供することを目的とする。【解決手段】 アンテナ素子と、アンテナ素子が配置された位置を中心とする所定の半径の円周上に複数の無給電素子とが平面上に配置されたアンテナ部と、無給電素子に配置され、無給電素子の長さを調整する第１調整部と、無給電素子に配置され、平面に対して垂直方向に無給電素子の位置を調整する第２調整部とを備える。【選択図】 図１

Description

本発明は、アンテナ装置に関する。

５ＧＨｚ帯の電磁波を用いた高速無線アクセスシステムには、ＩＥＥＥ８０２．ａの規格に基づくものがある。ＩＥＥＥ８０２．ａの規格に基づく高速無線アクセスシステムは、直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ：Orthogonal Frequency Division Multiplexing）変調方式を用いることにより、マルチパスフェージング環境での特性を安定化させて、最大５４Ｍｂｉｔ／ｓのスループットを実現している。

また、ＩＥＥＥ８０２．１１ｎの規格に基づく高速無線アクセスシステムでは、複数のアンテナを用いて同一の無線チャネルで空間分割多重を行うＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）や、２０ＭＨｚの周波数チャネルを２つ同時に利用して４０ＭＨｚの周波数チャネルを利用するチャネルボンディング技術を用いて、最大６００Ｍｂｉｔｓ／ｓの伝送速度を実現している。

また、ＩＥＥＥ８０２．１１ａｃの規格に基づく高速無線アクセスシステムでは、２０ＭＨｚの周波数チャネル４つを同時に利用して８０ＭＨｚの周波数チャネルとして利用するチャネルボンディング技術や、マルチユーザＭＩＭＯを利用して同一の無線チャネルで、複数の無線局に対して同時に伝送を行う空間分割多元接続（ＳＤＭＡ：Spatial Division Multiple Access）の伝送技術を用いて、ＩＥＥＥ８０２．１１ｎの規格より高速かつ高効率な無線通信を実現している。

さらに、高速無線アクセスシステムの伝送特性を高めるために、システムで用いられるアンテナの指向性を切り替えることが検討されている。例えば、ダイポールアンテナと複数の無給電素子を有するアンテナ装置を基地局に配置し、無給電素子を制御することでアンテナ装置の指向性を切り替える技術が提案されている（例えば、非特許文献１参照）。そして、基地局と無線通信するスマートフォンやタブレット型端末等の携帯通信端末の通信環境に応じてアンテナ装置の指向性を切り替えることにより、携帯通信端末における受信電力を高めることができる。

J. Cheng, M. Hashiguchi, K. Iigusa, T. Ohira,"Electronically steerable parasitic array radiator antenna for omni- and sector pattern forming applications to wireless ad hoc networks,"IEEE Proceedings Microwaves, antennas and propagation, vol.150, no.4, Aug. 2003.

近年、基地局は、高い通信品質を提供するために、高い密度で設置されている。このような通信環境では、基地局と無線通信する携帯通信端末によっては、オムニ特性である無指向性が適する場合と、セクタ特性を代表とする有指向性（水平面および垂直面）が適する場合とがある。しかしながら、従来技術では、通信環境に応じて、水平面の指向性をオムニ特性とセクタ特性とに切り替えると同時に、垂直面の指向性を制御することは難しい。

本発明は、水平面の指向性をオムニ特性とセクタ特性に切り替えるとともに、垂直面の指向性を制御できるアンテナ装置を提供することを目的とする。

第１の発明は、アンテナ素子と、アンテナ素子が配置された位置を中心とする所定の半径の円周上に複数の無給電素子とが平面上に配置されたアンテナ部と、無給電素子に配置され、無給電素子の長さを調整する第１調整部と、無給電素子に配置され、平面に対して垂直方向に無給電素子の位置を調整する第２調整部とを備えることを特徴とするアンテナ装置。

第２の発明は、第１の発明において、第２調整部は、複数の可変容量デバイスをさらに備えることを特徴とする。

第３の発明は、第１の発明または第２の発明において、第１調整部は、アンテナ部における水平面の指向性をオムニ特性にする場合、無給電素子の長さを他の無給電素子の長さと同じに調整し、アンテナ部における水平面の指向性をセクタ特性にする場合、無給電素子の位置とセクタ特性において利得が最大となる方向とに応じて、無給電素子の長さを調整することを特徴とする。

第４の発明は、第３の発明において、第２調整部は、セクタ特性の利得が最大となる方向に配置された少なくとも１つの無給電素子の位置を、他の無給電素子の位置と異なる位置に調整することを特徴とする。

第５の発明は、第１の発明ないし第４の発明のいずれかにおいて、アンテナ素子を介して複数の通信端末の各々からの電磁波の信号を受信する受信部と、受信した複数の通信端末の各々の信号の受信電力を測定する測定部と、アンテナ部の指向性を複数の第１指向性の各々に順次に設定し、設定された複数の第１指向性の各々において測定部により測定された受信電力に基づいて、複数の第１指向性のうちアンテナ部に設定する第１指向性を決定し、決定した第１指向性となるように第１調整部および第２調整部を制御する制御部とをさらに備えることを特徴とする。

第６の発明は、第１の発明ないし第４の発明のいずれかにおいて、アンテナ素子を介して複数の通信端末の各々からの電磁波の信号を受信する受信部と、受信した複数の通信端末の各々の信号の受信電力を測定する測定部と、アンテナ部の指向性を複数の第１指向性の各々に順次に設定し、設定された複数の第１指向性の各々において測定部により測定された受信電力と、複数の通信端末の各々の信号に含まれる通信端末が位置するセルを示すセル識別子とに基づいて、複数の第１指向性のうちアンテナ部に設定する第１指向性を決定し、決定した第１指向性となるように第１調整部および第２調整部を制御する制御部とをさらに備えることを特徴とする。

本発明は、水平面の指向性をオムニ特性とセクタ特性とに切り替えるとともに、垂直面の指向性を制御できる。

アンテナ装置の一実施形態を示す図である。 図１に示したアンテナ装置の指向性の一例を示す図である。 図１に示したアンテナ装置の指向性の別例を示す図である。 図１に示したアンテナ装置の指向性の別例を示す図である。 図１に示したアンテナ装置の指向性の別例を示す図である。 図１に示したアンテナ装置における垂直面の指向性のうち最大の利得を示すビームの向きと正のＸ軸方向と間のなす角度αと、図１に示した昇降部によるスライド量との関係の一例を示す図である。 アンテナ装置の別の実施形態を示す図である。 アンテナ装置の別の実施形態を示す図である。 アンテナ装置の別の実施形態を示す図である。 図９に示した制御装置の一例を示す図である。 図１０に示した測定テーブルの一例を示す図である。 図９に示したアンテナ装置における指向性の設定処理の一例を示す図である。

以下、図面を用いて実施形態について説明する。

図１は、アンテナ装置の一実施形態を示す。

図１に示したアンテナ装置１００は、例えば、基地局に配置され、スマートフォンやタブレット型端末等の携帯通信端末から送信された電磁波を受信するとともに、データを含む信号の電磁波を携帯通信端末に送信する。アンテナ装置１００は、アンテナ素子１０、４つの無給電素子２０（２０（１）−２０（４））、４つの昇降部３０および結合部４０を有する。

アンテナ素子１０は、例えば、スリーブアンテナであり、Ｚ軸方向に２分の１波長の素子長を有する。そして、アンテナ素子１０は、水平面のＸＹ平面に対して垂直のＺ軸方向に延在するように配置される。アンテナ素子１０は、結合部４０を介して、基地局からのデータを含む信号を携帯通信端末に電磁波で送信する。また、アンテナ装置１００は、携帯通信端末から送信された電磁波を受信し、結合部４０を介して受信した電磁波の信号を基地局に出力する。なお、アンテナ装置１００は、ダイポールアンテナ等でもよい。

無給電素子２０は、アンテナ素子１０が配置された位置を中心にして、半径Ｒの円周上に等間隔でＸＹ平面に配置される。すなわち、無給電素子２０（１）−２０（４）の各々の位置は、アンテナ素子１０の位置をＸＹ平面の原点とする場合、（Ｒ，０）、（０，Ｒ）、（−Ｒ，０）および（０，−Ｒ）である。なお、半径Ｒは、アンテナ素子１０との相互結合の影響を低減可能な自由空間波長で８分の１波長以上の距離に設定される。また、４つ以外の複数の無給電素子２０が配置されてもよい。アンテナ素子１０と無給電素子２０とは、アンテナ部として動作する。

図１に示すように、無給電素子２０（１）は、例えば、円柱状の銅等の金属部材２１、２２と、ダイオード２３とを有する。そして、金属部材２１と金属部材２２とは、ダイオード２３を介して接続され、無給電素子２０（１）は、アンテナ装置１００または基地局に含まれる電源から印加される電圧に応じて素子長が調整される。例えば、無給電素子２０（１）は、ダイオード２３に電圧が印加されない場合、金属部材２１の長さの素子長を有し、アンテナ素子１０の導波器として動作する。一方、無給電素子２０（１）は、ダイオード２３に電圧が印加される場合、金属部材２１と金属部材２２との長さの素子長を有し、アンテナ素子１０の反射器として動作する。

なお、導波器として動作する場合の無給電素子２０の素子長（金属部材２１の長さ）は、自由空間波長において０．４波長に調整される。電磁波の周波数が５ＧＨｚの場合、０．４波長は約２４ｍｍである。また、反射器として動作する場合の無給電素子２０の素子長は、自由空間波長において０．５８波長に調整される。電磁波の周波数が５ＧＨｚの場合、０．５８波長は約３２ｍｍである。なお、金属部材２１、２２の長さは、基地局が配置される通信環境や基地局に設置される箇所等に応じて適宜決定されることが好ましい。

なお、無給電素子２０（２）−２０（４）についても、無給電素子２０（１）と同様の要素を有し、無給電素子２０（１）と同様に動作する。

また、ダイオード２３の代わりに、無給電素子２０の素子長を切り替えるスイッチデバイスが用いられてもよい。ダイオード２３は、第１調整部の一例である。

昇降部３０は、昇降機等であり、アンテナ装置１００または基地局に含まれるプロセッサ等の制御部からの制御指示に基づいて、アンテナ素子１０に対して無給電素子２０の位置をＺ軸方向に移動させる。例えば、昇降部３０は、０．０２波長から０．４２波長（電磁波の周波数が５ＧＨｚの場合、約１ｍｍから約２５ｍｍ）のスライド量の範囲で無給電素子２０を移動させる。これにより、アンテナ装置１００は、水平面の指向性とともに、垂直方向の指向性を制御することができる。昇降部３０は、第２調整部の一例である。

結合部４０は、アンテナコネクタ等であり、アンテナ装置１００と基地局とを同軸ケーブル等で接続する。そして、結合部４０は、アンテナ装置１００が受信した電磁波の信号を基地局に出力するとともに、基地局からのデータを含む信号をアンテナ装置１００に出力する。

図２は、図１に示したアンテナ装置１００の指向性の一例を示す。図２は、各無給電素子２０のダイオード２３に電圧を印加せずに、全ての無給電素子２０が導波器として動作させることで、アンテナ装置１００の水平面の指向性がオムニ特性となる場合のシミュレーションの結果を示す。なお、図２のシミュレーションでは、電磁波の周波数は、５ＧＨｚに設定され、昇降部３０によるスライド量は、０ｍｍに設定される。

図２（ａ）は、垂直面（ＸＺ平面）における指向性を破線で示す。図２（ｂ）は、水平面（ＸＹ平面）における指向性を破線で示す。図２（ａ）に示すように、アンテナ装置１００の垂直面の指向性は、スリーブアンテナ、すなわち半波長ダイポールアンテナと同様のビームパターンを示す。一方、図２（ｂ）に示すように、アンテナ装置１００の垂直面の指向性は、無指向性、すなわちオムニ特性を示す。

図３は、図１に示したアンテナ装置１００の指向性の別例を示す。図３は、図２の場合と同様に、各無給電素子２０のダイオード２３に電圧を印加せず、全ての無給電素子２０が導波器として動作させることで、アンテナ装置１００の水平面の指向性がオムニ特性となる場合のシミュレーションの結果を示す。なお、図３のシミュレーションでは、電磁波の周波数は、５ＧＨｚに設定され、昇降部３０によるスライド量は、１０ｍｍに設定される。すなわち、無給電素子２０は、正のＺ軸方向に１０ｍｍ移動している。

図３（ａ）は、垂直面における指向性を破線で示し、図３（ｂ）は、水平面における指向性を破線で示す。図３（ａ）に示すように、アンテナ装置１００の垂直面の指向性は、無給電素子２０が正のＺ軸方向に１０ｍｍ移動することにより、図２（ａ）に示した指向性と比べて、正のＸ軸方向に対して負のＺ軸方向に角度α（約２５度）下がる。すなわち、昇降部３０が無給電素子２０の位置をＺ軸方向に移動させることにより、アンテナ装置１００は、垂直面の指向性を制御できる。一方、図３（ｂ）に示すように、アンテナ装置１００の垂直面の指向性は、図２（ｂ）に示した指向性と同様に、オムニ特性を示す。

図４は、図１に示したアンテナ装置１００の指向性の別例を示す。図４では、無給電素子２０（１）は、ダイオード２３に電圧が印加されずに導波器として動作し、無給電素子２０（２）−２０（４）は、ダイオード２３に電圧が印加されて反射器として動作することで、アンテナ装置１００の水平面の指向性が正のＸ軸方向に向いたセクタ特性となる場合のシミュレーションの結果を示す。図４のシミュレーションでは、電磁波の周波数は、５ＧＨｚに設定され、昇降部３０によるスライド量は、０ｍｍに設定される。

図４（ａ）は、垂直面における指向性を破線で示し、図４（ｂ）は、水平面における指向性を破線で示す。図４（ａ）に示すように、アンテナ装置１００は、正のＸ軸方向に最大の利得を示すビームパターンを垂直面の指向性として有する。一方、図４（ｂ）に示すように、アンテナ装置１００は、正のＸ軸方向に最大の利得を示すビームパターンのセクタ特性を水平面の指向性として有する。

図５は、図１に示したアンテナ装置１００の指向性の別例を示す。図５では、図４の場合と同様に、無給電素子２０（１）は、ダイオード２３に電圧が印加されずに導波器として動作し、無給電素子２０（２）−２０（４）は、ダイオード２３に電圧が印加されて反射器として動作することで、アンテナ装置１００の水平面の指向性が正のＸ軸方向に向いたセクタ特性となる場合のシミュレーションの結果を示す。なお、図５のシミュレーションでは、電磁波の周波数は、５ＧＨｚに設定され、昇降部３０によるスライド量は、１０ｍｍに設定される。すなわち、無給電素子２０は、正のＺ軸方向に１０ｍｍ移動している。

図５（ａ）は、垂直面における指向性を破線で示し、図５（ｂ）は、水平面における指向性を破線で示す。図５（ａ）に示すように、アンテナ装置１００は、無給電素子２０が正のＺ軸方向に１０ｍｍ移動することにより、図４（ａ）の場合と比べて、正のＸ軸方向に対して負のＺ軸方向に角度α（約１０度）下がった方向に、最大の利得を示すビームパターンを垂直面の指向性として有する。すなわち、昇降部３０が無給電素子２０の位置をＺ軸方向に移動させることにより、アンテナ装置１００は、垂直面の指向性を制御できる。一方、図５（ｂ）に示すように、アンテナ装置１００は、水平面において、図４（ｂ）の場合と同様のセクタ特性を有する。

なお、昇降部３０は、導波器として動作する少なくとも１つの無給電素子２０（１）を移動させ、反射器として動作する無給電素子２０（２）−２０（４）を移動させなくてもよい。すなわち、アンテナ装置１００は、図４に示したセクタ特性の利得が最大となる正のＺ軸方向に配置された無給電素子２０（１）をＺ軸方向に移動させることで、図５と同様に垂直面の指向性を制御できる。

図６は、図１に示したアンテナ装置１００における垂直面の指向性のうち最大の利得を示すビームの向きと正のＸ軸方向と間のなす角度αと、図１に示した昇降部３０によるスライド量との関係の一例を示す。図６（ａ）は、水平面の指向性がオムニ特性の場合の角度αとスライド量との関係のシミュレーションの結果を示す。図６（ｂ）は、水平面の指向性がセクタ特性の場合の角度αとスライド量との関係のシミュレーションの結果を示す。なお、図６の縦軸は、角度αを示し、横軸はスライド量を示す。また、図６のシミュレーションでは、電磁波の周波数は、５ＧＨｚに設定される。

図６（ａ）に示すように、水平面の指向性がオムニ特性の場合、スライド量が０ｍｍから３０ｍｍに増加するに従い、角度αも比例して増加する。一方、図６（ｂ）に示すように、水平面の指向性がセクタ特性の場合、スライド量が０ｍｍから３０ｍｍに増加するに従い、角度αも比例して増加する。これにより、昇降部３０が無給電素子２０の位置をＺ軸方向に移動させることにより、アンテナ装置１００は、垂直面の指向性を制御できる。

以上、図１から図６に示した実施形態では、アンテナ装置１００は、無給電素子２０の素子長を制御することにより、水平面の指向性をオムニ特性またはセクタ特性に制御することができる。また、アンテナ装置１００は、昇降部３０を用いて、無給電素子２０をＺ軸方向に移動させることにより、水平面の指向性をオムニ特性またはセクタ特性に制御するとともに、垂直面の指向性を制御できる。

図７は、アンテナ装置の別の実施形態を示す。図１で説明した要素と同一または同様の機能を有する要素については、同一または同様の符号を付し、これらについては、詳細な説明を省略する。

図７に示したアンテナ装置１００Ａは、例えば、基地局に配置され、スマートフォンやタブレット型端末等の携帯通信端末から送信された電磁波を受信するとともに、データを含む信号の電磁波を携帯通信端末に送信する。アンテナ装置１００Ａは、アンテナ素子１０、４つの無給電素子２０ａ（２０ａ（１）−２０ａ（４））、４つの昇降部３０および結合部４０を有する。

無給電素子２０ａは、図１に示した無給電素子２０と同様に、アンテナ素子１０が配置された位置を中心にして、半径Ｒの円周上に等間隔で配置される。すなわち、無給電素子２０ａ（１）−２０ａ（４）の各々の位置は、アンテナ素子１０の位置をＸＹ平面の原点とする場合、（Ｒ，０）、（０，Ｒ）、（−Ｒ，０）および（０，−Ｒ）である。なお、半径Ｒは、アンテナ素子１０との相互結合の影響を低減可能な自由空間波長で８分の１波長以上の距離に設定される。また、４つ以外の複数の無給電素子２０ａが配置されてもよい。

図７に示すように、無給電素子２０ａ（１）は、例えば、円柱状の銅等の金属部材２１ａ、２２ａ、２２ｂと、ダイオード２３ａ、２３ｂとを有する。金属部材２１ａと金属部材２２ａとは、ダイオード２３ａを介して接続され、金属部材２１ａと金属部材２２ｂとは、ダイオード２３ｂを介して接続される。そして、ダイオード２３ａ、２３ｂは、アンテナ装置１００または基地局の電源から印加される電圧に応じて容量を変化させることで、無給電素子２０ａ（１）の素子長を調整する。すなわち、ダイオード２３ａ、２３ｂは、可変容量デバイスとして用いられる。ダイオード２３ａ、２３ｂは、第１調整部の一例である。

そして、無給電素子２０ａ（１）は、導波器として動作する場合、ダイオード２３ａ、２３ｂに印加される電圧が調整されることで、自由空間波長において０．４波長の素子長となるように調整される。また、無給電素子２０ａ（１）は、反射器として動作する場合、ダイオード２３ａ、２３ｂに印加される電圧が調整されることで、自由空間波長において０．５８波長の素子長となるように調整される。

なお、金属部材２１ａ、２２ａ、２２ｂの長さは、基地局が配置される通信環境や基地局に設置される箇所等に応じて適宜決定されることが好ましい。

また、無給電素子２０ａ（２）−２０ａ（４）についても、無給電素子２０ａ（１）と同様の要素を有し、無給電素子２０ａ（１）と同様に動作する。

なお、アンテナ装置１００Ａの指向性は、図２から図６に示したアンテナ装置１００の指向性と同様であり、詳細な説明を省略する。

以上、図７に示した実施形態では、アンテナ装置１００Ａは、無給電素子２０ａの素子長を制御することにより、水平面の指向性をオムニ特性またはセクタ特性に制御することができる。また、アンテナ装置１００Ａは、昇降部３０を用いて、無給電素子２０ａをＺ軸方向に移動させることにより、水平面の指向性をオムニ特性またはセクタ特性に制御するとともに、垂直面の指向性を制御できる。

図８は、アンテナ装置の別の実施形態を示す。図１および図７で説明した要素と同一または同様の機能を有する要素については、同一または同様の符号を付し、これらについては、詳細な説明を省略する。

図８に示したアンテナ装置１００Ｂは、例えば、基地局に配置され、スマートフォンやタブレット型端末等の携帯通信端末から送信された電磁波を受信するとともに、データを含む信号の電磁波を携帯通信端末に送信する。アンテナ装置１００Ｂは、アンテナ素子１０、４つの無給電素子２０ｂ（２０ｂ（１）−２０ｂ（４））および結合部４０を有する。

無給電素子２０ｂは、図１に示した無給電素子２０と同様に、アンテナ素子１０が配置された位置を中心にして、半径Ｒの円周上に等間隔で配置される。そして、半径Ｒは、アンテナ素子１０との相互結合の影響を低減可能な自由空間波長で８分の１波長以上の距離に設定される。また、４つ以外の複数の無給電素子２０ｂが配置されてもよい。

図８に示すように、無給電素子２０ｂ（１）は、例えば、円柱状の銅等の金属部材２１ａ、２２ａ、２２ｂと、ダイオード２３ｃ（２３ｃ（１）−２３ｃ（６））とを有する。金属部材２１ａと金属部材２２ａとは、直列に接続されたダイオード２３ｃ（１）−２３ｃ（３）を介して接続され、金属部材２１ａと金属部材２２ｂとは、直列に接続されたダイオード２３ｃ（４）−２３ｃ（６）を介して接続される。そして、ダイオード２３ｃは、アンテナ装置１００Ｂまたは基地局の電源から印加される電圧に応じて容量を変化させることで、無給電素子２０ａ（１）の素子長を調整する。すなわち、ダイオード２３ｃは、可変容量デバイスとして用いられる。ダイオード２３ｃは、第１調整部の一例である。

また、６つのダイオード２３ｃがＺ軸方向に配置されることにより、ダイオード２３ｃは、アンテナ装置１００Ｂまたは基地局の電源からの電圧の印加に応じてオンオフ動作することにより、無給電素子２０ｂ（１）の位置をＺ軸方向に移動させる。ダイオード２３ｃは、第２調整部の一例である。

例えば、無給電素子２０ｂ（１）は、スライド量が０ｍｍの導波器として動作させる場合、素子長が０．４波長となるように、ダイオード２３ｃ（４）、２３ｃ（５）の各々に電圧を調整して印加する。また、無給電素子２０ｂ（１）は、スライド量が０ｍｍの反射器として動作させる場合、素子長が０．５８波長となるように、ダイオード２３ｃ（４）、２３ｃ（５）の各々に電圧を調整して印加する。なお、少なくともダイオード２３ｃ（３）、２３ｃ（６）には、電圧を印加しない。これにより、無給電素子２０ｂ（１）の有効長をダイオード２３ｃ（３）とダイオード２３ｃ（６）との間に設定する。

また、無給電素子２０ｂ（１）、正のＺ軸方向に移動させた導波器として動作させる場合、素子長が０．４波長となるように、例えば、ダイオード２３ｃ（２）、２３ｃ（３）の各々に電圧を調整して印加する。すなわち、無給電素子２０ｂ（１）は、ダイオード２３ｃ（５）、２３ｃ（６）の２つ分のスライド量だけ、正のＺ軸方向に移動する。また、無給電素子２０ｂ（１）は、正のＺ軸方向に移動させた反射器として動作させる場合、素子長が０．５８波長となるように、ダイオード２３ｃ（２）、２３ｃ（３）の各々に電圧を調整して印加する。なお、少なくともダイオード２３ｃ（１）、２３ｃ（４）には、電圧を印加しない。これにより、無給電素子２０ｂ（１）の有効長をダイオード２３ｃ（１）とダイオード２３ｃ（４）との間に設定する。

なお、６つ以外の複数のダイオード２３ｃが配置されてもよい。ダイオード２３ｃの数が多くなるに従い、Ｚ軸方向に無給電素子２０ｂ（１）を移動させるスライド量を細かく制御できる。

また、無給電素子２０ｂ（２）−２０ｂ（４）についても、無給電素子２０ｂ（１）と同様の要素を有し、無給電素子２０ｂ（１）と同様に動作する。

なお、アンテナ装置１００Ｂの指向性は、図２から図６に示したアンテナ装置１００の指向性と同様であり、詳細な説明を省略する。

以上、図８に示した実施形態では、アンテナ装置１００Ｂは、無給電素子２０ｂの素子長を制御することにより、水平面の指向性をオムニ特性またはセクタ特性に制御することができる。また、アンテナ装置１００Ｂは、ダイオード２３ｃを用いて、無給電素子２０ｂをＺ軸方向に移動させることにより、水平面の指向性をオムニ特性またはセクタ特性に制御するとともに、垂直面の指向性を制御できる。

図９は、アンテナ装置の別の実施形態を示す。図１で説明した要素と同一または同様の機能を有する要素については、同一または同様の符号を付し、これらについては、詳細な説明を省略する。

図９に示したアンテナ装置１００Ｃは、例えば、図１に示したアンテナ装置１００と同様に、基地局に配置され、スマートフォンやタブレット型端末等の携帯通信端末から送信された電磁波を受信するとともに、データを含む信号の電磁波を携帯通信端末に送信する。アンテナ装置１００Ｃは、アンテナ素子１０、４つの無給電素子２０（２０（１）−２０（４））、４つの昇降部３０、結合部４０および制御装置５０を有する。

制御装置５０は、プロセッサ等の演算処理部と、メモリ等の記憶部とを有するコンピュータ装置である。例えば、基地局からの制御指示に基づいて、演算処理部が、記憶部に記憶されているプログラムを実行することにより、制御装置５０は、アンテナ装置１００Ｃの各要素を制御する。

図１０は、図９に示した制御装置５０の一例を示す。図１０に示すように、制御装置５０は、受信部６０、測定部７０、制御部８０および記憶部９０を有する。

受信部６０は、例えば、結合部４０を介して、アンテナ素子１０が受信した携帯通信端末からの電磁波の信号を受信する。

測定部７０は、受信部６０が受信した信号の受信電力を測定する。また、測定部７０は、受信した信号に付加される携帯通信端末の位置を示す位置情報を取得する。そして、測定部７０は、例えば、携帯通信端末の受信電力および位置情報と、携帯通信端末を示す識別情報とを、アンテナ装置１００Ｃに設定されている指向性を示す指向性情報とともに、記憶部９０に出力し、測定テーブルＭＴに格納する。

制御部８０は、プロセッサ等であり、記憶部９０に記憶されているプログラムを実行することにより動作する。例えば、制御部８０は、アンテナ装置１００Ｃの指向性を設定するにあたり、予め決められた複数の指向性をアンテナ装置１００Ｃに順次に設定する。制御部８０は、測定部７０に対して、各指向性における携帯通信端末からの信号の受信電力を測定させ、測定テーブルＭＴを格納させる。そして、制御部８０は、測定テーブルＭＴを参照して、アンテナ装置１００Ｃの指向性を決定する。制御部８０は、決定した指向性に設定する制御指示を無給電素子２０のダイオード２３および昇降部３０を出力する。制御部８０の動作については、図１２で説明する。

記憶部９０は、メモリ等であり、プロセッサ等が実行するプログラムや測定テーブルＭＴ等を記憶する。測定テーブルＭＴについては、図１１で説明する。

図１１は、図１０に示した測定テーブルＭＴの一例を示す。測定テーブルＭＴは、水平面の指向性を保持する指向性領域ＲＡと、スライド量を保持するスライド量領域ＲＢと、Ｎ個の携帯通信端末の各々の受信電力と位置とを保持する端末領域Ｒ１−ＲＮとを有する。

指向性領域ＲＡには、制御部８０がアンテナ装置１００Ｃに設定する水平面の指向性を示す“オムニ特性”と、Ｍ個のセクタ特性の“セクタ１”や“セクタＭ”等が格納される。例えば、制御部８０は、測定テーブルＭＴを参照して、指向性領域ＲＡから“オムニ特性”を選択した場合、アンテナ装置１００Ｃの各無給電素子２０を導波器として動作させるために、ダイオード２３に電圧を印加しない制御指示を、各無給電素子２０のダイオード２３に出力する。また、制御部８０は、指向性領域ＲＡから“セクタ１”を選択した場合、“セクタ１”で設定される水平面の指向性に応じて、アンテナ装置１００Ｃの無給電素子２０のうち、導波器として動作する無給電素子２０のダイオード２３に対して電圧を印加しない制御指示を出力する。また、制御部８０は、反射器として動作する無給電素子２０のダイオード２３に対して電圧を印加する制御指示を出力する。

スライド量領域ＲＢには、制御部８０がアンテナ装置１００Ｃの昇降部３０に対して設定する正のＺ軸方向のスライド量が、指向性領域ＲＡに格納される指向性毎に格納される。図１１に示したスライド量領域ＲＢでは、例えば、スライド量は５ｍｍ等の所定の間隔で０ｍｍから３０ｍｍの範囲の値が格納される。そして、制御部８０は、測定テーブルＭＴを参照し、指向性領域ＲＡから水平面の指向性を選択するとともに、スライド量領域ＲＢからスライド量を選択し、選択したスライド量の移動を指示する制御指示を各昇降部３０に出力する。

端末領域ＲＣ１−ＲＣＮには、アンテナ装置１００Ｃに設定される指向性領域ＲＡの各指向性において、測定部７０により測定されたＮ個の携帯通信端末の各々からの信号の受信電力および位置が格納される。なお、Ｎ個の携帯通信端末の各々が、アンテナ装置１００Ｃの指向性が順次に変化する間、同じ位置に留まっていてもよく、１つの携帯通信端末が、アンテナ装置１００Ｃの指向性が１つのものに設定されている間、Ｎ個の位置それぞれに移動してもよい。また、携帯通信端末は、一般のユーザの携帯通信端末でもよく、測定用に使用され予め登録された通信事業者の通信端末でもよい。

図１２は、図９に示したアンテナ装置１００Ｃにおける指向性の設定処理の一例を示す。図１２に示した処理は、アンテナ装置１００Ｃが基地局に設けられる場合に実行されてもよく、１年等の所定の期間毎に実行されてもよい。

ステップＳ１００では、制御部８０は、例えば、図１１に示した測定テーブルＭＴを参照し、指向性領域ＲＡとスライド量領域ＲＢとを組み合わせた複数の指向性のうち、一の指向性をアンテナ装置１００Ｃに設定する。指向性領域ＲＡとスライド量領域ＲＢとを組み合わせた複数の指向性は、複数の第１指向性の一例である。

ステップＳ１１０では、測定部７０は、ステップＳ１００で設定された指向性を有するアンテナ装置１００Ｃを介して、受信したＮ個の携帯通信端末の各々からの信号の受信電力を測定する。そして、測定部７０は、携帯通信端末の受信電力および位置情報と、携帯通信端末を示す識別情報とを、アンテナ装置１００Ｃに設定されている指向性を示す指向性情報とともに、記憶部９０に出力し、測定テーブルＭＴに格納する。

ステップＳ１２０では、制御部８０は、指向性領域ＲＡとスライド量領域ＲＢとを組み合わせた複数の指向性のうち、アンテナ装置１００Ｃに設定する次の指向性があるか否かを判定する。次の指向性がある場合、アンテナ装置１００Ｃの処理は、ステップＳ１００に移る。一方、次の指向性がない、すなわち複数の指向性のすべてをアンテナ装置１００Ｃに設定した場合、アンテナ装置１００Ｃの処理は、ステップＳ１３０に移る。

ステップＳ１３０では、制御部８０は、記憶部９０に記憶された測定テーブルＭＴを参照し、アンテナ装置１００Ｃの指向性を決定する。例えば、制御部８０は、測定テーブルＭＴにおいて、予め登録された通信事業者の通信端末の受信電力を取得する。そして、制御部８０は、通信事業者の通信端末において、受信電力が最大値を示した時の水平面の指向性およびスライド量を、指向性領域ＲＡおよびスライド量領域ＲＢから抽出する。制御部８０は、抽出した指向性およびスライド量を、アンテナ装置１００Ｃに設定する指向性に決定する。

なお、制御部８０は、通信事業者の通信端末において、受信電力が最小値を示した時の水平面の指向性およびスライド量を、指向性領域ＲＡおよびスライド量領域ＲＢから抽出してもよい。これにより、制御部８０は、隣接する他の基地局に対して干渉等の影響を低減でき、通信品質の向上を図ることができる。

ステップＳ１４０では、制御部８０は、決定した指向性を設定する制御指示を無給電素子２０のダイオード２３および昇降部３０を出力する。

そして、アンテナ装置１００Ｃは、設定処理を終了する。

なお、制御装置５０は、図７に示したアンテナ装置１００Ａおよび図８に示したアンテナ装置１００Ｂに対しても、アンテナ装置１００Ｃの場合と同様に、図１２に示した設定処理を実行できる。

また、制御装置５０は、アンテナ装置１００Ｃを介して受信した複数の携帯通信端末からの信号の受信電力に基づいて、アンテナ装置１００Ｃの指向性を決定したが、これに限定されない。例えば、基地局がＩＥＥＥ８０２．ａｘ等の規格に基づいて携帯通信端末と無線通信する場合、携帯通信端末からの信号には、携帯通信端末がいずれの基地局のセルに位置するかを示すセル識別子が付加される。この場合、制御装置５０は、携帯通信端末の代わりに、各指向性における受信電力をセル識別子毎に格納したテーブルを生成してもよい。そして、制御装置５０は、例えば、生成したテーブルを用いて、予め登録された通信事業者の通信端末の信号に付加されるセル識別子に対する受信電力が最大または最小となるアンテナ装置１００Ｃの指向性を決定してもよい。これにより、制御装置５０は、隣接する他の基地局に対して干渉等の影響を低減でき、通信品質の向上を図ることができる。

以上、図９から図１２に示した実施形態では、アンテナ装置１００Ｃは、無給電素子２０ｂの素子長を制御することにより、水平面の指向性をオムニ特性またはセクタ特性に制御することができる。また、アンテナ装置１００Ｃは、昇降部３０を用いて、無給電素子２０ｂをＺ軸方向に移動させることにより、水平面の指向性をオムニ特性またはセクタ特性に制御するとともに、垂直面の指向性を制御できる。

以上の詳細な説明により、実施形態の特徴点および利点は明らかになるであろう。これは、特許請求の範囲がその精神および権利範囲を逸脱しない範囲で前述のような実施形態の特徴点および利点にまで及ぶことを意図するものである。また、当該技術分野において通常の知識を有する者であれば、あらゆる改良および変更に容易に想到できるはずである。したがって、発明性を有する実施形態の範囲を前述したものに限定する意図はなく、実施形態に開示された範囲に含まれる適当な改良物および均等物に拠ることも可能である。

１０…アンテナ素子；２０（１）−２０（４），２０ａ（１）−２０ａ（４），２０ｂ（１）−２０ｂ（４）…無給電素子；２１，２１ａ，２２，２２ａ，２２ｂ…金属部材；２３，２３ａ，２３ｂ，２３ｃ（１）−２３ｃ（６）…ダイオード；３０…昇降部；４０…結合部；５０…制御装置；６０…受信部；７０…測定部；８０…制御部；９０…記憶部；１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ…アンテナ装置；ＭＴ…測定テーブル

Claims (6)

1. アンテナ素子と、前記アンテナ素子が配置された位置を中心とする所定の半径の円周上に複数の無給電素子とが平面上に配置されたアンテナ部と、
   前記無給電素子に配置され、前記無給電素子の長さを調整する第１調整部と、
   前記無給電素子に配置され、前記平面に対して垂直方向に前記無給電素子の位置を調整する第２調整部と
   を備えることを特徴とするアンテナ装置。
2. 請求項１に記載のアンテナ装置において、
   前記第２調整部は、複数の可変容量デバイスをさらに備えることを特徴とするアンテナ装置。
3. 請求項１または請求項２に記載のアンテナ装置において、
   前記第１調整部は、前記アンテナ部における水平面の指向性をオムニ特性にする場合、前記無給電素子の長さを他の無給電素子の長さと同じに調整し、前記アンテナ部における水平面の指向性をセクタ特性にする場合、前記無給電素子の位置と前記セクタ特性において利得が最大となる方向とに応じて、前記無給電素子の長さを調整することを特徴とするアンテナ装置。
4. 請求項３に記載のアンテナ装置において、
   前記第２調整部は、前記セクタ特性の利得が最大となる方向に配置された少なくとも１つの前記無給電素子の位置を、他の無給電素子の位置と異なる位置に調整することを特徴とするアンテナ装置。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のアンテナ装置において、
   前記アンテナ素子を介して複数の通信端末の各々からの電磁波の信号を受信する受信部と、
   受信した前記複数の通信端末の各々の前記信号の受信電力を測定する測定部と、
   前記アンテナ部の指向性を複数の第１指向性の各々に順次に設定し、設定された前記複数の第１指向性の各々において前記測定部により測定された前記受信電力に基づいて、前記複数の第１指向性のうち前記アンテナ部に設定する前記第１指向性を決定し、決定した前記第１指向性となるように前記第１調整部および前記第２調整部を制御する制御部とをさらに備える
   ことを特徴とするアンテナ装置。
6. 請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のアンテナ装置において、
   前記アンテナ素子を介して複数の通信端末の各々からの電磁波の信号を受信する受信部と、
   受信した前記複数の通信端末の各々の前記信号の受信電力を測定する測定部と、
   前記アンテナ部の指向性を複数の第１指向性の各々に順次に設定し、設定された前記複数の第１指向性の各々において前記測定部により測定された前記受信電力と、前記複数の通信端末の各々の前記信号に含まれる前記通信端末が位置するセルを示すセル識別子とに基づいて、前記複数の第１指向性のうち前記アンテナ部に設定する前記第１指向性を決定し、決定した前記第１指向性となるように前記第１調整部および前記第２調整部を制御する制御部とをさらに備える
   ことを特徴とするアンテナ装置。

Images