【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、移動通信の基地局に用いられるアンテナ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
自動車・携帯電話システムにおいては、垂直偏波が用いられている。垂直偏波を送受信するアンテナの構成素子としては、図２０のようなダイポールアンテナ又は図２１のようなパッチアンテナが用いられている。また自動車・携帯電話システムにおいては、周波数の有効利用を図るため電波の到達する範囲を数キロメートル以内に限定する必要があり、電波の垂直軸内の放射方向が水平方向より下に向くようにしている。これはチルトと呼ばれ、図２２に示すようにダイポールまたはパッチアンテナを縦方向に複数個配列してアレーアンテナを構成し、これら素子間の位相及び振幅の少なくとも一方を制御する事により実現している（このようなアレーアンテナをここでは「基本ユニット」と呼ぶ）。通常このようなアレイは送受信共用で構成されるが、送受別々に構成されることもある。
【０００３】
従来のアンテナの構成について説明する。
まず、「シングルセクター方式」として、次のような構成が用いられている。（１）ＮＴＴ大容量方式の自動車・携帯電話システムにおいては、基地局から０°、（北）及び１８０°（南）方向に向けて二つの１８０°ビームを放射し、全方向をカバーしている。これは「２セクター方式」と呼ばれている。無線基地局において２セクターでダイバーシティ受信を行う場合、図２３に示すように送受信共用の「基本ユニット」２本すなわちＴＡ1 ／ＲＡ1 及びＴＡ2 ／ＲＡ2 の外に受信専用「基本ユニット」２本すなわちＲＡ1 及びＲＡ2 からなる合計４本のアンテナを使用している。またセクター化せず無指向性アンテナで構成する場合には無指向性の「基本ユニット」２本を使用している。
（２）ＴＡＣＳ方式においては図２４に示すように、６０°のビーム幅を持つ「基本ユニット」を６０°間隔で６本使用し、６セクター構成を採っている。
（３）デジタル方式においては、６０°あるいは１２０°ビームの「基本ユニット」３本を１２０°間隔で用い、３セクター構成を採っている。ダイバーシティ受信を行う場合には図２５に示すように合計６本の「基本ユニット」が必要となる。
以上のようなアンテナは、いずれも１本のレドーム内に「基本ユニット」一つを収容し、送受それぞれ１本のビームを同一方向（一つのセクター）に放射するように構成されている。これを「シングルセクターアンテナ」と呼ぶ。
【０００４】
次に、「マルチセクターアンテナ」には、次のような構成が用いられている。
まず、２セクター方式について説明する。
（１） アンテナの数を減らす技術として、図２６に示すように、１８０°のビーム幅を持つ「基本ユニット」２本を背中合わせに配置する２セクター方式が用いられている。この技術によれば、大容量方式２セクター用として必要な１８０°ビーム２本を１本の円筒レドームから放射することができ、これまで４本必要としたアンテナを２本に減らすことができる。このような構成は「マルチセクター方式」と呼ばれる。特にこの場合のように１８０°ビームの「基本ユニット」２本を背中合わせに配置したものを「１８０°２セクター方式」と呼ぶこととする。
（２） 同様に、デジタル用として、１２０°または６０°のビーム幅を持つ「基本ユニット」２本を正三角柱の２面上に配置し、図２７に示すように、１２０°または６０°ビームを１２０°間隔で２本放射する構成が用いられている。これを用いれば、従来６本必要であったアンテナの数を３本に減らすことができる。これも２セクター方式の一つである。ＴＡＣＳ方式の場合には６０°のビーム幅を持つ「基本ユニット」を用いれば良い。
【０００５】
３セクター方式について説明する。
「基本ユニット」３本を、図２８に示すように正三角柱の３面上に配置すれば、０°，１２０°及び２４０°方向に向けたビームを放射することができる。これを「３セクター方式」と呼ぶ。
（１）「３セクター方式アンテナ」２本を、図２９に示すように水平面内で互いに逆方向を向くように組み合わせれば、０°から３００°まで６０°おきに６本のビームを放射することができ、ＴＡＣＳシステムに対応することが可能である。この場合、この２本の「３セクター方式アンテナ」を互いに空間的に無相関になる距離だけ離して配列すれば、ＴＡＣＳ方式において０°と６０°，６０°と１２０°というように隣接する６０°ビームは互いに隣接したアンテナから放射されるので、スペースダイバーシティの効果を持つ。同時に、例えば０°と６０°の二つのビームにおいてはそれぞれが放射するビームが電力強度が１／２になる点で重なり合っているため、該２本のビームにより角度ダイバーシティの効果を発揮することができるという特徴がある。
（２）「３セクター方式アンテナ」２本を図３０に示すように同方向に向ければそれぞれのアンテナから、０°，１２０°及び２４０°方向に向けたビームを放射することができる。この場合、２本のアンテナから放射される同一方向のビーム（例えば０°のビーム）は、それぞれ互いに空間的に無相関になるように配列されているので、この２本のアンテナはスペースダイバーシティの効果を持ち、デジタル方式用として所期の目的を達成できる。
【０００６】
次に、複数システムの場合について説明する。
複数のシステムを収容する基地局においては、通常それぞれのシステム用のアンテナをすべて別個に建てる必要がある。
（Ａ）例えばＮＴＴ大容量方式とデジタル用のシステムを収容する基地局においては、「シングルセクター技術」では前者のために４本、後者のために６本、合計１０本のアンテナが必要となる。同じくデジタル方式及びＴＡＣＳ方式を共用する場合には、各方式に対して６本、合計１２本のアンテナが必要となる。
（Ｂ）「２セクター技術」を用いれば、ＮＴＴ大容量方式とデジタル用のシステムを収容する基地局においては、前者のために２本、後者のために３本、合計５本のアンテナが必要となり、またデジタル方式及びＴＡＣＳ方式を収容する場合には両者に対して各３本、合成６本が必要である。
（Ｃ）「３セクター技術」を用いれば、デジタル方式及びＴＡＣＳ方式を収容する場合には両者に対して各２本、合計４本が必要である。
（Ｄ）一つのアンテナで複数、例えば二つのシステムを共用するには、送信電力が小さければ、図３１に示すように合成器により二つのシステムの送信機ＴＸ1 ，ＴＸ2 の出力を合成し、更にダイプレクサーを介して一つのアンテナに供給する技術が知られている。受信波は、ダイプレクサで分離され、共用器でさらに分岐されて二つの受信機ＲＸ1 ，ＲＸ2 に供給される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
まず、アンテナの数について、基地局を経済的に建設するため複数システムを収容する場合、「シングルセクター技術」を用いると、例えばＮＴＴ大容量方式とデジタル用のシステムを収容する時には、前述のように１０本、デジタル方式及びＴＡＣＳ方式を収容する場合には１２本ものアンテナが必要となり、アンテナを設置する建物の美観上好ましくないと共に、屋上面積が広くなり、工事の工数が増加し、価格も高くなるという経済的な欠点がある。
次に、相互変調歪に関する問題が存在する。すなわち、複数システム、例えば２システムを図３１に示したような構成で合成する場合、二つの異なった周波数の送信出力電力が合成器からアンテナまでの同一の回路を通過するため、途中に非直線性の部分、例えばコネクタの接触不良による非直線性があると、送信信号と同一周波数の相互変調歪が発生し、これが自局の受信機で受信され干渉となることが広く知られている。この相互変調歪は、自動車・携帯電話システムの場合のように送信出力が大きいと極めて高い値となり、避けることのできない妨害信号となるため、このような共用は実用不可能である。
【０００８】
本発明は、複数の異なった移動通信システムを運用する無線基地局において、ダイバーシティ受信を行う場合でも、合計アンテナ本数を２本または３本にすることができる移動通信系の基地局用アンテナ装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために、本発明による移動通信系の基地局用アンテナ装置は、移動通信系の基地局用アンテナ装置において、対象とする複数種類のサービス系にそれぞれの列が適合する複数列のアレーアンテナから成りこの複数列を構成する放射素子が隣接する列を構成する放射素子に対して所要の間隔を以て絶縁基板上に配列され、前記複数列の放射素子は列毎に前記複数種類のサービス系にそれぞれ対応するように配置された個別の独立給電路に接続されていることを特徴とする構成を有している。
【００１０】
【実施例】
以下図面を参照して本発明の実施例について説明する。
システムの数は原理的にはいくら多くてもよいが、ここでは実用的な見地並びに説明を簡単にする見地から２システム用の場合にいついて述べる。
【００１１】
〔実施例１〕６セクターアンテナ
図１に示すように、６０°のビーム幅を持つ「基本ユニット」６本（Ｕ1 ，Ｕ2 ，Ｕ3 ，Ｕ4 ，Ｕ5 ，Ｕ6 ）を正六角柱の各面上に配置すれば、６０°ビームの６セクターアンテナを構成することができる。このアンテナを用いれば、直径は２倍となるがＴＡＣＳ方式用としてはこれ１本で必要な機能を実現することができる。
【００１２】
複数システムを扱うアンテナの放射素子としては多くの形式が用いられるが、例えば次のような二つの構成を用いることができる。
【００１３】
〔実施例２〕単一素子
例えば図２に示すような構造の一つのシステム用の単一素子を複数個用いる構成がある。図において、１は放射素子である金属片、２は誘電体、３は金属地板であり、４は金属片１に接続される給電線の芯線で、外部導体５とともに同軸給電線を形成する。このような“システム１”用の素子ｎ個を図３に示す用に、一枚の誘電体基板上にＴ1 からＴn まで縦に配置すると共に、同様な構造の“システム２”用の素子Ｄ1 〜Ｄn を約半波長離して配置する構成である。それぞれｎ個の素子を用いるのは、アレーアンテナを構成して垂直面内チルトをかけるためである。この場合、図３に示したように、“システム１”用の素子Ｔ1 〜Ｔn と“システム２”用の素子Ｄ1 〜Ｄn は、相互の干渉を避けるため、互いの素子が交互に横に並ぶように配列することが望ましい。
【００１４】
〔実施例３〕２システム用複合素子
例えば図４に示すように、“システム１”用の素子Ｔ1 の上に、同様な構造の“システム２”用の素子Ｄ1 を重ね、これを図５に示すように縦に配置する構成である。この第２の形式の方が水平方向の寸法が小さくなるので望ましい。
【００１５】
〔実施例４〕
共用アンテナの基本的構成について説明する。
▲１▼ 共用ユニット
“システム１”としてＴＡＣＳ方式が、“システム２”としてデジタル方式が採用される場合について説明する。ＴＡＣＳ方式においては前述のように、６０°ビームのアンテナを６０°間隔で使用し６セクター構成を採っている。またデジタル方式においては、６０°ビームまたは１２０°ビームのアンテナを１２０°間隔で使用し、３セクター構成を採っている。しかもデジタル方式の場合にはスペースダイバーシティを行わなければならない。
図４のような構造を持ち、それぞれ半値幅６０°をもつＴＡＣＳ及びデジタル両方式共用の放射素子を、図５に示したように縦にｎ個配置し垂直面内でチルトをかけられるようにしたものをここでは「共用ユニット」と呼ぶ。
▲２▼ 共用マルチセクターアンテナ
（Ａ）「共用ユニット」を２ユニット用意し、図２６及び図２７に示したような「２セクターアンテナ」を構成させるために正三角柱の２面上に配置したものをここでは「１２０°共用２セクターアンテナ」と呼ぶ。「１２０°共用２セクターアンテナ」を用いれば、図６に示すように、“システム１および２”についてそれぞれ、０°及び１２０°方向に向けたビームを２本ずつ、合計４本のビームを放射することができる。
１８０°ビームの「共用ユニット」２本を背中合わせにすれば、０°方向と１８０°方向にそれぞれ２本のビームを放射することができる。これを「１８０°共用２セクターアンテナ」と呼ぶこととする。
（Ｂ）「１２０°共用ユニット」を３ユニット用意し、これを図２８に示すように、３セクターを構成させるために正三角柱の３面上に配置する。このようなアンテナをここでは「共用３セクターアンテナ」と呼ぶ。「共用３セクターアンテナ」を用いれば、図７に示すように“システム１および２”についてそれぞれ、０°，１２０°および２４０°方向に向けたビームを３本、合計６本のビームを放射することができる。
（Ｃ）このような「共用２セクターアンテナあるいは共用３セクターアンテナ」を各２本用いることにより、あるいは「共用２セクターアンテナまたは共用３セクターアンテナ」各１本と１システム用のアンテナを１乃至２本用いることにより、各種の複数システムを２〜３本のアンテナ素子で実現することができる。詳細は具体的実施例において述べる。
【００１６】
〔実施例５〕水平面内ビーム偏向
「共用２セクターアンテナまたは共用３セクターアンテナ」において、水平面内においても垂直面内のチルトと同様にビームを偏向すれば、本数の少ない複数システムアンテナを容易に構成することができる。
▲１▼ 水平面内ビーム偏向
図８に示すように、基板Ｂ上に図２で示したような素子Ｔ1 及びＴ2 を水平におよそ半波長離して配置する。これに対し、Ｔ2 の位相がＴ1 よりも適当な角度だけ遅れるように給電すれば、この二つの素子から放射されるビームの向きが面Ｂの法線に対し右側に３０°ずれて放射されるように調整することができる。
▲２▼ ２システム水平面内ビーム偏向
図９に示すように、基板Ｂ上に図４で示したように重ねた素子Ｔ1 ，Ｄ1 及びＴ2 ，Ｄ2 を水平におよそ半波長離して配置する。▲１▼と同様にして、Ｄ2 の位相がＤ1 よりも適当な角度だけ遅れるように給電すれば、この二つの素子から放射されるビームの向きが面Ｂの法線に対し右側に３０°ずれて放射されるように調整することができる。同様に素子Ｔ1 及びＴ2 に対し、Ｔ1 の位相がＴ2 よりも適当な角度だけ遅れるように給電すれば、同様にこの二つの素子から放射されるビームの向きを面Ｂの法線に対し左側に３０°ずれるように調整することができる。このような素子を縦に複数個並べ、垂直面内にチルトも可能なようにしたアンテナをここでは「共用水平ユニット」と呼ぶ。
【００１７】
〔実施例６〕
ＴＡＣＳとデジタル方式とを共用する場合の実施例について説明する。
「共用水平ユニット」を用いて、図１０のような「３セクターアンテナ」を構成すれば、図１１に示すように、正三角柱の各面から、例えば該面の法線に対して“システム１”（ＴＡＣＳ）に対してはプラス３０°、また“システム２”（デジタル）用に対してはマイナス３０°ずれた方向にビームを放射することができる。このようなアンテナをここでは「共用水平３セクターアンテナ」と呼ぶ。図１２に示すように、この「共用水平３セクターアンテナ」を水平面内で真北（０°）方向から東方向３０°に回転すれば、同図に示されているように、この一つの正三角柱から“システム１”（ＴＡＣＳ）用に０°，１２０°及び２４０°方向に向けたビームを、また“システム２”（デジタル）用に６０°，１８０°及び３００°方向に向けたビームを放射することができる。
図１に示したように正六角柱上の各面に６０°のビーム幅を持つ「基本ユニット」を配置すれば、これ１本でＴＡＣＳ用アンテナとなることについては実施例１で説明した。その中のいくつかを「共用ユニット」で構成すれば、これと他のマルチセクターアンテナと組み合わせることにより複数システム共用を容易に実現することができる。
【００１８】
〔実施例７〕
図１３は「共用３セクターアンテナ」の一実施例を示したものである。図において、１１はアンテナ全体を風雪から守るためのレドームで、電波を低損失で通過させる誘電体でできている。１２，１３，１４はアンテナ素子を搭載するための誘電体パネルで、この３枚で正三角柱の３面を構成している。１５は“システム１”（例えばＴＡＣＳ方式）用の放射素子、また１６は“システム２”（例えばデジタル方式）用の放射素子である。このアンテナを上から見た場合の構造と、各放射素子から放射されるビームの方向は図７のようになる。１７及び１８は、１５及び１６と同様の放射素子であり、更に同様な素子が垂直方向のチルトに必要な数だけ縦に配置され、１９及び２０に至る。これら各素子には１２，１３，１４からなる正三角柱の内側を通る給電線により送信出力が供給されると共に、合成器を介して受信機に入力される。
【００１９】
〔実施例８〕
ＴＡＣＳ・デジタル共用方式の他の実施例について説明する。
（Ａ）３本構成
図１４に示すように、「共用３セクターアンテナ」Ａ0 の他に、デジタルシステム専用の「３セクターアンテナ」Ａ1 並びにＴＡＣＳシステム専用の「３セクターアンテナ」Ａ2 を用意すれば、Ａ0 とＡ1 によりデジタルシステムにおけるスペースダイバーシティ用ビーム（細い矢印で示す）６本を、またＡ0 とＡ2 によりＴＡＣＳシステム用のビーム（太い矢印で示す）６本を同時に放射することができる。
（Ｂ）２本構成
▲１▼ ３セクター構成
図１５に示すように、「共用３セクターアンテナ」Ａ0 と３０°ビーム偏向した「共用水平３セクターアンテナ」Ｂ0 を３０°回転して無相関の距離に建てれば、デジタルシステム用のビーム６本と、ＴＡＣＳシステム用のビーム６本を同時に放射することができる。
▲２▼ ６セクター構成
図１６に示すように正６角柱Ｃ0 の各面に６０°ビーム素子を配置し、その内、一つおきの３面を２システム用複合素子とする。このアンテナの他にデジタル専用の３セクターアンテナＡ3 を２システム用複合素子と無相関となる位置に配置すれば、この２本でディジタルとＴＡＣＳを共用する共用６セクターアンテナＣ0 とすることが可能となる。
【００２０】
〔実施例９〕
大容量方式と他方式との共用の場合の実施例について説明する。
（Ａ）ＴＡＣＳとの共用（その１）
図１７に示すように、大容量方式用として１８０°のビーム幅をもつと同時にＴＡＣＳ方式に対しては６０°のビーム幅をもつ「１８０°共用２セクターアンテナ」Ｆ0 １本と、ＴＡＣＳ専用「２セクターアンテナ」Ａ4 を２本用意し、これらを互いに相関のないような距離だけ離して配置すれば、この２システムの共用を実現することができる。
（Ｂ）ＴＡＣＳとの共用（その２）
上記（Ａ）におけるＴＡＣＳ方式専用「２セクター用アンテナ」Ａ4 を、両システム共用アンテナＥ0 に変更し、大容量方式として必要な無指向性ビームを６０°おきの６ビームを同相で合成することにより実現したものが図１８である。しかしこの例では共用アンテナの数が図１６のものより多いだけ複雑となり、高価となるので得策ではない。
（Ｃ）デジタルとの共用
図１９に示すように、６０°または１２０°のビームをもつ「共用３セクターアンテナ」Ａ0 ２本を互いに相関のない距離だけ離し、同方向に向けて配置する。この構成によれば、まず“システム２”（デジタル）用として０°，１２０°及び２４０°方向に向けた３本のビームを２本の別なアンテナから放射することができるので、デジタル方式においてスペースダイバーシティ効果を持ったアンテナシステムを構成することができる。一方“システム１”（大容量方式）用としては、１２０°間隔の３本のビームを同相で合成することにより無指向性アンテナを構成することができ、スペースダイバーシティ効果を持ったアンテナを構成することができる。
【００２１】
【発明の効果】
従来、複数の異なる方式による通信システムを運用中の移動電話通信の無線基地局においては、それぞれのシステムのためにアンテナを建てていたため、アンテナの数が非常に多くなり、建物の美観を害すると共に、アンテナの施工工費が高くなるという欠点があった。これに対して本発明は、従来の構成では相互変調歪みのため不可能であった一つのアンテナに複数の送信波を通過させることを可能としたもので、これにより２システムを共用する基地局におけるアンテナの数を２本乃至３本に減少させることができる。
この結果、建物の美観維持が可能となり、またアンテナの数が減ったことにより、アンテナ自体の経費のみならず工費も削減することができるようになり、経済的な無線基地局の建設が可能になるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例（６セクターアンテナ）を示す斜視図である。
【図２】本発明に用いるアンテナ素子の１例を示す断面図である。
【図３】図２のアンテナ素子を用いる本発明の実施例を示す正面図である。
【図４】本発明に用いるアンテナ素子の他の例を示す断面図である。
【図５】図４のアンテナ素子を用いる本発明の実施例（共用ユニット）を示す正面図である。
【図６】図４のアンテナ素子を用いる本発明の実施例（共用２セクターアンテナ）を示す横断面図である。
【図７】図４のアンテナ素子を用いる本発明の実施例（共用３セクターアンテナ）を示す横断面図である。
【図８】電波放射方向の偏向の原理を説明するための略図である。
【図９】図８で説明した原理を用いる本発明の実施例の主要部を示す正面図および平面図である。
【図１０】本発明の実施例（共用水平３セクターアンテナ）を示す斜視図である。
【図１１】本発明の実施例（共用水平３セクターアンテナ）を示す横断面図である。
【図１２】図１１の実施例を具体的に説明するための略図である。
【図１３】本発明の実施例（共用３セクターアンテナ）を示す斜視図である。
【図１４】共用３セクターアンテナと３セクターアンテナの組合せによる本発明のＴＡＣＳ／デジタル用実施例を示す略図である。
【図１５】共用３セクターアンテナと共用水平３セクターアンテナの組合せによる本発明のＴＡＣＳ／デジタル用実施例を示す略図である。
【図１６】本発明のＴＡＣＳ／デジタル用実施例を示す略図である。
【図１７】本発明のＨＣ／ＴＡＣＳ用実施例を示す略図である。
【図１８】本発明のＨＣ／ＴＡＣＳ用実施例を示す略図である。
【図１９】本発明のＨＣ／デジタル用実施例を示す略図である。
【図２０】従来のアンテナに用いるアンテナ素子の例を示す斜視図である。
【図２１】従来のアンテナに用いるアンテナ素子の例を示す斜視図である。
【図２２】従来のアンテナアレイとその給電を説明するための斜視略図である。
【図２３】従来のアンテナの送信用素子と受信用素子の配置を示す略図である。
【図２４】従来のＴＡＣＳ用６セクターアンテナの例を示す略図である。
【図２５】従来のデジタル方式用アンテナの例を示す略図である。
【図２６】アンテナ素子の数を減少させる従来例を示す斜視図である。
【図２７】アンテナ素子の数を減少させる従来例を示す斜視図である。
【図２８】アンテナ素子の数を減少させる従来例を示す斜視図である。
【図２９】アンテナ素子の数を減少させる従来例を示す断面図である。
【図３０】アンテナ素子の数を減少させる従来例を示す断面図である。
【図３１】従来のアンテナ素子の給電系を説明するためのブロック図である。
【符号の説明】
１ 金属片（放射素子）
２ 誘電体
３ 金属地板
４ 給電線の芯線
５ 給電線の外部導体
１１ レドーム
１２，１３，１４ 誘電体パネル
１５，１７，１９ システム１用の放射素子
１６，１８，２０ システム２用の放射素子
Ｔ1 〜Ｔn システム１用の素子
Ｄ1 〜Ｄn システム２用の素子
Ｂ 基板
Ｕ1 ，Ｕ2 ，Ｕ3 ，Ｕ4 ，Ｕ5 ，Ｕ6 基本ユニット
Ａ0 共用３セクターアンテナ
Ａ1 ，Ａ2 ，Ａ3 １システム用３セクターアンテナ
Ａ4 １システム用２セクターアンテナ
Ｂ0 共用水平３セクターアンテナ
Ｃ0 共用６セクターアンテナ
Ｅ0 １８０°共用２セクターアンテナ
Ｆ0 １２０°共用２セクターアンテナ
Ｔ0 ，Ｔ120 ，Ｔ240 システム１用の０°，１２０°，２４０°方向のビーム
Ｄ0 ，Ｄ120 ，Ｄ240 システム２用の０°，１２０°，２４０°方向のビーム
ＴＸ1 ，ＴＸ2 送信機
ＲＸ1 ，ＲＸ2 受信機
ＴＡ1 ，ＴＡ2 送信アンテナ
ＲＡ1 ，ＲＡ2 受信アンテナ[0001]
[Industrial applications]
The present invention relates to an antenna device used for a mobile communication base station.
[0002]
[Prior art]
Vertical polarization is used in automobile / mobile phone systems. A dipole antenna as shown in FIG. 20 or a patch antenna as shown in FIG. 21 is used as a component of an antenna for transmitting and receiving vertically polarized waves. Also, in automobile and mobile phone systems, it is necessary to limit the reach of radio waves to within a few kilometers in order to make effective use of frequency, so that the radiation direction in the vertical axis of radio waves should be lower than the horizontal direction. I have. This is called tilt, and as shown in FIG. 22, an array antenna is formed by arranging a plurality of dipoles or patch antennas in the vertical direction, and is realized by controlling at least one of the phase and amplitude between these elements. (Such an array antenna is referred to herein as a "base unit"). Usually, such an array is configured to be used for both transmission and reception, but may be configured separately for transmission and reception.
[0003]
A configuration of a conventional antenna will be described.
First, the following configuration is used as the “single sector method”. (1) In an NTT high-capacity car / mobile phone system, two 180 ° beams are radiated from a base station in directions of 0 °, (north) and 180 ° (south) to cover all directions. I have. This is called a “two-sector method”. When performing diversity reception with two sectors in the radio base station, receive-only outside the "basic unit" 2 ie TA 1 / RA 1 and TA 2 / RA 2 in both transmission and reception, as shown in FIG. 23, "basic unit" 2 this namely using a total of four antennas consisting of RA 1 and RA 2. In the case where a non-sectored antenna is used instead of a sector, two non-directional "basic units" are used.
(2) In the TACS system, as shown in FIG. 24, six “basic units” having a beam width of 60 ° are used at 60 ° intervals, and a six-sector configuration is adopted.
(3) In the digital system, three “basic units” of 60 ° or 120 ° beams are used at 120 ° intervals, and a three-sector configuration is adopted. When diversity reception is performed, a total of six “basic units” are required as shown in FIG.
Each of the above antennas is configured so that one "basic unit" is accommodated in one radome and one beam is transmitted and received in the same direction (one sector). This is called a “single sector antenna”.
[0004]
Next, the following configuration is used for the “multi-sector antenna”.
First, the two-sector system will be described.
(1) As a technique for reducing the number of antennas, a two-sector system in which two “basic units” having a beam width of 180 ° are arranged back to back as shown in FIG. 26 is used. According to this technique, two 180 ° beams required for a large capacity two-sector system can be radiated from one cylindrical radome, and the number of antennas that have been required four so far can be reduced to two. Such a configuration is called a “multi-sector system”. In particular, such a case in which two “basic units” of 180 ° beams are arranged back to back is referred to as a “180 ° two-sector system”.
(2) Similarly, two “basic units” having a beam width of 120 ° or 60 ° for digital use are arranged on two surfaces of a regular triangular prism, and as shown in FIG. Are emitted at intervals of 120 °. By using this, the number of antennas conventionally required six can be reduced to three. This is also one of the two sector systems. In the case of the TACS method, a “basic unit” having a beam width of 60 ° may be used.
[0005]
The three-sector system will be described.
By arranging three “basic units” on three surfaces of a regular triangular prism as shown in FIG. 28, it is possible to emit beams directed to 0 °, 120 ° and 240 °. This is called a "three-sector system".
(1) If two “three-sector antennas” are combined so as to face in opposite directions in a horizontal plane as shown in FIG. 29, six beams are emitted at intervals of 60 ° from 0 ° to 300 °. It is possible to support a TACS system. In this case, if the two “three-sector antennas” are arranged apart from each other by a distance that makes them spatially uncorrelated, the adjacent 60 ° and 60 ° and 60 ° and 120 ° in the TACS method are used. ° Because beams are radiated from antennas adjacent to each other, they have the effect of space diversity. At the same time, for example, in two beams of 0 ° and 60 °, the beams emitted from each other overlap at a point where the power intensity is reduced to １ ／, so that the two beams can exert the effect of angle diversity. There is a feature that can be.
(2) If two “three-sector antennas” are directed in the same direction as shown in FIG. 30, beams can be emitted from the respective antennas in directions of 0 °, 120 ° and 240 °. In this case, beams in the same direction (for example, a beam at 0 °) radiated from the two antennas are arranged so as to be spatially uncorrelated with each other. Therefore, the two antennas have a space diversity. It has an effect and can achieve the intended purpose for digital system.
[0006]
Next, the case of a plurality of systems will be described.
In a base station accommodating a plurality of systems, it is usually necessary to separately build all antennas for each system.
(A) For example, in a base station accommodating an NTT large-capacity system and a digital system, ten antennas are required in the "single sector technology", four antennas for the former and six antennas for the latter. . Similarly, when the digital system and the TACS system are shared, a total of 12 antennas are required, six for each system.
(B) If "two-sector technology" is used, a base station accommodating the NTT large-capacity system and the digital system requires a total of five antennas, two for the former and three for the latter. In the case of accommodating the digital system and the TACS system, three for each and six for synthesis are required.
(C) If the “three-sector technology” is used, in the case of accommodating the digital system and the TACS system, two are required for each, and a total of four are required.
(D) In order to share a plurality of, for example, two systems with one antenna, if the transmission power is low, the outputs of the transmitters TX 1 and TX 2 of the two systems are combined by a combiner as shown in FIG. Further, there is known a technique of supplying one antenna via a diplexer. The received wave is separated by a diplexer, further branched by a duplexer, and supplied to two receivers RX 1 and RX 2 .
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
First, regarding the number of antennas, when accommodating a plurality of systems in order to economically construct a base station, using the “single sector technology”, for example, when accommodating the NTT large capacity system and the digital system, as described above, In order to accommodate digital and TACS systems, 10 antennas are required, and 12 antennas are required, which is not desirable from the viewpoint of the aesthetics of the building where the antennas are installed, the rooftop area becomes large, the number of construction steps increases, and the price increases. There is an economic disadvantage of being expensive.
Next, there is a problem regarding intermodulation distortion. That is, when a plurality of systems, for example, two systems are combined with the configuration shown in FIG. 31, transmission output powers of two different frequencies pass through the same circuit from the combiner to the antenna. It is widely known that, when there is a non-linearity due to a characteristic part, for example, a contact failure of a connector, an intermodulation distortion having the same frequency as a transmission signal occurs, which is received by a receiver of the own station and causes interference. This intermodulation distortion has an extremely high value when the transmission output is large as in the case of an automobile / mobile phone system, and becomes an unavoidable interference signal. Therefore, such sharing is impractical.
[0008]
The present invention provides a base station antenna apparatus for a mobile communication system that can reduce the total number of antennas to two or three even when performing diversity reception in a radio base station operating a plurality of different mobile communication systems. The purpose is to provide.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve this object, a mobile communication base station antenna apparatus according to the present invention comprises a mobile communication base station antenna apparatus in which a plurality of columns each of which is compatible with a plurality of types of service systems to be targeted. The radiating elements constituting the plurality of rows are arranged on the insulating substrate at a required interval with respect to the radiating elements constituting the adjacent rows. It has a configuration characterized in that it is connected to individual independent power supply lines arranged so as to correspond to the respective service systems.
[0010]
【Example】
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
Although the number of systems may in principle be as large as possible, the case of two systems will be described here from a practical point of view and from the point of view of simplifying the description.
[0011]
Example 1 6 As shown in sector antenna Figure 1, with a beam width of 60 ° "basic unit" six (U 1, U 2, U 3, U 4, U 5, U 6) regular hexagonal prism , A six-sector antenna with a 60 ° beam can be configured. If this antenna is used, the diameter will be doubled, but the required function can be realized with a single antenna for the TACS system.
[0012]
There are many types of radiating elements of an antenna that handles a plurality of systems. For example, the following two configurations can be used.
[0013]
[Embodiment 2] A single element For example, there is a configuration using a plurality of single elements for one system having a structure as shown in FIG. In the figure, 1 is a metal piece as a radiating element, 2 is a dielectric, 3 is a metal ground plate, and 4 is a core wire of a feed line connected to the metal piece 1 and forms a coaxial feed line with the external conductor 5. As shown in FIG. 3, such n elements for “system 1” are vertically arranged on one dielectric substrate from T 1 to T n , and a similar structure for “system 2” is used. In this configuration, the elements D 1 to D n are arranged at a distance of about a half wavelength. The reason why n elements are used is to form an array antenna and apply tilt in a vertical plane. In this case, as shown in FIG. 3, the elements T 1 to T n for “system 1” and the elements D 1 to D n for “system 2” alternate with each other to avoid mutual interference. It is desirable to arrange them horizontally.
[0014]
Example 3 2 As shown in the system for a composite element FIG. 4, for example, on the element T 1 of the for "System 1", superimposed elements D 1 of the for "System 2" of similar structure, Figure this As shown in FIG. This second type is desirable because the horizontal dimension is smaller.
[0015]
[Example 4]
The basic configuration of the common antenna will be described.
{Circle around (1)} A case where the TACS system is adopted as the shared unit “system 1” and the digital system is adopted as the “system 2” will be described. As described above, the TACS system employs a six-sector configuration using 60 ° beam antennas at 60 ° intervals. In the digital system, a 60 ° beam or a 120 ° beam antenna is used at 120 ° intervals, and a three-sector configuration is adopted. Moreover, in the case of a digital system, space diversity must be performed.
As shown in FIG. 5, n radiating elements having a structure as shown in FIG. 4 and having a half-width of 60 °, which are used in both TACS and digital systems, are vertically arranged and tilted in a vertical plane. This is referred to herein as a “shared unit”.
{Circle around (2)} Shared multi-sector antenna (A) Two “shared units” are prepared and arranged on two surfaces of a regular triangular prism to constitute a “two-sector antenna” as shown in FIGS. 26 and 27. Is referred to herein as a “120 ° shared two-sector antenna”. When the “120 ° shared two-sector antenna” is used, as shown in FIG. 6, “systems 1 and 2” emit two beams directed at 0 ° and 120 °, respectively, for a total of four beams. can do.
If two 180 ° beam “shared units” are back-to-back, two beams can be emitted in the 0 ° direction and the 180 ° direction, respectively. This is referred to as a “180 ° shared two-sector antenna”.
(B) Three units of “120 ° shared unit” are prepared, and are arranged on three surfaces of a regular triangular prism to constitute three sectors as shown in FIG. Such an antenna is referred to herein as a "shared three-sector antenna". When the “shared three-sector antenna” is used, as shown in FIG. 7, “systems 1 and 2” emit three beams directed in the directions of 0 °, 120 °, and 240 °, respectively, for a total of six beams. be able to.
(C) By using two such “shared two-sector antennas or shared three-sector antennas”, or by using one “shared two-sector antenna or shared three-sector antenna” and one or two system antennas By using the present invention, a plurality of various systems can be realized with two or three antenna elements. Details will be described in specific examples.
[0016]
[Embodiment 5] Beam deflection in the horizontal plane In the "shared two-sector antenna or shared three-sector antenna", if the beam is deflected in the horizontal plane in the same manner as the tilt in the vertical plane, a small number of system antennas can be easily configured. can do.
(1) Beam deflection in horizontal plane As shown in FIG. 8, the elements T 1 and T 2 as shown in FIG. On the other hand, if power is supplied so that the phase of T 2 is delayed by an appropriate angle from T 1 , the direction of the beam emitted from these two elements is shifted by 30 ° to the right with respect to the normal to the surface B, and the radiation is performed. Can be adjusted to be
{Circle around (2)} Two-system horizontal beam deflection As shown in FIG. 9, the elements T 1 , D 1 and T 2 , D 2 superimposed on the substrate B as shown in FIG. I do. ▲ 1 ▼ in the same manner as, when the feed such that the phase of D 2 is delayed by an appropriate angle than D 1, to the right direction of the beam emitted from the two elements with respect to the normal of the surface B 30 It can be adjusted so that it is emitted with a shift of °. Similarly, if power is supplied to the elements T 1 and T 2 so that the phase of T 1 is delayed by an appropriate angle from T 2 , the direction of the beam emitted from these two elements is similarly changed to the normal to the surface B. Can be adjusted to be shifted to the left by 30 °. An antenna in which a plurality of such elements are arranged vertically and tilting is possible in a vertical plane is referred to herein as a “common horizontal unit”.
[0017]
[Example 6]
An embodiment in which the TACS and the digital system are shared will be described.
If the “three-sector antenna” as shown in FIG. 10 is configured by using the “shared horizontal unit”, as shown in FIG. 11, the “system 1” The beam can be emitted in a direction shifted by plus 30 degrees for "" (TACS) and minus 30 degrees for "system 2" (digital). Such an antenna is referred to herein as a "shared horizontal three sector antenna". As shown in FIG. 12, when this “shared horizontal three-sector antenna” is rotated in the horizontal plane from the true north (0 °) direction to the eastward direction by 30 °, as shown in FIG. Beams directed from the triangular prism toward 0 °, 120 ° and 240 ° for “System 1” (TACS) and beams directed at 60 °, 180 ° and 300 ° for “System 2” (digital) Can radiate.
As described in the first embodiment, as shown in FIG. 1, if a “basic unit” having a beam width of 60 ° is arranged on each surface on a regular hexagonal prism, the single unit becomes a TACS antenna. If some of them are configured as "shared units", sharing with a plurality of systems can be easily realized by combining this with other multi-sector antennas.
[0018]
[Example 7]
FIG. 13 shows an embodiment of a "shared three-sector antenna". In the figure, reference numeral 11 denotes a radome for protecting the entire antenna from snow and snow, and is made of a dielectric material that allows radio waves to pass with low loss. Reference numerals 12, 13, and 14 denote dielectric panels on which antenna elements are mounted. These three dielectric panels constitute three surfaces of a regular triangular prism. Reference numeral 15 denotes a radiating element for "system 1" (for example, a TACS method), and reference numeral 16 denotes a radiating element for "system 2" (for example, a digital method). FIG. 7 shows the structure of this antenna when viewed from above and the direction of the beam emitted from each radiating element. 17 and 18 are radiating elements similar to 15 and 16, and furthermore, similar elements are vertically arranged as many as required for vertical tilt, leading to 19 and 20. Each of these elements is supplied with a transmission output by a feed line passing inside a regular triangular prism composed of 12, 13, and 14, and is input to a receiver via a synthesizer.
[0019]
Example 8
Another embodiment of the TACS / digital sharing system will be described.
(A) As shown in three configurations 14, provided in addition to the "shared 3 sector antenna" A 0, a digital system dedicated "3 sector antenna" A 1 and TACS systems dedicated "3 sector antenna" A 2 Then, A 0 and A 1 simultaneously emit six beams (shown by thin arrows) for space diversity in the digital system, and A 0 and A 2 simultaneously emit six beams (shown by thick arrows) for the TACS system. be able to.
(B) as shown in two configurations ▲ 1 ▼ 3 Sector 15, "shared 3 sector antenna" A 0 and 30 ° beam deflected "shared horizontal 3 sector antenna" B 0 to 30 ° rotation to uncorrelated , It is possible to simultaneously emit six beams for the digital system and six beams for the TACS system.
{Circle around (2)} Six-sector configuration As shown in FIG. 16, 60 ° beam elements are arranged on each side of a regular hexagonal prism C 0 , and every other three planes are used as a composite element for two systems. If it arranged in addition to 3 sectors antennas A 3 and the composite element and uncorrelated for 2 system position of the digital-only antenna, be a shared 6 sector antennas C 0 sharing digital and TACS in this two It becomes possible.
[0020]
[Example 9]
An embodiment in the case of sharing a large capacity system with another system will be described.
(A) Sharing with TACS (Part 1)
As shown in FIG. 17, one “180 ° shared two-sector antenna” F 0 having a beam width of 180 ° for the large-capacity system and a beam width of 60 ° for the TACS system, and a dedicated TACS "2 sector antenna" a 4 were prepared two, if placed away these distance as no correlation with each other, it is possible to realize the sharing of the 2 systems.
(B) Sharing with TACS (Part 2)
The TACS system dedicated "2 Sector antennas" A 4 in the above (A), and changes to both system shared antenna E 0, is synthesized in the same phase 60 ° Okino 6 beams omni-directional beam necessary as a large-capacity system FIG. 18 shows the result. However, in this example, the number of shared antennas is more complicated than that of FIG.
(C) Sharing with Digital As shown in FIG. 19, two “shared three-sector antennas” A 0 having a beam of 60 ° or 120 ° are separated by a distance that has no correlation with each other and arranged in the same direction. According to this configuration, first, three beams directed to the directions of 0 °, 120 °, and 240 ° can be radiated from two separate antennas for “system 2” (digital). An antenna system having a space diversity effect can be configured. On the other hand, for the “system 1” (large-capacity system), an omnidirectional antenna can be formed by combining three beams at 120 ° intervals in the same phase, thereby forming an antenna having a space diversity effect. be able to.
[0021]
【The invention's effect】
Conventionally, in radio base stations for mobile telephone communications operating communication systems using a plurality of different methods, antennas were built for each system, so the number of antennas became very large, and the appearance of the building was impaired. However, there is a disadvantage that the construction cost of the antenna is increased. On the other hand, the present invention makes it possible to pass a plurality of transmission waves through one antenna, which is impossible in the conventional configuration because of intermodulation distortion. Can be reduced to two or three antennas.
As a result, it is possible to maintain the aesthetics of the building, and because the number of antennas has been reduced, it has become possible to reduce not only the cost of the antenna itself but also the construction cost, making it possible to construct an economical radio base station. It becomes.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing an embodiment (six sector antenna) of the present invention.
FIG. 2 is a sectional view showing an example of an antenna element used in the present invention.
FIG. 3 is a front view showing an embodiment of the present invention using the antenna element of FIG. 2;
FIG. 4 is a sectional view showing another example of the antenna element used in the present invention.
FIG. 5 is a front view showing an embodiment (shared unit) of the present invention using the antenna element of FIG. 4;
FIG. 6 is a transverse sectional view showing an embodiment (shared two-sector antenna) of the present invention using the antenna element of FIG. 4;
FIG. 7 is a cross-sectional view showing an embodiment (shared three-sector antenna) of the present invention using the antenna element of FIG. 4;
FIG. 8 is a schematic diagram for explaining the principle of deflection in the radio wave radiation direction.
9A and 9B are a front view and a plan view showing a main part of an embodiment of the present invention using the principle described in FIG.
FIG. 10 is a perspective view showing an embodiment (shared horizontal three-sector antenna) of the present invention.
FIG. 11 is a transverse sectional view showing an embodiment (shared horizontal three-sector antenna) of the present invention.
FIG. 12 is a schematic diagram specifically illustrating the embodiment of FIG. 11;
FIG. 13 is a perspective view showing an embodiment (shared three-sector antenna) of the present invention.
FIG. 14 is a schematic diagram illustrating a TACS / digital embodiment of the present invention with a combination of a shared 3-sector antenna and a 3-sector antenna.
FIG. 15 is a schematic diagram illustrating a TACS / digital embodiment of the present invention with a combination of a shared 3-sector antenna and a shared horizontal 3-sector antenna.
FIG. 16 is a schematic diagram illustrating a TACS / digital embodiment of the present invention.
FIG. 17 is a schematic diagram showing an embodiment for HC / TACS of the present invention.
FIG. 18 is a schematic diagram showing an embodiment for HC / TACS of the present invention.
FIG. 19 is a schematic diagram showing an HC / digital embodiment of the present invention.
FIG. 20 is a perspective view showing an example of an antenna element used for a conventional antenna.
FIG. 21 is a perspective view showing an example of an antenna element used for a conventional antenna.
FIG. 22 is a schematic perspective view illustrating a conventional antenna array and its power supply.
FIG. 23 is a schematic diagram showing an arrangement of a transmitting element and a receiving element of a conventional antenna.
FIG. 24 is a schematic diagram showing an example of a conventional 6-sector antenna for TACS.
FIG. 25 is a schematic view showing an example of a conventional digital antenna.
FIG. 26 is a perspective view showing a conventional example in which the number of antenna elements is reduced.
FIG. 27 is a perspective view showing a conventional example in which the number of antenna elements is reduced.
FIG. 28 is a perspective view showing a conventional example in which the number of antenna elements is reduced.
FIG. 29 is a sectional view showing a conventional example in which the number of antenna elements is reduced.
FIG. 30 is a sectional view showing a conventional example in which the number of antenna elements is reduced.
FIG. 31 is a block diagram for explaining a feed system of a conventional antenna element.
[Explanation of symbols]
1 Metal pieces (radiating elements)
2 Dielectric 3 Metal ground plate 4 Core wire of feed line 5 Outer conductor of feed line 11 Radomes 12, 13, 14 Dielectric panels 15, 17, 19 Radiating elements 16, 18, 20 for system 1 Radiating element T for system 2 1 through T n elements for system 1 D 1 to D n element B substrate U 1 for system 2, U 2, U 3, U 4, U 5, U 6 basic unit a 0 shared 3 sector antenna a 1, a 2 , A 3 One-system three-sector antenna A 4 One-system two-sector antenna B 0 Shared horizontal three-sector antenna C 0 Shared six-sector antenna E 0 180 ° shared two-sector antenna F 0 120 ° shared two-sector antenna T 0 , T 120, T 240 0 ° for system 1, 120 °, 240 ° direction of the beam D 0, D 120, D 240 0 ° for system 2, 120 °, in the 240 ° direction beam TX 1, TX 2 transmitters RX 1, R 2 receiver TA 1, TA 2 transmit antennas RA 1, RA 2 receive antennas
