JP3620778B2 - 基地局アンテナ装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は移動通信における基地局アンテナ装置に利用され、水平面内でのビーム幅をほぼ60°とした指向性を有するアンテナ装置と、それとは異なる周波数帯を利用した水平面内ビーム幅をほぼ120°とした指向性を有するアンテナ装置を、その構成空間を共有することにより、アンテナを増設せず、一つのアンテナ装置で60°のセクタゾーンと120°のセクタゾーンの無線ゾーンを提供できる基地局アンテナ装置に関し、特に利得を高くするため、それぞれの素子を複数組上下に配列した装置に係わる。
【0002】
【従来の技術】
筆者らによる特願平10−174250で、2つの第1ダイポールアンテナにより、2GHz帯において60°ビーム幅の指向性を得ることができ、1つの第2ダイポールアンテナにより、800MHzと1.5GHz帯において120°ビーム幅の指向性を得ることができる1つのアンテナ装置を提案した。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
特願平10−174250では、各アンテナ素子は1組である。高い利得を得るためには、各素子を複数組上下に配列するアレイ化が効果的である。しかしながら、アレイ化すると、2GHz帯用ダイポールアンテナの水平面内指向性が、特に主ビーム方向から±90°方向において悪くなる。
【0004】
図7に特願平10−174250の各ダイポールアンテナを複数組アレイ化する例を示す。幅Wの一つの垂直平面上の反射板1の両端縁に垂直に同一方向に突出して幅Tの側面反射板21,22が設けられ、反射板1から距離D1だけ離れ、上下に延長した互いに平行な2つの第1ダイポールアンテナの組31a,31b,32a,32b,33a,33b,34a,34bが垂直距離h離れて順次配列され、これら各組の2本の第1ダイポールアンテナの中間において、反射板1から第1ダイポールアンテナと同一側に、距離D2だけ離れ、上下に延長した第2ダイポールアンテナ41,42が、垂直距離Hだけ離れて配列されている。W=0.87λ(約130mm)、T=0.153λ(約23mm)、S=0.467λ(約70mm)、D1=0.25λ(約37.5mm)、D2=0.467λ(約70mm)、h=0.67λ(約100mm,λ:波長)、H=1.33λ(約200mm)である。800MHz/1.5GHz帯においては所望の120°ビーム幅(114.71°/121.19°)を得ている。しかし、2GHz帯においては、ビーム幅は所望の60°ビーム幅(中心周波数で56.31°)であるが、主ビーム方向から±90°方向において悪くなる。図8及び図9に水平面内指向性を示す。±90°方向の放射レベルは測定周波数帯域において−11dB〜−12dBである。ビームの形は、他ゾーンへの影響が極力少ないように、60°扇形、つまり主ビーム方向以外の方向の放射レベルはできる限り低いのが理想である。
【0005】
【課題を解決するための手段】
請求項1の発明によれば、組をなす2つの第1ダイポールアンテナのそれぞれの中央に、ダイポールアンテナと平行に長さL1の導線を設ける。
請求項2の発明によれば、組となす2つの第1ダイポールアンテナそれぞれについて、その2つのダイポールアンテナを含む平面(反射板と平行かつ地面と垂直な平面)内で距離S1ずつ互いに内側で、反射板から第1ダイポールアンテナと同一方向に向かって第1ダイポールアンテナからの距離S2の2つの箇所に、第1ダイポールアンテナと平行に、長さL2の無給電素子を設ける。
【0006】
請求項3の発明は請求項1の発明と請求項2の発明を組み合わせたものである。
【0007】
【発明の実施の形態】
実施例1
図1にこの発明の実施例を示す。図7と対応する部分に同一番号をつけてある。一つの垂直平面上の反射板1の両端縁に垂直に前方に突出して側面反射板21,22が設けられ、反射板から距離D1だけ離れ、上下に延長した互いに平行な2つの第1ダイポールアンテナの組31a,31b,32a,32b,33a,33b,34a,34bが、垂直距離h離れて順次配列され、組をなす2つの第1ダイポールアンテナの中間において、反射板から第1ダイポールアンテナと同一側に、距離D2だけ離れて上下に延長した第2ダイポールアンテナ41,42が、垂直距離Hだけ離れて配列される。
【0008】
この実施例では2つの第1ダイポールアンテナ31aと31b、32aと32b、33aと33b、34aと34bそれぞれの中央に、第1ダイポールアンテナと平行に、反射板1から距離D1だけ離れたところに長さL1の導線51,52,53,54を設ける。
組をなす2つの第1ダイポールアンテナの水平間隔Sは0.467λ(約70mm)、反射板1との距離D1はインピーダンス整合が最もとりやすいと言われている0.25λ(約37.5mm)、隣接組間の垂直距離hは0.67λ(約100mm)、第2ダイポールアンテナと反射板1の距離D2は0.467λ(約70mm)、第2ダイポールアンテナ41と42の垂直距離Hは0.13λ(約200mm)、反射板1の幅Wは0.87λ(約130mm)、側面反射板21,22の幅Tは0.153λ(約23mm)である。2つの第1ダイポールアンテナの各組の中央に設ける導線(無給電素子)51〜54の各長さL1は0.347λ(約52mm)とした。
【0009】
以下に上記の数値が最適であることを説明する。
2つの第1ダイポールアンテナは、その放射を同相・同振幅で合成し、水平面内ビーム幅をほぼ60°とする。2GHz帯に適用することから、測定は1.920GHz〜2.160GHzの周波数で行った。
図2は導線51〜54の長さL1に対する±90°放射レベルとビーム幅を測定したものである。この図よりL1=0.347以上になると特に高い周波数において±90°方向放射レベルは劣化し、ビーム幅は大きくなることがわかる。以上のことよりL1=0.347λが最適である。
【0010】
導線51,52,53,54を設けたことにより、測定周波数帯域において±90°方向放射レベルは1dB〜4dB(1.92GHzにおいて−11dBから−12dB:ビーム幅は59.19°、2.16GHzにおいて−12dBから−16dB:ビーム幅は59.00°)の改善を得た。
なお、導線51,52,53,54を設けたことにより、800MHzと1.5GHzのアンテナ指向性には影響しない。
実施例2
図3にこの発明の実施例2の形態を示す。反射板1と、側面反射板21,22と、第1ダイポールアンテナの組31a,31b,32a,32b,33a,33b,34a,34bと、第2ダイポールアンテナ41,42とは図1と同様な関係で設けられる。
【0011】
上記2つの第1ダイポールアンテナ31a,31b,32a,32b,33a,33b,34a,34bそれぞれについて、これら第1ダイポールアンテナを含む平面(反射板1と平行な第1ダイポールアンテナを含む平面、地面と垂直な平面)内でそれぞれ距離S1だけ互いに内側で、反射板1から第1ダイポールアンテナと同一方向に第1ダイポールアンテナから距離S2の各2つの箇所に、長さL2の無給電素子の組61a,61b,62a,62b,63a,63b,64a,64bをそれぞれ上下方向に延長して設ける。
【0012】
2つの第1ダイポールアンテナの組の水平間隔S、反射板1との距離D1、垂直距離h、第2ダイポールアンテナと反射板1の距離D2、垂直距離H、反射板1の幅W、側面反射板21,22の幅Tは実施例1と同一とする。無給電素子61a〜64a、61b〜64bの各長さは0.347λ(約52mm)とした。距離S1とS2はモーメント法による計算値を用いて最適値を求めることができる。
【0013】
この実施例において最適な値は、0<S1≦0.167λ、0.1λ≦S2≦0.3λである。
S1が0以下であると±90°方向放射レベルは改善されず、S1が0.167λ以上であるとビーム幅が小さくなりすぎる。S2が0.1λ以下であると高い周波数においてビームの形がくずれ、所望のビーム幅が得られない。S2が0.3λ以上でも無給電素子を設けない場合より効果はあるが0.3λあたりを分岐点として±90°方向放射レベルは劣化する傾向にある。また、S2が大きくなるとアンテナ装置を覆うレドーム直径が大きくなりアンテナが大型になることからS2は0.3λあたりまでと判断した。
【0014】
このような無給電素子を設けたことにより、例えばS1=0.167λ(約25mm)、S2=0.133λ(約20mm)において、±90°方向放射レベルは2dB〜9dB(1.92GHzにおいて−11dBから−13dB:ビーム幅は60.02°、2.16GHzにおいて−12dBから−21dB:ビーム幅は55.92°)の改善を得た。
【0015】
なお、これらの無給電素子を設けたことによる800MHz/1.5GHzの120°ビームアンテナの指向性に影響はない。
実施例3
図4にこの発明の実施例3の形態を示す。実施例1の導線51,52,53,54と、実施例2の無給電素子の組61a,61b,62a,62b,63a,63b,64a,64bを同時に設けた例である。
【0016】
この実施例において最適な値は、0≦S1<0.23λ、0.1≦S2≦0.32λである。
S1が0より小さいと±90°方向放射レベルは改善されず、S1が0.23λ以上になると無給電素子同士がぶつかってしまう。S2が0.1λ以下であると高い周波数においてビームの形がくずれ所望のビーム幅がえられない。S2が0.32λ以上でも導線及び無給電素子を設けない場合より効果はあるが、0.32λを分岐点として逆に劣化する傾向にあり、またアンテナ装置が大きくなることから0.32λまでが最適と判断した。
【0017】
導線と無給電素子を設けたことにより、例えばS1=0.133λ(約20mm)、S2=0.32λ(約48mm)において、±90°方向放射レベルは4.5dB〜19.5dB(1.92GHzにおいて−11dBから−15.5dB:ビーム幅は58.02°、2.16GHzにおいて−12dBから−31.5dB:ビーム幅は56.17°)の改善を得た。指向性パターンを図5及び図6に示す。
【0018】
なお、導線と無給電素子を設けたことによる800MHz/1.5GHzの120°ビームアンテナの指向性に影響はない。
【0019】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、2つの第1ダイポールアンテナの中央にそれぞれ導線を設け、又は/及び無給電素子を設けることにより、2GHz帯用アンテナの指向性について±90°方向の放射レベルを低く抑えることができた。また、導線、無給電素子を設けても800MHz/1.5GHzの共用アンテナのビーム幅はほぼ120°であり、その指向性に影響を与えない。よって、2GHz帯ではより良好な指向性パターンの60°ビーム幅が、800MHzと1.5GHzの2周波共用アンテナについては120°ビーム幅が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施例1のアンテナ装置を示す傾斜図(A)と平面図(B)。
【図2】実施例1の導線の長さに対する±90°方向放射レベル(A)とビーム幅(B)を示す図。
【図3】この発明の実施例2のアンテナ装置を示す傾斜図(A)と平面図(B)。
【図4】この発明の実施例3のアンテナ装置を示す傾斜図(A)と平面図(B)。
【図5】実施例3のアンテナ装置による2GHz帯指向性パターンの例を示す図。
【図6】実施例3のアンテナ装置による2GHz帯指向性パターンの他の例を示す図。
【図7】従来技術をアレイ化した例を示す斜視図(A)と平面図(B)。
【図8】図7のアンテナ装置の指向性パターンの例を示す図。
【図9】図7のアンテナ装置の指向性パターンの例を示す図。
Claims (3)
- 上下方向に延長した平面上の反射板と、
上記反射板の両端縁に垂直に同一方向に突出して設けられた側面反射板とを備え、
上記反射板から距離D1だけ、上記突出方向に離れ、互いに平行な上下方向に延長した2つの第1ダイポールアンテナの組の複数が、垂直距離h離れて順次配列され、上記2つの第1ダイポールアンテナの同相・同振幅給電により第1周波数帯で水平面内ビーム幅が60°とされ、
上記反射板から、上記第1ダイポールアンテナと同一側に、D1より大きい距離D2だけ離れ、第2ダイポールアンテナが、垂直距離Hだけ離れて複数配列され、第2ダイポールアンテナにより上記第1周波数帯よりも低い第2及び第3周波数帯で水平面内ビーム幅が120°とされ、
上記組をなす2つの第1ダイポールアンテナそれぞれの中央に、ダイポールアンテナと平行に、反射板から距離D1だけ離れたところに、上記第1周波数帯の波長λで長さL1=0 . 347λの導線が設けられていることを特徴とする基地局アンテナ装置。 - 上下方向に延長した平面上の反射板と、
上記反射板の両端縁に垂直に同一方向に突出して設けられた側面反射板とを備え、
上記反射板から距離D1だけ、上記突出方向に離れ、互いに平行な上下方向に延長した2つの第1ダイポールアンテナの組の複数が、垂直距離h離れて順次配列され、上記2つの第1ダイポールアンテナの同相・同振幅給電により第1周波数帯で水平面内ビーム幅が60°とされ、
上記反射板から、上記第1ダイポールアンテナと同一側に、D1より大きい距離D2だけ離れ、第2ダイポールアンテナが、垂直距離Hだけ離れて複数配列され、第2ダイポールアンテナにより上記第1周波数帯よりも低い第2及び第3周波数帯で水平面内ビーム幅が120°とされ、
上記2つの第1ダイポールアンテナそれぞれについて、その2つの第1ダイポールアンテナを含む平面内で距離S1だけ互いに内側で、反射板に対し第1ダイポールアンテナと同一方向に第1ダイポールアンテナより更に距離S2離れた2つの箇所に、長さL2の無給電素子がそれぞれ平行に設けられ、
上記第1周波数帯の波長をλとして、0<S1≦0.167λ、0.1λ≦S2≦0.3λ、L2=0 . 347λであることを特徴とする基地局アンテナ装置。 - 上下方向に延長した平面上の反射板と、
上記反射板の両端縁に垂直に同一方向に突出して設けられた側面反射板とを備え、
上記反射板から距離D1だけ、上記突出方向に離れ、互いに平行な上下方向に延長した2つの第1ダイポールアンテナの組の複数が、垂直距離h離れて順次配列され、上記2つの第1ダイポールアンテナの同相・同振幅給電により第1周波数帯で水平面内ビーム幅が60°とされ、
上記反射板から、上記第1ダイポールアンテナと同一側に、D1より大きい距離D2だけ離れ、第2ダイポールアンテナが、垂直距離Hだけ離れて複数配列され、第2ダイポールアンテナにより上記第1周波数帯よりも低い第2及び第3周波数帯で水平面内ビーム幅が120°とされ、
上記組をなす2つの第1ダイポールアンテナそれぞれの中央に、ダイポールアンテナと平行に、反射板から距離D1だけ離れたところに長さL1の導線が設けられ、
上記2つの第1ダイポールアンテナそれぞれについて、その2つのダイポールアンテナを含む平面内で距離S1だけ互いに内側で、反射板に対し、第1ダイポールアンテナと同一方向に第1ダイポールアンテナより更に距離S2離れた2つの箇所に、長さL2の無給電素子がそれぞれ平行に設けられ、
上記第1周波数帯の波長をλとして、L1=L2=0 . 347λ、0<S1≦0.23λ、0.1λ≦S2≦0.32λであることを特徴とする基地局アンテナ装置。
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