JP5464126B2 - 移動通信用基地局アンテナ、及び移動通信用基地局アンテナシステム - Google Patents

Description

本発明は、移動通信用基地局アンテナ、及び移動通信用基地局アンテナシステムに関する。

移動通信に用いられる基地局においては、複数のユーザの同時接続を可能にするため、周波数分割多重アクセス（ＦＤＭＡ）、時間分割多重アクセス（ＴＤＭＡ）、符号分割多重アクセス（ＣＤＭＡ）等の方式が存在し、商用システムに導入されている。

しかしながら、近年の移動通信の普及に伴うユーザ数の急激な増加により、移動通信システムに割り当てられた周波数チャネルの許容量以上の通信要求が発生し、周波数資源を逼迫する問題が発生している。

そこで、周波数の利用効率を上げてチャネル容量の拡大を実現することを目的として、１つの周波数帯域で複数のユーザとの通信を実現する空間分割多重アクセス（ＳＤＭＡ）が提案されている。空間分割多重アクセスでは、基地局アンテナの指向性の主ビーム方向を希望のユーザの方向に向け、他のユーザ方向には指向性のヌル方向を向けることで、複数のユーザを空間の違いにより分離している。

空間分割多重アクセスを実現する方法として、複数のアンテナを用いてチャネル容量を拡大するＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｏｕｔｐｕｔ）と呼ばれる無線通信技術がある。ＭＩＭＯ技術では、送信データを複数の信号（ストリーム）に分けて同時送信するので、複数のアンテナを設置することを要する。

例えば、空間分割多重アクセスを実現する移動通信用基地局アンテナとして、複数のアレイアンテナを直線状、若しくは円周状に配置した移動通信用基地局アンテナが知られている（例えば、特許文献１参照。）。

また、空間分割多重アクセスを実現する移動通信用基地局として、Ｖ−Ｈ偏波及び斜め４５度偏波を用いたアレイアンテナ４つを水平方向に並べた移動通信用基地局が知られている（例えば、非特許文献１参照。）。

特開２００１−３１３５２５号公報

Ｋ．Ｎｉｓｈｉｍｏｒｉ、他２名、Ｃｈａｎｎｅｌ Ｃａｐａｃｉｔｙ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｏｆ ８×２ ＭＩＭＯ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｂｙ Ａｎｔｅｎｎａ Ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ ｉｎ ａｎ Ａｃｔｕａｌ Ｃｅｌｌｕｌａｒ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ」、ＩＥＥＥ ＴＲＡＮＳＡＣＴＩＯＮＳ ＯＮ ＡＮＴＥＮＮＡＳ ＡＮＤ ＰＲＯＰＡＧＡＴＩＯＮ、ＶＯＬ．５４、ＮＯ．１１、２００６年１１月、ｐｐ．３２８５−３２９１

しかしながら、特許文献１に記載の移動通信用基地局アンテナ及び非特許文献１に記載の移動通信用基地局では、アレイアンテナを直線状、若しくは円周状に配置しているので、移動通信用基地局アンテナ全体の設置専有面積が大きくなる問題がある。

近年、携帯電話をはじめとする無線通信の普及により、街中には移動通信用基地局アンテナが多数設置されている。移動通信用基地局アンテナは、鉄塔又は高い建物の屋上等に設置されるので、アンテナ全体の設置専有面積が大きくなることは、設置費用が増大するだけでなく、景観を損ねることにつながり好ましくない。

したがって、周波数の利用効率を上げてチャネル容量の拡大を実現するためには、アレイアンテナを複数配置してＭＩＭＯ技術を導入することを要するが、アンテナ設置専有面積が大きくなることは極力避けたいという要求があり、設置専有面積の小さい移動通信用基地局アンテナが強く望まれている。

そして、ビルが乱立する市街地や、既にエリアが整った地域に新たに高層ビルや、新たな基地局が新設された場合、電波の漏洩や干渉を防止することが困難な場所ができることが予想される。

したがって、本発明の目的は、電波の漏洩や干渉を防止することができる移動通信用基地局アンテナ、及び移動通信用基地局アンテナシステムを提供することにある。

（１）本発明は、上記課題を解決することを目的として、水平方向に並列に配置される２つのアレイアンテナと、２つのアレイアンテナの間に設けられる遮蔽板とを備える移動通信用基地局アンテナであって、２つのアレイアンテナがそれぞれ、偏波特性が互いに直交する２つのアンテナ素子を含んで構成され、垂直方向に配列される複数のアンテナ素子対を有し、２つのアレイアンテナがそれぞれ有する複数のアンテナ素子対を、２つのアレイアンテナの一端から他端に向けて順にＭ個、Ｎ個、Ｐ個のグループに分け（ただし、Ｍ、Ｎ、及びＰは正の整数）、一方のアレイアンテナのＭ個のグループ及びＰ個のグループと、他方のアレイアンテナのＮ個のグループとに対して１つの給電点からの電力が供給され、２つのアレイアンテナの水平面に対するチルト角が電気チルトにより所定のチルト角に設定される移動通信用基地局アンテナを提供する。

また、上記移動通信用基地局アンテナにおいて、チルト角が、１０°以上であってもよい。

また、上記移動通信用基地局アンテナにおいて、前記複数のアンテナ素子対の高さより高い高さを有してもよい。

また、上記移動通信用基地局アンテナにおいて、電波吸収体を用いて形成されてもよい。

また、本発明は、上記課題を解決することを目的として、水平方向に並列に配置される２つのアレイアンテナと、２つのアレイアンテナの間に垂直方向に延びて設けられる遮蔽板とを有する移動通信用基地局アンテナを備え、予め定められたサービスエリアから予め定められた周波数の信号を受信する移動通信用基地局アンテナシステムであって、２つのアレイアンテナがそれぞれ、偏波特性が互いに直交する２つのアンテナ素子を含んで構成され、垂直方向に配列される複数のアンテナ素子対を有し、２つのアレイアンテナがそれぞれ有する複数のアンテナ素子対を、２つのアレイアンテナの一端から他端に向けて順にＭ個、Ｎ個、Ｐ個のグループに分け（ただし、Ｍ、Ｎ、及びＰは正の整数）、一方のアレイアンテナのＭ個のグループ及びＰ個のグループと、他方のアレイアンテナのＮ個のグループとに対して１つの給電点からの電力が供給され、２つのアレイアンテナの水平面に対するチルト角が電気チルトにより所定のチルト角に設定される移動通信用基地局アンテナシステムが提供される。

また、上記移動通信用基地局アンテナシステムにおいて、チルト角を電気チルトにより所定のチルト角に設定することにより、移動通信用基地局アンテナの正面方向のサービスエリアのみ送受信信号強度を抑制し、正面方向のサービスエリアを除く領域の送受信信号強度は抑制しないこともできる。

また、上記移動通信用基地局アンテナシステムにおいて、チルト角を電気チルトにより所定のチルト角に設定することにより、信号の複数の伝搬路を形成することもできる。

本発明に係る移動通信用基地局アンテナ、及び移動通信用基地局アンテナシステムは、電波の漏洩や干渉を防止することができる移動通信用基地局アンテナ、及び移動通信用基地局アンテナシステムを提供できる。

本発明の実施の形態に係る移動通信用基地局アンテナの斜視図である。 （ａ）は本発明の実施の形態に係る移動通信用基地局アンテナの正面図であり、（ｂ）は移動通信用基地局アンテナの底面図である。 （ｃ）は垂直偏波アンテナ素子単体を示す図であり、（ｄ）は水平偏波アンテナ素子単体を示す図である。 本実施の形態に係る移動通信用基地局アンテナの主要な構成を示す図である。 （ａ）は遮蔽板を備えていない移動通信用基地局アンテナの概要図であり、（ｂ）は遮蔽板を備えている移動通信用基地局アンテナの概要図である。 （ａ）は１つの遮蔽板を備えている移動通信用基地局アンテナの概要図であり、（ｂ）は２つの遮蔽板を備えている移動通信用基地局アンテナの概要図である。 本実施の形態に係る移動通信用基地局アンテナにおける水平面の指向性を示す図である。 本実施の形態に係る１０素子のアレイアンテナを一直線に配置し、チルト角を４°にした場合の水平面エリアの受信信号パワーを示す図である。 本実施の形態に係る１０素子のアレイアンテナを一直線に配置し、チルト角を９°にした場合の水平面エリアの受信信号パワーを示す図である。 本実施の形態に係る１０素子のアレイアンテナを一直線に配置し、チルト角を１２°にした場合の水平面エリアの受信信号パワーを示す図である。 １０素子のアレイアンテナの位置を、Ｍ＝３、Ｎ＝４、Ｐ＝３で左右に振り分けた場合の、チルト角度４°における受信パワー分布強度を示す図である。 １０素子のアレイアンテナの位置を、Ｍ＝３、Ｎ＝４、Ｐ＝３で左右に振り分けた場合の、チルト角度９°における受信パワー分布強度を示す図である。 １０素子のアレイアンテナの位置を、Ｍ＝３、Ｎ＝４、Ｐ＝３で左右に振り分けた場合の、チルト角度１２°における受信パワー分布強度を示す図である。 地上におけるサービスエリアを上から表した模式図である。 地上におけるサービスエリアを上から表した模式図である。 地上におけるサービスエリアを上から表した模式図である。 地上におけるサービスエリアを上から表した模式図である。 参考例１に係る移動通信用基地局アンテナの主要な構成の概要図である。 参考例１に係る移動通信用基地局アンテナにおける水平面の指向性を示す図である。 参考例２に係る移動通信用基地局アンテナの主要な構成の概要図である。 参考例２に係る移動通信用基地局アンテナにおける水平面の指向性を示す図である。

［実施の形態］
図１Ａは、本発明の実施の形態に係る移動通信用基地局アンテナの斜視図の一例を示す。また、図１Ｂの（ａ）は、本発明の実施の形態に係る移動通信用基地局アンテナの正面図の一例を示し、図１Ｂの（ｂ）は、移動通信用基地局アンテナの底面図の一例を示す。更に、図１Ｃの（ｃ）は、垂直偏波アンテナ素子単体を示し、（ｄ）は、水平偏波アンテナ素子単体を示す。

本実施の形態に係る移動通信用基地局アンテナ１は、一例として、空間分割多重アクセス方式の通信に用いられる。例えば、移動通信用基地局アンテナ１は、複数のアンテナを用いてチャネル容量を拡大するＭｕｌｔｉｐｌｅ Ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｏｕｔｏｐｕｔ（ＭＩＭＯ）と称される無線通信技術に応用される。ＭＩＭＯ技術において送信データは、複数の信号データに分割されて同時に送信される。したがって、ＭＩＭＯ技術においては、複数のアンテナを設置することが要求される。本実施の形態においては、移動通信用基地局アンテナ１が備えるアレイアンテナ１０とアレイアンテナ１２とを水平方向（つまり、図１Ａにおけるｘ方向）に並べて配置することにより、複数のアンテナを設置することになる。

（移動通信用基地局アンテナ１の構成）
具体的に、本実施の形態に係る移動通信用基地局アンテナ１は、正面視にて略長方形状のアレイアンテナ１０と、アレイアンテナ１０の水平方向（つまり、図１Ａのｘ方向）に並列に配置され、正面視にて略長方形状のアレイアンテナ１２とを備える。アレイアンテナ１０は、偏波特性が互いに直交する垂直偏波アンテナ素子１０２と水平偏波アンテナ素子１０４とを含むアンテナ素子対１００を８つ有する。同様に、アレイアンテナ１２は、偏波特性が互いに直交する垂直偏波アンテナ素子１２２と水平偏波アンテナ素子１２４とを含むアンテナ素子対１２０を８つ有する。そして、複数のアンテナ素子対１００及び複数のアンテナ素子対１２０はそれぞれ、移動通信用基地局アンテナ１の垂直方向（つまり、図１Ａにおけるｚ方向）に沿って直線的に配列される。

垂直偏波アンテナ素子１０２と水平偏波アンテナ素子１０４とは、それぞれの略中心部分において互いに組み合わされることによりアンテナ素子対１００を構成する。そして、垂直偏波アンテナ素子１０２と水平偏波アンテナ素子１０４とは、十字型の断面を有する形状に組み合わされる。同様に、垂直偏波アンテナ素子１２２と水平偏波アンテナ素子１２４とは、それぞれの略中心部分において互いに組み合わされることによりアンテナ素子対１２０を構成する。

具体的に、図１Ｃの（ｃ）に示すように、垂直偏波アンテナ素子１０２は、正面視にて略長方形状に形成され、一方の長辺の略中点を含む領域から他方の長辺に向けて延びるスリット１０２ａを有する。また、図１Ｃの（ｄ）に示すように、水平偏波アンテナ素子１０４は、正面視にて略長方形状に形成され、一方の長辺の略中点を含む領域から他方の長辺に向けて延び、スリット１０２ａの幅と同程度の幅を有し、スリット１０２ａの長さより長い長さのスリット１０４ａを有する。スリット１０４ａをスリット１０２ａに嵌め合わせることにより、アンテナ素子対１００が構成される。なお、アンテナ素子対１２０についてもアンテナ素子対１００と同様に構成されるので、詳細な説明は省略する。

アンテナ素子対１００は、垂直偏波アンテナ素子１０２と水平偏波アンテナ素子１０４とにより、偏波される電波を共用し、信号を送信及び／又は受信する。同様に、アンテナ素子対１２０は、垂直偏波アンテナ素子１２２と水平偏波アンテナ素子１２４とにより、偏波される電波を共用し、信号を送信及び／又は受信する。

また、移動通信用基地局アンテナ１は、アレイアンテナ１０及びアレイアンテナ１２を搭載する反射板１４を備える。そして、図１Ｂの（ａ）に示すように、移動通信用基地局アンテナ１は、アレイアンテナ１０とアレイアンテナ１２との間に、金属材料等の導電体を用いて形成される遮蔽板２０を備える。遮蔽板２０は、反射板１４の表面（つまり、アレイアンテナ１０及びアレイアンテナ１２が接して設けられる面）の法線方向（つまり、図１Ａのｙ方向）に延びて設けられる。

また、遮蔽板２０は、図１Ｂの（ｂ）に示すように、アンテナ素子対１００と、アンテナ素子対１００の隣に配置されるアンテナ素子対１２０との間の電気的な干渉を抑制することを目的として、アンテナ素子対１００及びアンテナ素子対１２０の高さ（すなわち、反射板１４のアンテナ素子対１００及びアンテナ素子対１２０が接している表面から、アンテナ素子対１００及びアンテナ素子対１２０の反射板１４に接している側の反対側の先端までの距離）より高い高さを有する。なお、遮蔽板２０は、磁性体、又は誘電体からなる電波吸収体を用いて形成することもできる。

また、垂直偏波アンテナ素子１０２、水平偏波アンテナ素子１０４、垂直偏波アンテナ素子１２２、及び水平偏波アンテナ素子１２４としてはそれぞれ、プリントダイポールアンテナを用いることができる。具体的に、垂直偏波アンテナ素子１０２、水平偏波アンテナ素子１０４、垂直偏波アンテナ素子１２２、及び水平偏波アンテナ素子１２４はそれぞれ、正面視にて略長方形状の誘電体基板と、誘電体基板上に設けられるダイポール素子、給電線路導体、及び設置導体等とを有して構成される。なお、垂直偏波アンテナ素子１０２、水平偏波アンテナ素子１０４、垂直偏波アンテナ素子１２２、及び水平偏波アンテナ素子１２４としては、例えば、棒状のダイポールアンテナ、又は金属板を折り曲げたダイポールアンテナを用いることもできる。

図１Ｄは、本実施の形態に係る移動通信用基地局アンテナの主要な構成の概要を示す。

なお、図１Ｄにおいては、説明の便宜上、水平偏波アンテナ素子１０４及び水平偏波アンテナ素子１２４と、水平偏波アンテナ素子１０４及び水平偏波アンテナ素子１２４に電力を供給する給電点、給電ポート及び電力分配器との図示を省略する。

移動通信用基地局アンテナ１は、複数のアンテナ素子対１００の垂直偏波アンテナ素子１０２及び複数のアンテナ素子対１２０の垂直偏波アンテナ素子１２２のそれぞれに電力を供給する給電点４０と、複数のアンテナ素子対１００の水平偏波アンテナ素子１０４及び複数のアンテナ素子対１２０の水平偏波アンテナ素子１２４のそれぞれに電力を供給する給電点（図示しない）と、給電点４０からの電力を複数のアンテナ素子対１００の垂直偏波アンテナ素子１０２及び複数のアンテナ素子対１２０の垂直偏波アンテナ素子１２２のそれぞれに分配する電力分配器３０と、図示しない給電点からの電力を複数のアンテナ素子対１００の水平偏波アンテナ素子１０４及び複数のアンテナ素子対１２０の水平偏波アンテナ素子１２４のそれぞれに分配する電力分配器（図示しない）とを更に備える。

また、移動通信用基地局アンテナ１は、電力分配器３０によって分配される給電点４０からの電力を予め定められたアンテナ素子、具体的には、後述するＭ個、Ｎ個、Ｐ個のグループに属するアンテナ素子のそれぞれに供給する配線５０及び配線５２を更に備える。同様に、移動通信用基地局アンテナ１は、図示しない電力分配器によって分配される図示しない給電点からの電力をＭ個、Ｎ個、Ｐ個のグループに属するアンテナ素子のそれぞれに供給する図示しない複数の配線を備える。

ここで、アレイアンテナ１０及びアレイアンテナ１２がそれぞれ有する複数のアンテナ素子対１００及び複数のアンテナ素子対１２０を、アレイアンテナ１０及びアレイアンテナ１２の一端から他端に向けて順にＭ個、Ｎ個、Ｐ個のグループに分ける（ただし、Ｍ、Ｎ、及びＰは正の整数）。

そして、Ｍ個のグループの複数のアンテナ素子とＰ個のグループの複数のアンテナ素子とＮ個のグループの複数のアンテナ素子とのそれぞれに給電点４０から電力が供給される。例えば、アレイアンテナ１２のＭ個のグループの複数の垂直偏波アンテナ素子１２２とＰ個のグループの複数の垂直偏波アンテナ素子１２２とに電力分配器３０及び配線５２を介して給電点４０から電力が供給される。また、アレイアンテナ１０のＮ個のグループの複数の垂直偏波アンテナ素子１０２に電力分配器３０及び配線５０を介して給電点４０から電力が供給される。

また、アレイアンテナ１２のＮ個のグループの複数の垂直偏波アンテナ素子１２２に電力分配器及び配線を介して給電点から電力が供給される。そして、アレイアンテナ１０のＭ個のグループの複数の垂直偏波アンテナ素子１０２及びＰ個のグループの複数の垂直偏波アンテナ素子１０２に電力分配器及び配線を介して給電点から電力が供給される。

なお、アレイアンテナ１０の複数のアンテナ素子対１００の複数の水平偏波アンテナ素子１０４及びアレイアンテナ１２の複数のアンテナ素子対１２０の複数の水平偏波アンテナ素子１２４に対しても、同様に図示しない給電点から図示しない電力分配器及び配線を介して電力を供給することができる。例えば、アレイアンテナ１０のＭ個のグループの複数の水平偏波アンテナ素子１０４とＰ個のグループの複数の水平偏波アンテナ素子１０４とに、図示しない電力分配器及び配線を介して図示しない給電点から電力を供給できる。また、アレイアンテナ１２のＮ個のグループの複数の水平偏波アンテナ素子１２４に、図示しない電力分配器及び配線を介して図示しない給電点から電力を供給できる。また、アレイアンテナ１０のＮ個のグループの複数の水平偏波アンテナ素子１０４に、図示しない電力分配器及び配線を介して図示しない給電点から電力を供給でき、アレイアンテナ１２のＭ個のグループの複数の水平偏波アンテナ素子１２４及びＰ個のグループの複数の水平偏波アンテナ素子１２４に、図示しない電力分配器及び配線を介して図示しない給電点から電力を供給できる。

すなわち、アレイアンテナ１０の複数のアンテナ素子対１００及びアレイアンテナ１２の複数のアンテナ素子対１２０を予め定められた個数のグループに分ける。そして、遮蔽板２０を対称軸として各グループの位置を移動通信用基地局アンテナ１の正面視にて左右に振り分けると共に、振り分けた各グループに電力を分配して給電する。

本実施の形態では、一方の給電点（例えば、給電点４０）から電力が供給されるグループとして、移動通信用基地局アンテナ１の一端から他端に向けて順にＭ個、Ｎ個、Ｐ個のグループに分け、一端側のＭ個のグループ及び他端側のＰ個のグループを移動通信用基地局アンテナ１の正面視にて遮蔽板２０の右に配置し、Ｍ個のグループとＰ個のグループとに挟まれるＮ個のグループを、移動通信用基地局アンテナ１の正面視にて遮蔽板２０の左に配置する。なお、他方の給電点から電力が供給されるグループについても同様に配置する。

一例として、アレイアンテナ１０が有するアンテナ素子対１００の数、及びアレイアンテナ１２が有するアンテナ素子対１２０の数がそれぞれ１０個の場合、Ｍ＝３、Ｎ＝４、Ｐ＝３に設定できる。また、アレイアンテナ１０が有するアンテナ素子対１００の数、及びアレイアンテナ１２が有するアンテナ素子対１２０の数がそれぞれ８個の場合、Ｍ＝２、Ｎ＝４、Ｐ＝２に設定できる。更に、アレイアンテナ１０が有するアンテナ素子対１００の数、及びアレイアンテナ１２が有するアンテナ素子対１２０の数がそれぞれ７個の場合、Ｍ＝２、Ｎ＝３、Ｐ＝２に設定できる。

また、Ｍ、Ｎ、及びＰの関係は以下の関係を満たすことが好ましい。まず、移動通信用基地局アンテナ１の水平面指向性の左右のバランスを良好にすることを目的として、ＮをＭ＋Ｐに概ね等しくすると共に、ＭとＰとを概ね等しくすることが好ましい。

更に、本実施の形態に係る移動通信用基地局アンテナ１は、セル内に電波を有効に放射し、当該セルを除く領域に電波が漏洩することを防止すべく、ビームをチルトさせる機能を有する。移動通信用基地局アンテナ１の大地からの高さが高いほど、またセルが小さいほど、主ビームを大きくチルトさせることを要する。具体的に、本実施の形態では、アレイアンテナ１０及びアレイアンテナ１２の水平面（つまり、図１ＡにおけるＸＹ平面）に対するチルト角を電気チルトにより所定の角度チルトさせる。例えば、チルト角は、１０°以上、好ましくは１２°以上に設定する。チルト角を予め定められた角度より大きく設定することにより、主ビームの水平面内指向性の対象性を保ちつつ、主ビームの正面方向指向性にくぼみを発生させることができる。

図２（ａ）は、遮蔽板を備えていない移動通信用基地局アンテナの概要を示し、（ｂ）は、遮蔽板を備えている移動通信用基地局アンテナの概要を示す。

２つのアレイアンテナを水平方向に並列に配置するとアンテナ素子間のアイソレーションを確保することが困難になる。その結果、アレイアンテナ間の距離を離すことが要求されることから、アンテナを設置する専有面積が増える場合がある。ここで、本実施の形態に係る移動通信用基地局アンテナ１は、アレイアンテナ１０とアレイアンテナ１２との間にｙ方向に伸びる遮蔽板２０を備えているので、アンテナ素子間のアイソレーションを改善することができる。これにより、アレイアンテナ間の距離を離すことを要さず、アンテナを設置する専有面積が増大することを防止できる。

具体的に、遮蔽板２０によるアンテナ素子間のアイソレーションの改善効果について、図２を用いて説明する。移動通信用基地局アンテナ２は遮蔽板２０を備えておらず、給電点に接続された垂直偏波アンテナ素子１３０、５０オーム終端が接続された垂直偏波アンテナ素子１３２、及び反射板１４を更に備える。

一方、移動通信用基地局アンテナ２ａは、遮蔽板２０を備えており、給電点に接続された垂直偏波アンテナ素子１３０、５０オーム終端が接続された垂直偏波アンテナ素子１３２、反射板１４を更に備える。反射板１４と遮蔽板２０とは電気的に接続されている。

移動通信用基地局アンテナ２における垂直偏波アンテナ素子１３０と垂直偏波アンテナ素子１３２の結合量をシミュレーションしたところ−９．０ｄＢであった。一方、移動通信用基地局アンテナ２ａにおける垂直偏波アンテナ素子１３０と垂直偏波アンテナ素子１３２の結合量をシミュレーションしたところ−２７．１ｄＢであった。垂直偏波アンテナ素子間に金属製の遮蔽板２０を設けることで、垂直偏波アンテナ素子間のアイソレーションを大幅に改善でき、垂直偏波アンテナ素子間の距離を離すことを要さないことが確認された。

すなわち、移動通信用基地局アンテナ１が遮蔽板２０を備えることで、従来の移動通信用基地局アンテナの設置専有面積を大幅に増やすことなく、２つの偏波共用アレイアンテナ（すなわち、アレイアンテナ１０及びアレイアンテナ１２）を備えた移動通信用基地局アンテナ１を提供できる。

図３（ａ）は、１つの遮蔽板を備えている移動通信用基地局アンテナの概要を示し、（ｂ）は、２つの遮蔽板を備えている移動通信用基地局アンテナの概要を示す。

移動通信用基地局アンテナにおいて、２つの遮蔽板を水平方向に並列に配置することでアンテナ素子間アイソレーションを改善することができる。具体的に、遮蔽板２０を２つ配置することによるアンテナ素子間アイソレーションの改善効果について、図３を用いて説明する。

図３（ａ）に示す移動通信用基地局アンテナ３は、遮蔽板２０と、給電点に接続された垂直偏波アンテナ素子１３０と、５０オーム終端が接続された垂直偏波アンテナ素子１３２と、反射板１４とを備えている。反射板１４と遮蔽板２０とは電気的に接続されている。

一方、図３（ｂ）に示す移動通信用基地局アンテナ３ａは、遮蔽板２０及び遮蔽板２２と、給電点に接続された垂直偏波アンテナ素子１３０と、５０オーム終端が接続された垂直偏波アンテナ素子１３２と、反射板１４とを備えている。反射板１４と遮蔽板２０及び遮蔽板２２とは電気的に接続されている。

移動通信用基地局アンテナ３における垂直偏波アンテナ素子１３０と垂直偏波アンテナ素子１３２との結合量をシミュレーションしたところ−２７．１ｄＢであった。一方、移動通信用基地局アンテナ３ａにおける垂直偏波アンテナ素子１３０と垂直偏波アンテナ素子１３２との結合量をシミュレーションしたところ−２９．２ｄＢであった。垂直偏波アンテナ素子間に遮蔽板を２つ設けることで、垂直偏波アンテナ素子間のアイソレーションを更に改善でき、垂直偏波アンテナ素子間の距離を離すことを要さないことが確認された。

すなわち、移動通信用基地局アンテナ１が２つの遮蔽板を備えることで、アンテナ素子間のアイソレーションを更に改善でき、アレイアンテナを複数備えたより小型の移動通信用基地局アンテナを提供できる。

図４は、本実施の形態に係る移動通信用基地局アンテナにおける水平面の指向性を示す。

１０個のアンテナ素子対１００を有するアレイアンテナ１０及び１０個のアンテナ素子対１２０を有するアレイアンテナ１２を備える移動通信用基地局アンテナ１について説明する。なお、以下の説明において、斯かる移動通信用基地局アンテナ１が備えるアレイアンテナ１０及びアレイアンテナ１２を「１０素子のアレイアンテナ」と称する場合がある。

斯かる移動通信用基地局アンテナ１におけるアレイアンテナの素子配列では、図４のような水平面指向性になる。最大放射方向は（水平角度φ、垂直角度θ）＝（１８０°、９８°）の方向であり、水平方向より大地側に８°チルトしている。最大放射方向（送受信信号強度が最大になる方向）を含む水平面（カット面θ＝９８°）以外の水平面（カット面θ＝１０２°及び１０６°）であっても、ビームの左右の対称性が良い。なお、本実施の形態に係る移動通信用基地局アンテナ１以外の分配給電の組合せを選択した場合、ビームチルトが深くなるほど、主ビームの正面方向の水平面内の受信パワー分布の対象性のバランスが偏ってくる。

図５Ａ〜図５Ｆは、１０素子のアレイアンテナを備える本実施の形態に係る移動通信用基地局アンテナの水平面内の受信信号パワーを示す。

すなわち、図５Ａから図５Ｆは、１０素子のアレイアンテナの配置とチルト角度とを変えた場合の、サービスエリア（希望波の受信パワー分布）を示す計算結果を示す。なお、このシミュレーションは、一例として１０素子のアレイアンテナを、アンテナ設置高さ５０ｍで、計算エリア半径約６０００〜８０００ｍ程度のマイクロセル若しくはマクロセルを想定しており、キャリア周波数は８７０ＭＨである。

具体的に、図５Ａは、本実施の形態に係る１０素子のアレイアンテナを一直線に配置し、チルト角を４°にした場合の水平面エリアの受信信号パワーを示す。また、図５Ｂは、本実施の形態に係る１０素子のアレイアンテナを一直線に配置し、チルト角を９°にした場合の水平面エリアの受信信号パワーを示す。更に、図５Ｃは、本実施の形態に係る１０素子のアレイアンテナを一直線に配置し、チルト角を１２°にした場合の水平面エリアの受信信号パワーを示す。

図５Ａから図５Ｂが示す直線配置では、チルト角が大きいほど、アンテナ設置位置に向けてエリアの対象性を保ちながら、受信パワー分布強度が下を向く傾向が読み取れる。

また、図５Ｄは、１０素子のアレイアンテナの位置を、Ｍ＝３、Ｎ＝４、Ｐ＝３で左右に振り分けた場合の、チルト角度４°における受信パワー分布強度を示す。図５Ｅは、１０素子のアレイアンテナの位置を、Ｍ＝３、Ｎ＝４、Ｐ＝３で左右に振り分けた場合の、チルト角度９°における受信パワー分布強度を示す。更に、図５Ｆは、１０素子のアレイアンテナの位置を、Ｍ＝３、Ｎ＝４、Ｐ＝３で左右に振り分けた場合の、チルト角度１２°における受信パワー分布強度を示す。なお、Ｍ＝３、Ｎ＝４、Ｐ＝３で左右に振り分けた配置を、以下、「３−４−３配置」と称する。

図５Ｄから図５Ｆが示す３−４−３配置では、チルト角４°では直線配置と同じであるが、９°では正面方向の受信パワー分布強度に若干のくぼみができ、１２°では完全に正面方向がへこみハート型のようなサービスエリアになることが示された。

図６Ａ〜図６Ｄは、地上におけるサービスエリアを上から表した模式図を示す。

まず、図６Ａは、従来の移動通信用基地局アンテナを備える基地局アンテナ６０のサービスエリア２００を示す。図６Ａの楕円が、同一の送受信信号強度を示す等高線である（以下、図６Ｂから図６Ｄにおいても同様である。）。サービスエリア２００内に希望波が到達する住宅街８０及び住宅街８２が含まれる。

ここで、図６Ｂのようにサービスエリア２００内に新設ビル７０が建設されると、新設ビル７０により希望波が反射され、サービスエリア２００に乱れが発生する。そして、図６Ｃに示すように、従来方式によりチルト角を制御する移動通信用基地局アンテナを備える基地局アンテナ６０を用いると、サービスエリア２００より狭いサービスエリア２０２になる。

一方、図６Ｄには、本実施の形態に係る移動通信用基地局アンテナシステムを示す。移動通信用基地局システムは、移動通信用基地局アンテナ１を備え、予め定められたサービスエリアから予め定められた周波数の信号を受信する移動通信用基地局アンテナシステムである。例えば、移動通信用基地局アンテナシステムは、移動通信用基地局アンテナ１と、移動通信用基地局アンテナ１を有する基地局アンテナ６０とを備え、移動通信用基地局アンテナ１が、予め定められたサービスエリア内の移動通信端末を含む通信端末から発せられる予め定められた周波数の信号を受信する。

図６Ｄに示すように、本実施の形態に係る移動通信用基地局アンテナ１を備える基地局アンテナ６０であれば、基地局アンテナ６０の正面方向における送受信信号強度を低下させることができるので、サービスエリア２０４はハート形状を呈し、周辺のサービスエリアの大幅な縮小をもたらすことが防止される。換言すれば、移動通信用基地局アンテナ１は、移動通信用基地局アンテナ１の正面から離れた部分の指向性についてはあまり変更が生じない特性を有する。

すなわち、移動通信用基地局アンテナ１のチルト角を予め定められた角度より大きく設定することにより、正面方向のサービスエリアを除く領域の送受信信号強度を抑制せずに、移動通信用基地局アンテナ１の正面方向のサービスエリアのみ送受信信号強度を抑制できる。また、チルト角を予め定められた角度より大きく設定することにより、信号の複数の伝搬路を形成し、ＭＩＭＯ効果を高めることもできる。

（実施の形態の効果）
本実施の形態に係る移動通信用基地局アンテナ１によれば、電力をバランスよく各アンテナ素子に分配給電することができるので、サイドローブを含め、移動通信用基地局アンテナ１の正面方向にバランスよくビームを放射することができる。これにより、サービスエリア（換言すれば、希望波の送受信信号強度分布）の対称性を保つことができると共に、ビームチルトを深くするだけでは電波の漏洩や干渉を防止することが困難な場所であっても、主ビームの正面方向の水平面内の送受信信号強度分布の対称性を保ちつつ、電波の漏洩や干渉を防止することができる。

すなわち、本実施の形態に係る移動通信用基地局アンテナ１によれば、例えば、図５Ｆに示すように、ビームチルトを１２°のように極端に深くすることにより、既にエリアが整った地域に新たに高層ビルや新たな基地局新設等のエリア分布を乱す要因が生じた場合であっても、主ビームの正面方向の水平面内の送受信信号強度分布のみを極端に低下させることができる。したがって、図６Ｄの模式図に示すように、ビームチルトが深い場合において、主ビームの正面方向への指向性を抑制し、周辺のサービスエリアの大幅な縮小をもたらすことを防止できる。

また、本実施の形態に係る移動通信用基地局アンテナ１によれば、アンテナ正面方向の指向性のみ抑制できるだけでなく、アレーアンテナの指向性変化に伴うＭＩＭＯ効果が期待できる。

すなわち、本実施の形態に係る移動通信用基地局アンテナ１は、図５Ｆに示すような送受信信号強度分布を有する。当該送受信信号強度分布は、そのサービスエリア形成のためのアレイアンテナの指向性も大きく変化していることを明白に示しており、従来、反射等が生じなければ発生しなかった２つの伝搬路があたかも形成されていると解釈することができる。このため、本実施の形態に係る移動通信用基地局アンテナ１は、ＭＩＭＯの効果により通信容量、及び通信品質を高めることができる。

（参考例１）
図７は、参考例１に係る移動通信用基地局アンテナの主要な構成の概要を示す。また、図８は、参考例１に係る移動通信用基地局アンテナにおける水平面の指向性を示す。

参考例１に係る移動通信用基地局アンテナ４は、本実施の形態に係る移動通信用基地局アンテナ１とは、分配給電のパターンが異なる点を除き、移動通信用基地局アンテナ１と略同一の構成及び機能を備える。したがって、詳細な説明は省略する。

図７に示すようなアレイアンテナの素子配列では、図８のような水平面指向性になる。最大放射方向は（水平角度φ、垂直角度θ）＝（１８０°、９８°）の方向であり、水平方向より大地側に８°チルトしている。最大放射方向を含む水平面（カット面θ＝９８°）では、ビームの左右の対称性が良いが、それ以外の水平面（カット面θ=１０２°及び１０６°）では、ビームの左右の対称性が悪くなっている。

（参考例２）
図９は、参考例２に係る移動通信用基地局アンテナの主要な構成の概要を示す。また、図１０は、参考例２に係る移動通信用基地局アンテナにおける水平面の指向性を示す。

参考例２に係る移動通信用基地局アンテナ５は、本実施の形態に係る移動通信用基地局アンテナ１とは、分配給電のパターンが異なる点を除き、移動通信用基地局アンテナ１と略同一の構成及び機能を備える。したがって、詳細な説明は省略する。

図９に示すようなアレイアンテナの素子配列では、図１０のような水平面指向性になる。最大放射方向を含む水平面（カット面θ=９８°）では、ビームの左右の対称性が良いが、それ以外の水平面、特にカット面θ＝１０６°では、ビームの左右の対称性が少し悪くなっている。

参考例１及び参考例２と本実施の形態とを比較すると、本実施の形態に係る移動通信用基地局アンテナ１によれば、２つのアレイアンテナがそれぞれ有する複数のアンテナ素子対を、２つのアレイアンテナの一端から他端に向けて順にＭ個、Ｎ個、Ｐ個のグループに分け、各グループに電力をバランスよく分配給電することで、サイドローブを含め、移動通信用基地局アンテナ１の正面方向にバランスよくビームを放射できることが分かる。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、上記に記載した実施の形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施の形態の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。

１ 移動通信用基地局アンテナ
２、２ａ、３、３ａ、４、５ 移動通信用基地局アンテナ
１０ アレイアンテナ
１２ アレイアンテナ
１４ 反射板
２０、２２ 遮蔽板
３０ 電力分配器
４０ 給電点
５０、５２ 配線
６０ 基地局アンテナ
７０ 新設ビル
８０、８２ 住宅街
１００ アンテナ素子対
１０２ 垂直偏波アンテナ素子
１０２ａ スリット
１０４ 水平偏波アンテナ素子
１０４ａ スリット
１２０ アンテナ素子対
１２２ 垂直偏波アンテナ素子
１２４ 水平偏波アンテナ素子
１３０ 垂直偏波アンテナ素子
１３２ 垂直偏波アンテナ素子
２００、２０２、２０４ サービスエリア

Claims (7)

1. 水平方向に並列に配置される２つのアレイアンテナと、前記２つのアレイアンテナの間に設けられる遮蔽板とを備える移動通信用基地局アンテナであって、
   前記２つのアレイアンテナがそれぞれ、偏波特性が互いに直交する２つのアンテナ素子を含んで構成され、垂直方向に配列される複数のアンテナ素子対を有し、
   前記２つのアレイアンテナがそれぞれ有する前記複数のアンテナ素子対を、前記２つのアレイアンテナの一端から他端に向けて順にＭ個、Ｎ個、Ｐ個のグループに分け（ただし、Ｍ、Ｎ、及びＰは正の整数）、
   一方のアレイアンテナの前記Ｍ個のグループ及び前記Ｐ個のグループと、他方のアレイアンテナの前記Ｎ個のグループとに対して１つの給電点からの電力が供給され、
   前記２つのアレイアンテナの水平面に対するチルト角が電気チルトにより所定のチルト角に設定される移動通信用基地局アンテナ。
2. 前記チルト角が、１０°以上である請求項１に記載の移動通信用基地局アンテナ。
3. 前記遮蔽板が、前記複数のアンテナ素子対の高さより高い高さを有する請求項２に記載の移動通信用基地局アンテナ。
4. 前記遮蔽板が、電波吸収体を用いて形成される請求項３に記載の移動通信用基地局アンテナ。
5. 水平方向に並列に配置される２つのアレイアンテナと、前記２つのアレイアンテナの間に垂直方向に延びて設けられる遮蔽板とを有する移動通信用基地局アンテナを備え、予め定められたサービスエリアから予め定められた周波数の信号を受信する移動通信用基地局アンテナシステムであって、
   前記２つのアレイアンテナがそれぞれ、偏波特性が互いに直交する２つのアンテナ素子を含んで構成され、垂直方向に配列される複数のアンテナ素子対を有し、
   前記２つのアレイアンテナがそれぞれ有する前記複数のアンテナ素子対を、前記２つのアレイアンテナの一端から他端に向けて順にＭ個、Ｎ個、Ｐ個のグループに分け（ただし、Ｍ、Ｎ、及びＰは正の整数）、
   一方のアレイアンテナの前記Ｍ個のグループ及び前記Ｐ個のグループと、他方のアレイアンテナの前記Ｎ個のグループとに対して１つの給電点からの電力が供給され、
   前記２つのアレイアンテナの水平面に対するチルト角が電気チルトにより所定のチルト角に設定される移動通信用基地局アンテナシステム。
6. 前記チルト角を電気チルトにより所定のチルト角に設定することにより、前記移動通信用基地局アンテナの正面方向の前記サービスエリアのみ送受信信号強度を抑制し、前記正面方向の前記サービスエリアを除く領域の送受信信号強度は抑制しない請求項５に記載の移動通信用基地局アンテナシステム。
7. 前記チルト角を電気チルトにより所定のチルト角に設定することにより、前記信号の複数の伝搬路を形成する請求項５に記載の移動通信用基地局アンテナシステム。