JPH05308222A - 基地局用成形ビームアレーアンテナ - Google Patents
基地局用成形ビームアレーアンテナInfo
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- JPH05308222A JPH05308222A JP41112290A JP41112290A JPH05308222A JP H05308222 A JPH05308222 A JP H05308222A JP 41112290 A JP41112290 A JP 41112290A JP 41112290 A JP41112290 A JP 41112290A JP H05308222 A JPH05308222 A JP H05308222A
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- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 24
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- 238000010295 mobile communication Methods 0.000 description 3
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
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Landscapes
- Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 低サイドローブで、かつ、主ビームを狭くす
ることが可能で、小型軽量に構成し得る基地局用アンテ
ナを実現することを目的とする。 【構成】 チルト角度（θT ）、主ビームピーク点から
第１ヌル点までの角度（θD ）に対して、垂直面内の素
子間隔（ｄ）を０．５波長とした場合の低レベル領域の
角度範囲（θL ）、主ビームピーク点から第１ヌル点ま
での角度（θW ）が、〔θL ／θW ≧（θT −θD ）／
θD 〕なる条件を満足する放射パターンのうち、低レベ
ル領域内のサイドローブ数が最小になる放射パターンを
形成するようにアンテナ素子上の励振電流振幅・位相を
設定し、さらに、〔ｄ＝（θW ／θD ）×０．５波長〕
となるように素子間隔を設定して構成する。
ることが可能で、小型軽量に構成し得る基地局用アンテ
ナを実現することを目的とする。 【構成】 チルト角度（θT ）、主ビームピーク点から
第１ヌル点までの角度（θD ）に対して、垂直面内の素
子間隔（ｄ）を０．５波長とした場合の低レベル領域の
角度範囲（θL ）、主ビームピーク点から第１ヌル点ま
での角度（θW ）が、〔θL ／θW ≧（θT −θD ）／
θD 〕なる条件を満足する放射パターンのうち、低レベ
ル領域内のサイドローブ数が最小になる放射パターンを
形成するようにアンテナ素子上の励振電流振幅・位相を
設定し、さらに、〔ｄ＝（θW ／θD ）×０．５波長〕
となるように素子間隔を設定して構成する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は自動車電話基地局用の線
状アレーアンテナにおいて、アンテナ素子の励振振幅、
位相、ビームチルト角および素子間隔を適宜設定するこ
とにより、低サイドローブレベルでビーム幅の狭い特性
を実現するアンテナに関するものである。
状アレーアンテナにおいて、アンテナ素子の励振振幅、
位相、ビームチルト角および素子間隔を適宜設定するこ
とにより、低サイドローブレベルでビーム幅の狭い特性
を実現するアンテナに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】自動車電話に利用されている移動通信用
基地局アンテナは図２に示すような状況で使用されてい
る。ここで４．１は高い位置にある基地局アンテナ、
４．２は低い位置にある基地局アンテナ、５はサービス
ゾーン、６は５と同一周波数を使用している次隣接ゾー
ン、７は移動体、８．１，８．２は放射パターンの主ビ
ーム、９．１，９．２はサイドローブである。
基地局アンテナは図２に示すような状況で使用されてい
る。ここで４．１は高い位置にある基地局アンテナ、
４．２は低い位置にある基地局アンテナ、５はサービス
ゾーン、６は５と同一周波数を使用している次隣接ゾー
ン、７は移動体、８．１，８．２は放射パターンの主ビ
ーム、９．１，９．２はサイドローブである。
【０００３】自動車電話用基地局ではサービスゾーン内
レベルと次隣接ゾーンレベルの比（Ｄ／Ｕ比）を高くす
る必要がある。従来の基地局アンテナにはアレーアンテ
ナを用いており、図２に示すように主ビーム８．１をサ
ービスゾーン周辺にθT チルトすることでＤ／Ｕ比を高
めている。さらに、基地局が高くてビームチルト角が深
い場合には、次隣接ゾーン方向のサイドローブレベル
９．１を低くすることでＤ／Ｕ比を改善している。この
ような低いサイドローブアンテナとして、従来、図１１
に示すような放射パターンを有するチェビシェフ分布型
アレーアンテナなどが一般に用いられている。
レベルと次隣接ゾーンレベルの比（Ｄ／Ｕ比）を高くす
る必要がある。従来の基地局アンテナにはアレーアンテ
ナを用いており、図２に示すように主ビーム８．１をサ
ービスゾーン周辺にθT チルトすることでＤ／Ｕ比を高
めている。さらに、基地局が高くてビームチルト角が深
い場合には、次隣接ゾーン方向のサイドローブレベル
９．１を低くすることでＤ／Ｕ比を改善している。この
ような低いサイドローブアンテナとして、従来、図１１
に示すような放射パターンを有するチェビシェフ分布型
アレーアンテナなどが一般に用いられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】図１１に示すような低
サイドローブアンテナでは、一般に均一分布アレーより
もビーム幅が広くなる。図２に示すように、高基地局
４．１の場合にはアンテナから見たサービスゾーン周辺
方向と次隣接ゾーン方向の角度差が大きいため、少々ビ
ームが広くてもサイドローブ領域を次隣接ゾーン方向に
向けることができ、Ｄ／Ｕ比が確保できる。しかし、低
基地局４．２の場合にはサービスゾーン周辺と干渉ゾー
ン方向の見込み角度の差が小さくなるため、８．２のよ
うに主ビームが次隣接ゾーン方向に掛かりやすくなりＤ
／Ｕ比が低下する。
サイドローブアンテナでは、一般に均一分布アレーより
もビーム幅が広くなる。図２に示すように、高基地局
４．１の場合にはアンテナから見たサービスゾーン周辺
方向と次隣接ゾーン方向の角度差が大きいため、少々ビ
ームが広くてもサイドローブ領域を次隣接ゾーン方向に
向けることができ、Ｄ／Ｕ比が確保できる。しかし、低
基地局４．２の場合にはサービスゾーン周辺と干渉ゾー
ン方向の見込み角度の差が小さくなるため、８．２のよ
うに主ビームが次隣接ゾーン方向に掛かりやすくなりＤ
／Ｕ比が低下する。
【０００５】このような場合でもＤ／Ｕ比を大きくする
ためには主ビーム幅の片側θD を狭くする必要がある。
しかし、ビーム幅を狭くするためにはアンテナ全長を大
きくするか、放射パターンのサイドローブレベルを引き
上げなければならない。アンテナ全長を大きくすると重
量や風圧荷重などが増加するため、アンテナ支持構造を
大きくしなければならないという問題があり、又、サイ
ドローブレベルを引き上げると、基地局高が高くてビー
ムチルト角を深くかけなければならない場合に、次隣接
ゾーンとのＤ／Ｕ比が劣化するという問題が生ずる。
ためには主ビーム幅の片側θD を狭くする必要がある。
しかし、ビーム幅を狭くするためにはアンテナ全長を大
きくするか、放射パターンのサイドローブレベルを引き
上げなければならない。アンテナ全長を大きくすると重
量や風圧荷重などが増加するため、アンテナ支持構造を
大きくしなければならないという問題があり、又、サイ
ドローブレベルを引き上げると、基地局高が高くてビー
ムチルト角を深くかけなければならない場合に、次隣接
ゾーンとのＤ／Ｕ比が劣化するという問題が生ずる。
【０００６】サイドローブの一部を低くしたまま、他の
サイドローブを引き上げることで主ビーム幅を狭くでき
ることが文献〔１〕（木島、山田：「部分的なサイドロ
ーブ引き上げによるアレーアンテナの狭ビーム化」１９
９０年電子情報通信学会秋期全国大会Ｂ−７３）に示さ
れている。この文献〔１〕で示されている狭ビームアレ
ーアンテナの放射パターンの例を図１２に示す。同図に
よれば、低サイドローブ領域を狭くすればそれだけ他の
サイドローブに電力が分散するためにビームが狭くなる
ことがわかる。しかし、この領域を狭くしすぎるとビー
ムチルト角を深くした場合に高サイドローブ領域が干渉
方向にかかる。文献〔Ｉ〕では所望のチルト角および所
望の主ビーム幅に対して、低サイドローブ領域内のロー
ブ数やアンテナ素子間隔を最適にする設計法については
提案されていない。本発明はこのような従来の問題点に
鑑み、移動通信用基地局アンテナとして充分な角度範囲
内において低サイドローブで、かつ主ビームが狭くで
き、そのため、従来の低サイドローブアンテナに比べて
小型・軽量に構成し得る基地局用アンテナを実現するこ
とを目的としている。
サイドローブを引き上げることで主ビーム幅を狭くでき
ることが文献〔１〕（木島、山田：「部分的なサイドロ
ーブ引き上げによるアレーアンテナの狭ビーム化」１９
９０年電子情報通信学会秋期全国大会Ｂ−７３）に示さ
れている。この文献〔１〕で示されている狭ビームアレ
ーアンテナの放射パターンの例を図１２に示す。同図に
よれば、低サイドローブ領域を狭くすればそれだけ他の
サイドローブに電力が分散するためにビームが狭くなる
ことがわかる。しかし、この領域を狭くしすぎるとビー
ムチルト角を深くした場合に高サイドローブ領域が干渉
方向にかかる。文献〔Ｉ〕では所望のチルト角および所
望の主ビーム幅に対して、低サイドローブ領域内のロー
ブ数やアンテナ素子間隔を最適にする設計法については
提案されていない。本発明はこのような従来の問題点に
鑑み、移動通信用基地局アンテナとして充分な角度範囲
内において低サイドローブで、かつ主ビームが狭くで
き、そのため、従来の低サイドローブアンテナに比べて
小型・軽量に構成し得る基地局用アンテナを実現するこ
とを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明によれば上述の目
的は前記特許請求の範囲に記載した手段により達成され
る。複数の放射素子を一定の間隔で鉛直面内および水平
面内に配列したアレーアンテナにおいて、垂直面内方向
について素子の励振位相に差を持たせることにより主ビ
ームを水平より下向きに角度θT 傾けた基地局用成形ビ
ームアレーアンテナで、主ビーム近傍から水平方向に到
る領域の放射パターンでサイドローブのレベルが一様に
低く、かつ他の角度領域でのサイドローブレベルが該低
レベルのサイドローブよりも一様に高くなるような放射
パターンを有する基地局用成形ビームアレーアンテナに
おいて、所望のチルト角度（θT ）および所望の主ビー
ムピーク点から第１ヌル点までの角度（θD ）に対し
て、低レベル領域および高レベル領域のサイドローブ値
を所望の値に設定して垂直面内の素子間隔（ｄ）を０．
５波長とした場合の低レベル領域の角度範囲（θL ）お
よび主ビームピーク点から第１ヌル点までの角度
（θW ）が、〔θL ／θW ≧（θT −θD ）／θD 〕な
る条件を満足する放射パターンのうち、低レベル領域内
のサイドロープ数が最小になる放射パターンを形成する
ようにアンテナ素子上の励振電流振幅・位相を設定し、
さらに、〔ｄ＝（θW ／θD ）×０．５波長〕となるよ
うに素子間隔を設定した基地局用成形ビームアレーアン
テナである。
的は前記特許請求の範囲に記載した手段により達成され
る。複数の放射素子を一定の間隔で鉛直面内および水平
面内に配列したアレーアンテナにおいて、垂直面内方向
について素子の励振位相に差を持たせることにより主ビ
ームを水平より下向きに角度θT 傾けた基地局用成形ビ
ームアレーアンテナで、主ビーム近傍から水平方向に到
る領域の放射パターンでサイドローブのレベルが一様に
低く、かつ他の角度領域でのサイドローブレベルが該低
レベルのサイドローブよりも一様に高くなるような放射
パターンを有する基地局用成形ビームアレーアンテナに
おいて、所望のチルト角度（θT ）および所望の主ビー
ムピーク点から第１ヌル点までの角度（θD ）に対し
て、低レベル領域および高レベル領域のサイドローブ値
を所望の値に設定して垂直面内の素子間隔（ｄ）を０．
５波長とした場合の低レベル領域の角度範囲（θL ）お
よび主ビームピーク点から第１ヌル点までの角度
（θW ）が、〔θL ／θW ≧（θT −θD ）／θD 〕な
る条件を満足する放射パターンのうち、低レベル領域内
のサイドロープ数が最小になる放射パターンを形成する
ようにアンテナ素子上の励振電流振幅・位相を設定し、
さらに、〔ｄ＝（θW ／θD ）×０．５波長〕となるよ
うに素子間隔を設定した基地局用成形ビームアレーアン
テナである。
【０００８】
【作用】本発明では主ビームを下向きにチルトした場合
に、次隣接ゾーン方向から水平方向に相当する角度範囲
では低サイドローブとし、他の角度に対してはサイドロ
ーブが一様に高くなるようにした状態で所望のチルト角
と所望の主ビーム幅を満足しつつ、低サイドローブ領域
のローブ数が最小となるように設定している。このよう
にしてできるだけ多くの数のサイドローブを引き上げる
と、放射電力が高サイドローブ方向に最も効率良く分散
するため主ビームが最も細くなる。従って、低基地局で
次隣接ゾーンとの見込み角度が狭い場合にも主ビームが
次隣接ゾーンに掛かりにくく、かつ低サイドローブであ
るため従来の低サイドローブアンテナよりＤ／Ｕ比が改
善される。
に、次隣接ゾーン方向から水平方向に相当する角度範囲
では低サイドローブとし、他の角度に対してはサイドロ
ーブが一様に高くなるようにした状態で所望のチルト角
と所望の主ビーム幅を満足しつつ、低サイドローブ領域
のローブ数が最小となるように設定している。このよう
にしてできるだけ多くの数のサイドローブを引き上げる
と、放射電力が高サイドローブ方向に最も効率良く分散
するため主ビームが最も細くなる。従って、低基地局で
次隣接ゾーンとの見込み角度が狭い場合にも主ビームが
次隣接ゾーンに掛かりにくく、かつ低サイドローブであ
るため従来の低サイドローブアンテナよりＤ／Ｕ比が改
善される。
【０００９】
【実施例】図１に本発明の実施例を示す。図１（ａ）は
アレーアンテナの構造を表しており、アンテナ素子を１
列だけ並べたリニアアレーの例を示している。（ｂ）は
本発明の放射パターンの例である。図１（ａ）において
１はアンテナ素子を表し、ダイポールアンテナや、パッ
チアンテナ、スロットアンテナ等の平面アンテナなどが
用いられる。２は給電回路であり、アンテナ素子の励振
電流振幅・位相が所定の値となるように調整されてい
る。３は入力端子である。
アレーアンテナの構造を表しており、アンテナ素子を１
列だけ並べたリニアアレーの例を示している。（ｂ）は
本発明の放射パターンの例である。図１（ａ）において
１はアンテナ素子を表し、ダイポールアンテナや、パッ
チアンテナ、スロットアンテナ等の平面アンテナなどが
用いられる。２は給電回路であり、アンテナ素子の励振
電流振幅・位相が所定の値となるように調整されてい
る。３は入力端子である。
【００１０】ここで素子間隔ｄ＝０．８９λ、素子数Ｎ
＝２０のリニアアレーを考える。放射パターン図１
（ｂ）に示すように主ビーム近傍θL の範囲内でサイド
ローブレベルＳＬL2となり、右側の角度範囲においてＳ
ＬL1、左側においてはＳＬr となるものとする。低サイ
ドローブ領域のローブ数をｍとする。図１においてはＳ
ＬL1＝ＳＬr ＞ＳＬL2として高いサイドローブレベルＳ
ＬL1を−１０dB、低いサイドローブレベルＳＬL2を−３
０dBとしている。ビームチルト角が１０°で所望の片側
ビーム幅が４°の場合、これを満たす最小の低サイドロ
ーブ領域内のローブ数は図１に示すように４となる。ま
たこの放射パターンを得るための角素子上の励振電流の
振幅値を図３（ａ）に、位相値を（ｂ）にそれぞれ示
す。ＳＬL1＝ＳＬr ＞ＳＬL2としてＳＬL1を変えた場合
の主ビーム片側の幅θW の変化を示したのが図４であ
る。この図は文献〔Ｉ〕で示されている計算方法で精度
を高めて計算し直した値である。図中破線はサイドロー
ブレベルＳＬL1のチェビシェフ分布アレーの主ビーム幅
である。図からＳＬL1＝ＳＬr が高くなるとθW は狭く
なる傾向にあることが分かる。例えば、図１（ｂ）のよ
うにＳＬL1＝ＳＬr ＝−１０dB、ＳＬL2＝−３０dBの場
合、−３０dBチェビシェフ分布アレーに比べてビーム幅
が１７％程度狭くなることが図４の●印よりわかる。
＝２０のリニアアレーを考える。放射パターン図１
（ｂ）に示すように主ビーム近傍θL の範囲内でサイド
ローブレベルＳＬL2となり、右側の角度範囲においてＳ
ＬL1、左側においてはＳＬr となるものとする。低サイ
ドローブ領域のローブ数をｍとする。図１においてはＳ
ＬL1＝ＳＬr ＞ＳＬL2として高いサイドローブレベルＳ
ＬL1を−１０dB、低いサイドローブレベルＳＬL2を−３
０dBとしている。ビームチルト角が１０°で所望の片側
ビーム幅が４°の場合、これを満たす最小の低サイドロ
ーブ領域内のローブ数は図１に示すように４となる。ま
たこの放射パターンを得るための角素子上の励振電流の
振幅値を図３（ａ）に、位相値を（ｂ）にそれぞれ示
す。ＳＬL1＝ＳＬr ＞ＳＬL2としてＳＬL1を変えた場合
の主ビーム片側の幅θW の変化を示したのが図４であ
る。この図は文献〔Ｉ〕で示されている計算方法で精度
を高めて計算し直した値である。図中破線はサイドロー
ブレベルＳＬL1のチェビシェフ分布アレーの主ビーム幅
である。図からＳＬL1＝ＳＬr が高くなるとθW は狭く
なる傾向にあることが分かる。例えば、図１（ｂ）のよ
うにＳＬL1＝ＳＬr ＝−１０dB、ＳＬL2＝−３０dBの場
合、−３０dBチェビシェフ分布アレーに比べてビーム幅
が１７％程度狭くなることが図４の●印よりわかる。
【００１１】実際の基地局アンテナ設計においてはチル
ト角θT と隣接ゾーンにかからない片側ビーム幅θD が
目標値として予め決められ、同じビーム幅でできるかぎ
りアンテナ全長を小さくすることが必要となる。そこで
以下の手順で同じ素子数でも素子間隔が最も小さいアレ
ーアンテナを設計することになる。まず、素子間隔０．
５波長の場合についてできるだけビーム幅を狭くするよ
うに励振係数を設定し、その後素子間隔を広げて所望の
ビーム幅が得られるよう調整する。素子間隔０．５波長
の場合にビーム幅を狭くするためには、高いレベルのサ
イドローブ数をできる限り多くして、電力を分散すれば
よい。ビーム幅や低レベル領域の角度範囲は素子間隔が
大きくなるとほぼ比例して狭くなる。そこで、最終的な
素子間隔を与えた場合に低レベル領域の角度範囲θL が
θT −θD 以上になるようにするためには、予め０．５
波長の場合のθL ／θW が（θT −θD ）／θD 以下と
ならないようにしつつ、低レベル領域のローブ数をでき
る限り少なくする必要がある。このようにして最終的な
素子間隔をできる限り小さくすればアンテナ全長は最小
となる。
ト角θT と隣接ゾーンにかからない片側ビーム幅θD が
目標値として予め決められ、同じビーム幅でできるかぎ
りアンテナ全長を小さくすることが必要となる。そこで
以下の手順で同じ素子数でも素子間隔が最も小さいアレ
ーアンテナを設計することになる。まず、素子間隔０．
５波長の場合についてできるだけビーム幅を狭くするよ
うに励振係数を設定し、その後素子間隔を広げて所望の
ビーム幅が得られるよう調整する。素子間隔０．５波長
の場合にビーム幅を狭くするためには、高いレベルのサ
イドローブ数をできる限り多くして、電力を分散すれば
よい。ビーム幅や低レベル領域の角度範囲は素子間隔が
大きくなるとほぼ比例して狭くなる。そこで、最終的な
素子間隔を与えた場合に低レベル領域の角度範囲θL が
θT −θD 以上になるようにするためには、予め０．５
波長の場合のθL ／θW が（θT −θD ）／θD 以下と
ならないようにしつつ、低レベル領域のローブ数をでき
る限り少なくする必要がある。このようにして最終的な
素子間隔をできる限り小さくすればアンテナ全長は最小
となる。
【００１２】次に、最適なｍを設定する方法を実例を用
いて説明する。高いサイドローブレベルＳＬL1を変えた
場合の主ビーム幅と低サイドローブ領域の角度の比θL
／θW を図５に示す。同図においてはｍをパラメータと
している。図からわかるように、ｍが一定の場合には、
θL ／θW はＳＬL1に対して単調に減少する。また、所
望の（θT −θD ）／θD が１．５であるとすると、Ｓ
ＬL1＝−１０dBの場合には○印にあるため、θL ／θW
＝（θT −θD ）／θD ＝１．５を満たすｍの値は存在
しない。そのため、θL ／θW が１．５以上となり、か
つ最も小さいｍの値で代用することになる。すなわち、
○印の場合にはｍ＝４となる。同様にＳＬL1＝−２５dB
の場合には△印の点となるので、θL ／θW ≧１．５と
するためにはｍを３にしなければならない。
いて説明する。高いサイドローブレベルＳＬL1を変えた
場合の主ビーム幅と低サイドローブ領域の角度の比θL
／θW を図５に示す。同図においてはｍをパラメータと
している。図からわかるように、ｍが一定の場合には、
θL ／θW はＳＬL1に対して単調に減少する。また、所
望の（θT −θD ）／θD が１．５であるとすると、Ｓ
ＬL1＝−１０dBの場合には○印にあるため、θL ／θW
＝（θT −θD ）／θD ＝１．５を満たすｍの値は存在
しない。そのため、θL ／θW が１．５以上となり、か
つ最も小さいｍの値で代用することになる。すなわち、
○印の場合にはｍ＝４となる。同様にＳＬL1＝−２５dB
の場合には△印の点となるので、θL ／θW ≧１．５と
するためにはｍを３にしなければならない。
【００１３】所望の（θT −θD ）／θD 、ＳＬL1に対
する最小のｍ及び最小のθW の関係をひとつにまとめた
のが図６である。図６の下面は図５で縦軸のθL ／θW
を（θT −θD ）／θD に置き換えて用いている。例え
ば所望の（θT −θD ）／θD が図５のｍ＝３とｍ＝４
の実線の間にある場合に、最もビーム幅を狭くするため
の最小のｍは必ず４としなければならない。図６のパラ
メータはこの最小のｍを表している。また（θT −
θD ）／θD が図５のｍ＝３とｍ＝４の実線の間にある
場合には、θW の値はすべてｍ＝４の時の片側ビーム幅
値となるので、図６に示すようにこの範囲内のθW が一
定となるような階段状のグラフとなる。このチャートを
用いれば、例えば低サイドローブ領域のレベルが−３０
dB、所望の（θT −θD ）／θD が１．５、高いレベル
を−１０dBとした場合には、図中に○印で示すようにロ
ーブ数がｍ＝４で最小となる。この時ビーム幅は最も狭
くなる。
する最小のｍ及び最小のθW の関係をひとつにまとめた
のが図６である。図６の下面は図５で縦軸のθL ／θW
を（θT −θD ）／θD に置き換えて用いている。例え
ば所望の（θT −θD ）／θD が図５のｍ＝３とｍ＝４
の実線の間にある場合に、最もビーム幅を狭くするため
の最小のｍは必ず４としなければならない。図６のパラ
メータはこの最小のｍを表している。また（θT −
θD ）／θD が図５のｍ＝３とｍ＝４の実線の間にある
場合には、θW の値はすべてｍ＝４の時の片側ビーム幅
値となるので、図６に示すようにこの範囲内のθW が一
定となるような階段状のグラフとなる。このチャートを
用いれば、例えば低サイドローブ領域のレベルが−３０
dB、所望の（θT −θD ）／θD が１．５、高いレベル
を−１０dBとした場合には、図中に○印で示すようにロ
ーブ数がｍ＝４で最小となる。この時ビーム幅は最も狭
くなる。
【００１４】ＳＬL1と最適なｍの関係を分かりやすく示
した図が図７である。この図は図６において（θT −θ
D ）／θD ＝１．５となるＳＬL1−θW 面（Ａ面）で切
断することで得られる。このグラフの実線は（θT −θ
D ）／θD が１．５以上としてＳＬL1を変えた場合に最
も狭いビーム幅を与えるｍとそのときのビーム幅を表し
ている。例えば、ＳＬL1＜−１５dBの場合にはｍ＝３で
あるのに対し、ＳＬL1≧−１５dBではｍ＝４となること
がわかる。このように、第６図のチャートから所望のθ
L ／θW に対するＳＬL1−θW 面のグラフを切り出せば
最小ビーム幅を与えるためのｍとその時のビーム幅値を
求めることができる。以上でθL ／θW ≧１．５、素子
間隔０．５波長の条件下で片側ビーム幅θWが最小とな
る放射パターンが得られる。さらに所望のビーム幅θD
を得るために素子間隔を以下の手順で調整する。ｄと片
側ビーム幅θW はほぼ比例するので、所望の片側ビーム
幅を与える素子間隔はほぼ
した図が図７である。この図は図６において（θT −θ
D ）／θD ＝１．５となるＳＬL1−θW 面（Ａ面）で切
断することで得られる。このグラフの実線は（θT −θ
D ）／θD が１．５以上としてＳＬL1を変えた場合に最
も狭いビーム幅を与えるｍとそのときのビーム幅を表し
ている。例えば、ＳＬL1＜−１５dBの場合にはｍ＝３で
あるのに対し、ＳＬL1≧−１５dBではｍ＝４となること
がわかる。このように、第６図のチャートから所望のθ
L ／θW に対するＳＬL1−θW 面のグラフを切り出せば
最小ビーム幅を与えるためのｍとその時のビーム幅値を
求めることができる。以上でθL ／θW ≧１．５、素子
間隔０．５波長の条件下で片側ビーム幅θWが最小とな
る放射パターンが得られる。さらに所望のビーム幅θD
を得るために素子間隔を以下の手順で調整する。ｄと片
側ビーム幅θW はほぼ比例するので、所望の片側ビーム
幅を与える素子間隔はほぼ
【数１】 で求めることができる。当然のことながら、この素子間
隔から得られた放射パターンの低サイドローブ領域の角
度はθT −θD 以上となる。
隔から得られた放射パターンの低サイドローブ領域の角
度はθT −θD 以上となる。
【００１５】実際の回線設計を想定して、図１のパター
ンが得られるまでの過程を図８を用いて説明する。図８
に示すように基地局高１００ｍ、サービスゾーン半径５
７０ｍ、次隣接ゾーンまでの距離が９５０ｍの場合を想
定する。この時、主ビームチルト角は１０°、次隣接ゾ
ーンの見込み角が４°である。また、干渉方向を−３０
dBに抑え、その他を−１０dBまで引き上げるものとす
る。この場合には（θT−θD ）／θD ＝１．５となる
ので、図６においてＡ面を切り出すと図７が得られる。
図７でＳＬL1＝−１０dBの場合、ｄ＝０．５λで最も主
ビーム幅を狭くするｍの値は４となり、またその時の片
側ビーム幅は７．１°となる。式（１）を用いると最終
的にアンテナ素子間隔は、（７．１／４）×０．５λ＝
０．８９λに設定すればよい。
ンが得られるまでの過程を図８を用いて説明する。図８
に示すように基地局高１００ｍ、サービスゾーン半径５
７０ｍ、次隣接ゾーンまでの距離が９５０ｍの場合を想
定する。この時、主ビームチルト角は１０°、次隣接ゾ
ーンの見込み角が４°である。また、干渉方向を−３０
dBに抑え、その他を−１０dBまで引き上げるものとす
る。この場合には（θT−θD ）／θD ＝１．５となる
ので、図６においてＡ面を切り出すと図７が得られる。
図７でＳＬL1＝−１０dBの場合、ｄ＝０．５λで最も主
ビーム幅を狭くするｍの値は４となり、またその時の片
側ビーム幅は７．１°となる。式（１）を用いると最終
的にアンテナ素子間隔は、（７．１／４）×０．５λ＝
０．８９λに設定すればよい。
【００１６】このようにして得られたアンテナのパター
ンが図１である。この時片側ビーム幅は４°、低レベル
領域の角度幅は８．５°で要求値を満足する。なお、ｍ
＝３として同じ４°ビーム幅を得るためには素子間隔を
０．８６λにすればよいが、この時低レベル領域の角度
幅が５．８°となるために適切でない。ここでは、リニ
アアレーの場合だけを考えたが、同一の垂直面内パター
ンを有するアレーを水平方向に多数ならべても、水平面
内のビーム幅が変わるだけで垂直面内でリニアアレーの
場合と同じ効果が得られる。
ンが図１である。この時片側ビーム幅は４°、低レベル
領域の角度幅は８．５°で要求値を満足する。なお、ｍ
＝３として同じ４°ビーム幅を得るためには素子間隔を
０．８６λにすればよいが、この時低レベル領域の角度
幅が５．８°となるために適切でない。ここでは、リニ
アアレーの場合だけを考えたが、同一の垂直面内パター
ンを有するアレーを水平方向に多数ならべても、水平面
内のビーム幅が変わるだけで垂直面内でリニアアレーの
場合と同じ効果が得られる。
【００１７】また、図９に示すように、一つのアンテナ
をいくつかのブロックアレー１０に分けて、そこに接続
するケーブル１１の長さだけを変えてチルト角θT をθ
T ′に変化させる場合には、使用する最大チルト角につ
いて前述した手法で最適化すればよい。図１０にＳＬL2
を変えた場合のＳＬL1とθL ／θW の関係を示す。図６
ではＳＬL2＝−３０dBの場合だけを示しているが、他の
ＳＬL2に対しても図１０をもとに図６と同様のチャート
が得られる。
をいくつかのブロックアレー１０に分けて、そこに接続
するケーブル１１の長さだけを変えてチルト角θT をθ
T ′に変化させる場合には、使用する最大チルト角につ
いて前述した手法で最適化すればよい。図１０にＳＬL2
を変えた場合のＳＬL1とθL ／θW の関係を示す。図６
ではＳＬL2＝−３０dBの場合だけを示しているが、他の
ＳＬL2に対しても図１０をもとに図６と同様のチャート
が得られる。
【００１８】
【発明の効果】以上述べたとおり、本発明では、移動通
信用基地局アンテナとして充分な角度範囲内において低
サイドローブで、かつ主ビームが狭くできる。そのた
め、本来の低サイドローブアンテナに比べて小型・軽量
となり、鉄塔上の設置が簡単になる。また、アンテナが
小さいため１つの鉄塔に搭載できるアンテナ数を増やす
ことができるので、回線容量を増大せしめる得る利点が
ある。
信用基地局アンテナとして充分な角度範囲内において低
サイドローブで、かつ主ビームが狭くできる。そのた
め、本来の低サイドローブアンテナに比べて小型・軽量
となり、鉄塔上の設置が簡単になる。また、アンテナが
小さいため１つの鉄塔に搭載できるアンテナ数を増やす
ことができるので、回線容量を増大せしめる得る利点が
ある。
【図１】本発明のアンテナの構成および放射特性を示す
図である。
図である。
【図２】従来のアンテナの問題点を説明する図である。
【図３】本発明のアレーアンテナの励振電流振幅・位相
の例を示す図である。
の例を示す図である。
【図４】高いサイドローブのレベルを変えた場合の主ビ
ーム幅を表す図である。
ーム幅を表す図である。
【図５】高いサイドローブのレベルを変えた場合の低サ
イドローブ領域の角度（主ビーム幅で正規化）を表わす
図である。
イドローブ領域の角度（主ビーム幅で正規化）を表わす
図である。
【図６】所望の（θT −θD ）／θD 、ＳＬL1に対する
最小のｍ及び最小のθW の関係を表すチャートである。
最小のｍ及び最小のθW の関係を表すチャートである。
【図７】図６から得られた低サイドローブ領域のレベル
とサイドローブ数ｍの関係の例を示す図である。
とサイドローブ数ｍの関係の例を示す図である。
【図８】アンテナ設計に必要な基地局高およびゾーン半
径などのパラメータの例を示す図である。
径などのパラメータの例を示す図である。
【図９】４つのブロックアレーの各ブロック位相を変え
てビームチルト角を変える基地局アンテナの構成を示す
図である。
てビームチルト角を変える基地局アンテナの構成を示す
図である。
【図１０】低サイドローブ領域のレベルと角度の関係を
表す図である。
表す図である。
【図１１】従来のチェビシェフ型低サイドローブアレー
アンテナの放射パターンの例を示す図である。
アンテナの放射パターンの例を示す図である。
【図１２】文献〔Ｉ〕で示されている狭ビームアレーア
ンテナの放射パターンの例を示す図である。
ンテナの放射パターンの例を示す図である。
【符号の説明】 １ アンテナ素子 ２ 給電回路 ３ 入力端子 ４．１ 高い位置にある基地局アンテナ ４．２ 低い位置にある基地局アンテナ ５ サービスゾーン ６ ５と同一周波数を使用している次隣接ゾーン ７ 移動体 ８．１ 高基地局アンテナ放射パターンの主ビーム ８．２ 低基地局アンテナ放射パターンの主ビーム ９．１ 高基地局アンテナ放射パターンのサイドロー
ブ ９．２ 低基地局アンテナ放射パターンのサイドロー
ブ １０ ブロックアレー １１ 位相ケーブル １２ 分配器 １３．１，１３．２ 等波面
ブ ９．２ 低基地局アンテナ放射パターンのサイドロー
ブ １０ ブロックアレー １１ 位相ケーブル １２ 分配器 １３．１，１３．２ 等波面
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成３年１月２４日
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明によれば上述の目
的は前記特許請求の範囲に記載した手段により達成され
る。すなわち、本発明は、複数の放射素子を一定の間隔
で鉛直面内および水平面内に配列したアレーアンテナに
おいて、垂直面内方向について素子の励振位相に差を持
たせることにより主ビームを水平より下向きに角度θＴ
傾けた基地局用成形ビームアレーアンテナで、主ビーム
近傍から水平方向に到る領域の放射パターンでサイドロ
ーブのレベルが一様に低く、かつ他の角度領域でのサイ
ドローブレベルが該低レベルのサイドローブよりも一様
に高くなるような放射パターンを有する基地局用成形ビ
ームアレーアンテナにおいて、所望のチルト角度
（θＴ）および所望の主ビームピーク点から第１ヌル点
までの角度（θＤ）に対して、低レベル領域および高レ
ベル領域のサイドローブ値を所望の値に設定して垂直面
内の素子間隔（ｄ）を０．５波長とした場合の低レベル
領域の角度範囲（θＬ）および主ビームピーク点から第
１ヌル点までの角度（θＷ）が、〔θＬ／θＷ≧（θＴ
−θＤ）／θＤ〕なる条件を満足する放射パターンのう
ち、低レベル領域内のサイドローブ数が最小になる放射
パターンを形成するようにアンテナ素子上の励振電流振
幅・位相を設定し、さらに、〔ｄ＝（θＷ／θＤ）×
０．５波長〕となるように素子間隔を設定した基地局用
成形ビームアレーアンテナである。
的は前記特許請求の範囲に記載した手段により達成され
る。すなわち、本発明は、複数の放射素子を一定の間隔
で鉛直面内および水平面内に配列したアレーアンテナに
おいて、垂直面内方向について素子の励振位相に差を持
たせることにより主ビームを水平より下向きに角度θＴ
傾けた基地局用成形ビームアレーアンテナで、主ビーム
近傍から水平方向に到る領域の放射パターンでサイドロ
ーブのレベルが一様に低く、かつ他の角度領域でのサイ
ドローブレベルが該低レベルのサイドローブよりも一様
に高くなるような放射パターンを有する基地局用成形ビ
ームアレーアンテナにおいて、所望のチルト角度
（θＴ）および所望の主ビームピーク点から第１ヌル点
までの角度（θＤ）に対して、低レベル領域および高レ
ベル領域のサイドローブ値を所望の値に設定して垂直面
内の素子間隔（ｄ）を０．５波長とした場合の低レベル
領域の角度範囲（θＬ）および主ビームピーク点から第
１ヌル点までの角度（θＷ）が、〔θＬ／θＷ≧（θＴ
−θＤ）／θＤ〕なる条件を満足する放射パターンのう
ち、低レベル領域内のサイドローブ数が最小になる放射
パターンを形成するようにアンテナ素子上の励振電流振
幅・位相を設定し、さらに、〔ｄ＝（θＷ／θＤ）×
０．５波長〕となるように素子間隔を設定した基地局用
成形ビームアレーアンテナである。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１４】ＳＬＬ１と最適なｍの関係を分かりやすく
示した図が図７である。この図は図６において（θＴ−
θＤ）／θＤ＝１．５となるＳＬＬ１−θＷ面（Ａ面）
で切断することで得られる。このグラフの実線は（θＴ
−θＤ）／θＤが１．５以上としてＳＬＬ１を変えた場
合に最も狭いビーム幅を与えるｍとそのときのビーム幅
を表している。例えば、ＳＬＬ１＜−１５ｄＢの場合に
はｍ＝３であるのに対し、 ＳＬＬ１≧−１５ｄＢでは
ｍ＝４ となることがわかる。このように、図６のチャ
ートから所望のθＬ／θＷに対するＳＬＬ１−θＷ面の
グラフを切り出せば最小ビーム幅を与えるためのｍとそ
の時のビーム幅値を求めることができる。以上でθＬ／
θＷ≧１．５、素子間隔０．５波長の条件下で片側ビー
ム幅θＷが最小となる放射パターンが得られる。さらに
所望のビーム幅θＤを得るために素子間隔を以下の手順
で調整する。ｄと片側ビーム幅θＷはほぼ比例するの
で、所望の片側ビーム幅を与える素子間隔はほぼ
示した図が図７である。この図は図６において（θＴ−
θＤ）／θＤ＝１．５となるＳＬＬ１−θＷ面（Ａ面）
で切断することで得られる。このグラフの実線は（θＴ
−θＤ）／θＤが１．５以上としてＳＬＬ１を変えた場
合に最も狭いビーム幅を与えるｍとそのときのビーム幅
を表している。例えば、ＳＬＬ１＜−１５ｄＢの場合に
はｍ＝３であるのに対し、 ＳＬＬ１≧−１５ｄＢでは
ｍ＝４ となることがわかる。このように、図６のチャ
ートから所望のθＬ／θＷに対するＳＬＬ１−θＷ面の
グラフを切り出せば最小ビーム幅を与えるためのｍとそ
の時のビーム幅値を求めることができる。以上でθＬ／
θＷ≧１．５、素子間隔０．５波長の条件下で片側ビー
ム幅θＷが最小となる放射パターンが得られる。さらに
所望のビーム幅θＤを得るために素子間隔を以下の手順
で調整する。ｄと片側ビーム幅θＷはほぼ比例するの
で、所望の片側ビーム幅を与える素子間隔はほぼ
【数１】 で求めることができる。当然のことながら、この素子間
隔から得られた放射パターンの低サイドローブ領域の角
度はθＴ−θＤ以上となる。 ─────────────────────────────────────────────────────
隔から得られた放射パターンの低サイドローブ領域の角
度はθＴ−θＤ以上となる。 ─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成４年９月２８日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図面の簡単な説明
【補正方法】変更
【補正内容】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のアンテナの構成および放射特性を示す
図である。
図である。
【図２】従来のアンテナの問題点を説明する図である。
【図３】本発明のアレーアンテナの励振電流振幅・位相
の例を示す図である。
の例を示す図である。
【図４】高いサイドローブのレベルを変えた場合の主ビ
ーム幅を表す図である。
ーム幅を表す図である。
【図５】高いサイドローブのレベルを変えた場合の低サ
イドローブ領域の角度（主ビーム幅で正規化）を表わす
図である。
イドローブ領域の角度（主ビーム幅で正規化）を表わす
図である。
【図６】所望の（θT −θD ）／θD 、ＳＬL1に対する
最小のｍ及び最小のθW の関係を表すチャートである。
最小のｍ及び最小のθW の関係を表すチャートである。
【図７】図６から得られた低サイドローブ領域のレベル
とサイドローブ数ｍの関係の例を示す図である。
とサイドローブ数ｍの関係の例を示す図である。
【図８】アンテナ設計に必要な基地局高およびゾーン半
径などのパラメータの例を示す図である。
径などのパラメータの例を示す図である。
【図９】４つのブロックアレーの各ブロック位相を変え
てビームチルト角を変える基地局アンテナの構成を示す
図である。
てビームチルト角を変える基地局アンテナの構成を示す
図である。
【図１０】低サイドローブ領域のレベルと角度の関係を
表す図である。
表す図である。
【図１１】従来のチェビシェフ型低サイドローブアレー
アンテナの放射パターンの例を示す図である。
アンテナの放射パターンの例を示す図である。
【図１２】文献〔Ｉ〕で示されている狭ビームアレーア
ンテナの放射パターンの例を示す図である。
ンテナの放射パターンの例を示す図である。
【符号の説明】 １ アンテナ素子 ２ 給電回路 ３ 入力端子 ４．１ 高い位置にある基地局アンテナ ４．２ 低い位置にある基地局アンテナ ５ サービスゾーン ６ ５と同一周波数を使用している次隣接ゾーン ７ 移動体 ８．１ 高基地局アンテナ放射パターンの主ビーム ８．２ 低基地局アンテナ放射パターンの主ビーム ９．１ 高基地局アンテナ放射パターンのサイドロー
ブ ９．２ 低基地局アンテナ放射パターンのサイドロー
ブ １０ ブロックアレー １１ 位相ケーブル １２ 分配器 １３．１，１３．２ 等波面
ブ ９．２ 低基地局アンテナ放射パターンのサイドロー
ブ １０ ブロックアレー １１ 位相ケーブル １２ 分配器 １３．１，１３．２ 等波面
Claims (1)
- 【請求項１】 複数の放射素子を一定の間隔で鉛直面内
および水平面内に配列したアレーアンテナにおいて、垂
直面内方向について素子の励振位相に差を持たせること
により主ビームを水平より下向きに角度θT 傾けた基地
局用成形ビームアレーアンテナで、 主ビーム近傍から水平方向に到る領域の放射パターンで
サイドローブのレベルが一様に低く、かつ他の角度領域
でのサイドローブレベルが該低レベルのサイドローブよ
りも一様に高くなるような放射パターンを有する基地局
用成形ビームアレーアンテナにおいて、 所望のチルト角度（θT ）および所望の主ビームピーク
点から第１ヌル点までの角度（θD ）に対して、低レベ
ル領域および高レベル領域のサイドローブ値を所望の値
に設定して垂直面内の素子間隔（ｄ）を０．５波長とし
た場合の低レベル領域の角度範囲（θL ）および主ビー
ムピーク点から第１ヌル点までの角度（θW ）が、 θL ／θW ≧（θT −θD ）／θD なる条件を満足する放射パターンのうち、 低レベル領域内のサイドローブ数が最小になる放射パタ
ーンを形成するようにアンテナ素子上の励振電流振幅・
位相を設定し、 さらに、 ｄ＝（θW ／θD ）×０．５波長 となるように素子間隔を設定したことを特徴とする基地
局用成形ビームアレーアンテナ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP41112290A JP3235103B2 (ja) | 1990-12-17 | 1990-12-17 | 基地局用成形ビームアレーアンテナ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP41112290A JP3235103B2 (ja) | 1990-12-17 | 1990-12-17 | 基地局用成形ビームアレーアンテナ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05308222A true JPH05308222A (ja) | 1993-11-19 |
| JP3235103B2 JP3235103B2 (ja) | 2001-12-04 |
Family
ID=18520170
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP41112290A Expired - Lifetime JP3235103B2 (ja) | 1990-12-17 | 1990-12-17 | 基地局用成形ビームアレーアンテナ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3235103B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004229220A (ja) * | 2003-01-27 | 2004-08-12 | Ntt Docomo Inc | 基地局、アンテナの制御方法及びアンテナ制御装置 |
| JP2007028091A (ja) * | 2005-07-14 | 2007-02-01 | Ntt Docomo Inc | Ｃｄｍａシステムにおける基地局および送受信方法 |
| JP2007329666A (ja) * | 2006-06-07 | 2007-12-20 | Ntt Docomo Inc | アレーアンテナ装置 |
| JP2008154278A (ja) * | 2008-03-10 | 2008-07-03 | Ntt Docomo Inc | 基地局、アンテナの制御方法及びアンテナ制御装置 |
-
1990
- 1990-12-17 JP JP41112290A patent/JP3235103B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004229220A (ja) * | 2003-01-27 | 2004-08-12 | Ntt Docomo Inc | 基地局、アンテナの制御方法及びアンテナ制御装置 |
| JP2007028091A (ja) * | 2005-07-14 | 2007-02-01 | Ntt Docomo Inc | Ｃｄｍａシステムにおける基地局および送受信方法 |
| JP4571032B2 (ja) * | 2005-07-14 | 2010-10-27 | 株式会社エヌ・ティ・ティ・ドコモ | Ｃｄｍａシステムにおける基地局および送受信方法 |
| JP2007329666A (ja) * | 2006-06-07 | 2007-12-20 | Ntt Docomo Inc | アレーアンテナ装置 |
| JP2008154278A (ja) * | 2008-03-10 | 2008-07-03 | Ntt Docomo Inc | 基地局、アンテナの制御方法及びアンテナ制御装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3235103B2 (ja) | 2001-12-04 |
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