JP2001111473A - アンテナ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 自局サービスエリア内の通信需要に応じて、
遠隔操作局からの遠隔操作により、基地局の多素子アン
テナの指向性の主ローブを下向きにしても、バックロー
ブが上向きにならないアンテナ装置を提供する。 【解決手段】 移動体通信システムの基地局に用いられ
る多素子アンテナ１１８の指向性を、自局サービスエリ
ア内の通信需要に応じて、多素子アンテナ１１８中の各
素子１１８ａ〜１１８ｈにて送受信する信号の位相を制
御することによりアンテナ指向性を制御する位相器１５
０と、位相器１５０を制御するための情報を基地局と遠
隔操作局と間で通信することができる制御情報通信装置
とを備えた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、移動体通信システ
ムの基地局に用いられる多素子アンテナを自局サービス
エリア内の通信需要に応じて制御するアンテナ制御装置
に関し、特に、自局サービスエリア内の移動局に対して
が設定されている無線通信回線数を通信需要が上回った
場合であっても、自局サービスエリアを変化させて当該
移動局に無線通信回線を割り当てることができるアンテ
ナ制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年の携帯電話やＰＨＳ等の急激な普及
により、それら移動体通信端末装置（移動局）の数が増
加しているが、それに伴い、基地局も急激に増設されて
いる。そのような移動体通信システムの基地局では、多
素子アンテナを内蔵するアンテナユニットを複数個用い
て基地局の周囲に広がるサービスエリアの全方向（３６
０度）をカバーしている。例えば、ある基地局において
３基のアンテナユニットにより全方向をカバーする場合
には、各々のアンテナユニットにより１２０度ずつ分担
してカバーしていることになる。ところで、移動局があ
る基地局のサービスエリア内において、各アンテナユニ
ットのカバー範囲間をまたがって移動する際には、円滑
なカバー範囲の移行、すなわち、１つの移動局が各アン
テナユニット間を移動する際の通信接続サービスの受け
渡しを円滑化する必要がある。そのため、実際の各アン
テナユニットのカバー範囲は、上記の３６０度をアンテ
ナユニット数（例えば３基）により分割した理論的な設
定範囲よりも広くなるように設定されており、各アンテ
ナユニットのカバー範囲は重なりを持つように設置され
る。例えば、アンテナユニットを３基用いて一つの基地
局の全方向をカバーする場合には、各々のアンテナユニ
ットは１２０度以上のカバー範囲を有するように設定さ
れており、各アンテナユニットのカバー範囲は任意の重
なり範囲を有するように設置される。また、１つの移動
局に対する通信接続サービスの受け渡しは、上記した同
一基地局のサービスエリア内における各アンテナユニッ
ト間だけでなく、隣接する基地局のサービスエリア間に
ついても行う必要がある。従って、各々の基地局のアン
テナユニットは、隣接する基地局のサービスエリアとの
間においても重なり範囲を有するように設置される。ま
た、１つのアンテナユニットを設置する際には、上記重
なり範囲が、そのアンテナユニットのカバー範囲に含ま
れる地域の地形やビルディング等の電波障害物の状況に
応じて最適の重なり範囲となるように、アンテナユニッ
トの姿勢（向き）が調整される。言い換えれば、１つの
アンテナユニットは、そのアンテナユニットのカバー範
囲における電波障害物等の状況に応じて取付姿勢を調整
して設置される。各アンテナユニットの取付姿勢は、ア
ンテナユニットの設置時に固定されることが多いが、本
願発明者等は、本願発明に先立ち、各アンテナユニット
にアクチュエータを取り付けて各アンテナユニットの姿
勢を遠隔制御にて変更できるようにしたアンテナ装置を
発明した。

【０００３】以下、図を用いてアクチュエータによりア
ンテナユニットの姿勢変更を遠隔制御するアンテナ装置
について説明する。図８は、アンテナユニットおよびア
クチュエータが支柱に取り付けられた場合の機構的な構
成を示す図である。図９は、アンテナユニットの電気的
な構成を示すブロック図である。図１０は、多素子アン
テナの指向性を示す図である。図１１は、アンテナユニ
ットにより形成されるサービスエリアの例を示す図であ
る。図８（ａ）に示すように、多素子アンテナを筒状の
容器に内蔵したアンテナユニット１、２、３は、上ステ
ー７ａと下ステー７ｂ等とにより支柱６に取り付けられ
ている。アンテナユニット１、２、３は、図８（ｂ）に
示すように首振りアクチュエータ８、９、１０により矢
印で示す首振り方向に姿勢を変更することができる。ま
た、アンテナユニット１、２、３は傾転方向の姿勢も変
更することができ、傾転方向の変更については、アンテ
ナユニット１、２、３の代表としてアンテナユニット１
の場合を図８（ｃ）に示す。図８（ｃ）に示したよう
に、アンテナユニット１は、傾転アクチュエータ１１に
より延長ステー７ｃを上ステー７ａから延伸方向あるい
は短縮方向に移動させることにより、アンテナユニット
１の姿勢を傾転方向に変更することができる。アンテナ
ユニット１の姿勢を傾転方向に変更する場合の上ステー
７ａの近辺を拡大して示す図が図８（ｄ）であり、下ス
テー７ｂ近辺を拡大して示す図が図８（ｅ）である。

【０００４】図８（ｄ）に示すように、アンテナユニッ
ト１は、上ステー７ａから傾転アクチュエータ１１によ
り延長ステー７ｃが繰り出（延伸）されることにより傾
転する角度を大きくし、上ステー７ａから傾転アクチュ
エータ１１により延長ステー７ｃが引き戻し（短縮）さ
れることにより傾転する角度を小さくする。また、図８
（ｅ）に示すように、下ステー７ｂには、アンテナユニ
ット１を傾転させるための回動軸１２を有している。ま
た、アンテナユニット１、２、３と、各アンテナユニッ
ト１、２、３の姿勢を制御するコントロールユニット５
とは、図８（ａ）に示すようにケーブル４により接続さ
れている。各アンテナユニット１、２、３の中には、図
９に示したように多数のアンテナ素子１１８ａ〜１１８
ｈが内蔵されている。例えば、多素子アンテナ１１８中
のアンテナ素子の数が、図９に示すように８素子のアン
テナ素子１１８ａ〜１１８ｈである場合には、アンテナ
素子１１８ａ〜１１８ｃ（アンテナ素子群１５７）の各
素子は、３分配器１５４に接続され、アンテナ素子１１
８ｄ〜１１８ｅ（アンテナ素子群１５８）の各素子は、
２分配器１５５に接続され、アンテナ素子１１８ｆ〜１
１８ｈ（アンテナ素子群１５８）の各素子は、３分配器
１５６に接続されている。また、３分配器１５４、２分
配器１５５、３分配器１５６は、図９に示すように、さ
らに、３分配器１５３に接続されている。従って、多素
子アンテナ１１８から空中に放射（送信）される無線信
号は、図示しない給電部から３分配器１５３に供給され
て３分配された後、さらに、３分配器１５４、２分配器
１５５、３分配器１５６にてそれぞれの分配数に分配さ
れてから、多素子アンテナ１１８内の各アンテナ素子１
１８ａ〜１１８ｈに供給されて放射される。なお、多素
子アンテナ１１８にて信号を受信する場合には、逆に、
上記各分配器が各アンテナ素子にて受信した受信信号の
整合処理を行う。

【０００５】図１０（ａ）は、図９の多素子アンテナ１
１８の指向性を示しており、主ローブ１６０は多素子ア
ンテナ１１８の前面側の指向性を示し、バックローブ１
６１は多素子アンテナ１１８の後面側の指向性を示す。
図１０（ｂ）は、図１０（ａ）の多素子アンテナ１１８
における上部素子群１５７側を前方（主ローブ側）に傾
転させた場合の指向性を示しており、主ローブ１６０は
図１０（ａ）よりも下向きになっている。一方、図１０
（ｂ）のバックローブ１６１は、図１０（ａ）よりも上
向きになっている。図１１において、各基地局Ａ〜Ｊの
サービスエリアａＡ〜ａＪは、それぞれ三角形により示
されている。例えば、基地局ＡのサービスエリアａＡ
は、アンテナユニットＡ１のカバー範囲ａＡ１と、アン
テナユニットＡ２のカバー範囲ａＡ２と、アンテナユニ
ットＡ３のカバー範囲ａＡ３とを合わせた範囲である。
また、基地局ＢのサービスエリアａＢは、アンテナユニ
ットＢ１のカバー範囲ａＢ１と、アンテナユニットＢ２
のカバー範囲ａＢ２と、アンテナユニットＢ３のカバー
範囲ａＢ３とを合わせた範囲である。同様にして、基地
局Ｃ〜Ｊの各サービスエリアａＣ〜ａＪも、各々の基地
局に設置された３基のアンテナユニットのカバー範囲を
合わせた範囲により構成されている。図１２（ａ）、
（ｂ）は、図１１における基地局Ａのサービスエリアと
基地局Ｄのサービスエリアを拡大して示す図であり、ア
ンテナユニットＡ３のカバー範囲ａＡ３と、アンテナユ
ニットＤ１のカバー範囲ａＤ１が接している。ここで、
例えば、アンテナユニットＡ３およびアンテナユニット
Ｄ１にて通信設定可能な移動局数はそれぞれ最大で５局
とする。すなわち、アンテナユニットＡ３は、同時に最
大５局の移動局Ｑ１〜Ｑ５との間において、通信設定が
可能であり、アンテナユニットＤ１も同時に最大５局の
移動局Ｐ１〜Ｐ５との間において、通信設定が可能であ
るとする。図１２（ａ）に示すように、アンテナユニッ
トＡ３のカバー範囲ａＡ３内における移動局の数がＱ１
とＱ２の２局であり、アンテナユニットＤ１のカバー範
囲ａＤ１内における移動局の数がＰ１〜Ｐ４の４局であ
る場合には、各々のアンテナユニットＡ３、Ｄ１により
各移動局Ｑ１、Ｑ２、Ｐ１〜Ｐ４の通信設定が可能であ
る。

【０００６】ところが、図１２（ｂ）に示すように、ア
ンテナユニットＡ３のカバー範囲ａＡ３内における移動
局の数はＱ１とＱ２の２局であるが、アンテナユニット
Ｄ１のカバー範囲ａＤ１内における移動局の数がＰ１〜
Ｐ７の７局である場合には、アンテナユニットＡ３によ
る各移動局Ｑ１、Ｑ２の通信設定は可能であるものの、
アンテナユニットＤ１による各移動局Ｐ１〜Ｐ７の通信
設定能力では、通信設定できない移動局が発生する。具
体的には、アンテナユニットＤ１にて通信設定可能な最
大数は５局であるので、各移動局Ｐ１〜Ｐ５について通
信設定を行った場合には、各移動局Ｐ６〜Ｐ７は通信設
定ができないことになる。この問題について、発明者等
は、上記図１２（ｂ）の場合に、通信設定数に余裕のあ
る基地局ＡのアンテナユニットＡ３にて移動局Ｐ６、Ｐ
７の通信設定ができるようにするために、遠隔制御にて
図８（ｃ）および図８（ｄ）に示された傾転アクチュエ
ータを駆動することにより、アンテナユニットＡ３の傾
転角度を小さくするとともにアンテナユニットＤ１の傾
転角度を大きくして、図１３に示すように、アンテナユ
ニットＡ３の主ローブ１６０によるカバー範囲ａＡ３を
大きくし、アンテナユニットＤ１の主ローブ１６１によ
るカバー範囲ａＤ１が小さくなるようにして、上記問題
に対応できるようにした。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、例え
ば、上記アンテナユニットＤ１の主ローブのカバー範囲
を小さくする際のように、機械的に多素子アンテナ１１
８を傾転させることにより、指向性の主ローブ１６０の
向きを下向きに変更すると、図１０（ｂ）に示したよう
にバックローブ１６１は、上向きに変更される。多素子
アンテナ１１８の後面からの信号は、多素子アンテナ１
１８のカバー範囲外の信号であるので、雑音信号の場合
と同様にこれを極力少なくすることが望ましいが、図１
０（ｂ）に示したように、機械的に多素子アンテナ１１
８を傾転させる角度を大きくして主ローブ１６０を下向
きにすると、逆に、バックローブ１６１は上向きになる
ことから、非常に広範囲からの信号が受信可能になっ
て、受信する雑音信号が増加する恐れが高まる。本発明
は、上述した如き従来の問題を解決するためになされた
ものであって、自局サービスエリア内の通信需要に応じ
て、遠隔操作局からの遠隔操作により、基地局の多素子
アンテナの指向性を示す主ローブを下向きにしても、バ
ックローブが上向きとはならないアンテナ装置を提供す
ることを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
め、請求項１に記載の本発明のアンテナ装置装置は、移
動体通信システムの基地局に用いられる多素子アンテナ
の指向性を、自局サービスエリア内の通信需要に応じ
て、前記多素子アンテナ中の各素子にて送受信する信号
の位相を制御することにより変化させるアンテナ指向性
制御手段を備えたことを特徴とし、前記多素子アンテナ
中の各素子にて送受信する信号の位相を制御することに
より指向性を制御することができる。請求項２の本発明
は、請求項１に記載のアンテナ装置において、前記アン
テナ指向性制御手段を制御するための情報を前記基地局
と遠隔操作局との間で通信することができる制御情報通
信装置を備えたことを特徴とし、遠隔操作局からの遠隔
操作により、前記多素子アンテナ中の各素子にて送受信
する信号の位相を制御することにより指向性を制御する
ことができる。請求項３の本発明は、請求項１または２
に記載のアンテナ装置において、前記アンテナ指向性制
御手段は、前記多素子アンテナ中の各アンテナ素子を少
なくとも２つのアンテナ素子群に分割し、分割されたア
ンテナ素子群にて送受信する信号の位相を各アンテナ素
子群毎に異ならせることにより多素子アンテナの指向性
を制御することを特徴とし、多素子アンテナ中の各アン
テナ素子をすくなくとも２分割し、各アンテナ素子群の
信号の位相を異ならせて多素子アンテナの指向性を制御
するようにした。

【０００９】請求項４の本発明は、請求項１〜３の何れ
か１項に記載のアンテナ装置において、前記アンテナ指
向性制御手段は、前記多素子アンテナ中の各アンテナ素
子を３つのアンテナ素子群に分割し、分割された両端の
アンテナ素子群中の一方のアンテナ素子群にて送受信す
る信号の位相を中央のアンテナ素子群に対して正側にシ
フトさせた場合には他方のアンテナ素子群にて送受信す
る信号の位相を負側にシフトさせ、前記一方のアンテナ
素子群にて送受信する信号の位相を中央のアンテナ素子
群に対して負側にシフトさせた場合には他方のアンテナ
素子群にて送受信する信号の位相を正側にシフトさせる
ことにより、多素子アンテナの指向性を制御することを
特徴とし、上側のアンテナ素子群と下側のアンテナ素子
群の位相を正負逆方向にシフトさせて多素子アンテナの
指向性を制御するようにした。請求項５の本発明は、請
求項１〜４の何れか１項に記載のアンテナ装置におい
て、前記アンテナ指向性制御手段は、前記制御情報通信
装置を介して遠隔操作局と制御情報を送受信することに
より、自局サービスエリア内にて使用されている移動局
数が設定数よりも多い場合には自局サービスエリアを縮
小する方向に指向性を制御し、自局サービスエリア内に
て使用されている移動局数が設定数よりも少なく且つ自
局サービスエリアと対向する基地局のサービスエリア内
にて使用されている移動局数が設定数よりも多い場合に
はサービスエリアを拡大する方向に指向性を制御するこ
とを特徴とし、サービスエリア内の移動局数に応じて遠
隔操作局からの遠隔操作により多素子アンテナの指向性
を制御するようにした。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図示した図１〜図
７の実施形態に基づいて、図８〜図１３を併せて参照し
つつ説明する。図１は、本発明の一実施形態のアンテナ
装置の電気的な構成を示すブロック図である。図２は、
図１のアンテナ装置の指向性を示す図である。尚、以下
の図１〜図７において、図８〜図１３に示した従来のア
ンテナ装置（多素子アンテナ）と同じ機能の部分につい
ては同じ符号を付し、重複する説明を省略する。図１に
示す様に、本実施形態のアンテナ装置では、３分配器１
５３と、その３分配器１５３から出力された信号が入力
される各分配器である３分配器１５４、２分配器１５
５、および、３分配器１５６との間に、アンテナ指向性
制御手段である位相器１５０が挿入されている。この位
相器１５０の中には上部位相器１５１と下部位相器１５
２が設けられており、多素子アンテナ１１８中の上部素
子群１５７内にある各アンテナ素子１１８ａ〜１１８ｃ
における信号の位相と、多素子アンテナ１１８中の下部
素子群１５９内にある各アンテナ素子１１８ｆ〜１１８
ｈにおける信号の位相とが逆方向にシフトするように位
相制御することができる。例えば、上部素子群１５７内
の信号の位相を遅れ側にシフトした場合には、下部素子
群１５９内の信号の位相が進み側にシフトするように制
御し、逆に、上部素子群１５７内の信号の位相を進み側
にシフトした場合には、下部素子群１５９内の信号の位
相が遅れ側にシフトするように制御する。

【００１１】図２は、図１のアンテナ装置における上部
素子群１５７内の信号の位相および下部素子群１５９内
の信号の位相を、上記のように制御した場合に多素子ア
ンテナ１１８の指向性が如何に変化するかをを示した図
である。図２（ａ）では、位相器１５０により、上部素
子群１５７内の信号の位相が遅れ側にシフトし、下部素
子群１５９内の信号の位相が進み側にシフトするように
制御している。すなわち、上部位相器１５１からは、上
部素子群１５７内の各アンテナ素子１１８ａ〜１１８ｃ
の信号の位相が遅れ側にシフトされた信号を出力し、下
部位相器１５２からは、下部素子群１５９内の各アンテ
ナ素子１１８ｆ〜１１８ｈの信号の位相が進む側にシフ
トされた信号を出力する。中央部素子群１５８には、３
分配器１５３から位相をシフトしていない信号が出力さ
れる。この図２（ａ）の場合には、多素子アンテナ１１
８の指向性の主ローブ１６２は上方向に変化し、バック
ローブ１６３も上方向に変化する。

【００１２】図２（ｂ）では、位相器１５０により、上
部素子群１５７内の信号の位相が進み側にシフトし、下
部素子群１５９内の信号の位相が遅れ側にシフトするよ
うに制御している。すなわち、上部位相器１５１から
は、上部素子群１５７内の各アンテナ素子１１８ａ〜１
１８ｃの信号の位相が進み側にシフトされた信号を出力
し、下部位相器１５２からは、下部素子群１５９内の各
アンテナ素子１１８ｆ〜１１８ｈの信号の位相が遅れ側
にシフトされた信号を出力する。中央部素子群１５８に
は、３分配器１５３から位相を遅れ側にも進み側にもシ
フトしていない信号が出力される。この図２（ｂ）の場
合には、多素子アンテナ１１８の指向性の主ローブ１６
２は下方向に変化し、バックローブ１６３も下方向に変
化する。このように、多素子アンテナ１１８の上部素子
群１５７における信号の位相と下部素子群１５９におけ
る信号の位相とを逆にシフトすることにより、多素子ア
ンテナ１１８の指向性を上下させるようにすると、指向
性の主ローブ１６２、１６４と、バックローブ１６３、
１６５とは同方向に変化する。ここで、多素子アンテナ
１１８を設置する際には、図２（ａ）に示すように指向
性の主ローブを上向きにすることは常識的にありえない
ので、多素子アンテナ１１８は、その指向性が図２
（ｂ）に示すように設置される。従って、本実施形態の
多素子アンテナ１１８では、従来の機械的に傾転させる
場合と異なり、多素子アンテナ１１８の指向性の主ロー
ブを下向きに変化させた場合にも、バックローブが上向
きになって不要な信号を受信しやすくなるという問題は
発生しないことになる。

【００１３】次に位相器１５０についてさらに詳しく説
明する。図３は、図１の位相器１５０の構成の一例を示
した図である。位相器１５０は、図３に示すように位相
器ユニット１１７に内蔵されている。位相器１５０は、
上側基板１９１と下側基板１９３との間にテフロン絶縁
シート１９２を挟むように積層して構成されている。ま
た、上側基板１９１の下面すなわちテフロン絶縁シート
１９２と接する面には、略「コ」の字型の２個のマイク
ロストリップライン１９４ａ、１９４ｂが背中合わせの
対称形状になるように形成されている。一方、下側基板
１９３の上面すなわちテフロン絶縁シート１９２と接す
る面には、前記略「コ」の字型のマイクロストリップラ
イン１９４ａ、１９４ｂにおける「コ」の上下の辺に対
向する位置には、各々略「Ｌ」の字型の１辺が一致する
ようにマイクロストリップライン１９５ａ〜１９５ｄが
形成されている。マイクロストリップライン１９５ａ〜
１９５ｄの各々の略「Ｌ」の字型の１方の端部には、コ
ネクタが接続されている。マイクロストリップライン１
９５ａには、上部位相器側の入力コネクタ１９６が接続
されている。マイクロストリップライン１９５ｂには、
上部位相器側の出力コネクタ１９７が接続されている。
マイクロストリップライン１９５ｃには、下部位相器側
の入力コネクタ１９８が接続されている。マイクロスト
リップライン１９５ｄには、下部位相器側の出力コネク
タ１９９が接続されている。

【００１４】また、上側基板１９１には、駆動片１８８
が接続されており、駆動片１８８を介して上側基板１９
１をスライドさせるための駆動力が付与されている。駆
動片１８８を駆動する力は、位相器ユニット１１７内に
設けられたモータ１７２から伝えられる。モータ１７２
の回転力は、モータ１７２の回転軸に直結したウオーム
ギア１８６を回転させる。ウオームギア１８６の回転力
により、ウオームホイール１８７が回転する。ウオーム
ホイール１８７の回転力は、ラック１８９に伝えられ、
ラック１８９により直線方向の駆動力に変換されてラッ
ク１８９と接合している駆動片１８８に伝えられる。こ
のようにして、駆動片１８８は、上側基板１９１にスラ
イドするための駆動力を与える。また、駆動片１８８に
は、検出片１９０の一端が接合されており、検出片１９
０の他端は駆動片１８８が移動した位置を検出するセン
サ１７３に接続されている。位相器１５０中の上部位相
器１５１は、図３中に示したように、上側基板１９１、
マイクロストリップライン１９４ａ、テフロン絶縁シー
ト１９２、下側基板１９３、マイクロストリップライン
１９５ａ、１９５ｂ、入力コネクタ１９６、出力コネク
タ１９７から構成されている。また、位相器１５０中の
下部位相器１５２は、図３中に示したように、上側基板
１９１、マイクロストリップライン１９４ｂ、テフロン
絶縁シート１９２、下側基板１９３、マイクロストリッ
プライン１９５ｃ、１９５ｄ、入力コネクタ１９８、出
力コネクタ１９９から構成されている。このように位相
器ユニット１１７を構成することにより、上部位相器１
５１から出力する信号の位相と、下部位相器１５２から
出力する信号の位相を、同時に且つ逆方向にシフトする
ことができる。また、本実施形態の位相器１５０では、
上述したように上側基板１９１をテフロン絶縁シート１
９２を間に挟んで下側基板１９３上でスライドさせるよ
うに構成しているので、デジタル的に位相をステップ単
位で変化させる位相器とは異なり、位相を連続的に変化
させることができる。

【００１５】図４は、図１に示した本実施形態のアンテ
ナ装置の位相器を遠隔操作局からの遠隔操作により変更
する場合の全体構成を示す図である。図４の基地局１０
０には、アンテナ塔１０１に４種の移動体通信システム
用の基地局アンテナ群１１０、１２０、１３０、１４０
が設置されている。４種の基地局アンテナ群とは、例え
ば、基地局アンテナ群１１０がアナログ携帯電話用アン
テナ群であり、基地局アンテナ群１２０がデジタル８０
０ＭＨｚ携帯電話用アンテナ群であり、基地局アンテナ
群１３０がデジタル１．５ＧＨｚ携帯電話用アンテナ群
であり、基地局アンテナ群１４０がＣＤＭＡ携帯電話用
アンテナ群である。なお、上記例では各アンテナ群を携
帯電話用としたが、例えば、上記アンテナ郡１１０〜１
４０中の任意の基地局アンテナ群をＰＨＳ用アンテナ群
に変更することもできる。基地局アンテナ群１１０は、
コントロールユニット１１５と、３個のアンテナユニッ
ト１１１〜１１３を有しており、コントロールユニット
１１５と各アンテナユニット１１１〜１１３の間はケー
ブル１１４により接続されている。基地局アンテナ群１
２０は、コントロールユニット１２５と、３個のアンテ
ナユニット１２１〜１２３を有しており、コントロール
ユニット１２５と各アンテナユニット１２１〜１２３の
間はケーブル１２４により接続されている。基地局アン
テナ群１３０は、コントロールユニット１３５と、３個
のアンテナユニット１３１〜１３３を有しており、コン
トロールユニット１３５と各アンテナユニット１３１〜
１３３の間はケーブル１３４により接続されている。基
地局アンテナ群１４０は、コントロールユニット１４５
と、３個のアンテナユニット１４１〜１４３を有してお
り、コントロールユニット１４５と各アンテナユニット
１４１〜１４３の間はケーブル１４４により接続されて
いる。なお、上記各アンテナユニット１１１〜１１３、
１２１〜１２３、１３１〜１３３、１４１〜１４３は、
図１に示したアンテナ装置に対応するアンテナユニット
である。また、基地局１００とコントロールユニット１
１５の間はケーブル１１６により接続されており、コン
トロールユニット１１５とコントロールユニット１２５
の間はケーブル１２６により接続されており、コントロ
ールユニット１２５とコントロールユニット１３５の間
はケーブル１３６により接続されており、コントロール
ユニット１３５とコントロールユニット１４５の間はケ
ーブル１４６により接続されている。また、遠隔操作局
（制御センター）５００と基地局１００の間は通信回線
４０１により接続されており、遠隔操作局（制御センタ
ー）５００と基地局２００の間は通信回線４０２により
接続されており、遠隔操作局（制御センター）５００と
基地局３００の間は通信回線４０３により接続されてお
いる。なお、基地局２００および基地局３００は、基地
局１００と同一構成の基地局である。また、アンテナ塔
１０１は、図４に示したように１本の竿に基地局アンテ
ナ群１１０等を設置する形状に限られるものではなく、
例えば、東京タワーのように数本の鉄脚により支持され
る鉄塔でもよい。

【００１６】図５は、図４の基地局１００、アンテナ塔
１０１上の基地局アンテナ群１１０、１２０、１３０、
１４０、および、遠隔操作局５００のさらに詳しい構成
を説明するブロック図である。上記したようにアンテナ
塔１０１上には、基地局アンテナ群１１０、基地局アン
テナ群１２０、基地局アンテナ群１３０、および、基地
局アンテナ群１４０が設けられており、各アンテナ群の
内部には、コントロールユニット１１５〜１４５および
各コントロールユニット毎に３個のアンテナユニット１
１１〜１１３、１２１〜１２３、１３１〜１３３、１４
１〜１４３が設けられており、各コントロールユニット
１１５〜１４５と各アンテナユニット１１１〜１１３、
１２１〜１２３、１３１〜１３３、１４１〜１４３との
間はケーブル１１４、１２４、１３４、１４４により接
続されている。また、各アンテナユニット１１１〜１１
３、１２１〜１２３、１３１〜１３３、１４１〜１４３
は、同一の内部構成であり、図１に示した多素子アンテ
ナ１１８等の各機能ブロックおよび図３に示した位相器
ユニット１１７を有している。

【００１７】コントロールユニット１１５、１２５、１
３５、および、１４５は、上記したように各コントロー
ルユニット間が直列に接続されており、さらに、コント
ロールユニット１１５がケーブル１１６により基地局１
００内の後述する電源供給ユニット１０２に接続される
とともに、コントロールユニット１４５には終端抵抗１
４７が接続されている。基地局１００内には、商用電源
ＡＣ１００Ｖを入力してコントロールユニット１１５〜
１４５等に電源を供給する電源ユニット１０２と、電話
回線等の通信回線４０１を用いて外部との通信を可能に
する制御情報通信装置であるモデム１０３と、が備えら
れている。また、新規にアンテナを設置する時やアンテ
ナの保守作業を行う際には、ノートパソコン等のアンテ
ナ制御装置１０４が電源ユニット１０２のＲＳ２３２Ｃ
等のポートに接続されて各アンテナの指向性の調整等が
行われる。遠隔操作局（制御センター）５００には、電
話回線等の通信回線４０１を用いて外部との通信を可能
にする制御情報通信装置であるモデム５０２と、パソコ
ン等のアンテナ制御装置５０１が備えられている。アン
テナ制御装置５０１は、モデム５０２、通信回線４０
１、および、モデム１０３を介して電源供給ユニット１
０２と接続することができ、前述したノートパソコン等
のアンテナ制御装置１０４と同様に各アンテナの指向性
の調整等を行うことができる。

【００１８】以下、図５に示した同一の構成を有するコ
ントロールユニット１１５〜１４５を代表してコントロ
ールユニット１１５について、コントロールユニット１
１５に接続されたアンテナユニット１１１と共に説明す
る。図６は、コントロールユニット１１５およびアンテ
ナユニット１１１のさらに詳しい構成を示すブロック図
である。コントロールユニット１１５内には、アンテナ
ユニット１１１等の指向性を制御するとともにコントロ
ールユニット１１５全体の制御を行うマイクロプロセッ
サであるＣＰＵ１６６と、電気信号を一旦光信号に変換
して再度電気信号に変換することにより信号を伝送する
フォトカプラ１６７と、基地局１００内との通信に用い
られるＲＳ４８５規格の信号を一旦蓄えるバッファ１６
８と、入力した直流電圧を内部処理および出力に適した
電圧に変換するＤＣ／ＤＣコンバータと、アンテナユニ
ット１１１への出力信号のレベル調整／タイミング調整
等を行う出力インターフェース１７１と、アンテナユニ
ット１１１からの入力信号のレベル調整／タイミング調
整等を行う入力インターフェース１７０と、基地局１０
０から入力する信号用のケーブルを接続するコネクタ１
８３と、基地局１００に出力する信号用のケーブルを接
続するコネクタ１８４と、アンテナユニット１１１との
間の入出力信号用のケーブルを接続するコネクタ１８５
と、を有している。アンテナユニット１１１は、図３に
示した位相器ユニット１１７と、多素子アンテナ１１８
と、コントロールユニット１１５と接続するためのコネ
クタ１８６とを有している。コントロールユニット１１
５内のコネクタ１８５とアンテナユニット１１１のコネ
クタ１８６とがケーブル１１４により接続されている。

【００１９】次に、図５に示した電源供給ユニット１０
２についてさらに詳しく説明する。図７は、電源供給ユ
ニット１０２のさらに詳しい構成を示すブロック図であ
る。電源供給ユニット１０２は、アンテナ制御装置１０
４またはモデム１０３との間の信号伝送に用いられるＲ
Ｓ２３２Ｃ規格の信号を、コントロールユニット１１５
との間で用いられるＲＳ４８５規格の信号に変換するＲ
Ｓ２３２Ｃ／ＲＳ４８５変換回路と、コントロールユニ
ット１１５とアンテナ制御装置１０４またはモデム１０
３との間の通信状態を監視する通信状態監視回路１７７
と、モデム１０３を接続するためのポート１８１と、ア
ンテナ制御装置１０４を接続するためのポート１８０
と、ポート１８０と１８１とを切り替えるポート切換リ
レー１７６と、交流電圧を内部使用およびコントローラ
ユニットへの出力に適した電圧に変圧する電源トランス
１７８と、電源トランス１７８の交流出力を全波整流す
る整流素子１７９と、通信状態監視回路１７７の監視結
果によりコントロールユニット１１５にＲＳ４８５の信
号と電源電圧（ＤＣ２４Ｖ）を供給するためのリレー１
７４と、コントロールユニット１１５と接続するための
コネクタ１８２とを有している。

【００２０】次に、上記図４〜図７に示した構成により
アンテナユニット１１１の指向性を遠隔操作により変化
させる場合について説明する。図５のアンテナ制御装置
５０１の操作者は、例えば、図１３の基地局Ａにおける
アンテナＡ３のカバー範囲ａＡ３を広げるために、アン
テナＡ３の指向性を上向きにする指示をアンテナ制御装
置５０１に入力する。なお、本例の場合には、図１３の
基地局Ａが図４および図５の基地局１００に対応し、図
１３のアンテナＡ３が図４および図５のアンテナユニッ
ト１１１に対応することとする。その場合に、アンテナ
制御装置５０１に入力された指示は、モデム５０２、通
信回線４０１、および、モデム１０３を介して電源供給
ユニット１０２に入力される。電源供給ユニット１０２
に入力した指示は、ＲＳ２３２Ｃ／ＲＳ４８５変換回路
によりＲＳ４８５規格に基づく信号に変換されて、ＤＣ
２４Ｖの電源電圧と共にコントロールユニット１１５に
供給される。電源供給ユニット１０２からの指示と電源
電圧が入力したコントロールユニット１１５は、ＣＰＵ
１６６によりアンテナユニット１１１に対して制御信号
を出力すると共に、ＤＣ／ＤＣコンバータ１６９にて変
換した電源電圧を出力する。また、その際に、ＣＰＵ１
６６は、アンテナユニット１１１のセンサ１７３からの
検出信号を受信してフィードバック制御を行いながら、
アンテナユニット１１１に制御信号を出力する。アンテ
ナユニット１１１では、ＣＰＵ１６６から入力した制御
信号および電源電圧によりモータ１７２を制御すること
により位相器ユニット１５０を制御する。すると、位相
器１５０中の上部位相器１５１と下部位相器１５２は同
時に逆方向に位相がシフトすることになり、結果的に、
多素子アンテナ１１８の指向性が上向き（または下向
き）に変化する。

【００２１】このようにして、遠隔操作局５００からア
ンテナユニット１１１の指向性を変化させることができ
るので、アンテナユニット１１１のカバー範囲を遠隔地
から任意に制御することができるようになる。従って、
例えば、図１３に示したように、一つのアンテナユニッ
トＤ１のカバー範囲内の移動局Ｐ１〜Ｐ７の数が、アン
テナユニットＤ１が接続可能な数よりも多い場合に、上
記のように隣接するアンテナユニットＡ３の指向性を変
化させて、アンテナユニットＤ１のカバー範囲内にある
移動局Ｐ６およびＰ７をアンテナユニットＡ３のカバー
範囲内になるようにすることにより、移動局Ｐ６および
Ｐ７についても移動通信システムに接続することができ
るようになる。また、本実施形態では、その際に、アン
テナＤ１の主ローブを下向きにしても、図２に示した従
来例ようにバックローブ１６５が上向きにならないの
で、不要電波を受信しやすくなることはなくなる。な
お、本実施形態では、無線通信に用いる電波を垂直偏波
と水平偏波とに区別することのない場合について述べた
が、例えば、無線通信に使用する電波を垂直偏波と水平
偏波とに区別する場合には、上記した位相器を水平偏波
用の位相器と垂直偏波用の位相器というように２組にす
ることにより本発明を容易に実施することができる。

【００２２】

【発明の効果】上記のように本発明では、遠隔操作局か
らの遠隔操作により、前記多素子アンテナ中の各素子に
て送受信する信号の位相を制御することにより指向性を
制御することができるので、自局サービスエリア内の通
信需要に応じて、基地局の多素子アンテナの主ローブを
下向きにしても、バックローブが上向きにならないアン
テナ装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態のアンテナ装置の電気的な
構成を示すブロック図である。

【図２】（ａ）、（ｂ）は、図１のアンテナ装置の指向
性を示す図である。

【図３】図１の位相器の構成の一例を示した図である。

【図４】図１に示した本実施形態のアンテナ装置の位相
器を遠隔操作局からの遠隔操作により変更する場合の全
体構成を示す図である。

【図５】図４の基地局、アンテナ塔上の基地局アンテナ
群および遠隔操作局のさらに詳しい構成を説明するブロ
ック図である。

【図６】コントロールユニットおよびアンテナユニット
のさらに詳しい構成を示すブロック図である。

【図７】図７は、電源供給ユニット１０２のさらに詳し
い構成を示すブロック図である。

【図８】（ａ）〜（ｅ）は多素子アンテナおよびアクチ
ュエータが支柱に取り付けられた場合の機構的な構成を
示す図である。

【図９】多素子アンテナの電気的な構成を示すブロック
図である。

【図１０】（ａ）、（ｂ）は、多素子アンテナの指向性
を示す図である。

【図１１】多素子アンテナにより形成されるサービスエ
リアの例を示す図である。

【図１２】（ａ）、（ｂ）は、図１１における基地局の
サービスエリアを拡大して示す図である。

【図１３】図１２のアンテナの主ローブによるカバー範
囲を変化させた場合を示す図である。

【符号の説明】

１、２、３・・・アンテナユニット、４・・・ケーブ
ル、５・・・コントロールユニット、６・・・支柱、７
・・・ステー、８〜１０・・・首振りアクチュエータ、
１１・・・傾転アクチュエータ、１１８・・・多素子ア
ンテナ、１１８ａ〜１１８ｈ・・・アンテナ素子、１５
３、１５４、１５６・・・３分配器、１５５・・・２分
配器、１６０・・・主ローブ、１６１・・・バックロー
ブ、１５０・・・位相器、１５１・・・上部位相器、１
５２・・・下部位相器、１５３、１５４、１５６・・・
３分配器、１５５・・・２分配器、１５７・・・上部素
子群、１５８・・・中央部素子群、１５９・・・下部素
子群

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 丹野 均 東京都調布市上石原３丁目50番地１ アン テン株式会社内 (72)発明者 大熊 彰 東京都調布市上石原３丁目50番地１ アン テン株式会社内 Ｆターム(参考） 5J021 AA05 AA06 CA06 DB03 FA06 FA13 FA20 FA29 FA30 FA32 GA02 HA05 HA10 5K067 AA03 EE10 EE16 KK03

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 移動体通信システムの基地局に用いられ
   る多素子アンテナの指向性を、自局サービスエリア内の
   通信需要に応じて、前記多素子アンテナ中の各素子にて
   送受信する信号の位相を制御することにより変化させる
   アンテナ指向性制御手段を備えたことを特徴とするアン
   テナ装置。
2. 【請求項２】 前記アンテナ指向性制御手段を制御する
   ための情報を前記基地局と遠隔操作局との間で通信する
   ことができる制御情報通信装置を備えたことを特徴とす
   る請求項１に記載のアンテナ装置。
3. 【請求項３】 前記アンテナ指向性制御手段は、前記多
   素子アンテナ中の各アンテナ素子を少なくとも２つのア
   ンテナ素子群に分割し、分割されたアンテナ素子群にて
   送受信する信号の位相を各アンテナ素子群毎に異ならせ
   ることにより多素子アンテナの指向性を制御することを
   特徴とする請求項１または２に記載のアンテナ装置。
4. 【請求項４】 前記アンテナ指向性制御手段は、前記多
   素子アンテナ中の各アンテナ素子を３つのアンテナ素子
   群に分割し、分割された両端のアンテナ素子群中の一方
   のアンテナ素子群にて送受信する信号の位相を中央のア
   ンテナ素子群に対して正側にシフトさせた場合には他方
   のアンテナ素子群にて送受信する信号の位相を負側にシ
   フトさせ、前記一方のアンテナ素子群にて送受信する信
   号の位相を中央のアンテナ素子群に対して負側にシフト
   させた場合には他方のアンテナ素子群にて送受信する信
   号の位相を正側にシフトさせることにより、多素子アン
   テナの指向性を制御することを特徴とする請求項１〜３
   の何れか１項に記載のアンテナ装置。
5. 【請求項５】 前記アンテナ指向性制御手段は、前記制
   御情報通信装置を介して遠隔操作局と制御情報を送受信
   することにより、自局サービスエリア内にて使用されて
   いる移動局数が設定数よりも多い場合には自局サービス
   エリアを縮小する方向に指向性を制御し、自局サービス
   エリア内にて使用されている移動局数が設定数よりも少
   なく且つ自局サービスエリアと対向する基地局のサービ
   スエリア内にて使用されている移動局数が設定数よりも
   多い場合にはサービスエリアを拡大する方向に指向性を
   制御することを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に
   記載のアンテナ装置。