JP2007329666A - Array antenna device - Google Patents
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Abstract
【課題】垂直面内におけるアンテナの指向特性において仰角方向におけるサイドローブレベルを抑える必要性がある。従来のサイドローブを抑制すること。
【解決手段】M個のアンテナ素子が所定の方向に配列されたアレーアンテナ装置であって:上記M個のアンテナ素子のうち一端部にあるN個のアンテナ素子のチルト角θ2及び他端部にあるN個のアンテナ素子のチルト角θ3が、一端部と他端部との間に位置する(M−2N)個のアンテナ素子のチルト角θ1とは異なることを特徴とする。
【選択図】図2There is a need to suppress a side lobe level in an elevation angle direction in an antenna directivity characteristic in a vertical plane. Suppress traditional side lobes.
An array antenna apparatus in which M antenna elements are arranged in a predetermined direction: the tilt angle θ2 of N antenna elements at one end of the M antenna elements and the other end The tilt angle θ3 of a certain N antenna elements is different from the tilt angle θ1 of (M−2N) antenna elements located between one end and the other end.
[Selection] Figure 2
Description
本発明は、アレーアンテナ装置に関し、特に一端部と他端部におけるアンテナブロックのアンテナ素子のチルト角が中間部におけるアンテナブロックのアンテナ素子のチルト角とは異なることを特徴とするアレーアンテナ装置に関する。 The present invention relates to an array antenna device, and more particularly to an array antenna device characterized in that the tilt angle of the antenna element of the antenna block at one end and the other end is different from the tilt angle of the antenna element of the antenna block at the intermediate portion.
従来の移動通信システム用基地局アンテナ装置の一例を図1に概略的に示す。図1に示すアンテナ装置10は、垂直に配列したM個のアンテナ素子1で構成されるアレーアンテナである。M個のアンテナ素子はチルト角が同一である。また、通常、アンテナの垂直面内における放射方向を制御するために各アンテナ素子に移相器が接続されている。
An example of a conventional base station antenna device for a mobile communication system is schematically shown in FIG. An
移動通信システムの基地局アンテナは品質ならびに加入者容量を確保するため隣接ゾーンとの干渉を抑えることが望まれる。アンテナの主ビーム方向を下方に傾斜させて俯角を設けると、主ビーム方向より上方向におけるサイドローブが干渉の原因になる。また、都市部における高層化に伴い、基地局アンテナよりも高い位置にある移動局等に対しては、仰角方向(天空方向、すなわち水平方向より上の方向全て)におけるサイドローブが干渉の原因となる。 It is desired that a base station antenna of a mobile communication system suppresses interference with adjacent zones in order to ensure quality and subscriber capacity. If the main beam direction of the antenna is inclined downward to provide a depression angle, side lobes above the main beam direction cause interference. Also, with the rise in urban areas, side lobes in the elevation direction (the sky direction, ie all directions above the horizontal direction) cause interference for mobile stations and the like that are higher than the base station antenna. Become.
従って、垂直面内におけるアンテナの指向特性において仰角方向(天空方向、すなわち水平方向より上の方向全て)におけるサイドローブレベルを抑える必要性がある。従来のサイドローブを抑制したアンテナとしてはチェビシェフ分布型アレーアンテナが存在するが放射素子の位置によって励振振幅値を変える必要があるため、電力分配器の設計が非常に複雑となり好ましくない。 Accordingly, it is necessary to suppress the side lobe level in the elevation direction (the sky direction, that is, all directions above the horizontal direction) in the directivity characteristics of the antenna in the vertical plane. A Chebyshev distributed array antenna exists as a conventional antenna with suppressed side lobes. However, since it is necessary to change the excitation amplitude value depending on the position of the radiating element, the design of the power distributor becomes very complicated, which is not preferable.
そこで、本発明はこうした従来アンテナの問題点を解決するものであり、垂直方向に配置したアレーアンテナにおいて,上端部と下端部における所定の割合の個数の素子のチルト角を中間部におけるアンテナ素子のチルト角に比べて大きくすることによって容易に仰角方向のサイドローブレベルを低減するものである。 Therefore, the present invention solves such problems of the conventional antenna. In the array antenna arranged in the vertical direction, the tilt angle of a predetermined number of elements at the upper end and the lower end is set to be equal to that of the antenna element at the middle. The side lobe level in the elevation direction is easily reduced by increasing the tilt angle as compared with the tilt angle.
本発明の特徴に従ったアレーアンテナ装置は、M個のアンテナ素子が所定の方向に配列されたアレーアンテナ装置であって:上記M個のアンテナ素子のうち一端部にあるN個のアンテナ素子のチルト角θ2及び他端部にあるN個のアンテナ素子のチルト角θ3が、一端部と他端部との間に位置する(M−2N)個のアンテナ素子のチルト角θ1とは異なることを特徴とする。 An array antenna apparatus according to a feature of the present invention is an array antenna apparatus in which M antenna elements are arranged in a predetermined direction: of N antenna elements at one end of the M antenna elements. The tilt angle θ2 and the tilt angle θ3 of the N antenna elements at the other end are different from the tilt angle θ1 of the (M−2N) antenna elements located between the one end and the other end. Features.
上記一端部及び多端部にあるアンテナ素子の個数Nの全アンテナ素子数Mに対する割合N/Mが 0.05と0.2との間にあることが望ましい。 It is desirable that the ratio N / M of the number N of antenna elements at one end and the multi-end with respect to the total number M of antenna elements is between 0.05 and 0.2.
また、上記一端部及び多端部にあるアンテナ素子の個数Nの全アンテナ素子数Mに対する割合N/Mがほぼ0.1であることが望ましい。 Further, it is desirable that the ratio N / M of the number N of antenna elements at one end and the multi-end with respect to the total number M of antenna elements is approximately 0.1.
上記θ1、θ2及びθ3が、θ1<θ2<θ3であることが望ましい。 The θ1, θ2, and θ3 are preferably θ1 <θ2 <θ3.
さらに、上記θ1、θ2及びθ3が、θ1<θ2=θ3であることが望ましい。 Furthermore, it is desirable that θ1, θ2, and θ3 satisfy θ1 <θ2 = θ3.
上記各アンテナ素子に対して移相器が接続されており、アンテナ素子への入力励振電力の位相を調整することができる。 A phase shifter is connected to each antenna element, and the phase of the input excitation power to the antenna element can be adjusted.
上記アレーアンテナ装置において、上記所定の方向が垂直方向であって良い。また、上記一端部が最上部であり、上記他端部が最下部であって良い。 In the array antenna apparatus, the predetermined direction may be a vertical direction. The one end may be the uppermost part and the other end may be the lowermost part.
本発明の実施例に従ったアンテナ装置によれば、垂直面内における指向特性において仰角方向におけるサイドローブレベルを抑えることができる。 According to the antenna device according to the embodiment of the present invention, the side lobe level in the elevation angle direction can be suppressed in the directivity characteristics in the vertical plane.
以下、図面を参照しながら本発明に従ったアンテナ装置の実施例について説明する。 Hereinafter, embodiments of an antenna device according to the present invention will be described with reference to the drawings.
[実施例1]
図2に本発明の実施例1に従ったアンテナ装置20を概略的に示す。アンテナ装置20は、垂直方向に配列したM個(例えばM=60であるが、これに限定されない)のアンテナ素子によって構成されるアレーアンテナである。最上部のN個のアンテナ素子と最下部のN個のアンテナ素子のチルト角(俯角、すなわち水平方向を基準として下方向に傾いた角度)をそれぞれθ2,θ3とする。また最上部と最下部との間の中央部に位置する(M−2N)個のアンテナブロック素子のチルト角(俯角)をθ1とする。
[Example 1]
FIG. 2 schematically shows an
上記チルト角θ1、θ2及びθ3の関係を以下のようにする。 The relationship between the tilt angles θ1, θ2, and θ3 is as follows.
θ1<θ2=θ3
θ2=θ3とすることにより、最適な効果が得られる。
θ1 <θ2 = θ3
By setting θ2 = θ3, an optimum effect can be obtained.
ここでM個(M=20,30,40,50又は60)のアンテナ素子を有するアレーアンテナにおいて、それぞれチルト角がθ2、θ3であるアンテナ素子数NのMに対する割合(N/M)を変化させた場合の仰角方向におけるサイドローブ特性を図3に示す。図3に示した特性はコンピュータシミュレーションにより得られたものである。図3の縦軸は主ビーム方向から天空方向へ仰角20°の範囲内におけるサイドローブレベルの最大値を示しており、横軸はN/Mを示している。図3のグラフに示すように、Mがどのような値であってもN/Mが0.05と0.2との間にあるときに、サイドローブが小さくなり、M/N=0.1のときにサイドローブレベルが最小となることが分かった。 Here, in an array antenna having M antenna elements (M = 20, 30, 40, 50 or 60), the ratio (N / M) of the number N of antenna elements having tilt angles θ2 and θ3 to M is changed. FIG. 3 shows the side lobe characteristics in the elevation angle direction when it is applied. The characteristics shown in FIG. 3 are obtained by computer simulation. The vertical axis in FIG. 3 indicates the maximum value of the side lobe level in the range of the elevation angle of 20 ° from the main beam direction to the sky direction, and the horizontal axis indicates N / M. As shown in the graph of FIG. 3, no matter what value M is, when N / M is between 0.05 and 0.2, the side lobe becomes small and M / N = 0. It was found that the side lobe level was minimized when 1.
また,(N,M)=(2,20)の場合、及び(N,M)=(6,60)の場合における実施例1のアンテナの垂直面内指向性をそれぞれ図4及び図5に示す。図4及び図5に示されるように、実施例1に従ったアンテナでは、従来のアンテナに比較して天空方向におけるサイドローブレベルが大きく改善されていることがわかる。このように、本発明の実施例に従えば、サイドローブ特性が大きく改善されることがわかる.
[実施例2]
図6に本発明の実施例2に従ったアンテナ装置60を概略的に示す。アンテナ装置60は、実施例1のアンテナ20におけるM個の各アンテナ素子に対して移相器4を接続した構成を有する。このような構成とすることで主ビーム方向を容易に制御することができ、柔軟なエリア構成が可能となるという効果を奏する。
[実施例3]
本発明の実施例2に従ったアンテナ装置20において、θ2とθ3が等しくなくともある程度の効果が得られる。さらに、θ1<θ2<θ3とするのが公的であることがコンピュータシミュレーションから分かっている。
Also, the directivity in the vertical plane of the antenna of Example 1 in the case of (N, M) = (2, 20) and in the case of (N, M) = (6, 60) is shown in FIGS. 4 and 5, respectively. Show. As shown in FIGS. 4 and 5, it can be seen that the sidelobe level in the sky direction is greatly improved in the antenna according to the first embodiment compared to the conventional antenna. Thus, according to the embodiment of the present invention, it can be seen that the sidelobe characteristics are greatly improved.
[Example 2]
FIG. 6 schematically shows an
[Example 3]
In the
上記各実施例において、各アンテナ素子を指向性を有する単一のアンテナ素子として示したが、各素子を例えば4個のアンテナ素子から構成されるアンテナブロックとしても良い。その場合、4個の各素子から送信される信号の位相を(例えば位相器を挿入することにより)異ならせることにより、アンテナブロックのチルト角を設定することが可能である。また、ケーブルから各4個のアンテナ素子までの経路の物理的距離に所定の差を設けることにより、アンテナブロックのチルト角を設定することも可能である。本出願書面において、アンテナ素子という語は、アンテナ素子、アンテナブロックその他のアンテナユニットを意味するものとする。 In each of the above embodiments, each antenna element is shown as a single antenna element having directivity. However, each element may be an antenna block composed of, for example, four antenna elements. In that case, it is possible to set the tilt angle of the antenna block by making the phases of the signals transmitted from the four elements different (for example, by inserting a phase shifter). It is also possible to set the tilt angle of the antenna block by providing a predetermined difference in the physical distance of the route from the cable to each of the four antenna elements. In this application, the term antenna element means an antenna element, an antenna block, or other antenna unit.
20、60 アンテナ装置
1 アンテナ素子
2 給電ケーブル
3 アンテナ給電点
4 位相器
20, 60
Claims (8)
前記M個のアンテナ素子のうち一端部にあるN個のアンテナ素子のチルト角θ2及び他端部にあるN個のアンテナ素子のチルト角θ3が、一端部と他端部との間に位置する(M−2N)個のアンテナ素子のチルト角θ1とは異なることを特徴とするアレーアンテナ装置。 An array antenna device in which M antenna elements are arranged in a predetermined direction:
Among the M antenna elements, the tilt angle θ2 of the N antenna elements at one end and the tilt angle θ3 of the N antenna elements at the other end are located between the one end and the other end. An array antenna apparatus characterized by being different from a tilt angle θ1 of (M-2N) antenna elements.
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