JP3995004B2 - ヌルフィルアンテナ、オムニアンテナ、無線装置 - Google Patents

Description

本発明は、俯角方向に広い指向性を有する広角ヌルフィルアンテナ及びこれを用いたオムニアンテナ並びに無線装置に関し、特に、アンテナ近傍の領域において不感地帯が発生しない広角ヌルフィルアンテナ、オムニアンテナ及び無線装置に関する。

通常、移動体通信用の基地局アンテナは高所（建造物の屋上など）に設置されており、そこから照射される電波が地上の移動体通信端末で受信される。

このような基地局アンテナは、地上の移動体通信端末における受信レベルがその端末の位置によらず同じになるように指向性が与えられている。

ＢＴＳ（基地局）用アンテナは、仰角面内において、ビームを例えばコセカント２乗ビーム（水平方向から俯角４５度までヌル無し）に成形することにより、俯角が所定の範囲において、地上における受信電界がほぼ一定となるように設計している。

図４３に、従来技術によるコセカント２乗ビームアンテナの構成を示す。このアンテナは、アンテナ素子の配列方向が鉛直方向となるように配置されるため、以下ではアンテナの配列方向を鉛直方向として説明を行う。この構成においては、各アンテナ素子が発したビームをフレアを用いて成形することによって水平面内では所定の角度内に電磁波が放射されるように指向性を持たせている。

一方、鉛直方向については複数のアンテナ素子を一列に配列することによってビームを成形している。アレーの上半分の素子と下半分の素子とは、中心に対して振幅が対称となっている（例えば、一番上のアンテナ素子の振幅と一番下のアンテナ素子の振幅とは同じである）。また、上半分の素子の位相は全て同一であり、下半分の素子の位相も全て同一であるが、上半分の素子の位相と下半分の素子の位相とは、所定の差が設定されている。

このような構成とすることにより、鉛直面内においてアンテナ放射パターンはコセカント２乗の形となり、水平面からある俯角の範囲において受信レベルがほぼ一定となる。

しかし、このようにビームを成形した場合でも、図４４に示すように、基地局からの俯角が４５度を超える領域、すなわち、アンテナの足もと付近においては受信レベルの落ち込みは避けられなかった。

図４５に、従来技術によるコセカント２乗ビームの放射パターンの位相特性を示す。この位相特性は、アレー中心においた原点を観測点とし、ここから等距離にある点における垂直面内の角度と位相との関係を示している。

水平方向よりも下側、すなわち俯角が０以上の領域においては位相が０度であるのに対し、俯角が０未満（すなわち仰角）の領域においてはほとんどの角度において位相が１８０度となっている。これは、水平面を界面として、これより下側に放射される電磁波とこれよりも上側に放射される電磁波とで位相が反転していることを示している。

このアンテナの鉛直面内での放射特性は図４６のようになる。図４６においては、俯角４５度以上の領域においては、放射特性が劣化している。すなわち、俯角４５度以上であるアンテナ近傍の領域にヌルが発生することとなる。

アンテナ近傍における放射特性の向上を目的とした従来技術としては、特許文献１に開示される「アンテナ」がある。特許文献１に開示される発明は、天頂方向に広角な指向性を有する第１のアンテナ素子の周囲に、天頂方向から所定の角度傾いた方向に狭角の指向性を有する第２のアンテナ素子を配置することにより、移動局での受信レベルを一定保つものである。
特開平９−２４６８５９号公報

しかし、特許文献１に開示される発明は、構内基地局を想定したものであり、アンテナ正面方向に生じるヌルを低減するものである。
このため、これを移動体通信の基地局に適用しようとすると、俯角９０度方向の利得が著しく低下してしまうこととなる。

このように、従来は、俯角９０度方向にヌル、すなわち不感地帯が発生しないようにした広角ヌルフィルアンテナは提供されていなかった。

本発明はかかる問題に鑑みてなされたものであり、アンテナの足下付近での受信レベルの落ち込みが小さいヌルフィルアンテナ及びこれを用いたオムニアンテナ並びに無線装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、第１の態様として、位相中心を中心としてアンテナ素子が配列され、励振振幅分布が位相中心に対して対称で、励振位相分布が位相中心に対して略点対称となるように励振される第１のアンテナアレイと、第１のアンテナアレイを構成するアンテナ素子のうち位相中心に隣接するアンテナ素子と励振振幅が略同一又はそれよりも小さく、かつ位相中心が第１のアンテナアレイの位相中心と略同一である第２のアンテナアレイとを有することを特徴とするヌルフィルアンテナを提供するものである。

上記本発明の第１の態様においては、第１のアンテナアレイと第２のアンテナアレイとが、同じ基板上に設けられることが好ましい。

また、本発明の第１の態様の上記のいずれの構成においても、第２のアンテナアレイは、少なくとも二つのアンテナ素子で構成されており、該第２のアンテナアレイのアンテナ素子は、位相中心に近い素子ほど励振振幅が大きいことが好ましい。

本発明の第１の態様の上記のいずれの構成においても、第２のアンテナアレイは、位相中心を中心とし、第１のアンテナアレイを対称軸として該第１のアンテナアレイと直交するようにアンテナ素子が直列に配置されたアンテナアレイであることが好ましい。

本発明の第１の態様の上記のいずれの構成においても、第２のアンテナアレイを構成するアンテナ素子は、第１のアンテナアレイの位相中心と重ならないように配置されることが好ましい。

本発明の第１の態様の上記のいずれの構成においても、第２のアンテナアレイを構成するアンテナ素子として、ダイポールアンテナを用いることが好ましい。また、第２のアンテナアレイの周辺に電波吸収体を設けることが好ましく、これに加えて、電波吸収体が、第２のアンテナアレイを構成するアンテナ素子を中心として、第１のアンテナアレイを構成するアンテナ素子のうち位相中心に隣接するアンテナ素子にまで延長して設けられることがより好ましく、さらに加えて、電波吸収体の第１のアンテナアレイの配列方向の長さは、第１のアンテナアレイを構成し位相中心に隣接するアンテナ素子と位相中心との距離よりも長いことがより好ましい。

本発明の第１の態様の上記のいずれの構成においても、第２のアンテナアレイの最大放射方向が第１のアンテナアレイの配列方向に沿って傾くように、第２のアンテナアレイを構成するアンテナ素子を配置することが好ましい。また、第１のアンテナアレイを構成するアンテナ素子のうち、位相中心を挟んで向かい合う二つのアンテナ素子の間隔を、第１のアンテナアレイの他のアンテナ素子の間隔よりも大きくすることが好ましい。また、第１のアンテナアレイを構成する個々のアンテナ素子同士の間隔を、不等間隔とすることが好ましい。また、第２のアンテナアレイに代えて、第１のアンテナアレイを構成するアンテナ素子のうち位相中心に隣接するアンテナ素子よりも励振振幅が大きく、かつ位相中心が第１のアンテナアレイと略同一である第３のアンテナアレイを有することが好ましく、これに加えて、第１のアンテナアレイと第３のアンテナアレイとが、同じ基板上に設けられることがより好ましい。

また、上記目的を達成するため、本発明は、第２の態様として、上記本発明の第１の態様にかかるヌルフィルアンテナの第２のアンテナアレイに代えて、第１のアンテナアレイを構成するアンテナ素子のうち位相中心に隣接するアンテナ素子と励振振幅が略同一又はそれよりも小さく、かつ第１のアンテナアレイの位相中心と略同一の位置に位相中心を有するスロットアンテナ又はダイポールアンテナを備えたことを特徴とするヌルフィルアンテナを提供するものである。

また、上記目的を達成するため、本発明は、第３の態様として、上記本発明の第１の態様にかかるヌルフィルアンテナの第２のアンテナアレイに代えて、第１のアンテナアレイの位相中心と略同一の位置から該第１のアンテナアレイに垂直な方向に所定間隔離して無給電素子が配置されたことを特徴とするヌルフィルアンテナを提供するものである。

上記本発明の第１の態様、第２の態様及び第３の態様のいずれの構成においても、ダイポールアンテナ、スロットアンテナ又は無給電素子の励振振幅は、第１のアンテナアレイを構成するアンテナ素子のうち、第１のアンテナアレイの位相中心に隣接するアンテナ素子の励振振幅よりも小さいことが好ましい。

また、本発明の第１の態様、第２の態様及び第３の態様のいずれの構成においても、第２のアンテナアレイ、ダイポールアンテナ、スロットアンテナ又は無給電素子は、第１のアンテナアレイの配列方向に沿った指向性を有することが好ましい。

また、本発明の第２の態様及び第３の態様の上記のいずれの構成においても、スロットアンテナ又はダイポールアンテナに代えて、第１のアンテナアレイを構成するアンテナ素子のうち位相中心に隣接するアンテナ素子よりも励振振幅が大きく、かつ第１のアンテナアレイと略同一の位置に位相中心を有する第２のスロットアンテナ又は第２のダイポールアンテナを有することが好ましい。

また、上記目的を達成するため、本発明は、第４の態様として、位相中心を通る直線と直交して配列され、励振振幅分布が位相中心を通る直線に対して軸対称で、励振位相分布が位相中心を通る直線に対して点対称となるように励振される第１のアンテナアレイと、第１のアンテナアレイを構成するアンテナ素子のうち位相中心に隣接する素子と励振振幅が略同一又はそれよりも小さく、第１のアンテナアレイの位相中心と略同一の位置に配置された中心アンテナ素子とを有することを特徴とするヌルフィルアンテナを提供するものである。

上記本発明の第４の態様においては、第１のアンテナアレイは、位相中心を通る直線と平行にアンテナ素子を配列してなる二次元アレイであることが好ましい。又は、第１のアンテナアレイは、位相中心を通る直線と平行な方向を長手方向とするスロットアンテナを、位相中心を通る直線と直交するように配列させてなることが好ましい。

本発明の第４の態様の上記のいずれの構成においても、中心アンテナ素子として、ダイポールアンテナ素子を用いることが好ましい。また、中心アンテナ素子の周辺に電波吸収体を設けたことが好ましく、これに加えて、電波吸収体の第１のアンテナアレイの配列方向の長さは、第１のアンテナアレイを構成し位相中心に隣接するアンテナ素子と位相中心との距離よりも長いことがより好ましく、さらに加えて、電波吸収体は、アンテナ素子の近傍から隣接する第１のアンテナアレイを構成するアンテナ素子にかけて設けられることがより好ましい。

本発明の第４の態様の上記のいずれの構成においても、中心アンテナ素子を、第１のアンテナアレイの配列方向に沿って最大放射方向が傾くように設置することが好ましい。また、第１のアンテナアレイを構成するアンテナ素子のうち、位相中心に最も近いアンテナ素子同士の間隔を、他のアンテナ素子同士の間隔よりも広くすることが好ましい。また、第１のアンテナアレイを構成する個々のアンテナ素子間の間隔を不等間隔とすることが好ましい。また、中心アンテナ素子を、第１のアンテナアレイよりも電磁波の放射方向側に位置するように配置することが好ましい。

また、本発明の第４の態様の上記のいずれの構成においても、中心アンテナ素子は、第１のアンテナアレイの配列方向に沿った指向性を有することが好ましい。また、中心アンテナ素子に代えて、第１のアンテナアレイを構成するアンテナ素子のうち位相中心に隣接する素子よりも励振振幅が大きく、かつ第１のアンテナアレイの位相中心と略同一の位置に配置された第２の中心アンテナ素子を有することが好ましい。

また、本発明の第１の態様、第２の態様、第３の態様及び第４の態様のいずれの構成においても、第１のアンテナアレイの最大放射方向を、第１のアンテナアレイの配列方向に沿ってチルトさせることが好ましく、これに加えて、第１のアンテナアレイを構成するアンテナ素子の励振位相を、アレイの一方では位相中心から離れるに従って進ませ、他方では位相中心から離れるに従って遅らせることがより好ましい。これらに加えて、第１のアンテナアレイを構成する素子のうち、少なくとも位相中心に隣接するアンテナ素子が該第１のアンテナアレイの最大放射方向と同じ側に傾けることが好ましい。これに加えて、第１のアンテナアレイを構成する各々のアンテナ素子上に、素子の寸法よりも小さい非励振素子を設けることがさらに好ましい。また、第１のアンテナアレイの位相中心の位置から所定の距離だけ離して、第１のアンテナアレイからの放射によって励振される間接励振素子を設けることが好ましい。また、第１のアンテナアレイが形成されている基板の、該第１のアンテナアレイと直交する方向の両端近傍にフレアが設けられていることが好ましい。

また、本発明の第１の態様、第２の態様、第３の態様及び第４の態様のいずれの構成においても、ヌルフィルアンテナは広角ヌルフィルアンテナであることが好ましい。

また、上記目的を達成するため、本発明は、第５の態様として、上記本発明の第１、第２、第３及び第４の態様のいずれかの構成にかかるヌルフィルアンテナを備えた無線装置を提供するものである。

上記本発明の第５の態様においては、第１のアンテナアレイが鉛直方向に配列するように、ヌルフィルアンテナを高所に設置することが好ましい。又は、第１のアンテナアレイが形成されている基板が略水平となり、電磁波が天底方向へ放射されるようにヌルフィルアンテナを高所に設置されることが好ましい。又は、第１のアンテナアレイが形成されている基板が水平面から所定角度傾いた状態で低所に配置されることが好ましい。

また、上記目的を達成するため、本発明は、第６の態様として、上記本発明の第１、第２、第３又は第４の態様にかかるヌルフィルアンテナを、電磁波の放射方向を外側に向けて同心円状に配置したことを特徴とするオムニアンテナを提供するものである。

また、上記目的を達成するため、本発明は、第７の態様として、上記本発明の第５の態様にかかるオムニアンテナを備えた無線装置を提供するものである。

上記本発明の第５の態様又は第７の態様においては、無線装置は基地局装置であることが好ましい。

本発明によれば、アンテナの足下付近での受信レベルの落ち込みが小さいヌルフィルアンテナ及びこれを用いたオムニアンテナ並びに無線装置を提供できる。

〔発明の原理〕
同じ特性のアンテナ素子が等間隔に配置されたコセカント２乗ビームアンテナにおいて、位相中心にさらにアンテナ素子を追加することによりアンテナ直下方向の放射特性が改善することが、本発明者の研究によって判明した。

図１に、位相中心にアンテナ素子を追加する場合の各素子の振幅分布及び位相分布を示す。新たに追加するアンテナ素子の振幅は、その両脇（位相中心から０．３５波長の位置にあるアンテナ素子）と比較して小さく（ここでは−５ｄＢ）する。新たに追加する素子の振幅をその両脇のアンテナ素子の振幅よりも小さくすることで、ピーク利得の低下を防ぐ。

コセカント２乗ビームアンテナの位相中心にアンテナ素子を追加し、上記条件に沿って励振させれば、図２に示すように、仰角の領域では振幅が弱まり、俯角の領域では振幅が強まり、さらに俯角９０度付近でアンテナ特性が向上する。さらに、俯角の領域においては、受信電界の変動（すなわちリップル）が小さくなり、受信側の装置が安定して電磁波を受信できるようになる。

しかし、コセカント２乗ビームアンテナは、例えばアンテナ素子を０．７波長間隔で配列させており、アンテナ素子自体の大きさ（長さ）は０．３５〜０．５波長である。よって、位相中心に新たにアンテナ素子を追加しようとすると、隣接するアンテナ素子と物理的に干渉（接触）してしまう。すなわち、コセカント２乗ビームアンテナの位相中心に新たにアンテナ素子を追加することは、物理的に不可能である。

よって、本発明においては、コセカント２乗ビームアンテナを構成するアンテナ素子と等価的な特性を持つとともに物理的に干渉しないアンテナを位相中心近傍に配置する。これにより、コセカント２乗ビームアンテナの俯角方向にヌルが発生しなくなる。

上記原理に基づく本発明の好適な実施の形態を以下に説明する。

〔第１の実施形態〕
本発明を好適に実施した第１の実施形態について説明する。図３に本実施形態にかかる広角ヌルフィルアンテナの構成を示す。この広角ヌルフィルアンテナは、基板１の表面に等間隔に配置されたアンテナ素子２及び３を備えている。アンテナ素子２は、放射する電磁波の波長をλとしたとき、位相中心から天頂方向に向かって０．３５λの位置を始点として０．７λ間隔で等間隔に配置されている。また、アンテナ素子３は、位相中心から天底方向に向かって０．３５λの位置を始点として０．７λ間隔で等間隔に配置されている。基板１の幅方向両端部にはフレア４が取り付けられている。なお、アンテナ素子２及び３の各素子の特性は全て同じである。

基板１の位相中心と同一水平面には、アンテナアレイ５が設けられている。アンテナアレイ５は、位相中心を中心として等間隔に配置された四つのアンテナ素子で構成されている。すなわち、基板１の位相中心の両脇には、水平面内で位相中心から０．３５λの位置と１．０５λの位置にそれぞれアンテナ素子が配置されている。
アンテナアレイ５は、アンテナ素子２やアンテナ素子３と等価的な放射特性を示す。

追加する４素子（アンテナアレイ５を構成するアンテナ素子）のうち、内側（位相中心に近い）２素子は、アンテナ素子２、３を構成する素子のうち位相中心に最も近い素子と比べて振幅を−１０ｄＢとし、位相を３０度遅らせる。また、外側（位相中心から遠い）２素子については振幅を上記内側の２素子に対して−６ｄＢとし、該内側の２素子に対して位相を１２０度進ませる。
なお、アンテナ素子３（地面側）を構成する各素子は、アンテナ素子２（天頂側）を構成する各素子に比べて−６０度位相を遅らせる。つまり、追加する４素子の内側２素子の位相を０度とすると、アンテナ素子２の位相は３０度進んでおり、アンテナ素子３の位相は３０度遅れている。
この時の広角ヌルフィルアンテナの放射パターンを図４に示す。図中、“ＥＬＥＭＥＮＴ”はアンテナ素子そのものの放射特性を示し、“ＡＲＲＡＹ”はアンテナ素子の並べ方によって定まる放射特性（アレイファクタ）を示し、“ＴＯＴＡＬ”はこれらをあわせたアンテナ全体としての放射特性を示す。なお、三者の間にはＥＬＥＭＥＮＴ×ＡＲＲＡＹ＝ＴＯＴＡＬという関係が成り立つため、アレイファクタがフラット（＝１）であればアンテナ全体としての放射特性は、アンテナ素子そのものの放射特性と一致する。

この時、必要な角度範囲（例えば、６セクタからなるオムニアンテナとして用いるのであれば±３０度）において、アレーファクタがほぼフラットな特性であれば、アンテナアレイ５の放射パターン特性は、アンテナ素子２及び３の各素子と同じであると見なせる。すなわち、位相中心にアンテナ素子を設けることとアンテナアレイ５を設けることとが等価であると見なせる。
これにより、俯角方向に発せられる電磁波の振幅を強め、仰角方向に発せられる電磁波の振幅を弱めるという効果も、同様に得られる。

しかし、アンテナアレイ５が発する電磁波の振幅がアンテナ素子を位相中心に追加した場合と同様であっても、実際には、アンテナアレイ５から放射される電磁波の位相は、アンテナ素子を位相中心に追加した場合と位相が一致しない。
図５及び図６は、アンテナから発せられる電磁波の観測点の位置とその点で観測される電磁波の位相との関係を模式的に表す図である。図中の太い破線は、水平面内で位相中心から等距離にある点（すなわち、細い破線上）でアンテナから発せられた電磁波を観測した場合の位相ずれを示しており、太い破線が細い破線よりも位相中心に近くにある位置では位相がマイナス側にずれた電磁波が観測されることを表し、太い点線が細い破線よりも外側にある位置では位相がプラス側にずれた電磁波が観測されることを示す。すなわち、図５に示すように、位相中心にアンテナ素子を配置した場合には、アンテナ素子から発せられた電磁波は位相中心から等距離にある点では全て同じ位相で観測される。これに対し、図６に示すように、アンテナアレイを配置した場合には、アンテナアレイから発せられた電磁波は位相中心から等距離にある点であっても、場所によって異なった位相で観測される。

図７に、アンテナアレイ５の位相特性を示す。図示するように、アンテナアレイ５は、水平方向に±３０度の角度範囲において、位相が±３０度くらい変動する。

この変動による影響を図８、図９及び図１０を使って説明する。図８はアンテナアレイ５の位相が０度ずれた場合（すなわち、ずれていない場合）、図９は±６０度ずれた場合、図１０は１８０度ずれた場合（すなわち、逆相になった場合）の指向特性である。位相がずれていない場合には、仰角方向に発せられる電磁波を弱め、俯角方向に発せられる電磁波を強めている。また、アンテナアレイ５の位相が±６０度ずれた場合には、位相ずれがない場合ほど顕著ではないものの、仰角方向に発せられる電磁波を弱め、俯角方向に発せられる電磁波を強めている。一方、アンテナアレイ５の位相が反転した場合には、このような性質は見られない。なお、図８、図９及び図１０では、６０度のセクタを想定しており、この範囲ではアレイファクタを持たないようにしている。

このように、アンテナアレイ５が放射する電磁波の位相が、位相中心にアンテナ素子を追加した場合と完全に一致しなくても、仰角方向に放射される電磁波を弱め、俯角方向に放射される電磁波を強めるという効果は十分に得られる。実用上は、位相のずれが±６０度程度であれば、上記効果は十分に得られる。
なお、ここではアンテナアレイ５が鉛直方向（アンテナ素子２及び３の配列方向）に指向性を持たない場合を例としたが、アンテナアレイ５が鉛直方向に指向性を備えていても良い。アンテナアレイ５の放射特性に俯角方向の指向性を持たせることにより、アンテナ直下（俯角９０度付近）での電界強度をさらに向上させることができる。

このように本実施形態にかかる広角ヌルフィルアンテナは、俯角が大きくなるアンテナ近傍のエリアにおける受信電界を高めることができる。よって、基地局アンテナとして適用した場合には、図１１に示すようにアンテナの足もと付近に不感領域が生じないようにできる。
また、アンテナアレイ５は、全方向に対してほぼ同じレベルで電界を引き上げるため、リップルを小さくできる。
また、天空方向に放射されるサイドローブの位相は、俯角方向に放射される電磁波の位相とは逆相であるため、アンテナアレイ５によって天空方向のサイドローブを弱めることができ、不要な方向に強いビームを放射することが無くなる。
なお、ここでは図３のように、アンテナアレイ５として、位相中心を挟んで等間隔に四素子を配置する例を示したが、二素子配置や六素子配置でもよい。換言すると、２ｎ（ｎは任意の自然数）個のアンテナ素子でアンテナアレイを形成してもよい。また、ここでは第１のアンテナアレイが素子一列だけで構成された例を示したが、複数列例えば３列並べてマトリックス状にし、その位相中心に上記アンテナアレイ５を設けても良い。
また、以上の説明では水平方向の放射の指向性はほとんど０の場合を例としたが、最大放射方向が鉛直面内でチルトしている場合でも同様の効果が得られる。最大放射方向のチルトは、励振振幅特性を変えずに励振位相特性のみに傾きを持たせることによって実現される。本実施形態にかかる広角ヌルフィルアンテナの場合には、位相中心から離れるに従ってアンテナ素子２では位相を進め、アンテナ素子３では位相を遅らせることにより、最大放射方向を俯角側へチルトさせられる。図１２に、俯角方向にチルトさせた広角ヌルフィルアンテナの振幅分布、位相分布及び垂直指向特性を示す。垂直指向特性から、ビームピークが俯角１５度方向にあることがわかる。このようにビームを下向きにチルトさせることにより、隣接するセルへの干渉（オーバリーチ）を軽減でき、小さいセルを形成する基地局用のアンテナとして有用となる。

〔第２の実施形態〕
本発明を好適に実施した第２の実施形態について説明する。図１３に、本実施形態にかかる広角ヌルフィルアンテナの構成を示す。この広角ヌルフィルアンテナは第１の実施形態に係る広角ヌルフィルアンテナと同様に、基板１に１４個のパッチアンテナ素子２、３を一列に並べて第１のアンテナアレイが構成されている。パッチアンテナ素子は鉛直方向に配列しており図中に×印で示すのが第１のアンテナアレイの位相中心である。第２のアンテナアレイは、第１のアンテナアレイの位相中心を挟んでダイポールアンテナ１０を二つ設けたもので、これらの位相中心を第１のアンテナアレイの位相中心と同じ位置としている。ダイポールの方向は、第１のアンテナアレイと平行である。

図１４に、位相中心付近の側面を拡大して示す。ダイポールアンテナ１０は、一つでは（単独では）水平面内は無指向性であるが、アレイにすることで水平面内ビーム幅を絞ることができる。また、ダイポールアンテナは指向性が弱く、反射板の影響を受けやすいため、水平面内ビーム幅の周波数特性を軽減するために、図１３や図１４に示すように、二つのダイポールアンテナの支持部分を中心として、その周辺に電波吸収体１１を設けている。

本実施形態においては、電波吸収体１１をアンテナ素子の支持部分だけでなく、隣接する二つのパッチアンテナ素子にまで延長して設けている。より一般的に言えば、電波吸収体１１を中心アンテナ素子の近傍だけでなく、垂直方向（第１のアンテナアレイの配列方向）に延長して設けている。このようにすれば、上記のような水平面内ビーム幅の周波数特性軽減に加え、垂直面内での地上における電界レベルを上げられる。

図１５に示すように、ダイポールアンテナ１０を鉛直方向に設置すると、最大放射方向は水平方向となる。それに対し、図１６に示すように、ダイポール素子が鉛直方向に対してある角度（俯角）をなすようにダイポールアンテナ１０を設置すれば、最大放射方向は水平方向よりも下向きとなる。このようにすることで、俯角が大きい方向における中心素子の寄与する放射レベルが高くなり、その結果アンテナ全体として「足下方向にヌルが生じにくくなる」という効果が得られる。なお、図１６において破線で示すものが、広角ヌルフィルアンテナの放射特性である。

〔第３の実施形態〕
本発明を好適に実施した第３の実施形態について説明する。図１７に、本実施形態にかかる広角ヌルフィルアンテナを示す。この広角ヌルフィルアンテナは、第１の実施形態と同様に、基板１の表面に等間隔に配置されたアンテナ素子２及び３を備えている。アンテナ素子２は、位相中心から天頂方向に向かって０．３５波長の位置を始点として０．７波長間隔で等間隔に配置されている。また、アンテナ素子３は、位相中心から天底方向に向かって０．３５波長の位置を始点として０．７波長間隔で等間隔に配置されている。基板１の幅方向両端部にはフレア４が取り付けられている。なお、アンテナ素子２及び３の各素子の特性は全て同じである。

基板１の位相中心には、水平方向に延びるスロットアンテナ６が設けられている。スロットアンテナ６は、アンテナ素子２やアンテナ素子３と等価的な放射特性を示す。

図１８に、本実施形態にかかる広角ヌルフィルアンテナの基板１の断面構造を示す。図示するように、アンテナ素子２及びアンテナ素子３は、基板１内部に形成された励振スロット９と電磁結合しており、これによって励振される。なお、各励振スロットの長さは、放射する電磁波の波長λの４分の１である。
また、位相中心の位置で基板１内部に設けられたスロットアンテナ６は、放射する電磁波の波長λの２分の１である。基板１は誘電体で形成されているため、物理的に開口を形成しなくても、スロットアンテナ６はアンテナとして機能する。

このように、本実施形態にかかる広角ヌルフィルアンテナは、アンテナ素子２やアンテナ素子３を励振するための励振スロット９を基板１内に形成する際に、位相中心に長さが異なるスロットを追加するだけでスロットアンテナ６として機能させることができるため、製造が容易である。

なお、スロットアンテナ６が他のアンテナ素子（アンテナ素子２や３）と同様の振幅特性を持てば、第１の実施形態にかかる広角ヌルフィルアンテナと同様の効果が得られることは明らかであるため、重複する説明は省略する。

図１９は、図１７に示した広角ヌルフィルアンテナで、最大放射方向を鉛直面内で下方向（俯角方向）にビームチルトさせたものである。図１９では、ビルの屋上に基地局用アンテナとして設置した例を示している。
図１９において、破線は広角ヌルフィルアンテナの放射パターンを示しており、ビームのピークはほぼ水平方向を向いている。これに対して、実線で示されたビームはピークが下向きに設定されている。このようにビームを下向きにチルトさせることで、隣接するエリアへの干渉（オーバーリーチ）を軽減でき、小さいセルを形成したい基地局アンテナとして有用である。

図２０は、下方向にビームチルトした場合の励振振幅分布及び励振位相分布である。図中に実線で示した部分は振幅分布で、原点（位相中心）を境に左右対称になっている。一方、図中に破線で示されている分布は位相分布であり、原点に対して点対称になっている。具体的には、位相中心から天頂方向に向かって配列したアンテナ素子２の位相を位相中心から離れるに従って進める。逆に、位相中心から天底方向に向かって配列したアンテナ素子３の位相は、位相中心から離れるに従って遅らせる。また、位相の中心に付加したアンテナ素子の励振振幅は、隣接する素子に対して約２ｄＢ高く設定してある。この２ｄＢの差は、略同一の範囲である。

図２１は、図２０の励振振幅から計算される放射パターンである。ビームのピーク方向は、俯角１５度となっており、マイナスの角度つまり仰角側の再度ローブレベルも低くなっていることが分かる。本実施形態においては、中心付加素子の励振分布を、隣接素子に対して約２ｄＢ高く設定したため、図１２に示した第１の実施形態にかかる広角ヌルフィルアンテナの特性と比較して、俯角方向の放射レベルがより向上している。

〔第４の実施形態〕
本発明を好適に実施した第４の実施形態について説明する。図２２に、本実施形態にかかる広角ヌルフィルアンテナを示す。この広角ヌルフィルアンテナは、第１の実施形態と同様に、基板１の表面に等間隔に配置されたアンテナ素子２及び３を備えている。アンテナ素子２は、位相中心から天頂方向に向かって０．３５波長の位置を始点として０．７波長間隔で等間隔に配置されている。また、アンテナ素子３は、位相中心から天底方向に向かって０．３５波長の位置を始点として０．７波長間隔で等間隔に配置されている。基板１の幅方向両端部にはフレア４が取り付けられている。なお、アンテナ素子２及び３の各素子の特性は全て同じである。

基板１の位相中心近傍には、位相中心から基板１に垂直な方向に１波長程度離して無給電素子７が設けられている。無給電素子７は、ここではアンテナ素子２、３の各素子とほぼ同じ特性の素子である。無給電素子７は、アンテナ素子２やアンテナ素子３によって励振される。無給電素子７は接地されていないので、アンテナ素子２や３よりも広角な放射特性を示す。上記第１の実施形態で述べたのと同様に、無給電素子７が放射する電磁波の位相のずれは±６０度程度となるようにする。位相中心から無給電素子７までの間隔を変えると位相のずれ量も変わるが、許容できる範囲（±６０度）にあれば良い。
なお、上記の例では、無給電素子７をアンテナ素子２、３の各素子とほぼ同じ特性の素子であるとしたが、長手方向を偏波している方向と平行にした接地していない帯状の金属片、あるいは、丸い形状の接地していない金属片でもよい。

なお、無給電素子７が他のアンテナ素子（アンテナ素子２や３）と同様の振幅特性を持てば、第１の実施形態にかかる広角ヌルフィルアンテナと同様の効果が得られることは明らかであるため、重複する説明は省略する。
本実施形態にかかる広角ヌルフィルアンテナは、アンテナ素子２、３については従来のコセカント２乗ビームアンテナと同様であるため、無給電素子７を既存のアンテナに後付けで容易に追加できる。例えば、レドーム（アンテナのカバー）の内側に無給電素子７を設けるなどして、無給電素子７を既存のコセカント２乗ビームアンテナに簡単に追加できる。

図２３は、第１のアンテナアレイを構成する矩形のパッチアンテナ素子の各々に、矩形非励振素子１７を設けたものである。非励振素子の寸法Ｗ及びＨはパッチアンテナ素子のそれよりも小さくする。本実施形態では、水平ビーム成形の主パラメータが、非励振素子のＷ及びＨになる。そのため水平面内のビーム成形とヌルフィルにするための垂直面内のビーム成形とを独立させて行える。なお、図２３の非励振素子寸法のＷ及びＨの大きさは、偏波が垂直の場合には図示するようにＨ＞Ｗで、偏波が水平の場合にはＨ＜Ｗとなる。

〔第５の実施形態〕
本発明を好適に実施した第５の実施形態について説明する。図２４に本実施形態にかかる広角ヌルフィルアンテナの構成を示す。この広角ヌルフィルアンテナは、基板１の表面に等間隔に配置されたアンテナアレイ２ａ及び３ａを備えている。アンテナアレイ２ａは、放射する電磁波の波長をλとしたとき、幅方向両側の位相中心から０．３５λ及び１．０５λというそれぞれの位置から、天頂方向に向かって０．３５λの位置を始点として０．７λ間隔で等間隔にマトリックス状に配置されたアンテナ素子で形成されている。また、アンテナアレイ３ａは、幅方向両側の位相中心から０．３５λ及び１．０５λというそれぞれの位置から、天底方向に向かって０．３５λの位置を始点として０．７λ間隔で等間隔にマトリックス状に配置されたアンテナ素子で形成されている。なお、アンテナアレイ２１及び３ａを構成する各アンテナ素子の特性は全て同じである。
基板１の位相中心には、アンテナ素子８が設けられている。アンテナ素子８は、アンテナアレイ２ａやアンテナアレイ３ａを構成する各アンテナ素子と等価的な放射特性を示す。

第１の実施形態において説明したように、アンテナ素子を水平面内に配列して構成したアンテナアレイは、その列の中心に配置したアンテナ素子と等価的な放射特性を示す。すなわち、図２４に示した広角ヌルフィルアンテナは、図３に示した広角ヌルフィルアンテナと等価的な放射特性を有すると見なせる。よって、本実施形態にかかる広角ヌルフィルアンテナも第１の実施形態にかかる広角ヌルフィルアンテナと同様の効果が得られる。

なお、ここでは、基板１にアンテナアレイ２ａ及び３ａを配列し、その位相中心にアンテナ素子８を配置した構成について説明したが、図２５に示すように、基板１にスロットアンテナ２ｂ及び３ｂを配列し、その位相中心にアンテナ素子８を配置しても同様の効果が得られることは言うまでもない。また、ここではアンテナアレイ２ａ、３ａをマトリックス状に配置した場合を例としたが、これ以外にハニカム（蜂の巣）状やその他の形状であっても良い。

〔第６の実施形態〕
本発明を好適に実施した第６の実施形態について説明する。図２６及び図２７に本実施形態にかかる広角ヌルフィルアンテナの構成を示す。図１７、図２４、図２５に示した構成では、中心アンテナ素子としてスロットアンテナ、パッチアンテナを用いているが、本実施形態のようにダイポールアンテナ１２を中心アンテナ素子として用いるようにしてもよい。図２６は広角ヌルフィルアンテナの平面図、図２７は位相中心付近の側面の拡大図である。第１のアンテナアレイは、図１７に示した構成と同様に鉛直方向に配列している。本実施形態では第１のアンテナアレイを構成する素子のうち、中央の二つの素子の間隔を他と比べて広くすることで、ダイポールアンテナ１２との物理的な干渉を回避している。放射電磁波の波長をλ（ラムダ）として、中央の二つの素子の間隔が１．２λであり、それ以外の素子の間隔は第１の実施形態と同様に０．７λである。ダイポールアンテナは間隔１．２λの中央、つまり両隣の素子から０．６λの位置に設け、第１のアンテナアレイの位相中心と一致させている。中央の二つの素子の間隔は１．４λでも良いが、１．２λの方が特性がよい。

ダイポールアンテナ１２は、基板１上に設けられた支持機能を兼ねた同軸の給電配線上に設置されている。

本実施形態において、第１のアンテナアレイとダイポールアンテナとの振幅特性の相違は３ｄＢ以下である。

〔第７の実施形態〕
本発明を好適に実施した第７の実施形態について説明する。図２８及び図２９に、本実施形態にかかる広角ヌルフィルアンテナの構成を示す。この広角ヌルフィルアンテナは第２の実施形態に係る構成における中央のダイポールアンテナ１２をパッチアンテナ素子１３に代えたものである。
素子の間隔は図２６に示した第６実施形態の広角ヌルフィルアンテナと同様であり、第１のアンテナアレイを構成する素子のうち、中央の二つの素子の間隔を１．２λとして他と比べて広くした。中央の二つの素子の間隔以外は０．７λである。

支持機能を兼ねた同軸の給電線路を基板１上に設け、その上にパッチ基盤１４を設け、さらに、パッチ基盤１４の上にパッチアンテナ１３を形成した。

図２９に示すように、中央のパッチアンテナ１３が鉛直方向に対してある角度（俯角）をなすように設置することにより、パッチアンテナの最大放射方向が水平方向よりも下を向くようにしている。

図３０は、位相中心に付加するパッチアンテナ素子１３を俯角方向に傾け、さらに、第１のアンテナアレイを構成するパッチアンテナ素子のうちの中心付加素子の両隣の素子を俯角方向に傾けたものである。これにより、俯角側の照射レベルがさらに向上する。
第１のアンテナアレイを構成する素子の配列間隔は、第１の実施形態と同じく０．７λである。ここでは両隣の素子の傾斜角を中心付加素子と同じにしているが、要求される照射レベルに応じて決定しても良い。

本実施形態において、第１のアンテナアレイを構成する素子全てを俯角方向に傾けても良い。また、中心付加素子としてはパッチアンテナの他に、図３に示したようなアレイでも良いことは言うまでもない。

〔第８の実施形態〕
本発明を好適に実施した第８の実施形態について説明する。図３１及び図３２に、本実施形態にかかる広角ヌルフィルアンテナの構成を示す。第１のアンテナアレイを構成する素子同士の間隔は第１の実施形態と同様に０．７λの等間隔とし、その位相中心に中心アンテナ素子（ここではダイポールアンテナ１５）を設置したものである。中心アンテナ素子を前方（電磁波の放射方向）に突出させることにより、隣接するアンテナ素子と重ならない（物理的な干渉を起こさない）ようにする。
このようにすれば、第１のアンテナアレイを構成するアンテナ素子の間隔を等間隔とできる。
図３２に示すように、本実施形態においても、中心アンテナ素子（ここではダイポールアンテナ１５）が鉛直方向に対してある角度（俯角）をなすように設置することで、パッチアンテナの最大放射方向が水平方向よりも下を向くようにしている。

〔第９の実施形態〕
本発明を好適に実施した第９の実施形態について説明する。図３３及び図３４に、本実施形態にかかる広角ヌルフィルアンテナの構成を示す。この広角ヌルフィルアンテナは、第８の実施形態とほぼ同様の構成であるが、中心アンテナ素子としてＵ字ダイポールアンテナ１６を備える。Ｕ字ダイポールアンテナ１６の線長は、λ／２程度である。Ｕ字状のダイポールアンテナ１６は、Ｉ字状のダイポールアンテナと比べて鉛直方向長さが短いため、隣接する素子との物理的な干渉を回避できる。
Ｕ字のアンテナ部分（ヘッド）は、例えば円柱セラミックに細い金属を巻き付けて螺旋コイルとし、その上をプラスチックでカバーしたものが実用化されており、これを適用可能である。
なお、Ｖ字ダイポールアンテナ、線長λ／４以下の微小ダイポール素子、電流素子なども用いることができる。

なお、上記第６の実施形態や第７の実施形態においては、第１のアンテナアレイを構成する素子のうち中央の二素子の間隔だけを他の素子と異なる間隔としたが、他の素子間の間隔は等間隔に限定されることはない。例えば、第６の実施形態においては、ダイポールアンテナと両隣の素子の間隔は０．６λであるが、外側（位相中心から遠い側）に向かって徐々に（例えば均等に）間隔を大きくしていって、最も外側の素子とこれに隣接する素子（一つ内側の素子）との間隔が０．７λとなるようにしても良い。

また、上記第６の実施形態や第９の実施形態おいては、鉛直方向に対してある角度（俯角）をなすように中心アンテナを設置した構成は図示していないが、上記第７や第８の実施形態と同様に、中心アンテナ素子が鉛直方向に対してある角度（俯角）をなすように設置すれば、電磁波の最大放射方向を水平方向よりも下側に向けられる。これは、第１のアンテナアレイを構成する素子の間隔が等間隔でない構成とした場合でも同様である。

また、上記第３〜第９の実施形態に係る広角ヌルフィルアンテナは、第２の実施形態と同様に中央のアンテナ素子の支持部分を中心としてその周辺に電波吸収体を設ければ、水平面内ビーム幅の周波数特性を軽減できる。電波吸収体を隣接する素子（第１のアンテナアレイを構成するアンテナ素子）にまで延長して設ければ（より一般的に言えば、電波吸収体を中心アンテナ素子の近傍のみならず、垂直方向に延長して設ければ）、水平面内ビーム幅の周波数特性軽減に加え、垂直面内での地上における電界レベルを上げられる。

この実施形態は、ビームを下方向にチルトさせしかも中心素子の励振振幅を隣接する素子のそれよりも大きくしたものである。都市部における高層ビル直下での利用を想定した場合に、足下のみをスポット的に照射するビームが有効になる。
ここで、ビームピークを俯角３０度方向に設定した場合を考える。図３５は、俯角３０度方向にビームピークを設定した場合の励振振幅位相分布を示している。図３５の横軸は位置を表しており、第１のアンテナアレイの位相中心を原点として、＋が天底方向、−が天頂方向である。実践で示す分布は励振振幅であり、図中の左右（換言するとアンテナの上下）で対称になっている。一方、破線で示す分布は位相分布であり、原点に対して点対称になっている。
第１のアンテナアレイを構成する素子は、位相中心から離れた素子ほど、進相値または遅相値を大きくして位相分布のカーブを傾斜させている。

本実施形態では上記第１の実施形態（図１２）や第３の実施形態（図２０）の場合よりも位相分布の傾斜を大きくしてビームチルトの角度を３０度と大きくしている。位相の中心に付加される素子の励振振幅は、隣接する素子に対して約６ｄＢ高く設定している。

図３６は、図３５に示す励振分布から算出される放射パターンである。ビームのピーク方向は俯角３０度となっており、隣接するエリアへのオーバリーチが問題となる範囲（俯角０〜３０度）におけるサイドローブレベルが抑えられている。
図３７は、遠方界における放射位相特性である。図３７に示すように、俯角１５〜２０度においては所望の照射領域（俯角３０〜９０度）と逆相となる。
隣接するエリアのオーバリーチを低減するためには、俯角１５〜２０度のサイドローブを抑制する必要があり、所望の照射領域と同相となる中心素子の振幅を調整することにより、このサイドローブを低減できる。

中心素子は所望の照射領域全体において同相であるため、中心素子のレベル変化による照射領域の放射パターンへの影響は小さく、俯角１５〜２０度におけるサイドローブのみを考慮すれば良い。その結果、中心素子は隣接する素子に対して＋６ｄＢ程度の振幅を持たせると最適となる。

図３８は、アンテナ装置の両側に金属フレア板を設置して水平面内でビームを成形する（すなわち、ビーム幅を扇形に絞る）場合の広角ヌルフィルアンテナの構成を示す図である。この場合水平ビーム成形の主パラメータは金属フレア４の角度αやフレア幅Ｗとなる。そのため、水平面内のビーム成形とヌルフィルアンテナとするための垂直面内でのビーム成形とを独立して行える。

図３９は、中央付加素子として非励振Ｖ字ダイポール素子１８を用い、この素子を直接励振せず、第１のアンテナアレイからの放射波で空間を介して間接励振するものである。間接励振された放射波の位相を第１のアンテナアレイの位相中心と略一致させるために、非励振Ｖ字ダイポール素子１８は第１のアンテナアレイを構成する素子の前方の半波長程度の位置に配置され、さらに微調整用の位相調整短絡線路を有する。これにより、分配合成回路が簡略化され、その分損失も低減できる。

〔第１０の実施形態〕
本発明を好適に実施した第１０の実施形態について説明する。図４０に、本実施形態にかかるオムニアンテナの構成を示す。このオムニアンテナは、第１の実施形態にかかる広角ヌルフィルアンテナを同心円上に六つ配置して構成している。

図４に示したように、第１の実施形態にかかる広角ヌルフィルアンテナのアンテナアレイ５は、水平面内では左右対称の位相特性を有する（例えば、左右３０°方向での放射パターンの位相はともに−２４°である）。従って、この広角ヌルフィルアンテナを同心円状に配置した場合には、ある広角ヌルフィルアンテナのビームとこれに隣接するアンテナのビームとが干渉することはない。

なお、ここでは第１の実施形態にかかる広角ヌルフィルアンテナを同心円上に配置した構成を例としたが、第２〜第９の各実施形態にかかる広角ヌルフィルアンテナを同心円上に配置して構成しても良いことは言うまでもない。

〔第１１の実施形態〕
本発明を好適に実施した第１１の実施形態について説明する。図４１に、本実施形態にかかる基地局装置の構成を示す。本実施形態にかかる基地局装置は、アンテナが地上に設置されている。ここで用いられるアンテナは、第１の実施形態にかかる広角ヌルフィルアンテナと同様の構成である。なお、第１の実施形態において天底側であった方を、建造物に向け、アンテナを水平面から所定の角度傾けた状態で設置する。

近年、高層ビルの高層階に電波の不感地帯が発生することが問題となっているが、本実施形態にかかる基地局装置は、地上に設置されているアンテナから建造物に向かって電磁波を放射することによって、その建造物の低層階から高層階までを受信エリアとするものである。

ここでは第１の実施形態にかかる広角ヌルフィルアンテナを用いた構成を例にしたが、第２〜第９の実施形態にかかる広角ヌルフィルアンテナを用いても同様の効果が得られることは言うまでもない。

〔第１２の実施形態〕
本発明を好適に実施した第１２の実施形態について説明する。図４２に、本実施形態にかかる基地局装置の構成を示す。本実施形態にかかる基地局装置は、第１の実施形態にかかる広角ヌルフィルアンテナをアンテナとして備えている。なお、従来の基地局装置とは異なり、アンテナ面は水平面内に配置されている。この際、第１の実施形態において天底方向であった側を先端側として配置する。

本実施形態にかかる基地局装置は、隣接する建造物に設置した基地局装置から吹き下ろすように電磁波を放射することによって、その建造物の低層階から高層階までを受信エリアとするものである。

ここでは第１の実施形態にかかる広角ヌルフィルアンテナを用いた構成を例にしたが、第２〜第９の実施形態にかかる広角ヌルフィルアンテナを用いても同様の効果が得られることは言うまでもない。

なお、上記各実施形態は、本発明を好適に実施した一例であり、本発明はこれらに限定されることはない。
例えば、上記各実施形態では、１４のアンテナ素子を有するコセカント２乗ビームアンテナの位相中心にアンテナ素子を等価的に追加する場合を例に説明を行ったが、コセカント２乗ビームをアンテナを構成するアンテナ素子はこれより多くても少なくても良い。
また、第１０の実施形態においては、同じ特性を持つ六つのセクタアンテナを同心円状に組み合わせたオムニアンテナを例として示したが、オムニアンテナを構成するセクタアンテナの数は６より多くても少なくても良い。例えば、±４５度の範囲でアレイファクタがフラットとなるアンテナアレイを備えた広角ヌルフィルアンテナを四つ組み合わせてオムニアンテナを構成しても良いし、±２０度の範囲でアレイファクタがフラットとなるアンテナアレイを備えた広角ヌルフィルアンテナを八つ組み合わせてオムニアンテナを構成しても良い。
また、本発明においてコセカント２乗ビームは、修正コセカント２乗ビームを含む。また、本発明は移動体通信の基地局装置のみならず、他の無線装置にも適用可能である。
また、上記各実施形態において説明したものは第１のアンテナ素子の物理的中心と位相中心とが一致している場合である。しかし、例えば図３の例で、アンテナ素子２の近傍に微弱な振幅の素子を一つ追加して設けると、位相中心はほとんど変化しないが、物理的中心はずれて、両者の位置は一致しなくなる。このような場合でも、位相中心に第２のアンテナアレイ、スロットアンテナ、ダイポールアンテナ、Ｕ字（Ｖ字）ダイポールアンテナなどを設ければ良い。無給電素子であれば位相中心から所定の距離だけ離間させて設ければ良い。
このように、本発明は様々な変形が可能である。

本発明にかかる広角ヌルフィルアンテナを構成する各アンテナ素子の振幅分布及び位相分布を示す図である。 本発明にかかる広角ヌルフィルアンテナの垂直面内での指向特性を示す図である。 本発明を好適に実施した第１の実施形態にかかる広角ヌルフィルアンテナの構成を示す図である。 第１の実施形態にかかる広角ヌルフィルアンテナの位相中心近傍に追加したアンテナアレイの水平面内での指向特性を示す図である。 位相中心にアンテナ素子を追加した場合に、位相中心から等距離の点において観測される電磁波の位相のずれを示す図である。 位相中心近傍にアンテナアレイを追加した場合に、位相中心から等距離の点において観測される電磁波の位相のずれを示す図である。 第１の実施形態にかかる広角ヌルフィルアンテナの位相中心近傍に追加したアンテナアレイの水平面での放射パターン位相特性を示す図である。 位相中心近傍に追加したアンテナアレイの各アンテナ素子の位相が０°ずれた場合の、広角ヌルフィルアンテナの垂直面内での指向特性を示す図である。 位相中心近傍に追加したアンテナアレイの各アンテナ素子の位相が±６０°ずれた場合の、広角ヌルフィルアンテナの垂直面内での指向特性を示す図である。 位相中心近傍に追加したアンテナアレイの各アンテナ素子の位相が反転した場合の、広角ヌルフィルアンテナの垂直面内での指向特性を示す図である。 本発明にかかる基地局装置の不感地帯を示す図である。 アンテナをチルトさせて配置した場合のアンテナ素子の振幅分布、位相分布及び垂直面指向特性を示す図である。 本発明を好適に実施した第２の実施形態にかかる広角ヌルフィルアンテナの構成を示す図である。 第２の実施形態にかかる広角ヌルフィルアンテナの位相中心付近の側面図である。 ダイポールが鉛直方向に沿うようにダイポールアンテナを設置した場合の電磁波の最大放射方向を示す図である。 ダイポールが鉛直方向に対して俯角をなすようにダイポールアンテナを設置した場合の最大放射方向を示す図である。 本発明を好適に実施した第３の実施形態にかかる広角ヌルフィルアンテナの構成を示す図である。 第３の実施形態にかかる広角ヌルフィルアンテナの基板内部の構成を示す図である。 最大放射方向を鉛直下方にチルトさせた第３の実施形態にかかる広角ヌルフィルアンテナを備えた基地局装置を示す図である。 最大放射方向を下方向にチルトさせた第３の実施形態にかかる広角ヌルフィルアンテナの励振位相及び励振振幅の分布を示す図である。 最大放射方向を下方向にチルトさせた第３の実施形態にかかる広角ヌルフィルアンテナの放射パターンを示す図である。 本発明を好適に実施した第４の実施形態にかかる広角ヌルフィルアンテナの構成を示す図である。 第１のアンテナアレイを構成する矩形のパッチアンテナ素子の各々に、矩形非励振素子を設けた場合の広角ヌルフィルアンテナの構成を示す図である。 本発明を好適に実施した第５の実施形態にかかる広角ヌルフィルアンテナの構成を示す図である。 第５の実施形態にかかる広角ヌルフィルアンテナの別の構成例を示す図である。 本発明を好適に実施した第６の実施形態に係る広角ヌルフィルアンテナの構成を示す図である。 第６の実施形態にかかる広角ヌルフィルアンテナの位相中心付近の側面図である。 本発明を好適に実施した第７の実施形態にかかる広角ヌルフィルアンテナの構成を示す図である。 第７の実施形態にかかる広角ヌルフィルアンテナの位相中心付近の側面図である。 位相中心に付加するパッチアンテナ素子を俯角方向に傾け、さらに、第１のアンテナアレイを構成するパッチアンテナ素子のうちの中心付加素子の両隣の素子を俯角方向に傾けた場合の広角ヌルフィルアンテナの構成を示す図である。 本発明を好適に実施した第８の実施形態にかかる広角ヌルフィルアンテナの構成を示す図である。 第８の実施形態にかかる広角ヌルフィルアンテナの位相中心付近の側面図である。 本発明を好適に実施した第９の実施形態にかかる広角ヌルフィルアンテナの構成を示す図である。 第９の実施形態にかかる広角ヌルフィルアンテナの位相中心付近の側面図である。 俯角３０度方向にビームピークを設定した場合の励振振幅位相分布を示す図である。 俯角３０度方向にビームピークを設定した場合の放射パターンを示す図である。 遠方界における放射特性を示す図である。 アンテナ装置の両側に金属フレア板を設置して水平面内でビームを成形する場合の広角ヌルフィルアンテナの構成を示す図である。 中央付加素子として非励振Ｖ字ダイポール素子を用い、この素子を直接励振せず、第１のアンテナアレイからの放射波で空間を介して間接励振する場合の広角ヌルフィルアンテナの構成を示す図である。 本発明を好適に実施した第１０の実施形態にかかるオムニアンテナの構成を示す図である。 本発明を好適に実施した第１１の実施形態にかかる基地局装置の構成を示す図である。 本発明を好適に実施した第１２の実施形態にかかる基地局装置の構成を示す図である。 従来技術によるコセカント２乗ビームアンテナの構成を示す図である。 従来の基地局装置の不感地帯を示す図である。 従来のコセカント２乗ビームアンテナの位相特性を示す図である。 従来構造のコセカント２乗ビームアンテナの垂直面内での指向特性を示す図である。

符号の説明

１ 基板
２、３、８ アンテナ素子
４ フレア
２ａ、３ａ、５ アンテナアレイ
２ｂ、３ｂ、６ スロットアンテナ
７ 無給電素子
９ 励振アンテナ
１２ 給電線路
１３ パッチアンテナ素子
１４ パッチ基盤
１５ ダイポールアンテナ
１６ Ｕ字ダイポールアンテナ
１７ 矩形非励振素子
１８ 非励振Ｖ字ダイポール素子

Claims (48)

1. 位相中心を中心としてアンテナ素子が配列され、励振振幅分布が前記位相中心に対して対称で、励振位相分布が前記位相中心に対して略点対称となるように励振される第１のアンテナアレイと、
   前記第１のアンテナアレイを構成するアンテナ素子のうち前記位相中心に隣接するアンテナ素子と励振振幅が略同一又はそれよりも小さく、かつ位相中心が前記第１のアンテナアレイの位相中心と略同一である第２のアンテナアレイとを有することを特徴とするヌルフィルアンテナ。
2. 前記第１のアンテナアレイと前記第２のアンテナアレイとが、同じ基板上に設けられたことを特徴とする請求項１記載のヌルフィルアンテナ。
3. 前記第２のアンテナアレイは、少なくとも二つのアンテナ素子で構成されており、該第２のアンテナアレイのアンテナ素子は、前記位相中心に近い素子ほど励振振幅が大きいことを特徴とする請求項１又は２記載のヌルフィルアンテナ。
4. 前記第２のアンテナアレイは、前記位相中心を中心とし、前記第１のアンテナアレイを対称軸として該第１のアンテナアレイと直交するようにアンテナ素子が直列に配置されたアンテナアレイであることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載のヌルフィルアンテナ。
5. 前記第２のアンテナアレイを構成するアンテナ素子は、前記第１のアンテナアレイの位相中心と重ならないように配置されることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項記載のヌルフィルアンテナ。
6. 前記第２のアンテナアレイを構成するアンテナ素子として、ダイポールアンテナを用いたことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項記載のヌルフィルアンテナ。
7. 前記第２のアンテナアレイの周辺に電波吸収体を設けたことを特徴とする請求項１から６のいずれか１項記載のヌルフィルアンテナ。
8. 前記電波吸収体が、前記第２のアンテナアレイを構成するアンテナ素子を中心として、前記第１のアンテナアレイを構成するアンテナ素子のうち前記位相中心に隣接するアンテナ素子にまで延長して設けられたことを特徴とする請求項７記載のヌルフィルアンテナ。
9. 前記電波吸収体の前記第１のアンテナアレイの配列方向の長さは、前記第１のアンテナアレイを構成し前記位相中心に隣接するアンテナ素子と前記位相中心との距離よりも長いことを特徴とする請求項８記載のヌルフィルアンテナ。
10. 前記第２のアンテナアレイの最大放射方向が前記第１のアンテナアレイの配列方向に沿って傾くように、前記第２のアンテナアレイを構成するアンテナ素子を配置したことを特徴とする請求項１から９のいずれか１項記載のヌルフィルアンテナ。
11. 前記第１のアンテナアレイを構成するアンテナ素子のうち、前記位相中心を挟んで向かい合う二つのアンテナ素子の間隔を、前記第１のアンテナアレイの他のアンテナ素子の間隔よりも大きくしたことを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項記載のヌルフィルアンテナ。
12. 前記第１のアンテナアレイを構成する個々のアンテナ素子同士の間隔を、不等間隔としたことを特徴とする請求項１から１１のいずれか１項記載のヌルフィルアンテナ。
13. 前記第２のアンテナアレイに代えて、前記第１のアンテナアレイを構成するアンテナ素子のうち前記位相中心に隣接するアンテナ素子よりも励振振幅が大きく、かつ位相中心が前記第１のアンテナアレイと略同一である第３のアンテナアレイを有することを特徴とする請求項１から１２のいずれか１項記載のヌルフィルアンテナ。
14. 前記第１のアンテナアレイと前記第３のアンテナアレイとが、同じ基板上に設けられたことを特徴とする請求項１３記載のヌルフィルアンテナ。
15. 前記第２のアンテナアレイに代えて、前記第１のアンテナアレイを構成するアンテナ素子のうち前記位相中心に隣接するアンテナ素子と励振振幅が略同一又はそれよりも小さく、かつ前記第１のアンテナアレイの位相中心と略同一の位置に位相中心を有するスロットアンテナ又はダイポールアンテナを備えたことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載のヌルフィルアンテナ。
16. 前記第２のアンテナアレイに代えて、前記第１のアンテナアレイの位相中心と略同一の位置から該第１のアンテナアレイに垂直な方向に所定間隔離して無給電素子が配置されたことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載のヌルフィルアンテナ。
17. 前記ダイポールアンテナ、前記スロットアンテナ又は前記無給電素子の励振振幅は、前記第１のアンテナアレイを構成するアンテナ素子のうち、前記第１のアンテナアレイの位相中心に隣接するアンテナ素子の励振振幅よりも小さいことを特徴とする請求項６から１６のいずれか１項記載のヌルフィルアンテナ。
18. 前記第２のアンテナアレイ、前記ダイポールアンテナ、前記スロットアンテナ又は前記無給電素子は、前記第１のアンテナアレイを構成するアンテナ素子を前記第１のアンテナアレイの位相中心に設けた場合に該アンテナ素子が放射する電磁波との位相差が±６０°以内の電磁波を放射することを特徴とする請求項１から１７のいずれか１項記載のヌルフィルアンテナ。
19. 前記第２のアンテナアレイ、前記ダイポールアンテナ、前記スロットアンテナ又は前記無給電素子は、前記第１のアンテナアレイの配列方向に沿った指向性を有することを特徴とする請求項１から１６のいずれか１項記載のヌルフィルアンテナ。
20. 前記スロットアンテナ又は前記ダイポールアンテナに代えて、前記第１のアンテナアレイを構成するアンテナ素子のうち前記位相中心に隣接するアンテナ素子よりも励振振幅が大きく、かつ前記第１のアンテナアレイと略同一の位置に位相中心を有する第２のスロットアンテナ又は第２のダイポールアンテナを有することを特徴とする請求項１５から１９のいずれか１項記載のヌルフィルアンテナ。
21. 位相中心を通る直線と直交して配列され、励振振幅分布が前記位相中心を通る直線に対して軸対称で、励振位相分布が前記位相中心を通る直線に対して点対称となるように励振される第１のアンテナアレイと、
    前記第１のアンテナアレイを構成するアンテナ素子のうち前記位相中心に隣接する素子と励振振幅が略同一又はそれよりも小さく、前記第１のアンテナアレイの位相中心と略同一の位置に配置された中心アンテナ素子とを有することを特徴とするヌルフィルアンテナ。
22. 前記第１のアンテナアレイは、前記位相中心を通る直線と平行にアンテナ素子を配列してなる二次元アレイであることを特徴とする請求項２１記載のヌルフィルアンテナ。
23. 前記第１のアンテナアレイは、前記位相中心を通る直線と平行な方向を長手方向とするスロットアンテナを、前記位相中心を通る直線と直交するように配列させてなることを特徴とする請求項２１又は２２記載のヌルフィルアンテナ。
24. 前記中心アンテナ素子として、ダイポールアンテナ素子を用いたことを特徴とする請求項２１から２３のいずれか１項記載のヌルフィルアンテナ。
25. 前記中心アンテナ素子の周辺に電波吸収体を設けたことを特徴とする請求項２１から２４のいずれか１項記載のヌルフィルアンテナ。
26. 前記電波吸収体の前記第１のアンテナアレイの配列方向の長さは、前記第１のアンテナアレイを構成し前記位相中心に隣接するアンテナ素子と前記位相中心との距離よりも長いことを特徴とする請求項２５記載のヌルフィルアンテナ。
27. 前記電波吸収体は、前記アンテナ素子の近傍から隣接する前記第１のアンテナアレイを構成するアンテナ素子にかけて設けられたことを特徴とする請求項２６記載のヌルフィルアンテナ。
28. 前記中心アンテナ素子を、前記第１のアンテナアレイの配列方向に沿って最大放射方向が傾くように設置したことを特徴とする請求項２１から２７のいずれか１項記載のヌルフィルアンテナ。
29. 前記第１のアンテナアレイを構成するアンテナ素子のうち、前記位相中心に最も近いアンテナ素子同士の間隔を、他のアンテナ素子同士の間隔よりも広くしたことを特徴とする請求項２１から２８のいずれか１項記載のヌルフィルアンテナ。
30. 前記第１のアンテナアレイを構成する個々のアンテナ素子間の間隔を不等間隔としたことを特徴とする請求項２１から２９のいずれか１項記載のヌルフィルアンテナ。
31. 前記中心アンテナ素子を、前記第１のアンテナアレイよりも電磁波の放射方向側に位置するように配置したことを特徴とする請求項２１から３０のいずれか１項記載のヌルフィルアンテナ。
32. 前記中心アンテナ素子は、前記第１のアンテナアレイの配列方向に沿った指向性を有することを特徴とする請求項２１から３１のいずれか１項記載のヌルフィルアンテナ。
33. 前記中心アンテナ素子に代えて、前記第１のアンテナアレイを構成するアンテナ素子のうち前記位相中心に隣接する素子よりも励振振幅が大きく、かつ前記第１のアンテナアレイの位相中心と略同一の位置に配置された第２の中心アンテナ素子を有することを特徴とする請求項２１から３２のいずれか１項記載のヌルフィルアンテナ。
34. 前記第１のアンテナアレイの最大放射方向を、前記第１のアンテナアレイの配列方向に沿ってチルトさせたことを特徴とする請求項１から３３のいずれか１項記載のヌルフィルアンテナ。
35. 前記第１のアンテナアレイを構成するアンテナ素子の励振位相を、アレイの一方では前記位相中心から離れるに従って進ませ、他方では前記位相中心から離れるに従って遅らせたことを特徴とする請求項３４記載のヌルフィルアンテナ。
36. 前記第１のアンテナアレイを構成する素子のうち、少なくとも前記位相中心に隣接するアンテナ素子が該第１のアンテナアレイの最大放射方向と同じ側に傾けられたことを特徴とする請求項３４又は３５記載のヌルフィルアンテナ。
37. 前記第１のアンテナアレイを構成する各々のアンテナ素子上に、素子の寸法よりも小さい非励振素子を設けたことを特徴とする請求項１から３６のいずれか１項記載のヌルフィルアンテナ。
38. 前記第１のアンテナアレイの位相中心の位置から所定の距離だけ離して、前記第１のアンテナアレイからの放射によって励振される間接励振素子を設けたことを特徴とする請求項２１から３７のいずれか１項記載のヌルフィルアンテナ。
39. 前記第１のアンテナアレイが形成されている基板の、該第１のアンテナアレイと直交する方向の両端近傍にフレアが設けられていることを特徴とする請求項１から３８のいずれか１項記載のヌルフィルアンテナ。
40. ヌルフィルアンテナは広角ヌルフィルアンテナであることを特徴とする請求項１から３９のいずれか１項記載のヌルフィルアンテナ。
41. 前記第１のアンテナアレイは、アンテナ素子の配列方向にコセカント２乗形状の指向性を有することを特徴とする請求項１から４０のいずれか１項記載のヌルフィルアンテナ。
42. 請求項１から４１のいずれか１項記載のヌルフィルアンテナを備えた無線装置。
43. 前記第１のアンテナアレイが鉛直方向に配列するように、前記ヌルフィルアンテナを高所に設置したことを特徴とする請求項４２記載の無線装置。
44. 前記第１のアンテナアレイが形成されている基板が略水平となり、電磁波が天底方向へ放射されるように前記ヌルフィルアンテナを高所に設置したことを特徴とする請求項４２記載の無線装置。
45. 前記第１のアンテナアレイが形成されている基板が水平面から所定角度傾いた状態で低所に配置されたことを特徴とする請求項４２記載の無線装置。
46. 請求項１から４１のいずれか１項記載のヌルフィルアンテナを、電磁波の放射方向を外側に向けて同心円状に配置したことを特徴とするオムニアンテナ。
47. 請求項４６記載のオムニアンテナを備えた無線装置。
48. 無線装置は基地局装置であることを特徴とする請求項４２から４５又は４７記載の無線装置。

Images