專利名稱：移動通信用基站天線的制作方法
技術領域：
本發明涉及極化共用天線以及陣列天線，特別涉及實現空分多路接入的移動通信
用基站天線。
背景技術：
移動通信用基站天線，為抑制對于其他小區的干擾，一般是具有如圖9所示那樣的尖銳的垂直面內指向性的天線。圖9的移動通信用基站天線940，天線的主射束方向942 對于水平方向成垂直面內傾斜角度941。移動體通信，特別是在便攜電話通信中MIMO(Multiple Input MultipleOutput) 在日益得到普及。在MIMO通信中，通過在發送天線、接收天線中分別使用多根天線，可以提 高數據傳送效率。與使用一根發送天線、一根接收天線的場合的通信速度比較，使用兩根發 送天線、兩根接收天線的場合的通信速度理論上成為兩倍，使用四根發送天線、四根接收天 線的場合的通信速度理論上成為四倍。在MIMO通信中，從各個發送天線到接收天線的信號的相關很重要。特別是，如果 是發送天線，則通過各個發送天線之間的相關系數對其通信容量有影響，如果是接收天線， 則通過各個接收天線之間的相關系數對其通信容量有影響。例如，在使用四根發送天線、四 根接收天線的4X4MIM0通信的場合，如果成為相關系數接近0的不相關，則通信速度接近 理論上的4倍，當相關系數接近1時就不能期待作為MIMO的效果。實用上，希望天線間的 相關系數在0.7以下。先行技術文獻專利文獻1特開2005-203841號公報為降低相關系數，只要在空間上或者在電氣上分離天線即可。在便攜電話基站用 天線中使用的在專利文獻1中所示那樣的極化分集天線元件，因為是用極化波分離的兩系 統的天線，所以如果原樣不變做成陣列天線，則可轉用于2 X 2MIM0用基站天線。例如4X4MIM0通信的場合，因為越使兩根天線間的距離離開設置相關系數就越 低，所以如圖10或者圖11所示，有這樣的要求亦即，希望并列或者縱列設置的兩個極化分 集天線塊1001間的距離盡可能遠離。但是，當兩根天線間的距離過分離開時，因為天線設 置需要的體積增加，所以，還有和剛才相反的要求，亦即，希望兩個極化分集天線塊1001間 的距離盡可能接近。
發明內容
本發明的目的是，在移動通信用基站天線中，通過改變天線塊的垂直面內傾斜角 度，降低各天線間的相關系數。為實現上述目的，本發明提供一種移動通信用基站天線，其正交配置多個天線元 件構成極化分集天線元件，排列多個該極化分集天線元件構成極化分集天線塊，設置多個 該極化分集天線塊，在該移動通信用基站天線中，在某個極化分集天線塊的極化分集天線元件之間，插入配置別的極化分集天線塊的極化分集天線元件，而且，各個極化分集天線塊 的垂直面內傾斜角度不同。所述多個所述極化分集天線塊，縱向疊置地構成，通過使各個所述極化分集天線 塊的垂直面內傾斜角度不同，也可使所述極化分集天線塊之間的相關系數變小。所述極化分集天線元件的垂直面內傾斜角度，可以通過以機械方式改變該極化分 集天線元件的方向任意設定。所述極化分集天線元件的垂直面內傾斜角度，也可以通過由移相器改變信號的相 位任意設定。所述移相器可以是信號的相位的變化量固定的不變型的移相器。所述移相器也可以是信號的相位的變化量可自由設定的可變型的移相器。本發明 發揮如下優良的效果。(1)天線塊間的相關系數低。(2)抑制天線設置需要的體積的增加。
圖1是表示本發明的一個實施形式的移動通信用基站天線的正視圖。圖2是表示本發明的另一實施形式的移動通信用基站天線的正視圖。圖3是表示本發明的另一實施形式的移動通信用基站天線的正視圖。圖4是表示本發明的移動通信用基站天線的垂直面內指向性的側視圖。圖5(a)是圖1的移動通信用基站天線的正視圖，(b) (e)是把圖1的移動通信 用基站天線對于由在各端口上連接的天線元件組成的天線塊進行要素分解的正視圖。圖6是表示由在各端口上連接的天線元件組成的天線塊的垂直面內角度是3度時 的相關系數的圖表。圖7是表示由在第一端口上連接的天線元件組成的天線塊和在第二端口上連接 的天線元件組成的天線塊的垂直面內角度是3度、由在第三端口上連接的天線元件組成的 天線塊和在第四端口上連接的天線元件組成的天線塊的垂直面內角度是6度時的相關系 數的圖表。圖8是表示由在第一端口上連接的天線元件組成的天線塊和在第四端口上連接 的天線元件組成的天線塊的垂直面內角度是3度、由在第二端口上連接的天線元件組成的 天線塊和在第三端口上連接的天線元件組成的天線塊的垂直面內角度是6度時的相關系 數的圖表。圖9是表示現有的便攜電話基站天線的垂直面內指向性的側視圖。圖10是表示現有的4X4MIM0天線的正視圖。圖11是表示現有的4 X 4MIM0天線的正視圖。符號說明a、b天線元件c極化分集天線元件d極化分集天線塊111極化分集天線塊1 (塊U)
112極化分集天線塊2 (塊L)113、11445度極化· -45度極化分集天線元件213,214垂直·水平極化分集天線元件450MIM0基站天線(移動通信用基站天線)451由在第一端口上連接的天線元件組成的天線塊452由在第三端口上連接的天線元件組成的天線塊453由在第一端口上連接的天線元件組成的天線塊的垂直面內傾斜角度454由在第三端口上連接的天線元件組成的天線塊的垂直面內傾斜角度
具體實施例方式下面根據附圖詳述本發明的一個實施形式。在本發明中在位于某極化分集天線塊內的極化分集天線元件之間多段交互重疊配置構成別的極化分集天線塊內的極化分集天線元件。由此謀求縮短長度方向，緩和天線 設置需要的體積的增加。這樣，即使在別的塊彼此的極化分集天線元件一部分重疊構成的天線塊(極化分 集天線塊)中，通過改變各個天線塊的垂直面內傾斜角度，可以期待減小各天線塊之間的 相關系數。換言之，在具有尖銳的垂直面內指向性的移動通信用基站天線中，通過把排列多 個正交配置的天線元件構成的各個天線塊的垂直面內傾斜角度設定為不同的角度，使天線 的指向性變差，來減小各天線塊間的相關系數。另外，垂直面內傾斜角度有固定的場合和可變的場合。垂直面內傾斜角度，通過以 機械方式改變天線塊的方向，或者通過控制對于各天線元件加電的相位，能夠設定為任意 角度。在使用移相器的場合，有信號的相位的變化量固定的不變類型的移相器，或者信號的 相位的變化量可自由設定的可變類型的移相器等。如圖1所示，本發明的移動通信用基站天線，在通過正交配置天線元件a、b構成極 化分集天線元件C、排列多個該極化分集天線元件c構成極化分集天線塊d、設置多個該極 化分集天線塊d的移動通信用基站天線中，在某極化分集天線塊111的極化分集天線元件 113之間，插入配置別的極化分集天線塊112的極化分集天線元件114，而且各個極化分集 天線塊111、112的垂直面內傾斜角度不同。圖1的移動通信用基站天線，縱向疊置組合兩塊極化分集天線塊d。在各極化分集天線塊d中，多個極化分集天線元件c在垂直方向上以規定的間距 配置。在重疊配置的部分中，在極化分集天線塊111的極化分集天線元件113的間距之間， 配置極化分集天線塊112的極化分集天線元件114。圖1的移動通信用基站天線的極化分集天線元件c的組合是45度一45度極化分 集。因為各極化分集天線塊111、112是極化分集，所以圖1的移動通信用基站天線，形成加 入了 4個極化波·空間上分離的天線塊，可以作為4X4MIM0用陣列天線利用。本發明能夠改變天線元件a、b的配置，或改變極化分集天線元件c的組合。在圖 1的移動通信用基站天線中，采用45度一45度極化分集的組合，但是在圖2的移動通信用 基站天線中，是垂直極化·水平極化分集。在圖3的移動通信用基站天線中，組合45度極化· -45度極化分集天線元件和垂直極化 水平極化分集天線元件。只要是放射直線極化波的元件的組合，則不管元件形狀。圖1的移動通信用基站天線，因為在各個極化分集天線塊d中極化分集天線元件 c非常接近，所以為使天線塊之間的作為目標的相關系數在0. 7以下，需要改變本發明的垂 直面內傾斜角度。因此，在本發明中，如圖4所示，使具有相同極化特性的，在由在第一端口上連接 的天線元件組成的天線塊和由在第三端口上連接的天線元件組成的天線塊的垂直面內傾 斜角度之間產生差。這里，由在第一端口上連接的天線元件組成的天線塊以及由在第三端 口上連接的天線元件組成的天線塊，分別是天線元件a的集合，由在第二端口上連接的天 線元件組成的天線塊以及由在第四端口上連接的天線元件組成的天線塊，分別是天線元件 b的集合。例如，使由在第一端口上連接的天線元件組成的天線塊的垂直面內傾斜角度為3 度，使由在第三端口上連接的天線元件組成的天線塊的垂直面內傾斜角度為6度。另外，為 簡化圖，未圖示出由在第二端口上連接的天線元件組成的天線塊以及由在第四端口上連接 的天線元件組成的天線塊。如圖4所示，作為本發明的移動通信用基站天線的MIMO基站天線450，由極化分集 天線塊1(451)的在第一端口上連接的天線元件組成的天線塊451中的垂直面內傾斜角度 453是A度，由極化分集天線塊2(452)的在第三端口上連接的天線元件組成的天線塊中的 垂直面內傾斜角度454是B度，且A度<8度。如圖1那樣把各個極化分集天線塊111、112縱向疊置，通過如圖4那樣使各個極 化分集天線塊111(451)、112(452)的垂直面內傾斜角度不同，能夠減小各極化分集天線塊 111、112間的相關系數。便攜電話的基站天線，如上述，因為有尖銳的垂直面內指向性，所以當改變垂直面 內傾斜角度時，三維指向性、特別是主射束的指向性大大變化。因此，通過使垂直面內傾斜 角度中產生差，能夠使指向性的重合變小，使相關系數大幅變化。同樣，即使在由具有相同的極化特性的、在第二端口上連接的天線元件組成的天 線塊和在第四端口上連接的天線元件組成的天線塊中，通過使在垂直面內傾斜角度中產生 差也能夠減小天線塊間的相關系數。在極化特性不同的端口上連接的天線元件組成的天線 塊間也同樣。通過模擬計算研究本發明的效果。圖5(a)表示的圖1的移動通信用基站天線，如圖5 (b) 圖5(e)所示，可以對于 由在第一端口上連接的天線元件組成的天線塊 由在第四端口上連接的天線元件組成的 天線塊的每一個進行要素分解表示。將模擬計算的結果表示在圖6、圖7、圖8的各圖表上。各圖表中都是縱軸表示圖 10表示的由在各端口上連接的天線元件組成的天線塊間的相關系數P的絕對值，橫軸表 示基站的小區半徑。圖6表示在上下的塊以及由在端口上連接的天線元件組成的天線塊間沒有垂直 面內傾斜角度的差時(由在第一端口上連接的天線元件組成的天線塊、由在第二端口上連 接的天線元件組成的天線塊、由在第三端口上連接的天線元件組成的天線塊、由在第四端 口上連接的天線元件組成的天線塊的垂直面內傾斜角度都是3度)，圖7(由在第一端口上 連接的天線元件組成的天線塊、由在第二端口上連接的天線元件組成的天線塊的垂直面內傾斜角度是3度；由在第三端口上連接的天線元件組成的天線塊、由在第四端口上連接的天線元件組成的天線塊的垂直面內傾斜角度是6度)、圖8(由在第一端口上連接的天線元 件組成的天線塊、由在第三端口上連接的天線元件組成的天線塊的垂直面內傾斜角度是3 度；由在第二端口上連接的天線元件組成的天線塊、由在第四端口上連接的天線元件組成 的天線塊的垂直面內傾斜角度是6度)表示在上下垂直面內傾斜角度的差為3度時。這 里，在垂直面內傾斜角度是3度的場合，使主射束朝向小區邊緣(小區半徑的邊緣；另外，所 謂小區半徑指信號到達范圍的半徑)，而垂直面內傾斜角度是6度的場合，要進行深度設定 (設定為大的角度)以便對于其他小區不造成干擾。在各圖中，P 12那樣的下標，表示求出 相關系數的兩個端口的號碼。這樣，通過將射束的垂直面內傾斜角度調整成使指向性正交(使射束互相不干 擾)能夠降低天線塊間的相關系數，因為在全部端口的指向性中不會形成無效點所以可以 期待提高性能。再者，在圖8中示出了在主射束方向以外(小區半徑400m以內)天線塊間的相關 系數能夠實現在0. 7以下的情況。如上所述，通過像本發明這樣使極化分集天線塊111、112的天線元件a、b在移動 通信用基站天線的中央重疊，能夠縮短移動通信用基站天線的長度，通過使垂直面內的射 束傾斜角度(垂直面傾斜角度)在上下的極化分集天線塊111、112內變化，能夠改善由在 各端口上連接的天線元件組成的天線塊間的相關系數。通過使垂直面內的射束傾斜角度(垂直面傾斜角度)在上下的極化分集天線塊 111、112內變化，能夠使指向性變化，由此，能夠減低極化分集天線塊111、112間的相關系 數。另外，通過減低極化分集天線塊111、112間的相關系數，能夠使MIMO的空分多路復用 效果更加有效，可提高數據傳送效率。
權利要求
一種移動通信用基站天線，其正交配置多個天線元件構成極化分集天線元件，排列多個該極化分集天線元件構成極化分集天線塊，設置多個該極化分集天線塊，其特征在于，在某個極化分集天線塊的極化分集天線元件之間，插入配置別的極化分集天線塊的極化分集天線元件，而且，各個極化分集天線塊的垂直面內傾斜角度不同。
2.一種移動通信用基站天線，其特征在于，權利要求1所述的多個所述極化分集天線塊，縱向疊置地構成，通過使各個所述極化 分集天線塊的垂直面內傾斜角度不同，使所述極化分集天線塊之間的相關系數變小。
3.一種移動通信用基站天線，其特征在于，權利要求1所述的極化分集天線元件的垂直面內傾斜角度，可以通過以機械方式改變 該極化分集天線元件的方向任意設定。
4.一種移動通信用基站天線，其特征在于，權利要求1所述的極化分集天線元件的垂直面內傾斜角度，可以通過由移相器改變信 號的相位任意設定。
5.一種移動通信用基站天線，其特征在于，權利要求4所述的移相器是信號的相位的變化量固定的不變型的移相器。
6.一種移動通信用基站天線，其特征在于，權利要求4所述的移相器是信號的相位的變化量可自由設定的可變型的移相器。
全文摘要
本發明的課題是實現相關系數低的MIMO用陣列天線。提供一種移動通信用基站天線，其正交配置多個天線元件a、b構成極化分集天線元件c，排列多個該極化分集天線元件c構成極化分集天線塊d，設置多個該極化分集天線塊d，在該移動通信用基站天線中，在某極化分集天線塊(111)的極化分集天線元件(113)之間，插入配置別的極化分集天線塊(112)的極化分集天線元件(114)，而且，各個極化分集天線塊(111、112)的垂直面內傾斜角度不同。
文檔編號H01Q3/02GK101826662SQ20101012225
公開日2010年9月8日 申請日期2010年3月2日 優先權日2009年3月3日
發明者村野慎介, 清水隆行, 田崎修 申請人:日立電線株式會社