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WO2017006524A1 - ビームチルト角制御装置、アンテナシステム、無線通信装置、及びビームチルト角制御方法 - Google Patents

ビームチルト角制御装置、アンテナシステム、無線通信装置、及びビームチルト角制御方法 Download PDF

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WO2017006524A1
WO2017006524A1 PCT/JP2016/002950 JP2016002950W WO2017006524A1 WO 2017006524 A1 WO2017006524 A1 WO 2017006524A1 JP 2016002950 W JP2016002950 W JP 2016002950W WO 2017006524 A1 WO2017006524 A1 WO 2017006524A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
tilt angle
dielectric
angle control
dielectric plates
antenna
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/JP2016/002950
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
浩介 田邊
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NEC Corp filed Critical NEC Corp
Publication of WO2017006524A1 publication Critical patent/WO2017006524A1/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q3/00—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
    • H01Q3/12—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system using mechanical relative movement between primary active elements and secondary devices of antennas or antenna systems
    • H01Q3/14—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system using mechanical relative movement between primary active elements and secondary devices of antennas or antenna systems for varying the relative position of primary active element and a refracting or diffracting device
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q15/00—Devices for reflection, refraction, diffraction or polarisation of waves radiated from an antenna, e.g. quasi-optical devices
    • H01Q15/02—Refracting or diffracting devices, e.g. lens, prism
    • H01Q15/08—Refracting or diffracting devices, e.g. lens, prism formed of solid dielectric material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q19/00—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic
    • H01Q19/06—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic using refracting or diffracting devices, e.g. lens

Definitions

  • the present invention relates to a beam tilt angle control device, an antenna system, a radio communication device, and a beam tilt angle control method, and more particularly to a beam tilt angle control device, an antenna system, a radio communication device, and a beam using at least two dielectric plates.
  • the present invention relates to a tilt angle control method.
  • a parabolic antenna or a planar antenna with directivity is used.
  • the beam direction may be shifted due to a positional shift at the time of antenna installation or vibration of the antenna, which may affect the wireless communication.
  • Patent Document 1 discloses a technique related to a planar microwave antenna that can easily finely adjust the beam directivity while the antenna is fixed.
  • Patent Document 2 discloses a technique for adjusting a tilt angle of a beam by providing a dielectric cover having an inclination angle so as to face a slot array antenna.
  • the beam direction may be shifted due to a positional shift or the like when the antenna is installed.
  • a deviation in the beam direction can be corrected by adjusting the tilt angle of the beam.
  • the tilt angle of a beam is adjusted by displacing the positions of two fan-shaped (center angle is 90 degrees) beam tilt plates within the same plane.
  • an object of the present invention is to provide a beam tilt angle control device, an antenna system, a wireless communication device, and a beam tilt angle control method capable of suppressing a decrease in gain when controlling the tilt angle of a beam. That is.
  • a beam tilt angle control device includes a first dielectric plate, and a second dielectric plate at least partially disposed so as to be able to overlap with the first dielectric plate in the thickness direction.
  • the thickness direction of the first and second dielectric plates is provided by changing at least the area where the first and second dielectric plates overlap in the thickness direction of the first and second dielectric plates. The tilt angle of the beam propagating to is controlled.
  • a beam tilt angle control method includes: a first dielectric plate; and a second dielectric plate at least partially disposed so as to be able to overlap with the first dielectric plate in the thickness direction.
  • the first and second dielectric plates are changed by changing the overlapping area of the first and second dielectric plates in the thickness direction of the first and second dielectric plates. The tilt angle of the beam propagating in the thickness direction of the dielectric plate is controlled.
  • a beam tilt angle control device an antenna system, a wireless communication device, and a beam tilt angle control method capable of suppressing a decrease in gain when controlling the beam tilt angle.
  • FIG. 1 is a front view showing a beam tilt angle control device according to a first embodiment
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along section line II-II in FIG.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view taken along section line III-III in FIG.
  • It is a figure which shows the relationship between rotation angle (alpha) 1 and (alpha) 2 and tilt angle (delta) of a beam tilt angle control apparatus.
  • It is sectional drawing which shows the antenna system provided with the beam tilt angle control apparatus concerning Embodiment 1.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view showing another configuration example of the antenna system according to the first exemplary embodiment;
  • FIG. 6 is a cross-sectional view showing another configuration example of the antenna system according to the first exemplary embodiment;
  • FIG. 6 is a cross-sectional view showing another configuration example of the antenna system according to the first exemplary embodiment;
  • FIG. 6 is a cross-sectional view showing another configuration example of the antenna system according to the first exemplary embodiment;
  • FIG. It is a figure which shows the system configuration
  • FIG. It is a figure which shows the system configuration
  • FIG. 1 is a front view of the beam tilt angle control apparatus according to the first embodiment.
  • 2 is a cross-sectional view taken along a cutting line II-II in FIG.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view taken along section line III-III in FIG.
  • the beam tilt angle control device 1 according to the present embodiment includes a dielectric plate 11 (first dielectric plate), a dielectric plate 12 (second dielectric plate), Is provided.
  • Each of the dielectric plate 11 and the dielectric plate 12 is a semicircular plate-like member, and can be configured using a resin material (relative dielectric constant is about 3 to 4) such as polycarbonate or ABS resin.
  • a resin material such as polycarbonate or ABS resin.
  • the diameters of the dielectric plate 11 and the dielectric plate 12 can be the same.
  • the dielectric plate 11 and the dielectric plate 12 are arranged so as to be superposed in the thickness direction (z-axis direction) of the dielectric plates 11 and 12, respectively.
  • the dielectric plate 11 and the dielectric plate 12 are arranged so that the principal surfaces of the dielectric plate 11 and the dielectric plate 12 are parallel to the xy plane, respectively.
  • the dielectric plate 11 and the dielectric plate 12 are configured to be rotatable about a rotation shaft 13.
  • the dielectric plate 11 and the dielectric plate 12 are configured to be rotatable in directions opposite to each other about the rotation shaft 13.
  • the dielectric plate 11 and the dielectric plate 12 are rotated.
  • the dielectric plate 11 and the dielectric plate 12 are rotated.
  • the dielectric plate 11 is rotated clockwise by an angle ⁇ 1
  • the beam propagates in the z-axis direction, that is, in the thickness direction of the dielectric plate 11 and the dielectric plate 12.
  • the speed of the electromagnetic field of the beam is delayed.
  • ⁇ can be expressed by the following equation.
  • ⁇ r is the dielectric constant of the dielectric plate
  • t is the thickness of the dielectric plate
  • ⁇ is the wavelength in free space.
  • ⁇ ⁇ / 8 [rad] (45 degrees).
  • the dielectric plate 11 and the dielectric plate 12 are configured to be rotatable about a rotation shaft 13. Therefore, in the z-axis direction through which the beam passes, a region 19 without a dielectric plate, a region with one dielectric plate (see the cross-sectional view in FIG. 3), and a region with two dielectric plates (the cross-section in FIG. 2) (See the figure) can be variably formed.
  • the region 19 without the dielectric plate has a phase delay amount of 0
  • the region with one dielectric plate has a phase delay amount of ⁇
  • the region with two dielectric plates has a phase delay amount of 2.
  • FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the rotation angles ⁇ 1 and ⁇ 2 of the beam tilt angle control device 1 and the tilt angle ⁇ (the angle formed by the normal of the dielectric plates 11 and 12 and the beam direction).
  • the horizontal axis of the graph of FIG. 4 is the radiation angle
  • the vertical axis is the gain.
  • the two semicircular dielectric plates 11 and 12 are Form one circle.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a simulation result of the relationship between the rotation angles ⁇ 1 and ⁇ 2 of the beam tilt angle control device 1 and the tilt angle.
  • the horizontal axis of the graph of FIG. 5 is the radiation angle, and the vertical axis is the gain.
  • the simulation result shown in FIG. 5 is a simulation result when the diameter of the dielectric plates 11 and 12 is 200 [mm].
  • the radiation angle of the beam is shifted to the minus side.
  • This result corresponds to the operation of the beam tilt angle control device 1 described in FIG. Further, for example, focusing on the result that the angles ⁇ 1 and ⁇ 2 of the dielectric plates 11 and 12 are 0 degrees, the gain decreases by 5 [dB] when the radiation angle is shifted by 1 degree. In other words, this means that the gain decreases by 5 [dB] when the angle of the antenna device is shifted by 1 degree.
  • the angle deviation of the antenna device can be compensated, and the gain is improved by 5 [dB]. can do.
  • the beam tilt angle control device 1 changes the area where the dielectric plates 11 and 12 overlap in the thickness direction (z-axis direction) of the dielectric plates 11 and 12, thereby The tilt angle of the beam propagating in the thickness direction of the plates 11 and 12 can be controlled.
  • a parabolic antenna or a planar antenna having directivity is used.
  • the beam direction may be shifted due to a positional shift at the time of antenna installation or vibration of the antenna, which may affect the wireless communication.
  • the antenna may be attached to a thin pole.
  • the pole may sway due to traffic such as a car or strong wind.
  • traffic such as a car or strong wind.
  • such a beam shift can be corrected by adjusting the tilt angle of the beam.
  • the tilt angle of a beam is adjusted by displacing the positions of two fan-shaped (center angle is 90 degrees) beam tilt plates within the same plane.
  • the dielectric plate 11 and the dielectric plate 12 at least partially disposed so as to be able to overlap with the dielectric plate 11 in the thickness direction are provided.
  • the tilt angle of the beam propagating in the thickness direction of the dielectric plates 11 and 12 is controlled by changing the area where the dielectric plates 11 and 12 overlap at least in the thickness direction of the dielectric plates 11 and 12. Yes.
  • the phase delay amount is 0 in the region without the dielectric plate
  • the phase delay amount is ⁇ in the region with one dielectric plate
  • the phase delay amount is 2 ⁇ in the region with two dielectric plates. ⁇ .
  • the beam tilt angle control apparatus 1 in the beam tilt angle control apparatus 1 according to the present embodiment, at least a part of two or more dielectric plates are arranged so as to overlap each other in the thickness direction, thereby providing three or more different phase delay amounts. A region having the same can be formed.
  • the technique disclosed in Patent Document 1 only regions having two different phase delay amounts are formed. Therefore, in the beam tilt angle control apparatus 1 according to the present embodiment, the phase distribution in the plane perpendicular to the traveling direction of the beam can be made smoother than the technique disclosed in Patent Document 1, so that the beam The phase efficiency can be improved. Therefore, it is possible to suppress a decrease in gain when controlling the tilt angle of the beam.
  • the beam tilt angle control device 1 shifts the beam to the x-axis minus side has been described (see FIG. 4).
  • the beam may be shifted to the x-axis plus side.
  • the beam may be shifted to the y-axis plus side, or the beam may be shifted to the y-axis minus side. Further, the beam may be shifted in an oblique direction. That is, in the beam tilt angle control apparatus 1 according to the present embodiment, the tilt angle of the beam propagating in the thickness direction of the dielectric plates 11 and 12 is changed by changing the overlapping area and the overlapping position of the dielectric plates 11 and 12. Can be controlled arbitrarily.
  • the case where the semicircular dielectric plate 11 and the dielectric plate 12 are used has been described.
  • a fan-shaped dielectric plate (having a central angle of (Greater than 0 and smaller than 360) may be used (when the central angle is 180 degrees, the shape is semicircular).
  • the diameters of the dielectric plate 11 and the dielectric plate 12 may be different.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view showing an antenna system provided with the beam tilt angle control device according to the present embodiment.
  • the antenna system 5_1 includes a beam tilt angle control device 1 and an antenna device 14.
  • the antenna device 14 is configured using a parabolic antenna, and the beam tilt angle control device 1 is disposed so as to face the radiation surface of the antenna device 14.
  • the beam radiated from the antenna device 14 passes through the beam tilt angle control device 1 and is then radiated to the space.
  • the beam is incident on the antenna device 14, the beam after passing through the beam tilt angle control device 1 is received by the antenna device 14.
  • the configuration and operation of the beam tilt angle control device 1 are the same as those described above.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view showing another configuration example of the antenna system according to the present embodiment.
  • the antenna system 5_2 includes a beam tilt angle control device 1 and an antenna device 14.
  • the antenna device 14 is configured using a parabolic antenna, and the beam tilt angle control device 1 is disposed so as to face the radiation surface of the antenna device 14.
  • the beam tilt angle control device 1 is disposed inside the radome 15. By arranging the beam tilt angle control device 1 inside the radome 15 in this way, the beam tilt angle control device 1 can be protected from the external environment (such as wind and rain), and the landscape can be improved.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view showing another configuration example of the antenna system according to the present embodiment.
  • the antenna system 5_3 includes a beam tilt angle control device 1, a lens antenna 16, and a primary radiator 17.
  • the lens antenna 16 and the primary radiator 17 constitute an antenna device.
  • the surface on the primary radiator 17 side of the lens antenna 16 is convex (curved), and the surface on the side opposite to the primary radiator 17 is flat.
  • the beam tilt angle control device 1 is disposed so as to face the radiation surface of the lens antenna 16.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view showing another configuration example of the antenna system according to the present embodiment.
  • the antenna system 5_4 includes a beam tilt angle control device 1, a lens antenna 18, and a primary radiator 17.
  • the lens antenna 18 and the primary radiator 17 constitute an antenna device.
  • the surface on the primary radiator 17 side of the lens antenna 18 is a flat surface, and the surface on the side opposite to the primary radiator 17 is convex (curved).
  • the beam tilt angle control device 1 is disposed between the lens antenna 18 and the primary radiator 17.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view showing another configuration example of the antenna system according to the present embodiment.
  • the antenna system 5_5 includes a beam tilt angle control device 1 ', a lens antenna 19, and a primary radiator 17.
  • the lens antenna 19 and the primary radiator 17 constitute an antenna device.
  • the surface of the lens antenna 19 on the primary radiator 17 side is a flat surface, and the surface on the side opposite to the primary radiator 17 is convex (curved).
  • the dielectric plates 11 ′ and 12 ′ (beam tilt angle control device 1 ′) having a shape (curved shape) corresponding to the convex surface of the lens antenna 19 are used. It arrange
  • the antenna system described above can be used for any wireless communication device.
  • a beam tilt angle control device an antenna system, a wireless communication device, and a beam tilt angle control method capable of suppressing a decrease in gain when controlling the tilt angle of a beam.
  • FIG. 11 is a front view and a side view showing the beam tilt angle control apparatus according to the second embodiment.
  • the beam tilt angle control device 2 according to the present embodiment includes a dielectric plate 21 and a dielectric plate 22.
  • the dielectric plate 21 and the dielectric plate 22 respectively leave a part of the circular dielectric plates 23 and 25 in a semicircular shape (indicated by reference numerals 24 and 26) while leaving the outer peripheral portions of the circular dielectric plates 23 and 25. It is a shape that penetrates the surface.
  • the dielectric plate 21 and the dielectric plate 22 can be configured using a resin material (relative dielectric constant is about 3 to 4) such as polycarbonate or ABS resin.
  • a resin material such as polycarbonate or ABS resin.
  • the diameters of the dielectric plate 21 and the dielectric plate 22 can be the same.
  • the dielectric plate 21 and the dielectric plate 22 are arranged so as to overlap in the thickness direction of the dielectric plates 21 and 22, respectively.
  • the dielectric plate 21 and the dielectric plate 22 are configured to be rotatable about a rotation shaft 29.
  • the dielectric plate 21 and the dielectric plate 22 are configured to be rotatable in directions opposite to each other about the rotation shaft 29.
  • a rotation mechanism 27 is provided on the side surface side of the dielectric plate 21. The rotation mechanism 27 rotates while contacting the side surface of the dielectric plate 21, so that the dielectric plate 21 moves the rotation shaft 29. Rotate to the center.
  • a rotation mechanism 28 is provided on the side surface side of the dielectric plate 22, and the rotation of the rotation mechanism 28 while contacting the side surface of the dielectric plate 22 causes the dielectric plate 22 to rotate. It rotates around the shaft 29.
  • the rotation mechanism 27 and the rotation mechanism 28 are driven using a motor 34_1 and a motor 34_2 (generically referred to as the motor 34 in FIG. 11), respectively.
  • FIG. 12 is a diagram showing a system configuration of the antenna system according to the present embodiment.
  • the antenna system 30_1 according to the present embodiment includes a beam tilt angle control device 2, an antenna device 14, a radio device 31, a sensor 32, a displacement amount detection unit 41, an angle detection unit 42, and a control unit 43.
  • a drive unit 44 motors 34_1 and 34_2, and encoders 35_1 and 35_2.
  • the reception signal received by the antenna device 14 is supplied to the wireless device 31.
  • the wireless device 31 performs predetermined signal processing on the received signal.
  • the sensor 32 detects the displacement of the antenna device 14.
  • the displacement information of the antenna device 14 detected by the sensor 32 is supplied to the displacement amount detection unit 41.
  • the sensor 32 can be configured using an acceleration sensor attached to the antenna device 14.
  • the displacement amount detection unit 41 calculates the displacement amount of the antenna device 14 using the displacement information (acceleration information) supplied from the sensor 32, and outputs the calculated displacement amount to the control unit 43.
  • the angle detection unit 42 acquires the rotation angle information of the dielectric plate 21 from the encoder 35_1 and outputs the acquired rotation angle information to the control unit 43. Similarly, the angle detection unit 42 acquires the rotation angle information of the dielectric plate 22 from the encoder 35_2, and outputs the acquired rotation angle information to the control unit 43.
  • the control unit 43 controls the positions of the dielectric plates 21 and 22 based on the displacement amount of the antenna device 14 detected by the sensor 32. Specifically, the control unit 43 uses the displacement amount of the antenna device 14 supplied from the displacement amount detection unit 41 to determine the target positions (that is, target angles) of the dielectric plates 21 and 22. At this time, the control unit 43 determines the tilt angle of the beam that maximizes the gain of the beam received by the antenna device 14 (that is, the tilt angle that cancels the displacement of the antenna device 14). A target angle of the dielectric plates 21 and 22 to be a tilt angle is determined.
  • control unit 43 obtains the rotation angle information of the dielectric plates 21 and 22 (that is, the current rotation angle information of the dielectric plates 21 and 22) acquired from the angle detection unit 42 and the dielectric plates 21 and 22. Are compared with each other, and the drive amount for the angle of the dielectric plates 21 and 22 to be the target angle is calculated. The calculated drive amount is supplied to the drive unit 44 as a control signal.
  • the drive unit 44 drives the dielectric plates 21 and 22 according to the control signal (drive amount) output from the control unit 43. Specifically, the drive unit 44 outputs a drive signal corresponding to the control signal (drive amount) supplied from the control unit 43 to the motors 34_1 and 34_2.
  • the motors 34_1 and 34_2 respectively rotate the dielectric plates 21 and 22 in accordance with the drive signal supplied from the drive unit 44. By such an operation, the angle of the dielectric plates 21 and 22 can be set as a target angle. Therefore, the tilt angle of the beam can be set to a tilt angle that maximizes the gain.
  • a beam tilt angle control device an antenna system, a wireless communication device, and a beam tilt angle control method capable of suppressing a decrease in gain when controlling the beam tilt angle.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating a system configuration of the antenna system according to the third embodiment.
  • the antenna system 30_2 according to the present embodiment is different from the antenna system 30_1 described in the second embodiment in that the sensor 32 and the displacement amount detection unit 41 are not provided, the reception level detection unit 51 is provided, In addition, the operation of the control unit 53 is different. Since other than this is the same as that of the antenna system 30_1 according to the second embodiment, the same components are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
  • the radio 31 outputs a reception level signal (for example, RSSI (Received Signal Strength Indicator)) corresponding to the signal level of the received signal received by the antenna device 14 to the reception level detection unit 51.
  • the reception level detection unit 51 detects the reception level of the signal received by the antenna device 14. Specifically, the reception level detection unit 51 detects the reception level of the antenna device 14 using the reception level signal supplied from the wireless device 31, and outputs the detected reception level to the control unit 53.
  • the control unit 53 controls the positions of the dielectric plates 21 and 22 based on the reception level detected by the reception level detection unit 51. Specifically, the control unit 53 instructs the drive unit 44 to drive the dielectric plates 21 and 22 while monitoring the reception level of the antenna device 14 supplied from the reception level detection unit 51. Then, when the reception level of the antenna device 14 supplied from the reception level detection unit 51 reaches the maximum value (or may exceed a predetermined threshold), the control unit 53 may adjust the dielectric plates 21 and 22. The drive unit 44 is instructed to stop driving.
  • the angles ⁇ 1 and ⁇ 2 of the dielectric plates 21 and 22 at which the reception level of the antenna device 14 becomes the maximum value may be specified.
  • the control unit 53 53 can grasp the angles ⁇ 1 and ⁇ 2 of the dielectric plates 21 and 22 at which the reception level of the antenna device 14 becomes the maximum value. Information on the angles ⁇ 1 and ⁇ 2 can be used in the next control.
  • FIG. 14 is a diagram of a system configuration of the antenna system according to the fourth embodiment.
  • the antenna system 30_3 according to the present embodiment has a configuration in which the antenna system 30_1 described in the second embodiment and the antenna system 30_2 described in the third embodiment are combined.
  • symbol is attached
  • the control unit 63 included in the antenna system 30_3 according to the present embodiment can be implemented by combining the operation of the antenna system 30_1 described in the second embodiment and the operation of the antenna system 30_2 described in the third embodiment. . That is, the control unit 63 controls the positions of the dielectric plates 21 and 22 based on the displacement amount of the antenna device 14 detected by the sensor 32 and the reception level detected by the reception level detection unit 51.
  • the control unit 63 determines the target position (that is, the target angle) of the dielectric plates 21 and 22 using the displacement amount of the antenna device 14 supplied from the displacement amount detection unit 41. At this time, the control unit 63 determines the tilt angle of the beam so that the gain of the beam received by the antenna device 14 is maximized, and sets the target angle of the dielectric plates 21 and 22 for setting the beam to this tilt angle. decide. Then, the control unit 63 obtains the rotation angle information of the dielectric plates 21 and 22 (that is, the current rotation angle information of the dielectric plates 21 and 22) acquired from the angle detection unit 42 and the dielectric plates 21 and 22. Are compared with each other to calculate the driving amount for setting the angles of the dielectric plates 21 and 22 to the target angle. The calculated drive amount is supplied to the drive unit 44 as a control signal.
  • the drive unit 44 outputs a drive signal corresponding to the control signal (drive amount) supplied from the control unit 63 to the motors 34_1 and 34_2.
  • the motors 34_1 and 34_2 respectively rotate the dielectric plates 21 and 22 in accordance with the drive signal supplied from the drive unit 44.
  • the control unit 63 monitors the reception level detected by the reception level detection unit 51. In this way, by monitoring the reception level, even if the target angles of the dielectric plates 21 and 22 are slightly shifted, the dielectric plates 21 and 22 are moved to positions where the beam gain is maximized. be able to.
  • the operation of the antenna system 30_1 described in the second embodiment and the operation of the antenna system 30_2 described in the third embodiment may be used depending on the situation. Good.
  • the control unit 63 controls the positions of the dielectric plates 21 and 22 based on the displacement amount of the antenna device 14 detected by the sensor 32 with respect to the shaking (that is, rapid change) of the antenna device 14. (Refer to Embodiment 2).
  • the control unit 53 is based on the reception level detected by the reception level detection unit 51.
  • the positions of the dielectric plates 21 and 22 may be controlled (see Embodiment 3).
  • the beam tilt angle control device 70 is formed by cutting a circular dielectric plate with a straight line connecting two points on the circumference of the circular dielectric plate.
  • Two dielectric plates 71 and 72 may be used.
  • the phase delay of the beam passing through the beam tilt angle control device 70_1 when the two dielectric plates 71 and 72 are arranged so as not to overlap in the thickness direction, the phase delay of the beam passing through the beam tilt angle control device 70_1.
  • the amount becomes uniform throughout the beam tilt angle control device 70_1 (phase delay amount ⁇ ). Therefore, the phase distribution of the beam becomes flat.
  • the dielectric plate 72 is moved to the dielectric plate 71 side, and is arranged so that the dielectric plate 71 and the dielectric plate 72 overlap in the thickness direction.
  • the number of dielectric plates in the thickness direction that is, the number of dielectric plates through which the beam passes
  • the area has two dielectric plates (phase delay amount is 2 ⁇ ⁇ ), one area (phase delay amount is ⁇ ), and the region 73 without dielectric plates (phase delay amount is 0).
  • the amount of phase delay can be gradually reduced from the region having two dielectric plates toward the region 73 having no dielectric plate. Therefore, the phase distribution of the beam can be changed smoothly (see the phase distribution graph).
  • the beam tilt angle control device 80 may be configured by using three dielectric plates 81, 82, 83 having different shapes.
  • Each of the three dielectric plates 81, 82, 83 has a shape obtained by cutting a circle having the same diameter by a straight line connecting two points on the circumference. Therefore, when the dielectric plates 81, 82, and 83 are stacked, the circumferential portions of the dielectric plates 81, 82, and 83 coincide with each other.
  • the number of dielectric plates in the thickness direction can be changed (refer to the sectional view). Specifically, there are three areas of dielectric plates (phase delay amount is 3 ⁇ ⁇ ), two areas (phase delay amount is 2 ⁇ ⁇ ), one area (phase delay amount is ⁇ ), and A region 84 having no dielectric plate (the phase delay amount is 0) can be formed. In this case, the amount of phase delay can be gradually reduced from the region having three dielectric plates to the region 84 having no dielectric plate. Therefore, the phase distribution of the beam can be changed smoothly (see the phase distribution graph). Since the beam tilt angle control device 80 shown in FIG. 17 uses three dielectric plates, the tilt of the phase distribution is larger than that of the beam tilt angle control device 70 using two dielectric plates shown in FIG. Can be smoothed.
  • the beam tilt angle control device 90 may be configured by using four dielectric plates 91 to 94 having different shapes.
  • each of the dielectric plates 91 and 94 can be formed by cutting the circular dielectric plate along a straight line connecting two points on the circumference of the circular dielectric plate.
  • Each of the dielectric plates 92 and 93 can be formed by cutting the circular dielectric plate along a straight line connecting two points on the circumference of the circular dielectric plate. That is, when the dielectric plate 91 and the dielectric plate 94 are combined, a circular shape is obtained, and when the dielectric plate 92 and the dielectric plate 93 are combined, a circular shape is formed.
  • the two dielectric plates 91 and 94 are arranged so as not to overlap in the thickness direction, and the two dielectric plates 92 and 93 are made thick.
  • the dielectric plates 91 and 94 and the dielectric plates 92 and 93 are arranged so as to overlap each other in the thickness direction.
  • the phase delay amount is uniform in the entire beam tilt angle control device 90_1. Therefore, the phase distribution of the beam becomes flat.
  • phase delay amount is 4 ⁇ ⁇
  • three regions phase delay amount is 3 ⁇ ⁇
  • two regions phase delay amount is 2 ⁇ ⁇
  • One region phase delay amount is ⁇
  • a region 95 without a dielectric plate phase delay amount is 0
  • the phase delay amount can be gradually decreased from the region having four dielectric plates toward the region 95 having no dielectric plate.
  • the phase distribution of the beam can be changed smoothly (see the phase distribution graph). Since the beam tilt angle control device 90 shown in FIG. 19 uses four dielectric plates, the tilt of the phase distribution is larger than that of the beam tilt angle control device 80 using three dielectric plates shown in FIG. Can be smoothed.
  • the beam tilt angle control device 90 shown in FIGS. 18 and 19 includes a plurality of combinations of dielectric plates that are circular when the two dielectric plates are aligned with each other on the same plane. Can be made flat, that is, a state where the beam is not tilted.
  • each dielectric plate included in the beam tilt angle control device is the same.
  • the thickness of each dielectric plate may be different.
  • the material of each dielectric plate included in the beam tilt angle control device is the same.
  • the material of each dielectric plate may be different. That is, in the present invention, the size, thickness, material, and the like of each dielectric plate included in the beam tilt angle control device can be determined in consideration of the beam characteristics and the beam tilt angle.

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Abstract

本発明にかかるビームチルト角制御装置（１）は、誘電体板（１１）と、少なくとも一部が誘電体板（１１）と厚さ方向において重畳するように配置された誘電体板（１２）と、を少なくとも備える。本発明にかかるビームチルト角制御装置（１）では、誘電体板（１１、１２）の厚さ方向において誘電体板（１１、１２）が重なる面積を変えることで、誘電体板（１１、１２）の厚さ方向に伝搬するビームのチルト角を制御するように構成されている。

Description

ビームチルト角制御装置、アンテナシステム、無線通信装置、及びビームチルト角制御方法
　本発明はビームチルト角制御装置、アンテナシステム、無線通信装置、及びビームチルト角制御方法に関し、特に少なくとも２枚の誘電体板を用いたビームチルト角制御装置、アンテナシステム、無線通信装置、及びビームチルト角制御方法に関する。
　マイクロ波を用いた無線通信では、指向性を備えたパラボラアンテナや平面型アンテナ等が用いられている。指向性アンテナを用いた無線通信では、アンテナ設置時の位置ずれやアンテナの振動等によってビームの方向がずれてしまう場合があり、無線通信に影響を与える場合があった。
　特許文献１には、アンテナを固定したままでビームの指向性を容易に微調整することができる平面型マイクロ波アンテナに関する技術が開示されている。また、特許文献２には、傾斜角を有する誘電体カバーをスロットアレーアンテナと対向するように設けてビームのチルト角を調整する技術が開示されている。
特開平７－１７０１２１号公報 特開２００４－１５４０８号公報
　背景技術で説明したように、指向性アンテナを用いた無線通信では、アンテナ設置時の位置ずれ等によりビームの方向がずれてしまう場合があった。例えば、このようなビーム方向のずれはビームのチルト角を調整することで修正することができる。特許文献１に開示されている技術では、扇状（中心角が９０度）の２枚のビームチルト板の位置を同一面内において変位させることで、ビームのチルト角を調整している。
　しかしながら、特許文献１に開示されている技術では、扇状の２枚のビームチルト板を同一面内において変位させているのみであり（つまり、２枚のビームチルト板は重ならない）、このためビームのチルト角を制御する際に位相能率が低下し、利得が低下するという問題があった。
　上記課題に鑑み本発明の目的は、ビームのチルト角を制御する際に利得が低下することを抑制可能なビームチルト角制御装置、アンテナシステム、無線通信装置、及びビームチルト角制御方法を提供することである。
　本発明にかかるビームチルト角制御装置は、第１の誘電体板と、少なくとも一部が前記第１の誘電体板と厚さ方向において重畳可能に配置された第２の誘電体板と、を少なくとも備え、前記第１及び第２の誘電体板の厚さ方向において前記第１及び第２の誘電体板が重なる面積を変えることで、前記第１及び第２の誘電体板の厚さ方向に伝搬するビームのチルト角を制御する。
　本発明にかかるビームチルト角制御方法は、第１の誘電体板と、少なくとも一部が前記第１の誘電体板と厚さ方向において重畳可能に配置された第２の誘電体板と、を用いたビームチルト角制御方法であって、前記第１及び第２の誘電体板の厚さ方向において前記第１及び第２の誘電体板が重なる面積を変えることで、前記第１及び第２の誘電体板の厚さ方向に伝搬するビームのチルト角を制御する。
　本発明により、ビームのチルト角を制御する際に利得が低下することを抑制可能なビームチルト角制御装置、アンテナシステム、無線通信装置、及びビームチルト角制御方法を提供することができる。
実施の形態１にかかるビームチルト角制御装置を示す正面図である。 図１の切断線ＩＩ－ＩＩにおける断面図である。 図１の切断線ＩＩＩ－ＩＩＩにおける断面図である。 ビームチルト角制御装置の回動角α１、α２とチルト角δとの関係を示す図である。 ビームチルト角制御装置の回動角α１、α２とチルト角との関係のシミュレーション結果を示す図である。 実施の形態１にかかるビームチルト角制御装置を備えたアンテナシステムを示す断面図である。 実施の形態１にかかるアンテナシステムの他の構成例を示す断面図である。 実施の形態１にかかるアンテナシステムの他の構成例を示す断面図である。 実施の形態１にかかるアンテナシステムの他の構成例を示す断面図である。 実施の形態１にかかるアンテナシステムの他の構成例を示す断面図である。 実施の形態２にかかるビームチルト角制御装置を示す正面図および側面図である。 実施の形態２にかかるアンテナシステムのシステム構成を示す図である。 実施の形態３にかかるアンテナシステムのシステム構成を示す図である。 実施の形態４にかかるアンテナシステムのシステム構成を示す図である。 ビームチルト角制御装置の他の構成例を示す正面図である。 ビームチルト角制御装置の他の構成例を示す正面図および断面図である。 ビームチルト角制御装置の他の構成例を示す正面図および断面図である。 ビームチルト角制御装置の他の構成例を示す正面図である。 ビームチルト角制御装置の他の構成例を示す正面図および断面図である。
＜実施の形態１＞
　以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
　図１は、実施の形態１にかかるビームチルト角制御装置を示す正面図である。図２は、図１の切断線ＩＩ－ＩＩにおける断面図である。図３は、図１の切断線ＩＩＩ－ＩＩＩにおける断面図である。図１～図３に示すように、本実施の形態にかかるビームチルト角制御装置１は、誘電体板１１（第１の誘電体板）と誘電体板１２（第２の誘電体板）とを備える。誘電体板１１および誘電体板１２はそれぞれ半円形の板状部材であり、例えばポリカーボネートやＡＢＳ樹脂などの樹脂材料（比誘電率が３～４程度）を用いて構成することができる。例えば、誘電体板１１および誘電体板１２のそれぞれの直径は同一とすることができる。
　図２、図３に示すように、誘電体板１１および誘電体板１２はそれぞれ少なくとも一部が誘電体板１１、１２の厚さ方向（ｚ軸方向）において重畳可能に配置されている。誘電体板１１および誘電体板１２はそれぞれ、誘電体板１１および誘電体板１２のそれぞれの主面がｘｙ平面と平行になるように配置されている。
　誘電体板１１および誘電体板１２は、回動軸１３を中心に回動可能に構成されている。例えば、誘電体板１１および誘電体板１２は、回動軸１３を中心に互いに逆方向に回動可能に構成されている。ここで、誘電体板１１の直径とｘ軸との成す角度をα１とし、誘電体板１２の直径とｘ軸との成す角度をα２とすると、誘電体板１１および誘電体板１２は、回動軸１３を中心に互いに逆方向に回動する際、α１＝α２の関係を保持しながら回動する。具体的には、誘電体板１１が時計回りに角度α１回動した場合、誘電体板１２は反時計回りに角度α２（α２＝α１）回動する。
　本実施の形態において、ビームはｚ軸方向、つまり誘電体板１１および誘電体板１２の厚さ方向に伝搬する。ビームが誘電体板１１、１２を通過する際、ビームの電磁界の速度が遅れる。例えば、誘電体板１１、１２の一枚当たりの位相遅延量をΔθとすると、Δθは次の式で表すことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　ここで、εｒは誘電体板の比誘電率、ｔは誘電体板の厚さ、λは自由空間における波長を示す。例えば、誘電体板の比誘電率をεｒ＝３、波長をλ＝５［ｍｍ］（周波数６０［ＧＨｚ］）、誘電体板の厚さをｔ＝２［ｍｍ］とすると、Δθ＝π／８［ｒａｄ］（４５度）となる。
　図１に示すように、本実施の形態にかかるビームチルト角制御装置１では、誘電体板１１および誘電体板１２を回動軸１３を中心に回動可能に構成している。よって、ビームが通過するｚ軸方向において、誘電体板がない領域１９、誘電体板が１枚の領域（図３の断面図参照）、及び誘電体板が２枚の領域（図２の断面図参照）をそれぞれ可変的に形成することができる。ここで、誘電体板がない領域１９は位相遅延量が０であり、誘電体板が１枚の領域は位相遅延量がΔθであり、誘電体板が２枚の領域は位相遅延量が２×Δθである。
　図４は、ビームチルト角制御装置１の回動角α１、α２とチルト角δ（誘電体板１１、１２の法線とビーム方向とが成す角）との関係を示す図である。図４のグラフの横軸は放射角度、縦軸は利得である。図４の左図に示すように、誘電体板１１、１２の角度α１、α２がそれぞれ０度の場合は（α１＝α２＝０度）、２枚の半円形の誘電体板１１、１２が１つの円を形成する。このとき、ビームは円全体において１枚の誘電体板を通過することになるので、ビームのチルト角は変化しない。よって、ビームの放射角度は変化しない（δ＝δ０＝０度）。
　一方、図４の中央の図に示すように、誘電体板１１、１２の角度α１、α２をそれぞれ３０度とした場合（α１＝α２＝３０度）、つまり、誘電体板１１を時計回りにα１＝３０度回動させ、誘電体板１２を反時計回りにα２＝３０度回動させた場合は、ビームの放射角度がｘ軸マイナス側にシフトする。このときのチルト角は、δ＝δ１（δ１＞０）となる。
　また、図４の右図に示すように、誘電体板１１、１２の角度α１、α２をそれぞれ６０度とした場合（α１＝α２＝６０度）、つまり、誘電体板１１を時計回りにα１＝６０度回動させ、誘電体板１２を反時計回りにα２＝６０度回動させた場合は、ビームの放射角度がｘ軸マイナス側にシフトする。このときのチルト角は、δ＝δ２（δ２＞δ１）となる。
　図１に示すビームチルト角制御装置１では、２枚の半円形の誘電体板１１、１２を用いているので、２枚の半円形の誘電体板１１、１２が半円形状に重なった場合、つまり、α１＝α２＝９０度となった場合に、ｘ軸マイナス側におけるビームのチルト角が最も大きくなる。
　図５は、ビームチルト角制御装置１の回動角α１、α２とチルト角との関係のシミュレーション結果を示す図である。図５のグラフの横軸は放射角度、縦軸は利得である。図５に示すシミュレーション結果は、誘電体板１１、１２の直径が２００［ｍｍ］である場合のシミュレーション結果である。また、誘電体板の比誘電率をεｒ＝３、波長をλ＝５［ｍｍ］（周波数６０［ＧＨｚ］）、誘電体板の厚さをｔ＝２［ｍｍ］としている。この場合、上記の式（１）から、Δθ＝π／８［ｒａｄ］（４５度）となる。
　図５に示すように、誘電体板１１、１２の角度α１、α２を増加させるにつれて、ビームの放射角度がマイナス側にシフトする。この結果は、図４で説明したビームチルト角制御装置１の動作と対応している。また、例えば、誘電体板１１、１２の角度α１、α２が０度の結果に着目すると、放射角度が１度シフトした場合、利得は５［ｄＢ］減少する。つまりこれはアンテナ装置の角度が１度ずれた場合、利得が５［ｄＢ］減少することを意味する。しかし、本実施の形態にかかるビームチルト角制御装置１を用いてビームの放射角度を１度シフトさせることで、このアンテナ装置の角度のずれを補償することができ、利得を５［ｄＢ］改善することができる。
　このように、本実施の形態にかかるビームチルト角制御装置１は、誘電体板１１、１２の厚さ方向（ｚ軸方向）において誘電体板１１、１２が重なる面積を変えることで、誘電体板１１、１２の厚さ方向に伝搬するビームのチルト角を制御することができる。
　背景技術で説明したように、マイクロ波を用いた無線通信では、指向性を備えたパラボラアンテナや平面型アンテナ等が用いられている。指向性アンテナを用いた無線通信では、アンテナ設置時の位置ずれやアンテナの振動等によってビームの方向がずれてしまう場合があり、無線通信に影響を与える場合があった。
　具体的には、アンテナを設置する際、金具を使用してアンテナの方向を調整する。アンテナの方向を調整した後、アンテナを固定するためにボルト・ナットを使用して本締めをするが、この本締めをするときにアンテナの向きが僅かにずれてしまい、無線通信に影響を与える場合があった。特にこの問題は、アンテナのビーム幅が狭いときに問題になる。
　また、アンテナを細いポールに取り付ける場合がある。この場合は、例えば自動車などの通行や強風などでポールが揺れることがある。アンテナのビーム幅が狭いときには、このポールの揺れに伴うアンテナのビームのずれが問題となる。
　例えば、このようなビームのずれはビームのチルト角を調整することで修正することができる。特許文献１に開示されている技術では、扇状（中心角が９０度）の２枚のビームチルト板の位置を同一面内において変位させることで、ビームのチルト角を調整している。
　しかしながら、特許文献１に開示されている技術では、扇状の２枚のビームチルト板を同一面内において変位させているのみであり（つまり、２枚のビームチルト板は重ならない）、このためビームのチルト角を制御する際に位相能率が低下し、利得が低下するという問題があった。
　これに対して本実施の形態にかかるビームチルト角制御装置１では、誘電体板１１と、少なくとも一部が誘電体板１１と厚さ方向において重畳可能に配置された誘電体板１２と、を少なくとも配置し、誘電体板１１、１２の厚さ方向において誘電体板１１、１２が重なる面積を変えることで、誘電体板１１、１２の厚さ方向に伝搬するビームのチルト角を制御している。
　つまり、本実施の形態にかかるビームチルト角制御装置１では、誘電体板１１、１２の少なくとも一部が厚さ方向において互いに重なるようにすることで、誘電体板がない領域、誘電体板が１枚の領域、及び誘電体板が２枚の領域をそれぞれ可変的に形成することができる。ここで、誘電体板がない領域は位相遅延量が０であり、誘電体板が１枚の領域は位相遅延量がΔθであり、誘電体板が２枚の領域は位相遅延量が２×Δθである。
　すなわち、本実施の形態にかかるビームチルト角制御装置１では、２枚以上の誘電体板の少なくとも一部が厚さ方向において互いに重なるように配置することで、３つ以上の異なる位相遅延量を有する領域を形成することができる。一方、特許文献１に開示されている技術では、２つの異なる位相遅延量を有する領域を形成するのみである。したがって、本実施の形態にかかるビームチルト角制御装置１では、特許文献１に開示されている技術と比べて、ビームの進行方向と垂直な面における位相分布を滑らかにすることができるので、ビームの位相能率を向上させることができる。よって、ビームのチルト角を制御する際に利得が低下することを抑制することができる。
　なお、上記ではビームチルト角制御装置１がビームをｘ軸マイナス側にシフトさせる場合について説明した（図４参照）。しかし本実施の形態にかかるビームチルト角制御装置１では、ビームをｘ軸プラス側にシフトさせてもよい。この場合は、図４の左図（α１＝α２＝０度）に示す誘電体板１１を反時計回りに、誘電体板１２を時計回りに回動する。換言すると、誘電体板１１、１２がｘ軸プラス側に集まるようにする。
　同様に、本実施の形態にかかるビームチルト角制御装置１では、ビームをｙ軸プラス側にシフトさせてもよく、またビームをｙ軸マイナス側にシフトさせてもよい。更に、ビームを斜め方向にシフトさせてもよい。すなわち、本実施の形態にかかるビームチルト角制御装置１では、誘電体板１１、１２が重なる面積および重なる位置を変えることで、誘電体板１１、１２の厚さ方向に伝搬するビームのチルト角を任意に制御することができる。
　また、上記では、誘電体板１１および誘電体板１２を回動軸１３を中心に互いに逆方向に回動可能する際、α１＝α２の関係を保持しながら回動する場合について説明した。しかし本実施の形態にかかるビームチルト角制御装置１では、誘電体板１１および誘電体板１２を回動する際、α１とα２とがそれぞれ異なる値となるようにしてもよい。このように、α１およびα２の値をそれぞれ独立に制御することで、ビームのチルト角をより柔軟に制御することができる。
　また、上記では、半円形の誘電体板１１および誘電体板１２を用いた場合について説明したが、本実施の形態にかかるビームチルト角制御装置１では、扇型の誘電体板（中心角が０より大きく３６０よりも小さい）を用いてもよい（中心角が１８０度の場合は半円形となる）。また、例えば、誘電体板１１および誘電体板１２のそれぞれの直径を異なるようにしてもよい。また、扇型の中心側を切り欠いた形状としてもよい。すなわち、本実施の形態にかかるビームチルト角制御装置１では、ビームのチルト角に応じて誘電体板の形状を決定することができる。更に、複数の誘電体板はそれぞれ異なる形状を備えていてもよい。
　図６は、本実施の形態にかかるビームチルト角制御装置を備えたアンテナシステムを示す断面図である。図６に示すように、アンテナシステム５_１は、ビームチルト角制御装置１とアンテナ装置１４とを備える。例えば、アンテナ装置１４はパラボラアンテナを用いて構成されており、ビームチルト角制御装置１は、アンテナ装置１４の放射面と対向するように配置されている。アンテナ装置１４からビームが放射される場合は、アンテナ装置１４から放射されたビームがビームチルト角制御装置１を通過した後、空間に放射される。また、アンテナ装置１４にビームが入射する場合は、ビームチルト角制御装置１を通過した後のビームをアンテナ装置１４で受信する。なお、ビームチルト角制御装置１の構成および動作については上記で説明した場合と同様である。
　図７は、本実施の形態にかかるアンテナシステムの他の構成例を示す断面図である。図７に示すように、アンテナシステム５_２は、ビームチルト角制御装置１とアンテナ装置１４とを備える。例えば、アンテナ装置１４はパラボラアンテナを用いて構成されており、ビームチルト角制御装置１は、アンテナ装置１４の放射面と対向するように配置されている。更に、図７に示すアンテナシステム５_２は、ビームチルト角制御装置１がレドーム１５の内部に配置されている。このようにレドーム１５の内部にビームチルト角制御装置１を配置することで、ビームチルト角制御装置１を外部環境（風雨等）から保護することができ、また景観をよくすることができる。
　図８は、本実施の形態にかかるアンテナシステムの他の構成例を示す断面図である。図８に示すように、アンテナシステム５_３は、ビームチルト角制御装置１とレンズアンテナ１６と一次放射器１７とを備える。ここで、レンズアンテナ１６および一次放射器１７はアンテナ装置を構成している。レンズアンテナ１６の一次放射器１７側の面は凸状（湾曲状）になっており、一次放射器１７と反対側の面は平面になっている。また、ビームチルト角制御装置１は、レンズアンテナ１６の放射面と対向するように配置されている。
　図９は、本実施の形態にかかるアンテナシステムの他の構成例を示す断面図である。図９に示すように、アンテナシステム５_４は、ビームチルト角制御装置１とレンズアンテナ１８と一次放射器１７とを備える。ここで、レンズアンテナ１８および一次放射器１７はアンテナ装置を構成している。レンズアンテナ１８の一次放射器１７側の面は平面になっており、一次放射器１７と反対側の面は凸状（湾曲状）になっている。図９に示すアンテナシステム５_４では、レンズアンテナ１８と一次放射器１７との間にビームチルト角制御装置１を配置している。
　図１０は、本実施の形態にかかるアンテナシステムの他の構成例を示す断面図である。図１０に示すように、アンテナシステム５_５は、ビームチルト角制御装置１’とレンズアンテナ１９と一次放射器１７とを備える。ここで、レンズアンテナ１９および一次放射器１７はアンテナ装置を構成している。レンズアンテナ１９の一次放射器１７側の面は平面になっており、一次放射器１７と反対側の面は凸状（湾曲状）になっている。図１０に示すアンテナシステム５_５では、レンズアンテナ１９の凸状の面と対応する形状（湾曲状）の誘電体板１１’、１２’（ビームチルト角制御装置１’）を、レンズアンテナ１９の凸状の面と対向するように配置している。
　なお、上記で説明したアンテナシステムは、任意の無線通信装置に用いることができる。
　以上で説明した発明により、ビームのチルト角を制御する際に利得が低下することを抑制可能なビームチルト角制御装置、アンテナシステム、無線通信装置、及びビームチルト角制御方法を提供することができる。
＜実施の形態２＞
　次に、本発明の実施の形態２について説明する。図１１は、実施の形態２にかかるビームチルト角制御装置を示す正面図および側面図である。図１１に示すように、本実施の形態にかかるビームチルト角制御装置２は、誘電体板２１と誘電体板２２とを備える。誘電体板２１および誘電体板２２はそれぞれ、円形の誘電体板２３、２５の外周部分を残しつつ、円形の誘電体板２３、２５の一部を半円形状（符号２４、２６で示す）に刳り貫いた形状である。誘電体板２１および誘電体板２２は、例えばポリカーボネートやＡＢＳ樹脂などの樹脂材料（比誘電率が３～４程度）を用いて構成することができる。例えば、誘電体板２１および誘電体板２２のそれぞれの直径は同一とすることができる。
　図１１の側面図に示すように、誘電体板２１および誘電体板２２はそれぞれ誘電体板２１、２２の厚さ方向において重畳するように配置されている。誘電体板２１および誘電体板２２は、回動軸２９を中心に回動可能に構成されている。例えば、誘電体板２１および誘電体板２２は、回動軸２９を中心に互いに逆方向に回動可能に構成されている。誘電体板２１の側面側には回動機構２７が設けられており、回動機構２７が誘電体板２１の側面と当接しつつ回動することで、誘電体板２１が回動軸２９を中心に回動する。同様に、誘電体板２２の側面側には回動機構２８が設けられており、回動機構２８が誘電体板２２の側面と当接しつつ回動することで、誘電体板２２が回動軸２９を中心に回動する。回動機構２７および回動機構２８はそれぞれ、モータ３４_１、モータ３４_２（図１１では総称してモータ３４と記載している）を用いて駆動する。
　なお、誘電体板２１、２２を用いてビームのチルト角を制御する動作については、実施の形態１で説明した場合と同様であるので、重複した説明は省略する。
　次に、本実施の形態にかかるアンテナシステムについて説明する。図１２は、本実施の形態にかかるアンテナシステムのシステム構成を示す図である。図１２に示すように、本実施の形態にかかるアンテナシステム３０_１は、ビームチルト角制御装置２、アンテナ装置１４、無線機３１、センサ３２、変位量検出部４１、角度検出部４２、制御部４３、駆動部４４、モータ３４_１、３４_２、及びエンコーダ３５_１、３５_２を備える。
　無線機３１には、アンテナ装置１４で受信した受信信号が供給される。無線機３１は、受信信号に所定の信号処理を行う。センサ３２は、アンテナ装置１４の変位を検出する。センサ３２で検出されたアンテナ装置１４の変位情報は、変位量検出部４１に供給される。例えば、センサ３２は、アンテナ装置１４に取り付けられた加速度センサを用いて構成することができる。変位量検出部４１は、センサ３２から供給された変位情報（加速度情報）を用いてアンテナ装置１４の変位量を算出し、算出された変位量を制御部４３に出力する。
　角度検出部４２は、エンコーダ３５_１から誘電体板２１の回動角情報を取得し、この取得した回動角情報を制御部４３に出力する。同様に、角度検出部４２は、エンコーダ３５_２から誘電体板２２の回動角情報を取得し、この取得した回動角情報を制御部４３に出力する。
　制御部４３は、センサ３２で検出されたアンテナ装置１４の変位量に基づいて誘電体板２１、２２の位置を制御する。具体的には、制御部４３は、変位量検出部４１から供給されたアンテナ装置１４の変位量を用いて、誘電体板２１、２２の目標位置（つまり、目標角度）を決定する。このとき、制御部４３は、アンテナ装置１４で受信するビームの利得が最大となるようなビームのチルト角（つまり、アンテナ装置１４の変位を相殺するようなチルト角）を決定し、ビームがこのチルト角となるような誘電体板２１、２２の目標角度を決定する。そして、制御部４３は、角度検出部４２から取得した誘電体板２１、２２の回動角情報（つまり、誘電体板２１、２２の現在の回動角情報）と、誘電体板２１、２２の目標角度と、を比較し、誘電体板２１、２２の角度が目標角度となるための駆動量を算出する。算出された駆動量は、制御信号として駆動部４４に供給される。
　駆動部４４は、制御部４３から出力された制御信号（駆動量）に応じて誘電体板２１、２２を駆動する。具体的には、駆動部４４は、制御部４３から供給された制御信号（駆動量）に応じた駆動信号をモータ３４_１、３４_２に出力する。モータ３４_１、３４_２はそれぞれ、駆動部４４から供給された駆動信号に応じて、誘電体板２１、２２を回動させる。このような動作により、誘電体板２１、２２の角度を目標角度とすることができる。よって、ビームのチルト角を利得が最大となるようなチルト角とすることができる。
　本実施の形態においても、ビームのチルト角を制御する際に利得が低下することを抑制可能なビームチルト角制御装置、アンテナシステム、無線通信装置、及びビームチルト角制御方法を提供することができる。
＜実施の形態３＞
　次に、本発明の実施の形態３について説明する。図１３は、実施の形態３にかかるアンテナシステムのシステム構成を示す図である。本実施の形態にかかるアンテナシステム３０_２は、実施の形態２で説明したアンテナシステム３０_１と比べて、センサ３２および変位量検出部４１を備えていない点、受信レベル検出部５１を備えている点、並びに制御部５３の動作が異なる。これ以外については実施の形態２にかかるアンテナシステム３０_１と同様であるので、同一の構成要素には同一の符号を付し、重複した説明は省略する。
　無線機３１は、アンテナ装置１４で受信した受信信号の信号レベルに対応した受信レベル信号（例えば、ＲＳＳＩ（Received Signal Strength Indicator））を受信レベル検出部５１に出力する。受信レベル検出部５１は、アンテナ装置１４で受信した信号の受信レベルを検出する。具体的には、受信レベル検出部５１は、無線機３１から供給された受信レベル信号を用いてアンテナ装置１４の受信レベルを検出し、検出された受信レベルを制御部５３に出力する。
　制御部５３は、受信レベル検出部５１で検出された受信レベルに基づいて誘電体板２１、２２の位置を制御する。具体的には、制御部５３は、受信レベル検出部５１から供給されたアンテナ装置１４の受信レベルをモニタしつつ、誘電体板２１、２２を駆動するように駆動部４４に指示を出す。そして、制御部５３は、受信レベル検出部５１から供給されたアンテナ装置１４の受信レベルが最大値となった場合（または、所定の閾値を超えた場合でもよい）、誘電体板２１、２２の駆動を停止するように駆動部４４に指示を出す。このように、アンテナ装置１４の受信レベルをモニタしつつ、誘電体板２１、２２を駆動することで、アンテナ装置１４の受信レベルが最大値となる誘電体板２１、２２の角度α１、α２（または、所定の閾値を超える誘電体板２１、２２の角度α１、α２でもよい）を特定することができる。このとき、制御部５３には、角度検出部４２から誘電体板２１、２２の回動角情報（つまり、誘電体板２１、２２の現在の回動角情報）が供給されるので、制御部５３はアンテナ装置１４の受信レベルが最大値となる誘電体板２１、２２の角度α１、α２を把握することができる。この角度α１、α２の情報は、次回の制御の際に用いることができる。
＜実施の形態４＞
　次に、本発明の実施の形態４について説明する。図１４は、実施の形態４にかかるアンテナシステムのシステム構成を示す図である。本実施の形態にかかるアンテナシステム３０_３は、実施の形態２にで説明したアンテナシステム３０_１と実施の形態３で説明したアンテナシステム３０_２とを組み合わせた構成を備える。なお、実施の形態２、３にかかるアンテナシステム３０_１、３０_２と同一の構成要素には同一の符号を付し、重複した説明は省略する。
　本実施の形態にかかるアンテナシステム３０_３が備える制御部６３は、実施の形態２で説明したアンテナシステム３０_１の動作と実施の形態３で説明したアンテナシステム３０_２の動作とを組み合わせて実施することができる。つまり、制御部６３は、センサ３２で検出されたアンテナ装置１４の変位量および受信レベル検出部５１で検出された受信レベルに基づいて誘電体板２１、２２の位置を制御する。
　例えば、制御部６３は、変位量検出部４１から供給されたアンテナ装置１４の変位量を用いて、誘電体板２１、２２の目標位置（つまり、目標角度）を決定する。このとき、制御部６３は、アンテナ装置１４で受信するビームの利得が最大となるようなビームのチルト角を決定し、ビームをこのチルト角とするための誘電体板２１、２２の目標角度を決定する。そして、制御部６３は、角度検出部４２から取得した誘電体板２１、２２の回動角情報（つまり、誘電体板２１、２２の現在の回動角情報）と、誘電体板２１、２２の目標角度と、を比較し、誘電体板２１、２２の角度を目標角度とするための駆動量を算出する。算出された駆動量は、制御信号として駆動部４４に供給される。
　駆動部４４は、制御部６３から供給された制御信号（駆動量）に応じた駆動信号をモータ３４_１、３４_２に出力する。モータ３４_１、３４_２はそれぞれ、駆動部４４から供給された駆動信号に応じて、誘電体板２１、２２を回動させる。
　そして、誘電体板２１、２２を回動させる際、制御部６３は、受信レベル検出部５１で検出された受信レベルをモニタする。このように、受信レベルをモニタすることで、誘電体板２１、２２の目標角度が若干ずれていた場合であっても、誘電体板２１、２２をビームの利得が最大となる位置に移動させることができる。
　なお、本実施の形態にかかるアンテナシステム３０_３では、実施の形態２で説明したアンテナシステム３０_１の動作と実施の形態３で説明したアンテナシステム３０_２の動作とを、状況に応じて使い分けるようにしてもよい。例えば、アンテナ装置１４の揺れ（つまり、早い変化）に対しては、制御部６３は、センサ３２で検出されたアンテナ装置１４の変位量に基づいて誘電体板２１、２２の位置を制御するようにしてもよい（実施の形態２参照）。また、アンテナ装置１４の設置等における変化（つまり、遅い変化）や角度検出部４２の積算誤差を補正する際には、制御部５３は、受信レベル検出部５１で検出された受信レベルに基づいて誘電体板２１、２２の位置を制御してもよい（実施の形態３参照）。
＜その他の実施の形態＞
　以下、その他の実施の形態として、ビームチルト角制御装置の他の構成例、つまり誘電体板の他の構成例について説明する。
　例えば、図１５の正面図に示すように、ビームチルト角制御装置７０は、円形の誘電体板の円周上の２点を結んだ直線で円形の誘電体板を切断することで形成された２枚の誘電体板７１、７２を用いて構成してもよい。図１６のビームチルト角制御装置７０_１に示すように、２枚の誘電体板７１、７２を厚さ方向において重ならないように配置した場合は、ビームチルト角制御装置７０_１を通過するビームの位相遅延量がビームチルト角制御装置７０_１全体で均等になる（位相遅延量Δθ）。よって、ビームの位相分布は平坦になる。
　一方、図１６のビームチルト角制御装置７０_２に示すように、誘電体板７２を誘電体板７１側に移動し、誘電体板７１と誘電体板７２とが厚さ方向において重なるように配置した場合は、厚さ方向における誘電体板の枚数（つまり、ビームが通過する誘電体板の枚数）を変えることができる（断面図参照）。具体的には、誘電体板が２枚の領域（位相遅延量が２×Δθ）、１枚の領域（位相遅延量がΔθ）、そして誘電体板がない領域７３（位相遅延量が０）を形成することができる。この場合は、誘電体板が２枚の領域から誘電体板がない領域７３に向かって次第に位相遅延量が少なくなるようにすることができる。よって、ビームの位相分布を滑らかに変えることができる（位相分布のグラフ参照）。
　また、例えば、図１７の正面図に示すように、ビームチルト角制御装置８０は、異なる形状を有する３枚の誘電体板８１、８２、８３を用いて構成してもよい。３枚の誘電体板８１、８２、８３は各々、同一直径の円を円周上の２点を結んだ直線で切断した形状を有する。よって、各々の誘電体板８１、８２、８３を重ねた際、各々の誘電体板８１、８２、８３の円周部分が一致する。
　例えば、各々の誘電体板８１、８２、８３が図１７の左側において重なるように配置した場合、厚さ方向における誘電体板の枚数を変えることができる（断面図参照）。具体的には、誘電体板が３枚の領域（位相遅延量が３×Δθ）、２枚の領域（位相遅延量が２×Δθ）、１枚の領域（位相遅延量がΔθ）、そして誘電体板がない領域８４（位相遅延量が０）を形成することができる。この場合は、誘電体板が３枚の領域から誘電体板がない領域８４に向かって次第に位相遅延量が少なくなるようにすることができる。よって、ビームの位相分布を滑らかに変えることができる（位相分布のグラフ参照）。図１７に示すビームチルト角制御装置８０では３枚の誘電体板を用いているので、図１６に示した２枚の誘電体板を用いているビームチルト角制御装置７０よりも位相分布の傾斜を滑らかにすることができる。
　また、例えば、図１８の正面図に示すように、ビームチルト角制御装置９０は、異なる形状を有する４枚の誘電体板９１～９４を用いて構成してもよい。例えば、誘電体板９１、９４はそれぞれ、円形の誘電体板の円周上の２点を結んだ直線で円形の誘電体板を切断することで形成することができる。また、誘電体板９２、９３はそれぞれ、円形の誘電体板の円周上の２点を結んだ直線で円形の誘電体板を切断することで形成することができる。すなわち、誘電体板９１および誘電体板９４を合わせると円形となり、誘電体板９２および誘電体板９３を合わせると円形となる。
　図１９のビームチルト角制御装置９０_１の断面図に示すように、２枚の誘電体板９１、９４を厚さ方向において重ならないように配置し、２枚の誘電体板９２、９３を厚さ方向において重ならないように配置し、更に、誘電体板９１、９４および誘電体板９２、９３が厚さ方向において重なるように配置する。この場合は、ビームチルト角制御装置９０_１を通過するビームは必ず２枚の誘電体板を通過することになるので、位相遅延量がビームチルト角制御装置９０_１全体で均等になる。よって、ビームの位相分布は平坦になる。
　一方、図１９のビームチルト角制御装置９０_２に示すように、各々の誘電体板９１～９４が図１９の左側において重なるように配置した場合、厚さ方向における誘電体板の枚数を変えることができる（断面図参照）。具体的には、誘電体板が４枚の領域（位相遅延量が４×Δθ）、３枚の領域（位相遅延量が３×Δθ）、２枚の領域（位相遅延量が２×Δθ）、１枚の領域（位相遅延量がΔθ）、そして誘電体板がない領域９５（位相遅延量が０）を形成することができる。この場合は、誘電体板が４枚の領域から誘電体板がない領域９５に向かって次第に位相遅延量が少なくなるようにすることができる。よって、ビームの位相分布を滑らかに変えることができる（位相分布のグラフ参照）。図１９に示すビームチルト角制御装置９０では４枚の誘電体板を用いているので、図１７に示した３枚の誘電体板を用いているビームチルト角制御装置８０よりも位相分布の傾斜を滑らかにすることができる。
　また、図１８、図１９に示したビームチルト角制御装置９０では、２枚の誘電体板を同一平面上において互いに合わせると円形となる誘電体板の組み合わせを複数組備えるので、ビームの位相分布が平坦になる状態、つまり、ビームをチルトさせない状態をつくることができる。
　また、上記ではビームチルト角制御装置が備える各々の誘電体板の厚さを同一とした場合について説明したが、各々の誘電体板の厚さが異なるようにしてもよい。また、上記ではビームチルト角制御装置が備える各々の誘電体板の材料を同一とした場合について説明したが、各々の誘電体板の材料が異なるようにしてもよい。すなわち、本発明ではビームの特性やビームのチルト角などを考慮して、ビームチルト角制御装置が備える各々の誘電体板の大きさ、厚さ、材料などを決定することができる。
　以上、実施の形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記によって限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。
　この出願は、２０１５年７月９日に出願された日本出願特願２０１５－１３７６２０を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
１、２　ビームチルト角制御装置
１１、１２　誘電体板
１３　回動軸
１４　アンテナ装置
１５　レドーム
１６、１８、１９　レンズアンテナ
１７　一次放射器
２１、２２　誘電体板
２７、２８　回動機構
３１　無線機
３２　センサ
３４、３４_１、３４_２　モータ
３５_１、３５_２　エンコーダ
４１　変位量検出部
４２　角度検出部
４３、５３、６３　制御部
４４　駆動部
５１　受信レベル検出部

Claims (14)

  1. 　第１の誘電体板と、
    　少なくとも一部が前記第１の誘電体板と厚さ方向において重畳可能に配置された第２の誘電体板と、を少なくとも備え、
    　前記第１及び第２の誘電体板の厚さ方向において前記第１及び第２の誘電体板が重なる面積を変えることで、前記第１及び第２の誘電体板の厚さ方向に伝搬するビームのチルト角を制御する、
    　ビームチルト角制御装置。
  2. 　前記第１及び第２の誘電体板はそれぞれ、回動軸を中心に互いに逆方向に回動可能に構成されている、請求項１に記載のビームチルト角制御装置。
  3. 　前記第１及び第２の誘電体板はそれぞれ半円形である、請求項１または２に記載のビームチルト角制御装置。
  4. 　前記第１及び第２の誘電体板はそれぞれ、円形の誘電体板の外周部分を残しつつ、前記円形の誘電体板の一部を半円形状に刳り貫いた形状である、請求項１または２に記載のビームチルト角制御装置。
  5. 　前記第１及び第２の誘電体板はそれぞれ扇形である、請求項１または２に記載のビームチルト角制御装置。
  6. 　２枚の誘電体板を同一平面上において互いに合わせると円形となる複数の誘電体板の組み合わせを複数組備える、請求項１または２に記載のビームチルト角制御装置。
  7. 　請求項１乃至６のいずれか一項に記載のビームチルト角制御装置と、
    　前記ビームチルト角制御装置と対向するように配置されたアンテナ装置と、を備える、
    　アンテナシステム。
  8. 　前記アンテナ装置の変位を検出するセンサと、
    　前記センサで検出された前記アンテナ装置の変位量に基づいて前記第１及び第２の誘電体板の位置を制御する制御部と、
    　前記制御部から出力された制御信号に応じて前記第１及び第２の誘電体板を駆動する駆動部と、を備える、
    　請求項７に記載のアンテナシステム。
  9. 　前記アンテナ装置で受信した信号の受信レベルを検出する受信レベル検出部と、
    　前記受信レベル検出部で検出された受信レベルに基づいて前記第１及び第２の誘電体板の位置を制御する制御部と、
    　前記制御部から出力された制御信号に応じて前記第１及び第２の誘電体板を駆動する駆動部と、を備える、
    　請求項７に記載のアンテナシステム。
  10. 　前記アンテナ装置の変位を検出するセンサと、
    　前記アンテナ装置で受信した信号の受信レベルを検出する受信レベル検出部と、
    　前記センサで検出された前記アンテナ装置の変位量および前記受信レベル検出部で検出された受信レベルの少なくとも一つに基づいて前記第１及び第２の誘電体板の位置を制御する制御部と、
    　前記制御部から出力された制御信号に応じて前記第１及び第２の誘電体板を駆動する駆動部と、を備える、
    　請求項７に記載のアンテナシステム。
  11. 　前記ビームチルト角制御装置はレドームの内部に配置されている、請求項７乃至１０のいずれか一項に記載のアンテナシステム。
  12. 　前記アンテナ装置はレンズアンテナであり、
    　前記ビームチルト角制御装置が備える前記第１及び第２の誘電体板は、前記レンズアンテナの凸状の面と対応する形状である、
    　請求項７乃至１１のいずれか一項に記載のアンテナシステム。
  13. 　請求項７乃至１２のいずれか一項に記載のアンテナシステムを備える無線通信装置。
  14. 　第１の誘電体板と、少なくとも一部が前記第１の誘電体板と厚さ方向において重畳可能に配置された第２の誘電体板と、を用いたビームチルト角制御方法であって、
    　前記第１及び第２の誘電体板の厚さ方向において前記第１及び第２の誘電体板が重なる面積を変えることで、前記第１及び第２の誘電体板の厚さ方向に伝搬するビームのチルト角を制御する、
    　ビームチルト角制御方法。
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