本发明涉及双波束天线用的供电电路以及天线装置。
背景技术：
以往，已知使用在水平方向排列的共通的多个天线元件，向不同方向辐射2个波束的双波束天线(也称为双波束天线)(例如，参照专利文献1、2)。
在双波束天线用的供电电路中，具有两个输入供电信号的供电端子，通过将从该2个供电端子输入的供电信号分配给各天线元件，并且分别调整对各天线元件提供的供电信号的电力与相位，来调整2个波束的辐射方向等。
在专利文献1、2中，公开了在水平方向排列3个、4个、或者6个天线元件时的供电电路结构。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本专利第5324014号公报
专利文献2:国际公开第2010/059186号
技术实现要素：
发明要解决的课题
但是，近年，特别是在应用于城市地区的移动体通信用的基站天线中，将通信区域划分为多个扇区来提高容量、通信速度。例如，在6扇区基站中，在水平面内按照60度来划分通信区域，形成6个扇区。
在用于6扇区基站的天线装置中，辐射的波束的半高全宽约为33度，需要低旁瓣的水平面内指向性，以便不影响在其他扇区中的通信。
然而，如专利文献1，2所述，当设在水平方向排列的天线元件数为3、4时，波束宽度过宽，很难实现适用于6扇区基站的半高全宽。
另外，当设在水平方向排列的天线元件数为6时，供电电路的结构变得复杂，有可能使电路大型化、增加内部损耗。
因此，本发明的目的在于能够容易地实现适用于6扇区基站的半高全宽，结构简单的双波束天线用的供电电路以及天线装置。
用于解决课题的手段
本发明以解决上述问题为目的，提供一个供电电路，其对在水平方向上按顺序配置的第1～第5天线元件进行供电，该供电电路具备：90度混合(hybrid)电路，其具有输入供电信号的2个输入端以及2个输出端，将从2个所述输入端输入的电力进行等分配后从2个所述输出端输出，并且将从一个所述输入端输入的供电信号相对于一个所述输出端延迟相位90度后从另一个所述输出端输出，并且将从另一个所述输入端输入的供电信号相对于另一个所述输出端延迟相位90度后输出至一个所述输出端；等分配电路，其将从一个所述输出端输出的供电信号进行等分配后输出至所述第2以及第4天线元件；以及分配电路，其将从另一个所述输出端输出的供电信号进行分配后输出至所述第1、第3、第5天线元件，所述分配电路被构成为：以使输出至所述第1以及第5天线元件的电力相等，并且使输出至所述第1以及第5天线元件的电力之和在输出至所述第3天线元件的电力以下的方式进行分配，并且所述供电电路被构成为：使相位反相来对所述第3天线元件、所述第2天线元件和所述第4天线元件中的某一个进行供电。
另外，作为解决上述问题的目的，本发明提供一种天线装置，所述天线装置具备在水平方向上按顺序配置的第1～第5天线元件以及对各所述天线元件进行供电的供电电路，所述供电电路具备：90度混合电路，其具有输入供电信号的2个输入端以及2个输出端，将从2个所述输入端输入的电力进行等分配后从2个所述输出端输出，并且将从一个所述输入端输入的供电信号相对于一个所述输出端延迟相位90度后从另一个所述输出端输出，并且将从另一个所述输入端输入的供电信号相对于另一个所述输出端延迟相位90度后输出至一个所述输出端；等分配电路，其将从一个所述输出端输出的供电信号进行等分配后输出至所述第2以及第4天线元件；以及分配电路，其将从另一个所述输出端输出的供电信号进行分配后输出至所述第1、第3、第5天线元件，所述分配电路被构成为：以使输出至所述第1以及第5天线元件的电力相等，并且使输出至所述第1以及第5天线元件的电力之和在输出至所述第3天线元件的电力以下的方式进行分配，并且所述供电电路被构成为：使相位反相来对所述第3天线元件、所述第2天线元件和所述第4天线元件中的某一个进行供电。
发明效果
根据本发明，能够提供能够容易地实现适用于6扇区基站的半高全宽，并且结构简单的双波束天线用的供电电路以及天线装置。
附图说明
图1是示意性地表示本发明的一实施方式所涉及的供电电路的概要结构图。
图2a是说明在从一个输入端输入了供电信号时，对各天线元件2供电的供电信号的相位的说明图。
图2b是说明从一个输入端输入了供电信号时的波束的辐射方向的说明图。
图3a是说明从另一个输入端输入了供电信号时，对各天线元件2供电的供电信号的相位的说明图。
图3b是说明从另一个输入端输入了供电信号时的波束的辐射方向的说明图。
图4是示意性地表示本发明的一变形例所涉及的供电电路的概要结构图。
图5是示意性地表示本发明的一变形例所涉及的供电电路的概要结构图。
图6a是示意性地表示本发明的一实施方式所涉及的天线装置的概要结构图。
图6b是表示天线元件的概要结构的截面图。
图6c是说明天线元件中的插槽元件与供电线路的关系的说明图。
图7a是说明第1插槽元件的正常供电的说明图。
图7b是说明第1插槽元件的反相供电的说明图。
图8是说明使用了天线装置的6扇区基站的说明图。
图9是表示天线装置的辐射特性的曲线图。
具体实施方式
[实施方式]
以下，根据附图来说明本发明的实施方式。
(供电电路)
图1是示意性地表示本实施方式所涉及的供电电路的概要结构图。
本发明者针对可以实现适用于6扇区基站的约33度(具体而言是30～33度±5度)的半高全宽的天线装置进行了深入的研究，发现了通过设在水平方向排列的天线元件数为5，并在供电电路的电路结构上下功夫，能够容易地实现适用于6扇区基站的半高全宽。
如图1所示，本实施方式所涉及的供电电路1是对在水平方向排列的5个天线元件2进行供电的电路。在这里，设在水平方向按顺序配置第1～第5天线元件2a～2e。此外，针对搭载了供电电路1的天线装置的具体的结构，会在后面进行描述。
供电电路1具备90度混合电路3、等分配电路4以及不等分配电路5。
90度混合电路(也称为90度3db混合电路)3具有输入供电信号的2个输入端31a、31b与2个输出端32a、32b。
90度混合电路3对从2个输入端31a、31b输入的电力进行等分配并从2个输出端32a、32b输出。
另外，90度混合电路3将从一个输入端31a输入的供电信号相对于一个输出端32a延迟相位90度输出至另一个输出端32b，并且将从另一个输入端31b输入的供电信号相对于另一个输出端32b延迟相位90度输出至一个输出端32a。
90度混合电路3的一个输出端32a电连接至等分配电路4的输入。90度混合电路3的另一个输出端32b电连接至不等分配电路5的输入。此外，由于90度混合电路3的具体结构是公知的，因此在这里省略说明。
等分配电路4均匀分配从90度混合电路3的一个输出端32a输出的供电信号，输出至第2以及第4天线元件2b、2d。等分配电路4的一个输出电连接至第2天线元件2b，另一个输出电连接至第4天线元件2d。
不等分配电路5由1输入3输出的分配电路组成，分配从90度混合电路3的另一个输出端32b输出的供电信号，输出至第1、第3、第5天线元件2a、2c、2e。
另外，不等分配电路5输出至第1以及第5天线元件2a、2e的电力相等，并且被分配为输出至第1以及第5天线元件2a、2e的电力之和为输出至第3天线元件2c的电力以下。
等分配电路4、不等分配电路5、各电路3，4，5间的配线以及分配电路4，5与各天线元件2间的配线可以使用印刷电路板的微带线。另外，各电路3，4，5与天线元件2可以是搭载在通用的印刷电路板中，而成为一体结构。
进一步，在供电电路1中，使相位反相来对第3天线元件2c与第4天线元件2d供电。在这里，通过对第3天线元件2c与第4天线元件2d进行反相供电，使相位反相来进行供电。针对反相供电的细节会在后面进行描述。
此外，不限于反相供电，例如，可以通过插入延迟电路等相位调整电路，使相位反相来对第3天线元件2c与第4天线元件2d进行供电。但是，这种情况下，通过相位调整电路所调整的相位可能根据供电信号的频率而变化，因此特别是在应用于使用频率范围大的天线装置时，可以说理想的是使用能够可靠使相位反相的反相供电。
在这里，针对向各天线元件2供电的供电信号的电力进行说明。
如果设从不等分配电路5输出至第1以及第5天线元件2a、2e的电力为p1/2，设从不等分配电路5输出至第3天线元件2c的电力为p2，则p1≤p2的关系成立。
这种情况下，从90度混合电路3的输出端32a、32b输出的电力为p1+p2，并对第2以及第4天线元件2b、2d提供(p1+p2)/2的电力。
也就是说，在供电电路1中，(提供给第3天线元件2c的电力(＝p2))≥(提供给第2、4天线元件2b、2d的电力(＝(p1+p2)/2))＞(提供给第1、5天线元件2a、2e的电力(＝p1/2))的关系成立，提供给配置在中央的天线元件2(第3天线元件2c)的电力最大，提供给配置在端部的天线元件2(第1、5天线元件2a、2e)的电力最小。
通常，已知在水平方向排列的天线元件中，通过使越是配置在中央的天线元件的供电电力越大，越是配置在端部的天线元件的供电电力越小，能够抑制不需要的辐射，并抑制旁瓣。在供电电路1中，可以通过不等分配电路5容易地调整p1与p2的比率，可以容易地调整提供给各天线元件2的电力的比率并抑制旁瓣。
为了进一步抑制旁瓣，理想的是，设p1＜p2，(提供给第3天线元件2c的电力)＞(提供给第2、4天线元件2b、2d的电力)＞(提供给第1、5天线元件2a、2e的电力)。
接下来，针对向各天线元件2供电的供电信号的相位进行说明。
如图2a所示，当从图示左侧的输入端31a输入了供电信号时，如果设从90度混合电路3的一个输出端32a输出的供电信号的相位为0度，则从另一个输出端32b输出的供电信号的相位为-90度。
对第1，第5天线元件2a、2e供电的供电信号的相位是与从另一个输出端32b输出的供电信号的相位相同的-90度。另外，对第2天线元件2b供电的供电信号的相位是与从一个输出端32a输出的供电信号的相位相同的0度。
对第3天线元件2c供电的供电信号的相位是将从另一个输出端32b输出的供电信号的相位反相而得的，为90度。另外，对第4天线元件2d供电的供电信号的相位是将从一个输出端32a输出的供电信号的相位反相而得的，为180度。
因此，当从图示左侧的输入端31a输入供电信号时，第1～第5天线元件2a～2e的相位分别为-90度、0度、90度、180度、-90度(270度)，对各天线元件2提供逐一相差90度相位的供电信号。这种情况下，如图2b所示，波束向图示左侧的方向射出。
另一方面，如图3a所示，当从图示右侧的输入端31b输入了供电信号时，如果设从90度混合电路3的另一个输出端32b输出的供电信号的相位为0度，则从一个输出端32a输出的供电信号的相位为-90度。
对第1、第5天线元件2a、2e供电的供电信号的相位是与从另一个输出端32b输出的供电信号的相位相同的0度。另外，对第2天线元件2b供电的供电信号的相位是与从一个输出端32a输出的供电信号的相位相同的-90度。
对第3天线元件2c供电的供电信号的相位是将从另一个输出端32b输出的供电信号的相位反相而得的，为-180度(180度)。另外，对第4天线元件2d供电的供电信号的相位是将从一个输出端32a输出的供电信号的相位反相而得的，为-270度(90度)。
因此，当从图示右侧的输入端31b输入供电信号时，第1～第5天线元件2a～2e的相位分别为0度、-90度、-180度、-270度、0度(-360度)，对各天线元件2提供逐一相差90度相位的供电信号。这种情况下，如图3b所示，波束向图示右侧的方向射出。
波束的辐射方向能够通过天线元件2的间隔来调整。当应用于6扇区基站时，可以调整天线元件2的间隔，以使从两个输入端31a、31b供电时输出的2个波束的辐射方向在水平面内所形成的角度为60度左右。
(供电电路1的变形例)
在本实施方式中，对第3以及第4天线元件2c，2d进行了反相供电，但是并不限定于此，如图4所示，可以构成为对第2以及第3天线元件2b，2c进行反相供电。这种情况下，在从图示右侧的输入端31a输入供电信号时，波束向图示左侧的方向射出，在从图示左侧的输入端31b输入供电信号时，波束向图示右侧的方向射出，波束的辐射方向与图1的情况相反。
另外，如图5所示，可以使用1输入2输出的不等分配电路51与等分配电路52的2个分配电路构成1输入3输出的不等分配电路5。这种情况下，不等分配电路51被构成为向第3天线元件2c输出p2的电力，并向等分配电路52输出p1(p1≤p2，优选的是p1＜p2)的电力，等分配电路52被构成为对所输入的p1的电力进行等分配，输出至第1以及第5天线元件2a、2e。
但是，在图5的结构中，是多段连接分配电路51、52的结构，因此特别是在应用于使用频率范围宽的天线装置时，由于反射等的影响在特定的频率中对各天线元件2的电力分配比可能偏离所期望的值。另外，通过设为多段连接分配电路51、52的结构，也可能导致电路大型化。因此，特别是在应用于使用频率范围宽的天线装置时，如图1所示，更理想的是使用1输入3输出的不等分配电路5。
(天线装置的结构)
接下来，针对搭载供电电路1的天线装置进行说明。图6a是表示天线装置的天线元件的配置的概略结构图，图6b是表示天线元件的概要结构的截面图，图6c是表示插槽与供电线路的关系的说明图。
如图6a所示，在水平方向(图示左右方向)以及垂直方向(图示上下方向)整列配置天线元件101来构成天线装置100。在本实施方式中，在水平方向排列5个天线元件101。垂直方向的排列数(段数)例如可以适当地设定为12段、16段等。
如图6b以及图6c所示，在本实施方式中，各天线元件101由插槽耦合型贴片天线构成。天线元件101具有：插槽形成层104，其由形成在绝缘电路板102的背面的导体层构成，并形成有贯穿该导体层的插槽103；供电用的供电线路105，其形成在绝缘电路板102的表面；以及矩形的板状辐射元件106，其相对于绝缘电路板102的表面间隔地相对配置。
在本实施方式中，将插槽103的形状形成为x状，并形成了相对于垂直方向倾斜了45度的第1插槽元件103a与相对于垂直方向倾斜了-45度的第2插槽元件103b。
供电线路105具备对第1插槽元件103a进行供电的第1供电线路105a与对第2插槽元件103b进行供电的第2供电线路105b。
第1供电线路105a被形成为在第1插槽元件103a的长轴方向中的中心位置，俯视时在短轴方向横跨第1插槽元件103a。对第1供电线路105a进行供电并激发第1插槽元件103a，与辐射元件106耦合来发射电波。此时发射的电波是相对于垂直方向倾斜了45度的极化波。
同样地，第2供电线路105b被形成为在第2插槽元件103b的长轴方向中的中心位置，俯视时在短轴方向横跨第2插槽元件103b。对第2供电线路105b进行供电并激发第2插槽元件103b，与辐射元件106耦合来发射电波。此时发射的电波是相对于垂直方向倾斜了-45度的极化波。
配置在水平方向的5个第1插槽元件103a对应于图1中的第1～第5天线元件2a～2e，这5个第1插槽元件103a连接本实施方式的供电电路1。
另外，在5个第1插槽元件103a中，对相当于第3以及第4天线元件2c、2d的第1插槽元件103a(图6a中的左起第3、4个的天线元件101的第1插槽元件103a)，进行反相供电。
例如，当第1插槽元件103a的正常的供电如图7a所示，是使第1供电线路105a相对于第1插槽元件103a从左上延伸至右下交叉的结构时，如图7b所示，通过使第1供电线路105a相对于第1插槽元件103a从右下延伸至左上交叉，能够使供电信号的电流的朝向相对于图7a的情况相反，并实现反相供电。
同样地，配置在水平方向的5个第2插槽元件103b对应于图1中的第1～第5天线元件2a～2e，这5个第1插槽元件103a连接本实施方式的供电电路1。成为以下结构：在5个第2插槽元件103b中，对相当于第3以及第4天线元件2c、2d的第2插槽元件103b，进行反相供电。
如此，在天线装置100中，分别将在水平方向配置的5个插槽元件103a、103b作为1组来进行处理，并分别对各组的插槽元件103a、103b连接供电电路1。
虽然未图示，但是在各供电电路1的上游侧设置上游侧供电电路，其对在垂直方向配置的各组的天线元件101分配供电信号，并调整提供给各组的天线元件101的供电信号的电力、相位。通过在该上游侧供电电路中调整提供给各组的天线元件101的供电信号的电力、相位，能够调整垂直方向的波束的辐射方向、即电倾角。
天线装置100是可在2个方向辐射波束的双波束天线，由于能够覆盖2个扇区，因此如图8所示，通过使用3个天线装置100，能够容易地实现6扇区基站用的天线装置。此外，在图8中，使用虚线示意性地示出了辐射波束的范围。
图9表示天线装置100的辐射特性。在图9中，将在从图1中的左侧的输入端31a输入供电信号时辐射的波束表示为左波束，将在从图1中的右侧的输入端31b输入供电信号时辐射的波束表示为右波束。另外，将供电信号的频率设为1940mhz，设p1:p2＝0.32:1，并设天线元件101的水平方向以及垂直方向的间隔为65mm。
如图9所示，在天线装置100中，在左右的波束中旁瓣都低至-20db以下，此外，3db波束宽度(半高全宽)为约30度，作为用于6扇区基站的天线装置是合适的。
(实施方式的作用以及效果)
如上所述，本实施方式所涉及的供电电路1对在水平方向上按顺序配置的第1～第5天线元件2a～2e进行供电，所述供电电路1具备：90度混合电路3，其具有输入供电信号的2个输入端31a、31b和2个输出端32a、32b，并将从2个输入端31a、31b输入的电力进行等分配后从2个输出端32a、32b输出，并且将从一个输入端31a输入的供电信号相对于一个输出端32a延迟相位90度后输出至另一个输出端32b，并且将从另一个输入端31b输入的供电信号相对于另一个输出端32b延迟相位90度后输出至一个输出端32a；等分配电路4，其将从一个输出端32a输出的供电信号进行等分配后输出至第2以及第4天线元件2b、2d；以及不等分配电路5，其将从另一个输出端32b输出的供电信号进行分配后输出至第1、第3、第5天线元件2a、2c、2e，不等分配电路5被构成为：以使输出至第1以及第5天线元件2a、2e的电力相等，并且使输出至第1以及第5天线元件2a、2e的电力之和在输出至第3天线元件2c的电力以下的方式进行分配，并且供电电路1被构成为：使相位反相来对第3天线元件2c、第2天线元件2b和第4天线元件2d中的某一个进行供电。
通过如此构成，可以使用简单的电路结构来对5个天线元件2进行供电，并能够容易地实现适用于6扇区基站的半高全宽(30～33度±5度)，能够实现结构简单的双波束天线装置用的供电电路1。
在供电电路1中，由于电路结构简单，因此能够抑制电路尺寸，并可以抑制内部损耗。
另外，供电电路1通过在不等分配电路5中调整电力分配比，可以容易地调整对各天线元件2提供的电力分配比，并能够容易地实现电力分配比的自由度高的、低旁瓣的指向性。
进一步，在供电电路1中，提供给第1、5天线元件2a、2e的电力相等，提供给第2、4天线元件2b、2d的电力相等，电力分配比一定是对称的，因此可以得到对称的辐射指向性。
(实施方式的总结)
接下来，针对根据以上所说明的实施方式所掌握的技术思想，引用实施方式中的符号等来进行描述。但是，以下的描述中的各符号等并不限定于在实施方式中具体地示出了专利申请的范围中的结构要素的部材等。
[1]供电电路(1)，其是对在水平方向上按顺序配置的第1～第5天线元件(2a～2e)进行供电的供电电路(1)，其具备：90度混合电路(3)，其具有输入供电信号的2个输入端(31a、31b)和2个输出端(32a、32b)，并将从2个所述输入端(31a、31b)输入的电力进行等分配后从2个所述输出端(32a、32b)输出，并且将从一个所述输入端(31a)输入的供电信号相对于一个所述输出端(32a)延迟相位90度后输出至另一个所述输出端(32b)，并且将从另一个所述输入端(31b)输入的供电信号相对于另一个所述输出端(32b)延迟相位90度后输出至一个所述输出端(32a)；等分配电路(4)，其将从一个所述输出端(32a)输出的供电信号进行等分配后输出至所述第2以及第4天线元件(2b、2d)；以及分配电路(5)，其将从另一个所述输出端(32b)输出的供电信号进行分配后输出至所述第1、第3、第5天线元件(2a、2c、2e)，所述分配电路(5)被构成为：以使输出至所述第1以及第5天线元件(2a、2e)的电力相等，并且使输出至所述第1以及第5天线元件(2a、2e)的电力之和在输出至所述第3天线元件(2c)的电力以下的方式进行分配，并且供电电路(1)被构成为：使相位反相来对所述第3天线元件(2c)、所述第2天线元件(2b)和所述第4天线元件(2d)的某一个进行供电。
[2]根据[1]所述的供电电路(1)，所述分配电路(5)由1输入3输出的1个不等分配电路(5)构成。
[3]根据[1]或者[2]所述的供电电路(1)，其被构成为通过对所述第3天线元件(2c)、所述第2天线元件(2b)和所述第4天线元件(2d)中的某一个进行反相供电，使相位反相来进行供电。
[4]根据[1]～[3]中任一项所述的供电电路(1)，所述分配电路(5)被构成为：以输出至所述第1以及第5天线元件(2a、2e)的电力之和小于输出至所述第3天线元件(2c)的电力的方式进行分配。
[5]一种天线装置(100)，其具备在水平方向上按顺序配置的第1～第5天线元件(2a～2e)与对各所述天线元件(2a～2e)进行供电的供电电路(1)，所述供电电路(1)具备：90度混合电路(3)，其具有输入供电信号的2个输入端(31a、31b)和2个输出端(32a、32b)，并将从2个所述输入端(31a、31b)输入的电力进行等分配从2个所述输出端(32a、32b)输出，并且将从一个所述输入端(31a)输入的供电信号相对于一个所述输出端(32a)延迟相位90度后输出至另一个所述输出端(32b)，并且将从另一个所述输入端(31b)输入的供电信号相对于另一个所述输出端(32b)延迟相位90度后输出至一个所述输出端(32a)；等分配电路(4)，其将从一个所述输出端(32a)输出的供电信号进行等分配输出至所述第2以及第4天线元件(2b、2d)；以及分配电路(5)，其将从另一个所述输出端(32b)输出的供电信号进行分配后输出至所述第1、第3、第5天线元件(2a、2c、2e)，所述分配电路(5)被构成为：以使输出至所述第1以及第5天线元件(2a、2e)的电力相等，并且使输出至所述第1以及第5天线元件(2a、2e)的电力之和在输出至所述第3天线元件(2c)的电力以下的方式进行分配，并且供电电路(1)被构成为：使相位反相来对所述第3天线元件(2c)、所述第2天线元件(2b)和所述第4天线元件(2d)的某一个进行供电。
以上，说明了本发明的实施方式，但是上述所记载的实施方式并不限定于专利申请的范围所涉及的发明。另外，需要注意的是，在实施方式中所说明的特征的组合的全部并不是用于解决发明的问题的方法所必须的。
本发明可以在不脱离其主旨的范围内进行适当变形实施。
例如，在上述实施方式中，对使用插槽耦合型贴片天线作为天线元件101的情况进行了说明，但是天线元件101的具体的形状等并不限定于此，例如，天线元件101可以是偶极天线。
另外，虽然在上述实施方式中并未提及，但是通过使用应用了本发明的供电电路1的天线装置，可以实现入射波方向推定系统，其根据从输入端31a、31b输出的接收信号的电平差以及相位差，推定接收到的电波的入射方向。
符号说明
1…供电电路
2…天线元件
2a…第1天线元件；
2b…第2天线元件；
2c…第3天线元件；
2d…第4天线元件；
2e…第5天线元件；
3…90度混合电路；
31a、31b…输入端；
32a、32b…输出端；
4…等分配电路；
5…不等分配电路(分配电路)。