前回の議論に続き、アンテナにはさまざまな形や形態がありますが、類似性に基づいて大まかに分類できます。
波長別：中波アンテナ、短波アンテナ、超短波アンテナ、マイクロ波アンテナ...
性能別: 高利得アンテナ、中利得アンテナ...
指向性別：全方向性アンテナ、指向性アンテナ、セクターアンテナ...
用途別: 基地局アンテナ、テレビアンテナ、レーダーアンテナ、無線アンテナ...
構造別：ワイヤーアンテナ、平面アンテナ...
システムタイプ別: 単一要素アンテナ、アンテナアレイ...
今日は、基地局のアンテナについて重点的に説明します。
基地局アンテナは、基地局アンテナシステムの構成要素であり、移動通信システムの重要な部分です。基地局アンテナは、一般的に屋内アンテナと屋外アンテナに分けられます。屋内アンテナには、通常、全方向性天井アンテナと指向性壁掛けアンテナが含まれます。ここでは、屋外アンテナに焦点を当てます。屋外アンテナも全方向性と指向性に分かれています。指向性アンテナは、さらに指向性単偏波アンテナと指向性二重偏波アンテナに分けられます。偏波とは何でしょうか？心配しないでください。後で説明します。まずは全方向性アンテナと指向性アンテナについて説明しましょう。名前が示すように、全方向性アンテナはすべての方向に信号を送受信しますが、指向性アンテナは特定の方向に信号を送受信します。
屋外の全方向性アンテナは次のようになります。
本質的には棒であり、太いものもあれば細いものもあります。
全方向性アンテナと比較して、指向性アンテナは実際のアプリケーションで最も広く使用されています。
ほとんどの場合、平らなパネルのように見えるため、パネルアンテナと呼ばれます。
平面アンテナは主に以下の部分で構成されています。
放射素子（ダイポール）
リフレクター（ベースプレート）
配電網（給電網）
カプセル化と保護（アンテナレドーム）
先ほど、奇妙な形をした放射素子を見ました。これは実は基地局のアンテナの放射素子です。これらの放射素子の角度が一定のパターンを描いていることに気付きましたか？「+」型か「×」型です。
これは先ほど「二極化」と呼んだものです。
電波が空間を伝播するとき、その電界の方向は特定のパターンに従って変化します。この現象は電波の偏波と呼ばれます。
電磁波の電界方向が地面に対して垂直な場合、垂直偏波と呼ばれます。同様に、電界方向が地面に対して平行な場合、水平偏波と呼ばれます。さらに、±45°偏波も存在します。
さらに、電界の方向が螺旋状に回転することもあり、これを楕円偏波と呼びます。
二重偏波とは、2 つのアンテナ要素が 1 つのユニット内に結合され、2 つの独立した波が形成されることを意味します。
偏波共用アンテナを使用することで、携帯電話のカバレッジに必要なアンテナ数を削減し、アンテナ設置要件を軽減することで投資額を削減しながら、効果的なカバレッジを確保できます。つまり、多くのメリットがあります。
全方向性アンテナと指向性アンテナについての議論を続けます。
指向性アンテナが信号の放射方向を制御できるのはなぜですか?
まずは図を見てみましょう。
このタイプの図はアンテナ放射パターンと呼ばれます。
空間は 3 次元であるため、この上から見たビューと前後から見たビューにより、アンテナの放射強度の分布をより明確かつ直感的に観察できるようになります。
上の画像も、一対の半波長対称ダイポールによって生成されたアンテナ放射パターンであり、平らに置かれたタイヤに似ています。
そういえば、アンテナの最も重要な特性の一つは、その放射範囲です。
このアンテナをさらに放射させるにはどうしたらよいでしょうか?
答えは、打つことです!
放射距離は大幅に伸びるでしょう…
問題は、放射線は目に見えず、触れることもできない、写真に撮ることもできないということです。
アンテナ理論では、アンテナを「叩く」場合、放射要素の数を増やすのが正しいアプローチです。
放射要素が増えるほど、放射パターンは平坦になります...
タイヤを円盤状に平らにすることで信号範囲が広がり、360度全方向に電波を放射する、いわゆる無指向性アンテナです。このタイプのアンテナは、人里離れた開けた場所での使用に最適です。しかし、市街地では効果的に使用するのが困難です。
人口密度が高く、建物が多数存在する都市では、通常、特定のエリアに信号カバレッジを提供するために指向性アンテナを使用する必要があります。
したがって、全方向性アンテナを「修正」する必要があります。
まず、片側を「圧縮」する方法を見つける必要があります。
どうやって圧縮するのでしょうか？反射板を追加し、片側に配置します。そして、複数のトランスデューサーを使って音波を「集中」させます。
最終的に得られた放射パターンは次のようになります。
図では、最も放射強度が高いローブをメインローブと呼び、残りのローブをサイドローブまたはセカンダリローブと呼び、さらに後ろにはバックローブと呼ばれる小さな尾部があります。
えっと、この形はちょっと…ナスに似ているかな？
この「ナス」に関して、信号範囲を最大化するにはどうすればよいでしょうか?
路上に立って持つのは、障害物が多すぎるので絶対に無理です。
高いところに立つほど、遠くまで見渡せるので、必ず高い場所を目指す必要があります。
高度が高いとき、どうやってアンテナを下向きに向けるんですか？ すごく簡単ですよ。アンテナを下に傾けるだけですよね？
はい、設置時にアンテナを直接傾けるのが 1 つの方法で、これを「機械式ダウンティルティング」と呼びます。
現代のアンテナはすべて設置時にこの機能を備えており、機械式アームがそれを処理します。
しかし、機械的なダウンティルトにも問題があります。
機械的なダウンティルトを使用すると、アンテナの垂直成分と水平成分の振幅は変化せず、アンテナパターンに大きな歪みが生じます。
これは電波の到達範囲に影響を与えるため、絶対にうまくいきません。そこで、別の方法、つまり電動ダウンティルティング（略してeダウンティルティング）を採用しました。
つまり、電気的ダウンティルトでは、アンテナ本体の物理的な角度を変えずに、アンテナ要素の位相を調整して電界強度を変更します。
機械的なダウンティルトと比較すると、電気的にダウンティルトされたアンテナは放射パターンの変化が少なく、より大きなダウンティルト角度が可能で、メインローブとバックローブの両方が下向きになります。
もちろん、実際の使用においては、機械式ダウンティルトと電動式ダウンティルトが組み合わせて使用されることが多いです。
ダウンティルトを適用すると次のようになります：
この状況では、アンテナの主な放射範囲が非常に効率的に活用されます。
しかし、まだ問題が残っています。
1. メインローブと下側のサイドローブの間に放射パターンのヌルが存在し、その領域に信号盲点が生じます。これは一般に「シャドウ効果」と呼ばれます。
2. 上側のサイドローブは角度が大きく、影響範囲が広く、セル間干渉を起こしやすいため、信号が他のセルに影響を与えます。
したがって、「下側のヌル深度」のギャップを埋め、「上側のサイドローブ」の強度を抑えるように努める必要があります。
具体的な方法としては、サイドローブレベルの調整やビームフォーミングなどの技術の活用などが挙げられますが、技術的な詳細はやや複雑です。ご興味があれば、ご自身で関連情報を検索してみてください。
アンテナの詳細については、以下をご覧ください。
投稿日時: 2025年12月4日
