JP2003513496A - インタレースマルチバンドアンテナアレイ - Google Patents

インタレースマルチバンドアンテナアレイ

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Abstract

(57)【要約】 アンテナアレイを構成するエレメントの物理的配置およびさらに戦略上アレイにあるいくつかのエレメントのマルチバンドの働きのおかげでいろいろな周波数バンドで同時に作動できるアンテナアレイ。このアレイの形状は、関心のある異なるバンドで作動するいろいろな従来のモノバンドアレイの並置あるいはインタリーブに基づいて示されている。異なるマルチバンドアレイのエレメントが一緒になるこれらの位置では、異なる作動周波数バンドをカバーするマルチバンドアンテナが使用される。各周波数に対して１つのアレイを使用する基本的な形状に対する長所は、グローバル放射システムのコストの節約である。そのサイズおよび可視的および環境上の影響は、通信システムのための基地局および中継器局の場合に減少される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 （発明の目的） 本発明は、戦略上アレイにあるいくつかのエレメントのマルチバンドの働きと
同様にアンテナアレイを構成する物理的配置のおかげでいろいろな周波数バンド
で同時に作動できるアンテナアレイからなる。
【０００２】 アレイ形状は、関心のある異なるバンドで作動するいろいろな従来の単一バン
ドアレイの並置あるいはインタリーブに基づいて示されている。異なるマルチバ
ンドアレイのエレメントが一緒になるこれらの位置では、異なる作動周波数バン
ドをカバーするマルチバンドアレイの使用が行われる。
【０００３】 マルチバンドインタリーブアンテナアレイ（以下、単にマルチバンドインタリ
ーブアレイ、すなわちＭＩＡ）は、各周波数バンドのためにアレイを使用する古
典的な解決策より優れた顕著な長所を示唆する。すなわち、全放射システムおよ
びこのシステムの装置（１つのアレイはいくつかのアレイと交換する）にはコス
ト節約があり、このシステムのサイズは、通信システムのための基地局および中
継局ステーションの場合にこのシステムの可視的および環境上の影響と同様に減
少される。
【０００４】 本発明は、本発明の用途を電気通信の分野、より詳細には無線通信システムに
見いだす。
【０００５】 （発明の背景および概要） アンテナは、１８６４年にジェームス・クラーク・マクスウェルによって主張
される電磁気学の基本の法則に基づいて１９世紀の終わりに開発されし始めた。
最初のアンテナの発明は、１８８６年電磁波の電波による伝送を実証したハイン
リッヒヘルツに起源があるにちがいない。１９４０年代の中頃、アンテナのサイ
ズの減少に関する基本制限は、波長に対して示され、１９６０年代の始めに、周
波数独立アンテナが出現した（Ｅ．Ｃ．Ｊｏｒｄａｎ、Ｇ．Ａ．Ｄｅｓｃｈａｍ
ｐｓ、Ｊ．Ｄ．Ｄｙｓｏｎ、Ｐ．Ｅ．Ｍａｙｅｓ著の「広帯域アンテナの開発」
（ＩＥＥＥ Ｓｐｅｃｔｒｕｍ，ｖｏｌ．１，ｐｐ５８‐７１，Ａｐｒ．１９６
４）；Ｖ．Ｈ．Ｒｕｍｓｅｙ著の「周波数独立アンテナ」（ニューヨークアカデ
ミック、１９６６）；Ｒ．Ｌ．Ｃａｒｒｅｌ著の「ログ周期ダイポールアレイ」
（Ｔｅｃｈ．Ｒｅｐ．５２，イリノイ大学アンテナ研究所、Ｃｏｎｔｒａｃｔ
ＡＦ３３，（６１６）‐６０７９，Ｏｃｔ １９６１；Ｐ．Ｅ．Ｍａｙｅｓ著の
「周波数独立アンテナおよびその広帯域誘導体」（Ｐｒｏｃ．ＩＥＥＥ，Ｖｏｌ
．８０，ｎｏ．１，Ｊａｎ．１９９２））。この時に、螺旋のログ周期アレイ、
広帯域アンテナの実装のための角度部品によって排他的に規定される円錐および
構造のための提案が行われる。
【０００６】 アンテナアレイ理論は、アンテナ理論の古典的論文の中でもＳｈｅｌｋｕｎｏ
ｆｆの研究（Ｓ．Ａ．Ｓｃｈｅｌｌｋｕｎｈｏｆｆ著の「線形のアレイの数学的
理論」（ベルシステムテクニカルジャーナル、２２、８０）までさかのぼる。こ
の理論の応用は主にモノバンドアレイの場合に制限されているけれども、前記理
論は、アレイの放射特性（主にその放射パターン）を形作る基本設計法則を確立
する。前記制限の原因は、アレイのエレメント（アンテナ）間の距離と作動波長
との間の比に非常に依存するアレイの周波数の働きにある。エレメント間の前記
間隔は、通常一定であり、好ましくは、回折ローブの出現を防止するために１よ
りも小さい波長である。これは、一旦エレメント間の間隔が固定されると、作動
周波数（および対応する波長）も固定されることを意味し、この場合、波長の大
きさがエレメント間の間隔よりも小さいと仮定すると、同じアレイが他のより高
い周波数で同時に作動することは特に困難である。
【０００７】 ログ周期アレイは、広い範囲の周波数をカバーできるアンテナアレイの最初の
例の１つを想定する（Ｖ．Ｈ．Ｒｕｍｓｅｙ著の「周波数独立アンテナ」（ニュ
ーヨークアカデミック、１９６６）；Ｒ．Ｌ．Ｃａｒｒｅｌ著の「ログ周期ダイ
ポールアレイの解析および設計」（Ｔｅｃｈ．Ｒｅｐ．５２，イリノイ大学アン
テナ研究所、Ｃｏｎｔｒａｃｔ ＡＦ３３，（６１６）‐６０７９，Ｏｃｔ １
９６１；Ｐ．Ｅ．Ｍａｙｅｓ著の「周波数独立アンテナおよびその広帯域誘導体
」（Ｐｒｏｃ．ＩＥＥＥ，Ｖｏｌ．８０，ｎｏ．１，Ｊａｎ．１９９２））。前
記アレイは、隣接エレメント間の間隔およびその長さが等比数列に従って変わる
ようにこのアレイを構成するエレメントを分配することに基づく。前記アンテナ
は、広い範囲の周波数にわたって同じ放射線およびインピーダンスパターンを保
持できるけれども、実際にはアンテナの応用は利得およびサイズに関するアンテ
ナの制限によりいくつかの具体的な事例に制限される。したがって、例えば、前
記アンテナは、十分な利得（通常の要求がこのような用途に対して約１７ｄＢｉ
に対するものである場合、アンテナの利得は約１０ｄＢｉである）を有していな
いためにセルラ電話基地局に使用されなく、このアンテナは、通常線形偏波を有
しているが、アンテナが偏波ダイバシティによって必要とされる前記環境では、
水平面のアンテナパターンは、必要な幅を有していなくて、アンテナの機械的構
造はあまりにもかさばる。
【０００８】 個別のマルチバンドアンテナの技術は、著しくさらに開発される。マルチバン
ドアンテナは、放射線およびインピーダンスパターンに対して複数の周波数バン
ド（したがってよく知られたマルチバンドアンテナ）で同じであるアンテナの働
きの無線電気特性を確立するために互いに相互作用する、互いに電磁的に結合さ
れるエレメントのセットによって形成されるアンテナであることが分かる。マル
チバンドアンテナの多数の例は、この文献に示されている。１９９５年に、フラ
クタルあるいはマルチフラクタル形のアンテナが導入され（用語フラクタルおよ
びマルチフラクタルを作り出すことは、Ｂ．Ｂ．Ｍａｎｄｅｌｂｒｏｔの著書の
「自然のフラクタル幾何学的形状」（Ｗ．Ｈ．Ｆｒｅｅｍａｎ ａｎｄ Ｃｏ．
１９８３）におけるＢ．Ｂ．Ｍａｎｄｅｌｂｒｏｔに起因する）、アンテナの幾
何学的形状によって多周波の働きを有するアンテナおよび決定した場合では減少
されたサイズ（Ｃ．Ｐｕｅｎｔｅ．Ｒ．Ｐｏｕｓ，Ｊ．Ｒｏｍｅｕ，Ｘ．Ｇａｒ
ｃｉａの「アンテナフラクタルおよびマルチフラクタル」（スペイン特許第Ｐ９
５０１９号）が導入される。その後、ＧＳＭ９００およびＧＳＷ１８００の帯域
では同時に作動できる多三角形アンテナが導入され（スペイン特許第Ｐ９８００
９５４号）、より最近には、いかにマルチバンドの働きを得るためにアンテナの
幾何学的形状を形作ることができる明らかな例を与えるマルチレベルアンテナ（
特許ＰＣＴ／ＥＳ９９／００２９６号）が導入される。
【０００９】 本発明は、いくつかの周波数帯域で同時に作動するアレイを得るためにいかに
マルチバンドアンテナが結合できるかを示している。
【００１０】 マルチバンドインタリーブアレイ（ＭＩＡ）は、同時にいろいろな周波数帯域
で作動できる特徴を有するアンテナのアレイからなる。これは、アレイの戦略位
置にマルチバンドアンテナを使用することによって行われる。ＭＩＡを構成する
エレメントの配置は、マルチバンドインタリーブアレイに組み込むことが望まれ
る周波数帯域と同様な多数のモノバンドアレイを使用する従来のモノバンドアレ
イの並置から得られる。従来のモノバンドアレイに始まる１つあるいはいろいろ
なエレメントが同一の空間を占めるこれらの位置では、異なるバンドを同時にカ
バーする単一マルチバンドアンテナ（エレメント）が使用される。残りの非併存
位置では、このアンテナは、同じマルチバンドアンテナも使用するか、さもない
と関連のある周波数で作動する従来のモノバンドアンテナに頼るために使用でき
る。したがって、このアレイの各エレメントの１つあるいはいろいろな周波数で
の励起は、アレイのエレメントの位置によって決まり、信号分配ネットワークに
よって制御される。
【００１１】 前述に詳述された特徴は、単に具体的であり、限定的でない例、好ましい実施
例の形式によって示される、添付された図面の図を利用する図形形式で示される
。
【００１２】 （発明の好ましい実施例の説明） 本発明の好ましい実施例の続く詳細な説明を行う時に、図面の図を常に参照す
る。この図中同じあるいは類似の部品に対して同じ番号参照の使用が行われる。
【００１３】 マルチバンドインタリーブアレイ（ＭＩＡ）は、いろいろな従来のモノバンド
アレイの並置によって構成される。従来のアンテナアレイは、通常モノバンドの
働き（すなわち、このアレイは、一般的には約中心周波数の約１０％の比較的小
さい周波数範囲内で作動する）を有し、これは、アレイを構成するエレメント（
アンテナ）がモノバンドの働きを有するためだけでなく、エレメント間の物理的
間隔は作動波長もまた限定するためである。一般的には、従来のモノバンドアレ
イは、回折ローブの出現を避けるために１波長以下に通常保持されるけれども、
約１／２波長のエレメント間の間隔、すなわち指向性を高めるためにいくつかの
形状で増加されてもよい間隔で設計される。
【００１４】 この単なる幾何学的制限（波長の大きさは、アレイのエレメントの幾何学的形
状およびこのエレメントの相対間隔を限定する）は、いろいろな周波数帯域が同
時に使用されねばならないこれらの環境および通信システムに主要な欠点を示す
。明らかな例は、ＧＳＭセルラ移動電話システムである。最初に９００ＭＨｚバ
ンドにあり、ＧＳＭシステムは、世界規模で普及した大部分の中の１つに変わっ
た。このシステムの成功およびこの種のサービスに対して需要があるめざましい
成長は、より顕著な顧客ベースのためのカバレッジを行うためにそのサービスを
新しいバンド、１８００ＭＨｚバンドに拡大するセルラ移動電話経営者をもたら
した。基本的なモノバンドアンテナ技術を用いて、この経営者は、ＧＳＭ９００
およびＧＳＭ１８００を同時にカバレッジを行うために経営者のアンテナネット
ワークを２倍にしなければならない。（図７〜図１２の特定の場合に示されたシ
ステムと同様に）このシステムに対して特別に設計された単一ＭＩＡを使用して
、この経営者は、基地局の経営者のネットワークのコスト、新しいバンドに拡大
する時間および（全放射構造の簡素化による）経営者の設備の環境上の影響を減
らす。
【００１５】 いま上記に概略されるシナリオがＭＩＡの種類およびその用途の１つの特定の
例だけを取り扱うことを指摘することは重要である。すなわちこの主題に精通し
ている誰かによってもまた評価されるので、決して特定の形状に限定される本発
明に示され、他の周波数および用途に容易に適合できるＭＩＡはない。
【００１６】 マルチバンドインタリーブアレイは、このアレイの動作の基礎をこのアレイを
構成するアンテナの物理的配置およびこのアレイのいくつかの戦略位置で使用さ
れる特定の種類のエレメントに置く。
【００１７】 ＭＩＡのエレメントの位置は、必要とされる周波数があるのと同様に多数のモ
ノバンドアレイにおけるエレメントの位置から決定される。このアレイの設計は
、この意味で、各用途の必要性に従って放射パターンを形作るために各エレメン
トに対して重み付ける電流を選択できる程度までモノバンドアレイの設計に等し
い。ＭＩＡの形状は、異なるモノバンドアレイの位置の並置から得られる。当然
、このような並置は、異なるアレイのいろいろなアンテナが同一の空間を占める
これらの位置で実際には実現することが困難であることが分かる。本発明で提案
された解決策は、アンテナの位置に関連した全周波数をカバーする（例えば、フ
ラクタル、多三角形、マルチレベル等のタイプの）マルチバンドアンテナの使用
にある。
【００１８】 いかにこのエレメントをＭＩＡに配置することの基本的で、特定の例が図１に
示されている。数字（１．１）および（１．２）の列では、（黒丸および円周そ
れぞれによって示される）エレメントの位置は、エレメント間の間隔が一般的に
作動波長よりも小さいように選択される。したがって、基準としてアレイ（１．
１）の作動周波数をとると、アレイ（１．２）は、エレメントが前の場合の間隔
の２倍の間隔を有するとき周波数ｆ／２で作動する。数値（１．３）では、２つ
のアレイ（１．１）および（１．２）と同じ機能を基本的に保持する周波数ｆお
よびｆ／２で同時に作動できるＭＩＡのエレメントの配置が示されている。（円
周の中心にある黒丸によって数値（１．３）に示されている）２つの従来のアレ
イのエレメントが同一の空間を占める位置では、マルチバンドアンテナは、周波
数（１．１）および（１．２）で同じ方法（同じインピーダンスおよびパターン
）で作動できるマルチバンドアンテナが使用される。（黒丸あるいは円周のいず
れかによって示される）残りの共通でないエレメントは、共通位置で使用される
（かつアレイの信号分配ネットワークによって作動周波数を選択する）同じマル
チバンドエレメントあるいは従来のモノバンドエレメントを使用することのいず
れかによって実現できる。本例では、このアレイ（１．３）は、アレイ（１．１
）および（１．２）と同様であるが、より小さい全エレメント数（１６の代わり
に１２）で作動する（周波数ｆおよびｆ／２で）周波数のような双対の働きを有
する。
【００１９】 マルチバンドの複数の例は、既に最新技術で説明されている。フラクタル幾何
学的形状を有するアンテナ、多三角形アンテナ、マルチレベルアンテナ、均一積
層パッチアンテナは、複数の周波数バンドで同様に作動できるアンテナのいくつ
かの例である。これらのおよび他のマルチバンドエレメントは、いろいろなモノ
バンドアレイのエレメントが一緒になるＭＩＡの位置で使用できる。
【００２０】 下記の図では、他のＭＩＡ形状は、他の周波数に適合されるエレメントの配置
を有するけれども、同じ発明の概念に基づいて示されている。図２では、記載さ
れている形状は、周波数ｆ、ｆ／２およびｆ／４で作動する３つのバンドＮＩＡ
の形状である。周波数ｆ、ｆ／２およびｆ／４の３つの基本的なモノバンドアレ
イのエレメントの配置は、黒丸、円周および正方形のそれぞれによって数値（２
．１）、（２．２）および（２，３）に示されている。ＭＩＡのエレメントの位
置は、３つの周波数の各周波数のために設計された３つのモノバンドアレイの形
状から決定される。３つのアレイは、数値（２．４）に示されたＭＩＡに一緒に
なる。（各アレイを識別する異なる幾何学的図の並置によって図に示されている
）３つのアレイのエレメントが一緒になるこれらの位置では、マルチバンドエレ
メントの使用が行われる。数値（２．４）の３周波数アレイは、このアレイのそ
れぞれの作動周波数で３つのアレイ（２．１）、（２．２）および（２．３）と
同様にふるまうが、３つのモノバンドアレイの全部で必要とされる２１の代わり
に１３のエレメントだけを使用する。
【００２１】 図３、図４および図５は、一例として、限定しなくて他のＭＩＡの設計を他の
周波数にもかかわらず同じ原理に基づいて示している。最初の２つの場合、使用
される周波数は基本周波数の整数倍である。図５の場合、周波数間の比は、ＧＳ
Ｍ９００、ＧＳＭ１８００およびＵＭＴＳのサービスの周波数を結合できるアレ
イの例と仮定するけれども、いかなる特定の規則にも限定されない。
【００２２】 具体的に言うと、図３は、異なる作業周波数が同じスケールファクタによって
分離されないマルチバンドインタリーブアレイの他の特定の例を示す。この例は
、数値１および２〜３の周波数ｆ、ｆ／２およびｆ／３の場合の拡張に関するも
のである。周波数ｆ、ｆ／２およびｆ／３の３つの基本的なモノバンドアレイの
エレメントの配置は、数値（３．１）、（３．２）および（３．３）に黒丸、円
周および正方形のそれぞれによって示される。数値（３．４）の列は、３つのバ
ンドインタリーブアレイのエレメントの配置を示している。（各アレイを識別す
る異なる幾何学的数値の並置によって図面に示される）３つのアレイのエレメン
トが一緒になるこれらの位置では、マルチバンドエレメントの使用が行われる。
同じ方式は２つのアレイのエレメントが同一の空間を占めるこれらの位置で続け
られる。すなわち、マルチバンドエレメントの位置に関連している周波数をカバ
ーできるマルチバンドエレメントの使用が行われるべきであり、残りの位置で使
用されるエレメントと同じエレメントは、フィーダネットワークによって必要で
あるこれらの周波数を選択する。数値（３．４）の３つの周波数アレイがその作
動周波数で３つのアレイ（３．１）、（３．２）および（３．３）と同様に作動
するが３つのモノバンドアレイの全部に必要とされる２１の代わりに１２のエレ
メントだけを使用することに注目せよ。
【００２３】 図４は、異なる作動周波数が同じスケールファクタによって分離されないマル
チバンドインタリーブアレイの新しい特定の例を示している。この例は、数値３
対３の周波数ｆ、ｆ／３およびｆ／４の場合の拡張に関するものである。周波数
ｆ、ｆ／３およびｆ／４の３つの基本的なモノバンドアレイの配置は、黒丸、円
周および正方形、それぞれによって数値（４．１）、（４．２）および（４．３
）に示されている。数値（４．４）の列は、３つのバンドのインタリーブアレイ
のエレメントの配置を示している。（各アレイを識別する異なる幾何学的数値の
並置によって図面に示される）３つのアレイのエレメントが一緒になるこれらの
位置では、マルチバンドエレメントの使用が行われる。数値（４．４）の３つの
周波数アレイがその作動周波数で３つのアレイ（４．１）、（４．２）および（
４．３）と同様に作動するが３つのモノバンドアレイの全部に必要とされる２４
の代わりに１５のエレメントだけを使用する。
【００２４】 図３および図４の特定の場合、アレイは３つの周波数で作動できることを再強
調することは便利である。エレメントの配置は、３つの周波数が常に全エレメン
トで一致しないようなものである。それにもかかわらず、これらの位置の３つの
バンドのアンテナを使用し、例えば従来の周波数選択性ネットワークによって作
動周波数を選択することによって、ＭＩＡを実現できる。
【００２５】 マルチバンドインタリーブアレイのいくつかの形状、特に異なる周波数が最高
周波数１の整数倍に一致しないいくつかの形状では、このエレメントは図５にお
けるように再配置されるべきであることが必要とされる。この特定の例では、周
波数ｆ、ｆ／２およびｆ／２、３３が選択される。周波数ｆ、ｆ／２およびｆ／
２、３３の３つの基本的なモノバンドアレイのエレメントの配置は、黒丸、円周
および正方形のそれぞれによって数値（５．１）、（５．２）および（５．３）
に示される。図（５．４）の列は、前述の例におけるのと同じ平面図による３つ
のバンドインタリーブアレイのエレメントの配置であることを示している。いか
にこの場合、周波数の比がその実用的な実装を困難する中間位置のエレメントの
配置を必要とするかに注目せよ。この場合に採用される解決策は、このアレイの
エレメントが最高周波数アレイの他のエレメント（最も近いエレメント）に一致
するまで、最低周波数（矢印によって示される）で作動するアレイのエレメント
の位置を変位させることにある。したがって、新しい位置の２つあるいはそれ以
上の一致エレメントはマルチバンドエレメントと交換される。最終形状の例は、
一旦このエレメントが再配置されると、数値（５．５）に示されている。この配
置は最低周波数のエレメントに優先的に変位されるべきであり、この方法で、作
動波長に関する相対変位は可能な最少であり、二次的あるいは回折ローブの出現
は最少に減少されることは、重要である。
【００２６】 図６は、いかに形状ＭＩＡが線形（１次元）場合に限定されなくて、２次元お
よび３次元（２Ｄおよび３Ｄ）のアレイも含むことを示している。２Ｄおよび３
Ｄの場合のアレイを分配する手順は、同じであり、単一マルチバンドアンテナと
も一致する異なるエレメントを取り替える。
【００２７】 ＭＩＡの特定の形状のより多くの例は後述される。示された５つの例では、い
ろいろな設計は、ＧＳＭ９００およびＧＳＭ１８００のシステム（６９０ＭＨｚ
〜９６０ＭＨｚバンドおよび１７１０ＭＨｚ〜１８８０ＭＨｚバンド）に対して
示される。この設計は、基本的には両方のバンドで同じ無線周波数の働きを示す
セルラ電話基地局に対するアンテナの問題である。ＭＩＡアンテナのこのような
バージョンを使用することによって、操作者は、設置されたアンテナの数を半分
に減らし、このアンテナの基地局のコストおよび環境上の影響を最少にする。
【００２８】 （ＡＥＭ１モード） 図７に示されたＡＥＭ１形状は、ＧＳＭ９００およびＧＳＭ１８００の多三角
形エレメントの使用に基づいている。このアレイは、関連するバンドの１波長（
）よりも小さいエレメント間の間隔（一般的には間隔は、たて型方向に回折ロー
ブの出現を最少にするために０．９よりも小さく選択される）を有する２つの従
来のモノバンドアレイをインタリーブすることによって得られる。元のアレイは
、オペレータによって必要とされる利得に応じて８あるいは１０のエレメントを
有し得る。単一ＭＩＡの両方のアレイの並置は、双対の多三角形エレメントを使
用することによってこの場合に得られる。このようなエレメントは、２つの励起
点（各バンドに対して１つ）を取り入れる。この励起点によって、作動バンドは
、アレイのエレメントの位置により選択できる。図７では、エレメントの位置は
、その作動周波数と同様に示されている。白で示されたエレメントは、ＧＳＭ９
００のバンドの動作を示す。黒で示されたエレメントは、ＧＳＭ１８００のバン
ドの動作を示し、下部三角形の黒で、エレメントの２つの上部三角形の白で示さ
れたエレメントは、両方のバンドで同時動作を示す。正確には、アレイのこのよ
うな位置（元のモノバンドアレイの位置が一致するこれらの位置）の単一マルチ
バンドエレメント（多三角形エレメント）を介する両方のバンドの同時動作は、
ＭＩＡ発明の主特有な機能の１つである。
【００２９】 ＡＥＭ１アレイのエレメントに給電する方法は、ＭＩＡの発明に特有でなく、
いかなる従来の公知システムに対する依頼を有してもよい。特に、多三角形エレ
メントが２つの異なる点で励起されると仮定すると、各バンドに対する独立した
分配ネットワークを利用できる。他の代替は、多三角形アンテナのネットワーク
および２つの励起点を相互接続する結合器／ダイプレクサを結合することによっ
て広帯域あるいは双対バンド分配ネットワークを使用することにある。
【００３０】 最後に、したがって、このアンテナは、２つの入出力コネクタ（各バンドに対
して１つ）に付属してもよいしあるいは結合器／ダイプレクサネットワークによ
って単一コネクタで結合されてもよい。
【００３１】 （ＡＥＭ２モード） 図８に示されたＡＥＭ２のこの特定の形状は、マルチバンドエレメントの役目
を果たすマルチレベルアンテナに基づいている。ＧＳＭ９００およびＧＳＭ１８
００のバンドで同時に作動することに加えて、このアンテナは、アレイの縦軸に
対して＋４５°および−４５°で二重線形偏波も有する。このアンテナが二重偏
波を有する事実は、このようにセルラ電話操作者がマルチパス伝搬によるフェー
ジングの影響を最少するダイバシティシステムを実現できるので、セルラ電話操
作者に対する別の利点を示す。図８に示されたマルチレベルエレメントは、エレ
メントそのものがＧＳＭ９００の＋４５°およびＧＳＭ１８００の−４５°で線
形偏波を有するので、前述される多三角形エレメントよりもより適している。
【００３２】 このアレイは、関連するバンドの１波長（）よりも小さいエレメント間の間隔
（一般的には、０．９よりも小さい空間は、たて型方向に回折ローブの出現を最
少にするために選択される）を有する２つの従来のモノバンドアレイをインタリ
ーブすることによって選択される。元のアレイは、操作者によって要求される利
得に応じて８個のエレメントあるいは１０個のエレメントを有し得る。この場合
、単一ＭＩＡの両方のアレイの並置は、インバンド双対マルチレベルエレメント
を使用することによって、行われる。このようなエレメントは、２つの励起点（
各バンドに対して）を取り入れる。この励起点によって、作動バンドは、アレイ
のエレメントの位置により選択できる。図８では、エレメントの位置は、エレメ
ントの作動周波数と同様に示されている。白で示されたエレメントは、ＧＳＭ９
００バンドの動作を示し、エレメントの下部三角形の黒で、上部三角形の白で示
されたエレメントは、両方のバンドの同時動作を示している。正確には、このア
レイのこのような位置（元のモノバンドアレイの位置が一致するこれらの位置）
の単一マルチバンドエレメント（マルチレベルエレメント）を介する両方のバン
ドの同時動作は、ＭＩＡの発明の主特有な機能の１つである。
【００３３】 エレメントの表面上のいろいろな点のマルチレベルエレメントを励起すること
に基づいて２重の偏波を得ることができる。それにもかかわらず、異なる偏波の
コネクタ間の分離を増大させるために、＋４５°偏波（左側の列）を−４５°の
偏波（右側の列）から分離するために二重列を実現することは示された例で選択
される。バンド間の分離を増加させるために、バンドの中の１つ（例えば、ＤＣ
Ｓ）のアレイの列の偏波傾斜を交換することがさらにできる。
【００３４】 ＡＥＭ２アレイのエレメントに給電する方法は、ＭＩＡの発明の特徴を示して
いなく、いかなる従来の公知システムに対する依頼を有してもよい。特に、多三
角形エレメントが２つの異なる点で励起されると仮定すると、各バンドおよび偏
波に対する独立した分配ネットワークを利用できる。他の代替は、多三角形アン
テナのネットワークおよび２つの励起点を相互接続する結合器／ダイプレクサを
結合することによって広帯域あるいは双対バンド分配ネットワークを使用するこ
とにある。次に、このアンテナは、４つの入出力コネクタ（各バンドおよび偏波
に対して１つ）に付属してもよいし、さもないと各偏波の結合器／ダイプレクサ
ネットワークによって２個のコネクタ（各独立した偏波に対して１つ）だけに結
合されてもよい。
【００３５】 （ＡＥＭ３モード） 右側の列が左側の列に対して反転される差を有する図９に示されるようなＡＥ
Ｍ３は、ＡＥＭ２に非常に類似している（マルチレベルエレメントの位置および
エレメントそのものの形式は前述の場合と同じである）。このように、双対バン
ドおよび偏波を有するアンテナが得られ、このアンテナの全幅は、前述の場合（
この特定の例ではこの幅は約１０％だけ減少される）に対して減少される。二重
偏波の列間の分離を増加させるために、斜めのフィンが隣接エレメント間に挿入
されるべきことは便利である。この場合、水平方向平面（アレイの縦軸に対して
直角の平面）に放射ビームを狭くすることに寄与する横方向フィンは、ＧＳＭ１
８００で作動する全エレメントにも取り入れられる。
【００３６】 信号分配システムは、特にＭＩＡ形状の特徴も示さなく、同じシステムは、前
述の場合のように使用できる。
【００３７】 （ＡＥＭ４モード） マルチバンドインタリーブアレイの他の例は、ここでＡＥＭ４と称され、図１
１の概略形式に示される例である。この場合、他の形状のパッチを使用できるこ
とは、この主題に精通している誰かにとっては明らかであるけれども、マルチバ
ンドエレメントは積層された正方形パッチアンテナである（図１０）。正方形状
あるいは円形状の形式は、二重偏波で作動することが望まれる事象では好ましい
。図１０の例では、正方形のパッチの特定の場合が示される。
【００３８】 下部パッチは、下部バンド（この特定の場合ではＧＳＭ９００）に一致するよ
うに（一般的にはパッチの基本的なモードに関連する）その共振周波数に対して
適切なサイズのものである。さらに、このパッチは次に上部パッチのアース平面
の役目を果たす。後者は、その共振が上部バンドに中心があるようなサイズのも
のである。このアレイのエレメントは、アレイの全エレメントに対するアース平
面の役目を果たす金属性表面あるいは金属被覆表面上に取り付けられる。フィー
ダシステムは、優先的には同軸型のものであり、ケーブルは、下部ピッチおよび
バンドのために使用され、他のケーブルは、上部パッチおよびバンドのために使
用される。励起点は、垂直あるいは水平偏波が望まれる場合にパッチの二等分線
に、あるいは一方、４５°で傾斜された線形偏波が望まれる場合に対角線に配置
される。このアレイが二重偏波で作動することが望まれる場合、パッチの各々は
、さらに第１のものに対向する（直交する）二等分線あるいは対角線で励起され
る。
【００３９】 アレイＡＥＭ４のエレメントの給電は、ＭＩＡの発明の特徴を示さなく、いか
なる従来の公知システムに対する依頼を有してもよい。特に、積層パッチアンテ
ナが２つの異なる点で励起されると仮定すると、各バンドおよび偏波に対する独
立した分配ネットワークを利用できる。他の代替は、マルチレベルアンテナのネ
ットワークおよび２つの励起点を相互接続する結合器／ダイプレクサを結合する
ことによって広帯域あるいは双対バンド分配ネットワークを使用することにある
。
【００４０】 次に、このアンテナは、４つの入出力コネクタ（各バンドおよび偏波に対して
１つ）に付属してもよいし、さもないと各偏波の結合器／ダイプレクサネットワ
ークによって２個のコネクタ（各独立した偏波に対して１つ）だけに結合されて
もよい。
【００４１】 （ＡＥＭ５モード） 図１２に示されるようにＡＥＭ５形状は、全エレメントがアンテナの平面で４
５°にわたって回転されるけれども、ＡＥＭ４と同じ方式を採用する。このよう
に、放射パターンは、４５°にわたって偏波を回転させることに加えて、水平平
面で変更される。
【００４２】 ＡＥＭ４形状およびＡＥＭ５の両方では、積層パッチによって構成されるマル
チバンドエレメントは、実際に従来のモノバンドアレイで生じるエレメントが同
一の空間を占めるこれらの戦略位置だけに厳密に必要であると指摘することは興
味がある。残りの位置では、その放射パターンが回折ローブの出現を回避するた
めに積層パッチアンテナの放射パターンと十分同じである限り、エレメント位置
に対して決定される周波数で作動するマルチバンドあるいはモノバンドのエレメ
ントをぼんやりと使用できる。
【００４３】 本主題の専門家が実際にはその目的を詳しく説明し、実現するのと同様に本発
明から生じるその範囲および長所を理解できるようにこの説明の内容をさらに拡
張することは必要であるとみなされない。
【００４４】 それにもかかわらず、本発明はその好ましい実施例により説明され、その理由
でこれがその基板に対する少しの変更も意味しない限り修正に影響されやすいか
もしれないと分からなければならない。このような修正は、特に製造の形式、サ
イズおよび／または材料に影響を及ぼすことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 周波数ｆおよびｆ／２のそれぞれで作動する２つの基本的なモノ
バンドアレイのエレメントの位置および基本的なアレイであるがより小さい全エ
レメント数を有する基本的なアレイと同様に作動する双対周波数の働き（周波数
ｆおよびｆ／２）を有するマルチバンドインタリーブアレイのエレメントの配置
を示している。
【図２】 マルチバンドインタリーブアレイであるが、この場合３つの周波
数を有するマルチバンドインタリーブアレイの他の特定の例およびそれを構成す
るそれぞれの３つの基本的なモノバンドアレイを示している。この図は、数値１
〜３の周波数ｆ、ｆ／２およびｆ／４の場合を拡張する事項である。
【図３】 異なる作動周波数が同じスケールファクタによって分離されない
マルチバンドインタリーブアレイの他の特定の例を示している。この図は、数値
１および２〜３の周波数ｆ、ｆ／２およびｆ／３の場合を拡張する事項である。
【図４】 異なる作動周波数が同じスケールファクタによって分離されない
マルチバンドインタリーブアレイの他の特定の例を示している。この図は、数値
３〜３の周波数ｆ、ｆ／３およびｆ／４の事例を拡張する事項である。
【図５】 最高周波数の整数倍に一致しない周波数を得るためにエレメント
の再位置決めを必要とするマルチバンドインタリーブアレイ形状を示す。この特
定の例では、周波数ｆ、ｆ／２およびｆ／２、３３が選択される。
【図６】 ２次元あるいは３次元の事例へのＭＩＡの設計の拡張、特に数値
１〜２の次元の例の拡張を示している。
【図７】 好ましい作動モード（ＡＥＭ１）の１つを示している。この図は
、マルチバンドエレメントが多三角形エレメントである事項である。この例は、
双対周波数で、例えば、ＧＳＭ９００バンドおよびＧＳＭ１８００バンドで同時
に作動する。
【図８】 好ましい作動モード（ＡＥＭ２）の他のものを示している。この
図は、マルチバンドエレメントがマルチレベルエレメントであるＭＩＡの事項で
ある。このアレイは、双対周波数で、例えば、ＧＳＭ９００バンドおよびＧＳＭ
１８００バンドで同時に作動する。
【図９】 好ましい作動モード（ＡＥＭ３）の他のものを示している。この
図は、マルチバンドエレメントがマルチレベルエレメントであるＭＩＡの事項で
ある。この形状は、図８の形状（ＡＥＭ２モード）と同様であり、この差は、新
しい配置によってこのアンテナの全幅が減少できるということである。
【図１０】 ＭＩＡに使用できるマルチバンドアンテナの他の例を示してい
る。この図は、この特定の例では、２つの双対周波数（例えば、ＧＳＭ ９００
およびＧＳＭ １８００）で作動する積層パッチアンテナの事項である。
【図１１】 ＭＩＡ型アレイ（ＡＥＭ４形状）の前記パッチの配置を示して
いる。前述の場合とは著しく違って、この場合、マルチバンドアンテナは、断固
として必要であるこれらの位置にだけ使用される。すなわち、残りにおいて、そ
の放射パターンが関連するバンドのマルチバンドエレメントの放射パターンに十
分類似しているモノバンドエレメントが使用される。
【図１２】 エレメントが＋４５°あるいは−４５°の二重偏波の獲得を容
易にするために４５°によって回転された他の形状（ＡＥＭ５）を示している。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ，ＺＷ )，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ， ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ， ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，Ｃ Ｒ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ， ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，Ｋ Ｚ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ， ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，Ｓ Ｌ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ

Claims (19)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 同時にいろいろな周波数で作動するインタレースマルチバン
    ドアンテナアレイであって、前記アレイのエレメントの位置が、モノバンドアレ
    イの２つ以上のエレメントの位置が一緒になるアレイのこれらの位置において異
    なる作動周波数をカバーできる単一マルチバンドアンテナを使用する、必要とさ
    れる作動周波数と同様な多数のモノバンドアレイの並置から得られることを特徴
    とするインタレースマルチバンドアンテナアレイ。
  2. 【請求項２】 前記アレイのエレメントの位置が、モノバンドアレイの２つ
    以上のエレメントの位置が一緒になるアレイのこれらの位置において異なる作動
    周波数をカバーできる単一フラクタルマルチバンドアンテナを使用する、必要と
    される作動周波数と同様な多数のモノバンドアレイの並置から得られることを特
    徴とする請求項１記載のインタレースマルチバンドアンテナアレイ。
  3. 【請求項３】 前記アレイのエレメントの位置が、モノバンドアレイの２つ
    以上のエレメントの位置が一緒になるアレイのこれらの位置において異なる作動
    周波数をカバーできる単一マルチバンドマルチレベルアンテナを使用する、必要
    とされる作動周波数と同様な多数のモノバンドアレイの並置から得られることを
    特徴とする請求項１記載のインタレースマルチバンドアンテナアレイ。
  4. 【請求項４】 前記アレイのエレメントの位置が、モノバンドアレイの２つ
    以上のエレメントの位置が一緒になるアレイのこれらの位置において異なる作動
    周波数をカバーできる単一マルチバンドの多三角形アンテナを使用する、必要と
    される作動周波数と同様な多数のモノバンドアレイの並置から得られることを特
    徴とする請求項１記載のインタレースマルチバンドアンテナアレイ。
  5. 【請求項５】 前記アレイのエレメントの位置が、モノバンドアレイの２つ
    以上のエレメントの位置が一緒になるアレイのこれらの位置において異なる作動
    周波数をカバーできるパッチあるいはマイクロストリップ型の構造の積み重ねに
    よって形成されるマルチバンドアンテナを使用する、必要とされる作動周波数と
    同様な多数のモノバンドアレイの並置から得られることを特徴とする請求項１の
    インタレースマルチバンドアンテナアレイ。
  6. 【請求項６】 モノバンドアレイの２つ以上のエレメントの位置が一緒にな
    らないこれらの位置において、同じマルチバンドアンテナ、フラクタル、マルチ
    レベルあるいは多三角形が共通位置にあるように使用されることを特徴とする請
    求項１、２、３、４または５に記載のインタレースマルチバンドアンテナアレイ
    。
  7. 【請求項７】 フラクタル、マルチレベルあるいは多三角形マルチバンドア
    ンテナが、例えば、周波数で選択性であるフィルタ、共振器、あるいはアレイの
    信号分配ネットワークのような周波数選択性構造によって、前記マルチバンドイ
    ンタレースアレイの位置の関数として選択されることを特徴とする請求項６記載
    のインタレースマルチバンドアンテナアレイ。
  8. 【請求項８】 ２つ以上のモノバンドアレイのエレメントが一緒にならない
    これらの位置において、前記アレイにおけるその位置が決定する周波数で作動す
    るモノバンドアンテナが使用されることを特徴とする請求項１、２、３、４また
    は５記載のインタレースマルチバンドアンテナアレイ。
  9. 【請求項９】 マルチバンドエレメントが必要とされないこれらの位置に使
    用されるモノバンドエレメントが、マルチバンドインタリーブアレイのパターン
    において、回折が便宜的に減衰されるようにフラクタル、マルチレベルあるいは
    多三角形マルチバンドエレメント（同じ周波数で）の放射パターンと十分に同じ
    である放射パターンを有することを特徴とする請求項８記載のインタレースマル
    チバンドアンテナアレイ。
  10. 【請求項１０】 エレメント数、波長に対するこのエレメントの空間分布お
    よびエレメントの現位相および振幅も、前記マルチバンドインタリーブアレイを
    合成し、関心のある異なるバンドの同じアレイ係数を得るために並置されるすべ
    てのモノバンドアレイにおいて同じであることを特徴とする請求項１、２、３、
    ４または５に記載のインタレースマルチバンドアンテナアレイ。
  11. 【請求項１１】 エレメント数、波長に対するこのエレメントの空間分布お
    よびエレメントの現位相および振幅も、各バンドで作動する通信システムの特定
    の要求に従って放射パターンを形作るために各周波数で調整されることを特徴と
    する請求項１、２、３、４または５に記載のインタレースマルチバンドアンテナ
    アレイ。
  12. 【請求項１２】 作動バンドが、ＧＳＭ９００およびＧＳＭ１８００のセル
    ラ移動電話システムに対して同時にサービスを提供するために約９００ＭＨｚお
    よび１８００ＭＨｚにあることを特徴とする請求項１、２、３、４または５に記
    載のインタレースマルチバンドアンテナアレイ。
  13. 【請求項１３】 作動バンドが、例えば、ＤＥＣＴ規格を使用する通信シス
    テムのようなコードレスおよびローカル無線アクセス通信システムに対して同時
    にサービスを提供するために約１９００ＭＨｚおよび３５００ＭＨｚにあること
    を特徴とする請求項１、２、３、４または５に記載のインタレースマルチバンド
    アンテナアレイ。
  14. 【請求項１４】 作動バンドが、ＧＳＭ９００、ＧＳＭ１８００およびＵＭ
    ＴＳのセルラ移動電話システムに対して同時にサービスを提供するために約９０
    ０ＭＨｚ、１８００ＭＨｚおよび２１００ＭＨｚにあることを特徴とする請求項
    １、２、３、４または５に記載のインタレースマルチバンドアンテナアレイ。
  15. 【請求項１５】 作動バンドが、ＡＭＰＳおよびＰＣＳのセルラ移動電話シ
    ステムに対して同時にサービスを提供するために約８００ＭＨｚおよび１９００
    ＭＨｚにあることを特徴とする請求項１、２、３、４または５に記載のインタレ
    ースマルチバンドアンテナアレイ。
  16. 【請求項１６】 モノバンド信号分配ネットワークが、各作動周波数および
    前記アレイを形成する副アレイのために使用されることを特徴とする請求項１、
    ２、３、４または５に記載のインタレースマルチバンドアンテナアレイ。
  17. 【請求項１７】 単一マルチバンド分配ネットワークが、全周波数で前記ア
    レイの全エレメントを励起するために使用されることを特徴とする請求項１、２
    、３、４または５に記載のインタレースマルチバンドアンテナアレイ。
  18. 【請求項１８】 （例として、フィルタ、共振器あるいはダイプレクサのよ
    うな）どんなエレメントが励起され、かつどんな周波数で励起されるかの選択を
    可能にする周波数選択性エレメントが前記分配ネットワークの端末に組み込まれ
    るかあるいは統合されることを特徴とする請求項１６記載のインタレースマルチ
    バンドアンテナアレイ。
  19. 【請求項１９】 作動周波数が、ＡＭＰＳ、ＰＣＳ ｙ ＵＭＴ２０００の
    セルラ移動電話システムに対する同時にサービスを提供するために約８００ＭＨ
    ｚ、１９００ＭＨｚおよび２１００ＭＨｚにあることを特徴とする請求項１、２
    、３、４または５に記載のインタレースマルチバンドアンテナアレイ。
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