JP2004104383A

JP2004104383A - アンテナ装置

Info

Publication number: JP2004104383A
Application number: JP2002262277A
Authority: JP
Inventors: Yoshito Fukumoto; 福本　吉人; Masakatsu Maruyama; 丸山　政克; Yutaka Kawada; 川田　豊; Kenichi Inoue; 井上　憲一; Takayuki Hirano; 平野　貴之; Nobuyuki Kawakami; 川上　信之
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2002-09-09
Filing date: 2002-09-09
Publication date: 2004-04-02

Abstract

【課題】誘電体基板に形成された平面状のアレーアンテナのように対応周波数帯域の狭いアンテナを用いながら簡単な構成によって広い周波数帯域での使用に対応可能とする。
【解決手段】それぞれ複数のパッチアンテナ３ａ，３ｂから構成されそれぞれ異なる共振周波数帯域を有する複数のサブアンテナ２ａ，２ｂそれぞれと，サブアンテナそれぞれの共振周波数帯域に対応する高周波信号を出力及び入力する送受信機４とをサーキュレータ５によって相互に接続し，サブアンテナ間における高周波信号の相互干渉を抑止する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は，無線通信用のアンテナ装置に関し，特に，準ミリ波帯〜ミリ波帯の超高周波帯でのモバイル高速無線通信用に好適なアンテナ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の無線通信では，例えば，携帯電話では８００ＭＨｚ，ＰＨＳでは１．９ＧＨｚ，ＩＥＥＥ８０２．１１ｂ規格の無線ＬＡＮでは２．４ＧＨｚの各周波数帯での通信が行われているが，ＦＴＴＨ（ｆｉｂｅｒ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｈｏｍｅ），ＤＳＬ（ｄｉｇｉｔａｌ　ｓｕｂｓｃｒｉｂｅｒ　ｌｉｎｅ）等の固定通信回線と比べると通信速度の面で十分でない。今後，さらに無線通信の高速化を図るためには，より広い周波数帯域幅を確保しやすい準ミリ波帯（１０ＧＨｚ以上）〜ミリ波帯（３０ＧＨｚ以上）の超高周波帯での通信へ移行せざるを得ない。
従来，マイクロ波帯〜ミリ波帯の超高周波帯域での無線通信に用いられるアンテナ装置としては，アンテナ効率に優れ，低サイドロープ特性を容易に実現できるいわゆる開口面アンテナが固定通信局に広く用いられてきた。典型的な開口面アンテナとしてパラボラアンテナやホーンアンテナがある。
しかしながら，開口面アンテナは，金属製の立体構造を有するので相当の重量及び容積があるため，携帯性が要求されるモバイル用途での無線通信には適していないという問題点があった。
一方，低周波帯域での無線通信に一般的に用いられるチップアンテナやロッドアンテナは小型軽量で携帯性に優れているが，超高周波帯域での無線通信ではアンテナゲインの確保が困難であるという問題点があった。
このような中で，モバイル用途向けの超高周波帯域での無線通信用アンテナとしては，大きさ，消費電力，コスト等を総合的に考慮すれば，基板に形成されたパッチアンテナやスロットアンテナ等，ストリップライン構成を基本にした平面状のアレーアンテナが適していると考えられる。
前記アレーアンテナは，一般に無線信号の波長の４分の１程度の寸法のアンテナ素子が２次元の平面状に配列されたアレー構成を有する。具体的には，２つの導体（導電体）とその間に挟まれた誘電体とからなるＮＲＤガイド（Ｎｏｎ　Ｒａｄｉａｔｉｖｅ　Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｗａｖｅ　Ｇｕｉｄｅ）における前記導体の一方に１次元状又は２次元状に配列された複数の開口部（スロット）が設けられた構成を有するＮＲＤガイド型スロットアレーアンテナ（スロット型のアレーアンテナ）や，プリント基板をエッチングして線状またはパッチ状のアンテナ素子（パッチアンテナ）を１次元状又は２次元状に複数に並べたマイクロストリップ型のアレーアンテナ（ストリップ型のアレーアンテナ）等がある。前記ＮＲＤガイド型スロットアレーアンテナの場合，前記開口部（スロット）それぞれがアンテナ素子に相当する部分を構成する。このようなアレーアンテナでは，前記アンテナ素子それぞれが高周波信号に共振することで超高周波帯域の信号の送受信を行うことができ，前記アンテナ素子を複数設けることによってアンテナゲインを確保することが可能となる。また，超高周波帯域での自由空間における無線信号の波長は３ｃｍ以下となるので，その４分の１程度の寸法となるアンテナ素子の大きさは，携帯電話等の携帯端末の大きさ（１０ｃｍ程度）よりも十分小さく，かつ薄型に構成でき，さらに消費電力も小さく，比較的安価に製造できるのでモバイル用途に適しているといえる。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−３４１０２７号公報
【非特許文献１】
「最新平面アンテナ技術」（総合技術センター，ｐｐ３８５〜３８６，１９９３）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら，前記アレーアンテナは，その共振周波数帯域が狭いため，これをモバイル用途に用いる場合には以下のような問題点が生じる。
超高周波帯での無線通信に用いられる周波数帯域は，２５ＧＨｚ帯準ミリ波帯高域移動アクセスシステム用として２４．７５〜２５．２５ＧＨｚと２７．００〜２７．５０ＧＨｚの周波数帯域が，６０ＧＨｚ帯ミリ波帯無線システムとして５５〜６５ＧＨｚの周波数帯域が予定されている。
これに対し，前記アレーアンテナの共振周波数帯域は，その中心周波数のせいぜい５％程度の範囲に限られる。即ち，例えば２５ＧＨｚ帯では約１．２５ＧＨｚの帯域幅，６０ＧＨｚ帯では約３ＧＨｚの帯域幅の範囲でしか使用できず，１つの前記アレーアンテナで超高周波帯での無線通信に対応することができないという問題点がある。
また，前記パッチアンテナ（アレーアンテナの一例）を広帯域化する手法として，非特許文献１に前記パッチアンテナが形成される基板の厚みを厚くしたり，該基板の裏にバックキャビティを形成する等により実効的な基板厚を給電線部より厚くする等の手法が示されている。さらに，特許文献１には，前記パッチアンテナと地導体との間に液晶層を設け，該液晶層に印加する直流電界を変化させることによって共振周波数帯域を調節し，広い周波数帯域に対応させる手法が示されている。
しかし，非特許文献１及び特許文献１に示される技術では，給電線での信号損失が増大したり，構成が極めて複雑になる等の理由から，モバイル用途に適用するには現実的でない。
従って，本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり，その目的とするところは，誘電体基板に形成された平面状のアレーアンテナのように対応周波数帯域の狭いアンテナを用いながら簡単な構成によって広い周波数帯域での使用に対応可能なアンテナ装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明は，それぞれ異なる共振周波数帯域を有する複数のサブアンテナと，前記サブアンテナそれぞれと該サブアンテナそれぞれの共振周波数帯域に対応する高周波信号を出力及び／又は入力する信号処理部とを相互に接続し，前記サブアンテナ間における前記高周波信号の相互干渉を抑止するよう構成された接続回路と，を具備してなることを特徴とするアンテナ装置として構成されるものである。
これにより，送受信される高周波信号の周波数帯域の幅が広く，それに比べて前記サブアンテナ個々の共振周波数帯域の幅が狭い場合であっても，送受信されるその時々の高周波信号の周波数帯域に対応した前記サブアンテナが選択的に動作（共振）するので，結果として広い帯域の高周波信号に対応したアンテナ装置を構成できる。ここで，後述するように，前記サブアンテナそれぞれと前記信号処理部とを単に直接接続した場合には，前記サブアンテナ間における高周波信号の相互干渉が生じて（あるサブアンテナに直接伝送された高周波信号に対し他のサブアンテナで反射された高周波信号（位相がずれた高周波信号）が干渉して）正常な信号送受信を行えないという問題が生じるが，本発明に係るアンテナ装置の構成によれば，高周波信号の相互干渉が抑止されるので，そのような問題が生じない。
ここで，前記高周波信号の相互干渉を抑止する前記接続回路としては，例えば，サーキュレータからなる接続回路や，Ｗｉｌｋｉｎｓｏｎ型分配器からなる接続回路等が考えられる。
【０００６】
また，前記接続回路と前記サブアンテナそれぞれとの間に，前記サブアンテナそれぞれの共振周波数帯域に対応した帯域フィルタを設けることも考えられる。一般に，アンテナ（前記サブアンテナ）の帯域通過特性よりも帯域フィルタの帯域通過特性の方が急峻であり，高周波信号を通過させるときの通過率及び反射させるときの反射率が大きいため，上記構成によってより効率的な信号伝送を行うことが可能となる。
【０００７】
また，前記サブアンテナが誘電体基板に形成された複数のアンテナ素子により構成されたいわゆるアレーアンテナであれば，モバイル用途に好適な小型（省スペース）で低消費電力かつ低コストのアンテナ装置とすることができる。
さらに，前記誘電体基板が複数層をなす積層基板であり，各層ごとに前記サブアンテナが形成されたものでれば，より高集積（省スペース）なアンテナ装置を構成できる。
この場合，各層間の反射の影響を抑えるため，前記誘電体基板を構成する誘電体材料について，比誘電率が１．５以下であることや，誘電正接が０．０００１以下であることが望ましい。このような誘電体材料としては，空孔率９０％以上の多孔質材料からなるものが考えられる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下添付図面を参照しながら，本発明の実施の形態及び実施例について説明し，本発明の理解に供する。尚，以下の実施の形態及び実施例は，本発明を具体化した一例であって，本発明の技術的範囲を限定する性格のものではない。
ここに，図１は本発明の実施の形態に係るアンテナ装置Ｘの構成を表すブロック図，図２はサーキュレータの動作を説明する図，図３は本発明の実施例に係るアンテナ装置Ｙの構成を表すブロック図，図４は本発明の実施例に係るアンテナ装置Ｘ１の構成を表すブロック図，図５は本発明の実施例に係るアンテナ装置Ｘ２（３つのサブアレーアンテナ具備）の構成を表すブロック図，図６は本発明に係るアンテナ装置を構成するサブアレーアンテナを積層基板に形成した例を表す図，図７はサブアレーアンテナと送受信機とを直接接続した構成を表す図である。
【０００９】
まず，図１を用いて，本発明の実施の形態に係るアンテナ装置Ｘの概略構成および動作原理について説明する。
本アンテナ装置Ｘは，１つの誘電体基板１０に並べて形成された２つのサブアレーアンテナ２ａ，２ｂ（前記サブアンテナの一例）と該サブアレーアンテナ２ａ，２ｂそれぞれに接続されたサーキュレータ５（前記接続回路の一例）とから構成されている。ここで，前記誘電体基板１０は，誘電体の上下に導体層が形成された基板である。そして，前記サーキュレータ５は，準ミリ波帯移動アクセスシステム用の２４．７５〜２５．２５ＧＨｚ及び２７．００〜２７．５０ＧＨｚの周波数帯域の信号の出力及び入力を行う送受信機４（前記信号処理部の一例）に接続される。ここでは，前記サブアレーアンテナ２ａ，２ｂは前記サーキュレータ５の有する３つの端子のうちの端子２，３に，前記送受信機４は残りの端子１に接続されるものとする。
また，前記サブアレーアンテナ２ａ，２ｂは，それぞれ誘電体基板の上部導体層をエッチングすることによりパッチ状のアンテナ素子（パッチアンテナ）が２次元状に複数に並べて形成されたマイクロストリップ型のアレーアンテナであり，前記サブアレーアンテナ２ａ，２ｂごとに共振周波数帯域（例えば，ＶＳＷＲ≦２．０となる帯域）が異なるよう設定されている。前記サブアレーアンテナ２ａ，２ｂとしては，２つの導体（導電体）とその間に挟まれた誘電体とからなるいわゆるＮＲＤガイド（Ｎｏｎ　Ｒａｄｉａｔｉｖｅ　Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｗａｖｅ　Ｇｕｉｄｅ）における前記導体の一方に配列された複数の開口部（スロット）が設けられた構成を有するＮＲＤガイド型スロットアレーアンテナ等，他の平面状のアレーアンテナも考えられる。
ここでは，前記サブアレーアンテナ２ａ（サブアレーアンテナＡ）は２４．５〜２５．５ＧＨｚの帯域，前記サブアレーアンテナ２ｂ（サブアレーアンテナＢ）は２６．５〜２７．５ＧＨｚの帯域がそれぞれの共振周波数帯域となるよう構成されている。所望の共振周波数帯域（使用周波数帯域）を設定するためのパッチアンテナ（放射素子）の構成方法等については周知であるのでここでは説明を省略する。
前記サーキュレータ５は，非可逆多端子受動回路素子の一例であり，図２に示すように複数の端子１，２，３間を循環的に所定の一方向（図１では反時計回り：端子１→２→３→１の方向）にのみ高周波信号を伝送する接続回路として構成されている。これは，フェライトコアが所定周波数以上の高周波信号に対して高い抵抗値を持ち大きなファラデー回転の特性を有することを応用したもの（ファラデー回転形サーキュレータ）で周知である。
【００１０】
ここで，前記誘電体基板１０を構成する誘電体材料は，その比誘電率εｒが１に近いほど，前記サブアレーアンテナ２ａ，２ｂから効率良く電磁波を放射でき，比誘電率εｒが大きくなるほど放射効率が悪くなる。これは，前記誘電体材料の比誘電率εｒが自由空間の比誘電率（εｒ＝１）より大きくなるほど，自由空間とのインピーダンス差が大きくなり界面での電力損失が大きくなるとともに，伝送ラインでの信号の伝播損失が大きくなるからである。従って，前記誘電体材料の比誘電率εｒ＝１とすることが望ましいが，比誘電率εｒ≦１の物質は存在しないので，比誘電率εｒが１に近く，ある程度の感度を確保できるものとして，比誘電率εｒが１より大きく２より小さい（１＜εｒ＜２）前記誘電体材料を用いることが実用的である。
前記誘電体材料としては，フッ素樹脂ガラスやアルミナセラミックス等も考えられるが，空孔率を高める（８５〜９９％）ことにより低誘電率を実現できるシリカエアロゲル等のエアロゲル膜（乾燥ゲル膜）を用いることが望ましい。また，該エアロゲル膜を用いれば，その誘電正接が１０^−４〜１０^−５オーダーとなり，誘電体基板を用いたアンテナにおいて，伝送ラインでの伝送損失を実用的なレベルとするために一般的に必要とされる１０^−３オーダー以下の誘電正接を十分満たすこととなるので前記変換効率が非常に高い（アンテナ特性が良い）アンテナとすることができる。前記エアロゲル膜の製法等については，特開２００１−７１００号公報等に詳しい。
【００１１】
続いて，本アンテナ装置Ｘについて説明する前に，図７に示すように，前記サブアレーアンテナ２ａ，２ｂと前記送受信機４とを単に相互に直接接続した場合の問題点について説明する。以下，準ミリ波帯移動アクセスシステム用の高周波信号のうち２４．７５〜２５．２５ＧＨｚの周波数帯域の信号を「信号Ａ」といい，２６．５〜２７．５ＧＨｚの周波数帯域の信号を「信号Ｂ」という。
図７に示すように相互に直接接続した場合，例えば，前記送受信機４により，前記信号Ａが出力されると，該信号Ａは前記サブアレーアンテナ２ａ，２ｂの両方に直接伝送される。ここで，前記サブアレーアンテナ２ａは前記信号Ａに対して共振する無反射終端となる（反射係数が小さい）ため，前記サブアレーアンテナ２ａに伝送された前記信号Ａはそのまま無線信号として放射される。一方，前記サブアレーアンテナ２ｂは前記信号Ａに対して共振しない反射終端となる（反射係数が大きい）ため，前記サブアレーアンテナ２ｂに伝送された前記信号Ａは反射して前記サブアレーアンテナ２ａへ伝送されてしまう。このように前記サブアレーアンテナ２ｂで反射して前記サブアレーアンテナ２ａに伝送される信号は，前記サブアレーアンテナ２ａに直接伝送される信号とはその伝送経路長の違いから位相が異なり，これらが相互干渉して本来送信したい信号（前記サブアレーアンテナ２ａから送信したい信号）が送信されない（送出波が乱れる）という問題が生じる。この問題は，前記送受信機４により，前記信号Ｂが出力された場合も同様に，前記サブアレーアンテナ２ａで反射した信号が前記サブアレーアンテナ２ｂに直接伝送された信号と相互干渉してしまう。
このように，共振周波数帯域がそれぞれ異なる複数の前記サブアレーアンテナ２ａ，２ｂを用いて通信を行う場合，それらを相互に直接接続するだけでは前記サブアレーアンテナ２ａ，２ｂ間における高周波信号の相互干渉が生じるため，これを抑止する構成とする必要がある。しかし，図１に示した本アンテナ装置Ｘの構成によれば，このような前記サブアレーアンテナ２ａ，２ｂ間における高周波信号の相互干渉を抑止できる。
【００１２】
次に，図２を用いて，本アンテナ装置Ｘにおける高周波信号の送信時及び受信時の信号伝送について説明する。
（送信時）
まず，前記サーキュレータ５の端子１に接続された前記送受信機４により，前記信号Ａが出力された（端子１に入力された）場合，端子１に入力された前記信号Ａは，前記サーキュレータ５の一方向伝送性により端子２の方向へのみ伝送される。ここで，端子２に接続された前記サブアレーアンテナ２ａは前記信号Ａに対して共振する無反射終端となる（反射係数が小さい）ため，図２（ａ）に示すように前記信号Ａは端子２にのみ伝送され，他の端子３，１へは伝送されない。また，前記送受信機４により前記信号Ｂが出力された（端子１に入力された）場合，端子１に入力された前記信号Ｂは，前記サーキュレータ５の一方向伝送性により端子２の方向へのみ伝送される。ここで，端子２に接続された前記サブアレーアンテナ２ａは前記信号Ａに対して共振しない（反射する）反射終端となる（反射係数が大きい）ため，前記信号Ｂは図２（ｂ）に示すように端子２の接続先（前記信号Ｂは前記サブアレーアンテナ２ｂ）で反射し，端子２に戻った後端子３へ伝送される。そして，端子３に接続された前記サブアンテナＢは前記信号Ｂに対して無反射終端となるため，前記信号Ｂは端子３にのみ伝送され，他の端子２，１へは伝送されない。
（受信時）
一方，前記サブアンテナ２ａによって２４．５〜２５．５ＧＨｚの無線信号が受信され，前記サーキュレータ５の端子２に前記信号Ａが入力された場合，図２（ｃ）に示すように，端子２に入力した前記信号Ａは端子３で反射して無反射終端である前記送受信機４が接続された端子１のみに伝送される。
また，前記サブアンテナＢによって２６．５〜２７．５ＧＨｚの無線信号が受信され，端子３に前記信号Ｂが入力された場合，図２（ｄ）に示すように，端子３に入力した前記信号Ｂは前記送受信機４が接続された端子１のみに伝送される。
このように，本アンテナ装置Ａの構成によれば，前記サブアレーアンテナ２ａ，２ｂ間における高周波信号の相互干渉がなく，送受信される信号の周波数に応じて適切な前記サブアレーアンテナ２ａ，２ｂが動作することになる。これにより，前記サブアレーアンテナ２ａ，２ｂそれぞれの共振周波数帯域（使用周波数帯域）は狭いが，アンテナ装置全体としては広周波数帯域に対応可能となる。
ここで，図１に示した接続構成は一例であり，前記サブアレーアンテナ２ａ，２ｂ及び前記送受信機４を前記サーキュレータ５に接続する順序（端子）に特に制限はない。
【００１３】
【実施例】
前記アンテナ装置Ｘでは，前記サブアレーアンテナ２ａ，２ｂそれぞれと前記送受信機４とを相互接続する接続回路として，前記サーキュレータ５を用いたが，これに限るもので無く，例えば，図５に示すようにＷｉｌｋｉｎｓｏｎ型分配器７を接続回路に用いたアンテナ装置Ｙも考えられる。
前記Ｗｉｌｋｉｎｓｏｎ型分配器７は，図５に示すように，例えば，特性インピーダンスが√２Ｚ_０（＝７０．７Ω）の１／４波長伝送線路が２本（７１，７２）と、特性インピーダンスが２Ｚｏ（＝１００Ω）の抵抗７３が１個で構成され，前記送受信機４が接続されるポート１（端子１）とインピーダンスマッチングをとりながら，残りのポート２，３（端子２，３）それぞれに接続される前記サブアレーアンテナ２ａ，２ｂがアイソレーションされるように構成される周知の接続回路である。
（送信時）
本アンテナ装置Ｙにおいて，前記送受信機４により，前記信号Ａが出力（ポート１に入力）された場合，該信号Ａは前記１／４波長伝送線路７１，７２それぞれに並行（分岐）して伝送されてポート１，２それぞれに出力される。ここで，ポート２に接続された前記サブアレーアンテナ２ａは前記信号Ａに対して共振する無反射終端となるためそのまま前記サブアレーアンテナ２ａから放出される。一方，前記サブアレーアンテナ２ｂは前記信号Ａに対して共振しない（反射する）反射終端となるため，ポート３から出力された信号は反射してポート３に戻り，前記１／４波長伝送線路７２を経て回路の分岐点７４に伝送されるが，前述したようにポート２，３の間はアイソレーションされているため，ポート２に回り込んで前記サブアレーアンテナ２ａに直接伝送された信号と干渉することがない。このことは，前記送受信機４により前記信号Ｂが出力された場合も同様（反射信号の方向は逆向き）である。
（受信時）
また，前記サブアレーアンテナ２ａによって２４．５〜２５．５ＧＨｚの無線信号が受信され，前記Ｗｉｌｋｉｎｓｏｎ型分配器７のポート２に前記信号Ａが入力された場合も，該信号Ａは，ポート１に接続された前記送受信機４には伝送されるが，アイソレーションがとられているポート３へは伝送されない。同様に，前記サブアレーアンテナ２ｂによてｔ２７．００〜２７．５０ＧＨｚの無線信号が受信され，ポート３に前記信号Ｂが入力された場合も，該信号Ｂは，ポート１に接続された前記送受信機４には伝送されるが，アイソレーションがとられているポート２へは伝送されない。
本アンテナ装置Ｙでは，信号送信の際に，前記送受信機４から出力された信号が分岐されるので，前記アンテナ装置Ｘよりは信号の利用効率が劣るが，このような構成も本発明の実施例の一つである。
【００１４】
また，前記アンテナ装置Ｘや前記アンテナ装置Ｙにおける接続回路（前記サーキュレータ５や前記Ｗｉｌｋｉｎｓｏｎ型分配器７）と前記サブアレーアンテナ２ａ，２ｂそれぞれとの間に，前記サブアンテナ２ａ，２ｂそれぞれの共振周波数帯域に対応した（その共振周波数帯域のみを通過させる）帯域フィルタを設けた構成とすることも考えられる。
図４に，前記アンテナ装置Ｘに，前記サブアレーアンテナ２ａ，２ｂそれぞれに対応した帯域通過特性を有する前記帯域フィルタ６ａ，６ｂ（各帯域通過特性は，２５．００ＧＨｚ±０．５０ＧＨｚ，２７．２５ＧＨｚ±０．５０ＧＨｚ）を設けた例（アンテナ装置Ｘ１）を示す。
一般に，前記サブアレーアンテナ２ａ，２ｂの帯域通過特性よりも前記帯域フィルタの帯域通過特性の方が急峻であり，高周波信号を通過させるときの通過率及び反射させるときの反射率が大きいため，より効率的な信号伝送を行うことが可能となる。同様の構成は，前記アンテナ装置Ｙに適用してもよい。
【００１５】
また，本発明は前述したように２つのサブアレーアンテナを用いるものに限らず，３つ以上のサブアレーアンテナからなるアンテナを用いた構成とすることもできる。
図５に，前記アンテナ装置Ｘを拡張したものであり，誘電体基盤１０’上に並べて形成され共振周波数帯域が異なる３つのサブアレーアンテナ２ａ，２ｂ，２ｃ（サブアレーアンテナＡ，Ｂ，Ｃ）それぞれと前記送受信機４とをサーキュレータからなる接続回路で接続するとともに，前記サブアレーアンテナ２ａ，２ｂ，２ｃそれぞれに対応する帯域フィルタ６ａ，６ｂ，６ｃ及び前記サブアレーアンテナ２ａと２ｂの両周波数帯域に対応する（両周波数帯域を通過させる）帯域フィルタ６ｄを設けたものである。
図５に示すアンテナ装置Ｘ２の構成は，図４に示した前記アンテナ装置Ｘ１の前記サーキュレータ５による接続構成を階層的（２階層）にしたものであり，前記アンテナ装置Ｘ１における前記サーキュレータ５と前記送受信機４との間に，もう一つのサーキュレータ５’を設け，２つのサーキュレータ５，５’の間（サーキュレータ５の端子１とサーキュレータ５’の端子２との間）に前記帯域フィルタ６ｄを，前記サーキュレータ５’の端子１に前記送受信機４を，残りの端子３に前記帯域フィルタ６ｃを介して前記サブアレーアンテナ６ｃをそれぞれ接続している。
このアンテナ装置Ｘ２では，前記アンテナ装置Ｘで説明したのと同様に，前記送受信機４から出力された高周波信号は，該高周波信号に対して共振する前記サブアレーアンテナ２ａ，２ｂ，２ｃのいずれかにのみ伝送され，信号の相互干渉は生じない。
同様に，前記サブアレーアンテナ２ａ，２ｂ，２ｃのいずれかで受信された信号は，他のサブアレーアンテナに回り込むことなく前記送受信機４にのみ伝送される。
【００１６】
また，前記アンテナ装置Ｘ，Ｘ１，Ｘ２，Ｙにおける前記サブアレーアンテナ２ａ，２ｂ，２ｃは，誘電体基板１，１’上に並べて配置されたものであったが，これに限るものでなく，例えば図６に示すように，複数層をなす積層基板１０’’の各層ごとに前記サブアレーアンテナが形成されたものを用いることも考えられる。図６では，便宜上，各層を分離して示しているが，実際は各層が重なり合った一体の基板である。ここで，前記積層基板１０’’の最下層には金属基板（導体基板）が形成されている。このように積層構造として集積度を高めることにより，非常に省スペースで複数の前記サブアレーアンテナを構成することができ，モバイル用途に好適となる。
この場合，各層間の反射の影響を抑えるため，前記積層基板１０’’を構成する誘電体材料は，比誘電率εｒ≦１．５，誘電正接ｔａｎδ＜０．０００１であることが望ましい。これにより，一般的な誘電体材料テフロン（登録商標）（εｒ＝２．２）を用いる場合よりも比誘電率を十分小さく抑えることができ，各層間の反射の影響を抑制できる。このような材料としては，空孔率９０％以上に高めたシリカエアロゲル等のエアロゲル膜（乾燥ゲル膜）が考えられる。即ち，空気の比誘電率εｒ＝１，ＳｉＯ２のεｒ＝４であるので，空孔率を９０％としたＳｉＯ２はεｒ＝１．３〜１．５程度に相当する。また，ＳｉＯ２はｔａｎδ＝１０^−３程度であるので，空孔率９０％としたＳｉＯ２ではｔａｎδ＝１０^−４程度となる。
【００１７】
【発明の効果】
以上説明したように，本発明によれば，共振周波数帯域がそれぞれ異なる複数のサブアンテナを，各サブアンテナにおける高周波信号が相互干渉しないよう構成された回路で接続することにより，サブアンテナそれぞれの共振周波数帯域を合わせた広帯域のアンテナ装置を構成することができる。
これにより，例えばサブアンテナとして誘電体基板に形成された平面状のアレーアンテナのように対応周波数帯域の幅は狭いが小型かつ省電力で高感度のアンテナを用いれば，非常に簡単な構成によって，小型かつ省電力で高感度でありながら，広い周波数帯域での使用に対応できるアンテナ装置を構成することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係るアンテナ装置Ｘの構成を表すブロック図。
【図２】サーキュレータの動作を説明する図。
【図３】本発明の実施例に係るアンテナ装置Ｙの構成を表すブロック図。
【図４】本発明の実施例に係るアンテナ装置Ｘ１の構成を表すブロック図。
【図５】本発明の実施例に係るアンテナ装置Ｘ２（３つのサブアレーアンテナ具備）の構成を表すブロック図。
【図６】本発明に係るアンテナ装置を構成するサブアレーアンテナを積層基板に形成した例を表す図。
【図７】サブアレーアンテナと送受信機とを直接接続した構成を表す図。
【符号の説明】
１，２，３…端子（ポート）
２ａ，２ｂ，２ｃ…サブアレーアンテナ（サブアンテナ）
３ａ，３ｂ，３ｃ…パッチアンテナ
４…送受信機（信号処理部）
５…サーキュレータ（接続回路）
６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ…帯域フィルタ
７…Ｗｉｌｋｉｎｓｏｎ型分配器（接続回路）
７１，７２…１／４波長伝送線路
７３…抵抗
７４…分岐点
１０，１０’…誘電体基板
１０’’…積層基板（誘電体基板）

Claims

それぞれ異なる共振周波数帯域を有する複数のサブアンテナと，
前記サブアンテナそれぞれと該サブアンテナそれぞれの共振周波数帯域に対応する高周波信号を出力及び／又は入力する信号処理部とを相互に接続し，前記サブアンテナ間における前記高周波信号の相互干渉を抑止するよう構成された接続回路と，を具備してなることを特徴とするアンテナ装置。
前記接続回路が，サーキュレータからなる請求項１に記載のアンテナ装置。
前記接続回路が，Ｗｉｌｋｉｎｓｏｎ型分配器からなる請求項１に記載のアンテナ装置。
前記接続回路と前記サブアンテナそれぞれとの間に，前記サブアンテナそれぞれの共振周波数帯域に対応した帯域フィルタを設けてなる請求項１〜３のいずれかに記載のアンテナ装置。
前記サブアンテナが誘電体基板に形成された複数のアンテナ素子により構成されてなる請求項１〜４のいずれかに記載のアンテナ装置。
前記誘電体基板が複数層をなす積層基板であり，各層ごとに前記サブアンテナが形成されてなる請求項５に記載のアンテナ装置。
前記誘電体基板を構成する誘電体材料の比誘電率が１．５以下である請求項１〜６のいずれかに記載のアンテナ装置。
前記誘電体基板を構成する誘電体材料の誘電正接が０．０００１以下である請求項１〜７のいずれかに記載のアンテナ装置。
前記誘電体基板を構成する誘電体材料が空孔率９０％以上の多孔質材料からなる請求項１〜８のいずれかに記載のアンテナ装置。