JP2017139686A - アンテナおよび基地局 - Google Patents

Abstract

【課題】指向性の周波数変動を抑えつつ、アンテナの動作帯域を元の動作帯域より低い周波数帯に拡大する。
【解決手段】アンテナ素子２０の中心Ｃと給電点ＦＰとを結ぶ直線ＳＬが延在する方向を第１方向としたとき、アンテナ素子２０に対して第１方向と直交する方向の両側に設けられた第１無給電素子３１，３２と、アンテナ素子２０に対して第１方向の両側に設けられた第２無給電素子３３，３４とを備える。第１無給電素子３１，３２の各々は、アンテナ素子２０を挟んでグランド板１０とは反対側に設けられ、グランド板１０と垂直な方向から見た場合にアンテナ素子２０と一部が重なる。第２無給電素子３３，３４の各々は、アンテナ素子２０と同一平面上またはアンテナ素子２０を挟んでグランド板１０とは反対側に設けられ、第１方向の幅がアンテナ素子２０の第１方向の幅より小さい。
【選択図】図１

Description

本発明は、アンテナおよび基地局に関する。

移動体通信には多くの周波数帯が割り当てられている。このため複数の周波数帯を１つのアンテナでカバーすることが可能な基地局用のマルチバンドアンテナの開発が行われている。また、基地局は設置スペースが限られているため、新たな周波数帯が割り当てられた場合に、この周波数帯用のアンテナを追加するのではなく、元のアンテナの動作帯域を拡大できるようにすることが望ましい。

アンテナの動作帯域を拡大する方法として、例えば特許文献１には、パッチ導体に対し、ストリップ導体の延在方向に直角な方向の両側に補助パッチ導体を配置することが記載されている。また、非特許文献１には、ＭＳＡ（MicroStrip Antenna）素子に対し、給電点のオフセット方向とその反対方向にＭＳＡ素子と同程度の大きさの無給電素子を配置することが記載されている。

特開2015-92658号公報

Ikabata Munenori，Cho Keizo，「Bandwidth improvement of MSA with co-located parasitic elements」，Electromagnetics (iWEM) 2014 IEEE International Workshop on，IEEE，2014年，p.165-166

特許文献１の場合、アンテナの動作帯域を拡大することはできるが、非特許文献１の記載から明らかとなるように半値幅の周波数変動が大きくなってしまう。これは、基地局用のアンテナとして用いた場合、基地局の無線エリアが周波数によって大きく変動してしまうことを意味する。また、非特許文献１の場合、半値幅の周波数変動を抑制することはできるが、アンテナの動作帯域を元の動作帯域より高い周波数帯にしか拡大することができない。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、指向性の周波数変動を抑えつつ、アンテナの動作帯域を元の動作帯域より低い周波数帯に拡大することを目的とする。

本発明に係るアンテナは、グランド板と、前記グランド板に対して間隔を隔てて配置された板状のアンテナ素子と、前記アンテナ素子において、前記アンテナ素子の中心からオフセットされた位置に設けられた給電点と、前記中心と前記給電点とを結ぶ直線が延在する方向を第１方向としたとき、前記アンテナ素子に対して前記第１方向と直交する方向の両側に設けられた２つの第１無給電素子と、前記アンテナ素子に対して前記第１方向の両側に設けられた２つの第２無給電素子と、を備え、前記２つの第１無給電素子の各々は、前記アンテナ素子を挟んで前記グランド板とは反対側に設けられ、前記グランド板と垂直な方向から見た場合に前記アンテナ素子と一部が重なり、前記２つの第２無給電素子の各々は、前記アンテナ素子と同一平面上または前記アンテナ素子を挟んで前記グランド板とは反対側に設けられ、前記第１方向の幅が前記アンテナ素子の前記第１方向の幅より小さい。

本発明によれば、指向性の周波数変動を抑えつつ、アンテナの動作帯域を元の動作帯域より低い周波数帯に拡大することができる。

第１実施形態に係るアンテナ１の正面図である。 Ｙ方向から見た場合のアンテナ１の側面図である。 Ｘ方向から見た場合のアンテナ１の側面図である。 給電点ＦＰの部分の構造を示すアンテナ１の一部断面図である。 同軸ケーブル５０の構造を示す斜視図である。 対比例１に係るアンテナ８の正面図である。 Ｙ方向から見た場合のアンテナ８の側面図である。 Ｘ方向から見た場合のアンテナ８の側面図である。 対比例２に係るアンテナ９の正面図である。 Ｙ方向から見た場合のアンテナ９の側面図である。 Ｘ方向から見た場合のアンテナ９の側面図である。 アンテナ１，８，９のＳ１１特性を示すグラフである。 アンテナ１，９のＸＺ平面における指向性について、半値幅の周波数特性を示すグラフである。 第２実施形態に係るアンテナ２の正面図である。 Ｙ方向から見た場合のアンテナ２の側面図である。 Ｘ方向から見た場合のアンテナ２の側面図である。 アンテナ２，８のＳ１１特性を示すグラフである。 アンテナ２のＸＺ平面における指向性について、半値幅の周波数特性を示すグラフである。 第３実施形態に係るアンテナ３の正面図である。 Ｙ方向から見た場合のアンテナ３の側面図である。 Ｘ方向から見た場合のアンテナ３の側面図である。 アンテナ３，８のＳ１１特性を示すグラフである。 アンテナ３のＸＺ平面における指向性について、半値幅の周波数特性を示すグラフである。

以下、図面を参照して本発明に係る実施の形態を説明する。なお、図面において各部の寸法の比率は実際のものと適宜異なる。
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係るアンテナ１の正面図である。また、図２はＹ方向から見た場合のアンテナ１の側面図であり、図３はＸ方向から見た場合のアンテナ１の側面図である。このアンテナ１は、例えば、移動体通信において基地局用のマルチバンドアンテナとして使用されるものであり、グランド板１０と、アンテナ素子２０と、４つの無給電素子３１〜３４とを備える。グランド板１０とアンテナ素子２０と無給電素子３１〜３４は、いずれも金属等の導体で形成された板状の部材である。

図１に示すように、グランド板１０の形状は正方形であり、そのサイズは２００ｍｍ（Ｘ方向）×２００ｍｍ（Ｙ方向）である。また、アンテナ素子２０の形状は長方形であり、そのサイズは５９ｍｍ（Ｘ方向）×６２ｍｍ（Ｙ方向）である。アンテナ素子２０はグランド板１０に対してＺ方向に所定の間隔を隔てて対向配置されており、両者のＺ方向の離間間隔は７．５ｍｍである（図２，図３）。

アンテナ素子２０には、その中心Ｃから−Ｙ方向に１７ｍｍだけオフセットされた位置に給電点ＦＰが設けられている。この場合、給電点ＦＰのオフセット方向は−Ｙ方向になる。また、アンテナ素子２０の中心Ｃと給電点ＦＰとを結ぶ直線ＳＬが延在する方向（第１方向）は±Ｙ方向になり、第１方向に直交する方向は±Ｘ方向になる。

アンテナ素子２０に対して±Ｘ方向の両側には、２つの無給電素子３１，３２（第１無給電素子）が設けられている。無給電素子３１，３２の各々は、長方形の形状を有し、そのサイズは１８ｍｍ（Ｘ方向）×５４ｍｍ（Ｙ方向）である。Ｚ方向（グランド板１０と垂直な方向）からアンテナ１を平面視した場合、無給電素子３１，３２の各々は、アンテナ素子２０と一部が重なり、重なる部分のＸ方向の幅は１３ｍｍである。また、図２および図３に示すように、無給電素子３１，３２とグランド板１０とのＺ方向の離間間隔は２０．５ｍｍである。

アンテナ素子２０に対して±Ｙ方向の両側には、２つの無給電素子３３，３４（第２無給電素子）が設けられている。無給電素子３３，３４の各々は、長方形の形状を有し、そのサイズは５９ｍｍ（Ｘ方向）×１４ｍｍ（Ｙ方向）である。無給電素子３３，３４のＹ方向の幅は１４ｍｍであり、アンテナ素子２０のＹ方向の幅（６２ｍｍ）より小さい。無給電素子３３，３４とアンテナ素子２０とのＹ方向の離間間隔は１ｍｍである。また、図２および図３に示すように、無給電素子３３，３４とグランド板１０とのＺ方向の離間間隔は７．５ｍｍである。

なお、無給電素子３１，３２は、アンテナ素子２０とのＺ方向の離間間隔が１３ｍｍ（２０．５ｍｍ−７．５ｍｍ）あるが、Ｚ方向からアンテナ１を平面視した場合にアンテナ素子２０と重なる部分を有する。一方、無給電素子３３，３４は、Ｚ方向からアンテナ１を平面視した場合にアンテナ素子２０と重なる部分はないが、アンテナ素子２０とのＹ方向の離間間隔が１ｍｍと小さい。このように４つの無給電素子３１〜３４は、いずれもアンテナ素子２０と離間しているが、アンテナ素子２０の近傍に配置されている。また、図２および図３に示すように、無給電素子３１，３２は、アンテナ素子２０よりＺ方向側（アンテナ素子２０を挟んでグランド板１０とは反対側）に配置されているのに対し、無給電素子３３，３４は、アンテナ素子２０と同一平面上に配置されている。

図４は、給電点ＦＰの部分の構造を示すアンテナ１の一部断面図である。また、図５は、同軸ケーブル５０の構造を示す斜視図である。図４に示すように、グランド板１０のうち給電点ＦＰと対向する部分には、円形状の開口部ＯＰが形成されている。図５に示すように、同軸ケーブル５０は、その内側から順に、金属等の導体で形成された芯線５２と、芯線５２の周囲を覆う絶縁層５４と、金属等の導体で編組された網線５６と、網線５６を被覆する外皮５８とを有する。例えば、芯線５２と網線５６の材料は銅であり、絶縁層５４と外皮５８の材料はポリエチレン等の絶縁体である。

アンテナ１には同軸ケーブル５０を用いて給電が行われる。より具体的に説明すると、同軸ケーブル５０の芯線５２は、グランド板１０の−Ｚ方向側から開口部ＯＰを介してグランド板１０とアンテナ素子２０との間に挿入され、その先端がアンテナ素子２０にハンダ付けされる。また、同軸ケーブル５０の網線５６は、グランド板１０のうち開口部ＯＰの周縁部にハンダ付けされる。このように給電点ＦＰは、同軸ケーブル５０の芯線５２とアンテナ素子２０との接続位置である。

また、同軸ケーブル５０を介してアンテナ１に高周波電力が給電されると、アンテナ１から電波（直線偏波）が放射される。この際、４つの無給電素子３１〜３４はアンテナ素子２０の近傍に配置されているため、アンテナ素子２０に励振された電磁界によって無給電素子３１〜３４にも高周波電流が誘起され、アンテナ素子２０と無給電素子３１〜３４とが共に放射素子として機能する。

図６〜図８は、対比例１に係るアンテナ８を示す図であり、図６は正面図、図７はＹ方向から見た場合の側面図、図８はＸ方向から見た場合の側面図である。対比例１に係るアンテナ８は、第１実施形態に係るアンテナ１から４つの無給電素子３１〜３４を取り除いた構成を有している。すなわち、対比例１に係るアンテナ８は、４つの無給電素子３１〜３４を追加する前の元のアンテナであって、グランド板１０とアンテナ素子２０についてのサイズや配置、給電点ＦＰの位置は、第１実施形態に係るアンテナ１と同じである。

図９〜図１１は、対比例２に係るアンテナ９を示す図であり、図９は正面図、図１０はＹ方向から見た場合の側面図、図１１はＸ方向から見た場合の側面図である。対比例２に係るアンテナ９は、第１実施形態に係るアンテナ１と比較した場合に以下の２点で構成が相違するが、グランド板１０とアンテナ素子２０と無給電素子３３，３４についてのサイズや配置、給電点ＦＰの位置は、第１実施形態に係るアンテナ１と同じである。

（１）無給電素子４１，４２の位置
第１実施形態に係るアンテナ１では、アンテナ素子２０に対して±Ｘ方向の両側に設けられた無給電素子３１，３２の各々が、アンテナ素子２０よりＺ方向側に配置され（図２，図３）、Ｚ方向からアンテナ１を平面視した場合にアンテナ素子２０と一部が重なっている（図１）。これに対し、対比例２に係るアンテナ９では、アンテナ素子２０に対して±Ｘ方向の両側に設けられた無給電素子４１，４２の各々が、アンテナ素子２０と同一平面上に配置され（図１０，図１１）、Ｚ方向からアンテナ９を平面視した場合にアンテナ素子２０と重なっていない（図９）。このように対比例２に係るアンテナ９は、４つ無給電素子４１，４２，３３，３４の全てがアンテナ素子２０と同一平面上に配置されている。

（２）無給電素子４１，４２のサイズ
第１実施形態に係るアンテナ１では、無給電素子３１，３２のサイズが１８ｍｍ（Ｘ方向）×５４ｍｍ（Ｙ方向）であるのに対し（図１）、対比例２に係るアンテナ９では、無給電素子４１，４２のサイズが１４ｍｍ（Ｘ方向）×６２ｍｍ（Ｙ方向）である（図９）。

図１２は、アンテナ１，８，９のＳ１１特性を示すグラフである。Ｓ１１は、アンテナへの入力電力に対する反射電力の比であり、この比をデシベルで表したものがリターンロスである。例えば、リターンロスが−１０ｄＢ以下の範囲をアンテナの動作帯域とした場合、対比例１、すなわち無給電素子を備えていない元のアンテナ８の動作帯域は、２０１０ＭＨｚ〜２１６５ＭＨｚになる。

これに対し、対比例２、すなわち４つ無給電素子４１，４２，３３，３４の全てをアンテナ素子２０と同一平面上に配置したアンテナ９の動作帯域は、１８７５ＭＨｚ〜２１１０ＭＨｚになる。ここで、対比例２に係るアンテナ９は、動作帯域の下限値が１８７５ＭＨｚであるから、元のアンテナ８の動作帯域（２０１０ＭＨｚ〜２１６５ＭＨｚ）より低い周波数帯に動作帯域を拡大することができる。しかしながら、対比例２に係るアンテナ９は、動作帯域の上限値が２１１０ＭＨｚであるから、元のアンテナ８の動作帯域のうち、２１１０ＭＨｚを超えて２１６５ＭＨｚに至るまでの部分が動作帯域から外れてしまう。

一方、第１実施形態に係るアンテナ１の動作帯域は、１９００ＭＨｚ〜２１９５ＭＨｚになる。ここで、動作帯域の下限値を比較すると、第１実施形態に係るアンテナ１が１９００ＭＨｚであるのに対し、対比例２に係るアンテナ９は１８７５ＭＨｚであり、対比例１に係るアンテナ８は２０１０ＭＨｚである。したがって、第１実施形態に係るアンテナ１は、対比例２に係るアンテナ９より動作帯域の下限値が２５ＭＨｚだけ高くなってしまうが、元のアンテナ８より低い周波数帯まで動作帯域を拡大することができる。また、第１実施形態に係るアンテナ１は、動作帯域の上限値が２１９５ＭＨｚであるから、元のアンテナ８の動作帯域をカバーできることは勿論、元のアンテナ８の動作帯域より高い周波数帯にも動作帯域を拡大することができる。

図１３は、アンテナ１，９のＸＺ平面における指向性について、半値幅（半値角）の周波数特性を示すグラフである。第１実施形態に係るアンテナ１の場合、半値幅は６５°〜５８°の範囲で推移するので、その変動幅は７°になる。これに対し、対比例２、すなわち４つ無給電素子４１，４２，３３，３４の全てをアンテナ素子２０と同一平面上に配置したアンテナ９の場合、半値幅は４４°〜１１４°の範囲で推移するので、その変動幅は７０°になる。したがって、第１実施形態に係るアンテナ１は、対比例２に係るアンテナ９よりも半値幅の周波数変動が小さい。

また、アンテナ１，９について各々の動作帯域内における半値幅の変動を比較した場合も同様のことが言える。すなわち、第１実施形態に係るアンテナ１の場合は、動作帯域が１９００ＭＨｚ〜２１９５ＭＨｚであり、この帯域内において半値幅は６３°〜５８°の範囲で推移するのでその変動幅は５°になる。これに対し、対比例２に係るアンテナ９の場合は、動作帯域が１８７５ＭＨｚ〜２１１０ＭＨｚであり、この帯域内において半値幅は６１°〜４４°の範囲で推移するのでその変動幅は１７°になる。したがって、動作帯域内について比較した場合も、第１実施形態に係るアンテナ１の方が、対比例２に係るアンテナ９より半値幅の周波数変動を小さく抑えることができる。

この半値幅の周波数変動は、アンテナのＸＺ平面における指向性が周波数によって変動することを意味し、基地局用のアンテナとした用いた場合、基地局の無線エリアが周波数によって変動してしまうことを意味する。したがって、第１実施形態に係るアンテナ１を基地局用のマルチバンドアンテナとして用いると、基地局の無線エリアが周波数によって変動してしまうことを抑制することができる。

発明者が鋭意検討した結果、給電点ＦＰのオフセット方向が−Ｙ方向（または＋Ｙ方向）の場合は、図６〜図８に示した元のアンテナ８に対し、図１に示したように、アンテナ素子２０の±Ｙ方向の両側に無給電素子３３，３４を追加し、この無給電素子３３，３４の各々のＹ方向の幅をアンテナ素子２０のＹ方向の幅より小さくすることで、元のアンテナ８の動作帯域より低い周波数帯に動作帯域を拡大できることがわかった。さらに、アンテナ素子２０に対して±Ｘ方向の両側にも無給電素子３１，３２を追加し、この無給電素子３１，３２の各々を、アンテナ素子２０よりＺ方向側であって、かつＺ方向からアンテナ１を平面視した場合にアンテナ素子２０と一部が重なる位置に配置することで、指向性の周波数変動を抑制できることや、元のアンテナ８の動作帯域より高い周波数帯にも動作帯域を拡大できることがわかった。

なお、無給電素子３１，３２については、アンテナ素子２０と同一平面上に配置するのではなく、アンテナ素子２０よりＺ方向側であって、かつＺ方向からアンテナ１を平面視した場合にアンテナ素子２０と一部が重なる位置に配置することで、無給電素子３１，３２とアンテナ素子２０との相互結合の結合力を高めることができる。これにより、無給電素子３１，３２をアンテナ素子２０と同一平面上に配置した場合に比べ、より高い周波数帯まで動作帯域を拡大することや、指向性の周波数変動をより小さく抑えることが可能になる。

また、無給電素子３３，３４は、図２および図３に示したようにアンテナ素子２０と同一平面上に配置される態様に限らず、アンテナ素子２０よりＺ方向側に配置されてもよい。無給電素子３３，３４のＹ方向の幅は、アンテナ素子２０のＹ方向の幅より小さければよく、１４ｍｍに限らない。また、無給電素子３３と無給電素子３４とでＹ方向の幅やＸ方向の幅が異なってもよい。無給電素子３１，３２のＹ方向の幅（５４ｍｍ）についても、アンテナ素子２０のＹ方向の幅（６２ｍｍ）より小さい態様に限らず、アンテナ素子２０のＹ方向の幅と同じであってもよいし、アンテナ素子２０のＹ方向の幅より大きくてもよい。また、無給電素子３１と無給電素子３２とでＹ方向の幅やＸ方向の幅が異なってもよい。

以上説明したように第１実施形態に係るアンテナ１では、アンテナ素子２０に対して±Ｙ方向（アンテナ素子２０の中心Ｃと給電点ＦＰとを結ぶ直線ＳＬの延在する方向／第１方向）の両側に設けられた無給電素子３３，３４について、無給電素子３３，３４の各々をアンテナ素子２０と同一平面上またはアンテナ素子２０よりＺ方向側に配置すると共に、無給電素子３３，３４の各々のＹ方向の幅をアンテナ素子２０のＹ方向の幅より小さくしている。また、アンテナ素子２０に対して±Ｘ方向（第１方向と直交する方向）の両側に設けられた無給電素子３１，３２の各々を、アンテナ素子２０よりＺ方向側であって、かつＺ方向からアンテナ１を平面視した場合にアンテナ素子２０と一部が重なる位置に配置している。

以上の構成によれば、図１２および図１３から明らかとなるように、指向性の周波数変動を抑えつつ、アンテナ１の動作帯域を元のアンテナ８の動作帯域より低い周波数帯に拡大することができる。また、アンテナ１の動作帯域を元のアンテナ８の動作帯域より高い周波数帯にも拡大することが可能である。

なお、給電点ＦＰのオフセット方向が−Ｘ方向または＋Ｘ方向であって、アンテナ素子２０の中心Ｃと給電点ＦＰとを結ぶ直線ＳＬの延在する方向（第１方向）が±Ｘ方向になり、この第１方向と直交する方向が±Ｙ方向になる場合は、アンテナ素子２０に対して±Ｘ方向の両側に設けられた無給電素子３１，３２について、無給電素子３１，３２の各々をアンテナ素子２０と同一平面上またはアンテナ素子２０よりＺ方向側に配置すると共に、無給電素子３１，３２の各々のＸ方向の幅をアンテナ素子２０のＸ方向の幅より小さくすればよい。また、アンテナ素子２０に対して±Ｙ方向の両側に設けられた無給電素子３３，３４の各々を、アンテナ素子２０よりＺ方向側であって、かつＺ方向からアンテナ１を平面視した場合にアンテナ素子２０と一部が重なる位置に配置すればよい。

＜第２実施形態＞
図１４は、本発明の第２実施形態に係るアンテナ２の正面図である。また、図１５はＹ方向から見た場合のアンテナ２の側面図であり、図１６はＸ方向から見た場合のアンテナ２の側面図である。本実施形態において、第１実施形態と共通する要素には、第１実施形態で使用した符号を付し、説明を適宜省略する。

第２実施形態に係るアンテナ２は、第１実施形態に係るアンテナ１と比較した場合に以下の２点で構成が相違するが、グランド板１０とアンテナ素子２０と無給電素子３１，３２についてのサイズや配置、給電点ＦＰの位置は、第１実施形態に係るアンテナ１と同じである。

（１）無給電素子３５，３６の位置
第１実施形態に係るアンテナ１では、アンテナ素子２０に対して±Ｙ方向の両側に設けられた無給電素子３３，３４の各々が、アンテナ素子２０と同一平面上に配置され（図２，図３）、Ｚ方向からアンテナ１を平面視した場合にアンテナ素子２０と重なっていない（図１）。これに対し、第２実施形態に係るアンテナ２では、アンテナ素子２０に対して±Ｙ方向の両側に設けられた無給電素子３５，３６の各々が、アンテナ素子２０よりＺ方向側に配置され（図１５，図１６）、Ｚ方向からアンテナ２を平面視した場合にアンテナ素子２０と一部が重なっている（図１４）。

（２）無給電素子３５，３６のＹ方向の幅
第１実施形態に係るアンテナ１では、無給電素子３３，３４のＹ方向の幅が１４ｍｍであるのに対し（図１）、第２実施形態に係るアンテナ２では、無給電素子３５，３６のＹ方向の幅が１０ｍｍであり（図１４）、第１実施形態に比べて４ｍｍほど短い。

なお、第２実施形態に係るアンテナ２においても、第１実施形態の場合と同様に、アンテナ素子２０に対して±Ｙ方向の両側に設けられた無給電素子３５，３６について、無給電素子３５，３６の各々のＹ方向の幅（１０ｍｍ）をアンテナ素子２０のＹ方向の幅（６２ｍｍ）より小さくしている。また、アンテナ素子２０に対して±Ｘ方向の両側に設けられた無給電素子３１，３２の各々を、アンテナ素子２０よりＺ方向側であって、かつＺ方向からアンテナ２を平面視した場合にアンテナ素子２０と一部が重なる位置に配置している。

図１７は、アンテナ２，８のＳ１１特性を示すグラフである。リターンロスが−１０ｄＢ以下の範囲をアンテナの動作帯域とした場合、対比例１に係るアンテナ８の動作帯域が２０１０ＭＨｚ〜２１６５ＭＨｚになるのに対し、第２実施形態に係るアンテナ２の動作帯域は１８６５ＭＨｚ〜２１４５ＭＨｚになる。

ここで、第２実施形態に係るアンテナ２は、動作帯域の上限値が２１４５ＭＨｚであるから、対比例１、すなわち無給電素子を備えていない元のアンテナ８の動作帯域（２０１０ＭＨｚ〜２１６５ＭＨｚ）のうち、２１４５ＭＨｚを超えて２１６５ＭＨｚに至るまでの部分が動作帯域から外れてしまう。しかしながら、第２実施形態に係るアンテナ２は、動作帯域の下限値が１８６５ＭＨｚであるから、元のアンテナ８の動作帯域より低い周波数帯に動作帯域を拡大することができる。また、第１実施形態に係るアンテナ１の動作帯域は１９００ＭＨｚ〜２１９５ＭＨｚであるから（図１２）、第２実施形態に係るアンテナ２は、第１実施形態に係るアンテナ１よりさらに低い周波数帯まで動作帯域を拡大することができる。

なお、第２実施形態では、無給電素子３５，３６の各々を、アンテナ素子２０よりＺ方向側であって、かつＺ方向からアンテナ２を平面視した場合にアンテナ素子２０と一部が重なる位置に配置することで、無給電素子３５，３６とアンテナ素子２０との相互結合の結合力を高めている。その結果、無給電素子３５，３６のＹ方向の幅を第１実施形態に比べて４ｍｍほど短くしても、第１実施形態に係るアンテナ１よりさらに低い周波数帯まで動作帯域を拡大することができる。

図１８は、アンテナ２のＸＺ平面における指向性について、半値幅の周波数特性を示すグラフである。同図に示す半値幅の周波数特性は、図１３に示した第１実施形態に係るアンテナ１の特性とおおむね同じである。したがって、第２実施形態に係るアンテナ２についても、図１３に示した対比例２に係るアンテナ９の特性と比較した場合に、半値幅（指向性）の周波数変動を小さく抑制できていることがわかる。

以上説明したように、アンテナ素子２０に対して±Ｙ方向の両側に設けられた無給電素子３５，３６の各々を、アンテナ素子２０よりＺ方向側であって、かつＺ方向からアンテナ２を平面視した場合にアンテナ素子２０と一部が重なる位置に配置してもよい。第２実施形態に係るアンテナ２によれば、指向性の周波数変動を抑えつつ、第１実施形態に係るアンテナ１よりさらに低い周波数帯までアンテナ２の動作帯域を拡大することができる。

なお、給電点ＦＰのオフセット方向が−Ｘ方向または＋Ｘ方向であって、アンテナ素子２０の中心Ｃと給電点ＦＰとを結ぶ直線ＳＬの延在する方向（第１方向）が±Ｘ方向になり、この第１方向と直交する方向が±Ｙ方向になる場合は、アンテナ素子２０に対して±Ｘ方向の両側に設けられた無給電素子３１，３２に対し、本実施形態で説明した無給電素子３５，３６と同様の構成を採用すればよい。

＜第３実施形態＞
図１９は、本発明の第３実施形態に係るアンテナ３の正面図である。また、図２０はＹ方向から見た場合のアンテナ３の側面図であり、図２１はＸ方向から見た場合のアンテナ３の側面図である。本実施形態においても、第１実施形態と共通する要素には、第１実施形態で使用した符号を付し、説明を適宜省略する。

第３実施形態に係るアンテナ３は、第２実施形態に係るアンテナ２と比較した場合に以下の２点で構成が相違するが、グランド板１０とアンテナ素子２０と無給電素子３１，３２についてのサイズや配置、給電点ＦＰの位置は、第２実施形態に係るアンテナ２と同じである。

（１）無給電素子３７，３８のＹ方向の幅
第２実施形態に係るアンテナ２では、アンテナ素子２０に対して±Ｙ方向の両側に設けられた無給電素子３５，３６のＹ方向の幅がどちらも１０ｍｍである（図１４）。これに対し、第３実施形態に係るアンテナ３では、アンテナ素子２０に対して±Ｙ方向の両側に設けられた無給電素子３７，３８のＹ方向の幅が、無給電素子３７の場合は９ｍｍであり、無給電素子３８の場合は１２ｍｍである（図１９）。

（２）無給電素子３７，３８の位置
第２実施形態に係るアンテナ２では、Ｚ方向からアンテナ２を平面視した場合に、無給電素子３５，３６とアンテナ素子２０との重なる部分のＹ方向の幅がどちらも５ｍｍである（図１４）。これに対し、第３実施形態に係るアンテナ３では、Ｚ方向からアンテナ３を平面視した場合に、無給電素子３７，３８とアンテナ素子２０との重なる部分のＹ方向の幅が、無給電素子３７の場合は７ｍｍであり、無給電素子３８の場合は８ｍｍである（図１９）。

なお、第３実施形態に係るアンテナ３においても、第２実施形態の場合と同様に、アンテナ素子２０に対して±Ｙ方向の両側に設けられた無給電素子３７，３８について、無給電素子３７，３８の各々のＹ方向の幅（９ｍｍ，１２ｍｍ）をアンテナ素子２０のＹ方向の幅（６２ｍｍ）より小さくすると共に、無給電素子３７，３８の各々を、アンテナ素子２０よりＺ方向側であって、かつＺ方向からアンテナ３を平面視した場合にアンテナ素子２０と一部が重なる位置に配置している。また、アンテナ素子２０に対して±Ｘ方向の両側に設けられた無給電素子３１，３２の各々を、アンテナ素子２０よりＺ方向側であって、かつＺ方向からアンテナ３を平面視した場合にアンテナ素子２０と一部が重なる位置に配置している。

図２２は、アンテナ３，８のＳ１１特性を示すグラフである。リターンロスが−１０ｄＢ以下の範囲をアンテナの動作帯域とした場合、対比例１に係るアンテナ８の動作帯域が２０１０ＭＨｚ〜２１６５ＭＨｚになるのに対し、第３実施形態に係るアンテナ３の動作帯域は１８７０ＭＨｚ〜２１７５ＭＨｚになる。

ここで、動作帯域の下限値を比較すると、第３実施形態に係るアンテナ３の場合が１８７０ＭＨｚであるのに対し、対比例１に係る元のアンテナ８の場合は２０１０ＭＨｚであり、第２実施形態に係るアンテナ２の場合は１８６５ＭＨｚ（図１７）であり、第１実施形態に係るアンテナ１の場合は１９００ＭＨｚ（図１２）である。したがって、第３実施形態に係るアンテナ３は、第２実施形態に係るアンテナ２より動作帯域の下限値が５ＭＨｚだけ高くなってしまうが、第１実施形態に係るアンテナ１や元のアンテナ８よりさらに低い周波数帯まで動作帯域を拡大することができる。

また、第３実施形態に係るアンテナ３は、動作帯域の上限値が２１７５ＭＨｚであるから、元のアンテナ８の動作帯域をカバーできることは勿論、元のアンテナ８の動作帯域より高い周波数帯にも動作帯域を拡大することができる。つまり、第２実施形態に係るアンテナ２の場合は、元のアンテナ８の動作帯域の上限部分（２１４５ＭＨｚを超えて２１６５ＭＨｚに至るまでの部分）をカバーしきれていないのに対し（図１７）、第３実施形態に係るアンテナ３では、元のアンテナ８の動作帯域より高い周波数帯にも動作帯域を拡大することが可能である。

図２３は、アンテナ３のＸＺ平面における指向性について、半値幅の周波数特性を示すグラフである。同図に示す半値幅の周波数特性は、図１３に示した第１実施形態に係るアンテナ１の特性や、図１８に示した第２実施形態に係るアンテナ２の特性とおおむね同じである。したがって、第３実施形態に係るアンテナ３についても、図１３に示した対比例２に係るアンテナ９の特性と比較した場合に、半値幅（指向性）の周波数変動を小さく抑制できていることがわかる。

以上説明したように、アンテナ素子２０に対して±Ｙ方向の両側に設けられた無給電素子３７，３８について、無給電素子３７と無給電素子３８とでＹ方向の幅を変えてもよい。第３実施形態に係るアンテナ３によれば、指向性の周波数変動を抑えつつ、第１実施形態に係るアンテナ１よりさらに低い周波数帯までアンテナ３の動作帯域を拡大できることに加え、元のアンテナ８の動作帯域より高い周波数帯にもアンテナ３の動作帯域を拡大することができる。

なお、給電点ＦＰのオフセット方向が−Ｘ方向または＋Ｘ方向であって、アンテナ素子２０の中心Ｃと給電点ＦＰとを結ぶ直線ＳＬの延在する方向（第１方向）が±Ｘ方向になり、この第１方向と直交する方向が±Ｙ方向になる場合は、アンテナ素子２０に対して±Ｘ方向の両側に設けられた無給電素子３１，３２に対し、本実施形態で説明した無給電素子３７，３８と同様の構成を採用すればよい。

＜変形例＞
本発明は上述した各実施形態の態様に限定されるものではなく、例えば以下の変形が可能である。また、以下に示す２以上の変形を矛盾しない範囲で適宜組み合わせることもできる。

（１）グランド板とアンテナ素子との間等に誘電体を備える構成としてもよく、本発明は、マイクロストリップアンテナやパッチアンテナにも適用可能である。この場合、誘電体による波長短縮効果によってアンテナを小型化することができる。例えば、メッキ加工やスクリーン印刷によって誘電体基板の一方の表面にグランド板を形成し、他方の表面にアンテナ素子を形成することができる。また、アンテナ素子の上にさらに誘電体層を積層し、４つの無給電素子についてもメッキ加工やスクリーン印刷によって形成することが可能である。このようにグランド板とアンテナ素子と４つの無給電素子は、いずれも板状の部材であるが、メッキ加工やスクリーン印刷等によって形成された導体の薄膜も含まれる。

（２）グランド板とアンテナ素子と４つの無給電素子の形状は、矩形に限らず、例えば、楕円や四角形以上の多角形等であってもよい。また、グランド板とアンテナ素子と４つの無給電素子のサイズも各実施形態に例示したものに限らない。例えば、グランド板とアンテナ素子と４つの無給電素子についてのサイズや位置、給電点の位置を変更することで、アンテナの動作帯域を所望の周波数帯に変更することができる。このようにアンテナの動作帯域も各実施形態に例示した周波数帯に限らない。

（３）本発明は、垂直偏波用のアンテナや水平偏波用のアンテナに加え、垂直偏波と水平偏波の共用アンテナにも適用可能である。また、アンテナの可逆定理から明らかとなるように、本発明に係るアンテナは、送信用のアンテナであってもよいし、受信用のアンテナであってもよい。

（４）各実施形態で説明したアンテナを基地局に備えてもよい。この場合、基地局の無線エリアが周波数によって変動してしまうことを抑制しつつ、動作帯域を低い周波数帯に拡大することができる。なお、本発明に係るアンテナは、基地局用のアンテナに限らず、例えば、移動局用のアンテナや、その他の無線通信装置用のアンテナであってもよい。

１〜３，８，９…アンテナ、１０…グランド板、２０…アンテナ素子、３１〜３８，４１，４２…無給電素子、５０…同軸ケーブル、５２…芯線、５４…絶縁層、５６…網線、５８…外皮、Ｃ…アンテナ素子の中心、ＦＰ…給電点、ＳＬ…直線、ＯＰ…開口部。

Claims (5)

1. グランド板と、
   前記グランド板に対して間隔を隔てて配置された板状のアンテナ素子と、
   前記アンテナ素子において、前記アンテナ素子の中心からオフセットされた位置に設けられた給電点と、
   前記中心と前記給電点とを結ぶ直線が延在する方向を第１方向としたとき、前記アンテナ素子に対して前記第１方向と直交する方向の両側に設けられた２つの第１無給電素子と、
   前記アンテナ素子に対して前記第１方向の両側に設けられた２つの第２無給電素子と、を備え、
   前記２つの第１無給電素子の各々は、前記アンテナ素子を挟んで前記グランド板とは反対側に設けられ、前記グランド板と垂直な方向から見た場合に前記アンテナ素子と一部が重なり、
   前記２つの第２無給電素子の各々は、前記アンテナ素子と同一平面上または前記アンテナ素子を挟んで前記グランド板とは反対側に設けられ、前記第１方向の幅が前記アンテナ素子の前記第１方向の幅より小さい
   アンテナ。
2. 前記２つの第２無給電素子の各々は、前記アンテナ素子を挟んで前記グランド板とは反対側に設けられ、前記グランド板と垂直な方向から見た場合に前記アンテナ素子と一部が重なる
   請求項１に記載のアンテナ。
3. 前記２つの第２無給電素子は、前記第１方向の幅が異なる
   請求項２に記載のアンテナ。
4. 前記グランド板と前記アンテナ素子との間に誘電体を備える
   請求項１から請求項３の何れかに記載のアンテナ。
5. 請求項１から請求項４の何れかに記載のアンテナを備える
   基地局。
   

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