JP2020136687A - アレイアンテナ、アンテナ及び寄生素子 - Google Patents

Abstract

【課題】相互結合量を抑制しつつ、交差偏波成分を低減できるアレイアンテナなどを提供する。【解決手段】アレイアンテナは、直線偏波の電波を送受信する第１の放射素子及び第２の放射素子と、第１の放射素子と第２の放射素子の間に設けられ、直線偏波と交差する方向の成分の電流が誘起される第１の素子部及び第２の素子部と、第１の素子部と第２の素子部とを接続する第３の素子部とを備え、直線偏波の構成する偏波面と交差する仮想的な面に対して対称に構成された寄生素子と、を備える。【選択図】図２

Description

本発明は、アレイアンテナ、アンテナ及び寄生素子に関する。

移動通信の通信トラフィック量は、年１．４倍の伸びで増加している。その伸びに対応するため、ＭＩＭＯ（Multi Input Multi Output）技術やダイバーシティ技術の導入、干渉を低減するための指向性を有するアンテナの導入など、基地局設備の高度化が図られている。

非特許文献１には、付加インピーダンスを用いることなく、放射素子間の相互結合を抑制する寄生素子が記載されている。

Yuki Kawakami, Ryuji Kuse, Toshikazu Hori and Mitoshi Fujimoto, "Decoupling of Dipole Antenna Array on Patch Type Meta-Surface with Parasitic Cells", 2017 11th European Conference of Antennas and Propagation (EUCAP), p．2603-p．2606, 2017．

ところで、基地局設備には、放射素子を複数配列したアンテナが広く用いられている。このような、アンテナでは、放射素子が近接して配置されるために、放射素子間の相互結合量を抑制することが求められる。この方法として、寄生素子を用いる方法があるが、寄生素子には、相互結合量の抑制に加えて、寄生素子を用いることによって発生する交差偏波成分が小さいことが求められる。
本発明の目的は、相互結合量を抑制しつつ、交差偏波成分を低減できるアレイアンテナなどを提供することにある。

本発明が適用されるアレイアンテナは、直線偏波の電波を送受信する第１の放射素子及び第２の放射素子と、第１の放射素子と第２の放射素子の間に設けられ、直線偏波と交差する方向の成分の電流が誘起される第１の素子部及び第２の素子部と、第１の素子部と第２の素子部とを接続する第３の素子部とを備え、直線偏波の構成する偏波面と交差する仮想的な面に対して対称に構成された寄生素子と、を備える。
このようなアレイアンテナにおいて、寄生素子における第３の素子部は、第１の放射素子と第２の放射素子とを結ぶ間の中心から、第１の素子部及び第２の素子部が設けられた側にずれて配置されていることを特徴とすることができる。
また、第１の素子部、第２の素子部及び第３の素子部は、板状であることを特徴とすることができる。
そして、寄生素子の第３の素子部の長さは、送受信される周波数帯域における中心波長λ_０に対してλ_０／４以下であることを特徴とすることができる。

さらに、第１の素子部の第３の素子部に接続されていない端部が直線偏波の方向の成分の電流が誘起される第４の素子部を備え、第２の素子部の第３の素子部に接続されていない端部が直線偏波の方向の成分の電流が誘起される第５の素子部を備え、第４の素子部の第１の素子部に接続されていない端部と、第５の素子部の第２の素子部に接続されていない端部とは、互いに近づく方向に設けられていることを特徴とすることができる。
さらにまた、第１の放射素子と第２の放射素子の間に、寄生素子と並列に設けられ、直線偏波と交差する方向の成分の電流が誘起される第６の素子部及び第７の素子部と、第６の素子部と第７の素子部とを接続する第８の素子部とを備え、直線偏波の構成する偏波面と交差する仮想的な面に対して対称に構成された他の寄生素子を、さらに備えることを特徴とすることができる。

また、他の観点から捉えると、本発明が適用されるアンテナは、上記のアレイアンテナと、アレイアンテナから予め定められた距離に設けられた反射板とを備える。
このようなアンテナにおいて、アレイアンテナが備える第１の放射素子と組み合わされ、第１の放射素子の送受信する直線偏波と異なる他の直線偏波の電波を送受信する第３の放射素子と、アレイアンテナが備える第２の放射素子と組み合わされ、他の直線偏波の電波を送受信する第４の放射素子とを、さらに備えることを特徴とすることができる。
また、反射板が、基準導体と基準導体上に配列された複数のパッチで構成されたメタサーフェスであることを特徴とすることができる。
そして、アレイアンテナが備える第１の放射素子と第２の放射素子との間にパッチの代わりに、アレイアンテナが備える寄生素子が設けられていることを特徴とすることができる。

さらに、他の観点から捉えると、本発明が適用される寄生素子は、直線偏波と交差する方向の成分が誘起される第１の素子部及び第２の素子部と、第１の素子部と第２の素子部とを接続する第３の素子部と、を備え、直線偏波の構成する偏波面と交差する仮想的な面に対して対称に構成されている。
このような寄生素子において、第１の素子部、第２の素子部及び第３の素子部は、板状であることを特徴とすることができる。
また、第３の素子部の長さは、送受信される周波数帯の中心波長λ_０に対してλ_０／４以下であることを特徴とすることができる。
そして、第１の素子部の第３の素子部に接続されていない端部が直線偏波の方向の成分の電流が誘起される第４の素子部を備え、第２の素子部の第３の素子部に接続されていない端部が直線偏波の方向の成分の電流が誘起される第５の素子部を備え、第４の素子部の第１の素子部に接続されていない端部と、第５の素子部の第２の素子部に接続されていない端部とは、互いに近づく方向に設けられていることを特徴とすることができる。

本発明によれば、相互結合量を抑制しつつ、交差偏波成分を低減できるアレイアンテナなどを提供できる。

二つのダイポールアンテナと、寄生素子とを備えるアレイアンテナの等価回路である。 第１の実施の形態が適用されるアレイアンテナの等価回路である。 第１の実施の形態が適用されるアレイアンテナの相互結合量を示す図である。 比較のためのアレイアンテナの等価回路である。 比較のためのアレイアンテナの相互結合量を示す図である。 主偏波及び交差偏波の放射パターンを示す図である。（ａ）は、第１の実施の形態が適用されるアレイアンテナ、（ｂ）は、比較のためのアレイアンテナ、（ｃ）は、寄生素子のいずれをも備えないアレイアンテナである。 寄生素子に流れる電流を説明する図である。（ａ）は、第１の実施の形態が適用される寄生素子、（ｂ）は、比較のための寄生素子である。 寄生素子の変形例を説明する図である。（ａ）は、第１の変形例の寄生素子を備えるアレイアンテナ、（ｂ）は、第２の変形例の寄生素子を備えるアレイアンテナである。 変形例の寄生素子を備えるアレイアンテナの相互結合量を示す図である。 主偏波及び交差偏波の放射パターンを示す図である。（ａ）は、第１の変形例の寄生素子を備えるアレイアンテナ、（ｂ）は、第２の変形例の寄生素子を備えるアレイアンテナである。 寄生素子の他の変形例を説明する図である。（ａ）は、第３の変形例の寄生素子、（ｂ）は、第４の変形例の寄生素子である。 第２の実施の形態が適用されるアレイアンテナを説明する図である。（ａ）は、線状の寄生素子を備えるアレイアンテナ、（ｂ）は、板状の寄生素子を備えるアレイアンテナである。 第２の実施の形態が適用されるアレイアンテナの相互結合量を示す図である。 第３の実施の形態が適用されるセクタアンテナを説明する図である。 第４の実施の形態が適用されるセクタアンテナを説明する図である。 第５の実施の形態が適用される単一指向性アンテナを説明する図である。 単一指向性アンテナの相互結合量を示す図である。

ダイポールアンテナなどの放射素子を複数配列したアンテナでは、放射素子間で相互結合が生じる。相互結合は、アンテナの放射特性を劣化させるため、相互結合の量（以下では、相互結合量と表記する。）が、小さいことが求められる。この相互結合量は、放射素子間の距離が近くなるほど大きいことが知られている。この相互結合量を減らす方法として、放射素子間に、寄生素子を設けることが行われている。

アンテナは、放射素子、反射板、及びこれらを覆う誘電体ケースなどを保持する構造物を含んで構成される。また、アンテナに多周波対応が求められる場合において、薄型化等の要求性能を実現するには、放射素子の近傍に導体で構成される構造物が配置されることがある。このため、寄生素子は、インピーダンスを調整するためのインピーダンス素子の付加を必要としないことに加え、小型であることが求められる。

ここでは、アンテナにおいて、配列された複数の放射素子とその間に設けられる寄生素子の部分をアレイアンテナと表記する。また、アレイアンテナに加えて反射板などを備える場合を、アンテナと表記する。以下では、放射素子がダイポールアンテナであるとして、アレイアンテナにおける寄生素子の要件を説明する。

（寄生素子の要件）
図１は、二つのダイポールアンテナ１０、２０と、寄生素子３０とを備えるアレイアンテナ１の等価回路である。ダイポールアンテナ１０とダイポールアンテナ２０との間に、寄生素子３０が配置されている。ここで、ダイポールアンテナ１０、２０を区別しない場合は、ダイポールアンテナと表記する。

ダイポールアンテナ１０、は、２つの放射部１１ａ、１１ｂを備え、ダイポールアンテナ２０は、２つの放射部２１ａ、２１ｂを備える。そして、ダイポールアンテナ１０の放射部１１ａ、１１ｂと、ダイポールアンテナ２０の２つの放射部２１ａ、２１ｂとは、平行に配置され、同じ直線偏波の電波を送受信する。なお、ダイポールアンテナ１０をＰｏｒｔ１、ダイポールアンテナ２０をＰｏｒｔ２と表記することがある。アレイアンテナ１の自由空間における電波の中心波長をλ_０（中心周波数ｆ_０）とすると、ダイポールアンテナ１０、２０の長さＬ_ｄは、例えばλ_０／２程度に設定される。なお、放射部１１ａ、１１ｂ及び放射部２１ａ、２１ｂは、導電性材料で構成されている。

そして、寄生素子３０は、等価回路として、素子部３１ａ、３１ｂとこれらの間を終端するインピーダンスＺ_Ｌとで表記されている。なお、以下では、インピーダンスＺ_Ｌを終端インピーダンスＺ_Ｌと表記する。終端インピーダンスＺ_Ｌは、素子部３１ａ、３１ｂの間に設けられ、素子部３１ａ、３１ｂを接続する。なお、寄生素子３０をＰｏｒｔ３と表記することがある。そして、寄生素子３０は、長さがＬ_ｐであるとする。また、素子部３１ａ、３１ｂは、導電性材料で構成されている。

ダイポールアンテナ１０、２０の距離Ｄは、アレイアンテナ１の特性によって決められる。アレイアンテナ１の距離Ｄは、例えばλ_０／２程度である。

ダイポールアンテナ１０に電流源を接続し、ダイポールアンテナ１０（Ｐｏｒｔ１）に電流Ｉ_１を流すとする。ダイポールアンテナ２０の開放電圧Ｖ_２が０であれば、ダイポールアンテナ２０に負荷Ｚ_０を接続しても、負荷Ｚ_０には電流が流れない。つまり、ダイポールアンテナ１０（Ｐｏｒｔ１）に電流Ｉ_１を流しても、ダイポールアンテナ２０（Ｐｏｒｔ２）に流れる電流Ｉ_２は０のままである。この状態が、ダイポールアンテナ１０とダイポールアンテナ２０との間に、相互結合がない状態である。なお、電流Ｉ_１、Ｉ_２の向きは、図１に示すように設定されている。

次に、この状態を実現する寄生素子３０の終端インピーダンスＺ_Ｌを求める。ここで、ダイポールアンテナ１０（Ｐｏｒｔ１）に電流源を接続し、ダイポールアンテナ１０（Ｐｏｒｔ１）に電流Ｉ_１を流す。この状態において、ダイポールアンテナ１０とダイポールアンテナ２０との間の相互インピーダンスをＺ_１２、ダイポールアンテナ１０と寄生素子３０との間の相互インピーダンスをＺ_１３、ダイポールアンテナ２０と寄生素子３０との間の相互インピーダンスをＺ_２３とする。そして、寄生素子３０の開放電圧をＶ_３、自己インピーダンスをＺ_３３、寄生素子３０（Ｐｏｒｔ３）に流れる電流をＩ_３として、ダイポールアンテナ２０の開放電圧Ｖ_２が０になる寄生素子３０の終端インピーダンスＺ_Ｌを求める。すると、終端インピーダンスＺ_Ｌは、式（１）となる。なお、電流Ｉ_３の向きは、図１に示すように設定されている。

つまり、寄生素子３０の終端インピーダンスＺ_Ｌが、式（１）の条件を満たせば、ダイポールアンテナ１０とダイポールアンテナ２０との間に、相互結合がない状態が実現される。そして、終端インピーダンスＺ_Ｌが０であれば、終端インピーダンスＺ_Ｌを設けることを要せず、寄生素子３０は、素子部３１ａ、３１ｂを短絡させた構造になる。よって、寄生素子３０の構造が簡単になる。しかし、図１に示すような素子部３１ａ、３１ｂが一直線上に配列された寄生素子３０では、長さＬ_ｐがλ_０／２程度に設定されてきた。つまり、寄生素子３０の大きさは、ダイポールアンテナ１０、２０の長さＬ_ｄや、ダイポールアンテナ１０、２０間の距離Ｄと同程度である。よって、前述したアンテナを構成する構造物と寄生素子３０とが機構的に干渉して、寄生素子３０を実装しにくい場合が生じやすい。つまり、寄生素子３０の長さＬ_ｐは、λ_０／２より小さければ小さいほど好ましい。

［第１の実施の形態］
図２は、第１の実施の形態が適用されるアレイアンテナ２の等価回路である。アレイアンテナ２は、ダイポールアンテナ１０、２０と寄生素子４０とを備える。ダイポールアンテナ１０とダイポールアンテナ２０との間に、寄生素子４０が設けられている。寄生素子４０は、終端インピーダンスＺ_Ｌを備えない。ダイポールアンテナ１０、２０は、図１と同様であるので、同様の部分に同じ符号を付して、説明を省略する。なお、図２に示すように、紙面の左から右へ向かう方向を＋ｘ方向、紙面の表面から裏面に向かう方向を＋ｙ方向、紙面の下から上に向かう方向を＋ｚ方向とする。なお、それぞれの逆方向は、−を付して表記する。なお、ダイポールアンテナ１０が第１の放射素子の一例であり、ダイポールアンテナ２０が第２の放射素子の一例である。

ここでは、ダイポールアンテナ１０、２０は、一つのｘｚ平面上に設けられ、ダイポールアンテナ１０、２０は、ｘ方向に配列されている。そして、ダイポールアンテナ１０は、放射部１１ａ、１１ｂを備え、ダイポールアンテナ２０は、放射部２１ａ、２１ｂを備える。ダイポールアンテナ１０の放射部１１ａ、１１ｂ及びダイポールアンテナ２０の放射部２１ａ、２１ｂは、それぞれ±ｚ方向に設けられている。つまり、ダイポールアンテナ１０の中心部Ｏ（放射部１１ａ、１１ｂ間の中央部）と、ダイポールアンテナ２０の中心部Ｏ′（放射部２１ａ、２１ｂの間の中央部）を結ぶ破線で示す線（以下では、Ｏ−Ｏ′線と表記する。）は、ｘ方向に平行な直線となっている。ダイポールアンテナ１０，２０は、ｚ方向の直線偏波の電波を送受信する。そして、ｙｚ面が偏波面である。なお、ダイポールアンテナ１０の放射部１１ａ、１１ｂ及びダイポールアンテナ２０の放射部２１ａ、２１ｂは、線状の導電性材料で構成されている。なお、中心部とは、中心のみでなく、それからずれた中心の近傍に位置する部分を含む。

ここでは、一例として、寄生素子４０は、ダイポールアンテナ１０、２０が設けられたと同一のｘｚ平面内に、素子部４１、４２ａ、４２ｂ、４３ａ、４３ｂを備える。
素子部４１は、ダイポールアンテナ１０の放射部１１ａ、１１ｂ及びダイポールアンテナ２０の放射部２１ａ、２１ｂに平行な部分であって、ｚ方向に設けられている。素子部４１の長さは、Ｌ１である。
素子部４２ａ、４２ｂは、素子部４１の両端部からそれぞれ素子部４１に直角にダイポールアンテナ１０側に延伸した部分である。つまり、素子部４１の両端部に、素子部４２ａ、４２ｂのそれぞれの一端部が接続されている。ここでは、素子部４２ａ、４２ｂは、−ｘ方向に設けられている。素子部４２ａ、４２ｂは、長さが同じで、Ｌ２である。

素子部４３ａ、４３ｂは、素子部４２ａ、４２ｂの素子部４１と接続されていない他端部から、ダイポールアンテナ１０の放射部１１ａ、１１ｂ及びダイポールアンテナ２０の放射部２１ａ、２１ｂに平行に延伸した部分である。つまり、素子部４３ａの一端部は、素子部４２ａの他端部に接続され、素子部４３ｂの一端部は、素子部４２ｂの他端部に接続されている。そして、素子部４３ａの素子部４２ａに接続されていない他端部と、素子部４３ｂの素子部４２ｂに接続されていない他端部とは、互いに近づくように配置されている。素子部４３ａ、４３ｂは、±ｚ方向に設けられている。そして、素子部４３ａ、４３ｂは、長さが同じで、Ｌ３である。なお、後述する他の実施の形態において示すように、必ずしも素子部４３ａ、４３ｂを設けなくともよい。なお、寄生素子４０の素子部４１、４２ａ、４２ｂ、４３ａ、４３ｂは、線状の導電性材料で構成されている。
ここで、素子部４２ａが第１の素子部の一例、素子部４２ｂが第２の素子部の一例、素子部４１が第３の素子部の一例、素子部４３ａが第４の素子部の一例、素子部４３ｂが第５の素子部の一例である。なお、他の実施の形態において、対応する部分については同様である。

つまり、寄生素子４０は、図２において、破線で示す辺の長さがＬ１とＬ２とである四角形において、ダイポールアンテナ１０側の一辺における中央部の一部が切り取られた構成になっている。そして、寄生素子４０の素子部４１の中心は、Ｏ−Ｏ′線の中心Ｃに位置するように配置されている。つまり、ダイポールアンテナ１０とダイポールアンテナ２０との間を距離Ｄとした場合、ダイポールアンテナ１０から寄生素子４０の素子部４１への距離Ｄ１とダイポールアンテナ２０から寄生素子４０の素子部４１への距離Ｄ２は、同じとしている（Ｄ１＝Ｄ２＝Ｄ／２）。
なお、寄生素子４０をダイポールアンテナ１０側にずらして配置（Ｄ１＜Ｄ２）してもよく、寄生素子４０をダイポールアンテナ２０側にずらして配置（Ｄ１＞Ｄ２）してもよい。

なお、一例として、Ｌ１は、０．２４λ_０、Ｌ２は、０．１２λ_０、Ｌ３は、０．０２５λ_０である。つまり、寄生素子４０は、辺の長さＬ１がλ_０／４より小さい０．２４λ_０であり、図１で示した、素子部３１ａ、３１ｂが一直線上に配列され、長さＬ_ｐがλ_０／２であった寄生素子３０に比べて約１／２になっている。よって、寄生素子４０をダイポールアンテナ１０、２０の間に配置しやすくなる。
ここでは、図２に示す寄生素子４０の平面形状を、コ字形状と呼び、寄生素子４０をコ字形状の寄生素子４０と呼ぶことがある。

図３は、第１の実施の形態が適用されるアレイアンテナ２の相互結合量を示す図である。横軸は、中心周波数ｆ_０で規格化した周波数ｆ／ｆ_０、縦軸は、Ｓパラメータ（Ｓ２１）として算出した相互結合量（ｄＢ）である。以下に示す相互結合量も、Ｓパラメータ（Ｓ２１）として算出されている。なお、図３における実線は、寄生素子４０を備えるアレイアンテナ２、破線は、寄生素子４０を備えない（除いた）アレイアンテナである。図３に示す相互結合量は、シミュレーションによって求めた。

図３に示すように、寄生素子４０を備えるアレイアンテナ２では、寄生素子４０を備えないアレイアンテナに比べ、中心周波数ｆ_０近傍（ｆ／ｆ_０が１である近傍）において、相互結合量が２０ｄＢ以上小さくなっている。つまり、寄生素子４０を設けることで、ダイポールアンテナ１０、２０間の相互結合が低減されることが分かる。そして、この寄生素子４０は、図２に示したように、中心周波数ｆ_０近傍において終端インピーダンスＺ_Ｌを要することなく相互結合を低減していることが分かる。

以上においては、寄生素子４０の素子部４１、４２ａ、４２ｂ、４３ａ、４３ｂは、Ｏ−Ｏ′線に対して対称に配置されていた。しかし、寄生素子４０は、Ｏ−Ｏ′線に対して対称でなくともよく、偏波面（ここでは、ｙｚ面）に交差する仮想的な面Ｓ（以下では、交差面Ｓと表記する。）に対して、対称に設けられていてもよい。この場合、交差面Ｓは、ｘｙ面である。さらに、交差面Ｓは、中心部Ｏと中心部Ｏ′との両方又は一方を必ずしも含む必要はない。なお、以下に説明する他の実施の形態における寄生素子についても同様である。

図４は、比較のためのアレイアンテナ３の等価回路である。アレイアンテナ３の寄生素子５０は、非特許文献１に記載された寄生素子であって、Ｓ字形状と呼ばれる。この寄生素子５０も、終端インピーダンスＺ_Ｌを備えない。ダイポールアンテナ１０、２０は、図１と同様であるので、同様の部分に同じ符号を付して、説明を省略する。そして、ｘ方向、ｙ方向、ｚ方向は、図２と同様である。

寄生素子５０は、ダイポールアンテナ１０、２０が設けられたと同一のｘｚ平面内に、素子部５１、５２ａ、５２ｂ、５３ａ、５３ｂを備える。
素子部５１は、ダイポールアンテナ１０の放射部１１ａ、１１ｂ及びダイポールアンテナ２０の放射部２１ａ、２１ｂに平行な部分である。素子部５１は、ｚ方向に設けられている。素子部５１の長さは、Ｌ１である。
素子部５２ａ、５２ｂは、素子部５１の両端部からそれぞれ素子部５１に直角にダイポールアンテナ１０側とダイポールアンテナ２０側とに延伸した部分である。素子部５２ａ、５２ｂのそれぞれの一端部は、素子部５１の両端部に接続されている。そして、素子部５２ａは、ダイポールアンテナ１０側（−ｘ方向）に延伸し、素子部５２ｂは、ダイポールアンテナ２０側（＋ｘ方向）に延伸する。素子部５２ａ、５２ｂの長さは、同じでＬ２である。よって、素子部５２ａの素子部５１と接続されていない他端部と、素子部５２ｂの素子部５１と接続されていない他端部との間の長さは、Ｌ２の２倍である。

素子部５３ａ、５３ｂは、素子部５２ａ、５２ｂの素子部５１と接続されていない他端部から、ダイポールアンテナ１０の放射部１１ａ、１１ｂ及びダイポールアンテナ２０の放射部２１ａ、２１ｂに平行に延伸した部分である。つまり、素子部５３ａの一端部は、素子部５２ａの他端部に接続され、−ｚ方向に延伸する。素子部５３ｂの一端部は、素子部５２ｂの他端部に接続され、＋ｚ方向に延伸する。そして、素子部５３ａ、５３ｂの長さは、同じで、Ｌ３である。なお、一例として、長さＬ１、Ｌ２、Ｌ３は、アレイアンテナ２と同じである。
以上説明したように、寄生素子５０は、Ｏ−Ｏ′線（つまり、交差面Ｓ）に対して対称に構成されていない。

図５は、比較のためのアレイアンテナ３の相互結合量を示す図である。横軸は、周波数ｆ／ｆ_０、縦軸は、相互結合量（ｄＢ）である。なお、図５における実線は、寄生素子５０を備えたアレイアンテナ３、破線は、寄生素子５０を備えない（除いた）場合である。図５に示す相互結合量も、シミュレーションによって求めた。

図５に示すように、寄生素子５０を備えるアレイアンテナ３では、寄生素子５０を備えないアレイアンテナに比べ、中心周波数ｆ_０近傍において、相互結合量が２０ｄＢ以上小さくなっている。つまり、図２に示した寄生素子４０を設けた場合と同様に、ダイポールアンテナ１０、２０間の相互結合が低減されることが分かる。つまり、この寄生素子５０を備えるアレイアンテナ３でも、寄生素子４０を備えるアレイアンテナ２と同様に、中心周波数ｆ_０近傍において、終端インピーダンスＺ_Ｌを要することなく相互結合が低減されることが分かる。

図６は、主偏波及び交差偏波の放射パターンを示す図である。図６（ａ）は、第１の実施の形態が適用されるアレイアンテナ２、図６（ｂ）は、比較のためのアレイアンテナ３、図６（ｃ）は、寄生素子４０、５０のいずれをも備えないアレイアンテナである。図６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、図２、４におけるｙｚ平面における主偏波及び交差偏波の放射パターンを示す。ここでは、主偏波を破線で、交差偏波を実線で示す。

図６（ａ）、（ｂ）に示すように、第１の実施の形態が適用される寄生素子４０を備えるアレイアンテナ２及び比較のために示す寄生素子５０を備えるアレイアンテナ３において、主偏波に加えて交差偏波が出現している。しかし、交差偏波は、図６（ａ）に示す第１の実施の形態が適用される寄生素子４０を備えるアレイアンテナ２の方が、比較のために示す寄生素子５０を備えるアレイアンテナ３に比べて小さい。なお、図６（ｃ）に示す寄生素子４０、５０のいずれをも備えないアレイアンテナでは、交差偏波は出現しない。なお、図３、図５に示したように、寄生素子４０、５０のいずれをも備えないアレイアンテナでは、相互結合量が大きい。

以上のことから、交差偏波は、寄生素子４０又は寄生素子５０を設けたことによって出現することが分かる。そして、相互結合を低減するために寄生素子を設ける場合、第１の実施の形態が適用される寄生素子４０を設けたアレイアンテナ２の方が、比較のための寄生素子５０を設けたアレイアンテナ３の場合に比べて、交差偏波がより低減することが分かる。

次に、寄生素子４０と寄生素子５０とで、交差偏波の大きさが異なる理由を説明する。
図７は、寄生素子４０、５０に流れる電流Ｉ_３を説明する図である。図７（ａ）は、第１の実施の形態が適用される寄生素子４０、図７（ｂ）は、比較のための寄生素子５０である。
寄生素子４０では、−ｘ方向に設けられた素子部４２ａ、４２ｂを備える。また、寄生素子５０では、−ｘ方向に設けられた素子部５２ａと＋ｘ方向に設けられた素子部５２ｂとを備える。±ｘ方向は、ダイポールアンテナ１０の主偏波と交差する方向、ここでは直交する方向である。つまり、これらの±ｘ方向に設けられた寄生素子４０の素子部４２ａ、４２ｂ及び寄生素子５０の素子部５２ａ、５２ｂに流れる電流によって、誘起される電波が、交差偏波を発生すると考えられる。

図１に示したように、ダイポールアンテナ１０に電流源が接続されて電流Ｉ_１が流れる場合、寄生素子３０（ここでの寄生素子４０、５０）に電流Ｉ_３が誘起される。
このとき、図７（ａ）に示す寄生素子４０の素子部４２ａ、４２ｂでは、それぞれ逆方向に電流Ｉ_３が流れる。つまり、寄生素子４０の素子部４１において＋ｚ方向に電流Ｉ_３が流れる場合、素子部４２ａには、−ｘ方向に電流Ｉ_３が流れ、素子部４２ｂには、＋ｘ方向に電流Ｉ_３が流れる。つまり、素子部４２ａに流れる電流Ｉ_３の向きと、素子部４２ｂに流れる電流Ｉ_３の向きとが逆となる。そして、素子部４２ａ、４２ｂの距離（長さＬ１）は、０．２４λ_０であって、０．２５λ_０より小さい。よって、素子部４２ａ、４２ｂに流れる電流Ｉ_３により放射される電磁界が打ち消されやすい。

一方、図７（ｂ）に示す寄生素子５０の素子部５２ａ、５２ｂでは、同じ方向に電流Ｉ_３が流れる。つまり、寄生素子５０の素子部５１に＋ｚ方向に電流Ｉ_３が流れる場合、素子部５２ａには、−ｘ方向に電流Ｉ_３が流れ、素子部５２ｂでも、−ｘ方向に電流Ｉ_３が流れる。つまり、素子部５２ａに流れる電流Ｉ_３の向きと、素子部５２ｂに流れる電流Ｉ_３の向きとが同じである。このため、素子部５２ａ、５２ｂに流れる電流Ｉ_３によって放射される電磁界が打ち消されず、逆に強め合ってしまう。
このため、寄生素子５０を用いるアレイアンテナ３では、寄生素子４０を用いるアレイアンテナ２に比べ、交差偏波の出現が大きくなってしまうと考えられる。

以上説明したように、ダイポールアンテナ１０、２０の間に設けられる寄生素子は、小型であることが求められる。このため、寄生素子の両端部を折り曲げて寄生素子の大きさを小さくすることが効果的である。しかし、寄生素子の両端部を折り曲げると、寄生素子に誘起される電流が折り曲げた部分から交差偏波となって、放射されやすくなる。
そこで、第１の実施の形態が適用されるアレイアンテナ２では、アレイアンテナ２が放射する偏波に交差する偏波（交差偏波）を放射しやすい部分（素子部５２ａ、５２ｂ）を、交差面Ｓに対して互いに対向させて、交差偏波が互いに打ち消し合うようにしている。このことにより、相互結合量及び交差偏波を抑制しつつ、アレイアンテナ２における寄生素子４０が小型化される。前述したように、一直線状に配列された素子部３１ａ、３１ｂを備える寄生素子３０の長さがλ_０／２（０．５λ_０）程度であるのに対して、寄生素子４０の素子部４１の長さＬ１は、０．２４λ_０と小さい。なお、素子部４１の長さＬ１とは、素子部４２ａ、４２ｂ間を直線的に接続した場合の長さをいう。

次に、寄生素子４０の変形例を説明する。
図８は、寄生素子４０の変形例を説明する図である。図８（ａ）は、第１の変形例の寄生素子６０を備えるアレイアンテナ４、図８（ｂ）は、第２の変形例の寄生素子７０を備えるアレイアンテナ５である。

図８（ａ）に示す第１の変形例の寄生素子６０は、図２に示した第１の実施の形態が適用されるアレイアンテナ２における寄生素子４０を、素子部４１を軸にして、＋ｘ方向に１８０°折り返した構成である。よって、寄生素子６０には、寄生素子４０と同様に符号を付す。つまり、寄生素子６０では、寄生素子４０における素子部４３ａ、４３ｂに対応する素子部６３ａ、６３ｂがダイポールアンテナ２０側にある。なお、寄生素子６０の平面形状を、逆コ字形状と呼ぶ。

図８（ｂ）に示す第２の変形例の寄生素子７０は、図２に示したアレイアンテナ２の寄生素子４０と、図８（ａ）に示したアレイアンテナ４の寄生素子６０とを備える。つまり、寄生素子７０は、寄生素子４０と寄生素子６０とを、一つのｘｚ平面上に並べて配置した構成である。このとき、寄生素子４０と寄生素子６０との距離Ｌ４が、一例として０．０２λ_０に設定されている。また、寄生素子４０の素子部４３ａ、４３ｂの長さＬ３に対応する長さＬ３′が、一例として０．０１λ_０に設定されている。なお、寄生素子６０における対応する部分についても同様に設定されている。なお、寄生素子７０の平面形状を、ダブルコ字形状と呼ぶ。
なお、図８（ｂ）において、ダブルコ字形状の寄生素子７０を構成するコ字形状の寄生素子４０における素子部４２ａが第１の素子部の一例、素子部４２ｂが第２の素子部の一例、素子部４１が第３の素子部の一例であり、逆コ字状の寄生素子６０における素子部６２ａが第６の素子部の一例、素子部６２ｂが第７の素子部の一例、素子部６１が第８の素子部の一例である。

図９は、変形例の寄生素子を備えるアレイアンテナ４、５の相互結合量を示す図である。図９には、アレイアンテナ２の相互結合量も併せて示している。寄生素子を用いないアレイアンテナの相互結合量も併せて示している。なお、図９の横軸、縦軸などは、図３と同じである。なお、図９では、アレイアンテナの名称とともに、寄生素子の平面形状を示している。

図９から分かるように、逆コ字形状の寄生素子６０を用いたアレイアンテナ４の相互結合量は、コ字形状の寄生素子４０を用いたアレイアンテナ３の相互結合量とほぼ同じである。また、相互結合量が最小になる周波数もほぼ同じである。
これに対して、ダブルコ字形状の寄生素子７０を用いたアレイアンテナ５では、相互結合量が最小になる周波数が、コ字形状の寄生素子４０を用いたアレイアンテナ３又は逆コ字形状の寄生素子６０を用いたアレイアンテナ４に比べ、低周波側にずれている。これは、寄生素子７０が、寄生素子４０と寄生素子６０とを組み合わせたものであるためである。

なお、相互結合量が最小になる周波数は、寄生素子の形状に加えて、寄生素子の寸法（寄生素子４０における長さＬ１、Ｌ２、Ｌ３など）によって設定される。よって、長さＬ１、Ｌ２、Ｌ３を変更することにより、相互結合量を最小にする周波数が設定できる。つまり、相互結合量が小さい周波数帯を、中心周波数ｆ_０と独立して設定できる。

図１０は、主偏波及び交差偏波の放射パターンを示す図である。図１０（ａ）は、第１の変形例の寄生素子６０を備えるアレイアンテナ４、図１０（ｂ）は、第２の変形例の寄生素子７０を備えるアレイアンテナ５である。図１０（ａ）、（ｂ）の表記は、図６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）と同じである。

図１０（ａ）に示す、逆コ字形状の寄生素子６０を用いたアレイアンテナ４では、図６（ａ）に示したコ字形状の寄生素子４０を用いたアレイアンテナ２と同様の主偏波及び交差偏波の放射パターンを示す。一方、図１０（ｂ）に示す、ダブルコ字形状の寄生素子７０を用いたアレイアンテナ５では、コ字形状の寄生素子４０を用いたアレイアンテナ２（図６（ａ））又は逆コ字形状の寄生素子６０を用いたアレイアンテナ４（図１０（ａ））に比べ、交差偏波の大きさが小さくなっている。

図８（ｂ）に示すように、ダイポールアンテナ１０に電流源が接続されて電流Ｉ_１が流れる場合、寄生素子４０、６０にはそれぞれ電流Ｉ_４が誘起されるとする。このとき、図７（ａ）に示す寄生素子４０の素子部４２ａには、−ｘ方向に電流Ｉ_４が流れ、寄生素子６０の素子部６２ａには、＋ｘ方向に電流Ｉ_４が流れる。つまり、隣接する素子部４２ａと素子部６２ａとで逆方向に電流Ｉ_４が流れる。同様に、寄生素子４０の素子部４２ｂと寄生素子６０の素子部６２ｂとでも、それぞれ逆方向に電流Ｉ_４が流れる。つまり、寄生素子４０の素子部４２ａと寄生素子６０の素子部６２ａとの間で、放射される電磁界が打ち消され、寄生素子４０の素子部４２ｂと寄生素子６０の素子部６２ｂとの間で、放射される電磁界が打ち消される。なお、寄生素子４０の素子部４２ａと寄生素子６０の素子部６２ａとの距離は、寄生素子４０の素子部４２ａと素子部４２ｂとの距離より小さい。このため、寄生素子４０の素子部４２ａと寄生素子６０の素子部６２ａとの間で放射される電磁界を打ち消す効果は、寄生素子４０の素子部４２ａと素子部４２ｂとの間で放射される電磁界を打ち消す効果より大きいと考えられる。寄生素子４０の素子部４２ｂと寄生素子６０の素子部６２ｂとの間でも同様である。

以上のことから、ダブルコ字形状の寄生素子７０を用いたアレイアンテナ５は、コ字形状の寄生素子４０を用いたアレイアンテナ２（図６（ａ））又は逆コ字形状の寄生素子６０を用いたアレイアンテナ４（図１０（ａ））に比べ、交差偏波の大きさが小さくなると考えられる。

（寄生素子の他の変形例）
図１１は、寄生素子の他の変形例を説明する図である。図１１（ａ）は、第３の変形例の寄生素子８０、図１１（ｂ）は、第４の変形例の寄生素子９０である。
図１１（ａ）の寄生素子８０は、図８（ｂ）に示した寄生素子４０と寄生素子６０とを並列に配置したダブルコ字形状の寄生素子７０において、寄生素子４０の素子部４１と寄生素子６０の素子部６１とを一つにした構成である。この構成であっても、前述した交差偏波が互いに打ち消し合う効果が得られることから、図８（ｂ）に示したダブルコ字形状の寄生素子７０と同様の効果が得られる。

図１１（ｂ）の寄生素子９０は、図２に示したコ字形状の寄生素子４０の素子部４１、４２ａ、４２ｂ、４３ａ、４３ｂを直線でなく曲線に置き換えた構成である。このように、寄生素子９０が、交差面Ｓに対して対称に設けられれば、寄生素子９０に誘起される−ｘ方向に流れる電流と＋ｘ方向に流れる電流とによって放射される電磁界が打ち消し合わされるので、交差偏波の強度が小さくなる。

つまり、寄生素子は、交差面Ｓに対して対称に設けられていればよい。これにより、ダイポールアンテナの放射する直線偏波に交差する電流が誘起される部分（アレイアンテナ２においては、素子部４２ａ、４２ｂ）から放射される電波が互いに打ち消し合うようになる。よって、ダイポールアンテナの放射する直線偏波に交差する電流が誘起される部分（直線偏波の方向と交差する方向の素子部）は、必ずしも直線であることを要せず、直線偏波に交差する電流が誘起される部分を備えていればよい。

なお、交差偏波が効果的に打ち消されるためには、交差面Ｓに対して対向するように設けられた２個の交差する電流が誘起される部分が、同程度の交差偏波を発生することがよい。なお、図１１（ａ）、（ｂ）で示した寄生素子の形状は一例であって、寄生素子の形状は、他の形状であってもよい。

［第２の実施の形態］
第１の実施の形態のアレイアンテナ２などは、線状の放射部１１ａ、１１ｂを用いたダイポールアンテナ１０と、線状の放射部２１ａ、２１ｂを用いたダイポールアンテナ２０とを備えていた。第２の実施の形態が適用されるアレイアンテナでは、板状の放射部１１ａ′、１１ｂ′を用いたダイポールアンテナ１０′と、板状の放射部２１ａ′、２１ｂ′を用いたダイポールアンテナ２０′とを備える。ダイポールアンテナは、放射部を板状にすることにより、広帯域化される。

図１２は、第２の実施の形態が適用されるアレイアンテナを説明する図である。図１２（ａ）は、線状の寄生素子６０を備えるアレイアンテナ６、図１２（ｂ）は、板状の寄生素子６０′を備えるアレイアンテナ７である。なお、アレイアンテナ６の寄生素子は、図８（ａ）に示した寄生素子６０と同様の逆コ字形状であるので、寄生素子６０とした。また、図１２（ｂ）に示すアレイアンテナ７の寄生素子は、寄生素子６０を板状にしたものであるので、寄生素子６０′とした。

ダイポールアンテナ１０′は、対向するように設けられた放射部１１ａ′、１１ｂ′を備え、ダイポールアンテナ２０′は、対向するように設けられた放射部２１ａ′、２１ｂ′を備える。ダイポールアンテナ１０′の放射部１１ａ′、１１ｂ′と、ダイポールアンテナ２０′の放射部２１ａ′、２１ｂ′は、同じ形状である。よって、ダイポールアンテナ１０′で説明する。

ダイポールアンテナ１０′の放射部１１ａ′、１１ｂ′は、板状の導電性材料で構成されている。例えば、放射部１１ａ′、１１ｂ′は、銅、アルミニウムの板又はダイキャストにより板状に構成されている。なお、これらにメッキを施して構成されてもよい。
そして、放射部１１ａ′は、放射部１１ｂ′に対向する中央部分が周辺部分に比べて、狭くなっている。ここでは、放射部１１ａ′は、平面形状が台形である。放射部１１ｂ′、２１ａ′、２１ｂ′も同様である。板状のダイポールアンテナ１０′の中心部（放射部１１ａ′と放射部１１ｂ′とが対向する部分の中央部）と、板状のダイポールアンテナ２０′の中心部（放射部２１ａ′と放射部２１ｂ′とが対向する部分の中央部）との間の距離Ｄは、５０ｍｍに設定されている。
なお、放射部１１ａ′、１１ｂ′、２１ａ′、２１ｂ′の平面形状は、台形でなくともよく、中央部分が周辺部分に比べて狭くなった形状であればよい。例えば、扇形や葉形などであってもよい。そして、周辺部が曲線で形取られてもよい。

図１２（ａ）に示す寄生素子６０は、図８（ａ）に示したように、素子部６１、６２ａ、６２ｂ、６３ａ、６３ｂを備える。そして、素子部６１の長さをＬ５、素子部６２ａ、６２ｂの長さをＬ６、素子部６３ａ、６３ｂの長さをＬ７とする。例えば、Ｌ５は２４ｍｍ、Ｌ６は１２ｍｍ、Ｌ７は２．５ｍｍである。なお、この寄生素子６０を、ここでは、線状逆コ字形状と呼ぶ。

図１２（ｂ）に示す寄生素子６０′は、板状であって、図１２（ａ）に示した寄生素子６０に幅Ｗを設けて板状としたものである。なお、寄生素子６０′は、放射部１１ａ′、１１ｂ′、２１ａ′、２１ｂ′と同様な導電性材料で構成されてもよい。寄生素子６０′は、図８（ａ）に示した逆コ字形状の寄生素子６０に対応させて、素子部６１′、素子部６２ａ′、６２ｂ′を備える。なお、寄生素子６０における素子部６３ａ、６３ｂを備えない。ここで、素子部６１′の長さをＬ５、素子部６２ａ′、６２ｂ′の長さをＬ６とする。例えば、Ｌ５は２４ｍｍ、Ｌ６は１２ｍｍ、Ｗは２ｍｍである。なお、逆コ字形状の幅であるＷを５倍の１０ｍｍとしてもよい。この寄生素子６０′の形状を、板状逆コ字形状と呼ぶ。

図１３は、第２の実施の形態が適用されるアレイアンテナ６、７の相互結合量を示す図である。横軸は、周波数ｆ、縦軸は、相互結合量（ｄＢ）である。なお、図１３には、寄生素子を備えないアレイアンテナの相互結合量を、寄生素子なしとして示している。
図１３に示すように、線状逆コ字形状の寄生素子６０を備えるアレイアンテナ６（図１３では、アレイアンテナ（線状逆コ字形状）と表記）は、寄生素子なしのアレイアンテナ（アレイアンテナ（寄生素子なし））に比べ、相互結合量が小さい。

Ｗが２ｍｍの板状コ字形状の寄生素子６０′を備えるアレイアンテナ７（図１３では、アレイアンテナ（板状逆コ字形状、２ｍｍ）と表記）は、線状逆コ字形状の寄生素子６０を備えるアレイアンテナ６（アレイアンテナ（線状逆コ字形状））に比べ、相互結合量が小さくなる。そして、例えば、相互結合量が−２０ｄＢで比較した場合、Ｗが２ｍｍの板状コ字形状の寄生素子６０′を備えるアレイアンテナ７（アレイアンテナ（板状逆コ字形状、２ｍｍ））は、線状逆コ字形状の寄生素子６０を備えるアレイアンテナ６（アレイアンテナ（線状逆コ字形状））に比べ、周波数帯域（帯域幅）が広い。

Ｗが１０ｍｍの板状逆コ字形状の寄生素子６０′を備えるアレイアンテナ７（図１３では、アレイアンテナ（板状逆コ字形状、１０ｍｍ）と表記）は、Ｗが２ｍｍの板状逆コ型形状の寄生素子６０′を備えるアレイアンテナ７（アレイアンテナ（板状逆コ字形状、２ｍｍ））より、相互結合量が最小になる周波数が高周波数側にずれる。つまり、寄生素子９０のＷを変更することで、所望する周波数帯の相互結合量を小さくできる。

［第３の実施の形態］
第１の実施の形態及び第２の実施の形態は、２つのダイポールアンテナ１０（１０′）、２０（２０′）を用いたアレイアンテナ１〜７であった。第３の実施の形態は、セクタアンテナである。
図１４は、第３の実施の形態が適用されるセクタアンテナ１００を説明する図である。
セクタアンテナ１００は、予め定められた範囲（セクタ）に対して電波の送受信を行うアンテナである。セクタアンテナ１００は、アンテナの一例である。

セクタアンテナ１００は、ダイポールアンテナ１０、２０と、寄生素子４０と、反射板１０１とを備える。セクタアンテナ１００は、反射板１０１上に、図２に示したアレイアンテナ２を構成するダイポールアンテナ１０、２０と寄生素子４０とが、−ｘ方向に繰り返し配列されて構成されている。なお、ダイポールアンテナ２０とダイポールアンテナ１０との間にも、寄生素子４０が配列されている。つまり、ダイポールアンテナ１０（２０）と寄生素子４０とが、反射板１０１上に−ｘ方向に交互に配列されている。なおｘｙｚ方向の表記は、図２と同じとした。セクタアンテナ１００は、ｚ方向の直線偏波を送受信するアンテナとして機能する。なお、反射板１０１とダイポールアンテナ１０との間の距離及び反射板１０１と寄生素子４０との間の距離とは、予め定められた値に設定されている。なお、これらの距離は、同じであってもよく、異なっていてもよい。

このようなセクタアンテナ１００においても、ダイポールアンテナ１０、２０間の相互結合を低減しつつ、交差偏波が抑制される。

［第４の実施の形態］
第１の実施の形態から第２の実施の形態では、２つのダイポールアンテナ１０（１０′）、２０（２０′）が含まれる一平面上又はこの平面に平行な面上に寄生素子の各素子部を配列した。第４の実施の形態では、寄生素子を２つのダイポールアンテナ１０（１０′）、２０（２０′）の作る一平面から傾向けて配置している。

図１５は、第４の実施の形態が適用されるセクタアンテナ１１０を説明する図である。セクタアンテナ１１０は、水平偏波と垂直偏波とを送受信する偏波共用アンテナとして構成されている。そして、セクタアンテナ１１０は、水平偏波（ｚ方向）を送受信するセクタアンテナ１００に、垂直偏波（ｘ方向）を送受信するダイポールアンテナ１０Ｖ、２０Ｖを備える。セクタアンテナ１１０は、アンテナの一例である。

ダイポールアンテナ１０の放射部１１ａ、１１ｂは、ｚ方向に向き、ダイポールアンテナ１０Ｖが備える放射部１１ａＶ、１１ｂＶは、ｘ方向に向いている。そして、ダイポールアンテナ１０とダイポールアンテナ１０Ｖとが中央部が一致するように組み合わせられている。同様に、ダイポールアンテナ２０の放射部２１ａ、２１ｂは、ｚ方向に向き、ダイポールアンテナ２０Ｖが備える放射部２１ａＶ、２１ｂＶは、ｘ方向に向いている。そして、ダイポールアンテナ２０とダイポールアンテナ２０Ｖとが中央部が一致するように組み合わせられている。

このような場合において、図１４に示したように、ダイポールアンテナ１０が含まれる同一平面内又は、この平面と平行な平面内に寄生素子４０の各素子部を配置すると、水平偏波を送受信するダイポールアンテナ１０間の相互結合量については低減効果が得られるが、垂直偏波を送受信するダイポールアンテナ１０Ｖ、２０Ｖと寄生素子４０との結合が強くなり、アンテナ特性が悪化してしまう。そこで、第５の実施の形態のセクタアンテナ１１０では、図１４に示した寄生素子４０の代わりに寄生素子４０をそのままの形において、反射板１０１に対して傾けた寄生素子４０′を備える。ここでは、一例として、寄生素子４０′は、反射板１０１の表面に対してほぼ垂直に配置されている。このようにしても、交差偏波を放射する部分が、交差面Ｓに対して対称に設けられていれば、ダイポールアンテナ１０間の相互結合及び交差偏波が抑制されるとともに、ダイポールアンテナ１０Ｖ、２０Ｖと寄生素子４０′との結合が弱められる。
このようにしても、ダイポールアンテナ１０、２０間において、ダイポールアンテナ１０間の相互結合を低減しつつ、交差偏波が抑制される。

［第５の実施の形態］
第３の実施の形態及び第４の実施の形態では、反射板１０１を用いて指向性を有するセクタアンテナとしていた。第５の実施の形態は、反射板をメタサーフェスとし、特定の方向に指向性を有するようにした単一指向性アンテナ２００である。なお、単一指向性アンテナ２００は、アンテナの一例である。

図１６は、第５の実施の形態が適用される単一指向性アンテナ２００を説明する図である。なお、図１６に示すように、ｘ方向、ｙ方向、ｚ方向を設定する。
単一指向性アンテナ２００は、反射板としてのメタサーフェス２１０と、ダイポールアンテナ１０、２０と、寄生素子７０を備える。寄生素子７０は、図８に示したダブルコ字形状の寄生素子７０である。よって、ここでも、寄生素子７０と表記する。

メタサーフェス２１０は、グランド（ＧＮＤ）などの基準電位に設定される導電体を含む基板２１１と、基板２１１から距離Ｌ８離れて配置されるパッチ２１２とを備える。基板２１１及びパッチ２１２は、導電性材料で構成されている。そして、複数のパッチ２１２が基板２１１の表面を覆うように配列されている。図１６では、ｘ方向及びｚ方向にパッチ２１２が配列されている。基板２１１とパッチ２１２とは、直流的に接続されてよく、絶縁されていてもよい。例えば、距離Ｌ８は０．１λ_０である。なお、パッチ２１２は、金属パッチと表記されることがある。なお、基板２１１は、基準導体の一例である。

メタサーフェス２１０の中央部において、パッチを設けないで、寄生素子７０が配置されている。そして、寄生素子７０を挟んで、パッチ２１２上にダイポールアンテナ１０、２０が配置されている。なお、パッチ２１２の表面とダイポールアンテナ１０、２０の放射部（１１ａ、１１ｂ、２１ａ、２１ｂ）との距離は、Ｌ９である。例えば、距離Ｌ９は、０．０２λ_０である。

図１７は、単一指向性アンテナ２００の相互結合量を示す図である。横軸は、中心周波数ｆ_０で規格化した周波数ｆ／ｆ_０、縦軸は、相互結合量（ｄＢ）である。なお、図１７における実線は、ダブルコ字形状の寄生素子７０を備える単一指向性アンテナ２００、破線は、寄生素子７０を備えない（除いた）単一指向性アンテナである。図１７に示す相互結合量は、シミュレーションによって求めた。

図１７に示すように、寄生素子７０を備える単一指向性アンテナ２００では、寄生素子７０を備えない単一指向性アンテナに比べ、相互結合量が小さくなっている。つまり、寄生素子７０を設けることで、ダイポールアンテナ１０、２０間の相互結合が低減されることが分かる。

また、メタサーフェス２１０を備える単一指向性アンテナ２００では、アンテナの高さが全体として０．１２λ_０となる。図１４、１５に示した反射板１０１を用いる方法では、アンテナの全体の高さが０．２５λ_０（１／４λ_０）となる。よって、メタサーフェス２１０を反射板１０１の代わりに用いることで、アンテナが小型化できる。そして、コ字形状、ダブルコ字形状などの寄生素子を用いることにより、相互結合量が低減されるとともに、交差偏波量が低減される。

上述したように、単一指向性アンテナ２００では、寄生素子７０の各素子部は、一つのパッチ２１２を取り除いた部分に設けられていた。つまり、ダイポールアンテナ１０、２０の放射部（放射部１１ａ、１１ｂ、２１ａ、２１ｂ）が含まれる一平面内に、寄生素子７０の各素子部を設けなくとも、相互結合量の低減及び交差偏波量の低減が図れる。

さらに、本発明の趣旨に反しない限りにおいて様々な変形を行っても構わない。

１、２、３、４、５、６、７…アレイアンテナ、１０、１０′、１０Ｖ、２０、２０′、２０Ｖ…ダイポールアンテナ、３０、４０、４０′、５０、６０、６０′、７０、８０、９０…寄生素子、１００、１１０…セクタアンテナ、１０１…反射板、２００…単一指向性アンテナ、２１０…メタサーフェス

Claims (14)

1. 直線偏波の電波を送受信する第１の放射素子及び第２の放射素子と、
   前記第１の放射素子と前記第２の放射素子の間に設けられ、前記直線偏波と交差する方向の成分の電流が誘起される第１の素子部及び第２の素子部と、当該第１の素子部と当該第２の素子部とを接続する第３の素子部とを備え、当該直線偏波の構成する偏波面と交差する仮想的な面に対して対称に構成された寄生素子と、
   を備えるアレイアンテナ。
2. 前記寄生素子における前記第３の素子部は、前記第１の放射素子と前記第２の放射素子とを結ぶ間の中心から、前記第１の素子部及び前記第２の素子部が設けられた側にずれて配置されていることを特徴とする請求項１に記載のアレイアンテナ。
3. 前記第１の素子部、前記第２の素子部及び前記第３の素子部は、板状であることを特徴とする請求項１又は２に記載のアレイアンテナ。
4. 前記寄生素子の前記第３の素子部の長さは、送受信される周波数帯域における中心波長λ_０に対してλ_０／４以下であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のアレイアンテナ。
5. 前記第１の素子部の前記第３の素子部に接続されていない端部が前記直線偏波の方向の成分の電流が誘起される第４の素子部を備え、
   前記第２の素子部の前記第３の素子部に接続されていない端部が前記直線偏波の方向の成分の電流が誘起される第５の素子部を備え、
   前記第４の素子部の前記第１の素子部に接続されていない端部と、前記第５の素子部の前記第２の素子部に接続されていない端部とは、互いに近づく方向に設けられていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のアレイアンテナ。
6. 前記第１の放射素子と前記第２の放射素子の間に、前記寄生素子と並列に設けられ、前記直線偏波と交差する方向の成分の電流が誘起される第６の素子部及び第７の素子部と、当該第６の素子部と当該第７の素子部とを接続する第８の素子部とを備え、
   前記直線偏波の構成する偏波面と交差する仮想的な面に対して対称に構成された他の寄生素子を、さらに備えることを特徴とする請求項１に記載のアレイアンテナ。
7. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載のアレイアンテナと、
   前記アレイアンテナから予め定められた距離に設けられた反射板と
   を備えるアンテナ。
8. 前記アレイアンテナが備える第１の放射素子と組み合わされ、当該第１の放射素子が送受信する直線偏波と異なる他の直線偏波の電波を送受信する第３の放射素子と、当該アレイアンテナが備える第２の放射素子と組み合わされ、当該他の直線偏波の電波を送受信する第４の放射素子とを、さらに備える請求項７に記載のアンテナ。
9. 前記反射板が、基準導体と当該基準導体上に配列された複数のパッチで構成されたメタサーフェスであることを特徴とする請求項７に記載のアンテナ。
10. 前記アレイアンテナが備える第１の放射素子と第２の放射素子との間にパッチの代わりに、当該アレイアンテナが備える寄生素子が設けられていることを特徴とする請求項９に記載のアンテナ。
11. 直線偏波と交差する方向の成分が誘起される第１の素子部及び第２の素子部と、
    前記第１の素子部と前記第２の素子部とを接続する第３の素子部と、を備え、
    前記直線偏波の構成する偏波面と交差する仮想的な面に対して対称に構成されていることを特徴とする寄生素子。
12. 前記第１の素子部、前記第２の素子部及び前記第３の素子部は、板状であることを特徴とする請求項１１に記載の寄生素子。
13. 前記第３の素子部の長さは、送受信される周波数帯における中心波長λ_０に対してλ_０／４以下であることを特徴とする請求項１１又は１２に記載の寄生素子。
14. 前記第１の素子部の前記第３の素子部に接続されていない端部が前記直線偏波の方向の成分の電流が誘起される第４の素子部を備え、
    前記第２の素子部の前記第３の素子部に接続されていない端部が前記直線偏波の方向の成分の電流が誘起される第５の素子部を備え、
    前記第４の素子部の前記第１の素子部に接続されていない端部と、前記第５の素子部の前記第２の素子部に接続されていない端部とは、互いに近づく方向に設けられていることを特徴とする請求項１１に記載の寄生素子。

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