JP3958375B2 - チャンネル間高分離度アンテナ装置 - Google Patents

Description

本発明は、２重偏波された(dual polarized)電磁波を送信および／または受信するために用いられ、導電材料でなるグランド平面層(a ground plane layer)から所定距離離れて位置する少なくとも１本のアンテナ素子と、上記電磁波を前記アンテナ素子からおよび／またはアンテナ素子へと伝送するために適合させた給電網とから構成されてアンテナ装置に関する。
この様なアンテナは例えば、遠隔通信システム中で、特にセルラー自動車用電話の基地局等でマイクロウェーブ帯搬送波の伝送用に用いられている。
この種のシステムの通信容量は、それぞれの特定周波数或いは周波数帯の直交して成極することによって実現される独立した２つのチャンネルを備えることによって改善される。
然しながら、要求される多様性(diversity)を得るためには、２つのチャンネル間の分離性能が非常に良いことが不可欠である。
スウェーデンの特許出願9700401-4号にはアンテナ装置が開示されており、同装置は、アンテナ素子の縦方向の列に沿って、隣合うアンテナ素子間の間隙部近傍に、前記素子列の中央線に実質的に平行に縦方向の延長部を有した非励振素子(parasitic elements)を配置することに依って、改善されて良好な２チャンネル間の分離性能が得られている。
この様にして、分離性能を悪化させてしまう隣合ったアンテナ素子間の相互電磁結合を減じている。
同様に、この様な配置に依ってアンテナ素子内での２つのチャンネルの間の分離性能が確保されている。
然しながら、アンテナ装置に依って形成される例えば９０°といったより広いビーム角(beam angle)を実現しようと試みた場合には問題が生じ、特にグランド平面層をより狭いものにしなくてはならない。
この場合、もし隣合ったアンテナ素子間の距離が充分大きなものであるならば隣合ったアンテナ素子間の分離度は非励振素子が無くても同等の分離性能を保有している場合でも、アンテナ素子の１つ１つの内部での２つのチャンネル間の分離性能が不充分なものであることが判ってきた。
非励振素子の形状を変えて対応させる試みがなされたが、この試みは少しも特性改良に結びつかなかった。
本発明の目的は、上記問題を解決して２つのチャンネル間の分離性能が本質的に改良されている冒頭で述べたような種類のアンテナ装置を提供することである。
この目的は本発明によれば、アンテナ素子を取り囲んでおり少なくともその２つの向き合った(opposite)横方向側面上で、グランド平面層とアンテナ素子によって規定される２つの平面を含んだ領域それぞれに、導電性材料で造られた非励振素子をそれぞれ配置するとともに、個々の上記非励振素子は、前記アンテナ素子の横方向の２側面の中で関連づけられている一方に沿って延びる少なくとも１つの延長された縦部分を備えているように構成することによって達成される。
こうして、驚くべきことに上述の如き開口構造の(open)或いはフレーム状の構造を持った非励振素子は素晴らしい成果をもたらすことが判明した。
実際、測定に依っても13〜20dBの分離性能の向上が達成されていることが確認された。
適切な実施例及び従属クレームとして記述されている一層改良された具体例について以下の詳細な説明によって明らかにする。
本発明を、２つの好ましい実施例を示している添付図面群を参照しながらより詳細に説明する。
図１は、本発明に係るアンテナ装置を遠近法による分解部品配列図により、概略的に表している。
図２は、アンテナ装置の平面図を同じく概略的に表している。
図３は、アンテナ装置の側面図を同じく概略的に表している。
図４及び図５は、本発明に係るアンテナ装置の第２の実施例を夫々図２及び図３と同様に表したものである。
図６乃至図１１は、アンテナ装置の更なる実施例を平面図で概略的に示したものである。
各図においては、本発明に不可欠な構成要素のみが示されており、他の構成要素や細部については、明瞭化のために省略されている。
図１によれば、アンテナ装置は少なくとも２つの分離された誘電性層状部、すなわち上方層１及び下方層２を有している。
２つの層状部は、引き延ばされた長方形状をしており、所定の相互間距離を持って平行に配置されている。
下方層２（図１では左方にある）の表面上には、電気的に導電性を持った材料でできていて縦方向に配列された多数の十字形開口部３ａ、３ｂを持ったグランド平面層（分離して示されてはいない）がある。
誘電層２の下方端部には、給電線４ａ、４ｂとマイクロストリップ線(microstrip lines)状のフォーク形状の給電素子５ａ、５ｂとを含む給電網が備わっている。給電線４ａと給電素子５ａは第１のマイクロ波給電チャンネル（図示なし）に接続されており、給電線４ａと給電素子５ａは第２のマイクロ波給電チャンネル（図示なし）に接続されている。
十字形開口部３ａ、３ｂはそれぞれ、上方層（正面層）１の面上の関連付けられた放射用パッチ７(radiating patch)に対して表裏を揃えて（相対的に45度回転されているが）位置している。
各パッチ７は夫々が正方形の構成を持ち、中心線に沿って互いに一定距離を保って列状に配列されている。
パッチ７は、２重偏波のマイクロ波ビームを放射するように２つの給電チャンネルから給電されている。もちろん、２つのチャンネルは電気的に互いに絶縁されていなくてはならない。
本発明によれば、２つのチャンネル間の絶縁は各アンテナ素子７の横方向の対向する側面に配列された非励振素子８、９に依って本質的に改善される。この非励振素子８、９は導電材料によって造られている。
図１〜図５に示された実施例において、上記非励振素子は上方層（正面層）１に一体に統合された誘電性側壁１０、１１の表面上に位置している。
従って、夫々の非励振素子８、９は（誘電層２にある）グランド平面層と平面状の放射用パッチ群とに依って規定される２つの平行な平面の間の領域に実質的に位置していることになる。
図２〜図５から同様に明らかなように、対向して配置された非励振素子は、夫々が導電性の細長いストリップ線路の形状でできていて開口部を有した構造(open structure)に構成されており、すなわち、その構造は部分的に開口しているか中空構造（中身の詰まった或いは均質の構造と対照をなす）になっている。
上記開口構造体は、少なくとも一つの関連付けられたアンテナ素子若しくはパッチと実質的に平行に延びる延長部分を備えている。
また、該開口構造体は一つまたはより多くの途切れている或いは閉じているループ部分と、適宜な他の部分とで構成されている。
図３に依れば、前記素子８は比較的長い下方脚部８ａと、この下方脚部８ａと平行な幾分か短めの上方脚部８ｂと、そして短い接続用脚部８ｃとを持った迂回路形状(meander-like)の開放ループで構成されている。
前記上方脚部８ｂの自由端には、横断して前記上方層部１の表面上を放射用パッチ７に向かって延びている比較的短い脚部８ｄが設けられている。
２つの長めの脚部８ａ及び８ｂは２つの平行平面（層状部１及び２）に対して垂直な平面１０上に位置している。その上、これらの長めの脚部８ａと８ｂは実質的に前述の２つの平行平面の夫々のものの上に若しくは非常に近接して(proximity)位置している。
長めの下方脚部８ａはその自由端に隣合って、拡張された部分８ｅを具備しており、この拡張部分は実質的に長方形状で横断して延びている前記脚部８ｄと対応して位置している。
拡張された部分８ｅは対向している短めの脚部８ｂに対して微小な間隙を残している。この間隙は２つの脚部８ａ、８ｂの間の離間距離よりも実質的に短い。こうして拡張部分８ｅと脚部８ｂの間には容量性結合が形成される。
図４及び図５によって示される第２の実施例においては、非励振素子８′は関連するアンテナ素子７の中心を通っている直交平面Ｐに対して実質的に面対称である（図１の層部１及び層部２に直交している）。
こうして非励振素子は２つの対称的に形成された開放ループ８′で構成されて一方が他方の鏡像になっており、夫々が下方脚部８′ａと、この下方脚部８′ａに平行な上方脚部８′ｂと、中央の接続脚部８′ｃ（２つのループ８′に共通する）と、これらに直交していて上部層部表面上で放射用パッチ７に向かって延びている比較的短い脚部８′ｄ、そして下部脚部８′ａ上の拡張部分８′ｅを含んで構成されている。
上記の如くに夫々に関連するパッチに対しての対称構造のおかげで、全体としての放射用パターンは前実施例に比べてより均一となる。
パッチを取り巻く非励振素子の更にいくつかの実施例が図６〜図１１に例示されている。但し、アンテナ素子は先の図１に示された（図１のもの特有の非励振素子を除いた部分については）一般的な構成を有するものであると仮定する。
図６において、パッチ７は前述の非励振素子を構成しているところの、延長された縦方向部分１８、１９と、延長された横方向部分２０、２１を含んだ閉じた長方形状若しくは正方形状の枠（フレーム）によって取り囲まれている。また、４隅には外方に向かって突き出した拡大部分２２が形成されている。
図７における非励振素子は、図６のものと略同様であるが、但し正方形状の枠は横方向部分２０′及び２１′の位置で途切れている(interrupted)。これら横方向部分２０′と２１′については図６の対応する部分よりもいくらか幅広になっている。
図８においては、縦方向部分１８及び１９は、相対的に短い横方向部分１８ａ，１８ｂ及び１９ａ，１９ｂをそれぞれ併合している。
図９、図１０並びに図１１にて示される更に変更された実施例においては、実質的に正方形状の枠は前例と同様に横方向部分で途切れているが、更に付加された拡張部分２３，２４，２５，そして２６がそれぞれ対応する縦方向部分及び横方向部分に平行にこれらに接近して配置されている。
本発明の技術思想は、各図面によって示されている特定の実施例に限定されること無く非常に広いものであることを明言しておく。
本発明に係るアンテナ装置は、唯１つのアンテナ素子の場合をも含むものであり、この場合には１つのアンテナ素子の対向両側面上に、図６乃至図１１に示されている如くに構成されているであろう非励振素子が唯１組だけ設けられることになる。
個々のアンテナ素子内での２つのチャンネル間の効果的な分離を可能としている開放若しくは枠形状の構造であるというアンテナ素子の重要な特徴を有しているのであれば、個々のアンテナ素子とこれに対応した給電素子については例示したものとは異なるものであっても良い。
然しながら、２つのチャンネルの間での直交性を維持するためには、アンテナ素子は対称でなければならず、且つ９０度だけ回転させられた同じ幾何学的配列を有していなけれがならない。
非励振素子は導電材料で造られていなくてはならないが、ストリップ線路に成形されている必要はない。
非励振素子は寧ろ、２つの対向する縦部分を有したオープン若しくは枠状の構造に曲げられた線材で構成されるかもしれない。
側壁１０、１１は２つの層状部１、２に対して正確に垂直である必要はなく、僅かに傾いていても良い。
勿論、本発明は先に述べたスウェーデン特許出願9700401-4号中で開示されている配置と組み合わせても用いることができる。
当業者であれば請求項の趣旨に沿って本発明に係るアンテナ層を更に変更・発展させることが可能であろう。

Claims (19)

1. ２重偏波された電磁波の受信および／または送信のために、上方層（１）と下方層（２）とを含む少なくとも二つの分離した誘電性層状部を有し、それらの層は互いに所定の相互間距離を持って平行に配置されており、上記上方層には少なくとも一つのアンテナ素子（７）が、上記下方層には導電材料でなるグランド平面層部が配置されており、そのグランド平面層部は、前記２重偏波された電磁波を前記アンテナ素子から受信および／または該アンテナ素子に対して送信するための、少なくとも一つの開口部（３ａ，３ｂ）と、少なくとも一つの給電素子（５ａ，５ｂ）を含む給電網とを備えたアンテナ装置であって、
   前記アンテナ素子の少なくとも互いに対向する側面上で該アンテナ素子を取り囲み、且つ、前記グランド平面層部と前記アンテナ素子とによって規定される２つの平行な平面（２，１）とこれらの間の空間を含んでいる領域に、導電材料からなる非励振素子（８，９；１８，１９）が配置されており、且つ、上記各非励振素子が、前記アンテナ素子の前記互いに対向する側面の関連する側の一方のものに沿って延びて延長された少なくとも１つの縦部分（８ｂ，１８）を有していることを特徴とするアンテナ装置。
2. ２つの前記非励振素子（１８，１９）が、延長された横断部分（２０，２１）によって接続され、それにより閉じた枠状構造体を形成しており、該枠状構造体が、実質的に前記アンテナ素子に依って規定される前記平面内で該アンテナ素子を取り囲んでいることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
3. 前記閉じた枠状構造体が長方形或いは正方形の形状であることを特徴とする請求項２に記載のアンテナ装置。
4. 前記非励振素子が前記長方形或いは正方形の各頂点部に拡張された部分(２２)を具備することを特徴とする請求項３に記載のアンテナ装置。
5. 前記２つの前記非励振素子(１８，１９)が、横断部分（１８ａ，１８ｂ，１９ａ，１９ｂ）とつながり、それにより途切れた枠状構造体を形成しており、該枠状構造体が、前記アンテナ素子によって実質的に規定される平面内で該アンテナ素子を取り囲んでいることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
6. 前記途切れた枠状構造体が長方形或いは正方形の形状を有することを特徴とする請求項５に記載のアンテナ装置。
7. 前記途切れた枠状構造体が、付加された延長部分（２３；２４，２５；２５，２６）を含み、該部分は、前記縦部分の少なくとも一方および／または前記横断部分の少なくとも一方に平行に且つ接近して配置していることを特徴とする請求項５又は請求項６に記載のアンテナ装置。
8. 前記非励振素子（８，９；８'，１８，１９）が、ストリップ線路の形状で構成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載のアンテナ装置。
9. 前記縦部分は夫々が開口構造体（８；８'）の一部を形成していることを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載のアンテナ装置。
10. 前記開口構造体が、少なくとも一つのループ（８；８'）で構成されていることを特徴とする請求項９に記載のアンテナ装置。
11. 前記ループ（８；８'）の少なくとも１つのが途切れていることを特徴とする請求項１０に記載のアンテナ装置。
12. 前記開口構造体が、２つの対称な開口ループ（８'）で構成されていることを特徴とする請求項１１に記載のアンテナ装置。
13. 前記２つの対称な開口ループ（８'）が共通の脚部（８'ｃ）から互いに反対方向に延びていることを特徴とする請求項１２に記載のアンテナ装置。
14. ２つの前記延長された縦部分（８ａ，８ｂ；８'ａ，８'ｂ）が、前記平行な２つの平面（２，１）の対応するものに極めて近接して配置されていることを特徴とする請求項９乃至請求項１３のいずれか１項に記載のアンテナ装置。
15. 前記開口構造体（８，８'）が、前記平行な２平面（２，１）に直交している平面（１０，１１）内に実質的に位置していることを特徴とする請求項９乃至請求項１４のいずれか１項に記載のアンテナ装置。
16. 前記開口構造体（８，８'）が、前記アンテナ素子（７）へ向かって横方向に延びている延長部分（８ｄ，８'ｄ）を含み構成されていることを特徴とする請求項９乃至請求項１５のいずれか１項に記載のアンテナ装置。
17. 前記開口構造体の前記延長された縦部分（８ａ；８'ａ）の少なくとも一方が、２つの延長された縦部分（８ａ，８ｂ；８'ａ，８'ｂ）の間の相互離間距離よりも実質的に短い距離の間隙を残している拡張部分（８ｅ；８'ｅ）を具備していることを特徴とする請求項９乃至請求項１６のいずれか１項に記載のアンテナ装置。
18. 前記拡張部分（８ｅ；８'ｅ）が実質的に長方形状であり前記横方向に延びる部分（８ｄ；８'ｄ）に揃えて配置されていることを特徴とする請求項１６又は請求項１７に記載のアンテナ装置。
19. 前記アンテナ素子の少なくとも一つが長手方向軸に沿って配置された放射用パッチ（７）の列で構成され、且つ、前記非励振素子（８，９）が個々の放射用パッチの外側で前記長手方向軸の縦方向の側面上に対となって配置されていることを特徴とする請求項１乃至請求項１８のいずれか１項に記載のアンテナ装置。

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