JP4430236B2

JP4430236B2 - アンテナ装置

Info

Publication number: JP4430236B2
Application number: JP2000568143A
Authority: JP
Inventors: スニッグ、ゴラン
Original assignee: テレフオンアクチーボラゲットエルエムエリクソン（パブル）
Priority date: 1998-08-28
Filing date: 1999-08-11
Publication date: 2010-03-10
Anticipated expiration: 2019-08-11
Also published as: JP2002524896A; DE19983498T1; US6239750B1; SE9802883L; SE9802883D0; AU5888999A; WO2000013260A1

Description

【０００１】
（発明の属する技術分野）
本発明は、第１の周波数帯域で作動する第１の放射素子と第２の周波数帯域で作動する第２の放射素子とを備え、前記第２の素子が前記第１の素子とは異なる平面に配置される多周波帯域作動用アンテナ装置に関する。本発明は、第１および第２の素子の群を備えるアレーアンテナ装置にも関する。また、本発明は、このアンテナ装置の使用に関する。
【０００２】
（従来の技術）
多数の基地局アンテナ装置が移動体通信システムの作動に必要であった。基地局アンテナ装置は、移動体通信システムでカバーされるべき領域全体にわたって設けられる必要があり、どのように配置されるかは、とりわけ、要求される品質、地理的範囲、移動ユニットの分布などに依る。無線の伝播は、景観および都市の地形および凹凸に大きく依存するために、基地局アンテナ装置は、多少密に配置される必要がある。
【０００３】
しかし、複数アンテナの基地局の設置は、とりわけ、田園地方および都市の双方で美的観点からの抗議を生じていた。また、これらのアンテナマストの建設は、たとえば、各アンテナは、別個の高価な給電ケーブルを介してエネルギを供給する必要があるために、高価である。
【０００４】
新規な基地局アンテナ装置の導入は、既存のインフラをより良く使用できれば、かなり容易化される。今日、２つの別個の周波数帯域で作動可能なマイクロストリップアンテナ素子が知られている。しかし、周波数帯域の間隔が密でない場合に、格子ローブを避けることが困難である。
【０００５】
（発明が解決しようとする課題）
したがって、本発明の目的は、上述の問題を生じない多周波数帯域アンテナを提供することである。本発明の他の目的は、異なる偏波状態で作動するアンテナを提供することである。
【０００６】
（課題を解決するための手段）
これらの目的のために、本発明のアンテナ装置は、添付独立請求項にしたがい特徴付けられる。
【０００７】
本発明の有利な実施形態が、添付従属請求項に記載されている。
【０００８】
８００あるいは９００ＭＨｚ周波数帯域用に既に設けられている既存のインフラが、約１８００ＭＨｚあるいは１９００ＭＨｚのような新しい周波数帯域用にも使用することができるということが本発明の利点である。アンテナ素子あるいは放射素子が、簡単かつ可撓性を有し、簡単な給電などを可能とするということも本発明の利点である。２つの偏波状態が、相互に高絶縁の状態で支えることができるということも本発明の利点である。
【０００９】
添付図面を参照して、本発明について非制限的態様で以下に更に説明する。
【００１０】
（発明の実施の形態）
図１の（ａ）および（ｂ）は、２つの異なる周波数であるいは２つの異なる周波数帯域で同時に作動（受信／送信）可能なマイクロストリップアンテナの第１の例を示している。アンテナの上面図である図１の（ａ）において、第１の放射素子１０が、上部に配置されている。第１の放射素子１０は、ここでは四角形形状である。第２の放射素子１１が、第１の放射素子１０の下側に配置される。第２の放射素子は、第１の放射素子１０の下側に、集中した態様で対称的に配置されている。第１，第２の放射素子１０，１１は、それぞれ、特に、たとえば、Ｃｕのような導電性材料から形成された、いわゆるパッチ素子を備えている。
【００１１】
第１のパッチ素子あるいは放射素子１０は、約１８００〜１９００ＭＨｚの周波数帯域で作動する通信システムで使用することができ、第２の放射素子１１は、約８００〜９００ＭＨｚの周波数帯域で作動する通信システムで使用することができる。これを容易化するために、第１および第２の放射素子は、それぞれ、一般的プラクテイスにしたがいおよび第１，第２のパッチを絶縁するために使用される、たとえば、空気のような誘電体あるいは媒体の有効誘電定数を考慮した好適な有効共振寸法を有する。
【００１２】
図１の（ａ）、（ｂ）において、第１の放射素子１０は、相互に約９０°の角度を有する２つの偏波方向にこの素子にエネルギを与えることができる直交する方向に配置された２対のプローブ１２に装着される。プローブ１２は、孔を介して第２の素子１１を挿通し、第２の層１４も備える接地面の第１の層１３に装着される。接地面層１３は、２つの偏波角でプローブにエネルギを供給する給電ネットワーク１５が設けられる。
【００１３】
下側の第２の放射素子、すなわち、低周波数帯域パッチ１１は、スロット１６および１７を備える開口装置を介して第２の接地面層１４から給電される。外側スロット１６は、一方の偏波角にしたがい方向付けられ、内側のＨ形状スロット１７は、他方の偏波角にしたがい方向付けられる。偏波は、スロットの長い寸法に垂直である。接地面層１４は、２つの偏波角でスロットにエネルギを供給する給電網１８が設けられる。上述のスロット構造は、単なる１例であり、多くの他の構造、たとえば、交差するスロットが可能である。
【００１４】
上述のアンテナの他の実施形態において、第２の素子は、プローブによりエネルギが与えられ、この素子は、第１の素子にエネルギを与えるスロット孔を設けることができる。パッチは、四角形以外の他の形状を有してもよい。アンテナは、アンテナで使用される周波数の数に応じて、異なる周波数用のいかなる数の積重ねられた素子を備えてもよい。上述のアンテナモジュールは、マルチプルモジュールアレーアンテナで使用することができる。
【００１５】
上述の実施形態において、４つのプローブ１２で双方のパッチに給電することが可能である。この態様において、単一の給電ネットワークが、双方のパッチにエネルギを与えるために使用することができる。
【００１６】
図２の（ａ）および（ｂ）は、２つの異なる周波数であるいは２つの異なる周波数帯域で同時に作動（受信／送信）可能なマイクロストリップアンテナの代替例を示している。対応する詳細部を示すために、図１の（ａ）および（ｂ）と同じ参照番号が使用されている。
【００１７】
本発明の第１の実施形態と同様に、アンテナの上面図である図２の（ａ）において、第１の放射素子１０が、上部に配置されている。第２の放射素子１１が、第１の放射素子の下側に集中した態様で対称的に配置されている。
【００１８】
第１のパッチ素子あるいは放射素子１０は、約１８００〜１９００ＭＨｚの周波数帯域で作動する通信システムで使用することができ、第２の放射素子１１は、約８００〜９００ＭＨｚの周波数帯域で作動する通信システムで使用することができる。
【００１９】
図２の（ａ）および（ｂ）において、第１の放射素子１０は、相互に約９０°の角度を有する２つの偏波方向にこの素子にエネルギを与えることができる直交する方向に配置された２対のプローブ１２に装着される。プローブ１２ａは、孔を介して第２の素子１１を挿通し、第２の層１４も備える接地面の第１の層１３に装着される。接地面層１３は、２つの偏波角でプローブにエネルギを供給する給電ネットワーク１５が設けられる。
【００２０】
下側の第２の放射素子、すなわち、低周波数帯域パッチ１１はプローブ１２ｂを介して第２の接地面層１４から給電される。したがって、パッチ１１は、直交方向に配置された２対のプローブ１２ｂに装着される。一方の対のプローブ１２ｂは、一方の偏波角にしたがい方向付けられ、他方の対のプローブは、他方の偏波角度にしたがい方向付けられる。接地面層１４は、２つの偏波角でプローブにエネルギを供給する給電網１８が設けられる。
【００２１】
上述のアンテナの他の実施形態において、パッチは、四角形以外の他の形状を有してもよい。アンテナは、アンテナで使用される周波数の数に応じて、異なる周波数用のいかなる数の積重ねられた素子を備えてもよい。上述のアンテナモジュールは、マルチプルモジュールアレーアンテナで使用することができる。
【００２２】
図３の（ａ）および（ｂ）は、２つの異なる周波数であるいは２つの異なる周波数帯域で同時に作動（受信／送信）可能なマイクロストリップアンテナの第３の例を示している。対応する詳細部を示すために、図１の（ａ）、（ｂ）、図２の（ａ）および（ｂ）と同じ参照番号が使用されている。
【００２３】
本発明の第１の実施形態の場合と同様に、アンテナの上面図である図３の（ａ）において、第１の放射素子１０が、上部に配置されている。第２の放射素子１１が、第１の放射素子の下側に、集中した態様で対称的に配置されている。
【００２４】
第１のパッチ素子あるいは放射素子１０は、約１８００〜１９００ＭＨｚの周波数帯域で作動する通信システムで使用することができ、第２の放射素子１１は、約８００〜９００ＭＨｚの周波数帯域で作動する通信システムで使用することができる。
【００２５】
図３の（ａ）、（ｂ）において、第１の放射素子１０は、第２の放射素子１１の開口スロット１６ａおよび１７ａを介してエネルギが与えられる。外側スロット１６ａは、一方の偏波角にしたがい方向付けられ、内側のＨ形状スロット１７ａは、他方の偏波角度にしたがい方向付けられる。素子１１は、２つの偏波角で開口スロットにエネルギを供給する給電網１５ａが設けられる。
【００２６】
下側の第２の放射素子、すなわち、低周波数帯域パッチ１１は、スロット１６ｂおよび１７ｂを介して接地面層１４から給電される。外側スロット１６ｂは、一方の偏波角にしたがい方向付けられ、内側のＨ形状スロット１７ｂは、他方の偏波角にしたがい方向付けられる。偏波は、スロットの長い寸法に垂直である。接地面層１４は、２つの偏波角でスロットにエネルギを供給する給電網１５ｂが設けられる。
【００２７】
上述のアンテナの他の実施形態において、パッチは、四角形以外の他の形状を有してもよい。アンテナは、アンテナで使用される周波数の数に応じて、異なる周波数用のいかなる数の積重ねられた素子を備えてもよい。上述のアンテナモジュールは、マルチプルモジュールアレーアンテナで使用することができる。第２の素子１１は、たとえば、ＦＳＳ（周波数感受面）技術を組込むことにより、第１の素子１０の周波数に対して透過性を有するように設計することができる。このように、２つの素子用スロットを共通接地面に有することが可能である。
【００２８】
図４は、本発明にしたがうアレーアンテナを示し、このアレーアンテナは、この例において、３つの素子群を備えているが、この群は、いくつであってもよい。２つの素子群は、図１の（ａ）および（ｂ）に示した例と同様である。これら２つの素子群の間に、第１の高周波型の別の素子１０を備える第３の素子群がある。この構造は、格子ローブを避けるのに好適であることがある。接地面１４ａは、中央の素子群の下側を延びるのが好ましく、中央高周波パッチ１０の接地面１４ｂは、２つの側方素子群の第２の素子１１と同じレベルに配置されるのが好ましい。中央高周波パッチ１０は、プローブ１２でエネルギが与えられる。
【００２９】
図４の素子は、偏波方向がアレーの長い寸法に対して＋／−４５°であるように方向付けられる。たとえば、０°および９０°のような他の方向を使用してもよい。アレーアンテナの素子群も、２つの寸法で配置することができる。
【００３０】
上述のアンテナのいずれにおいても、２つの直線偏波を組合わせて、１あるいは２つの円形偏波を形成することができる。
【００３１】
本発明は、図示した実施形態に制限されず、請求項の範囲でのみ制限される多数の態様で変更できることは当然のことである。たとえば、偏波軸の周りに対称的に方向付けられれば、いずれの数のプローブもアンテナで使用することができる。矩形、円形、楕円形あるいは他の形状のパッチが使用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は、本発明の多周波数アンテナ装置の上面図であり、（ｂ）は、線１ｂ−１ｂに沿う（ａ）のアンテナの概略的断面図。
【図２】（ａ）は、本発明のアンテナの代替的実施形態の上面図であり、（ｂ）は、線２ｂ−２ｂに沿う（ａ）のアンテナの概略的断面図。
【図３】（ａ）は、本発明のアンテナの第３の実施形態の上面図であり、（ｂ）は、線３ｂ−３ｂに沿う（ａ）の装置の概略的断面図。
【図４】本発明のアレーアンテナの上面図。

Claims

第１周波数帯域で動作する第１放射素子（１０）と、
第２周波数帯域で動作する第２放射素子（１１）とを備え、
前記第２放射素子が、前記第１放射素子が配置される第１平面と平行な第２平面に配置される多周波数帯域作動用アンテナ装置であって、
前記第２平面に垂直な、前記第２放射素子の中心軸と、前記第１平面に垂直な、前記第１放射素子の中心軸とが一致し、
前記第１放射素子（１０）は、前記第２放射素子（１１）に対称性を持って重なり合うように配置され、
導電性接地面（１４）は、前記第１及び第２放射素子（１０，１１）に電力を供給する手段を備え、
前記第１、第２放射素子は、二重偏波を提供し、
前記第１放射素子（１０）は、該第１放射素子における外側及び内側開口スロット（１６ａ，１７ａ）を介して電力供給を受け、
前記第１放射素子の前記外側開口スロット（１６ａ）は、一方の偏波角に応じた向きに形成され、前記内側開口スロット（１７ａ）は、Ｈ形状であって、他方の偏波角に応じた向きに形成され、
前記第２放射素子（１１）は、一方の偏波角に応じた向きに形成された外側開口スロット（１６ｂ）と、他方の偏波角に応じた向きに形成された、Ｈ形状を有する内側開口スロット（１７ｂ）とを介して、導電性接地面（１４）から電力供給を受け、
前記第２平面に垂直な、前記第２放射素子（１１）の前記内側開口スロット（１７ｂ）の中心軸は、前記第２放射素子（１１）の前記中心軸と一致し、
前記第１平面に垂直な、前記第１放射素子における前記内側開口スロット（１７ａ）の中心軸は、前記第１放射素子（１０）の前記中心軸と一致し、
前記第１放射素子における前記内側開口スロット（１７ａ）および前記第２放射素子における前記内側開口スロット（１７ｂ）は、前記第１放射素子の前記内側開口スロット（１７ａ）の偏波角と前記第２放射素子の前記内側開口スロット（１７ｂ）の偏波角とが互いに直交するように配置されることを特徴とするアンテナ装置。
前記第１放射素子（１０）は、前記第２放射素子（１１）に設けられた開口スロット（１６ｂ、１７ｂ）の配置により電力の供給をうけることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
前記第２放射素子（１１）は、前記第１放射素子（１０）の周波数に対して透過性を有することを特徴とする請求項１又は２に記載のアンテナ装置。
周波数感受面ＦＳＳ技術を組み込むことにより、前記透過性を実現したことを特徴とする請求項３に記載のアンテナ装置。
第１周波数帯域で動作する高周波放射素子（１０）と、
第２周波数帯域で動作する低周波放射素子（１１）とを備え、
前記低周波放射素子（１１）が、前記高周波放射素子（１０）が配置される第１平面と平行な第２平面に配置され、第１及び第２平面に垂直な、該低周波放射素子の中心軸と該高周波放射素子の中心軸とが一致する多周波数帯域作動用アレーアンテナであって、
前記低周波放射素子（１１）は、前記高周波放射素子（１０）に対称性を有しつつ重なり合うように配置され、
導電性接地面（１４ａ）は、前記高周波及び低周波放射素子（１０，１１）に電力を供給する手段を備え、
前記高周波放射素子及び低周波放射素子は、二重偏波を形成し、
前記高周波放射素子（１０）は、該高周波放射素子における外側及び内側開口スロット（１６ａ，１７ａ）を介して電力供給を受け、
前記高周波放射素子（１０）の前記外側開口スロット（１６ａ）は、一方の偏波角に応じた向きに形成され、前記内側開口スロット（１７ａ）は、Ｈ形状であって、他方の偏波角に応じた向きに形成され、
前記低周波放射素子（１１）は、一方の偏波角に応じた向きに形成された外側開口スロット（１６ｂ）と、他方の偏波角に応じた向きに形成された、Ｈ形状を有する内側開口スロット（１７ｂ）とを介して、導電性接地面（１４）から電力供給を受け、
前記第２平面に垂直な、前記低周波放射素子（１１）の前記内側開口スロット（１７ｂ）の中心軸は、前記低周波放射素子（１１）の前記中心軸と一致し、
前記第１平面に垂直な、前記高周波放射素子の前記内側開口スロット（１７ａ）の中心軸は、前記高周波放射素子（１０）の前記中心軸と一致し、
前記高周波放射素子における前記内側開口スロット（１７ａ）および前記低周波放射素子における前記内側開口スロット（１７ｂ）は、前記高周波放射素子の前記内側開口スロット（１７ａ）の偏波角と前記低周波放射素子の前記内側開口スロット（１７ｂ）の偏波角とが互いに直交するように配置されることを特徴とするアレーアンテナ。