JP5675934B1 - アンテナ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】省スペース化及び無線通信の高品質化がなされたアンテナ装置を提供する。【解決手段】アンテナ装置１は、アンテナ用給電線と、当該アンテナ用給電線を互いの間に挟むようにして当該アンテナ用給電線とそれぞれ離間して配される第１接地層及び第２接地層と、を有し、第１接地層が所定の形状に形成されることで電磁波を送受可能なアンテナ素子として機能するアンテナ用トリプレート線路と、第２接地層と、当該第２接地層に対し下層側に離間して配される引き回し用給電線と、当該引き回し用給電線を第２接地層との間に挟むようにして当該引き回し用給電線と離間して配される第３接地層と、を有する引き回し用トリプレート線路と、を備え、アンテナ用給電線と引き回し用給電線とが、第２接地層の縁の外側で電気的に接続されている。【選択図】図１

Description

本発明は、無線通信サービス等に用いられるアンテナ装置に関する。

携帯電話等の無線通信サービスを確立する上で基地局等に採用されているアレイアンテナは、多くの場合垂直面内指向性におけるチルト角を調整することでサービスエリアを最適化している。この場合、垂直に周期配列されたアレイアンテナの指向性制御の手段としては、移相器を用いてアレイアンテナの各アンテナ素子の励振位相を変化させることでチルト角を調整する手段が一般的に用いられている。
この場合、基地局等において無線通信サービスの提供を行うにあたり、これらのアレイアンテナ、移相器、分配器等は、通常、複数の同軸ケーブルで各々が接続される態様で用いられている。

また、上記に関連する技術として、トリプレート伝送線路の積層構造を用いて信号を伝送する方法が提案されている（例えば、特許文献１）。

特開２００３−１６８９０３号公報

上述したように、無線通信サービスの提供にあたって、アレイアンテナ、移相器、分配器等を個別に用意し、これらを同軸ケーブル等で接続する場合、アンテナ装置全体の構成が煩雑になるという問題がある。したがって、このようなアンテナ装置を設置するために、基地局においてその設置エリアを確保する必要があり、そのためのコストが増大するという問題があった。
また、これらの機器を接続する同軸ケーブルの変形や繋ぎ合わせの不具合等に起因して、高周波信号の特性が劣化し得ることがある。したがって、同軸ケーブルの引き回しを多用することで、高品質な無線通信サービスの提供ができない、という問題があった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、その目的は、省スペース化及び無線通信の高品質化がなされたアンテナ装置を提供することにある。

本発明の一態様は、アンテナ用給電線と、当該アンテナ用給電線を互いの間に挟むようにして当該アンテナ用給電線とそれぞれ離間して配される第１接地層及び第２接地層と、を有し、前記第１接地層が所定の形状に形成されることで電磁波を送受可能なアンテナ素子として機能するアンテナ用トリプレート線路と、前記第２接地層と、当該第２接地層に対し前記アンテナ用給電線が配される側と異なる側に離間して配される引き回し用給電線と、当該引き回し用給電線を前記第２接地層との間に挟むようにして当該引き回し用給電線と離間して配される第３接地層と、を有する引き回し用トリプレート線路と、を備え、前記アンテナ用給電線と前記引き回し用給電線とが、前記第２接地層の縁の外側で電気的に接続され、前記アンテナ用トリプレート線路は、前記アンテナ素子が本体の長手方向に複数周期配列されてアレイアンテナを構成するとともに、前記引き回し用給電線は、前記アレイアンテナを構成する複数の前記アンテナ素子の全てに対して同時に給電可能な分配器をなし、更に、前記引き回し用給電線は、移相器が挿入されて引き回され、前記第３接地層と、当該第３接地層に対し前記引き回し用給電線が配される側と異なる側に離間して配される外部接続用給電線と、当該外部接続用給電線を前記第３接地層との間に挟むようにして当該外部接続用給電線と離間して配される第４接地層と、を有する外部接続用トリプレート線路をさらに備え、前記引き回し用給電線と前記外部接続用給電線とが、前記第３接地層の縁の外側で電気的に接続されていることを特徴とするアンテナ装置である。

また、本発明の一態様は、上述のアンテナ装置において、前記アンテナ用トリプレート線路が、前記第２接地層に対し前記アンテナ用給電線が配される側と同じ側に、当該第２接地層及び前記第１接地層と離間して配される第２アンテナ用給電線をさらに有して、偏波共用アンテナ素子として機能するとともに、前記第４接地層と、当該第４接地層に対し前記外部接続用給電線が配される側と異なる側に離間して配される第２引き回し用給電線と、当該第２引き回し用給電線を前記第４接地層との間に挟むようにして当該第２引き回し用給電線と離間して配される第５接地層と、を有する第２引き回し用トリプレート線路をさらに備え、前記第２アンテナ用給電線と前記第２引き回し用給電線とが、前記第２接地層、前記第３接地層及び前記第４の接地層の各々の縁の外側で電気的に接続されていることを特徴とする。

また、本発明の一態様は、上述のアンテナ装置において、前記第２引き回し用給電線が、移相器が挿入されて引き回され、前記外部接続用トリプレート線路は、前記第４接地層に対し前記外部接続用給電線が配される側と同じ側に、当該第４接地層及び前記第３接地層と離間して配される第２外部接続用給電線をさらに有し、前記第２引き回し用給電線と前記第２外部接続用給電線とが、前記第４接地層の縁の外側で電気的に接続されていることを特徴とする。

また、本発明の一態様は、アンテナ用給電線と、当該アンテナ用給電線を互いの間に挟むようにして当該アンテナ用給電線とそれぞれ離間して配される第１接地層及び第２接地層と、を有し、前記第１接地層が所定の形状に形成されることで電磁波を送受可能なアンテナ素子として機能するアンテナ用トリプレート線路と、前記第２接地層と、当該第２接地層に対し前記アンテナ用給電線が配される側と異なる側に離間して配される引き回し用給電線と、当該引き回し用給電線を前記第２接地層との間に挟むようにして当該引き回し用給電線と離間して配される第３接地層と、を有する引き回し用トリプレート線路と、を備え、前記アンテナ用給電線と前記引き回し用給電線とが、前記第２接地層の縁の外側で電気的に接続され、前記アンテナ用トリプレート線路は、前記アンテナ素子が本体の長手方向に複数周期配列されてアレイアンテナを構成するとともに、前記引き回し用給電線は、前記アレイアンテナを構成する複数の前記アンテナ素子の全てに対して同時に給電可能な分配器をなし、更に、前記アンテナ用トリプレート線路は、前記第２接地層に対し前記アンテナ用給電線が配される側と同じ側に、当該第２接地層及び前記第１接地層と離間して配される第２アンテナ用給電線をさらに有して、偏波共用アンテナとして機能するとともに、前記第３接地層と、当該第３接地層に対し前記引き回し用給電線が配される側と異なる側に離間して配される第２引き回し用給電線と、当該第２引き回し用給電線を前記第３接地層との間に挟むようにして当該第２引き回し用給電線と離間して配される第４接地層と、を有する第２引き回し用トリプレート線路をさらに備え、前記第２アンテナ用給電線と前記第２引き回し用給電線とが、前記第２接地層及び前記第３接地層の縁の外側で電気的に接続されていることを特徴とするアンテナ装置である。

また、本発明の一態様は、上述のアンテナ装置において、前記第１接地層と前記第２接地層とを電気的に短絡する導体支柱をさらに備え、前記導体支柱は、前記アンテナ用給電線と前記引き回し用給電線とが電気的に接続される部分の近傍に配されていることを特徴とする。

また、本発明の一態様は、上述のアンテナ装置において、前記第１接地層と前記第２接地層との離間距離が、前記第２接地層と前記第３接地層との離間距離よりも大きく、かつ、前記アンテナ用給電線は、前記第１接地層と前記第２接地層との中央に位置するように配されていることを特徴とする。

また、本発明の一態様は、アンテナ用給電線と、当該アンテナ用給電線を互いの間に挟むようにして当該アンテナ用給電線とそれぞれ離間して配される第１接地層及び第２接地層と、を有し、前記第１接地層が所定の形状に形成されることで電磁波を送受可能なアンテナ素子として機能するアンテナ用トリプレート線路と、前記第２接地層と、当該第２接地層に対し前記アンテナ用給電線が配される側と異なる側に離間して配される引き回し用給電線と、当該引き回し用給電線を前記第２接地層との間に挟むようにして当該引き回し用給電線と離間して配される第３接地層と、を有する引き回し用トリプレート線路と、を備え、前記アンテナ用トリプレート線路は、前記アンテナ素子が本体の長手方向に複数周期配列されてアレイアンテナを構成するとともに、前記引き回し用給電線は、前記アレイアンテナを構成する複数の前記アンテナ素子の全てに対して同時に給電可能な分配器をなし、更に、前記引き回し用給電線は、移相器が挿入されて引き回され、前記第３接地層と、当該第３接地層に対し前記引き回し用給電線が配される側と異なる側に離間して配される外部接続用給電線と、当該外部接続用給電線を前記第３接地層との間に挟むようにして当該外部接続用給電線と離間して配される第４接地層と、を有する外部接続用トリプレート線路をさらに備え、前記第２アンテナ用給電線と前記第２引き回し用給電線とが、前記第２接地層及び前記第３接地層の縁の外側で電気的に接続されていることを特徴とするアンテナ装置である。

本発明によれば、省スペース化及び無線通信の高品質化がなされたアンテナ装置を提供することができる。

本発明の第１の実施形態に係るアンテナ装置の構造を示す斜視図である。 本発明の第１の実施形態に係るアンテナ装置の構造を示す平面図及び側面図である。 本発明の第１の実施形態に係るアンテナ装置の内部の構造を示す第１の斜視図である。 本発明の第１の実施形態に係るアンテナ装置のアンテナ用トリプレート線路の構造を示す平面図及び側面図である。 本発明の第１の実施形態に係るアンテナ装置の内部の構造を示す第２の斜視図である。 本発明の第１の実施形態に係るアンテナ装置の引き回し用トリプレート線路の構造を示す断面模式図である。 本発明の第１の実施形態に係るアンテナ装置の内部の構造を示す第３の斜視図である。 本発明の第１の実施形態に係るアンテナ装置の外部接続用トリプレート線路の構造を示す断面模式図である。 本発明の第１の実施形態に係るアンテナ装置の内部の構造を示す第４の斜視図である。 本発明の第１の実施形態に係るアンテナ装置の第２引き回し用トリプレート線路の構造を示す断面模式図である。 本発明の第１の実施形態に係るアンテナ装置の給電線の接続関係を示す図である。 本発明の第１の実施形態に係るアンテナ装置の構造を示す側面図である。 本発明の第１の実施形態の変形例に係るアンテナ装置の導体支柱の配置を説明する図である。 本発明の第１の実施形態の変形例に係るアンテナ装置の導体支柱の効果を説明する図である。 本発明の第１の実施形態の第２の変形例に係るアンテナ装置の構造を示す断面模式図である。 本発明の第１の実施形態の第２の変形例に係るアンテナ装置の構造に基づく効果を説明する図である。 本発明の第２の実施形態に係るアンテナ装置の構造を示す平面図である。 本発明の第２の実施形態に係るアンテナ装置の構造を示す断面模式図である。

＜第１の実施形態＞
以下、本発明の第１の実施形態に係るアンテナ装置を、図面を参照して説明する。
図１は、第１の実施形態に係るアンテナ装置の構造を示す斜視図である。この図において、符号１はアンテナ装置である。
また、図２は、第１の実施形態に係るアンテナ装置の構造を示す平面図及び側面図である。図２（ａ）には、アンテナ装置１の平面図を、図２（ｂ）には、アンテナ装置１の側面図を示す。

図１、図２に示すように、アンテナ装置１は、トリプレート型平面アンテナ素子（以下、単に「アンテナ素子」と記載）ＡＮＴ１が本体の長手方向（±ｙ方向）に周期配列されてなるアレイアンテナである。アンテナ素子ＡＮＴ１は、導体のプレートにスロット１１Ａが形成された第１接地層１１と、その下層側（−ｚ方向側）に配されるアンテナ用給電線２Ａ、２Ａ’及び第２接地層１２（いずれも図３に図示）と、により構成される。
なお、パッチアンテナＰは、第１接地層１１から上層側（＋ｚ方向側）に離間して配される導体のプレートである。パッチアンテナＰは、アンテナ装置１が使用する周波数帯域の規制用（調整用）のために配されるものであり、その使用する周波数帯域によっては必ずしも必要とするものではない。
図２（ｂ）に示すように、アンテナ装置１の最上層（パッチアンテナＰを除く）には第１接地層１１が、最下層には第５接地層１５が配されている。以下、第１接地層１１から第５接地層１５の内部に配される引き回し配線等の構造について詳細に説明する。

図３は、第１の実施形態に係るアンテナ装置の内部の構造を示す第１の斜視図である。
図３は、第１接地層１１（図１）の下層（−ｚ方向側）に配される給電線等の構造を図示している。図３に示すように、アンテナ装置１は、第１接地層１１（図１）の下層において、導体からなるアンテナ用給電線２Ａ、２Ａ’及び第２接地層１２が配されている。アンテナ用給電線２Ａ、２Ａ’には、後述する折り返し部ｂ１〜ｂ８、ｄ１〜ｄ８を介して高周波信号が入力される。当該高周波信号は、各アンテナ素子ＡＮＴ１（図１）を介して電磁波として大気中に放射される。

図４は、第１の実施形態に係るアンテナ装置のアンテナ用トリプレート線路の構造を示す平面図及び側面図である。
次に、図４を参照しながら、アンテナ用給電線２Ａ、２Ａ’、及び、第１接地層１１、第２接地層１２で構成されるアンテナ用トリプレート線路ＴＰ１を説明する。
図４に示すように、第１接地層１１には、正方形状のスロット１１Ａが±ｘ方向、±ｙ方向に対して４５°傾くように形成されている。また、アンテナ用給電線２Ａ、２Ａ’は、第１接地層１１の下層において＋ｘ方向、−ｘ方向から延伸して、スロット１１Ａの辺に直交するように配されることで、それぞれ＋４５°、−４５°の偏波を送受可能とする。さらに、アンテナ用給電線２Ａ、２Ａ’の下層には、第２接地層１２が配されて、アンテナ用トリプレート線路ＴＰ１を構成する。

このように、アンテナ用トリプレート線路ＴＰ１は、アンテナ用給電線２Ａ、２Ａ’と、このアンテナ用給電線２Ａ、２Ａ’を互いの間に挟むようにしてアンテナ用給電線２Ａ、２Ａ’とそれぞれ離間して配される第１接地層１１及び第２接地層１２と、を有し、第１接地層１１にスロットが形成されることで電磁波を送受可能なアンテナ素子ＡＮＴ１として機能する。

なお、本実施形態に係るアンテナ素子ＡＮＴ１は、例えば、ｗｓ＝ｌｓ＝１５５ｍｍ、ｗｇ＝２２７．７３ｍｍ、ｌｍ＝１０ｍｍ、ｗｐａｔｃｈ＝ｌｐａｔｃｈ＝１００ｍｍ、ｈｐａｔｃｈ＝３０ｍｍ等と設計する。また、各接地層及び給電線を形成する導体板の厚さｔは、ｔ＝１ｍｍ、第１接地層１１と第２接地層１２との離間距離ｈは、ｈ＝８ｍｍとし、アンテナ用給電線２Ａ、２Ａ’は、その中央に配される。
また、図４の側面図に示すように、アンテナ用給電線２Ａ、２Ａ’は、第１接地層１１及び第２接地層１２から、絶縁物からなる支柱αで支持されることで、各接地層から離間して固定設置される。同様に、第１接地層１１と第２接地層１２とは、支柱βを介して互いの位置関係が固定される。この支柱βは、後述するように、導体により構成されるもの（導体支柱３０ａ、３０ｂ等）であってもよい。

図５は、第１の実施形態に係るアンテナ装置の内部の構造を示す第２の斜視図である。
図５は、第２接地層１２（図３）のさらに下層（−ｚ方向側）に配される給電線等の構造を図示している。図５に示すように、アンテナ装置１は、第２接地層１２（図３）の下層において、さらに引き回し用給電線２０Ｂ、２１Ｂ、２２Ｂ及び第３接地層１３が配されている。また、引き回し用給電線２０Ｂ、２１Ｂ、２２Ｂは、可動配線Ｍ１を有する移相器ＰＳ１が挿入されて引き回されている。可動配線Ｍ１は、回転軸Ｏ１を軸として回動可能となっている。

引き回し用給電線２１Ｂ、２２Ｂは、アンテナ用給電線２Ａ（図３）と、第２接地層１２の縁の外側で折り返し部ｂ１〜ｂ８を介して折り返すように電気的に接続されている（図３、図５参照）。引き回し用給電線２０Ｂに入力される高周波信号は、移相器ＰＳ１を介して、引き回し用給電線２１Ｂ、２２Ｂへと伝送された後、引き回し用給電線２１Ｂ、２２Ｂによって分配されながら、アンテナ用給電線２Ａ（図３）の各々に伝送される。このように、引き回し用給電線２０Ｂ、２１Ｂ、２２Ｂは、アレイアンテナ（アンテナ装置１）を構成する複数のアンテナ素子ＡＮＴ１の全てに対して同時に給電可能な分配器をなしている。

図６は、第１の実施形態に係るアンテナ装置の引き回し用トリプレート線路の構造を示す断面模式図である。
次に、図６を参照しながら、引き回し用給電線２０Ｂ、２１Ｂ、２２Ｂ、及び、第２接地層１２、第３接地層１３で構成される引き回し用トリプレート線路ＴＰ２を説明する。
図６に示すように、引き回し用給電線２０Ｂ、２１Ｂ、２２Ｂと可動配線Ｍ１とは、容量結合により電気的に接続される。この可動配線Ｍ１が回動することで、伝送線路長が変化し、伝送される高周波信号の位相がシフトする。
引き回し用トリプレート線路ＴＰ２は、第２接地層１２と、第２接地層１２に対し下層側（アンテナ用給電線２Ａ、２Ａ’が配される側と異なる側）に離間して配される引き回し用給電線２０Ｂ、２１Ｂ、２２Ｂと、この引き回し用給電線２０Ｂ〜２１Ｂを第２接地層１２との間に挟むようにして引き回し用給電線２０Ｂ〜２１Ｂと離間して配される第３接地層１３と、により構成される。
なお、第２接地層１２と第３接地層１３との離間距離ｈは、アンテナ用トリプレート線路ＴＰ１と同じくｈ＝８ｍｍとし、引き回し用給電線２０Ｂ、２１Ｂ、２２Ｂは、その中央に配される。
なお、引き回し用給電線２０Ｂ、２１Ｂ、２２Ｂ、第２接地層１２、第３接地層１３の各々は、上述のアンテナ用給電線２Ａ、２Ａ’、第１接地層１１、第２接地層１２と同様に、支柱α、β（図４参照）を介して互いの位置関係が固定される。以下の各層及び各配線の位置関係についても同様である。

このように、アンテナ装置１は、第２接地層１２を共有して積層される２層のトリプレート線路によって給電線（アンテナ用給電線２Ａ、２Ａ’、引き回し用給電線２０Ｂ、２１Ｂ、２２Ｂ）が引き回される構成を有している。

図７は、第１の実施形態に係るアンテナ装置の内部の構造を示す第３の斜視図である。
図７は、第３接地層１３（図５）のさらに下層（−ｚ方向側）に配される給電線等の構造を図示している。図７に示すように、アンテナ装置１は、第３接地層１３（図５）の下層において、さらに外部接続用給電線２Ｃ、２Ｃ’及び第４接地層１４が配されている。
外部接続用給電線２Ｃは、第３接地層１３の縁の外側で折り返し部ａを介して、上層の引き回し用給電線２０Ｂと電気的に接続されている（図５、図７参照）。外部接続用給電線２Ｃ’は、後述する第４接地層１４の縁の外側で折り返し部ｃを介して、下層の第２引き回し用給電線２０Ｄと電気的に接続されている（図７、図９参照）。
また、外部接続用給電線２Ｃ、２Ｃ’は、それぞれ、−ｙ方向に延伸する側の端部に外部接続端子Ｔ１、Ｔ２が設けられている。外部接続端子Ｔ１、Ｔ２には、高周波信号の供給源である発振器や増幅器等が接続される。外部接続端子Ｔ１から入力される高周波信号は、外部接続用給電線２Ｃを伝送し、さらに折り返し部ａを介して、上層の引き回し用給電線２０Ｂ（図５）に伝送される。一方、外部接続端子Ｔ２から入力される高周波信号は、外部接続用給電線２Ｃ’を伝送し、さらに折り返し部ｃを介して、後述する下層の第２引き回し用給電線２０Ｄ（図９）に伝送される。

図８は、第１の実施形態に係るアンテナ装置の外部接続用トリプレート線路の構造を示す断面模式図である。
図８に示すように、外部接続用トリプレート線路ＴＰ３は、第３接地層１３と、第３接地層１３に対し下層側（引き回し用給電線２０Ｂ、２１Ｂ、２２Ｂが配される側と異なる側）に離間して配される外部接続用給電線２Ｃ、２Ｃ’と、この外部接続用給電線２Ｃ、２Ｃ’を第３接地層１３との間に挟むようにして外部接続用給電線２Ｃ、２Ｃ’と離間して配される第４接地層１４と、により構成される。
なお、第３接地層１３と第４接地層１４との離間距離ｈは、アンテナ用トリプレート線路ＴＰ１、引き回し用トリプレート線路ＴＰ２と同じくｈ＝８ｍｍとし、引き回し用給電線２０Ｂ、２１Ｂ、２２Ｂは、その中央に配される。

このように、アンテナ装置１は、さらに、第３接地層１３を共有して積層される３層目のトリプレート線路によって給電線が引き回され、外部の機器（高周波信号の発振源等）と接続する構成を有している。

図９は、第１の実施形態に係るアンテナ装置の内部の構造を示す第４の斜視図である。
図９は、第４接地層１４（図７）のさらに下層（−ｚ方向側）に配される給電線等の構造を図示している。図９に示すように、アンテナ装置１は、第４接地層１４（図７）の下層において、さらに第２引き回し用配線２０Ｄ、２１Ｄ、２２Ｄ及び第５接地層１５が配されている。また、第２引き回し用給電線２０Ｄ、２１Ｄ、２２Ｄは、可動配線Ｍ２を有する移相器ＰＳ２が挿入されて引き回されている。可動配線Ｍ２は、回転軸Ｏ２を軸として回動可能となっている。

第２引き回し用給電線２１Ｄ、２２Ｄは、アンテナ用給電線２Ａ’（図３）と、第２接地層１２、第３接地層１３及び第４接地層１４各々の縁の外側で折り返し部ｄ１〜ｄ８を介して折り返すように電気的に接続されている（図３、図９参照）。引き回し用給電線２０Ｄに入力される高周波信号は、移相器ＰＳ２を介して、第２引き回し用給電線２１Ｄ、２２Ｄへと伝送された後、第２引き回し用給電線２１Ｄ、２２Ｄによって分配されながら、アンテナ用給電線２Ａ’（図３）の各々に伝送される。このように、第２引き回し用給電線２０Ｄ、２１Ｄ、２２Ｄは、引き回し用給電線２０Ｂ、２１Ｂ、２２Ｂと同様に分配器をなしている。

図１０は、第１の実施形態に係るアンテナ装置の第２引き回し用トリプレート線路の構造を示す断面模式図である。
図１０に示すように、第２引き回し用給電線２０Ｄ、２１Ｄ、２２Ｄ、及び、第４接地層１４、第５接地層１５で構成される第２引き回し用トリプレート線路ＴＰ４の構造は、引き回し用トリプレート線路ＴＰ２と同等であるため、詳細な説明を省略する。
なお、第４接地層１４と第５接地層１５との離間距離ｈは、他のトリプレート線路（ＴＰ１〜ＴＰ３）と同じくｈ＝８ｍｍとし、第２引き回し用給電線２０Ｄ、２１Ｄ、２２Ｄは、その中央に配される。

図１１は、第１の実施形態に係るアンテナ装置の給電線の接続関係を示す図である。
以上に説明したアンテナ素子ＡＮＴ１の各給電線の接続関係を、図１１を参照しながら順を追って説明する。
まず、折り返し部ａは、外部接続用給電線２Ｃと引き回し用給電線２０Ｂとの間に配される第３接地層１３（図８参照）の縁の外側において、外部接続用給電線２Ｃと引き回し用給電線２０Ｂとを接続している。外部接続端子Ｔ１から入力した高周波信号は、外部接続用給電線２Ｃを伝送し、折り返し部ａを介して、その上層に配される引き回し用給電線２０Ｂに伝送される。

また、折り返し部ｂ１〜ｂ８は、引き回し用給電線２０Ｂ、２１Ｂ、２２Ｂとアンテナ用給電線２Ａ、２Ａ’との間に配される第２接地層１２の縁の外側において、引き回し用給電線２１Ｂ、２２Ｂとアンテナ用給電線２Ａとを接続している（図３、図５参照）。引き回し用給電線２０Ｂに伝送された高周波信号は、可動配線Ｍ１（移相器ＳＰ１）、引き回し用給電線２１Ｂ、２２Ｂを介して分配された後、各折り返し部ｂ１〜ｂ８を介して、その上層に配される各アンテナ用給電線２Ａに伝送される。そして、アレイアンテナを構成する各アンテナ素子ＡＮＴ１を通じて電磁波が大気中に放射される。

一方、折り返し部ｃは、外部接続用給電線２Ｃ’と第２引き回し用給電線２０Ｄとの間に配される第４接地層１４（図１０参照）の縁の外側において、外部接続用給電線２Ｃ’と第２引き回し用給電線２０Ｄとを接続している。外部接続端子Ｔ２から入力した高周波信号は、外部接続用給電線２Ｃ’を伝送し、折り返し部ｃを介して、その下層に配される第２引き回し用給電線２０Ｄに伝送される。

折り返し部ｄ１〜ｄ８は、第２引き回し用給電線２０Ｄ、２１Ｄ、２２Ｄとアンテナ用給電線２Ａ、２Ａ’との間に配される第２接地層１２、第３接地層１３及び第４接地層１４の縁の外側において、第２引き回し用給電線２１Ｄ、２２Ｄとアンテナ用給電線２Ａ’とを接続している（図３、図５、図７、図９参照）。第２引き回し用給電線２０Ｄに伝送された高周波信号は、可動配線Ｍ２（移相器ＳＰ２）、第２引き回し用給電線２１Ｄ、２２Ｄを介して分配された後、各折り返し部ｄ１〜ｄ８を介して、その上層に配される各アンテナ用給電線２Ａ’に伝送される。

図１２は、第１の実施形態に係るアンテナ装置の構造を示す側面図である。
図１２に示すように、アンテナ装置１は、５つの接地層（第１接地層１１〜第５接地層１５）のそれぞれの間に、各種給電線（アンテナ用給電線２Ａ、２Ａ’、引き回し用給電線２０Ｂ、２１Ｂ、２２Ｂ等）が配されて、全体としてトリプレート線路が積層される構成となっている。各層の各種給電線は、各接地層の縁の外側において、折り返し部ａ、ｂ１〜ｂ８等を介して、折り返すように電気的に接続される。

以上のような構成によれば、第１の実施形態に係るアンテナ装置１は、アンテナ素子（アンテナ素子ＡＮＴ１）の裏面側（−ｚ方向側）において多層化されたトリプレート線路（ＴＰ１〜ＴＰ４）により、移相器、分配器が一体化されている。これにより、従来、アレイアンテナ、移相器、分配器を個々に接続していた同軸ケーブルを排することができ、装置全体が小型化されるとともに、同軸ケーブルに起因する信号の品質劣化が改善される。
また、本実施形態に係るアンテナ装置１は、各層において引き回される各種給電線が、全てトリプレート線路で構成されている。したがって、移相及び分配のために引き回される給電線における伝送損失を抑制できる上に雑音耐性も向上し、一層、高品質な無線通信サービスを提供することができる。

なお、固体の誘電体層を媒介としたトリプレート線路にスルーホールを設けて多層化することで小型化を図ることも可能だが、この場合、当該誘電体層に基づく誘電損失、スルーホールによるインピーダンス不整合等の課題がある。また、このような多層化基板の作製には、費用がかかるという問題がある。
一方、本実施形態に係るアンテナ装置は、所定の形状に形成された金属板と所定の支持部材のみで作製可能であるため、装置の小型化、伝送信号の高品質化に加え、装置をより安価に作製することができるという利点がある。

さらに、上述のアンテナ装置１は、移相器及び分配器の役目を担う引き回し用トリプレート線路ＴＰ２、第２引き回し用トリプレート線路ＴＰ４の他に、外部接続用トリプレート線路ＴＰ３の層を別に設けることで、特に、装置全体の横幅（±ｘ方向の長さ）を最小限に抑えることができる。ただし、他の実施形態に係るアンテナ装置１は、この態様に限定されず、例えば、外部接続用トリプレート線路ＴＰ３の層を有さずに、引き回し用トリプレート線路ＴＰ２、第２引き回し用トリプレート線路ＴＰ４のそれぞれが外部接続端子Ｔ１、Ｔ２を有して外部接続される態様であっても構わない。この場合、当該他の実施形態に係るアンテナ装置１は、アンテナ用トリプレート線路ＴＰ１、引き回し用トリプレート線路ＴＰ２及び第２引き回し用トリプレート線路ＴＰ４の３層構造としてもよい。

また、本実施形態に係るアンテナ装置１においては、積層された各トリプレート線路（ＴＰ１〜ＴＰ４）は導体板のみで形成され、各接地層（第１接地層１１〜第５接地層１５）及び各給電線（アンテナ用給電線２Ａ、２Ａ’、引き回し用給電線２０Ｂ、２１Ｂ、２２Ｂ等）は、支柱αの他は、空気を介在して絶縁されているものとする。ただし、他の実施形態に係るアンテナ装置１は、この態様に限定されず、例えば、所定の誘電体材料を介在して絶縁されるものであってもよい。

なお、第１の実施形態に係るアンテナ装置１は、さらに以下のように変形可能である。

＜第１の実施形態の変形例＞
図１３は、第１の実施形態の変形例に係るアンテナ装置の導体支柱の配置を説明する図である。
図１３に示すように、当該変形例に係るアンテナ装置１は、第１接地層１１と第２接地層１２とを電気的に短絡する導体支柱３０ａ、３０ｂと、第２接地層１２と第３接地層１３とを電気的に短絡する導体支柱３１ａ、３１ｂをさらに備えている。これら導体支柱３０ａ、３０ｂ、３１ａ、３１ｂは、いずれも、アンテナ用給電線２Ａと引き回し用給電線２２Ｂとが電気的に接続される部分（折り返し部ｂ１）の近傍に配されている。
導体支柱３０ａ〜３１ｂは、各接地層を支持するとともに、各接地層を短絡して等電位化を図るものである。
図１３に示すように、導体支柱３０ａ〜３１ｂは、アンテナ用給電線２Ａから、線幅Ｌと同等の幅だけ離間して配されている。

図１４は、第１の実施形態の変形例に係るアンテナ装置の導体支柱の効果を説明する図である。
図１４（ａ）、（ｂ）に示すグラフは、図１３に示した給電線（アンテナ用給電線２Ａ〜引き回し用給電線２２Ｂ）における伝送特性（Ｓパラメータ）の測定結果を示すグラフである。図１４（ａ）は、導体支柱３０ａ〜３１ｂが存在しない場合における給電線の伝送特性を、図１４（ｂ）は、導体支柱３０ａ〜３１ｂが存在する場合における給電線の伝送特性を示している。
図１４（ａ）、（ｂ）に示す通り、折り返し部ｂ１近傍に導体支柱３０ａ〜３１ｂを設けることで、折り返しを有する給電線における伝送特性が改善していることわかる。

なお、図１３において、導体支柱３０ａ〜３１ｂは、アンテナ用給電線２Ａから線幅Ｌと同等の幅だけ離間して配されるものとして説明したが、その配置の仕方は、図１４（ａ）、（ｂ）に示すような改善効果が得られる範囲で適宜変更可能である。
また、図１３においては、折り返し部ｂ１の近傍の部分を例示して説明したが、当該変形例に係るアンテナ装置１は、他の折り返し部（折り返し部ａ、ｂ２〜ｂ８、ｃ、ｄ１〜ｄ８）の近傍において、各接地層間に同様の導体支柱を備えてもよい。

＜第１の実施形態の第２の変形例＞
図１５は、第１の実施形態の第２の変形例に係るアンテナ装置の構造を示す断面模式図である。
図１５に示すように、当該変形例に係るアンテナ装置１は、第１接地層１１と第２接地層１２との離間距離ｈａと、第２接地層１２と第３接地層１３との離間距離ｈｂと、がｈａ＞ｈｂの関係を有している。具体的には、例えば、ｈａ＝１２ｍｍ、ｈｂ＝８ｍｍ等とする。なお、アンテナ用給電線２Ａ、２Ａ’及び引き回し用給電線２０Ｂ、２１Ｂ、２２Ｂは、第１接地層１１と第２接地層１２との中央、及び、第２接地層１２と第３接地層１３との中央に、それぞれ配される（図１５参照）。

図１６は、第１の実施形態の第２の変形例に係るアンテナ装置の構造に基づく効果を説明する図である。
図１６（ａ）、（ｂ）に示すグラフは、図１５に示した当該変形例に係るアンテナ装置１の伝送特性（Ｓパラメータ）の測定結果を示すグラフである。図１６（ａ）は、離間距離ｈａが８ｍｍ（＝ｈｂ）の場合の伝送特性を、図１６（ｂ）は、離間距離ｈａが１２ｍｍ（＞ｈｂ）の場合の伝送特性を示している。
図１６（ａ）、（ｂ）に示すように、第１接地層１１と第２接地層１２との離間距離ｈａを拡張することで、アンテナとしての放射効率が高くなる周波数帯域（ＢＷ：Band Width）が広がる傾向にあることがわかる。
このように、当該変形例に係るアンテナ装置１によれば、アンテナ用トリプレート線路ＴＰ１を構成する接地層の離間距離ｈａを拡張することで、アンテナとして利用可能な周波数帯域を一層広帯域化することができる。なお、当該変形例に係るアンテナ装置１は、第１接地層１１と第２接地層１２との離間距離ｈａをｈａ＝１２ｍｍと拡張する場合に限定されず、図１６に示す周波数の広帯域化の効果が得られる範囲において、離間距離ｈａを適宜変更可能である。

＜第２の実施形態＞
図１７は、第２の実施形態に係るアンテナ装置の構造を示す平面図である。
以下、図１７を参照しながら、本実施形態に係るアンテナ装置１の構造について説明する。
第１の実施形態に係るアンテナ装置１は、引き回し用トリプレート線路ＴＰ２及び第２引き回し用トリプレート線路ＴＰ４において、移相器ＳＰ１、ＳＰ２を有していたが、本実施形態に係るアンテナ装置１は、移相器を有していない点で第１の実施形態に係るアンテナ装置１と異なる。

図１７（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、本実施形態に係るアンテナ装置１における各トリプレート線路を構成する各接地層及び各給電線の平面図である。
図１７（ａ）に示すように、アンテナ用給電線２Ａ、２Ａ’及び第２接地層１２の構成は、第１の実施形態に係るアンテナ装置１と同一である。また、図１７には図示しないが、アンテナ用給電線２Ａ、２Ａ’の上層（＋ｚ方向）にはスロット１１Ａが形成された第１接地層１１が配される。本実施形態に係るアンテナ装置１は、この第１接地層１１、第２接地層１２及びその間に配されるアンテナ用給電線２Ａ、２Ａ’をもって、アンテナ用トリプレート線路ＴＰ１（図４参照）を構成する。

アンテナ用給電線２Ａ、２Ａ’及び第２接地層１２の下層（−ｚ方向）には、図１７（ｂ）に示す引き回し用給電線２０Ｂ及び第３接地層１３が配される。図１７（ｂ）に示すように、引き回し用給電線２０Ｂは、分配器として、折り返し部ｂ１〜ｂ８に高周波信号を分配して伝送するように形成される。本実施形態に係るアンテナ装置１は、第２接地層１２、第３接地層１３及びその間に配される引き回し用給電線２０Ｂをもって、引き回し用トリプレート線路ＴＰ２を構成する。

また、引き回し用給電線２０Ｂ及び第３接地層１３のさらに下層（−ｚ方向）には、図１７（ｃ）に示す第２引き回し用給電線２０Ｄ及び第４接地層１４が配される。図１７（ｃ）に示すように、第２引き回し用給電線２０Ｄは、引き回し用給電線２０Ｂと同様に、分配器として、折り返し部ｄ１〜ｄ８に高周波信号を分配して伝送するように形成される。本実施形態に係るアンテナ装置１は、第３接地層１３、第４接地層１４及びその間に配される第２引き回し用給電線２０Ｄをもって、第２引き回し用トリプレート線路ＴＰ４を構成する。

また、本実施形態に係るアンテナ装置１の引き回し用給電線２０Ｂ及び第２引き回し用配線２０Ｄは、−ｙ方向に延伸する端部において外部接続端子Ｔ１、Ｔ２を備えている。第１の実施形態に係るアンテナ装置１と同様に、外部接続端子Ｔ１、Ｔ２には、高周波信号の供給源である発振器や増幅器等が接続される。

図１８は、第２の実施形態に係るアンテナ装置の構造を示す断面模式図である。
図１８に示すように、本実施形態に係るアンテナ装置１は、アンテナ用トリプレート線路ＴＰ１、引き回し用トリプレート線路ＴＰ２及び第２引き回し用トリプレート線路ＴＰ４の３層のトリプレート線路が層状に積層されて構成される。
このように、第２の実施形態に係るアンテナ装置１は、移相器を設けずに給電線の引き回しを簡略化することで、第１の実施形態に係るアンテナ装置１よりもトリプレート線路の積層数を一層減らすことができ、装置全体を一層小型化させることができる。

なお、上述の第１、第２の実施形態に係るアンテナ装置１は、アンテナ用給電線２Ａ、２Ａ’、スロット１１Ａが形成された第１接地層１１、第２接地層１２及びパッチアンテナＰからなるアンテナ素子ＡＮＴ１が周期配列される構成として説明したが、アンテナ素子ＡＮＴ１は、所定の周波数帯域において電磁波を送受可能な態様であれば、この態様に限定されない。
また、第１、第２の実施形態に係るアンテナ装置１のアンテナ素子ＡＮＴ１は、２つの給電線（アンテナ用給電線２Ａ、２Ａ’）を有する偏波共用アンテナとして説明したが、アンテナ素子ＡＮＴ１は、偏波共用ではない通常のアンテナであってもよい。この場合、第１、第２の実施形態に係るアンテナ装置１は、第２引き回し用トリプレート線路ＴＰ４を有さない態様であってもよい。

以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものとする。

１・・・アンテナ装置
１１・・・第１接地層
１２・・・第２接地層
１３・・・第３接地層
１４・・・第４接地層
１５・・・第５接地層
２Ａ、２Ａ’・・・アンテナ用給電線
２０Ｂ、２１Ｂ、２２Ｂ・・・引き回し用給電線
２Ｃ、２Ｃ’・・・外部接続用給電線
２０Ｄ、２１Ｄ、２２Ｄ・・・第２引き回し用配線
ａ、ｂ１〜ｂ８、ｃ、ｄ１〜ｄ８・・・折り返し部
ＡＮＴ１・・・アンテナ素子
ＳＰ１、ＳＰ２・・・移相器

Claims (7)

1. アンテナ用給電線と、当該アンテナ用給電線を互いの間に挟むようにして当該アンテナ用給電線とそれぞれ離間して配される第１接地層及び第２接地層と、を有し、前記第１接地層が所定の形状に形成されることで電磁波を送受可能なアンテナ素子として機能するアンテナ用トリプレート線路と、
   前記第２接地層と、当該第２接地層に対し前記アンテナ用給電線が配される側と異なる側に離間して配される引き回し用給電線と、当該引き回し用給電線を前記第２接地層との間に挟むようにして当該引き回し用給電線と離間して配される第３接地層と、を有する引き回し用トリプレート線路と、
   を備え、
   前記アンテナ用給電線と前記引き回し用給電線とが、前記第２接地層の縁の外側で電気的に接続され、
   前記アンテナ用トリプレート線路は、前記アンテナ素子が本体の長手方向に複数周期配列されてアレイアンテナを構成するとともに、
   前記引き回し用給電線は、前記アレイアンテナを構成する複数の前記アンテナ素子の全てに対して同時に給電可能な分配器をなし、
   更に、前記引き回し用給電線は、移相器が挿入されて引き回され、
   前記第３接地層と、当該第３接地層に対し前記引き回し用給電線が配される側と異なる側に離間して配される外部接続用給電線と、当該外部接続用給電線を前記第３接地層との間に挟むようにして当該外部接続用給電線と離間して配される第４接地層と、を有する外部接続用トリプレート線路をさらに備え、
   前記引き回し用給電線と前記外部接続用給電線とが、前記第３接地層の縁の外側で電気的に接続されている
   ことを特徴とするアンテナ装置。
2. 前記アンテナ用トリプレート線路は、前記第２接地層に対し前記アンテナ用給電線が配される側と同じ側に、当該第２接地層及び前記第１接地層と離間して配される第２アンテナ用給電線をさらに有して、偏波共用アンテナ素子として機能するとともに、
   前記第４接地層と、当該第４接地層に対し前記外部接続用給電線が配される側と異なる側に離間して配される第２引き回し用給電線と、当該第２引き回し用給電線を前記第４接地層との間に挟むようにして当該第２引き回し用給電線と離間して配される第５接地層と、を有する第２引き回し用トリプレート線路をさらに備え、
   前記第２アンテナ用給電線と前記第２引き回し用給電線とが、前記第２接地層、前記第３接地層及び前記第４の接地層の各々の縁の外側で電気的に接続されている
   ことを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
3. 前記第２引き回し用給電線は、移相器が挿入されて引き回され、
   前記外部接続用トリプレート線路は、前記第４接地層に対し前記外部接続用給電線が配される側と同じ側に、当該第４接地層及び前記第３接地層と離間して配される第２外部接続用給電線をさらに有し、
   前記第２引き回し用給電線と前記第２外部接続用給電線とが、前記第４接地層の縁の外側で電気的に接続されている
   ことを特徴とする請求項２に記載のアンテナ装置。
4. アンテナ用給電線と、当該アンテナ用給電線を互いの間に挟むようにして当該アンテナ用給電線とそれぞれ離間して配される第１接地層及び第２接地層と、を有し、前記第１接地層が所定の形状に形成されることで電磁波を送受可能なアンテナ素子として機能するアンテナ用トリプレート線路と、
   前記第２接地層と、当該第２接地層に対し前記アンテナ用給電線が配される側と異なる側に離間して配される引き回し用給電線と、当該引き回し用給電線を前記第２接地層との間に挟むようにして当該引き回し用給電線と離間して配される第３接地層と、を有する引き回し用トリプレート線路と、
   を備え、
   前記アンテナ用給電線と前記引き回し用給電線とが、前記第２接地層の縁の外側で電気的に接続され、
   前記アンテナ用トリプレート線路は、前記アンテナ素子が本体の長手方向に複数周期配列されてアレイアンテナを構成するとともに、
   前記引き回し用給電線は、前記アレイアンテナを構成する複数の前記アンテナ素子の全てに対して同時に給電可能な分配器をなし、
   更に、前記アンテナ用トリプレート線路は、前記第２接地層に対し前記アンテナ用給電線が配される側と同じ側に、当該第２接地層及び前記第１接地層と離間して配される第２アンテナ用給電線をさらに有して、偏波共用アンテナとして機能するとともに、
   前記第３接地層と、当該第３接地層に対し前記引き回し用給電線が配される側と異なる側に離間して配される第２引き回し用給電線と、当該第２引き回し用給電線を前記第３接地層との間に挟むようにして当該第２引き回し用給電線と離間して配される第４接地層と、を有する第２引き回し用トリプレート線路をさらに備え、
   前記第２アンテナ用給電線と前記第２引き回し用給電線とが、前記第２接地層及び前記第３接地層の縁の外側で電気的に接続されている
   ことを特徴とするアンテナ装置。
5. 前記第１接地層と前記第２接地層とを電気的に短絡する導体支柱をさらに備え、
   前記導体支柱は、前記アンテナ用給電線と前記引き回し用給電線とが電気的に接続される部分の近傍に配されている
   ことを特徴とする請求項１から請求項４の何れか一項に記載のアンテナ装置。
6. 前記第１接地層と前記第２接地層との離間距離が、前記第２接地層と前記第３接地層との離間距離よりも大きく、かつ、前記アンテナ用給電線は、前記第１接地層と前記第２接地層との中央に位置するように配されている
   ことを特徴とする請求項１から請求項５の何れか一項に記載のアンテナ装置。
7. アンテナ用給電線と、当該アンテナ用給電線を互いの間に挟むようにして当該アンテナ用給電線とそれぞれ離間して配される第１接地層及び第２接地層と、を有し、前記第１接地層が所定の形状に形成されることで電磁波を送受可能なアンテナ素子として機能するアンテナ用トリプレート線路と、
   前記第２接地層と、当該第２接地層に対し前記アンテナ用給電線が配される側と異なる側に離間して配される引き回し用給電線と、当該引き回し用給電線を前記第２接地層との間に挟むようにして当該引き回し用給電線と離間して配される第３接地層と、を有する引き回し用トリプレート線路と、
   を備え、
   前記アンテナ用トリプレート線路は、前記アンテナ素子が本体の長手方向に複数周期配列されてアレイアンテナを構成するとともに、
   前記引き回し用給電線は、前記アレイアンテナを構成する複数の前記アンテナ素子の全てに対して同時に給電可能な分配器をなし、
   更に、前記引き回し用給電線は、移相器が挿入されて引き回され、
   前記第３接地層と、当該第３接地層に対し前記引き回し用給電線が配される側と異なる側に離間して配される外部接続用給電線と、当該外部接続用給電線を前記第３接地層との間に挟むようにして当該外部接続用給電線と離間して配される第４接地層と、を有する外部接続用トリプレート線路をさらに備え、
   前記第２アンテナ用給電線と前記第２引き回し用給電線とが、前記第２接地層及び前記第３接地層の縁の外側で電気的に接続されている
   ことを特徴とするアンテナ装置。

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