JP5803741B2

JP5803741B2 - ３周波共用アンテナ

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Publication number: JP5803741B2
Application number: JP2012041564A
Authority: JP
Inventors: 安藤　敏之; 敏之安藤
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 2012-02-28
Filing date: 2012-02-28
Publication date: 2015-11-04
Anticipated expiration: 2032-02-28
Also published as: JP2013179433A

Description

本発明は、例えば携帯電話やＰＨＳ（Personal Handy-phone System）、あるいは携帯情報端末等の移動体通信のための基地局に用いられ、３つの異なる周波数帯の電波を放射することが可能な３周波共用アンテナに関する。

従来、携帯電話等の移動体通信に使用される基地局アンテナとして、複数の周波数帯域で共用可能であり、基地局を中心とした円形のエリアを通信可能範囲とする無指向性アンテナが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１に記載の周波数共用無指向性アンテナは、導電体からなる円筒状の反射器と、反射器を挟んで配置される一対の第１の半波長ダイポールアンテナ素子と、一対の第１の半波長ダイポールアンテナ素子と重ならないように、反射器を挟んで配置される一対の第２の半波長ダイポールアンテナ素子とを備えている。一対の第１の半波長ダイポールアンテナ素子から放射される放射波の使用中心周波数と、一対の第２の半波長ダイポールアンテナ素子から放射される放射波の使用中心周波数とは異なっており、これにより複数の周波数帯域における通信が可能となっている。

また、本出願人は、設置スペースを小さくすることを主たる目的として、特許文献２に記載の２周波共用無指向性アンテナを提案している。この２周波共用無指向性アンテナは、複数の２周波共用アンテナ素子を有し、上下方向に隣接する２つの２周波共用アンテナ素子が点対称に設けられている。それぞれの２周波共用アンテナ素子は、誘電体基板と、誘電体基板の表面に設けられ、周波数Ｆ１で共振するダイポールアンテナと、ダイポールアンテナに対して平行となるように誘電体基板の表面に設けられ、周波数Ｆ１よりも高周波となる周波数Ｆ２で共振する寄生素子とを備えている。ダイポールアンテナに対する寄生素子の配置位置は、上下方向に隣接する２周波共用アンテナ素子の間で互いに異なっている。

特開２００２−１９８７３１号公報特開２０１０−１０９９０号公報

ところで、近年、所謂スマートフォンのような多くの情報を受信する携帯情報端末が普及し、既存の周波数帯域では十分な通信速度を確保できないため、新たな周波数帯域を移動体通信用に割り当てる動きがある。この場合、基地局用のアンテナは、より多くの周波数帯に対応する必要がある。

特許文献２に記載の２周波共用無指向性アンテナによれば、特許文献１に記載のものに比較して、設置スペースを小さくすることが可能となるが、放射する電波の周波数帯域を増やすべく、例えば後述する図４（ｂ）に示すように寄生素子を追加する場合には、誘電体基板の幅を広げる必要がある。このため、アンテナの設置スペースが増大してしまう。

そこで、本発明は、誘電体基板の一方の面にダイポールアンテナと平行に２つの寄生素子を配置した場合に比較して、設置スペースを小さくすることが可能な３周波共用アンテナを提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決することを目的として、長辺及び短辺よりなる誘電体基板に設けられた複数の３周波共用アンテナ素子が前記誘電体基板の長手方向に並列して設けられた３周波共用アンテナであって、前記３周波共用アンテナ素子は、前記誘電体基板に前記長手方向に沿って設けられ、第１の周波数帯で共振するダイポールアンテナと、前記ダイポールアンテナと平行に前記誘電体基板に設けられ、前記第１の周波数帯とは異なる第２の周波数帯で共振する第１の寄生素子と、前記ダイポールアンテナと平行に前記誘電体基板に設けられ、前記第１の周波数帯及び第２の周波数帯とは異なる第３の周波数帯で共振する第２の寄生素子と、前記ダイポールアンテナに前記第１乃至第３の周波数帯の給電信号を供給する給電線路と、を備え、前記第１の寄生素子は、前記誘電体基板の表面に前記ダイポールアンテナと共に設けられていると共に、前記第２の寄生素子は、その裏面に前記誘電体基板を挟んで全体が前記第１の寄生素子と対向する位置に設けられており、前記第２の寄生素子は、前記第１の寄生素子よりも前記長手方向において短く、前記ダイポールアンテナは、前記誘電体基板の前記表面のみに形成された一対の放射素子を有し、前記給電線路は、前記誘電体基板の裏面のみに形成されており、前記一対の放射素子の中心と前記第１の寄生素子の距離と、前記一対の放射素子の中心と前記第２の寄生素子と距離と、が異なる３周波共用アンテナを提供する。

また、前記ダイポールアンテナは、前記長手方向に延びるように前記誘電体基板に設けられた接地部に接続され、前記長手方向に隣り合う２つの前記３周波共用アンテナ素子は、前記接地部に対する前記ダイポールアンテナの位置、ならびに前記ダイポールアンテナに対する前記第１及び第２の寄生素子の位置が互いに逆であるとよい。

また、前記第２及び第３の周波数帯の中心周波数は、前記第１の周波数帯の中心周波数よりも高周波で、かつ前記第１の周波数帯の中心周波数の２倍未満であり、前記長手方向に隣り合う２つの前記３周波共用アンテナ素子の前記長手方向の中心位置の間の間隔が、前記第２及び第３の周波数帯の中心周波数の波長未満であるとよい。

また、前記誘電体基板の短手方向の幅が、前記第１の周波数帯の中心周波数の波長の４分の１未満であるとよい。

また、前記給電線路は、前記長手方向に隣り合う２つの前記３周波共用アンテナ素子に前記給電信号を分配する分配器、及び前記３周波共用アンテナ素子の一方と前記分配器との間に設けられた位相遅延部を有するとよい。

本発明に係る３周波共用アンテナによれば、誘電体基板の一方の面にダイポールアンテナと平行に２つの寄生素子を配置した場合に比較して、設置スペースを小さくすることが可能となる。

本実施の形態に係る３周波共用アンテナの要部を示し、（ａ）は表面を、（ｂ）はその反対側の裏面を、それぞれ示す。（ａ）は図１（ａ）のＡ−Ａ線断面図、（ｂ）は図１（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。３周波共用アンテナのＶＳＷＲを示すグラフである。本実施の形態の効果を説明するための説明図であり、（ａ）は本実施の形態に係る３周波共用アンテナを示し、（ｂ）は比較例としての３周波共用アンテナを示す。

図１は、本実施の形態に係る３周波共用アンテナの要部を示し、（ａ）は表（おもて）面を、（ｂ）はその反対側の裏面を、それぞれ示す。（ｂ）では、表面におけるアンテナ素子等の形状を破線で示している。図２（ａ）は図１（ａ）のＡ−Ａ線断面図、図２（ｂ）は図１（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。図２（ａ），（ｂ）では、説明のために、各部の厚さ方向の寸法を誇張して表している。

３周波共用アンテナ１００は、３周波共用アンテナ素子としての第１のアンテナ素子１及び第２のアンテナ素子２と、誘電体基板３とを備えている。誘電体基板３は、例えばフッ素樹脂（ＰＴＦＥ）やポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ）等の誘電体からなり、長尺な板状を呈している。第１のアンテナ素子１及び第２のアンテナ素子２は、誘電体基板３に、その長手方向に並列して設けられている。また、誘電体基板３には、長手方向に延びる接地部４及び給電線路５が設けられている。

第１のアンテナ素子１は、ダイポールアンテナ１０と、第１の寄生素子１１と、第２の寄生素子１２とを有している。ダイポールアンテナ１０及び第１の寄生素子１１は、誘電体基板３の表面３ａに設けられている。また、第２の寄生素子１２は、誘電体基板３の裏面３ｂに設けられている。

ダイポールアンテナ１０は、一対の放射素子１０ａ，１０ｂからなる。放射素子１０ａ及び放射素子１０ｂは、ギャップ部１０ｃを挟んで、それぞれが誘電体基板３の長手方向に沿って延びるように形成されている。放射素子１０ａにおけるギャップ部１０ｃ側の一端は、誘電体基板３の短手方向に沿って延びる接続部１０ｄによって接地部４に接続されている。また、放射素子１０ｂにおけるギャップ部１０ｃ側の一端は、誘電体基板３の短手方向に沿って延びる接続部１０ｅによって接地部４に接続されている。

第１の寄生素子１１は、ダイポールアンテナ１０の一対の放射素子１０ａ，１０ｂと平行に、直線状に設けられている。この第１の寄生素子１１は、誘電体基板３の短手方向における接地部４との間に、一対の放射素子１０ａ，１０ｂを挟む位置に設けられている。誘電体基板３の長手方向における第１の寄生素子１１の長さは、ダイポールアンテナ１０の長さ（誘電体基板３の長手方向における一対の放射素子１０ａ，１０ｂ及びギャップ部１０ｃの長さ）よりも短く、かつダイポールアンテナ１０の長さの２分の１以上である。

第２の寄生素子１２は、ダイポールアンテナ１０の一対の放射素子１０ａ，１０ｂ、及び第１の寄生素子１１と平行に、直線状に設けられている。この第２の寄生素子１２は、図１（ｂ）及び図２（ａ）に示すように、誘電体基板３を挟んで第１の寄生素子１１に対向する位置に設けられている。図１に示す例では、第２の寄生素子１２の全体が誘電体基板３を挟んで第１の寄生素子１１に対向しているが、第２の寄生素子１２の一部が誘電体基板３を挟んで第１の寄生素子１１に対向していてもよい。誘電体基板３の長手方向における第２の寄生素子１２の長さは、第１の寄生素子１１の長さよりも短い。

第２のアンテナ素子２は、第１のアンテナ素子１と同様の構成を有している。つまり、第２のアンテナ素子２は、ダイポールアンテナ２０と、第１の寄生素子２１と、第２の寄生素子２２とを有し、ダイポールアンテナ２０はダイポールアンテナ１０と合同であり、第１の寄生素子２１は第１の寄生素子１１と合同であり、第２の寄生素子２２は第２の寄生素子１２と合同である。ダイポールアンテナ２０及び第１の寄生素子２１は、誘電体基板３の表面３ａに設けられている。第２の寄生素子２２は、誘電体基板３の裏面３ｂに、第１の寄生素子２１と誘電体基板３を挟んで向かい合うように設けられている。

ただし、第１のアンテナ素子１と第２のアンテナ素子２は、接地部４に対するダイポールアンテナ１０，２０の位置、ならびにダイポールアンテナ１０，２０に対する第１の寄生素子１１，２１及び第２の寄生素子１２，２２の位置が互いに逆である。つまり、図１（ａ）に示すように表面３ａ側から見た場合、第１のアンテナ素子１のダイポールアンテナ１０は、接地部４の右側に設けられ、第１の寄生素子１１及び第２の寄生素子１２は、ダイポールアンテナ１０のさらに右側に設けられている。一方、第２のアンテナ素子２のダイポールアンテナ２０は、接地部４の左側に設けられ、第１の寄生素子２１及び第２の寄生素子２２は、ダイポールアンテナ２０のさらに左側に設けられている。

本実施の形態では、第１のアンテナ素子１と第２のアンテナ素子２が、３周波共用アンテナ１００の一点（図１（ａ）に対称中心点Ｐで示す）を中心とする点対称に設けられている。換言すれば、第１のアンテナ素子１を対称中心点Ｐを中心として１８０°回転させると、第２のアンテナ素子２に重なる。

また、前述のように第１の寄生素子１１，２１の長さがダイポールアンテナ１０，２０の長さよりも短く、第２の寄生素子１２，２２の長さが第１の寄生素子１１，２１の長さよりもさらに短いので、ダイポールアンテナ１０，２０が第１の周波数帯Ｂ_１で共振し、第１の寄生素子１１，２１が第２の周波数帯Ｂ_２で共振し、第２の寄生素子１２，２２が第３の周波数帯Ｂ_３で共振する場合、第１の周波数帯Ｂ_１，第２の周波数帯Ｂ_２，及び第３の周波数帯Ｂ_３は互いに異なり、第２の周波数帯Ｂ_２は第１の周波数帯Ｂ_１よりも高周波であり、第３の周波数帯Ｂ_３は第２の周波数帯Ｂ_２よりもさらに高周波である。

また、第２及び第３の周波数帯Ｂ_２，Ｂ_３の中心周波数は、第１の周波数帯Ｂ_１の中心周波数よりも高周波で、かつ第１の周波数帯Ｂ_１の中心周波数の２倍未満である。第１〜第３の周波数帯Ｂ_１，Ｂ_２，Ｂ_３は、例えば１．９ＧＨｚ帯，２．１ＧＨｚ帯、２．５ＧＨｚ帯である。また、第１〜第３の周波数帯Ｂ_１，Ｂ_２，Ｂ_３として、１．５ＧＨｚ帯，１．９ＧＨｚ帯、２．１ＧＨｚ帯、又は１．７ＧＨｚ帯，１．９ＧＨｚ帯、２．１ＧＨｚ帯を割り当ててもよい。

また、本実施の形態では、誘電体基板３の長手方向における第１のアンテナ素子１の中心位置と第２のアンテナ素子２の中心位置との間隔（図１（ａ）に示す距離Ｄ）が、第２及び第３の周波数帯Ｂ_２，Ｂ_３の中心周波数の波長未満である。また、誘電体基板３の短手方向の幅Ｗ_１は、第１の周波数帯Ｂ_１の中心周波数の波長の４分の１未満である。

接地部４は、第１のアンテナ素子１及び第２のアンテナ素子２が設けられた領域をよけるように、ジグザグ形状を呈している。つまり、第１のアンテナ素子１と誘電体基板３の短手方向に隣り合う領域では、接地部４が誘電体基板３の一側（図１（ａ）の左側）に寄って設けられている。また、第２のアンテナ素子２と誘電体基板３の短手方向に隣り合う領域では接地部４が誘電体基板３の他側（図１（ａ）の右側）に寄って接地部４が設けられている。

また、接地部４が設けられた領域の１箇所に、接地部４及び誘電体基板３を厚さ方向に貫通する貫通孔３０が形成されている。貫通孔３０の周辺部における接地部４には、無線機に接続された図略の同軸ケーブルの外部導体が接続され、この外部導体を介して接地部４が接地される。

給電線路５には、上記同軸ケーブルの中心導体が接続される給電点５０が形成されている。また、給電線路５は、給電点５０から供給される給電信号を第１のアンテナ素子１及び第２のアンテナ素子２に分配する広帯域二分配器５１と、第１のアンテナ素子１側の結合部５ａ及び第２のアンテナ素子２側の結合部５ｂと、広帯域二分配器５１と結合部５ｂとの間に設けられた位相遅延部５２と、を有している。

給電点５０には、第１〜第３の周波数帯Ｂ_１，Ｂ_２，Ｂ_３の給電信号が給電される。つまり、給電点５０には、ダイポールアンテナ１０，２０から放射される第１の周波数帯Ｂ_１の信号、第１の寄生素子１１，２１から放射される第２の周波数帯Ｂ_２の信号、及び第２の寄生素子１２，２２から放射される第３の周波数帯Ｂ_３の信号が重畳された給電信号が給電される。

結合部５ａは、一対の放射素子１０ａ，１０ｂの裏面３ｂ側にて誘電体基板３の長手方向に沿って直線状に形成され、ダイポールアンテナ１０の一対の放射素子１０ａ，１０ｂと容量結合する。結合部５ｂは、ダイポールアンテナ２０の一対の放射素子２０ａ，２０ｂの裏面３ｂ側にて誘電体基板３の長手方向に沿って直線状に形成され、一対の放射素子２０ａ，２０ｂと容量結合する。

第１の寄生素子１１，２１には、ダイポールアンテナ１０，２０との電磁的結合により、第２の周波数帯Ｂ_２の信号が給電される。また、第２の寄生素子１２，２２には、ダイポールアンテナ１０，２０との電磁的結合により、第３の周波数帯Ｂ_３の信号が給電される。

位相遅延部５２は、給電線路５の一部を複数回屈曲させて線路長を長くしたものであり、この位相遅延部５２によって、第２のアンテナ素子２に供給される信号の位相が第１のアンテナ素子１に供給される信号の位相よりも遅延する。これにより、第１のアンテナ素子１が第２のアンテナ素子２よりも鉛直方向の上方に位置するように３周波共用アンテナ１００を基地局に設置した場合、３周波共用アンテナ１００の垂直面指向性が水平方向よりも下向きとなる。

ダイポールアンテナ１０，２０、第１の寄生素子１１，２１、第２の寄生素子１２，２２、接地部４、及び給電線路５は、誘電体基板３の表面３ａ及び裏面３ｂに形成された金属膜として設けられている。つまり、第１のアンテナ素子１、第２のアンテナ素子２、接地部４、及び給電線路５は、誘電体基板３の表面３ａ及び裏面３ｂに形成された金属膜をエッチングして形成されている。

図３は、第１〜第３の周波数帯Ｂ_１，Ｂ_２，Ｂ_３を１．９ＧＨｚ帯，２．１ＧＨｚ帯、２．５ＧＨｚ帯とした場合の３周波共用アンテナ１００のＶＳＷＲ（Voltage Standing Wave Ratio：電圧定在波比）を示すグラフである。このグラフでは、横軸に周波数を、縦軸にＶＳＷＲを示している。ＶＳＷＲは、電力効率の指標であり、この値が小さいほど電力効率が高く、ＶＳＷＲが１．５のとき、電力損失は約４％となる。このグラフにより、第１〜第３の周波数帯Ｂ_１，Ｂ_２，Ｂ_３において、効率よく電波が放射されていることが分かる。

図４は、本実施の形態に係る３周波共用アンテナ１００の効果を説明するための説明図であり、（ａ）は３周波共用アンテナ１００を示し、（ｂ）は比較例としての３周波共用アンテナ１００Ａを示している。なお、（ａ）では、説明のために、第２の寄生素子１２，２２を実線で、その他の素子等を破線で示している。また、図示は省略しているが、３周波共用アンテナ１００Ａにも、３周波共用アンテナ１００と同様の給電線路５が設けられている。

３周波共用アンテナ１００Ａは、第１のアンテナ素子１Ａ及び第２のアンテナ素子２Ａの第２の寄生素子１２Ａ，２２Ａがダイポールアンテナ１０，２０及び第１の寄生素子１１，２１と同じ面に設けられ、これに伴って誘電体基板３Ａの幅が誘電体基板３の幅よりも大きくなっている他は、３周波共用アンテナ１００と共通の構成である。３周波共用アンテナ１００Ａにおいて、３周波共用アンテナ１００と共通する構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。

図４（ｂ）に示すように、３周波共用アンテナ１００Ａの第２の寄生素子１２Ａは、第１の寄生素子１１の右側（ダイポールアンテナ１０とは反対側）に設けられている。つまり、ダイポールアンテナ１０，第１の寄生素子１１，及び第２の寄生素子１２Ａが、誘電体基板３Ａの同じ面に、この順序で並んで配置されている。また、３周波共用アンテナ１００Ａの第２の寄生素子２２Ａは、第１の寄生素子２１の左側（ダイポールアンテナ２０とは反対側）に設けられている。つまり、ダイポールアンテナ２０，第１の寄生素子２１，及び第２の寄生素子２２Ａが、誘電体基板３Ａの同じ面に、この順序で並んで配置されている。なお、第２の寄生素子１２Ａ，２２Ａの大きさや形状は、３周波共用アンテナ１００の第２の寄生素子１２，２２と同じである。

これにより、誘電体基板３Ａの短手方向の幅Ｗ_２が、３周波共用アンテナ１００の誘電体基板３の短手方向の幅Ｗ_１よりも、第２の寄生素子１２Ａ，２２Ａを設けるために必要な分、大きくなっている。

また、誘電体基板３の長手方向に平行で、かつ誘電体基板３の短手方向（図４（ａ）の右方向）に第２の寄生素子１２から距離Ｄ_１だけ離間した直線を仮想線Ｌ_１とし、誘電体基板３Ａの長手方向に平行で、かつ誘電体基板３Ａの短手方向（図４（ｂ）の右方向）に第２の寄生素子１２Ａから同じく距離Ｄ_１だけ離間した直線を仮想線Ｌ_２としたとき、仮想線Ｌ_１から第２の寄生素子２２までの距離Ｄ_２は、仮想線Ｌ_２から第２の寄生素子２２Ａまでの距離Ｄ_３よりも短い（Ｄ_１＜Ｄ_２＜Ｄ_３）。

３周波共用アンテナ１００において、距離Ｄ_１と距離Ｄ_２との差は、第２の寄生素子１２から放射される電波と第２の寄生素子２２から放射される電波の位相差Δｐ_１に影響する。また、３周波共用アンテナ１００Ａにおいて、距離Ｄ_１と距離Ｄ_３との差は、第２の寄生素子１２Ａから放射される電波と第２の寄生素子２２Ａから放射される電波の位相差Δｐ_２に影響する。距離Ｄ_３は距離Ｄ_２よりも長いので、３周波共用アンテナ１００における位相差Δｐ_１と、３周波共用アンテナ１００Ａにおける位相差Δｐ_２との間に差異が生じる。

このことは、第１のアンテナ素子１，１Ａが第２のアンテナ素子２，２Ａよりも上方に位置するように３周波共用アンテナ１００，１００Ａを鉛直方向に沿って基地局に設置した場合における垂直面指向性に影響を及ぼす。つまり、第１のアンテナ素子１，１Ａと第２のアンテナ素子２，２Ａとの信号の位相差は、位相遅延部５２（図１（ｂ）に示す）によって調整されているが、距離Ｄ_１と距離Ｄ_３との違いにより、３周波共用アンテナ１００Ａでは、位相遅延部５２によって調整された位相差に対し、Ｄ_１−Ｄ_３の距離だけ位相がずれてしまう。この位相のずれは、３周波共用アンテナ１００の場合における距離Ｄ_１と距離Ｄ_２との違いによる位相のずれよりも大きくなる。

より具体的には、図４の図示の場合、３周波共用アンテナ１００Ａの位相差Δｐ_２は、３周波共用アンテナ１００の位相差Δｐ_１よりも大きくなり、これにより、３周波共用アンテナ１００Ａの第３の周波数帯Ｂ_３の垂直面指向性が、３周波共用アンテナ１００の第３の周波数帯Ｂ_３の垂直面指向性よりも下向きとなる。これにより、例えば３周波共用アンテナ１００Ａが例えばビル等の建造物の屋上や電波塔等の高所に設置された場合、地上に電波が届く範囲（通信可能範囲）が狭くなる。また、仮想線Ｌ_１，Ｌ_２の位置を、それぞれのアンテナの左側にとった場合には、前述とは逆に、垂直面指向性が上向きとなるのは自明である。

このように、３周波共用アンテナ１００では、第２の寄生素子１２，２２を誘電体基板３の裏面３ｂに設けたことにより、誘電体基板３の幅の増大を抑制するとともに、放射される電波の垂直面指向性が適正化されている。

次に、本実施の形態に係る３周波共用アンテナ１００によって得られる上記以外の効果について説明する。

（１）第２の寄生素子１２，２２が誘電体基板３の裏面３ｂに設けられるので、第１の寄生素子１１，２１との物理的な干渉を問題とすることなく、ダイポールアンテナ１０，２０と第２の寄生素子１２，２２との間隔を電磁的結合に適した寸法に設定することができる。つまり、比較例として挙げた３周波共用アンテナ１００Ａでは、ダイポールアンテナ１０，２０と第２の寄生素子１２Ａ，２２Ａとの間に第１の寄生素子１１，２１が介在するので、ダイポールアンテナ１０，２０と第２の寄生素子１２Ａ，２２Ａとの距離を狭くすることに制約があり、両者の電磁的結合が弱くなる場合があるが、本実施の形態に係る３周波共用アンテナ１００では、このような問題がない。

（２）第１のアンテナ素子１と第２のアンテナ素子２とは、接地部４に対するダイポールアンテナ１０，２０の位置、ならびにダイポールアンテナ１０，２０に対する第１の寄生素子１１，２１及び第２の寄生素子１２，２２の位置が互いに逆であるので、３周波共用アンテナ１００の水平面指向性を無指向性に近づけることができる。つまり、第１のアンテナ素子１及び第２のアンテナ素子２の側方（誘電体基板３の短手方向の一側）に設けられた接地部４は、電波の反射板としても作用してしまうので、接地部４とは反対側の方向における指向性が強くなる。つまり、第１のアンテナ素子１は、図１（ａ）の右方に強い指向性を有し、第２のアンテナ素子２は、図１（ａ）の左方に強い指向性を有する。従って、上記のようにダイポールアンテナ１０，２０、第１の寄生素子１１，２１、及び第２の寄生素子１２，２２を配置することにより、第１のアンテナ素子１及び第２のアンテナ素子２の指向性を相互に補完して、３周波共用アンテナ１００の水平面指向性を無指向性に近づけることができる。

（３）第２の寄生素子１２，２２は、誘電体基板３を挟んで第１の寄生素子１１，２１に対向するので、誘電体基板３の幅の増大を招来することなく、第２の寄生素子１２，２２を設けることが可能となる。

（４）第１のアンテナ素子１の中心位置と第２のアンテナ素子２の中心位置との間隔（距離Ｄ：図１（ａ）参照）が、第２及び第３の周波数帯Ｂ_２，Ｂ_３の中心周波数の波長未満であるので、第２及び第３の周波数帯Ｂ_２，Ｂ_３の垂直面指向性においてグレーティングローブの発生を抑制することができる。つまり、距離Ｄが第２及び第３の周波数帯Ｂ_２，Ｂ_３の中心周波数の波長と等しいと、誘電体基板３の長手方向（基地局に設置した際の上下方向）で等位相面が揃い、不要な強い放射が発生して利得が下がるが、上記のように距離Ｄを設定することで、グレーティングローブの発生を抑制しながら、３周波共用アンテナ１００の長手方向の寸法の増大を抑制することができる。

（５）誘電体基板３の短手方向の幅Ｗ_１は、第１の周波数帯Ｂ_１の中心周波数の波長の４分の１未満であるので、誘電体基板３の短手方向における第１のアンテナ素子１のダイポールアンテナ１０，第１の寄生素子１１，及び第２の寄生素子１２と、第２のアンテナ素子２のダイポールアンテナ２０，第１の寄生素子２１，及び第２の寄生素子２２との間隔が狭くなり、垂直面指向性におけるサイドローブを小さくすることができる。

（６）給電線路５には、広帯域二分配器５１と結合部５ａとの間に位相遅延部５２が設けられているので、第１のアンテナ素子１に給電される信号と第２のアンテナ素子２に給電される信号との位相差を適切に調整することができる。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、上記に記載した実施の形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施の形態の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。

また、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変形して実施することが可能である。例えば、上記実施の形態では、第２の寄生素子１２，２２が共振する第２の周波数帯域Ｂ_３が、第１の寄生素子１１，２１が共振する第２の周波数帯域Ｂ_２よりも高周波である場合について説明したが、第２の周波数帯域Ｂ_３が第２の周波数帯域Ｂ_２よりも低周波であってもよい。

また、３周波共用アンテナ１００に、第１のアンテナ素子１及び第２のアンテナ素子２が複数組設けられていてもよい。また、第１のアンテナ素子１及び第２のアンテナ素子２を構成する素子として、誘電体基板３の表面３ａ又は裏面３ｂにさらなる寄生素子を備えてもよい。つまり、第１のアンテナ素子１及び第２のアンテナ素子２を構成する複数の寄生素子のうち、少なくとも１つが裏面３ｂに設けられていれば、上記したものと同様の効果を得ることができる。

１，１Ａ…第１のアンテナ素子（３周波共用アンテナ素子）、２，２Ａ…第２のアンテナ素子（３周波共用アンテナ素子）、３，３Ａ…誘電体基板、３ａ…表面、３ｂ…裏面、４…接地部、５…給電線路、５ａ，５ｂ…結合部、１０，２０…ダイポールアンテナ、１０ａ，１０ｂ，２０ａ，２０ｂ…放射素子、１０ｃ，２０ｃ…ギャップ部、１０ｄ，１０ｅ，２０ｄ，２０ｅ…接続部、１１，２１…第１の寄生素子、１２，２２，１２Ａ，２２Ａ…第２の寄生素子、３０…貫通孔、５０…給電点、５１…広帯域二分配器、５２…位相遅延部、１００，１００Ａ…３周波共用アンテナ、Ｌ_１，Ｌ_２…仮想線、Ｐ…対称中心点

Claims

長辺及び短辺よりなる誘電体基板に設けられた複数の３周波共用アンテナ素子が前記誘電体基板の長手方向に並列して設けられた３周波共用アンテナであって、
前記３周波共用アンテナ素子は、
前記誘電体基板に前記長手方向に沿って設けられ、第１の周波数帯で共振するダイポールアンテナと、
前記ダイポールアンテナと平行に前記誘電体基板に設けられ、前記第１の周波数帯とは異なる第２の周波数帯で共振する第１の寄生素子と、
前記ダイポールアンテナと平行に前記誘電体基板に設けられ、前記第１の周波数帯及び第２の周波数帯とは異なる第３の周波数帯で共振する第２の寄生素子と、
前記ダイポールアンテナに前記第１乃至第３の周波数帯の給電信号を供給する給電線路と、
を備え、
前記第１の寄生素子は、前記誘電体基板の表面に前記ダイポールアンテナと共に設けられていると共に、前記第２の寄生素子は、その裏面に前記誘電体基板を挟んで全体が前記第１の寄生素子と対向する位置に設けられており、
前記第２の寄生素子は、前記第１の寄生素子よりも前記長手方向において短く、
前記ダイポールアンテナは、前記誘電体基板の前記表面のみに形成された一対の放射素子を有し、
前記給電線路は、前記誘電体基板の裏面のみに形成されており、
前記一対の放射素子の中心と前記第１の寄生素子の距離と、前記一対の放射素子の中心と前記第２の寄生素子と距離と、が異なる
３周波共用アンテナ。
前記ダイポールアンテナは、前記長手方向に延びるように前記誘電体基板に設けられた接地部に接続され、
前記長手方向に隣り合う２つの前記３周波共用アンテナ素子は、前記接地部に対する前記ダイポールアンテナの位置、ならびに前記ダイポールアンテナに対する前記第１及び第２の寄生素子の位置が互いに逆である、
請求項１に記載の３周波共用アンテナ。
前記第２及び第３の周波数帯の中心周波数は、前記第１の周波数帯の中心周波数よりも高周波で、かつ前記第１の周波数帯の中心周波数の２倍未満であり、
前記長手方向に隣り合う２つの前記３周波共用アンテナ素子の前記長手方向の中心位置の間の間隔が、前記第２及び第３の周波数帯の中心周波数の波長未満である、
請求項１又は２に記載の３周波共用アンテナ。
前記誘電体基板の短手方向の幅が、前記第１の周波数帯の中心周波数の波長の４分の１未満である、
請求項１乃至３の何れかに１項に記載の３周波共用アンテナ。
前記給電線路は、前記長手方向に隣り合う２つの前記３周波共用アンテナ素子に前記給電信号を分配する分配器、及び前記３周波共用アンテナ素子の一方と前記分配器との間に設けられた位相遅延部を有する、
請求項１乃至４の何れかに１項に記載の３周波共用アンテナ。