JP6470382B1 - 周波数共用アレイアンテナ - Google Patents

Abstract

【課題】既存構成の一部を変更しながらも既存周波数帯の電気特性を維持しつつ、新たに複数のアンテナを追加し、更に全体のサイズの増加も抑えることが可能な周波数共用アンテナを提供する。
【解決手段】周波数共用アレイアンテナＡ２は、第１周波数帯に共振する複数の垂直偏波用ダイポール素子対１０が配列されてなる第１のサブアレイと、第１周波数帯に共振する１以上の垂直偏波用ダイポール単素子１３が配列されてなる第２のサブアレイとを有する第１のアンテナ素子アレイと、第１周波数帯に共振する複数の水平偏波用ダイポール素子２０が配列されてなる第２のアンテナ素子アレイと、第２周波数帯に共振する複数の偏波共用素子３０が配列されてなる第３のアンテナ素子アレイと、第３周波数帯に共振する複数の偏波共用素子４０が配列されてなる第４のアンテナ素子アレイとを備えている。
【選択図】図６

Description

本発明は周波数共用アレイアンテナに関する。

移動通信における通信容量の増大に対応するために、移動通信システムには複数の周波数帯が割り当てられており、今後も新たな周波数帯の追加が見込まれる。また、送信及び受信に複数のアンテナを使用して通信路容量を上げるＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉ−Ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉ−Ｏｕｔｐｕｔ）通信も一般的となってきている。

移動通信用の基地局においても複数の周波数帯に対応したアンテナを設置する必要がある。しかし、設置スペースには限りがあるため、各周波数帯に対応したアンテナを１つのアンテナカバー内に配置して共用する複数周波数帯共用化は必須となってきている。例えば、周波数共用アンテナの一例は特許文献１に記載されている。また、ＭＩＭＯ通信を行うためには、ある周波数帯に対応した複数のアンテナを備えることが求められる。ＭＩＭＯ通信の一例は非特許文献１に記載されている。設置スペースの観点から、やはり、複数のアンテナを１つのアンテナカバー内に配置することが望ましい。

特開２００８−１５３９６７号公報

社団法人電子情報通信学会編、「アンテナ工学ハンドブック」、第２版、株式会社オーム社、２００８年７月２５日、ｐ．５２１

本発明は、既存構成の一部を変更しながらも既存周波数帯の電気特性を維持しつつ、新たに複数のアンテナを追加し、更に全体のサイズの増加も抑えることが可能な周波数共用アンテナを提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明に係る周波数共用アレイアンテナは、第１のアンテナ素子アレイと第２のアンテナ素子アレイと第３のアンテナ素子アレイと第４のアンテナ素子アレイとを備えている。第１のアンテナ素子アレイは、第１の周波数帯に共振する複数の垂直偏波用ダイポール素子が垂直方向に配列されてなる。第１のアンテナ素子アレイは、第１のサブアレイと第２のサブアレイとを有する。第１のサブアレイは、水平方向に間隔を置いて配置された２つの垂直偏波用ダイポール単素子からなる複数の垂直偏波用ダイポール素子対が垂直方向に配列されてなる。第２のサブアレイは、前記第１のサブアレイと垂直方向に隣接し、少なくとも１つの垂直偏波用ダイポール単素子が垂直方向に配列されてなる。第２のアンテナ素子アレイは、前記第１の周波数帯に共振する複数の水平偏波用ダイポール素子が、前記第１のアンテナ素子アレイの近傍に、かつ前記第１のアンテナ素子アレイと重ならない形態で、垂直方向に配列されてなる。第３のアンテナ素子アレイは、第２の周波数帯に共振し、２つの異なる偏波を共用した複数の偏波共用素子が、前記第１のサブアレイの近傍に、かつ前記第１のサブアレイ及び前記第２のアンテナ素子アレイと重ならない形態で、垂直方向に配列されてなる。第４のアンテナ素子アレイは、第３の周波数帯に共振し、２つの異なる偏波を共用した複数の偏波共用素子が、前記第２のサブアレイの近傍に、かつ前記第２のサブアレイ及び前記第２のアンテナ素子アレイと重ならない形態で、垂直方向に配列されてなる。

本発明によれば、既存構成の一部を変更しながらも既存周波数帯の電気特性を維持しつつ、新たに複数のアンテナを追加し、更に全体のサイズの増加も抑えることが可能な周波数共用アンテナを提供することができる。

第１の実施形態に係る周波数共用アレイアンテナを示す斜視図である。 第１の実施形態に係る周波数共用アレイアンテナを示す側面図である。 第１の実施形態に係る周波数共用アレイアンテナを示す正面図である。 ０．８ＧＨｚ帯についての水平面内指向性を示す説明図である。 ２ＧＨｚ帯についての水平面内指向性を示す説明図である。 第２の実施形態に係る周波数共用アレイアンテナを示す斜視図である。 第２の実施形態に係る周波数共用アレイアンテナを示す側面図である。 第２の実施形態に係る周波数共用アレイアンテナを示す正面図である。 第２の実施形態に係る周波数共用アレイアンテナを示す底面図である。 ０．８ＧＨｚ帯についての水平面内指向性を示す説明図である。 ３．５ＧＨｚ帯についての水平面内指向性を示す説明図である。 第１の比較例に係る周波数共用アレイアンテナを示す斜視図である。 第１の比較例に係る周波数共用アレイアンテナを示す側面図である。 第１の比較例に係る周波数共用アレイアンテナを示す正面図である。 ３．５ＧＨｚ帯についての水平面内指向性を示す説明図である。 第２の比較例に係る周波数共用アレイアンテナを示す斜視図である。 第２の比較例に係る周波数共用アレイアンテナを示す側面図である。 ３．５ＧＨｚ帯についての水平面内指向性を示す説明図である。 第３の実施形態に係る周波数共用アレイアンテナを示す斜視図である。 第３の実施形態に係る周波数共用アレイアンテナを示す側面図である。 第３の実施形態に係る周波数共用アレイアンテナを示す底面図である。 第４の実施形態に係る周波数共用アレイアンテナを示す斜視図である。 第４の実施形態に係る周波数共用アレイアンテナを示す側面図である。 第４の実施形態に係る周波数共用アレイアンテナを示す正面図である。 ０．８ＧＨｚ帯についての水平面内指向性を示す説明図である。 ２ＧＨｚ帯についての水平面内指向性を示す説明図である。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。ただし、本発明は、以下の実施形態によって限定されるものではない。なお、図面において、ｘ軸はアンテナの左右方向に延び、右方向を正の方向とする。ｙ軸はアンテナの前後方向に延び、前方を正の方向とする。ｚ軸は垂直方向に延び、上方を正の方向とする。

［第１の実施形態］
図１〜図３に、本実施形態に係る周波数共用アレイアンテナＡ１を示す。この周波数共用アレイアンテナＡ１は、第１のアンテナ素子アレイと、第２のアンテナ素子アレイと、第３のアンテナ素子アレイとを備えている。

第１のアンテナ素子アレイは、第１の周波数帯に共振する複数の垂直偏波用ダイポール素子対１０が垂直方向に配列されてなる。垂直偏波用ダイポール素子対１０は、水平方向に間隔Ｓ_１を置いて垂直に配置された２つの垂直偏波用ダイポール単素子１１及び１２からなる。垂直方向に隣接する２つの垂直偏波用ダイポール素子対１０において、中心間の間隔はＤ_１である。

第２のアンテナ素子アレイは、第１の周波数帯に共振し、水平に配置された複数の水平偏波用ダイポール素子２０が垂直方向に配列されてなる。この第２のアンテナ素子アレイは、第１のアンテナ素子アレイの近傍に、かつ第１のアンテナ素子アレイと重ならない形態で設けられている。ここでいう「重ならない」とは、第１のアンテナ素子アレイを構成するアンテナ素子と、第２のアンテナ素子アレイを構成するアンテナ素子とが、ｘｚ平面上に投影した図において交差しないという意味である。以下においてもこれと同様の意味で、「重なる」、「重ならない」という用語を用いる。垂直方向に隣接する２つの水平偏波用ダイポール素子２０の間隔はＤ_２である。

第３のアンテナ素子アレイは、第２の周波数帯に共振する複数の垂直水平偏波共用ダイポール素子３０が垂直方向に配列されてなる。この第３のアンテナ素子アレイは、上記第１及び第２のアンテナ素子アレイの近傍に、かつ上記第１及び第２のアンテナ素子アレイと重ならない形態で設けられている。垂直水平偏波共用ダイポール素子３０は、水平に配置された水平偏波用ダイポール素子３１と垂直に配置された垂直偏波用ダイポール素子３２とを備えている。水平偏波用ダイポール素子３１と垂直偏波用ダイポール素子３２とは、互いに交差するように設けられている。垂直方向に隣接する２つの垂直水平偏波共用ダイポール素子３０において、中心間の間隔はＤ_３である。

周波数共用アレイアンテナＡ１はさらに、第１〜第３のアンテナ素子アレイの背面に配置された第１の反射板Ｒ１と、第１〜第３のアンテナ素子アレイ及び第１の反射板Ｒ１を収容した略円筒状のカバーＣを備えている。第１の反射板Ｒ１の左右方向両端部はアンテナ正面側に折り曲げられ、垂直方向に第１の反射板Ｒ１を見たときに全体として略コ字状に形成されている。

一例として、第１の周波数帯を０．７／０．８ＧＨｚ帯とし、第２の周波数帯を１．５／１．７／２ＧＨｚ帯とする。そして、第１の周波数帯の中心周波数における波長をλ_１とし、第２の周波数帯における中心周波数の波長をλ_２とする。

第１のアンテナ素子アレイにおいて、垂直偏波用ダイポール単素子１１及び１２の長さＷ_１が約０．４５λ_１であり、第１の反射板Ｒ１からの距離Ｈ_１が約０．１５λ_１である。また、上記間隔Ｓ_１が約０．３２λ_１であり、上記間隔Ｄ_１が約０．６７λ_１である。

第２のアンテナ素子アレイにおいて、水平偏波用ダイポール素子２０の長さＷ_２が約０．４５λ_１であり、第１の反射板Ｒ１からの距離Ｈ_２が約０．１８λ_１である。また、上記間隔Ｄ_２が約０．６７λ_１である。

第３のアンテナ素子アレイにおいて、水平偏波用ダイポール素子３１及び垂直偏波用ダイポール素子３２の長さＷ_３が約０．４１λ_２であり、第１の反射板Ｒ１からの距離Ｈ_３が約０．２４λ_２である。また、上記間隔Ｄ_３が約０．７５λ_２である。

第１の反射板Ｒ１の幅Ｗ_Ｒ１が約０．５λ_１である。第１の反射板Ｒ１とカバーＣとの距離Ｈ_Ｃが約０．２７λ_１である。

以上のような周波数共用アレイアンテナＡ１において、図４（ａ）及び（ｂ）にそれぞれ、０．８ＧＨｚ帯における垂直偏波及び水平偏波の水平面内指向性を示す。また、図５（ａ）及び（ｂ）にそれぞれ、２ＧＨｚ帯における垂直偏波及び水平偏波の水平面内指向性を示す。周波数共用アレイアンテナＡ１によれば、両周波数帯のいずれにおいても、歪みがなく、十分なビーム幅の水平面内指向性が得られる。

［第２の実施形態］
図６〜図９に、本実施形態に係る周波数共用アンテナＡ２を示す。この周波数共用アレイアンテナＡ２は、第１のアンテナ素子アレイと、第２のアンテナ素子アレイと、第３のアンテナ素子アレイと、第４のアンテナ素子アレイとを備えている。

第１のアンテナ素子アレイは、第１の周波数帯に共振する複数の垂直偏波用ダイポール素子が垂直方向に配列されてなり、第１のサブアレイと第２のサブアレイとを有する。第１のサブアレイは、複数の垂直偏波用ダイポール素子対１０が垂直方向に配列されてなる。垂直偏波用ダイポール素子対１０は、水平方向に間隔Ｓ_１を置いて垂直に配置された２つの垂直偏波用ダイポール単素子１１及び１２からなる。

第２のサブアレイは、第１のサブアレイと垂直方向に隣接し、少なくとも１つ（本例では２つ）の垂直偏波用ダイポール単素子１３が垂直方向に配列されてなる。垂直偏波用ダイポール単素子１３は、垂直偏波用ダイポール単素子１１及び１２から等距離にあって垂直方向に延びる仮想線上に配置されている。

垂直方向に隣接する２つの垂直偏波用ダイポール素子対１０において、中心間の間隔はＤ_１である。また、垂直方向に隣接する、第１のサブアレイ内の垂直偏波用ダイポール素子対１０と、第２のサブアレイ内の垂直偏波用ダイポール単素子１３とにおいて、両中心間の垂直方向の間隔もＤ_１である。さらに、垂直方向に隣接する２つの垂直偏波用ダイポール単素子１３において、中心間の間隔もＤ_１である。

第２のアンテナ素子アレイの詳細については、周波数共用アンテナＡ１の場合と同様であるため省略する。

第３のアンテナ素子アレイは、上記第１のサブアレイの近傍に設けられている。その他の点は、周波数共用アンテナＡ１の場合と同様であるため省略する。

第４のアンテナ素子アレイは、水平方向に隣接する第３のサブアレイＳＡ３（左右方向の左側に位置）及び第４のサブアレイＳＡ４（左右方向の右側に位置）を有する。両サブアレイは、第３の周波数帯に共振し、２つの異なる偏波を共用した複数の偏波共用素子４０が垂直方向に配列されてなる。また、両サブアレイは、上記第２のサブアレイの近傍に、かつ上記第２のサブアレイ及び第２のアンテナ素子アレイと重ならない形態で設けられている。第３のサブアレイＳＡ３と第４のサブアレイＳＡ４との水平方向の間隔はＳ_４である。両サブアレイは、前記仮想線上との距離が等しくなるように位置している。

偏波共用素子４０は、＋４５°偏波用ダイポール素子４１と−４５°偏波用ダイポール素子４２とを備えている。＋４５°偏波用ダイポール素子４１と−４５°偏波用ダイポール素子４２とは、互いに交差するように設けられている。垂直方向に隣接する２つの偏波共用素子４０において、中心間の間隔はＤ_４である。第３のサブアレイＳＡ３及び第４のサブアレイＳＡ４を異なるアンテナ系統とすることにより、第３の周波数帯に関して同一の特性を備えた２系統のアンテナが構成される。給電は系統別に行うことができる。

周波数共用アンテナＡ２はさらに、第１〜第４のアンテナ素子アレイの背面に設けられた第１の反射板Ｒ１と、第１の反射板Ｒ１の正面かつ第３のサブアレイＳＡ３及び第４のサブアレイＳＡ４の各々の背面に設けられた第２の反射板Ｒ２を備えている。第２の反射板Ｒ２の左右方向両端部はアンテナ正面側に折り曲げられ、垂直方向に第２の反射板Ｒ２を見たときに全体として略コ字状に形成されている。第１の反射板Ｒ１と第２の反射板Ｒ２との間にはスペーサ（不図示）が設けられている。

一例として、第３の周波数帯を３．５ＧＨｚ帯とし、第３の周波数帯における中心周波数の波長をλ_３とする。第１の周波数帯及び第２の周波数帯については、上記と同様とする。

第４のアンテナ素子アレイにおいて、＋４５°偏波用ダイポール素子４１と−４５°偏波用ダイポール素子４２の長さＷ_４が約０．４６λ_３であり、第２の反射板Ｒ２からの距離Ｈ_４が約０．２１λ_３である。また、上記間隔Ｓ_４が約１．２λ_３であり、上記間隔Ｄ_４が約０．５５λ_３である。

また、第２の反射板Ｒ２の幅Ｗ_Ｒ２が約０．８λ_３である。第１の反射板Ｒ１とカバーＣとの距離Ｈ_Ｃが約１．２λ_３であり、第１の反射板Ｒ１と第２の反射板Ｒ２との距離Ｈ_Ｒが約０．０６λ_３である。なお、これまでに述べたアンテナの寸法及び間隔を表す数値は一例にすぎず、別の数値に設定することも可能である。

以上のような周波数共用アレイアンテナＡ２において、図１０（ａ）及び（ｂ）にそれぞれ、０．８ＧＨｚ帯における垂直偏波及び水平偏波の水平面内指向性を示す。また、図１１（ａ）及び（ｂ）にそれぞれ、３．５ＧＨｚ帯における左側系統（第３のサブアレイＳＡ３）の＋４５°偏波及び−４５°偏波の水平面内指向性を示す。さらに、図１１（ｃ）及び（ｄ）にそれぞれ、３．５ＧＨｚ帯における右側系統（第４のサブアレイＳＡ４）の＋４５°偏波及び−４５°偏波の水平面内指向性を示す。

図４と図１０の対比から、周波数共用アンテナＡ２によれば、０．８ＧＨｚ帯の水平面内指向性に関して周波数共用アンテナＡ１とほぼ同等の特性が得られている。第２周波数帯で共振する第３のアンテナ素子アレイは、周波数共用アレイアンテナＡ１及びＡ２を通じて構成に相違がない。そのため、水平面指向性については図５と同等の特性が得られることは明らかである。図１１より、３．５ＧＨｚ帯の水平面内指向性は左右の系統でほぼ同一の特性が得られている。

周波数共用アレイアンテナＡ２によれば、第１及び第２の周波数帯のアンテナ素子との干渉を抑え、かつ電圧定在波比（ＶＳＷＲ）、指向性といった電気特性の劣化の可能性も低減しつつ、新たな第３の周波数帯に対応した、同一の特性を有する２系統のアンテナを配置することができる。

また、新たな周波数帯を追加する場合、その周波数帯に対応したアンテナ素子を既存の周波数帯に対応したアンテナ素子と垂直方向に隣接させて設けることができる。しかし、その場合、アンテナ全体の垂直方向のサイズが大きくなってしまう。これに対し、周波数共用アンテナＡ２は、周波数共用アンテナＡ１とほぼ同等の寸法である。つまり、アンテナ全体のサイズの増加を抑えつつ、新たな周波数帯にも対応することができる。

また、周波数共用アレイアンテナＡ２によれば、第１〜第３の周波数帯のいずれにおいても、歪みがなく、十分なビーム幅の水平面内指向性が得られる。

［第１の比較例］
図１２〜図１４に、本例に係る周波数共用アレイアンテナＣＰ１を示す。この周波数共用アレイアンテナＣＰ１は、周波数共用アレイアンテナＡ２における第２のサブアレイ内の垂直偏波用ダイポール単素子１３を、垂直偏波用ダイポール素子対１０に置き換えたものである。第３のサブアレイＳＡ３及び第４のサブアレイＳＡ４の正面にそれぞれ、垂直偏波用ダイポール素子対１０を構成する２つの垂直偏波用ダイポール単素子１１及び１２が重なるように位置している。その他の構成は周波数共用アレイアンテナＡ２と同じであるため、説明を省略する。

以上のような周波数共用アレイアンテナＣＰ１において、図１５（ａ）及び（ｂ）にそれぞれ、３．５ＧＨｚ帯における左側系統（第３のサブアレイＳＡ３）の＋４５°偏波及び−４５°偏波の水平面内指向性を示す。さらに、同図（ｃ）及び（ｄ）にそれぞれ、３．５ＧＨｚ帯における右側系統（第４のサブアレイＳＡ４）の＋４５°偏波及び−４５°偏波の水平面内指向性を示す。

図１１との対比からも明らかなように、図１５に示す水平面内指向性には歪みが生じている。これは、第４のアンテナ素子アレイの正面に第１のアンテナ素子アレイが重なって位置していることが要因である。第１のアンテナ素子アレイにおける垂直偏波ダイポール単素子の長さＷ_１は、波長λ_３に換算すると約２．０λ_３であり、波長λ_３に比べて明らかに長い。つまり、第３周波数帯において第１のアンテナ素子アレイ内の垂直偏波ダイポール単素子が反射器として動作することになり、第４のアンテナ素子アレイによる電波の放射が乱れる。

これに対し、周波数共用アレイアンテナＡ２においては、第４のアンテナ素子アレイが第１のアンテナ素子アレイと重ならないように位置している。そのため、周波数共用アンテナに追加された第３周波数帯の指向性にも歪みが生じないという効果が得られる。

［第２の比較例］
図１６及び図１７に、本例に係る周波数共用アレイアンテナＣＰ２を示す。この周波数共用アレイアンテナＣＰ２は、周波数共用アレイアンテナＡ２とは異なり、第２の反射板Ｒ２を備えていない。その他の構成については、周波数共用アレイアンテナＡ２と同じであるため、説明を省略する。

周波数共用アレイアンテナＣＰ２において、図１８（ａ）及び（ｂ）にそれぞれ、３．５ＧＨｚ帯における左側系統（第３のサブアレイＳＡ３）の＋４５°偏波及び−４５°偏波の水平面内指向性を示す。さらに、同図（ｃ）及び（ｄ）にそれぞれ、３．５ＧＨｚ帯における右側系統（第４のサブアレイＳＡ４）の＋４５°偏波及び−４５°偏波の水平面内指向性を示す。

同図に示すように、水平面内指向性に左右非対称の歪みが生じている。これは、図１１に示した周波数共用アンテナＡ２の指向性との比較からも明らかである。この要因として、周波数共用アレイアンテナＣＰ２には第２の反射板Ｒ２が設置されていないことにより、第４のアンテナ素子アレイは第１の反射板Ｒ１の影響を受けることが挙げられる。

第４のアンテナ素子アレイの両系統について、左右方向の位置は、それぞれ第１の反射板Ｒ１の左右方向中心から０．５Ｓ_４だけずれている。このずれが、水平面内指向性が対称とならない要因である。

また、第１の反射板Ｒ１の幅Ｗ_Ｒ１は、第１及び第２の周波数帯を所望の水平面内指向性にするために設定した値であるため、第３の周波数帯に対しては必ずしも最良とは言えない。特に、第３の周波数帯が上述したように３．５ＧＨｚ帯である場合、その波長λ_３に対して第１の反射板Ｒ１の幅Ｗ_Ｒ１が２．２λ_３と広いため、水平面内指向性のビーム幅が狭くなる要因となる。

これに対し、周波数共用アンテナＡ２においては、第４のアンテナ素子アレイの左右両系統に、それぞれ第２の反射板Ｒ２が設けられている。そのため、水平面内指向性が対称かつ所望のビーム幅（本例では約６５°）が得られる（図１１）。

［第３の実施形態］
図１９〜図２１に、本実施形態に係る周波数共用アンテナＡ３を示す。この周波数共用アレイアンテナＡ３は、周波数共用アンテナＡ２の第２の反射板Ｒ２に代えて、仕切板ＰＬを備えている。この仕切板ＰＬは、第１の反射板Ｒ１に接続され、略正面に向かって延びているとともに、第３のサブアレイＳＡ３及び第４のサブアレイＳＡ４それぞれの左右すなわち水平方向両側に設けられている。その他の構成については、周波数共用アンテナＡ２と同じであるため、説明を省略する。

仕切板ＰＬは、第２の反射板Ｒ２と等価な作用を有する。よって、周波数共用アンテナＡ３においても、周波数共用アンテナＡ２と同等の特性を得ることができる。

［第４の実施形態］
図２２〜図２４に、本実施形態に係る周波数共用アンテナＡ４を示す。この周波数共用アレイアンテナＡ４においては、上記第３のアンテナ素子アレイが、水平方向に間隔Ｓ_３を置いて隣接する２つのサブアレイを有する。各サブアレイは、第２の周波数帯に共振する複数の垂直水平偏波共用ダイポール素子３０が垂直方向に配列されてなる。両サブアレイは、前記仮想線との距離が等しくなるように位置している。２つのサブアレイを設ける目的は、第３のアンテナ素子アレイによる水平面内指向性を狭くすることにある。

第３のアンテナ素子アレイに含まれるアンテナ素子数が周波数共用アンテナＡ２に比べて増えたことに伴い、第１の反射板Ｒ１をより後方に設けつつ、第４のアンテナ素子アレイとカバーＣの距離を周波数共用アンテナＡ２のそれと一致させたい場合がある。そのため、第１の反射板Ｒ１において、第３のアンテナ素子アレイに対応した領域と第４のアンテナ素子アレイに対応した領域との間に、段差Ｈ_Ｒ１を有する段差部ＳＴが設けられている。

周波数共用アンテナＡ４におけるその他の構成については、周波数共用アンテナＡ２と同じであるため、説明を省略する。

一例として、上記間隔Ｓ_３が０．５４λ_２である。第１の反射板Ｒ１において、第３のアンテナ素子アレイに対応した領域Ｒ１ａ（段差部ＳＴよりも上方の領域）と、カバーＣとの距離Ｈ_Ｃが約１．３λ_３である。段差Ｈ_Ｒ１が約０．１２λ_３である。第１の反射板Ｒ１において、第４のアンテナ素子アレイに対応した領域Ｒ１ｂ（段差部ＳＴよりも下方の領域）と、第２の反射板Ｒ２との距離Ｈ_Ｒ２が約０．０６λ_３である。

以上のような周波数共用アンテナＡ４において、図２５（ａ）及び（ｂ）に、０．８ＧＨｚ帯における垂直偏波及び水平偏波の水平面内指向性を示す。同図より、ビーム幅は、周波数共用アンテナＡ２の場合（図１０）と同様に約８０°である。

図２６（ａ）及び（ｂ）に、２ＧＨｚ帯における垂直偏波及び水平偏波の水平面内指向性を示す。ビーム幅は約４５°であり、周波数共用アンテナＡ１及びＡ２の場合（図５）に比べて狭い特性が得られている。

なお、第３の周波数帯については、周波数共用アンテナＡ２と構成が変わらないため、同一の特性が得られることは明らかである。すなわち、周波数共用アンテナＡ４によれば、第２の周波数帯に対応した第３のアンテナ素子アレイの構成に関わらず、第３の周波数帯の特性を維持することができる。

［その他］
本発明の特定の実施形態について説明したが、本発明はこのような実施形態に限定されず、本発明の技術的思想に基づく種々の変更は本発明の概念に含まれる。

例えば、上記実施形態では、第３のアンテナ素子アレイ及び第４のアンテナ素子アレイにダイポールアンテナ素子を使用しているが、パッチアンテナ素子等の他のアンテナ素子を使用することもできる。

また、第３のアンテナ素子アレイとして、垂直水平偏波共用アンテナ素子に限らず、±４５°偏波共用アンテナ素子を使用することができる。さらに、第４のアンテナ素子アレイとして、±４５°偏波共用アンテナ素子に限らず、垂直水平偏波共用アンテナ素子を使用することができる。

上記各アンテナ素子アレイを構成するアンテナ素子の前方に、指向性、電圧定在波比（ＶＳＷＲ）を調整するための無給電素子を設けてもよい。

第１及び第２の反射板の左右方向両端部は、前方にコの字状に折り曲げられた形状に限られず、所望の特性を得るために折り曲げる向きや角度を自由に変更することができる。これと同様に、仕切板についても、第１の反射板との取付け角度を自由に変更することができる。

第４のアンテナ素子アレイを２系統ではなく１系統とすることも可能である。

０．７ＧＨｚ帯及び０．８ＧＨｚ帯のいずれか一方の周波数帯を第１の周波数帯とすることもできる。また、１．５ＧＨｚ帯、１．７ＧＨｚ帯及び２ＧＨｚ帯のうち、いずれか１つの周波数帯又は任意の２つの周波数帯を第２の周波数帯とすることもできる。周波数の具体的な数値は一例に過ぎないものである。

１０ 垂直偏波用ダイポール素子対
１１，１２ 垂直偏波用ダイポール単素子
１３ 垂直偏波用ダイポール単素子

２０ 水平偏波用ダイポール素子

３０ 垂直水平偏波共用ダイポール素子
３１ 水平偏波用ダイポール素子
３２ 垂直偏波用ダイポール素子

４０ 偏波共用素子
４１ ＋４５°偏波用ダイポール素子
４２ −４５°偏波用ダイポール素子

Ｒ１ 第１の反射板
Ｒ２ 第２の反射板
ＰＬ 仕切板
ＳＴ 段差部

Claims (10)

1. 第１の周波数帯に共振する複数の垂直偏波用ダイポール素子が垂直方向に配列されてなる第１のアンテナ素子アレイであって、水平方向に間隔を置いて配置された２つの垂直偏波用ダイポール単素子からなる複数の垂直偏波用ダイポール素子対が垂直方向に配列されてなる第１のサブアレイと、前記第１のサブアレイと垂直方向に隣接し、少なくとも１つの垂直偏波用ダイポール単素子が垂直方向に配列されてなる第２のサブアレイとを有する第１のアンテナ素子アレイと、
   前記第１の周波数帯に共振する複数の水平偏波用ダイポール素子が、前記第１のアンテナ素子アレイの近傍に、かつ前記第１のアンテナ素子アレイと重ならない形態で、垂直方向に配列されてなる第２のアンテナ素子アレイと、
   第２の周波数帯に共振し、２つの異なる偏波を共用した複数の偏波共用素子が、前記第１のサブアレイの近傍に、かつ前記第１のサブアレイ及び前記第２のアンテナ素子アレイと重ならない形態で、垂直方向に配列されてなる第３のアンテナ素子アレイと、
   第３の周波数帯に共振し、２つの異なる偏波を共用した複数の偏波共用素子が、前記第２のサブアレイの近傍に、かつ前記第２のサブアレイ及び前記第２のアンテナ素子アレイと重ならない形態で、垂直方向に配列されてなる第４のアンテナ素子アレイと
   を備えた周波数共用アレイアンテナ。
2. 前記第４のアンテナ素子アレイは、水平方向に隣接し、同一の特性を備えた２つのサブアレイを有する、請求項１に記載の周波数共用アレイアンテナ。
3. 前記第３のアンテナ素子アレイを構成する偏波共用素子は、ダイポールアンテナ素子又はパッチアンテナ素子である、請求項１又は２に記載の周波数共用アレイアンテナ。
4. 前記第４のアンテナ素子アレイを構成する偏波共用素子は、ダイポールアンテナ素子又はパッチアンテナ素子である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の周波数共用アレイアンテナ。
5. 前記第３のアンテナ素子アレイを構成する偏波共用素子は、
   垂直偏波アンテナ素子と水平偏波アンテナ素子とを組み合わせた偏波共用素子と、
   ＋４５°偏波アンテナ素子と−４５°偏波素子とを組み合わせた偏波共用素子と
   のいずれかである、請求項１〜４のいずれか一項に記載の周波数共用アレイアンテナ。
6. 前記第４のアンテナ素子アレイを構成する偏波共用素子は、
   垂直偏波アンテナ素子と水平偏波アンテナ素子とを組み合わせた偏波共用素子と、
   ＋４５°偏波アンテナ素子と−４５°偏波素子とを組み合わせた偏波共用素子と
   のいずれかである、請求項１〜５のいずれか一項に記載の周波数共用アレイアンテナ。
7. 前記第１〜第４のアンテナ素子アレイの背面に第１の反射板をさらに備えた請求項１〜６のいずれか一項に記載の周波数共用アレイアンテナ。
8. 前記第１の反射板の正面かつ前記第４のアンテナ素子アレイの背面に第２の反射板をさらに備えた請求項７に記載の周波数共用アレイアンテナ。
9. 前記第４のアンテナ素子アレイの水平方向両側に、前記第１の反射板に接続され、略正面に向かって延びている仕切板をさらに備えた請求項７に記載の周波数共用アレイアンテナ。
10. 前記第１の反射板において、前記第３のアンテナ素子アレイに対応した領域と前記第４のアンテナ素子アレイに対応した領域との間に段差部が設けられている、請求項７〜９のいずれか一項に記載の周波数共用アレイアンテナ。

Images