JP6493788B2

JP6493788B2 - アンテナ装置

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Publication number: JP6493788B2
Application number: JP2015034308A
Authority: JP
Inventors: 直樹磯; 金田　正久; 正久金田; 延明北野; 小川　智之; 智之小川; 司藤島
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Hitachi Metals Ltd
Priority date: 2015-02-24
Filing date: 2015-02-24
Publication date: 2019-04-03
Anticipated expiration: 2035-02-24
Also published as: US9905935B2; US20160248167A1; CN105914464A; JP2016158095A; CN105914464B

Description

本発明は、アンテナ装置に関する。

従来、一対の板状導体の間に中心導体を挟んでなるトリプレート構造の伝送線路と、この伝送線路によって分配された高周波信号を送信可能な複数のアンテナ素子とを備えたアンテナ装置が知られている（特許文献１参照）。

特許文献１に記載のアンテナ装置は、板状の第１外部導体と、第１外部導体から所定間隔を隔てて配置された板状の第２外部導体と、第１外部導体及び第２外部導体の間に配置された線状の中心導体と、複数（８つ）のアンテナ素子とを備えている。中心導体は、入力側から順次分岐して出力側において８つの端子に分かれ、それぞれの端子にアンテナ素子が接続されている。そして、入力側から高周波信号が供給されると、その高周波信号に応じた電波が複数のアンテナ素子から放射される。

このように、高周波信号の分配線路をトリプレート線路によって構成することで、例えば同軸ケーブルを用いた場合に比較して、誘電体損失を低減できると共に、線路構成や組み付け作業を簡潔にすることができる。

特開２０１４−１１０５５７号公報（図５）

近年、例えば携帯電話機用の基地局アンテナでは、複数の周波数帯に対応することが要請されており、これにより分配線路の構成が複雑化している。そして、構成が複雑化したアンテナ装置の分配線路を、上記のように一対の外部導体の間に中心導体を挟んでなるトリプレート線路によって構成すると、外部導体の面積が大きくなり、ひいてはアンテナ装置の大型化を招来してしまうおそれがある。

そこで、本発明者らは、トリプレート線路を複数層に構成することを考えた。しかし、トリプレート線路を複数層に構成し、それぞれのトリプレート線路における中心導体間を接続部材によって接続すると、この接続部材を含む中心導体間の接続部における高周波信号の伝送損失が大きくなってしまう場合があった。

これに対し、本発明者らは、中心導体間を接続する接続部材の近傍に、電気的に接地された金属スペーサを配置したアンテナ装置を提案している。このように構成することで、中心導体間を接続する接続部における伝送損失を低減することが可能である。

しかしながら、当該アンテナ装置においても、以下の問題点があった。

すなわち、当該アンテナ装置において、通過特性を示すＳパラメータであるＳ_２１が特定の周波数帯において急激に低下してしまい、当該周波数帯において大きな伝送損失が生じてしまう場合がある、という問題があった。

そこで、本発明は、伝送損失のさらなる改善を図ったアンテナ装置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、高周波信号が伝搬する伝送線路、及び前記伝送線路に接続された複数のアンテナ素子を備え、前記伝送線路は、電気的に接地された第１乃至第３の板状導体と、前記第１の板状導体と前記第２の板状導体との間に配置された第１の中心導体、及び前記第２の板状導体と前記第３の板状導体との間に配置された第２の中心導体と、前記第２の板状導体に形成された挿通孔を挿通して前記第１の中心導体と前記第２の中心導体とを電気的に接続する接続部材と、前記接続部材の近傍に配置され、電気的に接地された接地導体と、を備え、前記第１及び第２の中心導体は、誘電体からなる基板の両面に設けられた配線パターンからなり、前記第１及び第２の中心導体の少なくとも一方に、前記接続部材の近傍に形成され、前記基板の両面の前記配線パターンを電気的に接続する第１スルーホールを設けた、アンテナ装置を提供する。

本発明に係るアンテナ装置によれば、伝送損失のさらなる改善が可能になる。

（ａ）〜（ｄ）は第１送信部乃至第４送信部の構成例を示す概略構成図である。周波数共用アンテナ装置の外観を示す外観斜視図である。周波数共用アンテナ装置のレドームの内部を示す構成図である。第３のグランド板上に配置された複数のアンテナ素子を示す全体図である。第３のグランド板上に配置された複数のアンテナ素子を示す部分斜視図である。第１の中心導体の一部を示す斜視図である。第２の中心導体の一部を示す斜視図である。（ａ）及び（ｂ）は、第１乃至第３のグランド板４１〜４３の固定構造及び第１乃至第２の基板の支持構造を説明するための説明図である。第１の中心導体と第２の中心導体との接続構造を示す概略図である。図９のＡ−Ａ線断面図である。接続ピンと金属スペーサとの間隔と伝送損失との関係を示したグラフである。スルーホールを形成しない場合のＳ_２１の周波数特性を示すグラフである。第１スルーホールのみを設けた場合のＳ_２１の周波数特性を示すグラフである。第１スルーホールと１つの第２スルーホールを２５ｍｍ間隔で設けた場合のＳ_２１の周波数特性を示すグラフである。第１スルーホールと２つの第２スルーホールを２５ｍｍ間隔で設けた場合のＳ_２１の周波数特性を示すグラフである。第１スルーホールと３つの第２スルーホールを２５ｍｍ間隔で設けた場合のＳ_２１の周波数特性を示すグラフである。スルーホール数とＳ_２１の最悪値との関係を示すグラフである。第１スルーホールと１つの第２スルーホールを２０ｍｍ間隔で設けた場合のＳ_２１の周波数特性を示すグラフである。第１スルーホールと１つの第２スルーホールを１５ｍｍ間隔で設けた場合のＳ_２１の周波数特性を示すグラフである。スルーホール間隔とＳ_２１のピーク発生周波数との関係を示すグラフである。両中心導体に第１スルーホールと１つの第２スルーホールを設け、かつ、第１の中心導体におけるスルーホール間隔を２０ｍｍ、第２の中心導体におけるスルーホール間隔を２５ｍｍとした場合のＳ_２１の周波数特性を示すグラフである。アンテナ素子と第２の中心導体との接続構造を示す概略図である。金属スペーサの一変形例を示す斜視図である。図２３の金属スペーサの使用例を示す説明図である。

［実施の形態］
以下、本発明のアンテナ装置の一態様としての周波数共用アンテナ装置の実施の形態を、図面を参照して説明する。この周波数共用アンテナ装置は、携帯電話機用の基地局アンテナとして用いられる。なお、以下の説明では、本実施の形態に係る周波数共用アンテナ装置を高周波信号の送信に用いる場合について説明するが、この周波数共用アンテナ装置を受信のために用いることも可能である。

（周波数共用アンテナ装置の機能構成）
図１（ａ）〜（ｄ）は、本実施の形態に係る周波数共用アンテナ装置の機能構成を示す概略図である。この周波数共用アンテナ装置は、１．５〜２ＧＨｚ帯の水平偏波及び垂直偏波、ならびに７００〜８００ＭＨｚ帯の水平偏波及び垂直偏波の各高周波信号を送信することが可能である。以下、１．５〜２ＧＨｚ帯を第１周波数帯とし、７００〜８００ＭＨｚ帯を第２周波数帯とする。

図１（ａ）は第１周波数帯の水平偏波を送信することが可能な第１送信部１Ａの構成例を示す概略構成図である。この第１送信部１Ａは、図略の同軸ケーブルの芯線が接続される端子部１０Ａに入力された信号を複数（本実施の形態では１４個）の第１水平偏波アンテナ素子１５Ａに分配するように構成されている。

具体的には、第１送信部１Ａは、端子部１０Ａに入力された信号を分配する第１分配線路１１Ａと、第１分配線路１１Ａによって分配された信号をさらに分配する第２分配線路１２Ａと、第２分配線路１２Ａによって分配された信号をさらに分配する第３分配線路１３Ａと、第３分配線路１３Ａによって分配された信号をさらに分配する第４分配線路１４Ａとを備え、第４分配線路１４Ａの端末部が第１水平偏波アンテナ素子１５Ａに接続されている。

また、第１分配線路１１Ａと第２分配線路１２Ａとの間、及び第２分配線路１２Ａと第３分配線路１３Ａとの間には、それぞれ複数の移相器２０が設けられている。この移相器２０によって信号の位相を変化させることにより、複数の第１水平偏波アンテナ素子１５Ａから放射される電波の指向性を調節することが可能である。

またさらに、第２分配線路１２Ａ又は第３分配線路１３Ａと第４分配線路１４Ａとは、後述する接続部材としての接続ピン３０によって接続されている。

図１（ｂ）は、第１周波数帯の垂直偏波を送信することが可能な第２送信部１Ｂの構成例を示す概略構成図である。この第２送信部１Ｂは、第１送信部１Ａと同様に構成されている。すなわち、第２送信部１Ｂは、図略の同軸ケーブルの芯線が接続される端子部１０Ｂに入力された信号を複数（本実施の形態では１４個）の第１垂直偏波アンテナ素子１５Ｂに分配するように構成されている。

具体的には、第２送信部１Ｂは、端子部１０Ｂに入力された信号を分配する第１分配線路１１Ｂと、第１分配線路１１Ｂによって分配された信号をさらに分配する第２分配線路１２Ｂと、第２分配線路１２Ｂによって分配された信号をさらに分配する第３分配線路１３Ｂと、第３分配線路１３Ｂによって分配された信号をさらに分配する第４分配線路１４Ｂとを備え、第４分配線路１４Ｂの端末部が第１垂直偏波アンテナ素子１５Ｂに接続されている。

第１分配線路１１Ｂと第２分配線路１２Ｂとの間、及び第２分配線路１２Ｂと第３分配線路１３Ｂとの間には、それぞれ移相器２０が設けられている。また、第２分配線路１２Ｂ又は第３分配線路１３Ｂと第４分配線路１４Ｂとは、接続ピン３０によって接続されている。

図１（ｃ）は、第２周波数帯の水平偏波を送信することが可能な第３送信部１Ｃの構成例を示す概略構成図である。この第３送信部１Ｃは、図略の同軸ケーブルの芯線が接続される端子部１０Ｃに入力された信号を複数（本実施の形態では１０個）の第２水平偏波アンテナ素子１５Ｃに分配するように構成されている。

具体的には、第３送信部１Ｃは、端子部１０Ｃに入力された信号を分配する第１分配線路１１Ｃと、第１分配線路１１Ｃによって分配された信号をさらに分配する第２分配線路１２Ｃと、第２分配線路１２Ｃによって分配された信号をさらに分配する第３分配線路１３Ｃと、第３分配線路１３Ｃによって分配された信号をさらに分配する第４分配線路１４Ｃとを備え、第４分配線路１４Ｃの端末部が第２水平偏波アンテナ素子１５Ｃに接続されている。

第１分配線路１１Ｃと第２分配線路１２Ｃとの間、及び第２分配線路１２Ｃと第３分配線路１３Ｃとの間には、それぞれ移相器２０が設けられている。また、第２分配線路１２Ｃ又は第３分配線路１３Ｃと第４分配線路１４Ｃとは、接続ピン３０によって接続されている。

図１（ｄ）は、第２周波数帯の垂直偏波を送信することが可能な第４送信部１Ｄの構成例を示す概略構成図である。この第４送信部１Ｄは、第３送信部１Ｃと同様に構成されている。すなわち、第４送信部１Ｄは、図略の同軸ケーブルの芯線が接続される端子部１０Ｄに入力された信号を複数（本実施の形態では１０個）の第２垂直偏波アンテナ素子１５Ｄに分配するように構成されている。

具体的には、第３送信部１Ｄは、端子部１０Ｄに入力された信号を分配する第１分配線路１１Ｄと、第１分配線路１１Ｄによって分配された信号をさらに分配する第２分配線路１２Ｄと、第２分配線路１２Ｄによって分配された信号をさらに分配する第３分配線路１３Ｄと、第３分配線路１３Ｄによって分配された信号をさらに分配する第４分配線路１４Ｄとを備え、第４分配線路１４Ｄの端末部が第２垂直偏波アンテナ素子１５Ｄに接続されている。

第１分配線路１１Ｄと第２分配線路１２Ｄとの間、及び第２分配線路１２Ｄと第３分配線路１３Ｄとの間には、それぞれ移相器２０が設けられている。また、第２分配線路１２Ｄ又は第３分配線路１３Ｄと第４分配線路１４Ｄとは、接続ピン３０によって接続されている。

以下、第１水平偏波アンテナ素子１５Ａ，第１垂直偏波アンテナ素子１５Ｂ，第２水平偏波アンテナ素子１５Ｃ，第２垂直偏波アンテナ素子１５Ｄを総称して、アンテナ素子１５という。

（周波数共用アンテナ装置の構成）
図２は、周波数共用アンテナ装置１の外観を示す外観斜視図である。図３は、周波数共用アンテナ装置１のレドーム１０の内部を示す構成図である。

周波数共用アンテナ装置１は、高周波信号が伝搬する伝送線路１００と、伝送線路１００によって分配された高周波信号を送信可能な複数のアンテナ素子１５と、移相器２０の誘電体板２０（後述）を移動させる移動機構６と、ＦＲＰ（fiber reinforced plastics）等の絶縁性の樹脂からなるレドーム１０とを備えている。

レドーム１０は、両端がアンテナキャップ（不図示）によって閉塞される円筒状であり、その長手方向が鉛直方向となるように一対の取付金具１０ａによってアンテナ塔等に取り付けられる。伝送線路１００、複数のアンテナ素子１５、及び移動機構６は、レドーム１０内に配置されている。

伝送線路１００は、複数対の板状導体の間にそれぞれ中心導体を挟んでなるトリプレート構造を有している。本実施の形態では、伝送線路１００が、電気的に接地された複数対の板状導体として第１乃至第３のグランド板４１〜４３を備え、第１乃至第３のグランド板４１〜４３のうち、対をなす第１のグランド板４１と第２のグランド板４２との間に第１の中心導体５１が配置され、第２のグランド板４２と第３のグランド板４３との間に第２の中心導体５２が配置されている。

第１乃至第３のグランド板４１〜４３は、互いに平行に配置され、第２のグランド板４２が第１のグランド板４１と第３のグランド板４３との間に位置している。また、第１乃至第３のグランド板４１〜４３は、レドーム１０の中心軸方向に長手方向を有する長板状である。なお、図３では、第１乃至第３のグランド板４１〜４３ならびに第１及び第２の中心導体５１，５２の間に配置された後述するスペーサ等の部材の図示を省略している。レドーム１０の中心軸方向の長さは、例えば１〜２．７ｍである。

第１のグランド板４１の長手方向の両端部には、第１のグランド板４１をレドーム１０に固定するための固定金具１０ｂが固定されている。固定金具１０ｂは、取付金具１０ａとの間にレドーム１０を挟み、ボルト１０ｃによってレドーム１０に締結されている。

図４及び図５は、第３のグランド板４３上に配置された複数のアンテナ素子１５を示し、図４は全体図、図５は部分斜視図である。なお、第３のグランド板４３は、周波数共用アンテナ装置１の使用状態において、図４の図面上方が鉛直方向上側になるように設置される。

複数のアンテナ素子１５は、放射素子として機能する図略の配線パターンが板状の誘電体に形成されたプリント基板からなるプリントダイポールアンテナである。複数のアンテナ素子１５のうち、第１水平偏波アンテナ素子１５Ａと第１垂直偏波アンテナ素子１５Ｂとは、十字状に交差して配置されている。第２水平偏波アンテナ素子１５Ｃは、その基板面が水平方向となるように配置されている。第２垂直偏波アンテナ素子１５Ｄは、水平方向に向かい合う一対のプリント基板によって構成されている。

複数のアンテナ素子１５は、ボルト４３１及びナット４３２によって第３のグランド板４３に固定されたＬ字状の取付金具４３３により、第３のグランド板４３に対して垂直に固定されている。

また、複数のアンテナ素子１５には、第３のグランド板４３に形成された開口を挿通する図略の凸部が設けられ、この凸部を介して放射素子として機能する配線パターンが第２の中心導体５２に接続されている。

図６は、第１の中心導体５１の一部を示す斜視図である。第１の中心導体５１は、誘電体からなる平板状の第１の基板５１０の表面に配線パターンとして設けられた銅等の金属箔によって形成されている。第１〜第４送信部１Ａ〜１Ｄ（図１参照）の第１分配線路１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ，１１Ｄ、第２分配線路１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ，１２Ｄ、及び第３分配線路１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃ，１３Ｄは、第１の中心導体５１によって構成されている。

図７は、第２の中心導体５２の一部を示す斜視図である。第２の中心導体５２も、第１の中心導体５１と同様に、誘電体からなる平板状の第２の基板５２０の表面に配線パターンとして設けられた銅等の金属箔によって形成されている。第１〜第４送信部１Ａ〜１Ｄの第４分配線路１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃ，１４Ｄは、第２の中心導体５２によって構成されている。第１の基板５１０及び第２の基板５２０は、例えばガラスエポキシ等の電気絶縁性を有する樹脂からなり、その厚みは例えば０．８ｍｍである。

第１の中心導体５１としての配線パターンは、第１の基板５１０の両面に設けられている。同様に、第２の中心導体５２としての配線パターンは、第２の基板５２０の両面に設けられている。

（第１の基板及び第２の基板の支持構造）
図８（ａ）及び（ｂ）は、伝送線路１００における第１乃至第３のグランド板４１〜４３の固定構造及び第１乃至第２の基板５１０，５２０の支持構造を説明するための説明図である。図８（ａ）は伝送線路１００の組み付け前の状態を示し、図８（ｂ）は伝送線路１００の組み付け後の状態を示している。

第１のグランド板４１と第２のグランド板４２との間、及び第２のグランド板４２と第３のグランド板４３との間には、それぞれ導電体からなる金属スペーサ５０が配置されている。第１のグランド板４１と第２のグランド板４２との間に配置された金属スペーサ５０は、第１の基板５１０に形成された挿通孔５１０ａを挿通している。第２のグランド板４２と第３のグランド板４３との間に配置された金属スペーサ５０は、第２の基板５２０に形成された挿通孔５２０ａを挿通している。

金属スペーサ５０は、導電性を有し、例えば銅メッキ又は錫メッキされた黄銅からなる。また、金属スペーサ５０は、軸部５０１と雄ねじ部５０２とを一体に有し、軸部５０１には、ねじ穴５００が形成されている。図８（ａ）及び（ｂ）では、このねじ穴５００を破線で示している。本実施の形態では、金属スペーサ５０の軸部５０１が六角柱状であるが、軸部５０１は円柱状であってもよい。

第１のグランド板４１と第２のグランド板４２との間、ならびに第２のグランド板４２と第３のグランド板４３との間には、それぞれ金属スペーサ５０の軸部５０１が介在し、この軸部５０１の長さに応じた空間が形成されている。軸部５０１の長さは、例えば５．０ｍｍである。第１乃至第３のグランド板４１〜４３は、金属スペーサ５０によって互いに電気的に接続されている。

第１のグランド板４１と第２のグランド板４２との間に配置される金属スペーサ５０の雄ねじ部５０２には、ナット５４が螺合する。第１のグランド板４１と第２のグランド板４２との間に配置される金属スペーサ５０のねじ穴５００には、第２のグランド板４２と第３のグランド板４３との間に配置される金属スペーサ５０の雄ねじ部５０２が螺合する。また、第２のグランド板４２と第３のグランド板４３との間に配置される金属スペーサ５０のねじ穴５００には、ボルト５５の雄ねじ部５５１が螺合する。

第１乃至第３のグランド板４１〜４３には、金属スペーサ５０の雄ねじ部５０２又はボルト５５の雄ねじ部５５１を挿通させる挿通孔４１ａ，４２ａ，４３ａがそれぞれ形成されている。

このように、伝送線路１００は、２つの金属スペーサ５０、１つのナット５４、及び１つのボルト５５が相互に固定されることにより、第１乃至第３のグランド板４１〜４３がそれぞれ所定の間隔を以って互いに平行に配置される。なお、２つの金属スペーサ５０、１つのナット５４、及び１つのボルト５５からなる固定構造は、伝送線路１００の複数箇所に設けられ、第１乃至第３のグランド板４１〜４３ならびに第１及び第２の基板５１０，５２０の間隔が一定に保たれている。

第１の基板５１０は、第１のグランド板４１と第２のグランド板４２との間に樹脂スペーサ５６によって支持されている。第２の基板５２０は、第２のグランド板４２と第３のグランド板４３との間に樹脂スペーサ５６によって支持されている。第１の基板５１０を支持する樹脂スペーサ５６は、第１の基板５１０の両面に例えば接着によって固定されている。同様に、第２の基板５２０を支持する樹脂スペーサ５６は、第２の基板５２０の両面に例えば接着によって固定されている。それぞれの樹脂スペーサ５６の厚さは、例えば２．１ｍｍである。

（第１の中心導体と第２の中心導体との接続構造）
図９は、第１の中心導体５１と第２の中心導体５２との接続構造を示す概略図である。図１０は、図９のＡ−Ａ線断面図である。

第２のグランド板４２を挟んで配置された中心導体同士（第１の中心導体５１と第２の中心導体５２）は、図９に示す接続部３において、第２のグランド板４２に形成された接続ピン挿通孔４２ｂに挿通された接続部材としての接続ピン３０によって電気的に接続されている。

接続ピン３０は、例えば銅や黄銅等の良導電性の金属からなる軸状の部材である。本実施の形態では、接続ピン３０が円柱状であるが、これに限らず、例えば四角柱状や六角柱状であってもよい。接続ピン３０は、その両端部が第１の基板５１０に形成された挿通孔５１０ｂ及び第２の基板５２０に形成された挿通孔５２０ｂにそれぞれ挿通され、第１の中心導体５１及び第２の中心導体５２に半田付けされている。また、接続ピン３０は、その中心軸が第１の基板５１０，第２の基板５２０，及び第２のグランド板４２に対して垂直となるように配置されている。

この接続ピン３０を用いた接続構造により、第１送信部１Ａの第３分配線路１３Ａと第４分配線路１４Ａ、第２送信部１Ｂの第３分配線路１３Ｂと第４分配線路１４Ｂ、第３送信部１Ｃの第３分配線路１３Ｃと第４分配線路１４Ｃ、及び第４送信部１Ｄの第３分配線路１３Ｄと第４分配線路１４Ｄがそれぞれ接続される。

接続ピン３０の近傍には、第１のグランド板４１と第２のグランド板４２との間に配置された金属スペーサ５０、及び第２のグランド板４２と第３のグランド板４３の間に配置された金属スペーサ５０が配置されている。以下の説明では、第１のグランド板４１と第２のグランド板４２との間に配置された金属スペーサ５０を「金属スペーサ５０Ａ」とし、第２のグランド板４２と第３のグランド板４３との間に配置された金属スペーサ５０を「金属スペーサ５０Ｂ」とする。金属スペーサ５０Ａ及び金属スペーサ５０Ｂは、電気的に接地された本発明の接地導体の一態様である。

金属スペーサ５０Ａと金属スペーサ５０Ｂとは、第２のグランド板４２の挿通孔４２ａを介して連結されている。具体的には、金属スペーサ５０Ａのねじ穴５００に金属スペーサ５０Ｂの雄ねじ部５０２が螺合している。これにより、第２のグランド板４２が金属スペーサ５０Ａ及び金属スペーサ５０Ｂのそれぞれの軸部５０１の間に挟まれている。

図１０に示すように、第２のグランド板４２に平行な方向における接続ピン３０と金属スペーサ５０Ｂとの間隔をｄ_１とすると、この間隔ｄ_１は２．５ｍｍ以下である。なお、この間隔ｄ_１は、第２のグランド板４２に平行な方向において、接続ピン３０の外周面３０ａと金属スペーサ５０Ｂの外周面５０ａとの最短距離をいう。

また、本実施の形態のように金属スペーサ５０が断面多角形状である場合には、金属スペーサ５０がその中心軸を中心とする周方向にどのような角度（位相）で固定されたとしても、接続ピン３０との間隔ｄ_１が２．５ｍｍ以下となるように、第２のグランド板４２の挿通孔４２ａ等の位置が設定されることが望ましい。すなわち、本実施の形態では、金属スペーサ５０Ｂがその中心軸を中心とする周方向にどのような角度で固定されたとしても接続ピン３０との間隔ｄ_１が２．５ｍｍ以下となる位置に、金属スペーサ５０Ｂが固定される。なお、図示は省略しているが、接続ピン３０と金属スペーサ５０Ａとの間隔についても、上記と同様に２．５ｍｍ以下となるように、金属スペーサ５０Ａが固定されている。

図１１は、第１の中心導体５１から第２の中心導体５２に接続ピン３０を介して２ＧＨｚの高周波信号を伝送する場合において、接続ピン３０と金属スペーサ５０Ａ，５０Ｂとの間隔ｄ_１と、接続ピン３０による第１の中心導体５１と第２の中心導体５２との接続部３における伝送損失（通過特性を示すＳパラメータのＳ_２１）との関係を示したグラフである。

このグラフに示すように、接続ピン３０と金属スペーサ５０Ａ，５０Ｂとの間隔ｄ_１を２．５ｍｍ以下とすれば、伝送損失を０．１ｄＢ以下に抑えることができる。すなわち、間隔ｄ_１が２．５ｍｍ以下であれば、接続部３において良好な伝送特性が得られる。なお、接続ピン３０の近傍に金属スペーサ５０Ａ，５０Ｂを配置することによって伝送損失が低減される理由としては、接続ピン３０を流れる電流の電流経路と、複数の金属スペーサ５０を流れる電流経路との経路長の差が縮まることが一因と考えられる。

なお、間隔ｄ_１は、第１の中心導体５１又は第２の中心導体５２と金属スペーサ５０Ａ，５０Ｂとの短絡防止や第１の基板５１０及び第２の基板５２０の加工上の制約により、１．０ｍｍ以上確保されていることが望ましい。

図９，１０に戻り、本実施の形態では、第１及び第２の中心導体５１，５２の少なくとも一方に、接続ピン３０の近傍に形成され、基板５１０，５２０の両面の配線パターンを電気的に接続する第１スルーホール６００を設けている。第１スルーホール６００は、接続ピン３０を挟んで金属スペーサ５０と対向する位置の中心導体５１，５２に形成されている。

中心導体５１，５２として基板５１０，５２０の両面に形成された配線パターンを用いた場合、接続ピン３０を介して中心導体５１，５２を接続した際に、表裏面の配線パターンで電流経路の経路長に差が生じ、この電流経路の経路長の差に起因して、通過特性を示すＳパラメータのＳ_２１の特定の周波数帯における急激な低下、すなわち特定の周波数帯での伝送損失の増加が生じていると考えられる。

本実施の形態では、第１スルーホール６００により基板５１０，５２０の表裏面の配線パターンを電気的に接続することで、この表裏面の配線パターンにおける電流経路の経路長の差による影響を抑制し、伝送損失の改善を図っている。

なお、上述のように、接続ピン３０と金属スペーサ５０Ａ，５０Ｂとの間隔ｄ_１を小さくするほど伝送損失を抑制することが可能であるが、短絡防止や加工上の制約により、接続ピン３０と金属スペーサ５０Ａ，５０Ｂとを近づけることには限界がある。本実施の形態のように、第１スルーホール６００を設けることで、間隔ｄ_１がある程度大きく設定されている場合であっても、伝送損失を効果的に抑制することが可能になる。

電流経路の経路長の差による伝送損失への影響は接続ピン３０の近傍で大きくなるため、第１スルーホール６００は、できるだけ接続ピン３０と近い位置に設けることが望ましい。具体的には、接続ピン３０と第１スルーホール６００との距離は、少なくとも１０ｍｍ以内とすることが望ましい。

また、第１及び第２の中心導体５１，５２の両方に第１スルーホール６００を設けることで、電流経路の経路長の差による影響をより抑え、さらなる伝送特性の改善が期待できる。よって、両中心導体５１，５２に第１スルーホール６００を設けることが望ましい。なお、両中心導体５１，５２の第１スルーホール６００を設ける位置は、対向位置（平面視で重なる位置）に限定されない。

本実施の形態では、さらに、第１スルーホール６００の接続ピン３０と反対側に、第１スルーホール６００と離間して、基板５１０，５２０の両面の配線パターンを電気的に接続する１つ以上の第２スルーホール６０１を設けている。１つ以上の第２スルーホール６０１を設けること、すなわちスルーホール６００，６０１を合計２つ以上設けることで、伝送損失のさらなる抑制が可能になる。この根拠については後述する。

第１及び第２スルーホールは、配線パターンの長手方向に沿って等間隔に設けられている。以下、スルーホール６００，６０１の間隔をスルーホール間隔ｄｓという。このスルーホール間隔ｄｓは、２５ｍｍ以下とすることが望ましい。この根拠についても後述する。

本実施の形態では、スルーホール６００，６０１を直径１ｍｍの円形状としたが、スルーホール６００，６０１の直径や形状は特に限定するものではない。また、本実施の形態では、スルーホール６００，６０１を配線パターンの幅方向における中央に整列して形成したが、スルーホール６００，６０１を形成する位置は、配線パターンの幅方向における中央からずれた位置であってもよい。

また、本実施の形態では、配線パターンに貫通孔を形成し、その貫通孔の内周面に導電層を形成することで、当該導電層を介して表裏面の配線パターンを電気的に接続するようにスルーホール６００，６０１を構成したが、これに限らず、例えば、貫通孔全体を埋めるように導電体を充填してもよい。また、貫通孔に金属棒（スルーホールピン等）を通し、当該金属棒を表裏面の配線パターンに半田づけする構成としても構わない。

以下、スルーホール６００，６０１を設けることによる伝送損失の改善について、説明する。ここでは、第１のグランド板４１と第１の中心導体５１との距離、第１の中心導体５１と第２のグランド板４２との距離、第２のグランド板４２と第２の中心導体５２との距離、及び第２の中心導体５２と第３のグランド板４３との距離を２．１ｍｍとした。また、第１〜３のグランド板４１の厚さを１ｍｍ、導電率を２．０９×１０^７Ｓ／ｍとし、基板５１０，５２０の厚さを０．８ｍｍ、比誘電率を４．４とし、基板５１０，５２０の表裏面に形成される配線パターンをそれぞれ厚さ０．０３５ｍｍの銅箔とした。また、金属スペーサ５０の平面視における中心から第１スルーホール６００の中心までの距離を８ｍｍとした。

スルーホール６００，６０１を形成しない場合のＳ_２１の周波数特性を図１２に、第１スルーホール６００のみを設けた場合のＳ_２１の周波数特性を図１３に、第１スルーホール６００と１つの第２スルーホール６０１を設けた場合のＳ_２１の周波数特性を図１４に示す。

図１２に示すように、スルーホール６００，６０１を形成しない場合には、通過特性を示すＳパラメータのＳ_２１は、特定の周波数帯で大きく減少する複数のピークが形成されている。図１２の例では、携帯電話基地局用アンテナで使用される２ＧＨｚ帯においてもピークが発生しており、改善が望まれる。

これに対して、図１３に示すように、第１スルーホール６００を設けた場合、図１２と比較してＳ_２１のピークが大幅に減少し、伝送損失の改善が図られていることが分かる。図１３では、周波数２ＧＨｚにて小さなピークが発生しているが、図１４に示すように、さらに第２スルーホール６０１を形成することで、この小さなピークも除去することができる。なお、ここではスルーホール間隔ｄｓを２５ｍｍとした。

さらに、第２スルーホール６０１を２５ｍｍ間隔で２つ（合計のスルーホール数は３つ）形成した場合のＳ_２１の周波数特性を図１５に、第２スルーホール６０１を２５ｍｍ間隔で３つ（合計のスルーホール数は４つ）形成した場合のＳ_２１の周波数特性を図１６に示す。また、図１４〜１６において、周波数０．５〜２．２ＧＨｚの範囲におけるＳ_２１の最悪値を図１７にまとめて示す。なお、図１７の横軸は、第１及び第２スルーホール６００，６０１の合計数を表している。

図１７に示すように、第２スルーホール６０１の数（合計のスルーホール数）が多くなるほど、Ｓ_２１の最悪値が改善し、低周波数帯におけるピークの発生を抑制することが可能になる。また、図１７より、第２スルーホール６０１の数を１つ以上（合計のスルーホール数を２つ以上）とすることで、伝送損失を十分に改善できることが分かる。

次に、スルーホール間隔ｄｓについて検討する。

第２スルーホール６０１の数を１つ（合計のスルーホール数を２つ）とし、スルーホール間隔ｄｓを２０ｍｍとした場合のＳ_２１の周波数特性を図１８に、スルーホール間隔ｄｓを１５ｍｍとした場合のＳ_２１の周波数特性を図１９に示す。また、図１５，１８，１９におけるＳ_２１のピーク発生周波数（ピークが発生する最低周波数）をまとめて図２０に示す。

図２０に示すように、スルーホール間隔ｄｓを短くするほど、ピーク発生周波数が高くなっていることが分かる。例えば、２ＧＨｚ帯を使用する場合には、ピーク発生周波数を２．５ＧＨｚ以上とすることが望ましく、この場合、スルーホール間隔ｄｓを２５ｍｍ以下とすることが望ましいといえる。換言すれば、スルーホール間隔ｄｓを２５ｍｍ以下とすることで、ピーク発生周波数を２．５ＧＨｚ以上とし、携帯電話基地局用アンテナで一般に使用される２ＧＨｚ帯の通信における伝送損失を抑制することが可能になる。なお、スルーホール間隔ｄｓは、使用する周波数帯に応じて、適宜設定することができる。

また、両中心導体５１，５２に第２スルーホール６０１の数を１つ（合計のスルーホール数を２つ）形成し、かつ、第１の中心導体５１におけるスルーホール間隔ｄｓを２０ｍｍ、第２の中心導体５２におけるスルーホール間隔ｄｓを２５ｍｍとした場合のＳ_２１の周波数特性を図２１に示す。

図２１に示すように、両中心導体５１，５２でスルーホール間隔ｄｓを異ならせた場合であっても、伝送損失を改善することが可能である。

ここでは、中心導体５１，５２の接続部（接続ピン３０）の近傍に第１スルーホール６００を設ける場合について説明したが、アンテナ素子１５と中心導体５１，５２との接続部にも同様の構造を適用することで、伝送損失のさらなる改善が可能である。

図２２に示すように、アンテナ素子１５は、第３のグランド板４３に形成された開口４３ｂを挿通して第２の中心導体５２と電気的に接続されている。アンテナ素子１５と第２の中心導体５２との接続部の近傍には、接地導体としての金属スペーサ５０が配置されている。

本実施の形態では、アンテナ素子１５と第２の中心導体５２との接続部の近傍の第２の中心導体５２に、基板５２０の両面の配線パターンを電気的に接続する第３スルーホール６０２を設けている。第３スルーホール６０２を設けることで、アンテナ素子１５と第２の中心導体５２との接続部における電流経路長の差による影響、すなわち、基板５２０の表裏面の配線パターンの電流経路の経路長の差による影響を抑制し、伝送損失のさらなる改善が可能になる。

さらに、図示していないが、給電ケーブルと第１の中心導体５１との接続部分にも同様な構造を適用することで、伝送損失のさらなる改善が可能である。

給電ケーブルは、第１のグランド板４１に形成された開口を挿通して第１の中心導体５１と電気的に接続されるので、この給電ケーブルと第１の中心導体５１との接続部の近傍に金属スペーサ５０を配置すると共に、当該接続部の近傍の第１の中心導体５１に、基板５１０の両面の配線パターンを電気的に接続する第４スルーホールを設けるとよい。第４スルーホールを設けることで、伝送損失のさらなる改善が可能になる。

なお、本実施の形態では、六角柱状の軸部５０１を有する金属スペーサ５０を用いる場合を説明したが、金属スペーサ５０の形状はこれに限定されるものではない。例えば、図２３，２４に示すように、第１及び第２の中心導体５１，５２の端部を収容する切欠き７０１が形成された本体部７０２と、第１〜３のグランド板４１〜４３のいずれかに固定される板状の座金部７０３とを一体に有した金属スペーサ７００を用いてもよい。

金属スペーサ７００は、切欠き７０１内に接続ピン３０を配置し、接続ピン３０の周囲（中心導体５１，５２の延出方向を除く周囲）を本体部７０２で覆うことになるため、電流の漏れを抑制し、伝送損失のさらなる改善が可能になる。

（実施の形態の作用及び効果）
以上説明した実施の形態によれば、接続ピン３０の近傍にて、基板５１０，５２０表裏面の配線パターンを第１スルーホール６００により接続しているため、基板５１０，５２０表裏面の配線パターンの電流経路の経路長の差による影響を抑制し、伝送損失のさらなる改善を図ることが可能になる。

（実施の形態のまとめ）
次に、以上説明した実施の形態から把握される技術思想について、実施の形態における符号等を援用して記載する。ただし、以下の記載における各符号等は、特許請求の範囲における構成要素を実施の形態に具体的に示した部材等に限定するものではない。

［１］高周波信号が伝搬する伝送線路（１００）、及び前記伝送線路（１００）に接続された複数のアンテナ素子（１５）を備え、前記伝送線路（１００）は、電気的に接地された第１乃至第３の板状導体（４１〜４３）と、前記第１の板状導体（４１）と前記第２の板状導体（４２）との間に配置された第１の中心導体（５１）、及び前記第２の板状導体（４２）と前記第３の板状導体（４３）との間に配置された第２の中心導体（５２）と、前記第２の板状導体（４２）に形成された挿通孔（４２ｂ）を挿通して前記第１の中心導体（５１）と前記第２の中心導体（５２）とを電気的に接続する接続部材（３０）と、前記接続部材（３０）の近傍に配置され、電気的に接地された接地導体（５０）と、を備え、前記第１及び第２の中心導体（５１，５２）は、誘電体からなる基板（５１０，５２０）の両面に設けられた配線パターンからなり、前記第１及び第２の中心導体（５１，５２）の少なくとも一方に、前記接続部材（３０）の近傍に形成され、前記基板（５１０，５２０）の両面の前記配線パターンを電気的に接続する第１スルーホール（６００）を設けた、アンテナ装置（１）。

［２］前記第１及び第２の中心導体（５１，５２）の両方に、前記第１スルーホール（６０）を設けた、［１］記載のアンテナ装置（１）。

［３］前記第１スルーホール（６０）の前記接続部材（３０）と反対側に、前記第１スルーホール（６０）と離間して、前記基板（５１０，５２０）の両面の前記配線パターンを電気的に接続する１つ以上の第２スルーホール（６０１）を設けた、［１］又は［２］記載のアンテナ装置（１）。

［４］前記第１及び第２スルーホール（６００，６０１）は、前記配線パターンの長手方向に沿って等間隔に設けられており、前記第１及び第２スルーホール（６００，６０１）の間隔が、２５ｍｍ以下である、［３］記載のアンテナ装置（１）。

［５］前記アンテナ素子（１５）は、前記第３の板状導体（４３）に形成された開口（４３ｂ）を挿通して前記第２の中心導体（５２）と電気的に接続されており、前記アンテナ素子（１５）と前記第２の中心導体（５２）との接続部の近傍に、前記接地導体（５０）を配置すると共に、前記アンテナ素子（１５）と前記第２の中心導体（５２）との接続部の近傍の前記第２の中心導体（５２）に、前記基板（５２０）の両面の前記配線パターンを電気的に接続する第３スルーホール（６０２）を設けた、［１］乃至［４］の何れか１項に記載のアンテナ装置（１）。

［６］前記第１の板状導体（４１）に形成された開口を挿通して前記第１の中心導体（５１）と電気的に接続される給電ケーブルを備え、前記給電ケーブルと前記第１の中心導体（５１）との接続部の近傍に、前記接地導体（５０）を配置すると共に、前記給電ケーブルと前記第１の中心導体（５１）との接続部の近傍の前記第１の中心導体（５１）に、前記基板（５１０）の両面の前記配線パターンを電気的に接続する第４スルーホールを設けた、［１］乃至［５］の何れか１項に記載のアンテナ装置（１）。

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。

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、金属スペーサ５０Ａと金属スペーサ５０Ｂとが一体であってもよい。つまり、第１のグランド板４１と第３のグランド板４３との間に１つの導電体からなる金属スペーサが配置され、この金属スペーサが接続ピン３０の近傍に配置されていてもよい。

また、アンテナ装置の用途も、携帯電話の基地局用に限定されない。

１…周波数共用アンテナ装置（アンテナ装置）
１００…伝送線路
１５…アンテナ素子
１５Ａ…水平偏波アンテナ素子
１５Ｂ…垂直偏波アンテナ素子
１５Ｃ…水平偏波アンテナ素子
１５Ｄ…垂直偏波アンテナ素子
３０…接続ピン（接続部材）
４１…第１のグランド板（第１の板状導体）
４２…第２のグランド板（第２の板状導体）
４３…第３のグランド板（第３の板状導体）
４２ｂ…接続ピン挿通孔
５０，５０Ａ，５０Ｂ…金属スペーサ（接地導体）
５１…第１の中心導体
５２…第２の中心導体
５１０…第１の基板
５２０…第２の基板
６００…第１スルーホール
６０１…第２スルーホール

Claims

高周波信号が伝搬する伝送線路、及び前記伝送線路に接続された複数のアンテナ素子を備え、
前記伝送線路は、
電気的に接地された第１乃至第３の板状導体と、
前記第１の板状導体と前記第２の板状導体との間に配置された第１の中心導体、及び前記第２の板状導体と前記第３の板状導体との間に配置された第２の中心導体と、
前記第２の板状導体に形成された挿通孔を挿通して前記第１の中心導体と前記第２の中心導体とを電気的に接続する接続部材と、
前記接続部材の近傍に配置され、電気的に接地された接地導体と、を備え、
前記第１及び第２の中心導体は、誘電体からなる基板の両面に設けられた配線パターンからなり、
前記第１及び第２の中心導体の少なくとも一方に、前記接続部材の近傍に形成され、前記基板の両面の前記配線パターンを電気的に接続する第１スルーホールが設けられ、
前記第１の中心導体は前記第１の板状導体及び前記第２の板状導体と離間して配置されると共に、前記第２の中心導体は前記第２の板状導体及び前記第３の板状導体と離間して配置され、
前記接続部材は前記第１の中心導体及び前記第２の中心導体のそれぞれの両面に設けられた配線パターンに半田付けされている
アンテナ装置。
前記第１及び第２の中心導体の両方に、前記第１スルーホールを設けた、
請求項１記載のアンテナ装置。
前記第１スルーホールの前記接続部材と反対側に、前記第１スルーホールと離間して、前記基板の両面の前記配線パターンを電気的に接続する１つ以上の第２スルーホールを設けた、
請求項１又は２記載のアンテナ装置。
前記第１及び第２スルーホールは、前記配線パターンの長手方向に沿って等間隔に設けられており、
前記第１及び第２スルーホールの間隔が、２５ｍｍ以下である、
請求項３記載のアンテナ装置。
前記アンテナ素子は、前記第３の板状導体に形成された開口を挿通して前記第２の中心導体と電気的に接続されており、
前記アンテナ素子と前記第２の中心導体との接続部の近傍に、前記接地導体を配置すると共に、
前記アンテナ素子と前記第２の中心導体との接続部の近傍の前記第２の中心導体に、前記基板の両面の前記配線パターンを電気的に接続する第３スルーホールを設けた、
請求項１乃至４の何れか１項に記載のアンテナ装置。
前記第１の板状導体に形成された開口を挿通して前記第１の中心導体と電気的に接続される給電ケーブルを備え、
前記給電ケーブルと前記第１の中心導体との接続部の近傍に、前記接地導体を配置すると共に、
前記給電ケーブルと前記第１の中心導体との接続部の近傍の前記第１の中心導体に、前記基板の両面の前記配線パターンを電気的に接続する第４スルーホールを設けた、
請求項１乃至５の何れか１項に記載のアンテナ装置。