JP6522786B2 - 放射パターンの改良のための非励振素子を有するアンテナシステムおよびアンテナモジュール - Google Patents

Description

本発明は、第１のアンテナ素子と、第２のアンテナ素子と、アンテナ素子の少なくとも１つの放射パターンの改良を可能にする非励振素子とを備える、改良されたアンテナシステムに関する。さらに、本発明は、このアンテナシステムを組み込んでいるアンテナモジュールに関する。

本発明の文脈では、アンテナシステムは、第１のアンテナ素子と第２のアンテナ素子とを備えるアンテナ配置として理解されたい。

一般に、アンテナシステムは、１つのシステムで複数のアンテナ素子をグループ化することにより様々な構造上の利点をもたらすため、技術が広く検討されている。特に、アンテナシステムを単一の構造モジュールとして組み立てることにより、機械部品および電気部品を複数のアンテナ素子間で共有することができる。

したがって、アンテナシステムでは、複数のアンテナ素子を同じハウジング内に配置し、したがって同じハウジング、同じベースを共有し、同じアンテナ回路を共有し、かつ外部からアンテナシステム内の複数のアンテナ素子へ電気信号を送信し、複数のアンテナ素子から電気信号を受信するための同じ電気接続素子（例えばソケット／プラグ）を共有することができる。

しかしながら、複数のアンテナ素子をアンテナシステムに配置することは、特に複数のアンテナ素子が互いに近接場に配置されるときに欠点を有する。この場合、複数のアンテナ素子は、特にそれぞれの放射パターンに関する相互干渉の影響を受ける。

国際公開公報ＷＯ９８／２６４７１Ａ１において、アンテナシステムに周波数選択面を適用して、２つのアンテナ素子間の相互干渉による影響を低下させることが提案されている。より詳細には、提案されたアンテナシステムは第１のアンテナ素子と第２のアンテナ素子とを備える。第１のアンテナ素子は第１の周波数範囲で伝送可能であり、第２のアンテナ素子は第２の、すなわち重ならない周波数範囲で伝送可能である。

干渉による影響を低下させるために、アンテナシステムは、第１の周波数範囲の無線周波数エネルギーを導通し、第２の周波数範囲の無線周波数エネルギーを反射する周波数選択面をさらに備える。好ましくは、周波数選択面は、周波数選択面に作用する無線周波数信号に対して疑似帯域通過フィルタ特性または疑似帯域阻止フィルタ特性を示す反復金属化パターン構造を含む。

さらに、米国特許第６，９１７，３４０（Ｂ２）号も、２つのアンテナ素子を備えるアンテナシステムに関する。電磁結合およびしたがって干渉による影響を低下させるために、２つのアンテナ素子のうちの一方をセグメントに細分し、このセグメントは他方のアンテナ素子の波長の８分の３に相当する電気的長さを有する。

さらに、一方のアンテナ素子のセグメントは電気リアクタンス回路を介して電気的に相互接続され、この電気リアクタンス回路は、他方のアンテナ素子の周波数範囲の十分に高いインピーダンスと、一方のアンテナ素子の周波数範囲の十分に低いインピーダンスとを有する。

上記の手法は２つのアンテナ素子の放射パターンへの干渉を低減することはできても、２つのアンテナ素子を備えるアンテナシステムの設計は、追加の部品の組込み、すなわち電気リアクタンス回路の組み込んだものの製造および配置に鑑みて、より複雑になる。

特に、電気リアクタンス回路の設計およびそれぞれのアンテナ素子への配置は複雑であり、追加の開発ステップが必要である。さらに、電気リアクタンス回路の部品および、例えばアンテナ素子へのはんだ付け電気接続部により、容認できない変動が周波数特性に生じる。

これに関し、本発明の目的は、例えば個々のアンテナ素子のより複雑な設計という上記の欠点を克服した、改良されたアンテナシステムを提案することである。さらに、本発明の別の目的は、個々のアンテナ素子間の干渉を低減することによりそれぞれの放射パターンを改良するアンテナシステムを提案することである。

第１の態様によれば、アンテナシステムは、第１の平面アンテナ素子と少なくとも１つの第２のアンテナ素子とに加えて平面非励振素子を備える。平面非励振素子により、アンテナシステムの第１のアンテナ素子と第２のアンテナ素子との間の干渉を低減しそれぞれの放射パターンを改良するという有利な効果が可能になる。実施形態によれば、第１の平面アンテナ素子と少なくとも１つの第２のアンテナ素子とを備え、第１の平面アンテナ素子と少なくとも１つの第２のアンテナ素子とが軸に沿って配置されているアンテナシステムが提案される。アンテナシステムは、第１の平面アンテナ素子の近接場（near-field）内に配置されている平面非励振素子をさらに備え、平面非励振素子は、第１の平面アンテナ素子に略平行に配置され、第１の平面アンテナ素子から所定の距離をおいて配置されている。

平面非励振素子の中心は、第１の平面アンテナ素子の中心に対して少なくとも１つの第２のアンテナ素子から軸に沿って離れる方向にずれて、少なくとも１つの第２のアンテナ素子との干渉による第１の平面アンテナ素子の放射パターンの変形を低減する。

アンテナシステムの別の実施形態によれば、少なくとも１つの第２のアンテナ素子の各々は、第１の平面アンテナ素子の近接場内に配置されている。

アンテナシステムのさらなる実施形態によれば、第１の平面アンテナ素子は円偏波を有する電磁波を送受信することができる。

アンテナシステムのさらに別の実施形態によれば、第１の平面アンテナ素子は角を切り取った矩形のパッチアンテナ素子である。

アンテナシステムのさらなる実施形態によれば、平面非励振素子の大きさおよび形状ならびに第１の平面アンテナ素子からの距離は、第１の平面アンテナ素子に従って決定される。

アンテナシステムの別の実施形態によれば、平面非励振素子にはＲＦ電源との電気接続部がない。

アンテナシステムのさらなる実施形態によれば、平面非励振素子の電気的大きさは、第１の平面アンテナ素子からの距離に従って決定される第１の平面アンテナ素子の電気的大きさと比べて小さい。

アンテナシステムのさらに別の実施形態によれば、平面非励振素子は第１の平面アンテナ素子と同じ形状を有する。

アンテナシステムのさらなる実施形態によれば、第１の平面アンテナ素子からの平面非励振素子の距離はλ／１０〜λ／４であり、λは第１の平面アンテナ素子の波長に相当する。

アンテナシステムの別の実施形態によれば、第１の平面アンテナ素子は第１の周波数帯域に適合され、少なくとも１つの第２のアンテナ素子は第２の周波数帯域に適合され、第１の周波数帯域は第２の周波数帯域以上である。

アンテナシステムのさらなる実施形態によれば、第１の平面アンテナ素子は、誘電基板に設けられているパッチ電極を備える。

アンテナシステムのさらに別の実施形態によれば、平面非励振素子は、アンテナシステムのハウジングによって定位置に保持されているシート電極である。

アンテナシステムのさらなる実施形態によれば、少なくとも１つの第２のアンテナ素子は、逆Ｆアンテナ素子および／または折り曲げられた逆Ｆアンテナ素子である。

アンテナシステムの別の実施形態によれば、複数の第２のアンテナ素子がアンテナシステムに含まれ、第１の平面アンテナ素子が複数の第２のアンテナ素子のうちの２つの間に配置され、第１の平面アンテナ素子が間に配置されている２つの第２のアンテナ素子が、互いに異なる大きさ、形状を有するか、または第１の平面アンテナ素子から異なる距離をおいて配置されている場合に、平面非励振素子の中心は、第１の平面素子の中心に対して、複数の第２の平面アンテナ素子のうちの、第１の平面アンテナ素子に顕著に干渉する１つから離れる方向にずれる。

アンテナシステムのさらなる実施形態によれば、第１の平面アンテナ素子の中心および少なくとも１つの第２のアンテナ素子の各々の下部中心は軸上に配置されている。

さらに、異なる実施形態において、車両屋根で使用するためのアンテナモジュールが提案される。アンテナモジュールは、前の実施形態のうちの１つによるアンテナシステムを備え、軸が車両の長手方向軸に位置合わせされ、車両屋根は、第１の平面アンテナ素子および少なくとも１つの第２のアンテナ素子に対するグランドプレーンを提供する。

本発明のいくつかの実施形態を示すために、添付図面が明細書に組み込まれ、明細書の一部を形成する。これらの図面は明細書と共に、本発明の原理を説明する役割を果たす。

図面は、本発明を形成し使用することのできる方法の好ましい例および代替例を示すためのものにすぎず、本発明を図示し記載した実施形態のみに限定するものと解釈すべきではない。

さらに、実施形態のいくつかの態様は、本発明による解決法を個々に、または異なる組合せで形成することができる。添付図面に示す本発明の様々な実施形態についての以下のより詳細な説明から、さらなる特徴および利点が明らかになろう。図中、同一の参照符号は同一の要素を示す。

本発明の第１の実施形態による例示的なアンテナシステムの斜視図である。 本発明の第１の実施形態による例示的なアンテナシステムの模擬放射パターンの斜視図である。 本発明の第１の実施形態による例示的なアンテナシステムの側面図である。 本発明の第１の実施形態およびその模擬放射パターンを理解するのに有用な例示的なアンテナシステムの斜視図である。 本発明の第２の実施形態による例示的なアンテナシステムおよびその模擬放射パターンの斜視図である。 本発明の第２の実施形態およびその模擬放射パターンを理解するのに有用な例示的なアンテナシステムの斜視図である。 本発明の第３の実施形態による例示的なアンテナシステムおよびその模擬放射パターンの斜視図である。 本発明の第３の実施形態およびその模擬放射パターンを理解するのに有用な例示的なアンテナシステムの斜視図である。

以下で、図１Ａ、図１Ｂ、および図１Ｃを参照すると、本発明の第１の実施形態による例示的なアンテナシステム１００および模擬放射パターンの斜視図および側面図が示される。特に、図１Ｂの模擬放射パターンは、アンテナシステム１００が備える非励振素子により得られる有利な効果を示す。

アンテナシステム１００は第１の平面アンテナ素子１１０を備える。特に、実施形態は、第１のアンテナ素子が平面アンテナ素子１１０であるアンテナシステム１００に限定される。したがって、第１のアンテナ素子を第１の平面アンテナ素子１１０と呼ぶ。

アンテナシステム１００の例示的な構成において、第１の平面アンテナ素子１１０は角を切り取った矩形のパッチアンテナである。これにより、第１の平面アンテナ素子１１０は円偏波を有する電磁波を送受信することができる。しかしながら、第１の平面アンテナ素子１１０はこれに関して限定されない。

さらに、アンテナシステム１００の利点は、第１の平面アンテナ素子１１０が直線偏波を有する電磁波を送受信することのできる構成に等しく当てはまる。

アンテナシステム１００の例示的な構成において、第１の平面アンテナ素子は、誘電基板１１４に（例えば印刷またはエッチングにより）設けられているパッチ電極１１２（またはパッチ素子）を備える。これに関し、誘電基板１１４は、第１の平面アンテナ素子１１０のパッチ電極１１２を構造的に支持する。しかしながら、第１の平面アンテナ素子１１０はこれに関して限定されない。

さらに、アンテナシステム１００の利点は、第１の平面アンテナ素子１１０が、例えば、第１の平面アンテナ素子１１０のシート電極を機械的かつ電気的に支持する給電線により所定の位置に配置されているシート電極を備える構成に等しく当てはまる。

アンテナシステム１００の他の例示的な構成に関し、パッチ電極１１２が上に設けられて第１の平面アンテナ素子１１０を形成する誘電基板１１４が、その電気的大きさを修正する。誘電基板１１４は、ある周波数でパッチ電極１１２により送受信される電磁波の波長に影響する比誘電率ε_γを有する。

より詳細には、第１の平面アンテナ素子１１０の誘電基板１１４の比誘電率ε_γが高いほど、第１の平面アンテナ素子１１０のパッチ電極１１２の電気的大きさが小さくなる。したがって、第１の平面アンテナ素子１１０のパッチ電極１１２は、誘電基板１１４に設けられているため、空気中における（すなわち誘電基板のない）配置と比べて小さい電気的大きさを有する。

一般に、第１の平面アンテナ素子１１０の電気的大きさはその構成に応じて決まり、第１の平面アンテナ素子１１０に対する構造素子の物理的大きさとは異なっていてよい。したがって、第１の平面アンテナ素子１１０および平面非励振素子１３０の電磁結合に関するさらなる考察は、主に両素子の電気的大きさに注目し、これらの物理的大きさには注目しない。

本発明の文脈において、電気的大きさ（または電気的長さ）という用語は、アンテナの導体により放出される電磁波の波長で表したその導体の長さを指すものと理解されたい。言い換えると、導体の電気的大きさはその一定の物理的大きさによって決まるが、その物理的大きさから変化し得る。

有利には、アンテナ利得はアンテナの電気的大きさに比例する。周波数が高いほど、所与の物理的なアンテナの大きさに対してアンテナの電気的大きさを増加させることによって、より多くのアンテナ利得が得られる。したがって、有利なことに、誘電基板１１４に設けられているパッチ電極１１２を含む第１の平面アンテナ素子１１０は、高い周波数でアンテナ利得が増加する。

アンテナシステム１００に関し、同システムは少なくとも１つの第２のアンテナ素子１２０をさらに備える。アンテナシステム１００が単一の第２のアンテナ素子１２０のみを有して示されていても、本発明はこれに関して限定されるものではない。例えば第３の実施形態から明らかになるように、アンテナシステム１００の原理は複数の第２のアンテナ素子を備える構成に等しく当てはまる。

アンテナシステム１００内の第１の平面アンテナ素子１１０と少なくとも１つの第２のアンテナ素子１２０との組合せにより、第１の平面アンテナ素子１１０と少なくとも１つの第２のアンテナ素子１２０とが互いに干渉するため、それぞれの放射パターンに不都合な干渉が生じる。したがって、対応策を取らないと、第１の平面アンテナ素子１１０と少なくとも１つの第２のアンテナ素子１２０との放射パターンは、アンテナシステム１００内のアンテナ素子間の電磁結合によって変形する。

例示として、少なくとも１つの第２のアンテナ素子１２０は折り曲げられた逆Ｆアンテナ素子である。したがって、少なくとも１つの第２のアンテナ素子１２０は、モバイル通信に特に適しており、例えば、３ＧＰＰによって規定されたＭＩＭＯアンテナのためのロングタームエボリューションＬＴＥ仕様に適合する。

アンテナシステム１００のさらなる例示的な構成において、少なくとも１つの第２のアンテナ素子１２０は、第１の平面アンテナ素子１１０よりも低い周波数用に構成される。したがって、少なくとも１つの第２のアンテナ素子１２０は、第１の平面アンテナ素子１１０と比べて大きい電気的大きさを有する。この例示的な構成により、第１の平面アンテナ素子１１０は、これらのアンテナ素子間の電磁結合によって特に変形する。

この例示的な構成に関し、第１の平面アンテナ素子１１０は第１の周波数帯域に適合され、したがって第１の周波数帯域内の周波数の電磁波を送受信することができる。少なくとも１つの第２のアンテナ素子１２０は第２の周波数帯域に適合され、したがって第２の周波数帯域内の周波数の電磁波を送受信することができる。この例示的な構成に関し、第１の周波数帯域は第２の周波数帯域以上である。

第１の平面アンテナ素子１１０および少なくとも１つの第２のアンテナ素子１２０のこの例示的な構成により、少なくとも１つの第２のアンテナ素子１２０の電気的大きさは、結果として得られる第１の平面素子１１０の電気的大きさ以上である。したがって、電気的により短いかまたは等しい大きさの第１の平面アンテナ素子１１０が少なくとも１つの第２のアンテナ素子１２０により不都合な干渉を受けるため、対応策を取らないと、第１の平面アンテナ素子１１０の放射パターンが変形する。

アンテナシステム１００に関し、第１の平面アンテナ素子１１０と少なくとも１つの第２のアンテナ素子１２０とは、１つの（すなわち単一の）軸（例えば図１ａにｘ軸で示す）に沿って配置される。したがって、アンテナシステム１００では、第１の平面アンテナ素子１１０および少なくとも１つの第２のアンテナ素子１２０の放射パターンの指向性、より詳細には、それぞれの放射パターンの方位角θと仰角φとは互いに所定の関係を有する。

特に、第１の平面アンテナ素子１１０および少なくとも１つの第２のアンテナ素子１２０が沿って配置される軸は、アンテナシステム１００の長手方向軸（例えばｘ軸）または横方向軸（例えばｙ軸）に対応し得る。第１のアンテナ素子１１０と少なくとも１つの第２のアンテナ素子１２０とを軸に沿って配置することにより、アンテナシステム１００を、例えば車両の長手方向軸に位置合わせして車両屋根に取り付けることが容易になる。

アンテナシステム１００のさらに例示的な構成において、第１の平面アンテナ素子１１０と少なくとも１つの第２のアンテナ素子１２０とは、互いに対して近接場内に配置される。特に、少なくとも１つの第２のアンテナ素子１２０は、第１の平面アンテナ素子１１０の近接場に配置され、例えば第１の平面アンテナ素子１１０の近接場を画定する。

本発明の文脈において、近接場という用語は、第１の平面アンテナ素子１１０および少なくとも１つの第２のアンテナ素子１２０の各々の周りの領域として理解すべきであり、ここでは放射パターンが第１の平面アンテナ素子１１０および少なくとも１つの第２のアンテナ素子１２０のそれぞれの他方からの干渉による影響に支配される。例えば、第１の平面アンテナ素子１１０および少なくとも１つの第２のアンテナ素子１２０が、放出するようになっている波長λの２分の１よりも短い電気的長さを有する場合、近接場は、半径ｒを有する領域として定義され、ここでｒ＜λである。

さらに、アンテナシステム１００は、第１の平面アンテナ素子１１０の近接場内に配置されている平面非励振素子１３０をさらに備える。特に、第１の平面アンテナ素子１１０と平面非励振素子１３０とはアンテナシステム１００内に配置されて、平面非励振素子１３０が第１の平面アンテナ素子１１０と電磁結合するようになっている。さらに、平面非励振素子１３０は第１の平面アンテナ素子１１０への導波器として働く。

本発明の文脈において、非励振素子（または非励振ラジエータ）という用語は、ＲＦ電源に電気的に接続されない導電性素子として解釈すべきである。したがって、非励振素子は、それ自体が給電線に接続されている別のアンテナ素子と電磁結合することにより、単独で「駆動され」、したがって放射する。

アンテナシステム１００に関し、平面非励振素子１３０は、第１の平面アンテナ素子１１０に略平行に配置される。例えば図１Ｃに示すように、第１の平面アンテナ素子１１０と平面非励振素子１３０とはいずれも、ｘｙ軸により画定された平面で略平行に延びる。これにより、第１の平面アンテナ素子１１０と平面非励振素子１３０との間で十分に強力な電磁結合が実現される。

言い換えると、第１の平面アンテナ素子１１０の広がりにより画定された第１の平面と、平面非励振素子１３０の広がりにより画定された第２の平面とは、互いに略平行である。平面非励振素子１３０と第１の平面アンテナ素子１１０との平行配置に対する公差は、０°〜２°の最大角度偏差の領域にあり、アンテナシステム１００内で２つの素子が不正確に組み立てられることによって生じ得る。

アンテナシステム１００のさらに別の例示的な構成において、平面非励振素子１３０は、アンテナシステム１００のハウジングによって定位置に保持されているシート電極である。言い換えると、アンテナシステム１００のハウジングは、平面非励振素子１３０を機械的に支持し、平面非励振素子１３０が第１の平面アンテナ素子１１０の近接場内に配置されるようにする。

第１の平面アンテナ素子１１０と平面非励振素子１３０とは、互いに対して所定の第１の距離ｄ_１で配置される。（例えば図１Ｃ参照）。言い換えると、平面非励振素子１３０は第１の平面アンテナ素子１１０から所定の第１の距離ｄ_１だけ離間し、この第１の距離により、平面非励振素子１３０と第１の平面アンテナ素子１１０との十分に強力な電磁結合が可能になる。

より詳細には、第１の平面アンテナ素子１１０と平面非励振素子１３０との間の第１の距離ｄ_１により、第１の平面アンテナ素子１１０と平面非励振素子１３０とが、（例えば略）垂直な配置となる。例えば、第１の平面アンテナ素子１１０と平面非励振素子１３０との間の所定の第１の距離ｄ_１は、アンテナシステム１００の垂直軸（例えば図１Ｃのｚ軸）に沿った間隔に相当する。

アンテナシステム１００のさらに例示的な構成において、平面非励振素子１３０の大きさおよび形状と、第１の平面アンテナ素子１１０からの平面非励振素子１３０の第１の距離ｄ_１とは、第１の平面アンテナ素子１１０に従って決定される。特に、平面非励振素子１３０は、適宜決定される物理的大きさ、形状、および第１の距離ｄ_１により、第１の平面アンテナ素子１１０への導波器として働くように構成される。

より詳細には、平面非励振素子１３０が第１の平面アンテナ素子１１０への導波器として働くために、平面非励振素子１３０は、第１の平面アンテナ素子１１０の電気的大きさと比べて小さい電気的大きさを有する。この小さい電気的大きさは、第１の距離ｄ_１による、送信された電磁波の位相ずれを補償するのに有利である。したがって、第１の平面アンテナ素子１１０の電気的大きさの低減量は、第１の距離ｄ_１に応じて決まる。

詳細には、これに関し、様々な素子（すなわち第１の平面アンテナ素子１１０および平面非励振素子１３０）の電気的大きさが、例えば、近接して配置された異なる誘電基板により、それぞれの物理的大きさとは異なることを強調する。

さらにアンテナシステム１００のこの例示的な構成に関し、平面非励振素子１３０は第１の平面アンテナ素子１１０と同じ形状を有する。例示的に、平面非励振素子１３０は角を切り取ったシート電極である。

アンテナシステム１００の例示的な構成において、第１の平面アンテナ素子１１０と平面非励振素子１３０との間の第１の距離ｄ_１はλ／１０〜λ／４であり、λは第１の平面アンテナ素子の波長、特に第１の平面アンテナ素子１１０が適合する第１の周波数帯域の周波数の波長に相当する。

特に、λ／１０である第１の距離ｄ_１により、第１の平面アンテナ素子１１０に対して非励振パッチ素子１３０への誘導電流に小さい位相ずれが生じる。この小さい位相ずれを補償するために、平面非励振素子１３０の電気的大きさを、第１の平面アンテナ素子１１０の電気的大きさと比較してわずかにのみ小さくする。言い換えると、非励振パッチ素子１３０の電気的大きさは、第１の平面アンテナ素子１１０の電気的大きさとほぼ同じである。

逆に、λ／４である第１の距離ｄ_１により、第１の平面アンテナ素子１１０に対して非励振パッチ素子１３０への誘導電流に大きい位相ずれが生じる。この大きい位相ずれを補償するために、平面非励振素子１３０の電気的大きさを、第１の平面アンテナ素子１１０の電気的大きさと比較して実質的に小さくする。言い換えると、この効果を補償するために、非励振パッチ素子１３０の電気的大きさを、第１の平面アンテナ素子１１０の電気的大きさと比べて小さくする。この構成は、空間が限られているアンテナシステムに有利となり得る。

アンテナシステム１００に関し、平面非励振素子１３０の中心は第１の平面アンテナ素子１１０の中心に対して、少なくとも１つの第２のアンテナ素子１２０から離れて第２の方向ｄ_２に、すなわちｘ軸に沿って負の方向にずれる。言い換えると、平面非励振素子１３０の中心と第１の平面アンテナ素子１１０の中心とのずれは、少なくとも１つの第２のアンテナ素子１２０と反対である（すなわちｘ軸上で反対方向の）第２の方向ｄ_２にある。

より詳細には、本実施形態の場合と同様に、アンテナシステムが単一の第２のアンテナ素子１２０のみを備える場合、第２の方向はその単一の第２のアンテナ素子１２０と反対であり、複数の第２のアンテナ素子の場合、第２の方向は、複数の第２のアンテナ素子のうちの、第１の平面アンテナ素子が顕著に干渉する１つと反対である。この場合について、第３の実施形態に関してより詳細に説明する。

有利には、平面非励振素子１３０の中心が第１の平面アンテナ素子１１０の中心に対して少なくとも１つの第２のアンテナ素子１２０から離れる方向ｄ_２にずれるため、同平面非励振素子１３０により、アンテナシステム１００における第１の平面アンテナ素子１１０の放射パターンの変形を低減する。第１の平面アンテナ素子１１０の放射パターンの変形（例えば偏向または変位）は、第１の平面アンテナ素子１１０が少なくとも１つの第２のアンテナ素子１２０と干渉することによる。

特に、アンテナシステム１００における放射パターンの変形を低減する有利な効果が図１Ｂに示され、ここでは模擬放射パターンは第１の平面アンテナ素子１１０のものである。模擬放射パターンは、座標システムのｘ軸およびｙ軸により画定される平面に対して上面図で示される。ｘ軸、ｙ軸、およびｚ軸は、図１Ａ、図１Ｂ、および図１Ｃのすべてにおいて同じ向きを有する。

これに関し、第１の平面アンテナ素子１１０の模擬放射パターンの輪郭はｘｙ平面に対して同心であり、アンテナシステム１００の少なくとも１つの第２のアンテナ素子１２０との干渉によって生じる最低限の変形のみを有することが図１Ｂから容易に理解できる。

要するに、第１の平面アンテナ素子１１０および少なくとも１つの第２のアンテナ素子１２０に加えて、アンテナシステム１００における平面非励振素子１３０の特定の配置により、アンテナシステム１００の個々のアンテナ素子間の干渉が低減するため、それぞれの放射パターンが改良されるという有利な効果が可能になる。

加えて、アンテナシステム１００は、その内部の平面非励振素子１３０の特定の配置により、すなわち第１の平面アンテナ素子１１０または少なくとも１つの第２のアンテナ素子１２０を修正することなくこの有利な効果を達成するため、個々のアンテナ素子のより複雑な設計が不要になる。

アンテナシステム１００の有利な設計は、アンテナシステム１００と同様であるが平面非励振素子１３０を備えていない、図２Ａおよび図２Ｂに示す同様のアンテナシステム２００と比較するとさらに明らかになろう。

特に、図２Ａおよび図２Ｂには、本発明およびその模擬放射パターンの理解に役立つ例示的なアンテナシステム２００の斜視図が示される。アンテナシステム２００は図１Ａのアンテナシステム１００に基づいており、対応する部品は対応する参照符号および用語で示される。簡潔にするために、対応する部品の説明は省略されている。

しかしながら、図示したアンテナシステム２００は、非励振素子１３０を含まないため、アンテナシステム２００に含まれる第１の平面アンテナ素子１１０と少なくとも１つの第２のアンテナ素子１２０とが干渉するという点で、アンテナシステム１００とは異なる。

アンテナシステム２００に非励振素子がないため、図２Ｂに示す第１の平面アンテナ素子１１０の模擬放射パターンは、少なくとも１つの第２のアンテナ素子１２０に向かう方向に変形する。言い換えると、模擬放射パターンの輪郭はｘｙ平面に対して同心でない。代わりに、第１の平面アンテナ素子１１０の模擬放射パターンは、少なくとも１つの第２のアンテナ素子１２０との干渉により、ｘ軸に沿って正の方向を向く。

次に図３Ａおよび図３Ｂを参照すると、本発明の第２の実施形態による例示的なアンテナシステム３００とその模擬放射パターンとの斜視図が示される。特に、図３Ｂの模擬放射パターンは、アンテナシステム３００が備える非励振素子から得られる有利な効果を示す。アンテナシステム３００は図１Ａのアンテナシステム１００に基づいており、対応する部品は対応する参照符号および用語で示される。簡潔にするために、対応する部品の説明は省略されている。

さらに、しかしながら、図示したアンテナシステム３００は、第１の平面アンテナ素子１１０および平面非励振素子１３０に加えて少なくとも１つの異なる第２のアンテナ素子３２０を備えるという点で、アンテナシステム１００とは異なる。

より詳細には、アンテナシステム３００は、第１の平面アンテナ素子１１０と少なくとも１つの第２の平面アンテナ素子３２０とを備え、第１の平面アンテナ素子１１０と少なくとも１つの第２の平面アンテナ素子３２０とは軸、すなわちｘ軸に沿って配置される。さらに、アンテナシステム３００は、第１の平面アンテナ素子１１０の近接場内に配置された平面非励振素子１３０を備える。平面非励振素子１３０は第１の平面アンテナ素子１１０に略平行に配置され、第１の平面アンテナ素子１１０から所定の第１の距離ｄ_１をおいて配置される。

さらに、平面非励振素子１３０の中心は、第１の平面アンテナ素子の中心に対して、少なくとも１つの第２のアンテナ素子１２０から軸に沿って離れる第２の方向ｄ_２に、すなわちｘ軸に沿って正の方向にずれる。これにより、少なくとも１つの第２のアンテナ素子３２０との干渉による、第１の平面アンテナ素子１１０の放射パターンの変形が低減する。

アンテナシステム１００に関して前述した平面非励振素子１３０の配置についての同じ考察が、アンテナシステム２００にも当てはまるため、同じ例示的構成となる。

例示的に、少なくとも１つの異なる第２のアンテナ素子３２０は、平面逆Ｆアンテナ素子である。したがって、少なくとも１つの第２のアンテナ素子３２０は、モバイル通信に特に適しており、例えば、ロングタームエボリューション、ＬＴＥ、３ＧＰＰで規定されたＭａｉｎアンテナの仕様に適合する。

要するに、第１の平面アンテナ素子１１０および少なくとも１つの第２のアンテナ素子３２０に加えて、アンテナシステム３００における平面非励振素子１３０の特定の配置により、アンテナシステム３００の個々のアンテナ素子間の干渉が低減するため、それぞれの放射パターンが改良されるという有利な効果が可能になる。

加えて、アンテナシステム３００は、その内部の平面非励振素子１３０の特定の配置により、すなわち第１の平面アンテナ素子１１０または少なくとも１つの第２のアンテナ素子３２０を修正することなくこの効果を達成するため、個々のアンテナ素子のより複雑な設計が不要になる。

特に、アンテナシステム３００における放射パターンの変形を低減する有利な効果が図３Ｂに示され、ここでは模擬放射パターンは第１の平面アンテナ素子１１０のものである。模擬放射パターンは、座標システムのｘ軸およびｙ軸により画定される平面に対して上面図で示される。ｘ軸、ｙ軸、およびｚ軸は、図３Ａおよび図３Ｂのすべてにおいて同じ向きを有する。

アンテナシステム３００の有利な効果は、同様のアンテナシステム４００と比較するとさらに明らかになろう。図４Ａおよび図４Ｂは、本発明およびその模擬放射パターンの理解に役立つ例示的なアンテナシステム４００の斜視図である。アンテナシステム４００は図３Ａのアンテナシステム３００に基づいており、対応する部品は対応する参照符号および用語で示される。簡潔にするために、対応する部品の説明は省略されている。

アンテナシステム４００に非励振素子がないため、図４Ｂに示す第１の平面アンテナ素子１１０の模擬放射パターンは、少なくとも１つの第２のアンテナ素子１２０に向かう方向に、すなわちｘ軸に沿って負の方向に変形する。言い換えると、模擬放射パターンの輪郭はｘｙ平面に対して同心でない。

次に図５Ａおよび図５Ｂを参照すると、本発明の第３の実施形態による例示的なアンテナシステム５００とその模擬放射パターンとの斜視図が示される。特に、図５Ｂの模擬放射パターンは、アンテナシステム５００が備える非励振素子により得られる有利な効果を示す。アンテナシステム５００は図１Ａおよび図３Ａのアンテナシステム１００、３００に基づいており、対応する部品は対応する参照符号および用語で示される。簡潔にするために、対応する部品の説明は省略されている。

さらに、しかしながら、図示したアンテナシステム５００は、第１の平面アンテナ素子１１０および平面非励振素子１３０に加えて複数の第２のアンテナ素子１２０、３２０を備えるという点でアンテナシステム１００、３００とは異なる。

より詳細には、アンテナシステム５００は、第１の平面アンテナ素子１１０と複数の第２の平面アンテナ素子１２０、３２０とを備え、第１の平面アンテナ素子１１０と複数の第２の平面アンテナ素子１２０、３２０とは軸、すなわち図５Ａのｘ軸に沿って配置されて、第１の平面アンテナ素子が複数の第２のアンテナ素子１２０、３２０のうちの２つの間に配置されるようになっている。

さらに、アンテナシステム５００は、第１の平面アンテナ素子１１０の近接場内に配置された平面非励振素子１３０を備える。平面非励振素子１３０は第１の平面アンテナ素子１１０に略平行に配置され、第１の平面アンテナ素子１１０から所定の第１の距離ｄ_１をおいて配置される。

さらに、平面非励振素子１３０の中心は、第１の平面アンテナ素子１１０の中心に対して、複数の第２のアンテナ素子１２０、３２０のうちの顕著に干渉する１つから軸に沿って離れる第２の方向ｄ_２に、すなわちｘ軸に沿って正の方向にずれる。これにより、少なくとも１つの第２のアンテナ素子１２０との干渉による第１の平面アンテナ素子１１０の放射パターンが低減する。

アンテナシステム５００の例示的な構成において、複数の第２のアンテナ素子１２０、３２０のうちのその１つが第１の平面アンテナ素子１１０と顕著に干渉し、この第２のアンテナ素子は第１の平面アンテナ素子１１０との最も強い電磁結合を有する。そのような強い電磁結合は、例えば、第１の平面アンテナ素子１１０と複数の第２のアンテナ素子１２０、３２０のそれぞれとの間の同様の大きさ、形状、またはより小さい距離によって生じ得る。加えて、第１の平面アンテナ素子１１０が間に配置される２つの第２のアンテナ素子１２０、３２０が、異なる大きさ、形状を有し、または第１の平面アンテナ素子１１０から異なる距離を置いて配置されることを規定すると、両方の第２のアンテナ素子１２０、３２０が第１の平面アンテナ素子１１０に等しく干渉して顕著な第２のアンテナ素子がない場合が排除される。

アンテナシステム１００に関して前述した、平面非励振素子１３０の配置についての同じ考察がアンテナシステム５００にも当てはまるため、同じ例示的構成となる。

要するに、第１の平面アンテナ素子１１０および複数の第２のアンテナ素子１２０、３２０に加えて、アンテナシステム５００における平面非励振素子１３０の特定の配置により、アンテナシステム５００の個々のアンテナ素子間の干渉が低減するため、それぞれの放射パターンが改良されるという有利な効果が可能になる。

加えて、アンテナシステム５００は、その内部の平面非励振素子１３０の特定の配置により、すなわち第１の平面アンテナ素子１１０または複数の第２のアンテナ素子１２０、３２０を修正することなくこの効果を達成するため、個々のアンテナ素子のより複雑な設計が不要になる。

特に、アンテナシステム５００における放射パターンの変形を低減する有利な効果が図５Ｂに示され、ここでは模擬放射パターンは第１の平面アンテナ素子１１０のものである。模擬放射パターンは、座標システムのｘ軸およびｙ軸により画定される平面に対して上面図で示される。ｘ軸、ｙ軸、およびｚ軸は、図５Ａおよび図５Ｂのすべてにおいて同じ向きを有する。

アンテナシステム５００の有利な効果は、同様のアンテナシステム６００と比較するとさらに明らかになろう。図６Ａおよび図６Ｂは、本発明およびその模擬放射パターンの理解に役立つ例示的なアンテナシステム６００の斜視図である。

アンテナシステム６００は図５Ａのアンテナシステム５００に基づいており、対応する部品は対応する参照符号および用語で示される。簡潔にするために、対応する部品の説明は省略されている。

アンテナシステム６００に非励振素子がないため、図６Ｂに示す第１の平面アンテナ素子１１０の模擬放射パターンは、少なくとも１つの第２のアンテナ素子１２０に向かう方向、すなわちｘ軸に沿って負の方向に変形する。言い換えると、模擬放射パターンの輪郭はｘｙ平面に対して同心でない。

最後に、様々な実施形態の前述したアンテナシステムの各々が、車両屋根で使用されるアンテナモジュールに備えられてもよい。このために、好ましくは、アンテナモジュールは、アンテナシステムに加えて、アンテナシステムを外部の影響から保護するハウジングと、アンテナシステムを上に配置するためのベースと、アンテナ整合回路と、外部からアンテナシステムの第１のアンテナ素子および第２のアンテナ素子へ電気信号を送信し、第１のアンテナ素子および第２のアンテナ素子から電気信号を受信するための電気接続部とを備える。さらに、車両屋根は、アンテナシステムの第１の平面アンテナ素子および第２のアンテナ素子に対するグランドプレーンを提供する。

１００、２００、３００、４００、５００、６００ アンテナシステム
１１０ 第１の平面アンテナ素子
１１２ パッチ電極
１１４ 誘電基板
１２０、３２０ 第２のアンテナ素子
１３０ 平面非励振素子

Claims (15)

1. 第１の平面アンテナ素子（１１０）と、
   少なくとも１つの第２のアンテナ素子（１２０；３２０）とを備え、
   前記第１の平面アンテナ素子と前記少なくとも１つの第２のアンテナ素子とは軸に沿って配置される、アンテナシステムであって、
   前記アンテナシステムは、前記第１の平面アンテナ素子の近接場内に配置されている平面非励振素子（１３０）をさらに備え、
   前記平面非励振素子は、前記第１の平面アンテナ素子に略平行に配置され、かつ前記第１の平面アンテナ素子から所定の距離（ｄ１）をおいて配置され、
   前記第１の平面アンテナ素子と前記平面非励振素子は、それぞれの投影面が重なるように配置され、
   前記平面非励振素子の中心は、前記第１の平面アンテナ素子の中心に対して前記少なくとも１つの第２のアンテナ素子から前記軸に沿って離れる方向（ｄ２）にずれて、前記少なくとも１つの第２のアンテナ素子との干渉による前記第１の平面アンテナ素子の放射パターンの変形を低減する、
   アンテナシステム。
2. 前記少なくとも１つの第２のアンテナ素子の各々は、前記第１の平面アンテナ素子の近接場内に配置されている、
   請求項１に記載のアンテナシステム。
3. 前記第１の平面アンテナ素子は円偏波を有する電磁波を送受信することができる、
   請求項１または２に記載のアンテナシステム。
4. 前記第１の平面アンテナ素子は角を切り取った矩形のパッチアンテナ素子である、
   請求項１から３のいずれか一項に記載のアンテナシステム。
5. 前記平面非励振素子の大きさおよび形状ならびに前記第１の平面アンテナ素子からの距離は、前記第１の平面アンテナ素子に従って決定され、かつ／または前記平面非励振素子にはＲＦ電源との電気接続部がない、
   請求項１から４のいずれか一項に記載のアンテナシステム。
6. 前記平面非励振素子は、前記第１の平面アンテナ素子からの距離に従って決定される前記第１の平面アンテナ素子の電気的大きさと比べて小さい電気的大きさを有する、
   請求項１から５のいずれか一項に記載のアンテナシステム。
7. 前記平面非励振素子は前記第１の平面アンテナ素子と同じ形状を有する、
   請求項１から６のいずれか一項に記載のアンテナシステム。
8. 前記第１の平面アンテナ素子からの前記平面非励振素子の距離はλ／１０〜λ／４であり、λは前記第１の平面アンテナ素子の波長に相当する、
   請求項１から７のいずれか一項に記載のアンテナシステム。
9. 前記第１の平面アンテナ素子は第１の周波数帯域に適合され、前記少なくとも１つの第２のアンテナ素子は第２の周波数帯域に適合され、前記第１の周波数帯域は前記第２の周波数帯域以上である、
   請求項１から８のいずれか一項に記載のアンテナシステム。
10. 前記第１の平面アンテナ素子は、誘電基板（１１４）に設けられているパッチ電極（１１２）を備える、
    請求項１から９のいずれか一項に記載のアンテナシステム。
11. 前記平面非励振素子は、前記アンテナシステムのハウジングによって定位置に保持されているシート電極である、
    請求項１から１０のいずれか一項に記載のアンテナシステム。
12. 前記少なくとも１つの第２のアンテナ素子は、逆Ｆアンテナ素子および／または折り曲げられた逆Ｆアンテナ素子である、
    請求項１から１１のいずれか一項に記載のアンテナシステム。
13. 複数の第２のアンテナ素子が前記アンテナシステムに含まれ、
    前記第１の平面アンテナ素子が前記複数の第２のアンテナ素子のうちの２つの間に配置され、
    前記第１の平面アンテナ素子が間に配置されている前記２つの第２のアンテナ素子が、互いに異なる大きさ、形状を有するか、または前記第１の平面アンテナ素子から異なる距離をおいて配置されている場合に、
    前記平面非励振素子の中心は、前記第１の平面素子の中心に対して、前記複数の第２の平面アンテナ素子のうちの、前記第１の平面アンテナ素子に顕著に干渉する１つから離れる方向にずれる、
    請求項１から１２のいずれか一項に記載のアンテナシステム。
14. 前記第１の平面アンテナ素子の中心および前記少なくとも１つの第２のアンテナ素子の各々の下部中心は前記軸上に配置されている、
    請求項１から１３のいずれか一項に記載のアンテナシステム。
15. 車両の屋根で使用するためのアンテナモジュールであって、
    請求項１から１４のいずれか一項に記載のアンテナシステムを備え、
    前記軸が前記車両の長手方向軸に位置合わせされ、
    前記車両の前記屋根は、前記第１の平面アンテナ素子および前記少なくとも１つの第２のアンテナ素子に対するグランドプレーンを提供するアンテナモジュール。

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