JP6837932B2 - アンテナ - Google Patents

Description

本発明は、アンテナに関する。

従来、移動体通信用の基地局では、所望の方向における電波の強度を高めるために、反射板を備えるアンテナが用いられることがある。たとえば、特許文献１（特開２００６−２２９３３７号公報）には、電波の送受信を行うアンテナ素子と、指向性を調整するための反射板とを備えるアンテナが開示されている。

特開２００６−２２９３３７号公報

また、周波数の利用効率の向上および電波の不感地帯の減少のためにカバーエリアの狭い基地局が設置される場合、多数の基地局の設置が必要である。このため、設置場所を確保しやすい小型のアンテナであって、かつ高い利得を実現することのできるアンテナが望まれている。

この発明は、上述の課題を解決するためになされたもので、その目的は、高い利得を実現することのできる小型のアンテナを提供することである。

（１）上記課題を解決するために、この発明のある局面に係わるアンテナは、１つ以上のアンテナ素子と、前記アンテナ素子により送信または受信される電波を反射する反射板と、複数のユニットセルを含む第１のユニットセル群とを備え、前記ユニットセルは、周回する形状の外導体と、前記外導体の内側に設けられた内導体と、前記外導体と前記内導体との間に形成され、周回する形状のスロットとを含み、前記第１のユニットセル群の形状は、開放された形状であり、前記第１のユニットセル群と前記反射板との間に前記アンテナ素子が設けられる。

本発明によれば、小型のアンテナで高い利得を実現することができる。

図１は、本発明の第１の実施の形態に係るアンテナを示す図である。 図２は、図１に示す反射板と周波数選択板との間に設けられるアンテナ素子の構成を示す図である。 図３は、図１に示すアンテナをＺ軸に沿って見た平面図である。 図４は、図１に示す周波数選択板におけるユニットセルを示す図である。 図５は、比較例に係るアンテナを示す図である。 図６Ａは、比較例に係るアンテナの水平面指向性を示す図である。 図６Ｂは、比較例に係るアンテナの垂直面指向性を示す図である。 図７Ａは、本発明の第１の実施の形態に係るアンテナの水平面指向性を示す図である。 図７Ｂは、本発明の第１の実施の形態に係るアンテナの垂直面指向性を示す図である。 図８は、本発明の第１の実施の形態に係るアンテナ素子とユニットセルとの距離による利得の変化を示すグラフである。 図９は、本発明の第２の実施の形態に係るアンテナを示す図である。 図１０は、図９に示すアンテナをＺ軸に沿って見た平面図である。 図１１Ａは、本発明の第２の実施の形態に係るアンテナの水平面指向性を示す図である。 図１１Ｂは、本発明の第２の実施の形態に係るアンテナの垂直面指向性を示す図である。 図１２は、本発明の第３の実施の形態に係るアンテナを示す図である。 図１３は、図１２に示すアンテナをＺ軸に沿って見た平面図である。 図１４は、図１３に示すＸＩＶ−ＸＩＶ線に沿った断面を示す断面斜視図である。 図１５Ａは、本発明の第３の実施の形態に係るアンテナの水平面指向性を示す図である。 図１５Ｂは、本発明の第３の実施の形態に係るアンテナの垂直面指向性を示す図である。 図１６は、本発明の第４の実施の形態に係るアンテナを示す図である。 図１６に示すアンテナをＺ軸に沿って見た平面図である。 本発明の第４の実施の形態に係るアンテナの水平面指向性を示す図である。 図１８Ｂは、本発明の第４の実施の形態に係るアンテナの垂直面指向性を示す図である。 図１９は、本発明の第５の実施の形態に係るアンテナを示す図である。 図２０は、図１９に示すアンテナをＺ軸に沿って見た平面図である。 図２１Ａは、本発明の第５の実施の形態に係るアンテナの水平面指向性を示す図である。 図２１Ｂは、本発明の第５の実施の形態に係るアンテナの垂直面指向性を示す図である。 図２２は、本発明の第６の実施の形態に係るアンテナを示す図である。 図２３は、図２２に示すアンテナをＺ軸に沿って見た平面図である。 図２４Ａは、本発明の第６の実施の形態に係るアンテナの水平面指向性を示す図である。 図２４Ｂは、本発明の第６の実施の形態に係るアンテナの垂直面指向性を示す図である。 図２５は、本発明の第１〜第６の実施の形態に係るアンテナと、比較例に係るアンテナとの比較結果を示す図である。 図２６は、本発明の第１〜第６の実施の形態に係るアンテナにおけるアンテナ素子の変形例を示す図である。

最初に、本発明の実施形態の内容を列記して説明する。

（１）本発明の実施の形態に係るアンテナは、１つ以上のアンテナ素子と、前記アンテナ素子により送信または受信される電波を反射する反射板と、複数のユニットセルを含む第１のユニットセル群とを備え、前記ユニットセルは、周回する形状の外導体と、前記外導体の内側に設けられた内導体と、前記外導体と前記内導体との間に形成され、周回する形状のスロットとを含み、前記第１のユニットセル群の形状は、開放された形状であり、前記第１のユニットセル群と前記反射板との間に前記アンテナ素子が設けられる。

このような構成により、アンテナの主放射方向においてビーム幅を絞り、利得を向上させることができる。したがって、小型のアンテナで高い利得を実現することができる。また、アンテナを小型化することができるため、たとえば、設置場所の確保の容易化、設置作業の容易化、およびアンテナが取り付けられるポール等の部品の小型化を実現することができる。

（２）好ましくは、前記アンテナ素子と前記ユニットセルとの距離は、前記電波の自由空間における波長の０．６５倍以下の長さである。

このような長さに設定されることにより、利得をより確実に向上させることができる。

（３）好ましくは、前記外導体および前記スロットの大きさは、利得を向上すべき周波数に基づいて設定されている。

このような構成により、利得を向上すべき周波数に応じた適切な形状のユニットセルを実現することができる。

（４）好ましくは、前記アンテナは、さらに、複数の前記ユニットセルを含む板状の第２のユニットセル群と、複数の前記ユニットセルを含む板状の第３のユニットセル群とを備え、前記第２のユニットセル群および前記第３のユニットセル群は、前記アンテナ素子を挟んで対向し、前記第２のユニットセル群および前記第３のユニットセル群の各々の主表面の延在方向は、前記反射板の法線方向に沿っている。

このように、複数の方向にユニットセルが設けられる構成により、アンテナの主放射方向におけるビーム幅をより一層絞ることができるため、利得をより一層向上させることができる。

（５）好ましくは、前記アンテナは、さらに、複数の前記ユニットセルを含む板状の第４のユニットセル群を備え、前記アンテナ素子は複数設けられ、前記第４のユニットセル群は、複数の前記アンテナ素子の間に設けられる。

このような構成により、複数のアンテナ素子の間の空間においてもビーム幅を絞ることができるため、利得をより一層向上させることができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。また、以下に記載する実施の形態の少なくとも一部を任意に組み合わせてもよい。

＜第１の実施の形態＞
［全体構成］
図１は、本発明の第１の実施の形態に係るアンテナを示す図である。図２は、図１に示す反射板と周波数選択板との間に設けられるアンテナ素子の構成を示す図である。

図１および図２を参照して、アンテナ２０１は、たとえば、携帯電話などの移動端末との間で無線通信を行う基地局のアンテナとして用いられる。アンテナ２０１は 、反射板１１と、周波数選択板（ＦＳＳ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ Ｓｕｒｆａｃｅ））（第１のユニットセル群）１２と、反射板１１と周波数選択板１２との間に設けられるアンテナ素子１３とを備える。

アンテナ２０１による電波の主放射方向をＸ軸の正の方向とすると、周波数選択板１２は、アンテナ素子１３に対してＸ軸の正の方向に設けられ、反射板１１は、アンテナ素子１３に対してＸ軸の負の方向に設けられる。以下、Ｘ軸の正側を「前方」とも称し、Ｘ軸の負側を「後方」とも称する。

また、アンテナ２０１の側方をＹ軸方向とし、アンテナ２０１の上下の方向をＺ軸方向とする。反射板１１の主表面、および周波数選択板１２の主表面は、いずれも、ＹＺ平面に平行である。

アンテナ素子１３は、たとえばダイポールアンテナであり、Ｚ軸方向に沿って延びる。ここでは、一例として、アンテナ素子１３は９つ設けられており、９つのアンテナ素子１３は３行３列の行列状に配列されている。すなわち、９つのアンテナ素子１３は、Ｚ軸に沿う方向およびＹ軸に沿う方向に、それぞれ３個ずつ配列されている。

なお、アンテナ素子１３は、電波の送信および受信のいずれか一方を行う装置に用いられてもよい。また、アンテナ素子１３は、ダイポールアンテナに限らず、パッチアンテナまたはスロットアンテナなどであってもよい。

反射板１１は、アンテナ素子１３により送受信される電波を反射する。

周波数選択板１２は、所定の周波数帯域の電波を通過または反射させる特性、すなわちＦＳＳ特性を有する。たとえば、周波数選択板１２は、３．５ＧＨｚ帯の電磁波を通過させるＦＳＳ特性を有する。

また、周波数選択板１２は、複数のユニットセル６を含み、開放された形状を有する。ここでは、一例として、ユニットセル６が１１行１１列の行列状かつ開いた板状に隙間なく配列されることにより、周波数選択板１２が形成されている。なお、周波数選択板１２は、板が多少湾曲した形状を有してもよい。

複数のユニットセル６の配列は、図１に示すような配列に限らず、行および列におけるユニットセル６の数が異なってもよい。

図３は、図１に示すアンテナをＺ軸に沿って見た平面図である。すなわち、図３は、アンテナ２０１をＺ軸に沿って上から下へ見た平面図である。

図３を参照して、アンテナ２０１は、反射板１１、周波数選択板１２およびアンテナ素子１３に加えて、さらに、雨または風などからアンテナ素子１３を保護するレドーム１４を備える。

レドーム１４は、繊維強化プラスチック（ＦＲＰ（Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃｓ））またはＡＢＳ樹脂（アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン樹脂）などの材質により形成されている。レドーム１４は、たとえば、アンテナ素子１３の前方および側方を覆うように設けられている。

周波数選択板１２における各ユニットセル６は、たとえば、レドーム１４の前方の主表面および後方の主表面のうちの少なくともいずれか一方に取り付けられている。図３では、一例として、各ユニットセル６は、レドーム１４の前方の主表面に取り付けられている。なお、ユニットセル６は、レドーム１４の内部に設けられてもよい。

また、ユニットセル６は、レドーム１４に取り付けられる代わりに、たとえば、樹脂により形成されたスペーサなどを介して、反射板１１に取り付けられてもよい。

アンテナ素子１３とユニットセル６との距離Ｌ１は、たとえば、アンテナ素子１３により送受信される電波の自由空間における波長λの約０．３５倍の長さに設定されている。距離Ｌ１の詳細については、後述する。

［ユニットセル］
図４は、図１に示す周波数選択板におけるユニットセルを示す図である。

図４を参照して、ユニットセル６は、たとえば、ガラスエポキシなどの材質により形成された板状の誘電体５と、誘電体５の前方の主表面５ａに形成された、周回する形状のループ外導体７と、ループ外導体７の内側に、ループ外導体７に対して間隔を隔てて形成された内導体８と、ループ外導体７と内導体８との間に形成され、周回する形状のループスロット９とを有する。複数のユニットセル６は、一例として、図４に示すユニットセル６と共通の形状を有する。

誘電体５の前方の主表面５ａには、銅箔、真鍮箔またはアルミ箔などの金属箔が接合されている。そして、当該金属箔がエッチング加工されることにより誘電体５の前方の主表面５ａが一部露出しており、誘電体５の露出部分がループスロット９に相当する。誘電体５の前方の主表面５ａにおいて、ループ外導体７、内導体８およびループスロット９は、各々の外形および内形が正方形状に形成されている。

ループ外導体７の外周の一辺の長さＬ２１、ループスロット９の外周の一辺の長さＬ２２、およびループスロット９の幅Ｗは、利得を向上すべき周波数に基づいて設定されている。たとえば、利得を向上すべき周波数が高いほど、長さＬ１、長さＬ２、および幅Ｗが大きく設定される。

なお、ユニットセル６は、たとえば、金属箔をエッチング加工されることにより形成されるものに限らない。たとえば、ユニットセル６は、金属ペーストが誘電体５に印刷されることにより形成されてもよいし、予めループ外導体７および内導体８の各形状に形成された金属箔が誘電体５に貼り付けられることにより形成されてもよい。

また、誘電体５の前方の主表面５ａにおいて、ループスロット９の外形および内形の形状は、正方形状に限らず、円形状、正三角形状、または楕円形状などであってもよい。

また、図４では、誘電体５の前方の主表面５ａに、ループ外導体７、内導体８およびループスロット９が形成されているが、誘電体５の前方の主表面５ａおよび後方の主表面５ｂのうちの少なくともいずれか一方に、ループ外導体７、内導体８およびループスロット９が形成されていればよい。

また、ユニットセル６は、誘電体５を有していない構成であってもよい。この場合、たとえば、レドーム１４の主表面に金属箔が直接接合され、当該金属箔がエッチング加工されることにより、ループ外導体７、内導体８およびループスロット９が形成されている。

［アンテナの指向性］
次に、上記のように構成されたアンテナ２０１の指向性について説明する。まず、比較例に係るアンテナ３０１の指向性について説明する。

（比較例に係るアンテナの指向性）
図５は、比較例に係るアンテナを示す図である。

図５を参照して、比較例に係るアンテナ３０１は、反射板１１１と、９つのアンテナ素子１１３と、図示しないレドームとを備える。９つのアンテナ素子１１３は、図２に示す本発明の第１の実施の形態に係る９つのアンテナ素子１３と同様に、３行３列の行列状に配列されている。

すなわち、比較例に係るアンテナ３０１は、図１に示す周波数選択板１２を備えない点を除いて、上述した本発明の第１の実施の形態に係るアンテナ２０１と同様の構成である。

図６Ａは、比較例に係るアンテナの水平面指向性を示す図である。図６Ｂは、比較例に係るアンテナの垂直面指向性を示す図である。

図６Ａを参照して、比較例に係るアンテナ３０１の水平面指向性、すなわちＸＹ平面における指向性では、０°方向におけるビーム幅が「２４．１°」であり、サイドローブが「−１２．５ｄＢ」である。そして、主放射方向における利得は、「１７．３ｄＢｉ」である。

また、図６Ｂを参照して、比較例に係るアンテナ３０１の垂直面指向性、すなわちＸＺ平面における指向性では、９０°方向におけるビーム幅が「２４．４°」であり、サイドローブが「−１４．２ｄＢ」である。

（本発明の第１の実施の形態に係るアンテナの指向性）
図７Ａは、本発明の第１の実施の形態に係るアンテナの水平面指向性を示す図である。図７Ｂは、本発明の第１の実施の形態に係るアンテナの垂直面指向性を示す図である。

上述のとおり、本発明の第１の実施の形態に係るアンテナ２０１は、図５に示す比較例に係るアンテナ３０１と比較して、アンテナ素子１３の前方に設けられる周波数選択板１２を備える。このようなアンテナ２０１の指向性は、図７に示すような結果となる。

すなわち、図７Ａを参照して、アンテナ２０１の水平面指向性、すなわちＸＹ平面における指向性では、０°方向におけるビーム幅が「２３．８°」であり、サイドローブが「−１３．２ｄＢ」である。そして、主放射方向における利得は、「１８．１ｄＢｉ」である。

また、図７Ｂを参照して、アンテナ２０１の垂直面指向性、すなわちＸＺ平面における指向性では、９０°方向におけるビーム幅が「２０．５°」であり、サイドローブが「−１４．４ｄＢ」である。

このように、アンテナ２０１では、前方におけるビーム幅が絞られることにより、比較例に係るアンテナ３０１と比較して、利得を「０．８ｄＢ」向上させることができる。

［アンテナ素子とユニットセルとの距離］
再び図３を参照して、アンテナ素子１３とユニットセル６との距離Ｌ１に応じて、アンテナ２０１の主放射方向における利得が変化する。

図８は、本発明の第１の実施の形態に係るアンテナ素子とユニットセルとの距離による利得の変化を示すグラフである。図８に示すグラフの、縦軸は利得［ｄＢｉ］を示し、横軸はアンテナ素子１３とユニットセル６との距離Ｌ１を示す。

図８に示すグラフの横軸は、距離Ｌ１が、アンテナ素子１３により送受信される電波の自由空間における波長λと同じ長さである場合を基準としている。たとえば、横軸の「０．５」は、距離Ｌ１が波長λの０．５倍の長さであることを示す。

図８を参照して、距離Ｌ１が波長λの約０．６５倍の長さである場合、利得は「１７．３ｄＢｉ」となり、図５に示す比較例に係るアンテナ３０１による利得とほぼ同じ値となる。

そして、距離Ｌ１が波長λの約０．６５倍以下の長さである場合、利得は「１７．３ｄＢｉ」より大きい値となる。一方、距離Ｌ１が波長λの約０．６５倍より長い場合、利得は「１７．３ｄＢｉ」より小さい値となる。このため、図４に示すユニットセル６は、アンテナ素子１３との距離Ｌ１が波長λの０．６５倍以下の長さとなるように設けられることが好ましい。

また、図８に示すグラフでは、距離Ｌ１が波長λの約０．２倍の長さである場合、利得が最も大きい値となる。このため、ユニットセル６は、アンテナ素子１３との距離Ｌ１が波長λの約０．２倍の長さとなるように設けられることが、より好ましい。

ところで、周波数の利用効率の向上および電波の不感地帯の減少のためにカバーエリアの狭い基地局が設置される場合、多数の基地局の設置が必要である。このため、設置場所を確保しやすい小型のアンテナであって、かつ高い利得を実現することのできるアンテナが望まれている。

これに対して、本発明の第１の実施の形態に係るアンテナ２０１は、１つ以上のアンテナ素子１３と、アンテナ素子１３により送信または受信される電波を反射する反射板１１と、複数のユニットセル６を含む周波数選択板１２とを備える。ユニットセル６は、周回する形状のループ外導体７と、ループ外導体７の内側に設けられた内導体８と、ループ外導体７と内導体８との間に形成され、周回する形状のループスロット９とを含む。周波数選択板１２の形状は、開放された形状である。そして、周波数選択板１２と反射板１１との間にアンテナ素子１３が設けられる。

このような構成により、アンテナ２０１の主放射方向においてビーム幅を絞り、利得を向上させることができる。したがって、小型のアンテナで高い利得を実現することができる。また、アンテナ２０１を小型化することができるため、たとえば、設置場所の確保の容易化、設置作業の容易化、およびアンテナ２０１が取り付けられるポール等の部品の小型化を実現することができる。

また、本発明の実施の第１の形態に係るアンテナ２０１では、アンテナ素子１３とユニットセル６との距離Ｌ１は、電波の自由空間における波長λの０．６５倍以下の長さである。

このような長さに設定されることにより、利得をより確実に向上させることができる。

また、本発明の実施の第１の形態に係るアンテナ２０１では、ループ外導体７およびループスロット９の大きさは、利得を向上すべき周波数に基づいて設定されている。

このような構成により、利得を向上すべき周波数に応じた適切な形状のユニットセル６を実現することができる。

次に、本発明の他の実施の形態について図面を用いて説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。

＜第２の実施の形態＞
上述した本発明の第１の実施の形態では、アンテナ素子１３の前方に周波数選択板１２を設ける。これに対して、本発明の第２の実施の形態では、アンテナ素子の前方に加えて、さらに、アンテナ素子の側方、上方および下方においても周波数選択板を設ける。

［全体構成］
図９は、本発明の第２の実施の形態に係るアンテナを示す図である。図１０は、図９に示すアンテナをＺ軸に沿って見た平面図である。すなわち、図１０は、アンテナ２０２をＺ軸に沿って上から下へ見た平面図である。図１０では、アンテナ２０２の内部の構成を示すため、図９に示す周波数選択板２２の上板２２ｄを示していない。

図９および図１０を参照して、本発明の第２の実施の形態に係るアンテナ２０２は、図１に示すアンテナ２０１と同様に、反射板２１と、周波数選択板２２と、アンテナ素子２３とを備える。反射板２１およびアンテナ素子２３は、図２に示す反射板１１およびアンテナ素子１３と同様の構成である。

周波数選択板２２は、図１に示す周波数選択板１２と同様に、たとえば、３．５ＧＨｚ帯の電磁波を通過させるＦＳＳ特性を有している。また、周波数選択板２２は、前板（第１のユニットセル群）２２ａと、第１側板（第２のユニットセル群）２２ｂと、第２側板（第３のユニットセル群）２２ｃと、上板（第２のユニットセル群）２２ｄと、下板（第３のユニットセル群）２２ｅとを有する。

前板２２ａは、ＹＺ平面に沿って延びる板形状を有し、アンテナ素子２３の前方に設けられる。

第１側板２２ｂおよび第２側板２２ｃは、各々の主表面が反射板２１の法線方向に延び、かつアンテナ素子２３を挟んで対向する。具体的には、第１側板２２ｂおよび第２側板２２ｃは、ＸＺ平面に沿って延びる板形状を有し、アンテナ素子２３の側方にそれぞれ設けられる。

上板２２ｄおよび下板２２ｅは、各々の主表面が反射板２１の法線方向に延び、かつアンテナ素子２３を挟んで対向する。具体的には、上板２２ｄおよび下板２２ｅは、ＸＹ平面に沿って延びる板形状を有し、アンテナ素子２３の上方および下方にそれぞれ設けられる。なお、前板２２ａ、第１側板２２ｂ、第２側板２２ｃ、上板２２ｄおよび下板２２ｅは、板が多少湾曲した形状を有してもよい。

前板２２ａは、１１行１１列の行列状に配列されたユニットセル２６を含む。第１側板２２ｂおよび第２側板２２ｃは、それぞれ、列方向に配列された１１個のユニットセル２６を含む。上板２２ｄおよび下板２２ｅは、それぞれ、行方向に配列された１１個のユニットセル２６を含む。

なお、周波数選択板２２の各板におけるユニットセル２６の配列は、図９に示すような配列に限らない。たとえば、前板２２ａにおいて、列方向に配列されるユニットセル２６の数と行方向に配列されるユニットセル２６の数とが異なってもよい。

また、第１側板２２ｂ、第２側板２２ｃ、上板２２ｄおよび下板２２ｅのうちの少なくともいずれか１つは、Ｘ軸に沿って配列される複数のユニットセル２６を含む構成であってもよい。

また、周波数選択板２２は、第１側板２２ｂ、第２側板２２ｃ、上板２２ｄおよび下板２２ｅのうちの少なくともいずれか１つを含まない構成であってもよい。

しかしながら、周波数選択板２２が第１側板２２ｂおよび第２側板２２ｃのうちのいずれか一方を含まない場合、電波の主放射方向をアンテナ２０２の前方に向けることが困難である。また、周波数選択板２２が上板２２ｄおよび下板２２ｅのうちのいずれか一方を含まない場合も同様に、電波の主放射方向をアンテナ２０２の前方に向けることが困難である。このため、周波数選択板２２の構成は、左右対称および上下対称の構成であることが好ましい。

［アンテナの指向性］
図１１Ａは、本発明の第２の実施の形態に係るアンテナの水平面指向性を示す図である。図１１Ｂは、本発明の第２の実施の形態に係るアンテナの垂直面指向性を示す図である。

図１１を参照して、アンテナ２０２の水平面指向性、すなわちＸＹ平面における指向性では、０°方向におけるビーム幅が「２３．０°」であり、サイドローブが「−１３．３ｄＢ」である。そして、主放射方向における利得は、「１８．３ｄＢｉ」である。

また、アンテナ２０２の垂直面指向性、すなわちＸＺ平面における指向性では、９０°方向におけるビーム幅が「２０．４°」であり、サイドローブが「−１４．３ｄＢ」である。

このように、アンテナ２０２では、アンテナ素子２３の前方、側方、上方および下方におけるビーム幅が絞られることにより、図５に示す比較例に係るアンテナ３０１と比較して利得を「１．０ｄＢ」向上させることができる。

その他の構成は第１の実施の形態と同様であるため、ここでは詳細な説明を繰り返さない。

上記のように、本発明の第２の実施の形態に係るアンテナ２０２は、複数のユニットセル２６を含む第１側板２２ｂと、複数のユニットセル２６を含む第２側板２２ｃと、複数のユニットセル２６を含む上板２２ｄと、複数のユニットセル２６を含む下板２２ｅとを備える。第１側板２２ｂおよび第２側板２２ｃは、アンテナ素子２３を挟んで対向し、第１側板２２ｂおよび第２側板２２ｃの各々の主表面の延在方向は、反射板２１の法線方向に沿っている。上板２２ｄおよび下板２２ｅは、アンテナ素子２３を挟んで対向し、上板２２ｄおよび下板２２ｅの各々の主表面の延在方向は、反射板２１の法線方向に沿っている。

このように、複数の方向にユニットセル２６が設けられる構成により、アンテナ２０２の主放射方向におけるビーム幅をより一層絞ることができるため、利得をより一層向上させることができる。

＜第３の実施の形態＞
本発明の第３の実施の形態では、アンテナ素子の前方、側方、上方および下方に加えて、さらに、アンテナ素子同士の間に周波数選択板を設ける。

［全体構成］
図１２は、本発明の第３の実施の形態に係るアンテナを示す図である。図１３は、図１２に示すアンテナをＺ軸に沿って見た平面図である。すなわち、図１３は、アンテナ２０３をＺ軸に沿って上から下へ見た平面図である。図１３では、アンテナ２０３の内部の構成を示すため、図１２に示す周波数選択板３２の上板３２ｄを示していない。

図１２および図１３を参照して、本発明の第３の実施の形態に係るアンテナ２０３は、図１に示すアンテナ２０１と同様に、反射板３１と、周波数選択板３２と、アンテナ素子３３とを備える。反射板３１およびアンテナ素子３３は、図２に示す反射板１１およびアンテナ素子１３と同様の構成である。

周波数選択板３２は、図１に示す周波数選択板１２と同様に、たとえば、３．５ＧＨｚ帯の電磁波を通過させるＦＳＳ特性を有している。また、周波数選択板３２は、前板（第１のユニットセル群）３２ａと、第１側板（第２のユニットセル群）３２ｂと、第２側板（第３のユニットセル群）３２ｃと、上板３２ｄと、下板３２ｅとを有する。

前板３２ａは、ＹＺ平面に沿って延びる板形状を有し、アンテナ素子３３の前方に設けられる。

第１側板３２ｂおよび第２側板３２ｃは、各々の主表面が反射板３１の法線方向に延び、かつアンテナ素子３３を挟んで対向する。具体的には、第１側板３２ｂおよび第２側板３２ｃは、ＸＺ平面に沿って延びる板形状を有し、アンテナ素子３３の側方にそれぞれ設けられる。

上板３２ｄおよび下板３２ｅは、各々の主表面が反射板３１の法線方向に延び、かつアンテナ素子３３を挟んで対向する。具体的には、上板３２ｄおよび下板３２ｅは、ＸＹ平面に沿って延びる板形状を有し、アンテナ素子３３の上方および下方にそれぞれ設けられる。なお、前板３２ａ、第１側板３２ｂ、第２側板３２ｃ、上板３２ｄおよび下板３２ｅは、板が多少湾曲した形状を有してもよい。

前板３２ａは、１２行１２列の行列状に配列されたユニットセル３６を含む。第１側板３２ｂおよび第２側板３２ｃは、それぞれ、Ｚ軸に沿って１２個、Ｘ軸に沿って３個ずつ配列されたユニットセル３６を含む。上板３２ｄおよび下板３２ｅは、それぞれ、Ｙ軸に沿って１２個、Ｘ軸に沿って３個ずつ配列されたユニットセル３６を含む。

図１４は、図１３に示すＸＩＶ−ＸＩＶ線に沿った断面を示す断面斜視図である。

図１４を参照して、周波数選択板３２は、前板３２ａ、第１側板３２ｂ、第２側板３２ｃ、上板３２ｄおよび下板３２ｅに加えて、さらに、第１側板３２ｂおよび第２側板３２ｃに平行な複数の縦仕切り板（第４のユニットセル群）３２ｆと、上板３２ｄおよび下板３２ｅに平行な複数の横仕切り板（第４のユニットセル群）３２ｇとを有する。

複数の縦仕切り板３２ｆおよび複数の横仕切り板３２ｇは、複数のアンテナ素子３３の間に設けられる。具体的には、複数の縦仕切り板３２ｆおよび複数の横仕切り板３２ｇにより形成される複数の空間に、それぞれ、アンテナ素子３３が１つずつ設けられる。

なお、縦仕切り板３２ｆおよび複数の横仕切り板３２ｇは、板が多少湾曲した形状を有してもよい。

縦仕切り板３２ｆは、図１２に示す第１側板３２ｂおよび第２側板３２ｃと同様の構成であり、Ｚ軸に沿って１２個、Ｘ軸に沿って３個ずつ配列されたユニットセル３６を含む。横仕切り板３２ｇは、図１２に示す上板３２ｄおよび下板３２ｅと同様の構成であり、Ｙ軸に沿って１２個、Ｘ軸に沿って３個ずつ配列されたユニットセル３６を含む。

なお、周波数選択板３２の各板に形成されるユニットセル３６の配列は、図１３および図１４に示すような配列に限らない。

また、複数の縦仕切り板３２ｆおよび複数の横仕切り板３２ｇにより形成される複数の空間のうち、複数のアンテナ素子３３が設けられている空間があってもよいし、アンテナ素子３３が１つも設けられない空間があってもよい。

［アンテナ素子の指向性］
図１５Ａは、本発明の第３の実施の形態に係るアンテナの水平面指向性を示す図である。図１５Ｂは、本発明の第３の実施の形態に係るアンテナの垂直面指向性を示す図である。

図１５を参照して、アンテナ２０３の水平面指向性、すなわちＸＹ平面における指向性では、０°方向におけるビーム幅が「２１．１°」であり、サイドローブが「−１３．４ｄＢ」である。そして、主放射方向における利得は、「１８．７ｄＢｉ」である。

また、アンテナ２０３の垂直面指向性、すなわちＸＺ平面における指向性では、９０°方向におけるビーム幅が「２０．８°」であり、サイドローブが「−１４．３ｄＢ」である。

このように、アンテナ２０３では、アンテナ素子３３の前方、側方、上方および下方におけるビーム幅がより一層絞られることにより、図５に示す比較例に係るアンテナ３０１と比較して、利得を「１．４ｄＢ」向上させることができる。

その他の構成は第１の実施の形態および第２の実施の形態と同様であるため、ここでは詳細な説明を繰り返さない。

このように、本発明の第３の実施の形態に係るアンテナは、さらに、複数のユニットセル３６を含む縦仕切り板３２ｆと、複数のユニットセル３６を含む横仕切り板３２ｇとを備える。縦仕切り板３２ｆおよび横仕切り板３２ｇは、それぞれ、複数のアンテナ素子３３の間に設けられる。

このような構成により、複数のアンテナ素子３３の間の空間においてもビーム幅を絞ることができるため、利得をより一層向上させることができる。

＜第４の実施の形態＞
本発明の第４の実施の形態では、アンテナ素子の前方において複数の周波数選択板を間隔を隔てて設ける。

［全体構成］
図１６は、本発明の第４の実施の形態に係るアンテナを示す図である。図１７は、図１６に示すアンテナをＺ軸に沿って見た平面図である。すなわち、図１７は、アンテナ２０４をＺ軸に沿って上から下へ見た平面図である。図１７では、アンテナ２０４の内部の構成を示すため、図１６に示すレドーム４４の上板４４ｄを示していない。

図１６および図１７を参照して、本発明の第４の実施の形態に係るアンテナ２０４は、図３に示すアンテナ２０１と同様に、反射板４１と、周波数選択板４２と、アンテナ素子４３と、レドーム４４とを備える。反射板４１、アンテナ素子４３およびレドーム４４は、図３に示す反射板１１、アンテナ素子１３およびレドーム１４と同様の構成である。

周波数選択板４２は、たとえば９つ設けられている。より詳細には、９つの周波数選択板４２は、９つのアンテナ素子４３の前方にそれぞれ設けられている。各周波数選択板４２は、図１に示す周波数選択板１２と同様に、たとえば、３．５ＧＨｚ帯の電磁波を通過させるＦＳＳ特性を有している。

また、各周波数選択板４２は、ＹＺ平面に沿って延びる板形状を有する。なお、各周波数選択板４２は、板が多少湾曲した形状を有してもよい。

また、各周波数選択板４２は、たとえば、２行２列の行列状に配列されたユニットセル４６を含む。ユニットセル４６は、図４に示すユニットセル６と同様の構成である。

９つの周波数選択板４２は、たとえばレドーム４４の前方の主表面に取り付けられ、かつ互いに間隔を隔てて設けられている。このため、周波数選択板４２同士の隙間においてレドーム４４の前方の主表面が露出している。

［アンテナ素子の指向性］
図１８Ａは、本発明の第４の実施の形態に係るアンテナの水平面指向性を示す図である。図１８Ｂは、本発明の第４の実施の形態に係るアンテナの垂直面指向性を示す図である。

図１８を参照して、アンテナ２０４の水平面指向性、すなわちＸＹ平面における指向性では、０°方向におけるビーム幅が「２０．２°」であり、サイドローブが「−１２．９ｄＢ」である。そして、主放射方向における利得は、「１８．８ｄＢｉ」である。

また、アンテナ２０４の垂直面指向性、すなわちＸＺ平面における指向性では、９０°方向におけるビーム幅が「２０．５°」であり、サイドローブが「−１４．４ｄＢ」である。

このように、アンテナ２０４では、図５に示す比較例に係るアンテナ３０１と比較して、利得を「１．５ｄＢ」向上させることができる。

その他の構成は第１〜第３の実施の形態と同様であるため、ここでは詳細な説明を繰り返さない。

＜第５の実施の形態＞
本発明の第５の実施の形態では、アンテナ素子の前方において複数の周波数選択板を間隔を隔てて設け、さらに、周波数選択板間の領域の一部に導体を設ける。

［全体構成］
図１９は、本発明の第５の実施の形態に係るアンテナを示す図である。図２０は、図１９に示すアンテナをＺ軸に沿って見た平面図である。すなわち、図２０は、アンテナ２０５をＺ軸に沿って上から下へ見た平面図である。図２０では、アンテナ２０５の内部の構成を示すため、図１９に示すレドーム５４の上板５４ｄを示していない。

図１９および図２０を参照して、本発明の第５の実施の形態に係るアンテナ２０５は、反射板５１と、周波数選択板５２と、アンテナ素子５３と、レドーム５４と、導体５５とを備える。反射板５１、周波数選択板５２、アンテナ素子５３およびレドーム５４は、図１７に示す反射板４１、周波数選択板４２、アンテナ素子４３およびレドーム４４と同様の構成である。

すなわち、周波数選択板５２は、たとえば、２行２列の行列状に配列されたユニットセル５６を含む。

導体５５は、たとえば９つ設けられている。より詳細には、９つの導体５５は、９つの周波数選択板５２の周りをそれぞれ周回する。また、９つの導体５５は、たとえばレドーム５４の前方の主表面に接合され、かつ互いに間隔を隔てて設けられている。このため、導体５５間においてレドーム５４の前方の主表面が露出している。

［アンテナ素子の指向性］
図２１Ａは、本発明の第５の実施の形態に係るアンテナの水平面指向性を示す図である。図２１Ｂは、本発明の第５の実施の形態に係るアンテナの垂直面指向性を示す図である。

図２１を参照して、アンテナ２０５の水平面指向性、すなわちＸＹ平面における指向性では、０°方向におけるビーム幅が「２０．５°」であり、サイドローブが「−１２．５ｄＢ」である。そして、主放射方向における利得は、「１８．４ｄＢｉ」である。

また、アンテナ２０５の垂直面指向性、すなわちＸＺ平面における指向性では、９０°方向におけるビーム幅が「１９．９°」であり、サイドローブが「−１２．７ｄＢ」である。

このように、アンテナ２０５では、図５に示す比較例に係るアンテナ３０１と比較して、利得を「１．１ｄＢ」向上させることができる。

その他の構成は第１〜第４の実施の形態と同様であるため、ここでは詳細な説明を繰り返さない。

＜第６の実施の形態＞
本発明の第６の実施の形態では、アンテナ素子の前方において複数の周波数選択板を間隔を隔てて設け、さらに、周波数選択板間に導体を設ける。

［全体構成］
図２２は、本発明の第６の実施の形態に係るアンテナを示す図である。図２３は、図２２に示すアンテナをＺ軸に沿って見た平面図である。すなわち、図２３は、アンテナ２０６をＺ軸に沿って上から下へ見た平面図である。図２３では、アンテナ２０６の内部の構成を示すため、図２２に示すレドーム６４の上板６４ｄを示していない。

図２２および図２３を参照して、本発明の第６の実施の形態に係るアンテナ２０６は、反射板６１と、周波数選択板６２と、アンテナ素子６３と、レドーム６４と、導体６５とを備える。反射板６１、周波数選択板６２、アンテナ素子６３およびレドーム６４は、図２０に示す反射板５１、周波数選択板５２、アンテナ素子５３およびレドーム５４と同様の構成である。

すなわち、周波数選択板６２は、たとえば、２行２列の行列状に配列されたユニットセル６６を含む。

導体６５は、たとえば９つ設けられている。より詳細には、９つの導体６５は、９つの周波数選択板６２の周りをそれぞれ周回する。また、９つの導体６５は、たとえばレドーム６４の前方の主表面に接合され、かつ隙間なく配列されている。

［アンテナ素子の指向性］
図２４Ａは、本発明の第６の実施の形態に係るアンテナの水平面指向性を示す図である。図２４Ｂは、本発明の第６の実施の形態に係るアンテナの垂直面指向性を示す図である。

図２４を参照して、アンテナ２０６の水平面指向性、すなわちＸＹ平面における指向性では、０°方向におけるビーム幅が「２０．９°」であり、サイドローブが「−１２．７ｄＢ」である。そして、主放射方向における利得は、「１８．１ｄＢｉ」である。

また、アンテナ２０６の垂直面指向性、すなわちＸＺ平面における指向性では、９０°方向におけるビーム幅が「１９．５°」であり、サイドローブが「−１１．８ｄＢ」である。

このように、アンテナ２０６では、図５に示す比較例に係るアンテナ３０１と比較して、利得を「０．８ｄＢ」向上させることができる。

その他の構成は第１〜第５の実施の形態と同様であるため、ここでは詳細な説明を繰り返さない。

＜比較結果のまとめ＞
図２５は、本発明の第１〜第６の実施の形態に係るアンテナと、比較例に係るアンテナとの比較結果を示す図である。

図２５を参照して、上述のとおり、比較例に係るアンテナ３０１では、主放射方向における利得が「１７．３ｄＢｉ」であり、水平面において、０°方向におけるビーム幅が「２４．１°」であり、垂直面において、９０°方向におけるビーム幅が「２４．４°」である。

本発明の第１の実施の形態に係るアンテナ２０１では、主放射方向における利得が「１８．１ｄＢｉ」であり、水平面において、０°方向におけるビーム幅が「２３．８°」であり、垂直面において、９０°方向におけるビーム幅が「２０．５°」である。

本発明の第２の実施の形態に係るアンテナ２０２では、主放射方向における利得が「１８．３ｄＢｉ」であり、水平面において、０°方向におけるビーム幅が「２３．０°」であり、垂直面において、９０°方向におけるビーム幅が「２０．４°」である。

本発明の第３の実施の形態に係るアンテナ２０３では、主放射方向における利得が「１８．７ｄＢｉ」であり、水平面において、０°方向におけるビーム幅が「２１．１°」であり、垂直面において、９０°方向におけるビーム幅が「２０．８°」である。

本発明の第４の実施の形態に係るアンテナ２０４では、主放射方向における利得が「１８．８ｄＢｉ」であり、水平面において、０°方向におけるビーム幅が「２０．２°」であり、垂直面において、９０°方向におけるビーム幅が「２０．５°」である。

本発明の第５の実施の形態に係るアンテナ２０５では、主放射方向における利得が「１８．４ｄＢｉ」であり、水平面において、０°方向におけるビーム幅が「２０．５°」であり、垂直面において、９０°方向におけるビーム幅が「１９．９°」である。

本発明の第６の実施の形態に係るアンテナ２０６では、主放射方向における利得が「１８．１ｄＢｉ」であり、水平面において、０°方向におけるビーム幅が「２０．９°」であり、垂直面において、９０°方向におけるビーム幅が「１９．５°」である。

このように、比較例に係るアンテナ３０１と比較して、アンテナ２０４，アンテナ２０３，アンテナ２０５，アンテナ２０２，アンテナ２０１，アンテナ２０６の順で高い利得を実現することができる。

また、アンテナ２０１〜２０６を用いて比較例に係るアンテナ３０１と同じ利得を実現する場合、これらのアンテナ２０１〜２０６を、アンテナ３０１と比較して小型化することができる。

具体的には、アンテナ３０１の一辺の長さが２８０ｍｍであり、アンテナ２０３を用いて当該アンテナ３０１と同じ利得を実現する場合、アンテナ２０３の一辺の長さを２３０ｍｍにすることができる。すなわち、アンテナ２０３の大きさを、比較例に係るアンテナ３０１の約７０％の大きさにすることができる。

また、比較例に係るアンテナ３０１におけるアンテナ素子１１３が、４行４列の行列状に配列されているとする。そして、アンテナ２０３を用いて当該アンテナ３０１と同じ利得を実現する場合、アンテナ２０３におけるアンテナ素子３３は、３行３列の行列状に配列すればよい。このように、比較例に係るアンテナ３０１と比較して、小型化および部品点数の削減を行うことができる。

＜第１〜第６の実施の形態に係るアンテナの変形例＞
図２６は、本発明の第１〜第６の実施の形態に係るアンテナにおけるアンテナ素子の変形例を示す図である。

図２６を参照して、アンテナ２０１〜２０６は、それぞれ、アンテナ素子１３，２３，３３，４３，５３，６３の代わりに、水平偏波および垂直偏波の両偏波用のアンテナ素子４３を備える構成であってもよい。アンテナ素子７３は、たとえば、Ｙ軸に沿って延びる部分およびＺ軸に沿って延びる部分が、互いに直角に交差する形状を有している。

アンテナ素子７３は、アンテナ素子１３，２３，３３，４３，５３，６３と同様に、たとえば９つ設けられる。そして、９つのアンテナ素子７３は、３行３列の行列状に配列される。

なお、本発明の第１〜第６の実施の形態に係るアンテナ２０１〜２０６の各々の特徴を適宜組み合わせることも可能である。

上記実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記説明ではなく特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

以上の説明は、以下に付記する特徴を含む。

［付記１］
１つ以上のアンテナ素子と、
前記アンテナ素子により送信または受信される電波を反射する反射板と、
複数のユニットセルを含む第１のユニットセル群とを備え、
前記ユニットセルは、
周回する形状の外導体と、
前記外導体の内側に間隔を隔てて形成される内導体と、
前記外導体と前記内導体との間に形成され、周回する形状のスロットとを含み、
前記複数のユニットセルは、開いた板状に配列され、
前記第１のユニットセル群と前記反射板との間に前記アンテナ素子が設けられ、
前記外導体および前記内導体は、誘導体に接合された金属箔であり、
前記金属箔がエッチング加工されることにより前記スロットが形成され、
前記アンテナ素子は、行列状に配列される複数のダイポールアンテナである、アンテナ。

５ 誘電体
５ａ 前方の主表面
５ｂ 後方の主表面
６，２６，３６，４６，５６，６６ ユニットセル
７ ループ外導体
８ 内導体
９ ループスロット
１１，２１，３１，１１１ 反射板
１２，２２，３２，４２，５２，６２，１１２ 周波数選択板（第１のユニットセル群）
１３，２３，３３，４３，５３，６３，７３，１１３ アンテナ素子
１４，２４，３４，４４，５４，６４ レドーム
２２ａ，３２ａ 前板（第１のユニットセル群）
２２ｂ，３２ｂ 第１側板（第２のユニットセル群）
２２ｃ，３２ｃ 第２側板（第３のユニットセル群）
２２ｄ，３２ｄ 上板（第２のユニットセル群）
２２ｅ，３２ｅ 下板（第３のユニットセル群）
３２ｆ，３２ｆ 縦仕切り板（第４のユニットセル群）
３２ｇ，３２ｇ 横仕切り板（第４のユニットセル群）
４４ｄ，５４ｄ，６４ｄ 上板
２０１，２０２，２０３，２０４，２０５，２０６，３０１ アンテナ

Claims (4)

1. 複数のアンテナ素子と、
   前記アンテナ素子により送信または受信される電波を反射する反射板と、
   複数のユニットセルを含む第１のユニットセル群とを備え、
   前記ユニットセルは、
   周回する形状の外導体と、
   前記外導体の内側に設けられた内導体と、
   前記外導体と前記内導体との間に形成され、周回する形状のスロットとを含み、
   前記第１のユニットセル群の形状は、開放された形状であり、
   前記第１のユニットセル群と前記反射板との間に前記アンテナ素子が設けられるアンテナであり、
   前記アンテナは、さらに、
   各々が複数の前記ユニットセルを含む、複数の板状の他のユニットセル群を備え、
   複数の前記他のユニットセル群により複数の空間が形成され、前記複数の空間に、それぞれ、前記アンテナ素子が１つずつ設けられる、アンテナ。
2. 前記アンテナ素子と前記ユニットセルとの距離は、前記電波の自由空間における波長の０．６５倍以下の長さである、請求項１に記載のアンテナ。
3. 前記外導体および前記スロットの大きさは、利得を向上すべき周波数に基づいて設定されている、請求項１または請求項２に記載のアンテナ。
4. 前記アンテナは、さらに、
   複数の前記ユニットセルを含む板状の第２のユニットセル群と、
   複数の前記ユニットセルを含む板状の第３のユニットセル群とを備え、
   前記第２のユニットセル群および前記第３のユニットセル群は、前記アンテナ素子を挟んで対向し、
   前記第２のユニットセル群および前記第３のユニットセル群の各々の主表面の延在方向は、前記反射板の法線方向に沿っている、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のアンテナ。

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