JP7077587B2

JP7077587B2 - デュアルバンドパッチアンテナ

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Description

本発明は、２つの周波数帯域において通信が可能なデュアルバンドパッチアンテナに関する。

特許文献１～３には、２つの周波数帯域において通信が可能なデュアルバンドパッチアンテナが開示されている。例えば、特許文献１には平板状の放射導体と環状の放射導体からなるデュアルバンドパッチアンテナが開示され、特許文献２には２つの放射導体の一部を共通化したデュアルバンドパッチアンテナが開示されている。また、特許文献３には、給電ラインを途中で分岐させ、分岐させた給電ラインをそれぞれ異なる放射導体に接続する構成が開示されている。

特表２０１５－５０２７２３号公報特開２００７－０６０６０９号公報特開２００２－２９９９４８号公報

しかしながら、特許文献１～３に記載されたデュアルバンドパッチアンテナは、２つの放射導体が相互に干渉するため、一方の放射導体のサイズや形状を変化させると他方の放射導体における共振周波数やインピーダンスが大きく変化してしまう。このため、個々の放射導体について共振周波数やインピーダンスを調整することが難しいという問題があった。

したがって、本発明の目的は、共振周波数やインピーダンスの調整が容易なデュアルバンドパッチアンテナを提供することである。

本発明によるデュアルバンドパッチアンテナは、第１の給電部と、第１及び第２の放射導体と、一端が第１の給電部に接続され、他端が第１の放射導体に接続された第１の給電導体と、一端が第１の給電部に接続され、他端が第２の放射導体に接続された第２の給電導体と、一端が第１の給電導体に接続され、他端が開放された第１のオープンスタブと、一端が第２の給電導体に接続され、他端が開放された第２のオープンスタブとを備えることを特徴とする。

本発明によれば、第１の給電導体を伝導する第２の放射導体のアンテナ共振信号が第１のオープンスタブによって遮断され、第２の給電導体を伝導する第１の放射導体のアンテナ共振信号が第２のオープンスタブによって遮断されるため、２つの周波数帯域を独立に調整することができる。これにより、従来と比べ、デュアルバンドパッチアンテナの共振周波数やインピーダンスの調整を容易に行うことが可能となる。

本発明において、第１の放射導体は第２の放射導体よりも大きく、第１のオープンスタブは第２のオープンスタブよりも短くても構わない。これによれば、第１の放射導体を低周波帯域用の放射導体として用い、第２の放射導体を高周波帯域用の放射導体として用いつつ、これら２つの放射導体間における相互干渉を防止することが可能となる。

本発明において、第１の給電導体は、一端が第１の放射導体の所定の平面位置に接続された第１の垂直給電導体と、第１の垂直給電導体の他端と第１の給電部を接続する第１の水平給電導体を含み、第２の給電導体は、一端が第２の放射導体の所定の平面位置に接続された第２の垂直給電導体と、第２の垂直給電導体の他端と第１の給電部を接続する第２の水平給電導体を含み、第１のオープンスタブは第１の水平給電導体に接続され、第２のオープンスタブは第２の水平給電導体に接続されるものであっても構わない。これによれば、第１の水平給電導体と第１のオープンスタブを同一の配線層に形成することができるとともに、第２の水平給電導体と第２のオープンスタブを同一の配線層に形成することができる。

本発明によるデュアルバンドパッチアンテナは、第２の給電部と、一端が第２の給電部に接続され、他端が第１の放射導体に接続された第３の給電導体と、一端が第２の給電部に接続され、他端が第２の放射導体に接続された第４の給電導体と、一端が第３の給電導体に接続され、他端が開放された第３のオープンスタブと、一端が第４の給電導体に接続され、他端が開放された第４のオープンスタブとをさらに備えるものであっても構わない。これによれば、第１及び第２の放射導体のそれぞれに対し、互いに位相の異なる２つの給電信号を供給できることから、第１及び第２の放射導体を２偏波アンテナとして利用することが可能となる。しかも、第３の給電導体を伝導する第２の放射導体のアンテナ共振信号を第３のオープンスタブによって遮断し、第４の給電導体を伝導する第１の放射導体のアンテナ共振信号を第４のオープンスタブによって遮断することができる。

本発明において、第３のオープンスタブは第４のオープンスタブよりも短くても構わない。これによれば、第３の給電導体を伝導する高周波帯域のアンテナ共振信号を第３のオープンスタブによって遮断し、第４の給電導体を伝導する低周波帯域のアンテナ共振信号を第４のオープンスタブによって遮断することができる。

本発明において、第３の給電導体は、一端が第１の放射導体の所定の平面位置とは異なる平面位置に接続された第３の垂直給電導体と、第３の垂直給電導体の他端と第２の給電部を接続する第３の水平給電導体を含み、第４の給電導体は、一端が第２の放射導体の所定の平面位置とは異なる平面位置に接続された第４の垂直給電導体と、第４の垂直給電導体の他端と第２の給電部を接続する第４の水平給電導体を含み、第３のオープンスタブは第３の水平給電導体に接続され、第４のオープンスタブは第４の水平給電導体に接続されるものであっても構わない。これによれば、第３の水平給電導体と第３のオープンスタブを同一の配線層に形成することができるとともに、第４の水平給電導体と第４のオープンスタブを同一の配線層に形成することができる。

本発明によるデュアルバンドパッチアンテナは、第１の放射導体と重なるよう、第１の放射導体と平行に配置された第１の励振導体と、第２の放射導体と重なるよう、第２の放射導体と平行に配置された第２の励振導体とをさらに備えるものであっても構わない。これによれば、第１及び第２の励振導体がそれぞれ第１及び第２の放射導体によって励振されることから、アンテナ特性を向上させることが可能となる。

本発明において、第１及び第２の励振導体はフローティング状態であっても構わない。これによれば、アンテナ帯域を広帯域化することが可能となる。

本発明において、第１の放射導体と第１の励振導体の距離は、第２の放射導体と第２の励振導体の距離と異なっていても構わない。このように、励振導体によるアンテナ特性の調整は、個別に行うことが可能である。

本発明において、第１及び第２の放射導体が複数組配列されていても構わない。これによれば、いわゆるフェーズドアレイを構成することが可能となる。この場合、第１及び第２の放射導体からなる組が一方向に配列されていても構わないし、第１及び第２の放射導体からなる組がマトリクス状に配列されていても構わない。

本発明において、第１の放射導体の辺と第２の放射導体の辺は、互いに平行な部分を有さないものであっても構わない。これによれば、第１の放射導体と第２の放射導体の相互干渉をより低減することが可能となる。

このように、本発明によれば、共振周波数やインピーダンスの調整が容易なデュアルバンドパッチアンテナを提供することが可能となる。

図１は、本発明の第１の実施形態によるデュアルバンドパッチアンテナ１０Ａの構成を示す略斜視図である。図２は、デュアルバンドパッチアンテナ１０Ａの透視平面図である。図３は、デュアルバンドパッチアンテナ１０Ａを図２に示す矢印Ａ方向から見た透視側面図である。図４は、デュアルバンドパッチアンテナ１０Ａの変形例による透視側面図である。図５は、第１及び第２の放射導体３１，３２から放射されるビームの振動方向を説明するための図である。図６は、オープンスタブの効果を検証するためのシミュレーションモデルを示す平面図である。図７は、図６に示すシミュレーションモデルの通過特性を示すグラフである。図８は、本発明の第２の実施形態によるデュアルバンドパッチアンテナ１０Ｂの構成を示す略斜視図である。図９は、デュアルバンドパッチアンテナ１０Ｂの透視側面図である。図１０は、本発明の第３の実施形態によるデュアルバンドパッチアンテナ１０Ｃの構成を示す透視平面図である。図１１は、複数のデュアルバンドパッチアンテナ１０Ｃを配列した例を示す図である。図１２は、本発明の第４の実施形態によるデュアルバンドパッチアンテナ１０Ｄの構成を示す透視平面図である。図１３は、複数のデュアルバンドパッチアンテナ１０Ｄを配列した例を示す図である。図１４は、本発明の第５の実施形態によるデュアルバンドパッチアンテナ１０Ｅの透視平面図である。図１５は、複数のデュアルバンドパッチアンテナ１０Ｅを配列した例を示す図である。図１６は、本発明の第６の実施形態によるデュアルバンドパッチアンテナ１０Ｆの構成を示す透視平面図である。図１７は、複数のデュアルバンドパッチアンテナ１０Ｆを配列した例を示す図である。

以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態について詳細に説明する。

＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の第１の実施形態によるデュアルバンドパッチアンテナ１０Ａの構成を示す略斜視図である。また、図２はデュアルバンドパッチアンテナ１０Ａの透視平面図であり、図３はデュアルバンドパッチアンテナ１０Ａを図２に示す矢印Ａ方向から見た透視側面図である。

図１～図３に示すように、本実施形態によるデュアルバンドパッチアンテナ１０Ａは、基板７１に形成された平板状のグランドパターン２０と、グランドパターン２０と重なるように設けられた第１及び第２の放射導体３１，３２を備えている。グランドパターン２０は、導体層Ｌ１に設けられたベタパターンであり、ｘｙ平面を構成する。グランドパターン２０には開口部２１が形成されており、この部分においてグランドパターン２０が除去されている。そして、開口部２１を貫通するように給電部２２が設けられている。図３に示すように、給電部２２はｚ方向に延在するピラー状の導体であり、デュアルバンドパッチアンテナ１０Ａの外部に設けられたＲＦ回路１００に接続される。給電部２２は、第１の給電導体４０を介して第１の放射導体３１に接続されるとともに、第２の給電導体５０を介して第２の放射導体３２に接続される。

給電部２２は、グランドパターン２０が形成される導体層Ｌ１を貫通し、その上層に位置する導体層Ｌ２に達している。導体層Ｌ２には、２つの水平給電導体４１，５１と、２つのオープンスタブ６１，６２が形成されている。第１及び第２の放射導体３１，３２は、導体層Ｌ２よりもさらに上層に位置する導体層Ｌ３に形成されている。

第１の水平給電導体４１は、給電部２２からｘ方向に延在し、第１の垂直給電導体４２に接続される。第１の水平給電導体４１と第１の垂直給電導体４２は、第１の給電導体４０を構成する。第１の垂直給電導体４２は第１の放射導体３１と重なる位置に設けられたピラー状の導体であり、第１の水平給電導体４１の端部と第１の放射導体３１を所定の平面位置で接続する。また、第１のオープンスタブ６１は、一端が第１の水平給電導体４１に接続され、他端が開放されており、その長さは第２の放射導体３２から放射される第２のアンテナ共振信号の波長の１／４程度に設計される。これにより、第１の水平給電導体４１を伝導する第２のアンテナ共振信号が第１のオープンスタブ６１によって遮断されることから、第２のアンテナ共振信号が第１の給電導体４０を介して第１の放射導体３１に到達するのを防止することができる。

第２の水平給電導体５１は、給電部２２からｙ方向に延在し、第２の垂直給電導体５２に接続される。第２の水平給電導体５１と第２の垂直給電導体５２は、第２の給電導体５０を構成する。第２の垂直給電導体５２は第２の放射導体３２と重なる位置に設けられたピラー状の導体であり、第２の水平給電導体５１の端部と第２の放射導体３２を所定の平面位置で接続する。また、第２のオープンスタブ６２は、一端が第２の水平給電導体５１に接続され、他端が開放されており、その長さは第１の放射導体３１から放射される第１のアンテナ共振信号の波長の１／４程度に設計される。これにより、第２の水平給電導体５１を伝導する第１のアンテナ共振信号が第２のオープンスタブ６２によって遮断されることから、第１のアンテナ共振信号が第２の給電導体５０を介して第２の放射導体３２に到達するのを防止することができる。

各導体層Ｌ１～Ｌ３は、誘電体材料からなる絶縁層７２で覆われている。これにより、少なくとも第１及び第２の放射導体３１，３２、第１及び第２の給電導体４０，５０、並びに、第１及び第２のオープンスタブ６１，６２は、誘電体材料によって埋め込まれた構造を有している。誘電体材料としては、セラミックや液晶ポリマーなど、高周波特性に優れた材料を選択することが好ましい。

第１の放射導体３１と第２の放射導体３２の平面形状はいずれも略正方形であるが、その平面サイズは互いに異なっている。具体的には、第１の放射導体３１の方が第２の放射導体３２よりも平面サイズが大きく、これにより、第１の放射導体３１が低周波帯域用の放射導体として用いられ、第２の放射導体３２が高周波帯域用の放射導体として用いられる。これに伴い、第１のオープンスタブ６１の長さは、第２のオープンスタブ６２の長さよりも短く設計される。

本実施形態においては、第１及び第２の放射導体３１，３２がいずれも導体層Ｌ３に設けられているため、配線層の数を少なくすることが可能である。但し、図４に示す変形例のように、第１の放射導体３１と第２の放射導体３２を互いに異なる導体層に形成しても構わない。図４に示す例では、第２の放射導体３２が導体層Ｌ３に設けられ、第１の放射導体３１が導体層Ｌ３よりも上層に位置する導体層Ｌ４に設けられている。このため、本例では、グランドパターン２０と第１の放射導体３１のｚ方向における距離Ｔ１は、グランドパターン２０と第２の放射導体３２のｚ方向における距離Ｔ２よりも大きい。ここで、高い放射効率を得るためには、距離Ｔ１は第１の放射導体３１から放射される第１のアンテナ共振信号の波長以下であり、距離Ｔ２は第２の放射導体３２から放射される第２のアンテナ共振信号の波長以下であることが好ましい。これによれば、デュアルバンドパッチアンテナ１０Ａのｚ方向における厚みを薄くすることも可能となる。また、図４に示す例のように、第１及び第２の放射導体３１，３２を互いに異なる導体層に形成すれば、アンテナ特性の個別な調整がより容易となる。

本実施形態においては、第１の放射導体３１に対する第１の垂直給電導体４２の接続位置は、第１の放射導体３１のｙ方向における中心位置であり、且つ、ｘ方向にオフセットした位置である。一方、第２の放射導体３２に対する第２の垂直給電導体５２の接続位置は、第２の放射導体３２のｘ方向における中心位置であり、且つ、ｙ方向にオフセットした位置である。

これにより、図５に示すように、第１の放射導体３１から放射されるビームの振動方向Ｐｘはｘ方向となり、第２の放射導体３２から放射されるビームの振動方向Ｐｙはｙ方向となる。このように、本実施形態においては、第１の放射導体３１から放射されるビームの振動方向と第２の放射導体３２から放射されるビームの振動方向が直交することから、相互干渉が生じにくくなる。

特に、図５に示すように、第１の放射導体３１のｙ方向における配置範囲Ａｙが平面視で第２の放射導体３２と重ならず、且つ、第２の放射導体３２のｘ方向における配置範囲Ａｘが平面視で第１の放射導体３１と重ならないよう、第１及び第２の放射導体３１，３２をレイアウトすることが好ましい。つまり、第１の放射導体３１と第２の放射導体３２は、平面視でｘ方向及びｙ方向のいずれにも互いに重なりを有していないことが好ましい。これによれば、相互干渉がより少なくなる。

このように、本実施形態によるデュアルバンドパッチアンテナ１０Ａは、第１の放射導体３１と第２の放射導体３２が互いに独立して設けられていることから、一方の放射導体のサイズや形状などを変化させても、他方の放射導体の共振周波数やインピーダンスの変化が抑えられる。これにより、従来のデュアルバンドパッチアンテナと比べ、共振周波数やインピーダンスなどのアンテナ特性の調整がしやすいため、設計が容易となる。特に、本実施形態によるデュアルバンドパッチアンテナ１０Ａにおいては、第１の放射導体３１と第２の放射導体３２がｘ方向及びｙ方向のいずれにも互いに重なりを有していないことから、相互干渉を大幅に低減することが可能となる。

しかも、本実施形態によるデュアルバンドパッチアンテナ１０Ａは、第１及び第２のオープンスタブ６１，６２を備えていることから、第１の給電導体４０を伝導する第２の放射導体３２のアンテナ共振信号が第１のオープンスタブ６１によって遮断され、第２の給電導体５０を伝導する第１の放射導体３１のアンテナ共振信号が第２のオープンスタブ６２によって遮断される。これにより、２つの周波数帯域を独立に調整することができることから、デュアルバンドパッチアンテナの共振周波数やインピーダンスの調整を容易に行うことが可能となる。また、第１及び第２のオープンスタブ６１，６２は、第１及び第２の水平給電導体４１，５１と同じ導体層Ｌ２に形成されていることから、第１及び第２のオープンスタブ６１，６２を形成するために導体層を増やす必要もない。

さらに本実施形態においては、第１及び第２の放射導体３１，３２はいずれも給電部２２から共通に給電されることから、本実施形態によるデュアルバンドパッチアンテナ１０ＡとＲＦ回路１００を接続する給電ラインを１本とすることができる。これにより、デュアルバンドパッチアンテナ１０Ａの外部における給電ラインの設計も容易となる。

このような効果は、共振周波数がミリ波帯である場合のように、配線長や配線位置などパターンの僅かな変更によってアンテナ特性が大きく変化する用途において特に顕著であり、設計負担が大幅に軽減されるものと期待される。

図６は、オープンスタブの効果を検証するためのシミュレーションモデルを示す平面図である。

図６に示すシミュレーションモデルは、グランドパターン２０の開口部２１を貫通して設けられた給電部２２から第１及び第２の水平給電導体４１，５１が分岐するとともに、第１の水平給電導体４１には第１のオープンスタブ６１が接続され、第２の水平給電導体５１には第２のオープンスタブ６２が接続された構成を有している。給電部２２はポートＰ１を構成する。グランドパターン２０には、第１の水平給電導体４１と第１のオープンスタブ６１の接続点と平面視で重なる位置に開口部２３が形成されており、開口部２３を介してポートＰ２が導出される。また、グランドパターン２０には、第２の水平給電導体５１と第２のオープンスタブ６２の接続点と平面視で重なる位置に開口部２４が形成されており、開口部２４を介してポートＰ３が導出される。

図７は、図６に示すシミュレーションモデルの通過特性を示すグラフである。

図７には、Ｓ２１特性（ポートＰ１からポートＰ２への通過特性）、Ｓ３１特性（ポートＰ１からポートＰ３への通過特性）、Ｓ２３特性（ポートＰ３からポートＰ２への通過特性）が示されている。図７に示すように、Ｓ２１特性は、３５～４０ＧＨｚ近傍におけるロスが大きく、２５～３０ＧＨｚ近傍におけるロスが小さい。これは、第１の水平給電導体４１を伝搬する３５～４０ＧＨｚ近傍の信号が第１のオープンスタブ６１によって遮断されているためである。これに対し、Ｓ３１特性は、２５～３０ＧＨｚ近傍におけるロスが大きく、３５～４０ＧＨｚ近傍におけるロスが小さい。これは、第２の水平給電導体５１を伝搬する２５～３０ＧＨｚ近傍の信号が第２のオープンスタブ６２によって遮断されているためである。このため、ポートＰ２に共振周波数が２５～３０ＧＨｚ（例えば２８ＧＨｚ）である放射導体を接続し、ポートＰ３に共振周波数が３５～４０ＧＨｚ（例えば３９ＧＨｚ）である放射導体を接続すれば、デュアルバンドパッチアンテナを構成することが可能となる。しかも、Ｓ２３特性を参照すると、２５～３０ＧＨｚ近傍及び３５～４０ＧＨｚ近傍ともにロスが大きいことから、２つの放射導体間における干渉も生じないことが分かる。

＜第２の実施形態＞
図８は、本発明の第２の実施形態によるデュアルバンドパッチアンテナ１０Ｂの構成を示す略斜視図である。

図８に示すように、本実施形態によるデュアルバンドパッチアンテナ１０Ｂは、第１及び第２の励振導体３３，３４をさらに備える点において、第１の実施形態によるデュアルバンドパッチアンテナ１０Ａと相違している。その他の構成は第１の実施形態によるデュアルバンドパッチアンテナ１０Ａと基本的に同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

第１の励振導体３３は、第１の放射導体３１から見てグランドパターン２０とは反対側に位置する平板状の導体であり、第１の放射導体３１とｚ方向に重なるよう、第１の放射導体３１と平行に配置される。つまり、第１の励振導体３３もｘｙ平面を有し、第１の励振導体３３とグランドパターン２０によって第１の放射導体３１が挟まれた構造を有している。

第２の励振導体３４は、第２の放射導体３２から見てグランドパターン２０とは反対側に位置する平板状の導体であり、第２の放射導体３２とｚ方向に重なるよう、第２の放射導体３２と平行に配置される。つまり、第２の励振導体３４もｘｙ平面を有し、第２の励振導体３４とグランドパターン２０によって第２の放射導体３２が挟まれた構造を有している。

第１及び第２の励振導体３３，３４は、どの配線にも接続されることのないフローティング状態であり、それぞれ第１及び第２の放射導体３１，３２から放射される電磁波によって励振される。これにより、第１及び第２の励振導体３３，３４からも電磁波が放射されることから、アンテナ帯域を広帯域化することが可能となる。第１及び第２の励振導体３３，３４の平面サイズや、第１の励振導体３３と第１の放射導体３１との距離、第２の励振導体３４と第２の放射導体３２との距離については、第１及び第２の励振導体３３，３４に求められる放射特性に応じて設計すればよい。

一例として、図９に示すように、第２の放射導体３２及び第２の励振導体３４をそれぞれ導体層Ｌ３，Ｌ４に配置し、第１の放射導体３１及び第１の励振導体３３をそれぞれ導体層Ｌ５，Ｌ６に配置しても構わない。図９に示す例では、第１の放射導体３１と第１の励振導体３３の距離Ｔ３が第２の放射導体３２と第４の励振導体３４の距離Ｔ４よりも短いが、この点は必須でなく、目的とするアンテナ特性に応じて距離Ｔ３，Ｔ４を設計すればよい。また、高い放射効率を得るためには、距離Ｔ３は第１の放射導体３１から放射される第１のアンテナ共振信号の波長以下であり、距離Ｔ４は第２の放射導体３２から放射される第２のアンテナ共振信号の波長以下であることが好ましい。

＜第３の実施形態＞
図１０は、本発明の第３の実施形態によるデュアルバンドパッチアンテナ１０Ｃの構成を示す透視平面図である。

図１０に示すように、本実施形態によるデュアルバンドパッチアンテナ１０Ｃは、第１の放射導体３１と第２の放射導体３２がｙ方向に配列されている点において、第１の実施形態によるデュアルバンドパッチアンテナ１０Ａと相違している。これにより、第１の実施形態によるデュアルバンドパッチアンテナ１０Ａと比べて、平面サイズをより小型化することが可能となる。

また、本実施形態においては、第２の放射導体３２に対する第２の垂直給電導体５２の接続位置は、第２の放射導体３２のｙ方向における中心位置であり、且つ、ｘ方向にオフセットした位置である。これにより、図１０に示すように、第１の放射導体３１から放射されるビームの振動方向Ｐｘ１はｘ方向となり、第２の放射導体３２から放射されるビームの振動方向Ｐｘ２もｘ方向となる。これにより、図１１に示すように、複数のデュアルバンドパッチアンテナ１０Ｃをｘ方向に配列すれば、デュアルバンドのフェーズドアレイを構成することができる。

さらに、本実施形態においては、給電部２２が平面視で第１の放射導体３１と重なっている。さらに、第１及び第２のオープンスタブ６１，６２が平面視でそれぞれ第１及び第２の放射導体３１，３２と重なっている。本実施形態が例示するように、本発明においては、給電部やオープンスタブが放射導体と重なるようレイアウトすることも可能である。

＜第４の実施形態＞
図１２は、本発明の第４の実施形態によるデュアルバンドパッチアンテナ１０Ｄの構成を示す透視平面図である。

図１２に示すように、本実施形態によるデュアルバンドパッチアンテナ１０Ｄは、第２の放射導体３２がｘｙ面内で４５°傾いている点において、第３の実施形態によるデュアルバンドパッチアンテナ１０Ｃと相違している。これにより、第２の放射導体３２から放射されるビームの振動方向も４５°傾くことから、第３の実施形態によるデュアルバンドパッチアンテナ１０Ｃに比べ、第１の放射導体３１と第２の放射導体３２の相互干渉が生じにくくなる。

本実施形態によるデュアルバンドパッチアンテナ１０Ｄは、図１３に示すように、マトリクス状に配置することにより、フェーズドアレイを構成することができる。図１３に示す例では、デュアルバンドパッチアンテナ１０Ｄ_２がデュアルバンドパッチアンテナ１０Ｄ_１に対して時計回りに９０°回転しており、デュアルバンドパッチアンテナ１０Ｄ_３がデュアルバンドパッチアンテナ１０Ｄ_１に対して時計回りに１８０°回転しており、デュアルバンドパッチアンテナ１０Ｄ_４がデュアルバンドパッチアンテナ１０Ｄ_１に対して時計回りに２７０°回転している。これにより、デュアルバンドパッチアンテナ１０Ｄ_１，１０Ｄ_３に含まれる第１及び第２の放射導体３１，３２の振動方向と、デュアルバンドパッチアンテナ１０Ｄ_２，１０Ｄ_４に含まれる第１及び第２の放射導体３１，３２の振動方向が互いに直交することになる。しかも、デュアルバンドパッチアンテナ１０Ｄ_１～１０Ｄ_４に含まれる第１の放射導体３１の振動方向と、デュアルバンドパッチアンテナ１０Ｄ_１～１０Ｄ_４に含まれる第２の放射導体３２の振動方向が４５°異なることから、相互干渉も生じにくい。

さらに、本実施形態においては、第１の水平給電導体４１が途中で９０°折れ曲がるパターン形状を有している。本実施形態が例示するように、本発明において水平給電導体が直線的であることは必須でなく、途中で折れ曲がる形状であっても構わないし、カーブする形状であっても構わない。また、本実施形態においては、第２の放射導体３２の傾きが４５°であるが、傾きの角度がこれに限定されるものではなく、少なくとも、第１の放射導体３１の辺と第２の放射導体３２の辺が互いに平行な部分を有さないようレイアウトすれば、相互干渉が低減される。

＜第５の実施形態＞
図１４は、本発明の第５の実施形態によるデュアルバンドパッチアンテナ１０Ｅの透視平面図である。

図１４に示すように、本実施形態によるデュアルバンドパッチアンテナ１０Ｅは、第２の給電部２６と、第２の給電部２６に接続された第３の給電導体８０と、第２の給電部２６に接続された第４の給電導体９０と、第３及び第４のオープンスタブ６３，６４をさらに備えている。第２の給電部２６は、グランドパターン２０に設けられた別の開口部２５を貫通して設けられたピラー状の導体であり、第１の給電部２２と同様、ＲＦ回路１００に接続される。その他の構成は第１の実施形態によるデュアルバンドパッチアンテナ１０Ａと同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

第３の給電導体８０は、第３の水平給電導体８１と第３の垂直給電導体８２を備えている。第３の水平給電導体８１は、給電部２６からｙ方向に延在し、第３の垂直給電導体８２に接続される。第３の垂直給電導体８２は第１の放射導体３１と重なる位置に設けられたピラー状の導体であり、第３の水平給電導体８１の端部と第１の放射導体３１を所定の平面位置で接続する。第１の放射導体３１に対する垂直給電導体４２，８２の接続位置は互いに異なっている。具体的には、第１の放射導体３１に対する第３の垂直給電導体８２の接続位置は、第１の放射導体３１のｘ方向における中心位置であり、且つ、ｙ方向にオフセットした位置である。また、第３のオープンスタブ６３は、一端が第３の水平給電導体８１に接続され、他端が開放されており、その長さは第２の放射導体３２から放射される第２のアンテナ共振信号の波長の１／４程度に設計される。これにより、第３の水平給電導体８１を伝導する第２のアンテナ共振信号が遮断される。

第４の給電導体９０は、第４の水平給電導体９１と第４の垂直給電導体９２を備えている。第４の水平給電導体９１は、給電部２６からｘ方向に延在し、第４の垂直給電導体９２に接続される。第４の垂直給電導体９２は第２の放射導体３２と重なる位置に設けられたピラー状の導体であり、第４の水平給電導体９１の端部と第２の放射導体３２を所定の平面位置で接続する。第２の放射導体３２に対する垂直給電導体５２，９２の接続位置は互いに異なっている。具体的には、第２の放射導体３２に対する第４の垂直給電導体９２の接続位置は、第２の放射導体３２のｙ方向における中心位置であり、且つ、ｘ方向にオフセットした位置である。また、第４のオープンスタブ６４は、一端が第４の水平給電導体９１に接続され、他端が開放されており、その長さは第１の放射導体３１から放射される第１のアンテナ共振信号の波長の１／４程度に設計される。これにより、第４の水平給電導体９１を伝導する第１のアンテナ共振信号が遮断される。

本実施形態によるデュアルバンドパッチアンテナ１０Ｅは、第１及び第２の放射導体３１，３２のいずれに対しても、互いに位相の異なる２つの給電信号を供給できることから、第１及び第２の放射導体３１，３２を２偏波アンテナとして利用することが可能となる。

本実施形態によるデュアルバンドパッチアンテナ１０Ｅは、図１５に示すように、マトリクス状に配置することにより、フェーズドアレイを構成することができる。図１５に示す例では、デュアルバンドパッチアンテナ１０Ｅ_２がデュアルバンドパッチアンテナ１０Ｅ_１に対して時計回りに９０°回転しており、デュアルバンドパッチアンテナ１０Ｅ_３がデュアルバンドパッチアンテナ１０Ｅ_１に対して時計回りに１８０°回転しており、デュアルバンドパッチアンテナ１０Ｅ_４がデュアルバンドパッチアンテナ１０Ｅ_１に対して時計回りに２７０°回転している。

＜第６の実施形態＞
図１６は、本発明の第６の実施形態によるデュアルバンドパッチアンテナ１０Ｆの構成を示す透視平面図である。

図１６に示すように、本実施形態によるデュアルバンドパッチアンテナ１０Ｆは、第２の放射導体３２がｘｙ面内で４５°傾いている点において、第５の実施形態によるデュアルバンドパッチアンテナ１０Ｅと相違している。これにより、第２の放射導体３２から放射されるビームの振動方向も４５°傾くことから、第５の実施形態によるデュアルバンドパッチアンテナ１０Ｅに比べ、第１の放射導体３１と第２の放射導体３２の相互干渉を抑えつつ、全体の平面サイズを小型化することができる。

本実施形態によるデュアルバンドパッチアンテナ１０Ｆは、図１７に示すように、マトリクス状に配置することができる。図１７に示す例では、デュアルバンドパッチアンテナ１０Ｆ_２がデュアルバンドパッチアンテナ１０Ｆ_１に対して時計回りに９０°回転しており、デュアルバンドパッチアンテナ１０Ｆ_３がデュアルバンドパッチアンテナ１０Ｆ_１に対して時計回りに１８０°回転しており、デュアルバンドパッチアンテナ１０Ｆ_４がデュアルバンドパッチアンテナ１０Ｆ_１に対して時計回りに２７０°回転している。これにより、デュアルバンドパッチアンテナ１０Ｆ_１～１０Ｆ_４に含まれる第１の放射導体３１の振動方向と、デュアルバンドパッチアンテナ１０Ｆ_１～１０Ｆ_４に含まれる第２の放射導体３２の振動方向が４５°異なることから、フェーズドアレイを構成した場合であっても相互干渉が生じにくくなる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。

例えば、上述した各実施形態では２つの放射導体を有するデュアルバンドパッチアンテナを例に説明したが、３以上の放射導体を設けることによって３バンド以上のアンテナを構成することも可能である。

１０Ａ～１０Ｆデュアルバンドパッチアンテナ
２０グランドパターン
２１，２３～２５開口部
２２第１の給電部
２６第２の給電部
３１第１の放射導体
３２第２の放射導体
３３第１の励振導体
３４第２の励振導体
４０第１の給電導体
４１第１の水平給電導体
４２第１の垂直給電導体
５０第２の給電導体
５１第２の水平給電導体
５２第２の垂直給電導体
６１第１のオープンスタブ
６２第２のオープンスタブ
６３第３のオープンスタブ
６４第４のオープンスタブ
７１基板
７２絶縁層
８０第３の給電導体
８１第３の水平給電導体
８２第３の垂直給電導体
９０第４の給電導体
９１第４の水平給電導体
９２第４の垂直給電導体
１００ＲＦ回路
Ｌ１～Ｌ６導体層
Ｐ１～Ｐ３ポート

Claims

第１の給電部と、
グランドパターンと、
前記グランドパターンと重なるように設けられた第１及び第２の放射導体と、
一端が前記第１の給電部に接続され、他端が前記第１の放射導体に接続された第１の給電導体と、
一端が前記第１の給電部に接続され、他端が前記第２の放射導体に接続された第２の給電導体と、
前記第１の放射導体と重なりを有するように設けられ、一端が前記第１の給電導体に接続され、他端が開放された第１のオープンスタブと、
前記第２の放射導体と重なりを有するように設けられ、一端が前記第２の給電導体に接続され、他端が開放された第２のオープンスタブと、を備え、
前記第１のオープンスタブは、前記第１の放射導体よりも前記グランドパターンに近い導体層に設けられ、
前記第２のオープンスタブは、前記第２の放射導体よりも前記グランドパターンに近い導体層に設けられることを特徴とするデュアルバンドパッチアンテナ。
前記第１の放射導体は前記第２の放射導体よりも大きく、前記第１のオープンスタブは前記第２のオープンスタブよりも短いことを特徴とする請求項１に記載のデュアルバンドパッチアンテナ。
前記第１の給電導体は、一端が前記第１の放射導体の所定の平面位置に接続された第１の垂直給電導体と、前記第１の垂直給電導体の他端と前記第１の給電部を接続する第１の水平給電導体を含み、
前記第２の給電導体は、一端が前記第２の放射導体の所定の平面位置に接続された第２の垂直給電導体と、前記第２の垂直給電導体の他端と前記第１の給電部を接続する第２の水平給電導体を含み、
前記第１のオープンスタブは前記第１の水平給電導体に接続され、
前記第２のオープンスタブは前記第２の水平給電導体に接続されることを特徴とする請求項２に記載のデュアルバンドパッチアンテナ。
第２の給電部と、
一端が前記第２の給電部に接続され、他端が前記第１の放射導体に接続された第３の給電導体と、
一端が前記第２の給電部に接続され、他端が前記第２の放射導体に接続された第４の給電導体と、
一端が前記第３の給電導体に接続され、他端が開放された第３のオープンスタブと、
一端が前記第４の給電導体に接続され、他端が開放された第４のオープンスタブと、をさらに備えることを特徴とする請求項３に記載のデュアルバンドパッチアンテナ。
前記第３のオープンスタブは前記第４のオープンスタブよりも短いことを特徴とする請求項４に記載のデュアルバンドパッチアンテナ。
前記第３の給電導体は、一端が前記第１の放射導体の前記所定の平面位置とは異なる平面位置に接続された第３の垂直給電導体と、前記第３の垂直給電導体の他端と前記第２の給電部を接続する第３の水平給電導体を含み、
前記第４の給電導体は、一端が前記第２の放射導体の前記所定の平面位置とは異なる平面位置に接続された第４の垂直給電導体と、前記第４の垂直給電導体の他端と前記第２の給電部を接続する第４の水平給電導体を含み、
前記第３のオープンスタブは前記第３の水平給電導体に接続され、
前記第４のオープンスタブは前記第４の水平給電導体に接続されることを特徴とする請求項５に記載のデュアルバンドパッチアンテナ。
前記第１の放射導体と重なるよう、前記第１の放射導体と平行に配置された第１の励振導体と、
前記第２の放射導体と重なるよう、前記第２の放射導体と平行に配置された第２の励振導体と、をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載のデュアルバンドパッチアンテナ。
前記第１及び第２の励振導体はフローティング状態であることを特徴とする請求項７に記載のデュアルバンドパッチアンテナ。
前記第１の放射導体と前記第１の励振導体の距離は、前記第２の放射導体と前記第２の励振導体の距離と異なることを特徴とする請求項８に記載のデュアルバンドパッチアンテナ。
前記第１及び第２の放射導体が複数組配列されていることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一項に記載のデュアルバンドパッチアンテナ。
前記第１及び第２の放射導体からなる組が一方向に配列されていることを特徴とする請求項１０に記載のデュアルバンドパッチアンテナ。
前記第１及び第２の放射導体からなる組がマトリクス状に配列されていることを特徴とする請求項１０に記載のデュアルバンドパッチアンテナ。
前記第１の放射導体の辺と前記第２の放射導体の辺は、互いに平行な部分を有さないことを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか一項に記載のデュアルバンドパッチアンテナ。