JP7325592B2 - antenna unit - Google Patents
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Description
本発明は、アクティブアレイアンテナで複数の周波数帯の無線通信信号を送受信するアンテナユニットに関する。 The present invention relates to an antenna unit that transmits and receives wireless communication signals in multiple frequency bands using an active array antenna.
複数の衛星と通信し、ゲートウェイ局としても機能する地上局は、複数の周波数帯に対応した送受信機と大型の反射鏡アンテナを用いることにより、単一の通信装置を異なる周波数帯で共用することができる。この場合、使用する周波数帯を時間的に切り替えることで、複数の周波数帯を用いた衛星通信を実現している。 The ground station, which communicates with multiple satellites and also functions as a gateway station, uses a transceiver that supports multiple frequency bands and a large reflector antenna to share a single communication device with different frequency bands. can be done. In this case, by temporally switching the frequency band to be used, satellite communication using a plurality of frequency bands is realized.
一方、航空機を含む移動体が、異なる周波数帯を用いて複数の衛星と通信する場合、設置面積の制約があるため、広帯域の送受信機及び大型のアンテナを設け、周波数帯を切り替えて使用することは困難であった。また、周波数資源の逼迫に伴い、衛星通信回線の利用帯域が変化している。このため、既存の周波数帯の送受信機及びアンテナに加えて、新たに追加される帯域の利用のために送受信機とアンテナの追加を要する場合があるが、設置面積の制約により追加の設置が困難であった。 On the other hand, when a mobile object including an aircraft communicates with multiple satellites using different frequency bands, it is necessary to install a broadband transceiver and a large antenna to switch between frequency bands because of space limitations. was difficult. In addition, with the scarcity of frequency resources, the bandwidth used for satellite communication lines is changing. Therefore, in addition to the transceivers and antennas for the existing frequency bands, it may be necessary to add transceivers and antennas to use the newly added bands, but it is difficult to install additional transceivers due to restrictions on the installation area. Met.
設置面積が小さい通信装置を実現するため、１つの誘電体基板上に２つのアンテナを実装する方法が提案されている。（例えば、特許文献１）。 A method of mounting two antennas on one dielectric substrate has been proposed in order to realize a communication device with a small footprint. (For example, Patent Document 1).
特許文献１に記載のデュアルモードパッチアンテナは、誘電体基板上に、矩形の直線偏波用のパッチを形成し、このパッチに、四辺形の開口を設けて、開口内に、円偏波用の四辺形パッチを設けている。これにより、第１の周波数では直線偏波パッチアンテナとして動作し、第１の周波数より高い第２の周波数では円偏波パッチアンテナとして動作することができると説明されている。
In the dual-mode patch antenna described in
衛星通信システムにおいて、多数のアンテナ素子を配列し、アンテナ素子と接続した増幅器と移相器を調整することにより、ビームの指向制御を行うと共に空間的に電力合成するアクティブアレイアンテナ（Active Array Antenna）が用いられている。 In a satellite communication system, an Active Array Antenna has a large number of antenna elements and adjusts the amplifiers and phase shifters connected to the antenna elements to perform beam direction control and spatially combine power. is used.
アクティブアレイアンテナを用いた衛星通信システムにおいて、限られた設置面積内で、周波数帯の異なるアンテナ素子を配列し、また、各アンテナでの送受信信号を増幅し、移相する送受信回路を設置する必要があり、小型化及び低コスト化の実現が困難であった。 In a satellite communication system using an active array antenna, it is necessary to arrange antenna elements with different frequency bands within a limited installation area, and to install a transmission/reception circuit that amplifies and phase-shifts the transmission/reception signals of each antenna. Therefore, it was difficult to realize miniaturization and cost reduction.
本発明は、上述のような事情に鑑みてなされたもので、互いに周波数帯の異なる無線通信信号を送受信できる小型のアンテナユニットを提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a compact antenna unit capable of transmitting and receiving wireless communication signals having different frequency bands.
上記目的を達成するため、本発明のアンテナユニットは、２以上の実装面を有する多層誘電体基板と、多層誘電体基板の第１の面に配列したアンテナ素子であって、第１の周波数帯の信号に共振する複数の第１のアンテナ素子と、多層誘電体基板の第１の面、又は、第１の面と平行な第２の面に配列したアンテナ素子であって、第１の周波数帯より低い第２の周波数帯の信号に共振する複数の第２のアンテナ素子と、を備える。また、アンテナユニットは、第１のアンテナ素子に入出力される第１の入出力信号と、第２のアンテナ素子に入出力される第２の入出力信号と、のどちらかを選択するスイッチと、スイッチで選択された信号を合成又は分配する合成／分配器と、を備える。多層誘電体基板の第１の面の延在方向に垂直の方向から見たときに、複数の第１のアンテナ素子のうち、少なくとも１の第１のアンテナ素子の実装領域を、１の第２のアンテナ素子の実装領域が内包することを特徴とする。 In order to achieve the above object, the antenna unit of the present invention comprises a multilayer dielectric substrate having two or more mounting surfaces, and antenna elements arranged on the first surface of the multilayer dielectric substrate. and a plurality of first antenna elements arranged on a first surface of a multilayer dielectric substrate or on a second surface parallel to the first surface, wherein the first frequency and a plurality of second antenna elements resonating with signals in a second lower frequency band. Further, the antenna unit includes a switch for selecting either a first input/output signal input/output to/from the first antenna element or a second input/output signal input/output to/from the second antenna element. , and a combiner/divider for combining or dividing the signal selected by the switch. When viewed from a direction perpendicular to the extending direction of the first surface of the multilayer dielectric substrate, the mounting area of at least one first antenna element among the plurality of first antenna elements is divided into one second antenna element. The mounting area of the antenna element of is included.
本発明によれば、互いに周波数帯の異なるアクティブアレイアンテナを、パッチアンテナの配列面方向において、重複して実装できるため、互いに周波数帯の異なる通信信号を送受信できるアンテナユニットを小型化することが可能となる。 According to the present invention, since active array antennas with different frequency bands can be mounted redundantly in the array plane direction of the patch antennas, it is possible to reduce the size of the antenna unit capable of transmitting and receiving communication signals with different frequency bands. becomes.
実施の形態１．
以下に、本発明を実施するための形態について図面を参照して詳細に説明する。
EMBODIMENT OF THE INVENTION Below, the form for implementing this invention is demonstrated in detail with reference to drawings.
図１は、本実施の形態に係るアクティブアレイアンテナ（Active Array Antenna）を備えたアンテナユニット１の外形図である。（ａ）が上面図であり、（ｂ）は（ａ）の一点鎖線Ａにおける断面図である。また、図２は、アンテナユニット１のブロック図である。アンテナユニット１を備えた通信装置は、例えば、航空機に備えられ、人工衛星と無線信号の送受信を行う。
FIG. 1 is an external view of an
アンテナユニット１は、図１に示すように、多層誘電体基板３０と、多層誘電体基板３０の表面上に、沿面方向に一定の間隔をあけて配列した第１のアンテナ素子１０ａ，１０ｂと、第２のアンテナ素子２０ａ、２０ｂと、を含む。アンテナユニット１は、さらに、第１のアンテナ素子１０ａ，１０ｂと、第２のアンテナ素子２０ａ、２０ｂが送受信する信号を、増幅、移相する送受信回路４０ａ、４０ｂと、送受信する信号を合成又は分配する合成／分配器５０を多層誘電体基板３０の裏面に備える。
As shown in FIG. 1, the
本実施の形態１において、第１のアンテナ素子１０ａ、１０ｂは、図１に示すように、円形のパッチアンテナである。また、第２のアンテナ素子２０ａ、２０ｂは、図１に示すように、４つの第１のアンテナ素子１０ａ、１０ｂを囲む環形状の平面アンテナである。
In
なお、図１（ａ），（ｂ）は、アンテナユニット１の一部を示したものである。第１のアンテナ素子１０ａ，１０ｂは、４個を正方格子点に配置したものを１セットとしてｎセットが多層誘電体基板３０の沿面方向に配列されている。また、第２のアンテナ素子２０ａ、２０ｂと、送受信回路４０ａ、４０ｂは、多層誘電体基板３０の沿面方向に各ｎ個配列されている。第１のアンテナ素子の記号は、１０ａ、１０ｂ、・・・、１０ｎで表し、総称を第１のアンテナ素子１０とする。第２のアンテナ素子の記号は、２０ａ、２０ｂ、・・・、２０ｎで表し、総称を第２のアンテナ素子２０とする。送受信回路の記号は、４０ａ、４０ｂ、・・・、４０ｎで表し、総称を送受信回路４０とする。
1(a) and 1(b) show a part of the
多層誘電体基板３０は、２以上の実装面を有する多層の誘電体基板である。第１の面である表面には、第１のアンテナ素子１０と、第２のアンテナ素子２０が配列されている。また、多層誘電体基板３０は、表面と裏面の間の第２の面である中間面に、地導体３１を有する。第３の面である裏面には送受信回路４０が実装されている。第１のアンテナ素子１０及び第２のアンテナ素子２０と、対応する送受信回路４０と、は図１（ｂ）に示すように、表面と裏面を貫通する配線３２，３３により接続されている。なお、第１のアンテナ素子１０及び第２のアンテナ素子２０は、中間面の地導体３１をグランドとして動作する。
Multilayer
第１のアンテナ素子１０は、第１の周波数帯の信号に共振する平面アンテナであり、第１の周波数帯の無線通信信号を送信し、又は受信する。第１の周波数帯は例えば２６～４０ＧＨｚのＫａ帯である。第１のアンテナ素子１０は、多層誘電体基板３０の表面上に２次元方向に配列している。本実施の形態では、第１のアンテナ素子１０ａ、１０ｂがそれぞれ４つ実装されている。
The first antenna element 10 is a planar antenna that resonates with signals in the first frequency band, and transmits or receives wireless communication signals in the first frequency band. The first frequency band is, for example, the Ka band of 26-40 GHz. The first antenna elements 10 are arranged two-dimensionally on the surface of the multilayer
第２のアンテナ素子２０は、第１の周波数帯より低い第２の周波数帯の信号に共振する平面アンテナであり、第２の周波数帯の無線通信信号を送信し、又は受信する。第２の周波数帯は、例えば８～１２ＧＨｚのＸ帯である。第２のアンテナ素子２０は、２以上の第１のアンテナ素子１０を囲んだ環形状を有している。図１では、第２のアンテナ素子２０ａが、４つの第１のアンテナ素子１０ａを囲んだ環形状の場合を示している。
The second antenna element 20 is a planar antenna that resonates with signals in a second frequency band lower than the first frequency band, and transmits or receives wireless communication signals in the second frequency band. The second frequency band is, for example, the X band of 8-12 GHz. The second antenna element 20 has a ring shape surrounding two or more first antenna elements 10 . FIG. 1 shows the case where the
図１に示すように、アンテナユニット１は、第２のアンテナ素子２０が複数の第１のアンテナ素子１０を囲み、２種類のアンテナが開口を共用した配置となっている。すなわち、多層誘電体基板３０の表面の延在方向に垂直の方向から見たときに、複数の第１のアンテナ素子１０の実装領域を、１の第２のアンテナ素子２０の実装領域が内包している。言い換えると、多層誘電体基板３０の沿面方向における、第１のアンテナ素子１０の設置位置と第２のアンテナ素子２０の設置位置とが重複した構成となっており、設置面積当たりのアンテナ配置効率を上げることができる。
As shown in FIG. 1, the
例えば、Ｋａ帯とＸ帯では周波数が４倍程度異なるため、Ｋａ帯の第１のアンテナ素子１０を４つひとまとめにし、１つのＸ帯の第２のアンテナ素子２０で囲むことにより、Ｋａ帯とＸ帯をカバーしたアレイアンテナとして機能させることができる。 For example, since the frequencies of the Ka band and the X band differ by about four times, the four first antenna elements 10 for the Ka band are grouped together and surrounded by one second antenna element 20 for the X band. It can function as an array antenna covering the X band.
なお、第２のアンテナ素子２０で囲む第１のアンテナ素子１０の数は、２つの周波数帯の周波数比によって、任意に選択できる。例えば、第２のアンテナ素子２０で囲む第１のアンテナ素子１０の数を２素子又は８素子にしてもよい。この場合、環形状の第２のアンテナ素子２０は、図１のような正方形でなくてもよく、長方形でもよい。また第２のアンテナ素子２０は、方形でなくてもよく、円形又は楕円形を含む任意の環形状でもよい。第１のアンテナ素子１０の配列も任意であり、図１のような正方格子点の配列でなくでもよい。 The number of first antenna elements 10 surrounded by second antenna elements 20 can be arbitrarily selected according to the frequency ratio of the two frequency bands. For example, the number of first antenna elements 10 surrounded by the second antenna elements 20 may be two or eight. In this case, the ring-shaped second antenna element 20 may not be square as in FIG. 1, but may be rectangular. The second antenna element 20 may also be non-rectangular and may be any annular shape, including circular or elliptical. The arrangement of the first antenna elements 10 is also arbitrary, and does not have to be the arrangement of square lattice points as shown in FIG.
送受信回路４０は、図２に示すように、増幅器４１、移相器４２、スイッチ４３を含む。送受信回路４０の数もｎであり、各々が第１のアンテナ素子１０及び第２のアンテナ素子２０のそれぞれに対応している。つまり、送受信回路４０ａの増幅器４１ａ、移相器４２ａ、スイッチ４３ａは、第１のアンテナ素子１０ａ及び第２のアンテナ素子２０ａと直接的又は間接的に接続されている。ここで、増幅器の記号は、４１ａ、４１ｂ、・・・、４１ｎで表し、総称を増幅器４１とする。移相器の記号は、４２ａ、４２ｂ、・・・、４２ｎで表し、総称を移相器４２とする。スイッチの記号は、４３ａ、４３ｂ、・・・、４３ｎで表し、総称をスイッチ４３とする。
The transmitting/receiving circuit 40 includes an amplifier 41, a phase shifter 42, and a switch 43, as shown in FIG. The number of transmission/reception circuits 40 is also n, and each corresponds to each of the first antenna element 10 and the second antenna element 20 . That is, the
なお、増幅器４１、移相器４２は、第１の周波数帯及び第２の周波数帯をカバーする周波数特性を有してもよい。あるいは、増幅器４１、移相器４２は、第１の周波数帯をカバーする回路と、第２の周波数帯をカバーする回路を個別に有していてもよい。 The amplifier 41 and the phase shifter 42 may have frequency characteristics covering the first frequency band and the second frequency band. Alternatively, amplifier 41 and phase shifter 42 may each have a circuit that covers the first frequency band and a circuit that covers the second frequency band.
送受信回路４０ａの増幅器４１ａは、第１のアンテナ素子１０ａ又は第２のアンテナ素子２０ａが受信した信号を増幅する。また、増幅器４１ａは、移相器４２ａから受け取った送信信号を増幅して、第１のアンテナ素子１０ａ又は第２のアンテナ素子２０ａに出力する。移相器４２ａは、第１のアンテナ素子１０ａの各素子の信号の位相をずらすことにより、第１のアンテナ素子１０が構成するアクティブアレイアンテナのアンテナ指向方向を予め定めた方向に向ける。スイッチ４３ａは、第１のアンテナ素子１０ａの入出力信号を増幅及び移相する第１の入出力信号と、第２のアンテナ素子２０ａの入出力信号を増幅及び移相する第２の入出力信号と、のどちらを選択するかを切り替える。他の送受信回路４０も同様の機能を有する。
The
ここで、スイッチ４３は、信号経路を切り替えるときに、給電経路も切り替えてもよい。これにより、第１のアンテナ素子１０と第２のアンテナ素子２０のいずれか一方の信号経路に接続しているとき、他方の給電を停止することができ、消費電力を低減させることができる。 Here, the switch 43 may also switch the power supply path when switching the signal path. As a result, when one of the first antenna element 10 and the second antenna element 20 is connected to the signal path, power supply to the other can be stopped, and power consumption can be reduced.
合成／分配器５０は、各第１のアンテナ素子１０、及び、各第２のアンテナ素子２０が受信し、増幅し、移相した信号のいずれか一方を、各スイッチ４３で選択した信号を合成する。また、合成／分配器５０は、前段回路から受信し、各第１のアンテナ素子１０、又は、各第２のアンテナ素子２０から送信する信号を分配する。
The combiner/
以上のように構成したアンテナユニット１の動作について説明する。
The operation of the
第１の周波数帯の受信を行うときは、スイッチ４３は、第１のアンテナ素子１０側の入出力端子に接続されている。第１の周波数帯の信号を第１のアンテナ素子１０が受信したとき、受信信号は増幅器４１で増幅される。そして、移相器４２が各第１のアンテナ素子１０の受信信号の位相を互いにずらして、第１のアンテナ素子１０が構成するアクティブアレイアンテナの指向方向を予め定めた方向に向ける。 When receiving the first frequency band, the switch 43 is connected to the input/output terminal on the first antenna element 10 side. When the first antenna element 10 receives a signal in the first frequency band, the received signal is amplified by the amplifier 41 . Then, the phase shifter 42 shifts the phases of the signals received by the first antenna elements 10 from each other, and directs the directivity direction of the active array antenna formed by the first antenna elements 10 in a predetermined direction.
移相器４２で移相された受信信号は、スイッチ４３を介して合成／分配器５０に入力される。各送受信回路４０から入力された受信信号は、合成／分配器５０で合成されて、後段の信号処理回路に出力される。
The received signal phase-shifted by phase shifter 42 is input to combiner/
第２の周波数帯の受信を行うときは、スイッチ４３は、第２のアンテナ素子２０側の入出力端子に接続されている。第２の周波数帯の信号を第２のアンテナ素子２０が受信したとき、受信信号は増幅器４１で増幅される。そして、移相器４２が各第２のアンテナ素子２０の位相を互いにずらして、第２のアンテナ素子２０が構成するアクティブアレイアンテナの指向方向を予め定めた方向に向ける。 When receiving the second frequency band, the switch 43 is connected to the input/output terminal on the second antenna element 20 side. When the second antenna element 20 receives the signal of the second frequency band, the received signal is amplified by the amplifier 41 . Then, the phase shifter 42 shifts the phases of the respective second antenna elements 20 to orient the directivity direction of the active array antenna formed by the second antenna elements 20 in a predetermined direction.
移相器４２で移相された受信信号は、スイッチ４３を介して合成／分配器５０に入力される。各送受信回路４０から入力された受信信号は、合成／分配器５０で合成されて、後段の信号処理回路に出力される。
The received signal phase-shifted by phase shifter 42 is input to combiner/
第１の周波数帯の送信を行うときは、スイッチ４３は、第１のアンテナ素子１０側の入出力端子に接続されている。前段の信号処理回路から入力される送信信号は、合成／分配器５０で分配され、スイッチ４３を介して各移相器４２に入力される。移相器４２は、各第１のアンテナ素子１０に対応する信号の位相を互いにずらして、第１のアンテナ素子１０が構成するアクティブアレイアンテナの指向方向を予め定めた方向に向ける。
When transmitting in the first frequency band, the switch 43 is connected to the input/output terminal on the first antenna element 10 side. A transmission signal input from the preceding signal processing circuit is distributed by the synthesizer/
移相器４２で移相された送信信号は、増幅器４１で増幅され、第１のアンテナ素子１０から放射される。 The transmission signal phase-shifted by the phase shifter 42 is amplified by the amplifier 41 and radiated from the first antenna element 10 .
第２の周波数帯の送信を行うときは、スイッチ４３は、第２のアンテナ素子２０側の入出力端子に接続されている。前段の信号処理回路から入力される送信信号は、合成／分配器５０で分配され、スイッチ４３を介して各移相器４２に入力される。移相器４２は、各第２のアンテナ素子２０に対応する信号の位相を互いにずらして、第２のアンテナ素子２０が構成するアクティブアレイアンテナの指向方向を予め定めた方向に向ける。
When transmitting in the second frequency band, the switch 43 is connected to the input/output terminal on the second antenna element 20 side. A transmission signal input from the preceding signal processing circuit is distributed by the synthesizer/
移相器４２で移相された送信信号は、増幅器４１で増幅され、第２のアンテナ素子２０から放射される。 The transmission signal phase-shifted by the phase shifter 42 is amplified by the amplifier 41 and radiated from the second antenna element 20 .
以上説明したように本実施の形態に係るアンテナユニット１は、多層誘電体基板３０の表面に第１のアンテナ素子１０と、第２のアンテナ素子２０が配列し、裏面に送受信回路４０が実装されている。第２のアンテナ素子２０が複数の第１のアンテナ素子１０を囲む環形状を有することにより、第１のアンテナ素子１０と第２のアンテナ素子２０は、開口を共用する。これにより、互いに周波数帯の異なるアクティブアレイアンテナ及び送受信回路を、多層誘電体基板３０の沿面方向において、重複して実装できるため、アンテナユニット１を小型化することが可能となる。
As described above, in the
実施の形態２．
以下に、本発明を実施するための実施の形態２について図面を参照して詳細に説明する。本実施の形態に係るアンテナユニット２は、実施の形態１と同様に複数の第１のアンテナ素子１０を囲む環形状の第２のアンテナ素子２０を備え、各アンテナ素子の配置は実施の形態１と同様である。送受信回路４０の構成が実施の形態１と異なるため、図３を用いて、送受信回路４０について説明する。図３は、本実施の形態２に係るアンテナユニット２のブロック図である。
Below,
アンテナユニット２は、第１のアンテナ素子１０ａ，１０ｂ，・・・１０ｎと、第２のアンテナ素子２０ａ，２０ｂ，・・・２０ｎが送受信する信号を、増幅、移相する送受信回路４０ａ，４０ｂ，・・・４０ｎと、送受信する信号を合成又は分配する合成／分配器５１と合成／分配器５２を備える。
The
送受信回路４０は、増幅器４１、移相器４２を含む。送受信回路４０の数はｎであり、各々が第１のアンテナ素子１０及び第２のアンテナ素子２０のそれぞれに対応している。つまり、図３に示すように、送受信回路４０ａの増幅器４１ａ、移相器４２ａは、第１のアンテナ素子１０ａ及び第２のアンテナ素子２０ａと直接的又は間接的に接続されている。ここで、増幅器の記号は、４１ａ、４１ｂ、・・・、４１ｎで表し、総称を増幅器４１とする。移相器の記号は、４２ａ、４２ｂ、・・・、４２ｎで表し、総称を移相器４２とする。
Transceiver circuit 40 includes amplifier 41 and phase shifter 42 . The number of transmission/reception circuits 40 is n, each corresponding to the first antenna element 10 and the second antenna element 20, respectively. That is, as shown in FIG. 3, the
なお、増幅器４１、移相器４２は、第１の周波数帯及び第２の周波数帯をカバーする周波数特性を有してもよい。あるいは、増幅器４１、移相器４２は、第１の周波数帯をカバーする回路と、第２の周波数帯をカバーする回路を個別に有していてもよい。 The amplifier 41 and the phase shifter 42 may have frequency characteristics covering the first frequency band and the second frequency band. Alternatively, amplifier 41 and phase shifter 42 may each have a circuit that covers the first frequency band and a circuit that covers the second frequency band.
送受信回路４０ａの増幅器４１ａは、第１のアンテナ素子１０ａ又は第２のアンテナ素子２０ａが受信した信号を増幅する。また、増幅器４１ａは、移相器４２ａから受け取った送信信号を増幅して、第１のアンテナ素子１０ａ又は第２のアンテナ素子２０ａに出力する。移相器４２ａは、第１のアンテナ素子１０ａの各素子の信号の位相をずらすことにより、第１のアンテナ素子１０が構成するアクティブアレイアンテナのアンテナ指向方向を予め定めた方向に向ける。
The
移相器４２ａの入出力端子のうち、第１のアンテナ素子１０ａの入出力信号が入出力する端子は、合成／分配器５１に接続されている。一方、移相器４２ａの入出力端子のうち、第２のアンテナ素子２０ａの入出力信号が入出力する端子は、合成／分配器５２に接続されている。他の第１のアンテナ素子１０、第２のアンテナ素子２０、送受信回路４０についても同様である。
Of the input/output terminals of the
合成／分配器５１は、各第１のアンテナ素子１０が受信し、増幅し、移相する第１の入出力信号を合成して後段の信号処理回路に出力する。また、合成／分配器５１は、前段の信号処理回路から入力される第１の入出力信号を、各第１のアンテナ素子１０から送信する信号に分配する。
The synthesizer/
また、合成／分配器５２は、各第２のアンテナ素子２０が受信し、増幅し、移相する第２の入出力信号を合成して後段の信号処理回路に出力する。また、合成／分配器５２は、前段の信号処理回路から入力される第２の入出力信号を、各第２のアンテナ素子２０から送信する信号に分配する。
Also, the combiner/
以上のように構成したアンテナユニット２の動作について説明する。
The operation of the
第１の周波数帯の信号を第１のアンテナ素子１０が受信したとき、受信信号は、増幅器４１で増幅される。そして、移相器４２が各第１のアンテナ素子１０の受信信号の位相を互いにずらして、第１のアンテナ素子１０が構成するアクティブアレイアンテナの指向方向を予め定めた方向に向ける。 When the first antenna element 10 receives a signal in the first frequency band, the received signal is amplified by the amplifier 41 . Then, the phase shifter 42 shifts the phases of the signals received by the first antenna elements 10 from each other, and directs the directivity direction of the active array antenna formed by the first antenna elements 10 in a predetermined direction.
移相器４２で移相された受信信号は、合成／分配器５１に入力される。各送受信回路４０から入力された第１の周波数帯の受信信号は、合成／分配器５１で合成されて、後段の信号処理回路に出力される。
The received signal phase-shifted by phase shifter 42 is input to combiner/
第２の周波数帯の信号を第２のアンテナ素子２０が受信したとき、受信信号は、増幅器４１で増幅される。そして、移相器４２が各第２のアンテナ素子２０の受信信号の位相を互いにずらして、第２のアンテナ素子２０が構成するアクティブアレイアンテナの指向方向を予め定めた方向に向ける。 When the second antenna element 20 receives the signal of the second frequency band, the received signal is amplified by the amplifier 41 . Then, the phase shifter 42 shifts the phases of the signals received by the second antenna elements 20 from each other, and directs the directivity direction of the active array antenna formed by the second antenna elements 20 in a predetermined direction.
移相器４２で移相された受信信号は、合成／分配器５２に入力される。各送受信回路４０から入力された第２の周波数帯の受信信号は、合成／分配器５２で合成されて、後段の信号処理回路に出力される。
The received signal phase-shifted by phase shifter 42 is input to combiner/
第１の周波数帯の送信を行うときは、前段の信号処理回路から入力される送信信号が、合成／分配器５１で分配され、各移相器４２に入力される。移相器４２は、各第１のアンテナ素子１０に対応する信号の位相を互いにずらして、第１のアンテナ素子１０が構成するアクティブアレイアンテナの指向方向を予め定めた方向に向ける。
When transmitting in the first frequency band, a transmission signal input from the preceding signal processing circuit is divided by the synthesizer/
移相器４２で移相された送信信号は、増幅器４１で増幅され、第１のアンテナ素子１０から放射される。 The transmission signal phase-shifted by the phase shifter 42 is amplified by the amplifier 41 and radiated from the first antenna element 10 .
第２の周波数帯の送信を行うときは、前段の信号処理回路から入力される送信信号が、合成／分配器５２で分配され、各移相器４２に入力される。移相器４２は、各第２のアンテナ素子２０に対応する信号の位相を互いにずらして、第２のアンテナ素子２０が構成するアクティブアレイアンテナの指向方向を予め定めた方向に向ける。
When transmitting in the second frequency band, the transmission signal input from the preceding signal processing circuit is divided by the synthesizer/
移相器４２で移相された送信信号は、増幅器４１で増幅され、第２のアンテナ素子２０から放射される。 The transmission signal phase-shifted by the phase shifter 42 is amplified by the amplifier 41 and radiated from the second antenna element 20 .
以上説明したように本実施の形態に係るアンテナユニット２は、多層誘電体基板３０の表面に第１のアンテナ素子１０と、第２のアンテナ素子２０が配列し、裏面に送受信回路４０及び合成／分配器５１，５２が実装されている。第１のアンテナ素子１０で送受信する信号は、合成／分配器５１で合成され又は分配され、第２のアンテナ素子２０で送受信する信号は、合成／分配器５２で合成され又は分配される。これにより、小型化されたアンテナユニット２においても、互いに異なる周波数帯の通信を同時に実行することが可能となる。
As described above, in the
実施の形態３．
以下に、本発明を実施するための実施の形態３について図面を参照して詳細に説明する。図４は、本実施の形態に係るアクティブアレイアンテナを備えたアンテナユニット３の外形図である。（ａ）が上面図であり、（ｂ）は（ａ）の一点鎖線Ａにおける断面図である。
Below,
アンテナユニット３は、図４に示すように、多層誘電体基板３０と、多層誘電体基板３０の表面に一定の間隔をあけて配列した第１のアンテナ素子１０ａ，１０ｂと、多層誘電体基板３０の中間面に一定の間隔をあけて配列した第２のアンテナ素子２０ａ、２０ｂと、を含む。アンテナユニット３は、さらに、第１のアンテナ素子１０ａ，１０ｂと、第２のアンテナ素子２０ａ、２０ｂが送受信する信号を、増幅、移相する送受信回路４０ａ、４０ｂと、送受信する信号を合成又は分配する合成／分配器５０又は合成／分配器５１，５２を多層誘電体基板３０の裏面に備える。
As shown in FIG. 4, the
本実施の形態３において、第１のアンテナ素子１０ａ、１０ｂは、図４に示すように、円形のパッチアンテナである。また、第２のアンテナ素子２０ａ、２０ｂは、図４に示すように、４つの第１のアンテナ素子１０ａ、１０ｂの実装領域を内包する領域に形成したパッチアンテナである。
In
なお、図４（ａ），（ｂ）は、アンテナユニット３の一部を示したものであり、第１のアンテナ素子１０ａ，１０ｂは、４個を正方格子点に配置したものを１セットとしてｎセットが多層誘電体基板３０の沿面方向に配列されている。また、第２のアンテナ素子２０ａ、２０ｂと、送受信回路４０ａ、４０ｂは、多層誘電体基板３０の沿面方向に各ｎ個配列されている。第１のアンテナ素子の記号は、１０ａ、１０ｂ、・・・、１０ｎで表し、総称を第１のアンテナ素子１０とする。第２のアンテナ素子の記号は、２０ａ、２０ｂ、・・・、２０ｎで表し、総称を第２のアンテナ素子２０とする。送受信回路の記号は、４０ａ、４０ｂ、・・・、４０ｎで表し、総称を送受信回路４０とする。
4(a) and 4(b) show a part of the
多層誘電体基板３０は、３以上の実装面を有する多層の誘電体基板である。第１の面である表面には、第１のアンテナ素子１０が配列されている。多層誘電体基板３０は、表面と裏面の間の第２の面である中間面を有し、中間面に第２のアンテナ素子２０と地導体３１を備える。第２のアンテナ素子２０と地導体３１は互いに絶縁されている。第３の面である裏面には、送受信回路４０が実装されている。第１のアンテナ素子１０及び第２のアンテナ素子２０と、対応する送受信回路４０と、は図４（ｂ）に示すように、表面、中間面、裏面を貫通する配線３２，３３により接続されている。
Multilayer
第１のアンテナ素子１０は、中間面の第２のアンテナ素子２０をグランドとして動作してもよい。あるいは、実施の形態１と同様に、第１のアンテナ素子１０は、地導体３１をグランドとして動作してもよい。第２のアンテナ素子２０は、中間面の地導体３１をグランドとして動作する。
The first antenna element 10 may operate with the second antenna element 20 on the midplane as ground. Alternatively, as in the first embodiment, the first antenna element 10 may operate with the
第１のアンテナ素子１０は、第１の周波数帯の信号に共振する平面アンテナであり、第１の周波数帯の無線通信信号を送信し、又は受信する。第１の周波数帯は例えば２６～４０ＧＨｚのＫａ帯である。第１のアンテナ素子１０は、多層誘電体基板３０の表面上に２次元方向に配列している。本実施の形態では、第１のアンテナ素子１０ａ、１０ｂがそれぞれ４つ実装されている。
The first antenna element 10 is a planar antenna that resonates with signals in the first frequency band, and transmits or receives wireless communication signals in the first frequency band. The first frequency band is, for example, the Ka band of 26-40 GHz. The first antenna elements 10 are arranged two-dimensionally on the surface of the
第２のアンテナ素子２０は、第１の周波数帯より低い第２の周波数帯の信号に共振する平面アンテナであり、第２の周波数帯の無線通信信号を送信し、又は受信する。第２の周波数帯は、例えば８～１２ＧＨｚのＸ帯である。第２のアンテナ素子２０は、多層誘電体基板３０の表面に垂直の方向から見たときに、２以上の第１のアンテナ素子１０の実装領域を内包する領域に広がっている。図４は、１つの第２のアンテナ素子２０の実装領域が４つの第１のアンテナ素子１０の実装領域を内包する場合を示している。
The second antenna element 20 is a planar antenna that resonates with signals in a second frequency band lower than the first frequency band, and transmits or receives wireless communication signals in the second frequency band. The second frequency band is, for example, the X band of 8-12 GHz. The second antenna element 20 extends over an area that includes two or more mounting areas of the first antenna elements 10 when viewed from a direction perpendicular to the surface of the
図４に示すように、アンテナユニット３は、第２のアンテナ素子２０が複数の第１のアンテナ素子１０を内包し、２種類のアンテナが開口を共用した配置となっている。すなわち、多層誘電体基板３０の表面の延在方向に垂直の方向から見たときに、複数の第１のアンテナ素子１０の実装領域を、１の第２のアンテナ素子２０の実装領域が内包している。言い換えると、多層誘電体基板３０の沿面方向における、第１のアンテナ素子１０の設置位置と第２のアンテナ素子２０の設置位置とが重複した構成となっており、設置面積当たりのアンテナ配置効率を上げることができる。
As shown in FIG. 4, the
なお、第２のアンテナ素子２０が内包する第１のアンテナ素子１０の数は、２つの周波数帯の周波数比によって、任意に選択できる。例えば、第２のアンテナ素子２０で囲む第１のアンテナ素子１０の数を２素子又は８素子にしてもよい。この場合、第２のアンテナ素子２０は、図４のような正方形でなくてもよく、長方形でもよい。また第２のアンテナ素子２０は、方形でなくてもよく、円形又は楕円形を含む任意の形状でもよい。第１のアンテナ素子１０の配列も任意であり、図４のような正方格子点の配列でなくでもよい。 The number of first antenna elements 10 included in the second antenna element 20 can be arbitrarily selected depending on the frequency ratio of the two frequency bands. For example, the number of first antenna elements 10 surrounded by the second antenna elements 20 may be two or eight. In this case, the second antenna element 20 need not be square as shown in FIG. 4, but may be rectangular. Also, the second antenna element 20 need not be rectangular and may be of any shape, including circular or elliptical. The arrangement of the first antenna elements 10 is also arbitrary, and does not have to be an arrangement of square lattice points as shown in FIG.
送受信回路４０及び合成／分配器５０，５１，５２の構成、及び、アンテナユニット３の全体の動作は、実施の形態１又は２と同様である。
The configuration of the transmitting/receiving circuit 40 and the combiners/
以上説明したように本実施の形態に係るアンテナユニット３は、多層誘電体基板３０の表面に第１のアンテナ素子１０が配列し、多層誘電体基板３０の中間面に第２のアンテナ素子２０が配列し、多層誘電体基板３０の延在方向に垂直の方向から見たとき、複数の第１のアンテナ素子１０が、第２のアンテナ素子２０の実装領域に内包されることとした。これにより、互いに周波数帯の異なるアクティブアレイアンテナを、多層誘電体基板３０の沿面方向において、重複して実装できるため、アンテナユニット１を小型化することが可能となる。
As described above, in the
実施の形態４．
以下に、本発明を実施するための実施の形態４について図面を参照して詳細に説明する。図５は、本実施の形態に係るアクティブアレイアンテナを備えたアンテナユニット４の外形図である。（ａ）が上面図であり、（ｂ）は（ａ）の一点鎖線Ａにおける断面図である。
A fourth embodiment for carrying out the present invention will be described in detail below with reference to the drawings. FIG. 5 is an outline view of an
アンテナユニット４は、図５に示すように、多層誘電体基板３０と、多層誘電体基板３０の表面に一定の間隔をあけて配列した第１のアンテナ素子１０ａ，１０ｂと、第２のアンテナ素子２０ａ、２０ｂと、を含む。アンテナユニット４は、さらに、第１のアンテナ素子１０ａ，１０ｂと、第２のアンテナ素子２０ａ、２０ｂが送受信する信号を、増幅、移相する送受信回路４０ａ、４０ｂと、送受信する信号を合成又は分配する合成／分配器５０又は合成／分配器５１，５２を多層誘電体基板３０の裏面に備える。
As shown in FIG. 5, the
本実施の形態４において、第１のアンテナ素子１０ａ、１０ｂは、図５に示すように、円形のパッチアンテナである。また、第２のアンテナ素子２０ａ，２０ｂは、図５に示すように、４つの開口を有するパッチアンテナである。第１のアンテナ素子１０ａ、１０ｂは、第２のアンテナ素子２０ａ，２０ｂの開口の中に形成されている。
In the fourth embodiment, the
なお、図５（ａ），（ｂ）は、アンテナユニット４の一部を示したものであり、第１のアンテナ素子１０ａ，１０ｂは、４個を正方格子点に配置したものを１セットとしてｎセットが多層誘電体基板３０の沿面方向に配列されている。また、第２のアンテナ素子２０ａ、２０ｂと、送受信回路４０ａ、４０ｂは、多層誘電体基板３０の沿面方向に各ｎ個配列されている。第１のアンテナ素子の記号は、１０ａ、１０ｂ、・・・、１０ｎで表し、総称を第１のアンテナ素子１０とする。第２のアンテナ素子の記号は、２０ａ、２０ｂ、・・・、２０ｎで表し、総称を第２のアンテナ素子２０とする。送受信回路の記号は、４０ａ、４０ｂ、・・・、４０ｎで表し、総称を送受信回路４０とする。
5(a) and 5(b) show a part of the
多層誘電体基板３０は、３以上の実装面を有する多層の誘電体基板である。第１の面である表面には、第１のアンテナ素子１０及び第２のアンテナ素子２０が配列されている。また、多層誘電体基板３０は、表面と裏面の間の第２の面である中間面に、地導体３１を有する。第３の面である裏面には送受信回路４０が実装されている。第１のアンテナ素子１０及び第２のアンテナ素子２０と、対応する送受信回路４０と、は図５（ｂ）に示すように、表面と裏面を貫通する配線３２，３３により接続されている。なお、第１のアンテナ素子１０及び第２のアンテナ素子２０は、中間面の地導体３１をグランドとして動作する。
Multilayer
第１のアンテナ素子１０は、第１の周波数帯の信号に共振する平面アンテナであり、第１の周波数帯の無線通信信号を送信し、又は受信する。第１の周波数帯は例えば２６～４０ＧＨｚのＫａ帯である。第１のアンテナ素子１０は、多層誘電体基板３０の表面上に２次元方向に配列している。本実施の形態では、第１のアンテナ素子１０ａ、１０ｂがそれぞれ４つ実装されている。
The first antenna element 10 is a planar antenna that resonates with signals in the first frequency band, and transmits or receives wireless communication signals in the first frequency band. The first frequency band is, for example, the Ka band of 26-40 GHz. The first antenna elements 10 are arranged two-dimensionally on the surface of the
第２のアンテナ素子２０は、第１の周波数帯より低い第２の周波数帯の信号に共振する平面アンテナであり、第２の周波数帯の無線通信信号を送信し、又は受信する。第２の周波数帯は、例えば８～１２ＧＨｚのＸ帯である。各第２のアンテナ素子２０は、２以上の円形の開口を有しており、その開口の中に第１のアンテナ素子１０が位置している。図５は、１つの第２のアンテナ素子２０の中に４つの円形の開口を有し、その中に第１のアンテナ素子１０が位置する場合を示している。 The second antenna element 20 is a planar antenna that resonates with signals in a second frequency band lower than the first frequency band, and transmits or receives wireless communication signals in the second frequency band. The second frequency band is, for example, the X band of 8-12 GHz. Each second antenna element 20 has two or more circular openings in which the first antenna elements 10 are located. FIG. 5 shows the case of having four circular apertures in one second antenna element 20, in which the first antenna element 10 is located.
図５に示すように、アンテナユニット４は、第２のアンテナ素子２０が複数の第１のアンテナ素子１０を内包し、２種類のアンテナが開口を共用した配置となっている。すなわち、多層誘電体基板３０の表面の延在方向に垂直の方向から見たときに、複数の第１のアンテナ素子１０の実装領域を、１の第２のアンテナ素子２０の実装領域が内包している。言い換えると、多層誘電体基板３０の沿面方向における、第１のアンテナ素子１０の設置位置と第２のアンテナ素子２０の設置位置とが重複した構成となっており、設置面積当たりのアンテナ配置効率を上げることができる。
As shown in FIG. 5, in the
なお、第２のアンテナ素子２０内に形成する開口の数、及び、第２のアンテナ素子２０が内包する第１のアンテナ素子１０の数は、２つの周波数帯の周波数比によって、任意に選択できる。例えば、第２のアンテナ素子２０で囲む第１のアンテナ素子１０の数を２素子又は８素子にしてもよい。この場合、第２のアンテナ素子２０は、図５のような正方形でなくてもよく、長方形でもよい。また方形でなく、円形又は楕円形を含む任意の形状でもよい。第１のアンテナ素子１０の配列も任意であり、図５のような正方格子点の配列でなくでもよい。 The number of openings formed in the second antenna element 20 and the number of the first antenna elements 10 included in the second antenna element 20 can be arbitrarily selected depending on the frequency ratio of the two frequency bands. . For example, the number of first antenna elements 10 surrounded by the second antenna elements 20 may be two or eight. In this case, the second antenna element 20 need not be square as in FIG. 5, but may be rectangular. It may also be of any shape other than square, including circular or elliptical. The arrangement of the first antenna elements 10 is also arbitrary, and does not have to be the arrangement of square lattice points as shown in FIG.
送受信回路４０及び合成／分配器５０，５１，５２の構成、及び、アンテナユニット４の全体の動作は、実施の形態１又は２と同様である。
The configuration of the transmitting/receiving circuit 40 and the combiners/
以上説明したように本実施の形態に係るアンテナユニット４は、多層誘電体基板３０の表面に第１のアンテナ素子１０と第２のアンテナ素子２０が配列し、第２のアンテナ素子２０が２以上の開口を有し、その開口の中に、第１のアンテナ素子１０が位置することで、第２のアンテナ素子２０の実装領域に第１のアンテナ素子１０が内包されることとした。これにより、互いに周波数帯の異なるアクティブアレイアンテナを、多層誘電体基板３０の沿面方向において、重複して実装できるため、アンテナユニット４を小型化することが可能となる。
As described above, in the
実施の形態５．
以下に、本発明を実施するための実施の形態５について図面を参照して詳細に説明する。図６は、本実施の形態に係るアクティブアレイアンテナを備えたアンテナユニット５の外形図である。（ａ）が上面図であり、（ｂ）は（ａ）の一点鎖線Ａにおける断面図である。
アンテナユニット５は、図６に示すように、多層誘電体基板３０と、多層誘電体基板３０の表面に一定の間隔をあけて配列した第１のアンテナ素子１０ａ，１０ｂと、第２のアンテナ素子６０ａ、６０ｂと、を含む。アンテナユニット５は、さらに、第１のアンテナ素子１０ａ，１０ｂと、第２のアンテナ素子６０ａ、６０ｂが送受信する信号を、増幅、移相する送受信回路４０ａ、４０ｂと、送受信する信号を合成又は分配する合成／分配器５０又は合成／分配器５１，５２を多層誘電体基板３０の裏面に備える。
As shown in FIG. 6, the
本実施の形態５において、第１のアンテナ素子１０ａ、１０ｂは、図６に示すように、円形のパッチアンテナである。また、第２のアンテナ素子６０ａ，６０ｂは、図６に示すように、多層誘電体基板３０の表面に設置した金属箔に形成された十字のスロットアンテナである。スロットアンテナの形成領域に設けた４つの開口の中に第１のアンテナ素子１０ａ、１０ｂが形成されている。
In the fifth embodiment, the
なお、図６（ａ），（ｂ）は、アンテナユニット５の一部を示したものであり、第１のアンテナ素子１０ａ，１０ｂは、４個を正方格子点に配置したものを１セットとしてｎセットが多層誘電体基板３０の沿面方向に配列されている。また、第２のアンテナ素子６０ａ、６０ｂと、送受信回路４０ａ、４０ｂは、多層誘電体基板３０の沿面方向に各ｎ個配列されている。第１のアンテナ素子の記号は、１０ａ、１０ｂ、・・・、１０ｎで表し、総称を第１のアンテナ素子１０とする。第２のアンテナ素子の記号は、６０ａ、６０ｂ、・・・、６０ｎで表し、総称を第２のアンテナ素子６０とする。送受信回路の記号は、４０ａ、４０ｂ、・・・、４０ｎで表し、総称を送受信回路４０とする。
6(a) and 6(b) show a part of the
多層誘電体基板３０は、３以上の実装面を有する多層の誘電体基板である。第１の面である表面には、第１のアンテナ素子１０及び第２のアンテナ素子６０が配列されている。また、多層誘電体基板３０は、表面と裏面の間の第２の面である中間面に、地導体３１を有する。第３の面である裏面には送受信回路４０が実装されている。第１のアンテナ素子１０及び第２のアンテナ素子６０と、対応する送受信回路４０と、は図６（ｂ）に示すように、表面、裏面を貫通する配線３２，３３により接続されている。第１のアンテナ素子１０及び第２のアンテナ素子６０は、中間面の地導体３１をグランドとして動作する。
Multilayer
第１のアンテナ素子１０は、第１の周波数帯の信号に共振する平面アンテナであり、第１の周波数帯の無線通信信号を送信し、又は受信する。第１の周波数帯は例えば２６～４０ＧＨｚのＫａ帯である。第１のアンテナ素子１０は、多層誘電体基板３０の表面上に２次元方向に配列している。本実施の形態では、第１のアンテナ素子１０ａ、１０ｂがそれぞれ４つ実装されている。
The first antenna element 10 is a planar antenna that resonates with signals in the first frequency band, and transmits or receives wireless communication signals in the first frequency band. The first frequency band is, for example, the Ka band of 26-40 GHz. The first antenna elements 10 are arranged two-dimensionally on the surface of the
第２のアンテナ素子６０は、第１の周波数帯より低い第２の周波数帯の信号に共振するスロットアンテナであり、第２の周波数帯の無線通信信号を送信し、又は受信する。第２の周波数帯は、例えば８～１２ＧＨｚのＸ帯である。スロットアンテナである第２のアンテナ素子６０は、多層誘電体基板３０の表面に設置した金属箔に形成された十字の間隙である。図６（ａ）では、４つの第１のアンテナ素子１０ａの間に形成された十字の間隙が第２のアンテナ素子６０ａであり、同様のスロットアンテナである第２のアンテナ素子６０がｎ個形成されている。
The second antenna element 60 is a slot antenna that resonates with signals in a second frequency band lower than the first frequency band, and transmits or receives radio communication signals in the second frequency band. The second frequency band is, for example, the X band of 8-12 GHz. A second antenna element 60 which is a slot antenna is a cross-shaped gap formed in a metal foil placed on the surface of the
図６に示すように、アンテナユニット５は、第２のアンテナ素子６０の実装領域が複数の第１のアンテナ素子１０を内包し、２種類のアンテナが設置位置を共用した配置となっている。すなわち、多層誘電体基板３０の表面の延在方向に垂直の方向から見たときに、複数の第１のアンテナ素子１０の実装領域を、１の第２のアンテナ素子６０の実装領域が内包している。言い換えると、多層誘電体基板３０の沿面方向における、第１のアンテナ素子１０の設置位置と第２のアンテナ素子６０の設置位置とが重複した構成となっており、設置面積当たりのアンテナ配置効率を上げることができる。
As shown in FIG. 6, in the
なお、第２のアンテナ素子６０の実装領域内に形成する第１のアンテナ素子１０の数は、２つの周波数帯の周波数比によって、任意に選択できる。例えば、第２のアンテナ素子６０の実装領域内に内包する第１のアンテナ素子１０の数を２素子又は８素子にしてもよい。この場合、第２のアンテナ素子６０の形状は十字でなくてもよく、他の形状でもよい。 The number of first antenna elements 10 formed within the mounting area of the second antenna element 60 can be arbitrarily selected depending on the frequency ratio of the two frequency bands. For example, the number of first antenna elements 10 included in the mounting area of the second antenna element 60 may be two or eight. In this case, the shape of the second antenna element 60 may not be a cross, and may be another shape.
送受信回路４０及び合成／分配器５０，５１，５２の構成、及び、アンテナユニット５の全体の動作は、実施の形態１又は２と同様である。
The configuration of the transmitting/receiving circuit 40 and the combiners/
以上説明したように本実施の形態に係るアンテナユニット５は、多層誘電体基板３０の表面に第１のアンテナ素子１０と第２のアンテナ素子６０が配列し、第２のアンテナ素子６０は、多層誘電体基板３０の表面に設置した金属箔に形成されたスロットタイプのアンテナである。そして、第２のアンテナ素子６０の実装領域の中に、第１のアンテナ素子１０が内包されることとした。これにより、互いに周波数帯の異なるアクティブアレイアンテナを、多層誘電体基板３０の沿面方向において、重複して実装できるため、アンテナユニット１を小型化することが可能となる。
As described above, in the
実施の形態６．
以下に、本発明を実施するための実施の形態６について図面を参照して詳細に説明する。図７は、本実施の形態に係るアクティブアレイアンテナを備えたアンテナユニット６の外形図である。（ａ）が上面図であり、（ｂ）は（ａ）の一点鎖線Ａにおける断面図である。
A sixth embodiment for carrying out the present invention will be described in detail below with reference to the drawings. FIG. 7 is an external view of an
アンテナユニット６は、図７に示すように、多層誘電体基板３０と、多層誘電体基板３０の表面に一定の間隔をあけて配列した第１のアンテナ素子７０ａ，７０ｂと、第２のアンテナ素子８０ａ、８０ｂと、を含む。アンテナユニット６は、さらに、第１のアンテナ素子７０ａ，７０ｂと、第２のアンテナ素子８０ａ、８０ｂが送受信する信号を、増幅、移相する送受信回路４０ａ、４０ｂと、送受信する信号を合成又は分配する合成／分配器５０又は合成／分配器５１，５２を多層誘電体基板３０の裏面に備える。
As shown in FIG. 7, the
本実施の形態６において、第２のアンテナ素子８０ａ，８０ｂは、多層誘電体基板３０の表面に設置した金属箔に形成した円環状のスロットアンテナである。また、第１のアンテナ素子７０ａ，７０ｂは、第２のアンテナ素子８０ａ，８０ｂと同じ中心を有する円環状のスロットアンテナである。
In the sixth embodiment, the
なお、図７（ａ），（ｂ）は、アンテナユニット５の一部を示したものであり、第１のアンテナ素子７０ａ，７０ｂと第２のアンテナ素子８０ａ，８０ｂは、多層誘電体基板３０の沿面方向に各ｎ個配列されている。また、送受信回路４０ａ、４０ｂは、多層誘電体基板３０の沿面方向にｎ個配列されている。第１のアンテナ素子の記号は、７０ａ、７０ｂ、・・・、７０ｎで表し、総称を第１のアンテナ素子７０とする。第２のアンテナ素子の記号は、８０ａ、８０ｂ、・・・、８０ｎで表し、総称を第２のアンテナ素子８０とする。送受信回路の記号は、４０ａ、４０ｂ、・・・、４０ｎで表し、総称を送受信回路４０とする。
7(a) and 7(b) show a part of the
多層誘電体基板３０は、３以上の実装面を有する多層の誘電体基板である。第１の面である表面には、第１のアンテナ素子７０と、第２のアンテナ素子８０が配列されている。また、多層誘電体基板３０は、表面と裏面の間の第２の面である中間面に、地導体３１を有する。第３の面である裏面には送受信回路４０が実装されている。第１のアンテナ素子７０及び第２のアンテナ素子８０と、対応する送受信回路４０と、は図７（ｂ）に示すように、表面、中間面、裏面を貫通する配線３２，３３により接続されている。なお、第１のアンテナ素子７０及び第２のアンテナ素子８０は、中間面の地導体３１をグランドとして動作する。
Multilayer
第１のアンテナ素子７０は、第１の周波数帯の信号に共振するスロットアンテナであり、第１の周波数帯の通信信号を送信し、又は受信する。第１の周波数帯は例えば１２～１８ＧＨｚのＫｕ帯である。第１のアンテナ素子７０は、多層誘電体基板３０の表面上に２次元方向に配列している。
The first antenna element 70 is a slot antenna that resonates with signals in the first frequency band, and transmits or receives communication signals in the first frequency band. The first frequency band is, for example, the Ku band of 12-18 GHz. The first antenna elements 70 are arranged two-dimensionally on the surface of the
第２のアンテナ素子８０は、第１の周波数帯より低い第２の周波数帯の信号に共振するスロットアンテナであり、第２の周波数帯の通信信号を送信し、又は受信する。第２の周波数帯は、例えば８～１２ＧＨｚのＸ帯である。第１のアンテナ素子７０と第２のアンテナ素子８０は、中心が同じであり、半径の異なる円環状の間隙である。つまり、第２のアンテナ素子８０の内側の金属箔に第１のアンテナ素子７０が形成されている。 The second antenna element 80 is a slot antenna that resonates with signals in a second frequency band lower than the first frequency band, and transmits or receives communication signals in the second frequency band. The second frequency band is, for example, the X band of 8-12 GHz. The first antenna element 70 and the second antenna element 80 are annular gaps having the same center and different radii. That is, the first antenna element 70 is formed on the metal foil inside the second antenna element 80 .
図７に示すように、アンテナユニット６は、第２のアンテナ素子８０の実装領域が第１のアンテナ素子７０を内包し、２種類のアンテナが設置位置を共用した配置となっている。すなわち、多層誘電体基板３０の表面の延在方向に垂直の方向から見たときに、第１のアンテナ素子７０の実装領域を、第２のアンテナ素子８０の実装領域が内包している。言い換えると、多層誘電体基板３０の沿面方向における、第１のアンテナ素子７０の設置位置と第２のアンテナ素子８０の設置位置とが重複した構成となっており、設置面積当たりのアンテナ配置効率を上げることができる。
As shown in FIG. 7, the
送受信回路４０及び合成／分配器５０，５１，５２の構成、及び、アンテナユニット６の全体の動作は、実施の形態１又は２と同様である。
The configuration of the transmitting/receiving circuit 40 and the combiners/
以上説明したように本実施の形態に係るアンテナユニット６は、多層誘電体基板３０の表面に円環状のスロットアンテナである第２のアンテナ素子８０を配列し、第２のアンテナ素子ぞれぞれの内側に、円環状のスロットアンテナである第１のアンテナ素子７０を備えることとした。これにより、半径が異なる円環状のスロットアンテナを含む、互いに周波数帯の異なるアクティブアレイアンテナを、多層誘電体基板３０の沿面方向において、重複して実装できるため、アンテナユニット６を小型化することが可能となる。
As described above, in the
このように本発明は、アンテナユニットにおいて、２以上の実装面を有する多層誘電体基板の第１の面に第１の周波数帯の信号に共振する複数の第１のアンテナ素子を配列し、多層誘電体基板の第１の面、又は、第１の面と平行な第２の面に、第１の周波数帯より低い第２の周波数帯の信号に共振する複数の第２のアンテナ素子とを配列する。アンテナユニットは、第１のアンテナ素子の入出力信号を増幅及び移相する第１の入出力信号と、第２のアンテナ素子の入出力信号を増幅及び移相する第２の入出力信号と、を選択するスイッチと、スイッチで選択された信号を合成又は分配する合成／分配器と、を備える。そして、多層誘電体基板の第１の面の延在方向に垂直の方向から見たときに、複数の第１のアンテナ素子のうち、少なくとも１の第１のアンテナ素子の実装領域を、１の第２のアンテナ素子の実装領域が内包することとした。これにより、小型のアンテナユニットで互いに周波数帯の異なる無線通信信号を送受信することが可能になる。 As described above, in the antenna unit of the present invention, a plurality of first antenna elements resonating with signals of a first frequency band are arranged on the first surface of a multilayer dielectric substrate having two or more mounting surfaces, A plurality of second antenna elements that resonate with signals in a second frequency band lower than the first frequency band are provided on the first surface of the dielectric substrate or on a second surface parallel to the first surface. Array. The antenna unit includes a first input/output signal that amplifies and phase-shifts the input/output signal of the first antenna element, a second input/output signal that amplifies and phase-shifts the input/output signal of the second antenna element, and a synthesizer/divider that synthesizes or distributes the signals selected by the switch. Then, when viewed from a direction perpendicular to the extending direction of the first surface of the multilayer dielectric substrate, the mounting area of at least one first antenna element among the plurality of first antenna elements is divided into one The mounting area of the second antenna element is included. As a result, it becomes possible to transmit and receive wireless communication signals having different frequency bands with a small antenna unit.
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲での種々の変更は勿論可能である。 It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications are of course possible without departing from the gist of the present invention.
例えば、上記実施の形態において、第１のアンテナ素子１０，７０及び第２のアンテナ素子２０，６０，８０に関して、パッチアンテナの形状、スロットアンテナの形状、アンテナの配列パターンの例を揚げたが、これらに限られず、２つの周波数帯の周波数比に応じて任意の形状及びパターンを選択してもよい。 For example, with respect to the first antenna elements 10, 70 and the second antenna elements 20, 60, 80, examples of the shape of the patch antenna, the shape of the slot antenna, and the arrangement pattern of the antennas were given in the above embodiment. Any shape and pattern may be selected according to the frequency ratio of the two frequency bands without being limited to these.
また、上記実施の形態において、アンテナユニット１－６は、互いに異なる２つの周波数帯の信号を送受信する２つのアクティブアレイアンテナを含むとしたが、３以上の周波数帯の信号を送受信する３以上のアクティブアレイアンテナを含んでもよい。例えば、実施の形態５の十字のスロットアンテナと、実施の形態６の円環状のスロットアンテナ２つを組み合わせることにより、３つのアクティブアレイアンテナを含んでもよい。 Further, in the above embodiment, the antenna unit 1-6 includes two active array antennas for transmitting and receiving signals in two different frequency bands, but three or more antennas for transmitting and receiving signals in three or more frequency bands. An active array antenna may be included. For example, three active array antennas may be included by combining the cross slot antenna of the fifth embodiment and two annular slot antennas of the sixth embodiment.
１，２，３，４，５，６ アンテナユニット、１０，７０ 第１のアンテナ素子、２０，６０，８０ 第２のアンテナ素子、３０ 多層誘電体基板、３１ 地導体、３２，３３ 配線、４０ 送受信回路、４１ 増幅器、４２ 移相器、４３ スイッチ、５０，５１，５２ 合成／分配器。
1, 2, 3, 4, 5, 6 antenna unit 10, 70 first antenna element 20, 60, 80
Claims (2)
前記多層誘電体基板の第１の面に配列したアンテナ素子であって、第１の周波数帯の信号に共振する複数の第１のアンテナ素子と、
前記多層誘電体基板の前記第１の面、又は、前記第１の面と平行な第２の面に配列したアンテナ素子であって、第１の周波数帯より低い第２の周波数帯の信号に共振する複数の第２のアンテナ素子と、
前記第１のアンテナ素子に入出力される第１の入出力信号と、前記第２のアンテナ素子に入出力される第２の入出力信号と、のどちらかを選択するスイッチと、
前記スイッチで選択された信号を合成又は分配する合成／分配器と、を備え、
前記多層誘電体基板の前記第１の面の延在方向に垂直の方向から見たときに、複数の前記第１のアンテナ素子のうち、少なくとも１の前記第１のアンテナ素子の実装領域を、１の前記第２のアンテナ素子の実装領域が内包する、
アンテナユニット。 a multilayer dielectric substrate having two or more mounting surfaces;
a plurality of first antenna elements arranged on the first surface of the multilayer dielectric substrate and resonating with signals in a first frequency band;
Antenna elements arranged on the first surface of the multilayer dielectric substrate or on the second surface parallel to the first surface, for signals in a second frequency band lower than the first frequency band a plurality of resonating second antenna elements;
a switch for selecting either a first input/output signal input/output to/from the first antenna element or a second input/output signal input/output to/from the second antenna element;
a synthesizer/divider that synthesizes or distributes the signals selected by the switch,
When viewed from a direction perpendicular to the extending direction of the first surface of the multilayer dielectric substrate, a mounting region for at least one of the plurality of first antenna elements, The mounting area of the second antenna element of 1 includes,
antenna unit.
前記多層誘電体基板の第１の面に配列したアンテナ素子であって、第１の周波数帯の信号に共振する複数の第１のアンテナ素子と、
前記多層誘電体基板の前記第１の面、又は、前記第１の面と平行な第２の面に配列したアンテナ素子であって、第１の周波数帯より低い第２の周波数帯の信号に共振する複数の第２のアンテナ素子と、
前記第１のアンテナ素子に入出力される第１の入出力信号を合成又は分配する第１の合成／分配器と、
前記第２のアンテナ素子に入出力される第２の入出力信号を合成又は分配する第２の合成／分配器と、を備え、
前記多層誘電体基板の前記第１の面の延在方向に垂直の方向から見たときに、複数の前記第１のアンテナ素子のうち、少なくとも１の前記第１のアンテナ素子の実装領域を、１の前記第２のアンテナ素子の実装領域が内包する、
アンテナユニット。 a multilayer dielectric substrate having two or more mounting surfaces;
a plurality of first antenna elements arranged on the first surface of the multilayer dielectric substrate and resonating with signals in a first frequency band;
Antenna elements arranged on the first surface of the multilayer dielectric substrate or on the second surface parallel to the first surface, for signals in a second frequency band lower than the first frequency band a plurality of resonating second antenna elements;
a first combiner/divider for combining or dividing a first input/output signal input/output to/from the first antenna element;
a second combiner/divider that combines or divides a second input/output signal input/output to/from the second antenna element;
When viewed from a direction perpendicular to the extending direction of the first surface of the multilayer dielectric substrate, a mounting region for at least one of the plurality of first antenna elements, The mounting area of the second antenna element of 1 includes,
antenna unit.
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