JP7842434B2 - 広帯域透過／フィルタ放射素子、共通開口アンテナアレイ及び通信装置 - Google Patents

広帯域透過／フィルタ放射素子、共通開口アンテナアレイ及び通信装置

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Description

本発明は、広帯域透過／フィルタ放射素子、共通開口アンテナアレイ及び通信装置に関し、移動通信の技術分野に属する。
５Ｇ移動通信システムの大規模な商用利用に伴い、異なる周波数帯域のアレイアンテナが反射面を共有して共通開口アンテナを構成する。アンテナの表面積を小さくするために、高周波アンテナ放射素子は、低周波放射素子の周囲に配置されることが多く、両者の物理的間隔が近いほど、干渉が深刻になる。高周波アンテナ放射素子と低周波アンテナ放射素子との間の干渉は、２種類に分けられる。１つは両者の放射干渉であり、即ち、高周波アンテナによって放射される電磁波が低周波放射素子を照射すると、低周波放射素子で電磁誘導が発生して、電磁波放射が励起されるので、高周波アンテナアレイの放射パターンが２つの電磁波の重ね合わせによって歪むおそれがある。この種の干渉は、通常、低周波放射素子を透過化することによって高周波放射パターンの歪みという問題を改善することができる。もう１つは自体の放射干渉であり、即ち、低周波放射素子は自体の動作周波数帯域内で電磁波を励起するだけでなく、周波数逓倍により、自体の動作周波数帯域の２倍又は３倍の範囲内でも電磁波が励起されることがある。この種の干渉は通常、追加のフィルタ回路によって解決されるが、現在、放射面によって透過／フィルタを統合する機能はまだ実現されていない。
したがって、本発明は、マルチバンドアンテナの放射パターンの歪みを改善し、アンテナ利得や、帯域外抑圧度、交差偏波比などの指標を向上させることができる、広帯域透過／フィルタ放射素子、共通開口アンテナアレイ及び通信装置を提供する。
本発明の第１の目的は、広帯域透過／フィルタ放射素子を提供することにある。
本発明の第２の目的は、共通開口アンテナアレイを提供することにある。
本発明の第３の目的は、移動通信装置を提供することにある。
本発明の第１の目的は、以下の技術的手段によって達成され得る。
広帯域透過／フィルタ放射素子は、放射構造及び給電構造を備え、放射構造が低周波電磁波信号を外部に放射するように、前記放射構造及び給電構造は結合給電方式を採用し、前記放射構造は、多層表面周期構造が搭載されている放射体を備え、
放射構造が第１モードで動作する場合に、高周波放射素子によって励起された電磁波が放射構造を照射し、放射構造における放射体と多層表面周期構造とは、Ｋ個の共振点及びＫ個のヌル点を有する非共振ノードの空間バンドパスフィルタ回路を構成し、ただし、Ｋ≧１であり、
放射構造が第２モードで動作する場合に、低周波電磁波が給電構造を介して放射構造を励起し、多層表面周期構造の素子が放射体によって並列に励起され、等価フィルタ回路を形成する。
さらに、前記放射体は、基板に設けられた４つの放射アームを備え、４つの放射アームはそれぞれ、第１放射アーム、第２放射アーム、第３放射アーム及び第４放射アームであり、前記第１放射アームと第３放射アームとは低周波放射素子の＋４５°偏波を形成し、前記第２放射アームと前記第４放射アームとは低周波放射素子の－４５°偏波を形成する。
さらに、各放射アームは、複数の透過／フィルタ素子と給電ブロックとを備え、各透過／フィルタ素子は、２本の金属直線部、第１Ｕ型開放素子及び第２Ｕ型開放素子を備え、前記給電ブロックは、給電構造に接続され、
２本の金属直線部が基板の上層及び下層にそれぞれ設けられ、２本の金属直線部の間が金属貫通孔を介して接続され、複数の透過／フィルタ素子の金属直線部、給電ブロックが順次接続されて環状多角形を構成し、
前記第１Ｕ型開放素子及び第２Ｕ型開放素子は金属直線部の一側又は両側に位置し、第１Ｕ型開放素子及び第２Ｕ型開放素子の共振周波数を制御することによって二重帯域又は広帯域透過を実現する。
さらに、前記第１Ｕ型開放素子及び第２Ｕ型開放素子が金属直線部の一側に位置する場合、前記第１Ｕ型開放素子は基板の上層に設けられ、前記第２Ｕ型開放素子は基板の下層に設けられるか、又は前記第１Ｕ型開放素子は基板の下層に設けられ、前記第２Ｕ型開放素子は基板の上層に設けられる。
さらに、前記第１Ｕ型開放素子及び第２Ｕ型開放素子が金属直線部の両側に位置する場合、前記第１Ｕ型開放素子は基板の上層に設けられ、前記第２Ｕ型開放素子は基板の下層に設けられるか、又は前記第１Ｕ型開放素子は基板の下層に設けられ、前記第２Ｕ型開放素子は基板の上層に設けられるか、又は前記第１Ｕ型開放素子及び第２Ｕ型開放素子は両方とも基板の上層に設けられるか、又は前記第１Ｕ型開放素子及び第２Ｕ型開放素子は両方とも基板の下層に設けられる。
さらに、前記金属直線部の幅が１．５ｍｍ～２ｍｍである。
さらに、前記第１Ｕ型開放素子及び第２Ｕ型開放素子の合計長さが対応する透過周波数帯域の動作波長の２分の１であり、線幅が１ｍｍ～２ｍｍであり、Ｕ型開口幅が２ｍｍ～５ｍｍであり、第１Ｕ型開放素子及び第２Ｕ型開放素子と金属直線部との距離がそれぞれ対応する周波数帯域波長の０．０１倍～０．０３倍である。
さらに、前記第１Ｕ型開放素子及び第２Ｕ型開放素子のうち、一方のＵ型開放素子が等価共振回路の形状に展開される。
さらに、前記等価共振回路の形状が直線であり、直線に展開されるＵ型開放素子は、金属直線部の内側に位置するか、又は金属直線部の外側に位置する。
さらに、前記等価共振回路の形状が直線であり、直線に展開されるＵ型開放素子は他方のＵ型開放素子と同一側に位置するか、又は直線に展開されるＵ型開放素子と他方のＵ型開放素子とは金属直線部の両側に位置する。
さらに、直線に展開されるＵ型開放素子と他方のＵ型開放素子とが金属直線部の両側に位置する場合、直線に展開されるＵ型開放素子は基板の上層に設けられ、他方のＵ型開放素子は基板の下層に設けられるか、又は直線に展開されるＵ型開放素子は基板の下層に設けられ、他方のＵ型開放素子は基板の上層に設けられる。
さらに、前記給電ブロックは、１つの透過／フィルタ素子に正対し、
前記第１放射アーム及び第３放射アームは、給電ブロックと正対する透過／フィルタ素子とを結ぶ線の長さが、低周波放射素子の動作中心周波数の対応波長の０．４４倍～０．５倍であり、
前記第２放射アーム及び第４放射アームは、給電ブロックと正対する透過／フィルタ素子とを結ぶ線の長さが、低周波放射素子の動作中心周波数の対応波長の０．２２倍～０．２５倍である。
本発明の第２の目的は、以下の技術的手段によって達成され得る。
共通開口アンテナアレイは、第１アンテナと、第２アンテナと、反射板とを備え、前記第１アンテナは、上記の広帯域透過／フィルタ放射素子であり、前記第２アンテナは、高周波放射アレイであり、前記広帯域透過／フィルタ放射素子及び高周波放射アレイが反射板に分布し、広帯域透過／フィルタ放射素子が高周波放射アレイに配置される。
さらに、前記共通開口アンテナアレイは多層構造からなり、各層に共振構造が搭載されて、多周波共振回路を構成することで、多周波透過／フィルタ特性を実現する。
本発明の第３の目的は、以下の技術的手段によって達成され得る。
移動通信装置は、上記の広帯域透過／フィルタ放射素子を備えるか、又は上記の衛星通信フィルタ共通開口アンテナアレイを備える。
本発明は、従来技術に比べて、以下の有益な効果を有する。
本発明の広帯域透過／フィルタ放射素子は、構造が簡単で、良好な透過性能を維持したままにフィルタ機能を統合し、重要な研究意義と幅広い応用の見通しを有する。さらに、放射素子の放射体に透過／フィルタ素子を設けることにより、高周波放射アレイの放射パターンを効果的に改善するとともに、放射素子の定在波帯域幅を広げることができる。
以下、本発明の実施例又は従来技術における技術的手段をより明確に説明するために、実施例又は従来技術の説明に使用する必要がある図面を簡単に説明する。以下の説明における図面は、本発明のいくつかの実施例に過ぎず、当業者であれば、創造的努力なしにこれらの図面から他の図面を導き出すこともできることは明らかである。
本発明の実施例１の広帯域透過／フィルタ放射素子の構造概略図である。 本発明の実施例１の放射構造が第１モードで動作する場合の等価空間バンドパスフィルタ回路を示す図である。 本発明の実施例１の放射構造が第２モードで動作する場合の等価フィルタ回路を示す図である。 図３を組み合わせた等価非共振ノードフィルタ回路を示す図である。 本発明の実施例１の放射構造の概略図である。 本発明の実施例１の放射アームの構造概略図である。 本発明の実施例１の透過／フィルタ素子の構造概略図である。 本発明の実施例１の透過／フィルタ素子の透過シミュレーション結果を示す図である。 本発明の実施例１の放射アームのＲＣＳシミュレーション結果を示す図である。 本発明の実施例１の広帯域透過／フィルタ放射素子と従来の低周波放射素子との利得曲線の比較図である。 本発明の実施例２の共通開口アンテナアレイの構造概略図である。 本発明の実施例３の放射アームの構造概略図である。 本発明の実施例４の放射アームの構造概略図である。 本発明の実施例５の放射アームの構造概略図である。
本発明の上記の目的、特徴及び利点をより明らかに理解するために、以下は図面を参照して本発明の具体的な実施形態について詳細に説明する。本発明が十分に理解されるように、以下の説明において多くの具体的な細部について述べる。なお、本発明は、ここに記載されたものとは異なる多くの他の形態で実施することが可能であり、当業者であれば、本発明の趣旨から逸脱することなく類似の改良を行うことができるので、本発明は、以下に開示される具体的な実施例に限定されるものではない。
なお、ある要素が他の要素に「接続される」とみなされる場合に、他の要素に直接接続されてもよく、又は他の要素に中間要素を介して接続されてもよい。以下の実施例における「接続」は、接続された回路、モジュール、素子等が互いに電気信号やデータの伝送を行う場合、「電気的接続」、「通信接続」等として理解されるべきである。
本明細書で使用される単数形の「一」、「１つ」及び「前記／該」は、文脈が特に明確に示されない限り、複数形を含むこともできる。さらに、「備える／含む」又は「有する」などの用語は、記載された特徴、全体、ステップ、動作、構成要素、部分又はこれらの組み合わせの存在を特定するものであるが、１つ又は複数の他の特徴、全体、ステップ、動作、構成要素、部分又はこれらの組み合わせの存在又は追加の可能性を排除するものではないことが理解されたい。また、本明細書で使用される用語には、関連する記載項目の任意の及び全ての組み合わせが含まれる。
（実施例１）
図１に示すように、本実施例は、広帯域透過／フィルタ放射素子を提供する。該放射素子は、低周波放射素子であり、放射構造１及び給電構造２を備え、放射構造１が低周波電磁波信号を外部に放射するように、放射構造１及び給電構造２は結合給電方式を採用し、放射構造は、多層表面周期構造１２が搭載されている放射体１１を備える。
本実施例の放射構造１は、第１モード及び第２モードという２つの動作モードに分けることができる。放射構造１が第１モードで動作する場合に、高周波放射素子３によって励起された電磁波が放射構造１を照射し、放射構造１におけるアレイアームと多層表面周期構造とは、図２に示されるＫ個の共振点及びＫ個のヌル点を有する非共振ノード（Ｎｏｎ－ｒｅｓｏｎａｎｔ Ｎｏｄｅ、ＮＲＮと略称）の空間バンドパスフィルタ回路を構成することにより、複数の高周波放射素子３によって励起された電磁波エネルギーが可能な限り完全に低周波放射素子を通過することができ、高周波アレイの放射パターンを改善する。放射構造１が第２モードで動作する場合に、低周波電磁波が給電部分を介して放射構造１を励起し、このとき、多層表面周期構造１２が放射体１１によって並列に励起され、図３に示される等価フィルタ回路を形成し、回路が変換して統合された後、図３の等価フィルタ回路は図４に示される等価非共振ノードフィルタ回路に統合することができる。図４における非共振ノード構造がＫ個の放射ヌルを生成し、放射ヌルの周波数が各層の表面周期構造の素子共振周波数と同じであることが証明されたので、周期表面の素子共振周波数を変調することによって放射ヌルの周波数を制御し、アンテナの帯域外抑圧度を向上させることができる。ただし、Ｋ≧１である。
図１及び図５に示すように、本実施例の放射構造１において、放射体１１は、基板１１１に設けられた４つの放射アームを備え、４つの放射アームはそれぞれ、第１放射アーム１１２、第２放射アーム１１３、第３放射アーム１１４及び第４放射アーム１１５であり、第１放射アーム１１２と第３放射アーム１１４とは低周波放射素子の＋４５°偏波を形成し、第２放射アーム１１３と第４放射アーム１１５とは低周波放射素子の－４５°偏波を形成する。放射体１１上の回路は、ＰＣＢ（Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｂｏａｒｄ）を用いて基板１１１の上層及び下層にエッチングすることができ、実線部分が基板１１１の上層回路であり、斜線部分が基板１１１の下層回路であり、両者の順序を逆にすることもでき、即ち、実線部分が基板１１１の下層回路であり、斜線部分が基板１１１の上層回路である。
図６に示すように、本実施例の放射アームの構造図であり、第２放射アーム１１３を例として、第２放射アーム１１３は７つの透過／フィルタ素子１１３１と給電ブロックと１１３２を備える。図７に示すように、各透過／フィルタ素子１１３１は、２本の金属直線部１１３１１、第１Ｕ型開放素子１１３１２及び第２Ｕ型開放素子１１３１３を備え、給電ブロック１１３２は給電構造２に接続され、２本の金属直線部１１３１１が基板１１１の上層及び下層にそれぞれ設けられ、２本の金属直線部１１３１１の間が金属貫通孔を介して接続され、７つの透過／フィルタ素子１１３１の金属直線部１１３１１、給電ブロック１１３２が順次接続されて環状八角形を構成し、２つずつの隣り合う透過／フィルタ素子１１３１の間の回転角度が３０°～４５°である。第１Ｕ型開放素子１１３１２及び第２Ｕ型開放素子１１３１３は金属直線部１１３１１の一側に位置し、第１Ｕ型開放素子１１３１２は基板１１１の上層に設けられ、第２Ｕ型開放素子１１３１３は基板１１１の下層に設けられる。理解できるように、第１Ｕ型開放素子１１３１２及び第２Ｕ型開放素子１１３１３の位置を入れ替えることが可能であり、即ち、第１Ｕ型開放素子１１３１２は基板１１１の下層に設けられ、第２Ｕ型開放素子１１３１３は基板１１１の上層に設けられる。
さらに、２本の金属直線部１１３１１は１つの金属部材とみなされ、第１Ｕ型開放素子１１３１２及び第２Ｕ型開放素子１１３１３はそれぞれ２つの金属部材であり、３つの金属部材は、高周波帯域において２つの周波数帯域の透過パスを形成することができる。金属直線部１１３１１の幅が１．５ｍｍ～２ｍｍである。線幅が細すぎると、比較的高いインダクタンス特性を示し、低周波放射素子のインピーダンス整合に不利で、低周波放射素子の動作帯域幅に影響を与える。線幅が広すぎると、高周波電磁波が透過素子を照射して過大な表面波を引き起こしやすく、透過効果に影響を与える。第１Ｕ型開放素子１１３１２及び第２Ｕ型開放素子１１３１３の合計長さが対応する透過周波数帯域の動作波長の２分の１であり、線幅が１ｍｍ～２ｍｍであり、Ｕ型開口幅が２ｍｍ～５ｍｍであり、第１Ｕ型開放素子１１３１２及び第２Ｕ型開放素子１１３１３と金属直線部１１３１１との距離がそれぞれ対応する周波数帯域波長の０．０１倍～０．０３倍である。第１Ｕ型開放素子１１３１２及び第２Ｕ型開放素子１１３１３の共振周波数を制御することによって二重帯域又は広帯域透過を実現する。低周波放射素子にとっては、第１Ｕ型開放素子１１３１２及び第２Ｕ型開放素子１１３１３の自体の電流作用により、外部にエネルギーを放射しないが、高周波帯域に２つのヌル点を形成することで、低周波放射素子の高周波帯域における放射を抑圧する。給電ブロック１１３２は、１つの透過／フィルタ素子１１３１に正対し、第２放射アーム１１３における給電ブロック１１３２と正対する透過／フィルタ素子１１３１とを結ぶ線の長さが、低周波放射素子の動作中心周波数の対応波長の０．２２倍～０．２５倍である。これに対応して、第４放射アーム１１５の給電ブロックと正対する透過／フィルタ素子とを結ぶ線の長さが、同様に低周波放射素子の動作中心周波数の対応波長の０．２２倍～０．２５倍である。第１放射アーム１１２及び第３放射アーム１１４は、給電ブロックと正対する透過／フィルタ素子とを結ぶ線の長さが、低周波放射素子の動作中心周波数の対応波長の０．４４倍～０．５倍である。
図８に示すように、高周波電磁波の入射波が透過／フィルタ素子を照射する場合のシミュレーション性能指標である。３．４８ＧＨｚ及び２．２４ＧＨｚにおいて２つの共振点があり、表面の２つのＵ型開放素子は３．４８ＧＨｚ及び２．２４ＧＨｚにおいて共振し、Ｓ２１は動作周波数帯域内において入射波が透過素子を通過した後のエネルギー損失を示し、シミュレーション結果からみると、０．１１ｄＢ～０．２９ｄＢの間にある。単一の透過／フィルタ素子は典型的な共振回路であり、その動作帯域幅が狭いため、複数の透過／フィルタ素子を接続して放射アームを構成してＲＣＳシミュレーションを行い、図９に示すように、２ＧＨｚ～４ＧＨｚの全範囲において－１５ｄＢ未満であり、放射アーム構造が良好な透過特性を有することが示される。
図１０に示すように、本実施例の広帯域透過／フィルタ素子と従来の低周波放射素子との利得曲線の比較図である。図からわかるように、０．６ＧＨｚ～０．９６ＧＨｚの周波数帯域において、利得が８ｄＢに達し、両者の一致度が非常に高く、透過／フィルタ素子の追加が低周波帯域における放射特性に影響を与えていないことが示されるが、２．４ＧＨｚ及び３．６ＧＨｚの周波数帯域において、２つの共振点（ヌル点）が明らかに示され、２．４ＧＨｚ及び３．６ＧＨｚの周波数帯域における利得が０ｄＢ未満となるので、低周波放射素子の高周波帯域における放射が効果的に抑圧され、フィルタ特性が示されている。
（実施例２）
図１１に示すように、本実施例は、共通開口アンテナアレイを提供する。該アンテナアレイは、第１アンテナと、第２アンテナと、反射板４とを備え、第１アンテナは、上記実施例１の広帯域透過／フィルタ放射素子であり、第２アンテナは、高周波放射アレイであり、広帯域透過／フィルタ放射素子及び高周波放射アレイが反射板４に分布し、広帯域透過／フィルタ放射素子が高周波放射アレイ内に配置され、ケーブル又はＰＣＢを介してアンテナの正面又は裏面から給電され、高周波放射アレイは複数の高周波放射素子３を備え、高周波放射アレイに使用される高周波放射素子３は偏波共用ダイポール素子である。低周波放射素子は６１７ＭＨｚ～９６０ＭＨｚの周波数帯域で動作し、高周波放射アレイは２４００ＭＨｚ～３８００ＭＨｚの周波数帯域で動作し、第２アンテナの高周波電磁波が第１アンテナの放射体に入射すると、放射体上の透過／フィルタ素子は、対応する周波数帯域の高周波電磁波に対してフィルタ効果を有して空間フィルタとして機能するため、第２アンテナの電磁波が第１アンテナを完全に通過し、放射体上の透過／フィルタ素子は高周波電磁波に対して透過効果を有することが分かる。
（実施例３）
図１２に示すように、本実施例の放射アームは、第１Ｕ型開放素子及び第２Ｕ型開放素子が金属直線部の両側に位置し、その間隔がそれぞれ対応する周波数帯域波長の０．０１倍～０．０３倍であり、本実施例の第１Ｕ型開放素子及び第２Ｕ型開放素子は両方とも基板の上層に設けられる。鏡像原理によって、第１Ｕ型開放素子及び第２Ｕ型開放素子は両方とも基板の下層に設けられてもよい。さらに、第１Ｕ型開放素子は基板の上層に設けられ、第２Ｕ型開放素子は基板の下層に設けられるか、又は第１Ｕ型開放素子は基板の下層に設けられ、第２Ｕ型開放素子は基板の上層に設けられてもよいことを理解されたい。
（実施例４）
図１３に示すように、本実施例の放射アームは、第１Ｕ型開放素子が直線に展開され、直線に展開される第１Ｕ型開放素子を直線型開放素子という。直線型開放素子及び第２Ｕ型開放素子は金属直線部の内側に位置し、その間隔がそれぞれ対応する周波数帯域波長の０．０１倍～０．０３倍であり、本実施例の直線型開放素子及び第２Ｕ型開放素子は基板の上層にそれぞれ設けられる。鏡像原理によって、直線型開放素子及び第２Ｕ型開放素子は両方とも基板の下層に設けられてもよい。さらに、直線型開放素子及び第２Ｕ型開放素子は金属直線部の外側に設けられてもよいことを理解されたい。
（実施例５）
図１４に示すように、本実施例の放射アームは、第１Ｕ型開放素子が直線に展開され、直線に展開される第１Ｕ型開放素子を直線型開放素子という。直線型開放素子及び第２Ｕ型開放素子は金属直線部の両側に位置し、その間隔がそれぞれ対応する周波数帯域波長の０．０１倍～０．０３倍であり、本実施例の直線型開放素子及び第２Ｕ型開放素子は両方とも基板の上層に設けられる。鏡像原理によって、直線型開放素子及び第２Ｕ型開放素子は両方とも基板の下層に設けられてもよい。さらに、直線型開放素子は基板の上層に設けられ、第２Ｕ型開放素子は基板の下層に設けられるか、又は直線型開放素子は基板の下層に設けられ、第２Ｕ型開放素子は基板の上層に設けられてもよいことを理解されたい。
上記実施例４及び実施例５において、直線に展開されるＵ型開放素子は、第２Ｕ型開放素子であってもよく、直線に展開されるほか、他の等価共振回路の形状に展開されてもよい。
要約すると、本発明の広帯域透過／フィルタ放射素子は、構造が簡単で、良好な透過性能を維持したままにフィルタ機能を統合し、重要な研究意義と幅広い応用の見通しを有する。さらに、放射素子の放射体に透過／フィルタ素子を設けることにより、高周波放射アレイの放射パターンを効果的に改善するとともに、放射素子の定在波帯域幅を広げることができる。
上記の実施例の各技術的特徴は、任意に組み合わせることができ、説明を簡潔にするために、上記実施例における各技術的特徴の全ての可能な組み合わせについて説明していないが、これらの技術的特徴の組み合わせに矛盾がない限り、本明細書に記載された範囲と見なされるべきである。
上記の実施例は、本願のいくつかの実施形態を示したものに過ぎず、その説明が具体的で詳細であるが、本発明の特許請求の範囲を限定するものとして理解されるべきではない。なお、当業者であれば、本願の構想から逸脱しない限り、様々な変形や改良を行うことができ、これらは全て本願の保護範囲に含まれる。従って、本願の保護範囲は添付された特許請求の範囲に準じるべきである。
（付記）
（付記１）
放射構造及び給電構造を備え、放射構造が低周波電磁波信号を外部に放射するように、前記放射構造及び給電構造は結合給電方式を採用し、前記放射構造は、多層表面周期構造が搭載されている放射体を備え、
放射構造が第１モードで動作する場合に、高周波放射素子によって励起された電磁波が放射構造を照射し、放射構造における放射体と多層表面周期構造とは、Ｋ個の共振点及びＫ個のヌル点を有する非共振ノードの空間バンドパスフィルタ回路を構成し、ただし、Ｋ≧１であり、
放射構造が第２モードで動作する場合に、低周波電磁波が給電構造を介して放射構造を励起し、多層表面周期構造の素子が放射体によって並列に励起され、等価フィルタ回路を形成し、
前記放射体は、基板に設けられた４つの放射アームを備え、４つの放射アームはそれぞれ、第１放射アーム、第２放射アーム、第３放射アーム及び第４放射アームであり、前記第１放射アームと第３放射アームとは低周波放射素子の＋４５°偏波を形成し、前記第２放射アームと前記第４放射アームとは低周波放射素子の－４５°偏波を形成し、
各放射アームは、複数の透過／フィルタ素子と給電ブロックとを備え、各透過／フィルタ素子は、２本の金属直線部、第１開放素子及び第２開放素子を備え、前記給電ブロックは、給電構造に接続され、２本の金属直線部が基板の上層及び下層にそれぞれ設けられ、２本の金属直線部の間が金属貫通孔を介して接続され、複数の透過／フィルタ素子の金属直線部、給電ブロックが順次接続されて環状多角形を構成し、前記第１開放素子及び第２開放素子は金属直線部の一側又は両側に位置し、第１開放素子及び第２開放素子の共振周波数を制御することによって二重帯域又は広帯域透過を実現する、ことを特徴とする広帯域透過／フィルタ放射素子。
（付記２）
前記第１開放素子及び第２開放素子はそれぞれＵ型開放素子である、ことを特徴とする付記１に記載の広帯域透過／フィルタ放射素子。
（付記３）
前記第１開放素子及び第２開放素子が金属直線部の一側に位置する場合、前記第１開放素子は基板の上層に設けられ、前記第２開放素子は基板の下層に設けられるか、又は前記第１開放素子は基板の下層に設けられ、前記第２開放素子は基板の上層に設けられる、ことを特徴とする付記２に記載の広帯域透過／フィルタ放射素子。
（付記４）
前記第１開放素子及び第２開放素子が金属直線部の両側に位置する場合、前記第１開放素子は基板の上層に設けられ、前記第２開放素子は基板の下層に設けられるか、又は前記第１開放素子は基板の下層に設けられ、前記第２開放素子は基板の上層に設けられるか、又は前記第１開放素子及び第２開放素子は両方とも基板の上層に設けられるか、又は前記第１開放素子及び第２開放素子は両方とも基板の下層に設けられる、ことを特徴とする付記２に記載の広帯域透過／フィルタ放射素子。
（付記５）
前記金属直線部の幅が１．５ｍｍ～２ｍｍである、ことを特徴とする付記２～４のいずれか１つに記載の広帯域透過／フィルタ放射素子。
（付記６）
前記第１開放素子及び第２開放素子の合計長さが対応する透過周波数帯域の動作波長の２分の１であり、線幅が１ｍｍ～２ｍｍであり、Ｕ型開口幅が２ｍｍ～５ｍｍであり、第１開放素子及び第２開放素子と金属直線部との距離がそれぞれ対応する周波数帯域波長の０．０１倍～０．０３倍である、ことを特徴とする付記２～４のいずれか１つに記載の広帯域透過／フィルタ放射素子。
（付記７）
前記第１開放素子及び第２開放素子のうち、一方の開放素子が等価共振回路の形状であり、他方の開放素子がＵ型開放素子である、ことを特徴とする付記１に記載の広帯域透過／フィルタ放射素子。
（付記８）
前記等価共振回路の形状が直線であり、直線型開放素子は、金属直線部の内側に位置するか、又は金属直線部の外側に位置する、ことを特徴とする付記７に記載の広帯域透過／フィルタ放射素子。
（付記９）
前記等価共振回路の形状が直線であり、直線型開放素子はＵ型開放素子と同一側に位置するか、又は直線型開放素子とＵ型開放素子とは金属直線部の両側に位置する、ことを特徴とする付記７に記載の広帯域透過／フィルタ放射素子。
（付記１０）
前記直線型開放素子とＵ型開放素子とが金属直線部の両側に位置する場合、直線型開放素子は基板の上層に設けられ、Ｕ型開放素子は基板の下層に設けられるか、又は直線型開放素子は基板の下層に設けられ、Ｕ型開放素子は基板の上層に設けられる、ことを特徴とする付記９に記載の広帯域透過／フィルタ放射素子。
（付記１１）
前記給電ブロックは、１つの透過／フィルタ素子に正対し、
前記第１放射アーム及び第３放射アームは、給電ブロックと正対する透過／フィルタ素子とを結ぶ線の長さが、低周波放射素子の動作中心周波数の対応波長の０．４４倍～０．５倍であり、
前記第２放射アーム及び第４放射アームは、給電ブロックと正対する透過／フィルタ素子とを結ぶ線の長さが、低周波放射素子の動作中心周波数の対応波長の０．２２倍～０．２５倍である、ことを特徴とする付記１～４、７～１０のいずれか１つに記載の広帯域透過／フィルタ放射素子。
（付記１２）
第１アンテナと、第２アンテナと、反射板とを備え、前記第１アンテナは、付記１～１１のいずれか１つに記載の広帯域透過／フィルタ放射素子であり、前記第２アンテナは、高周波放射アレイであり、前記広帯域透過／フィルタ放射素子及び高周波放射アレイが反射板に分布し、広帯域透過／フィルタ放射素子が高周波放射アレイに配置される、ことを特徴とする共通開口アンテナアレイ。
（付記１３）
前記共通開口アンテナアレイは多層構造からなり、各層に共振構造が搭載されて、多周波共振回路を構成することで、多周波透過／フィルタ特性を実現する、ことを特徴とする付記１２に記載の共通開口アンテナアレイ。
（付記１４）
付記１～１１のいずれか１つに記載の広帯域透過／フィルタ放射素子を備えるか、又は付記１２若しくは１３に記載の共通開口アンテナアレイを備える、ことを特徴とする移動通信装置。
１ 放射構造
１１ 放射体
１１１ 基板
１１２ 第１放射アーム
１１３ 第２放射アーム
１１３１ 透過／フィルタ素子
１１３１１ 金属直線部
１１３１２ 第１Ｕ型開放素子
１１３１３ 第２Ｕ型開放素子
１１３２ 給電ブロック
１１４ 第３放射アーム
１１５ 第４放射アーム
１２ 表面周期構造
２ 給電構造
３ 高周波放射素子
４ 反射板

Claims (14)

  1. 放射構造及び給電構造を備え、放射構造が低周波電磁波信号を外部に放射するように、前記放射構造及び給電構造は結合給電方式を採用し、前記放射構造は、多層表面周期構造が搭載されている放射体を備え、
    放射構造が第１モードで動作する場合に、高周波放射素子によって励起された電磁波が放射構造を照射し、放射構造における放射体と多層表面周期構造とは、Ｋ個の共振点及びＫ個のヌル点を有する非共振ノードの空間バンドパスフィルタ回路を構成し、ただし、Ｋ≧１であり、
    放射構造が第２モードで動作する場合に、低周波電磁波が給電構造を介して放射構造を励起し、多層表面周期構造の素子が放射体によって並列に励起され、等価フィルタ回路を形成し、
    前記放射体は、基板に設けられた４つの放射アームを備え、４つの放射アームはそれぞれ、第１放射アーム、第２放射アーム、第３放射アーム及び第４放射アームであり、前記第１放射アームと第３放射アームとは低周波放射素子の＋４５°偏波を形成し、前記第２放射アームと前記第４放射アームとは低周波放射素子の－４５°偏波を形成し、
    各放射アームは、複数の透過／フィルタ素子と給電ブロックとを備え、各透過／フィルタ素子は、２本の金属直線部、第１開放素子及び第２開放素子を備え、前記給電ブロックは、給電構造に接続され、２本の金属直線部が基板の上層及び下層にそれぞれ設けられ、２本の金属直線部の間が金属貫通孔を介して接続され、複数の透過／フィルタ素子の金属直線部、給電ブロックが順次接続されて環状多角形を構成し、前記第１開放素子及び第２開放素子は金属直線部の一側又は両側に位置し、第１開放素子及び第２開放素子の共振周波数を制御することによって二重帯域又は広帯域透過を実現する、ことを特徴とする広帯域透過／フィルタ放射素子。
  2. 前記第１開放素子及び第２開放素子はそれぞれＵ型開放素子である、ことを特徴とする請求項１に記載の広帯域透過／フィルタ放射素子。
  3. 前記第１開放素子及び第２開放素子が金属直線部の一側に位置する場合、前記第１開放素子は基板の上層に設けられ、前記第２開放素子は基板の下層に設けられるか、又は前記第１開放素子は基板の下層に設けられ、前記第２開放素子は基板の上層に設けられる、ことを特徴とする請求項２に記載の広帯域透過／フィルタ放射素子。
  4. 前記第１開放素子及び第２開放素子が金属直線部の両側に位置する場合、前記第１開放素子は基板の上層に設けられ、前記第２開放素子は基板の下層に設けられるか、又は前記第１開放素子は基板の下層に設けられ、前記第２開放素子は基板の上層に設けられるか、又は前記第１開放素子及び第２開放素子は両方とも基板の上層に設けられるか、又は前記第１開放素子及び第２開放素子は両方とも基板の下層に設けられる、ことを特徴とする請求項２に記載の広帯域透過／フィルタ放射素子。
  5. 前記金属直線部の幅が１．５ｍｍ～２ｍｍである、ことを特徴とする請求項２～４のいずれか１項に記載の広帯域透過／フィルタ放射素子。
  6. 前記第１開放素子及び第２開放素子の合計長さが対応する透過周波数帯域の動作波長の２分の１であり、線幅が１ｍｍ～２ｍｍであり、Ｕ型開口幅が２ｍｍ～５ｍｍであり、第１開放素子及び第２開放素子と金属直線部との距離がそれぞれ対応する周波数帯域波長の０．０１倍～０．０３倍である、ことを特徴とする請求項２～４のいずれか１項に記載の広帯域透過／フィルタ放射素子。
  7. 前記第１開放素子及び第２開放素子のうち、一方の開放素子が等価共振回路の形状であり、他方の開放素子がＵ型開放素子である、ことを特徴とする請求項１に記載の広帯域透過／フィルタ放射素子。
  8. 前記等価共振回路の形状が直線であり、直線型開放素子は、金属直線部の内側に位置するか、又は金属直線部の外側に位置する、ことを特徴とする請求項７に記載の広帯域透過／フィルタ放射素子。
  9. 前記等価共振回路の形状が直線であり、直線型開放素子はＵ型開放素子と同一側に位置するか、又は直線型開放素子とＵ型開放素子とは金属直線部の両側に位置する、ことを特徴とする請求項７に記載の広帯域透過／フィルタ放射素子。
  10. 前記直線型開放素子とＵ型開放素子とが金属直線部の両側に位置する場合、直線型開放素子は基板の上層に設けられ、Ｕ型開放素子は基板の下層に設けられるか、又は直線型開放素子は基板の下層に設けられ、Ｕ型開放素子は基板の上層に設けられる、ことを特徴とする請求項９に記載の広帯域透過／フィルタ放射素子。
  11. 前記給電ブロックは、１つの透過／フィルタ素子に正対し、
    前記第１放射アーム及び第３放射アームは、給電ブロックと正対する透過／フィルタ素子とを結ぶ線の長さが、低周波放射素子の動作中心周波数の対応波長の０．４４倍～０．５倍であり、
    前記第２放射アーム及び第４放射アームは、給電ブロックと正対する透過／フィルタ素子とを結ぶ線の長さが、低周波放射素子の動作中心周波数の対応波長の０．２２倍～０．２５倍である、ことを特徴とする請求項１～４、７～１０のいずれか１項に記載の広帯域透過／フィルタ放射素子。
  12. 第１アンテナと、第２アンテナと、反射板とを備え、前記第１アンテナは、請求項１に記載の広帯域透過／フィルタ放射素子であり、前記第２アンテナは、高周波放射アレイであり、前記広帯域透過／フィルタ放射素子及び高周波放射アレイが反射板に分布し、広帯域透過／フィルタ放射素子が高周波放射アレイに配置される、ことを特徴とする共通開口アンテナアレイ。
  13. 前記共通開口アンテナアレイは多層構造からなり、各層に共振構造が搭載されて、多周波共振回路を構成することで、多周波透過／フィルタ特性を実現する、ことを特徴とする請求項１２に記載の共通開口アンテナアレイ。
  14. 請求項１に記載の広帯域透過／フィルタ放射素子を備えるか、又は請求項１２若しくは１３に記載の共通開口アンテナアレイを備える、ことを特徴とする移動通信装置。
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