JPWO2016047779A1 - アンテナアレイ、無線通信装置及びアンテナアレイの製造方法 - Google Patents

Abstract

アンテナアレイは、一の平面に沿った長手方向を有する第１のアンテナ素子と、前記一の平面に沿った長手方向を有し前記第１アンテナ素子に隣接する第２のアンテナ素子と、前記一の平面に沿った長手方向を有し前記第１アンテナ素子に隣接する第３のアンテナ素子とを有する複数のアンテナ素子を備える。前記第１および第２のアンテナ素子は、前記一の平面に沿った縦方向に一列に並べられる。前記第１および第３のアンテナ素子は、前記一の平面に沿った横方向に一列に並べられる。前記第１のアンテナ素子の長手方向の延長線上に、前記第２のアンテナ素子の長手方向における前記第２のアンテナ素子の中心が位置する。前記第３のアンテナ素子の長手方向の延長線上に、前記第１のアンテナ素子の長手方向における前記第１のアンテナ素子の中心が位置する。

Description

本発明は、アンテナアレイ、無線通信装置及びアンテナアレイの製造方法に関する。

近年、例えば、移動通信用基地局や、Ｗｉ−Ｆｉ通信機用アンテナ装置として、通信容量を確保するため、偏波ダイバーシティによってＭＩＭＯ（ｍｕｌｔｉ−ｉｎｐｕｔ−ｍｕｌｔｉ−ｏｕｔｐｕｔ）通信が可能となるような、直交二偏波アンテナアレイが実用に供されている。

その直交二偏波アンテナアレイの多くは、略垂直の関係にある２つのアンテナ素子のアレイによって実現されている。偏波の直交性の劣化による通信容量の低下を防ぐため、特に偏波の異なるアンテナ素子間の結合を抑制することが求められている。偏波の異なるアンテナ素子間の距離を離せば、結合を抑制することができる。しかしながら、装置サイズを小さくするため、異なる偏波のアレイを集積して配置することが求められている。

このような直交二偏波アンテナアレイとして、例えば、特許文献１、２、３中に記載のアンテナアレイがある。これらのアンテナアレイは、２つのアンテナ素子、ここではダイポールアンテナを、それぞれの中心が重なって直交するように×字状にした構造を、複数並べた構造を有する。

日本国特許第４０７３１３０号公報 日本国特開２００６−３５２２９３号公報 日本国特開２００９−１２４４０３号公報

図５１は、本発明に関連する直交二偏波アンテナアレイの構造を示す図である。
上述のように２つのアンテナ素子の中心を重ねて直交させた場合、１ユニット内の直交する２素子（図５１におけるアンテナ素子Ａｎｔ００１とアンテナ素子Ａｎｔ００２）間の結合は、それらの２素子の直交性から、弱い。
しかし、１つのユニットの素子と隣のユニットの異なる偏波の素子との間の結合（図５１におけるアンテナ素子Ａｎｔ００１とアンテナ素子Ａｎｔ００３）は、Ｖ字状に配置された２素子間の結合となるため、強くなる。
また、２つのアンテナ素子の中心を重ねて直交させようとする場合、一方のアンテナ素子に切り込みが必要となる等、構造が複雑となり製造の困難さが増加する。加えて、各アンテナ素子への給電線同士が隣接する。このため、給電線を介した電磁気的結合によって２つのアンテナ素子間の結合が増加する懸念がある。

本発明の目的の一例は、アレイ中に組み合わせが複数ある、偏波の異なるアンテナ素子間の結合を抑制し、かつ、集積されたアンテナアレイ、無線通信装置及びアンテナアレイの製造方法を提供することにある。

本発明の実施態様に係るアンテナアレイは、一の平面に沿った長手方向を有する第１のアンテナ素子と、前記一の平面に沿った長手方向を有し前記第１アンテナ素子に隣接する第２のアンテナ素子と、前記一の平面に沿った長手方向を有し前記第１アンテナ素子に隣接する第３のアンテナ素子とを有する複数のアンテナ素子を備える。前記第１および第２のアンテナ素子は、前記一の平面に沿った縦方向に一列に並べられる。前記第１および第３のアンテナ素子は、前記一の平面に沿った横方向に一列に並べられる。前記第１のアンテナ素子の長手方向の延長線上に、前記第２のアンテナ素子の長手方向における前記第２のアンテナ素子の中心が位置する。前記第３のアンテナ素子の長手方向の延長線上に、前記第１のアンテナ素子の長手方向における前記第１のアンテナ素子の中心が位置する。

このような構成によれば、第１のアンテナ素子と第２のアンテナ素子と第３のアンテナ素子とに関して、電場、磁場それぞれにおいて、強度が強い部分同士が互いに近接しない。その結果、異なる偏波のアンテナ素子同士を、結合を抑えつつ、重ねずに近づけて配置することができる。

本発明の実施態様に係る無線通信装置は、上記のアンテナアレイを備える。

本発明の実施態様に係るアンテナアレイの製造方法は、一の平面に沿った長手方向を有する第１のアンテナ素子と、前記一の平面に沿った長手方向を有し前記第１アンテナ素子に隣接する第２のアンテナ素子と、前記一の平面に沿った長手方向を有し前記第１アンテナ素子に隣接する第３のアンテナ素子とを有する複数のアンテナ素子を配置することを含む。前記第１および第２のアンテナ素子は、前記一の平面に沿った縦方向に一列に並べられる。前記第１および第３のアンテナ素子は、前記一の平面に沿った横方向に一列に並べられる。前記第１のアンテナ素子の長手方向の延長線上に、前記第２のアンテナ素子の長手方向における前記第２のアンテナ素子の中心が位置する。前記第３のアンテナ素子の長手方向の延長線上に、前記第１のアンテナ素子の長手方向における前記第１のアンテナ素子の中心が位置する。

上述のアンテナアレイ、無線通信装置及びアンテナアレイの製造方法によれば、偏波の異なるアンテナ素子間の結合を極力抑制し、かつ、集積されたアンテナアレイが実現される。

第１の実施形態に係るアンテナアレイの斜視図である。 第１の実施形態に係るアンテナアレイの正面図である。 第１の実施形態に係るアンテナアレイの上面図である。 第１の実施形態に係るアンテナアレイの構造を詳細に示す図である。 第１の実施形態に係る無線通信装置の構造を示す図である。 第１の実施形態に係る無線通信装置の構造の変形例を示す図である。 第１の実施形態の第１変形例に係るアンテナアレイの構造を示す図である。 第１の実施形態の第２変形例に係るアンテナアレイの構造を示す図である。 第１の実施形態の第３変形例に係るアンテナアレイの構造を示す図である。 第１の実施形態の第４変形例に係るアンテナアレイの構造を示す図である。 第１の実施形態の第５変形例に係るアンテナ素子の構造を示す図である。 第１の実施形態の第６変形例に係るアンテナ素子の構造を示す図である。 第１の実施形態の第７変形例に係るアンテナ素子の構造を示す図である。 第１の実施形態の第８変形例に係るアンテナ素子の構造を示す図である。 第１の実施形態の第９変形例に係るアンテナ素子の構造を示す図である。 第１の実施形態の第１０変形例に係るアンテナ素子の構造を示す図である。 第１の実施形態の第１１変形例に係るアンテナ素子の構造を示す図である。 第１の実施形態の第１２変形例に係るアンテナ素子の構造を示す図である。 第１の実施形態の第１３変形例に係るアンテナ素子の構造を示す図である。 第１の実施形態の第１４変形例に係るアンテナ素子の構造を示す図である。 第１の実施形態の第１５変形例に係るアンテナ素子の構造を示す図である。 第１の実施形態の第１６変形例に係るアンテナ素子の構造を示す図である。 第１の実施形態の第１７変形例に係るアンテナ素子の構造を示す図である。 第１の実施形態の第１８変形例に係るアンテナ素子の構造を示す図である。 第１の実施形態の第１９変形例に係るアンテナ素子の構造を示す図である。 第１の実施形態の第２０変形例に係るアンテナ素子の構造を示す図である。 第１の実施形態の第２１変形例に係るアンテナ素子の構造を示す図である。 第１の実施形態の第２２変形例に係るアンテナ素子の構造を示す図である。 第１の実施形態の第２３変形例に係るアンテナ素子の構造を示す図である。 第１の実施形態の第２４変形例に係るアンテナアレイの構造を示す図である。 第１の実施形態の第２５変形例に係るアンテナ素子の構造を示す図である。 第２の実施形態に係るアンテナアレイの斜視図である。 第２の実施形態に係るアンテナアレイの正面図である。 第２の実施形態の第１変形例に係るアンテナアレイの構造を示す図である。 第２の実施形態の第２変形例に係るアンテナアレイの構造を示す図である。 第２の実施形態の第３変形例に係るアンテナアレイの構造を示す図である。 第２の実施形態の第４変形例に係るアンテナ素子の構造を示す図である。 第２の実施形態の第５変形例に係るアンテナ素子の構造を示す図である。 第２の実施形態の第６変形例に係るアンテナ素子の構造を示す図である。 第２の実施形態の第７変形例に係るアンテナ素子の構造を示す図である。 第２の実施形態の第８変形例に係るアンテナアレイの構造を示す図である。 第２の実施形態の第９変形例に係るアンテナアレイの構造を示す図である。 第２の実施形態の第１０変形例に係るアンテナアレイの構造を示す図である。 第２の実施形態の第１１変形例に係るアンテナアレイの構造を示す図である。 第２の実施形態の第１２変形例に係るアンテナアレイの構造を示す図である。 第３の実施形態に係るアンテナアレイの構造を示す図である。 第４の実施形態に係るアンテナアレイの構造を示す図である。 第４の実施形態に係るアンテナ素子の構造を示す図である。 第４の実施形態の変形例に係るアンテナ素子の構造を示す図である。 第５の実施形態に係るアンテナアレイの構造を示す図である。 本発明に関連する直交二偏波アンテナアレイの構造を示す図である。

＜第１の実施形態＞
以下、第１の実施形態に係るアンテナアレイについて、図１〜図３１を参照しながら詳細に説明する。

図１〜図３は、それぞれ、第１の実施形態に係るアンテナアレイの斜視図、正面図及び上面図である。
図４は、第１の実施形態に係るアンテナアレイの構造を詳細に示す図である。
図１〜図３に示すように、アンテナアレイ０１０は、一の方向に長手方向を有する、同一の構成の４種類のアンテナ素子Ａｎｔ００（アンテナ素子Ａｎｔ０１、アンテナ素子Ａｎｔ０２、アンテナ素子Ａｎｔ０３、アンテナ素子Ａｎｔ０４）を備えている。
４つのアンテナ素子Ａｎｔ０１、Ａｎｔ０２、Ａｎｔ０３、Ａｎｔ０４は、誘電体層１０８と、Ｃ状導体部１０４と、導体給電線１０５と、導体ビア１０６と、給電点１０７と、を有する。Ｃ状導体部１０４は、略Ｃ形状であり、誘電体層１０８の一面側に形成され、スプリットリング共振器をなす。導体給電線１０５は、誘電体層１０８の他の一面側に形成され、Ｃ状導体部１０４と間隔を空けて配され、Ｃ状導体部１０４への給電のための電路を構成する。導体ビア１０６は、Ｃ状導体部１０４の一長辺上の一部と導体給電線１０５の一端とを電気的に接続する。給電点１０７は、導体給電線１０５の他の一端と、導体給電線１０５の他の一端の近傍のＣ状導体部１０４との間を電気的に励振可能である。Ｃ状導体部１０４は、環状に形成された導体（環状導体部）とその導体の周方向の一部における欠落であるスプリット部１１１（図２参照）とを有する共振器である。すなわち、Ｃ状導体部１０４は、Ｃ状導体部１０４の周方向に互いに対向かつ離間する２つのスプリット部導体端部１１１ａを有する。スプリット部１１１は、Ｃ状導体部１０４のそれら２つのスプリット部導体端部１１１ａの間の隙間である。
誘電体層１０８は、説明の便宜上、各図面において記載が省略されている場合がある。

図４に示すように、アンテナアレイ０１０は、４つのアンテナ素子Ａｎｔ０１、Ａｎｔ０２、Ａｎｔ０３、Ａｎｔ０４の下方（図４における−Ｚ方向）に、導体反射板１０１を備えている。導体反射板１０１は、一の平面である水平面（ＸＹ平面）に平行な面を有する。導体反射板１０１を備えることで、アンテナアレイ０１０は、アンテナ素子Ａｎｔ０１〜Ａｎｔ０４から導体反射板１０１に向かう方向（−Ｚ方向）へと放射される電磁波を、その方向とは反対の方向（＋Ｚ方向）へ反射させることができる。このため、アンテナ素子Ａｎｔ０１〜Ａｎｔ０４から導体反射板１０１へ向かう方向とは反対の方向へ放射される電磁波強度を強めることができる。この際、導体反射板１０１は短絡面となる。よって、アンテナ素子Ａｎｔ０１〜Ａｎｔ０４の共振特性への影響を抑えるため、アンテナ素子Ａｎｔ０１〜Ａｎｔ０４と導体反射板１０１との間の距離Ｚ１は、アンテナ素子Ａｎｔ０１〜Ａｎｔ０４が放射する電磁波が領域を満たす物質中を進行する際の波長の略４分の１（１／４・λ）が望ましい。しかしながら、距離Ｚ１は１／４・λに限定されない。

導体反射板１０１、Ｃ状導体部１０４、導体給電線１０５、導体ビア１０６、その他の以下において記載の導体は、銅、銀、アルミ、ニッケルなどの金属や、その他の良導体材料により構成される。Ｃ状導体部１０４、導体給電線１０５、導体ビア１０６、誘電体層１０８の製作方法としては、プリント基板や、半導体基板などの通常の基板の製作プロセスを用いることが一般的である。しかしながら、これらの構成の作成方法は、他の方法であってもよい。導体ビア１０６は、誘電体層１０８にドリルで形成した貫通孔に、めっきをすることで形成されることが一般的である。しかしながら、導体ビア１０６は、層間を電気的に接続できればどのような構成でもよい。例えば、導体ビア１０６は、レーザーで形成するレーザービアであってもよく、銅線などを用いて構成してもよい。

誘電体層１０８は、省略されてもよく、部分的な誘電体支持部材のみを残し、多くが中空となっていてもよい。
給電点１０７は、例えば、図示しない無線通信回路あるいは無線通信回路からの無線信号を伝送する伝送線と接続され、無線通信回路とアンテナアレイ０１０との間で、無線通信信号をやり取りすることができる。
導体反射板１０１は、板金や誘電体基板に貼り合わされた銅箔で形成されることが一般的である。しかしながら、導体反射板１０１は、導電性を有する他の素材で形成されてもよい。

図３に示す通り、４つのアンテナ素子Ａｎｔ０１、Ａｎｔ０２、Ａｎｔ０３、Ａｎｔ０４は、正方形格子Ｌａｔｔｉｃｅ１の格子点上において、その正方形格子Ｌａｔｔｉｃｅ１をなす面内方向（正方形格子Ｌａｔｔｉｃｅ１をなす面に沿った方向）に各々の長手方向を有するように、間隔を空けて配置されている。また、近接する各格子点上付近にあるアンテナ素子Ａｎｔ０１〜Ａｎｔ０４同士が、長手方向が互いに略垂直の関係にある、つまり略９０°回転対称の関係にある。さらに、アンテナ素子Ａｎｔ０１、Ａｎｔ０２、Ａｎｔ０４、およびＡｎｔ０３の長手方向の延長線上にはそれぞれ、アンテナ素子Ａｎｔ０２、Ａｎｔ０４、Ａｎｔ０３、およびＡｎｔ０１の長手方向における中央付近（中央部１０９、図３参照）が配される。このとき、アンテナ素子Ａｎｔ０１〜Ａｎｔ０４のうち長手方向が互いに平行の関係にあるアンテナ素子同士（アンテナ素子Ａｎｔ０１とアンテナ素子Ａｎｔ０４、または、アンテナ素子Ａｎｔ０２とアンテナ素子Ａｎｔ０３の組）は、同一の偏波をもつ電磁波を放射する。同一偏波の組は２組存在して、それらの偏波は直交する２偏波となる。その結果、アンテナアレイ０１０は、直交する２偏波について、それぞれ複数のアンテナ素子を備える２偏波アンテナアレイとなる。

第１の実施形態に係るアンテナアレイ０１０は、例えば、Ｗｉ−Ｆｉなどの無線通信装置や、移動通信基地局におけるアンテナ部として、適宜組み込まれる。

図５は、第１の実施形態に係る無線通信装置の構造を示す図である。
図５に示すように、無線通信装置０１１は、アンテナアレイ０１０と、誘電体レドーム１１５と、無線通信回路部１１４と、伝送線１１２と、を有する。アンテナアレイ０１０は、導体反射板１０１を備える。誘電体レドーム１１５は、アンテナアレイ０１０を機械的に保護する。伝送線１１２は、アンテナアレイ０１０中のアンテナ素子Ａｎｔ０１〜Ａｎｔ０４と無線通信回路部１１４との間で無線信号を伝送する。
無線通信装置０１１は、例えば無線通信装置や、移動通信基地局、レーダーとして用いられてもよい。無線通信装置０１１は、この他に、例えば、図６に示すように、ベースバンド処理を行うベースバンド処理部（ＢＢ）１７０などを備えてもよい。無線通信回路部（ＲＦ）１１４等を通じて、アンテナアレイ０１０中の同偏波の各アンテナ素子への入力信号が制御されることで、ビームフォーミングが行われてもよい。

以下、第１の実施形態に係るアンテナアレイの作用及び効果について説明する。

発明者らは、アンテナ素子Ａｎｔ０１〜Ａｎｔ０４が、電磁気的に共振した時に周囲に作る電磁場を詳細に調査した。その結果、アンテナ素子Ａｎｔ０１〜Ａｎｔ０４の長手方向における端部（長手方向端部１１０）近傍は電気的に開放面となり、電場強度が強く磁場強度が弱くなることを見出した（図３に示すように、アンテナ素子Ａｎｔ０２、Ａｎｔ０３の長手方向は±Ｘ軸方向であり、アンテナ素子Ａｎｔ０１、Ａｎｔ０４の長手方向は±Ｙ軸方向である。）。また、中央部１０９近傍は電気的に短絡面となり、磁場強度が強く電場強度が弱くなることを見出した。

そこで、本実施形態に係るアンテナアレイ０１０では、偏波が直交し、かつ最も近い、直交最近接アンテナ素子同士をｘ字状に重ねていない。本実施形態に係るアンテナアレイ０１０では、一方のアンテナ素子（例えば、アンテナ素子Ａｎｔ０２、Ａｎｔ０３）の長手方向の延長線上には、他方のアンテナ素子（例えば、アンテナ素子Ａｎｔ０４、Ａｎｔ０１）の長手方向における中心（中央部１０９）が位置するような向きで、正方格子Ｌａｔｔｉｃｅ１の格子点上付近に間隔を空けてアンテナ素子を配置する。
換言すると、アンテナ素子Ａｎｔ０１〜Ａｎｔ０４は、一の平面（正方格子Ｌａｔｔｉｃｅ１に沿う平面）における縦方向（±Ｙ方向）及び横方向（±Ｘ方向）の両方に２つずつ配列される。さらに、一のアンテナ素子（例えば、アンテナ素子Ａｎｔ０２、Ａｎｔ０３）の長手方向が、他のアンテナ素子（例えば、アンテナ素子Ａｎｔ０４、Ａｎｔ０１）の長手方向と互いに直交するように配置されている。

以上のような配置により、近接するアンテナ素子Ａｎｔ０１〜Ａｎｔ０４同士において、一方のアンテナ素子（例えば、アンテナ素子Ａｎｔ０２、Ａｎｔ０３）の長手方向端部１１０近傍には、他方のアンテナ素子（例えば、アンテナ素子Ａｎｔ０１、Ａｎｔ０４）の中央部１０９が位置する。このため、近接するアンテナ素子Ａｎｔ０１〜Ａｎｔ０４同士は、電場、磁場それぞれにおいて、強度が強い部分同士が近接しないように直交に配置される。その結果、偏波が直交するアンテナ素子Ａｎｔ０１〜Ａｎｔ０４同士を、結合を抑えつつ、重ねずに近づけて配置することができる。更に、このとき、両アンテナ素子（例えば、アンテナ素子Ａｎｔ０１とアンテナ素子Ａｎｔ０２）の給電点１０７同士も距離が離れる。また、構造上両アンテナ素子が物理的に重なる領域もない。このため、給電部同士が近づくことによる結合が抑えられる。同時に製造上の複雑さを回避することができる。

スプリット部導体端部１１１ａ（図２参照）は、Ｃ状導体部１０４のうちスプリット部１１１を形成して対向する端部であり、互いに近接し、アンテナ素子Ａｎｔ０１〜Ａｎｔ０４の中央部１０９に属する。よって、スプリット部導体端部１１１ａ付近における電場強度は強い。しかし、対向している導体部に挟まれたごく一部の空間のみにおいて電場強度が強くなるに過ぎず、スプリット部１１１から離れると、急速に電場強度は減少する。このため、本実施形態に係るアンテナアレイ０１０における上記効果を阻害しない。

図７は、第１の実施形態の第１変形例に係るアンテナアレイの構造を示す図である。
図１〜図４に示す例において、第１実施形態に係るアンテナアレイ０１０は、４つのアンテナ素子Ａｎｔ０１〜Ａｎｔ０４を備えている。しかし、図７に例示するように、第１の実施形態の第１変形例においては、アンテナアレイ０１０は、正方形格子Ｌａｔｔｉｃｅ１の格子点上付近に、図３を参照説明した通りの向きで配置された５つ以上のアンテナ素子Ａｎｔ０５、Ａｎｔ０６、Ａｎｔ０７を備えていてもよい。

図７に示すように、上述の配置でアンテナ素子（図１〜図４に示すＡｎｔ０１〜Ａｎｔ０４）の数を増やした場合、あるアンテナ素子Ａｎｔ０５に対して、結合が抑えられた、直交最近接アンテナ素子Ａｎｔ０６を、周囲に４つ配置することができる。
直交第２近接アンテナ素子Ａｎｔ０７は、その偏波がアンテナ素子Ａｎｔ０５と直交し、アンテナ素子Ａｎｔ０５に対して二番目に近い位置に配置されている。直交第２近接アンテナ素子Ａｎｔ０７の位置を、図５１に示す関連技術における直交第２近接アンテナ素子Ａｎｔ００３の位置と比較する。ここで、直交第２近接アンテナ素子Ａｎｔ００３とアンテナアレイ０１０とで、アレイとしての性能の条件を等しくするため、図７に示す例の場合と、図５１に示す例の場合とで、同偏波アンテナアレイの素子間距離Ｄｉｓｔａｎｃｅ１が同じであるとする。
この条件の場合、図７及び図５１から明らかなように、直交第２近接アンテナ素子Ａｎｔ００３は、アンテナ素子Ａｎｔ００１からＤｉｓｔａｎｃｅ１の距離にあり、直交第２近接アンテナ素子Ａｎｔ０７は、アンテナ素子Ａｎｔ０５から、Ｄｉｓｔａｎｃｅ１より遠い、Ｄｉｓｔａｎｃｅ２の距離にあることが分かる。よって、図７に示す配置により、距離が遠い分、直交第２近接アンテナ素子同士の結合を抑制できることになる。

以上により、低結合な直交最近接アンテナ素子の数を増やし、かつ直交第２近接アンテナ素子同士の結合を抑制することで、偏波の異なるアンテナ素子間の結合を、極力抑制した、集積された２偏波アンテナアレイ及び２偏波アンテナアレイを用いた通信装置及び通信システムを提供することができる。

図８は、第１の実施形態の第２変形例に係るアンテナアレイの構造を示す図である。
図３に示す例おいて、アンテナ素子Ａｎｔ００は正方形格子Ｌａｔｔｉｃｅ１の格子点上付近に配置されている。一方で、図８に示す例ように、アンテナ素子Ａｎｔ００は、長方形格子Ｌａｔｔｉｃｅ２の格子点上付近に配置されていてもよい。この場合でも周囲４つの直交最近接アンテナ素子同士は低結合が保たれる。ただし直交第２近接素子同士は若干距離が近くなる。

図９は、第１の実施形態の第３変形例に係るアンテナアレイの構造を示す図である。
同一偏波のアンテナアレイにおいては、アンテナ素子は、放射する電磁波の波長の１／２（１／２・λ）の間隔の正方配列で配置されるのが一般的である。図９に示すアンテナアレイ０１０において、アンテナ素子Ａｎｔ００が正方形格子Ｌａｔｔｉｃｅ１の格子点上付近に配置され、かつ同一偏波のアンテナ素子Ａｎｔ００が、素子間距離が１／２・λの４×４略正方配列で配置されている。図９に示すアンテナアレイ０１０でも、直交偏波素子間の結合を抑制しつつ、従来と同様の配置の同一偏波アレイを構成することができる。このとき、正方形格子Ｌａｔｔｉｃｅ１の格子間距離は１／２√２・λとなる。

図１０は、第１の実施形態の第４変形例に係るアンテナアレイの構造を示す図である。
アンテナ素子Ａｎｔ００の姿勢は、必ずしも、図１、図２及び図３に示すように、アンテナ素子Ａｎｔ００の位置を定める正方形格子Ｌａｔｔｉｃｅ１（又は長方形格子Ｌａｔｔｉｃｅ２）に対して倒立した姿勢（Ｃ状導体部１０４、誘電体層１０８等がなす積層面が上下方向（±Ｚ方向）に沿う姿勢）である必要はない。アンテナ素子Ａｎｔ００の姿勢は、長方形あるいは正方形格子に対して平行な姿勢（上記積層面が水平面（ＸＹ平面）と平行となる姿勢）でもよい。
アンテナ素子Ａｎｔ００の姿勢として、アンテナ素子Ａｎｔ００が、そのアンテナ素子Ａｎｔ００の位置を定める正方形格子Ｌａｔｔｉｃｅ１（長方形格子Ｌａｔｔｉｃｅ２）に対して平行な姿勢を採用した場合について説明する。この場合、複数のアンテナ素子Ａｎｔ００は、図１０に示すように誘電体層１０８を共通化した同一基板内に作成されていてもよい。このように構成することで、複数のアンテナ素子Ａｎｔ００の位置合わせ工数が低減できる。このため、組み立てを容易に行うことができる。

加えて、アンテナ素子Ａｎｔ００は、必ずしも、図１、図２に示す構造でなくともよく、更に、構造上の工夫がなされていてもよい。

図１１〜図１５は、第１の実施形態の第５変形例〜第９変形例に係るアンテナ素子の構造を示す図である。

例えば、図１１に示すように、アンテナ素子Ａｎｔ００形成時にともなう誘電体層１０８の端部の切断により、Ｃ状導体部１０４の寸法精度が劣化することを防ぐため、誘電体層１０８が、Ｃ状導体部１０４に対して大きなサイズで作られていてもよい。
導体給電線１０５の一端が、直接、Ｃ状導体部１０４の一長辺上の部分に電気的に導通して接続し、導体ビア１０６が省略されていてもよい。例えば、図１２に示すように、導体給電線１０５が銅線などの線状導体であってもよい。
図１３に示すように、アンテナ素子Ａｎｔ００端部に給電点１０７を設ける際、導体給電線１０５の他の一端とＣ状導体部１０４との接触を避ける目的で、導体給電線１０５は複数の導体と導体ビアで構成されていてもよい。
別の構成として、図１４に示すような構成を採用してもよい。すなわち、Ｃ状導体部１０４の他の長辺上の一部分を切欠く。切り欠かれた部分（欠落部１０４ａ）に導体給電線１０５を通す。導体給電線１０５と、欠落部１０４ａを形成するＣ状導体部１０４の周方向における端部（欠落部導体端部１０４ｂ）との間を電気的に励振するように給電点１０７を設ける。この場合、Ｃ状導体部１０４、導体給電線１０５を同一の層に形成でき、製造を容易にすることができる。
Ｃ状導体部１０４が切り欠かれたことによるスプリットリング共振器の共振特性の劣化を補うため、図１５に示すように、スプリットリング共振器の切り欠かれた部分（欠落部１０４ａ）を、導体給電線１０５に接触せずに導通させる架橋導体１１６を備えていてもよい。
図１６は、第１の実施形態の第１０変形例に係るアンテナ素子の構造を示す図である。図１６に示すように、導体給電線１０５は、一方のスプリット部導体端部１１１ａに直接接続されていてもよい。

加えて、アンテナ素子Ａｎｔ００は、電気特性向上のための工夫がなされていてもよい。

Ｃ状導体部１０４により構成されるスプリットリング共振器は、リングに沿って流れる電流によるインダクタンスと、対向するスプリット部導体端部１１１ａ間に生じるキャパシタンスが直列に接続された、ＬＣ直列共振器として機能する。スプリットリング共振器の共振周波数付近では、Ｃ状導体部１０４に大きな電流が流れ、一部の電流成分が放射に寄与することによりアンテナとして動作する。このとき、Ｃ状導体部１０４に流れる電流のうち、主に放射に寄与するのはアンテナ素子Ａｎｔ００の長手方向の電流成分である。このため、Ｃ状導体部１０４の長手方向の長さを長くすることで、良好な放射効率を実現することが可能となる。ただし、図１、図２に示す例において、アンテナ素子Ａｎｔ００は略長方形だが、アンテナ素子Ａｎｔ００は他の形状であっても本発明の実施形態の本質的な効果には影響を与えない。例えば、アンテナ素子Ａｎｔ００の形状は正方形や円形、三角形、ボウタイ形状などであってもよい。

図１７〜図３１は、第１の実施形態の第１１変形例〜第２５変形例に係るアンテナ素子またはアンテナアレイの構造を示す図である。
図１７に示すように、アンテナ素子Ａｎｔ００は、Ｃ状導体部１０４の長手方向の両端部に導電性の放射部１１７を備えてもよい。このような構成によって、放射に寄与するＣ状導体部１０４の長手方向電流成分を放射部１１７に誘導することができるため、放射効率を向上させることが可能となる。
図１７は放射部１１７とＣ状導体部１０４とが接続する部分のそれぞれの辺の大きさが一致する場合を示している。しかしながら、放射部１１７の形状は図１７に示す例に限定されない。例えば、図１８、図１９に示すように、放射部１１７とＣ状導体部１０４とが接続する部分の辺に関して、放射部１１７の辺がＣ状導体部１０４の辺より大きくてもよい。放射部１１７を備える構成の場合、Ｃ状導体部１０４と放射部１１７とを含むアンテナ素子Ａｎｔ００が長手を持つ形状となれば、より良好な放射効率を実現する。
このとき、Ｃ状導体部１０４は必ずしもアンテナ素子Ａｎｔ００の長手方向に長手をもつ形状である必要はない。例えば、図２０に示すように、Ｃ状導体部１０４は、上下方向（±Ｚ軸方向）に長辺を持つ長方形であってもよいし、正方形や円形、三角形であってもよい。
以上のように、放射部１１７は、スプリット部１１１において対向する端部であるスプリット部導体端部１１１ａが互いに向き合う方向におけるＣ状導体部１０４の端と電気的に接続される。

Ｃ状導体部１０４が形成するスプリットリング共振器の共振周波数は、スプリットリングのリングの大きさを大きくして、電流経路を長くすることでインダクタンスを大きくするか、スプリット部導体端部１１１ａ間の間隔を狭くしてキャパシタンスを大きくすることで低い周波数に設定できる。上記キャパシタンスを大きくする方法として、例えば、図２１に示すように、Ｃ状導体部１０４の端部であってスプリット部１１１を介して対向するスプリット部導体端部１１１ａの面積を増加させてもよい。図２１に示す例では、スプリット部導体端部１１１ａが、互いに対向する方向と略直交する方向に屈折することにより、スプリット部１１１において対向するＣ状導体部１０４の面積を増加させている。

別の構成として、図２２、図２３に示すように、Ｃ状導体部１０４と異なる層に補助導体パタン１１８（補助導体）を設けて、導体ビア１１９でスプリット部１１１と接続するような構成を採用してもよい。この構成により、スプリットリング共振器中のスプリット部１１１において対向する導体面積が増加する。図２２に示す例においては、補助導体パタン１１８を導体給電線１０５と同じ層に配設している。図２３に示す例においては、補助導体パタン１１８をＣ状導体部１０４とも導体給電線１０５とも異なる層に配設している。
図２４に示すように、図２２に示す構成において、導体給電線１０５を補助導体パタン１１８に直接接続してもよい。これにより、導体ビア１０６を省略して構造を簡素化することができる。

別の構成として、図２５に示すような構成を採用してもよい。図２５に示す構成においては、補助導体パタン１１８がスプリット部導体端部１１１ａの一方にだけ備えられている。補助導体パタン１１８とスプリット部導体端部１１１ａの他方の少なくとも一部とが、Ｃ状導体部１０４の層と補助導体パタン１１８の層との間で対向している。このような構成により、スプリット部１１１において対向する導体の面積が増加する。
図２６に示すように、導体ビア１１９を備えず、補助導体パタン１１８とスプリット部導体端部１１１ａとが対向するように配設されてもよい。これにより、スプリット部１１１におけるキャパシタンスを増加させることが可能となる。

導体ビア１０６、あるいは、導体ビア１０６が省略されている場合は導体給電線１０５の一端と、Ｃ状導体部１０４との接続位置を変更することで、給電点１０７から見たスプリットリング共振器の入力インピーダンスを変化させることができる。給電点１０７以降の図示せぬ無線通信回路もしくは伝送線のインピーダンスに、スプリットリング共振器の入力インピーダンスを整合させることで、無線通信信号を反射なくアンテナに給電することが可能となる。ただし、インピーダンスが整合していない場合でも、本発明の実施形態の本質的な効果には影響を与えない。

別の構成として、図２７に示すような構成を採用してもよい。図２７に示す構成においては、Ｃ状導体部１０４及び導体給電線１０５と異なる層に、第２のＣ状導体部１２０を備える。Ｃ状導体部１０４と第２のＣ状導体部１２０とは、複数の導体ビア１２１によって互いに電気的に接続されている。この場合、Ｃ状導体部１０４と第２のＣ状導体部１２０とは、ひとつのスプリットリング共振器として動作する。このとき、導体給電線１０５は、互いに導通した導体である、Ｃ状導体部１０４、第２のＣ状導体部１２０及び複数の導体ビア１２１によって周囲の多くの部分が囲まれる。これにより、導体給電線１０５からの不要な信号電磁波の放射を低減することが可能となる。

別の構成として、図３１に示すような構成を採用してもよい。図３１に示す構成においては、図２２に示す例と同様に、Ｃ状導体部１０４及び第２のＣ状導体部１２０と異なる層に補助導体パタン１１８を設けて、補助導体パタン１１８が導体ビア１１９を介してスプリット部１１１及び第２のスプリット部１２２と接続している。補助導体パタン１１８によってスプリット部１１１及び第２のスプリット部１２２で対向する導体面積が増加する。よって、共振器全体のサイズを大きくすることなく、キャパシタンスを増加させることが可能となる。
別の構成として、図２８に示すような構成を採用してもよい。図２８に示す構成においては、アンテナ素子Ａｎｔ００は、複数の導体ビア１２１を介して接続された導体部１３０及び１３１を備える。これら導体部１３０及び１３１が２層で１つのＣ状導体を構成する。すなわち、導体部１３０は、図２７における第２のＣ状導体部１２０から、スプリット部１１１と空隙を挟んで対向する長辺部が取り除かれた構造を有する。また、導体部１３１は、図２７におけるＣ状導体部１０４から、スプリット部１１１を含む長辺部が取り除かれた構造を有する。このような構成とすることで、スプリット部導体端部１１１ａの屈折させたパタンを図２８に示すように延伸することが可能となり、さらにスプリット部１１１でのキャパシタンスを増加させることができる。図２８に示す構成においては、図１４に示す構成と同様に、導体給電線１０５は、Ｃ状導体のスプリット部を含む長辺部、ここでは導体部１３０の長辺部に直接接続している。
別の構成として、図２９に示す構成を採用してもよい。図２９に示す構成は、図２８に示す構成に加えて、導体部１３１と同様の形状の導体部１３２をさらに備える。導体部１３２は、導体部１３０から見て導体部１３１とは反対側に設けられている。導体部１３２は、導体部１３１と同様に複数の導体ビア１２１で導体部１３０に接続されている。本構成により、スプリット部１１１を誘電体層１０８の内層に形成できる。よって、誘電体層１０８外部の物体が、スプリット部１１１によってできるキャパシタンスの大きさに与える影響を少なくすることができる。図２９に示す構成においては、図１６に示す構成と同様に、導体給電線１０５を一方のスプリット部導体端部１１１ａの屈折、延伸された端部に直接接続している。
別の構成として、例えば図３０に示すように、図４に示した導体反射板１０１として、メタマテリアル反射板Ｍｅｔａｒｅｆを用いてもよい。ここで、メタマテリアル反射板Ｍｅｔａｒｅｆ（人工磁気導体（Ａｒｔｉｆｉｃｉａｌ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）、ハイインピーダンスサーフェイス等ともいう）とは、所定の形状に形成された導体小片又は誘電体小片からなる周期構造ＵＣが、板面の縦方向（Ｙ’軸方向）及び横方向（Ｘ’軸方向）に周期配列されてなる反射板を指す。このようにすることで、メタマテリアル反射板Ｍｅｔａｒｅｆを反射する電磁波の反射による位相回転が、通常の金属板による反射位相１８０°とは異なる値とすることができる。このメタマテリアル反射板Ｍｅｔａｒｅｆを用いて、反射位相をアンテナ素子Ａｎｔ００の動作周波数において制御することで、距離Ｚ１が波長λ１の１／４より短い場合であっても、アンテナ素子Ａｎｔ００の共振特性の変化を抑えることができる。

＜第２の実施形態＞
以下、第２の実施形態に係るアンテナアレイについて、図３２〜図４３を参照しながら詳細に説明する。

図３２、図３３は、それぞれ、第２の実施形態に係るアンテナアレイの斜視図及び正面図である。
図３２及び図３３に示すように、第２の実施形態に係るアンテナアレイ０２０は、第１の実施形態に係るアンテナアレイ０１０と同様の導体反射板１０１を備える。更に、アンテナアレイ０２０は、一端がＣ状導体部１０４のうちスプリット部１１１が設けられた側とは反対側に接続され、他の一端が導体反射板１０１に接続され、その一部が誘電体層１０８を介して導体給電線１０５と対向するように延在する導体給電ＧＮＤ（グラウンド）部１２３を備える。導体給電線１０５及び誘電体層１０８は、導体反射板１０１側に延伸されている。給電点１０７は、導体給電線１０５の延伸された側の一端部分近傍に配置され、導体給電線１０５の延伸された側の一端部分とその一端部分の近傍における導体給電ＧＮＤ部１２３との間を電気的に励振可能である。図３２に示す例においては、導体給電ＧＮＤ部１２３は、導体反射板１０１に接続している。しかしながら、導体給電ＧＮＤ部１２３は、導体反射板１０１に接続していなくてもよい。

以上のように、アンテナアレイ０２０は、導体給電ＧＮＤ部１２３を具備する点で第１の実施形態に係るアンテナアレイ０１０と異なる。アンテナアレイ０２０の他の構成及び配置はアンテナアレイ０１０と同一である。

図３４は、第２の実施形態の第１変形例に係るアンテナアレイの構造を示す図である。
図３２、図３３に示す例おいて、アンテナアレイ０２０はアンテナ素子Ａｎｔ００及び導体給電ＧＮＤ部１２３を４つ備える。しかしながら、このような構成に限定されない。アンテナアレイ０１０の場合と同様に、アンテナアレイ０２０は、５つ以上のアンテナ素子Ａｎｔ００及び導体給電ＧＮＤ部１２３を備えていてもよい。例えば、図３４に示すように、アンテナアレイ０２０においては、第１の実施形態の第３変形例（図９）と同様に、同一偏波のアンテナ素子Ａｎｔ００及び導体給電ＧＮＤ部１２３がそれぞれ、１／２・λ間隔の４×４正方配列で配置されてもよい。

以下、第２の実施形態に係るアンテナアレイ０２０の効果を説明する。
アンテナ素子Ａｎｔ００に、給電点１０７を介して無線信号を伝送する伝送線を接続する際、共振器に導体が接続される。このため、アンテナ素子Ａｎｔ００近傍部分の伝送線の配置や形状などによって、アンテナ素子Ａｎｔ００の共振特性が変化してしまう恐れがある。

しかし、アンテナアレイ０２０において、導体給電ＧＮＤ部１２３がアンテナ素子Ａｎｔ００に接続している部分は、アンテナ素子Ａｎｔ００の中央部１０９（図３等を参照）付近に位置し、これは第１の実施形態において述べたように、共振器であるＣ状導体中、共振時に電気的に短絡面となる。この場合、導体給電ＧＮＤ部１２３は、共振特性に影響を与えるような余分なキャパシタンスやインダクタンスを増加させず、結果、発明者らは、アンテナ素子Ａｎｔ００の共振特性がほとんど変化しないことを見出した。

よって、導体給電線１０５を導体給電ＧＮＤ部１２３と対向するように延伸することで、対向する二導体である、延伸された導体給電線１０５と導体給電ＧＮＤ部１２３とで構成された、共振特性に影響を与えずにアンテナ素子Ａｎｔ００に接続する伝送線路を形成することができる。給電点１０７を、この伝送線路の先に設けることにより、給電点１０７につながる伝送線と、アンテナ素子Ａｎｔ００との間の距離を離すことができる。その結果、伝送線による、アンテナ素子Ａｎｔ００への影響を少なくすることができる。

以上により、伝送線の、アンテナ素子の共振特性に対する影響が抑えられた二偏波アンテナ及び二偏波アンテナを用いた通信装置及び通信システムを提供することができる。

第１の実施形態で述べたアンテナ素子Ａｎｔ００の変形例は全て、第２の実施の形態に係るアンテナ素子Ａｎｔ００においても適宜適用される。
延伸された導体給電線１０５と導体給電ＧＮＤ部１２３とで構成された、アンテナ素子Ａｎｔ００に接続する伝送線路中に、例えばマッチング回路などの、種々回路素子、部品等が実装されていてもよい。
図１０に示した場合と同様に、アンテナ素子Ａｎｔ００は導体反射板１０１に対して平行な姿勢（ＸＹ平面に平行な姿勢）であってもよい。このとき、次のようにアンテナアレイ０２０を構成してもよい。即ち、同一基板内に、複数のアンテナ素子Ａｎｔ００及び導体反射板１０１を構成する。また、導体給電ＧＮＤ部１２３は、基板内の導体ビアにより導体反射板１０１の層まで接続し、導体給電線１０５も、基板内の他の導体ビアにより導体反射板１０１の層まで接続する。このような構成により、アンテナアレイ０２０全体を一体基板として作成してもよい。

更に、第２の実施形態の種々の変形例について、以下説明する。以下に説明する種々の変形例は、それぞれ適宜組み合わせてもよい。

図３５は、第２の実施形態の第２変形例に係るアンテナアレイの構造を示す図である。

図３５に示すように、アンテナアレイ０２０の、各アンテナ素子Ａｎｔ００に連結する各導体給電ＧＮＤ部１２３のうち、同一平面状に並ぶ導体給電ＧＮＤ部１２３を誘電体層１０８を一体としてこの誘電体層１０８上に形成してもよい。このようにアンテナアレイ０２０を構成することで、複数のアンテナ素子Ａｎｔ００、及び、複数の導体給電ＧＮＤ部１２３の位置合わせ工数が低減できる。この場合、誘電体層１０８同士が垂直に交わる部分は、片方に切り込みを入れるなどする必要がある。

導体給電ＧＮＤ部１２３は、上述の通り、共振時における電気的短絡面であるアンテナ素子Ａｎｔ００の長手方向における中央部１０９（図３等を参照）近傍に該当する、アンテナ素子Ａｎｔ００外縁に接続されることが好ましい。より詳細には、アンテナ素子Ａｎｔ００の中央部１０９を含み、アンテナ素子Ａｎｔ００の長手方向に対して垂直な面が、共振時に電気的短絡面となる。その電気的短絡面から、アンテナ素子Ａｎｔ００長手方向に、アンテナ素子Ａｎｔ００の長手方向の大きさ（放射部１１７を備える場合はこれを含む大きさ）の１／４の範囲であれば、おおよそ短絡面とみなすことができる。このため、導体給電ＧＮＤ部１２３は、この範囲内に位置することが好ましい。このため、アンテナ素子Ａｎｔ００長手方向にみた導体給電ＧＮＤ部１２３の大きさ（幅方向の長さＤ１（図３３参照））は、アンテナ素子Ａｎｔ００の長手方向サイズ（長手方向の長さＬ１（図３３参照））の１／２以下であることが好ましい。

図３６は、第２の実施形態の第３変形例に係るアンテナアレイの構造を示す図である。
導体給電ＧＮＤ部１２３が上記以外の範囲に位置していても本発明の実施形態の本質的な効果には影響を与えない。また、アンテナ素子Ａｎｔ００長手方向にみた導体給電ＧＮＤ部１２３の大きさが上記以外の範囲であっても本発明の実施形態の本質的な効果には影響を与えない。例えば、図３６に示すように、導体給電ＧＮＤ部１２３は、幅方向（±Ｘ方向）の一端がＣ状導体部１０４のうちスプリット部１１１と対向する部分である、アンテナ素子Ａｎｔ００の中央部１０９近傍に属する端部に接続している。導体給電ＧＮＤ部１２３がアンテナ素子Ａｎｔ００の共振特性に与える影響の許容範囲内において、Ｃ状導体部１０４の他の部位（上記電気的短絡面からアンテナ素子Ａｎｔ００の長手方向へ、その長手方向の大きさの１／４の範囲外）に接続していても構わない。

給電点１０７から見たアンテナ素子Ａ００への入力インピーダンスは、第１の実施形態の説明で述べたように、導体ビア１０６、あるいは導体ビア１０６が省略されている場合は導体給電線１０５の一端と、Ｃ状導体部１０４との接続位置に依存する。ただし、第２の実施形態に係るアンテナアレイ０２０においては、入力インピーダンスの大きさは、延伸された導体給電線１０５と導体給電ＧＮＤ部１２３とで構成された伝送線路の特性インピーダンスにも依存する。上述の伝送線路の特性インピーダンスを、スプリットリング共振器の入力インピーダンスを整合させることで、上述の伝送線路とスプリットリング共振器との間で、無線通信信号を反射なくアンテナに給電することが可能となる。ただし、インピーダンスが整合していない場合でも、本発明の実施形態の本質的な効果には影響を与えない。

図３７は、第２の実施形態の第４変形例に係るアンテナ素子の構造を示す図である。
図３７に示すように、上述の延伸された導体給電線１０５と導体給電ＧＮＤ部１２３とで構成された伝送線路をコプレーナ線路とし、Ｃ状導体部１０４、導体給電線１０５、及び導体給電ＧＮＤ部１２３を同一の層に形成してもよい。このとき、アンテナ素子Ａｎｔ００は、第１の実施形態で述べた図１４あるいは図１５の例示のように、Ｃ状導体部１０４の導体反射板１０１から近い側の長辺上の一部分が切欠かれ、切り欠かれた部分（欠落部１０４ａ）を導体給電線１０５が通っている。その欠落部１０４ａが、導体給電ＧＮＤ部１２３のスリット１２３ａに接続する。そのスリット１２３ａ内を導体給電線１０５が更に導体反射板１０１の方向へ延伸される。このような構成により、上述の導体給電線１０５と導体給電ＧＮＤ部１２３とで構成された伝送線路をコプレーナ線路とすることができる。

図３８は、第２の実施形態の第５変形例に係るアンテナ素子の構造を示す図である。
図３８に示すように、アンテナアレイ０２０において、アンテナ素子Ａｎｔ００が第２のＣ状導体部１２０と、複数の導体ビア１２１（図２７、図３１参照）とを備えていてもよい。アンテナ素子Ａｎｔ００は、更に、第２の導体給電ＧＮＤ部１２４及び複数の導体ビア１２５を備えていてもよい。第２の導体給電ＧＮＤ部１２４は、導体給電ＧＮＤ部１２３がＣ状導体部１０４に接続するのと同様に第２のＣ状導体部１２０に接続し、導体給電線１０５と対向する。複数の導体ビア１２５は、導体給電ＧＮＤ部１２３と第２の導体給電ＧＮＤ部１２４とを電気的に接続する。このとき、導体給電線１０５は、互いに導通した導体である、Ｃ状導体部１０４、第２のＣ状導体部１２０及び複数の導体ビア１２１に加え、第２の導体給電ＧＮＤ部１２４及び複数の導体ビア１２５によって周囲の多くの部分が囲まれる。これにより、導体給電線１０５からの不要な信号電磁波の放射を低減することが可能となる。
図３８は、Ｃ字形状導体１２０と導体給電ＧＮＤ部１２４の両方がさらに加えられた構成を示した。しかしながら、図３８に示す構成に限定されない。アンテナ素子Ａｎｔ００は、Ｃ字形状導体１２０と導体給電ＧＮＤ部１２４のいずれか一方のみが加えられた構成であってもよい。具体例として、図３９に示すように、導体給電ＧＮＤ部１２４のみが加えられた構成の場合について説明する。この場合、図３８の構成と同様に導体給電線１０５によって伝送される電磁波を、複数の導体ビア１２５、導体給電ＧＮＤ部１２３及び導体給電ＧＮＤ部１２４によって閉じ込めることができる。よって、導体給電線１０５からの不要な信号電磁波の放射を低減することが可能となる。
別の構成として、図４０に示すように、第１の実施形態で述べた図２９の構成にさらに導体給電ＧＮＤ部１２３、１２４及び導体ビア１２５を加えてもよい。この構成により、図２９の構成と同様に、スプリット部１１１を誘電体層１０８の内層に形成できる。このため、誘電体層１０８外部の物体が、スプリット部１１１によってできるキャパシタンスの大きさに与える影響を少なくすることができる。また、スプリット部導体端部１１１ａの屈折させたパタンを延伸することが可能となり、さらにスプリット部１１１でのキャパシタンスを増加させることができる。

図４１〜図４３は、第２の実施形態の第８変形例〜第１０変形例に係るアンテナアレイの構造を示す図である。
図４１に示すように、アンテナアレイ０２０においては、上述の延伸された導体給電線１０５と導体給電ＧＮＤ部１２３とで構成された伝送線路が、図４１に示すように、同軸線路Ｓであってもよい。図４１に示す例では、導体給電ＧＮＤ部１２３は円筒形状になっている。導体給電線１０５のうち、導体給電ＧＮＤ部１２３と対向する部分は、導体給電ＧＮＤ部１２３の円筒形状の内部に位置している。導体給電線１０５と導体給電ＧＮＤ部１２３とで、同軸線路Ｓを形成している。

図４２、図４３に示すように、導体反射板１０１にクリアランス１２６が設けられ、導体反射板１０１の裏面側（−Ｚ方向側）にコネクタ１２７が設けられてもよい。
コネクタ１２７は、芯線１２８と外部導体１２９とを有している。芯線１２８は、導体である。外部導体１２９は、芯線１２８と同様に導体であり、芯線１２８の延伸方向の一部の周囲を囲うように形成されている。芯線１２８及び外部導体１２９は、互いに絶縁されている。
コネクタ１２７の外部導体１２９は導体反射板１０１と電気的に接続されている。コネクタ１２７の芯線１２８は、クリアランス１２６の内部を通って導体反射板１０１の表面側（＋Ｚ方向側）に貫通して、導体給電線１０５と電気的に接続されている。給電点１０７は、コネクタ１２７の芯線１２８と外部導体１２９との間を電気的に励振可能である。上記のような構成により、導体反射板１０１の裏側に配置された無線通信回路やデジタル回路などから、導体反射板１０１の表側のアンテナ素子Ａｎｔ００に給電することが可能となる。このため、回路によって放射パタンや放射効率に大きな影響を与えることなく無線通信装置を構成することができる。
図４４は、第２の実施形態の第１１変形例に係るアンテナアレイの構造を示す図である。製造がより簡易となることを優先するために、図４４に示す構成を採用してもよい。図４４に示す構成においては、アンテナ素子Ａｎｔ００及び導体給電ＧＮＤ部１２３が、長方形板状の誘電体層１０８の一面上に設けられている。導体反射板１０１に、長方形板状の誘電体層１０８及びこれに付随する導体給電ＧＮＤ部１２３、導体給電線１０５等を差し込むことが可能な大きさのスロット形状貫通孔１３３が設けられている。導体給電ＧＮＤ部１２３は、導体反射板１０１とはんだ等で導通していることが望ましい。ただし、導体給電ＧＮＤ部１２３と導体反射板１０１とは導通していなくてもよい。
図４５は第２の実施形態の第１２変形例に係るアンテナアレイの構造を示す図である。図４５に示すように、第２の実施形態に係るアンテナアレイにおいて、反射板１０１として、図３０と同様にメタマテリアル反射板Ｍｅｔａｒｅｆを用いてもよい。これにより、距離Ｚ１が波長λ１の１／４より短い場合であっても、アンテナ素子Ａｎｔ００の共振特性の変化を抑えることができる。このとき、図４５に示すように、メタマテリアル反射板Ｍｅｔａｒｅｆを構成する周期構造ＵＣの内、アンテナ素子Ａｎｔ０００の直下に位置する周期構造ＵＣを構成する導体小片等を取り除き、導体板Ｍ１０１のみが存在するようにしてもよい。このようにすることで、導体給電線１０５及び導体給電ＧＮＤ部１２３と、周期構造ＵＣとの重畳を防ぐことができる。このようにしても、メタマテリアル反射板Ｍｅｔａｒｅｆの反射位相制御の性能が著しく劣化することはない。

＜第３の実施形態＞
以下、第３の実施形態に係るアンテナアレイについて、図４６を参照しながら詳細に説明する。

図４６に示すように、第３の実施形態に係るアンテナアレイ０３０は、アンテナ素子として、ダイポールアンテナ素子Ａｎｔ１０を複数備える点で第１の実施形態におけるアンテナアレイ０１０とは異なる。ダイポールアンテナ素子Ａｎｔ１０の配置、向きは、アンテナ素子Ａｎｔ００と同様である。そして、ダイポールアンテナ素子Ａｎｔ１０は、例えば、間隔を空けて配置された２つの導体で構成された略半波長程度の長さの放射部２０３と、２つの放射部２０３の間を励振する給電点１０７とを備える。

ダイポールアンテナ素子Ａｎｔ１０も、共振時に長手方向における両端部の近傍が電気的に開放面とみなせ、また略中央部の近傍が電気的に短絡面と見なせるアンテナである。このため、図４６に示すように、第１の実施形態において示した図３と同様の配置で、偏波の異なるアンテナ素子間の結合を、極力抑制した、集積された２偏波アンテナアレイ及び２偏波アンテナアレイを用いた通信装置及び通信システムを提供することができる。

放射部２０３の形状は、図４６のような棒状に限られない。放射部２０３は直方体形状であってもよい。放射部２０３は、限られた素子サイズで所望の共振周波数を実現するために、メアンダ形状を採用するなど、各種工夫がなされていてもよい。

アンテナアレイ０３０は、第１の実施形態と同様に、正方形格子Ｌａｔｔｉｃｅ１を含む面に略水平な、導体反射板１０１を備えていてもよい。このとき、アンテナ素子Ａｎｔ１０と導体反射板１０１との間の距離Ｚ１（図４参照）も同様に、ダイポールアンテナ素子Ａｎｔ１０の特性から、アンテナ素子Ａｎｔ１０が放射する電磁波が領域を満たす物質中を進行する際の波長の略４分の１（１／４・λ）が望ましい。しかしながら、距離Ｚ１は必ずしも１／４・λでなくともよい。

＜第４の実施形態＞
以下、第４の実施形態に係るアンテナアレイについて、図４７〜図４９を参照しながら詳細に説明する。

図４７は、第４の実施形態に係るアンテナアレイの構造を示す図である。
図４８は、第４の実施形態に係るアンテナ素子の構造を示す図である。
図４７に示すように、第４の実施形態に係るアンテナアレイ０４０は、アンテナ素子として、パッチアンテナ素子Ａｎｔ２０を複数備える点で第１の実施形態におけるアンテナアレイ０１０とは異なる。パッチアンテナ素子Ａｎｔ２０の配置、向きは、アンテナ素子Ａｎｔ００と同様である。

パッチアンテナ素子Ａｎｔ２０は、例えば、図４８に示すように、ＧＮＤ導体板４０１と、誘電体板４０２と、パッチ導体４０３と、導体ビア４０５と、給電点１０７と、を備える。誘電体板４０２は、ＧＮＤ導体板４０１上に連結する。パッチ導体４０３は、誘電体板４０２のＧＮＤ導体板４０１の設けられている面とは反対側の面に連結する。導体ビア４０５は、誘電体板４０２を貫通し、一端がパッチ導体４０３と電気的に接続し、もう一端がＧＮＤ導体板４０１中に空けられたクリアランス部４０４を通りＧＮＤ導体板４０１の誘電体板４０２の設けられている面とは反対側の面まで達する。給電点１０７は、導体ビア４０５とＧＮＤ導体板４０１との間を電気的に励振する。

パッチアンテナ素子Ａｎｔ２０も、共振時に長手方向における両端部の近傍が電気的に開放面とみなせ、また略中央部の近傍が電気的に短絡面と見なせるアンテナである。このため、図４７に示すように、第１の実施形態において示した図３と同様の配置で、偏波の異なるアンテナ素子間の結合を、極力抑制した、集積された２偏波アンテナアレイ及び２偏波アンテナアレイを用いた通信装置及び通信システムを提供することができる。
パッチアンテナ素子Ａｎｔ２０における長手方向とは、電気的共振時の開放面、短絡面の位置から、必ずしもパッチ導体４０３の形状における長手方向に限られない。パッチアンテナ素子Ａｎｔ２０における長手方向とは、長方形格子Ｌａｔｔｉｃｅ１を含む面内における、パッチ導体４０３の略中央部と導体ビア４０５とをつないだ線方向であると規定してもよい。

誘電体板４０２は省略されてもよく、部分的な誘電体支持部材のみを残し、多くが中空となっていてもよい。
導体ビア４０５も省略されてよく、パッチアンテナ素子Ａｎｔ２０は、クリアランス部４０４を介したスロット給電で電気的に励振されてもよい。
パッチ導体４０３の形状は正方形、長方形に限らず、例えば円形、楕円形などであってもよく、またメアンダ形状などであってもよい。加えて、所望の周波数帯域を確保するため、さらに無給電パッチ導体をパッチ導体４０３近傍に間隔を空けて備えていてもよい。

図４９は、第４の実施形態の変形例に係るアンテナ素子の構造を示す図である。
パッチアンテナ素子Ａｎｔ２０は、長手方向の長さが長いほど共振周波数が低く、面積が大きいほど放射効率が高い。よって、例えば、図４９に示すように、パッチ導体４０３の形状を、二つの正方形が対角線上に重なって連結したような構造してもよい。このような構造を採用にすることで、第１の実施形態において示した図３と同様の配置において、最大限に長手方向の長さを長く、かつ、面積を大きくし、アンテナアレイ０４０の限られた面積内で最大限にアンテナ素子２０を詰め、面積のアンテナ素子Ａｎｔ２０による使用効率を高めてもよい。

＜第５の実施形態＞
以下、第５の実施形態に係るアンテナアレイについて、図５０を参照しながら詳細に説明する。

図５０は、第５の実施形態に係るアンテナアレイの構造を示す図である。
図５０に示すように、アンテナアレイ０５０は、アンテナ素子として、スロットアンテナ素子Ａｎｔ３０を複数備える点で第１の実施形態におけるアンテナアレイ０１０とは異なる。アンテナ素子Ａｎｔ３０の配置、向きは、アンテナ素子Ａｎｔ００と同様である。

スロットアンテナ素子Ａｎｔ３０は、例えば、図５０に示すように、スロット部５０２と給電点１０７とを備える。
スロット部５０２は、ＧＮＤ導体板５０１に空けられたスロットであり、略長方形を有する。給電点１０７は、スロット部５０２において、間隔を空けて対向する導体間を電気的に励振する。

スロットアンテナ素子Ａｎｔ３０の長手方向における端部１１０は電気的に短絡面となり、電場強度が弱くて磁場強度が強い。スロットアンテナ素子Ａｎｔ３０の長手方向における略中央部の近傍は電気的に解放面となり、電場強度が強く磁場強度が弱い。よって、スロットアンテナ素子Ａｎｔ３０は、第１の実施形態に係るアンテナ素子Ａｎｔ００とは、短絡面、開放面の位置が逆となっている。第１の実施形態において示した図３に示すような配置で近接するアンテナ素子Ａｎｔ３０同士は、一方のアンテナ素子Ａｎｔ３０の長手方向における両端部の近傍には他方のアンテナ素子の略中央部があり、電場、磁場それぞれにおいて、強度が強い部分同士が近接しないように直交に配置される。このため、アンテナアレイ０５０は、アンテナアレイ０１０と同様に、偏波の異なるアンテナ素子間の結合を、極力抑制した、集積された２偏波アンテナアレイ及び２偏波アンテナアレイを用いた通信装置及び通信システムを提供することができる。
スロット部５０２の形状は、必ずしも略長方形に限らず、メアンダ形状など、各種工夫がなされていてもよい。

上述した複数の実施の形態および複数の変形例は、その内容が相反しない範囲で組み合わせることができる。また、上述した実施の形態および変形例では、各構成要素の機能などを具体的に説明したが、その機能などは本願発明を満足する範囲で各種に変更することができる。

以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

上記の実施形態の一部又は全部は、以下の付記の用にも記載されうるが、以下には限られない。

（付記１）一の平面に沿った長手方向を有する第１のアンテナ素子と、前記一の平面に沿った長手方向を有し前記第１アンテナ素子に隣接する第２のアンテナ素子と、前記一の平面に沿った長手方向を有し前記第１アンテナ素子に隣接する第３のアンテナ素子とを有する複数のアンテナ素子を備え、
前記第１および第２のアンテナ素子は、前記一の平面に沿った縦方向に一列に並べられ、
前記第１および第３のアンテナ素子は、前記一の平面に沿った横方向に一列に並べられ、
前記第１のアンテナ素子の長手方向の延長線上に、前記第２のアンテナ素子の長手方向における前記第２のアンテナ素子の中心が位置し、
前記第３のアンテナ素子の長手方向の延長線上に、前記第１のアンテナ素子の長手方向における前記第１のアンテナ素子の中心が位置する
アンテナアレイ。

（付記２）前記複数のアンテナ素子は、第４のアンテナ素子をさらに有し、
前記第４のアンテナ素子は、前記一の平面に沿った長手方向を有し、前記第２および第３のアンテナ素子に隣接し、
前記第３および第４のアンテナ素子は、前記縦方向に一列に並べられ、
前記第２および第４のアンテナ素子は、前記横方向に一列に並べられ、
前記第２のアンテナ素子の長手方向の延長線上に、前記第４のアンテナ素子の長手方向における前記第４のアンテナ素子の中心が位置し、
前記第４のアンテナ素子の長手方向の延長線上に、前記第３のアンテナ素子の長手方向における前記第３のアンテナ素子の中心が位置する
付記１に記載のアンテナアレイ。

（付記３）前記複数のアンテナ素子が、ダイポールアンテナ素子である
付記１または２に記載のアンテナアレイ。

（付記４）前記複数のアンテナ素子が、パッチアンテナ素子である付記１または２に記載のアンテナアレイ。

（付記５）前記複数のアンテナ素子が、スロットアンテナ素子である
付記１または２に記載のアンテナアレイ。

（付記６）前記複数のアンテナ素子は、
環形状を有し導体からなる環状導体部であって前記環状導体部の周方向において互いに対向する２つの端部を有する環状導体部、および前記２つの端部の間の隙間であるスプリット部を有する共振器と、
前記共振器への給電のための電路を構成する導体給電線と、
を備える付記１または２に記載のアンテナアレイ。

（付記７）前記一の平面と平行に配置された導体反射板をさらに備え、
前記複数のアンテナ素子は、導体からなり、前記共振器と前記導体反射板とを接続する導体給電グラウンド部を備えている
付記６に記載のアンテナアレイ。

（付記８）前記導体給電グラウンド部は、前記共振器における前記環状導体部における、前記スプリット部が設けられた側とは反対側に接続されている
付記７に記載のアンテナアレイ。

（付記９）前記複数のアンテナ素子は、前記２つの端部の一方と電気的に接続し、前記２つの端部の他方と対向する補助導体を少なくとも一つ備える
付記６から付記８のいずれか一項に記載のアンテナアレイ。

（付記１０）付記１から付記９のいずれか一項に記載のアンテナアレイを備える無線通信装置。

（付記１１）一の平面に沿った長手方向を有する第１のアンテナ素子と、前記一の平面に沿った長手方向を有し前記第１アンテナ素子に隣接する第２のアンテナ素子と、前記一の平面に沿った長手方向を有し前記第１アンテナ素子に隣接する第３のアンテナ素子とを有する複数のアンテナ素子を配置することを含み、
前記第１および第２のアンテナ素子は、前記一の平面に沿った縦方向に一列に並べられ、
前記第１および第３のアンテナ素子は、前記一の平面に沿った横方向に一列に並べられ、
前記第１のアンテナ素子の長手方向の延長線上に、前記第２のアンテナ素子の長手方向における前記第２のアンテナ素子の中心が位置し、
前記第３のアンテナ素子の長手方向の延長線上に、前記第１のアンテナ素子の長手方向における前記第１のアンテナ素子の中心が位置する
アンテナアレイの製造方法。

この出願は、２０１４年９月２６日に出願された日本国特願２０１４−１９６６９９を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。

本発明は、アンテナアレイ、無線通信装置及びアンテナアレイの製造方法に適用してもよい。

０１０、０２０、０３０、０４０、０５０、０９０ アンテナアレイ
０１１ 無線通信装置
Ａｎｔ００、Ａｎｔ０１、Ａｎｔ０２、Ａｎｔ０３、Ａｎｔ０４、Ａｎｔ０５、Ａｎｔ０６、Ａｎｔ０７ アンテナ素子
Ａｎｔ１０ ダイポールアンテナ素子
Ａｎｔ２０ パッチアンテナ素子
Ａｎｔ３０ スロットアンテナ素子
Ａｎｔ００１、Ａｎｔ００２、Ａｎｔ００３ ダイポールアンテナ素子
１０１ 導体反射板
１０４ Ｃ状導体部
１０４ａ 欠落部
１０４ｂ 欠落部導体端部
１０５ 導体給電線
１０６ 導体ビア
１０７ 給電点
１０８ 誘電体層
１０９ 中央部
１１０ 長手方向端部
１１１ スプリット部
１１１ａ スプリット部導体端部
１１２ 伝送線
１１４ 無線通信回路部
１１５ 誘電体レドーム
１１６ 架橋導体
１１７ 放射部
１１８ 補助導体パタン（補助導体）
１１９ 導体ビア
１２０ 第２のＣ状導体部
１２１ 導体ビア
１２２ 第２のスプリット部
１２３ 導体給電ＧＮＤ部
１２３ａ スリット
１２４ 第２の導体給電ＧＮＤ部
１２５ 導体ビア
１２６ クリアランス
１２７ コネクタ
１２８ 芯線
１２９ 外部導体
１３０ 導体部
１３１ 導体部
１３２ 導体部
１３３ 貫通孔
１７０ ベースバンド処理部
２０３ 放射部
４０１ ＧＮＤ導体板
４０２ 誘電体板
４０３ パッチ導体
４０４ クリアランス部
４０５ 導体ビア
５０１ ＧＮＤ導体板
５０２ スロット部
Ｍ１０１ 導体板
Ｍｅｔａｒｅｆ メタマテリアル反射板
Ｌａｔｔｉｃｅ１ 正方形格子
Ｌａｔｔｉｃｅ２ 長方形格子
Ｓ 同軸線路
Ｚ１ 距離
Ｄ１ 幅方向の長さ
Ｌ１ 長手方向の長さ

Claims (11)

1. 一の平面に沿った長手方向を有する第１のアンテナ素子と、前記一の平面に沿った長手方向を有し前記第１アンテナ素子に隣接する第２のアンテナ素子と、前記一の平面に沿った長手方向を有し前記第１アンテナ素子に隣接する第３のアンテナ素子とを有する複数のアンテナ素子を備え、
   前記第１および第２のアンテナ素子は、前記一の平面に沿った縦方向に一列に並べられ、
   前記第１および第３のアンテナ素子は、前記一の平面に沿った横方向に一列に並べられ、
   前記第１のアンテナ素子の長手方向の延長線上に、前記第２のアンテナ素子の長手方向における前記第２のアンテナ素子の中心が位置し、
   前記第３のアンテナ素子の長手方向の延長線上に、前記第１のアンテナ素子の長手方向における前記第１のアンテナ素子の中心が位置する
   アンテナアレイ。
2. 前記複数のアンテナ素子は、第４のアンテナ素子をさらに有し、
   前記第４のアンテナ素子は、前記一の平面に沿った長手方向を有し、前記第２および第３のアンテナ素子に隣接し、
   前記第３および第４のアンテナ素子は、前記縦方向に一列に並べられ、
   前記第２および第４のアンテナ素子は、前記横方向に一列に並べられ、
   前記第２のアンテナ素子の長手方向の延長線上に、前記第４のアンテナ素子の長手方向における前記第４のアンテナ素子の中心が位置し、
   前記第４のアンテナ素子の長手方向の延長線上に、前記第３のアンテナ素子の長手方向における前記第３のアンテナ素子の中心が位置する
   請求項１に記載のアンテナアレイ。
3. 前記複数のアンテナ素子が、ダイポールアンテナ素子である
   請求項１または２に記載のアンテナアレイ。
4. 前記複数のアンテナ素子が、パッチアンテナ素子である
   請求項１または２に記載のアンテナアレイ。
5. 前記複数のアンテナ素子が、スロットアンテナ素子である
   請求項１または２に記載のアンテナアレイ。
6. 前記複数のアンテナ素子は、
   環形状を有し導体からなる環状導体部であって前記環状導体部の周方向において互いに対向する２つの端部を有する環状導体部、および前記２つの端部の間の隙間であるスプリット部を有する共振器と、
   前記共振器への給電のための電路を構成する導体給電線と、
   を備える請求項１または２に記載のアンテナアレイ。
7. 前記一の平面と平行に配置された導体反射板をさらに備え、
   前記複数のアンテナ素子は、導体からなり、前記共振器と前記導体反射板とを接続する導体給電グラウンド部を備えている
   請求項６に記載のアンテナアレイ。
8. 前記導体給電グラウンド部は、前記共振器における前記環状導体部における、前記スプリット部が設けられた側とは反対側に接続されている
   請求項７に記載のアンテナアレイ。
9. 前記複数のアンテナ素子は、前記２つの端部の一方と電気的に接続し、前記２つの端部の他方と対向する補助導体を少なくとも一つ備える
   請求項６から請求項８のいずれか一項に記載のアンテナアレイ。
10. 請求項１から請求項９のいずれか一項に記載のアンテナアレイを備える無線通信装置。
11. 一の平面に沿った長手方向を有する第１のアンテナ素子と、前記一の平面に沿った長手方向を有し前記第１アンテナ素子に隣接する第２のアンテナ素子と、前記一の平面に沿った長手方向を有し前記第１アンテナ素子に隣接する第３のアンテナ素子とを有する複数のアンテナ素子を配置することを含み、
    前記第１および第２のアンテナ素子は、前記一の平面に沿った縦方向に一列に並べられ、
    前記第１および第３のアンテナ素子は、前記一の平面に沿った横方向に一列に並べられ、
    前記第１のアンテナ素子の長手方向の延長線上に、前記第２のアンテナ素子の長手方向における前記第２のアンテナ素子の中心が位置し、
    前記第３のアンテナ素子の長手方向の延長線上に、前記第１のアンテナ素子の長手方向における前記第１のアンテナ素子の中心が位置する
    アンテナアレイの製造方法。

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