特許 6561161 アンテナおよび通信装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6561161

(24)【登録日】2019年7月26日

(45)【発行日】2019年8月14日

(54)【発明の名称】アンテナおよび通信装置

(51)【国際特許分類】

   H01Q 3/28 20060101AFI20190805BHJP

   H01Q 21/06 20060101ALI20190805BHJP

   H01P 1/22 20060101ALI20190805BHJP

【ＦＩ】

   H01Q3/28

   H01Q21/06

   H01P1/22

【請求項の数】10

【外国語出願】

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2018-33767(P2018-33767)

(22)【出願日】2018年2月27日

(65)【公開番号】特開2018-142961(P2018-142961A)

(43)【公開日】2018年9月13日

【審査請求日】2018年2月27日

(31)【優先権主張番号】201710111992.9

(32)【優先日】2017年2月28日

(33)【優先権主張国】CN

(73)【特許権者】

【識別番号】503433420

【氏名又は名称】華為技術有限公司

【氏名又は名称原語表記】ＨＵＡＷＥＩ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＩＥＳ ＣＯ．，ＬＴＤ．

(74)【代理人】

【識別番号】100132481

【弁理士】

【氏名又は名称】赤澤 克豪

(74)【代理人】

【識別番号】100115635

【弁理士】

【氏名又は名称】窪田 郁大

(72)【発明者】

【氏名】ディン フォン

(72)【発明者】

【氏名】ジャン クン

(72)【発明者】

【氏名】チェン シアオシン

【審査官】 新田 亮

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許出願公開第２０１３／００６３２９７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開平０８−０３２３９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−０８２７５５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｑ ３／２８

Ｈ０１Ｐ １／２２

Ｈ０１Ｑ ２１／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の給電線、マイクロストリップアンテナアレイ、および少なくとも１つのエネルギー減衰回路を備えたアンテナであって、
前記マイクロストリップアンテナアレイは複数のアレイ要素を備え、前記複数のアレイ要素のそれぞれは、前記複数の給電線のうちの１つを用いてケーブル給電ポートに接続され、
前記少なくとも１つのエネルギー減衰回路のそれぞれは、被減衰給電線に位置し、前記被減衰給電線を２つのセグメントに分割し、前記被減衰給電線は、前記複数の給電線のうちのものであり被減衰アレイ要素に接続された給電線であり、前記被減衰アレイ要素は前記複数のアレイ要素の周辺に位置するアレイ要素であり、
前記エネルギー減衰回路の第１の端部は前記被減衰給電線の一方のセグメントを用いて前記ケーブル給電ポートに接続され、前記エネルギー減衰回路の第２の端部は前記被減衰給電線の他方のセグメントを用いて前記被減衰アレイ要素に接続され、前記エネルギー減衰回路の第３の端部は接地され、
前記エネルギー減衰回路は抵抗器を備え、前記抵抗器は接地され、前記抵抗器は、接地される形で前記被減衰給電線におけるエネルギーの一部を消費するように構成され、
前記少なくとも１つのエネルギー減衰回路は、前記被減衰アレイ要素の入口給電線に配置され、前記入口給電線は、前記被減衰アレイ要素に対応する分岐給電線であること
を特徴とするアンテナ。

【請求項2】

前記複数のアレイ要素はＮ×１アレイに配置され、前記複数のアレイ要素の周辺アレイ要素は前記Ｎ×１アレイの端部に位置する２つのアレイ要素であり、前記２つのアレイ要素のそれぞれは前記少なくとも１つのエネルギー減衰回路のうちの１つに対応し、Ｎは３以上の整数であることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ。

【請求項3】

前記複数のアレイ要素はＮ×Ｍアレイに配置され、前記複数のアレイ要素の周辺アレイ要素は前記Ｎ×Ｍアレイの隅部に位置する４つのアレイ要素であり、前記４つのアレイ要素のそれぞれは前記少なくとも１つのエネルギー減衰回路のうちの１つに対応し、ＮおよびＭは共に２以上の整数であることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ。

【請求項4】

前記少なくとも１つのエネルギー減衰回路のそれぞれは、対称抵抗減衰器であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のアンテナ。

【請求項5】

前記対称抵抗減衰器は、Ｔ型抵抗減衰器、π型抵抗減衰器、またはブリッジＴ型抵抗減衰器のいずれか１つであることを特徴とする請求項４に記載のアンテナ。

【請求項6】

前記Ｔ型抵抗減衰器は、第１の抵抗器、第２の抵抗器、および第３の抵抗器を備え、
前記第１の抵抗器の第１の端部は前記エネルギー減衰回路の第１の端部であり、前記第１の抵抗器の第２の端部は前記第２の抵抗器の第１の端部に接続され、前記第２の抵抗器の第２の端部は前記エネルギー減衰回路の第２の端部であり、前記第３の抵抗器の第１の端部は前記第１の抵抗器の前記第２の端部に接続され、前記第３の抵抗器の第２の端部は前記エネルギー減衰回路の第３の端部であり、
前記第１の抵抗器、前記第２の抵抗器、および前記第３の抵抗器の抵抗値はそれぞれ、

【数1】

、および

【数2】

であり、ただし、Ｒ１は前記第１の抵抗器の抵抗値、Ｒ２は前記第２の抵抗器の抵抗値、Ｒ３は前記第３の抵抗器の抵抗値、Ａはエネルギー減衰係数、Ｒは前記被減衰給電線の特性インピーダンスであることを特徴とする請求項５に記載のアンテナ。

【請求項7】

前記π型抵抗減衰器は、第４の抵抗器、第５の抵抗器、および第６の抵抗器を備え、
前記第４の抵抗器の第１の端部は前記エネルギー減衰回路の第１の端部であり、前記第４の抵抗器の第２の端部は前記エネルギー減衰回路の第２の端部であり、前記第５の抵抗器の第１の端部は前記第４の抵抗器の前記第１の端部に接続され、前記第５の抵抗器の第２の端部は前記エネルギー減衰回路の第３の端部に接続され、前記第６の抵抗器の第１の端部は前記エネルギー減衰回路の前記第２の端部に接続され、前記第６の抵抗器の第２の端部は前記エネルギー減衰回路の前記第３の端部であり、
前記第４の抵抗器、前記第５の抵抗器、および前記第６の抵抗器の抵抗値はそれぞれ、

【数3】

、および

【数4】

であり、ただし、Ｒ４は前記第４の抵抗器の抵抗値、Ｒ５は前記第５の抵抗器の抵抗値、Ｒ６は前記第６の抵抗器の抵抗値、Ａはエネルギー減衰係数、Ｒは特性インピーダンスであることを特徴とする請求項５に記載のアンテナ。

【請求項8】

前記ブリッジＴ型抵抗減衰器は、第７の抵抗器、第８の抵抗器、第９の抵抗器、および第１０の抵抗器を備え、
前記第７の抵抗器の第１の端部は前記エネルギー減衰回路の第１の端部であり、前記第７の抵抗器の第２の端部は前記第８の抵抗器の第１の端部に接続され、前記第８の抵抗器の第２の端部は前記エネルギー減衰回路の第２の端部であり、前記第９の抵抗器の２つの端部は前記エネルギー減衰回路の前記第１の端部および前記第２の端部にそれぞれ接続され、前記第１０の抵抗器の第１の端部は前記第７の抵抗器の前記第２の端部に接続され、前記第１０の抵抗器の第２の端部は前記エネルギー減衰回路の第３の端部であり、

【数5】

、
Ｒ９＝Ｒ（Ａ−１）、および
Ｒ７＝Ｒ８＝Ｒ
であり、ただし、Ｒ７は前記第７の抵抗器の抵抗値、Ｒ８は前記第８の抵抗器の抵抗値、Ｒ９は前記第９の抵抗器の抵抗値、Ｒ１０は前記第１０の抵抗器の抵抗値、Ａはエネルギー減衰係数、Ｒは特性インピーダンスであることを特徴とする請求項５に記載のアンテナ。

【請求項9】

前記アンテナにおける前記給電線は、前記アレイ要素間の平衡型エネルギー分布に対応する給電線であることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載のアンテナ。

【請求項10】

請求項１乃至９のいずれかに記載のアンテナを備える通信装置であって、信号源をさらに備え、
前記信号源は、前記アンテナの給電ポートに接続され、
前記信号源は、前記アンテナを用いて無線信号を送出および受信するように構成されることを特徴とする通信装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本出願はマイクロストリップアンテナ技術の分野に関し、具体的にはアンテナおよび通信装置に関する。

【背景技術】

【0002】

マイクロストリップアンテナ（英語：ｍｉｃｒｏｓｔｒｉｐ ａｎｔｅｎｎａ）は、マイクロストリップ技術を用いてプリント回路基板上に製作されるアンテナである。一般のマイクロストリップアンテナは薄い誘電体基板（英語：ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ｓｕｂｓｔｒａｔｅ）（例えばポリテトラフルオロエチレンファイバーグラス層）によって形成され、接地面として一方の面上に付着された金属箔を有し、およびアンテナとして他方の面上にフォトエッチングなどの方法を用いて作製された特定の形状の金属パッチを有する。

【0003】

マイクロストリップアレイアンテナは、複数のパッチアンテナを含んだ２次元アレイである。以下は図１を参照して４×４マイクロストリップアンテナアレイを述べる。

【0004】

図１に示されるアンテナアレイは一様なアレイであり、すなわちアンテナ要素は一様な間隔で配置され、任意の２つの隣接したアンテナ要素の間の距離は等しい。さらに給電線も、一様な配線によって対称に設計される。

【0005】

この一様なアレイアンテナは、アレイ要素間の平衡型エネルギー分布をもたらしてよく、または不平衡型エネルギー分布をもたらし得る。アレイ要素間のエネルギー分布が平衡されたとき、このアンテナの給電線の配線は簡単で明瞭である。しかし平衡型エネルギー分布を有するこのアンテナは、低いサイドローブ抑圧（英語：ｓｉｄｅ−ｌｏｂｅ ｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎ、ＳＬＳ）比を有し、設計必要条件を満たすことが難しい。

【発明の概要】

【0006】

本出願は、アンテナのサイドローブ抑圧比を増加させるためのアンテナおよび通信装置を提供する。

【0007】

第１の態様によれば、複数の給電線、マイクロストリップアンテナアレイ、および少なくとも１つのエネルギー減衰回路を含んだアンテナが提供され、マイクロストリップアンテナアレイは複数のアレイ要素を含み、複数のアレイ要素のそれぞれは、複数の給電線のうちの１つを用いてケーブル給電ポートに接続され、少なくとも１つのエネルギー減衰回路のそれぞれは、被減衰給電線に位置し、被減衰給電線を２つのセグメントに分割し、被減衰給電線は、複数の給電線のうちのものであり被減衰アレイ要素に接続された給電線であり、被減衰アレイ要素は複数のアレイ要素の周辺に位置するアレイ要素であり、エネルギー減衰回路の第１の端部は被減衰給電線の一方のセグメントを用いてケーブル給電ポートに接続され、エネルギー減衰回路の第２の端部は被減衰給電線の他方のセグメントを用いて被減衰アレイ要素に接続され、エネルギー減衰回路の第３の端部は接地され、エネルギー減衰回路は抵抗器を含み、抵抗器は接地され、抵抗器は、接地される形で被減衰給電線におけるエネルギーの一部を消費するように構成される。

【0008】

エネルギー減衰回路は、接地される形でエネルギーを消費するので、アンテナアレイの周辺に位置するアレイ要素に送信されるエネルギーは低減され、それによって不平衡型エネルギー分布をもたらし、サイドローブ抑圧比を増加させる。

【0009】

任意選択で、エネルギー減衰回路の入力等価インピーダンスおよび出力等価インピーダンスは共に、被減衰給電線の特性インピーダンスに等しく、その結果、挿入されたエネルギー減衰回路は定在波を引き起こさない。

【0010】

第１の態様の第１の可能な実装形態において、複数のアレイ要素はＮ×１アレイに配置され、複数のアレイ要素の周辺アレイ要素はＮ×１アレイの端部に位置する２つのアレイ要素であり、２つのアレイ要素のそれぞれは少なくとも１つのエネルギー減衰回路のうちの１つに対応し、Ｎは３以上の整数である。

【0011】

第１の態様または上記の可能な実装形態のいずれか１つに関連して、第２の可能な実装形態において、複数のアレイ要素はＮ×Ｍアレイに配置され、複数のアレイ要素の周辺アレイ要素はＮ×Ｍアレイの隅部に位置する４つのアレイ要素であり、４つのアレイ要素のそれぞれは少なくとも１つのエネルギー減衰回路のうちの１つに対応し、
ＮおよびＭは共に２以上の整数であり、ＮまたはＭの少なくとも１つは３以上である。

【0012】

第１の態様または上記の可能な実装形態のいずれか１つに関連して、第３の可能な実装形態において、少なくとも１つのエネルギー減衰回路のそれぞれは、対称抵抗減衰器である。

【0013】

第１の態様または上記の可能な実装形態のいずれか１つに関連して、第４の可能な実装形態において、対称抵抗減衰器は、Ｔ型抵抗減衰器、π型抵抗減衰器、またはブリッジＴ型抵抗減衰器のいずれか１つである。

【0014】

第１の態様または上記の可能な実装形態のいずれか１つに関連して、第５の可能な実装形態において、Ｔ型抵抗減衰器は、第１の抵抗器、第２の抵抗器、および第３の抵抗器を含み、
第１の抵抗器の第１の端部はエネルギー減衰回路の第１の端部であり、第１の抵抗器の第２の端部は第２の抵抗器の第１の端部に接続され、第２の抵抗器の第２の端部はエネルギー減衰回路の第２の端部であり、第３の抵抗器の第１の端部は第１の抵抗器の第２の端部に接続され、第３の抵抗器の第２の端部はエネルギー減衰回路の第３の端部であり、
第１の抵抗器、第２の抵抗器、および第３の抵抗器の抵抗値はそれぞれ、

【0015】

【数1】

【0016】

、および

【0017】

【数2】

【0018】

であり、ただし、Ｒ１は第１の抵抗器の抵抗値、Ｒ２は第２の抵抗器の抵抗値、Ｒ３は第３の抵抗器の抵抗値、Ａはエネルギー減衰係数、Ｒは被減衰給電線の特性インピーダンスである。

【0019】

第１の態様または上記の可能な実装形態のいずれか１つに関連して、第６の可能な実装形態において、π型抵抗減衰器は、第４の抵抗器、第５の抵抗器、および第６の抵抗器を含み、
第４の抵抗器の第１の端部はエネルギー減衰回路の第１の端部であり、第４の抵抗器の第２の端部はエネルギー減衰回路の第２の端部であり、第５の抵抗器の第１の端部は第４の抵抗器の第１の端部に接続され、第５の抵抗器の第２の端部はエネルギー減衰回路の第３の端部に接続され、第６の抵抗器の第１の端部はエネルギー減衰回路の第２の端部に接続され、第６の抵抗器の第２の端部はエネルギー減衰回路の第３の端部であり、
第４の抵抗器、第５の抵抗器、および第６の抵抗器の抵抗値はそれぞれ、

【0020】

【数3】

【0021】

、および

【0022】

【数4】

【0023】

であり、ただし、Ｒ４は第４の抵抗器の抵抗値、Ｒ５は第５の抵抗器の抵抗値、Ｒ６は第６の抵抗器の抵抗値、Ａはエネルギー減衰係数、Ｒは特性インピーダンスである。

【0024】

第１の態様または上記の可能な実装形態のいずれか１つに関連して、第７の可能な実装形態において、ブリッジＴ型抵抗減衰器は、第７の抵抗器、第８の抵抗器、第９の抵抗器、および第１０の抵抗器を含み、
第７の抵抗器の第１の端部はエネルギー減衰回路の第１の端部であり、第７の抵抗器の第２の端部は第８の抵抗器の第１の端部に接続され、第８の抵抗器の第２の端部はエネルギー減衰回路の第２の端部であり、第９の抵抗器の２つの端部はエネルギー減衰回路の第１の端部および第２の端部にそれぞれ接続され、第１０の抵抗器の第１の端部は第７の抵抗器の第１の端部に接続され、第１０の抵抗器の第２の端部はエネルギー減衰回路の第３の端部であり、

【0025】

【数5】

【0026】

、
Ｒ９＝Ｒ（Ａ−１）、および
Ｒ７＝Ｒ８＝Ｒ
であり、ただし、Ｒ７は第７の抵抗器の抵抗値、Ｒ８は第８の抵抗器の抵抗値、Ｒ９は第９の抵抗器の抵抗値、Ｒ１０は第１０の抵抗器の抵抗値、Ａはエネルギー減衰係数、Ｒは特性インピーダンスである。

【0027】

第１の態様の第５から第７の可能な実装形態において、数式に従って計算される抵抗器の抵抗値は、エネルギー減衰回路の入力等価インピーダンスおよび出力等価インピーダンスを共に、被減衰給電線の特性インピーダンスに等しくする。従って挿入されたエネルギー減衰回路は、定在波を引き起こさない。

【0028】

第１の態様または上記の可能な実装形態のいずれか１つに関連して、第８の可能な実装形態において、アンテナにおける給電線は、アレイ要素間の平衡型エネルギー分布に対応する給電線である。

【0029】

アンテナは、元のアンテナにおけるアレイ要素間の平衡型エネルギー分布に基づいてなされる改善であり、エネルギー減衰回路は、アンテナアレイの周辺に位置するアレイ要素に接続された給電線に挿入される。アンテナのサイドローブ抑圧比は、元のアンテナに基づいてエネルギー減衰回路を直接挿入することによって増加されることができる。このようにして新たな給電線が設計される必要はなく、それによって設計の難しさを低減する。

【0030】

第２の態様によれば、アンテナを含んだ通信装置が提供され、これは信号源をさらに含み、信号源は、アンテナの給電ポートに接続され、信号源は、アンテナを用いて無線信号を送出および受信するように構成される。

【図面の簡単な説明】

【0031】

【図1】４×４の一様なアレイアンテナの概略図である。

【図2】本出願の実施形態によるアンテナの概略図である。

【図3】本出願の実施形態による他のアンテナの概略図である。

【図4】本出願の実施形態によるエネルギー減衰を有しないアンテナアレイの概略図である。

【図5】本出願の実施形態によるエネルギー減衰後のアンテナアレイの概略図である。

【図6】給電線のインピーダンスを変化させることによって、サイドローブ抑圧比を増加させる概略図である。

【図7】アレイ要素間の平衡型エネルギー分布に対応する概略図である。

【図8】本出願の実施形態による４×１マイクロストリップパッチアンテナの概略図である。

【図9】本出願の実施形態によるＴ型抵抗減衰器の概略図である。

【図10】本出願の実施形態によるπ型抵抗減衰器の概略図である。

【図11】本出願の実施形態によるブリッジＴ型抵抗減衰器の概略図である。

【図12】本出願の実施形態による通信装置の概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0032】

本出願の実施形態はアンテナを提供する。元のアンテナに基づいてエネルギー減衰回路が追加され、エネルギー減衰回路はマイクロストリップアンテナアレイの周辺アレイ要素のエネルギーを減衰するように構成され、それによってアンテナのサイドローブ抑圧比を増加させ、アンテナの効果を改善する。

【0033】

図２を参照すると、この図は本出願の実施形態によるアンテナの概略図である。

【0034】

この実施形態において提供されるアンテナは、複数の給電線１００、マイクロストリップアンテナアレイ、および少なくとも１つのエネルギー減衰回路３００を含む。マイクロストリップアンテナアレイは複数のアレイ要素２００を含み、複数のアレイ要素２００のそれぞれは、複数の給電線のうち１つを用いてケーブル給電ポートＡに接続される。ケーブル給電ポートＡは、アンテナと信号源とを接続するインターフェースである。信号源によって送出された無線信号はインターフェースを用いてアンテナに送信され、アンテナによって受信された無線信号はインターフェースを用いて信号源に送信される。マイクロストリップアンテナアレイはアレイ要素２００によって形成されるアレイであり、アレイ要素２００はアンテナにおけるパッチである。

【0035】

本出願のこの実施形態において提供されるアンテナにおけるマイクロストリップアンテナアレイは、Ｎ×１またはＮ×Ｍでよく、ＮおよびＭは共に２以上の整数であり、ＮはＭに等しくてよく、またはＭに等しくなくてよい。

【0036】

この実施形態において、図２に示されるマイクロストリップアンテナアレイはＮ×Ｍであり、Ｎ＝Ｍ＝４であり、すなわちアレイ要素の４つの行および４つの列がある。ＮおよびＭは他の値でもよく、ＮおよびＭの値はこの実施形態に特に限定されない。しかしＮまたはＭの一方は３以上であり、他方は２以上である。例えばＮ＝２およびＭ＝３の場合、対応する２×３アレイがある。しかしＭおよびＮは共に２になることはできない。ＮおよびＭが共に２のとき、対応する２×２アレイがある。２×２アレイに対して、アレイの周辺アレイ要素はまた中央アレイ要素でもあり、アレイ要素間のエネルギー分布を変化させることは無意味となる。従ってＭまたはＮの少なくとも１つは３以上であることが必要である。

【0037】

少なくとも１つのエネルギー減衰回路のそれぞれは、被減衰給電線に位置し、被減衰給電線を２つのセグメントに分割し、被減衰給電線は、複数の給電線のうちのものであり被減衰アレイ要素に接続された給電線であり、被減衰アレイ要素は複数のアレイ要素の周辺に位置するアレイ要素である。

【0038】

図２に示されるように、エネルギー減衰回路３００の第１の端部は、被減衰給電線の一方のセグメントを用いてケーブル給電ポートＡに接続され、エネルギー減衰回路３００の第２の端部は、被減衰給電線の他方のセグメントを用いて被減衰アレイ要素に接続され、エネルギー減衰回路３００の第３の端部は接地される。

【0039】

エネルギー減衰回路３００は、アレイ要素２００の入口給電線に挿入される。アレイ要素の入口給電線とは、この給電線はそのアレイ要素のみに接続されることを意味する。すなわち入口給電線はアレイ要素に対応する分枝給電線であり、他のアレイ要素はこの分枝給電線を共有しない。少なくとも２つの被減衰アレイ要素が１つの分枝給電線を共有する場合、これらのアレイ要素以外のアレイ要素は分枝給電線を共有せず、この分枝給電線はこれらのアレイ要素の入口給電線となる。すなわち本出願のこの実施形態におけるエネルギー減衰回路は、エネルギー減衰を必要とするアレイ要素の入口給電線に挿入される。エネルギー減衰回路３００は、入口給電線に並列に接続されない。被減衰アレイ要素に接続された給電線は切断され、エネルギー減衰回路が挿入される。切断された給電線は、２つの端部を含む。エネルギー減衰回路の第１の端部および第２の端部は、切断された給電線の２つの端部にそれぞれ接続され、エネルギー減衰回路の第３の端部は接地される。

【0040】

エネルギー減衰回路３００は抵抗器を含み、抵抗器は接地され、抵抗器は、接地される形で被減衰給電線におけるエネルギーの一部を消費するように構成される。

【0041】

電流が抵抗器を通って流れるとき、電気エネルギーは熱エネルギーに変換されることができ、熱エネルギーは接地される形で消費されることができ、その結果被減衰アレイ要素に入るエネルギーは減衰されることができる。

【0042】

アレイの周辺におけるアレイ要素の特定の位置は、この実施形態に限定されない。概略的に図２は単に、エネルギー減衰ユニットは４×４アレイの４つの隅部のアレイ要素の入口給電線に挿入されることを示す。エネルギー減衰ユニットはさらに、必要条件に従って、アレイの周辺における別のアレイ要素の入口給電線に挿入されてよい。例えば図３に示されるように、やはり４×４アレイが説明のための例として用いられる。４つの隅部のエネルギーは元の１／２に減衰され、４つの隅部を除く位置における周辺アレイ要素のエネルギーは元の２／３に減衰される。これはまた、それに対応してサイドローブ抑圧比を増加させることができる。しかし技術および空間レイアウトの制限により、４つの隅部に位置するアレイ要素のエネルギーを減衰することが最も有効で、最も簡単な実装形態となる。エネルギー減衰後のアンテナのエネルギー分布は、アレイ要素のエネルギーは中央領域から周辺領域エリアへと徐々に低減されるという規則に従う。

【0043】

当業者が本出願のこの実施形態における技術的解決策をより良く理解できるように、以下では図４および図５を参照した説明のための例として、やはり４×４アレイを用いる。図４はエネルギー減衰前のマイクロストリップパッチアレイの概略図であり、図５はエネルギー減衰後のマイクロストリップパッチアレイの概略図である。

【0044】

図４に示されるマイクロストリップパッチアレイにおけるいずれの２つの隣接したアレイ要素の間の間隔は等しく、エネルギー分布は平衡され、すなわち各アレイ要素の間のエネルギー比は１：１である。しかしこのような平衡型エネルギー分布に対応するサイドローブ抑圧比は比較的低く、必要条件を満たすことができない。マイクロストリップパッチアンテナのサイドローブ抑圧比を増加させるために、本出願のこの実施形態においてマイクロストリップパッチアレイ内の周辺アレイ要素のエネルギーは減衰される。

【0045】

図５に示されるように、マイクロストリップパッチアレイの４つの隅部に位置するアレイ要素のエネルギーは、元の１／２に減衰される。この実施形態において提供されるマイクロストリップパッチアンテナによれば、エネルギー減衰回路は元のアンテナに基づいて直接挿入されることができる。このようにして新たな給電線が設計される必要はなく、それによって設計の難しさを低減し、開発サイクルを短縮する。

【0046】

当業者が本出願の実施形態によって提供される有益な効果をより良く理解できるように、以下は最初に、マイクロストリップパッチアンテナのサイドローブ抑圧比を増加させる多様な設計方法を述べる。図６を参照すると、この図は給電線のインピーダンスを変化することによってサイドローブ抑圧比を増加させる概略図である。

【0047】

アレイ要素のエネルギーはアレイ要素に対応する給電線の抵抗値に関係するので、アレイ要素に分配されるエネルギーは給電線の抵抗値を変化させることによって変化され得る。さらに抵抗値は給電線の長さおよび厚さによって決定される。従って給電線の抵抗値を変化させるために、給電線の形状が変化される必要があり、すなわち給電線は再設計される必要がある。図６に示されるように、アレイ要素に分配されるエネルギーは、アレイ要素に対応する給電線の抵抗値を変化させることによって変化され得る。図６において、中央の４つのアレイ要素のエネルギーは４であり、左上隅のアレイ要素、右上隅のアレイ要素、および最後の列の右下隅の２つのアレイ要素のエネルギーは１であり、残りのアレイ要素のエネルギーは２であることが理解されることができる。このようにして４：２：１のアレイ要素エネルギー比が実施されることができる。多様な設計を有するアンテナの利点は、総エネルギーがマイクロストリップアンテナの間で分配されることである。従って電力損失は低い。

【0048】

しかし、図６におけるこのような不平衡型エネルギー分布の設計は比較的難しく、開発サイクルは比較的長くなる。さらに設計される比率は理論的に４：２：１であるが、実際の動作時の分枝の間の結合により、実際の製品におけるアレイ要素間で、エネルギーは設計される比率に従って分配されない。結果としてアンテナ設計の失敗が引き起こされる。

【0049】

本出願のこの実施形態において提供されるアンテナは、アレイ要素間の平衡型エネルギー分布に基づいてなされる改善である。元の給電線配線設計は確保され、アレイ要素間の不平衡型エネルギー分布はエネルギー減衰回路を挿入することによって実施され、それによってサイドローブ抑圧比を増加させる。

【0050】

図７に示されるように、アレイ要素間の平衡型エネルギー分布に対応する給電線は、非常に簡潔であり明瞭である。すなわち本出願のこの実施形態において提供される図７は図１に基づいており、４つの隅部のアレイ要素のエネルギーを減衰させるためにエネルギー減衰回路が挿入される。挿入されたエネルギー減衰回路はケーブル給電ポートからの信号電力の損失を引き起こすが、サイドローブ抑圧比は増加される。このようにして、変化されないエネルギー分布を有する元の給電線に基づいて改善がなされる。従って設計は簡単であり、開発サイクルは短い。例えばアンテナは、金属材料で作られており、その動作周波数が２．４ＧＨｚ（ＧＨｚ）である４×４マイクロストリップアンテナアレイを含み、アレイ要素間の水平および垂直間隔は共に６４ｍｍである。エネルギー減衰回路が挿入されない場合、アンテナの実際の動作時のサイドローブ抑圧比は９．１３ｄＢ（ｄＢ）である。本出願のこの実施形態における設計が用いられた場合、アンテナの実際の動作時のサイドローブ抑圧比は１１．７６ｄＢに達し、すなわち２．６３ｄＢだけ増加される。１１．７６ｄＢのサイドローブ抑圧比は、サイドローブ抑圧比が少なくとも１０ｄＢであるという必要条件を満たす。

【0051】

アンテナは、元のアンテナにおけるアレイ要素間の平衡型エネルギー分布に基づいてなされる改善であり、エネルギー減衰回路は、アンテナアレイの周辺に位置するアレイ要素に接続された給電線に挿入される。エネルギー減衰回路は抵抗器を含み、エネルギー減衰回路の１つの端部は接地され、エネルギーは接地される形で熱として消費される。従って平衡型エネルギー分布を有する元のアレイ要素は、不平衡型エネルギー分布を有するアレイ要素に変化する。このようにしてサイドローブ抑圧比は、増加されることができる。アンテナのサイドローブ抑圧比は、元のアンテナに基づいてエネルギー減衰回路を直接挿入することによって増加されることができる。このようにして新たな給電線が設計される必要はなく、それによって設計の難しさを低減する。

【0052】

本出願のこの実施形態において提供されるアンテナは特定のアンテナタイプに限定されず、一様なアレイでよく、または等振幅アレイでよい。「一様なアレイ」と「アレイ要素間の平衡型エネルギー分布」は異なる概念であり、すなわち一様なアレイにおけるアレイ要素は平衡型エネルギー分布を有してよく、または不平衡型エネルギー分布を有してよい。

【0053】

以下は添付の図面を参照して、エネルギー減衰回路の挿入位置および実装形態を詳しく述べる。

【0054】

複数のアレイ要素はＮ×１アレイに配置され、複数のアレイ要素の周辺アレイ要素はＮ×１アレイの端部に位置する２つのアレイ要素であり、２つのアレイ要素のそれぞれは少なくとも１つのエネルギー減衰回路のうちの１つに対応し、Ｎは３以上の整数である。以下は、説明のための例として４×１アレイを用いる。図８を参照すると、この図は本出願の実施形態による４×１アンテナの概略図である。

【0055】

すなわちエネルギー減衰回路は、端部において２つのアレイ要素に接続された給電線に挿入され、給電線上のエネルギーは減衰され、それにより２つの端部においてアレイ要素に入るエネルギーを減衰させる。

【0056】

複数のアレイ要素はＮ×Ｍアレイに配置され、複数のアレイ要素の周辺アレイ要素はＮ×Ｍアレイの隅部に位置する４つのアレイ要素であり、４つのアレイ要素のそれぞれは少なくとも１つのエネルギー減衰回路のうちの１つに対応し、ＮおよびＭは共に２以上の整数であり、ＮはＭに等しくてよく、またはＭに等しくなくてよい。Ｎ×Ｎアレイに対しては、Ｎ＝４である図２に示される概略図を参照されたい。同様に、Ｎ×Ｍアレイは図２と同様であり、唯一の差は、行アレイ要素が列アレイ要素と異なることである。

【0057】

ＮがＭに等しくない、例えばＮ＝４およびＭ＝６であるとき、それに対応する４×６アレイが存在する。

【0058】

エネルギー減衰回路の機能は単にエネルギー減衰であり、エネルギー減衰回路が挿入されたとき、アンテナ内に信号反射も定在波も存在しないことを確実にする必要がある。従ってエネルギー減衰回路の入力等価インピーダンスおよび出力等価インピーダンスは共に、被減衰給電線の特性インピーダンスに等しいことが必要である。

【0059】

エネルギー減衰回路の挿入後のアレイ要素の入口給電線のインピーダンスが、エネルギー減衰回路の挿入前のアレイ要素の入口給電線のそれと同じままとなることを確実にするために、エネルギー減衰回路は対称抵抗減衰器であること、すなわち減衰器の入力端の抵抗値は減衰器の出力端の抵抗値に等しいことが必要である。さらに信号反射および定在波を防止するために、減衰器の入力等価インピーダンスおよび出力等価インピーダンスは共に、被減衰給電線の特性インピーダンスに等しい。

【0060】

本出願のこの実施形態において提供される対称抵抗減衰器は、Ｔ型抵抗減衰器、π型抵抗減衰器、またはブリッジＴ型抵抗減衰器のいずれか１つでよい。

【0061】

アンテナが複数の対称抵抗減衰器を含むとき、対称抵抗減衰器は同じ抵抗減衰器でよく、または異なる抵抗減衰器でよい。例えば１つの減衰器においてＴ型抵抗減衰器が用いられてよく、別の減衰器においてπ型抵抗減衰器が用いられてよい。アンテナにおいて用いられる抵抗減衰器の特定のタイプは、本出願のこの実施形態に特に限定されない。

【0062】

以下は添付の図面を参照して、これらの対称抵抗減衰器を個別に述べる。

【0063】

図９を参照すると、この図は本出願の実施形態によるＴ型抵抗減衰器の概略図である。

【0064】

Ｔ型抵抗減衰器は、第１の抵抗器Ｒ１、第２の抵抗器Ｒ２、および第３の抵抗器Ｒ３を含む。

【0065】

第１の抵抗器Ｒ１の第１の端部はエネルギー減衰回路の第１の端部であり、第１の抵抗器Ｒ１の第２の端部は第２の抵抗器Ｒ２の第１の端部に接続され、第２の抵抗器Ｒ２の第２の端部はエネルギー減衰回路の第２の端部であり、第３の抵抗器Ｒ３の第１の端部は第１の抵抗器Ｒ１の第２の端部に接続され、第３の抵抗器Ｒ３の第２の端部はエネルギー減衰回路の第３の端部である。

【0066】

第１の抵抗器Ｒ１、第２の抵抗器Ｒ２、および第３の抵抗器Ｒ３の抵抗値はそれぞれ、

【0067】

【数6】

【0068】

、および

【0069】

【数7】

【0070】

であり、ただし、Ｒ１は第１の抵抗器の抵抗値、Ｒ２は第２の抵抗器の抵抗値、Ｒ３は第３の抵抗器の抵抗値、Ａはエネルギー減衰係数、Ｒは被減衰給電線の特性インピーダンスである。Ａは、元のエネルギーに対する減衰されたエネルギーの比である。例えば元のエネルギーが２であり、減衰されたエネルギーが１である場合、Ａ＝１／２。元のエネルギーが３であり、減衰されたエネルギーが２である場合、Ａ＝２／３。

【0071】

エネルギー減衰回路の挿入後に元のアンテナの特性インピーダンスが不変のままであることを確実にするために、エネルギー減衰回路の入力等価インピーダンスおよび出力等価インピーダンスは共に、特性インピーダンスに等しくなるようにのみ設計されることができる。すなわち図９に示されるように、Ｔ型抵抗減衰器の入力等価インピーダンスＲｉｎおよび出力等価インピーダンスＲｏｕｔは等しく、共に特性インピーダンスに等しい。

【0072】

例としてやはり図２が用いられる。４つの隅部におけるアレイ要素のエネルギーが元の１／２に減衰される場合、それに対応して３ｄＢが減衰され、Ａ＝１／２、および特性インピーダンスは７５Ω、すなわちＲｉｎ＝Ｒｏｕｔ＝７５Ωである。図９に示されるＴ型抵抗減衰器に対して、ＲｉｎはＲ２およびＲ３が並列に接続され、次いでＲ１に直列に接続された後に得られ、ＲｏｕｔはＲ１およびＲ３が並列に接続され、次いでＲ２に直列に接続された後に得られることが結論付けられ得る。従ってＲ１、Ｒ２、およびＲ３を計算するための上記の数式が得られ得る。Ａ＝１／２およびＲ＝７５が上記の数式に代入されて、Ｒ１＝Ｒ２＝１２．８Ω、およびＲ３＝２１３．１Ωを得る。

【0073】

図１０を参照すると、この図は本出願の実施形態によるπ型抵抗減衰器の概略図である。

【0074】

π型抵抗減衰器は、第４の抵抗器Ｒ４、第５の抵抗器Ｒ５、および第６の抵抗器Ｒ６を含む。

【0075】

第４の抵抗器Ｒ４の第１の端部はエネルギー減衰回路の第１の端部であり、第４の抵抗器Ｒ４の第２の端部はエネルギー減衰回路の第２の端部であり、第５の抵抗器Ｒ５の第１の端部は第４の抵抗器Ｒ４の第１の端部に接続され、第５の抵抗器Ｒ５の第２の端部はエネルギー減衰回路の第３の端部に接続され、第６の抵抗器Ｒ６の第１の端部はエネルギー減衰回路の第２の端部に接続され、第６の抵抗器Ｒ６の第２の端部はエネルギー減衰回路の第３の端部である。

【0076】

第４の抵抗器Ｒ４、第５の抵抗器Ｒ５、および第６の抵抗器Ｒ６の抵抗値はそれぞれ、

【0077】

【数8】

【0078】

、および

【0079】

【数9】

【0080】

であり、ただし、Ｒ４は第４の抵抗器の抵抗値、Ｒ５は第５の抵抗器の抵抗値、Ｒ６は第６の抵抗器の抵抗値、Ａはエネルギー減衰係数、Ｒは特性インピーダンスである。

【0081】

図１１を参照すると、この図は本出願の実施形態によるブリッジＴ型抵抗減衰器の概略図である。

【0082】

ブリッジＴ型抵抗減衰器は、第７の抵抗器、第８の抵抗器、第９の抵抗器、および第１０の抵抗器を含む。

【0083】

第７の抵抗器の第１の端部はエネルギー減衰回路の第１の端部であり、第７の抵抗器の第２の端部は第８の抵抗器の第１の端部に接続され、第８の抵抗器の第２の端部はエネルギー減衰回路の第２の端部であり、第９の抵抗器の２つの端部はエネルギー減衰回路の第１の端部および第２の端部にそれぞれ接続され、第１０の抵抗器の第１の端部は第７の抵抗器の第１の端部に接続され、第１０の抵抗器の第２の端部はエネルギー減衰回路の第３の端部であり、

【0084】

【数10】

【0085】

、
Ｒ９＝Ｒ（Ａ−１）、および
Ｒ７＝Ｒ８＝Ｒ、
であり、ただし、Ｒ７は第７の抵抗器の抵抗値、Ｒ８は第８の抵抗器の抵抗値、Ｒ９は第９の抵抗器の抵抗値、Ｒ１０は第１０の抵抗器の抵抗値、Ａはエネルギー減衰係数、Ｒは特性インピーダンスである。

【0086】

π型抵抗減衰器およびブリッジＴ型抵抗減衰器における抵抗器に対する計算原理は、Ｔ型抵抗減衰器に対するものと同様である。詳細は本明細書では再び述べられない。

【0087】

上記の実施形態において提供されるアンテナに基づいて、本出願の実施形態はさらに通信装置を提供する。以下は添付の図面に従って詳しい説明を示す。

【0088】

図１２を参照すると、この図は本出願による通信装置の概略図である。

【0089】

この実施形態において提供される通信装置は、上記の実施形態において述べられたアンテナ１２０１を含み、信号源１２０２をさらに含む。

【0090】

信号源１２０２は、アンテナ１２０１のケーブル給電ポートに接続される。

【0091】

信号源１２０２は無線信号を発生させてよく、信号源１２０２はアンテナ１２０１を用いて無線信号を送信し、信号源１２０２はまたアンテナ１２０１によって受信された無線信号を受信してもよい。信号源１２０２はケーブル給電ポートを用いてアンテナ１２０１に接続され、無線信号送信はケーブル給電ポートを用いて実施される。

【0092】

信号源１２０２は、アンテナ１２０１を用いて無線信号を送出および受信するように構成される。

【0093】

例えば信号源１２０２は、送信器でよい。

【0094】

本アンテナは設計が簡単であり、比較的高いサイドローブ抑圧比を有し、本アンテナを用いた通信装置は、良好な信号通信品質を保つことができる。

【0095】

結論として、上記の実施形態は本出願を限定するものではなく、単に本出願の技術的解決策を説明するためのものである。本出願は上記の実施形態に関連して詳しく述べられたが、当業者は、本出願の実施形態の技術的解決策の範囲から逸脱せずに、上記の実施形態において述べられた技術的解決策にさらに変更がなされ得ることを理解するべきである。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】