特開 2023-147815 アンテナ装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023147815

(43)【公開日】2023-10-13

(54)【発明の名称】アンテナ装置

(51)【国際特許分類】

   H01Q 21/30 20060101AFI20231005BHJP

   H01Q 5/42 20150101ALI20231005BHJP

   H01Q 21/06 20060101ALI20231005BHJP

   H01Q 21/24 20060101ALI20231005BHJP

   H01Q 5/357 20150101ALN20231005BHJP

【ＦＩ】

H01Q21/30

H01Q5/42

H01Q21/06

H01Q21/24

H01Q5/357

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022055534

(22)【出願日】2022-03-30

(71)【出願人】

【識別番号】000232287

【氏名又は名称】日本電業工作株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】000208891

【氏名又は名称】ＫＤＤＩ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100104880

【弁理士】

【氏名又は名称】古部 次郎

(74)【代理人】

【識別番号】100149113

【弁理士】

【氏名又は名称】加藤 謹矢

(72)【発明者】

【氏名】水村 慎

(72)【発明者】

【氏名】曽我 智之

(72)【発明者】

【氏名】島田 健吾

(72)【発明者】

【氏名】中野 雅之

【テーマコード（参考）】

5J021

【Ｆターム（参考）】

5J021AA05

5J021AA09

5J021AA11

5J021AA13

5J021AB03

5J021GA08

5J021HA06

5J021HA10

5J021JA03

5J021JA05

(57)【要約】

【課題】異なる周波数帯域に対応する複数のアレイアンテナを組み合わせたアンテナ装置において、周波数特性の低下を抑制しながら、小型化を図る。
【解決手段】異なる周波数帯域に対応するアンテナ素子２０を配列して構成され、ＬＢ素子２１は、直交する２方向の放射部を有する２系統の素子２組を四方に配置して形成される正方形領域を並べるように配置され、ＭＢ素子２２は、ＬＢ素子２１による正方形領域の並びのうち中央に位置する正方形領域を含む複数の正方形領域にまたがって配置され、ＨＢ１素子２３およびＨＢ２素子２４は、ＬＢ素子２１による正方形領域の並びのうち角に位置する正方形領域を含む１または複数の正方形領域に、ＭＢ素子２２の配置とは重ならないように配置される。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

異なる周波数帯域に対応する３種類以上のアンテナ素子を配列して構成され、
第１のアンテナ素子は、直交する２方向の放射部を有する２系統のアンテナ素子２組を四方に配置して形成される正方形領域を並べるように配置され、
第２のアンテナ素子は、前記正方形領域の並びのうち中央に位置する正方形領域を含む複数の正方形領域にまたがって配置され、
第３のアンテナ素子は、前記正方形領域の並びのうち角に位置する正方形領域を含む１または複数の正方形領域に、前記第２のアンテナ素子の配置とは重ならないように配置されることを特徴とする、アンテナ装置。

【請求項2】

前記第２のアンテナ素子の１組の配列は、前記第１のアンテナ素子による正方形領域の並ぶ方向に対して４５度傾けた方向に並べて構成されることを特徴とする、請求項１に記載のアンテナ装置。

【請求項3】

前記第２のアンテナ素子は、２系統の相互に直交する放射部を有し、当該放射部を前記第１のアンテナ素子の放射部に対して４５度傾けて配置されることを特徴とする、請求項２に記載のアンテナ装置。

【請求項4】

前記第３のアンテナ素子の１組の配列は、前記第１のアンテナ素子による前記正方形領域の並びにおける一つの正方形領域内に配置されることを特徴とする、請求項１に記載のアンテナ装置。

【請求項5】

前記第３のアンテナ素子は、２系統の相互に直交する放射部を有し、当該放射部を前記第１のアンテナ素子の放射部に対して４５度傾けて配置されることを特徴とする、請求項４に記載のアンテナ装置。

【請求項6】

前記第３のアンテナ素子の配列は、前記第１のアンテナ素子による前記正方形領域の並びにおいて、対角に位置する２か所に２組配置されることを特徴とする、請求項１に記載のアンテナ装置。

【請求項7】

前記第１乃至第３のアンテナ素子とは異なる周波数帯域に対応する第４のアンテナ素子をさらに備え、
前記第４のアンテナ素子の配列は、前記第１のアンテナ素子による前記正方形領域の並びにおいて、前記第３のアンテナ素子の配列が配置される対角とは異なる対角の２か所に２組配置されることを特徴とする、請求項６に記載のアンテナ装置。

【請求項8】

前記第２のアンテナ素子は、前記第１のアンテナ素子よりも高い周波数帯域に対応するアンテナ素子であり、
前記第３のアンテナ素子は、前記第２のアンテナ素子よりもさらに高い周波数帯域に対応するアンテナ素子であることを特徴とする、請求項１に記載のアンテナ装置。

【請求項9】

前記第３のアンテナ素子よりもさらに高い周波数帯域に対応する第４のアンテナ素子をさらに備え、
前記第３のアンテナ素子と前記第４のアンテナ素子とは、前記第１のアンテナ素子による前記正方形領域の並びにおいて、それぞれ異なる対角の２か所に２組ずつ配置されることを特徴とする、請求項８に記載のアンテナ装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、アンテナ装置に関する。

【背景技術】

【0002】

基地局等に用いられるアンテナ装置として、指向性の制御が容易なアレイアンテナがある。また、この種のアンテナ装置において、広い周波数帯域に対応するため、それぞれ異なる周波数帯域に対応した数種類のアンテナ素子のアレイを組み合わせて構成することが行われる。

【0003】

特許文献１には、一方の面に複数の放射素子が縦横に配列された誘電体板を有し、放射素子が複数のグループに小分けされ、各グループ間の間隔と各放射素子の間隔とが異なっているアレイアンテナ装置が開示されている。

【0004】

特許文献２には、低周波アレーアンテナと高周波アレーアンテナとを配置し、低周波アレーアンテナは、４つの同一形状の素子からなり、４つの素子が、正方形を形成するように、正方形の頂点の位置にそれぞれ配置され、高周波アレーアンテナは、４つの同一形状の素子からなり、４つの素子が、平面基板上で正方形を形成するように、正方形の頂点の位置にそれぞれ配置され、それぞれの正方形の中心を同じ位置とし、高周波アレーアンテナを、低周波アレーアンテナに対し４５度ずらして配置した２周波共用アンテナ装置が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００３－３４７８４２号公報

【特許文献2】特開２０１３－１５７９２０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

アンテナ装置は、設置作業の軽減や、設置後の風等の影響を低減する等の観点から、より小型であることが求められる。

【0007】

本発明は、異なる周波数帯域に対応する複数のアレイアンテナを組み合わせたアンテナ装置において、周波数特性の低下を抑制しながら、小型化を図ることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記の目的を達成する本発明は、異なる周波数帯域に対応する３種類以上のアンテナ素子を配列して構成され、第１のアンテナ素子は、直交する２方向の放射部を有する２系統のアンテナ素子２組を四方に配置して形成される正方形領域を並べるように配置され、第２のアンテナ素子は、第１のアンテナ素子による正方形領域の並びのうち中央に位置する正方形領域を含む複数の正方形領域にまたがって配置され、第３のアンテナ素子は、第１のアンテナ素子による正方形領域の並びのうち角に位置する正方形領域を含む１または複数の正方形領域に、第２のアンテナ素子の配置とは重ならないように配置されることを特徴とする、アンテナ装置である。
より詳細には、第２のアンテナ素子の１組の配列は、第１のアンテナ素子による正方形領域の並ぶ方向に対して４５度傾けた方向に並べて構成される。
さらに詳細には、第２のアンテナ素子は、２系統の相互に直交する放射部を有し、この放射部を第１のアンテナ素子の放射部に対して４５度傾けて配置される。
また、より詳細には、第３のアンテナ素子の１組の配列は、第１のアンテナ素子による正方形領域の並びにおける一つの正方形領域内に配置される。
さらに詳細には、第３のアンテナ素子は、２系統の相互に直交する放射部を有し、この放射部を第１のアンテナ素子の放射部に対して４５度傾けて配置される。
また、好ましくは、第３のアンテナ素子の配列は、前記第１のアンテナ素子による前記正方形領域の並びにおいて、対角に位置する２か所に２組配置される。
さらに好ましくは、第１乃至第３のアンテナ素子とは異なる周波数帯域に対応する第４のアンテナ素子をさらに備え、第４のアンテナ素子の配列は、第１のアンテナ素子による正方形領域の並びにおいて、第３のアンテナ素子の配列が配置される対角とは異なる対角の２か所に２組配置される構成としても良い。
また、より詳細には、第２のアンテナ素子は、第１のアンテナ素子よりも高い周波数帯域に対応するアンテナ素子であり、第３のアンテナ素子は、第２のアンテナ素子よりもさらに高い周波数帯域に対応するアンテナ素子としても良い。
また、好ましくは、第３のアンテナ素子よりもさらに高い周波数帯域に対応する第４のアンテナ素子をさらに備え、第３のアンテナ素子と第４のアンテナ素子とは、第１のアンテナ素子による正方形領域の並びにおいて、それぞれ異なる対角の２か所に２組ずつ配置される構成としても良い。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、異なる周波数帯域に対応する複数のアレイアンテナを組み合わせたアンテナ装置において、周波数特性の低下を抑制しながら、小型化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本実施例によるアンテナ装置の構成を示す図である。

【図2】本実施例によるアンテナ装置の正面図である。

【図3】ＬＢ素子の構成を示す図である。

【図4】ＭＢ素子における１つの素子の構成を示す図である。

【図5】ＨＢ１素子における１つの素子の構成を示す図である。

【図6】ＨＢ２素子における１つの素子の構成を示す図である。

【図7】ＬＢ素子の配列を示す図である。

【図8】ＭＢ素子の配列を示す図である。

【図9】ＨＢ１素子の配列を示す図である。

【図10】ＨＢ２素子の配列を示す図である。

【図11】ＬＢ素子の指向性パターンを示す図であり、図１１（Ａ）は、電界面内指向性を示す図、図１１（Ｂ）は磁界面内指向性を示す図である。

【図12】ＭＢ素子の指向性パターンを示す図であり、図１２（Ａ）は、垂直面内指向性を示す図、図１２（Ｂ）は水平面内指向性を示す図である。

【図13】ＨＢ１素子の指向性パターンを示す図であり、図１３（Ａ）は、垂直面内指向性を示す図、図１３（Ｂ）は水平面内指向性を示す図である。

【図14】ＨＢ２素子の指向性パターンを示す図であり、図１４（Ａ）は、垂直面内指向性を示す図、図１４（Ｂ）は水平面内指向性を示す図である。

【図15】本実施形態によるアンテナ素子の配列の変形例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。

【0012】

＜アンテナ装置の構成＞
図１は、本実施例によるアンテナ装置の構成を示す図である。図１に示すアンテナ装置１００は、板状の基台１０の一面側にアンテナ素子２０を配列して構成される。基台１０のアンテナ素子２０が配列される側には、反射板が設けられている。以下、アンテナ装置１００において基台１０のアンテナ素子２０が設けられた側の面を正面とする。また、図示を省略しているが、アンテナ装置１００には、アンテナ素子２０の配列を覆うようにカバーが取り付けられる。一例として、アンテナ装置１００のサイズは、ｘ＝６００ｍｍ、ｙ＝６００ｍｍ、ｚ＝１２５ｍｍであるものとする。

【0013】

図２は、アンテナ装置１００の正面図である。アンテナ装置１００の正面には、異なる周波数帯域に対応する３種類以上のアンテナ素子２０が配列されている。図２に示す例では、ＬＢ（ローバンド）素子２１、ＭＢ（ミドルバンド）素子２２、ＨＢ１（第１ハイバンド）素子２３、ＨＢ２（第２ハイバンド）素子２４の４種類のアンテナ素子２０が配列されている。図では、各周波数帯域ごとのアンテナ素子２０が配列される領域を破線で示している。

【0014】

ＬＢ素子２１は、ローバンドの周波数帯域（例えば、０．７ＧＨｚ帯および０．８ＧＨｚ帯）に対応するアンテナ素子２０である。ＬＢ素子２１は、図２に示すｘ方向（水平方向；図２の横方向）に沿って設けられたＬＢ素子２１と、ｙ方向（垂直方向；図２の縦方向）に沿って設けられたＬＢ素子２１とを合わせて２ＭＩＭＯ（Multiple-Input and Multiple-Output）となっている。

【0015】

ＭＢ素子２２は、ミドルバンドの周波数帯域（例えば、１．５ＧＨｚ帯、１．７ＧＨｚ帯および２．０ＧＨｚ帯）に対応するアンテナ素子２０である。ＭＢ素子２２は、図２に示すｘ－ｙ方向に対して４５度傾けて交差させた２つの素子を組み合わせて構成されており、一つのＭＢ素子２２で２ＭＩＭＯとなっている。

【0016】

ＨＢ１素子２３は、２種類のハイバンド一方の周波数帯域（例えば、２．３ＧＨｚ帯、２．６ＧＨｚ帯および３．５ＧＨｚ帯）に対応するアンテナ素子２０である。ＨＢ１素子２３は、図２に示すｘ－ｙ方向に対して４５度傾けて交差させた２つの素子を組み合わせて構成されており、一つのＨＢ１素子２３で２ＭＩＭＯとなっている。

【0017】

ＨＢ２素子２４は、２種類のハイバンド他方の周波数帯域（例えば、３．７ＧＨｚ帯、４．５ＧＨｚ帯および３．５ＧＨｚ帯）に対応するアンテナ素子２０である。ＨＢ２素子２４は、図２に示すｘ－ｙ方向に対して４５度傾けて交差させた２つの素子を組み合わせて構成されており、一つのＨＢ２素子２４で２ＭＩＭＯとなっている。

【0018】

＜アンテナ素子の構成および配置＞
各アンテナ素子２０および各アンテナ素子２０の配列について、さらに説明する。上記のように、ＭＢ素子２２、ＨＢ１素子２３およびＨＢ２素子２４は、二つの素子を組み合わせて構成されているが、その一つの素子に着目して説明する。

【0019】

・ＬＢ素子２１
図３は、ＬＢ素子２１の構成を示す図である。ＬＢ素子２１は、誘電体基板２１ａに放射部２１ｂと給電部２１ｃとを設けて構成されている。誘電体基板２１ａは、図３における下側の辺を基台１０の反射板に取り付けられる。放射部２１ｂおよび給電部２１ｃは、誘電体基板２１ａを挟んで両面に設けられている。図３に示す例では、誘電体基板２１ａにおける紙面の手前側の面（図３で見えている側の面）では、基台１０に取り付けられる辺の中央付近から給電部２１ｃが立ち上がり、図の右方向へ放射部２１ｂが伸びている。また、誘電体基板２１ａにおける紙面の奥側の面（図３で見えていない側の面）では、破線で示すように、基台１０に取り付けられる辺の中央付近から給電部２１ｃが立ち上がり、手前側の面の放射部２１ｂとは反対方向へもう一つの放射部２１ｂが伸びている。

【0020】

ここで、ＬＢ素子２１が対応する周波数帯域をｆｃ＝０．８３９ＧＨｚとすると、誘電体基板２１ａの両面に設けられた二つの放射部２１ｂを合わせた長さＬＢａは、１７０ｍｍ≒０．４８λｃである。また、給電部２１ｃの長さＬＢｂは、６０ｍｍ≒０．１７λｃである。そして、これらの放射部２１ｂおよび給電部２１ｃが設けられた誘電体基板２１ａのサイズは、長さ（図の横方向）が１７２ｍｍ、高さ（図の縦方向）が８０．５ｍｍとなっている。

【0021】

図７は、ＬＢ素子２１の配列を示す図である。ＬＢ素子２１は、ｘ方向に沿って配置された素子と、ｙ方向に沿って配置された素子とで２系統となっている。図７に示す例では、ｘ方向に沿って３個のＬＢ素子２１を並べた素子列がｙ方向に４列配置されると共に、ｙ方向に沿って３個のＬＢ素子２１を並べた素子列がｘ方向に４列配置されている。したがって、図示の構成では、ｘ方向に沿って配置されたＬＢ素子２１が１２個、ｙ方向に沿って配置されたＬＢ素子２１が１２個設けられている。そして、ｘ方向に沿って配置された２個のＬＢ素子２１と、ｙ方向に沿って配置された２個のＬＢ素子２１とにより四方を囲まれた正方形領域が形成され、この正方形領域がｘ方向およびｙ方向に沿って３×３の９領域並ぶように、ＬＢ素子２１が配列されている。このＬＢ素子２１による正方形領域の３×３領域の大きさは、基台１０のアンテナ素子２０が設けられる面の大きさとほぼ等しい。

【0022】

・ＭＢ素子２２
図４は、ＭＢ素子２２における１つの素子の構成を示す図である。ＭＢ素子２２は、図４に示す素子を２個、組み合わせて構成される。２個の素子は、図４における横方向の中央で直交し、全体として十字形となるように組み合わされる。図４に示す素子は、誘電体基板２２ａに放射部２２ｂと給電部２２ｃとを設けて構成されている。誘電体基板２２ａは、図４において下側に突出する足部が反射板に取り付けられる。放射部２２ｂおよび給電部２２ｃは、誘電体基板２２ａを挟んで両面に設けられている。図４に示す例では、誘電体基板２２ａにおける紙面の手前側の面（図４で見えている側の面）では、基台１０に取り付けられる足部から給電部２２ｃが立ち上がり、図の右方向へ放射部２２ｂが伸びている。また、誘電体基板２２ａにおける紙面の奥側の面（図４で見えていない側の面）では、破線で示すように、基台１０に取り付けられ足部から給電部２２ｃが立ち上がり、手前側の面の放射部２２ｂとは反対方向へもう一つの放射部２２ｂが伸びている。

【0023】

ここで、ＭＢ素子２２が対応する周波数帯域をｆｃ＝１．７９９ＧＨｚとすると、誘電体基板２２ａの両面に設けられた二つの放射部２２ｂを合わせた長さＭＢａは、７８ｍｍ≒０．４７λｃである。また、給電部２２ｃの長さＭＢｂは、３９．５ｍｍ≒０．２４λｃである。そして、これらの放射部２２ｂおよび給電部２２ｃが設けられた誘電体基板２２ａのサイズは、長さ（図の横方向）が８０ｍｍ、高さ（図の縦方向）が４６．５（＝２０＋２６．５）ｍｍとなっている。

【0024】

図８は、ＭＢ素子２２の配列を示す図である。ＭＢ素子２２は、上記のように２個の素子を組み合わせて構成されており、１個のＭＢ素子２２で２系統となっている。図８に示す例では、９個のＭＢ素子２２が、ｘ－ｙ方向に対して４５度傾けて３個×３個の正方形（ひし形）に配列されている。また、図８に示す例では、この９個のＭＢ素子２２は、ＬＢ素子２１によって形成される複数の正方形領域にまたがって配置されている。

【0025】

ここで、ＭＢ素子２２の配置についてさらに詳細に説明するため、ＬＢ素子２１により基台１０に形成される９個の正方形領域を次のように区別する。図７および図８に示す正方形領域のうち、上段の左に位置する正方形領域を「上－左領域」と呼ぶ。同様に、上段の中央に位置する正方形領域を「上－中領域」と呼ぶ。上段の右に位置する正方形領域を「上－右領域」と呼ぶ。また、中段の左に位置する正方形領域を「中－左領域」と呼ぶ。同様に、中段の中央に位置する正方形領域を「中－中領域」と呼ぶ。中段の右に位置する正方形領域を「中－右領域」と呼ぶ。また、下段の左に位置する正方形領域を「下－左領域」と呼ぶ。同様に、下段の中央に位置する正方形領域を「下－中領域」と呼ぶ。下段の右に位置する正方形領域を「下－右領域」と呼ぶ。

【0026】

上記のように正方形領域を区別すると、３個×３個のＭＢ素子２２のひし形配列のうち、４つの角に位置する４個のＭＢ素子２２は、上－中領域、中－左領域、中－右領域、下－中領域に、それぞれ配置されている。そして、他の５個のＭＢ素子２２は、中－中領域に配置されている。各ＭＢ素子２２は、２個の素子が、ＬＢ素子２１が配列されている方向（ｘ－ｙ方向）に対して４５度傾くように配置されている。

【0027】

・ＨＢ１素子２３
図５は、ＨＢ１素子２３における１つの素子の構成を示す図である。ＨＢ１素子２３は、図５に示す素子を２個、組み合わせて構成される。２個の素子は、図５における横方向の中央で直交し、全体として十字形となるように組み合わされる。図５に示す素子は、誘電体基板２３ａに放射部２３ｂと給電部２３ｃとを設けて構成されている。誘電体基板２３ａは、図５において下側に突出する足部が反射板に取り付けられる。放射部２３ｂおよび給電部２３ｃは、誘電体基板２３ａを挟んで両面に設けられている。図５に示す例では、誘電体基板２３ａにおける紙面の手前側の面（図５で見えている側の面）では、基台１０に取り付けられる足部から給電部２３ｃが立ち上がり、図の右方向へ放射部２３ｂが伸びている。また、誘電体基板２３ａにおける紙面の奥側の面（図５で見えていない側の面）では、破線で示すように、基台１０に取り付けられ足部から給電部２３ｃが立ち上がり、手前側の面の放射部２３ｂとは反対方向へもう一つの放射部２３ｂが伸びている。

【0028】

ここで、ＨＢ１素子２３が対応する周波数帯域をｆｃ＝２．９５ＧＨｚとすると、誘電体基板２３ａの両面に設けられた二つの放射部２３ｂを合わせた長さＨＢ１ａは、６１．２ｍｍ≒０．６０λｃである。また、給電部２３ｃの長さＨＢ１ｂは、２７．４ｍｍ≒０．２７λｃである。そして、これらの放射部２３ｂおよび給電部２３ｃが設けられた誘電体基板２３ａのサイズは、長さ（図の横方向）が６２．２ｍｍ、高さ（図の縦方向）が３６（＝１９．５＋１６．５）ｍｍとなっている。

【0029】

図９は、ＨＢ１素子２３の配列を示す図である。ＨＢ１素子２３は、上記のように２個の素子を組み合わせて構成されており、１個のＨＢ１素子２３で２系統となっている。図９に示す例では、９個のＨＢ１素子２３が、ｘ－ｙ方向に沿って３個×３個の正方形に配列されている。また、図９に示す例では、この９個のＨＢ１素子２３は、ＬＢ素子２１によって形成される一つの正方形領域内（図示の例では、上記の正方形領域の区別において下－左領域）に収まるように配置されている。

【0030】

ここで、各ＨＢ１素子２３は、２個の素子が、ＬＢ素子２１が配列されている方向（ｘ－ｙ方向）に対して４５度傾くように配置されている。上記のように、ＬＢ素子２１における１個の素子を構成する誘電体基板２３ａの長さは６２．２ｍｍである。このため、個々の素子がｘ－ｙ方向に沿うようにして３個のＨＢ１素子２３を並べて配置すると、ｘ方向およびｙ方向の長さは１８６．６ｍｍとなる。これは、ＬＢ素子２１の長さ１７２ｍｍよりも大きい。これに対し、個々の素子をｘ－ｙ方向に対して４５度傾けることにより、ＨＢ１素子２３のｘ方向およびｙ方向のサイズは、約４４（＝６２．２／√２）ｍｍとなる。したがって、ＨＢ１素子２３をｘ方向およびｙ方向に３個並べた長さは１３２ｍｍ程度となり、ＬＢ素子２１の長さ１７２ｍｍよりも小さい。このため、ＨＢ１素子２３の配列は、ＬＢ素子２１によって形成される一つの正方形領域内に収まる。

【0031】

また、図２に示すように、ＨＢ１素子２３の配列は、ＬＢ素子２１によって形成される正方形領域のうち、対角に位置する２か所（図２に示す例では、下－左領域と上－右領域）に、２組配置されている。したがって、ＨＢ１素子２３の配列は、２系統の配列が２組で４系統となっている。ＨＢ１素子２３は、ＬＢ素子２１やＭＢ素子２２と比較して素子の大きさが小さいため、系統数を多くしている。

【0032】

・ＨＢ２素子２４
図６は、ＨＢ２素子２４における１つの素子の構成を示す図である。ＨＢ２素子２４は、図６に示す素子を２個、組み合わせて構成される。２個の素子は、図６における横方向の中央で直交し、全体として十字形となるように組み合わされる。図６に示す素子は、誘電体基板２４ａに放射部２４ｂと給電部２４ｃとを設けて構成されている。誘電体基板２４ａは、図６において下側に突出する足部が反射板に取り付けられる。放射部２４ｂおよび給電部２４ｃは、誘電体基板２４ａを挟んで両面に設けられている。図６に示す例では、誘電体基板２４ａにおける紙面の手前側の面（図６で見えている側の面）では、基台１０に取り付けられる足部から給電部２４ｃが立ち上がり、図の右方向へ放射部２４ｂが伸びている。また、誘電体基板２４ａにおける紙面の奥側の面（図６で見えていない側の面）では、破線で示すように、基台１０に取り付けられ足部から給電部２４ｃが立ち上がり、手前側の面の放射部２４ｂとは反対方向へもう一つの放射部２４ｂが伸びている。

【0033】

ここで、ＨＢ２素子２４が対応する周波数帯域をｆｃ＝４．２ＧＨｚとすると、誘電体基板２４ａの両面に設けられた二つの放射部２４ｂを合わせた長さＨＢ２ａは、４２ｍｍ≒０．５９λｃである。また、給電部２４ｃの長さＨＢ２ｂは、２２ｍｍ≒０．３１λｃである。そして、これらの放射部２４ｂおよび給電部２４ｃが設けられた誘電体基板２４ａのサイズは、長さ（図の横方向）が４３ｍｍ、高さ（図の縦方向）が２７．５（＝１６．５＋１１）ｍｍとなっている。

【0034】

図１０は、ＨＢ２素子２４の配列を示す図である。ＨＢ２素子２４は、上記のように２個の素子を組み合わせて構成されており、１個のＨＢ２素子２４で２系統となっている。図１０に示す例では、１０個のＨＢ２素子２４が、ｘ－ｙ方向に沿って３個×３個の正方形に配列されている。また、図１０に示す例では、この１０個のＨＢ２素子２４は、ＬＢ素子２１によって形成される一つの正方形領域内（図示の例では、上記の正方形領域の区別において上－左領域）に収まるように配置されている。

【0035】

ここで、各ＨＢ２素子２４は、２個の素子が、ＬＢ素子２１が配列されている方向（ｘ－ｙ方向）に対して４５度傾くように配置されている。ＨＢ２素子２４は、ＨＢ１素子２３よりもサイズが小さいので、個々の素子がｘ－ｙ方向に沿うようにして３個のＨＢ２素子２４を並べてもＬＢ素子２１の長さを超えないが、本実施形態では、ＨＢ２素子２４においても個々の素子を傾けて配置することで、配列内のＨＢ２素子２４どうしの間隔を狭めている。

【0036】

また、図２に示すように、ＨＢ２素子２４の配列は、ＬＢ素子２１によって形成される正方形領域のうち、対角に位置する２か所（図２に示す例では、上－左領域と下－右領域）に、２組配置されている。したがって、ＨＢ２素子２４の配列は、２系統の配列が２組で４系統となっている。ＨＢ２素子２４は、ＬＢ素子２１やＭＢ素子２２と比較して素子の大きさが小さいため、系統数を多くしている。

【0037】

以上のように各アンテナ素子２０を配列したことにより、１組のＬＢ素子２１、１組のＭＢ素子２２、２組のＨＢ１素子２３、２組のＨＢ２素子２４の全てが、ＬＢ素子２１による正方形領域の３×３領域内に配置されている。これにより、同数のアンテナ素子２０を相互に重なり合うことなく配置したアンテナ装置１００としては、最も小さいサイズとなる。

【0038】

また、２組ずつ設けられたＨＢ１素子２３およびＨＢ２素子２４は、それぞれ上記ＬＢ素子２１による正方形領域の３×３領域における対角に位置するように設けられる。このため、２組のＨＢ１素子２３の配列どうしの間隔が、ＬＢ素子２１による正方形領域の３×３領域内で最も遠い位置となるように配置される。同様に、２組のＨＢ２素子２４の配列どうしの間隔が、ＬＢ素子２１による正方形領域の３×３領域内で最も遠い位置となるように配置される。このため、各２組のＨＢ１素子２３の配列どうし、ＨＢ２素子２４の配列どうしをそれぞれ近接させて配置した場合と比較して、各配列どうしが相互に干渉することが抑制される。

【0039】

＜アンテナ素子の特性＞
図１１は、ＬＢ素子２１の指向性パターンを示す図である。図１１（Ａ）は、電界面内指向性を示す図、図１１（Ｂ）は磁界面内指向性を示す図である。図１１に示す例では、何れもサイドローブは十分に小さく、メインローブの広がりは３０度程度であり、良好な指向性特性を示している。

【0040】

図１２は、ＭＢ素子２２の指向性パターンを示す図である。図１２（Ａ）は、垂直面内指向性を示す図、図１２（Ｂ）は水平面内指向性を示す図である。ＭＢ素子２２は、二つの直交する素子を４５度傾けて配置されているので、垂直面内指向性および水平面内指向性の何れも偏波面が－４５度となっている。図１２に示す例では、何れもサイドローブは十分に小さく、メインローブの広がりは３０度程度であり、良好な指向性特性を示している。

【0041】

図１３は、ＨＢ１素子２３の指向性パターンを示す図である。図１３（Ａ）は、垂直面内指向性を示す図、図１３（Ｂ）は水平面内指向性を示す図である。ＨＢ１素子２３は、二つの直交する素子を４５度傾けて配置されているので、垂直面内指向性および水平面内指向性の何れも偏波面が－４５度となっている。図１３に示す例では、何れもサイドローブは十分に小さく、メインローブの広がりは３０度程度であり、良好な指向性特性を示している。

【0042】

図１４は、ＨＢ２素子２４の指向性パターンを示す図である。図１４（Ａ）は、垂直面内指向性を示す図、図１４（Ｂ）は水平面内指向性を示す図である。ＨＢ２素子２４は、二つの直交する素子を４５度傾けて配置されているので、垂直面内指向性および水平面内指向性の何れも偏波面が－４５度となっている。図１４に示す例では、何れもサイドローブは十分に小さく、メインローブの広がりは３０度程度であり、良好な指向性特性を示している。

【0043】

＜変形例＞
上記の実施形態では、アンテナ素子２０の周波数帯域ごとの配列を、ＬＢ素子２１に関しては１系統につき３×４個、ＭＢ素子２２、ＨＢ１素子２３およびＨＢ２素子２４に関しては１系統につき３×３個としたが、各アンテナ素子２０の個数は、上記実施形態の数に限定されない。本実施形態のアンテナ装置１００は、各アンテナ素子２０を次のように配列するものであれば良い。

【0044】

まず、ＬＢ素子２１を、直交する２方向の放射部を有する２系統のアンテナ素子２組を四方に配置して形成される正方形領域を並べるように配置する。そして、ＭＢ素子２２を、ＬＢ素子２１による正方形領域の並びのうち中央に位置する正方形領域を含む複数の正方形領域にまたがって配置する。そして、ＨＢ１素子２３およびＨＢ２素子２４を、ＬＢ素子２１による正方形領域の並びのうち角に位置する正方形領域を含む１または複数の正方形領域に、それぞれ配置する。ＨＢ１素子２３およびＨＢ２素子２４に関して、２組の配列を配置する場合、それぞれ対角に位置する２か所に配置する。

【0045】

図１５は、本実施形態によるアンテナ素子２０の配列の変形例を示す図である。図１５に示す例では、ＭＢ素子２２をバツ印「×」で、ＨＢ１素子２３をひし形「◇」で、ＨＢ２素子２４を円「○」で、それぞれ示している。図１５に示す各アンテナ素子２０の数は、ＬＢ素子２１が１系統につき５×６個、ＭＢ素子２２およびＨＢ１素子２３が１系統につき５×５個、ＨＢ２素子２４が１系統につき６×６個である。

【0046】

図１５に示す例において、ＬＢ素子２１は、ｘ方向に沿って５個のＬＢ素子２１を並べた素子列がｙ方向に６列配置されると共に、ｙ方向に沿って５個のＬＢ素子２１を並べた素子列がｘ方向に６列配置されている。そして、ｘ方向に沿って配置された２個のＬＢ素子２１と、ｙ方向に沿って配置された２個のＬＢ素子２１とにより四方を囲まれた正方形領域が形成され、この正方形領域がｘ方向およびｙ方向に沿って５×５の２５領域並ぶように、ＬＢ素子２１が配列されている。

【0047】

ＭＢ素子２２は、ｘ－ｙ方向に対して４５度傾けて５個×５個の正方形（ひし形）に配列されている。図１５に示す例では、この２５個のＭＢ素子２２は、ＬＢ素子２１によって形成される複数の正方形領域にまたがって配置されている。具体的には、中央の正方形領域に５個、中央の正方形領域に対して上下左右に隣接する４つの正方形領域に４個ずつ、中央の正方形領域に対して左上、右上、左下、右下に隣接する４つの正方形領域に１個ずつのＭＢ素子２２がそれぞれ配置されている。

【0048】

ＨＢ１素子２３は、ｘ－ｙ方向に沿って５個×５個の正方形に配列されている。図１５に示す例では、この２５個のＨＢ１素子２３は、ＬＢ素子２１によって形成される正方形領域の並びにおいて、左下隅の４つの正方形領域および右上隅の４つの正方形領域に１組ずつ配置されている。具体的には、１組の配列では、左下角の正方形領域に９個、左下角の正方形領域に対して上および右に隣接する２つの正方形領域に６個ずつ、左下角の正方形領域に対して右上に隣接する１つの正方形領域に４個のＨＢ１素子２３がそれぞれ配置されている。同様に、他の１組の配列では、右上角の正方形領域に９個、右上角の正方形領域に対して下および左に隣接する２つの正方形領域に６個ずつ、右上角の正方形領域に対して左下に隣接する１つの正方形領域に４個のＨＢ１素子２３がそれぞれ配置されている。

【0049】

ＨＢ２素子２４は、ｘ－ｙ方向に沿って６個×６個の正方形に配列されている。図１５に示す例では、この３６個のＨＢ２素子２４は、ＬＢ素子２１によって形成される正方形領域の並びにおいて、左上隅の４つの正方形領域および右下隅の４つの正方形領域に１組ずつ配置されている。具体的には、１組の配列では、左上角の正方形、左上角の正方形領域に対して下および右に隣接する２つの正方形領域、左上角の正方形領域に対して右下に隣接する１つの正方形領域の各々に９個のＨＢ２素子２４がそれぞれ配置されている。同様に、他の１組の配列では、右下角の正方形領域、右下角の正方形領域に対して上および左に隣接する２つの正方形領域、右上角の正方形領域に対して左下に隣接する１つの正方形領域の各々に９個のＨＢ２素子２４がそれぞれ配置されている。

【0050】

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態には限定されない。例えば、上記の実施形態では、ＬＢ素子２１によって形成される正方形領域の並びとして、（奇数）×（奇数）領域の例（図２の３×３領域および図１５の５×５領域）を示したが、（偶数）×（偶数）領域としても良い。この場合、ＭＢ素子２２は、少なくとも中央に位置する４つの正方形領域にまたがって配置される。その他、本発明の技術思想の範囲から逸脱しない様々な変更や構成の代替は、本発明に含まれる。

【符号の説明】

【0051】

１０…基台、２０…アンテナ素子、２１…ＬＢ素子、２２…ＭＢ素子、２３…ＨＢ１素子、２４…ＨＢ２素子、１００…アンテナ装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】