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(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】P2024126186
(43)【公開日】2024-09-20
(54)【発明の名称】周波数共用アンテナ
(51)【国際特許分類】
H01Q 21/28 20060101AFI20240912BHJP
H01Q 21/24 20060101ALI20240912BHJP
H01Q 21/30 20060101ALI20240912BHJP
H01Q 9/16 20060101ALI20240912BHJP
H01Q 13/08 20060101ALI20240912BHJP
H01Q 9/44 20060101ALI20240912BHJP
H01Q 19/10 20060101ALI20240912BHJP
【ＦＩ】
H01Q21/28
H01Q21/24
H01Q21/30
H01Q9/16
H01Q13/08
H01Q9/44
H01Q19/10
【審査請求】有
【請求項の数】10
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023034412
(22)【出願日】2023-03-07
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）令和４年度、総務省、「アクティブ空間無線リソース制御技術に関する研究開発」委託事業、産業技術力強化法第１７条の適用を受ける特許出願
(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
(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】丸山 央
(72)【発明者】
【氏名】萩原 弘樹
(72)【発明者】
【氏名】陸田 裕子
【テーマコード（参考）】
5J020
5J021
5J045
【Ｆターム（参考）】
5J020AA03
5J020BA06
5J020BC09
5J020BC13
5J020CA04
5J020DA06
5J020DA08
5J021AA06
5J021AA13
5J021AB03
5J021AB06
5J021BA01
5J021JA03
5J021JA05
5J021JA07
5J045AB05
5J045CA01
5J045DA10
5J045LA04
(57)【要約】
【課題】特性の劣化が抑制された小型な周波数共用アンテナを提供する。
【解決手段】周波数共用アンテナは、第１の周波数帯の電波を送受信するダイポールアンテナと、第１の周波数帯より高い第２の周波数帯の電波を送受信する第１のパッチアンテナと、第２の周波数帯より高い第３の周波数帯の電波を送受信する第２のパッチアンテナと、を備え、ダイポールアンテナは、ダイポール素子と、ダイポール素子に接続され、バランとして機能する接続部材と、を有し、接続部材は、一対の接続導体で構成され、接地電位に設定される接地部材に接続される部分の間隔が、ダイポール素子に接続される部分の間隔より広く、第１のパッチアンテナの第１の基板は、第２の周波数帯に対応して厚さと誘電率が設定され、第２のパッチアンテナの第２の基板は、第３の周波数帯に対応して厚さと誘電率が設定されている。
【選択図】図１
【解決手段】周波数共用アンテナは、第１の周波数帯の電波を送受信するダイポールアンテナと、第１の周波数帯より高い第２の周波数帯の電波を送受信する第１のパッチアンテナと、第２の周波数帯より高い第３の周波数帯の電波を送受信する第２のパッチアンテナと、を備え、ダイポールアンテナは、ダイポール素子と、ダイポール素子に接続され、バランとして機能する接続部材と、を有し、接続部材は、一対の接続導体で構成され、接地電位に設定される接地部材に接続される部分の間隔が、ダイポール素子に接続される部分の間隔より広く、第１のパッチアンテナの第１の基板は、第２の周波数帯に対応して厚さと誘電率が設定され、第２のパッチアンテナの第２の基板は、第３の周波数帯に対応して厚さと誘電率が設定されている。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
第１の周波数帯の電波を送受信するダイポールアンテナと、
前記第１の周波数帯より高い第２の周波数帯の電波を送受信する第１のパッチアンテナと、
前記第２の周波数帯より高い第３の周波数帯の電波を送受信する第２のパッチアンテナと、を備え、
前記ダイポールアンテナは、
ダイポール素子と、当該ダイポール素子に接続され、バランとして機能する接続部材と、を有し、
前記接続部材は、一対の接続導体で構成され、接地電位に設定される接地部材に接続される部分の間隔が、前記ダイポール素子に接続される部分の間隔より広く、
前記第１のパッチアンテナの第１の基板は、前記第２の周波数帯に対応して厚さと誘電率が設定され、
前記第２のパッチアンテナの第２の基板は、前記第３の周波数帯に対応して厚さと誘電率が設定されている
周波数共用アンテナ。
前記第１の周波数帯より高い第２の周波数帯の電波を送受信する第１のパッチアンテナと、
前記第２の周波数帯より高い第３の周波数帯の電波を送受信する第２のパッチアンテナと、を備え、
前記ダイポールアンテナは、
ダイポール素子と、当該ダイポール素子に接続され、バランとして機能する接続部材と、を有し、
前記接続部材は、一対の接続導体で構成され、接地電位に設定される接地部材に接続される部分の間隔が、前記ダイポール素子に接続される部分の間隔より広く、
前記第１のパッチアンテナの第１の基板は、前記第２の周波数帯に対応して厚さと誘電率が設定され、
前記第２のパッチアンテナの第２の基板は、前記第３の周波数帯に対応して厚さと誘電率が設定されている
周波数共用アンテナ。
【請求項2】
前記ダイポールアンテナの前記接続部材における前記一対の接続導体は、前記接地部材に接続される部分が、当該接地部材の表面に沿って広げられていることを特徴とする請求項１に記載の周波数共用アンテナ。
【請求項3】
前記ダイポールアンテナは、無給電素子を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の周波数共用アンテナ。
【請求項4】
前記第１のパッチアンテナは、第１の無給電素子を備え、
前記接地部材から前記第１の無給電素子までの距離が、当該接地部材から前記ダイポールアンテナにおける前記ダイポール素子までの距離に近いように、前記第１のパッチアンテナの前記第１の基板の厚さが設定されていることを特徴とする請求項１に記載の周波数共用アンテナ。
前記接地部材から前記第１の無給電素子までの距離が、当該接地部材から前記ダイポールアンテナにおける前記ダイポール素子までの距離に近いように、前記第１のパッチアンテナの前記第１の基板の厚さが設定されていることを特徴とする請求項１に記載の周波数共用アンテナ。
【請求項5】
前記第１のパッチアンテナの前記第１の基板の誘電率は、前記第２のパッチアンテナの前記第２の基板の誘電率より、低いことを特徴とする請求項４に記載の周波数共用アンテナ。
【請求項6】
前記第１の周波数帯の電波を送受信する他のダイポールアンテナをさらに備え、
前記ダイポールアンテナは、前記第１の周波数帯の偏波を送受信し、前記他のダイポールアンテナは、当該第１の周波数帯の当該偏波と交差する偏波を送受信し、
前記他のダイポールアンテナは、
ダイポール素子と、バランとして機能する接続部材と、を有し、
前記接続部材は、一対の接続導体で構成され、接地電位に設定される接地部材に接続される部分の間隔が、前記ダイポール素子に接続される部分の間隔より広いことを特徴とする
請求項１に記載の周波数共用アンテナ。
前記ダイポールアンテナは、前記第１の周波数帯の偏波を送受信し、前記他のダイポールアンテナは、当該第１の周波数帯の当該偏波と交差する偏波を送受信し、
前記他のダイポールアンテナは、
ダイポール素子と、バランとして機能する接続部材と、を有し、
前記接続部材は、一対の接続導体で構成され、接地電位に設定される接地部材に接続される部分の間隔が、前記ダイポール素子に接続される部分の間隔より広いことを特徴とする
請求項１に記載の周波数共用アンテナ。
【請求項7】
前記第３の周波数帯より高い第４の周波数帯の電波を送受信する第３のパッチアンテナと、
前記第４の周波数帯より高い第５の周波数帯の電波を送受信する第４のパッチアンテナと、を備え、
前記第３のパッチアンテナの第３の基板は、前記第４の周波数帯に対応して厚さと誘電率が設定され、
前記第４のパッチアンテナの第４の基板は、前記第５の周波数帯に対応して厚さと誘電率が設定されている
ことを特徴とする請求項６に記載の周波数共用アンテナ。
前記第４の周波数帯より高い第５の周波数帯の電波を送受信する第４のパッチアンテナと、を備え、
前記第３のパッチアンテナの第３の基板は、前記第４の周波数帯に対応して厚さと誘電率が設定され、
前記第４のパッチアンテナの第４の基板は、前記第５の周波数帯に対応して厚さと誘電率が設定されている
ことを特徴とする請求項６に記載の周波数共用アンテナ。
【請求項8】
前記ダイポールアンテナと、前記他のダイポールアンテナとは、クロスダイポールを構成し、
前記第１のパッチアンテナと、前記第２のパッチアンテナと、前記第３のパッチアンテナと、前記第４のパッチアンテナとは、クロスダイポールで仕切られた領域に各々が配置されていることを特徴とする請求項７に記載の周波数共用アンテナ。
前記第１のパッチアンテナと、前記第２のパッチアンテナと、前記第３のパッチアンテナと、前記第４のパッチアンテナとは、クロスダイポールで仕切られた領域に各々が配置されていることを特徴とする請求項７に記載の周波数共用アンテナ。
【請求項9】
第１の周波数帯の電波を送受信する第１のパッチアンテナと、
前記第１の周波数帯より高い第２の周波数帯の電波を送受信する第２のパッチアンテナと、を備え、
前記第１のパッチアンテナの第１の基板は、前記第１の周波数帯に対応して厚さと誘電率が設定され、
前記第２のパッチアンテナの第２の基板は、前記第２の周波数帯に対応して厚さと誘電率とが設定されている
周波数共用アンテナ。
前記第１の周波数帯より高い第２の周波数帯の電波を送受信する第２のパッチアンテナと、を備え、
前記第１のパッチアンテナの第１の基板は、前記第１の周波数帯に対応して厚さと誘電率が設定され、
前記第２のパッチアンテナの第２の基板は、前記第２の周波数帯に対応して厚さと誘電率とが設定されている
周波数共用アンテナ。
【請求項10】
前記第１のパッチアンテナの前記第１の基板の誘電率は、前記第２のパッチアンテナの前記第２の基板の誘電率より、低いことを特徴とする請求項９に記載の周波数共用アンテナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、周波数共用アンテナに関する。
【背景技術】
【0002】
無線通信の発展に伴い、多数の周波数帯の電波を送受信する周波数共用アンテナが求められている。
【0003】
特許文献１には、第１周波数帯に適用される第１ダイポールアンテナと第２周波数帯に適用される第２ダイポールアンテナとを備え、前記第１ダイポールアンテナと前記第２ダイポールアンテナとは第１地板から同じ高さに配置され、前記第１ダイポールアンテナと前記第２ダイポールアンテナとは近接して並行に配置され、前記第２ダイポールアンテナは第２地板から一定の高さに配置され、前記第２地板は前記第１地板から一定の高さに配置される、アンテナ装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開２０２３－２１６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
ところで、周波数共用アンテナを実現する手法の一つとして、周波数帯域の異なる複数のアンテナ素子を一つの筐体に配置する方法がある。周波数共用アンテナの小型化には、アンテナ素子間を近づけることが有効であるが、周波数帯域が異なるアンテナ素子を近接させると特性が劣化するおそれがある。
本発明は、特性の劣化が抑制された小型な周波数共用アンテナを提供することを目的とする。
本発明は、特性の劣化が抑制された小型な周波数共用アンテナを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明が適用される周波数共用アンテナは、第１の周波数帯の電波を送受信するダイポールアンテナと、第１の周波数帯より高い第２の周波数帯の電波を送受信する第１のパッチアンテナと、第２の周波数帯より高い第３の周波数帯の電波を送受信する第２のパッチアンテナと、を備え、ダイポールアンテナは、ダイポール素子と、ダイポール素子に接続され、バランとして機能する接続部材と、を有し、接続部材は、一対の接続導体で構成され、接地電位に設定される接地部材に接続される部分の間隔が、ダイポール素子に接続される部分の間隔より広く、第１のパッチアンテナの第１の基板は、第２の周波数帯に対応して厚さと誘電率が設定され、第２のパッチアンテナの第２の基板は、第３の周波数帯に対応して厚さと誘電率が設定されている。
このような周波数共用アンテナにおいて、ダイポールアンテナの接続部材における一対の接続導体は、接地部材に接続される部分が、接地部材の表面に沿って広げられていることを特徴とすることができる。
また、ダイポールアンテナは、無給電素子を備えることを特徴とすることができる。
このような周波数共用アンテナにおいて、ダイポールアンテナの接続部材における一対の接続導体は、接地部材に接続される部分が、接地部材の表面に沿って広げられていることを特徴とすることができる。
また、ダイポールアンテナは、無給電素子を備えることを特徴とすることができる。
【0007】
そして、このような周波数共用アンテナにおいて、第１のパッチアンテナは、第１の無給電素子を備え、接地部材から第１の無給電素子までの距離が、接地部材からダイポールアンテナにおけるダイポール素子までの距離に近いように、第１のパッチアンテナの第１の基板の厚さが設定されていることを特徴とすることができる。
【0008】
さらに、このような周波数共用アンテナにおいて、第１のパッチアンテナの第１の基板の誘電率は、第２のパッチアンテナの第２の基板の誘電率より、低いことを特徴とすることができる。
【0009】
このような周波数共用アンテナにおいて、第１の周波数帯の電波を送受信する他のダイポールアンテナをさらに備え、ダイポールアンテナは、第１の周波数帯の偏波を送受信し、他のダイポールアンテナは、第１の周波数帯の偏波と交差する偏波を送受信し、他のダイポールアンテナは、ダイポール素子と、バランとして機能する接続部材と、を有し、接続部材は、一対の接続導体で構成され、接地電位に設定される接地部材に接続される部分の間隔が、ダイポール素子に接続される部分の間隔より広いことを特徴とすることができる。
また、第３の周波数帯より高い第４の周波数帯の電波を送受信する第３のパッチアンテナと、第４の周波数帯より高い第５の周波数帯の電波を送受信する第４のパッチアンテナと、を備え、第３のパッチアンテナの第３の基板は、第４の周波数帯に対応して厚さと誘電率が設定され、第４のパッチアンテナの第４の基板は、第５の周波数帯に対応して厚さと誘電率が設定されていることを特徴とすることができる。
そして、ダイポールアンテナと、他のダイポールアンテナとは、クロスダイポールを構成し、第１のパッチアンテナと、第２のパッチアンテナと、第３のパッチアンテナと、第４のパッチアンテナとは、クロスダイポールで仕切られた領域に各々が配置されていることを特徴とすることができる。
また、第３の周波数帯より高い第４の周波数帯の電波を送受信する第３のパッチアンテナと、第４の周波数帯より高い第５の周波数帯の電波を送受信する第４のパッチアンテナと、を備え、第３のパッチアンテナの第３の基板は、第４の周波数帯に対応して厚さと誘電率が設定され、第４のパッチアンテナの第４の基板は、第５の周波数帯に対応して厚さと誘電率が設定されていることを特徴とすることができる。
そして、ダイポールアンテナと、他のダイポールアンテナとは、クロスダイポールを構成し、第１のパッチアンテナと、第２のパッチアンテナと、第３のパッチアンテナと、第４のパッチアンテナとは、クロスダイポールで仕切られた領域に各々が配置されていることを特徴とすることができる。
【0010】
他の観点から捉えると、本発明が適用される周波数共用アンテナは、第１の周波数帯の電波を送受信する第１のパッチアンテナと、第１の周波数帯より高い第２の周波数帯の電波を送受信する第２のパッチアンテナと、を備え、第１のパッチアンテナの第１の基板は、第１の周波数帯に対応して厚さと誘電率が設定され、第２のパッチアンテナの第２の基板は、第２の周波数帯に対応して厚さと誘電率とが設定されている。
【0011】
このような周波数共用アンテナにおいて、第１のパッチアンテナの第１の基板の誘電率は、第２のパッチアンテナの第２の基板の誘電率より、低いことを特徴とすることができる。
【発明の効果】
【0012】
本発明によれば、特性の劣化が抑制された小型な周波数共用アンテナを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【図1】本実施の形態が適用される周波数共用アンテナを説明する図である。（ａ）は、周波数共用アンテナの斜視図、（ｂ）は、周波数共用アンテナの側面図である。
【図2】本実施の形態が適用される周波数共用アンテナにおけるダイポールアンテナの構成を説明する図である。（ａ）は、ダイポール素子基板の平面図、（ｂ）は、ダイポール素子基板において形成されるバランの形状、（ｃ）は、無給電素子基板の平面図である。
【図3】本実施の形態が適用される周波数共用アンテナにおけるパッチアンテナの構成を説明する図である。（ａ）は、４個のパッチアンテナの斜視図、（ｂ）は、２個のパッチアンテナの側面図、（ｃ）は、４個のパッチ素子基板の平面図、（ｄ）は、４個の無給電素子基板の平面図である。
【図4】比較のために示す、従来の周波数共用アンテナを説明する図である。（ａ）は、周波数共用アンテナの斜視図、（ｂ）は、周波数共用アンテナの側面図である。
【図5】従来の周波数共用アンテナにおけるダイポールアンテナの構成を説明する図である。（ａ）は、ダイポール素子基板の平面図、（ｂ）は、ダイポール素子基板において形成されるバランの形状である。
【図6】従来の周波数共用アンテナにおけるパッチアンテナの構成を説明する図である。（ａ）は、４個のパッチアンテナの斜視図、（ｂ）は、２個のパッチアンテナの側面図、（ｃ）は、パッチ素子基板の平面図、（ｄ）は、無給電素子基板の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【0014】
無線通信環境において、多数の周波数帯が用いられるようになっている。例えば、Ｗｉ－Ｆｉ（登録商標） ６Ｅでは、２．４ＧＨｚ帯、５ＧＨｚ帯、及び６ＧＨｚ帯の３つの周波数帯が用いられる。この場合、各周波数帯に対応する複数の種類のアンテナ素子を一つの筐体に配置された小型の周波数共用アンテナが求められる。周波数共用アンテナの小型化には、アンテナ素子の配置間隔を近づけることが求められる。ダイポール素子をアンテナ素子とした場合、反射板とダイポール素子との間の距離、つまりダイポール素子から反射板までの距離（高さと表記する。）が周波数帯により異なる。反射板を共通とした場合、低周波数帯のダイポール素子は、高周波数帯のダイポール素子に比べ、反射板からの距離が大きい。アンテナがダイポール素子と反射板とを含むとすると、低周波数帯のアンテナ（以下では、低周波数帯アンテナと表記する。）は高姿勢となり、高周波数帯のアンテナ（以下では、高周波数帯アンテナと表記する。）は低姿勢となる。低姿勢の高周波数帯アンテナを、高姿勢の低周波数帯アンテナに近づけて配置すると、高周波数帯のダイポール素子が低周波数帯のダイポール素子の下側（反射板側）に設けられることになり、高周波数帯アンテナの放射パターンなどの特性が、低周波数帯アンテナの影響により劣化するおそれがある。
【0015】
そこで、高周波数帯のダイポール素子の高さ（低周波数帯のダイポール素子に対する反射板からの高さ）と低周波数帯のダイポール素子の高さとを同じにした周波数共用アンテナが知られている（引用文献１参照）。ここでは、高周波数帯のダイポール素子に対する反射板と、低周波数帯のダイポール素子に対する反射板とを別に設けている。この構成では、周波数共用アンテナの大きさは、低周波数帯のダイポール素子の反射板からの高さに依存する。したがって、アンテナ素子間の距離が短くなったとしても、周波数共用アンテナは、小型化されない。さらに、高周波数帯のダイポール素子に対応する反射板を別途設けるため、周波数共用アンテナの構造が複雑になってコスト高になる。
【0016】
低周波数帯のアンテナを低姿勢化し、高周波数帯のアンテナを高姿勢化すれば、周波数共用アンテナの小型になる。ここでは、低周波数帯のアンテナの低姿勢化と、高周波数帯のアンテナの高姿勢化とにより、周波数共用アンテナを小型化した。
以下において、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。反射板は、接地されて使用されることが多いことから、接地板と表記する。なお、接地板は、接地されなくてもよい。接地電位をＧＮＤと表記することがある。
以下において、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。反射板は、接地されて使用されることが多いことから、接地板と表記する。なお、接地板は、接地されなくてもよい。接地電位をＧＮＤと表記することがある。
【0017】
図１は、本実施の形態が適用される周波数共用アンテナ１を説明する図である。図１（ａ）は、周波数共用アンテナ１の斜視図、図１（ｂ）は、周波数共用アンテナ１の側面図である。図１（ａ）に示すように、後述する接地板３０の右方向をｘ方向、接地板３０の上方向をｙ方向、及び接地板３０に垂直な方向をｚ方向とする。図１（ｂ）は、－ｙ方向から見た側面図である。図１（ｂ）において、紙面の右方向がｘ方向、紙面の上方向がｚ方向、及び紙面の裏面方向がｙ方向である。＋ｚ方向を上方向又は上方、－ｚ方向を下方向又は下方と表記することがある。図１（ａ）では、後述する無給電素子基板１６、２６を透明にしている。
【0018】
図１（ａ）において、周波数共用アンテナ１を説明する。
周波数共用アンテナ１は、低周波数帯アンテナの一例としての２個のダイポールアンテナ１０（区別する場合は、ダイポールアンテナ１０－１、１０－２と表記する。）と、第１中間周波数帯アンテナの一例としてのパッチアンテナ２０－１と、第２高周波数帯アンテナの一例としてのパッチアンテナ２０－２と、第１高周波数帯アンテナの一例としてのパッチアンテナ２０－３と、第２中間周波数帯アンテナの一例としてのパッチアンテナ２０－４と、接地板３０とを備える。なお、低周波数帯、第１中間周波数帯、第２中間周波数帯、第１高周波数帯、及び第２高周波数帯は、この順で周波数が高くなるとする。パッチアンテナ２０－１、２０－２、２０－３、２０－４（パッチアンテナ２０－１～２０－４と表記する。）を区別しない場合は、パッチアンテナ２０と表記する。
周波数共用アンテナ１は、低周波数帯アンテナの一例としての２個のダイポールアンテナ１０（区別する場合は、ダイポールアンテナ１０－１、１０－２と表記する。）と、第１中間周波数帯アンテナの一例としてのパッチアンテナ２０－１と、第２高周波数帯アンテナの一例としてのパッチアンテナ２０－２と、第１高周波数帯アンテナの一例としてのパッチアンテナ２０－３と、第２中間周波数帯アンテナの一例としてのパッチアンテナ２０－４と、接地板３０とを備える。なお、低周波数帯、第１中間周波数帯、第２中間周波数帯、第１高周波数帯、及び第２高周波数帯は、この順で周波数が高くなるとする。パッチアンテナ２０－１、２０－２、２０－３、２０－４（パッチアンテナ２０－１～２０－４と表記する。）を区別しない場合は、パッチアンテナ２０と表記する。
【0019】
周波数共用アンテナ１は、低周波数帯、第１中間周波数帯、第２中間周波数帯、第１高周波数帯、及び第２高周波数帯の５つの異なる周波数帯の電波を送受信する。第１中間周波数帯と第２中間周波数帯とが同じ周波数帯（ここでは、中間周波数帯と表記する。）であってもよい。また、第１高周波数帯と第２高周波数帯とが同じ周波数帯（ここでは、高周波数帯と表記する。）であってもよい。周波数共用アンテナ１は、少なくとも低周波数帯、中間周波数帯、及び高周波数帯の３つの異なる周波数帯の電波を送受信すればよい。つまり、パッチアンテナ２０－１、２０－２、２０－３、２０－４の内、いくつかは同じ周波数帯の電波を送受信してもよい。ここで、低周波数帯が第１の周波数帯の一例、第１中間周波数帯が第２の周波数帯の一例、第２中間周波数帯が第３の周波数帯の一例、第１高周波数帯が第４の周波数帯の一例、及び第２高周波数帯が第５の周波数帯の一例である。
【0020】
接地板３０は、平面形状が四角形（ここでは、一例として正方形）の平板状である。２個のダイポールアンテナ１０、４個のパッチアンテナ２０は、接地板３０上に配列されている。つまり、周波数共用アンテナ１は、平面アンテナである。ここでは、周波数共用アンテナ１は、ｙ方向が地表に垂直であるとする。そこで、ｘ方向を水平方向、ｙ方向を垂直方向と表記する。なお、周波数共用アンテナ１は、必ずしもｙ方向を地表に対して垂直に設置されなくてもよい。
【0021】
２個のダイポールアンテナ１０（ダイポールアンテナ１０－１、１０－２）は、無給電素子付きダイポールアンテナである。図１（ａ）に示すように、水平方向（ｘ方向）に設けられたダイポールアンテナ１０－１と、垂直方向（ｙ方向）に設けられたダイポールアンテナ１０－２とは、それぞれの中央部で互いに交差する。ダイポールアンテナ１０－１とダイポールアンテナ１０－２とは、クロスダイポールを構成する。ダイポールアンテナ１０－１は、水平方向の偏波（以下では、水平偏波と表記する。）を送受信し、ダイポールアンテナ１０－２は、垂直方向の偏波（以下では、垂直偏波と表記する。）を送受信する。図１（ｂ）には、ダイポールアンテナ１０－１の側面が示されている。ダイポールアンテナ１０－１がダイポールアンテナの一例であり、ダイポールアンテナ１０－２が他のダイポールアンテナの一例である。
【0022】
ダイポールアンテナ１０－１に示すように、ダイポールアンテナ１０は、ダイポール素子１２と、接続部材１３と、無給電素子１７とを備える。一例として、ダイポール素子１２と接続部材１３とは、ダイポール素子基板１１に設けられ、無給電素子１７は、無給電素子基板１６に設けられている。なお、無給電素子１７は、ダイポールアンテナ１０－１に対する無給電素子１７－１と、ダイポールアンテナ１０－２に対する無給電素子１７－２とが一体となったクロス状である。無給電素子１７－１、１７－２を区別しない場合は、無給電素子１７と表記する。
なお、ダイポールアンテナ１０の詳細については、後述する。
なお、ダイポールアンテナ１０の詳細については、後述する。
【0023】
４個のパッチアンテナ２０（パッチアンテナ２０－１～２０－４）は、無給電素子付きパッチアンテナである。図１（ａ）に示すように、４個のパッチアンテナ２０は、接地板３０上に水平方向（ｘ方向）に２個、垂直方向（ｙ方向）に２個並ぶように配列されている。パッチアンテナ２０－１とパッチアンテナ２０－２とが水平方向（ｘ方向）に配列され、パッチアンテナ２０－３とパッチアンテナ２０－４とが水平方向（ｘ方向）に配列されている。パッチアンテナ２０－１とパッチアンテナ２０－３とが垂直方向（ｙ方向）に配列され、パッチアンテナ２０－２とパッチアンテナ２０－４とが垂直方向（ｙ方向）に配列されている。垂直方向（ｙ方向）に配列された、パッチアンテナ２０－１とパッチアンテナ２０－３との間、及びパッチアンテナ２０－２とパッチアンテナ２０－４との間に、ダイポールアンテナ１０－１が設けられている。水平方向（ｘ方向）に配列された、パッチアンテナ２０－１とパッチアンテナ２０－２との間、及びパッチアンテナ２０－３とパッチアンテナ２０－４との間に、ダイポールアンテナ１０－２が設けられている。
【0024】
言い換えれば、クロスするダイポールアンテナ１０－１、１０－２で仕切られた４つの領域（隙間）にパッチアンテナ２０（パッチアンテナ２０－１～２０－４）が各々配置されている。
パッチアンテナ２０－１が第１のパッチアンテナの一例、パッチアンテナ２０－２が第２のパッチアンテナの一例、パッチアンテナ２０－３が第３のパッチアンテナの一例、及びパッチアンテナ２０－４が第４のパッチアンテナの一例である。
パッチアンテナ２０－１が第１のパッチアンテナの一例、パッチアンテナ２０－２が第２のパッチアンテナの一例、パッチアンテナ２０－３が第３のパッチアンテナの一例、及びパッチアンテナ２０－４が第４のパッチアンテナの一例である。
【0025】
パッチアンテナ２０－１～２０－４の基本構成は同じである。ここでは、パッチアンテナ２０－２において、パッチアンテナ２０の構成を説明する。
パッチアンテナ２０は、パッチ素子２２と、接地導体２３と、無給電素子２７とを備える。ここでは、パッチ素子２２及び接地導体２３はパッチ素子基板２１に設けられ、無給電素子２７は無給電素子基板２６に設けられている。パッチ素子基板２１の平面形状は、一例として円形である。一方、無給電素子基板２６の平面形状は、一例として四角形（ここでは、正方形）である。パッチ素子基板２１の一方の面（＋ｚ方向側の面）にパッチ素子２２が設けられ、パッチ素子基板２１の他方の面（－ｚ方向側の面）に接地導体２３が設けられている。無給電素子基板２６の一方の面（－ｚ方向側の面）に無給電素子２７が設けられている。
パッチアンテナ２０は、パッチ素子２２と、接地導体２３と、無給電素子２７とを備える。ここでは、パッチ素子２２及び接地導体２３はパッチ素子基板２１に設けられ、無給電素子２７は無給電素子基板２６に設けられている。パッチ素子基板２１の平面形状は、一例として円形である。一方、無給電素子基板２６の平面形状は、一例として四角形（ここでは、正方形）である。パッチ素子基板２１の一方の面（＋ｚ方向側の面）にパッチ素子２２が設けられ、パッチ素子基板２１の他方の面（－ｚ方向側の面）に接地導体２３が設けられている。無給電素子基板２６の一方の面（－ｚ方向側の面）に無給電素子２７が設けられている。
【0026】
パッチ素子基板２１は、パッチアンテナ２０（パッチアンテナ２０－１～２０－４）毎に設けられている。区別する場合は、パッチ素子基板２１－１～２１－４と表記する。同様に、無給電素子基板２６も、パッチアンテナ２０（パッチアンテナ２０－１～２０－４）毎に設けられている。区別する場合は、無給電素子基板２６－１～２６－４と表記する（後述する図３参照。）。パッチ素子基板２１－１が第１の基板の一例、パッチ素子基板２１－２が第２の基板の一例、パッチ素子基板２１－３が第３の基板の一例、及びパッチ素子基板２１－４が第４の基板の一例である。
なお、パッチアンテナ２０の詳細については後述する。
なお、パッチアンテナ２０の詳細については後述する。
【0027】
上記のダイポール素子基板１１、無給電素子基板１６、２６、及びパッチ素子基板２１は、誘電体基板であり、例えば、ＦＲ－４などのガラスエポキシ基板、耐熱性に優れるポリイミド樹脂基板、高周波特性に優れるフッ素樹脂基板、又はセラミック基板である。ダイポール素子１２、無給電素子１７、２７、及びパッチ素子２２は、誘電体基板に設けられた導電体層を加工することにより形成されている。導電体層は、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、金（Ａｕ）などで構成されている。なお、接地導体２３は、上記の導電体層で構成され、誘電体基板の全面、又は大部分の面積を覆うように設けられている。
【0028】
接地板３０は、例えば、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）などの導電性の金属板や、誘電体基板上に導電体層が設けられた基板である。誘電体基板及び導電体層は、上記と同様である。ここでは、接地板３０は、金属板であるとして説明する。接地板３０は、ダイポールアンテナ１０の反射板として機能する。接地板３０には、ダイポールアンテナ１０及びパッチアンテナ２０との間で信号を送受信する配線やコネクタが設けられてもよい。接地板３０が接地部材の一例である。
【0029】
図１（ｂ）において、周波数共用アンテナ１をさらに説明する。
接地板３０上（＋ｚ方向側）に、パッチアンテナ２０のパッチ素子基板２１が設置されている。パッチ素子基板２１は、接地導体２３側が接地板３０に接触して電気的に接続されるように設置されている。
パッチアンテナ２０の無給電素子基板２６は、パッチ素子基板２１の上方（＋ｚ方向）の予め定められた距離に設置されている。無給電素子基板２６は、無給電素子２７がパッチ素子２２に対向するように、パッチ素子基板２１に対して平行に設けられている。
接地板３０上（＋ｚ方向側）に、パッチアンテナ２０のパッチ素子基板２１が設置されている。パッチ素子基板２１は、接地導体２３側が接地板３０に接触して電気的に接続されるように設置されている。
パッチアンテナ２０の無給電素子基板２６は、パッチ素子基板２１の上方（＋ｚ方向）の予め定められた距離に設置されている。無給電素子基板２６は、無給電素子２７がパッチ素子２２に対向するように、パッチ素子基板２１に対して平行に設けられている。
【0030】
ダイポール素子１２及び接続部材１３が設けられたダイポール素子基板１１は、接地板３０に垂直に設けられている。無給電素子１７が設けられた無給電素子基板１６は、ダイポール素子基板１１の上方（＋ｚ方向）に配置されている。無給電素子基板１６は、無給電素子１７がダイポール素子１２に対して予め定められた距離において対向するように、接地板３０に平行に設けられている。ダイポールアンテナ１０の無給電素子基板１６は、パッチアンテナ２０の無給電素子基板２６より上方（＋ｚ方向）に配置されている。
【0031】
ダイポール素子基板１１は、設けられた接続部材１３が接地板３０に接続されるように、パッチアンテナ２０の無給電素子２７が設けられた無給電素子基板２６、及びパッチ素子２２が設けられたパッチ素子基板２１を貫いて設けられている。
【0032】
（周波数共用アンテナ１におけるダイポールアンテナ１０）
図２は、本実施の形態が適用される周波数共用アンテナ１におけるダイポールアンテナ１０の構成を説明する図である。図２（ａ）は、ダイポール素子基板１１の平面図、図２（ｂ）は、ダイポール素子基板１１において形成されるバランの形状、図２（ｃ）は、無給電素子基板１６の平面図である。図２（ａ）は、図１（ｂ）と同様に、ダイポールアンテナ１０－１を示している。図２（ｃ）は、無給電素子１７（無給電素子１７－１、１７－２）が設けられた無給電素子基板１６の面（－ｚ方向側の面）を示している。図２（ａ）には、ダイポール素子基板１１に加えて、無給電素子１７が設けられた無給電素子基板１６を示している。よって、図２（ａ）は、ダイポールアンテナ１０の側面図に当たる。図２（ｂ）は、後述する接続導体１３ａ、１３ｂの間の空隙を模式的に取り出して示した図である。なお、空隙を間隙と表記してもよい。図２（ａ）、（ｂ）において、紙面の右方向をｘ方向、紙面の上方向をｚ方向、紙面の裏面方向をｙ方向とする。図２（ｃ）において、紙面の左方向をｘ方向、紙面の上方向をｙ方向、紙面の裏面方向をｚ方向とする。
図２は、本実施の形態が適用される周波数共用アンテナ１におけるダイポールアンテナ１０の構成を説明する図である。図２（ａ）は、ダイポール素子基板１１の平面図、図２（ｂ）は、ダイポール素子基板１１において形成されるバランの形状、図２（ｃ）は、無給電素子基板１６の平面図である。図２（ａ）は、図１（ｂ）と同様に、ダイポールアンテナ１０－１を示している。図２（ｃ）は、無給電素子１７（無給電素子１７－１、１７－２）が設けられた無給電素子基板１６の面（－ｚ方向側の面）を示している。図２（ａ）には、ダイポール素子基板１１に加えて、無給電素子１７が設けられた無給電素子基板１６を示している。よって、図２（ａ）は、ダイポールアンテナ１０の側面図に当たる。図２（ｂ）は、後述する接続導体１３ａ、１３ｂの間の空隙を模式的に取り出して示した図である。なお、空隙を間隙と表記してもよい。図２（ａ）、（ｂ）において、紙面の右方向をｘ方向、紙面の上方向をｚ方向、紙面の裏面方向をｙ方向とする。図２（ｃ）において、紙面の左方向をｘ方向、紙面の上方向をｙ方向、紙面の裏面方向をｚ方向とする。
【0033】
図２（ａ）に示すように、ダイポール素子基板１１には、ダイポール素子１２及び接続部材１３が設けられている。
ダイポール素子１２は、ダイポールを構成する一対のダイポール導体１２ａ、１２ｂを備える。一対のダイポール導体１２ａ、１２ｂは、ダイポール素子基板１１に設けられた導電体層を加工して構成された板状の導電性部材である。ダイポール導体１２ａは、ダイポール素子１２の中央部から外側（－ｘ方向側）へ向かう部分と、外側（－ｘ方向側）の端部から折り曲げられて内側（＋ｘ方向側）に向かう部分を有する。ダイポール導体１２ｂは、ダイポール素子１２の中央部から外側（＋ｘ方向側）へ向かう部分と、外側（＋ｘ方向側）の端部から折り曲げられて内側（－ｘ方向側）に折り曲げられた部分を有する。ダイポール素子１２は、折り曲げダイポールである。ダイポール素子１２の中央部に給電点１５が設けられている。ここでは、ダイポール素子１２は、折り曲げダイポールとしたが、ダイポール導体１２ａ、１２ｂにおいて、外側へ向かう部分と内側へ向かう部分との間が導体で埋められていてもよく、内側へ向かう部分を有しなくもよい。
ダイポール素子１２は、ダイポールを構成する一対のダイポール導体１２ａ、１２ｂを備える。一対のダイポール導体１２ａ、１２ｂは、ダイポール素子基板１１に設けられた導電体層を加工して構成された板状の導電性部材である。ダイポール導体１２ａは、ダイポール素子１２の中央部から外側（－ｘ方向側）へ向かう部分と、外側（－ｘ方向側）の端部から折り曲げられて内側（＋ｘ方向側）に向かう部分を有する。ダイポール導体１２ｂは、ダイポール素子１２の中央部から外側（＋ｘ方向側）へ向かう部分と、外側（＋ｘ方向側）の端部から折り曲げられて内側（－ｘ方向側）に折り曲げられた部分を有する。ダイポール素子１２は、折り曲げダイポールである。ダイポール素子１２の中央部に給電点１５が設けられている。ここでは、ダイポール素子１２は、折り曲げダイポールとしたが、ダイポール導体１２ａ、１２ｂにおいて、外側へ向かう部分と内側へ向かう部分との間が導体で埋められていてもよく、内側へ向かう部分を有しなくもよい。
【0034】
接続部材１３は、一対の接続導体１３ａ、１３ｂを備える。接続導体１３ａ、１３ｂは、ダイポール導体１２ａ、１２ｂから、接地板３０側に延びる板状の導電性部材である。ダイポール素子基板１１上において、接続導体１３ａの一端部（＋ｚ方向側の端部）は、ダイポール導体１２ａの一端部（ダイポール素子１２の中央部分における端部）に接続されている。そして、接続導体１３ａは、ダイポール導体１２ａの一端部からダイポール導体１２ａから離れる方向（－ｚ方向）に延びる部分１３ａ－１と、ダイポール導体１２ａに沿う方向（－ｘ方向）に延びる部分１３ａ－２とを有する。そして、接続導体１３ａは、ダイポール素子基板１１の端部（－ｚ方向の端部）まで延びる。なお、ダイポール素子基板１１は、接地板３０（図１（ｂ）参照）に差し込まれて、接続導体１３ａと接地板３０とが電気的に接続される。接続導体１３ａと接地板３０との電気的な接続が容易になるように、接続導体１３ａは、接地板３０側（－ｚ方向側）の端部の幅が±ｘ方向に広げられている。
【0035】
接続導体１３ａと同様に、ダイポール素子基板１１上において、接続導体１３ｂの一端部（＋ｚ方向側の端部）は、ダイポール導体１２ｂの一端部（ダイポール素子１２の中央部分における端部）に接続されている。そして、接続導体１３ｂは、ダイポール導体１２ｂの一端部からダイポール導体１２ｂから離れる方向（－ｚ方向）に延びる部分１３ｂ－１と、ダイポール導体１２ｂに沿う方向（＋ｘ方向）に延びる部分１３ｂ－２とを有する。そして、接続導体１３ｂは、ダイポール素子基板１１の端部（－ｚ方向の端部）まで延びる。なお、接続導体１３ｂと接地板３０とは、接続導体１３ａと同様に電気的に接続される。接続導体１３ｂと接地板３０との電気的な接続が容易になるように、接続導体１３ｂは、接地板３０側（－ｚ方向側）の端部の幅が±ｘ方向に広げられている。接続部材１３は、ダイポール素子１２と接地板３０とを接続することから、接続部材と表記する。
接続導体１３ａと接続導体１３ｂとは、ダイポール素子基板１１上において、接地板３０側（－ｚ方向側）の端部間が導電性部材で接続されていてもよい。
接続導体１３ａと接続導体１３ｂとは、ダイポール素子基板１１上において、接地板３０側（－ｚ方向側）の端部間が導電性部材で接続されていてもよい。
【0036】
ダイポール素子１２（ダイポール導体１２ａ、１２ｂ）及び接続部材１３（接続導体１３ａ、１３ｂ）は、ダイポール素子１２のｘ方向の中心を通り接地板３０に垂直な中心線（一点鎖線で示す。）に対して対称に設けられている。なお、ダイポール素子１２（ダイポール導体１２ａ、１２ｂ）及び接続部材１３（接続導体１３ａ、１３ｂ）は、中心線に対して完全な対称性を有さなくてもよく、一部が異なっていてもよい。
【0037】
接続導体１３ａ、１３ｂの間の空隙は、バラン１４として機能する。図２（ａ）に示すように、接続導体１３ａ、１３ｂの間（間隔）は、ダイポール素子１２側ではダイポール導体１２ａ、１２ｂが対向する間隔であるが、接地板３０側（－ｚ方向側）の端部の間隔は、接地板３０の表面に沿う方向（±ｘ方向）に広げられている。つまり、ダイポール素子１２側（＋ｚ方向側）が、長手方向が接地板３０に垂直（±ｚ方向）な四角形（図２（ｂ）では、長方形）であり、接地板３０側（－ｚ方向側）が、長手方向が接地板３０に平行（±ｙ方向）な四角形（図２（ｂ）では、長方形）である。つまり、図２（ｂ）に示すように、バラン１４は、二つの長方形（点線で境を示す。）を合成した形状であって、接地板３０側（－ｚ方向側）を下側とした場合、“Ｔ”字の上下を逆にした“逆Ｔ”字状である。バラン（balun）は、平衡－非平衡変換回路として機能する。
【0038】
バラン１４は、接続導体１３ａと接続導体１３ｂとの間隔が、接地板３０側（－ｚ方向側）がダイポール素子１２側（＋ｚ方向側）より広く設けられていればよい。接続導体１３ａと接続導体１３ｂとの間（空隙）で構成されるバラン１４の形状は、二つの長方形を合成した形状でなくてもよく、台形等の四角形が組み合わされた形状であってもよい。さらに、接続導体１３ａと接続導体１３ｂとが直線状であってもよい。ダイポール導体１２側（＋ｚ方向）を上底とし、接地板３０側を下底としたとき、バラン１４の形状は、下底が上底より広い台形であってもよい。
【0039】
図２（ａ）において、ダイポール素子１２の長さ（±ｘ方向における端部間の距離）をダイポール素子長ＬＤ１、ダイポール素子１２のダイポール導体１２ａ、１２ｂの＋ｚ方向側の端部から接続部材１３の－ｚ方向側の端部との間の距離をダイポール素子高さＨＤ１とする。無給電素子１７と接続部材１３の－ｚ方向側の端部との間の距離をダイポールアンテナ１０の高さＨＬ１とする。
【0040】
図２（ｃ）に示すように、無給電素子１７の平面形状は、ダイポールアンテナ１０－１のダイポール素子１２に対応する長方形であって±ｘ方向に延びる無給電素子１７－１と、ダイポールアンテナ１０－２のダイポール素子１２に対応する長方形であって±ｙ方向に延びる無給電素子１７－２とが一体となったクロス状である。無給電素子１７は、板状の導電性部材である。無給電素子１７は、ダイポールアンテナ１０－１のダイポール素子１２、及びダイポールアンテナ１０－２のダイポール素子１２と対向するように、無給電素子基板１６の裏面側（－ｚ方向側）の面に設けられている。
【0041】
図２（ｃ）において、ダイポールアンテナ１０の無給電素子１７の±ｙ方向の長さを無給電素子長ＬＮ１とする。なお、無給電素子１７の±ｘ方向の長さも無給電素子長ＬＮ１である。ここでは、無給電素子長ＬＮ１は、ダイポール素子長ＬＤ１に比べて小さい。つまり、ダイポール素子長ＬＤ１は、ダイポールアンテナ１０の長さＬＬ１である（ＬＤ１＝ＬＬ１）。
【0042】
図２（ａ）において、周波数帯の中心周波数を２．４５ＧＨｚとした場合において、電圧定在波比ＶＳＷＲ及び指向性を、後述する従来の周波数共用アンテナ２と同様となるように調整して求めたアンテナ長ＬＬ１（４７ｍｍ）、ダイポール素子高さＨＤ１（８．５ｍｍ）、及びアンテナ高さＨＬ１（１７ｍｍ）を（ ）内に示す。
【0043】
（周波数共用アンテナ１におけるパッチアンテナ２０）
図３は、本実施の形態が適用される周波数共用アンテナ１におけるパッチアンテナ２０の構成を説明する図である。図３（ａ）は、４個のパッチアンテナ２０（パッチアンテナ２０－１～２０－４）の斜視図、図３（ｂ）は、２個のパッチアンテナ２０（パッチアンテナ２０－１、２０－２）の側面図、図３（ｃ）は、４個のパッチ素子基板２１（パッチ素子基板２１－１～２１－４）の平面図、図３（ｄ）は、４個の無給電素子基板２６（パッチ素子基板２６－１～２６－４）の平面図である。なお、図３（ａ）、（ｂ）には、接地板３０を合わせて示している。図３（ａ）におけるｘ方向、ｙ方向、及びｚ方向は、図１（ａ）と同様である。図３（ｂ）において、紙面の右方向がｘ方向、紙面の上方向がｚ方向、紙面の裏面方向がｙ方向である。図３（ｃ）において、紙面の右方向がｘ方向、紙面の上方向がｙ方向、紙面の表面方向がｚ方向である。図３（ｄ）において、紙面の左方向がｘ方向、紙面の上方向がｙ方向、紙面の裏面方向がｚ方向である。
図３は、本実施の形態が適用される周波数共用アンテナ１におけるパッチアンテナ２０の構成を説明する図である。図３（ａ）は、４個のパッチアンテナ２０（パッチアンテナ２０－１～２０－４）の斜視図、図３（ｂ）は、２個のパッチアンテナ２０（パッチアンテナ２０－１、２０－２）の側面図、図３（ｃ）は、４個のパッチ素子基板２１（パッチ素子基板２１－１～２１－４）の平面図、図３（ｄ）は、４個の無給電素子基板２６（パッチ素子基板２６－１～２６－４）の平面図である。なお、図３（ａ）、（ｂ）には、接地板３０を合わせて示している。図３（ａ）におけるｘ方向、ｙ方向、及びｚ方向は、図１（ａ）と同様である。図３（ｂ）において、紙面の右方向がｘ方向、紙面の上方向がｚ方向、紙面の裏面方向がｙ方向である。図３（ｃ）において、紙面の右方向がｘ方向、紙面の上方向がｙ方向、紙面の表面方向がｚ方向である。図３（ｄ）において、紙面の左方向がｘ方向、紙面の上方向がｙ方向、紙面の裏面方向がｚ方向である。
【0044】
【0045】
前述したように、パッチアンテナ２０は、パッチ素子基板２１と、パッチ素子２２と、接地導体２３と、無給電素子基板２６と、無給電素子２７とを備える。パッチ素子２２は、パッチ素子基板２１の一方の面（＋ｚ方向側の面）に設けられ、接地導体２３は、パッチ素子基板２１の他方の面（－ｚ方向側の面）に設けられている。接地導体２３は、パッチ素子基板２１の他方の面（－ｚ方向側の面）の全面に設けられている。接地導体２３は、所謂パッチアンテナの地板である。そして、無給電素子２７は、無給電素子基板２６の一方の面（－ｚ方向側の面）に設けられ、パッチ素子２２と予め定められた距離で対向する。
【0046】
図３（ｂ）に示すように、パッチアンテナ２０－１とパッチアンテナ２０－２とでは、パッチ素子基板２１の厚さｈ（厚さｈ１、ｈ２）を異ならせている。また、パッチアンテナ２０－１とパッチアンテナ２０－２とでは、パッチ素子２２から無給電素子２７までの距離ｄ（距離ｄ１、ｄ２）を異ならせている。さらに、パッチアンテナ２０－１とパッチアンテナ２０－２とでは、接地板３０から無給電素子２７までの距離ＨＰ２（パッチアンテナ２０の高さＨＰ２）（高さＨＰ２１、ＨＰ２２）を異ならせている。これらの値は、他のパッチアンテナ２０－３、２０－４とも異なっている。このように、誘電体基板であるパッチ素子基板２１の厚さｈを、周波数（周波数帯）毎に設定し、パッチアンテナ２０の高さＨＰ２を調整している。これにより、ダイポールアンテナ１０など他のアンテナの影響による特性の劣化を抑制する。
【0047】
パッチアンテナの周波数（共振周波数と呼ばれる。）は、誘電体基板であるパッチ素子基板２１の厚さｈ、パッチ素子基板２１の誘電率εｒ、導電体であるパッチ素子２２の電界方向の長さＬによって決まる。よって、予め定められた周波数（周波数帯）に対して、誘電率εｒ及びパッチ素子２２の電界方向の長さＬを調整することで、パッチ素子基板２１の厚さｈが設定される。そして、パッチ素子２２から無給電素子２７までの距離ｄ、及びパッチアンテナ２０の高さＨＰ２が設定される。なお、パッチ素子２２の電界方向の長さＬは、実効波長λｇに対応する。
【0048】
より詳細に説明する。
パッチアンテナは、マイクロストリップ線路を用いたマイクロストリップアンテナにおいて、マイクロストリップ線路の幅を広げて電波をよく放射するようにしたアンテナである。マイクロストリップ線路における実効波長λｇは、周波数ｆ、基板（パッチ素子基板２１）の誘電率εｒ、基板（パッチ素子基板２１）の厚さｈ、マイクロストリップ線路の幅ｗ、そして導体（パッチ素子２２）の厚さｔによって算出されることが知られている。ここでは、自由空間における波長をλ０とし、基板（パッチ素子基板２１）の透磁率をμｒとする。
パッチアンテナは、マイクロストリップ線路を用いたマイクロストリップアンテナにおいて、マイクロストリップ線路の幅を広げて電波をよく放射するようにしたアンテナである。マイクロストリップ線路における実効波長λｇは、周波数ｆ、基板（パッチ素子基板２１）の誘電率εｒ、基板（パッチ素子基板２１）の厚さｈ、マイクロストリップ線路の幅ｗ、そして導体（パッチ素子２２）の厚さｔによって算出されることが知られている。ここでは、自由空間における波長をλ０とし、基板（パッチ素子基板２１）の透磁率をμｒとする。
【0049】
式（１）は、周波数ｆにおける実効波長λｇを示す。式（２）は、周波数ｆにおける実効誘電率εｒ，ｅｆｆ（ｆ）を示す。式（３）は、０Ｈｚでの実効誘電率εｒ，ｅｆｆ（０）を示す。式（４）は、０Ｈｚでのマイクロストリップ線路の実効幅ｗｅｆｆ（０）を示す。なお、式（３）は、ｗｅｆｆ（０）／ｈ＞１の場合、式（４）は、ｗ／ｈ≧１／２πの場合である。
【0050】
【数1】
【0051】
式（１）～式（４）に基づいて求められる、実効波長λｇと基板（パッチ素子基板２１）の厚さｈとの関係は、厚さｈが厚くなると実効波長λｇが小さくなる関係にある。また、式（１）に示されているように、実効波長λｇは、実効誘電率εｒ，ｅｆｆ（ｆ）の関数である。よって、予め定められた周波数ｆ（周波数帯）に対して、誘電率εｒ及びパッチ素子２２の電界方向の長さＬを調整することで、パッチ素子基板２１の厚さｈを設定することができる。
【0052】
パッチアンテナ２０の高さＨＰ２を高くする場合において、周波数が高い側のパッチアンテナ２０に、周波数が低い側のパッチアンテナ２０より誘電率εｒが大きいパッチ素子基板２１を用いるとよい。なお、図３（ｂ）では、パッチアンテナ２０－１、２０－２において、パッチアンテナ２０の高さＨＰ２を異ならせたが、同じに設定してもよい。
【0053】
図３（ｃ）に示すように、パッチ素子基板２１－１～２１－４は、一例として平面形状が円形で、同じ半径である。パッチ素子基板２１－１～２１－４の平面形状は、円形以外の楕円、四角形、多角形などでもよい。また、パッチ素子基板２１－１～２１－４の平面形状は、互いに異なっていてもよい。
【0054】
パッチ素子基板２１－１～２１－４に設けられたパッチ素子２２－１～２２－４は、平面形状が八角形の導電性部材である。そして、パッチ素子２２は、八角形の互いに対向する辺が平行である。また、八角形において、対向する一組の辺が水平方向（ｘ方向）と平行に設けられ、他の対向する一組の辺が垂直方向（ｙ方向）と平行に設けられている。そして、水平方向（ｘ方向）と平行な一組の辺と、垂直方向（ｙ方向）と平行な他の対向する一組の辺との間の辺は、＋４５度又は－４５度に設定されている。ここで、＋４５度とは、ｘ方向からｙ方向へ＋４５度傾いた角度であり、－４５度とは、ｘ方向から－ｙ方向へ－４５度傾いた角度である。つまり、パッチ素子２２－１～２２－４は、正方形（パッチ素子２２－１では、一辺長ＷＰ）に内接する八角形である。そして、隣接する２個のパッチ素子２２間は、水平方向（ｘ方向）及び垂直方向（ｙ方向）共に距離ＤＰである。
【0055】
パッチ素子２２－１～２２－４には、パッチ素子２２－２に示すように、２個の給電点２４（給電点２４ａ、２４ｂ）が水平方向（ｘ方向）に並んで設けられている。給電点２４ａは、水平方向の右側（＋ｘ方向側）、給電点２４ｂが水平方向の左側（－ｘ方向側）に設けられている。給電点２４ａは、＋４５度偏波を送受信し、給電点２４ｂは、－４５度偏波を送受信する。
【0056】
パッチ素子２２の大きさ（電界方向の長さＬ）は、上述したようにパッチアンテナ２０の周波数帯を設定する。ここでは、第１中間周波数帯のパッチアンテナ２０－１、第２中間周波数帯のパッチアンテナ２０－４、第１高周波数帯のパッチアンテナ２０－３、第２高周波数帯のパッチアンテナ２０－２の順に、パッチ素子２２（パッチ素子２２－１、２２－２、２２－３、２２－４）の大きさを小さく示している。
【0057】
図３（ｄ）に示すように、無給電素子基板２６－１～２６－４は、一例として平面形状が正方形で、同じ大きさである。無給電素子基板２６－１～２６－４の平面形状は、正方形以外の円、楕円、四角形、多角形などでもよい。また、無給電素子基板２６－１～２６－４の平面形状は、互いに異なっていてもよい。
【0058】
無給電素子基板２６－１～２６－４に設けられた無給電素子２７－１～２７－４は、一例として平面形状が円形である。無給電素子２７－１～２７－４の平面形状は、円形以外の楕円、四角形、多角形などでもよい。無給電素子２７－１～２７－４の半径は、パッチ素子２２－１～２２－４に対応して設定される。ここでは、第１中間周波数帯のパッチアンテナ２０－１、第２中間周波数帯のパッチアンテナ２０－４、第１高周波数帯のパッチアンテナ２０－３、第２高周波数帯のパッチアンテナ２０－２の順に、無給電素子２７（無給電素子２７－１、２７－２、２７－３、２７－４）の半径を小さく示している。なお、無給電素子２７の半径は、同じに設定されてもよい。無給電素子２７は、板状の導電性部材である。そして、隣接する２個の無給電素子２７間は、水平方向（ｘ方向）及び垂直方向（ｙ方向）共に、パッチ素子２２間と同じ距離ＤＰである。＋ｚ方向側から見た場合、無給電素子２７は、パッチ素子２２の全面を覆うように設けられている。なお、無給電素子２７は、＋ｚ方向側から見た場合において、パッチ素子２２の全面を覆っていなくともよい。
【0059】
次に、比較例として、２周波数帯を共用する従来の周波数共用アンテナ２を説明する。（周波数共用アンテナ２）
図４は、比較のために示す、従来の周波数共用アンテナ２を説明する図である。図４（ａ）は、周波数共用アンテナ２の斜視図、図４（ｂ）は、周波数共用アンテナ２の側面図である。図４（ａ）、（ｂ）に示すｘ方向、ｙ方向、及びｚ方向は、図１（ａ）、（ｂ）と同じである。なお、図４（ｂ）は、－ｙ方向から見た周波数共用アンテナ２の側面図である。
図４は、比較のために示す、従来の周波数共用アンテナ２を説明する図である。図４（ａ）は、周波数共用アンテナ２の斜視図、図４（ｂ）は、周波数共用アンテナ２の側面図である。図４（ａ）、（ｂ）に示すｘ方向、ｙ方向、及びｚ方向は、図１（ａ）、（ｂ）と同じである。なお、図４（ｂ）は、－ｙ方向から見た周波数共用アンテナ２の側面図である。
【0060】
周波数共用アンテナ２は、２個のダイポールアンテナ４０（ダイポールアンテナ４０－１、４０－２）と、４個のパッチアンテナ５０（パッチアンテナ５０－１～５０－４）と、接地板３０とを備える。２個のダイポールアンテナ４０は低周波数帯アンテナであり、４個のパッチアンテナ５０は高周波数帯アンテナである。接地板３０は、図１（ａ）、（ｂ）に示した周波数共用アンテナ１と同じである。よって、同じ符号を付して、説明を省略する。
【0061】
図４（ａ）に示すように、水平方向（ｘ方向）に設けられたダイポールアンテナ４０－１と、垂直方向（ｙ方向）に設けられたダイポールアンテナ４０－２とは、それぞれの中央部で互いに交差する。つまり、ダイポールアンテナ４０－１とダイポールアンテナ４０－２とは、クロスダイポールを構成する。ダイポールアンテナ４０－１は、水平偏波を送受信し、ダイポールアンテナ４０－２は、垂直偏波を送受信する。図４（ｂ）では、ダイポールアンテナ４０－１の側面が示されている。
【0062】
ダイポールアンテナ４０は、ダイポール素子４２と接続部材４３とを備える。ここでは、一例として、ダイポール素子４２及び接続部材４３は、ダイポール素子基板４１に設けられている。ダイポール素子４２及び接続部材４３は、ダイポール素子基板４１の一方の面に設けられている。ダイポール素子基板４１は、接地板３０に垂直に設けられている。ダイポールアンテナ４０は、無給電素子を備えない。
【0063】
（周波数共用アンテナ２におけるダイポールアンテナ４０）
図５は、従来の周波数共用アンテナ２におけるダイポールアンテナ４０の構成を説明する図である。図５（ａ）は、ダイポール素子基板４１の平面図、図５（ｂ）は、ダイポール素子基板４１において形成されるバランの形状である。図５（ａ）、（ｂ）において、紙面の右方向がｘ方向、紙面の上方向がｚ方向、紙面の裏面方向がｙ方向である。図５（ａ）は、図４（ｂ）と同様に、ダイポールアンテナ４０－１を示している。図５（ｂ）は、後述する接続導体４３ａ、４３ｂの間の空隙を模式的に取り出して示した図である。
図５は、従来の周波数共用アンテナ２におけるダイポールアンテナ４０の構成を説明する図である。図５（ａ）は、ダイポール素子基板４１の平面図、図５（ｂ）は、ダイポール素子基板４１において形成されるバランの形状である。図５（ａ）、（ｂ）において、紙面の右方向がｘ方向、紙面の上方向がｚ方向、紙面の裏面方向がｙ方向である。図５（ａ）は、図４（ｂ）と同様に、ダイポールアンテナ４０－１を示している。図５（ｂ）は、後述する接続導体４３ａ、４３ｂの間の空隙を模式的に取り出して示した図である。
【0064】
図５（ａ）に示すように、ダイポール素子基板４１に設けられたダイポール素子４２は、ダイポールを構成する一対のダイポール導体４２ａ、４２ｂを備える。一対のダイポール導体４２ａ、４２ｂは、横方向（±ｘ方向）に並ぶように設けられた線状又は板状の導電性部材である。ダイポール素子４２の中央部に給電点４５が設けられている。
【0065】
ダイポール素子基板４１に設けられた接続部材４３は、一対の接続導体４３ａ、４３ｂを備える。接続導体４３ａ、４３ｂは、ダイポール導体４２ａ、４２ｂから、接地板３０側（－ｚ方向側）に延びる板状の導電性部材である。なお、図５（ａ）に示すように、ダイポール素子基板４１の－ｚ方向の端部において、接続導体４３ａ、４３ｂが互いに接続されているが、接続されていなくともよい。
【0066】
ダイポール素子４２（ダイポール導体４２ａ、４２ｂ）及び接続部材４３（接続導体４３ａ、４３ｂ）は、ダイポール素子４２のｘ方向の中心を通り接地板３０に垂直な中心線（一点鎖線で示す。）に対して対称に設けられている。
【0067】
接続導体４３ａ、４３ｂの間の空隙は、バラン４４として機能する。図５（ａ）に示すように、接続導体４３ａ、４３ｂの間（間隔）は、ダイポール素子４２側から接地板３０に接続されるダイポール素子基板４１の端部側（－ｚ方向側）まで、同じ幅で構成されている。つまり、バラン４４は、図５（ｂ）に示すように、長手方向が接地板３０に垂直な四角形である。
【0068】
図５（ａ）において、ダイポール素子４２の長さ（±ｘ方向における端部間の距離）をダイポール素子長ＬＤ４、ダイポール素子１２のダイポール導体４２ａ、４２ｂの＋ｚ方向側の端部から接続部材４３の－ｚ方向側の端部との間の距離をダイポール素子高さＨＤ４とする。なお、ダイポールアンテナ４０は、無給電素子を備えないので、ダイポール素子高さＨＤ４は、ダイポールアンテナ４０の高さＨＬ４である（ＨＤ４＝ＨＬ４）。また、ダイポール素子長ＬＤ４は、ダイポールアンテナ４０のアンテナ長ＬＬ４である（ＬＤ４＝ＬＬ４）。周波数帯の中心周波数を２．４５ＧＨｚとした場合におけるアンテナ長ＬＬ４（４９ｍｍ）、及びアンテナ高さＨＬ４（３４ｍｍ）を（ ）内に示す。
【0069】
（周波数共用アンテナ２におけるパッチアンテナ５０）
図６は、従来の周波数共用アンテナ２におけるパッチアンテナ５０の構成を説明する図である。図６（ａ）は、４個のパッチアンテナ５０の斜視図、図６（ｂ）は、２個のパッチアンテナ５０の側面図、図６（ｃ）は、パッチ素子基板５１の平面図、図６（ｄ）は、無給電素子基板５６の平面図である。図６（ａ）におけるｘ方向、ｙ方向、及びｚ方向は、図４（ａ）と同様である。図６（ｂ）は、－ｙ方向から見た２個のパッチアンテナ５０の側面図である。図６（ｂ）において、紙面の右方向がｘ方向、紙面の上方向がｚ方向、紙面の裏面方向がｙ方向である。図６（ｃ）において、紙面の右方向がｘ方向、紙面の上方向がｙ方向、紙面の表面方向がｚ方向である。図６（ｄ）において、紙面の左方向がｘ方向、紙面の上方向がｙ方向、紙面の裏面方向がｚ方向である。
図６は、従来の周波数共用アンテナ２におけるパッチアンテナ５０の構成を説明する図である。図６（ａ）は、４個のパッチアンテナ５０の斜視図、図６（ｂ）は、２個のパッチアンテナ５０の側面図、図６（ｃ）は、パッチ素子基板５１の平面図、図６（ｄ）は、無給電素子基板５６の平面図である。図６（ａ）におけるｘ方向、ｙ方向、及びｚ方向は、図４（ａ）と同様である。図６（ｂ）は、－ｙ方向から見た２個のパッチアンテナ５０の側面図である。図６（ｂ）において、紙面の右方向がｘ方向、紙面の上方向がｚ方向、紙面の裏面方向がｙ方向である。図６（ｃ）において、紙面の右方向がｘ方向、紙面の上方向がｙ方向、紙面の表面方向がｚ方向である。図６（ｄ）において、紙面の左方向がｘ方向、紙面の上方向がｙ方向、紙面の裏面方向がｚ方向である。
【0070】
図６（ａ）に示す、４個のパッチアンテナ５０の斜視図は、図４（ａ）に示した周波数共用アンテナ２の斜視図から、２個のダイポールアンテナ４０－１、４０－２を除いたものである。ここでは、４個のパッチアンテナ５０は、同じであって、且つ一括して構成されているので、４個のパッチアンテナ５０－２をパッチアンテナ５０として説明する。なお、図６（ａ）、（ｂ）には、接地板３０を合わせて示している。
【0071】
パッチアンテナ５０は、パッチ素子基板５１と、パッチ素子５２と、接地導体５３と、無給電素子基板５６と、無給電素子５７とを備える。パッチ素子基板５１と無給電素子基板５６とは、４つのパッチアンテナ５０において共通である。
【0072】
図６（ａ）、（ｂ）に示すように、パッチ素子５２は、パッチ素子基板５１の一方の表面（＋ｚ方向側の面）に設けられている。図６（ｃ）に示すように、パッチ素子５２は、パッチ素子２２と同様に、平面形状が八角形の導電性部材で構成されている。そして、パッチ素子５２には、パッチ素子２２と同様に、２個の給電点５４（給電点５４ａ、５４ｂ）が水平方向（ｘ方向）に並んで設けられている。図６（ｂ）に示すように、接地板３０から無給電素子５７までを距離ＨＰ５（パッチアンテナ５０の高さＨＰ５）とする。
【0073】
接地導体５３は、パッチ素子基板５１の他方の面（－ｚ方向側の面）に設けられている。接地導体５３は、所謂パッチアンテナの地板である。なお、接地導体５３は、パッチ素子基板５１の裏面の全面に設けられなくともよく、パッチ素子５２に対向して設けられていればよい。
【0074】
図６（ｄ）に示すように、無給電素子５７は、無給電素子基板５６の一方の面（－ｚ方向側の面）に設けられている。無給電素子５７は、板状の導電性部材である。無給電素子５７は、予め定められた距離でパッチ素子５２に対向する。ここでは、無給電素子５７の平面形状は、円である。
【0075】
図５（ａ）に示したように、従来の周波数共用アンテナ２では、低周波数帯アンテナとして用いられているダイポールアンテナ４０は、アンテナの高さＨＬ４が３４ｍｍである。図４（ｂ）示したように、パッチアンテナ５０のアンテナ高さＨＰ５（図６（ｂ）参照）は、ダイポールアンテナ４０のアンテナ高さＨＬ４に比べて低い。よって、ダイポールアンテナ４０に、パッチアンテナ５０を近接させて配置すると、パッチアンテナ５０の特性が劣化する恐れがある。
【0076】
一方、本実施の形態が適用される周波数共用アンテナ１では、低周波数帯アンテナとして用いられるダイポールアンテナ１０は、アンテナ高さＨＬ１が１７ｍｍと、ダイポールアンテナ４０のアンテナ高さＨＬ４（＝３４ｍｍ）に比べて低い。さらに、パッチアンテナ２０－１～２０－４は、異なる周波数帯に対応するとともに、アンテナ高さＨＰ２（図３（ｂ）のアンテナ高さＨＰ２１、ＨＰ２２）がパッチ素子基板２１の厚さｈ及び誘電率εｒによって調整されている。つまり、パッチアンテナ２０は、パッチ素子基板２１の厚さｈ及び誘電率εｒが調整されて、アンテナ高さＨＰ２が設定されている。これにより、図１（ｂ）に示すように、パッチアンテナ２０－１～２０－４の無給電素子２７の位置（接地板３０からの距離）が、ダイポールアンテナ１０のダイポール素子１２の位置（接地板３０からの距離）に近づけられている。したがって、周波数共用アンテナ１では、パッチアンテナ２０をダイポールアンテナ１０に近接させて配置しても、ダイポールアンテナ１０の影響によるパッチアンテナ２０の特性の劣化が抑制される。そして、反射板である接地板３０をアンテナ毎に設けることを要しない。また、ダイポールアンテナ１０のアンテナ高さＨＬ１が従来の周波数共用アンテナ２のダイポールアンテナ４０のアンテナ高さＨＬ４に比べて低い。よって、周波数共用アンテナ１は、従来の周波数共用アンテナ２に比べて小型化される。
【0077】
周波数共用アンテナ１では、低周波数帯アンテナの一例であるダイポールアンテナ１０は、水平偏波と垂直偏波とを送受信し、中間周波数帯アンテナ（第１中間周波数帯アンテナ及び第２中間周波数帯アンテナ）と高周波数帯アンテナ（第１高周波数帯アンテナ及び第２高周波数帯アンテナ）との一例であるパッチアンテナ２０は、±４５度偏波を送受信するとした。しかし、中間周波数帯アンテナ及び高周波数帯アンテナが、水平偏波と垂直偏波とを送受信する構成であってもよい。また、低周波数帯アンテナが、±４５度偏波を送受信する構成であってもよい。
【0078】
本実施の形態が適用される周波数共用アンテナ１は、偏波共用としたが、片偏波としてもよい。
【0079】
本実施の形態が適用される周波数共用アンテナ１では、接地電位に設定される接地板３０を設けたが、接地板３０の代わりに、パッチアンテナ２０のパッチ素子基板２１の裏面（－ｚ方向側の面）に設けられた接地導体２３を接地板３０としてもよい。
【0080】
さらに、本発明の趣旨に反しない限りにおいて様々な変形を行っても構わない。
【符号の説明】
【0081】
１、２…周波数共用アンテナ、１０、４０…ダイポールアンテナ、１１、４１…ダイポール素子基板、１２、４２…ダイポール素子、１３、４３…接続部材、１６、２６、５６…無給電素子基板、１７、２７、５７…無給電素子、２０、５０…パッチアンテナ、２１、５１…パッチ素子基板、２２、５２…パッチ素子、２３、５３…接地導体、３０…接地板
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
