特開 2024-80306 円形アレーアンテナ装置

(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】P2024080306

(43)【公開日】2024-06-13

(54)【発明の名称】円形アレーアンテナ装置

(51)【国際特許分類】

   H01Q 3/26 20060101AFI20240606BHJP

   H01Q 21/20 20060101ALI20240606BHJP

   H01Q 13/08 20060101ALI20240606BHJP

   H01Q 21/24 20060101ALI20240606BHJP

【ＦＩ】

H01Q3/26 Z

H01Q21/20

H01Q13/08

H01Q21/24

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022193388

(22)【出願日】2022-12-02

(71)【出願人】

【識別番号】000004330

【氏名又は名称】日本無線株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100119677

【弁理士】

【氏名又は名称】岡田 賢治

(74)【代理人】

【識別番号】100160495

【弁理士】

【氏名又は名称】畑 雅明

(74)【代理人】

【識別番号】100173716

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 真理

(74)【代理人】

【識別番号】100115794

【弁理士】

【氏名又は名称】今下 勝博

(72)【発明者】

【氏名】伊藤 仁

(72)【発明者】

【氏名】平林 和雄

(72)【発明者】

【氏名】野呂 崇徳

【テーマコード（参考）】

5J021

5J045

【Ｆターム（参考）】

5J021AA08

5J021AB06

5J021DB01

5J021GA06

5J021JA07

5J045AA12

5J045AA13

5J045AA21

5J045AB05

5J045DA10

5J045NA03

(57)【要約】

【課題】本開示は、アンテナの指向性のうちの干渉除去方向にヌルを形成するにあたり、省スペース化及び低コスト化を図るとともに、干渉除去方向を変化させるときに、干渉除去方向にヌルを高速に形成することを目的とする。
【解決手段】本開示は、ｍ個のアンテナ素子を円形状に配列する円形アレーアンテナ６と、ｍ個のアンテナ素子の円形状の配列面内において、円形アレーアンテナ６の指向性のうちの一のアンテナ素子の正面方向にヌルを形成するように、他の（ｍ－１）個のアンテナ素子の励振振幅及び励振位相に対して、当該一のアンテナ素子の励振振幅差及び励振位相差を制御する励振振幅位相制御部８と、を備える円形アレーアンテナ装置Ｎ２である。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ｍ個のアンテナ素子を円形状に配列する円形アレーアンテナと、
前記ｍ個のアンテナ素子の円形状の配列面内において、前記円形アレーアンテナの指向性を無指向性とするように、前記ｍ個のアンテナ素子の励振振幅及び励振位相について、同一励振振幅及び同一励振位相に制御し、前記ｍ個のアンテナ素子の円形状の配列面内において、前記円形アレーアンテナの指向性のうちの一のアンテナ素子の正面方向にヌルを形成するように、他の（ｍ－１）個のアンテナ素子の励振振幅及び励振位相に対して、前記一のアンテナ素子の励振振幅差及び励振位相差を制御する励振振幅位相制御部と、
を備えることを特徴とする円形アレーアンテナ装置。

【請求項2】

前記励振振幅位相制御部は、前記一のアンテナ素子の励振状態における、前記一のアンテナ素子の正面方向の放射振幅を、前記他の（ｍ－１）個のアンテナ素子の励振状態における、前記一のアンテナ素子の正面方向の放射振幅と等しくするように、かつ、前記一のアンテナ素子の励振状態における、前記一のアンテナ素子の正面方向の放射位相を、前記他の（ｍ－１）個のアンテナ素子の励振状態における、前記一のアンテナ素子の正面方向の放射位相と逆位相になるように、前記他の（ｍ－１）個のアンテナ素子の励振振幅及び励振位相に対して、前記一のアンテナ素子の励振振幅差及び励振位相差を制御する
ことを特徴とする、請求項１に記載の円形アレーアンテナ装置。

【請求項3】

前記励振振幅位相制御部は、前記ｍ個のアンテナ素子の円形状の配列面内において、前記円形アレーアンテナの指向性のうちの隣接するアンテナ素子の各正面方向の中間方向にヌルを形成するように、他の（ｍ－２）個のアンテナ素子の励振振幅及び励振位相に対して、前記隣接するアンテナ素子の励振振幅差及び励振位相差を制御する
ことを特徴とする、請求項１又は２に記載の円形アレーアンテナ装置。

【請求項4】

前記励振振幅位相制御部は、前記隣接するアンテナ素子の励振状態における、前記隣接するアンテナ素子の各正面方向の中間方向の放射振幅を、前記他の（ｍ－２）個のアンテナ素子の励振状態における、前記隣接するアンテナ素子の各正面方向の中間方向の放射振幅と等しくするように、かつ、前記隣接するアンテナ素子の励振状態における、前記隣接するアンテナ素子の各正面方向の中間方向の放射位相を、前記他の（ｍ－２）個のアンテナ素子の励振状態における、前記隣接するアンテナ素子の各正面方向の中間方向の放射位相と逆位相になるように、前記他の（ｍ－２）個のアンテナ素子の励振振幅及び励振位相に対して、前記隣接するアンテナ素子の励振振幅差及び励振位相差を制御する
ことを特徴とする、請求項３に記載の円形アレーアンテナ装置。

【請求項5】

各アンテナ素子は、互いに直交する偏波に共用される偏波共用パッチアンテナであり、
放射パッチと、グランド板と、前記放射パッチと前記グランド板との間の誘電体層と、
前記放射パッチに配置され、前記互いに直交する偏波のうちの第１偏波を励振し、前記放射パッチの高次モードの電流分布を回避する位置に配置される第１偏波ポートと、
前記放射パッチに配置され、前記互いに直交する偏波のうちの第２偏波を励振し、前記放射パッチの高次モードの電流分布を回避する位置に配置される第２偏波ポートと、
を備えることを特徴とする、請求項１に記載の円形アレーアンテナ装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、複数のアンテナ素子を円形状に配列する円形アレーアンテナに関する。

【背景技術】

【0002】

ＬＴＥ（Ｌｏｎｇ Ｔｅｒｍ Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）等の基地局等は、通常時ではアンテナの指向性を無指向性とすることが要求されており、干渉除去時ではアンテナの指向性のうちの干渉除去方向にヌルを形成することが要求されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許第４１７４７６３号公報

【非特許文献】

【0004】

【非特許文献1】Ｗａｒｒｅｎ Ｌ． Ｓｔｕｔｚｍａｎ、Ｇａｒｙ Ａ． Ｔｈｉｅｌｅ著 「Ａｎｔｅｎｎａ Ｔｈｅｏｒｙ ａｎｄ Ｄｅｓｉｇｎ」、Ｗｉｌｅｙ、２０１２年５月２２日、ｐ．９４

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

従来技術の無指向性／ヌルアンテナ装置の構成を図１に示す。無指向性／ヌルアンテナ装置Ｎ１は、無指向性アンテナ１、ヌルアンテナ２（特許文献１及び非特許文献１に開示）、アンテナ送受信部３、アンテナ切替部４及びアンテナ回転部５を備える。

【0006】

無指向性アンテナ１は、無指向性／ヌルアンテナ装置Ｎ１の指向性を無指向性とする。ヌルアンテナ２は、無指向性／ヌルアンテナ装置Ｎ１の指向性のうちの干渉除去方向にヌルを形成する。アンテナ送受信部３は、無指向性／ヌルアンテナ装置Ｎ１の送受信部である。アンテナ切替部４は、通常時では無指向性アンテナ１に切り替え、干渉除去時ではヌルアンテナ２に切り替える。アンテナ回転部５は、ヌルアンテナ２を物理的に回転する。

【0007】

しかし、無指向性／ヌルアンテナ装置Ｎ１は、無指向性アンテナ１及びヌルアンテナ２をともに備えるため、省スペース化及び低コスト化を図ることができない。そして、無指向性／ヌルアンテナ装置Ｎ１は、ヌルアンテナ２を物理的に回転するため、干渉除去方向を変化させるときに、干渉除去方向にヌルを高速に形成することができない。

【0008】

そこで、前記課題を解決するために、本開示は、アンテナの指向性のうちの干渉除去方向にヌルを形成するにあたり、省スペース化及び低コスト化を図るとともに、干渉除去方向を変化させるときに、干渉除去方向にヌルを高速に形成することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

前記課題を解決するために、円形アレーアンテナの指向性のうちの一のアンテナ素子の正面方向にヌルを形成するように、他のアンテナ素子の励振振幅及び励振位相に対して、一のアンテナ素子の励振振幅差及び励振位相差を制御することとした。

【0010】

具体的には、本開示は、ｍ個のアンテナ素子を円形状に配列する円形アレーアンテナと、前記ｍ個のアンテナ素子の円形状の配列面内において、前記円形アレーアンテナの指向性を無指向性とするように、前記ｍ個のアンテナ素子の励振振幅及び励振位相について、同一励振振幅及び同一励振位相に制御し、前記ｍ個のアンテナ素子の円形状の配列面内において、前記円形アレーアンテナの指向性のうちの一のアンテナ素子の正面方向にヌルを形成するように、他の（ｍ－１）個のアンテナ素子の励振振幅及び励振位相に対して、前記一のアンテナ素子の励振振幅差及び励振位相差を制御する励振振幅位相制御部と、を備えることを特徴とする円形アレーアンテナ装置である。

【0011】

この構成によれば、円形アレーアンテナのみを備えるため、省スペース化及び低コスト化を図ることができ、円形アレーアンテナを電子的に制御するため、干渉除去方向を変化させるときに、干渉除去方向にヌルを高速に形成することができる。

【0012】

また、本開示は、前記励振振幅位相制御部は、前記一のアンテナ素子の励振状態における、前記一のアンテナ素子の正面方向の放射振幅を、前記他の（ｍ－１）個のアンテナ素子の励振状態における、前記一のアンテナ素子の正面方向の放射振幅と等しくするように、かつ、前記一のアンテナ素子の励振状態における、前記一のアンテナ素子の正面方向の放射位相を、前記他の（ｍ－１）個のアンテナ素子の励振状態における、前記一のアンテナ素子の正面方向の放射位相と逆位相になるように、前記他の（ｍ－１）個のアンテナ素子の励振振幅及び励振位相に対して、前記一のアンテナ素子の励振振幅差及び励振位相差を制御することを特徴とする円形アレーアンテナ装置である。

【0013】

この構成によれば、一のアンテナ素子の励振状態及び他のアンテナ素子の励振状態における、一のアンテナ素子の正面方向のそれぞれの放射を弱め合うように合成するため、一のアンテナ素子の正面方向にヌルを形成することができる。

【0014】

また、本開示は、前記励振振幅位相制御部は、前記ｍ個のアンテナ素子の円形状の配列面内において、前記円形アレーアンテナの指向性のうちの隣接するアンテナ素子の各正面方向の中間方向にヌルを形成するように、他の（ｍ－２）個のアンテナ素子の励振振幅及び励振位相に対して、前記隣接するアンテナ素子の励振振幅差及び励振位相差を制御することを特徴とする円形アレーアンテナ装置である。

【0015】

この構成によれば、一のアンテナ素子の正面方向にヌルを形成するとともに、隣接アンテナ素子の各正面方向の中間方向にヌルを形成するため、円形アレーアンテナの全放射方向（上記の正面方向及び中間方向を含む）に所望のヌルを形成することができる。

【0016】

また、本開示は、前記励振振幅位相制御部は、前記隣接するアンテナ素子の励振状態における、前記隣接するアンテナ素子の各正面方向の中間方向の放射振幅を、前記他の（ｍ－２）個のアンテナ素子の励振状態における、前記隣接するアンテナ素子の各正面方向の中間方向の放射振幅と等しくするように、かつ、前記隣接するアンテナ素子の励振状態における、前記隣接するアンテナ素子の各正面方向の中間方向の放射位相を、前記他の（ｍ－２）個のアンテナ素子の励振状態における、前記隣接するアンテナ素子の各正面方向の中間方向の放射位相と逆位相になるように、前記他の（ｍ－２）個のアンテナ素子の励振振幅及び励振位相に対して、前記隣接するアンテナ素子の励振振幅差及び励振位相差を制御することを特徴とする円形アレーアンテナ装置である。

【0017】

この構成によれば、隣接アンテナ素子の励振状態及び他のアンテナ素子の励振状態における、隣接アンテナ素子の各正面方向の中間方向のそれぞれの放射を弱め合うように合成するため、隣接アンテナ素子の各正面方向の中間方向にヌルを形成することができる。

【0018】

また、本開示は、各アンテナ素子は、互いに直交する偏波に共用される偏波共用パッチアンテナであり、放射パッチと、グランド板と、前記放射パッチと前記グランド板との間の誘電体層と、前記放射パッチに配置され、前記互いに直交する偏波のうちの第１偏波を励振し、前記放射パッチの高次モードの電流分布を回避する位置に配置される第１偏波ポートと、前記放射パッチに配置され、前記互いに直交する偏波のうちの第２偏波を励振し、前記放射パッチの高次モードの電流分布を回避する位置に配置される第２偏波ポートと、を備えることを特徴とする円形アレーアンテナ装置である。

【0019】

この構成によれば、アンテナ構造を複雑しないで、両偏波ポートの間のアイソレーションを向上させるとともに、主偏波に対する交差偏波を発生させないことができる。

【0020】

なお、上記各開示の発明は、可能な限り組み合わせることができる。

【発明の効果】

【0021】

このように、本開示は、アンテナの指向性のうちの干渉除去方向にヌルを形成するにあたり、省スペース化及び低コスト化を図るとともに、干渉除去方向を変化させるときに、干渉除去方向にヌルを高速に形成することができる。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】従来技術の無指向性／ヌルアンテナ装置の構成を示す図である。

【図2】本開示の円形アレーアンテナ装置の構成を示す図である。

【図3】本開示の一のアンテナ素子の正面方向のヌル形成を示す図である。

【図4】本開示のヌル形成の分解能向上の解決課題を示す図である。

【図5】本開示の隣接するアンテナ素子の中間方向のヌル形成を示す図である。

【図6】本開示のヌル形成の分解能向上の解決結果を示す図である。

【図7】本開示の励振振幅位相制御部の構成を示す図である。

【図8】本開示の励振振幅位相誤差によるヌル形成への影響を示す図である。

【図9】本開示の動作周波数変動によるヌル形成への影響を示す図である。

【図10】本開示の偏波共用パッチアンテナの構成を示す図である。

【図11】本開示の偏波共用パッチアンテナの解決手段を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0023】

添付の図面を参照して本開示の実施形態を説明する。以下に説明する実施形態は本開示の実施の例であり、本開示は以下の実施形態に制限されるものではない。

【0024】

（本開示の円形アレーアンテナ装置の構成）
本開示の円形アレーアンテナ装置の構成を図２に示す。円形アレーアンテナ装置Ｎ２は、円形アレーアンテナ６、アンテナ送受信部７及び励振振幅位相制御部８を備える。

【0025】

円形アレーアンテナ６は、８個のアンテナ素子Ａ１～Ａ８を円形状に配列する。図２では、８個のアンテナ素子Ａ１～Ａ８が、円形状に配列されているが、変形例として、ｍ個（ｍは３以上の整数）のアンテナ素子が、円形状に配列されてもよい。図２では、パッチアンテナ素子が、円形状に配列されているが、変形例として、線状アンテナ素子等が円形状に配列されてもよい。図４を考慮して、円形アレーアンテナ６の指向性が、リップルを増大させないためには、ｍ個（ｍは３以上の整数）のアンテナ素子の素子間隔は、円形アレーアンテナ６の中心波長λの０．５倍以下であることが望ましい。

【0026】

アンテナ送受信部７は、円形アレーアンテナ装置Ｎ２の送受信部である。励振振幅位相制御部８は、８個のアンテナ素子Ａ１～Ａ８の円形状の配列面内において、円形アレーアンテナ６の指向性を無指向性とするように、８個のアンテナ素子Ａ１～Ａ８の励振振幅及び励振位相について、同一励振振幅及び同一励振位相に制御する。そして、励振振幅位相制御部８は、８個のアンテナ素子Ａ１～Ａ８の円形状の配列面内において、円形アレーアンテナ６の指向性のうちの干渉除去方向にヌルを形成するように、８個のアンテナ素子Ａ１～Ａ８の励振振幅及び励振位相について、異なる励振振幅及び異なる励振位相に制御する。以下に、励振振幅位相制御部８が、干渉除去方向にヌルを形成する方法を説明する。

【0027】

（本開示の一のアンテナ素子の正面方向のヌル形成）
本開示の一のアンテナ素子の正面方向のヌル形成を図３に示す。励振振幅位相制御部８は、８個のアンテナ素子Ａ１～Ａ８の円形状の配列面内において、円形アレーアンテナ６の指向性のうちの一のアンテナ素子（例えば、Ａ１）の正面方向にヌルを形成するように、他の７個のアンテナ素子（例えば、Ａ２～Ａ８）の励振振幅及び励振位相に対して、当該一のアンテナ素子の励振振幅差及び励振位相差を制御する。

【0028】

具体的には、励振振幅位相制御部８は、当該一のアンテナ素子のみの励振状態における、当該一のアンテナ素子の正面方向の放射振幅を、当該他の７個のアンテナ素子のみの励振状態における、当該一のアンテナ素子の正面方向の放射振幅と等しくすればよい。そして、励振振幅位相制御部８は、当該一のアンテナ素子のみの励振状態における、当該一のアンテナ素子の正面方向の放射位相を、当該他の７個のアンテナ素子のみの励振状態における、当該一のアンテナ素子の正面方向の放射位相と逆位相にすればよい。

【0029】

図３の左欄では、アンテナ素子Ａ１のみの励振状態において、励振振幅は０ｄＢに制御され、励振位相は０°に制御され、放射パターンは電磁界計算又はアレー計算等により計算される。そして、アンテナ素子Ａ２～Ａ８のみの励振状態において、各励振振幅は０ｄＢに制御され、各励振位相は０°に制御され、放射パターンは電磁界計算又はアレー計算等により計算される。なお、円形アレーアンテナ６の指向性が無指向性であるときには、全ての励振振幅は０ｄＢに制御され、全ての励振位相は０°に制御される。

【0030】

すると、アンテナ素子Ａ１のみの励振状態において、アンテナ素子Ａ２～Ａ８のみの励振状態と比べて、アンテナ素子Ａ１の正面方向の放射振幅は１０ｄＢだけ大きく、アンテナ素子Ａ１の正面方向の放射位相は６５°だけ遅れる。なお、図７を考慮して、アンテナ素子Ａ１への分配電力は、全電力の１／８倍＝－９ｄＢであり、アンテナ素子Ａ２～Ａ８への分配電力は、全電力の７／８倍＝－０．６ｄＢであり、アンテナ素子Ａ２～Ａ８に対するアンテナ素子Ａ１における分配損失差は、８．４ｄＢである。

【0031】

図３の右欄では、アンテナ素子Ａ１のみの励振状態において、励振振幅は－１．６ｄＢ（＝－（１０－８．４）ｄＢ）に制御され、励振位相は１１５°（＝（１８０－６５）°）に制御される。そして、アンテナ素子Ａ２～Ａ８のみの励振状態において、各励振振幅は０ｄＢのままに維持され、各励振位相は０°のままに維持される。

【0032】

すると、アンテナ素子Ａ１のみの励振状態において、アンテナ素子Ａ２～Ａ８のみの励振状態と比べて、アンテナ素子Ａ１の正面方向の放射振幅は等しくなり、アンテナ素子Ａ１の正面方向の放射位相は逆位相となる。よって、アンテナ素子Ａ１のみの励振状態と、アンテナ素子Ａ２～Ａ８のみの励振状態と、の同振幅・逆位相の放射合成結果として、アンテナ素子Ａ１の正面方向に－６１ｄＢのヌルが形成される。

【0033】

このように、円形アレーアンテナ６のみを備えるため、省スペース化及び低コスト化を図ることができ、円形アレーアンテナ６を電子的に制御するため、干渉除去方向を変化させるときに、干渉除去方向にヌルを高速に形成することができる。そして、一のアンテナ素子（例えば、Ａ１）の励振状態及び他のアンテナ素子（例えば、Ａ２～Ａ８）の励振状態における、当該一のアンテナ素子の正面方向のそれぞれの放射を弱め合うように合成するため、当該一のアンテナ素子の正面方向にヌルを形成することができる。

【0034】

本開示のヌル形成の分解能向上の解決課題を図４に示す。図４の左欄では、円形アレーアンテナ６は、８個のアンテナ素子を円形状に配列する。図４の右欄では、円形アレーアンテナ６’は、１６個のアンテナ素子を円形状に配列する。図４の左欄及び右欄では、各アンテナ素子の大きさ（パッチ素子のグランド板の大きさ等）は、同一である。

【0035】

図４の左欄では、８個のアンテナ素子の素子間隔ｄは、円形アレーアンテナ６の中心波長λの０．５倍以下となり、円形アレーアンテナ６の指向性は、リップルを増大させない。そして、円形アレーアンテナ６の直径は、より小型化される。しかし、円形アレーアンテナ６のヌル分解能は、８個のアンテナ素子の各正面方向に限定される。

【0036】

図４の右欄では、円形アレーアンテナ６’のヌル分解能は、１６個のアンテナ素子の各正面方向に拡張される。しかし、１６個のアンテナ素子の素子間隔ｄは、円形アレーアンテナ６’の中心波長λの０．５倍より大きく、円形アレーアンテナ６’の指向性は、リップルを増大させる。そして、円形アレーアンテナ６’の直径は、より大型化される。

【0037】

（本開示の隣接するアンテナ素子の中間方向のヌル形成）
本開示の隣接するアンテナ素子の中間方向のヌル形成を図５に示す。円形アレーアンテナ６は、８個のアンテナ素子Ａ１～Ａ８を円形状に維持する。励振振幅位相制御部８は、８個のアンテナ素子Ａ１～Ａ８の円形状の配列面内において、円形アレーアンテナ６の指向性のうちの隣接するアンテナ素子（例えば、Ａ１、Ａ２）の各正面方向の中間方向にヌルを形成するように、他の６個のアンテナ素子（例えば、Ａ３～Ａ８）の励振振幅及び励振位相に対して、当該隣接するアンテナ素子の励振振幅差及び励振位相差を制御する。

【0038】

具体的には、励振振幅位相制御部８は、当該隣接するアンテナ素子のみの励振状態における、当該隣接するアンテナ素子の各正面方向の中間方向の放射振幅を、当該他の６個のアンテナ素子のみの励振状態における、当該隣接するアンテナ素子の各正面方向の中間方向の放射振幅と等しくすればよい。そして、励振振幅位相制御部８は、当該隣接するアンテナ素子のみの励振状態における、当該隣接するアンテナ素子の各正面方向の中間方向の放射位相を、当該他の６個のアンテナ素子のみの励振状態における、当該隣接するアンテナ素子の各正面方向の中間方向の放射位相と逆位相にすればよい。

【0039】

図５の左欄では、アンテナ素子Ａ１、Ａ２のみの励振状態において、各励振振幅は０ｄＢに制御され、各励振位相は０°に制御され、放射パターンは電磁界計算又はアレー計算等により計算される。そして、アンテナ素子Ａ３～Ａ８のみの励振状態において、各励振振幅は０ｄＢに制御され、各励振位相は０°に制御され、放射パターンは電磁界計算又はアレー計算等により計算される。なお、円形アレーアンテナ６の指向性が無指向性であるときには、全ての励振振幅は０ｄＢに制御され、全ての励振位相は０°に制御される。

【0040】

すると、アンテナ素子Ａ１、Ａ２のみの励振状態において、アンテナ素子Ａ３～Ａ８のみの励振状態と比べて、アンテナ素子Ａ１、Ａ２の各正面方向の中間方向の放射振幅はａｄＢ（具体的な数値は不図示）だけ大きく、アンテナ素子Ａ１、Ａ２の各正面方向の中間方向の放射位相はθ°（具体的な数値は不図示）だけ遅れる。なお、図７を考慮して、アンテナ素子Ａ１、Ａ２への分配電力は、全電力の２／８倍＝－６ｄＢであり、アンテナ素子Ａ３～Ａ８への分配電力は、全電力の６／８倍＝－１．２ｄＢであり、アンテナ素子Ａ３～Ａ８に対するアンテナ素子Ａ１、Ａ２における分配損失差は、４．８ｄＢである。

【0041】

図５の右欄では、アンテナ素子Ａ１、Ａ２のみの励振状態において、各励振振幅は（４．８－ａ）ｄＢ（＝－（ａ－４．８）ｄＢ）に制御され、各励振位相は（１８０－θ）°に制御される。そして、アンテナ素子Ａ３～Ａ８のみの励振状態において、各励振振幅は０ｄＢのままに維持され、各励振位相は０°のままに維持される。

【0042】

すると、アンテナ素子Ａ１、Ａ２のみの励振状態において、アンテナ素子Ａ３～Ａ８のみの励振状態と比べて、アンテナ素子Ａ１、Ａ２の各正面方向の中間方向の放射振幅は等しくなり、アンテナ素子Ａ１、Ａ２の各正面方向の中間方向の放射位相は逆位相となる。よって、アンテナ素子Ａ１、Ａ２のみの励振状態と、アンテナ素子Ａ３～Ａ８のみの励振状態と、の同振幅・逆位相の放射合成結果として、アンテナ素子Ａ１、Ａ２の各正面方向の中間方向に－６０ｄＢ（図３の－６１ｄＢと同等）のヌルが形成される。

【0043】

本開示のヌル形成の分解能向上の解決結果を図６に示す。図６の左欄では、励振振幅位相制御部８は、一のアンテナ素子（例えば、Ａ１又はＡ２）の正面方向にヌルを形成するのみである。図６の右欄では、励振振幅位相制御部８は、当該一のアンテナ素子（例えば、Ａ１又はＡ２）の正面方向にヌルを形成するとともに、隣接するアンテナ素子（例えば、Ａ１及びＡ２）の各正面方向の中間方向にヌルを形成する。

【0044】

図６の左欄では、アンテナ素子Ａ１の正面方向（０°）に、深さが－６１ｄＢであり－２０ｄＢ幅が２９°であるヌルが形成される。そして、アンテナ素子Ａ２の正面方向（４５°）に、深さが－６１ｄＢであり－２０ｄＢ幅が２９°であるヌルが形成される。すると、アンテナ素子Ａ１、Ａ２の各正面方向の中間方向（２２．５°）に、上記の放射パターンの交点（－１４ｄＢ）が出現する。よって、円形アレーアンテナ６の全放射方向に、所望の－２０ｄＢのヌルが形成されない。これは、実際の－２０ｄＢ幅（＝２９°）が、所望の－２０ｄＢ幅（＝３６０°／８＝４５°）より狭いことと合致する。

【0045】

図６の右欄では、アンテナ素子Ａ１の正面方向（０°）に、深さが－６１ｄＢであり－２０ｄＢ幅が２９°であるヌルが形成される。そして、アンテナ素子Ａ１、Ａ２の各正面方向の中間方向（２２．５°）に、深さが－６０ｄＢであり－２０ｄＢ幅が２３°であるヌルが形成される。すると、０°と２２．５°の中間方向１１．３°に、上記の放射パターンの交点（－２４ｄＢ）が出現する。よって、円形アレーアンテナ６の全放射方向に、所望の－２０ｄＢのヌルが形成される。これは、実際の－２０ｄＢ幅（＝２９°、２３°）が、所望の－２０ｄＢ幅（＝３６０°／１６＝２２．５°）より広いことと合致する。

【0046】

このように、一のアンテナ素子（例えば、Ａ１）の正面方向にヌルを形成するとともに、隣接アンテナ素子（例えば、Ａ１、Ａ２）の各正面方向の中間方向にヌルを形成するため、円形アレーアンテナ６の全放射方向（上記の正面方向及び中間方向を含む）に所望のヌルを形成することができる。そして、隣接アンテナ素子（例えば、Ａ１、Ａ２）の励振状態及び他のアンテナ素子（例えば、Ａ３～Ａ８）の励振状態における、当該隣接アンテナ素子の各正面方向の中間方向のそれぞれの放射を弱め合うように合成するため、当該隣接アンテナ素子の各正面方向の中間方向にヌルを形成することができる。

【0047】

（本開示の励振振幅位相制御部の構成）
本開示の励振振幅位相制御部の構成を図７に示す。励振振幅位相制御部８は、８分配部８１及び励振振幅位相切替部８２－１～８２－８を備える。

【0048】

８分配部８１は、アンテナ素子Ａ１～Ａ８へ電力を等分配する。これは、励振振幅位相制御部８が、円形アレーアンテナ６の指向性を無指向性とするためである。

【0049】

励振振幅位相切替部８２－１～８２－８は、アンテナ素子Ａ１～Ａ８の各励振振幅及び各励振位相を切り替える。これは、励振振幅位相制御部８が、円形アレーアンテナ６の指向性を無指向性とするか、円形アレーアンテナ６の指向性にヌルを形成するか、を切り替えるためである。励振振幅位相切替部８２－１～８２－８を代表して、励振振幅位相切替部８２は、固定減衰器８３、遅延線路８４（固定長さ）、固定減衰器８５、遅延線路８６（固定長さ）、スルー線路８７（固定長さ）、スイッチ８８及びスイッチ８９を備える。

【0050】

励振振幅位相制御部８が、一のアンテナ素子（例えば、Ａ１）の正面方向にヌルを形成するときには、（１）当該一のアンテナ素子に対応する励振振幅位相切替部８２は、固定減衰器８３（図３の－１．６ｄＢに対応）及び遅延線路８４（図３の１１５°に対応）を有する経路に、スイッチ８８、８９で切り替え、（２）他の７個のアンテナ素子（例えば、Ａ２～Ａ８）に対応する励振振幅位相切替部８２は、スルー線路８７を有する経路（図３の０ｄＢ及び０°に対応）に、スイッチ８８、８９で切り替える。

【0051】

励振振幅位相制御部８が、隣接するアンテナ素子（例えば、Ａ１、Ａ２）の各正面方向の中間方向にヌルを形成するときには、（１）当該隣接するアンテナ素子に対応する励振振幅位相切替部８２は、固定減衰器８５（図５の（４．８－ａ）ｄＢに対応）及び遅延線路８６（図５の（１８０－θ）°に対応）を有する経路に、スイッチ８８、８９で切り替え、（２）他の６個のアンテナ素子（例えば、Ａ３～Ａ８）に対応する励振振幅位相切替部８２は、スルー線路８７を有する経路（図５の０ｄＢ及び０°に対応）に、スイッチ８８、８９で切り替える。

【0052】

励振振幅位相制御部８が、円形アレーアンテナ６の指向性を無指向性とするときには、全てのアンテナ素子Ａ１～Ａ８に対応する励振振幅位相切替部８２は、スルー線路８７を有する経路（図３、５の０ｄＢ及び０°に対応）に、スイッチ８８、８９で切り替える。

【0053】

このように、励振振幅位相切替部８２は、可変減衰器及び移相器に代えて、固定減衰器８３、８５及び遅延線路８４、８６を備える。よって、円形アレーアンテナ装置Ｎ２は、低コスト化を図ることができ、各励振振幅及び各励振位相を無調整とすることができる。

【0054】

本開示の励振振幅位相誤差によるヌル形成への影響を図８に示す。図８の左欄では、アンテナ素子Ａ１～Ａ８の各励振振幅誤差が、許容の約２ｄＢ以下であるときには、アンテナ素子Ａ１～Ａ８の各正面方向に、所望の－２０ｄＢのヌルが形成される。図８の右欄では、アンテナ素子Ａ１～Ａ８の各励振位相誤差が、許容の約１２°以下であるときには、アンテナ素子Ａ１～Ａ８の各正面方向に、所望の－２０ｄＢのヌルが形成される。

【0055】

本開示の動作周波数変動によるヌル形成への影響を図９に示す。図９の中欄では、円形アレーアンテナ６の中心周波数ｆ_ｃにおいて、アンテナ素子Ａ１の正面方向（０°）に、－６１ｄＢのヌルが形成される（図３を参照）。図９の左欄では、円形アレーアンテナ６の下限周波数０．９３ｆ_ｃにおいて、アンテナ素子Ａ１の正面方向（０°）に、－３０ｄＢのヌルが形成される。図９の右欄では、円形アレーアンテナ６の上限周波数１．０７ｆ_ｃにおいて、アンテナ素子Ａ１の正面方向（０°）に、－２６ｄＢのヌルが形成される。

【0056】

図９の左欄では、円形アレーアンテナ６の下限周波数０．９３ｆ_ｃにおいて、円形アレーアンテナ６の中心周波数ｆ_ｃと比べて、アンテナ素子Ａ１の励振振幅誤差が０．１ｄＢであり、アンテナ素子Ａ１の励振位相誤差が４°である。図８の左欄によれば、アンテナ素子Ａ１の励振振幅誤差０．１ｄＢは、アンテナ素子Ａ１の正面方向（０°）のヌル－４５ｄＢに対応する。図８の右欄によれば、アンテナ素子Ａ１の励振位相誤差４°は、アンテナ素子Ａ１の正面方向（０°）のヌル－３０ｄＢに対応する。

【0057】

図９の右欄では、円形アレーアンテナ６の上限周波数１．０７ｆ_ｃにおいて、円形アレーアンテナ６の中心周波数ｆ_ｃと比べて、アンテナ素子Ａ１の励振振幅誤差が０．２ｄＢであり、アンテナ素子Ａ１の励振位相誤差が６°である。図８の左欄によれば、アンテナ素子Ａ１の励振振幅誤差０．２ｄＢは、アンテナ素子Ａ１の正面方向（０°）のヌル－４０ｄＢに対応する。図８の右欄によれば、アンテナ素子Ａ１の励振位相誤差６°は、アンテナ素子Ａ１の正面方向（０°）のヌル－２７ｄＢに対応する。

【0058】

このように、アンテナ素子Ａ１の励振振幅誤差と比べて、アンテナ素子Ａ１の励振位相誤差の方が、アンテナ素子Ａ１の正面方向（０°）のヌル劣化に大きく影響する。

【0059】

（本開示の偏波共用パッチアンテナの構成）
本開示の偏波共用パッチアンテナの構成を図１０に示す。アンテナ素子Ａ１～Ａ８を代表してアンテナ素子Ａは、偏波共用パッチアンテナであり、矩形パッチ１１、グランド板、矩形パッチ１１とグランド板との間の誘電体層、水平偏波電源１２Ｈ、垂直偏波電源１２Ｖ、外部インピーダンス整合回路１３Ｈ及び外部インピーダンス整合回路１３Ｖを備える。矩形パッチ１１は、水平偏波ポート１１１Ｈ及び垂直偏波ポート１１１Ｖを備える。

【0060】

水平偏波ポート１１１Ｈは、矩形パッチ１１に配置され、互いに直交する偏波のうちの水平偏波を励振し、矩形パッチ１１の高次モードの電流分布を回避する位置（矩形パッチ１１の中央近傍）に配置される。具体的には、水平偏波ポート１１１Ｈの配置位置と矩形パッチ１１の中心位置１１２との間の、水平偏波と平行方向における距離δは、矩形パッチ１１の中心波長λの１／８倍以下であるが、０ではない（ショートを回避するため）。

【0061】

垂直偏波ポート１１１Ｖは、矩形パッチ１１に配置され、互いに直交する偏波のうちの垂直偏波を励振し、矩形パッチ１１の高次モードの電流分布を回避する位置（矩形パッチ１１の中央近傍）に配置される。具体的には、垂直偏波ポート１１１Ｖの配置位置と矩形パッチ１１の中心位置１１２との間の、垂直偏波と平行方向における距離δは、矩形パッチ１１の中心波長λの１／８倍以下であるが、０ではない（ショートを回避するため）。

【0062】

本開示の偏波共用パッチアンテナの解決手段を図１１に示す。アンテナ素子Ａのリターンロスの広帯域特性を重視して、矩形パッチ１１とグランド板との間の誘電体層厚さを増加すると、矩形パッチ１１の高次モードが意図せず励振される。

【0063】

図１１の上段では、水平偏波ポート１１１Ｈが、水平偏波を励振すると、矩形パッチ１１の水平偏波の基本モードが、所望通り励振されるとともに、矩形パッチ１１の水平偏波の高次モードが、意図せず励振される。図１１の中段では、垂直偏波ポート１１１Ｖが、垂直偏波を励振すると、矩形パッチ１１の垂直偏波の基本モードが、所望通り励振されるとともに、矩形パッチ１１の垂直偏波の高次モードが、意図せず励振される。

【0064】

ここで、水平偏波ポート１１１Ｈ及び垂直偏波ポート１１１Ｖは、矩形パッチ１１の高次モードの電流分布を回避する位置（矩形パッチ１１の中央近傍）に配置される。よって、水平偏波ポート１１１Ｈ及び垂直偏波ポート１１１Ｖの配置位置は、矩形パッチ１１の高次モードの電流分布と重複しない。そして、水平偏波ポート１１１Ｈと垂直偏波ポート１１１Ｖとの間で結合が低減されるためアイソレーションが向上するとともに、主偏波（水平／垂直偏波）に対する交差偏波（垂直／水平偏波）が発生しない。

【0065】

よって、アンテナ素子Ａの構造を複雑しないで、水平偏波ポート１１１Ｈと垂直偏波ポート１１１Ｖとの間のアイソレーションを向上させるとともに、主偏波（水平／垂直偏波）に対する交差偏波（垂直／水平偏波）を発生させないことができる。そして、互いに直交する偏波を励振する水平偏波ポート１１１Ｈと垂直偏波ポート１１１Ｖを、矩形パッチ１１の高次モードの電流分布を回避する位置に配置することができる。

【0066】

外部インピーダンス整合回路１３Ｈは、水平偏波ポート１１１Ｈと水平偏波電源１２Ｈとの間に接続され、矩形パッチ１１の入力インピーダンスと水平偏波電源１２Ｈの出力インピーダンスとの間の整合を図る。外部インピーダンス整合回路１３Ｖは、垂直偏波ポート１１１Ｖと垂直偏波電源１２Ｖとの間に接続され、矩形パッチ１１の入力インピーダンスと垂直偏波電源１２Ｖの出力インピーダンスとの間の整合を図る。

【0067】

よって、互いに直交する偏波を励振する水平偏波ポート１１１Ｈと垂直偏波ポート１１１Ｖを、矩形パッチ１１の端部近傍に配置するのではなく、矩形パッチ１１の中央近傍に配置したとしても、インピーダンス整合を図ることができる。

【産業上の利用可能性】

【0068】

本開示の円形アレーアンテナ装置は、ＬＴＥ等の基地局等に適用されることができ、通常時ではアンテナの指向性を無指向性とすることができ、干渉除去時ではアンテナの指向性のうちの干渉除去方向にヌルを形成することができる。

【符号の説明】

【0069】

Ｎ１：無指向性／ヌルアンテナ装置
１：無指向性アンテナ
２：ヌルアンテナ
３：アンテナ送受信部
４：アンテナ切替部
５：アンテナ回転部
Ｎ２：円形アレーアンテナ装置
６、６’：円形アレーアンテナ
７：アンテナ送受信部
８：励振振幅位相制御部
Ａ、Ａ１～Ａ８：アンテナ素子
８１：８分配部
８２、８２－１～８２－８：励振振幅位相切替部
８３、８５：固定減衰器
８４、８６：遅延線路
８７：スルー線路
８８、８９：スイッチ
１１：放射パッチ
１２Ｈ：水平偏波電源
１２Ｖ：垂直偏波電源
１３Ｈ：外部インピーダンス整合回路
１３Ｖ：外部インピーダンス整合回路
１１１Ｈ：水平偏波ポート
１１１Ｖ：垂直偏波ポート
１１２：中央位置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】