JP6485453B2 - アンテナ及びアンテナアレイ、無線通信装置 - Google Patents

Description

本発明は、アンテナ及びアンテナアレイ、無線通信装置に関する。

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、通信容量確保のため、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、及び直交二偏波アンテナアレイが実用に供されている。この多くは、略垂直に配置された２つのアンテナ素子、及びそのアレイ化によって実現されている。そして、通信容量の低下を防ぐため、２つの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。２つのアンテナ素子間の距離を離すことで、２つのアンテナ素子間の結合を抑制することができるが、一方で、装置サイズを小さくするため、アンテナ素子の集積度を高め、アンテナを小型化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として、例えば、特許文献１、２、３に記載のアンテナがある。これらは、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十字状に配置したような構造となっており、これによって２つのアンテナ素子間の結合を抑制しつつ、全体の小型化を可能としている。

特許第４０７３１３０号公報 特開２００６−３５２２９３号公報 特開２００９−１２４４０３号公報

しかし、前記のように２つのアンテナ素子の中心を重ねて配置した場合、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。

本発明の目的は、２つのアンテナ素子を重ねずに、２つのアンテナ素子間の結合を抑制しつつ、アンテナ素子の集積度を高め、全体を小型化した二偏波アンテナを提供することにある。

本発明の観点によれば、導体反射板と、互いに間隔をおいて配置された２つのアンテナ素子と、を備え、前記導体反射板への投影図において、前記２つのアンテナ素子の長手方向は互いに略直交しており、前記２つのアンテナ素子のうち一方の前記アンテナ素子の長手方向における端部は、他方の前記アンテナ素子の長手方向における中央近傍に位置している、アンテナが提供される。

本発明によれば、２つのアンテナ素子を重ねずに、２つのアンテナ素子間の結合を抑制しつつ、アンテナ素子の集積度を高め、全体を小型化した二偏波アンテナが実現される。

図１はアンテナの斜視図である。 図２はアンテナの正面図である。 図３はアンテナの平面図である。 図４は無線通信装置の正面図である。 図５はアンテナアレイの平面図である。 図６は無線通信装置の正面図である。 図７はアンテナの変形例の斜視図である。 図８はアンテナ素子の変形例の正面図である。 図９はアンテナ素子の変形例の正面図である。 図１０はアンテナ素子の変形例の斜視図である。 図１１はアンテナ素子の変形例の斜視図である。 図１２はアンテナ素子の変形例の斜視図である。 図１３はアンテナ素子の変形例の正面図である。 図１４はアンテナ素子の変形例の正面図である。 図１５はアンテナ素子の変形例の正面図である。 図１６はアンテナ素子の変形例の正面図である。 図１７はアンテナ素子の変形例の斜視図である。 図１８はアンテナ素子の変形例の斜視図である。 図１９はアンテナ素子の変形例の斜視図である。 図２０はアンテナ素子の変形例の斜視図である。 図２１はアンテナ素子の変形例の斜視図である。 図２２はアンテナの変形例の斜視図である。 図２３はアンテナの変形例の斜視図である。 図２４はアンテナの変形例の正面図である。 図２５はアンテナの変形例の正面図である。 図２６はアンテナの変形例の正面図である。 図２７はアンテナの変形例の斜視図である。 図２８はアンテナの変形例の斜視図である。 図２９はアンテナの変形例の斜視図である。 図３０はアンテナの変形例の正面図である。 図３１はアンテナの変形例の斜視図である。 図３２はアンテナ素子の変形例の正面図である。 図３３はアンテナアレイの変形例の平面図である。 図３４はアンテナアレイの変形例の平面図である。

以下、図を参照しながら、本発明の実施の形態を詳細に説明する。但し、以下に述べる実施の形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい限定がされているが、発明の範囲を以下に限定するものではない。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態に係るアンテナ１０について以下説明する。

図１はアンテナ１０の斜視図、図２はアンテナ１０の正面図、図３はアンテナ１０の平面図である。図１及び図２において、アンテナ１０は、導体反射板１０１及びその片面側上方に２つのアンテナ素子１０２、１０３を有している。そして図３に示す通り、導体反射板１０１への投影図において、２つのアンテナ素子１０２、１０３の長手方向は互いに略直交しており、アンテナ素子１０３の長手方向（図３中ｙ軸方向）における端部１１０は、アンテナ素子１０２の長手方向における略中央部１０９近傍（中心近傍）に位置している。２つのアンテナ素子１０２、１０３は、互いに間隔をおいて配置されている。

図１及び図２に示すように、アンテナ素子１０２、１０３は、例えば、誘電体層１０８、及び誘電体層１０８の一面側に形成される、略Ｃ形状で、スプリットリング共振器となるＣ状導体部１０４、誘電体層１０８の他の一面側に形成され、Ｃ状導体部１０４と間隔を空けて対向する導体給電線１０５、Ｃ状導体部１０４の導体反射板１０１から遠い側（ｚ軸正方向側）の長辺上の部分と導体給電線１０５の一端とを電気的に接続する導体ビア１０６、導体給電線１０５の他の一端と、近傍のＣ状導体部１０４との間を電気的に励振可能な給電点１０７を有する。

誘電体層１０８は、説明の便宜上、各図面において省略されている場合がある。各図面において誘電体層１０８が省略されているのは、技術の理解を促すためである。

ここで、導体反射板１０１、Ｃ状導体部１０４、導体給電線１０５、導体ビア１０６、その他以下導体と記載のあるものは、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。また、Ｃ状導体部１０４、導体給電線１０５、導体ビア１０６、誘電体層１０８は、プリント基板や、半導体基板などの通常の基板製作プロセスでの製作が一般的だが、他の方法で製作されてもよい。また、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場合が一般的であるが、層間を電気的に接続できればどのようなものでもよい。例えば、レーザーで形成するレーザービアや、銅線などを用いて構成することもできる。

また誘電体層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。そして給電点１０７は、例えば図示せぬ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１０との間で、無線通信信号をやり取りすることができる。また、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場合が一般的であるが、導電性であれば他の素材で形成されてもよい。

上述のアンテナ１０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４に、アンテナ１０を備えた無線通信装置の一例である無線通信装置１１を示す。無線通信装置１１は、アンテナ１０、アンテナ１０を機械的に保護する誘電体レドーム１１５、無線通信回路部１１３、アンテナ１０中のアンテナ素子と無線通信回路部１１３との間で無線信号を伝送する伝送線１１２を有する。

加えて、アンテナ１０をアンテナ素子の共振周波数の電磁波の波長の約２分の１ずつ離して複数並べたアンテナアレイ１２を図５に、アンテナアレイ１２を備えた無線通信装置の一例である無線通信装置１３を図６に示す。アンテナアレイ１２においては、導体反射板１０１は、アンテナ１０ごとに一つではなく、全て接続された一つの導体反射板としているが、この限りではない。また、アンテナ１０を複数並べる際、必ずしも等間隔、並進対称である必要はなく、不等な間隔に回転して並べても構わない。無線通信装置１３は、アンテナアレイ１２、誘電体レドーム１１５、伝送線１１２、無線通信回路ユニット１１４を備える。

無線通信装置１１及び無線通信装置１３は例えば無線通信装置や、移動通信基地局として用いられ、この他に、例えば、ベースバンド処理を行うベースバンド処理部などを備えてもよい。また、無線通信回路ユニット１１４等を通じて、アンテナアレイ１２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、本発明の実施の形態の作用および効果について用いて説明する。

発明者らは、２つのアンテナ素子１０２、１０３が電磁気的に共振した時に周囲につくる電磁場を詳細に調査した。結果、２つのアンテナ素子１０２、１０３の長手方向（アンテナ素子１０２の長手方向は図３中ｘ軸方向、アンテナ素子１０３の長手方向は図３中ｙ軸方向）の両端部１１０近傍は電気的に開放面となり、電場強度が強くて磁場強度が弱く、そして略中央部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、本発明におけるアンテナ１０では、２つのアンテナ素子１０２、１０３を十字に重ねず、一方のアンテナ素子の略中央部１０９と、他方のアンテナ素子の長手方向の端部１１０とが近接するように間隔を空けて略直交に配置する。

よって、上述の配置とすることで、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ため、結果２つのアンテナ素子を、結合を抑えつつ、近づけて配置することができる。さらにこのとき、両素子の給電点１０７同士も距離が離れ、構造上両素子が物理的に重なる領域もないため、給電部同士が近づくことによる結合を抑え、同時に製造上の複雑さを回避することができる。ただし、図２中Ｃ状導体部１０４のスプリット部分１１１は、導体同士が近接しているため、２つのアンテナ素子１０２、１０３の中央部ではあるが電場強度は強い。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が電場強度が強くなるに過ぎず、スプリット部分１１１から離れると、急速に電場強度は減少するため、本効果を阻害しない。

以上により、２つのアンテナ素子を重ねずに、２つのアンテナ素子間の結合を抑制しつつ、アンテナ素子の集積度を高め、全体を小型化し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。

なお、アンテナ素子１０２とアンテナ素子１０３との間の距離である、前述の、一方のアンテナ素子の略中央部１０９と他方のアンテナ素子の端部１１０との間の距離は、アレイアンテナ構成時、複数の二偏波アンテナ１０間の距離を使用周波数の電磁波の半波長程度に抑える目的から、波長の略４分の１程度以下がより望ましい。

また、２つのアンテナ素子１０２、１０３の導体反射板１０１に対する姿勢は、必ずしも、図１、２に示すように導体反射板１０１に対して倒立した姿勢である必要はなく、例えば図７のように、導体反射板１０１に対して平行な姿勢でもよい。２つのアンテナ素子１０２、１０３の導体反射板１０１に対する姿勢として、２つのアンテナ素子１０２、１０３が導体反射板１０１に対して平行な姿勢を採用した場合、アンテナ素子１０２、１０３は、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く、加えてアンテナ１０を複数並べたアレイアンテナ構成時に、図３３のように複数のアンテナ１０が同一基板内に作成されてもよい。このように構成することで、複数アンテナ素子の位置合わせ工数が低減できるため、組み立てを容易に行うことができる。また、２つのアンテナ素子１０２、１０３の導体反射板１０１に対する姿勢として、２つのアンテナ素子１０２、１０３が導体反射板１０１に対して平行な姿勢を採用した場合、略中央部１０９において他方のアンテナ素子と近接する側のアンテナ素子（図７中アンテナ素子１０２）は、略中央部１０９のうち、スプリット部１１１がない側のアンテナ素子１０２端部が、アンテナ素子１０３側を向いている方が、アンテナ素子間の結合がより低減されるため好ましい。換言すれば、２つのアンテナ素子１０２、１０３の導体反射板１０１に対する姿勢として、２つのアンテナ素子１０２、１０３が導体反射板１０１に対して平行な姿勢を採用した場合、アンテナ素子１０２のスプリット部１１１は、アンテナ素子１０３から離れる方向に開口している方が、アンテナ素子間の結合がより低減されるため好ましい。

加えて、２つのアンテナ素子１０２、１０３は、必ずしも、図１、２に示す構造でなくともよく、さらに構造上の工夫がなされていてもよい。

例えば、図８に示すように、２つのアンテナ素子１０２、１０３形成時に導体パタン端部の寸法精度を向上させるため、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。また、導体給電線１０５の一端が、直接、Ｃ状導体部１０４の導体反射板１０１から遠い側の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９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。また図１０に示すように、２つのアンテナ素子１０２、１０３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。あるいは図１１に示すように、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を切欠き、切り欠かれた部分に導体給電線１０５を通し、導体給電線１０５と、切欠きを形成するＣ状導体部１０４端部との間を電気的に励振するように給電点１０７を設けてもよい。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。ただし、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１２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。

加えて、２つのアンテナ素子１０２、１０３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、スプリット部分１１１で対向する導体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２つのアンテナ素子１０２、１０３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、２中では、アンテナ素子１０２、１０３は略長方形だが、２つのアンテナ素子１０２、１０３の配置が上述の図１、２、３に示す通りであれば、２つのアンテナ素子１０２、１０３は他の形状であっても本発明の本質的な効果には影響を与えない。たとえば２つのアンテナ素子１０２、１０３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。

また図１３に示すように、２つのアンテナ素子１０２、１０３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を備える構成を考えることもできる。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１３では放射部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たが、放射部１１７の形状はこれに限定されるものではない。例えば図１４、図１５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それぞれの辺の大きさが、放射部１１７の方がＣ状導体部１０４より大きいような構成を考えることもできる。放射部１１７を備える構成の場合、Ｃ状導体部１０４と放射部１１７とを含めてアンテナ素子１０２、１０３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１０２、１０３の長手方向に長手をもつ形状である必要はない。たとえば図３２に示すようにＣ状導体部１０４の形状はｚ軸（図１を併せて参照）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、三角形であるような構成を考えることもできる。

また、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、スプリット部分１１１で対向する導体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周波化することができる。上記キャパシタンスを大きくする方法として、例えば図１６に示すように、スプリット部分１１１を形成する、対向するＣ状導体部１０４の面積を増加させてもよい。あるいは、図１７、図１８に示すように、Ｃ状導体部１０４と異なる層に補助導体パターン１１８を設けて、導体ビア１１９でスプリット部分１１１と接続するような構成により、スプリットリング共振器中のスプリット部分１１１において対向する導体面積を増加させてもよい。図１７には、補助導体パターン１１８を導体給電線１０５と同じ層に配設した場合の例を示す。図１８には、補助導体パターン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た場合の例を示す。また図１９に示すように、補助導体パターン１１８がスプリット部分１１１の一方の導体にだけ備えられており、補助導体パターン１１８とスプリット部分１１１の他方の導体の少なくとも一部が、Ｃ状導体部１０４の層と補助導体パターン１１８の層との間で対向していることで、スプリット部分１１１において対向する導体の面積を増加させてもよい。

また、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、本発明の本質的な効果には影響を与えない。加えて、図２０に示すように、Ｃ状導体部１０４および導体給電線１０５と異なる層に、第２のＣ状導体部１２０を備え、Ｃ状導体部１０４と第２のＣ状導体部１２０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てもよい。この場合Ｃ状導体部１０４と第２のＣ状導体部１２０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。また図２１に示すように、図１７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ーン１１８を設けて、補助導体パターン１１８が導体ビア１１９を介してスプリット部分１１１および第２のスプリット部分１２２と接続するような構成を考えることもできる。補助導体パターン１１８によってスプリット部分１１１および第２のスプリット部分１２２で対向する導体面積が増加するため、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。

また、導体反射板１０１は短絡面となることから、アンテナ素子の共振特性への影響を抑えるため、図２中２つのアンテナ素子１０２、１０３と導体反射板１０１との間の距離Ｚは、周波数がアンテナ素子の共振周波数である電磁波が、領域を満たす物質中を進行する際の波長の略４分の１であることがより望ましい。ただし、波長の略４分の１でない場合でも、本発明の本質的な効果には影響を与えない。また、アンテナ素子１０２と１０３とで、距離Ｚが違う値でもよい。

加えて、共振時に両端部近傍が電気的に開放面とみなせ、また略中央部近傍が電気的に短絡面と見なせるアンテナである、ダイポールアンテナ素子でも、図２２に示すように、本実施形態において示した図１、２、３のような配置で、２つのアンテナ素子を重ねずに、二素子間の結合を抑制しつつ、素子の集積度を高め、全体を小型化した二偏波アンテナを構成できる。図２２中、２つのダイポールアンテナ素子２０１、２０２は、間隔を空けて配置された略半波長程度の長さの２つの導体で構成された放射部２０３と、放射部２０３の２つ導体間を励振する給電点１０７とを備える。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態に係るアンテナ２０について以下説明する。

図２３はアンテナ２０の斜視図、図２４はアンテナ２０の正面図である。図２３及び図２４に示すように、アンテナ２０は、２つのアンテナ素子１０２、１０３のうち少なくとも一方、もしくは両方において、一端がＣ状導体部１０４のうちスプリット部分１１１と対向する端部近傍に接続し、他の一端が導体反射板１０１に接続し、導体給電線１０５と対向する導体給電ＧＮＤ部１２３を有する。本実施形態において、アンテナ２０は、２つの導体給電ＧＮＤ部１２３を有する。一方の導体給電ＧＮＤ部１２３は、アンテナ素子１０２のC状に延びる外縁の略中央と、導体反射板１０１と、を電気的に接続している。詳しくは、一方の導体給電ＧＮＤ部１２３は、アンテナ素子１０２の４つの外縁のうちスプリット部分１１１が形成されている外縁に対して対向する外縁の略中央と、導体反射板１０１と、を電気的に接続している。他方の導体給電ＧＮＤ部１２３は、アンテナ素子１０３のC状に延びる外縁の略中央と、導体反射板１０１と、を電気的に接続している。詳しくは、他方の導体給電ＧＮＤ部１２３は、アンテナ素子１０３の４つの外縁のうちスプリット部分１１１が形成されている外縁に対して対向する外縁の略中央と、導体反射板１０１と、を電気的に接続している。また、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。そして、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近傍の導体給電ＧＮＤ部１２３との間を電気的に励振可能である。なお、導体給電ＧＮＤ部１２３は、ここでは導体反射板１０１に接続しているが、必ずしも接続している必要はない。

アンテナ素子１０２は、略C字形状のＣ状導体部１０４と、Ｃ状導体部１０４に一端が接続された導体給電線１０５と、を備える。Ｃ状導体部１０４は、略リング形状の導体の一部を切り離すことで形成されている。Ｃ状導体部１０４は、Ｃ状導体部１０４の切り離された部分であるスプリット部分１１１を有している。アンテナ素子１０３についても同様である。

アンテナ素子１０２は、導体給電線１０５と対向するように配置された導体給電ＧＮＤ部１２３を備える。導体給電ＧＮＤ部１２３の一端は、Ｃ状導体部１０４の外縁に接続している。導体給電ＧＮＤ部１２３の他端は、導体反射板１０１に接続している。即ち、導体給電ＧＮＤ部１２３は、Ｃ状導体部１０４の外縁と導体反射板１０１を電気的に接続している。アンテナ素子１０３についても同様である。

Ｃ状導体部１０４の外縁はC状に延びている。導体給電ＧＮＤ部１２３の一端は、C状に延びる外縁の略中央に接続している。換言すれば、導体給電ＧＮＤ部１２３の一端は、Ｃ状導体部１０４が有する４つの外縁のうちスプリット部分１１１が形成されている外縁に対して対向する外縁の略中央に接続している。

以上の点において、アンテナ２０は第１の実施形態にかかるアンテナ１０と異なり、他の構成は同一である。

以下、第２の実施形態の効果を説明する。

２つのアンテナ素子１０２、１０３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とから、２つのアンテナ素子１０２、１０３近傍部分の伝送線の配置や形状などによって、２つのアンテナ素子１０２、１０３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２０において、導体給電ＧＮＤ部１２３が２つのアンテナ素子１０２、１０３に接続している部分は、アンテナ素子の略中央部に位置し、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、２つのアンテナ素子１０２、１０３の共振特性がほとんど変化しないことを発明者らは見出した。

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に接続する伝送線路を形成することができる。そして、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以降につながる伝送線と、２つのアンテナ素子１０２、１０３との間の距離を離すことができ、結果、伝送線による、２つのアンテナ素子１０２、１０３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。

なお、第１の実施形態で述べた２つのアンテナ素子１０２、１０３の変形例は全て、本実施の形態の２つのアンテナ素子１０２、１０３においても適宜適用される。例えば図７のように、導体反射板１０１に対して平行な姿勢のアンテナ素子１０２、１０３でもよく、このとき、導体給電ＧＮＤ部１２３を基板内の複数導体ビアで構成し、導体給電ＧＮＤ部１２３と対向する導体給電線１０５も同一基板内の導体ビアで構成し、導体反射板１０１、誘電体層１０８が共通化したアンテナ素子１０２、１０３と合わせて、全体を一体基板として作成してもよい

また、本実施の形態のアンテナ２０を複数並べたアレイアンテナにおいて、図３４のように、複数のアンテナ２０の、各アンテナ素子１０２及びアンテナ素子１０２に連結する各導体給電ＧＮＤ部１２３のうち、同一平面状に並ぶものを、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。そして複数アンテナ２０の、各アンテナ素子１０３及びアンテナ素子１０３に連結する各導体給電ＧＮＤ部１２３についても同様に形成してもよい。このようにアレイアンテナを構成することで、複数アンテナ素子、及び複数導体給電ＧＮＤ部１２３の位置合わせ工数が低減できる。ただしこの時、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。

また、導体給電ＧＮＤ部１２３は上述の通り、共振時電気的短絡面であるアンテナ素子１０２、１０３の略中央部に該当する、アンテナ素子１０２、１０３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１０２、１０３の中央部を含み、アンテナ素子１０２、１０３の長手方向（１０２がｘ軸方向、１０３がｙ軸方向）に対して垂直な面が、共振時に電気的短絡面となる。そして、電気的短絡面から、アンテナ素子長手方向に、アンテナ素子１０２、１０３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、アンテナ素子長手方向にみた導体給電ＧＮＤ部１２３の大きさは、アンテナ素子の長手方向サイズの１／２以下であることが好ましい。しかし、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本質的な効果には影響を与えない。また、アンテナ素子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本質的な効果には影響を与えない。

また、図２３、２４中、導体給電ＧＮＤ部１２３は、一端がＣ状導体部１０４のうちスプリット部分１１１と対向する部分である、アンテナ素子１０２、１０３中央部近傍に当たる端部に接続しているが、導体給電ＧＮＤ部１２３が２つのアンテナ素子１０２、１０３の共振特性に与える影響の許容範囲内において、図２５に示すように、Ｃ状導体部１０４の他の部位に接続していても構わない。

また、給電点１０７から見たアンテナへの入力インピーダンスは、第１の実施形態で述べたように、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、本実施の形態に係るアンテナ２０においては、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。そして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、本発明の本質的な効果には影響を与えない。

さらに、図２６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、２つのアンテナ素子１０２、１０３は、第１の実施形態で述べた図１１あるいは図１２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、切り欠かれた部分を導体給電線１０５が通っている。そして、上述の切欠きが、そのまま導体給電ＧＮＤ部１２３のスリットに接続し、そのスリット内を導体給電線１０５がさらに導体反射板１０１の方向へ延伸されて通ることで、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。

さらに図２７に示すように、アンテナ２０は、２つのアンテナ素子１０２、１０３が第１の実施形態で述べた図２０あるいは図２１のように第２のＣ状導体部１２０および複数の導体ビア１２１とを備え、さらに第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。そして複数の導体ビア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。

また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２８に示すように同軸線路であってもよい。

また、図２９、３０のように、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の裏側（ｚ軸負方向側）にコネクタ１２７が設けられてもよい。この時コネクタ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。そしてコネクタ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の表側（ｚ軸正方向側）に貫通して、アンテナ素子１０２、１０３の導体給電線１０５と電気的に接続されている。さらに、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２つのアンテナ素子１０２、１０３に給電することが可能となるため、放射パター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。

またさらに、２つのアンテナ素子１０２、１０３は、第１の実施形態と同様に、導体反射板１０１は短絡面となることから、アンテナ素子の共振特性への影響を抑えるため、図２４中、２つのアンテナ素子１０２、１０３と導体反射板１０１との間の距離Ｚは、周波数がアンテナ素子の共振周波数である電磁波が、領域を満たす物質中を進行する際の波長の略４分の１であることがより望ましい。ただし、波長の略４分の１でない場合でも、本発明の本質的な効果には影響を与えない。また、アンテナ素子１０２とアンテナ素子１０３とで、距離Ｚが違う値でもよい。

また、第１の実施形態において述べたように、ダイポールアンテナ素子も、共振時に両略中央部近傍が電気的に短絡面と見なせる。よって、図３１に示すように、ダイポールアンテナ素子２０１、２０２を用いた場合も、導体給電ＧＮＤ部１２３をダイポールアンテナ素子２０１、２０２の略中央部に接続させることで、共振特性に影響を与えずにアンテナ素子に接続した伝送線路を形成することができる。この場合、アンテナ２０は、図３１に示す通り、放射部２０３の２つの導体部のうち一方に一端が接続し、他の一端が導体反射板１０１に接続した導体給電ＧＮＤ部１２３と、導体給電ＧＮＤ部１２３に対向し、放射部２０３の２つの導体部のうちの他方に一端が接続し、他の一端が導体反射板１０１に向かって延伸された導体給電線１０５と、導体給電線１０５の延伸された一端と、その近傍の導体給電ＧＮＤ部１２３との間を励振する給電点１０７とを有し、他の構成は第１の実施形態における図２２の構成と同様である。

なお、当然ながら、上述した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。

以上に、第１実施形態及び第２実施形態を説明した。上記各実施形態は以下の特長を有する。

（１）図１に示すように、アンテナ１０は、導体反射板１０１と、互いに間隔をおいて配置された２つのアンテナ素子１０２、１０３（アンテナ素子）と、を備える。図３に示すように、導体反射板１０１への投影図において、２つのアンテナ素子１０２、１０３の長手方向は互いに略直交している。アンテナ素子１０３の長手方向における端部１１０は、アンテナ素子１０２の長手方向における略中央部１０９（中央近傍）に位置している。

（２）図２２に示すように、各アンテナ素子１０２、１０３は、ダイポールアンテナ素子２０１、２０２であってもよい。

（３）図２に示すように、各アンテナ素子１０２、１０３は、略リング形状の導体の一部を切り離すことで形成された略C字形状のＣ状導体部１０４と、Ｃ状導体部１０４に一端が接続された導体給電線１０５と、を備える。Ｃ状導体部１０４は、Ｃ状導体部１０４の切り離された部分であるスプリット部分１１１を有する。

（４）図２３及び図２４に示すように、各アンテナ素子１０２、１０３は、導体給電線１０５と対向するように配置された導体給電ＧＮＤ部１２３を備える。導体給電ＧＮＤ部１２３の一端は、Ｃ状導体部１０４の外縁に接続する。導体給電ＧＮＤ部１２３の他端は、導体反射板１０１に接続している。

（５）図２４に示すように、導体給電ＧＮＤ部１２３の上記一端は、Ｃ状導体部１０４の外縁の略中央に接続している。図２４の例では、導体給電ＧＮＤ部１２３の上記一端は、Ｃ状導体部１０４の導体反射板１０１側の外縁の略中央に接続している。

（６）図１９に示すように、各アンテナ素子１０２、１０３は、スプリット部分１１１において対向するＣ状導体部１０４の２つの導体のうち、一方の導体と電気的に接続し、他方の導体と対向する補助導体パターン１１８を、少なくとも一つ備える。補助導体パターン１１８は、例えば、Ｃ状導体部１０４の板厚方向において、他方の導体と対向している。

（７）図１３〜図１５、図３２に示すように、Ｃ状導体部１０４は、略長方形の平板状に形成されている。各アンテナ素子１０２、１０３は、Ｃ状導体部１０４の４つの外縁のうちスプリット部分１１１が形成されている外縁と隣り合う２つの外縁のうち少なくとも何れか一方に対して接続した導体放射部１１７を備える。本実施形態では、各アンテナ素子１０２、１０３は、Ｃ状導体部１０４の４つの外縁のうちスプリット部分１１１が形成されている外縁と隣り合う２つの外縁の双方に対して接続した一対の導体放射部１１７を備える。

（８）図２に示すように、Ｃ状導体部１０４は、略長方形の平板状に形成されている。スプリット部分１１１は、Ｃ状導体部１０４の４つの外縁のうち長辺に相当する外縁の略中央に位置されている。

（９）図５に示すように、アンテナアレイ１２は、アンテナ１０を複数備えている。

（１０）図４に示すように、無線通信装置１１はアンテナ１０を搭載している。図６に示すように、無線通信装置１３は、アンテナアレイ１２を搭載している。

（付記１）
導体反射板と、
互いに間隔をおいて配置された２つのアンテナ素子と、
を備え、
前記２つのアンテナ素子は、
前記導体反射板への投影図において、
両アンテナ素子の長手方向が略直交しており、
一方のアンテナ素子の長手方向の延長上に他方のアンテナ素子の中央付近があるように配置されている、
アンテナ。

（付記２）
前記アンテナ素子が、
略Ｃ字状に連続するＣ状導体部と、
一端が前記Ｃ状導体部の一部と電気的に接続し、
一部の、前記Ｃ状導体部の略Ｃ字形状を形成する面への射影が、前記Ｃ字形状内の開口部と重なる導体給電線と、
を備える付記１に記載のアンテナ。

以上、実施の形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記によって限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。

この出願は、2014年3月31日に出願された日本出願特願2014-73195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。

１０、２０：アンテナ
１１、１３：無線通信装置
１２：アンテナアレイ
１０１：導体反射板
１０２、１０３：アンテナ素子
１０４、１２０：Ｃ状導体部
１０５：導体給電線
１０６、１１９、１２１、１２５：導体ビア
１０７：給電点
１０８：誘電体層
１０９：アンテナ素子の略中央部
１１０：アンテナ素子の長手方向の端部
１１１、１２２：スプリット部分
１１２：伝送線
１１３：無線通信回路部
１１４：無線通信回路ユニット
１１５：レドーム
１１６：架橋導体
１１７：放射部
１１８：補助導体パターン
１２３、１２４：導体給電ＧＮＤ部
１２６：クリアランス
１２７：コネクタ
１２８：芯線
１２９：外部導体
２０１、２０２：ダイポールアンテナ素子
２０３：放射部
Ｚ：アンテナ素子１０２、１０３と導体反射板１０１との間の距離

Claims (10)

1. 導体反射板と、
   互いに間隔をおいて配置された２つのアンテナ素子と、
   を備え、
   前記導体反射板への投影図において、
   前記２つのアンテナ素子の長手方向は互いに略直交しており、
   前記２つのアンテナ素子のうち一方の前記アンテナ素子の長手方向における端部は、他方の前記アンテナ素子の長手方向における中央近傍に位置しており、
   前記2つのアンテナ素子のそれぞれは、
   略C字形状のＣ状導体部と、
   前記Ｃ状導体部に一端が接続された導体給電線と、
   を備え、
   前記Ｃ状導体部は、
   略リング形状の導体の一部を切り離すことで形成されており、
   前記Ｃ状導体部の切り離された部分であるスプリット部分を有している、
   アンテナ。
2. 前記導体給電線は、
   前記C状導体部における前記略リング形状の開口を跨ぎ、
   他端が前記長手方向と略垂直の方向へ延伸されている、
   請求項1に記載のアンテナ。
3. 前記2つのアンテナ素子のそれぞれは、
   導体給電GND部
   を備え、
   前記導体給電線は、
   他端が前記導体反射板に向かって延伸され、
   前記導体給電GND部は、
   一端が前記Ｃ状導体部の外縁に接続され、
   他端が前記導体反射板に向かって延伸され、
   前記導体給電線と対向している、
   請求項1または2に記載のアンテナ。
4. 前記導体給電GND部は、
   前記他端が前記導体反射板に接続されている、
   請求項3に記載のアンテナ。
5. 前記Ｃ状導体部の前記外縁はC状に延びており、
   前記導体給電ＧＮＤ部の前記一端は、C状に延びる前記外縁の略中央に接続している、
   請求項3または4に記載のアンテナ。
6. 各アンテナ素子は、
   前記スプリット部分において対向する前記Ｃ状導体部の２つの導体のうち、
   一方の導体と電気的に接続し、
   他方の導体と対向する
   補助導体
   を少なくとも一つ備える、
   請求項1から5のいずれかに記載のアンテナ。
7. 前記Ｃ状導体部は、
   略長方形の平板状に形成されており、
   各アンテナ素子は、
   前記Ｃ状導体部の４つの外縁のうち前記スプリット部分が形成されている外縁と隣り合う２つの外縁のうち少なくとも何れか一方に対して接続した導体放射部
   を備える、
   請求項1から6のいずれかに記載のアンテナ。
8. 前記Ｃ状導体部は、
   略長方形の平板状に形成されており、
   前記スプリット部分は、
   前記Ｃ状導体部の４つの外縁のうち長辺に相当する外縁の略中央に位置されている、
   請求項1から7のいずれかに記載のアンテナ。
9. 請求項1から8のいずれかに記載のアンテナ
   を複数備えた、
   アンテナアレイ。
10. 請求項1から8のいずれかに記載のアンテナ、または、請求項9に記載のアンテナアレイ
    を搭載した
    無線通信装置。

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