マイクロストリップアンテナ
【課題】送受信間結合を小さくする励振素子を従来より小型に、かつ簡単な構成で実現可能な送受分離型のマイクロストリップアンテナを提供する。
【解決手段】本発明のマイクロストリップアンテナは、誘電体基板上に形成された送信用パッチに、上記誘電体基板の裏面に被着したグランド板に形成されたスロットを介して給電線から電磁結合により給電して電波を送信する送信用マイクロストリップアンテナと、無給電素子と上記誘電体基板上に上記無給電素子と空間を隔てて対向して形成された励振素子とにより受信した電波を、上記誘電体基板の裏面に被着したグランド板に形成されたスロットを介して給電線に電磁結合により給電する受信用マイクロストリップアンテナとをそれぞれ少なくとも１つずつ備え、上記励振素子は複数の金属片から構成され、各金属片の隣接部分はメアンダ状の一定幅の間隙により隔てられている。
【解決手段】本発明のマイクロストリップアンテナは、誘電体基板上に形成された送信用パッチに、上記誘電体基板の裏面に被着したグランド板に形成されたスロットを介して給電線から電磁結合により給電して電波を送信する送信用マイクロストリップアンテナと、無給電素子と上記誘電体基板上に上記無給電素子と空間を隔てて対向して形成された励振素子とにより受信した電波を、上記誘電体基板の裏面に被着したグランド板に形成されたスロットを介して給電線に電磁結合により給電する受信用マイクロストリップアンテナとをそれぞれ少なくとも１つずつ備え、上記励振素子は複数の金属片から構成され、各金属片の隣接部分はメアンダ状の一定幅の間隙により隔てられている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主に移動体通信用基地局で用いられる送受分離型のマイクロストリップアンテナに関する。
【背景技術】
【０００２】
マイクロストリップアンテナを基地局アンテナとして用いる場合、受信用アンテナと送信用アンテナとを、分離しつつ設置スペースを小さくするため、同一のレドーム内に一体的に構成することが望ましい。
【０００３】
図２４に、本発明の基礎技術である送受分離型のマイクロストリップアンテナ１００の構成例を示す（非特許文献１参照）。図２４(a)は分解斜視図、図２４(b)は図２４(a)のＡ−Ａ断面図である。
【０００４】
マイクロストリップアンテナ１００は、受信用マイクロストリップアンテナ１１０と送信用マイクロストリップアンテナ１２０とから構成され、これらをそれぞれ少なくとも１つずつ備える。更に具体的には、受信用マイクロストリップアンテナ１１０と送信用マイクロストリップアンテナ１２０の共通部分として、誘電体基板１０１、グランド板１０２、誘電体基板１０３、レドーム１０４を備え、受信用マイクロストリップアンテナ１１０については、受信用パッチ１１１、給電線１１２、無給電素子１１３、スロット１１４を備え、送信用マイクロストリップアンテナ１２０については、送信用パッチ１２１、給電線１２２、無給電素子１２３、スロット１２４を備える。
【０００５】
受信用マイクロストリップアンテナ１１０は、誘電体基板１０１上に形成された受信用パッチ１１１に、誘電体基板１０１の裏面に被着したグランド板１０２に形成されたスロット１１４を介して給電線１１２に電磁結合により給電する。電磁結合により給電するのは、給電線からの放射によるパッチの放射パターンの乱れを回避するためである。なお、受信用パッチ１１１は、空間１３０を介して対向して配置される無給電素子１１３と一体的に機能することで広い共振周波数帯域を実現する。また、グランド板１２４と給電線１１２との間には誘電体基板１０３が挿入されている。
【０００６】
送信用マイクロストリップアンテナ１２０についても受信用マイクロストリップアンテナ１１０と同様な構成であり、誘電体基板１０１上に形成された送信用パッチ１２１に、誘電体基板１０１の裏面に被着したグランド板１０２に形成されたスロット１２４を介して給電線１２２から電磁結合により給電し電波を送信する。また、送信用パッチ１２１は、空間１３０を介して対向して配置される無給電素子１２３と一体的に機能し、グランド板１２４と給電線１２２との間には、誘電体基板１０３が挿入されている。
【０００７】
なお、受信用マイクロストリップアンテナ１１０と送信用マイクロストリップアンテナ１２０は、誘電体のカバーであるレドーム１０４により一体的に覆われ、無給電素子１１３、１２３はこのレドーム１０４のパッチに対向する側の面に被着される。
【０００８】
マイクロストリップアンテナ１００のＳパラメータの周波数特性の例を図２５に示す。なお、Ｓパラメータは受信用アンテナを端子１として、送信用アンテナを端子２としてとったものであり、従ってＳ12が送信用アンテナから受信用アンテナに回り込む送受信結合量を表す（以下同様）。図２５からわかるように、マイクロストリップアンテナ１００においては、Ｔｘの両矢印で示した送信周波数帯域内（送信用マイクロストリップアンテナ１２０のＶＳＷＲが１．５以下（Ｓ22が−１３．９ｄＢ以下）となる周波数帯域）において最大で−２３ｄＢの送受信間結合が生じている。
【０００９】
送受信間結合は送信用アンテナと受信用アンテナとの距離を広げれば小さくすることができるが、アンテナ全体が大きくなり、設置スペースを小さくすべく両者を一体構成する意味が無くなる。そこで、送信用アンテナと受信用アンテナとの距離を広げることなく送受信間結合を小さくする発明が特許文献１に開示されている。
【００１０】
図２６に、特許文献１の発明による送受分離型のマイクロストリップアンテナ２００の構成例を示す。図２６(a)は分解斜視図、図２６(b)は図２６(a)のＢ−Ｂ断面図、図２６(c)は励振素子２１１の平面図である。
【００１１】
マイクロストリップアンテナ２００は、受信用マイクロストリップアンテナ２１０と送信用マイクロストリップアンテナ１２０とから構成される。マイクロストリップアンテナ１００との違いは、受信用パッチ１１１が励振素子２１１に置き換わっている点にあり、その他については同じである。そこで、先に説明した構成要素と内容が全く同じ構成要素については同じ符号を付し説明を省略する（以下同様）。
【００１２】
励振素子２１１と無給電素子１１３は一体的に受信用パッチとして機能するが、励振素子２１１を図２６に示すような複数の（長方形や台形の）短冊状素子により構成することで、励振素子２１１がフィルタの効果を奏し、送受信間結合量を小さくすることができる。具体的には図２７からわかるように、マイクロストリップアンテナ２００（ここでは励振素子２１１を図２６(c)に示すような長方形の短冊状素子２１１ａと２１１ｂの２個で構成）においては、Ｔｘの両矢印で示した送信周波数帯域内において送受信間結合量を最大でも−２９．７ｄＢに抑えることができている。ここで、２個の短冊状素子の長手方向の長さＬ00、Ｌ01はそれぞれ０．２７λ０、０．３１λ０（λ０は送信周波数帯の下限周波数における波長）である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２００９−７１７９５号公報
【非特許文献】
【００１４】
【非特許文献１】Nirod. K. Das and David M. Pozar、"Multiport scattering analysis of general multilayered printed antennas fed by multiple feed ports: II. Applications"、IEEE Trans. On Antennas and Propagation、1992年5月、Vol.40, No.5.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
特許文献１で開示された構成によれば、送受信間結合を抑制することができるが、図２７で例示したような送受信間結合特性を得るためには、励振素子２１１を構成する短冊状素子の長さを対向する無給電素子１１３の長さとほぼ同じにする必要がある。また、励振素子は偏波方向に依存性がある。そのため、特許文献１で開示された構成を用いて偏波共用アンテナを実現するには別に直交偏波用の励振素子を設ける必要があり、このアンテナをある限られた大きさで実現しようとすると、直交偏波用の励振素子を同一平面内に設ける場合には、面積の不足から２つの励振素子が接触し励振素子として正常に動作させることができない恐れがある。また、直交偏波用の励振素子を積層することも考えられるが、この場合には重なり合う励振素子相互の影響が大きく所望の特性を得ることが難しい。
【００１６】
本発明の目的は上記の問題点を解決すべく、送受信間結合を小さくする励振素子を従来より小型に、かつ簡単な構成で実現可能な送受分離型のマイクロストリップアンテナを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明のマイクロストリップアンテナは、誘電体基板上に形成された送信用パッチに、上記誘電体基板の裏面に被着したグランド板に形成されたスロットを介して給電線から電磁結合により給電して電波を送信する送信用マイクロストリップアンテナと、無給電素子と上記誘電体基板上に上記無給電素子と空間を隔てて対向して形成された励振素子とにより受信した電波を、上記誘電体基板の裏面に被着したグランド板に形成されたスロットを介して給電線に電磁結合により給電する受信用マイクロストリップアンテナとをそれぞれ少なくとも１つずつ備え、上記励振素子は複数の金属片から構成され、各金属片の隣接部分はメアンダ状の一定幅の間隙により隔てられている。さらに、上記金属片の間隙の中心が、上記スロットの中心と対向しないように配置してもよい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明のマイクロストリップアンテナによれば、送受信間結合を小さくする励振素子を従来より小型に、かつ簡単な構成で実現することができる。そのため、アンテナの大きさを変えることなく同一平面内に直交偏波用励振素子を配置することができ、かつ、製造も容易に行うことができる。さらに、上記金属片の間隙の中心が上記スロットの中心と対向しないように配置すれば、広帯域性とフィルタ機能とを両立した送受別アンテナを、簡単な構成で実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明のマイクロストリップアンテナの構成例を示す分解斜視図。
【図２】図１のマイクロストリップアンテナの平面図及び断面図。
【図３】本発明のマイクロストリップアンテナで用いる励振素子の構成例を示す図。
【図４】図３の励振素子を用いた場合のＳパラメータの周波数特性の例を示す図。
【図５】励振素子の電流分布の使用周波数帯による相違を示すイメージ図。
【図６】励振素子を構成する２つの金属片の長さの比を変えた場合のＳパラメータの周波数特性の相違を示す図。
【図７】励振素子の位置をスロットの位置に対してオフセットするイメージを示す図。
【図８】励振素子をオフセットした場合のＳパラメータの周波数特性の相違を示す図。
【図９】実施例１変形例３の受信用マイクロストリップアンテナの構成を示す図。
【図１０】ｙ方向のオフセットを０にし、ｘ方向のオフセットを変更した場合のＳ11パラメータを示す図。
【図１１】ｙ方向のオフセットを０にし、ｘ方向のオフセットを変更した場合のＳ12パラメータ（Ｓ21パラメータ）を示す図。
【図１２】ｘ方向のオフセットを０．０１８ l０にし、ｙ方向のオフセットを変更した場合のＳ11パラメータを示す図。
【図１３】ｘ方向のオフセットを０．０１８ l０にし、ｙ方向のオフセットを変更した場合のＳ12パラメータ（Ｓ21パラメータ）を示す図。
【図１４】オフセット量をｘ方向とｙ方向ともに０．０１８ l０にした受信用マイクロストリップアンテナを、図1のマイクロストリップアンテナに用いたときのＳパラメータを示す図。
【図１５】励振素子と受信用パッチとの相対位置を変えるイメージを示す図。
【図１６】励振素子と受信用パッチとの相対位置を変えた場合のＳパラメータの周波数特性を示す図。
【図１７】本発明のマイクロストリップアンテナで用いる励振素子の別の構成例を示す図。
【図１８】図１７の励振素子を用いた場合のＳパラメータの周波数特性の例を示す図。
【図１９】２つの励振素子を直交配置するイメージを示す図。
【図２０】金属片３１１ａと金属片３１１ｂの間隙の中心Ｃがスロット１１４の中心と対向しないように配置した受信用マイクロストリップアンテナの２つを直交配置するイメージを示す図。
【図２１】図２０の受信用マイクロストリップアンテナと、２組のスロット１２４と給電線１２２を方向が直交するように配置した送信用マイクロストリップアンテナとを図１のマイクロストリップアンテナに用いた場合の反射減衰量を示す図。
【図２２】図２０の受信用マイクロストリップアンテナと、２組のスロット１２４と給電線１２２を方向が直交するように配置した送信用マイクロストリップアンテナとを図１のマイクロストリップアンテナに用いた場合の相互結合量を示す図。
【図２３】本発明のマイクロストリップアンテナをアレー構成する例を示す図。
【図２４】従来のマイクロストリップアンテナの構成例を示す分解斜視図及び断面図。
【図２５】図２４のマイクロストリップアンテナのＳパラメータの周波数特性の例を示す図。
【図２６】従来のマイクロストリップアンテナの別の構成例を示す分解斜視図及び断面図。
【図２７】図２６のマイクロストリップアンテナのＳパラメータの周波数特性の例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。なお、同じ機能を有する構成部には同じ番号を付し、重複説明を省略する。
【実施例１】
【００２１】
図１に本発明のマイクロストリップアンテナ３００の構成例の分解斜視図を、図２(a)にその平面図を、図２(b)に図２(a)のＣ−Ｃ断面図をそれぞれ示す。
【００２２】
マイクロストリップアンテナ３００は、受信用マイクロストリップアンテナ３１０と送信用マイクロストリップアンテナ１２０とから構成される。特許文献１の発明に係る従来のマイクロストリップアンテナ２００との相違は、励振素子２１１が励振素子３１１に置き換わっている点にあり、その他の構成要素の内容はマイクロストリップアンテナ２００と同じである。
【００２３】
励振素子３１１の構成例を図３に示す。励振素子３１１は、複数（図３の例では金属片３１１ａと金属片３１１ｂの２個）の金属片から構成され、各金属片の隣接部分はメアンダ状の一定幅ｇの間隙により隔てられている。
【００２４】
図４に、図３に示す励振素子３１１を用いたマイクロストリップアンテナ３００のＳパラメータの周波数特性の例を示す。なお、金属片３１１ａの長さＬ１は０．１７λ０、金属片３１１ｂの長さＬ０は０．１６λ０であり、マイクロストリップアンテナ３００の真上から見た時、図７(a)に示すように励振素子３１１の間隙の中心Ｃとスロット１１４の中心とが一致した状態で対向しており、また、図１５(a)に示すように励振素子３１１は無給電素子１１３の角の部分（この例では左下）に対向している。図４から、受信用マイクロストリップアンテナ３１０の共振周波数帯域Ｒｘの高域における反射減衰量特性Ｓ11は急峻になっており、送信用マイクロストリップアンテナ１２０の共振周波数帯域Ｔｘと近接しているにもかかわらず、周波数帯域Ｔｘにおける反射減衰量Ｓ11は非常に低いレベルに抑えられていることがわかる。また、周波数帯域Ｔｘにおける送受信間結合量Ｓ12の最悪値も−２７．３ｄＢに低減できていることがわかる。
【００２５】
以上のように、マイクロストリップアンテナ３００においては、励振素子３１１の長さがマイクロストリップアンテナ２００の励振素子２１１の長さ（Ｌ00＝０．２７λ０、Ｌ01＝０．３１λ０）より４０％以上短縮されているにもかかわらず送信周波数帯域において、マイクロストリップアンテナ１００に比べて優れた特性を、またマイクロストリップアンテナ２００とほぼ同等な特性を得ることができる。
【００２６】
励振素子３１１にメアンダ状の間隙を設けることで良好な特性が得られるのは、マイクロストリップアンテナ２００と同様、励振素子がフィルタの効果を奏しているためである。マイクロストリップアンテナ１００の場合、観測周波数にかかわらず受信用パッチ１１１に流れる電流の向きは一定である（特許文献１参照）。一方、マイクロストリップアンテナ３００において受信用パッチ１１１に対応する励振素子３１１上の大まかな電流分布を図５(a)、(b)に示す。図５(a)は低い周波数帯域（受信周波数帯域Ｒｘ）、図５(b)は高い周波数帯域（送信周波数帯域Ｔｘ）における電流分布である。また、矢印の方向が電流の方向を示し、矢印が太いほど電流が大きいことを示す。図５(a)、(b)から、受信周波数帯域ではメアンダ状の間隙の経路長が長い金属片３１１ａに金属片３１１ｂより大きな電流が流れてアンテナとして動作する一方、送信周波数帯域では双方の金属片にほぼ同じ大きさの逆向きの電流が流れるため、相殺してアンテナとして動作しなくなると考えられる。このような原理により、受信周波数帯域Ｒｘの高域における反射減衰量Ｓ11の急峻化と送信周波数帯域Ｔｘにおける送受信間結合量Ｓ12の低減というフィルタ効果を奏すると考えられる。
【００２７】
［変形例１］
図４に示したＳパラメータの周波数特性は、励振素子３１１の金属素子３１１ａの長さＬ１と金属素子３１１ｂの長さＬ０との比Ｌ１／Ｌ０が約１．１である場合の特性を示したものであるが、この比を変えても本発明の効果を奏する。図６にＬ１／Ｌ０を１．０（Ｌ１＝Ｌ０）から１．２８まで６段階に変化させた場合の送受信間結合特性Ｓ12を示す。図６から、Ｌ１／Ｌ０の値が大きいほどＳ12特性の落ち込み部分が低域にシフトし、つまりフィルタとして動作する遮断周波数が低域にシフトすることがわかる。このように、Ｌ１／Ｌ０の値を変化させることで、励振素子３１１がフィルタとして動作する周波数を所望の周波数に調整することができる。
【００２８】
［変形例２］
図４に示したＳパラメータの周波数特性は、マイクロストリップアンテナ３００を真上から見た時に、図７(a)に示すように励振素子３１１の間隙の中心Ｃとスロット１１４の中心とが一致した状態で対向している時の特性である。しかし、励振素子３１１をスロット１１４に対してオフセットした場合においても本発明の効果を奏する。図７(b)は、図７(a)に示すオフセットしていない状態を０として、紙面右方向を＋方向、左方向を−方向と定義した場合に、＋方向にオフセットした状態を示したものである。図８に±２ｍｍの範囲で励振素子３１１をオフセットした場合の送受信間結合特性Ｓ12を示す。図８から、−方向にオフセットするほどフィルタとして動作する遮断周波数が低域にシフトし、かつＳ12特性のくぼみが急峻になることがわかる。このように、励振素子３１１をスロット１１４に対してオフセットすることで、励振素子３１１がフィルタとして動作する周波数を所望の周波数に調整することができる。
【００２９】
［変形例３］
実施例１のマイクロストリップアンテナ３００では、金属片３１１ａと金属片３１１ｂの間隙の中心Ｃが、スロット１１４の中心と対向するように配置していた。このような構成の場合、図４のような受信間結合Ｓ12特性を得るためには、受信アンテナの比帯域幅がフィルタ動作素子なしモデル（非特許文献１）より狭帯域になることが分かる。一方、偏波共用アンテナを構成した場合、送信帯域内における送受信間結合Ｓ12特性を低減しつつ、受信アンテナの比帯域幅が広いことが要求される。しかし、フィルタ機能とアンテナの広帯域化の両立が難しいことから、受信アンテナの広帯域性と送受信間結合抑制の両方を実現することが困難であった。また、変形例２では、励振素子３１１をオフセットした場合にも実施例１と同様の効果が得られることを示した。
【００３０】
本変形例では、積極的に励振素子３１１をオフセットした場合について示す。図９は、本変形例のマイクロストリップアンテナの構成を示す図であって、金属片３１１ａと金属片３１１ｂの間隙の中心Ｃが、スロット１１４の中心と対向しないように配置されている。図９の紙面左右方向がｘ方向、紙面上下方向がｙ方向であり、紙面右側がｘ方向の＋、紙面上側がｙ方向の＋である。図９の例では、金属片３１１ａと金属片３１１ｂの間隙の中心Ｃは、スロットの中心よりも＋ｘ方向、＋ｙ方向にオフセットされている。
【００３１】
図１０は、ｙ方向のオフセットを０にし、ｘ方向のオフセットを変更した場合のＳ11パラメータを示す図である。図１１は、ｙ方向のオフセットを０にし、ｘ方向のオフセットを変更した場合のＳ12パラメータ（Ｓ21パラメータ）を示す図である。基地局アンテナとして使うためには、ＶＳＷＲが１．５以下となる受信アンテナ比帯域幅と送信周波数帯域内の送受信間結合（送信帯域内の最悪値）を評価する必要がある。図１０から、本発明の構成を用いて励振素子の中心（金属片３１１ａと金属片３１１ｂの間隙の中心Ｃ）を給電スロットの中心からｘ方向にオフセットして配置することによって、受信アンテナの比帯域幅が大きくなることが分かる。また、図１１から、ｘ方向のオフセットの増加に伴ってローパスフィルタとして動作するカットオフ周波数が低域にシフトすることが分かる。なお、図１０、１１の結果では、ｘ方向のオフセットが約０．０１８ l０の時、受信アンテナの比帯域幅が一番広く取れることが分かる。
【００３２】
図１２は、ｘ方向のオフセットを０．０１８ l０にし、ｙ方向のオフセットを変更した場合のＳ11パラメータを示す図である。図１３は、ｘ方向のオフセットを０．０１８ l０にし、ｙ方向のオフセットを変更した場合のＳ12パラメータ（Ｓ21パラメータ）を示す図である。図１２より、ｙ方向にオフセットしない時と比べ、ｙ方向にオフセット配置した方が受信アンテナの比帯域幅が増加することが分かる。また、図１３より、ｙ方向にオフセット配置しても、送受信間結合を表すＳ２１特性がほとんど変わらないことが分かる。つまり、ｙ方向へのオフセット配置は、送信帯域内における送受信間結合特性を維持しながら、受信アンテナの広帯域化を実現できる。
【００３３】
このようにＳ11の広帯域化ができる理由は、受信アンテナの比帯域幅に影響を与える給電スロットと励振素子との電磁結合が改善されたことと考えられる。また、フィルタとして機能するために、メアンダ状の隙間を狭くする必要があるが、そうすることで給電スロットと励振素子との電磁結合が難しくなり、受信アンテナの比帯域幅が狭くなったと考えられる。そして、給電スロットと励振素子との相対位置をオフセット配置することにより、給電スロットから放射された電波が励振素子に励振しやすくなり、結果として受信アンテナの比帯域幅拡大に貢献できたと考えられる。
【００３４】
オフセット量をｘ方向とｙ方向ともに０．０１８ l０にした受信用マイクロストリップアンテナを、図1のマイクロストリップアンテナに用いたときのＳパラメータを図１４に示す。送信アンテナから受信側への回り込み（送受信間結合：Ｓ１２）は、送信帯域内での最悪値を約−３６．８ｄＢにでき、なおかつ受信アンテナの比帯域幅を約１１．６％と広帯域化できた。実施例１の受信アンテナの比帯域幅は約４．８％だったが、本変形例の構成を用いることにより、受信アンテナ比帯域幅を約２．４倍拡大できる。このように、本変形例のマイクロストリップアンテナは、金属片３１１ａと金属片３１１ｂの間隙の中心Ｃがスロット１１４の中心と対向しないように配置されているので、広帯域性とフィルタ機能とを両立した送受別アンテナを、簡単な構成で実現できる。
【実施例２】
【００３５】
図４に示したＳパラメータの周波数特性は、マイクロストリップアンテナ３００を真上から見た時に、図１５(a)に示すように励振素子３１１が無給電素子１１３の角の部分（この例では左下）に対向している時の特性である。しかし、励振素子３１１と無給電素子１１３との相対位置を変えても実施例１と同様な効果を奏する。例えば、図１５(b)に示すように励振素子３１１を無給電素子１１３の中央部分に対向配置した場合のＳパラメータの周波数特性を図１６に示す。図１６から、送信周波数帯域Ｔｘにおける送受信間結合量Ｓ12が最悪でも−３０ｄＢとれていることがわかる。このように、励振素子３１１と無給電素子１１３との相対位置を変えても、励振素子３１１はフィルタとして動作し、送受信間結合量を低減させることができる。
【実施例３】
【００３６】
図４に示したＳパラメータの周波数特性は、励振素子３１１が図３の形状である場合の特性である。しかし、メアンダ状の間隙が図１７に示すように迂回するルートが異なるものであっても図１８に示すように、受信周波数帯域Ｒｘの高域における反射減衰量Ｓ11の急峻化と送信周波数帯域Ｔｘにおける送受信間結合量Ｓ12の低減（この例では約−２７ｄＢ）というフィルタ効果を奏する。また、図１７の形状を図３の形状の場合と同様な外形寸法（同じ長さＬ０、Ｌ１、幅ｗ、間隙幅ｇ）で構成した場合、メアンダ状の間隙の経路長が長くなるため、フィルタとして動作する遮断周波数が低域にシフトする。言いかえれば、図３の形状の場合と同じ遮断周波数のフィルタを、より小さい外形の励振素子で実現できる。このように、励振素子３１１内でのメアンダ状の間隙の迂回ルートを変えることで、励振素子３１１がフィルタとして動作する周波数を所望の周波数に調整することができる。
【実施例４】
【００３７】
上記各実施例に示すように、励振素子２１１より４０％以上小型化された励振素子３１１を用いることで、同一平面内に２個の励振素子３１１を配置することも可能となる。そのため、例えば図１９に示すように、各励振素子の長手方向が直交するように２個の励振素子３１１を誘電体基板１０１上に配置することで、直交偏波共用アンテナにおいてもアンテナサイズを拡大することなく送受信間結合の抑制効果を得ることが可能となる。なお、直交偏波用励振素子の適用時には、給電線１１２についても同一平面内に直交偏波用給電線を設ける必要がある。この場合、各給電線１１２が互いに接触しないよう、図１９に示すように各給電線１１２の先端を曲げても構わないが、開放端の長さを先端を曲げない場合と同じにしないと受信アンテナや送信アンテナのインピーダンス整合に影響が生じるため、その点につき留意が必要である。
【００３８】
［変形例］
図２０に、各励振素子の長手方向が直交するように２個の励振素子３１１を誘電体基板１０１上に配置した構成であって、金属片３１１ａと金属片３１１ｂの間隙の中心Ｃがスロット１１４の中心と対向しないように配置した受信用マイクロストリップアンテナの例を示す。この受信用マイクロストリップアンテナと、２組のスロット１２４と給電線１２２を方向が直交するように配置した送信用マイクロストリップアンテナとを図１のマイクロストリップアンテナに用いた場合の反射減衰量を図２１に、送信アンテナから受信アンテナへの回り込みを示す相互結合量を図２２に示す。図２１のＳ11、Ｓ33が受信用アンテナの２つの偏波の反射減衰量を、Ｓ22、Ｓ44が送信用アンテナの２つの偏波の反射減衰量を示している。図２２のＳ12、Ｓ21が一方の偏波の送信用アンテナと受信用アンテナの相互結合量を、Ｓ34、Ｓ43が他方の偏波の送信用アンテナと受信用アンテナの相互結合量を示している。図２１、２２から分かるように、偏波共用アンテナの場合にも、実施例1変形例３と同じように、受信アンテナの比帯域幅拡大と送信帯域内の送受信間結合低減を両立できる。
【実施例５】
【００３９】
基地局アンテナとして所望の利得を得るために、レドーム１０４内に本発明の受信用マイクロストリップアンテナ３１０及び送信用マイクロストリップアンテナ１２０を複数個、一列に配置することが考えられる。図２３は、受信アンテナと送信アンテナとの組（図１に示したマイクロストリップアンテナ）をレドーム内に２組配置し背面にトーナメント状の給電線路を設けて送受分離型のマイクロストリップアンテナを構成する例を示したものである。この場合、受信アンテナＲ＃１とＲ＃２として本発明の受信用マイクロストリップアンテナ３１０を配置することにより、送信アンテナＴ＃１とＴ＃２からの不要な回り込みを防ぐことができる。
【００４０】
なお、図２３では１つの偏波用のアンテナを並べた例を示したが、この例に限定する必要は無い。実施例４、実施例４変形例で示した偏波共用アンテナを複数個並べたときも、同じ効果が得られる。
【符号の説明】
【００４１】
１００、２００、３００ マイクロストリップアンテナ
１０１、１０３ 誘電体基板
１０２ グランド板
１０４ レドーム
１１０、２１０、３１０ 受信用マイクロストリップアンテナ
１１１ 受信用パッチ
１１２、１２２ 給電線
１１３、１２３ 無給電素子
１１４、１２４ スロット
１２０ 送信用マイクロストリップアンテナ
２１１、３１１ 励振素子
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主に移動体通信用基地局で用いられる送受分離型のマイクロストリップアンテナに関する。
【背景技術】
【０００２】
マイクロストリップアンテナを基地局アンテナとして用いる場合、受信用アンテナと送信用アンテナとを、分離しつつ設置スペースを小さくするため、同一のレドーム内に一体的に構成することが望ましい。
【０００３】
図２４に、本発明の基礎技術である送受分離型のマイクロストリップアンテナ１００の構成例を示す（非特許文献１参照）。図２４(a)は分解斜視図、図２４(b)は図２４(a)のＡ−Ａ断面図である。
【０００４】
マイクロストリップアンテナ１００は、受信用マイクロストリップアンテナ１１０と送信用マイクロストリップアンテナ１２０とから構成され、これらをそれぞれ少なくとも１つずつ備える。更に具体的には、受信用マイクロストリップアンテナ１１０と送信用マイクロストリップアンテナ１２０の共通部分として、誘電体基板１０１、グランド板１０２、誘電体基板１０３、レドーム１０４を備え、受信用マイクロストリップアンテナ１１０については、受信用パッチ１１１、給電線１１２、無給電素子１１３、スロット１１４を備え、送信用マイクロストリップアンテナ１２０については、送信用パッチ１２１、給電線１２２、無給電素子１２３、スロット１２４を備える。
【０００５】
受信用マイクロストリップアンテナ１１０は、誘電体基板１０１上に形成された受信用パッチ１１１に、誘電体基板１０１の裏面に被着したグランド板１０２に形成されたスロット１１４を介して給電線１１２に電磁結合により給電する。電磁結合により給電するのは、給電線からの放射によるパッチの放射パターンの乱れを回避するためである。なお、受信用パッチ１１１は、空間１３０を介して対向して配置される無給電素子１１３と一体的に機能することで広い共振周波数帯域を実現する。また、グランド板１２４と給電線１１２との間には誘電体基板１０３が挿入されている。
【０００６】
送信用マイクロストリップアンテナ１２０についても受信用マイクロストリップアンテナ１１０と同様な構成であり、誘電体基板１０１上に形成された送信用パッチ１２１に、誘電体基板１０１の裏面に被着したグランド板１０２に形成されたスロット１２４を介して給電線１２２から電磁結合により給電し電波を送信する。また、送信用パッチ１２１は、空間１３０を介して対向して配置される無給電素子１２３と一体的に機能し、グランド板１２４と給電線１２２との間には、誘電体基板１０３が挿入されている。
【０００７】
なお、受信用マイクロストリップアンテナ１１０と送信用マイクロストリップアンテナ１２０は、誘電体のカバーであるレドーム１０４により一体的に覆われ、無給電素子１１３、１２３はこのレドーム１０４のパッチに対向する側の面に被着される。
【０００８】
マイクロストリップアンテナ１００のＳパラメータの周波数特性の例を図２５に示す。なお、Ｓパラメータは受信用アンテナを端子１として、送信用アンテナを端子２としてとったものであり、従ってＳ12が送信用アンテナから受信用アンテナに回り込む送受信結合量を表す（以下同様）。図２５からわかるように、マイクロストリップアンテナ１００においては、Ｔｘの両矢印で示した送信周波数帯域内（送信用マイクロストリップアンテナ１２０のＶＳＷＲが１．５以下（Ｓ22が−１３．９ｄＢ以下）となる周波数帯域）において最大で−２３ｄＢの送受信間結合が生じている。
【０００９】
送受信間結合は送信用アンテナと受信用アンテナとの距離を広げれば小さくすることができるが、アンテナ全体が大きくなり、設置スペースを小さくすべく両者を一体構成する意味が無くなる。そこで、送信用アンテナと受信用アンテナとの距離を広げることなく送受信間結合を小さくする発明が特許文献１に開示されている。
【００１０】
図２６に、特許文献１の発明による送受分離型のマイクロストリップアンテナ２００の構成例を示す。図２６(a)は分解斜視図、図２６(b)は図２６(a)のＢ−Ｂ断面図、図２６(c)は励振素子２１１の平面図である。
【００１１】
マイクロストリップアンテナ２００は、受信用マイクロストリップアンテナ２１０と送信用マイクロストリップアンテナ１２０とから構成される。マイクロストリップアンテナ１００との違いは、受信用パッチ１１１が励振素子２１１に置き換わっている点にあり、その他については同じである。そこで、先に説明した構成要素と内容が全く同じ構成要素については同じ符号を付し説明を省略する（以下同様）。
【００１２】
励振素子２１１と無給電素子１１３は一体的に受信用パッチとして機能するが、励振素子２１１を図２６に示すような複数の（長方形や台形の）短冊状素子により構成することで、励振素子２１１がフィルタの効果を奏し、送受信間結合量を小さくすることができる。具体的には図２７からわかるように、マイクロストリップアンテナ２００（ここでは励振素子２１１を図２６(c)に示すような長方形の短冊状素子２１１ａと２１１ｂの２個で構成）においては、Ｔｘの両矢印で示した送信周波数帯域内において送受信間結合量を最大でも−２９．７ｄＢに抑えることができている。ここで、２個の短冊状素子の長手方向の長さＬ00、Ｌ01はそれぞれ０．２７λ０、０．３１λ０（λ０は送信周波数帯の下限周波数における波長）である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２００９−７１７９５号公報
【非特許文献】
【００１４】
【非特許文献１】Nirod. K. Das and David M. Pozar、"Multiport scattering analysis of general multilayered printed antennas fed by multiple feed ports: II. Applications"、IEEE Trans. On Antennas and Propagation、1992年5月、Vol.40, No.5.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
特許文献１で開示された構成によれば、送受信間結合を抑制することができるが、図２７で例示したような送受信間結合特性を得るためには、励振素子２１１を構成する短冊状素子の長さを対向する無給電素子１１３の長さとほぼ同じにする必要がある。また、励振素子は偏波方向に依存性がある。そのため、特許文献１で開示された構成を用いて偏波共用アンテナを実現するには別に直交偏波用の励振素子を設ける必要があり、このアンテナをある限られた大きさで実現しようとすると、直交偏波用の励振素子を同一平面内に設ける場合には、面積の不足から２つの励振素子が接触し励振素子として正常に動作させることができない恐れがある。また、直交偏波用の励振素子を積層することも考えられるが、この場合には重なり合う励振素子相互の影響が大きく所望の特性を得ることが難しい。
【００１６】
本発明の目的は上記の問題点を解決すべく、送受信間結合を小さくする励振素子を従来より小型に、かつ簡単な構成で実現可能な送受分離型のマイクロストリップアンテナを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明のマイクロストリップアンテナは、誘電体基板上に形成された送信用パッチに、上記誘電体基板の裏面に被着したグランド板に形成されたスロットを介して給電線から電磁結合により給電して電波を送信する送信用マイクロストリップアンテナと、無給電素子と上記誘電体基板上に上記無給電素子と空間を隔てて対向して形成された励振素子とにより受信した電波を、上記誘電体基板の裏面に被着したグランド板に形成されたスロットを介して給電線に電磁結合により給電する受信用マイクロストリップアンテナとをそれぞれ少なくとも１つずつ備え、上記励振素子は複数の金属片から構成され、各金属片の隣接部分はメアンダ状の一定幅の間隙により隔てられている。さらに、上記金属片の間隙の中心が、上記スロットの中心と対向しないように配置してもよい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明のマイクロストリップアンテナによれば、送受信間結合を小さくする励振素子を従来より小型に、かつ簡単な構成で実現することができる。そのため、アンテナの大きさを変えることなく同一平面内に直交偏波用励振素子を配置することができ、かつ、製造も容易に行うことができる。さらに、上記金属片の間隙の中心が上記スロットの中心と対向しないように配置すれば、広帯域性とフィルタ機能とを両立した送受別アンテナを、簡単な構成で実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明のマイクロストリップアンテナの構成例を示す分解斜視図。
【図２】図１のマイクロストリップアンテナの平面図及び断面図。
【図３】本発明のマイクロストリップアンテナで用いる励振素子の構成例を示す図。
【図４】図３の励振素子を用いた場合のＳパラメータの周波数特性の例を示す図。
【図５】励振素子の電流分布の使用周波数帯による相違を示すイメージ図。
【図６】励振素子を構成する２つの金属片の長さの比を変えた場合のＳパラメータの周波数特性の相違を示す図。
【図７】励振素子の位置をスロットの位置に対してオフセットするイメージを示す図。
【図８】励振素子をオフセットした場合のＳパラメータの周波数特性の相違を示す図。
【図９】実施例１変形例３の受信用マイクロストリップアンテナの構成を示す図。
【図１０】ｙ方向のオフセットを０にし、ｘ方向のオフセットを変更した場合のＳ11パラメータを示す図。
【図１１】ｙ方向のオフセットを０にし、ｘ方向のオフセットを変更した場合のＳ12パラメータ（Ｓ21パラメータ）を示す図。
【図１２】ｘ方向のオフセットを０．０１８ l０にし、ｙ方向のオフセットを変更した場合のＳ11パラメータを示す図。
【図１３】ｘ方向のオフセットを０．０１８ l０にし、ｙ方向のオフセットを変更した場合のＳ12パラメータ（Ｓ21パラメータ）を示す図。
【図１４】オフセット量をｘ方向とｙ方向ともに０．０１８ l０にした受信用マイクロストリップアンテナを、図1のマイクロストリップアンテナに用いたときのＳパラメータを示す図。
【図１５】励振素子と受信用パッチとの相対位置を変えるイメージを示す図。
【図１６】励振素子と受信用パッチとの相対位置を変えた場合のＳパラメータの周波数特性を示す図。
【図１７】本発明のマイクロストリップアンテナで用いる励振素子の別の構成例を示す図。
【図１８】図１７の励振素子を用いた場合のＳパラメータの周波数特性の例を示す図。
【図１９】２つの励振素子を直交配置するイメージを示す図。
【図２０】金属片３１１ａと金属片３１１ｂの間隙の中心Ｃがスロット１１４の中心と対向しないように配置した受信用マイクロストリップアンテナの２つを直交配置するイメージを示す図。
【図２１】図２０の受信用マイクロストリップアンテナと、２組のスロット１２４と給電線１２２を方向が直交するように配置した送信用マイクロストリップアンテナとを図１のマイクロストリップアンテナに用いた場合の反射減衰量を示す図。
【図２２】図２０の受信用マイクロストリップアンテナと、２組のスロット１２４と給電線１２２を方向が直交するように配置した送信用マイクロストリップアンテナとを図１のマイクロストリップアンテナに用いた場合の相互結合量を示す図。
【図２３】本発明のマイクロストリップアンテナをアレー構成する例を示す図。
【図２４】従来のマイクロストリップアンテナの構成例を示す分解斜視図及び断面図。
【図２５】図２４のマイクロストリップアンテナのＳパラメータの周波数特性の例を示す図。
【図２６】従来のマイクロストリップアンテナの別の構成例を示す分解斜視図及び断面図。
【図２７】図２６のマイクロストリップアンテナのＳパラメータの周波数特性の例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。なお、同じ機能を有する構成部には同じ番号を付し、重複説明を省略する。
【実施例１】
【００２１】
図１に本発明のマイクロストリップアンテナ３００の構成例の分解斜視図を、図２(a)にその平面図を、図２(b)に図２(a)のＣ−Ｃ断面図をそれぞれ示す。
【００２２】
マイクロストリップアンテナ３００は、受信用マイクロストリップアンテナ３１０と送信用マイクロストリップアンテナ１２０とから構成される。特許文献１の発明に係る従来のマイクロストリップアンテナ２００との相違は、励振素子２１１が励振素子３１１に置き換わっている点にあり、その他の構成要素の内容はマイクロストリップアンテナ２００と同じである。
【００２３】
励振素子３１１の構成例を図３に示す。励振素子３１１は、複数（図３の例では金属片３１１ａと金属片３１１ｂの２個）の金属片から構成され、各金属片の隣接部分はメアンダ状の一定幅ｇの間隙により隔てられている。
【００２４】
図４に、図３に示す励振素子３１１を用いたマイクロストリップアンテナ３００のＳパラメータの周波数特性の例を示す。なお、金属片３１１ａの長さＬ１は０．１７λ０、金属片３１１ｂの長さＬ０は０．１６λ０であり、マイクロストリップアンテナ３００の真上から見た時、図７(a)に示すように励振素子３１１の間隙の中心Ｃとスロット１１４の中心とが一致した状態で対向しており、また、図１５(a)に示すように励振素子３１１は無給電素子１１３の角の部分（この例では左下）に対向している。図４から、受信用マイクロストリップアンテナ３１０の共振周波数帯域Ｒｘの高域における反射減衰量特性Ｓ11は急峻になっており、送信用マイクロストリップアンテナ１２０の共振周波数帯域Ｔｘと近接しているにもかかわらず、周波数帯域Ｔｘにおける反射減衰量Ｓ11は非常に低いレベルに抑えられていることがわかる。また、周波数帯域Ｔｘにおける送受信間結合量Ｓ12の最悪値も−２７．３ｄＢに低減できていることがわかる。
【００２５】
以上のように、マイクロストリップアンテナ３００においては、励振素子３１１の長さがマイクロストリップアンテナ２００の励振素子２１１の長さ（Ｌ00＝０．２７λ０、Ｌ01＝０．３１λ０）より４０％以上短縮されているにもかかわらず送信周波数帯域において、マイクロストリップアンテナ１００に比べて優れた特性を、またマイクロストリップアンテナ２００とほぼ同等な特性を得ることができる。
【００２６】
励振素子３１１にメアンダ状の間隙を設けることで良好な特性が得られるのは、マイクロストリップアンテナ２００と同様、励振素子がフィルタの効果を奏しているためである。マイクロストリップアンテナ１００の場合、観測周波数にかかわらず受信用パッチ１１１に流れる電流の向きは一定である（特許文献１参照）。一方、マイクロストリップアンテナ３００において受信用パッチ１１１に対応する励振素子３１１上の大まかな電流分布を図５(a)、(b)に示す。図５(a)は低い周波数帯域（受信周波数帯域Ｒｘ）、図５(b)は高い周波数帯域（送信周波数帯域Ｔｘ）における電流分布である。また、矢印の方向が電流の方向を示し、矢印が太いほど電流が大きいことを示す。図５(a)、(b)から、受信周波数帯域ではメアンダ状の間隙の経路長が長い金属片３１１ａに金属片３１１ｂより大きな電流が流れてアンテナとして動作する一方、送信周波数帯域では双方の金属片にほぼ同じ大きさの逆向きの電流が流れるため、相殺してアンテナとして動作しなくなると考えられる。このような原理により、受信周波数帯域Ｒｘの高域における反射減衰量Ｓ11の急峻化と送信周波数帯域Ｔｘにおける送受信間結合量Ｓ12の低減というフィルタ効果を奏すると考えられる。
【００２７】
［変形例１］
図４に示したＳパラメータの周波数特性は、励振素子３１１の金属素子３１１ａの長さＬ１と金属素子３１１ｂの長さＬ０との比Ｌ１／Ｌ０が約１．１である場合の特性を示したものであるが、この比を変えても本発明の効果を奏する。図６にＬ１／Ｌ０を１．０（Ｌ１＝Ｌ０）から１．２８まで６段階に変化させた場合の送受信間結合特性Ｓ12を示す。図６から、Ｌ１／Ｌ０の値が大きいほどＳ12特性の落ち込み部分が低域にシフトし、つまりフィルタとして動作する遮断周波数が低域にシフトすることがわかる。このように、Ｌ１／Ｌ０の値を変化させることで、励振素子３１１がフィルタとして動作する周波数を所望の周波数に調整することができる。
【００２８】
［変形例２］
図４に示したＳパラメータの周波数特性は、マイクロストリップアンテナ３００を真上から見た時に、図７(a)に示すように励振素子３１１の間隙の中心Ｃとスロット１１４の中心とが一致した状態で対向している時の特性である。しかし、励振素子３１１をスロット１１４に対してオフセットした場合においても本発明の効果を奏する。図７(b)は、図７(a)に示すオフセットしていない状態を０として、紙面右方向を＋方向、左方向を−方向と定義した場合に、＋方向にオフセットした状態を示したものである。図８に±２ｍｍの範囲で励振素子３１１をオフセットした場合の送受信間結合特性Ｓ12を示す。図８から、−方向にオフセットするほどフィルタとして動作する遮断周波数が低域にシフトし、かつＳ12特性のくぼみが急峻になることがわかる。このように、励振素子３１１をスロット１１４に対してオフセットすることで、励振素子３１１がフィルタとして動作する周波数を所望の周波数に調整することができる。
【００２９】
［変形例３］
実施例１のマイクロストリップアンテナ３００では、金属片３１１ａと金属片３１１ｂの間隙の中心Ｃが、スロット１１４の中心と対向するように配置していた。このような構成の場合、図４のような受信間結合Ｓ12特性を得るためには、受信アンテナの比帯域幅がフィルタ動作素子なしモデル（非特許文献１）より狭帯域になることが分かる。一方、偏波共用アンテナを構成した場合、送信帯域内における送受信間結合Ｓ12特性を低減しつつ、受信アンテナの比帯域幅が広いことが要求される。しかし、フィルタ機能とアンテナの広帯域化の両立が難しいことから、受信アンテナの広帯域性と送受信間結合抑制の両方を実現することが困難であった。また、変形例２では、励振素子３１１をオフセットした場合にも実施例１と同様の効果が得られることを示した。
【００３０】
本変形例では、積極的に励振素子３１１をオフセットした場合について示す。図９は、本変形例のマイクロストリップアンテナの構成を示す図であって、金属片３１１ａと金属片３１１ｂの間隙の中心Ｃが、スロット１１４の中心と対向しないように配置されている。図９の紙面左右方向がｘ方向、紙面上下方向がｙ方向であり、紙面右側がｘ方向の＋、紙面上側がｙ方向の＋である。図９の例では、金属片３１１ａと金属片３１１ｂの間隙の中心Ｃは、スロットの中心よりも＋ｘ方向、＋ｙ方向にオフセットされている。
【００３１】
図１０は、ｙ方向のオフセットを０にし、ｘ方向のオフセットを変更した場合のＳ11パラメータを示す図である。図１１は、ｙ方向のオフセットを０にし、ｘ方向のオフセットを変更した場合のＳ12パラメータ（Ｓ21パラメータ）を示す図である。基地局アンテナとして使うためには、ＶＳＷＲが１．５以下となる受信アンテナ比帯域幅と送信周波数帯域内の送受信間結合（送信帯域内の最悪値）を評価する必要がある。図１０から、本発明の構成を用いて励振素子の中心（金属片３１１ａと金属片３１１ｂの間隙の中心Ｃ）を給電スロットの中心からｘ方向にオフセットして配置することによって、受信アンテナの比帯域幅が大きくなることが分かる。また、図１１から、ｘ方向のオフセットの増加に伴ってローパスフィルタとして動作するカットオフ周波数が低域にシフトすることが分かる。なお、図１０、１１の結果では、ｘ方向のオフセットが約０．０１８ l０の時、受信アンテナの比帯域幅が一番広く取れることが分かる。
【００３２】
図１２は、ｘ方向のオフセットを０．０１８ l０にし、ｙ方向のオフセットを変更した場合のＳ11パラメータを示す図である。図１３は、ｘ方向のオフセットを０．０１８ l０にし、ｙ方向のオフセットを変更した場合のＳ12パラメータ（Ｓ21パラメータ）を示す図である。図１２より、ｙ方向にオフセットしない時と比べ、ｙ方向にオフセット配置した方が受信アンテナの比帯域幅が増加することが分かる。また、図１３より、ｙ方向にオフセット配置しても、送受信間結合を表すＳ２１特性がほとんど変わらないことが分かる。つまり、ｙ方向へのオフセット配置は、送信帯域内における送受信間結合特性を維持しながら、受信アンテナの広帯域化を実現できる。
【００３３】
このようにＳ11の広帯域化ができる理由は、受信アンテナの比帯域幅に影響を与える給電スロットと励振素子との電磁結合が改善されたことと考えられる。また、フィルタとして機能するために、メアンダ状の隙間を狭くする必要があるが、そうすることで給電スロットと励振素子との電磁結合が難しくなり、受信アンテナの比帯域幅が狭くなったと考えられる。そして、給電スロットと励振素子との相対位置をオフセット配置することにより、給電スロットから放射された電波が励振素子に励振しやすくなり、結果として受信アンテナの比帯域幅拡大に貢献できたと考えられる。
【００３４】
オフセット量をｘ方向とｙ方向ともに０．０１８ l０にした受信用マイクロストリップアンテナを、図1のマイクロストリップアンテナに用いたときのＳパラメータを図１４に示す。送信アンテナから受信側への回り込み（送受信間結合：Ｓ１２）は、送信帯域内での最悪値を約−３６．８ｄＢにでき、なおかつ受信アンテナの比帯域幅を約１１．６％と広帯域化できた。実施例１の受信アンテナの比帯域幅は約４．８％だったが、本変形例の構成を用いることにより、受信アンテナ比帯域幅を約２．４倍拡大できる。このように、本変形例のマイクロストリップアンテナは、金属片３１１ａと金属片３１１ｂの間隙の中心Ｃがスロット１１４の中心と対向しないように配置されているので、広帯域性とフィルタ機能とを両立した送受別アンテナを、簡単な構成で実現できる。
【実施例２】
【００３５】
図４に示したＳパラメータの周波数特性は、マイクロストリップアンテナ３００を真上から見た時に、図１５(a)に示すように励振素子３１１が無給電素子１１３の角の部分（この例では左下）に対向している時の特性である。しかし、励振素子３１１と無給電素子１１３との相対位置を変えても実施例１と同様な効果を奏する。例えば、図１５(b)に示すように励振素子３１１を無給電素子１１３の中央部分に対向配置した場合のＳパラメータの周波数特性を図１６に示す。図１６から、送信周波数帯域Ｔｘにおける送受信間結合量Ｓ12が最悪でも−３０ｄＢとれていることがわかる。このように、励振素子３１１と無給電素子１１３との相対位置を変えても、励振素子３１１はフィルタとして動作し、送受信間結合量を低減させることができる。
【実施例３】
【００３６】
図４に示したＳパラメータの周波数特性は、励振素子３１１が図３の形状である場合の特性である。しかし、メアンダ状の間隙が図１７に示すように迂回するルートが異なるものであっても図１８に示すように、受信周波数帯域Ｒｘの高域における反射減衰量Ｓ11の急峻化と送信周波数帯域Ｔｘにおける送受信間結合量Ｓ12の低減（この例では約−２７ｄＢ）というフィルタ効果を奏する。また、図１７の形状を図３の形状の場合と同様な外形寸法（同じ長さＬ０、Ｌ１、幅ｗ、間隙幅ｇ）で構成した場合、メアンダ状の間隙の経路長が長くなるため、フィルタとして動作する遮断周波数が低域にシフトする。言いかえれば、図３の形状の場合と同じ遮断周波数のフィルタを、より小さい外形の励振素子で実現できる。このように、励振素子３１１内でのメアンダ状の間隙の迂回ルートを変えることで、励振素子３１１がフィルタとして動作する周波数を所望の周波数に調整することができる。
【実施例４】
【００３７】
上記各実施例に示すように、励振素子２１１より４０％以上小型化された励振素子３１１を用いることで、同一平面内に２個の励振素子３１１を配置することも可能となる。そのため、例えば図１９に示すように、各励振素子の長手方向が直交するように２個の励振素子３１１を誘電体基板１０１上に配置することで、直交偏波共用アンテナにおいてもアンテナサイズを拡大することなく送受信間結合の抑制効果を得ることが可能となる。なお、直交偏波用励振素子の適用時には、給電線１１２についても同一平面内に直交偏波用給電線を設ける必要がある。この場合、各給電線１１２が互いに接触しないよう、図１９に示すように各給電線１１２の先端を曲げても構わないが、開放端の長さを先端を曲げない場合と同じにしないと受信アンテナや送信アンテナのインピーダンス整合に影響が生じるため、その点につき留意が必要である。
【００３８】
［変形例］
図２０に、各励振素子の長手方向が直交するように２個の励振素子３１１を誘電体基板１０１上に配置した構成であって、金属片３１１ａと金属片３１１ｂの間隙の中心Ｃがスロット１１４の中心と対向しないように配置した受信用マイクロストリップアンテナの例を示す。この受信用マイクロストリップアンテナと、２組のスロット１２４と給電線１２２を方向が直交するように配置した送信用マイクロストリップアンテナとを図１のマイクロストリップアンテナに用いた場合の反射減衰量を図２１に、送信アンテナから受信アンテナへの回り込みを示す相互結合量を図２２に示す。図２１のＳ11、Ｓ33が受信用アンテナの２つの偏波の反射減衰量を、Ｓ22、Ｓ44が送信用アンテナの２つの偏波の反射減衰量を示している。図２２のＳ12、Ｓ21が一方の偏波の送信用アンテナと受信用アンテナの相互結合量を、Ｓ34、Ｓ43が他方の偏波の送信用アンテナと受信用アンテナの相互結合量を示している。図２１、２２から分かるように、偏波共用アンテナの場合にも、実施例1変形例３と同じように、受信アンテナの比帯域幅拡大と送信帯域内の送受信間結合低減を両立できる。
【実施例５】
【００３９】
基地局アンテナとして所望の利得を得るために、レドーム１０４内に本発明の受信用マイクロストリップアンテナ３１０及び送信用マイクロストリップアンテナ１２０を複数個、一列に配置することが考えられる。図２３は、受信アンテナと送信アンテナとの組（図１に示したマイクロストリップアンテナ）をレドーム内に２組配置し背面にトーナメント状の給電線路を設けて送受分離型のマイクロストリップアンテナを構成する例を示したものである。この場合、受信アンテナＲ＃１とＲ＃２として本発明の受信用マイクロストリップアンテナ３１０を配置することにより、送信アンテナＴ＃１とＴ＃２からの不要な回り込みを防ぐことができる。
【００４０】
なお、図２３では１つの偏波用のアンテナを並べた例を示したが、この例に限定する必要は無い。実施例４、実施例４変形例で示した偏波共用アンテナを複数個並べたときも、同じ効果が得られる。
【符号の説明】
【００４１】
１００、２００、３００ マイクロストリップアンテナ
１０１、１０３ 誘電体基板
１０２ グランド板
１０４ レドーム
１１０、２１０、３１０ 受信用マイクロストリップアンテナ
１１１ 受信用パッチ
１１２、１２２ 給電線
１１３、１２３ 無給電素子
１１４、１２４ スロット
１２０ 送信用マイクロストリップアンテナ
２１１、３１１ 励振素子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体基板上に形成された送信用パッチに、上記誘電体基板の裏面に被着したグランド板に形成されたスロットを介して給電線から電磁結合により給電して電波を送信する送信用マイクロストリップアンテナと、
無給電素子と上記誘電体基板上に上記無給電素子と空間を隔てて対向して形成された励振素子とにより受信した電波を、上記誘電体基板の裏面に被着したグランド板に形成されたスロットを介して給電線に電磁結合により給電する受信用マイクロストリップアンテナと、
をそれぞれ少なくとも１つずつ備えるマイクロストリップアンテナにおいて、
上記励振素子は、複数の金属片から構成され、各金属片の隣接部分がメアンダ状の一定幅の間隙により隔てられていることを特徴とするマイクロストリップアンテナ。
【請求項２】
請求項１記載のマイクロストリップアンテナであって、
前記金属片の間隙の中心が、前記スロットの中心と対向しないように配置していることを特徴とするマイクロストリップアンテナ。
【請求項３】
請求項１または２に記載のマイクロストリップアンテナであって、
上記励振素子が、上記誘電体基板上にそれぞれの中心軸が直交するように２個配置されることを特徴とするマイクロストリップアンテナ。
【請求項４】
請求項１または２に記載のマイクロストリップアンテナであって、
上記送信用マイクロストリップアンテナと上記受信用マイクロストリップアンテナは、一列に配置されることを特徴とするマイクロストリップアンテナ。
【請求項１】
誘電体基板上に形成された送信用パッチに、上記誘電体基板の裏面に被着したグランド板に形成されたスロットを介して給電線から電磁結合により給電して電波を送信する送信用マイクロストリップアンテナと、
無給電素子と上記誘電体基板上に上記無給電素子と空間を隔てて対向して形成された励振素子とにより受信した電波を、上記誘電体基板の裏面に被着したグランド板に形成されたスロットを介して給電線に電磁結合により給電する受信用マイクロストリップアンテナと、
をそれぞれ少なくとも１つずつ備えるマイクロストリップアンテナにおいて、
上記励振素子は、複数の金属片から構成され、各金属片の隣接部分がメアンダ状の一定幅の間隙により隔てられていることを特徴とするマイクロストリップアンテナ。
【請求項２】
請求項１記載のマイクロストリップアンテナであって、
前記金属片の間隙の中心が、前記スロットの中心と対向しないように配置していることを特徴とするマイクロストリップアンテナ。
【請求項３】
請求項１または２に記載のマイクロストリップアンテナであって、
上記励振素子が、上記誘電体基板上にそれぞれの中心軸が直交するように２個配置されることを特徴とするマイクロストリップアンテナ。
【請求項４】
請求項１または２に記載のマイクロストリップアンテナであって、
上記送信用マイクロストリップアンテナと上記受信用マイクロストリップアンテナは、一列に配置されることを特徴とするマイクロストリップアンテナ。
【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】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【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】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【公開番号】特開２０１１−７１９５４（Ｐ２０１１−７１９５４Ａ）
【公開日】平成２３年４月７日（２０１１．４．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−４１４００（Ｐ２０１０−４１４００）
【出願日】平成２２年２月２６日（２０１０．２．２６）
【出願人】（３９２０２６６９３）株式会社エヌ・ティ・ティ・ドコモ (5,876)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年４月７日（２０１１．４．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年２月２６日（２０１０．２．２６）
【出願人】（３９２０２６６９３）株式会社エヌ・ティ・ティ・ドコモ (5,876)
【Ｆターム（参考）】
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