(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直交する２つの異なる偏波に適用するアンテナ素子を有した個別のアンテナユニットを複数の周波帯域のそれぞれについて設けた周波数共用偏波共用アンテナ装置であって、
前記各アンテナユニットのアンテナ素子として、直線状の素子導体とこの素子導体の側方に平行に設けられた折り返し導体とを有する折り返しダイポールアンテナ素子を用いたことを特徴とする周波数共用偏波共用アンテナ装置。
【請求項２】
前記各アンテナユニットは、それぞれ、
前記折り返しダイポールアンテナ素子を金属箔によって形成した第１の誘電体基板と、
前記折り返しダイポールアンテナ素子に給電する給電線路を金属箔によって形成し、かつ、前記第１の誘電体基板の中央部から該第１の誘電体基板の面に対して鉛直な方向に延びるように前記第１の誘電体基板に結合した第２の誘電体基板と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の周波数共用偏波共用アンテナ装置。
【請求項３】
前記給電線路は、前記折り返しダイポールアンテナ素子と前記給電線路とをインピーダンス整合するためのインピーダンス整合用結合板を備え、このインピーダンス整合用結合板は、前記第２の誘電体基板に金属箔によって形成されていることを特徴とする請求項２に記載の周波数共用偏波共用アンテナ装置。
【請求項４】
前記各アンテナユニットの背部に配設した第３の誘電体基板を更に備え、該第３の誘電体基板には、前記各アンテナユニットの前記給電線路を接続するための給電回路が金属箔によって形成されていることを特徴とする請求項２に記載の周波数共用偏波共用アンテナ装置。
【請求項５】
前記各アンテナユニットの背部に配設した反射板を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の周波数共用偏波共用アンテナ装置。
【請求項６】
前記折り返しダイポールアンテナ素子は、前記折り返し導体の幅が非折り返し部である前記素子導体の幅よりも小さく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偏波共用アンテナ装置。
【請求項７】
前記折り返しダイポールアンテナ素子が３線式の折り返しダイポールアンテナ素子であることを特徴とする請求項１に記載の周波数共用偏波共用アンテナ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、移動体通信システム等における基地局アンテナとして好適に使用することができるアンテナ装置に関し、詳しくは、複数の周波数帯において２つの直交する偏波を独立して送受信することができる周波数共用偏波共用アンテナ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
複数の周波数帯ごとに２つの直交する偏波を独立して送受信することができる周波数共用偏波共用アンテナ装置は、例えば、特許文献１によって提案されている。この特許文献１に係る周波数共用偏波共用アンテナ装置は、移動体通信基地局で使用される代表的なアンテナ素子である１／２波長ダイポールアンテナ素子を個々のアンテナユニットにおいて使用し、所望の水平面内指向性を得るために、個々の周波数帯の垂直、水平偏波用アンテナユニットを０．５λ（λは該当周波数帯の中心周波数の波長）以内の間隔で近接配置するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１５３９６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、１／２波長ダイポールアンテナ素子の周辺に他周波数の１／２波長ダイポール素子を近接配置すると、それらの素子間の相互干渉により素子間結合量が劣化して、特性インピーダンスの大きな変化や、放射特性の乱れを生じることとなる。このため、アレイ化した場合においても、所望の指向性を得ることが困難となり、利得の減少等の症状が発生する。以下、この点について更に詳細に説明する。
【０００５】
図３６に示すアンテナ装置は、アンテナユニット１００、２００と、これらのアンテナユニット１００、２００の背部に配設した反射板３００とを備えている。アンテナ１００、２００は、それぞれ１／２波長ダイポールアンテナ素子によって構成された素子部１１０、２１０を有する。この素子部１１０、２１０は互いに平行し、それぞれ約λ１／２、λ２／２の長さを有する。ここで、λ１、λ２は、それぞれアンテナユニット１００、２００の使用周波数帯の中心周波数ｆ１、ｆ２の波長である。
【０００６】
ここで、上記周波数ｆ１、ｆ２及び結合量判定周波数ｆ３が以下のａ〜ｄように設定されているとすると、素子部１０１、２０１のなす間隔Ｄの変化に伴って、周波数ｆ３についての結合量が図３７に示すように変化する。
ａ．ｆ１＝０．８ＧＨｚ、ｆ２＝１．５ＧＨｚ、ｆ３＝０．８４５ＧＨｚ
ｂ．ｆ１＝０．８ＧＨｚ、ｆ２＝１．５ＧＨｚ、ｆ３＝１．４６６ＧＨｚ
ｃ．ｆ１＝１．５ＧＨｚ、ｆ２＝２．０ＧＨｚ、ｆ３＝１．４６６ＧＨｚ
ｄ．ｆ１＝１．５ＧＨｚ、ｆ２＝２．０ＧＨｚ、ｆ３＝１．９２０ＧＨｚ
【０００７】
図３７から明らかなように、いずれの周波数帯においても、素子間隔Ｄが小さくなるに伴って結合量が大きくなる傾向を示し、また、各素子部１１０、２１０が受け持つ周波数帯相互が近いほど結合量が大きくなる傾向を示す。前記したように、この結合量が大きいほど素子部１１０、２１０間の相互干渉が強くなるため、指向性の乱れや利得の減少等の症状が発生する。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、周波数や偏波を共用するために複数のアンテナユニットを近接配置した場合においても、それらのアンテナユニットのアンテナ素子間の結合量を低減することができる周波数共用偏波共用アンテナ装置を提供することにある。   
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、直交する２つの異なる偏波に適用するアンテナ素子を有した個別のアンテナユニットを複数の周波帯域のそれぞれについて設けた周波数共用偏波共用アンテナ装置であって、前記各アンテナユニットのアンテナ素子として直線状の素子導体とこの素子導体の側方に平行に設けられた折り返し導体とを有する折り返しダイポールアンテナ素子を用いることによって上記目的を達成している。
【００１０】
本発明の実施形態においては、前記各アンテナユニットは、それぞれ、前記折り返しダイポールアンテナ素子を金属箔によって形成した第１の誘電体基板と、前記折り返しダイポールアンテナ素子に給電する給電線路を金属箔によって形成し、かつ、前記第１の誘電体基板の中央部から該第１の誘電体基板の面に対して鉛直な方向に延びるように前記第１の誘電体基板に結合した第２の誘電体基板と、を備えている。
【００１１】
前記給電線路は、前記折り返しダイポールアンテナ素子と前記給電線路とをインピーダンス整合するためのインピーダンス整合用結合板を備えることができる。このインピーダンス整合用結合板は、前記第２の誘電体基板に金属箔によって形成される。
【００１２】
前記各アンテナユニットの背部に配設した第３の誘電体基板を更に備えることができ、この第３の誘電体基板には、前記各アンテナユニットの前記給電線路を接続するための給電回路が金属箔によって形成される。また、前記各アンテナユニットの背部に配設した反射板を更に備えることができる。
【００１３】
実施形態における前記折り返しダイポールアンテナ素子では、前記折り返し導体の幅が非折り返し部である前記素子導体の幅よりも小さく設定されている。また、実施形態では、前記折り返しダイポールアンテナ素子として３線式の折り返しダイポールアンテナ素子を使用している。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、２つの異なる偏波に適用する個別のアンテナユニットを複数の周波帯域のそれぞれについて設けた周波数共用偏波共用アンテナ装置において、前記各アンテナユニットのアンテナ素子として折り返しダイポールアンテナ素子を用いている。
従って、周波数や偏波を共用するために複数のアンテナユニットを近接配置した場合においても、それらのアンテナユニットのアンテナ素子相互の結合量を低減して、つまり、該アンテナ素子相互の干渉を少なくして、指向性の乱れや利得の減少等の症状を抑制することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】使用周波数帯の異なるダイポールアンテナ素子をそれぞれ使用した２つのアンテナユニットを含むアンテナ装置の概略斜視図である。
【図２】図１における一方のアンテナユニットを折り返しダイポールアンテナ素子を有するアンテナユニットに置換したアンテナ装置の概略斜視図である。
【図３】図１における他方のアンテナユニットを折り返しダイポールアンテナ素子を有するアンテナユニットに置換したアンテナ装置の概略斜視図である。
【図４】図１における双方のアンテナユニットを折り返しダイポールアンテナ素子を有するアンテナユニットに置換したアンテナ装置の概略斜視図である。
【図５】一方及び他方のアンテナユニットの使用周波数帯がそれぞれ０．８ＧＨ帯及び１．５ＧＨ帯である場合における周波数０．８４５ＧＨについての素子間隔と素子間結合量との関係を図１〜図４のアンテナ装置のそれぞれについて例示したグラフである。
【図６】一方及び他方のアンテナユニットの使用周波数帯がそれぞれ０．８ＧＨ帯及び１．５ＧＨ帯である場合における周波数１．４６６ＧＨについての素子間隔と素子間結合量との関係を図１〜図４のアンテナ装置のそれぞれについて例示したグラフである。
【図７】一方及び他方のアンテナユニットの使用周波数帯がそれぞれ１．５ＧＨ帯及び２．０ＧＨ帯である場合における周波数１．４６６ＧＨについての素子間隔と素子間結合量との関係を図１〜図４のアンテナ装置のそれぞれについて例示したグラフである。
【図８】一方及び他方のアンテナユニットの使用周波数帯がそれぞれ１．５ＧＨ帯及び２．０ＧＨ帯である場合における周波数１．９２０ＧＨについての素子間隔と素子間結合量との関係を図１〜図４のアンテナ装置のそれぞれについて例示したグラフである。
【図９】０．８ＧＨｚ帯１／２波長ダイポールアンテナ素子を有するアンテナ及び０．８ＧＨｚ帯３線式折り返しダイポールアンテナ素子を有するアンテナの最大利得の周波数特性をそれぞれ例示したグラフである。
【図１０】１．５ＧＨｚ帯１／２波長ダイポールアンテナ素子を有するアンテナ及び１．５ＧＨｚ帯３線式折り返しダイポールアンテナ素子を有するアンテナの最大利得の周波数特性をそれぞれ例示したグラフである。
【図１１】２．０ＧＨｚ帯１／２波長ダイポールアンテナ素子を有するアンテナ及び２．０ＧＨｚ帯３線式折り返しダイポールアンテナ素子を有するアンテナの最大利得の周波数特性をそれぞれ例示したグラフである。
【図１２】０．８ＧＨｚ帯１／２波長ダイポールアンテナ素子を有するアンテナのリターンロス特性を例示したグラフである。
【図１３】３線式折り返しダイポールアンテナ素子を有するアンテナのリターンロス特性を例示したグラフである。
【図１４】アンテナ素子として３線式折り返しダイポールアンテナ素子を適用した本発明に係る周波数共用偏波共用アンテナ装置の一実施形態を示す斜視図である。
【図１５】０．８ＧＨｚ帯に使用する垂直偏波用アンテナユニットと水平偏波用アンテナユニットの構成を示す斜視図である。
【図１６】図１５に示すアンテナユニットのリターンロス特性を示すグラフである。
【図１７】０．８ＧＨｚ帯に使用する垂直偏波用アンテナユニットと水平偏波用アンテナユニットの他の構成を示す斜視図である。
【図１８】図１７に示すアンテナユニットのリターンロス特性を示すグラフである。
【図１９】１．５ＧＨｚ帯に使用する垂直偏波用アンテナユニットと水平偏波用アンテナユニットの構成を示す斜視図である。
【図２０】図１９に示すアンテナユニットのリターンロス特性を示すグラフである。
【図２１】１．５ＧＨｚ帯に使用する垂直偏波用アンテナユニットと水平偏波用アンテナユニットの他の構成を示す斜視図である。
【図２２】図２１に示すアンテナユニットのリターンロス特性を示すグラフである。
【図２３】図１５に示すアンテナユニットの素子部の構成を示す平面図である。
【図２４】図１９に示すアンテナユニットの素子部の構成を示す平面図である。
【図２５】図１５に示すアンテナユニットの給電部の構成を示す平面図である。
【図２６】図１４に示すアンテナ装置における０．８ＧＨｚ帯垂直偏波用アンテナユニットの定在波比特性を示したグラフである。
【図２７】図１４に示すアンテナ装置における０．８ＧＨｚ帯水平偏波用アンテナユニットの定在波比特性を示したグラフである。
【図２８】図１４に示すアンテナ装置における１．５ＧＨｚ帯垂直偏波用アンテナユニットの定在波比特性を示したグラフである。
【図２９】図１４に示すアンテナ装置における１．５ＧＨｚ帯水平偏波用アンテナユニットの定在波比特性を示したグラフである。
【図３０】図１４に示すアンテナ装置における０．８ＧＨｚ帯垂直偏波用アンテナユニットと０．８ＧＨｚ帯水平偏波用アンテナユニットのポート間結合量特性を示すグラフである。
【図３１】図１４に示すアンテナ装置における０．８ＧＨｚ帯垂直偏波用アンテナユニットと１．５ＧＨｚ帯垂直偏波用アンテナユニットのポート間結合量特性を示すグラフである。
【図３２】図１４に示すアンテナ装置における０．８ＧＨｚ帯水平偏波用アンテナユニットと１．５ＧＨｚ帯垂直偏波用アンテナユニットのポート間結合量特性を示すグラフである。
【図３３】図１４に示すアンテナ装置における１．５ＧＨｚ帯垂直偏波用アンテナユニットと１．５ＧＨｚ帯水平偏波用アンテナユニットのポート間結合量特性を示すグラフである。
【図３４】図１４に示すアンテナ装置における０．８ＧＨｚ帯垂直偏波用アンテナユニットと１．５ＧＨｚ帯水平偏波用アンテナユニットのポート間結合量特性を示すグラフである。
【図３５】図１４に示すアンテナ装置における０．８ＧＨｚ帯水平偏波用アンテナユニットと１．５ＧＨｚ帯水平偏波用アンテナユニットのポート間結合量特性を示すグラフである。
【図３６】使用周波数帯の異なるアンテナユニットを含む従来のアンテナ装置の概略斜視図である。
【図３７】従来のアンテナ装置の結合量特性を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
まず、本発明に係る周波数共用偏波共用アンテナ装置において使用される折り返しダイポールアンテナ素子の機能について説明する。
図１に示すアンテナ装置Ａ１は、間隔Ｄをおいて配列するアンテナユニット１０、２０と、これらのアンテナユニット１０、２０の背部に配設した反射板３０とを備えている。
アンテナユニット１０、２０の素子部１１、２１は、一般的なダイポールアンテナ素子（ＤＰ）によって構成され、それぞれ約λ１／２、λ２／２の長さを有する。ここで、λ１はアンテナユニット１０の使用周波数帯の中心周波数ｆ１の波長であり、λ２はアンテナユニット２０の使用周波数帯の中心周波数ｆ２の波長である。このように、このアンテナ装置は図３６に示したアンテナ装置と同等な構成を有している。
【００１７】
図２に示すアンテナ装置Ａ２は、図１に示すアンテナ装置Ａ１のアンテナユニット２０をアンテナユニット２０’に置換した構成を有する。また、図３に示すアンテナ装置Ａ３は、図１に示すアンテナ装置Ａ１のアンテナユニット１０をアンテナユニット１０’に置換した構成を有し、更に、図４に示すアンテナ装置Ａ４は、図１に示すアンテナ装置Ａ１のアンテナユニット１０、２０をそれぞれアンテナユニット１０’、２０’に置換した構成を有する。
アンテナユニット１０’、２０’は、素子部１１’、２１’がそれぞれ折り返しダイポールアンテナ素子（ＦＤ）によって構成されており、この点でアンテナユニット１０、２０と相違している。
【００１８】
ここで、周波数ｆ１、ｆ２がｆ１＝０．８ＧＨｚ、ｆ２＝１．５ＧＨｚに設定されているとすると、アンテナ装置Ａ１〜Ａ４における周波数ｆ３＝０．８４５ＧＨｚについての素子間結合量は、素子間隔Ｄの変化に伴って図５のａ〜ｄに示すような態様でそれぞれ変化し、また、周波数ｆ３＝１．４６６ＧＨｚについての素子間結合量は、図６のａ〜ｄに示すような態様でそれぞれ変化する。
また、周波数ｆ１、ｆ２がｆ１＝１．５ＧＨｚ、ｆ２＝２．０ＧＨｚに設定されている場合には、アンテナ装置Ａ１〜Ａ４における周波数ｆ３＝１．４６６ＧＨｚについての素子間結合量は、素子間隔Ｄの変化に伴って図７のａ〜ｄに示すような態様でそれぞれ変化し、また、周波数ｆ３＝１．９２０ＧＨｚについての素子間結合量は、図８のａ〜ｄに示すような態様でそれぞれ変化する。
【００１９】
図５に示す特性ａ、ｃと特性ｂ、ｄとの対比から明らかなように、ｆ１＝０．８ＧＨｚ、ｆ２＝１．５ＧＨｚ、ｆ３＝０．８４５ＧＨｚの場合には、アンテナ装置Ａ１、Ａ３における結合量よりもアンテナ装置Ａ２、Ａ４における結合量が小さくなる。
また、図６に示す特性ａ、ｂと特性ｃ、ｄとの対比から明らかなように、ｆ１＝０．８ＧＨｚ、ｆ２＝１．５ＧＨｚ、ｆ３＝１．４６６ＧＨｚの場合には、アンテナ装置Ａ１、Ａ２における結合量よりもアンテナ装置Ａ３、Ａ４における結合量が小さくなる。
【００２０】
この結果から、折り返しダイポールアンテナ素子（ＦＤ）は、自己が放射する周波数帯についての素子間結合量を小さくするように作用するのではなく、近接配置された他のアンテナ素子が使用する周波数帯についての素子間結合量を小さくするように作用する。
すなわち、例えば、図２のアンテナユニット２０’の折り返しダイポールアンテナ素子２１’は、中心周波数ｆ２（例えば、１．５ＧＨｚ）の周波数帯域について素子間結合量を小さくするのではなく、アンテナユニット２０’に近接配置された他のアンテナユニット１０に係る中心周波数ｆ１（例えば、０．８ＧＨｚ）の周波数帯域についての素子間結合量を小さくする作用をなす。
【００２１】
図９は、０．８ＧＨｚ帯用１／２波長ダイポールアンテナ素子を備えるアンテナユニットの最大利得の周波数特性ａと、０．８ＧＨｚ帯用３線式折り返しダイポールアンテナ素子（構成については後述する）を備えるアンテナユニットの同周波数特性ｂとを例示し、また図１０は、１．５ＧＨｚ帯用１／２波長ダイポールアンテナ素子を備えるアンテナユニットの最大利得の周波数特性ａと、１．５ＧＨｚ帯用３線式折り返しダイポールアンテナ素子を備えるアンテナユニットの同周波数特性ｂとを例示している。
更に図１１は、２ＧＨｚ帯用１／２波長ダイポールアンテナ素子を備えるアンテナユニットの最大利得の周波数特性ａと、２ＧＨｚ帯用３線式折り返しダイポールアンテナ素子を備えるアンテナユニットの同周波数特性ｂとを例示している。
ここで、０．８ＧＨｚ帯、１．５ＧＨｚ帯及び２ＧＨｚ帯は、それぞれ０．８ＧＨｚ、１．５ＧＨｚ及び２ＧＨｚを中心周波数とする周波数帯のことである。
【００２２】
図９〜図１１から明らかなように、１／２波長ダイポールアンテナ素子は、使用周波数帯域に含まれない周波数に対しても高い利得を示し、一方、３線式折り返しダイポールアンテナ素子は、使用周波数帯域に含まれない周波数に対して利得が大きく減少する。
３線式折り返しダイポールアンテナ素子の上記のような利得特性は、この３線式折り返しダイポールアンテナ素子とこれに近接して配設した他周波数帯域用のアンテナ素子との間における結合量を改善する上で有効である。
なお、２線式折り返しダイポールアンテナ素子も３線式折り返しダイポールアンテナ素子の利得特性に準じた利得特性をもつ。
【００２３】
図１２に０．８ＧＨｚ帯における１／２波長ダイポールアンテナ素子のリターンロス特性を、また、図１３に同周波数帯における３線式折り返しダイポールアンテナ素子のリターンロス特性をそれぞれ示す。
各図において、０．８ＧＨｚ帯以外の周波数帯域におけるリターンロス特性に注目すると、１／２波長ダイポールアンテナ素子のリターンロスが−３ｄＢ前後であるのに対し、３線式折り返しダイポールアンテナ素子のリターンロスは−０．３ｄＢ以下である。
これは、０．８ＧＨｚ帯以外の周波数帯において３線式折り返しダイポールアンテナ素子が殆ど放射動作しないことを示している。そして、このことは、１／２波長ダイポールアンテナ素子と３線式折り返しダイポールアンテナ素子が図９〜図１１に示すような利得特性を示す根拠となっている。
【００２４】
図１４は、上記の考察の基づき、アンテナ素子として３線式折り返しダイポールアンテナ素子を適用した本発明に係る周波数共用偏波共用アンテナ装置の実施の形態を示す。
本実施形態に係る周波数共用偏波共用アンテナ装置は、０．８ＧＨｚ帯垂直偏波用アンテナユニットＶ１と、１．５ＧＨｚ帯垂直偏波用アンテナユニットＶ２と、０．８ＧＨｚ帯水平偏波用アンテナユニットＨ１と、１．５ＧＨｚ帯水平偏波用アンテナユニットＨ２とをそれぞれ複数備え、さらに、これらのアンテナユニットＶ１、Ｖ２、Ｈ１、Ｈ２が立設された給電回路用誘電体基板８０と、この給電回路用誘電体基板８０の背面に対向する態様でアンテナユニットＶ１、Ｖ２、Ｈ１、Ｈ２の背部に配設された反射板９０と備えている。
なお、上記アンテナユニットＶ１、Ｖ２、Ｈ１、Ｈ２の使用周波数帯は上記に限定されず、アンテナ素子の長さ等を変更することにより、任意の使用周波数帯に適用可能である。  
【００２５】
０．８ＧＨｚ帯垂直偏波用アンテナユニットＶ１と０．８ＧＨｚ帯水平偏波用アンテナユニットＨ１は、共通する構成を有する。すなわち、このアンテナユニットＶ１、Ｈ１は、図１５に示す素子部４０と給電部５０とを備えている。
素子部４０は、図２３に示すように、素子導体４１、４２と、これらの素子導体４１、４２の一側及び他側にそれぞれ所定の間隔をおいて平行に設けられた折り返し導体４３、４４とを備えている。各折り返し導体４３、４４は、それらの一端が一方の素子導体４１の外端に接続され、また、それらの他端が他方の素子導体４２の外端に接続されている。
したがって、上記素子導体４１、４２及び折り返し導体４３、４４は、いわゆる３線式の折り返しダイポールアンテナ素子（フォールデッドダイポールアンテナ素子）を構成している。
【００２６】
０．８ＧＨｚ帯アンテナユニットＶ１、Ｈ１の素子部４０に使用された上記３線式の折り返しダイポールアンテナ素子は、素子導体４１、４２の外端間の長さが約０．５λ０．８（λ０．８は周波数０．８ＧＨｚの波長）に、素子導体４１、４２の幅が０．０２３λ０．８に、折り返し導体４３、４４の幅が０．００３λ０．８に、素子導体４１、４２と折り返し導体４３、４４間の間隔が０．００３λ０．８に、素子導体４１、４２と折り返し導体４３、４４を接続する接続導体の幅が０．００３λ０．８にそれぞれ設定されている。
このように、上記折り返しダイポールアンテナ素子は、折り返し導体４３、４４の幅が非折り返し部である素子導体４１、４２の幅よりも小さく設定されている。
この折り返しダイポールアンテナ素子の構成要素である素子導体４１、４２、折り返し導体４３、４４及び接続導体は、誘電体基板４５の面に貼着された金属箔（例えば銅箔）によって形成されている。すなわち、露光、エッチング等の処理を実施して金属箔からなる所望形状の導体部を得るプリント配線手法を用いて形成されている。
【００２７】
図２５に給電部５０の構成を示す。この給電部５０は、同図（ａ）に示す給電導体５２ａが誘電体基板５１の一方の面に形成され、また、同図（ｂ）に示す給電導体５２ｂが誘電体基板５１の他方の面に形成されている。
給電導体５２ａ、５２ｂは、誘電体基板５１の長手軸線上に位置し、それらの途中に方形状のインピーダンス整合用結合導体板５３ａ、５３ｂがそれぞれ設けられている。給電導体５２ａ、５２ｂは互いに対向し、インピーダンス整合用結合導体板５３ａ、５３ｂも互いに対向している。
給電導体５２ａ、５２ｂ及びインピーダンス整合用結合導体板５３ａ、５３ｂも上記プリント配線手法を用いて形成されている。
【００２８】
図１５に示すように、上記素子部４０と給電部５０は、素子部４０の誘電体基板４５の中央部に給電部５０の誘電体基板５１の一端部を嵌挿することによってＴ字状をなすように結合される。この状態では、上記嵌挿した誘電体基板５１の端部両側に上記素子部４０の給電点４１ａ、４２ａが位置することになる。そこで、誘電体基板５１の端部まで延びた給電導体５２ａ、５２ｂがハンダ等の手段を用いて給電点４１ａ、４２ａにそれぞれ電気的に接続される。
上記給電導体５２ａ、５２ｂは、特性インピーダンスが５０Ωのマイクロストリップラインを構成するようにその幅が設定されている。また、上記インピーダンス整合用結合導体板５３ａ、５３ｂは、上記素子導体４１、４２の給電点４１ａ、４２ａより誘電体基板５１の長手方向に沿ってλ０．８ｇ／４（λ０．８ｇは周波数０．８ＧＨｚの給電導体５２ａ、５２ｂ上での波長）だけ離れた位置にそれぞれ形成されている。
【００２９】
上記アンテナユニットＶ１、Ｈ１の給電部５０に設けられたインピーダンス整合用結合導体板５３ａ、５３ｂは、素子部４０を構成する３線式の折り返しダイポールアンテナ素子のインピーダンスと、給電導体５２ａ、５２ｂからなる給電線路のインピーダンスとを整合するために設けられている。
上記インピーダンス整合用結合導体板５３ａ、５３ｂを備えるアンテナユニットＶ１、Ｈ１によれば、図１６に示すような良好なリターンロス特性（０．８１５ＧＨｚにおいて−２１．２０９ｄＢ、０．８４５ＧＨｚにおいて−２０．８９１ｄＢ、０．８７５ＧＨｚにおいて−１４．７５８ｄＢ）を実現することができる。
上記給電部５０に代えて、図１７に示す給電部５０’を使用することも可能である。しかし、この給電部５０’は、給電導体５２ａ’、５２ｂ’がインピーダンス整合用結合導体板を備えていないので、図１８に示すようなリターンロス特性（０．８１５ＧＨｚにおいて−１０．５５４ｄＢ、０．８４５ＧＨｚにおいて−９．４９８８ｄＢ、０．８７５ＧＨｚにおいて−９．０２９６ｄＢ）を示すことになる。
【００３０】
１．５ＧＨｚ帯垂直偏波用アンテナユニットＶ２と１．５ＧＨｚ帯水平偏波用アンテナユニットＨ２は、それぞれ上記０．８ＧＨｚ帯垂直偏波用アンテナユニットＶ１と０．８ＧＨｚ帯水平偏波用アンテナユニットＨ１に準じた構成を有する。すなわち、アンテナユニットＶ２、Ｈ２は、図１９に示すように、素子部６０と給電部７０とによって構成されている。
素子部６０は、図２４に示すように、素子導体６１、６２と、これらの素子導体６１、６２の一側及び他側にそれぞれ所定の間隔をおいて平行に設けられた折り返し導体６３、６４とを備えている。各折り返し導体６３、６４は、それらの一端が一方の素子導体６１の外端に接続され、また、それらの他端が他方の素子導体６２の外端に接続されている。
したがって、上記素子導体６１、６２及び折り返し導体６３、６４は、３線式の折り返しダイポールアンテナ素子を構成している。
【００３１】
１．５ＧＨｚ帯アンテナユニットＶ２、Ｈ２の素子部６０に使用された上記３線式の折り返しダイポールアンテナ素子は、素子導体６１、６２の先端間の長さが約０．５λ１．５（λ１．５は周波数１．５ＧＨｚの波長）に、素子導体６１、６２の幅が０．０３９λ１．５に、折り返し導体６３、６４の幅が０．００５λ１．５に、素子導体６１、６２と折り返し導体６３、６４間の間隔が０．００５λ１．５に、素子導体６１、６２と折り返し導体６３、６４を接続する接続導体の幅が０．００５λ１．５にそれぞれ設定されている。
このように、１．５ＧＨｚ帯に使用する３線式の折り返しダイポールアンテナ素子も折り返し導体６３、６４の幅が非折り返し部である素子導体６１、６２の幅よりも小さく設定されている。そして、この折り返しダイポールアンテナ素子の構成要素である素子導体６１、６２、折り返し導体６３、６４及び接続導体も、誘電体基板６５の面に貼着された金属箔によって形成されている。つまり、上記プリント配線手法によって形成されている。
【００３２】
給電部７０は、図１９に示すように、誘電体基板７１の一方の面に給電導体７２ａが形成され、誘電体基板７１の他方の面に給電導体７２ｂ（図面には現れていない）が形成されている。
給電導体７２ａ、７２ｂは、誘電体基板７１の長手軸線上に位置し、それらの途中には方形状のインピーダンス整合用結合導体板７３ａ、７３ｂがそれぞれ設けられている。給電導体７２ａ、７２ｂは互いに対向し、インピーダンス整合用結合導体板７３ａ、７３ｂも互いに対向している。
給電導体７２ａ、７２ｂ及びインピーダンス整合用結合導体板７３ａ、７３ｂも上記プリント配線手法を用いてプリント形成されている。
【００３３】
上記構成の素子部６０と給電部７０は、素子部６０の誘電体基板６５の中央部に給電部７０の誘電体基板７１の端部を嵌挿させることによってＴ字状をなすように互いに結合される。この状態では、上記嵌挿した誘電体基板７１の端部両側に上記素子部６０の給電点６１ａ、６２ａが位置することになる。そこで、誘電体基板７１の端部まで延びた給電導体７２ａ、７２ｂがハンダ等の手段を用いて給電点６１ａ、６２ａにそれぞれ電気的に接続される。
上記給電導体７２ａ、７２ｂは、特性インピーダンスが５０Ωのマイクロストリップラインを構成するようにその幅が設定されている。また、上記インピーダンス整合用結合導体板７３ａ、７３ｂは、上記素子導体６１、６２の給電点６１ａ、６２ａよりλ１．５ｇ／４（λ１．５ｇは周波数１．５ＧＨｚの給電導体７２ａ、７２ｂ上での波長）だけ離れた位置にそれぞれ形成されている。
【００３４】
上記アンテナユニットＶ２、Ｈ２の給電部７０に設けられたインピーダンス整合用結合導体板７３ａ、７３ｂは、素子部６０を構成する３線式の折り返しダイポールアンテナ素子のインピーダンスと、給電導体７２ａ、７２ｂからなる給電線路のインピーダンスとを整合するために設けられている。
上記インピーダンス整合用結合導体板７３ａ、７３ｂを備えるアンテナユニットＶ２、Ｈ２によれば、図２０に示すような良好なリターンロス特性（１．４３７０ＧＨｚにおいて−２２．３２０ｄＢ、１．４６６５ＧＨｚにおいて−３６．６３７ｄＢ、１．４９６０ＧＨｚにおいて−１７．２７６ｄＢ）を実現することができる。
上記給電部７０に代えて、図２１に示す給電部７０’を使用することも可能である。しかし、この給電部７０’は、給電導体７２ａ’、７２ｂ’がインピーダンス整合用結合導体板を備えていないので、図２２に示すようなリターンロス特性（１．４３７０ＧＨｚにおいて−８．３１６０ｄＢ、１．４６６５ＧＨｚにおいて−８．６５３５ｄＢ、１．４９６０ＧＨｚにおいて−８．３０１１ｄＢ）を示すことになる。
【００３５】
上記構成のアンテナユニットＶ１、Ｈ１、Ｖ２、Ｈ２は、図１４に示す給電回路用誘電体基板８０上に次のように配置されている。
すなわち、０．８ＧＨｚ帯垂直偏波用アンテナユニットＶ１は、水平方向Ｈに０．３５２λ０．８の間隔をおいて対向する対が垂直方向Ｖに０．６７６λ０．８の間隔をおいて２段配置されている。
各アンテナユニットＶ１は、図１５に示す給電部５０の誘電体基板５１の基部を給電回路用誘電体基板８０に嵌挿させることによって該誘電体基板８０に支持される。このとき、このアンテナユニットＶ１の素子部４０は、反射板９０から例えば０．０９９λ０．８だけ離れて位置される。
一方、０．８ＧＨｚ帯用水平偏波アンテナユニットＨ１は、垂直方向に０．６７６λ０．８の間隔をおいて２段配置されている。このアンテナユニットＨ１も、給電部５０の誘電体基板５１を介して給電回路用誘電体基板８０に支持される。このとき、このアンテナユニットＨ１の素子部４０は、反射板９０から例えば０．１５５λ０．８だけ離れて位置される。
【００３６】
上記のように指示されたアンテナユニットＶ１，Ｈ１は、図２５（ａ）に示す給電導体５２ａの基部が給電回路用誘電体基板８０の一方の面に形成された給電回路導体にハンダ等の手段によって電気的に接続されるとともに、図２５（ｂ）に示す給電導体５２ｂの基部が給電回路用誘電体基板８０の他方の面全体に形成された接地導体にハンダ等の手段によって電気的に接続される。
【００３７】
１．５ＧＨｚ帯用垂直偏波アンテナユニットＶ２は、水平方向に０．４１６λ１．５の間隔をおいて対向する対が垂直方向に０．５８７λ１．５の間隔をおいて４段配置されている。
このアンテナユニットＶ２は、図１９に示す給電部７０の誘電体基板７１の基部を給電回路用誘電体基板８０に嵌挿させることによって支持される。このとき、その素子部６０は、反射板９０から例えば０．１９６λ１．５だけ離れて位置される。
一方、１．５ＧＨｚ帯用水平偏波アンテナユニットＨ２は、垂直方向に０．５８７λ１．５の間隔をおいて４段配置されている。このアンテナユニットＶ２も、給電部７０の誘電体基板７１を介して給電回路用誘電体基板８０に支持され、このとき、その素子部６０が反射板９０から例えば０．２４４λ１．５だけ離れて位置される。
【００３８】
上記アンテナユニットＶ２，Ｈ２の給電部誘電体基板７１は、図１９に示す給電導体７２ａの基部が給電回路用誘電体基板８０の一方の面に形成された給電回路導体にハンダ等の手段によって電気的に接続されるとともに、給電導体７２ｂの基部が給電回路用誘電体基板８０の他方の面全体に形成された接地導体にハンダ等の手段によって電気的に接続される。
【００３９】
図１４において、水平方向に間隔をおいて対向するアンテナユニットＶ１は、反射板９０の長手方向中心軸線を含みかつ該反射板９０に鉛直な基準面を中心とする対称な位置に立設されている。水平方向に間隔をおいて対向するアンテナユニットＶ２も同様である。一方、各アンテナユニットＨ１、Ｈ２は、その素子部中心（給電点部位）が上記基準面上に位置するように立設されている。
【００４０】
上記のように構成された本実施形態に係る周波数共用偏波共用アンテナ装置では、各アンテナユニットＶ１、Ｈ１、Ｖ２、Ｈ２が給電回路用誘電体基板８０の給電回路導体から給電され、これによって、アンテナユニットＶ１とＨ１がそれぞれ０．８ＧＨ帯の垂直偏波と水平偏波を放射し、アンテナユニットＶ２とＨ２がそれぞれ１．５ＧＨ帯の垂直偏波と水平偏波を放射する。
【００４１】
このとき、アンテナユニットＶ１、Ｈ１、Ｖ２、Ｈ２は、いずれも良好なＶ．Ｓ．Ｗ．Ｒ．（定在波比）特性を示す。
すなわち、アンテナユニットＶ１のＶ．Ｓ．Ｗ．Ｒ．は、図２６に示すように、周波数０．８１５ＧＨｚ、０．８４５ＧＨｚ及び０．８７５ＧＨｚにおいてそれぞれ１．０３４３、１．１５７７及び１．０５９５という低値を示す。アンテナユニットＨ１のＶ．Ｓ．Ｗ．Ｒ．も、図２７に示すように、同各周波数においてそれぞれ１．０６８６、１．０４８０及び１．０５２４という低値を示す。
また、アンテナユニットＶ２のＶ．Ｓ．Ｗ．Ｒ．は、図２８に示すように、周波数１．４３７０ＧＨｚ、１．４６６５ＧＨｚ及び１．４９６０ＧＨｚにおいてそれぞれ１．１３４８、１．０１３２及び１．１６９０という低値を示し、更に、アンテナユニットＨ１のＶ．Ｓ．Ｗ．Ｒ．は、図２９に示すように、同各周波数においてそれぞれ１．０４５６、１．０６５４及び１．０１２１という低値を示す。
各アンテナユニットＶ１、Ｈ１、Ｖ２、Ｈ２がこのような良好なＶ．Ｓ．Ｗ．Ｒ．特性を示すのは、これらのンテナユニットＶ１、Ｈ１、Ｖ２、Ｈ２のアンテナ素子として前記３線式の折り返しダイポールアンテナ素子が用いられているからである。
【００４２】
次に、素子間結合量について述べる。本実施形態のアンテナ装置においては、同じ偏波に適用する隣接アンテナユニット相互間での素子間結合量が最も高くなる。すなわち、垂直偏波については、素子間距離２０．６ｍｍで互いに隣接する０．８ＧＨｚ帯垂直偏波用アンテナユニットＶ１と１．５ＧＨｚ帯垂直偏波用アンテナユニットＶ２のポート間結合量が最も大きく、また、水平偏波については、素子間距離３０．４ｍｍで互いに隣接する０．８ＧＨｚ帯水平偏波用アンテナユニットＨ１と１．５ＧＨｚ帯水平偏波用アンテナユニットＨ２のポート間結合量が最も大きくなる。
【００４３】
しかし、本実施形態のアンテナ装置は、各アンテナユニットＶ１、Ｈ１、Ｖ２、Ｈ２のアンテナ素子として３線式の折り返しダイポールアンテナ素子を用いているので、十分良好な結合量特性を実現することができる。
すなわち、アンテナユニットＶ１、Ｈ１のポート間結合量は、図３０に示すように、周波数０．８１５ＧＨｚ、０．８７５ＧＨｚ、１．４３７０ＧＨｚ、１．４９６０ＧＨｚにおいてそれぞれ−５６．００３ｄＢ、−３８．０２９ｄＢ、−４５．７９３ｄＢ、−４２．６６０ｄＢという大きさを示す。
ここで、ポート間結合量について説明する。図１４に示す給電回路用誘電体基板８０には、各アンテナユニットＶ１に接続される分岐給電路、各アンテナユニットＶ２に接続される分岐給電路、各アンテナユニットＨ１に接続される分岐給電路及び各アンテナユニットＨ２に接続される分岐給電路がそれぞれ形成されるとともに、これらの分岐給電路に対する個別の給電ポートとが形成されている。
ポート間結合量とは、ある１つの給電ポートと別の１つの給電ポートとの間の結合量を意味し、従って、例えばアンテナユニットＶ１、Ｈ１のポート間結合量は、図１４における４つのアンテナユニットＶ１が接続される上記分岐給電路の給電ポートと、同図における２つのアンテナユニットＨ１が接続される上記分岐給電路の給電ポートとの間の結合量を意味する。
アンテナユニットＶ１、Ｖ２のポート間結合量は、図３１に示すように、同各周波数においてそれぞれ−２６．７０３ｄＢ、−３０．１１７ｄＢ、−４７．７３８ｄＢ、−３９．９７４ｄＢという大きさを示し、アンテナユニットＨ１、Ｖ２のポート間結合量は、図３２に示すように、上記の各周波数においてそれぞれ−３７．４７５ｄＢ、−４６．７９０ｄＢ、−４０．５０４ｄＢ、−４９．０２４ｄＢという大きさを示す。
【００４４】
更に、アンテナユニットＶ２、Ｈ２のポート間結合量は、図３３に示すように、同各周波数においてそれぞれ−４０．２２２ｄＢ、−５７．０８３ｄＢ、−４５．１４２ｄＢ、−４７．１０４ｄＢという大きさを示す。
また、アンテナユニットＶ１、Ｈ２のポート間結合量は、図３４に示すように、同各周波数においてそれぞれ−４１．６６４ｄＢ、−４９．９２５ｄＢ、−４４．５０１ｄＢ、−４４．５９９ｄＢという大きさを示し、アンテナユニットＨ１、Ｈ２のポート間結合量は、図３５に示すように、同各周波数においてそれぞれ−２６．８４３ｄＢ、−３２．１７０ｄＢ、−６４．９３７ｄＢ、−４６．３１８ｄＢという大きさを示す。
【００４５】
本発明は上記実施形態に限定されず、種々の変型態様を含むものである。すなわち、例えば、上記実施形態では、各アンテナユニットＶ１、Ｈ１、Ｖ２、Ｈ２のアンテナ素子として３線式の折り返しダイポールアンテナ素子が用いているが、これに限定されず、２線式を含む他の多線式の折り返しダイポールアンテナ素子を用いても良い。
また、上記実施形態では、各アンテナユニットＶ１、Ｈ１、Ｖ２、Ｈ２の構成要素を誘電体基板に貼着された金属箔によって形成しているが、他の金属材料によってこの構成要素を形成することも可能である。
更に、図１４に示すアンテナ装置は、垂直方向に多段配置（アレイ化）することも可能である。
【符号の説明】
【００４６】
１０、１０’、２０、２０’  アンテナユニット
１１、２１、１１’、２１’  素子部
３０  反射板
Ｖ１  ０．８ＧＨｚ帯垂直偏波用アンテナユニット
Ｈ１  ０．８ＧＨｚ帯水平偏波用アンテナユニット
Ｖ２  １．５ＧＨｚ帯垂直偏波用アンテナユニット
Ｈ２  １．５ＧＨｚ帯水平偏波用アンテナユニット
４０  素子部
４１、４２  素子導体
４３、４４  折り返し導体
４５  誘電体基板
５０  給電部
５１  誘電体基板
５２ａ、５２ｂ  給電導体
５３ａ、５３ｂ  インピーダンス整合用結合導体板
６０  素子部
６１、６２  素子導体
６３、６４  折り返し導体４３、４４
６５  誘電体基板
７０  給電部
７１  誘電体基板
７２ａ、７２ｂ  給電導体
７３ａ、７３ｂ  インピーダンス整合用結合導体板
８０  給電回路用誘電体基板
９０  反射板
【図１】
0005496967.tif 000002
【図２】
0005496967.tif 000003
【図３】
0005496967.tif 000004
【図４】
0005496967.tif 000005
【図５】
0005496967.tif 000006
【図６】
0005496967.tif 000007
【図７】
0005496967.tif 000008
【図８】
0005496967.tif 000009
【図９】
0005496967.tif 000010
【図１０】
0005496967.tif 000011
【図１１】
0005496967.tif 000012
【図１２】
0005496967.tif 000013
【図１３】
0005496967.tif 000014
【図１４】
0005496967.tif 000015
【図１５】
0005496967.tif 000016
【図１６】
0005496967.tif 000017
【図１７】
0005496967.tif 000018
【図１８】
0005496967.tif 000019
【図１９】
0005496967.tif 000020
【図２０】
0005496967.tif 000021
【図２１】
0005496967.tif 000022
【図２２】
0005496967.tif 000023
【図２３】
0005496967.tif 000024
【図２４】
0005496967.tif 000025
【図２５】
0005496967.tif 000026
【図２６】
0005496967.tif 000027
【図２７】
0005496967.tif 000028
【図２８】
0005496967.tif 000029
【図２９】
0005496967.tif 000030
【図３０】
0005496967.tif 000031
【図３１】
0005496967.tif 000032
【図３２】
0005496967.tif 000033
【図３３】
0005496967.tif 000034
【図３４】
0005496967.tif 000035
【図３５】
0005496967.tif 000036
【図３６】
0005496967.tif 000037
【図３７】
0005496967.tif 000038