(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
グランドプレーン（Ｐ）と、
前記グランドプレーン（Ｐ）上に配置されており、誘電率（ε１）を有する誘電体基板（１１）と、
前記誘電体基板（１１）上において、アンテナ動作周波数に対応する波長λよりも短い距離（ｄｅ）を互いにあけて連続して配置された複数のアンテナ素子（Ｅｉｊ）で構成される少なくとも１つの放射源（Ｓｉ）と、
前記誘電体基板（１１）の誘電率（ε１）よりも大きい誘電率（ε２）を有し、前記各アンテナ素子（Ｅｉｊ）上に配置される誘電体スーパーストレート（１２）とを備え、
前記各アンテナ素子（Ｅｉｊ）は全て同一であり、動作中において同一の放射特性を有し、
前記各アンテナ素子（Ｅｉｊ）は、第１の供給配線（Ｌ１）によって複数の組となるように連続して接続されており、前記複数の組は、第２の供給配線（Ｌ２）によって互いに接続され、前記第２の供給配線（Ｌ２）の中心は、前記放射源（Ｓｉ）の電源に適応する、前記放射源（Ｓｉ）のアクセスポイント（Ａｉ）を構成し、
前記各アンテナ素子（Ｅｉｊ）は、互いに関して、ｄｓ（Ｎ−１）／Ｎと等しい距離ｄｅをあけて配置されており、
前記ｄｓは、２つの前記放射源（Ｓｉ）の２つの前記アクセスポイント（Ａｉ）の間の距離であり、
前記Ｎは、前記各放射源（Ｓｉ）の前記アンテナ素子（Ｅｉｊ）の数である
ことを特徴とするパネルアンテナ。
【請求項２】
請求項１のパネルアンテナにおいて、
前記各放射源（Ｓｉ）は、４つのアンテナ素子（Ｅｉ１，Ｅｉ２，Ｅｉ３，Ｅｉ４）を備える
ことを特徴とするパネルアンテナ。
【請求項３】
請求項１のパネルアンテナにおいて、
前記各放射源（Ｓｉ）は、２〜６個のアンテナ素子（Ｅｉｊ）を有する
ことを特徴とするパネルアンテナ。
【請求項４】
請求項１乃至３のうちいずれか１つのパネルアンテナにおいて、
前記各アンテナ素子（Ｅｉｊ）は、四角形、正三角形および楕円形の中から選択される形状を有するパッチである
ことを特徴とするパネルアンテナ。
【請求項５】
請求項１乃至３のうちいずれか１つのパネルアンテナにおいて、
前記各アンテナ素子（Ｅｉｊ）は、ホーンあるいはワイヤアンテナにかかるテクノロジーから得られる
ことを特徴とするパネルアンテナ。
【請求項６】
請求項１乃至５のうちいずれか１つのパネルアンテナにおいて、
前記グランドプレーン（Ｐ）と前記各アンテナ素子（Ｅｉｊ）との間に接続された抵抗素子（Ｒ）を有する
ことを特徴とするパネルアンテナ。
【請求項７】
請求項１乃至６のうちいずれか１つのパネルアンテナを備えた
ことを特徴とするセルラ通信ネットワーク。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パネルアンテナの分野に関し、特にセルラネットワークで利用されるパネルアンテナに関する。
【背景技術】
【０００２】
無線基地局（ＢＴＳ：Base transceiver stations）は、高さの取り決め（教会のルーバー、保護された建物の正面の浅浮き彫りなど）に関しての主な制約を受ける。
【０００３】
セルラネットワークは、無線到達距離を最大にするために、現在、等方性の高ゲインアンテナに頼っている。パネルの高さを、一般に、１８００／２１００ＭＨｚの帯域に対する１．２ｍ、および９００ＭＨｚの帯域に対する２．４ｍの間で変化させることによって、これらのゲインを得ることができる。
【０００４】
パネルアンテナは、基板上に、垂直列に配置された複数のアンテナ素子で構成される方法がよく知られている。
【０００５】
図１は、既知のタイプのパネルアンテナの例示である。
【０００６】
図１のパネルアンテナは、基板１１上に配列された８個のアンテナ素子Ｅｉ（ｉは１から８）で構成される。各アンテナ素子Ｅｉは、アクセスポイントＡｉを備え、およそ０．９λの距離ｄｅの間隔をあけて配置されている。ここで、λは、アンテナの周波数帯域の中心周波数における真空波長である。距離とは、アンテナ素子Ｅｉの２つのアクセスポイントＡｉ間の距離と解される。
【０００７】
例えば、アンテナ素子Ｅｉは、ツリー構造で提供される。隣り合うアンテナ素子Ｅｉは、第１の供給配線Ｌ１によって２つずつ接続されて、４組のアンテナ素子が形成される。各組は、第２の供給配線Ｌ２によってさらに接続されて、２組の４つのアンテナ素子群が形成される。そして、その２組の４つのアンテナ素子群は、最終的に、第３の供給配線Ｌ３によって相互に接続される。
【０００８】
つまり、各供給配線は、アンテナ素子Ｅｉの２つのアクセスポイントＡｉ間で定義されるとみることができる。
【０００９】
図２（ａ），（ｂ）は、それぞれ、基板１１上に配置されたアンテナ素子Ｅｉの上面図および側面図である。基板上に配置されたアンテナ素子Ｅｉは、「パッチ（patch）」と呼ばれる放射源を形成する。
【００１０】
誘電体基板１１は、誘電率ε１を有し、グランドプレーン（ground plane）Ｐ上に配置されている。そして、基板１１上にアンテナ素子Ｅｉが配置される。
【００１１】
アンテナ素子Ｅｉは、誘電体基板１１上に配置され、コネクタＡｉに接続されて供給されている。
【００１２】
各アンテナ素子Ｅｉは、動作している間、およそ８ｄＢｉの単位ゲインを示す。したがって、図１のアンテナは、８×０．９λ＝７．２λの高さに対して、８ｄＢｉ＋１０ｌｏｇ（８）＝１７ｄＢｉのゲインを示す。
【００１３】
図３（ａ），（ｂ）の表は、アンテナの周波数帯域の中心周波数でセルラネットワーク（「９００ＭＨｚ」として知られている８８０〜９６０ＭＨｚの帯域と、「２１００ＭＨｚ」として知られている１７１０〜２１７０ＭＨｚの帯域）で使用される２つの主な周波数帯域に対するアンテナのゲインと高さとの間における比率を示す。特に、ゲインを１５ｄＢｉから１７ｄＢｉに増やすためには、所定の中心周波数に対するアンテナの高さをおよそ２倍にする必要があることがわかる。
【００１４】
したがって、アンテナの高さは、アンテナ素子Ｅｉの数によって左右されるように思われる。それゆえ、アンテナのゲインをより大きくするには、より多くのアンテナ素子が必要であり、アンテナのサイズをより大きくする必要がある。
【００１５】
現在では、パネルアンテナの最大の高さ、あるいは実際に縮小できる高さは制限される傾向にあるため、このことは容易ではない。
【００１６】
パネルアンテナのサイズを縮小するための解決策として、アンテナ素子Ｅｉのいくつかを取り除けばよいことが知られている。しかしながら、そのように取り除くことは、アンテナのゲインが損失し、アンテナのパフォーマンスの悪化を招く。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
本発明の目的の１つは、アンテナのサイズを増大することなく、アンテナのゲインを増加可能とすることである。
【００１８】
本発明の別の目的は、アンテナのゲインのいかなる減少を伴わずに、アンテナの高さを縮小可能とすることである。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
それゆえ、本発明は、パネルアンテナに関し、グランドプレーンと、前記グランドプレーン上に配置されており、誘電率を有する誘電体基板と、前記誘電体基板上において、アンテナ動作周波数に対応する波長λよりも短い距離を互いにあけて連続して配置された複数のアンテナ素子で形成される少なくとも１つの放射源とを備えている。
【００２０】
本発明に係る前記アンテナは、さらに、前記誘電体基板の誘電率よりも大きい誘電率を有し、前記各アンテナ素子上に配置される誘電体スーパーストレートからなり、前記各アンテナ素子は全て同一であり、動作中において同一の放射特性を有することを特徴とする。
【００２１】
各放射源を形成する複数のアンテナ素子の配置によって、ゲインを一定に保ちながら高さの縮小が可能であるか、あるいは、高さを一定に保ちながらゲインを増加させることができる。
【００２２】
好ましくは、前記アンテナは、さらに、前記誘電体基板の誘電率よりも大きい誘電率を有し、前記各アンテナ素子上に配置される誘電体スーパーストレートからなる。
【００２３】
スーパーストレートと複数のアンテナ素子の配置との組み合わせによって、ゲインを一定に保ちながら高さの縮小が可能であるか、あるいは、高さを一定に保ちながらゲインを増加させることができる。
【００２４】
本発明は、１つあるいは複数の技術的に可能な組み合わせが考えられる、以下の特徴によって有利に補足される。
【００２５】
−前記各放射源は、４つのアンテナ素子が第１の供給配線によって複数の組となるように連続して接続されており、前記複数の組は、第２の供給配線によって互いに接続され、前記第２の供給配線の中心は、前記放射源の電源に適応する、前記放射源のアクセスポイントを構成する。
【００２６】
−上記パネルアンテナは、複数の前記放射源を備え、前記各放射源は、互いに関して、それぞれの前記アクセスポイントが、２つのアンテナ素子の間の距離と等しい距離をあけて離れるように配置されており、前記各放射源は、同一の放射特性を有する。
【００２７】
−前記各アンテナ素子は、互いに関して、ｄｓ（Ｎ−１）／Ｎと等しい距離ｄｅをあけて配置されており、前記ｄｓは、２つの前記放射源の２つの前記アクセスポイントの間の距離であり、前記Ｎは、前記各放射源の前記アンテナ素子の数である。
【００２８】
−前記各放射源は、２〜６個のアンテナ素子を有する。
【００２９】
−前記各アンテナ素子は、四角形、正三角形および楕円形の中から選択される形状を有するパッチである。
【００３０】
−前記各アンテナ素子は、ホーンあるいはワイヤアンテナにかかるテクノロジーから得られる。
【００３１】
−上記パネルアンテナは、前記グランドプレーンと前記各アンテナ素子との間に接続された抵抗素子を有する。
【００３２】
本発明はまた、本発明に係るパネルアンテナを備えたセルラ通信ネットワークに関する。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】既知のタイプのパネルアンテナの例示である。
【図２】基板上に配置されたアンテナ素子の上面図および側面図である。
【図３】２つの主な周波数帯域に対するアンテナのゲインと高さとの間における比率を示す表である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係るパネルアンテナの例示である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係るパネルアンテナの例示である。
【図６】本発明に係るアンテナのアンテナ素子の上面図（ａ）および側面図（ｂ）である。
【図７】本発明に係る要素源の例示である。
【図８】動作中に、本発明の第１の実施形態に係るアンテナと同じゲインを示す、既知のタイプのパネルアンテナの例示である。
【図９】本発明の第２の実施形態に係るアンテナと同じ高さを有する既知のタイプのパネルアンテナの例示である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
本発明の他の特徴や有利な点は、以下の説明からさらに明らかになるであろう。以下の説明は、単なる例示であって、制限するものではなく、すでに説明した図１、図２（ａ），（ｂ）、および図３（ａ），（ｂ）とは別に添付された図面を参照して読まなければならない。
【００３５】
全ての図面において、類似する要素は同じ数字で参照される。
【００３６】
図４〜図９に関する本発明の２つの実施形態について以下説明する。
【００３７】
“アンテナ素子”とは、好ましくは平坦な導電本体を有する放射素子であると解釈される。
【００３８】
“放射源”とは、いくつかのアンテナ素子の組み合わせであると解釈される。
【００３９】
“パネルアンテナ”とは、いくつかのアンテナ素子からなる平面アンテナであると解釈される。
【００４０】
各実施形態において、パネルアンテナは、誘電率ε１を有し、グランドプレーンＰ上に配置された誘電体基板１１を有する。さらに、パネルアンテナは、少なくとも１つの放射源Ｓｉを有する。
【００４１】
各放射源Ｓｉは、複数のアンテナ素子Ｅｉｊが、互いに間をあけて連続して配置されて形成される。２つの連続するアンテナ素子は、波長λよりも短い距離ｄｅをあけて離れている。ここで、波長λは、アンテナ動作周波数に対応している。
【００４２】
図４のアンテナは、２つの放射源Ｓ１，Ｓ２を備え、図５のアンテナは、６つの放射源を備えている。
【００４３】
好ましくは、各放射源Ｓｉは、４つのアンテナ素子Ｅｉ１，Ｅｉ２，Ｅｉ３，Ｅｉ４が、例えば第１の供給配線Ｌ１によってツリー状に複数の組となるように接続されてなる。
【００４４】
各アンテナ素子は、供給配線Ｌ１によって複数の組となるアンテナ素子を接続するためのアクセスポイントＡｉｊを含む。
【００４５】
アンテナ素子Ｅｉｊの複数の組は、第２の供給配線Ｌ２によって接続される。第２の供給配線Ｌ２の中央部は、放射源ＳｉのアクセスポイントＡｉを構成する。このようなアクセスポイントＡｉは、それが参照する放射源Ｓｉの電源に適応される。
【００４６】
これらからわかるように、アクセスポイントＡｉは、放射源Ｓｉと同じ数存在する。それゆえ、図５に示すアンテナは、６つの放射源、つまり６つのアクセスポイントＡ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４，Ａ５，Ａ６を備えている。
【００４７】
放射源Ｓｉは、互いに関して、それぞれのアクセスポイントＡｉが、２つの放射源Ｓｉの連続する２つのアクセスポイントの間の距離ｄｓと等しい距離をあけて離れるように配置される。
【００４８】
さらに、放射源Ｓｉのアンテナ素子Ｅｉｊは、互いに関して、ｄｓ（Ｎ−１）／Ｎと等しい距離ｄｅをあけて配置される。ここで、ｄｓは、２つの放射源Ｓｉの間の距離であり、Ｎは、各放射源Ｓｉのアンテナ素子Ｅｉｊの数である。距離ｄｅは、同様に、各アンテナ素子Ｅｉｊの連続する２つのアクセスポイントＡｉｊの間の距離である。
【００４９】
より正確には、各アンテナ素子が左右対称となる中心を通る主軸を定義すると、各アンテナ素子のアクセスポイントＡｉｊは、主軸と垂直、つまり第１および第２の供給配線Ｌ１，Ｌ２と平行である軸上に位置する。
【００５０】
好ましくは、各放射源Ｓｉは、４つの放射素子Ｅｉｊで構成されていてもよい。
【００５１】
アンテナ（図４および図５に示す）は、さらに、アンテナ素子Ｅｉｊが配置される基板１１の誘電率ε１よりも大きい誘電率ε２を有する誘電体スーパーストレート１２を備えている。
【００５２】
既知のタイプである、パッチタイプの放射源を形成するアンテナ素子Ｅｉに関して、アンテナ素子Ｅｉｊは、高い誘電率の媒体に浸される。そして、これにより、アンテナ素子の動作波長を減らすためというよりも、動作波長を保持しつつ物理的な寸法を縮小するために、アンテナ素子のサイズを縮小することができる。
【００５３】
基板１２を用いることで、より高いアンテナ素子の放射特性と同一の放射特性を維持することができる。
【００５４】
さらに、抵抗素子Ｒは、グランドプレーンＰと各アンテナ素子Ｅｉｊ（図６（ａ），（ｂ）参照）との間に接続される。抵抗素子Ｒは、典型的には任意のオームである。この抵抗素子Ｒは、アンテナ素子の放射側の１つを短絡するものである。この短絡により、２つの単極子が形成され、双極子の両側のサイズがそれぞれλ／４である、λ／２のサイズの放射素子を、サイズがλ／４である１つの単極子に変換し、その結果として、放射素子の電気的な寸法を半分にすることができる。
【００５５】
また、この抵抗素子Ｒにより、アンテナの共鳴動作における、アンテナの通過帯域を十分に増大することができる。
【００５６】
最後に、誘電率ε１は例えば１〜４の間の値をとり、好ましくは２．２に等しい。誘電率ε２は例えば１０〜５０の間の値をとり、好ましくは３０に等しい。
【００５７】
例証によると、既知のタイプのパッチタイプのアンテナ素子Ｅｉに関して、９２０ＭＨｚの中心周波数のＧＳＭ（登録商標）帯域における動作周波数に対して、アンテナ素子Ｅｉの横幅の寸法は、９４ｍｍに等しく、アンテナ素子Ｅｉｊ（スーパーストレートの）の横幅の寸法は２１．５ｍｍに等しい。
【００５８】
さらに、例証によると、アンテナ素子Ｅｉｊは正方形、正三角形、楕円形、あるいは、小さいサイズか小放射の穴のための源の組み合わせが可能なホーンかワイヤアンテナの技術から得られると考えてもよい。
【００５９】
−高さの縮小、一定のゲイン−
図４に示すアンテナは、１７ｄＢｉと同じゲインを維持しつつ、既知のタイプのパネルアンテナの高さを縮小することができる。
【００６０】
距離ｄｓ＝０．９λをあけて離れた２つの放射源Ｓ１，Ｓ２のそれぞれは、距離ｄｓ＝０．９λ（４−１）／４＝０．６７５λをあけて離れた４つのアンテナ素子で構成される（図７参照）。
【００６１】
各放射源は、図４のアンテナが１７ｄＢｉのゲインで動作しているとき、１４ｄＢｉのゲインを示す。
【００６２】
それでも、図８に例示されたようなアンテナに関して、その高さは半分となる。具体的には、高さは、７．２λ（８×０．９λ）から３．６λ（４×０．９λ）に縮小される。
【００６３】
放射源Ｓ１，Ｓ２のそれぞれは、源ＳｉのアクセスポイントＡｉが同じ距離ｄｓをあけるように、アンテナ（図４参照）の縦軸に沿って入れ子になっている、アクセスポイントＡ１，Ａ２を有する。異なる源の電源回路を容易に理解するために、それぞれのアクセスポイントは、次のアクセスポイントの反対側に配置される。
【００６４】
異なる２つの放射源に属する、２つの連続する放射素子の間の距離は、ｄｓ／Ｎとｄｓ（Ｎ−１）／Ｎとの間、すなわち、０．２２５λと０．６７５λとの間で変化する。
【００６５】
−ゲインの増加、一定の高さ−
図５に例示されたアンテナは、既知のタイプのパネルアンテナと同じ高さを維持しつつ、アンテナのゲインを増加することができる。
【００６６】
６つの放射源のそれぞれは、４つのアンテナ素子で構成される（図７参照）。
【００６７】
上述した実施形態のように、図９に例示されるように、同じ高さ（７．２λと等しい高さ）のアンテナによって１７ｄＢｉのゲインが得られる代わりに、図５に示すアンテナが２１．８ｄＢｉのゲインを示すように動作しているとき、各放射源は１４ｄＢｉのゲインを示す。
【００６８】
上述したように、放射源のそれぞれは、源ＳｉのアクセスポイントＡｉが同じ距離ｄｓをあけるように、アンテナ（図５参照）の縦軸に沿って入れ子になっている、アクセスポイントＡ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４，Ａ５，Ａ６を有する。異なる源の電源回路を容易に理解するために、それぞれのアクセスポイントは、次のアクセスポイントの反対側に配置される。
【００６９】
異なる２つの放射源に属する、２つの連続する放射素子の間の距離は、ｄｓ／Ｎとｄｓ（Ｎ−１）／Ｎとの間、すなわち、０．２２５λと０．６７５λとの間で変化する。
【図１】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
0005998144.tif 000008
【図２】
0005998144.tif 000009
【図６】
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