(57)【要約】      （修正有）【課題】目的の動作周波数において、交差偏波およびサイドローブを抑制しつつ垂直面内指向性において高チルト角を実現可能な、ＣＲＬＨ伝送線路を用いた薄型の偏波共用漏れ波アンテナを提供する。【解決手段】漏れ波アンテナは、誘電体基板２と、誘電体基板２の下面に形成されたグランド面９と、誘電体基板の上面に形成されたグランド部５、６と、グランド部５、６に隣接して配置され、誘電体基板２の上面に形成された、グランド付きコプレーナ線路を用いたＣＲＬＨ線路であって、該ＣＲＬＨ線路を構成する直列キャパシタ３および並列インダクタ４が誘電体基板２の上面に形成されている、ＣＲＬＨ線路とを含んでなる。【選択図】図２
2019041143.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体基板と、
前記誘電体基板の下面に形成されたグランド面と、
前記誘電体基板の上面に形成されたグランド部と、
前記グランド部に隣接して配置され、前記誘電体基板の上面に形成された、グランド付きコプレーナ線路を用いたＣＲＬＨ線路であって、該ＣＲＬＨ線路を構成する直列キャパシタ（ＣＬ）が前記誘電体基板の上面に形成されている、ＣＲＬＨ線路と
を含んでなる、漏れ波アンテナ。
【請求項２】
前記直列キャパシタ（ＣＬ）が、インターデジタル構造またはスロットキャパシタ構造を有している、請求項１に記載の漏れ波アンテナ。
【請求項３】
前記直列キャパシタ（ＣＬ）に接続された並列インダクタ（ＬＬ）が、前記誘電体基板の上面に形成されている、請求項１または２に記載の漏れ波アンテナ。
【請求項４】
前記グランド部と前記並列インダクタ（ＬＬ）の一端とは、スルーホールまたはグランド板立ち上げ部を介して、前記誘電体基板の下面の前記グランド面に電気的に接続されている、請求項３に記載の漏れ波アンテナ。
【請求項５】
１以上の第１ユニットセル（ＵＣ）を含む第１アンテナ部（Ａ１）と、
１以上の第２ユニットセル（ＵＣ’）を含む第２アンテナ部（Ａ２）と
を含んでなる漏れ波アンテナであって、
前記第１ユニットセル（ＵＣ）は、
誘電体基板と、
前記誘電体基板の下面に形成されたグランド面と、
前記誘電体基板の上面に形成されたグランド部および伝送線路部からなる、
グランド付きコプレーナ線路を用いた第１ＣＲＬＨ線路であって、該第１ＣＲＬＨ線路を構成する直列キャパシタ（ＣＬ）および並列インダクタ（ＬＬ）が前記誘電体基板の上面に形成されている、第１ＣＲＬＨ線路と
を含み、
前記第２ユニットセル（ＵＣ’）は、
誘電体基板と、
前記誘電体基板の下面に形成されたグランド面と、
前記誘電体基板の上面に形成されたグランド部および伝送線路部からなる、
グランド付きコプレーナ線路を用いた第２ＣＲＬＨ線路であって、該第２ＣＲＬＨ線路を構成する直列キャパシタ（ＣＬ）および並列インダクタ（ＬＬ）が前記誘電体基板の上面に形成されている、第２ＣＲＬＨ線路と
を含み、
前記第１ＣＲＬＨ線路の前記直列キャパシタ（ＣＬ）に接続された並列インダクタ（ＬＬ）の配置と、前記第２ＣＲＬＨ線路の前記直列キャパシタ（ＣＬ）に接続された並列インダクタ（ＬＬ）の配置とが、互いに線対称または鏡像となる位置関係で配置されている、漏れ波アンテナ。
【請求項６】
前記直列キャパシタ（ＣＬ）が、インターデジタル構造またはスロットキャパシタ構造を有している、請求項５に記載の漏れ波アンテナ。
【請求項７】
前記グランド部と前記並列インダクタ（ＬＬ）の一端とは、スルーホールまたはグランド板立ち上げ部を介して、前記誘電体基板の下面の前記グランド面に電気的に接続されている、請求項５または６に記載の漏れ波アンテナ。
【請求項８】
１以上の第１アンテナ素子を含む第１アンテナ部（Ａ１）と、該第１アンテナ部の長手方向に対して平行に配置され、１以上の第２アンテナ素子を含む第２アンテナ部（Ａ２）とを含む第１アンテナセット（Ａ１、Ａ２）と、
１以上の第１アンテナ素子を含む第３アンテナ部（Ａ３）と、該第３アンテナ部の長手方向に対して平行に配置され、１以上の第２アンテナ素子を含む第４アンテナ部（Ａ４）とを含む第２アンテナセット（Ａ３、Ａ４）と，
を含んでなる漏れ波アンテナであって、
前記第１アンテナ部（Ａ１）は、該第１アンテナ部の一方の端部に第１給電点（Ｐ１）を有し、
前記第２アンテナ部（Ａ２）は、該第２アンテナ部の一方の端部に第２給電点（Ｐ２）を有し、前記第１給電点と前記第２給電点とが同じ端部に位置するように配置されており、
前記第３アンテナ部（Ａ３）は、該第３アンテナ部の一方の端部に第３給電点（Ｐ３）を有し、
前記第４アンテナ部（Ａ４）は、該第４アンテナ部の一方の端部に第４給電点（Ｐ４）を有し、前記第３給電点と前記第４給電点とを同じ端部に位置するように配置されており、
前記第１アンテナ素子は、
誘電体基板と、
前記誘電体基板の下面に形成されたグランド面と、
前記誘電体基板の上面に形成されたグランド部および伝送線路部からなる、
グランド付きコプレーナ線路を用いて形成された第１ＣＲＬＨ線路であって、該第１ＣＲＬＨ線路を構成する直列キャパシタ（ＣＬ）および並列インダクタ（ＬＬ）が前記誘電体基板の上面に形成されている、第１ＣＲＬＨ線路と
を含み、
前記第２アンテナ素子は、
誘電体基板と、
前記誘電体基板の下面に形成されたグランド面と、
前記誘電体基板の上面に形成されたグランド部および伝送線路部からなる、
グランド付きコプレーナ線路を用いて形成された第２ＣＲＬＨ線路であって、該第２ＣＲＬＨ線路を構成する直列キャパシタ（ＣＬ）および並列インダクタ（ＬＬ）が前記誘電体基板の上面に形成されている、第２ＣＲＬＨ線路と
を含み、
前記第１ＣＲＬＨ線路の前記直列キャパシタ（ＣＬ）に接続された並列インダクタ（ＬＬ）の配置と、前記第２ＣＲＬＨ線路の前記直列キャパシタ（ＣＬ）に接続された並列インダクタ（ＬＬ）の配置とが、互いに線対称または鏡像となる位置関係で配置されている、漏れ波アンテナ。
【請求項９】
前記第１アンテナセット（Ａ１、Ａ２）と前記第２アンテナセット（Ａ３、Ａ４）とのいずれかをさらに含むことにより、前記アンテナセットが３セット以上配置された、請求項８に記載の漏れ波アンテナ。
【請求項１０】
前記直列キャパシタ（ＣＬ）が、インターデジタル構造またはスロットキャパシタ構造を有している、請求項８に記載の漏れ波アンテナ。
【請求項１１】
前記各アンテナセットのうちの奇数列を構成する前記各アンテナ部は、各アンテナ部の長手方向に第１ユニットセル（ＵＣ）を複数個接続して構成されており、前記各アンテナセットのうちの偶数列を構成する前記各アンテナ部は、各アンテナ部の長手方向に第２ユニットセル（ＵＣ’）を複数個接続して構成されている、請求項８〜１０に記載の漏れ波アンテナ。
【請求項１２】
前記グランド部と前記並列インダクタ（ＬＬ）の一端とは、スルーホールまたはグランド板立ち上げ部を介して、前記誘電体基板の下面の前記グランド面に電気的に接続されている、請求項８〜１１のいずれか一項に記載の漏れ波アンテナ。
【請求項１３】
請求項８〜１２のいずれか一項に記載の漏れ波アンテナと、
前記第１給電点と前記第２給電点と前記第３給電点と前記第４給電点とのそれぞれに対して、互いに異なる給電位相を与える給電装置と
を備えてなるアンテナシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、メタマテリアル技術を用いて構成された薄型アンテナに関し、特に、移動体通信の基地局アンテナとして好適に使用することができる漏れ波アンテナに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話やスマートフォンを初めとした移動通信技術は目覚ましく進歩している。これらの移動通信の利用者は年々増加しており、個人のデータ通信容量も増大している。そのため、移動通信用の基地局アンテナには、周波数利用効率の向上等が求められる。
そのような移動通信用の基地局アンテナとしては、（垂直偏波および水平偏波や±４５°偏波等の）偏波共用アンテナが主流となっている。偏波共用アンテナは、偏波ダイバーシチまたは偏波間ＭＩＭＯ（Multiple-Input and Multiple-Output）を行うことが可能である。
【０００３】
一方、都市部等での通信トラヒックのひっ迫に伴い、これまでの基地局アンテナがカバーしてきたエリア（マクロセル）よりも狭いエリアをカバーする、スモールセル向けのアンテナが多く用いられるようになってきている。このようなスモールセル向けのアンテナは、鉄塔やビルの屋上に配置されるマクロセルのアンテナとは異なり、比較的高さが低い建物壁面や屋上等に取り付けられることが想定される。このようなスモールセル向けのアンテナは、人の目に触れやすいので、景観等への配慮といった美観上の観点から、小型化および薄型化が求められている。
【０００４】
薄型アンテナについて、例えば、特許文献１には、誘電体基板上にＣＲＬＨ（Composite Right/Left Handed）線路を複数プリントした薄型構造による平面アンテナの記載がある。特許文献１では、各ＣＲＬＨ線路への給電位相を変更できるようにすることによって、偏波の切り替えを容易に変更できるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１６−５８８３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載した放射素子は、誘電体基板とグランド板が別々に構成された構造を有しているため、誘電体基板とグランド板とを接続するグランド板立ち上げ部の分だけ放射素子の厚みが大きい構造となっている。そのため、ビルの壁面等への取り付けに際し、放射素子が目立たないように、放射素子の軽量化や薄型化を行うことが難しい。
また、特許文献１の放射素子は、グランド板立ち上げ部という部品が必要であることから、構成する部品の種類が多くなるので、アンテナの構造が複雑になりコストが高くなる等の課題がある。
さらに、特許文献１に記載した放射素子は、水平面内指向性について垂直偏波と水平偏波との半値角が一致していない。そのため、偏波間での半値角の差を小さくして移動通信基地局でのスモールセルに適した指向性を実現するようにセル設計を行う必要がある。
【０００７】
本発明は、上記の状況に鑑みてなされたものであり、偏波の共用が可能であり、部品の種類や部品数が少ない漏れ波アンテナを提供するものである。
また、本発明は、スモールセルに適した指向性を実現するために、隣接セルとの干渉を低減し、垂直面内指向性において高チルト角が得られる構造を有する薄型の漏れ波アンテナも提供する。
さらに、本発明は、移動通信用基地局向けに用いることから、交差偏波識別度が２０ｄＢ以上である高利得を得られる漏れ波アンテナも提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、１枚の誘電体基板の上面に形成された、グランド付きコプレーナ線路を用いたＣＲＬＨ線路を含む漏れ波アンテナを提供するものである。  
具体的には、本発明は、
誘電体基板と、
前記誘電体基板の下面に形成されたグランド面と、
前記誘電体基板の上面に形成されたグランド部および伝送線路部からなる、
グランド付きコプレーナ線路を用いたＣＲＬＨ線路であって、該ＣＲＬＨ線路を構成する直列キャパシタが前記誘電体基板の上面に形成されている、ＣＲＬＨ線路と
を含んでなる、漏れ波アンテナを提供する。
一態様として、前記直列キャパシタ（ＣＬ）が、インターデジタル構造またはスロットキャパシタ構造を有している。
また、前記直列キャパシタ（ＣＬ）に接続された並列インダクタ（ＬＬ）が、前記誘電体基板の上面に形成されている。
他の態様として、前記グランド部と前記並列インダクタ（ＬＬ）の一端とは、スルーホールまたはグランド板立ち上げ部を介して、前記誘電体基板の下面の前記グランド面に電気的に接続されている。
【０００９】
また本発明は、水平方向および垂直方向に発生した電流ベクトルを相殺することができ、１枚の誘電体基板に形成された、グランド付きコプレーナ線路を用いたＣＲＬＨ線路による漏れ波アンテナを提供する。  
具体的には、本発明は、
１以上の第１ユニットセル（ＵＣ）を含む第１アンテナ部（Ａ１）と、
１以上の第２ユニットセル（ＵＣ’）を含む第２アンテナ部（Ａ２）と
を含んでなる漏れ波アンテナであって、
前記第１ユニットセル（ＵＣ）は、
誘電体基板と、
前記誘電体基板の下面に形成されたグランド面と、
前記誘電体基板の上面に形成されたグランド部および伝送線路部からなる、
グランド付きコプレーナ線路を用いた第１ＣＲＬＨ線路であって、該第１ＣＲＬＨ線路を構成する直列キャパシタ（ＣＬ）および並列インダクタ（ＬＬ）が前記誘電体基板の上面に形成されている、第１ＣＲＬＨ線路と
を含み、
前記第２ユニットセル（ＵＣ’）は、
誘電体基板と、
前記誘電体基板の下面に形成されたグランド面と、
前記誘電体基板の上面に形成されたグランド部および伝送線路部からなる、
グランド付きコプレーナ線路を用いた第２ＣＲＬＨ線路であって、該第２ＣＲＬＨ線路を構成する直列キャパシタ（ＣＬ）および並列インダクタ（ＬＬ）が前記誘電体基板の上面に形成されている、第２ＣＲＬＨ線路と
を含み、
前記第１ＣＲＬＨ線路の前記直列キャパシタ（ＣＬ）に接続された並列インダクタ（ＬＬ）の配置と、前記第２ＣＲＬＨ線路の前記直列キャパシタ（ＣＬ）に接続された並列インダクタ（ＬＬ）の配置とが、互いに線対称または鏡像となる位置関係で配置されている、漏れ波アンテナを提供する。
一態様として、前記直列キャパシタ（ＣＬ）が、インターデジタル構造またはスロットキャパシタ構造を有している。
別の一態様として、前記グランド部と前記並列インダクタ（ＬＬ）の一端とは、スルーホールまたはグランド板立ち上げ部を介して、前記誘電体基板の下面の前記グランド面に電気的に接続されている。
【００１０】
さらに本発明は、水平方向および垂直方向に発生した電流ベクトルを相殺することができ、１枚の誘電体基板の上面に形成された、グランド付きコプレーナ線路を用いたＣＲＬＨ線路を含む漏れ波アンテナを提供する。
具体的には、本発明は、
１以上の第１アンテナ素子を含む第１アンテナ部（Ａ１）と、該第１アンテナ部の長手方向に対して平行に配置され、１以上の第２アンテナ素子を含む第２アンテナ部（Ａ２）とを含む第１アンテナセット（Ａ１、Ａ２）と、
１以上の第１アンテナ素子を含む第３アンテナ部（Ａ３）と、該第３アンテナ部の長手方向に対して平行に配置され、１以上の第２アンテナ素子を含む第４アンテナ部（Ａ４）とを含む第２アンテナセット（Ａ３、Ａ４）と
を含んでなる漏れ波アンテナであって、
前記第１アンテナ部（Ａ１）は、該第１アンテナ部の一方の端部に第１給電点（Ｐ１）を有し、
前記第２アンテナ部（Ａ２）は、該第２アンテナ部の一方の端部に第２給電点（Ｐ２）を有し、前記第１給電点と前記第２給電点とが同じ端部に位置するように配置されており、
前記第３アンテナ部（Ａ３）は、該第３アンテナ部の一方の端部に第３給電点（Ｐ３）を有し、
前記第４アンテナ部（Ａ４）は、該第４アンテナ部の一方の端部に第４給電点（Ｐ４）を有し、前記第３給電点と前記第４給電点とを同じ端部に位置するように配置されており、
前記第１アンテナ素子は、
誘電体基板と、
前記誘電体基板の下面に形成されたグランド面と、
前記誘電体基板の上面に形成されたグランド部および伝送線路部からなる、
グランド付きコプレーナ線路を用いて形成された第１ＣＲＬＨ線路であって、該第１ＣＲＬＨ線路を構成する直列キャパシタ（ＣＬ）および並列インダクタ（ＬＬ）が前記誘電体基板の上面に形成されている、第１ＣＲＬＨ線路と
を含み、
前記第２アンテナ素子は、
誘電体基板と、
前記誘電体基板の下面に形成されたグランド面と、
前記誘電体基板の上面に形成されたグランド部と、
前記グランド部に隣接して配置され、前記誘電体基板の上面にグランド付きコプレーナ線路を用いて形成された第２ＣＲＬＨ線路であって、該第２ＣＲＬＨ線路を構成する直列キャパシタ（ＣＬ）および並列インダクタ（ＬＬ）が前記誘電体基板の上面に形成されている、第２ＣＲＬＨ線路と
を含み、
前記第１ＣＲＬＨ線路の前記直列キャパシタ（ＣＬ）に接続された並列インダクタ（ＬＬ）の配置と、前記第２ＣＲＬＨ線路の前記直列キャパシタ（ＣＬ）に接続された並列インダクタ（ＬＬ）の配置とが、互いに線対称または鏡像となる位置関係で配置されている、漏れ波アンテナを提供する。
一態様として、漏れ波アンテナは、（後述する図１では、漏れ波アンテナがアンテナ部４列で構成されたものを示しているが、これに限らず）アンテナ部を２Ｎ列（Ｎ＝１、２、…）として、列数を増やす構成とすることも可能である。
例えば、一態様として、漏れ波アンテナは、前記第１アンテナセット（Ａ１、Ａ２）と前記第２アンテナセット（Ａ３、Ａ４）とのいずれかをさらに含むことにより、前記アンテナセットが３セット以上配置されている。
また一態様として、前記直列キャパシタ（ＣＬ）が、インターデジタル構造またはスロットキャパシタ構造を有している。
別の態様として、前記各アンテナセットのうちの奇数列を構成する前記各アンテナ部は、各アンテナ部の長手方向に第１ユニットセル（ＵＣ）を複数個接続して構成されており、前記各アンテナセットのうちの奇数列を構成する前記各アンテナ部は、各アンテナ部の長手方向に第２ユニットセル（ＵＣ’）を複数個接続して構成されている。
他の態様として、前記グランド部と前記並列インダクタ（ＬＬ）の一端とは、スルーホールまたはグランド板立ち上げ部を介して、前記誘電体基板の下面の前記グランド面に電気的に接続されている。
また、上記の漏れ波アンテナの第１給電点（Ｐ１）と第２給電点（Ｐ２）と第３給電点（Ｐ３）と第４給電点（Ｐ４）とのそれぞれに対して、互いに異なる給電位相を与える給電装置とを備えてなるアンテナシステムも提供する。
【００１１】
本発明の実施の形態に係るＣＲＬＨ伝送線路は、ＣＲＬＨ伝送線路を構成する直列キャパシタとしてインターデジタルキャパシタを使用している。この他にも、例えば、ＣＲＬＨ伝送線路を構成する直列キャパシタを、スロットキャパシタ等によって誘電体基板の上面に構成することもできる。なお、並列インダクタとして、スタブインダクタを使用して構成することもできる。
また、他の様態として、本発明の実施の形態に係るＣＲＬＨ線路は、チップキャパシタからなる直列キャパシタと、チップインダクタからなる並列インダクタとによって構成することができる。
さらに、別の様態として、本発明の実施の形態に係るＣＲＬＨ線路は、並列インダクタをスパイラルインダクタまたはメアンダ状インダクタとして形成することによって、インダクタンス値を変化させることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、グランド付きコプレーナ線路を用いたＣＲＬＨ線路によって誘電体基板１枚で構成することができるので、薄型で簡素な構造を有する偏波共用アンテナを実現することができる。
また、目的の周波数における水平面内指向性については、アンテナ素子の誘電体基板の下面全体にグランド面を設けていることから、垂直偏波と水平偏波ともにセクタ指向性に適した放射指向性を得ることができる。
さらに、ＣＲＬＨ線路のユニットセルにおいて並列インダクタおよび直列キャパシタを調整して分散特性を制御することによって、所望のチルト角を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施の形態に係る漏れ波アンテナ全体の俯瞰図である。
【図２】図１のアンテナ部（Ａ１）の一部を構成するユニットセルの俯瞰図である。
【図３】図２のユニットセルをＡ方向から見たときの断面図である。
【図４】給電点Ｐ１およびＰ２に対して同位相を入力した場合の電流分布を示す平面図である。
【図５】給電点Ｐ１およびＰ２に対して逆位相を入力した場合の電流分布を示す平面図である。
【図６】ユニットセルの分散特性を示すグラフである。
【図７】垂直面内指向性における垂直偏波の放射指向性を示すグラフである。
【図８】垂直面内指向性における水平偏波の放射指向性を示すグラフである。
【図９】水平面内指向性における垂直偏波の放射指向性を示すグラフである。
【図１０】水平面内指向性における水平偏波の放射指向性を示すグラフである。
【図１１】各アンテナ部（Ａ１〜Ａ４）の給電点（Ｐ１〜Ｐ４）に異なる給電位相を与える給電装置を示す回路構成図である。
【図１２】図２のユニットセル（ＵＣ）１の等価回路である。
【図１３】ユニットセル１の直列キャパシタ３の構造を示す上面図である。
【図１４】Ａは、ユニットセル１の並列インダクタ４の構造を示す上面図である。Ｂは、ユニットセル１の並列インダクタ４の別の態様による構造を示す上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に示す実施例においては、動作周波数帯域の中心周波数をｆ0を３．５０ＧＨｚ（波長λ0）とし、動作周波数帯域幅はｆ0を中心として３．４８ＧＨｚ〜３．５２ＧＨｚの４０ＭＨｚ幅としている。
動作周波数帯は、後述するように、直列キャパシタＣLおよび並列インダクタＬLの値を調整し、右手系伝送線路を構成するグランド付きコプレーナ線路幅またはギャップ幅を調整することにより可変にすることができる。
【００１５】
（アンテナの概要）
図１に示すように、軸の定義として、Ｘ軸方向を大地と垂直な方向とし、Ｙ軸およびＺ軸によるＹ−Ｚ平面を大地と水平な方向とする。
図１に、本発明の実施の形態に係る漏れ波アンテナを示す。この漏れ波アンテナは、誘電体基板の下面に形成されたグランド面を有し、上面にはグランド付きコプレーナ線路を用いたＣＲＬＨ線路をプリントした構成を有している。そして、誘電体基板の上面にプリントされるグランド部および並列インダクタ（ＬL）の片端と下面のグランド間は、スルーホールによるビアまたは導体によって電気的に接続される。
図１に示すように、本発明の実施の形態に係る漏れ波アンテナは、奇数列のアンテナ部（Ａ１およびＡ３）と偶数列のアンテナ部（Ａ２およびＡ４）とを備えている。つまり、図１に示す漏れ波アンテナは、奇数列のアンテナ部Ａ１と偶数列のアンテナ部Ａ２との第１アンテナセットと、奇数列のアンテナ部Ａ３と偶数列のアンテナ部Ａ４との第２アンテナセットとを有している。ここで、各アンテナセットのＣＲＬＨ線路を構成する並列インダクタの配置は、各アンテナ部の長手方向に対応するＸ軸を対称軸として互いに対称（線対称または鏡像）となる構造を有している。
具体的には、奇数列のアンテナ部Ａ１およびＡ３は、図２に示すユニットセル（ＵＣ）１を各アンテナ部の長手方向に対応するＸ軸方向に複数個接続した構成を有している。そして、偶数列のアンテナ部Ａ２およびＡ４は、図２に示すユニットセル１とは直列キャパシタ３に対する並列インダクタ４の配置が線対称または鏡像な配置を有する別のユニットセル（ＵＣ’）を、各アンテナ部の長手方向に対応するＸ軸方向に複数個接続した構成を有している。
【００１６】
（ユニットセルについて）
図２に、本発明の実施の形態に係る漏れ波アンテナを構成するユニットセル（ＵＣ）１の一例を示す。また、図３に、図２のユニットセル（ＵＣ）１を実線部分で切断してＡ方向から見たときの断面図を示す。図２に示すユニットセル（ＵＣ）１は、右手系伝送線路を構成するグランド付きコプレーナ線路に対し、誘電体基板２の上面に形成された、左手系素子である直列キャパシタ（ＣL）３と並列インダクタ（ＬL）４とを追加したＣＲＬＨ線路とした構造を有している。また、ユニットセル（ＵＣ）１は、誘電体基板２の上面に配置されたグランド部５、６と、誘電体基板２の下面に配置されたグランド面９と、グランド部５、６とグランド面９とを電気的に接続するスルーホールまたはグランド板立ち上げ部７、８とを有している。
直列キャパシタ（ＣL）３は、グランド付きコプレーナ線路へ直列に配置している。直列キャパシタ（ＣL）３は、インターデジタル構造を用いて構成されている。ここで、図１３に示すように、櫛の歯の形状を有するインターデジタル部のそれぞれの櫛の長さｌｃ、櫛の幅ｗｃ、また櫛の間隙ｇｃの値を変えることによって、直列キャパシタ（ＣL）３の容量を所望の値に変更することができる。つまり、直列キャパシタ（ＣL）３の容量を変えることによって、動作周波数帯および所望の分散特性に合わせた調整をすることができる。
並列インダクタ（ＬL）４に対応する導体パターンは、その一方の端部をグランド部５へ接続し、もう一方の端部を伝送線路部分へ接続したスタブ構造を有している。つまり、この並列インダクタ（ＬL）４に対応する導体パターンは、スルーホールまたはグランド板立ち上げ部７を介して、グランド付きコプレーナの伝送線路部分と誘電体基板２のグランド部５とを電気的に接続するよう配置している。ここで、図１４Ａには、並列インダクタ（ＬL）４のスタブが直線状に形成されたものを示し、図１４Ｂには、並列インダクタ（ＬL）４のスタブがメアンダ形状（またはジグザグ形状）に形成されたものを示す。図１４Ａおよび図１４Ｂに示すように、並列インダクタ（ＬL）４のスタブ幅ｗｌおよびスタブ長ｌｌの値を変えることによって、並列インダクタ（ＬL）４のインダクタンス値を変えることができる。つまり、所望の動作周波数帯および分散特性に合わせて並列インダクタ（ＬL）４のインダクタンス値を調整することができる。
次に、図２のＣＲＬＨ線路を有するユニットセル（ＵＣ）１の等価回路を図１２に示す。複数のユニットセル（ＵＣ）１を所定の方向に複数個接続することによってＣＲＬＨ線路を形成することができる。通常の伝送線路（右手系の伝送線路）は、インダクタンス成分（ＬＲ）とキャパシタンス成分（ＣＲ）のみを含んでいる。これに加えて、ＣＲＬＨ線路は、左手系の直列キャパシタンス（ＣＬ）と並列インダクタンス（ＬＬ）をさらに含んでいる。そのため、このようなＣＲＬＨ線路によれば、４つのパラメータＣＲ、ＬＲ、ＣＬ、ＬＬにより、位相が前方に進む右手系の周波数領域と、位相が後方に進む左手系の周波数領域とを作り出すことができる。
【００１７】
図６に、図２のユニットセル（ＵＣ）１の分散特性を示す。分散特性とは、ユニットセル当たりの位相変化量を示す。図６において縦軸は周波数、横軸はユニットセルあたりの位相変化量βpの絶対値を示す。ここで、βpの数値が大きいほど、セルあたりの位相変化量は大きくなるので、複数個のセルをそれぞれ接続した際の漏れ波の放射角θは大きくなる。漏れ波の放射角θと位相定数βpの関係は、以下の式で示される。
θ=sin-1（β/ｋ）
ここで、ｋは波数、βは位相定数を示す。 
図６に示す例では、使用周波数ｆ0における分散特性βpの値は１５°である。図６には、Ａｉｒｌｉｎｅの分散特性を併記している。Ａｉｒｌｉｎｅの線の内側において速波帯となり、ＣＲＬＨ線路から漏れ波が生じる。ここで、「Ａｉｒｌｉｎｅ」とは、自由空間中における周波数ｆ0でのユニットセル長あたりの位相変化量である。ｆ0におけるβpはＡｉｒｌｉｎｅの内側に位置しているため、速波帯領域に存在する。このことから、各ユニットセルから位相差１５°の漏れ波が生じる。ユニットセル長ｐ＝８ｍｍであり、使用周波数ｆ0＝３．５ＧＨｚの場合には、推定チルト角θはθ＝２６．５°となる。
なお、以上においては左手系領域における特性について述べた。本発明に係る漏れ波アンテナにおいては、図６に示す分散特性において示した、速波帯領域内における右手系領域での使用も可能である。右手系領域での使用においては、上向きチルトを有する垂直面指向性を示すとともに、Ｘ軸方向への放射も可能となる。
【００１８】
（アンテナ構成について）
図１に示す各アンテナ部（Ａ１〜Ａ４）を構成するアンテナ素子は、例えば、図２に示すユニットセル（ＵＣ）１を各アンテナ部の長手方向であるＸ軸方向に複数個接続して構成している。このアンテナ素子は、底部側に配置された給電点Ｐ１〜Ｐ４を有し、底部側とは反対に位置する上部側に配置された線路終端（解放終端）を有する。アンテナ素子の給電点Ｐ１への給電によってアンテナ部Ａ１が励振される（その他の給電点Ｐ２〜Ｐ４およびアンテナ部Ａ２〜Ａ４も同様である）。  各アンテナ部Ａ１〜Ａ４は、接続するユニットセル数を増減することによって利得を制御することができる。ここで、接続するユニットセル数をユニットセルあたりの放射量に対して適切に設定することにより、終端抵抗を取り付けることなくアンテナ端部での反射を抑制することができる。接続するユニットセル数を少なくする場合には、各アンテナ部の端部に終端抵抗を取り付けることもできる。終端抵抗を取り付けることによって、天空側のサイドローブを抑制することができる。
各アンテナ部Ａ１〜Ａ４は、複数のユニットセルが水平方向にアレイ状に配置されている。図１においてＸ−Ｙ平面をＺ軸正方向から見た場合、奇数列のアンテナ部Ａ１およびＡ３では並列インダクタが左側に分岐したユニットセル（ＵＣ）を有しており、偶数列のアンテナ部Ａ２およびＡ４では並列インダクタが右側に分岐した別のユニットセル（ＵＣ’）を有している。つまり、奇数列のアンテナ部Ａ１およびＡ３と、偶数列のアンテナ部Ａ２およびＡ４とを比較すると、各アンテナ部の長手方向であるＸ軸を対称軸としたときに、各アンテナ部の並列インダクタの分岐方向は、互いに線対称または鏡像の関係となっている。
ここで、図１では、奇数列のアンテナ部Ａ１（Ａ３）と偶数列のアンテナ部Ａ２（Ａ４）との並列インダクタを、ＣＲＬＨ線路から互いに外側に向かって分岐する構造としている。ただし、その他の様態として、この並列インダクタを逆方向に分岐することもできる。つまり、奇数列のアンテナ部Ａ１（Ａ３）と偶数列のアンテナ部Ａ２（Ａ４）との並列インダクタの分岐方向を、ＣＲＬＨ線路から互いに内側に向かって分岐する構造とすることもできる。また、アンテナ部の配列数を増加させることにより水平面内指向性の制御が可能である。
なお、交差偏波を抑制する観点から、各アンテナ部（Ａ１〜Ａ４）の長手方向であるＸ軸を対称軸とした場合、並列インダクタ（ＬＬ）が伝送線路から分岐する方向は、奇数列ではＹ軸負方向、偶数列ではＹ軸正方向となるように対称に配置することが好ましい。
本発明の実施の形態に係る漏れ波アンテナによれば、奇数列のアンテナ部（Ａ１、Ａ３）と偶数列のアンテナ部（Ａ２、Ａ４）とをそれぞれ組み合わせた２つのアンテナセットを配置することによって、水平面内における交差偏波の発生を抑制することができる。水平面内指向性を制御するその他の方法として、各アンテナ部（Ａ１〜Ａ４）の下面側に金属反射板を配置することで制御することもできる。
【００１９】
（給電方法による偏波の切り替え）
図４および図５には、グランド付きコプレーナ線路により構成されるＣＲＬＨ線路を用いた偏波共用漏れ波アンテナの各偏波（垂直偏波および水平偏波）を示す。この偏波共用漏れ波アンテナは、対となっているＣＲＬＨ線路への給電位相を変えることにより、複数の直線偏波を生成することや、使用する偏波を変更することや、異なる偏波を同時励振して共用することができる。
図４に、奇数列を構成するアンテナ部Ａ１（Ａ３）と、偶数列を構成するアンテナ部Ａ２（Ａ４）とによる垂直偏波励振時の電流分布を示す。アンテナ部Ａ１（Ａ３）と、アンテナ部Ａ２（Ａ４）のＣＲＬＨ線路を同位相により給電することにより、直列キャパシタ部は大地と垂直方向となるＸ軸方向にアンテナ部Ａ１（Ａ３）と、アンテナ部Ａ２（Ａ４）とで同一方向の電流ベクトルを生成する。これに対し、並列インダクタ部においては大地と水平方向となるＹ軸方向に、アンテナ部Ａ１（Ａ３）とアンテナ部Ａ２（Ａ４）とで互いに逆方向の電流ベクトルを生成する。そのため、Ｘ軸方向の電流ベクトルは同一方向のベクトルとなるので強められるが、Ｙ軸方向の電流ベクトルは逆方向のベクトルとなるので相殺される。よって、Ｘ軸方向の電流が支配的となり、垂直偏波を励振する。
【００２０】
図５に、奇数列を構成するアンテナ部Ａ１（Ａ３）と、偶数列を構成するアンテナ部Ａ２（Ａ４）とによる水平偏波励振時の電流分布を示す。アンテナ部Ａ１（Ａ３）とアンテナ部Ａ２（Ａ４）とのＣＲＬＨ線路を１８０°逆相で給電することにより、直列キャパシタ部は、アンテナ部Ａ１（Ａ３）とアンテナ部Ａ２（Ａ４）とによって、Ｘ軸方向へ互いに逆方向の電流ベクトルを生成する。そして、並列インダクタ部は、アンテナ部Ａ１（Ａ３）とアンテナ部Ａ２（Ａ４）とによって、Ｙ軸方向へ互いに同一方向の電流ベクトルを生成する。この場合には、Ｘ軸方向の電流ベクトルが相殺されるので、Ｙ軸方向の電流ベクトルが支配的となり、水平偏波を励振する。
【００２１】
図７に、Ｐ１〜Ｐ４の各給電点に対して同相給電した場合（垂直偏波励振）の、規格化周波数が1の場合における垂直面内指向性を示す。図８に、Ｐ１およびＰ３に対してＰ２およびＰ４の給電点に１８０°の位相差をつけて給電した場合（水平偏波励振）の、規格化周波数が１の場合における垂直面内指向性を示す。分散特性から算出した推定チルト角θとほぼ同等の垂直面チルト角が得られていることが確認できる。
図９に、Ｐ１〜Ｐ４の各給電点に対して同相給電した場合（垂直偏波励振）の、規格化周波数が１の場合における水平面内指向性を示す。図１０に、Ｐ１およびＰ３に対してＰ２およびＰ４の給電点に１８０°の位相差をつけて給電した場合（水平偏波励振）の、規格化周波数が１の場合における水平面内指向性を示す。水平面内指向性は、垂直面内指向性における最大値の角度での指向性である。垂直偏波および水平偏波ともに、ほぼ同じ水平面半値角が得られていることがわかる。
また、図９および図１０には、主偏波指向性と共に交差偏波指向性も併せて示している。本発明の実施の形態に係る漏れ波アンテナを４列のアンテナ部（Ａ１〜Ａ４）で構成することにより、垂直偏波および水平偏波共に、交差偏波識別度（ＸＰＤ：Ｃｒｏｓｓ  Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ  Ｄｉｓｃｒｉｍｉｎａｔｉｏｎ）を２０ｄＢ以上確保することができる。
【００２２】
図１１に、本発明の実施の形態に係る漏れ波アンテナ（Ａ１〜Ａ４）を偏波アンテナとして動作させる場合に用いられる給電装置を示す。図１１は、給電装置として２つのハイブリットカプラを用いる態様が示されている。図１１に示す各ハイブリッドカプラは、Σ結合入力ポート側から信号を入力した場合に、この入力信号（ＩＮ（１））を奇数列のアンテナ部（Ａ１、Ａ３）の給電点Ｐ１およびＰ３に接続される出力ポートから同位相のまま出力する。また、図１１に示す各ハイブリッドカプラは、Δ結合入力ポート側から信号を入力した場合に、この入力信号（ＩＮ（２））を偶数列のアンテナ部（Ａ２、Ａ４）の給電点Ｐ２およびＰ４に接続される出力ポートから逆位相にして出力する。
このように、図１１に示すハイブリッドカプラに所望の入力信号（ＩＮ（１）、ＩＮ（２））を与えることによって、上記の実施形態に係る漏れ波アンテナ（Ａ１〜Ａ４）を偏波アンテナとして動作させることができる。
【符号の説明】
【００２３】
１  ユニットセル
２  誘電体基板
３  直列キャパシタ（ＣＬ）
４  並列インダクタ（ＬＬ）
５、６  グランド部
７、８  スルーホールまたはグランド板立ち上げ部
９  グランド面
Ａ１〜Ａ４  アンテナ
Ｐ１〜Ｐ４  給電点
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【手続補正書】
【提出日】平成30年4月9日(2018.4.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１以上の第１アンテナ素子を含む第１アンテナ部（Ａ１）と、該第１アンテナ部の長手方向に対して平行に配置され、１以上の第２アンテナ素子を含む第２アンテナ部（Ａ２）とを含む第１アンテナセット（Ａ１、Ａ２）と、
１以上の第１アンテナ素子を含む第３アンテナ部（Ａ３）と、該第３アンテナ部の長手方向に対して平行に配置され、１以上の第２アンテナ素子を含む第４アンテナ部（Ａ４）とを含む第２アンテナセット（Ａ３、Ａ４）と，
を含んでなり、前記第１アンテナセットと前記第２アンテナセットとが、各アンテナ部の長手方向に対して垂直となる水平方向に配置された漏れ波アンテナであって、
前記第１アンテナ部（Ａ１）は、該第１アンテナ部の一方の端部に第１給電点（Ｐ１）を有し、
前記第２アンテナ部（Ａ２）は、該第２アンテナ部の一方の端部に第２給電点（Ｐ２）を有し、前記第１給電点と前記第２給電点とが同じ端部に位置するように配置されており、
前記第３アンテナ部（Ａ３）は、該第３アンテナ部の一方の端部に第３給電点（Ｐ３）を有し、
前記第４アンテナ部（Ａ４）は、該第４アンテナ部の一方の端部に第４給電点（Ｐ４）を有し、前記第３給電点と前記第４給電点とを同じ端部に位置するように配置されており、
前記第１アンテナ素子は、
誘電体基板と、
前記誘電体基板の下面に形成されたグランド面と、
前記誘電体基板の上面に形成されたグランド部および伝送線路部からなる、
グランド付きコプレーナ線路を用いて形成された第１ＣＲＬＨ線路であって、該第１ＣＲＬＨ線路を構成する直列キャパシタ（ＣＬ）および並列インダクタ（ＬＬ）が前記誘電体基板の上面に形成されている、第１ＣＲＬＨ線路と
を含み、
前記第２アンテナ素子は、
誘電体基板と、
前記誘電体基板の下面に形成されたグランド面と、
前記誘電体基板の上面に形成されたグランド部および伝送線路部からなる、
グランド付きコプレーナ線路を用いて形成された第２ＣＲＬＨ線路であって、該第２ＣＲＬＨ線路を構成する直列キャパシタ（ＣＬ）および並列インダクタ（ＬＬ）が前記誘電体基板の上面に形成されている、第２ＣＲＬＨ線路と
を含み、
前記第１ＣＲＬＨ線路の前記直列キャパシタ（ＣＬ）に接続された並列インダクタ（ＬＬ）の配置と、前記第２ＣＲＬＨ線路の前記直列キャパシタ（ＣＬ）に接続された並列インダクタ（ＬＬ）の配置とが、互いに線対称または鏡像となる位置関係で配置されている、漏れ波アンテナ。
【請求項２】
前記第１アンテナセット（Ａ１、Ａ２）と前記第２アンテナセット（Ａ３、Ａ４）とのいずれかをさらに含むことにより、前記アンテナセットが３セット以上前記水平方向に配置された、請求項１に記載の漏れ波アンテナ。
【請求項３】
前記直列キャパシタ（ＣＬ）が、インターデジタル構造またはスロットキャパシタ構造を有している、請求項１に記載の漏れ波アンテナ。
【請求項４】
前記各アンテナセットのうちの奇数列を構成する前記各アンテナ部は、各アンテナ部の長手方向に第１ユニットセル（ＵＣ）を複数個接続して構成されており、前記各アンテナセットのうちの偶数列を構成する前記各アンテナ部は、各アンテナ部の長手方向に第２ユニットセル（ＵＣ’）を複数個接続して構成されている、請求項１〜３に記載の漏れ波アンテナ。
【請求項５】
前記グランド部と前記並列インダクタ（ＬＬ）の一端とは、スルーホールまたはグランド板立ち上げ部を介して、前記誘電体基板の下面の前記グランド面に電気的に接続されている、請求項１〜４のいずれか一項に記載の漏れ波アンテナ。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の漏れ波アンテナと、
前記第１給電点と前記第２給電点と前記第３給電点と前記第４給電点とのそれぞれに対して、互いに異なる給電位相を与える給電装置と
を備えてなるアンテナシステム。