(57)【要約】【課題】周波数あたりの伝送レートより簡単な構成で向上させることが出来る無線通信システムを提供する。【解決手段】送信アンテナおよび受信アンテナとして同じアレイアンテナを用いる。このアレイアンテナは、それぞれが中心点を共有するように同心円状に配置された複数の円形ループアンテナを備える。それぞれの円形ループアンテナは、通信周波数の波長の整数倍に等しい周囲長を有する。それぞれの円形ループアンテナは、２つの給電部を有する。それぞれの円形ループアンテナにおいて、２つの給電部に入力される信号の位相が、通信周波数において直交するように、中心点から見た２つの給電部の間の角度は定められている。【選択図】図３Ａ
2019149756.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方の表面である上面と、前記上面と対向する他方の表面である下面とを有する誘電体基板と、
前記誘電体基板の前記上面および下面に形成されて、かつ、それぞれの中心点を共有するように同心円状に配置された複数の円形ループアンテナと
を具備し、
前記複数の円形ループアンテナに含まれる第ｉ円形ループアンテナのそれぞれは、それぞれ異なる半径ａｉを有し、ここで符号ｉの順番は前記半径ａｉの大小関係と同じ順番であり、
前記それぞれの第ｉ円形ループアンテナが有する周囲長２πａｉは、通信周波数に対応する波長λのｍｉ倍であり、ここでｍｉは自然数であり、かつ、前記自然数ｍｉの大小関係は符号ｉと同じ順番であり、
前記それぞれの円形ループアンテナは、
前記誘電体基板の前記上面に配置された上面パターンと、
前記誘電体基板の前記下面に配置された下面パターンと、
前記上面パターンの一端に設けられた第１電極と、前記下面パターンの一端に設けられた第２電極とを含む第１給電部と、
前記上面パターンの他端に設けられた第３電極と、前記下面パターンの他端に設けられた第４電極とを含む第２給電部と
を具備し、
ｎは任意の整数であって、前記それぞれの第ｉ円形ループアンテナにおいて、前記中心点および前記第１給電部を通る第１半径と、前記中心点および前記第２給電部を通る第２半径との間の角度は、（２ｎ＋１）π／２ｍｉに等しい
アレイアンテナ。
【請求項２】
請求項１に記載のアレイアンテナにおいて、
前記中心点と、前記それぞれの円形ループアンテナの前記第１給電部とは、直線上に配置されている
アレイアンテナ。
【請求項３】
請求項１に記載のアレイアンテナにおいて、
前記複数の円形ループアンテナに含まれる第１円形ループアンテナおよび第２円形ループアンテナの任意の組み合わせにおいて、前記第１円形ループアンテナの前記第１給電部と、前記第２円形ループアンテナの前記第１給電部とは、前記中心点から見た方向が異なる
アレイアンテナ。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載のアレイアンテナにおいて、
前記誘電体基板に対して平行に配置された反射板
をさらに具備し、
前記誘電体基板および前記反射板の間の距離は、前記波長の５分の１より短い
アレイアンテナ。
【請求項５】
無線信号を送信する送信機と、
前記送信機に接続された第１アレイアンテナと、
前記無線信号を受信する受信機と、
前記受信機に接続された第２アレイアンテナと
を具備し、
前記第１アレイアンテナおよび前記第２アレイアンテナのそれぞれは、
一方の表面である上面と、前記上面と対向する他方の表面である下面とを有する誘電体基板と、
前記誘電体基板の前記上面および下面に形成されて、かつ、それぞれの中心点を共有するように同心円状に配置された複数の円形ループアンテナと
を具備し、
前記複数の円形ループアンテナに含まれる第ｉ円形ループアンテナのそれぞれは、それぞれ異なる半径ａｉを有し、ここで符号ｉの順番は前記半径ａｉの大小関係と同じ順番であり、
前記それぞれの第ｉ円形ループアンテナが有する周囲長２πａｉは、通信周波数に対応する波長λのｍｉ倍であり、ここでｍｉは自然数であり、かつ、前記自然数ｍｉの大小関係は符号ｉと同じ順番であり、
前記それぞれの円形ループアンテナは、
前記誘電体基板の前記上面に配置された上面パターンと、
前記誘電体基板の前記下面に配置された下面パターンと、
前記上面パターンの一端に設けられた第１電極と、前記下面パターンの一端に設けられた第２電極とを含む第１給電部と、
前記上面パターンの他端に設けられた第３電極と、前記下面パターンの他端に設けられた第４電極とを含む第２給電部と
を具備し、
ｎは任意の整数であって、前記それぞれの第ｉ円形ループアンテナにおいて、前記中心点および前記第１給電部を通る第１半径と、前記中心点および前記第２給電部を通る第２半径との間の角度は、（２ｎ＋１）π／２ｍｉに等しい
無線通信システム。
【請求項６】
請求項５に記載の無線通信システムにおいて、
前記第１アレイアンテナおよび前記第２アレイアンテナのそれぞれにおいて、前記中心点と、前記それぞれの円形ループアンテナの前記第１給電部とは、直線上に配置されている
無線通信システム。
【請求項７】
請求項５に記載の無線通信システムにおいて、
前記第１アレイアンテナおよび前記第２アレイアンテナのそれぞれにおいて、前記複数の円形ループアンテナに含まれる第１円形ループアンテナおよび第２円形ループアンテナの任意の組み合わせにおいて、前記第１円形ループアンテナの前記第１給電部と、前記第２円形ループアンテナの前記第１給電部とは、前記中心点から見た方向が異なる
無線通信システム。
【請求項８】
請求項５〜７のいずれか一項に記載の無線通信システムにおいて、
前記第１アレイアンテナおよび前記第２アレイアンテナのそれぞれは、
前記誘電体基板に対して平行に配置された反射板
をさらに具備する
無線通信システム。
【請求項９】
請求項５〜７のいずれか一項に記載の通信システムにおいて、
前記第１アレイアンテナおよび前記第２アレイアンテナのそれぞれは、
前記中心点を通り、かつ、前記誘電体基板に直交する仮想的な中心軸
をさらに具備し、
前記第１アレイアンテナおよび前記第２アレイアンテナは、前記第１アレイアンテナの前記中心軸および前記第２アレイアンテナの前記中心軸が一致するように配置されている
無線通信システム。
【請求項１０】
請求項９に記載の無線通信システムにおいて、
前記第１アレイアンテナは、
前記誘電体基板に対して平行に、かつ、前記第２アレイアンテナとは反対側に配置された第１反射板
をさらに具備し、
前記第２アレイアンテナは、
前記誘電体基板に対して平行に、かつ、前記第１アレイアンテナとは反対側に配置された第２反射板
をさらに具備する
無線通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はアレイアンテナおよび無線通信システムに関し、特に、ＯＡＭ（Ｏｒｂｉｔａｌ  Ａｎｇｕｌａｒ  Ｍｏｍｅｎｔｕｍ：軌道角運動量）多重無線通信に好適に利用出来るアレイアンテナおよび無線通信システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、インターネットの豊富なコンテンツと、光回線による超高速ネットワークならびに最終ユーザへの無線ネットワークの普及で、“いつでも、どこでも、誰とでも”、さらには“いまだけ、ここだけ、あなただけ”という個人のニ−ズに合わせた情報の提供を可能にする高度情報社会への進展が急速に進んでいる。さらに、センサーネットワークを用いた人を介さない通信によるビッグデータの収集も並行して進んでいる。これらを支える無線システムとして、携帯電話、Ｗｉｍａｘ（Ｗｏｒｌｄｗｉｄｅ  Ｉｎｔｅｒｏｐｅｒａｂｉｌｉｔｙ  ｆｏｒ  Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ  Ａｃｃｅｓｓ）、無線ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ  Ａｒｅａ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）、ブルートゥース（登録商標）、ＵＷＢ（Ｕｌｔｒａ  Ｗｉｄｅ  Ｂａｎｄ）、ジグビー等多様なシステムが提供されている。
【０００３】
加えて、これらのシステムをシームレスに接続し、各システムを組み合わせて提供するサービスも進展している。これらの無線システムは、固有の通信帯域を占有して通信を行うものであり、特に大量のデータを高速に伝送するためには広い周波数帯域を用いる必要があり、貴重な資源である周波数資源を多く必要とするという問題があった。このため、有効利用の指標として伝送情報量を帯域幅で割った周波数あたりの伝送レート（ｂｉｔ／Ｈｚ）を向上できる技術の重要性が増大している。
【０００４】
周波数あたりの伝送レートを向上できる技術の１つとして、複数のアンテナを送信側と受信側に配置した“見通し内ＭＩＭＯ（ｍｕｌｔｉｐｌｅ−ｉｎｐｕｔ  ａｎｄ  ｍｕｌｔｉｐｌｅ−ｏｕｔｐｕｔ）”と称される技術が知られている。見通し内ＭＩＭＯは、同じ時間内に同じ帯域内で、伝搬特性の違いを活用して多重化する空間多重化の手法である。例えば、送信側と受信側のそれぞれがｎ個（ｎは任意の整数）のアンテナを備えた場合、送信アンテナの電圧電流と受信アンテナの電圧電流の関係は、伝搬路の伝達関数（例えばＺ行列）で一意に定めることができ、ｎ行×ｎ列の正方行列として表現される。
【０００５】
この行列の固有ベクトルを用いるとｎ行×ｎ列の正方行列は対角化でき、ｎ個の固有ベクトルに関する伝達関数は独立となるので、ｎ重の多重化が可能となる。しかしながら、ＭＩＭＯでは、混ざり合った信号を数学的に分離するため、複雑な信号処理が必要になるという問題がある。また、複数のアンテナを協調させて動作させることになるので、システム構成が複雑になるという問題もあった。
【０００６】
このような状況を踏まえて、近年、同一の周波数における多重化の手法として、ＯＡＭ（Ｏｒｂｉｔａｌ  Ａｎｇｕｌａｒ  Ｍｏｍｅｎｔｕｍ）通信が提案されている。この手法は、電磁界の軌道角運動量が保存される場合にのみ相互作用が許容される現象を活用するものであり、電磁波に軌道角運動量（ＯＡＭ）の情報を持たせて伝送する手法である。
【０００７】
レーザのようなビーム断面がガウス分布系となる波動では、断面における方位φに関する位相空間分布は、通常の波では一定である。一方、ＯＡＭ波では、ｅｘｐ（ｊｍφ）（但し、ｍはＯＡＭ波のモード次数で磁気量子数と呼ばれる）に従い、方位φに対して線形に変化して、同一位相面が螺旋状に進む。
【０００８】
このようなＯＡＭ波は、光通信の場合には、レーザとホログラムあるいはスパイラル位相板を用いて比較的簡単に実現することができる。一方、マイクロ波の場合には、固有モードの送信方法や受信方法、及び絞られたビームの伝送方法が光通信と大きく異なるため、ＯＡＭ波の実現は容易ではない。
【０００９】
上記に関連して、特許文献１（ＷＯ２０１４／１９９４５１号公報）には、光でＯＡＭ通信を行う場合の構成を模擬して、パラボラアンテナにスパイラル状の切込みを入れて、反射面を波長の整数倍ずらすことにより、電磁波でＯＡＭ波を生成させる技術が記載されている。
【００１０】
また、特許文献２（特開２０１５−２３１１０８号公報）には、アレイ状のアンテナ素子を円周上に配置して、各アンテナ素子間の位相を一定の間隔でずらすことで、円周上の受信位置で、位相面がｅｘｐ（ｊｍφ）と変化する電磁界を作り出す技術が記載されている。この技術は、ずらす位相量を離散的に変えることにより、異なるＯＡＭモードを作り出し、モード間で多重化を行うものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】ＷＯ２０１４／１９９４５１号公報
【特許文献２】特開２０１５−２３１１０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
特許文献１に記載されるように、パラボラアンテナにスパイラル状に切込みを入れて、反射面を波長の整数倍ずらすことで、ＯＡＭ波を生成することができる。しかしながら、切り込みを入れた特殊な形状のパラボラアンテナを製作するのは容易ではなく、量産が困難であるという問題がある。
【００１３】
また、特許文献２に記載されるように、アレイ状のアンテナ素子を円周上に配置する構成とする場合には、一般のＭＩＭＯ通信の場合と同様に、アンテナ間の受信信号間の相関から、各モードの信号を取り出すための複雑な信号処理が必要となる。さらに、送信側では、ｅｘｐ（ｊｍφ）で回転する電磁界を作成するため、一定の位相差をアンテナ間に与えるための位相器を配置する必要がある。したがって、アレイ状のアンテナ素子を円周上に配置する場合には、送信回路や受信回路の構成が複雑になるという問題がある。
【００１４】
このように、従来から提案されている周波数あたりの伝送レートを向上させる技術は、複雑なアンテナが必要となる問題や、複雑な構成の送受信回路が必要になるという問題があり、周波数あたりの伝送レートをより簡単な構成で向上させることが望まれていた。
【００１５】
周波数あたりの伝送レートを、より簡単な構成で向上させることが出来るアレイアンテナおよび無線通信システムを提供する。その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
以下に、（発明を実施するための形態）で使用される番号を用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号は、（特許請求の範囲）の記載と（発明を実施するための形態）との対応関係を明らかにするために付加されたものである。ただし、それらの番号を、（特許請求の範囲）に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。
【００１７】
一実施の形態によれば、アレイアンテナ（１０）は、誘電体基板（１３）と、複数の円形ループアンテナ（１２）とを具備している。ここで、誘電体基板（１３）は、一方の表面である上面と、上面と対向する他方の表面である下面とを有する。複数の円形ループアンテナ（１２）は、誘電体基板（１３）の上面および下面に形成されて、かつ、それぞれの中心点（Ｏ）を共有するように同心円状に配置されている。複数の円形ループアンテナ（１２）に含まれる第ｉ円形ループアンテナのそれぞれは、それぞれ異なる半径ａｉを有する。ここで符号ｉの順番は半径ａｉの大小関係と同じ順番である。それぞれの第ｉ円形ループアンテナが有する周囲長２πａｉは、通信周波数に対応する波長λのｍｉ倍である。ここでｍｉは自然数であり、かつ、自然数ｍｉの大小関係は符号ｉと同じ順番である。それぞれの円形ループアンテナ（１２Ａ〜１２Ｄ）は、上面パターン（１４Ａ〜１４Ｄ）と、下面パターン（１５Ａ〜１５Ｄ）と、第１給電部（２１）と、第２給電部（２２）とを具備する。ここで、上面パターン（１４Ａ〜１４Ｄ）は、誘電体基板（１３）の上面に配置されている。下面パターン（１５Ａ〜１５Ｄ）は、誘電体基板（１３）の下面に配置されている。第１給電部（２１）は、上面パターン（１４Ａ〜１４Ｄ）の一端に設けられた第１電極（１９）と、下面パターン（１５Ａ〜１５Ｄ）の一端に設けられた第２電極（２０）とを含む。第２給電部（２２）は、上面パターン（１４Ａ〜１４Ｄ）の他端に設けられた第３電極（１９）と、下面パターン（１５Ａ〜１５Ｄ）の他端に設けられた第４電極（２０）とを含む。ｎは任意の整数であって、それぞれの第ｉ円形ループアンテナ（１２Ａ〜１２Ｄ）において、中心点（Ｏ）および第１給電部（２１）を通る第１半径と、中心点（Ｏ）および第２給電部（２２）を通る第２半径との間の角度は、（２ｎ＋１）π／２ｍｉに等しい。
【００１８】
一実施の形態によれば、無線通信システム（１）は、送信機（２）と、第１アレイアンテナ（３、１０）と、受信機（４）と、第２アレイアンテナ（５、１０）とを具備する。ここで、送信機（２）は、無線信号を送信する。第１アレイアンテナ（３、１０）は、送信機に接続されている。受信機（４）は、無線信号を受信する。第２アレイアンテナ（５、１０）は、受信機に接続されている。第１アレイアンテナ（３、１０）および第２アレイアンテナ（５、１０）のそれぞれは、誘電体基板（１３）と、複数の円形ループアンテナ（１２）とを具備している。ここで、誘電体基板（１３）は、一方の表面である上面と、上面と対向する他方の表面である下面とを有する。複数の円形ループアンテナ（１２）は、誘電体基板（１３）の上面および下面に形成されて、かつ、それぞれの中心点（Ｏ）を共有するように同心円状に配置されている。複数の円形ループアンテナ（１２）に含まれる第ｉ円形ループアンテナのそれぞれは、それぞれ異なる半径ａｉを有する。ここで符号ｉの順番は半径ａｉの大小関係と同じ順番である。それぞれの第ｉ円形ループアンテナが有する周囲長２πａｉは、通信周波数に対応する波長λのｍｉ倍である。ここでｍｉは自然数であり、かつ、自然数ｍｉの大小関係は符号ｉと同じ順番である。それぞれの円形ループアンテナ（１２Ａ〜１２Ｄ）は、上面パターン（１４Ａ〜１４Ｄ）と、下面パターン（１５Ａ〜１５Ｄ）と、第１給電部（２１）と、第２給電部（２２）とを具備する。ここで、上面パターン（１４Ａ〜１４Ｄ）は、誘電体基板（１３）の上面に配置されている。下面パターン（１５Ａ〜１５Ｄ）は、誘電体基板（１３）の下面に配置されている。第１給電部（２１）は、上面パターン（１４Ａ〜１４Ｄ）の一端に設けられた第１電極（１９）と、下面パターン（１５Ａ〜１５Ｄ）の一端に設けられた第２電極（２０）とを含む。第２給電部（２２）は、上面パターン（１４Ａ〜１４Ｄ）の他端に設けられた第３電極（１９）と、下面パターン（１５Ａ〜１５Ｄ）の他端に設けられた第４電極（２０）とを含む。ｎは任意の整数であって、それぞれの第ｉ円形ループアンテナ（１２Ａ〜１２Ｄ）において、中心点（Ｏ）および第１給電部（２１）を通る第１半径と、中心点（Ｏ）および第２給電部（２２）を通る第２半径との間の角度は、（２ｎ＋１）π／２ｍｉに等しい。
【発明の効果】
【００１９】
前記一実施の形態によれば、シンプルな構造で、安価かつ量産性に優れたアレイアンテナを使用することで、周波数あたりの伝送レートを向上させた無線通信システムを実現することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は、一実施形態による無線通信システムの一構成例を示すブロック回路図である。
【図２】図２は、一実施形態によるアレイアンテナの一構成例を示す俯瞰図である。
【図３Ａ】図３Ａは、一実施形態による円形ループアンテナ群の一構成例を示す上面図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、一実施形態による上面パターン群の一構成例を示す部分上面図である。
【図３Ｃ】図３Ｃは、一実施形態による下面パターン群の一構成例を示す部分上面図である。
【図４】図４は、一実施形態によるアレイアンテナの一構成例を示す断面図である。
【図５】図５は、一実施形態による給電部の一構成例を示す俯瞰図である。
【図６Ａ】図６Ａは、一実施形態によるアレイアンテナの、周波数に対する反射損失の変化の一例を示すグラフである。
【図６Ｂ】図６Ｂは、一実施形態によるアレイアンテナにおいて、第４円形ループアンテナの第１給電部を励振した場合の、他の円形ループアンテナの各給電部へのアンテナ間通過特性の一例を示すグラフである。
【図６Ｃ】図６Ｃは、一実施形態によるアレイアンテナにおいて、第１円形ループアンテナの第１給電部を励振した場合の、他の円形ループアンテナの各給電部へのアンテナ間通過特性の一例を示すグラフである。
【図６Ｄ】図６Ｄは、一実施形態によるアレイアンテナにおいて、第２円形ループアンテナの第１給電部を励振した場合の、他の円形ループアンテナの各給電部へのアンテナ間通過特性の一例を示すグラフである。
【図６Ｅ】図６Ｅは、一実施形態によるアレイアンテナにおいて、第３円形ループアンテナの第１給電部を励振した場合の、他の円形ループアンテナの各給電部へのアンテナ間通過特性の一例を示すグラフである。
【図７Ａ】図７Ａは、一実施形態による円形ループアンテナ群の一構成例を示す上面図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、一実施形態による上面パターン群の一構成例を示す部分上面図である。
【図７Ｃ】図７Ｃは、一実施形態による下面パターン群の一構成例を示す物の部分上面図である。
【図８Ａ】図８Ａは、一実施形態によるアレイアンテナの、周波数に対する反射損失の変化の一例を示すグラフである。
【図８Ｂ】図８Ｂは、一実施形態によるアレイアンテナにおいて、第１円形ループアンテナの第１給電部を励振した場合の、他の円形ループアンテナの各給電部へのアンテナ間通過特性の一例を示すグラフである。
【図８Ｃ】図８Ｃは、一実施形態によるアレイアンテナにおいて、第２円形ループアンテナの第１給電部を励振した場合の、他の円形ループアンテナの各給電部へのアンテナ間通過特性の一例を示すグラフである。
【図８Ｄ】図８Ｄは、一実施形態によるアレイアンテナにおいて、第３円形ループアンテナの第１給電部を励振した場合の、他の円形ループアンテナの各給電部へのアンテナ間通過特性の一例を示すグラフである。
【図８Ｅ】図８Ｅは、一実施形態によるアレイアンテナにおいて、第４円形ループアンテナの第１給電部を励振した場合の、他の円形ループアンテナの各給電部へのアンテナ間通過特性の一例を示すグラフである。
【図９Ａ】図９Ａは、図３Ａ〜図３Ｃに示した円形ループアンテナ群を備えるアレイアンテナを送信アレイアンテナおよび受信アレイアンテナとして使用した場合の、送信アレイアンテナの、周波数に対する反射特性の変化の一例を示すグラフである。
【図９Ｂ】図９Ｂは、図３Ａ〜図３Ｃに示した円形ループアンテナ群を備えるアレイアンテナを送信アレイアンテナおよび受信アレイアンテナとして使用し、かつ、第１円形ループアンテナの第１給電部を励振した場合の、受信アンテナにおける各給電部へのアンテナ間通過特性の一例を示すグラフである。
【図９Ｃ】図９Ｃは、図３Ａ〜図３Ｃに示した円形ループアンテナ群を備えるアレイアンテナを送信アレイアンテナおよび受信アレイアンテナとして使用し、かつ、第２円形ループアンテナの第１給電部を励振した場合の、受信アンテナにおける各給電部へのアンテナ間通過特性の一例を示すグラフである。
【図９Ｄ】図９Ｄは、図３Ａ〜図３Ｃに示した円形ループアンテナ群を備えるアレイアンテナを送信アレイアンテナおよび受信アレイアンテナとして使用し、かつ、第３円形ループアンテナの第１給電部を励振した場合の、受信アンテナにおける各給電部へのアンテナ間通過特性の一例を示すグラフである。
【図９Ｅ】図９Ｅは、図３Ａ〜図３Ｃに示した円形ループアンテナ群を備えるアレイアンテナを送信アレイアンテナおよび受信アレイアンテナとして使用し、かつ、第４円形ループアンテナの第１給電部を励振した場合の、受信アンテナにおける各給電部へのアンテナ間通過特性の一例を示すグラフである。
【図９Ｆ】図９Ｆは、図３Ａ〜図３Ｃに示した円形ループアンテナ群を備えるアレイアンテナを送信アレイアンテナおよび受信アレイアンテナとして使用し、かつ、第１円形ループアンテナの第２給電部を励振した場合の、受信アンテナにおける各給電部へのアンテナ間通過特性の一例を示すグラフである。
【図９Ｇ】図９Ｇは、図３Ａ〜図３Ｃに示した円形ループアンテナ群を備えるアレイアンテナを送信アレイアンテナおよび受信アレイアンテナとして使用し、かつ、第２円形ループアンテナの第２給電部を励振した場合の、受信アンテナにおける各給電部へのアンテナ間通過特性の一例を示すグラフである。
【図９Ｈ】図９Ｈは、図３Ａ〜図３Ｃに示した円形ループアンテナ群を備えるアレイアンテナを送信アレイアンテナおよび受信アレイアンテナとして使用し、かつ、第３円形ループアンテナの第２給電部を励振した場合の、受信アンテナにおける各給電部へのアンテナ間通過特性の一例を示すグラフである。
【図９Ｉ】図９Ｉは、図３Ａ〜図３Ｃに示した円形ループアンテナ群を備えるアレイアンテナを送信アレイアンテナおよび受信アレイアンテナとして使用し、かつ、第４円形ループアンテナの第２給電部を励振した場合の、受信アンテナにおける各給電部へのアンテナ間通過特性の一例を示すグラフである。
【図１０Ａ】図１０Ａは、図７Ａ〜図７Ｃに示した円形ループアンテナ群を備えるアレイアンテナを送信アレイアンテナおよび受信アレイアンテナとして使用した場合の、送信アレイアンテナの、周波数に対する反射特性の変化の一例を示すグラフである。
【図１０Ｂ】図１０Ｂは、図７Ａ〜図７Ｃに示した円形ループアンテナ群を備えるアレイアンテナを送信アレイアンテナおよび受信アレイアンテナとして使用し、かつ、第１円形ループアンテナの第１給電部を励振した場合の、受信アンテナにおける各給電部へのアンテナ間通過特性の一例を示すグラフである。
【図１０Ｃ】図１０Ｃは、図７Ａ〜図７Ｃに示した円形ループアンテナ群を備えるアレイアンテナを送信アレイアンテナおよび受信アレイアンテナとして使用し、かつ、第２円形ループアンテナの第１給電部を励振した場合の、受信アンテナにおける各給電部へのアンテナ間通過特性の一例を示すグラフである。
【図１０Ｄ】図１０Ｄは、図７Ａ〜図７Ｃに示した円形ループアンテナ群を備えるアレイアンテナを送信アレイアンテナおよび受信アレイアンテナとして使用し、かつ、第３円形ループアンテナの第１給電部を励振した場合の、受信アンテナにおける各給電部へのアンテナ間通過特性の一例を示すグラフである。
【図１０Ｅ】図１０Ｅは、図７Ａ〜図７Ｃに示した円形ループアンテナ群を備えるアレイアンテナを送信アレイアンテナおよび受信アレイアンテナとして使用し、かつ、第４円形ループアンテナの第１給電部を励振した場合の、受信アンテナにおける各給電部へのアンテナ間通過特性の一例を示すグラフである。
【図１０Ｆ】図１０Ｆは、図７Ａ〜図７Ｃに示した円形ループアンテナ群を備えるアレイアンテナを送信アレイアンテナおよび受信アレイアンテナとして使用し、かつ、第１円形ループアンテナの第２給電部を励振した場合の、受信アンテナにおける各給電部へのアンテナ間通過特性の一例を示すグラフである。
【図１０Ｇ】図１０Ｇは、図７Ａ〜図７Ｃに示した円形ループアンテナ群を備えるアレイアンテナを送信アレイアンテナおよび受信アレイアンテナとして使用し、かつ、第２円形ループアンテナの第２給電部を励振した場合の、受信アンテナにおける各給電部へのアンテナ間通過特性の一例を示すグラフである。
【図１０Ｈ】図１０Ｈは、図７Ａ〜図７Ｃに示した円形ループアンテナ群を備えるアレイアンテナを送信アレイアンテナおよび受信アレイアンテナとして使用し、かつ、第３円形ループアンテナの第２給電部を励振した場合の、受信アンテナにおける各給電部へのアンテナ間通過特性の一例を示すグラフである。
【図１０Ｉ】図１０Ｉは、図７Ａ〜図７Ｃに示した円形ループアンテナ群を備えるアレイアンテナを送信アレイアンテナおよび受信アレイアンテナとして使用し、かつ、第４円形ループアンテナの第２給電部を励振した場合の、受信アンテナにおける各給電部へのアンテナ間通過特性の一例を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
添付図面を参照して、本発明によるアレイアンテナおよび無線通信システムを実施するための形態を以下に説明する。
【００２２】
（第１実施形態）
図１を参照して、本実施形態による無線通信システム１について説明する。図１は、一実施形態による無線通信システム１の一構成例を示すブロック回路図である。
【００２３】
図１の無線通信システム１の構成要素について説明する。図１の無線通信システム１は、送信機２と、送信アレイアンテナ３と、受信機４と、受信アレイアンテナ５とを備える。
【００２４】
図１の無線通信システム１の構成要素の接続関係について説明する。送信機２と、送信アレイアンテナ３とは、好ましくは複数の配線を介して、電気的に接続されている。同様に、受信機４と、受信アレイアンテナ５とは、好ましくは複数の配線を介して、電気的に接続されている。送信アレイアンテナ３と、受信アレイアンテナ５とは、無線伝送６によって接続されている。
【００２５】
図１の無線通信システム１の構成要素の動作について説明する。送信機２は、送信信号を生成して送信アレイアンテナ３に向けて送信する。送信アレイアンテナ３は、受信した送信信号を、所定の通信周波数を有する無線信号に変換して、受信アレイアンテナ５に向けて送信する。受信アレイアンテナ５は、受信した無線信号を受信信号に変換して、受信機４に向けて送信する。受信機４は、受信信号を受信する。
【００２６】
送信機２および受信機４の構成および動作については、公知技術であるので、さらなる詳細な説明を省略する。以降、送信アレイアンテナ３および受信アレイアンテナ５について説明する。
【００２７】
本実施形態において、図１の送信アレイアンテナ３および受信アレイアンテナ５の構成は、基本的に同じである。以降、送信アレイアンテナ３および受信アレイアンテナ５を区別しない場合に、単に「アレイアンテナ」と呼ぶ。
【００２８】
図２を参照して、本実施形態によるアレイアンテナ１０について説明する。図２は、一実施形態によるアレイアンテナ１０の一構成例を示す俯瞰図である。
【００２９】
図２のアレイアンテナ１０の構成要素について説明する。アレイアンテナ１０は、反射板１１と、円形ループアンテナ群１２とを備える。反射板１１は、良導体金属反射板であることが好ましい。
【００３０】
図２のアレイアンテナ１０の構成要素の位置関係について説明する。反射板１１と、円形ループアンテナ群１２とは、平面的な形状を有し、かつ、互いに平行に配置されている。反射板１１と、円形ループアンテナ群１２との間の距離を、ｄと呼ぶ。反射板１１と、円形ループアンテナ群１２との間には、空気の層が配置されていても良い。反射板１１と、円形ループアンテナ群１２との間に配置されている層が空気である場合には、距離ｄは、アレイアンテナ１０で用いられる通信周波数に対応する波長の５分の１より短いことが好ましい。
【００３１】
反射板１１の構成および動作については、公知技術であるので、さらなる詳細な説明を省略する。以降、円形ループアンテナ群１２について説明する。
【００３２】
図３Ａ〜図３Ｃ、図４および図５を参照して、本実施形態による円形ループアンテナ群１２について説明する。図３Ａは、一実施形態による円形ループアンテナ群１２の一構成例を示す上面図である。図３Ｂは、一実施形態による上面パターン群１４の一構成例を示す部分上面図である。図３Ｃは、一実施形態による下面パターン群１５の一構成例を示す部分上面図である。図４は、一実施形態によるアレイアンテナ１０の一構成例を示す断面図である。図５は、一実施形態による給電部２１の一構成例を示す俯瞰図である。
【００３３】
本実施形態による円形ループアンテナ群１２の構成要素について説明する。円形ループアンテナ群１２は、第１円形ループアンテナ１２Ａと、第２円形ループアンテナ１２Ｂと、第３円形ループアンテナ１２Ｃと、第４円形ループアンテナ１２Ｄと、誘電体基板１３とを備えている。
【００３４】
なお、本実施形態では、アレイアンテナ１０が４つのアンテナ要素、すなわち４つの円形ループアンテナ１２Ａ〜１２Ｄで構成されているが、これはあくまでも一例であって、本実施形態によるアレイアンテナ１０のアンテナ要素数は４に限定されない。
【００３５】
第１円形ループアンテナ１２Ａは、２つの給電部２１Ａ、２２Ａを備えている。同様に、第２円形ループアンテナ１２Ｂは、２つの給電部２１Ｂ、２２Ｂを備えている。第３円形ループアンテナ１２Ｃは、２つの給電部２１Ｃ、２２Ｃを備えている。第４円形ループアンテナ１２Ｄは、２つの給電部２１Ｄ、２２Ｄを備えている。なお、給電部２１Ａ〜２１Ｄおよび給電部２２Ａ〜２２Ｄを区別しない場合には、それぞれ単に「給電部２１」および「給電部２２」と呼ぶ。
【００３６】
誘電体基板１３は、図面の表側に見える第１表面と、その裏側である第２表面とを有している。便宜上、第１表面を「上面」と呼び、同様に第２表面を「下面」と呼ぶ。４つの円形ループアンテナ１２Ａ〜１２Ｄは、誘電体基板１３の上面に配置されている上面パターン１４Ａ〜１４Ｄと、誘電体基板１３の下面に配置されている下面パターン１５Ａ〜１５Ｄと、誘電体基板１３を貫通する複数のビア１６とを備えている。上面パターン１４Ａ〜１４Ｄをまとめて上面パターン群１４と呼ぶ。同様に、下面パターン１５Ａ〜１５Ｄをまとめて下面パターン群１５と呼ぶ。
【００３７】
言い換えれば、４つの円形ループアンテナ１２Ａ〜１２Ｄのそれぞれは、大きく分けて、上面に配置されている上面パターン１４Ａ〜１４Ｄと、下面に配置されている下面パターン１５Ａ〜１５Ｄとに分けて考えることが出来る。図３Ｂは、図３Ａに示した円形ループアンテナ１２Ａ〜１２Ｄのうち、上面パターン１４Ａ〜１４Ｄだけを抜き出した図であるとも言える。同様に、図３Ｃは、図３Ａに示した円形ループアンテナ１２Ａ〜１２Ｄのうち、下面パターン１５Ａ〜１５Ｄだけを抜き出した図であるとも言える。ただし、図３Ｃの下面パターン１５Ａ〜１５Ｄは、誘電体基板１３の向こう側に存在しているので、透過図の破線で示されている。
【００３８】
本実施形態による円形ループアンテナ群１２の構成要素の位置関係および接続関係について説明する。合計４つの円形ループアンテナ１２Ａ〜１２Ｄは、誘電体基板１３の表面上に、それぞれの中心点を共有するように同心円状に配置されている。ここで、円形ループアンテナ１２Ａ〜１２Ｄに共有される中心点を、中心点Ｏと呼ぶ。
【００３９】
各円形ループアンテナ１２Ａ〜１２Ｄの周囲長の違いについて説明する。本実施形態における第１円形ループアンテナ１２Ａの周囲長は、通信周波数に対応する波長λに等しい。ただし、実際には、この周囲長は、この波長に対して多少の誤差を含んでいた方がより優れたアンテナ特性を示す場合があることが知られている。したがって、ここでは、多少の誤差があったとしても、「等しい」という表現を敢えて用いる。言い換えれば、「等しい」という表現には多少の誤差が含まれる場合があっても良い。
【００４０】
本実施形態における第２円形ループアンテナ１２Ｂの周囲長は、通信周波数に対応する波長λの２倍に等しい。言い換えれば、第２円形ループアンテナ１２Ｂの周囲長は、第１円形ループアンテナ１２Ａの周囲長の２倍に等しい。さらに言い換えると、第２円形ループアンテナ１２Ｂの半径ａ２は、第１円形ループアンテナ１２Ａの半径ａ１の２倍に等しい。
【００４１】
同様に、本実施形態における第３円形ループアンテナ１２Ｃおよび第４円形ループアンテナ１２Ｄの周囲長は、通信周波数に対応する波長λの３倍および４倍にそれぞれ等しい。
【００４２】
言い換えれば、円形ループアンテナ１２Ａ〜１２Ｄの番号および周囲長の関係を一般化すると、下記の式（１）で表すことが出来る。
２πａｉ≒ｉλ    …（１）
ここで、定数「π」は円周率であり、番号「ｉ」は１〜４の範囲に含まれる任意の整数であり、長さ「ａｉ」は第ｉ円形ループアンテナ１２Ａ〜１２Ｄの半径であり、長さ「λ」は通信周波数に対応する波長である。なお、半径ａｉの大小関係は、番号ｉの大小関係と同じ順番であることが好ましい。
【００４３】
なお、本実施形態では一番小さい第１円形ループアンテナ１２Ａが波長に等しい周囲長を有しており、最も大きい第４円形ループアンテナ１２Ｄが波長の４倍に等しい周囲長を有しているが、これらはあくまでも一例にすぎず、本実施形態によるアレイアンテナ１０の構成を限定しない。また、本実施形態では、円形ループアンテナ１２Ａ〜１２Ｄの周囲長を波長λで除算した商が、連続した整数１〜４であるが、この特徴もあくまで一例にすぎず、本実施形態によるアレイアンテナ１０の構成を限定しない。
【００４４】
言い換えれば、上記の式（１）をさらに一般化すると、円形ループアンテナ１２Ａ〜１２Ｄの番号および周囲長の関係は、下記の式（２）で表すことが出来る。
２πａｉ≒ｍｉλ    …（２）
ここで、定数「π」は円周率であり、番号「ｉ」は１〜４の範囲に含まれる任意の整数であり、長さ「ａｉ」は第ｉ円形ループアンテナ１２Ａ〜１２Ｄの半径であり、「ｍｉ」は任意の自然数であり、長さ「λ」は通信周波数に対応する波長である。
【００４５】
各円形ループアンテナ１２Ａ〜１２Ｄのそれぞれが、誘電体基板１３の上面及び下面に、部分的に分かれて配置されていることについて説明する。前述のとおり、円形ループアンテナ１２Ａ〜１２Ｄのそれぞれのうち、上面パターン１４Ａ〜１４Ｄの部分は誘電体基板１３の上面に配置されており、下面パターン１５Ａ〜１５Ｄの部分は誘電体基板１３の下面に配置されている。図３Ａの上面図および図３Ｃの部分上面図では、誘電体基板１３の裏側に配置されている下面パターン群１５を、破線で示している。図４は、アレイアンテナ１０における反射板１１と、誘電体基板１３と、上面パターン群１４と、下面パターン群１５との、厚さ方向における位置関係を、図３Ａに記載の断面線Ａ−Ａ’による断面図として示している。
【００４６】
図５に示した第１円形ループアンテナ１２Ａが２つの給電部２１Ａ、２２Ａを備えていることについて説明する。なお、第２円形ループアンテナ１２Ｂも２つの給電部２１Ｂ、２２Ｂを備える。また、第３円形ループアンテナ１２Ｃも２つの給電部２１Ｃ、２２Ｃを備える。さらに、第４円形ループアンテナ１２Ｄも２つの給電部２１Ｄ、２２Ｄを備えている。ここでは、代表として第１円形ループアンテナ１２Ａの給電部２１Ａについて説明し、同様に構成されている他の給電部２２Ａ、２１Ｂ、２２Ｂ、２１Ｃ、２２Ｃ、２１Ｄおよび２２Ｄについては詳細な説明を省略する。
【００４７】
図５に示した第１円形ループアンテナ１２Ａの上面パターン１４Ａに注目すると、その一端には上面給電部１７Ａが設けられており、上面給電部１７Ａの端部には電極１９が設けられている。同様に、第１円形ループアンテナ１２Ａの下面パターン１５Ａに注目すると、その一端には下面給電部１８Ａが設けられており、下面給電部１８Ａの端部にはビア１６が接続されており、ビア１６の端部には電極２０が設けられている。電極１９および電極２０をまとめて、第１給電部２１Ａと呼ぶ。
【００４８】
なお、図示は省略するが、上面パターン１４Ａの他端には別の上面給電部１７Ａおよび別の電極１９が設けられており、下面パターン１５Ａの他端には別の下面給電部１８Ａが設けられており、別の下面給電部１８Ａには別のビア１６が接続されており、別のビア１６の端部には別の電極２０が設けられている。別の電極１９と、別の電極２０とをまとめて、第１円形ループアンテナ１２Ａの第２給電部２２Ａと呼ぶ。
【００４９】
このように、第１円形ループアンテナ１２Ａには、２つの給電部２１Ａ、２２Ａが設けられている。同様に、第２円形ループアンテナ１２Ｂ〜第４円形ループアンテナ１２Ｄのそれぞれにも、２つの給電部２１、２２が設けられている。なお、本実施形態では、給電部２１Ａ〜２１Ｄおよび中心点Ｏは、直線上に配置されている。
【００５０】
なお、それぞれの給電部２１、２２において、上面給電部１７Ａおよび下面給電部１８Ａは、両者の集合がバランとして機能するような形状を有することが好ましい。なお、代わりに既存のバランを用いても良い。また、バランとして機能する給電部を省き、同軸ケーブルを上面給電部１７Ａおよび下面給電部１８Ａのアンテナ導体側に直接に接続しても、反射損失の悪化を許容すれば、多重化は可能である。
【００５１】
各円形ループアンテナ１２Ａ〜１２Ｄにおいて、中心点Ｏから見た２つの給電部２１、２２の間の角度について説明する。図３Ａの例では、中心点Ｏおよび第１円形ループアンテナ１２Ａの第１給電部２１Ａを通る直線と、中心点Ｏおよび第１円形ループアンテナ１２Ａの第２給電部２２Ａを通る直線との間の角度は、θ１である。言い換えれば、中心点Ｏから見て、給電部２１Ａおよび給電部２２Ａの間の角度は、θ１である。同様に、中心点Ｏから見て、給電部２１Ｂおよび給電部２２Ｂの間の角度はθ２であり、給電部２１Ｃおよび給電部２２Ｃの間の角度はθ３であり、給電部２１Ｄおよび給電部２２Ｄの間の角度はθ４である。
【００５２】
さらに言い換えれば、円形ループアンテナ１２Ａ〜１２Ｄの番号と、その２つの給電部２１、２２の間の角度との関係を一般化すると、下記の式（３）で表すことが出来る。
θｉ＝（２ｎ＋１）π／２ｍｉ    …（３）
ここで、角度「θｉ」は第ｉ円形ループアンテナ１２Ａ〜１２Ｄにおける２つの給電部２１、２２の間の角度であり、定数「π」は円周率であり、定数「ｎ」は任意の整数であり、定数「ｍｉ」は任意の自然数である。
【００５３】
図６Ａ〜図６Ｅを参照して、本実施形態による無線通信システム１の動作について説明する。ここで、通信周波数は５．２５ＧＨｚ（ギガヘルツ）である。また、この通信周波数に合わせて、誘電体基板１３を、０．１ｍｍの厚さを有するＦＲ−４（Ｆｌａｍｅ  Ｒｅｔａｒｄａｎｔ  Ｔｙｐｅ  ４）素材で作成した。各円形ループアンテナ１２Ａ〜１２Ｄの導体幅は、一様に０．４ｍｍとした。各円形ループアンテナ１２Ａ〜１２Ｄの半径は、それぞれ、ａ１＝８．７ｍｍ、ａ２＝１６．１ｍｍ、ａ３＝２４．２ｍｍ、ａ４＝３２．４ｍｍとした。このように作成したアレイアンテナ１０において、実効比誘電率は１．２であり、各円形ループアンテナ１２Ａ〜１２Ｄの実効周囲長はそれぞれ５９ｍｍ、１１１ｍｍ、１６７ｍｍおよび２２３ｍｍであり、これらは５．２５ＧＨｚの通信周波数に対応する波長５７ｍｍの１倍、２倍、３倍および４倍である５７ｍｍ、１１４ｍｍ、１６７ｍｍおよび２２３ｍｍにそれぞれ概ね等しい。
【００５４】
図６Ａは、一実施形態によるアレイアンテナ１０の各アンテナ端子を差動励振した場合の、周波数に対する反射損失の変化の一例を示すグラフである。図６Ａは、第１グラフＳ１１と、第２グラフＳ２２と、第３グラフＳ３３と、第４グラフＳ４４とを含んでいる。第１グラフＳ１１は、第１円形ループアンテナ１２Ａにおける、周波数に対する反射損失の変化を示している。同様に、第２グラフＳ２２〜第４グラフＳ４４は、第２円形ループアンテナ１２Ｂ〜第４円形ループアンテナ１２Ｄにおける周波数に対する反射損失の変化を、それぞれ示している。５．２５ＧＨｚの通信周波数において、いずれの場合も反射係数は−１５ｄＢ以下である。このことは、各円形ループアンテナ１２Ａ〜１２Ｄが入力電力をほとんどそのまま放射していることを示している。
【００５５】
図６Ｂは、一実施形態によるアレイアンテナ１０において、第４円形ループアンテナ１２Ｄの第１給電部２１Ｄを励振した場合の、他の円形ループアンテナ１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃの各給電部へのアンテナ間通過特性の一例を示すグラフである。図６Ｂは、第１グラフＳ１４と、第２グラフＳ２４と、第３グラフＳ３４と、第４グラフＳ５４（枠外）と、第５グラフＳ６４と、第６グラフＳ７４と、第７グラフＳ８４とを含んでいる。
【００５６】
図６Ｃは、一実施形態によるアレイアンテナ１０において、第１円形ループアンテナ１２Ａの第１給電部２１Ａを励振した場合の、他の円形ループアンテナ１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄの各給電部へのアンテナ間通過特性の一例を示すグラフである。図６Ｃは、第１グラフＳ２１と、第２グラフＳ３１と、第３グラフＳ４１と、第４グラフＳ５１と、第５グラフＳ６１と、第６グラフＳ７１と、第７グラフＳ８１とを含んでいる。
【００５７】
図６Ｄは、一実施形態によるアレイアンテナ１０において、第２円形ループアンテナ１２Ｂの第１給電部２１Ｂを励振した場合の、他の円形ループアンテナ１２Ａ、１２Ｃ、１２Ｄの各給電部へのアンテナ間通過特性の一例を示すグラフである。図６Ｄは、第１グラフＳ１２と、第２グラフＳ３２と、第３グラフＳ４２と、第４グラフＳ５２と、第５グラフＳ６２と、第６グラフＳ７２と、第７グラフＳ８２とを含んでいる。
【００５８】
図６Ｅは、一実施形態によるアレイアンテナ１０において、第３円形ループアンテナ１２Ｃの第１給電部２１Ｃを励振した場合の、他の円形ループアンテナ１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｄの各給電部へのアンテナ間通過特性の一例を示すグラフである。図６Ｅは、第１グラフＳ１３と、第２グラフＳ２３と、第３グラフＳ４３と、第４グラフＳ５３（枠外）と、第５グラフＳ６３と、第６グラフＳ７３と、第７グラフＳ８３とを含んでいる。
【００５９】
図６Ｂ〜図６Ｅにおいて、２つの番号ｉおよびｊがそれぞれ１〜８の範囲内の整数であるとき、グラフＳｉｊは、第ｊ給電部を励振した場合に、第ｉ給電部で受信される電力を示している。ここで、ｉ＝１のとき、第ｉ給電部は、第１円形ループアンテナ１２Ａの第１給電部２１Ａである。ｉ＝２のとき、第ｉ給電部は、第２円形ループアンテナ１２Ｂの第１給電部２１Ｂである。ｉ＝３のとき、第ｉ給電部は、第３円形ループアンテナ１２Ｃの第１給電部２１Ｃである。ｉ＝４のとき、第ｉ給電部は、第４円形ループアンテナ１２Ｄの第１給電部２１Ｄである。ｉ＝５のとき、第ｉ給電部は、第１円形ループアンテナ１２Ａの第２給電部２２Ａである。ｉ＝６のとき、第ｉ給電部は、第２円形ループアンテナ１２Ｂの第２給電部２２Ｂである。ｉ＝７のとき、第ｉ給電部は、第３円形ループアンテナ１２Ｃの第２給電部２２Ｃである。ｉ＝８のとき、第ｉ給電部は、第４円形ループアンテナ１２Ｄの第２給電部２２Ｄである。同様に、ｊ＝１のとき、第ｊ給電部は、第１円形ループアンテナ１２Ａの第１給電部２１Ａである。ｊ＝２のとき、第ｊ給電部は、第２円形ループアンテナ１２Ｂの第１給電部２１Ｂである。ｊ＝３のとき、第ｊ給電部は、第３円形ループアンテナ１２Ｃの第１給電部２１Ｃである。ｊ＝４のとき、第ｊ給電部は、第４円形ループアンテナ１２Ｄの第１給電部２１Ｄである。ｊ＝５のとき、第ｊ給電部は、第１円形ループアンテナ１２Ａの第２給電部２２Ａである。ｊ＝６のとき、第ｊ給電部は、第２円形ループアンテナ１２Ｂの第２給電部２２Ｂである。ｊ＝７のとき、第ｊ給電部は、第３円形ループアンテナ１２Ｃの第２給電部２２Ｃである。ｊ＝８のとき、第ｊ給電部は、第４円形ループアンテナ１２Ｄの第２給電部２２Ｄである。
【００６０】
図６Ｂ〜図６Ｅのいずれのグラフでも、通信周波数５．２５ＧＨｚにおけるアンテナ間通過特性は、−２４ｄＢ以下である。これらの値は、アンテナ間通過特性としては非常に低く、放射された電力がアレイを構成する他のアンテナで実質的に受信されていないことを示している。
【００６１】
言い換えれば、本実施形態によるアレイアンテナ１０が備える全ての円形ループアンテナ１２Ａ〜１２Ｄを送信用として用いた場合に、各アンテナから放射される電力が、同じアレイアンテナ１０に含まれる他のアンテナで受信されない。つまり、放射される電力が送信用のアレイアンテナ１０では損失されないことを意味し、アレイアンテナ１０の特性が非常に良好であることを意味する。
【００６２】
さらに、同じ円形ループアンテナ１２Ａ〜１２Ｄが有する２つの給電部２１、２２の間でも、一般的な特性とは異なり、一方を励振した場合に他方への通過が抑制されている。このことは、上述した式（３）に示した端子方位の制御の結果であり、本実施形態によるアレイアンテナ１０の有用性を示している。言い換えれば、同じ円形ループアンテナ１２Ａ〜１２Ｄが有する２つの給電部２１、２２にそれぞれ印加された２つの信号が、位相が直交する関係になるように、２つの給電部２１、２２が配置されている。
【００６３】
（第２実施形態）
図７Ａ〜図７Ｃを参照して、本実施形態による円形ループアンテナ群１２について説明する。図７Ａは、一実施形態による円形ループアンテナ群１２の一構成例を示す上面図である。図７Ｂは、一実施形態による上面パターン群１４の一構成例を示す部分上面図である。図７Ｃは、一実施形態による下面パターン群１５の一構成例を示す物の部分上面図である。
【００６４】
本実施形態による円形ループアンテナ群１２は、図３Ａ〜図３Ｃに示した第１実施形態による円形ループアンテナ群１２に、以下の変更を加えたものに等しい。すなわち、第２円形ループアンテナ１２Ｂ〜第４円形ループアンテナ１２Ｄを、中心点Ｏを中心に、かつ、誘電体基板１３の表面に対して平行に、第１角度φ１〜第３角度φ３だけ、時計回りに回転する。すなわち、中心点Ｏから見て、第１円形ループアンテナ１２Ａの第１給電部２１Ａと、第２円形ループアンテナ１２Ｂの第１給電部２１Ｂとの間の角度は、第１実施形態ではゼロであったが、本実施形態ではφ１である。同様に、中心点Ｏから見て、第１円形ループアンテナ１２Ａの第１給電部２１Ａと、第３円形ループアンテナ１２Ｃの第１給電部２１Ｃとの間の角度は、第１実施形態ではゼロであったが、本実施形態ではφ２である。さらに、中心点Ｏから見て、第１円形ループアンテナ１２Ａの第１給電部２１Ａと、第４円形ループアンテナ１２Ｄの第１給電部２１Ｄとの間の角度は、第１実施形態ではゼロであったが、本実施形態ではφ３である。
【００６５】
図７Ａ〜図７Ｃに示した例では、φ１＝９０度、φ２＝４５度、φ３＝３０度であるが、これらの角度はあくまでも一構成例に過ぎず、本実施形態による円形ループアンテナ群１２の構成を限定しない。
【００６６】
なお、各円形ループアンテナ１２Ａ〜１２Ｄにおいて、中心点Ｏから見た、第１給電部２１と、第２給電部２２との間の角度は、第１実施形態の場合と同様に、θ１〜θ４のままである。厳密には、中心点Ｏから見た、第１給電部２１と、第２給電部２２との間の角度は、上述した式（３）を満たしている。
【００６７】
図８Ａ〜図８Ｅを参照して、角度φ１〜φ３を変更することによって、本実施形態によるアレイアンテナ１０の特性が変化することについて説明する。
【００６８】
図８Ａは、一実施形態によるアレイアンテナ１０の各アンテナ端子を差動励振した場合の、周波数に対する反射損失の変化の一例を示すグラフである。図８Ａは、第１グラフＳ１１と、第２グラフＳ２２と、第３グラフＳ３３と、第４グラフＳ４４とを含んでいる。第１グラフＳ１１は、第１円形ループアンテナ１２Ａにおける、周波数に対する反射損失の変化を示している。同様に、第２グラフＳ２２〜第４グラフＳ４４は、第２円形ループアンテナ１２Ｂ〜第４円形ループアンテナ１２Ｄにおける周波数に対する反射損失の変化を、それぞれ示している。５．２５ＧＨｚの通信周波数において、いずれの場合も反射係数は−１４ｄＢ以下である。このことは、各円形ループアンテナ１２Ａ〜１２Ｄが入力電力をほとんどそのまま放射していることを示している。ただし、図６Ａに示した第１実施形態の場合と比較すると、本実施形態のアレイアンテナ１０の特性は異なる。
【００６９】
図８Ｂは、一実施形態によるアレイアンテナ１０において、第１円形ループアンテナ１２Ａの第１給電部２１Ａを励振した場合の、他の円形ループアンテナ１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄの各給電部へのアンテナ間通過特性の一例を示すグラフである。図８Ｂは、第１グラフＳ２１と、第２グラフＳ３１と、第３グラフＳ４１と、第４グラフＳ５１と、第５グラフＳ６１と、第６グラフＳ７１と、第７グラフＳ８１とを含んでいる。
【００７０】
図８Ｃは、一実施形態によるアレイアンテナ１０において、第２円形ループアンテナ１２Ｂの第１給電部２１Ｂを励振した場合の、他の円形ループアンテナ１２Ａ、１２Ｃ、１２Ｄの各給電部へのアンテナ間通過特性の一例を示すグラフである。図８Ｃは、第１グラフＳ１２と、第２グラフＳ３２と、第３グラフＳ４２と、第４グラフＳ５２と、第５グラフＳ６２と、第６グラフＳ７２と、第７グラフＳ８２とを含んでいる。
【００７１】
図８Ｄは、一実施形態によるアレイアンテナ１０において、第３円形ループアンテナ１２Ｃの第１給電部２１Ｃを励振した場合の、他の円形ループアンテナ１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｄの各給電部へのアンテナ間通過特性の一例を示すグラフである。図８Ｄは、第１グラフＳ１３と、第２グラフＳ２３と、第３グラフＳ４３と、第４グラフＳ５３と、第５グラフＳ６３と、第６グラフＳ７３と、第７グラフＳ８３とを含んでいる。
【００７２】
図８Ｅは、一実施形態によるアレイアンテナ１０において、第４円形ループアンテナ１２Ｄの第１給電部２１Ｄを励振した場合の、他の円形ループアンテナ１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃの各給電部へのアンテナ間通過特性の一例を示すグラフである。図８Ｅは、第１グラフＳ１４と、第２グラフＳ２４と、第３グラフＳ３４と、第４グラフＳ５４と、第５グラフＳ６４と、第６グラフＳ７４と、第７グラフＳ８４とを含んでいる。
【００７３】
図８Ｂ〜図８Ｅに示したグラフＳｉｊの意味は、それぞれ、図６Ｂ〜図６Ｅの場合と同様であるので、さらなる詳細な説明を省略する。
【００７４】
図８Ｂ〜図８Ｅのいずれのグラフでも、通信周波数５．２５ＧＨｚにおけるアンテナ間通過特性は、−２６ｄＢ以下である。
【００７５】
このように、本実施形態では、円形ループアンテナ１２Ａ〜１２Ｄの第１給電部２１の中心点Ｏに対する配置を変更した結果として、反射係数が１ｄＢ上がった一方で、アンテナ間通過特性が２ｄＢ下がっている。言い換えれば、本実施形態によれば、角度φ１〜φ３を適宜に変更することで、反射係数およびアンテナ間通過特性を変更することが出来る。
【００７６】
（第３実施形態）
第１実施形態および第２実施形態では、１つのアレイアンテナ１０を、無線通信システム１の送信アレイアンテナ３または受信アレイアンテナ５として使用した場合の、そのアレイアンテナ１０自身の特性について説明した。本実施形態では、２つのアレイアンテナ１０を、無線通信システム１の送信アレイアンテナ３および受信アレイアンテナ５としてそれぞれ使用した場合の、無線通信システム１全体としての特性について説明する。
【００７７】
図９Ａ〜図９Ｉを参照して、図３Ａ〜図３Ｃに示した円形ループアンテナ群１２を備えるアレイアンテナ１０を送信アレイアンテナ３および受信アレイアンテナ５として使用した場合の、無線通信システム１の特性について説明する。
【００７８】
送信アレイアンテナ３および受信アレイアンテナ５の位置関係について説明する。送信アレイアンテナ３に含まれる各円形ループアンテナ１２Ａ〜１２Ｄの中心点Ｏを通り、かつ、送信アレイアンテナ３に含まれる誘電体基板１３の表面に直交する仮想的な第１中心軸を考える。同様に、受信アレイアンテナ５に含まれる各円形ループアンテナ１２Ａ〜１２Ｄの中心点Ｏを通り、かつ、受信アレイアンテナ５に含まれる誘電体基板１３の表面に直交する仮想的な第２中心軸を考える。送信アレイアンテナ３および受信アレイアンテナ５は、互いに向かい合い、かつ、これら２本の中心軸が一致するように配置されていることが好ましい。なお、このとき、送信アレイアンテナ３に含まれる反射板１１は、受信アレイアンテナ５とは反対側に配置されていることが好ましい。同様に、受信アレイアンテナ５に含まれる反射板１１は、送信アレイアンテナ３とは反対側に配置されていることが好ましい。
【００７９】
図９Ａは、図３Ａ〜図３Ｃに示した円形ループアンテナ群１２を備えるアレイアンテナ１０を送信アレイアンテナ３および受信アレイアンテナ５として使用した場合の、送信アレイアンテナ３の、周波数に対する反射特性の変化の一例を示すグラフである。図９Ａは、第１グラフＳ１１と、第２グラフＳ２２と、第３グラフＳ３３と、第４グラフＳ４４と、第５グラフＳ５５と、第６グラフＳ６６と、第７グラフＳ７７と、第８グラフＳ８８とを含んでいる。ここで、番号ｉが１〜４の範囲に含まれる整数であるとき、第ｉグラフＳｉｉは、第ｉ円形ループアンテナ１２Ａ〜１２Ｄの第１給電部２１を励振した場合の反射特性を示している。また、番号ｉが５〜８の範囲に含まれる整数であるとき、第ｉグラフＳｉｉは、第（４＋ｉ）円形ループアンテナ１２Ａ〜１２Ｄの第２給電部２２を励振した場合の反射特性を示している。５．２５ＧＨｚの通信周波数において、いずれの場合も反射係数は−８ｄＢ以下である。このことは、各円形ループアンテナ１２Ａ〜１２Ｄが送信アレイアンテナ３として使用可能なレベルの特性を有していることを示している。
【００８０】
図９Ｂは、図３Ａ〜図３Ｃに示した円形ループアンテナ群１２を備えるアレイアンテナ１０を送信アレイアンテナ３および受信アレイアンテナ５として使用し、かつ、第１円形ループアンテナ１２Ａの第１給電部２１Ａを励振した場合の、受信アンテナにおける各給電部２１、２２へのアンテナ間通過特性の一例を示すグラフである。図９Ｂは、第１グラフＳ９＿１と、第２グラフＳ１０＿１と、第３グラフＳ１１＿１と、第４グラフＳ１２＿１と、第５グラフＳ１３＿１と、第６グラフＳ１４＿１と、第７グラフＳ１５＿１と、第８グラフＳ１６＿１とを含んでいる。
【００８１】
図９Ｃは、図３Ａ〜図３Ｃに示した円形ループアンテナ群１２を備えるアレイアンテナ１０を送信アレイアンテナ３および受信アレイアンテナ５として使用し、かつ、第２円形ループアンテナ１２Ｂの第１給電部２１Ｂを励振した場合の、受信アンテナにおける各給電部２１、２２へのアンテナ間通過特性の一例を示すグラフである。図９Ｃは、第１グラフＳ９＿２と、第２グラフＳ１０＿２と、第３グラフＳ１１＿２と、第４グラフＳ１２＿２と、第５グラフＳ１３＿２と、第６グラフＳ１４＿２と、第７グラフＳ１５＿２と、第８グラフＳ１６＿２とを含んでいる。
【００８２】
図９Ｄは、図３Ａ〜図３Ｃに示した円形ループアンテナ群１２を備えるアレイアンテナ１０を送信アレイアンテナ３および受信アレイアンテナ５として使用し、かつ、第３円形ループアンテナ１２Ｃの第１給電部２１Ｃを励振した場合の、受信アンテナにおける各給電部２１、２２へのアンテナ間通過特性の一例を示すグラフである。図９Ｄは、第１グラフＳ９＿３と、第２グラフＳ１０＿３と、第３グラフＳ１１＿３と、第４グラフＳ１２＿３と、第５グラフＳ１３＿３と、第６グラフＳ１４＿３と、第７グラフＳ１５＿３と、第８グラフＳ１６＿３とを含んでいる。
【００８３】
図９Ｅは、図３Ａ〜図３Ｃに示した円形ループアンテナ群１２を備えるアレイアンテナ１０を送信アレイアンテナ３および受信アレイアンテナ５として使用し、かつ、第４円形ループアンテナ１２Ｄの第１給電部２１Ｄを励振した場合の、受信アンテナにおける各給電部２１、２２へのアンテナ間通過特性の一例を示すグラフである。図９Ｅは、第１グラフＳ９＿４と、第２グラフＳ１０＿４と、第３グラフＳ１１＿４と、第４グラフＳ１２＿４と、第５グラフＳ１３＿４と、第６グラフＳ１４＿４と、第７グラフＳ１５＿４と、第８グラフＳ１６＿４とを含んでいる。
【００８４】
図９Ｆは、図３Ａ〜図３Ｃに示した円形ループアンテナ群１２を備えるアレイアンテナ１０を送信アレイアンテナ３および受信アレイアンテナ５として使用し、かつ、第１円形ループアンテナ１２Ａの第２給電部２２Ａを励振した場合の、受信アンテナにおける各給電部２１、２２へのアンテナ間通過特性の一例を示すグラフである。図９Ｆは、第１グラフＳ９＿５と、第２グラフＳ１０＿５と、第３グラフＳ１１＿５と、第４グラフＳ１２＿５と、第５グラフＳ１３＿５と、第６グラフＳ１４＿５と、第７グラフＳ１５＿５と、第８グラフＳ１６＿５とを含んでいる。
【００８５】
図９Ｇは、図３Ａ〜図３Ｃに示した円形ループアンテナ群１２を備えるアレイアンテナ１０を送信アレイアンテナ３および受信アレイアンテナ５として使用し、かつ、第２円形ループアンテナ１２Ｂの第２給電部２２Ｂを励振した場合の、受信アンテナにおける各給電部２１、２２へのアンテナ間通過特性の一例を示すグラフである。図９Ｇは、第１グラフＳ９＿６と、第２グラフＳ１０＿６と、第３グラフＳ１１＿６と、第４グラフＳ１２＿６と、第５グラフＳ１３＿６と、第６グラフＳ１４＿６と、第７グラフＳ１５＿６と、第８グラフＳ１６＿６とを含んでいる。
【００８６】
図９Ｈは、図３Ａ〜図３Ｃに示した円形ループアンテナ群１２を備えるアレイアンテナ１０を送信アレイアンテナ３および受信アレイアンテナ５として使用し、かつ、第３円形ループアンテナ１２Ｃの第２給電部２２Ｃを励振した場合の、受信アンテナにおける各給電部２１、２２へのアンテナ間通過特性の一例を示すグラフである。図９Ｈは、第１グラフＳ９＿７と、第２グラフＳ１０＿７と、第３グラフＳ１１＿７と、第４グラフＳ１２＿７と、第５グラフＳ１３＿７と、第６グラフＳ１４＿７と、第７グラフＳ１５＿７と、第８グラフＳ１６＿７とを含んでいる。
【００８７】
図９Ｉは、図３Ａ〜図３Ｃに示した円形ループアンテナ群１２を備えるアレイアンテナ１０を送信アレイアンテナ３および受信アレイアンテナ５として使用し、かつ、第４円形ループアンテナ１２Ｄの第２給電部２２Ｄを励振した場合の、受信アンテナにおける各給電部２１、２２へのアンテナ間通過特性の一例を示すグラフである。図９Ｉは、第１グラフＳ９＿８と、第２グラフＳ１０＿８と、第３グラフＳ１１＿８と、第４グラフＳ１２＿８と、第５グラフＳ１３＿８と、第６グラフＳ１４＿８と、第７グラフＳ１５＿８と、第８グラフＳ１６＿８とを含んでいる。
【００８８】
図９Ｂ〜図９Ｉにおいて、番号ｉが９〜１２の範囲内の整数であり、かつ、番号ｊが１〜４の範囲内の整数であるとき、グラフＳｉ＿ｊは、送信アレイアンテナ３の第ｊ円形ループアンテナ１２Ａ〜１２Ｄの第１給電部２１を励振した場合の、受信アレイアンテナ５の第（ｉ−８）円形ループアンテナ１２Ａ〜１２Ｄの第１給電部２１へのアンテナ間通過特性を示す。番号ｉが９〜１２の範囲内の整数であり、かつ、番号ｊが５〜８の範囲内の整数であるとき、グラフＳｉ＿ｊは、送信アレイアンテナ３の第（ｊ−４）円形ループアンテナ１２Ａ〜１２Ｄの第２給電部２２を励振した場合の、受信アレイアンテナ５の第（ｉ−８）円形ループアンテナ１２Ａ〜１２Ｄの第１給電部２１へのアンテナ間通過特性を示す。番号ｉが１３〜１６の範囲内の整数であり、かつ、番号ｊが１〜４の範囲内の整数であるとき、グラフＳｉ＿ｊは、送信アレイアンテナ３の第ｊ円形ループアンテナ１２Ａ〜１２Ｄの第１給電部２１を励振した場合の、受信アレイアンテナ５の第（ｉ−１２）円形ループアンテナ１２Ａ〜１２Ｄの第１給電部２１へのアンテナ間通過特性を示す。番号ｉが１３〜１６の範囲内の整数であり、かつ、番号ｊが５〜８の範囲内の整数であるとき、グラフＳｉ＿ｊは、送信アレイアンテナ３の第（ｊ−４）円形ループアンテナ１２Ａ〜１２Ｄの第２給電部２２を励振した場合の、受信アレイアンテナ５の第（ｉ−１２）円形ループアンテナ１２Ａ〜１２Ｄの第１給電部２１へのアンテナ間通過特性を示す。
【００８９】
図９Ｂ〜図９Ｉのいずれの場合も、送信アレイアンテナ３および受信アレイアンテナ５の間で、同じ半径を有する円形ループアンテナの、同じ方向を向く給電部２１、２２の組み合わせにおいて、アンテナ間通過特性が最大となっている。言い換えれば、下記の式（４）で表されるグラフのアンテナ間通過特性が、他のグラフと比較して、最大となっている。
Ｓ（ｉ＋８）＿ｉ    …（４）
ここで、番号「ｉ」は、１〜８の範囲内の整数である。
【００９０】
その一方で、送信アレイアンテナ３および受信アレイアンテナ５の間で、同じ半径を有する円形ループアンテナの、上記の（３）式で決まる角度だけ異なる方向を向く給電部２１、２２の組み合わせにおいては、アンテナ間通過特性がより低くなっている。言い換えれば、下記の式（５）または（６）を満たすグラフのアンテナ間通過特性が、上記の式（４）を満たすグラフのアンテナ間通過特性よりも、低い。
Ｓ（ｉ＋１２）＿ｉ    …（５）
Ｓ（ｉ＋４）＿ｉ    …（６）
ここで、番号「ｉ」は、１〜８の範囲内の整数である。
【００９１】
例えば、図９Ｂ〜図９Ｉのいずれか同一の図中で、上記の式（４）で表されるグラフのアンテナ間通過特性と、上記の式（５）または（６）で表されるグラフのアンテナ間通過特性との差が、最も小さい組み合わせは、図９ＩのグラフＳ１６＿８およびグラフＳ１２＿８であり、その差は１３ｄＢより大きい。この組み合わせにおいて、グラフＳ１６＿８は所望の信号が載っている搬送波、すなわち信号波の強度を示し、グラフＳ１２＿８は所望しない信号が載っている搬送波、すなわち干渉波の強度を示す。言い換えれば、新号波および干渉波の強度差が少なくとも１３ｄＢ以上であれば、多重通信が可能となる。さらに、図９Ｂ〜図９Ｉの例では、他の組み合わせにおける強度差は１３ｄＢより大きいので、最大で８多重の通信も可能となる。なお、これらの強度差がより大きければ、多重通信の性能はさらに改善される。
【００９２】
図１０Ａ〜図１０Ｉを参照して、図７Ａ〜図７Ｃに示した円形ループアンテナ群１２を備えるアレイアンテナ１０を送信アレイアンテナ３および受信アレイアンテナ５として使用した場合の、無線通信システム１の特性について説明する。
【００９３】
図１０Ａは、図７Ａ〜図７Ｃに示した円形ループアンテナ群１２を備えるアレイアンテナ１０を送信アレイアンテナ３および受信アレイアンテナ５として使用した場合の、送信アレイアンテナ３の、周波数に対する反射特性の変化の一例を示すグラフである。図１０Ａは、第１グラフＳ１１と、第２グラフＳ２２と、第３グラフＳ３３と、第４グラフＳ４４と、第５グラフＳ５５と、第６グラフＳ６６と、第７グラフＳ７７と、第８グラフＳ８８とを含んでいる。ここで、番号ｉが１〜４の範囲に含まれる整数であるとき、第ｉグラフＳｉｉは、第ｉ円形ループアンテナ１２Ａ〜１２Ｄの第１給電部２１を励振した場合の反射特性を示している。また、番号ｉが５〜８の範囲に含まれる整数であるとき、第ｉグラフＳｉｉは、第（４＋ｉ）円形ループアンテナ１２Ａ〜１２Ｄの第２給電部２２を励振した場合の反射特性を示している。５．２５ＧＨｚの通信周波数において、いずれの場合も反射係数は−８ｄＢ以下である。このことは、各円形ループアンテナ１２Ａ〜１２Ｄが送信アレイアンテナ３として使用可能なレベルの特性を有していることを示している。
【００９４】
図１０Ｂは、図７Ａ〜図７Ｃに示した円形ループアンテナ群１２を備えるアレイアンテナ１０を送信アレイアンテナ３および受信アレイアンテナ５として使用し、かつ、第１円形ループアンテナ１２Ａの第１給電部２１Ａを励振した場合の、受信アンテナにおける各給電部２１、２２へのアンテナ間通過特性の一例を示すグラフである。図１０Ｂは、第１グラフＳ１＿９と、第２グラフＳ１＿１０と、第３グラフＳ１＿１１と、第４グラフＳ１＿１２と、第５グラフＳ１＿１３と、第６グラフＳ１＿１４と、第７グラフＳ１＿１５と、第８グラフＳ１＿１６とを含んでいる。
【００９５】
図１０Ｃは、図７Ａ〜図７Ｃに示した円形ループアンテナ群１２を備えるアレイアンテナ１０を送信アレイアンテナ３および受信アレイアンテナ５として使用し、かつ、第２円形ループアンテナ１２Ｂの第１給電部２１Ｂを励振した場合の、受信アンテナにおける各給電部２１、２２へのアンテナ間通過特性の一例を示すグラフである。図１０Ｃは、第１グラフＳ２＿９と、第２グラフＳ２＿１０と、第３グラフＳ２＿１１と、第４グラフＳ２＿１２と、第５グラフＳ２＿１３と、第６グラフＳ２＿１４と、第７グラフＳ２＿１５と、第８グラフＳ２＿１６とを含んでいる。
【００９６】
図１０Ｄは、図７Ａ〜図７Ｃに示した円形ループアンテナ群１２を備えるアレイアンテナ１０を送信アレイアンテナ３および受信アレイアンテナ５として使用し、かつ、第３円形ループアンテナ１２Ｃの第１給電部２１Ｃを励振した場合の、受信アンテナにおける各給電部２１、２２へのアンテナ間通過特性の一例を示すグラフである。図１０Ｄは、第１グラフＳ３＿９と、第２グラフＳ３＿１０と、第３グラフＳ３＿１１と、第４グラフＳ３＿１２と、第５グラフＳ３＿１３と、第６グラフＳ３＿１４と、第７グラフＳ３＿１５と、第８グラフＳ３＿１６とを含んでいる。
【００９７】
図１０Ｅは、図７Ａ〜図７Ｃに示した円形ループアンテナ群１２を備えるアレイアンテナ１０を送信アレイアンテナ３および受信アレイアンテナ５として使用し、かつ、第４円形ループアンテナ１２Ｄの第１給電部２１Ｄを励振した場合の、受信アンテナにおける各給電部２１、２２へのアンテナ間通過特性の一例を示すグラフである。図１０Ｅは、第１グラフＳ４＿９と、第２グラフＳ４＿１０と、第３グラフＳ４＿１１と、第４グラフＳ４＿１２と、第５グラフＳ４＿１３と、第６グラフＳ４＿１４と、第７グラフＳ４＿１５と、第８グラフＳ４＿１６とを含んでいる。
【００９８】
図１０Ｆは、図７Ａ〜図７Ｃに示した円形ループアンテナ群１２を備えるアレイアンテナ１０を送信アレイアンテナ３および受信アレイアンテナ５として使用し、かつ、第１円形ループアンテナ１２Ａの第２給電部２２Ａを励振した場合の、受信アンテナにおける各給電部２１、２２へのアンテナ間通過特性の一例を示すグラフである。図１０Ｆは、第１グラフＳ５＿９と、第２グラフＳ５＿１０と、第３グラフＳ５＿１１と、第４グラフＳ５＿１２と、第５グラフＳ５＿１３と、第６グラフＳ５＿１４と、第７グラフＳ５＿１５と、第８グラフＳ５＿１６とを含んでいる。
【００９９】
図１０Ｇは、図７Ａ〜図７Ｃに示した円形ループアンテナ群１２を備えるアレイアンテナ１０を送信アレイアンテナ３および受信アレイアンテナ５として使用し、かつ、第２円形ループアンテナ１２Ｂの第２給電部２２Ｂを励振した場合の、受信アンテナにおける各給電部２１、２２へのアンテナ間通過特性の一例を示すグラフである。図１０Ｇは、第１グラフＳ６＿９と、第２グラフＳ６＿１０と、第３グラフＳ６＿１１と、第４グラフＳ６＿１２と、第５グラフＳ６＿１３と、第６グラフＳ６＿１４と、第７グラフＳ６＿１５と、第８グラフＳ６＿１６とを含んでいる。
【０１００】
図１０Ｈは、図７Ａ〜図７Ｃに示した円形ループアンテナ群１２を備えるアレイアンテナ１０を送信アレイアンテナ３および受信アレイアンテナ５として使用し、かつ、第３円形ループアンテナ１２Ｃの第２給電部２２Ｃを励振した場合の、受信アンテナにおける各給電部２１、２２へのアンテナ間通過特性の一例を示すグラフである。図１０Ｈは、第１グラフＳ７＿９と、第２グラフＳ７＿１０と、第３グラフＳ７＿１１と、第４グラフＳ７＿１２と、第５グラフＳ７＿１３と、第６グラフＳ７＿１４と、第７グラフＳ７＿１５と、第８グラフＳ７＿１６とを含んでいる。
【０１０１】
図１０Ｉは、図７Ａ〜図７Ｃに示した円形ループアンテナ群１２を備えるアレイアンテナ１０を送信アレイアンテナ３および受信アレイアンテナ５として使用し、かつ、第４円形ループアンテナ１２Ｄの第２給電部２２Ｄを励振した場合の、受信アンテナにおける各給電部２１、２２へのアンテナ間通過特性の一例を示すグラフである。図１０Ｉは、第１グラフＳ８＿９と、第２グラフＳ８＿１０と、第３グラフＳ８＿１１と、第４グラフＳ８＿１２と、第５グラフＳ８＿１３と、第６グラフＳ８＿１４と、第７グラフＳ８＿１５と、第８グラフＳ８＿１６とを含んでいる。
【０１０２】
図１０Ｂ〜図１０Ｉにおいて、番号ｉが１〜４の範囲内の整数であり、かつ、番号ｊが９〜１２の範囲内の整数であるとき、グラフＳｉ＿ｊは、送信アレイアンテナ３の第ｉ円形ループアンテナ１２Ａ〜１２Ｄの第１給電部２１を励振した場合の、受信アレイアンテナ５の第（ｊ−８）円形ループアンテナ１２Ａ〜１２Ｄの第１給電部２１へのアンテナ間通過特性を示す。番号ｉが５〜８の範囲内の整数であり、かつ、番号ｊが９〜１２の範囲内の整数であるとき、グラフＳｉ＿ｊは、送信アレイアンテナ３の第（ｉ−４）円形ループアンテナ１２Ａ〜１２Ｄの第２給電部２２を励振した場合の、受信アレイアンテナ５の第（ｊ−８）円形ループアンテナ１２Ａ〜１２Ｄの第１給電部２１へのアンテナ間通過特性を示す。番号ｉが１〜４の範囲内の整数であり、かつ、番号ｊが１３〜１６の範囲内の整数であるとき、グラフＳｉ＿ｊは、送信アレイアンテナ３の第ｉ円形ループアンテナ１２Ａ〜１２Ｄの第１給電部２１を励振した場合の、受信アレイアンテナ５の第（ｊ−１２）円形ループアンテナ１２Ａ〜１２Ｄの第１給電部２１へのアンテナ間通過特性を示す。番号ｉが５〜８の範囲内の整数であり、かつ、番号ｊが１３〜１６の範囲内の整数であるとき、グラフＳｉ＿ｊは、送信アレイアンテナ３の第（ｉ−４）円形ループアンテナ１２Ａ〜１２Ｄの第２給電部２２を励振した場合の、受信アレイアンテナ５の第（ｊ−１２）円形ループアンテナ１２Ａ〜１２Ｄの第１給電部２１へのアンテナ間通過特性を示す。
【０１０３】
図１０Ｂ〜図１０Ｉのいずれの場合も、送信アレイアンテナ３および受信アレイアンテナ５の間で、同じ半径を有する円形ループアンテナの、同じ方向を向く給電部２１、２２の組み合わせにおいて、アンテナ間通過特性が最大となっている。言い換えれば、下記の式（７）で表されるグラフのアンテナ間通過特性が、他のグラフと比較して、最大となっている。
Ｓｉ＿（ｉ＋８）    …（７）
ここで、番号「ｉ」は、１〜８の範囲内の整数である。
【０１０４】
その一方で、送信アレイアンテナ３および受信アレイアンテナ５の間で、同じ半径を有する円形ループアンテナの、上記の（３）式で決まる角度だけ異なる方向を向く給電部２１、２２の組み合わせにおいては、アンテナ間通過特性がより低くなっている。言い換えれば、下記の式（８）または（９）を満たすグラフのアンテナ間通過特性が、上記の式（７）で表されるグラフのアンテナ間通過特性よりも、低い。
Ｓｉ＿（ｉ＋１２）    …（８）
Ｓｉ＿（ｉ＋４）    …（９）
ここで、番号「ｉ」は、１〜８の範囲内の整数である。
【０１０５】
例えば、図１０Ｂ〜図１０Ｉのいずれか同一の図中で、上記の式（７）を満たすグラフのアンテナ間通過特性と、上記の式（８）または（９）で表されるグラフのアンテナ間通過特性との差が、最も小さい組み合わせは、図１０ＤのグラフＳ３＿１１およびグラフＳ３＿１５であり、その差は１８ｄＢより大きい。すなわち、図９Ｂ〜図９Ｉの場合と比較して、強度差が５ｄＢ改善されている。したがって、この場合も最大で８多重の通信が可能となる。
【０１０６】
以上に述べたように、第１実施形態による構成のアレイアンテナ１０では、円形ループアンテナ１２Ａ〜１２Ｄの半径が等しくても、給電部２１、２２の中心点Ｏに対する方向が異なれば、アンテナ間通過特性を抑制することが出来る。このような円形ループアンテナ１２Ａ〜１２Ｄの一対を、近接して配置した近距離無線通信では、第３実施形態として説明したように、アレイアンテナ１０のアンテナ要素数の２倍である８値の多重化が可能となる。
【０１０７】
また、第２実施形態による構成のアレイアンテナ１０では、同じアレイアンテナ１０の中の、他の円形ループアンテナへの通過を抑制することが出来、その結果、第１実施形態と比較してさらなる通信性能の改善が可能となる。
【０１０８】
なお、上記の特徴は、近距離無線通信のみならず、軌道角運動量モードの多重度の増大や、直交性の改善をも実現するものであり、長距離ＯＡＭ通信でも同様に有効である。
【０１０９】
さらに、第３実施形態による構成の無線通信システム１では、送信アレイアンテナ３の各給電部２１、２２に、互いに独立な信号を載せた搬送波を入力することが出来る。このとき、信号のありようは任意である。例えば、第１信号系列および第２信号系列を送信したい場合、同一の円形ループアンテナ１２Ａ〜１２Ｄの一方の給電部２１に第１信号系列を載せた第１搬送波を入力し、他方の給電部２２に第２信号系列を載せた第２搬送波を入力しても良い。
【０１１０】
また、一方の給電部２１に第１信号系列および第２信号系列の一次結合波を載せた搬送波を入力し、他方の給電部２２に第１信号系列および第２信号系列の上記一次結合波とは別の一次結合波を載せた別の搬送波を入力しても良い。この場合には、送信した信号は受信時に混ざり合ってしまうが、この混ざり合いは線形であり、したがって受信後の信号処理によって分離が可能である。この手法を用いれば、位相を離散的に変えたＯＡＭ通信で送信された信号を、受信時に処理することも可能となる。
【０１１１】
以上、発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。また、前記実施の形態に説明したそれぞれの特徴は、技術的に矛盾しない範囲で自由に組み合わせることが可能である。
【符号の説明】
【０１１２】
１  無線通信システム
２  送信機
３  送信アレイアンテナ
４  受信機
５  受信アレイアンテナ
６  無線伝送
１０  アレイアンテナ
１１  反射板
１２  円形ループアンテナ（群）
１２Ａ〜１２Ｄ  円形ループアンテナ
１３  誘電体基板
１４  上面パターン（群）
１４Ａ〜１４Ｄ  上面パターン
１５  下面パターン（群）
１５Ａ〜１５Ｄ  下面パターン
１６  ビア
１７Ａ  上面給電部
１８Ａ  下面給電部
１９  電極
２０  電極
２１、２１Ａ〜２１Ｄ  給電部
２２、２２Ａ〜２２Ｄ  給電部
ａ１〜ａ４  半径
ｄ  距離
Ｏ  中心点
θ１〜θ４  角度
φ１〜φ３  角度
【図１】
2019149756.tif 000003
【図２】
2019149756.tif 000004
【図３Ａ】
2019149756.tif 000005
【図３Ｂ】
2019149756.tif 000006
【図３Ｃ】
2019149756.tif 000007
【図４】
2019149756.tif 000008
【図５】
2019149756.tif 000009
【図６Ａ】
2019149756.tif 000010
【図６Ｂ】
2019149756.tif 000011
【図６Ｃ】
2019149756.tif 000012
【図６Ｄ】
2019149756.tif 000013
【図６Ｅ】
2019149756.tif 000014
【図７Ａ】
2019149756.tif 000015
【図７Ｂ】
2019149756.tif 000016
【図７Ｃ】
2019149756.tif 000017
【図８Ａ】
2019149756.tif 000018
【図８Ｂ】
2019149756.tif 000019
【図８Ｃ】
2019149756.tif 000020
【図８Ｄ】
2019149756.tif 000021
【図８Ｅ】
2019149756.tif 000022
【図９Ａ】
2019149756.tif 000023
【図９Ｂ】
2019149756.tif 000024
【図９Ｃ】
2019149756.tif 000025
【図９Ｄ】
2019149756.tif 000026
【図９Ｅ】
2019149756.tif 000027
【図９Ｆ】
2019149756.tif 000028
【図９Ｇ】
2019149756.tif 000029
【図９Ｈ】
2019149756.tif 000030
【図９Ｉ】
2019149756.tif 000031
【図１０Ａ】
2019149756.tif 000032
【図１０Ｂ】
2019149756.tif 000033
【図１０Ｃ】
2019149756.tif 000034
【図１０Ｄ】
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【図１０Ｅ】
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【図１０Ｆ】
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【図１０Ｇ】
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【図１０Ｈ】
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【図１０Ｉ】
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