(57)【要約】【課題】複数の周波数間の干渉を抑制することが可能で、しかも、装置の小型化、低コスト化が可能な複数周波数対応型アンテナ装置を提供する。【解決手段】  誘電体基板２上に、各周波数信号に対応して複数のパッチアンテナＥ１〜Ｅ６が配置され、各パッチアンテナＥ１〜Ｅ６は、該当する周波数の信号を送受信し、かつ、他の周波数の信号との干渉が抑制されるように周波数帯域幅が狭く設定されている。さらに、送受信する信号の周波数が近いパッチアンテナＥ１〜Ｅ６同士は、信号同士の干渉が抑制されるように遠くに配置され、送受信する信号の周波数が遠いパッチアンテナＥ１〜Ｅ６同士は、信号同士の干渉が抑制される範囲内で近くに配置されている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
周波数が異なる複数の信号を送受信するための複数周波数対応型アンテナ装置であって、
基板上に、前記各信号に対応して複数のアンテナエレメントが配置され、
前記各アンテナエレメントは、該当する周波数の信号を送受信し、かつ、他の周波数の信号との干渉が抑制されるように周波数帯域幅が狭く設定されている、
ことを特徴とする複数周波数対応型アンテナ装置。
【請求項２】
送受信する信号の周波数が近い前記アンテナエレメント同士は、該信号同士の干渉が抑制されるように遠くに配置され、送受信する信号の周波数が遠い前記アンテナエレメント同士は、該信号同士の干渉が抑制される範囲内で近くに配置されている、
ことを特徴とする請求項１に記載の複数周波数対応型アンテナ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、周波数が異なる複数の信号・チャネルを同時に送受信するための複数周波数対応型アンテナ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
無線ＬＡＮや移動体通信などにおいて、周波数が異なる複数のチャネルを同時に接続するために、複数の無線機と複数のアンテナとを設ける場合、チャネル間の干渉・結合を避ける必要がある。そのために、例えば、アンテナ間における相互結合を抑制するために、アンテナ間の距離を長く設定したり、偏波を直交させたりすることが考えられる。しかしながら、アンテナ間の距離を長くすると、チャネル数が多い場合にアンテナ装置全体が大きくなりすぎて実用的ではなく、また、偏波を直交させる方法では、２チャネルしか対応することができない。
【０００３】
このため、周波数帯域幅が広いアンテナを用い、バンドパスフィルタによって複数のチャネル・周波数を分離する、という手法が採られていた。また、アンテナ間にＥＢＧ（電磁バンドギャップ）素子を配置することで相互結合を抑制・軽減する、という技術が知られている（例えば、特許文献１等参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−０２８１８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、周波数帯域幅が広いアンテナを用い、複数のチャネルをバンドパスフィルタで分離する場合、チャネル間が隣接しているため、フィルタの減衰特性を確保するのに、段数の多いバンドパスフィルタが必要となり、装置の大型化、コスト高を招いていた。同様に、ＥＢＧ素子を配置する場合にも、装置の大型化、コスト高を招いていた。
【０００６】
そこでこの発明は、複数の周波数（チャネル）間の干渉を抑制することが可能で、しかも、装置の小型化、低コスト化が可能な複数周波数対応型アンテナ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、周波数が異なる複数の信号を送受信するための複数周波数対応型アンテナ装置であって、基板上に、前記各信号に対応して複数のアンテナエレメントが配置され、前記各アンテナエレメントは、該当する周波数の信号を送受信し、かつ、他の周波数の信号との干渉が抑制されるように周波数帯域幅が狭く設定されている、ことを特徴とする。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の複数周波数対応型アンテナ装置において、送受信する信号の周波数が近い前記アンテナエレメント同士は、該信号同士の干渉が抑制されるように遠くに配置され、送受信する信号の周波数が遠い前記アンテナエレメント同士は、該信号同士の干渉が抑制される範囲内で近くに配置されている、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
請求項１の発明によれば、各アンテナエレメントの周波数帯域幅が狭く設定されているため、各アンテナエレメントにおける該当外（目的外）の周波数の信号の干渉・結合を抑制すること、つまりアイソレーション特性を向上させることが可能となる。しかも、各アンテナエレメントの周波数帯域幅を狭く設定するだけでよく、バンドパスフィルタなどを配設する必要がないため、装置の小型化、低コスト化が可能となる。
【００１０】
請求項２の発明によれば、周波数が近いアンテナエレメント同士は、遠くに配置されているため、このアンテナエレメント間における該当外（目的外）の周波数の信号の干渉・結合をより抑制することが可能となる。一方、周波数が遠いアンテナエレメント同士は、近くに配置されているため、より小さい基板上に各アンテナエレメントを配置すること、つまり装置を小型化することが可能となる。しかも、各アンテナエレメントの配置を調整するだけでよいため、低コスト化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】この発明の実施の形態１に係る複数周波数対応型アンテナ装置を示す概略平面図である。
【図２】図１の複数周波数対応型アンテナ装置における、各パッチアンテナの形状を示す図である。
【図３】図１の複数周波数対応型アンテナ装置における、各パッチアンテナの配置関係を示す図である。
【図４】この発明の実施の形態１において、２つのパッチアンテナの周波数差とアイソレーション特性との関係を示す図である。
【図５】この発明の実施の形態１において、２つのパッチアンテナの距離とアイソレーション特性との関係を示す図である。
【図６】この発明の実施の形態１において、２つの円形パッチアンテナの配置状態を示す図である。
【図７】図６の場合の反射特性とアイソレーション特性とを示す図である。
【図８】この発明の実施の形態１において、円形パッチアンテナを図３のように配置した場合の反射特性を示す図である。
【図９】この発明の実施の形態１において、円形パッチアンテナを図３のように配置した場合のアイソレーション特性を示す図である。
【図１０】図１の複数周波数対応型アンテナ装置の反射特性を示す図である。
【図１１】図１の複数周波数対応型アンテナ装置のアイソレーション特性を示す図である。
【図１２】この発明の実施の形態２に係る複数周波数対応型アンテナ装置に示す概略平面図である。
【図１３】図１２の複数周波数対応型アンテナ装置の反射特性を示す図である。
【図１４】図１２の複数周波数対応型アンテナ装置のアイソレーション特性を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、この発明を図示の実施の形態に基づいて説明する。
【００１３】
（実施の形態１）
図１は、この実施の形態に係る複数周波数対応型アンテナ装置１を示す概略平面図である。この複数周波数対応型アンテナ装置１は、周波数が異なる複数の信号・チャネルを送受信するための基地局用アンテナであり、誘電体基板（基板）２上に、各信号に対応して複数のパッチアンテナ（アンテナエレメント）Ｅ１〜Ｅ６が配置されている。ここで、この実施の形態では、周波数が異なる６つの信号をそれぞれパッチアンテナＥ１〜Ｅ６で送受信する場合について説明する。
【００１４】
具体的には、一方の面に地導体が張り付けられた誘電体基板２の他方の面上に、クロスパッチ状の６つのパッチアンテナＥ１〜Ｅ６が配置され、各パッチアンテナＥ１〜Ｅ６に無線機が接続されるようになっている。各パッチアンテナＥ１〜Ｅ６は、図２に示すように、形状が同じ長方形を十字に交差させたような輪郭・平面形状を有し、所定の位置に給電点（図示せず）が設けられ、給電点を励振することで所定の偏波が放射されるようになっている。
【００１５】
また、各パッチアンテナＥ１〜Ｅ６は、該当する（目的の）周波数の信号を送受信し、かつ、他の周波数の信号の混入・干渉が抑制されるように周波数帯域幅が狭く、つまり必要最小限に設定されている。具体的には、送受信する周波数に応じて、共振させる電界方向・長手方向の長さ（縦寸法）Ｄ１が設定され、電界方向と直交する磁界方向の長さ（幅寸法）Ｄ２を小さくすることで、周波数帯域幅が狭く設定されている。さらに、各パッチアンテナＥ１〜Ｅ６の周波数帯域幅が狭くなるように、誘電体基板２の厚み（薄板化）と比誘電率とが設定されている。また、各パッチアンテナＥ１〜Ｅ６は、図１に示すように、「×」状に形成され、隣接するパッチアンテナＥ１〜Ｅ６間において電界方向が直交し、信号の干渉・結合が抑制されるようになっている。
【００１６】
ここで、この実施の形態では、各パッチアンテナＥ１〜Ｅ６で送受信する信号の周波数は、隣接するパッチアンテナＥ１〜Ｅ６間で０．７％ずつ離れているものとする。すなわち、第１のパッチアンテナＥ１で送受信する信号の周波数と第２のパッチアンテナＥ２で送受信する信号の周波数とでは、０．７％周波数が離れており、第２のパッチアンテナＥ２で送受信する信号の周波数と第３のパッチアンテナＥ３で送受信する信号の周波数とでは、０．７％周波数が離れている、というように、該当する周波数が異なるものとする。
【００１７】
また、送受信する信号の周波数が近いパッチアンテナＥ１〜Ｅ６同士は、この信号同士の干渉が抑制されるように遠くに配置され、送受信する信号の周波数が遠いパッチアンテナＥ１〜Ｅ６同士は、この信号同士の干渉が抑制される範囲内で近くに配置されている。換言すると、隣接するパッチアンテナＥ１〜Ｅ６間では、送受信する信号の周波数ができるだけ大きく異なるように配置されている。
【００１８】
具体的には、図３に示すように、横寸法が５．６波長で縦寸法が３．７３波長の誘電体基板２内において、簡略化のため第４のパッチアンテナＥ４を基準として説明する。まず、第４のパッチアンテナＥ４が送受信する信号Ｓ４の周波数と、第１のパッチアンテナＥ１が送受信する信号Ｓ１の周波数との差（周波数差）は、他のパッチアンテナＥ２、Ｅ３、Ｅ５、Ｅ６に比べて大きい。このため、第４のパッチアンテナＥ４と第１のパッチアンテナＥ１との距離が２．１波長（近く）に設定されている。ここで、２．１波長は、第１の信号Ｓ１が第４のパッチアンテナＥ４に混入・干渉せず、かつ、第４の信号Ｓ４が第１のパッチアンテナＥ１に混入・干渉しない距離となっている。つまり、信号Ｓ１、Ｓ４が干渉・結合しない範囲内で近くに配置され、最小距離は、無線機の性能などによって決定される。
【００１９】
一方、第４の信号Ｓ４の周波数と、第５のパッチアンテナＥ５が送受信する信号Ｓ５の周波数との差は、他のパッチアンテナＥ１、Ｅ２、Ｅ６に比べて小さいため、第５のパッチアンテナＥ５との距離が４．２波長（遠く）に設定されている。ここで、４．２波長は、第５の信号Ｓ５が第４のパッチアンテナＥ４に混入・干渉せず、かつ、第４の信号Ｓ４が第５のパッチアンテナＥ５に混入・干渉しない距離となっている。つまり、信号Ｓ４、Ｓ５が干渉・結合しない距離まで遠くに配置されている。
【００２０】
同様にして、第４のパッチアンテナＥ４と第２のパッチアンテナＥ２との距離が２．５波長に設定され、第４のパッチアンテナＥ４と第３のパッチアンテナＥ３との距離が４．８９波長に設定され、第４のパッチアンテナＥ４と第６のパッチアンテナＥ６との距離が３．２７波長に設定されている。この際、誘電体基板２内にすべてのパッチアンテナＥ１〜Ｅ６が配置され、かつ、隣接するパッチアンテナＥ１〜Ｅ６間において干渉が抑制されるように、パッチアンテナＥ１〜Ｅ６間の距離、配置が設定されている。また、１波長は、例えば、第１の信号Ｓ１に基づく波長とし、後述するシミュレーションにおける波長と同波長とする。
【００２１】
ところで、このようにパッチアンテナＥ１〜Ｅ６を配置しているのは、目的の信号の周波数から他の信号の周波数が離れるほど、アイソレーション特性（信号が混入・干渉しない特性）が良好となり、また、アンテナ間の距離が離れるほど、アイソレーション特性が良好となる、ことに基づくものである。
【００２２】
すなわち、２つのパッチアンテナの距離を一定とし、一方のパッチアンテナの周波数を一定の周波数・チャネルＣＨ１とし、他方のパッチアンテナの周波数を周波数ＣＨ２〜ＣＨ１１（ＣＨ２からＣＨ１１に向って、ＣＨ１との周波数差が大きくなる）に変化させる。この場合、図４に示すように、周波数ＣＨ１との周波数差が大きくほど、アイソレーション特性Ｓ２１が良好になることが確認される。ここで、図中「Ｌｏｗ＿ＣＨ」は、低周波数（ＣＨ１）側のアイソレーション特性を示し、「Ｕｐｅｒ＿ＣＨ」は、高周波数（ＣＨ２〜ＣＨ１１）側のアイソレーション特性を示す。
【００２３】
また、一方のパッチアンテナの周波数を一定の周波数ＣＨ１とし、他方のパッチアンテナの周波数を一定の周波数ＣＨ２として、２つのパッチアンテナの距離を変化させる。この場合、図５に示すように、距離が長いほど、アイソレーション特性Ｓ２１が良好になることが確認される。
【００２４】
次に、このような構成の複数周波数対応型アンテナ装置１の作用、特性などについて説明する。
【００２５】
まず、比較対象として、図６に示すように、円形のパッチアンテナ１０１、１０２の特性について説明する。ここで、各パッチアンテナ１０１、１０２は、直径φ１が１．８７波長の地板１０３、１０４上に設けられ、パッチアンテナ１０１、１０２間の距離Ｌ１を３．７３波長とする。また、パッチアンテナ１０１、１０２の共振周波数は同一とする。
【００２６】
この場合、シミュレーションにより、図７に示すように、反射特性Ｓ１１が広帯域にわたって−１５ｄＢ以下であり、アイソレーション特性Ｓ２１が−４６ｄＢであることが確認された。このように、実用的な高いアイソレーション特性を得るには、パッチアンテナ１０１、１０２間の距離Ｌ１を十分に大きくする（例えば、上記のように３．７３波長とする）必要がある。
【００２７】
一方、本複数周波数対応型アンテナ装置１のように、６つのパッチアンテナＥ１〜Ｅ６を上記のように配置した場合（図３）における、シミュレーションによる反射特性およびアイソレーション特性をそれぞれ図８、図９に示す。ここで、各パッチアンテナＥ１〜Ｅ６の形状は、図２に示すような形状ではなく円形であり、周波数帯域幅が広いものとする。
【００２８】
この結果、反射特性において、各パッチアンテナＥ１〜Ｅ６の−１５ｄＢの帯域幅（反射特性値が−１５ｄＢになる２つの周波数の差）が約１．４％であり、アイソレーション特性が概ね−４０ｄＢであった。また、１つのパッチアンテナＥ１〜Ｅ６に対して５つのパッチアンテナＥ１〜Ｅ６が相互に干渉・結合するため、すべての組み合わせを考慮して二乗平均すると、アイソレーション特性が−３７ｄＢｒｍｓと算出される。ここで、図９中例えば、「Ｅ１−２」は、第１のパッチアンテナＥ１の第２のパッチアンテナＥ２に対するアイソレーション特性を示し、後述する図１１、図１４においても同様である。
【００２９】
さらに、各パッチアンテナＥ１〜Ｅ６の形状を図２に示すような形状とした場合、つまり、本複数周波数対応型アンテナ装置１の場合における、シミュレーションによる反射特性およびアイソレーション特性をそれぞれ図１０、図１１に示す。この結果、反射特性において、各パッチアンテナＥ１〜Ｅ６の−１５ｄＢの帯域幅が約０．７％であり、上記の円形パッチアンテナの場合（図８）に比べて、半分となっている。
【００３０】
また、アイソレーション特性が概ね−４２ｄＢであった。ここで、上記と同様に、すべての組み合わせを考慮して二乗平均すると、アイソレーション特性が−４３．５ｄＢｒｍｓと算出され、上記の円形パッチアンテナの場合（図９）に比べて、６．５ｄＢｒｍｓ改善されている。
【００３１】
すなわち、本複数周波数対応型アンテナ装置１では、各パッチアンテナＥ１〜Ｅ６が、図３に示すように配置され、かつ図２に示すような形状に形成されているため、すべてのパッチアンテナＥ１〜Ｅ６間の距離を３．７３波長にしなくても、３．７３波長の場合（図６）と同程度のアイソレーション特性が得られるものである。
【００３２】
以上のように、この複数周波数対応型アンテナ装置１によれば、各パッチアンテナＥ１〜Ｅ６の周波数帯域幅が狭く設定されているため、各パッチアンテナＥ１〜Ｅ６における該当外（目的外）の周波数の信号の混入・干渉を抑制することが可能となる。しかも、周波数が近いパッチアンテナＥ１〜Ｅ６同士は、遠くに配置されているため、このパッチアンテナＥ１〜Ｅ６における該当外（目的外）の周波数の信号の混入・干渉をより抑制することが可能となる。このようにして、各パッチアンテナＥ１〜Ｅ６のアイソレーション特性を向上させることが可能となる。
【００３３】
また、各パッチアンテナＥ１〜Ｅ６をクロスパッチ状に形成して周波数帯域幅を狭く設定したり、各パッチアンテナＥ１〜Ｅ６の配置を調整したりするだけでよく、バンドパスフィルタなどを配設する必要がないため、装置の小型化、低コスト化が可能となる。しかも、周波数が遠いパッチアンテナＥ１〜Ｅ６同士を近くに配置することで、より小さい誘電体基板２上に各パッチアンテナＥ１〜Ｅ６を配置することが可能となる。つまり、すべてのパッチアンテナＥ１〜Ｅ６間の距離を３．７３波長にしなくても、３．７３波長離した場合と同程度のアイソレーション特性が得られるため、誘電体基板２および装置を小型化することが可能となる。
【００３４】
（実施の形態２）
図１２は、この実施の形態に係る複数周波数対応型アンテナ装置１０を示す概略平面図である。この実施の形態では、ＥＢＧ素子３が配置されている点において実施の形態１と構成が異なり、実施の形態１と同等の構成については、同一符号を付することでその説明を省略する。
【００３５】
すなわち、実施の形態１と同位置に、各パッチアンテナＥ１〜Ｅ６が誘電体基板２上に配置され、各パッチアンテナＥ１〜Ｅ６を除いて誘電体基板２の全面を埋め尽くすように、正方形のＥＢＧ素子３が配置されている。これにより、誘電体基板２を高インピーダンスにして電磁波の伝搬を抑制し、アイソレーション特性をより高めたものである。
【００３６】
このような複数周波数対応型アンテナ装置１０のシミュレーションによる反射特性およびアイソレーション特性をそれぞれ図１３、図１４に示す。この結果、反射特性において、各パッチアンテナＥ１〜Ｅ６の−１５ｄＢの帯域幅が約０．７％であり、上記と同様の計算により、アイソレーション特性が−４８ｄＢｒｍｓと算出され、アイソレーション特性がより良好になることが確認される。
【００３７】
以上、この発明の実施の形態について説明したが、具体的な構成は、上記の実施の形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても、この発明に含まれる。例えば、上記の実施の形態では、パッチアンテナＥ１〜Ｅ６がクロスパッチ状に形成されているが、周波数帯域幅が狭くなれば他の形状であってもよい。同様に、実施の形態２では、正方形のＥＢＧ素子３を配置しているが、他の形状のＥＢＧ素子を配置してもよい。
【符号の説明】
【００３８】
１、１０  複数周波数対応型アンテナ装置
２        誘電体基板（基板）
Ｅ１〜Ｅ６  パッチアンテナ（アンテナエレメント）
３        ＥＢＧ素子
【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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