(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の周波数帯域の電磁波を放射するアンテナ放射素子と、
複数の金属素子を周期的に配列した構造を有し、前記所定の周波数帯域の電磁波を反射する周波数選択板と
を備えたアンテナ装置において、
前記周波数選択板は、前記複数の金属素子として周回電流が発生しない形状の金属素子を用いることで、前記所定の周波数帯域における半値ビーム幅の偏差を低減させる構成である
ことを特徴とするアンテナ装置。
【請求項２】
請求項１に記載のアンテナ装置において、
前記金属素子は、長方形状であることを特徴とするアンテナ装置。
【請求項３】
請求項１に記載のアンテナ装置において、
前記金属素子は、エルサレムクロス形状であることを特徴とするアンテナ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アンテナ放射素子と周波数選択板（反射板）を用いたアンテナ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
移動無線通信の高速・大容量化が要求されている。移動無線通信では、指向性アンテナにより扇状のセルを形成するセクタセル構成をとっている。セクタセル構成にすることで、指向方向以外からの干渉波を除去することができ、近接するセルで同じ周波数帯域を繰り返し使用できるため、周波数利用効率を向上することができる。さらに、複数の周波数帯域を同時に使用することで大容量化を実現している（非特許文献１）。
【０００３】
所望のセクタセルを形成するために、移動無線通信用の従来の基地局アンテナでは、使用する周波数帯域毎に放射素子と金属反射板などからなる指向性アンテナを設置する必要がある。この基地局アンテナのアンテナ設置場所削減のために、複数の周波数選択板を反射板に適用したマルチバンドアンテナが提案されている（特許文献１、非特許文献２）。  
【０００４】
周波数選択板は、プリント基板上などに所定形状の金属素子やスロットなどの単位素子を周期的に配列することで、特定の周波数帯域の電磁波を反射または透過させる周波数フィルタの動作をする。複数の周波数帯域を共用する周波数共用アンテナ装置は、周波数共用アンテナ放射素子と、単位素子のサイズ等が異なる複数の周波数選択板を周波数共用アンテナ放射素子からそれぞれ異なる距離で重ねて配置した構成となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１４−０８６９５２号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】長敬三, 山口良, 蒋恵玲, " 次世代移動通信システム実現に向けた基地局・端末アンテナ技術,"信学論文誌B, vol.J91-B, no.9, pp.886-900, 2008年 9月
【非特許文献２】宗秀哉, 安藤篤也, 杉山隆利, " 複数枚の周波数選択板を有する周波数共用アンテナにおけるビーム幅制御方法の検討," 2013 年電子情報通信学会ソサイエティ大会, B-1-119,  2013年 9月
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
移動無線通信におけるセクタセルの設計では、所望のセクタセルとなるように、基地局アンテナの半値ビーム幅を設計することにより実現している。上りと下りの回線で異なる周波数帯域を用いる周波数分割複信（ＦＤＤ）では、エリア設計上、上りと下りで同一のエリアとする必要がある。すなわち、それぞれの周波数帯域で同一のエリアを形成する必要がある。このＦＤＤシステムにおいて、周波数共用アンテナ装置を基地局アンテナとして用いる場合には、上りの周波数帯域と下りの周波数帯域で半値ビーム幅が異なるため、エリア設計が困難になることが想定される。
【０００８】
図４は、従来のアンテナ装置の構成例を示す（非特許文献２）。
図４において、アンテナ装置は、アンテナ放射素子４１と、反射板として複数の金属素子を周期的に配列した構造の周波数選択板４２から構成される。ここに示す周波数選択板４２の単位素子はループ形状になっており、以下「単位ループ素子」という。単位ループ素子の寸法は、Ｌ＝24.5ｍｍ、Ｗ＝ 2.5ｍｍであり、素子間隔は１ｍｍである。
【０００９】
このようなアンテナ装置では、図５に示すように半値ビーム幅の周波数偏差が大きい。半値ビーム幅の周波数偏差が大きくなる原因は、周波数毎に周波数選択板４２を構成する単位ループ素子上の電流分布に偏りが発生するため、周波数毎に等価的な反射板のサイズが変化するためである。
【００１０】
本発明は、周波数選択板を反射板として用いるアンテナ装置において、半値ビーム幅の周波数偏差を低減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、所定の周波数帯域の電磁波を放射するアンテナ放射素子と、複数の金属素子を周期的に配列した構造を有し、所定の周波数帯域の電磁波を反射する周波数選択板とを備えたアンテナ装置において、周波数選択板は、複数の金属素子として周回電流が発生しない形状の金属素子を用いることで、所定の周波数帯域における半値ビーム幅の偏差を低減させる構成である。
周波数選択板の金属素子は長方形状あるいはエルサレムクロス形状である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のアンテナ装置は、周波数選択板として周回電流が発生しない形状の金属素子を周期的に配列した構造とすることにより、周波数帯域毎に金属素子上で電流が強め合う腹と弱め合う節が発生する場所が変化しない。これにより、周波数帯域毎に電流分布が変化せず、周波数帯域内の半値ビーム幅偏差を低減させることができる。
【００１３】
具体的には、長方形状（ガングバスター形状）やエルサレムクロス形状とすることにより、周回電流が発生せず、電流分布の変化を小さくし、半値ビーム幅の周波数偏差を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明のアンテナ装置の実施例構成を示す図である。
【図２】本発明のアンテナ装置の周波数選択板１２を構成する単位素子の例を示す図である。
【図３】本発明のアンテナ装置の水平面半値ビーム幅特性を示す図である。
【図４】従来のアンテナ装置の構成例を示す図である。
【図５】従来のアンテナ装置の水平面半値ビーム幅特性を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１は、本発明のアンテナ装置の実施例構成を示す。
図１において、アンテナ装置は、 3.5ＧHz帯を放射するアンテナ放射素子１１と、複数の単位素子を周期的に配列した周波数選択板１２から構成される。アンテナ放射素子１１は、周波数選択板１２から16.7ｍｍ離して配置し、 3.5ＧHzで共振するように寸法を調整している。
【００１６】
図２は、本発明のアンテナ装置の周波数選択板１２を構成する単位素子の例を示す。
図２(1) は、ガングバスター素子であり、図１に示す周波数選択板１２は長方形の単位素子を垂直方向に５素子、水平方向に３素子並べた構成である。ここでは、プリント基板を使用せず、電磁波の影響を無視することのできる治具（図示せず）に金属素子を貼り付けることにより実現する。単位素子の各寸法は、Ｌ＝47.2ｍｍ、ｗ＝ 2.5ｍｍ、ａ＝24.8ｍｍ、ｂ＝50ｍｍとした。
【００１７】
図２(2) は、エルサレムクロス素子であり、単位素子の各寸法は、Ｌ＝31.5ｍｍ、Ｗ1 ＝５ｍｍ、Ｗ2 ＝９ｍｍ、ｄ＝20ｍｍ、素子間隔は１ｍｍとした。
【００１８】
図３は、本発明のアンテナ装置の水平面半値ビーム幅特性を示す。
ここでは、図４に示すループ素子を周波数選択板として用いた従来のアンテナ装置の図５に示す水平面半値ビーム幅特性も参考のために記載している。３ＧHzから 4.5ＧHzの範囲において、ビーム幅の偏差はループ素子で50度から 111度の61度であり、エルサレムクロス素子で65度から98度の33度であり、ガングバスター素子で93度から 104度の11度であり、ガングバスター素子が最も偏差の小さい半値ビーム幅特性を持つ。
【符号の説明】
【００１９】
１１，４１  アンテナ放射素子
１２，４２  周波数選択板
【図１】
0006448033.tif 000002
【図２】
0006448033.tif 000003
【図３】
0006448033.tif 000004
【図４】
0006448033.tif 000005
【図５】
0006448033.tif 000006