(57)【要約】      （修正有）【課題】多周波アレイアンテナのサイズを小さくできる多周波アレイアンテナおよび通信システムを提供する。【解決手段】多周波アレイアンテナは、反射板２１および異なる動作周波数帯をもつ少なくとも２つのマイクロストリップアンテナ２１、２２を含む。少なくとも２つのマイクロストリップアンテナのそれぞれは、それぞれの給電ネットワークおよびそれぞれの放射素子セット２２１、２３１を含み、第１のマイクロストリップアンテナの第１の放射素子セットの中の複数の放射素子２２１ａによって反射板上に構成されるグラフ２２ａと、第２のマイクロストリップアンテナの第２の放射素子セットの中の少なくとも１つの放射素子２３１ａによって反射板上に構成されるグラフ２３ａとの間に、重複する領域が存在する。【選択図】図２
2017163542.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多周波アレイアンテナであって、前記多周波アレイアンテナは、
反射板、および異なる動作周波数帯をもつ少なくとも2つのマイクロストリップアンテナを備え、
前記少なくとも2つのマイクロストリップアンテナのそれぞれは、それぞれの給電ネットワークおよびそれぞれの放射素子セットを備え、前記少なくとも2つのマイクロストリップアンテナは、第1のマイクロストリップアンテナおよび第2のマイクロストリップアンテナを備え、前記第1のマイクロストリップアンテナの第1の放射素子セットは、アレイ状に配置された複数の放射素子を備え、前記第2のマイクロストリップアンテナの第2の放射素子セットは、少なくとも1つの放射素子を備え、
前記第1の放射素子セットおよび前記第2の放射素子セットは、前記反射板の同一の面上に位置し、
前記第1の放射素子セットの中の前記複数の放射素子によって前記反射板上に構成されるグラフと、前記第2の放射素子セットに中の前記少なくとも1つの放射素子によって前記反射板上に構成されるグラフとの間に、重複する領域が存在する、
多周波アレイアンテナ。
【請求項２】
前記多周波アレイアンテナは、誘電体基板をさらに備え、前記誘電体基板は、前記少なくとも2つのマイクロストリップアンテナのそれぞれが有する前記それぞれの放射素子セットと、前記反射板との間に配置され、
前記誘電体基板の誘電率は1より大きく、
前記第1の放射素子セットの中の前記放射素子のサイズは同一で、前記第1のマイクロストリップアンテナの既定の放射素子サイズよりも小さく、前記既定の放射素子サイズは、前記誘電体基板の前記誘電率が1であるパラメータを使用して計算によって得られた放射素子サイズである、請求項1に記載の多周波アレイアンテナ。
【請求項３】
前記第1の放射素子セットは、4つの放射素子を備え、前記第1の放射素子セットの中の前記4つの放射素子によって前記反射板上に構成されるグラフは、第1の四角形であり、前記第1の放射素子セットの中の各放射素子の形状は四角形であり、前記放射素子のサイズは、前記四角形の辺長であり、前記既定の放射素子サイズは56ミリメータである、
請求項2に記載の多周波アレイアンテナ。
【請求項４】
前記第1の放射素子セットの中の前記複数の放射素子によって前記反射板上に構成される前記グラフは、正多角形であり、前記第1の放射素子セットの中の隣接するいずれの2つの放射素子の間隔は、既定の配置間隔よりも大きく、前記既定の配置間隔は、前記第1のマイクロストリップアンテナの動作周波数帯の波長に応じて計算によって得られる、
請求項1から3のいずれか一項に記載の多周波アレイアンテナ。
【請求項５】
前記第1の放射素子セットは、4つの放射素子を備え、前記第1の放射素子セットの中の前記4つの放射素子によって前記反射板上に構成されるグラフは、第1の四角形であり、前記既定の配置間隔は、0．9λであり、λは、前記第1のマイクロストリップアンテナの前記動作周波数帯の前記波長である、
請求項4に記載の多周波アレイアンテナ。
【請求項６】
前記第2の放射素子セットは、n個の放射素子を備え、nは、0より大きい整数であり、前記n個の放射素子によって前記反射板上に構成されるグラフは、前記第1の放射素子セットの中の前記複数の放射素子によって前記反射板上に構成される前記グラフの内側にある、
請求項1から5のいずれか一項に記載の多周波アレイアンテナ。
【請求項７】
前記第1の放射素子セットは、4つの放射素子を備え、前記第1の放射素子セットの中の前記4つの放射素子によって前記反射板上に構成されるグラフは、第1の四角形であり、前記第2の放射素子セットは、4つの放射素子を備え、前記第2の放射素子セットの中の前記4つの放射素子によって前記反射板上に構成されるグラフは、第2の四角形であり、
前記第1の四角形の中心および前記第2の四角形の中心は、同一の点であり、前記第2の四角形の対角線は、前記第1の四角形の辺に対して垂直であり、前記第2の四角形は、前記第1の四角形の内側にある、請求項1から6のいずれか一項に記載の多周波アレイアンテナ。
【請求項８】
前記第1のマイクロストリップアンテナの第1の給電ネットワークおよび前記第2のマイクロストリップアンテナの第2の給電ネットワークは、前記反射板の異なる面上に位置する、請求項1から7のいずれか一項に記載の多周波アレイアンテナ。
【請求項９】
前記第1のマイクロストリップアンテナまたは前記第2のマイクロストリップアンテナの中で、前記反射板の、対応する給電ネットワークとは異なる面上に位置する放射素子セットは、給電ピンを使用して前記給電ネットワークへ接続される、請求項1から8のいずれか一項に記載の多周波アレイアンテナ。
【請求項１０】
通信システムであって、前記通信システムは、
基地局、および請求項1から9のいずれか一項に記載の多周波アレイアンテナを備え、前記基地局は、前記多周波アレイアンテナを使用して信号を送受信する、
通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はアンテナ技術の分野に関し、詳細には、多周波アレイアンテナおよび通信システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
アレイアンテナは、特定のパターンに従って配置された複数の放射素子を含むアンテナである。多周波アレイアンテナは、異なる動作周波数帯をサポートする複数のアレイアンテナを含むアンテナセットである。
【０００３】
従来の多周波アレイアンテナは、複数のアレイアンテナを含んでいる。そのため、多周波アレイアンテナのサイズは大きい。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
従来の多周波アレイアンテナが大きいという問題を解決するため、本願では、多周波アレイアンテナおよび通信システムを提供している。技術ソリューションは次のとおりである。
【０００５】
第1の態様によれば、多周波アレイアンテナが提供されている。多周波アレイアンテナは、1つの反射板、および異なる動作周波数帯をもつ少なくとも2つのマイクロストリップアンテナを含んでいる。少なくとも2つのマイクロストリップアンテナのそれぞれは、それぞれの給電ネットワークおよびそれぞれの放射素子セットを含んでいる。少なくとも2つのマイクロストリップアンテナは、第1のマイクロストリップアンテナおよび第2のマイクロストリップアンテナを含み得る。第1のマイクロストリップアンテナの第1の放射素子セットは、アレイ状に配置された複数の放射素子を含み、第2のマイクロストリップアンテナの第2の放射素子セットは、少なくとも1つの放射素子を含んでいる。第1の放射素子セットおよび第2の放射素子セットは、反射板の同一の面上に位置している。第1の放射素子セットの中の複数の放射素子によって反射板上に構成されるグラフと、第2の放射素子セットの中の少なくとも1つの放射素子によって反射板上に構成されるグラフとの間に、重複する領域が存在している。
【０００６】
反射板は導体接地板である。反射板は、放射素子と連携して電磁波を発生させるように構成されている。複数の放射素子によって反射板上に構成されるグラフとは、反射板上の複数の放射素子の配置位置を接続することによって取り囲まれるか、または形成されるグラフのことを指している。
【０００７】
多周波アレイアンテナのサイズは、一般に、反射板のサイズによって決まり、反射板のサイズは、多周波アレイアンテナ内のすべての放射素子によって反射板上に占められる領域のサイズによって決まる。そのため、第1の放射素子セットの中の複数の放射素子によって反射板上に構成されるグラフと、第2の放射素子セットの中の放射素子によって反射板上に構成されるグラフとの間に存在する重複する領域によって、多周波アレイアンテナのサイズを小さくすることができる。
【０００８】
任意の実施態様では、多周波アレイアンテナは、誘電体基板をさらに含み得る。誘電体基板は、放射素子と反射板との間に開回路を形成するように構成されている。マイクロストリップアンテナは、放射素子と反射板との間の開回路上に電磁波を形成し得る。誘電体基板は、空気基板か、または1よりも大きい誘電率をもつ基板であり得る。
【０００９】
例えば、多周波アレイアンテナでは、第1のマイクロストリップアンテナの動作周波数帯は、2．4ギガヘルツ（英語：gigahertz、記号：GHz）周波数帯であり得、第2のマイクロストリップアンテナの動作周波数帯は、5GHz周波数帯であり得る。2．4GHz周波数帯および5GHz周波数帯は、一般に用いられる2つの周波数帯である。
【００１０】
任意の実施態様では、多周波アレイアンテナは、誘電体基板をさらに含んでいる。誘電体基板は、少なくとも2つのマイクロストリップアンテナの各マイクロストリップアンテナの放射素子と、反射板との間に配置され、誘電体基板の誘電率は1よりも大きい。例えば、誘電体基板の誘電率は、2．8以上であり得るか、またはさらには、4．2以上であり得る。第1の放射素子セットの中の放射素子のサイズは同一であり、第1のマイクロストリップアンテナの既定の放射素子サイズよりも小さい。既定の放射素子サイズは、誘電体基板の誘電率が1であるパラメータを用いて、計算によって得られた放射素子サイズである。
【００１１】
本願では、第1の放射素子セットの中の複数の放射素子によって反射板上に構成されるグラフと、第2の放射素子セットの中の放射素子によって反射板上に構成されるグラフとの間に、重複する領域が存在している。そのため、第1の放射素子セットの中の放射素子の間のスペースのサイズは、第2の放射素子セットの中の放射素子を配置するには不十分な場合がある。1つのソリューションは、第1の放射素子セットの中の放射素子のサイズを小さくすることである。
【００１２】
マイクロストリップアンテナの放射素子のサイズと、誘電体基板の誘電率との間の関係は、負の相関である。そのため、第1のマイクロストリップアンテナの性能を維持する場合、誘電体基板の誘電率を増加させること、および放射素子のサイズを小さくすることによって、第1のマイクロストリップアンテナの放射素子の間のギャップを広げることができ、その結果、第2のマイクロストリップアンテナの放射素子を第1のマイクロストリップアンテナの放射素子の間に配置することができる。放射素子の間のギャップとは、2つの放射素子の最小間隔のことを指している。
【００１３】
任意の実施態様では、第1の放射素子セットは、4つの放射素子を含み、第1の放射素子セットの中の4つの放射素子によって反射板上に構成されるグラフは、第1の四角形であり、第1の放射素子セットの中の各放射素子の形状は四角形であり、放射素子のサイズは、四角形の辺長であり、誘電体基板の誘電率が1である場合に、既定の放射素子サイズは56ミリメータ（英語：millimeter、記号：mm）であることが計算によって得られている。本実施態様では、誘電体基板の誘電率は1よりも大きく、第1の放射素子セットの中の各放射素子のサイズは56ミリメータよりも小さい。そのため、第1の放射素子セットの中の放射素子の間のギャップを広げることができる。
【００１４】
誘電体基板の誘電率が1よりも遙かに大きく、例えば、2．8以上であるか、さらには4．2以上である場合、第1の放射素子セットの中の放射素子のサイズは、さらに小さくして、第1の放射素子セットの中の放射素子と、第2の放射素子セットの中の放射素子との間のギャップを広げ得る。放射素子の間のギャップが広がることによって、放射素子の間の電磁干渉を低減することができる。
【００１５】
任意の実施態様では、第1の放射素子セットの中の複数の放射素子によって反射板上に構成されるグラフは、正多角形であり、第1の放射素子セットの中の隣接するいずれの2つの放射素子の間隔も、既定の配置間隔よりも大きく、既定の配置間隔は、第1のマイクロストリップアンテナの動作周波数帯の波長に応じて計算によって得られる。本実施態様は、第1のマイクロアンテナの放射素子の間のスペースのサイズが、第2のマイクロストリップアンテナの放射素子を配置するには不十分であるという問題を解決するための別の方法である。隣接する2つの放射素子の間隔とは、反射板上の隣接する2つの放射素子の配置位置の間隔のことを指し得る。配置位置とは、放射素子の中心の、反射板への正射影の位置でよい。
【００１６】
任意の実施態様では、第1の放射素子セットは、4つの放射素子を含み、第1の放射素子セットの中の4つの放射素子によって反射板上に構成されるグラフは、第1の四角形であり、既定の配置間隔は、0．9λであり得、λは、第1のマイクロストリップアンテナの動作周波数帯の波長である。例えば、λは、120mmとなり、既定の配置間隔は108mmである。本実施態様では、第1の放射素子セットの中の隣接するいずれの2つの放射素子の間隔も、108mmより大きい。
【００１７】
任意の実施態様では、第2の放射素子セットは、n個の放射素子を含み、nは0より大きい整数である。
【００１８】
第1のマイクロストリップアンテナの動作周波数帯の波長が、第2のマイクロストリップアンテナの動作周波数帯の波長よりも長い場合、n個の放射素子によって反射板上に構成されるグラフは、第1の放射素子セットの中の複数の放射素子によって反射板上に構成されるグラフの内側にある。つまり、n個の放射素子によって反射板上に構成されるグラフは、第1の放射素子セットの中の複数の放射素子によって反射板上に構成されるグラフをはみ出すことなく、複数の放射素子によって反射板上に構成されるグラフの内側に完全に入っている。例えば、第2の放射素子セットの中のn個の放射素子によって反射板上に構成されるグラフを第1のグラフと呼び、第1の放射素子セットの中の複数の放射素子によって反射板上に構成されるグラフを第2のグラフと呼ぶ。第1のグラフが点で、第2のグラフが線分である場合、点は線分の上にある。第1のグラフが四角形で、第2のグラフも四角形である場合、第1のグラフは、第2のグラフによって占められる領域の内側にある。
【００１９】
第1の放射素子セットが4つの放射素子を含み、第1の放射素子セットの中の4つの放射素子によって反射板上に構成されるグラフが第1の四角形である場合、nは6よりも小さくなり得る。つまり、第2の放射素子セットの中の放射素子の数量は、1、2、3、4、または5であり得る。任意の実施態様では、第1の放射素子セットの中の4つの放射素子によって反射板上に構成されるグラフは、第1の四角形であり、第2の放射素子セットは4つの放射素子を含み、第2の放射素子セットに含まれる4つの放射素子によって反射板上に構成されるグラフは、第2の四角形である。第1の四角形の中心および第2の四角形の中心は、同一の点であり得、第2の四角形の対角線は、第1の四角形の辺に対して垂直であり、第2の四角形は、第1の四角形の内側にある。こうした配置方法で、2つのマイクロストリップアンテナの放射素子を一緒にネスティングすることによって、多周波アレイアンテナ全体のサイズを大幅に小さくすることができる。従来の多周波アレイアンテナでは、一般に、2つのマイクロストリップアンテナの放射素子は、独立して配置されている。結果として、広い領域が占有され、それに応じて多周波アレイアンテナのサイズは大きい。
【００２０】
任意の実施態様では、第1のマイクロストリップアンテナの第1の給電ネットワークおよび第2のマイクロストリップアンテナの第2の給電ネットワークは、反射板の異なる面上に位置している。つまり、第1のマイクロストリップアンテナおよび第2のマイクロストリップアンテナの、一方のマイクロストリップアンテナの給電ネットワークおよび放射素子は、反射板の同一面上に配置され、もう一方のマイクとストリップアンテナの給電ネットワークおよび放射素子は、反射板の2つの面上に別々に配置されている。本願では、第1の放射素子セットの中の放射素子によって反射板上に構成されるグラフと、第2の放射素子セットの中の放射素子によって反射板上に構成されるグラフとの間に、重複する領域が存在している。そのため、第1の放射素子セットの中の放射素子は、第2の放射素子セットの中の放射素子にかなり近接している場合がある。結果として、第1のマイクロストリップアンテナの第1の給電ネットワークは、第2のマイクロストリップアンテナの第2の給電ネットワークへ近接しすぎる場合がある。第1の給電ネットワークおよび第2の給電ネットワークが反射板の同一面上に配置されている場合、第1の給電ネットワークおよび第2の給電ネットワークは、互いに電磁干渉する場合がある。本実施態様では、第1の給電ネットワークおよび第2の給電ネットワークは、反射板の異なる面上に配置されており、2つの給電ネットワークは、反射板によって隔てられている。このことによって、2つの給電ネットワークの間の干渉を低減している。
【００２１】
任意の実施態様では、第1のマイクロストリップアンテナまたは第2のマイクロストリップアンテナの中で、反射板の、給電ネットワークと同一の面上に位置していない放射素子セットは、給電ピンを使用して給電ネットワークへ接続されている。放射素子セットの中の各放射素子が1つの給電ピンを使用して個々に給電ネットワークへ接続されてもよい。給電ピンは、既定の位置にある、絶縁ハウジングを有する金属製の導電バーである。
【００２２】
さらに、第1のマイクロストリップアンテナまたは第2のマイクロストリップアンテナに中で、反射板の、給電ネットワークと同一の面上に位置している放射素子セットは、対応する給電ネットワークへ直接接続され得る。
【００２３】
第2の態様によれば、通信システムが提供されている。通信システムは、
基地局（英語：base station、略して BS）、および第1の態様に係る多周波アレイアンテナまたは第1の態様のいずれかの実施態様を含んでいる。基地局は、多周波アレイアンテナを使用して信号を送受信する。前述の基地局とは、無線送受信機、例えば、セルラネットワークのセルサイト（英語：cell site）、または無線ローカル・エリア・ネットワーク（英語：wireless local area network、略してWLAN）の無線アクセスポイント（英語：wireless access point、略してWAP）のことを指している。
【００２４】
本発明の実施形態における技術ソリューションをより明確に説明するため、以下では、実施形態を説明するために必要な添付図面を簡潔に説明する。明らかに、以下の説明において添付図面は、本発明に対する単なるいくつかの実施形態を示しているにすぎず、通常の当業者であれば、創意工夫することなく、これらの添付図面から他の図面をさらに派生させ得る。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】従来の多周波アレイアンテナの模式構成図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る多周波アレイアンテナの模式構成図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る別の多周波アレイアンテナの模式構成図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る別の多周波アレイアンテナの模式構成図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る別の多周波アレイアンテナの模式構成図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る放射素子の間のスペースを広げる方法の模式図である。
【図７】本発明の一実施形態に係る別の多周波アレイアンテナの模式構成図である。
【図８】本発明の一実施形態に係る別の多周波アレイアンテナの模式構成図である。
【図９】本発明の一実施形態に係る別の多周波アレイアンテナの模式構成図である。
【図１０】本発明の一実施形態に係る別の多周波アレイアンテナの模式構成図である。
【図１１】本発明の一実施形態に係る別の多周波アレイアンテナの模式構成図である。
【図１２】本発明の一実施形態に係る別の多周波アレイアンテナの模式構成図である。
【図１３】本発明の一実施形態に係る別の多周波アレイアンテナの模式構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
本発明の目的、技術ソリューション、および利点をより明確にするため、以下では、添付図面を参照しつつ、詳細に本発明の実施方法をさらに説明する。
【００２７】
多周波アレイアンテナのサイズは、一般に、反射板のサイズによって決まり、反射板のサイズは、多周波アレイアンテナ内のすべての放射素子によって反射板上に占められる領域のサイズによって決まる。図1に示すように、図1は、従来の多周波アレイアンテナの模式構成図である。多周波アレイアンテナは、空気基板（空気基板は、空気層によって構成される誘電体基板であり、誘電率は1である）、反射板11、動作周波数帯が2．4ギガヘルツ（英語：gigahertz、記号：GHz）周波数帯であるマイクロストリップアンテナ12、および動作周波数帯が5GHz周波数帯であるマイクロストリップアンテナ13を含んでいる。2つのマイクロストリップアンテナはそれぞれ、4つの放射素子およびそれぞれの給電ネットワークを含んでいる。反射板11上の複数の放射素子は、絶縁支持物を使用して反射板11の上に実装され得る。空気基板は、複数の放射素子と反射板11との間にある。マイクロストリップアンテナ12の4つの放射素子およびマイクロストリップアンテナ13の4つの放射素子は、反射板11上に別々に配置されている。マイクロストリップアンテナ12の4つの放射素子およびマイクロストリップアンテナ13の4つの放射素子は、反射板11上に大きな領域を占めることが、図1から分かる。結果として、反射板11のサイズは大きく、そのため多周波アレイアンテナのサイズは大きい。マイクロストリップアンテナ（英語：microstrip antenna）は、放射素子を誘電体基板の一方の面上に実装し、反射板を誘電体基板のもう一方の面上に配置することによって形成されているアンテナである。マイクロストリップアンテナは、開回路上に電磁波を生成するように、放射素子と反射板との間に開回路を形成する必要がある。誘電体基板は、放射素子と反射板との間に開回路を形成するように構成されている。反射板は導体接地板である。マイクロストリップアンテナの放射素子は、反射板と連携して電磁波を生成するように構成され得る。放射素子は、マイクロストリップアンテナの基本構成単位であり、電磁波を効率よく放射または受信することができる。給電ネットワークは、複数の放射素子のアンテナ給電配線（英語：antenna feed line）によって構成される配線ネットワークである。動作周波数帯は、マイクロストリップアンテナが動作する範囲内の周波数レンジである。マイクロストリップアンテナは、周波数レンジの範囲内で動作する場合にのみ、別のデバイスと相互に通信することができる。
【００２８】
図2は、本発明の一実施形態に係る多周波アレイアンテナの模式構成図である。多周波アレイアンテナは、1つの反射板21、および異なる動作周波数帯をもつ少なくとも2つのマイクロストリップアンテナを含み得る。少なくとも2つのマイクロのそれぞれは、それぞれの給電ネットワーク（図2には示さず）およびそれぞれの放射素子セットを含んでいる。少なくとも2つのマイクロストリップアンテナは、第1のマイクロストリップアンテナ22および第2のマイクロストリップアンテナ23を含み得る。第1のマイクロストリップアンテナ22の第1の放射素子セット221は、アレイ状に配置された複数の放射素子221aを含んでいる。第2のマイクロストリップアンテナ23の第2の放射素子セット231は、少なくとも1つの放射素子231aを含んでいる。第1の放射素子セット221および第2の放射素子セット231は、反射板21の同一の面上に位置している。
【００２９】
第1のマイクロストリップアンテナ22の第1の放射素子セット221の中の複数の放射素子によって反射板21上に構成されるグラフ22aと、第2のマイクロストリップアンテナ23の第2の放射素子セット231の中の少なくとも1つの放射素子によって反射板21上に構成されるグラフ23aとの間に、重複する領域が存在している。グラフ22aとグラフ23aとの間に重複する領域が存在する場合、反射板21上にある複数の放射素子によって反射板21上に占められる領域の面積（第1の放射素子セット221の中の複数の放射素子および第2の放射素子セット231の中の少なくとも1つの放射素子を含む）は、従来の多周波アレイアンテナの中の放射素子によって反射板上に占められる面積よりも小さい。そのため、本発明の本実施形態における反射板21のサイズは、より小さくなり得、多周波アレイアンテナのサイズを小さくする。複数の放射素子によって反射板上に構成されるグラフとは、反射板上の複数の放射素子の配置位置を接続することによって取り囲まれるかまたは形成されるグラフのことを指し得、1つの放射素子によって反射板上に構成されるグラフとは、反射板上の放射素子の配置位置を指し得る。つまり、1つの放射素子によって反射板上に構成されるグラフは、1つの点であり得る。さらに、多周波アレイアンテナは、誘電体基板をさらに含み得る。誘電体基板は、空気基板か、または1よりも大きい誘電率をもつ基板であり得る。
【００３０】
図2の多周波アレイアンテナは、2つのマイクロストリップアンテナを含んでいる。グラフ22aは矩形であり、グラフ23aは線分である。ただし、マイクロストリップアンテナの数量、グラフ22aの形状、およびグラフ23aの形状は、すべて例である。別の方法として、マイクロストリップアンテナの数量は3または4以上であってもよく、またグラフ22aおよびグラフ23aは別の形状であってもよい。
【００３１】
結論としては、本発明の本実施形態によって提供される多周波アレイアンテナでは、第1の放射素子セットの中の放射素子によって反射板上に構成されるグラフは、第2の放射素子セットの中の放射素子によって反射板上に構成されるグラフに重なるように作成され、反射板上にある複数の放射素子によって反射板上に占められる領域の面積を小さくする。このことによって、反射板のサイズを小さくし、従来の多周波アレイアンテナのサイズが大きいという問題を解決し、多周波アレイアンテナのサイズを小さくする。
【００３２】
さらに、図3を参照すると、図3は、本発明の一実施形態に係る別の多周波アレイアンテナの模式構成図を示している。本多周波アレイアンテナでは、図2に示す多周波アレイアンテナを基にして構成要素が追加されており、その結果、本発明の本実施形態によって提供される多周波アレイアンテナは、より優れた性能を有している。
【００３３】
多周波アレイアンテナは、誘電体基板31をさらに含み、誘電体基板31は、少なくとも2つのマイクロストリップアンテナの、マイクロストリップアンテナのそれぞれの放射素子セット（221および231）と、反射板21との間に配置されている。第1のマイクロストリップアンテナ22は、第1の給電ネットワーク222をさらに含み、第2のマイクロストリップアンテナ23は、第2の給電ネットワーク232をさらに含んでいる。
【００３４】
本発明の本実施形態は、次の3つの態様の中の内容を含み得る。
【００３５】
1．第1の放射素子セット221の中の複数の放射素子によって反射板21上に構成されるグラフと、第2の放射素子セット231の中の放射素子によって反射板21上に構成されるグラフとの間に、重複する領域が存在している。そのため、第1の放射素子セット221の中の放射素子の間のスペースのサイズは、第2の放射素子セット231の中の放射素子を配置するには不十分な場合がある（第1の放射素子セットに中の放射素子および第2の放射素子セットの中の放射素子が配置される場合、放射素子の間の過大な電磁干渉を避けるため、放射素子の間のギャップを過度に小さくすることはできない）。この場合には、2つのソリューションが含まれ得る。
【００３６】
第1のソリューション：1より大きい誘電率をもつ誘電体基板を配置し、第1の放射素子セットの中の放射素子のサイズを小さくする。
【００３７】
マイクロストリップアンテナの放射素子のサイズと、誘電体基板の誘電率との間の関係は、負の相関である。そのため、第1のマイクロストリップアンテナ22の性能を維持する場合、誘電体基板の誘電率を大きくすること、および放射素子のサイズを小さくすることによって、第1のマイクロストリップアンテナ22の放射素子の間のギャップを広げることができ、その結果、第2のマイクロストリップアンテナ23の放射素子を第1のマイクロストリップアンテナ22の放射素子の間に配置することができる。
【００３８】
放射素子の間のギャップとは、2つの放射素子のそれぞれの端の任意の点によって形成される点の対の間隔の中の最小値のことを指している。第1のマイクロストリップアンテナの放射素子とは、第1の放射素子セットの中の放射素子のことを指している。第2のマイクロストリップアンテナの放射素子とは、第2の放射素子セットの中の放射素子のことを指している。
【００３９】
本発明の本実施形態では、1より大きい誘電率をもつ誘電体基板31を配置するのと引き替えに、第1の放射素子セット221の中の放射素子のサイズを小さくし得る。誘電体基板の誘電率が1よりも遙かに大きく、例えば、2．8以上であるか、さらには4．2以上である場合、第1の放射素子セット221の中の放射素子のサイズは、さらに小さくして、第1の放射素子セット221の中の放射素子と、第2の放射素子セット231の中の放射素子との間のギャップを広げ得る。放射素子の間のギャップが広がることによって、放射素子の間の電磁干渉を避け、第1の放射素子セット221の中の放射素子と第2の放射素子セット231の中の放射素子との間の所望のネスティングを確実にすることができる。
【００４０】
従来のソリューションでは、アンテナのサイズを小さくするために1より大きい誘電率をもつ誘電体基板を利用することは、放射素子の間のギャップを広げることよりもむしろアンテナ自体のサイズを小さくするために主に用いられている。例えば、マイクロストリップアンテナは、移動通信デバイスにも使用されている。2つの放射素子セットの間にネスティングがないため、放射素子の間のギャップを広げる必要はない。
【００４１】
例えば、誘電体基板31は、誘電率が2．8のモデルF4Bのポリテトラフルオロエチレン・ガラス・クロス誘電体基板であってよく、または誘電体基板31は、誘電率が4．2のモデルFR4のエポキシ樹脂板であってもよい。第1の放射素子セット221の中の放射素子のサイズは同一であり、第1のマイクロストリップアンテナの既定の放射素子サイズよりも小さい。既定の放射素子サイズは、誘電体基板31の誘電率が1であるパラメータを用いて、計算によって得られた放射素子サイズである。
【００４２】
さらに、第1の放射素子セットと反射板との間に物理的な誘電体基板を配置する場合、第1の放射素子セットおよび第2の放射素子セットは、誘電体基板上に実装し得る。マイクロストリップアンテナの放射素子の間隔が0．75λから0．9λである場合、マイクロストリップアンテナは、かなり高い性能を得ることができる。λは、マイクロストリップアンテナの動作周波数帯に相当する波長である。放射素子の間隔とは、放射素子の中心の間隔のことを指している。第1のマイクロストリップアンテナの動作周波数帯が2．4GHz周波数帯である場合、λは、約120ミリメータ（英語：millimeter、記号：mm）から124mmである。λ＝120mmに応じて計算によって、放射素子の間隔は、最大で108mmであり得る。
【００４３】
図4に示すように、第1の放射素子セットが、4つの放射素子221aを含む場合、第1の放射素子セットの中の4つの放射素子221aによって反射板上に構成されるグラフは、第1の四角形Aであり得る。第1の放射素子セットの中の隣接する放射素子の間隔が108mmである場合、間隔は第1の四角形Aの辺長である。第1の放射素子セットの中の各放射素子221aの形状は四角形であり、放射素子221aのサイズは四角形の辺長である。誘電体基板31の誘電率が1である場合、計算によって得られる既定の放射素子サイズは56mmである。図4に示すように、放射素子のサイズが56mmである場合、隣接する2つの放射素子の間のギャップは108mm−56mm＝52mmである。誘電体基板31の誘電率が2．8である場合、放射素子221aのサイズは35mmに設定され得、この場合には、2つの放射素子221aの間のギャップは、73mmに広がる。別の方法として、図5に示すように、誘電体基板の誘電率が4．2である場合、放射素子221aのサイズは27mmまで小さくなり、この場合には、2つの放射素子221aの間のギャップは81mmに広がる。誘電率を大きくし、放電素子のサイズが小さくなった後、第1のマイクロストリップアンテナ22の放射素子の間のスペースが効果的に広がるということが図4および図5から明確に分かる。さらに、誘電体基板31の誘電率を大きくした後、第1のマイクロストリップアンテナの放射素子への第2のマイクロストリップアンテナの放射素子のネスティングを容易にするように、第2のマイクロストリップアンテナの放射素子も、それに応じて小さくし得る。
【００４４】
第1の放射素子セットの中の各放射素子221aは、矩形、円、または菱形などの別の形状であってもよい。
【００４５】
本発明の本実施形態によって提供される多周波アレイアンテナでは、第1のマイクロストリップアンテナの動作周波数帯は、2．4GHz周波数帯か、または2．4GHzよりも低い周波数帯であり得、第2のマイクロストリップアンテナの動作周波数帯は、5GHz周波数帯であり得る。2．4GHz周波数帯および5GHz周波数帯は、一般に用いられる2つの周波数帯である。2．4GHz周波数帯の周波数レンジおよび5GHz周波数帯の周波数レンジは、国または地域によって異なり、関係する地方当局または組織によって一般に規定されている。
【００４６】
第2のソリューション：第1のマイクロストリップアンテナの放射素子の間隔を大きくする。
【００４７】
第1の放射素子セットの中の複数の放射素子によって反射板上に構成されるグラフは、正多角形、例えば、正三角形、正四辺形、または正五角形であり得る。第1の放射素子セットの中の隣接するいずれの2つの放射素子の間隔も、既定の配置間隔より大きい。このことによって、第1のマイクロストリップアンテナの放射素子の間のスペースを広げ、第1のマイクロストリップアンテナの放射素子への第2のマイクロストリップアンテナの放射素子のネスティングを容易にしている。既定の配置間隔は、第1のマイクロストリップアンテナの動作周波数帯の波長に応じて計算によって得られる。隣接する2つの放射素子の間隔とは、反射板上の隣接する2つの放射素子の配置位置の間隔のことも指し得る。配置位置とは、放射素子の中心の、反射板への正射影の位置でよい。
【００４８】
放射素子の間隔が0．75λから0．9λである場合、マイクロストリップアンテナは、からり高い性能を得ることができる。そのため、放射素子の間の既定の配置間隔として0．75λから0．9λが使用され得る。第1の放射素子セットの中の放射素子の間隔をさらに大きくした場合、第1のマイクロストリップアンテナの性能が影響を受け得る。ただし、第2のマイクロストリップアンテナに第1のマイクロストリップアンテナをネスティングする構成を使用することによって、多周波アレイアンテナの全体の複雑度を軽減し得、その結果、より多くの多周波アレイアンテナを配置して単一の多周波アレイアンテナの性能損失を補うことができる。そのため、放射素子の間隔が既定の配置間隔よりも大きい第1のマイクロストリップアンテナを使用することが許容可能である。単一の多周波アレイアンテナを設計する場合、放射素子の間隔が大きすぎることが、第1のマイクロストリップアンテナの性能に大きな影響を与える結果になることを避けるように、第1のマイクロストリップアンテナの性能が考慮され得る。
【００４９】
図6に示すように、第1の放射素子セットが4つの放射素子を含む場合、第1の放射素子セットの中の4つの放射素子221aによって反射板上に構成されるグラフは、第1の四角形Aである。既定の配置間隔は、0．9λであり得る。例えば、第1のマイクロストリップアンテナの動作周波数帯が2．4GHz周波数帯である場合、λは約120mmから124mmである。λ＝120mmに応じて計算によって、既定の配置間隔は108mmである。図6の放射素子221bは、既定の配置間隔に従って配置されている。放射素子221bによって構成されるグラフは、四角形A1である。四角形A1は第1の四角形Aよりも明らかに小さいことが分かる。
【００５０】
図6では、いずれの2つの放射素子221aの間隔も0．9λよりも大きい。例えば、いずれの2つの放射素子221aの間隔も1．1λに設定してよく、その結果、第1の放射素子セットの中の4つの放射素子の間のスペースを大幅に広げることができる。さらに、別の方法として、第1の放射素子セットの中の放射素子の数量を、3、5、6、7などにもし得る。
【００５１】
例えば、第1のマイクロストリップアンテナの動作周波数帯の波長は、第2のマイクロストリップアンテナの動作周波数帯の波長よりも大きくてもよい。例えば、第1のマイクロストリップアンテナの動作周波数帯が2．4GHz周波数帯で、第2のマイクロストリップアンテナの動作周波数帯が5GHz周波数帯であってもよい。2．4Gアンテナ（動作周波数帯が2．4GHz周波数帯であるマイクロストリップアンテナ）の動作周波数帯の波長は、5Gアンテナ（動作周波数帯が5GHz周波数帯であるマイクロストリップアンテナ）の周波数帯の波長よりも大きいため、2．4Gアンテナの放射素子の間隔は、5Gアンテナの放射素子の間隔よりも一般に大きい。そのため、2．4Gアンテナの放射素子の間隔を大きくすることによって、2．4Gアンテナの放射素子に5Gアンテナの放射素子をネスティングすることを容易にすることができる。
【００５２】
2．本発明の本実施形態では、第1の放射素子セットの中の放射素子の数量および第2の放射素子セットの中の放射素子の数量に応じて、2つの放射素子セットの中の複数の放射素子の配置方法が異なり得る。以下では、放射素子の配置方法を説明する。
【００５３】
第2の放射素子セットは、n個の放射素子を含み、nは0より大きく6未満の整数である。つまり、第2の放射素子セットの中の放射素子の数量は、1、2、3、4、または5であり得る。
【００５４】
マイクロストリップアンテナの動作周波数帯は、動作周波数帯の波長と負の相関関係があり、動作周波数帯の波長は、放射素子の間隔と正の相関関係がある。そのため、第1のマイクロストリップアンテナの動作周波数帯の波長が、第2のマイクロストリップアンテナの動作周波数帯の波長よりも長い（つまり、第1のマイクロストリップアンテナの動作周波数帯が、第2のマイクロストリップアンテナの動作周波数帯よりも低い）場合、n個の放射素子によって反射板上に構成されるグラフは、第1の放射素子セットの中の複数の放射素子によって反射板上に構成されるグラフの内側にあり得る。つまり、n個の放射素子によって反射板上に構成されるグラフは、第1の放射素子セットの中の複数の放射素子によって反射板上に構成されるグラフをはみ出すことなく、複数の放射素子によって反射板上に構成されるグラフの内側に完全に入っている。例えば、第2の放射素子セットの中のn個の放射素子によって反射板上に構成されるグラフを第1のグラフと呼び、第1の放射素子セットの中の複数の放射素子によって反射板上に構成されるグラフを第2のグラフと呼ぶ。第1のグラフが点で、第2のグラフが線分である場合、点は線分の上にある。第1のグラフが四角形で、第2のグラフも四角形である場合、第1のグラフは、第2のグラフによって占められる領域の内側にある。
【００５５】
本発明の本実施形態では、第1の放射素子セットの中の放射素子の数量は4であるとしている。
【００５６】
1）n＝1である場合、反射板上の複数の放射素子の配置方法は、図7に示すものであり得る。第1の放射素子セットの中の4つの放射素子221aによって構成されるグラフは、第1の四角形Aである。第2の放射素子セットの中の放射素子231aの配置位置は、第1の四角形の内側にある。任意に、第2の放射素子セットの中の放射素子231aの配置位置は第1の四角形Aの中心である。
【００５７】
2）n＝2である場合、反射板上の複数の放射素子の配置方法は、図8に示すものであり得る。第1の放射素子セットの中の4つの放射素子221aによって構成されるグラフは、第1の四角形Aである。第2の放射素子セットの中の2つの放射素子231aの配置位置は、第1の四角形Aの中に線分x1を構成している。線分x1は、第1の四角形Aの4辺によって取り囲まれた領域の内側にある。任意に、線分x1は、第1の四角形の辺と平行である。
【００５８】
3）n＝3である場合、反射板上の複数の放射素子の配置方法は、図9に示すものであり得る。第1の放射素子セットの中の4つの放射素子221aによって構成されるグラフは、第1の四角形Aである。第2の放射素子セットの中の3つの放射素子231aの配置位置は、第1の四角形Aの中に三角形s1を構成している。三角形s1は、第1の四角形Aの4辺によって取り囲まれた領域の内側にある。
【００５９】
4）n＝4である場合、反射板上の複数の放射素子の配置方法は、図10に示すものであり得る。第1の放射素子セットの中の4つの放射素子221aによって構成されるグラフは、第1の四角形Aである。第2の放射素子セットの中の4つの放射素子231aによって反射板上に構成されるグラフは、第2の四角形Bである。第2の四角形Bは、第1の四角形Aの4辺によって取り囲まれた領域の内側 にある。第1の四角形Aの中心と第2の四角形Bの中心は同一の点であり、第2の四角形Bの対角線d1は、第1の四角形Aの辺に対して垂直である。第1のマイクロストリップアンテナおよび第2のマイクロストリップアンテナの両方が、4つの放射素子を含んでいる場合、こうした配置方法で2つのマイクロストリップアンテナの放射素子を一緒にネスティングすることによって、多周波アレイアンテナ全体のサイズを大幅に小さくすることができる。従来の多周波アレイアンテナでは、一般に、2つのマイクロストリップアンテナの放射素子は、独立して配置されている。結果として、広い領域が占有され、多周波アレイアンテナのサイズは大きい。
【００６０】
5）n＝5である場合、反射板上の複数の放射素子の配置方法は、図11に示すものであり得る。本配置方法は、図10に示す配置方法を基にして、第2の四角形Bの中に放射素子231aを1つさらに追加することによって構成されている。図11の中の符号の意味については、図10を参照のこと。
【００６１】
第1の放射素子セットの中の放射素子の数量が別の値である場合、多周波アレイアンテナ上の放射素子の配置方法については、図7から図11を参照のこと。例えば、図10に示す第1の放射素子セットを基にして、放射素子を追加または削除し得る。
【００６２】
区別を容易にするため、本発明の本実施形態の添付図面では、第2のマイクロストリップアンテナの中の放射素子231aは、円形に処理されているが、第2のマイクロストリップアンテナの中の放射素子231aは、別の方法として、四角形、矩形、または菱形などの別の形状であってもよい。さらに、説明を容易にするため、図4から図11に給電ネットワークは示していない。
【００６３】
3．本発明の本実施形態では、第1の放射素子セットの中の放射素子によって反射板上に構成されるグラフと、第2の放射素子セットの中の放射素子によって反射板上に構成されるグラフとの間に、重複する領域が存在している。そのため、第1の放射素子セットの中の放射素子は、第2の放射素子セットの中の放射素子に近接している場合がある。結果として、第1のマイクロストリップアンテナの第1の給電ネットワークは、第2のマイクロストリップアンテナの第2の給電ネットワークへ近接しすぎる。第1の給電ネットワークおよび第2の給電ネットワークが反射板の同一の面上に位置している場合、第1の給電ネットワークおよび第2の給電ネットワークは相互の電磁干渉を生じ得る。そのため、第1の給電ネットワークおよび第2の給電ネットワークを反射板の同一の面上に配置することには、給電ネットワークの配線についての高度な要件がある。
【００６４】
前述の問題を避けるため、図12に示すように、第1のマイクロストリップアンテナの第1の給電ネットワーク222および第2のマイクロストリップアンテナの第2の給電ネットワーク232は、反射板21の異なる面上に位置し得る。つまり、第1のマイクロストリップアンテナおよび第2のマイクロストリップアンテナの一方の給電ネットワークおよび放射素子セットは、反射板の同一面上に配置され、もう一方のマイクとストリップアンテナの給電ネットワークおよび放射素子セットは、反射板の2つの面上に別々に配置されている。2つの給電ネットワークは、反射板によって隔てられている。このことによって、異なる動作周波数帯をもつ2つのマイクロストリップアンテナの給電ネットワークの間の電磁干渉を避けている。第2の給電ネットワーク232は、反射板21と直接接触していない。例えば、第2の給電ネットワーク232と反射板21との間に絶縁材を配置してもよい。
【００６５】
図12は、第1のマイクロストリップアンテナ22の第1の給電ネットワーク222および第1の放射素子セット221が、反射板21の同一の面上に位置し、第2のマイクロストリップアンテナの第2の給電ネットワーク232および第2の放射素子セット231が反射板21の異なる面上に位置するシナリオを示している。ただし、本発明の本実施形態によって提供される多周波アレイアンテナの中の第1のマイクロストリップアンテナおよび第2のマイクロストリップアンテナの構成は、第2のマイクロストリップアンテナの第2の給電ネットワーク232および第2の放射素子セット231が、反射板21の同一の面上に位置し、第1のマイクロストリップアンテナの第1の給電ネットワーク222および第1の放射素子セット221が、反射板21の異なる面上に位置するというものであってもよい。
【００６６】
第1のマイクロストリップアンテナおよび第2のマイクロストリップアンテナには、放射素子セットおよび給電ネットワークが反射板21の異なる面上に位置しているマイクロストリップアンテナが1つ存在している。そのため、このマイクロストリップアンテナの放射素子セットおよび給電ネットワークは、配線を使用して接続され、その配線は、反射板を貫通する必要があり得る。配線と反射板との間の電気的接続を避けるため、本発明の本実施形態では、給電ネットワークとして反射板の1つの面上に位置していない放射素子セットは、給電ピンを使用して給電ネットワークへ接続されている。給電ピンは、既定の位置にある、絶縁ハウジングを有する金属製の導電バーである。給電ピンと反射板との間に電気的接続はない。
【００６７】
図13は、誘電体基板31が反射板21上に配置され、第1のマイクロストリップアンテナの第1の給電ネットワーク222および第1の放射素子セット221が、反射板21の同一の面上に位置し、第2のマイクロストリップアンテナの第2の給電ネットワーク232および第2の放射素子セット231が反射板21の異なる面上に位置するシナリオを示している。給電ピン32は、反射板21および誘電体基板31を貫通し、第2の給電ネットワーク232を第2の放射素子セット231へ接続している。第2の放射素子セット231の中の各放射素子が1つの給電ピンを使用して個々に第2の給電ネットワーク232へ接続されてもよい。さらに、第1のマイクロストリップアンテナまたは第2のマイクロストリップアンテナの中で、反射板の、給電ネットワークと同一の面上に位置する放射素子セットは、給電ネットワークへ直接接続され得る。つまり、図13では、第1のマイクロストリップアンテナの第1の給電ネットワーク222および第1の放射素子セット221は、直接接続され得る。
【００６８】
結論としては、本発明の本実施形態によって提供される多周波アレイアンテナでは、第1の放射素子セットの中の放射素子によって反射板上に構成されるグラフは、第2の放射素子セットの中の放射素子によって反射板上に構成されるグラフに重なるように作成され、反射板上にある複数の放射素子によって反射板上に占められる領域の面積を小さくする。このことによって、反射板のサイズを小さくし、従来の多周波アレイアンテナのサイズが大きいという問題を解決し、多周波アレイアンテナのサイズを小さくする。
【００６９】
本発明の一実施形態は、通信システムをさらに提供している。通信システムは、
基地局（英語：base station、略してBS）、および図2から図13によって提供されるいずれかの多周波アレイアンテナを含んでいる。基地局は、多周波アレイアンテナを使用して信号を送受信する。多周波アレイアンテナは、基地局の内部に配置されてもよく、または基地局の外部に接続されてもよい。前述の基地局とは、無線送受信機、例えば、セルラネットワークのセルサイト（英語：cell site）、または無線ローカル・エリア・ネットワーク（英語：wireless local area network、略してWLAN）の無線アクセスポイント（英語：wireless access point、略してWAP）のことを指している。
【００７０】
前述の説明は、本発明の実施形態の単なる例にすぎず、本発明の保護範囲を限定するものではない。本発明の保護範囲は、請求項の保護範囲に従うものとする。
【符号の説明】
【００７１】
11  反射板
12  マイクロストリップアンテナ
13  マイクロストリップアンテナ
21  反射板
22  第1のマイクロストリップアンテナ
22a  グラフ
23  第2のマイクロストリップアンテナ
23a  グラフ
31  誘電体基板
32  給電ピン
221  第1の放射素子セット
221a  放射素子
221b  放射素子
222  第1の給電ネットワーク
231  第2の放射素子セット
231a  放射素子
232  第2の給電ネットワーク
A  第1の四角形
A1  四角形
B  第2の四角形
d1  第2の四角形の対角線
x1  線分
s1  三角形
【図１】
2017163542.tif 000003
【図２】
2017163542.tif 000004
【図３】
2017163542.tif 000005
【図４】
2017163542.tif 000006
【図５】
2017163542.tif 000007
【図６】
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【図７】
2017163542.tif 000009
【図８】
2017163542.tif 000010
【図９】
2017163542.tif 000011
【図１０】
2017163542.tif 000012
【図１１】
2017163542.tif 000013
【図１２】
2017163542.tif 000014
【図１３】
2017163542.tif 000015
【外国語明細書】
2017163542000001.pdf