JP2001512640A - 基地局アンテナ構成 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は第１の周波数帯域で放射する複数の第１の放射要素（１１）と第２の周波数帯域で放射する複数の第２の放射要素（１２、１３、１４、１５）を含むアンテナ構成（１０）に関する。前記第１、第２の放射要素は異なる平面に配置される。前記第２の放射要素（１２、１３、１４、１５）は前記第１の放射要素（１１）に関して、各第２の放射要素が対応する第１の放射要素に一部重なるように配置される。各放射要素は少なくとも１つの共振次元（Ａ₁₀;ａ₁₀）をもち、前記第１の放射要素の共振次元（Ａ₁₀）は前記第２の放射要素の共振次元（ａ₁₀）の約２倍であり、前記第２の放射要素は前記第１の放射要素の約２倍の周波数または周波数帯域で放射する。

Description

【発明の詳細な説明】 基地局アンテナ構成 発明の分野 本発明は複数の放射要素を含み、その中のあるものは第１の周波数または第１ の周波数帯域において放射し、またあるものは第２の周波数または第２の周波数 帯域で放射して、１つの同じアンテナ構成を異なる周波数または異なる周波数帯 域に用いることができるようにした、アンテナ構成に関する。 本発明はまた、１つの同じ基地局アンテナ構成を種々の周波数帯域で作動する 種々の移動通信システムに使用できるようにした、第１と第２の周波数帯域で使 用できる基地局アンテナ構成に関する。 技術の状態 移動電気通信の分野は多数の国および新しい市場において急速に発展しており 、定常的に多数の国がセルラー通信システムを導入している。さらに、新しいサ ービスや応用が各分野において強力に拡張する移動電気通信市場に継続的に導入 されている。約９００ＭＨｚの周波数帯域で作動する複数のシステム、例えばＮ ＭＴ ９００，（Ｄ）−ＡＭＰＳ，ＴＡＣＳ，ＧＳＭ及びＰＤＣが非常に成功し ていることは良く知られている。これがとりわけ、結果的に他の周波数帯域で作 動するシステムを必要とするようにした。それ故、新しいシステムは１８００Ｍ Ｈｚと１９００ＭＨｚ辺りの周波数帯域で設計された。 その例は、ＤＣＳ１８００，ＰＣＳ１９００である。勿論、ここに明確には記 載しないが、１８００または１９００ＭＨｚおよび９００ＭＨｚ帯域（およびそ の付近）の複数のシステムがある。最近の発展を心に留めると、さらに他のシス テムが開発されるであろうことは明らかである。 しかしながら、セルラー移動電気通信システムの運転のためには、複数の基地 局アンテナ設備を必要とする。基地局アンテナ構成はセルラー通信システムによ りカバーされるべき領域の全体に渉るように設けなければならず、それらをどの 様に設けるかは特に、必要とする性能と地理的範囲、移動ユニットの分布、等に 依存する。無線伝搬は地形と市街の環境と不規則性に非常に依存するので、基地 局アンテナ構成は多少なりとも密接して配置せねばならない。 しかしながら、基地局アンテナの設置は、郊外と市街の両方において特に美的 観点から抗議を引き起こした。例えば９００ＭＨｚの周波数のアンテナを取り付 けた柱の設置が既に多数の議論と抗議を引き起こしている。さらに別の周波数帯 域のための追加の基地局アンテナの設置はさらに多くの反対を引き起こすことで あろうし、また実際、美的観点からのみでなくある場合には不都合を起こすであ ろう。さらに、アンテナ構成の建設は高価なものである。 もし、例えば９００ＭＨｚの周波数帯域について既に設けられている構造基盤 が利用できるなら、新しい基地局アンテナ構成の導入がより容易になるであろう 。高い周波数と低い周波数で作動する両システムが並列で使用されるので、もし 異なる周波数帯域のアンテナが同じ柱に一緒に設けられ、特に同じアンテナ開口 が用いられるなら、非常に魅力的である。今日、２つの異なる周波数帯域で作動 可能なマイクロストリップ・アンテナ要素の各種の例が知られている。これを形 成する１つの方法は、互いの上面にパッチを重ねることである。これは、もし異 なる周波数帯域が近接して離れておれば、例えばその比が約１．５：１以下であ れば、満足に作動する。しかし、この構想は周波数帯域が余り近接していなけれ ば作動しない。その１つの例は、接地面をもった積層された２重周波数パッチ要 素で、前記接地面の上に例えば円形または矩形の低周波数パッチが設けられ、そ の上に同じ形状の高周波数パッチが設けられたものである。さらに他の既知の構 造においては、例えばイングランド、シュリベンハムの電気、技術、科学ロイヤ ル、ミリタリ専門学校（School of El．Engineering and Science Royal Milita ry College of Science，Shrivenham，England）の会報、ジャウネス、インタナ ショナル、ナイス、スル、レ、アンテナ（Proc．Journe'es Internationales de Nice sur les Antennes(JINA 90)，１９９０、１１月の３２１〜３２４頁に記 載のエー、アブデル、アジズ（A．Abdel Aziz）他による“二重帯域円形偏極マ イクロストリップ配列要素(Dual band Circularly Polarised microstrip array element)”に開示されたものにおいては、複数の窓（４つの窓）が形成された 、大きな低周波数のパッチ要素が設けられている。これら窓に は小さなパッチ要素が設けられている。窓は前記大きなパッチ要素の特性に重大 な影響を与えるものでない。この構成により、１つの同じアンテナ構成を２つの 異なる周波数帯域に使用することができるが、周波数帯域は係数４により分割さ れる。これは周波数帯域の分割が大き過ぎて、今日の約９００ＭＨｚおよび１８ ００（１９００〜１９５０）ＭＨｚで作動する関連の移動通信システムに使用で きない。 さらに別の既知の技術は、周期的構成の周波数選択特性を利用している。低周 波数パッチをメッシュ状導体として、または孔の明いたスクリーン状に印刷した とき、高い周波数で作動する別のアンテナ配列の上に重ねることができる、こと が分かっている。例えば、ＩＥＥ会報、Vol．135，Pt．H．No.5，1988，10月（I EE Proceedings．Vol．135，Pt．H，No.5，Oct．1988）のジェー・アール ジェ ームス（J.R．James）他による“重ねられた２色性マイクロストリップ・アンテ ナ配列(Superimposed dichroic microstrip antenna arrays)”を参照されたい 。これは、前述の場合より帯域がより隔離しており、その比が６：１を越えるよ うな２重帯域作動について満足に作動する。さらに、米国特許第５、００１、４ ９３号には、多重周波数のビームを同時に与える多重帯域、格子状焦点面配列ア ンテナが開示されている。第１の長さの導電性の端部の第１の組と、第２の長さ をもった導電性の端部の第２の組を形成する金属性のパターンが設けられる。導 電性の端部の第１の組と第２の組は別個に付勢されて、第１と第２の作動周波数 において同時に出力ビームを発生する。しかしこの場合も、周波数帯域の分離を 約２とし、上に述べたような移動通信システムに使用することができない。米国 特許第５、００１、４９３号は第１の周波数の２．３倍の中間の第２の周波数で 放射する第２の放射要素と、第２の周波数の約１．１倍の高い周波数で放射する 第３の放射要素を開示している。従って、上記文献に開示されているアンテナ構 成は先に述べた移動通信システムまたは一般に周波数分割の係数が約２である場 合には利用できない。 アンテナ配列において、要素の周期性は自由空間波長の０．５と１．０倍の間 である。より小さな空間が走査アンテナ配列に使用される。１８００／１９００ ＭＨｚ帯域における放射要素の数は、同じ領域において利用するとして９００Ｍ Ｈｚ帯域における数の２倍である。これは、高い周波数のアンテナは低い周波数 のアンテナの３〜６ｄＢ高いゲインをもつことを意味する。これにより、２つの 帯域について同様の領域をカバーするとき、高い周波数において増加する線路損 失を一部補償する。 ダイバーシチアンテナ構造が現在フェージング効果を減少するため用いられて いる。基地局におけるダイバーシチ受信は数メートル隔離した２つのアンテナで 行われる。現在主として、垂直方向に偏極した送信および受信アンテナが用いら れる。偏極ダイバーシチはフェージングを減少する他の方法である。 本発明の概要 従って求められるのは、約２の係数の周波数帯域の分割にたいして利用できる アンテナ構成、または特に周波数が約係数２により異なる第１、第２の周波数に 対して使用できるアンテナ放射要素である。特に求められるのは、分離係数が約 １．６〜２．２５の間である２つの周波数帯域について使用できるアンテナ構成 、または基地局アンテナ構成である。 従って特に求められるのは、ＮＭＴ９００，（Ｄ）−ＡＭＰＳ，ＴＡＣＳ，Ｇ ＳＭ，ＰＤＣ等のような９００ＭＨｚ帯域で作動するセルラー移動電気通信シス テム、および例えばＤＣＳ１８００，ＰＣＳ１９００等のような１８００または １９００ＭＨｚの周波数帯域で作動する他の移動通信システムに対して利用でき るアンテナ構成、または特に基地局アンテナ構成である。 特に、垂直方向／水平方向の何れかに偏極したアンテナまたはそれぞれ±４５ °に偏極したアンテナを提供する構成が求められる。 従って求められるのは、約２の係数により異なる２つの異なる周波数帯域で作 動する２つの異なるシステムについて同じ柱を使用できるアンテナ構成、または 基地局アンテナ構成であり、特に両方の種類のシステムについて、また２つの周 波数帯域の何れでも作動する将来のシステムについて既存の柱、または構造基盤 が利用できるような、アンテナ構成、または基地局アンテナ構成である。 特に、異なる偏極状態を支持する２重または多重周波数のアンテナ構成が求め られる。特に１つの同じ構成により、約２の係数により異なる少なくとも２つの 異なる周波数帯域における作動を少なくとも結合する扇形アンテナ構成および多 重ビームアンテナ配列構成が求められる。 従って、導電性接地面と、少なくとも第１の周波数において放射する複数の第 １の放射要素と、第２の周波数において放射する複数の第２の放射要素とを備え 、第１の各放射要素に少なくとも第２の放射要素の１グループが設けられたアン テナ構成が提供される。前記少なくとも第１、第２の放射要素は異なる面に設け られる。また、第２の各放射要素が対応する第１の放射要素に部分的に重なるよ うに、前記第２の放射要素のグループは好適に対応する前記第１の放射要素に関 して対称に設けられている。各放射要素、すなわち第１、第２の放射要素は少な くとも１つの有効共振次元をもち、第１の放射要素の有効共振次元は第２の放射 要素の有効共振次元の実質的に２倍であり、従って第２の放射要素は第１の放射 要素の約２倍の周波数または周波数帯域で放射するようにしている。 好適に、各放射要素は導電性材料で作られたパッチを含む。異なる実施例によ れば、第１、第２の放射要素の層の間及び／または接地面と放射要素の最も下の 層との間に空気の層が設けられる。空気に代えて、誘電体層を用いることができ る。そのような誘電体の層は放射要素のそれぞれの層間に設けることができ、ま た放射要素の最も下の層と接地面との間に設けることもできる。接地面は例えば 銅Ｃｕ層で作られる。好適に、第１の放射要素の少なくとも１つの共振次元は第 １の周波数に対応する波長の約半分であり、第２の放射要素の少なくとも１つの 共振次元は第２の放射周波数に対応する波長の約半分である。第１の放射要素は 付勢されて低い周波数（または低い周波数帯域）において放射し、一方第２の放 射要素は付勢されて高い周波数（または高い周波数帯域）において放射する。異 なる実施例によれば、第１の周波数の放射要素は第２の放射要素の層の上、また は下に設けられる。両者を反対にすることもできる。さらに異なる実施例におい ては、放射要素は長方形パッチ、正方形パッチ、または円形パッチを含んでも良 い。一般に、アンテナ構成における第１、第２の放射要素の両者は同じ形状をも っているが、例えば第１の放射要素は正方形または長方形で、第２の放射要素が 円形またはその逆にすることもできる。しかし、ただ１つの直線偏極が用いられ るなら、本発明はそれに限定されるものでないが、長方形パッチが望ましい。一 方、長方形パッチは２重偏極の場合には使用されない。 長方形パッチについては、１つの次元、例えば長方形の長さ、が有効的に共振 すれば充分である。もし正方形放射要素が使用されるならば、共振するのはパッ チの１側であり、もし円形パッチが使用されるならば、共振次元を構成するのは 直径である。好適に、２重偏極の利用に対しては、正方形パッチまたは円形パッ チが用いられる。特に、直線偏極が参照される。しかし、良く知られているよう に、２つの直線偏極を組み合わして、１つまたは２つの直交する円偏極を形成す ることができる。他の実施例においては、第１、第２の要素の放射要素の共振次 元がそれぞれ、前に記載した実施例に関して異なるように回転する。これは、単 一、または２重偏極に利用できる。さらに別の実施例において、第１、第２の放 射要素は互いに異なるように回転し、第１と第２の要素の偏極は一致しない。こ の形式もまた、単一、または２重偏極の場合に応用できる。 １つの実施例によれば、アンテナ構成は１つの第１の放射要素と４つの第２の 放射要素を含み、１つの二重周波数パッチアンテナ要素を形成する。 別の実施例においては、しかし複数の第１の放射要素が設けられ、それに対応 する第２の放射要素はグループ状に設けられ格子状配列を形成する。１つの配列 に、前述の何れの要素でも用いることができる。１つの実施例においては、要素 は行、列に配置されて、共振次元が行／列に平行／直交する。別の実施例におい ては、要素は回転されて、それらの配置される行／列に関して約４５°の角度を なす。 さらに他の実施例においては、各第１放射要素について２つの第２放射要素が 互いに対向し、第１の放射要素に部分的に重なるように設けられる。これは特に 、そのような要素の列を含む扇形アンテナについて有利である。 特に、前記構成は２重周波数、２重偏極アンテナ、または多重周波数、多重偏 極アンテナをも含む。 放射要素の給電は複数の異なる方法で行われる。１つの実施例においては、所 謂開口給電が適用される。これは特に低周波数放射要素が高周波数（小さい）放 射要素の上に設けられるとき有利である。そこで、第２の放射要素は下方から接 地面に対応する放射要素に関連して設けられた開口を介して開口給電される。こ の実施例により、製造コストと潜在的な受動的相互変調（passive intermodulation）(ＰＩＭ)の原因(sources)が減少される。勿論、第１の放射要 素はまた接地面に放射要素に関して中心的に設けられた開口を介して給電される 。そのような給電は、第１、第２のマイクロストリップ線により行われ、それぞ れの開口を介して物理的接触なしに放射要素を励起する。別の実施例においては 、所謂プローブ給電(probe feeding)が用いられる。もし高周波数放射要素が低 周波数放射要素の上に配置されるなら、プローブは第２の放射要素を（ここでは ）偏心的に給電する。 基地局アンテナ構成がまた提供され、それは第１の周波数帯域で作動する第１ の移動電気通信システムを意図する複数の第１のアンテナと、第１の周波数帯域 の約２倍の第２の周波数帯域で作動する第２の移動電気通信システムに使用され る複数の第２のアンテナを含み、第１、第２のシステムのそれぞれのアンテナは １つの同じ柱に共存する。アンテナ要素、または放射要素は前述のような形式で ある。好適に、周波数帯域の分離比は約１．６〜２．２５：１の間にある。また 別の実施例においては、アンテナは扇形アンテナまたは多重ビームアンテナ配列 である。 本発明の利点は、既に９００ＭＨｚ周波数帯域用に設けられている既存の構造 基盤を、約１８００ＭＨｚまたは１９００ＭＨｚのような新しい周波数帯域に用 いることができることである。また、アンテナ要素または放射要素が簡単で融通 性があり簡単な給電技術を可能にすること等も本発明の利点である。特に有利な 点は、単に共振次元により決められるサイズが異なるのみで、同じ種類の放射要 素が両方の周波数に使用できることである。２重偏極状態が支持されることも利 点である。 しかし、２重周波数、２重偏極アンテナ構成が提供されることのみならず、多 重周波数構成、すなわち３以上の周波数をもつこともまた利点である。例えば、 放射要素の別の層が最上の層の上に同様の方法で設けられる。例えば、もし４つ の第２の放射要素が第１の放射要素の上に設けられるならば、１６の第３の放射 要素を前記第２の放射要素の上に設け、第２の周波数の約２倍の周波数をもった 第３の周波数帯域で放射する。 図面の簡単な説明 図１Ａは、正方形形状のパッチをもった２重周波数アンテナ構成の上面図であ る。 図１Ｂは、図１Ａのアンテナ構成の線１Ｂ−１Ｂに沿った概略の断面図である 。 図２Ａは、正方形形状のパッチをもった別の２重周波数アンテナ構成の上面図 である。 図２Ｂは、図２Ａのアンテナ構成の線２Ｂ−２Ｂに沿った概略の断面図である 。 図３Ａは、長方形パッチをもった２重周波数アンテナ構成の上面図である。 図３Ｂは、図３Ａの構成の線３Ｂ−３Ｂに沿った断面図である。 図４Ａは、パッチが円形であるさらに別の２重周波数アンテナ構成の上面図で ある。 図４Ｂは、図４Ａの構成の線４Ｂ−４Ｂに沿った断面図である。 図５は、第１と第２の放射要素が異なる形状をもっているアンテナ構成のさら に別の例である。 図６は、２重周波数／２重偏極アンテナ配列の１例である。 図７は、第１、第２の放射要素の共振次元が互いに４５°の角度をなすアンテ ナ配列の他の実施例である。 図８は、アンテナ配列のさらに別の実施例である。 図９は、例えば図１Ａの放射要素の開口給電の例を概略的に説明する。 図１０は、図２Ａの放射要素のプローブ給電を概略的に説明する。 図１１は、図１Ａに示す構成の開口給電を説明する断面的斜視図である。 図１２は、単一偏極の場合給電開口をもった接地面の上面図である。 図１３は、扇形アンテナ構成の１例である。 図１４Ａは、２重偏極の実施例による開口の１例である。 図１４Ｂは、２重偏極構成の開口の他の例である。 本発明の詳細な説明 図１は２つの異なる周波数または２つの異なる周波数帯域で作動（受信、送信 ）するマイクロストリップアンテナ構成の１例を示す。アンテナ構成１０の上面 図を示す図１Ａにおいて、第１の放射要素１１が最上部に設けられる。ここで第 １の放射要素は正方形である。第１の放射要素の下に、４つの第２の放射要素 １２、１３、１４、１５が設けられる。第２の放射要素は第１の放射要素の隅部 の下に中心があるように配置する必要はない。それらを１つ、または両方向に密 接して（または逆に）配置しても良い。これは、例えば図３Ａ，４Ａ，５等を参 照して以下に説明する実施例についても適用される。第１、第２の放射要素はそ れぞれ、特に所謂パッチ要素を含む。パッチ要素は導電材料のパッチである。第 ２の放射要素１２、１３、１４、１５は第１の放射要素に関して対称的に配置さ れ、第１の放射要素１１と部分的に重なっている。２つの第２放射要素の中心の 間の距離は、第２の放射要素の周波数に対応する自由空間の波長の約０．５−１ 倍である。この距離は例えば波長の０．８倍に対応しても良い。第１の放射要素 １１と第２の放射要素１２、１３、１４、１５のグループの間に、例えば空気の 層が設けられる。あるいは、誘電体の層が第１と第２の放射要素のそれぞれの間 に設けられる。もし、第１、第２の放射要素の間に空気がある場合は、プラスチ ックのスタッドまたはそれに類似したものが間隔部材（図示せず）として設けら れる。第２の放射要素の下に、導電性の層１６が設けられる。これは、図１Ａの 線１Ｂ−１Ｂに沿った断面を示す図１Ｂに簡略化された形で示される。１つの実 施例において、空気の層が第２の放射要素と導電性の層１６の間に設けられる。 あるいは、誘電体の層が第２の放射要素１２、１３、１４、１５と導電性の層１ ６の間に設けられる。第１、第２の放射要素はそれぞれ別個に付勢（励起）され るか、または別個に給電されて、第１の低作動周波数と第２の高作動周波数にお いてそれぞれエネルギを再放射するか、または同時にビームを出力する。第１と 第２の周波数は約１．６−２．２５の係数だけ異なるか、または第１、第２の作 動周波数の間に約２の係数があるので、第１のパッチ要素または放射要素は約８ ００−９００ＭＨｚの周波数帯域で作動する通信システムに使用でき、一方第２ の放射要素１２、１３、１４、１５は約１８００−１９００ＭＨｚの周波数帯域 で作動する通信システムに使用できる。第１、第２の放射要素はそれぞれ第１、 第２の有効共振次元をもつ。第１の放射要素１１については、有効共振次元は正 方形形状のパッチの側辺Ａ₁₀により与えられる。同様に、第２の放射要素１２、 １３、１４、１５の有効共振次元は同じ正方形形状の第２の放射要素の側辺ａ₁₀ により与えられる。共振次元Ａ₁₀，ａ₁₀は関連する第１、第２の周波数 のそれぞれの波長の約半分である。もし空気が使用されるなら、共振次元（ここ では例えばＡ₁₀，ａ₁₀）は次の式で与えられる。 ここで、λ₁，λ₂は自由空間における波長である。しかしもし誘電体材料が第１ 、第２の放射要素と接地面の間に設けられるならば、次元は小さくなり、その誘 電体材料の有効誘電率に依存する。すなわち、 ここで、ε_rは比誘電率である。ａ₁₀についても同様である。 給電は以下に説明するような任意の適当な方法により与えられる。１つの実施 例においては、所謂開口給電が使用される。他の実施例においては、プローブ給 電が用いられ、あるいは電磁エネルギが共振器を介して結合され、または任意の 給電の組み合わせが用いられる。 有利な実施例において、下方の第２の放射要素、すなわち高周波数のパッチは 下から開口給電される。また、第１の放射要素も下から給電される。それにより 、製造コストが低減され、さらに潜在的な受動的相互変調（ＰＩＭ）の原因(sou rce)が減少される。 図２Ａには別の２重周波数アンテナ構成が示される。図２Ｂに、図２Ａの線２ Ｂ−２Ｂに沿った簡略化された断面図が示される。 この場合も、正方形形状のパッチが第１、第２の放射要素に用いられる。しか しこの場合は、第２の放射要素２２、２３、２４、２５は第１の放射要素２１の 上に設けられる。従って、図１Ａ、１Ｂを参照して説明した実施例と対称的に高 い周波数の放射要素が低い周波数の放射要素の上に配置される。この場合はまた 、誘電体層を第１の放射要素２１と導電性接地面２６の間に設けても良く、ある いは空気をその間に設けても良い。同様に、誘電体層を第１と第２の放射要素の 間に設けても、あるいは空気をその間に設けても良い。この場合もまた、共振次 元 は第１の放射要素２１と第２の放射要素２２、２３、２４、２５をそれぞれ形成 する正方形形状のパッチの側辺Ａ₂₀,ａ₂₀により与えられる。図１Ａを参照して 説明した実施例に較べて開口給電を使用することは有利でないが、ここでもまた 、各種の給電技術を用いることができる。 図３Ａにはさらに別の２重周波数アンテナ構成３０が開示されている。この場 合、第１の放射要素３１は最上部、すなわち低周波数要素の上に設けられる。 第１の放射要素３１の形状は長方形で、有効共振次元Ｌ₃₀は長方形の長さにより 与えられる。前記の実施例におけるように、第２の放射要素３２、３３、３４、 ３５は第１の放射要素３１と同じ形状をもち、対称的に配置され、部分的に重な っている。第２の高周波数、放射要素はここでは長方形の形状をもち（ただし、 これは必ずしも必要でなく他の異なる形状でも良い）、それぞれ長方形の長さで ある有効共振次元ｌ₃₀をもつ。図３Ｂに、図３Ａの線３Ｂ−３Ｂに沿った簡略化 された断面図が示される。前述の実施例と同様に、誘電体または空気が導電性接 地層３６と第２の放射要素の間、および第１と、それぞれの第２の放射要素の間 に設けられる。有効共振次元Ｌ₃₀とｌ₃₀は、実質的に所望の両周波数に対応する 波長の半分である。この所望の両周波数は前述のように、構成３０が前述の通信 システムに使用できるように約係数２により異なっている。長方形のパッチは特 に、ただ１つの直線偏極が使用されるとき有利である。原理的に正方形形状のパ ッチ（あるいは少なくとも対称的パッチ）は、２つの次元が共振し従って所望の 次元をもつような２重偏極応用において特に有利である。単一偏極の場合は、１ つの次元は共振しない。従って、非共振次元は非共振次元の面におけるビーム幅 を決める。 しかしながら、図３Ａを参照して説明した実施例は勿論、第２または高周波数 放射要素が第１の低周波数放射要素の上に配置されるように異なる構成とするこ もできる。 図４Ａにはさらに別の２重周波数アンテナ構成４０が示される。線４Ｂ−４Ｂ に沿った簡略化された断面図が図４Ｂに概略的に示される。この構成においては 、第１、第２の放射要素はそれぞれ円形のパッチをもつ。第１の放射要素４１は 第２の放射要素４２、４３、４４、４５の上に設けられ、第２の放射要素は第１ の 放射要素を中心とし、一部それと重なって配置される。 ここでもまた、空気または誘電体材料（少なくとも部分的に要素の間の空間を カバーする）が、接地面４６と第２の放射要素の間及び／または第２の放射要素 と第１の放射要素４１の間に設けられる。 共振次元は放射要素の直径により与えられる。第１の放射要素４１の共振次元 は円形パッチの直径（半径の２倍）により与えられ、半径Ｒ₄₀は下記のように決 められる。 同様にして、第２の放射要素の共振次元はそれぞれ第２の放射要素の対応する 直径２ｘｒ₄₀により与えられる。その他の点については、正方形形状の実施例に 関して説明したと同様である。勿論、第１の放射要素を第２または高周波数放射 要素の下に設けても良い。正方形形状のパッチと同じように、円形パッチは特に ２重偏極への応用に有利である。勿論、円形パッチはただ１つの直線偏極が用い られるときも利用できる。 図５には、２重周波数アンテナ構成の他の例が示される。ここでは、第１、第 ２の放射要素は異なる形状をもつ。図示の例では、第１の放射要素５１は最上部 に設けられ、正方形形状のパッチを含む。共振次元Ａ₅₀は正方形の側辺で与えら れる。第２の放射要素５２、５３、５４、５５は円形で、第１の放射要素５１に 関して対称に、一部重なって設けられる。第２の放射要素について、共振次元は 直径、すなわち半径ｒ₅₀の２倍により与えられる。勿論、第１の放射要素を第２ の放射要素の下に設けることができることは明らかである。またこの場合、空気 及び／または誘電体が第１、第２の放射要素と接地面（図示されず）との間に設 けられる。 作動周波数と共振次元の関係について図１Ａを参照した説明は勿論、図２Ａ， ３Ａ，４Ａ，５および以下の図面にも適用される。 図６には、格子配列のアンテナ構成６０が示される。アンテナ構成６１は（こ こでは）３０個の規則正しく長方形状の格子構造に配置された第１の放射要素６ ０₁、６０₂、....６０₃₀を含む。第１の各放射要素６０₁、６０₂、..に、４つの 第２の放射要素６２、６３、６４、６５が図１Ａに示される配置に似た態様で配 置されている。この場合、第１の放射要素は図１Ａと同様に上部に設けられ、図 １Ａに関する説明がこの例にも適用される。特に、放射要素が規則正しくて、そ れぞれ２つの共振次元、すなわち正方形の２つの側辺を含むので、この構成６０ は２重周波数、２重偏極構成を含む。勿論、格子状配列は任意の態様、例えば三 角形、円形、楕円形等に形成でき、またアンテナ構成１０、２０、３０、４０、 ５０の任意のものを含み、何れの種類の放射要素が上に配置されるか、どのよう に回転するかに関係してその変形を含むことができる。２重周波数、２重偏極ア ンテナ構成６０には、ここには図示されていないが共通の接地面が用いられ、給 電は前に説明した任意の好適な方法が用いられる。勿論、放射要素の数は任意の 適当な数であって良い。１つの実施例においては、１つのグループにおける第２ 放射要素間の距離は水平、垂直の両方向において隣接グループの隣接する第２の 要素間の距離と同じである。有利な実施例において、第２の放射要素間の距離は 約０．５−１λの間である。特に、配列に大きな走査角度機能を与えるため、す なわち格子ローブ(grating lobes)を避けるためには、その距離はできるだけ小 さく、例えば約０．５λとする。他の実施例において、前記距離は垂直方向と水 平方向とが正確には等しくなく、例えば水平方向が幾分小さい。 図７には格子配列７０の形の別のアンテナ構成が示され、この特定の場合９つ の２重周波数アンテナ要素７０₁，.....７０₉を含む。この場合また、第１の放 射要素７１₁,７１₂,....７１₉は対応する第２の放射要素７２₁,７３₁,７４₁,７ ５₁....の上に配置される。この場合、明確に示すため第１の２重周波数アンテ ナ７０1の第２放射要素のみ参照符号が付される。勿論、第２の放射要素は第１ の放射要素の上に配置しても良く、前に述べた実施例の如く任意の変形が可能で ある。またこの場合、第１、第２の放射要素は正方形形状である。さらに、第２ の放射要素７２₁,７３₁,７４₁,７５₁........はまた第１の放射要素７０₁、.... ７０₉に関して対称的に配置されているが、それぞれの共振次元Ａ₇₀とａ₇₀は互 いに約４５°の角度をなしている。放射要素は対称的であり、各放射要素は前述 の如く、２つの共振次元、すなわち正方形の側辺をもっている。 しかし、第１、第２の放射要素の共振次元はそれぞれ互いに４５°の角度をなし ている。 図８は±／４５°に偏極された複数の２重周波数アンテナ要素９０₁.......９ ０₁₃を含む配列９０の別の実施例を示す。第１の放射要素９０₁.......９０₁₃は 対応する第２の放射要素９２₁,９３₁,９４₁,９５₁;..の上に配置される。しかし 、別の実施例（図示せず）においは第１の放射要素は第２の放射要素の下に配置 される。第１、第２の放射要素の偏極は第１、第２の周波数帯域において同様で ある。±４５°に偏極されたアンテナは垂直、水平の偏極が使用される場合に較 べて有利であることが分かった。それは、（２重偏極の場合）電磁波の伝搬性質 は２つの偏極にたいして同様であり、垂直、水平の偏極が用いられる場合に比べ て同様のダンピング（両方の偏極について実質的に同じである）が与えられるか らである。 図９は、図１Ｂに対応する簡略化された断面図であり、放射構成は１０’の符 号で示される。これは開口給電の例を示す。接地面１６’には各第１、第２の放 射要素にたいして複数の開口が設けられる。図９には、第１の放射要素１１’に 対応する開口と、第２の放射要素に対応する開口の２つ、すなわち第２の放射要 素１２’に対応する開口１８’と第２の放射要素１３’に対応する開口１９’が 示される。勿論、他の第２の放射要素に対応する開口も存在する。マイクロスト リップ線１７₁,１８₁,１９₁を介して、第１の放射要素１１’と第２の放射要素 １２’、１３’は開口を介して、しかしマイクロストリップ線とは物理的接触な しに付勢される。開口は実質的に対応する放射要素の共振次元と同じ長さをもち 、共振長さに垂直に配置される。 図１０はアンテナ構成２０’（図２Ｂのアンテナ構成２０に対応する）の図２ Ｂに相当する断面図であり、給電方法として公知のプローブ給電により給電され る。プローブ２７’、２８’、２９’を介して、第１の放射要素２１’と第２の 放射要素２２’、２３’は（例えば）同軸の線を介して給電される。また、他の 第２の放射要素は同様の方法で給電される。 図１１は、アンテナ構成１００の断面斜視図を示す。アンテナ構成は第１の放 射要素１０４と４つの第２の放射要素１０５、１０６、１０７、１０８を含み、 第１の放射要素１０４は第２の放射要素の上に配置される。勿論、格子配列にす ることもできるが、明確化のため図示しない。例えば銅Ｃｕの導電性接地面１０ ２は誘電体基板１０１の上に配置される。導電性接地面１０２の上には誘電体層 １０３が配置される。別の実施例においては空気を用いても良く、その場合プラ スチックスタッドまたは類似のものを用いて第２の放射要素と接地面の間に空間 が設けられる。明確化のため、第１、第２の放射要素の間に誘電体層は示されな いが、通常そのような層が（少なくとも空間の一部をカバーするように）用いら れる。また、それに代えて、空気の層の形とすることができる。導電性接地面１ ０２には、複数の給電開口１１４、１１５、１１６、１１７、１１８が設けられ る。給電開口の大きさは放射要素の大きさに関連し、実質的に同じ大きさである 。マイクロストリップ線１２４、１２５、１２６、１２７、１２８を介して、第 １、第２の放射要素が給電される。給電は物理的接触無しに直角方向に、開口を 横に横切るマイクロストリップ１２４、１２５、１２６、１２７、１２８を介し て行われる。各放射要素に１つの開口が設けられるなら、単一偏極ビームが得ら れる。２重偏極の場合の開口の２つの例が図１４Ａ，図１４Ｂに図式的に示され る。 図１２には開口の設けられた導電性接地面１０２がさらに明確に示される。開 口１０４、１０５、１０６、１０７、１０８は第１、第２放射要素にそれぞれ対 応する。マイクロストリップ線１２４は接地面１０２の下に設けられ、上述のよ うに開口１０４を直角に横切り、マイクロストリップ線１２５、１２６、１２７ 、１２８は開口１０５、１０６、１０７、１０８の下方を同様に横切る。 図１３は本発明による扇形アンテナ８０の例を図式的に示す。扇形アンテナは １列の複数の第１の放射要素８１Ａ，....８１Ｅを含み、各第１の放射要素に２ つの第２の放射要素８２Ａ，８３Ａ；....８２Ｅ，８３Ｅが設けられる。第２の 放射要素は全て共通の垂直中心線に沿って設けられる。 扇形アンテナの他の実施例（図示せず）においては、例えば図１Ａ−図５の任 意の１つを参照して説明したような要素の列、またはその変形の列、任意の種類 の回転等の列が、各第１の放射要素に対して２つ、または４つの第２の放射要素 と共に用いられる。 ２重偏極の場合には、接地面の開口は図１４Ａ，図１４Ｂにそれぞれ示すよう な形をとる。図１４Ａには２つの細孔２０４、２０５が互いに直交して設けられ 、それぞれマイクロストリップ線２２４、２２５により給電される。 図１４Ｂでは細孔の１つが、細孔２１４の両側に直角に配置される２つの細孔 ２１５Ａ，２１５Ｂに分割されたと言うことができる。図１４Ａ，１４Ｂに示さ れる開口が各放射要素に対応して、かつそれぞれの放射要素の大きさに依存する 大きさをもって接地面に設けられる。各偏極に対して１つの給電マイクロストリ ップがある。第１のマイクロストリップ線２３４が中央細孔２１４を直交するよ うに横切り、第１、第２の分岐マイクロストリップ２３５Ａ，２３５Ｂはそれぞ れ細孔２１５Ａ，２１５Ｂを横切る。分岐は結合されて第２の偏極を与える共通 の第２のマイクロストリップ線を形成する。接地面２３６は単に図式的に示され る。 本発明は勿論記載の実施例に限定されるべきでなく、各種の態様で変形が可能 であり、請求項の範囲によりのみ限定される。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，ＫＥ，ＬＳ，Ｍ Ｗ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ， ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，Ｅ Ｓ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＧＷ，ＨＵ，ＩＤ ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ， ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，Ｍ Ｇ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ， ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ，Ｙ Ｕ，ＺＷ (72)発明者 シプス，ズボニミル スウェーデン国，ゲーテボルグ，フラムガ ンゲン 220―81

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 1. 導電性接地面（１６；２６；３６；４６；１０２）と、第１の周波数また は第１の周波数帯域で放射する複数の第１放射要素(１１；２１；３１；４１； ５１；６１；７１₁,..７１₉；８１Ａ，...８１Ｅ；９１₁,....９１₁₃)と、第２ の周波数または第２の周波数帯域で放射する複数の第２の放射要素（１２−１５ ；２２−２５；３２−３５；４２−４５；５２−５５；６２−６５；７２₁-７５₁ ;８２Ａ，８３Ａ−８２Ｅ，８３Ｅ；９２₁-９５₁）を備え、前記第１の各放射 要素に対して前記第２の放射要素の１グループが設けられたアンテナ構成（１０ ；２０；３０；４０；５０；６０；７０；８０；９０；１００）にして、 前記第１、第２の放射要素がそれぞれ異なる平面に設けられ、前記１グループ の第２の放射要素（１２−１５；２２−２５；３２−３５；４２−４５；５２− ５５；６２−６５；７２₁-７５₁;８２Ａ，８３Ａ−８２Ｅ，８３Ｅ；９２₁-９５₁ ）は対応する第１の放射要素に関して、少なくとも対として対称的に配置され 、各第２の放射要素が対応する第１の放射要素に部分的に重なっており、各放射 要素は少なくとも１つの有効共振次元（Ａ₁₀,ａ₁₀;Ａ₂₀,ａ₂₀;Ｌ₃₀,ｌ₃₀;２Ｒ₄₀ ,２ｒ₄₀;Ａ₅₀,２ｒ₅₀;Ａ₇₀,ａ₇₀;Ａ₉₀,ａ₉₀）をもち、前記第１の放射要素の有 効共振次元（Ａ₁₀;Ａ₂₀;Ｌ₃₀;２Ｒ₄₀,Ａ₅₀;Ａ₇₀;Ａ₉₀）は実質的に前記第２の放 射要素の有効共振次元（ａ₁₀;ａ₂₀;ｌ₃₀;２ｒ₄₀,２ｒ₅₀;ａ₇₀;ａ₉₀）の２倍とし て、前記第２の放射要素が前記第１の放射要素の約２倍の周波数または周波数帯 域で放射するようにしたことを特徴とする前記アンテナ構成。 2. 各放射要素が導電性材料のパッチを含むこを特徴とする請求項１に記載の アンテナ構成。 3. 前記第１と第２の放射要素の間に空気の層が設けられていることを特徴と する請求項１または２に記載のアンテナ構成。 4. 前記第１と第２の放射要素の層の間の空間を少なくとも一部占めるように 誘電体材料が配置されていることを特徴とする請求項１または２の構成。 5. 前記接地面と放射要素の最も下の層の間に空気の層が設けられたことを特 徴とする、先行請求項の任意の１つの項に記載のアンテナ構成。 6. 前記接地面と放射要素の最も下の層の間に誘電体材料（１０３）が設けら れ、その誘電体の層が少なくとも前記接地面と前記放射要素の最も下の層の間の 空間を一部占有していることを特徴とする、請求項１−４の任意の１つの項に記 載のアンテナ構成。 7. 第１及び／または第２の放射要素（３１、３２、３３、３４、３５）が長 方形のパッチを含むことを特徴とする、先行請求項の任意の１つの項に記載のア ンテナ構成。 8. 第１及び／または第２の放射要素（１１、１２、１３、１４、１５；２１ 、２２、２３、２４、２５；５１；６１、６２、６３、６４、６５；７１₁,７２₁ ,７３₁,７４₁,７５₁,....；８１Ａ，８２Ａ，８３Ａ，...；９１₁,９２₁,９３₁ ,９４₁）が正方形のパッチを含むとを特徴とする、請求項１−６の任意の１つの 項に記載のアンテナ構成。 9. 第１及び／または第２の放射要素が円形パッチ（４１、４２、４３、４４ 、４５；５２，５３，５４，５５）を含むことを特徴とする、請求項１−６の任 意の１つの項に記載のアンテナ構成。 10．１つの第１の放射要素と４つの第２の放射要素を含むことを特徴とする、 先行請求項の任意の１つの項に記載のアンテナ構成。 11．複数の第１の放射要素が設けられ、各第１の放射要素に４つの対応する第 ２の放射要素があり、それらが格子配列に配置されていることを特徴とする、請 求項１−１０の任意の１つの項に記載のアンテナ構成。 12．１つの第１の放射要素（８１Ａ；８１Ｂ；８１Ｃ；８１Ｄ；８１Ｅ）と２ つの第２の放射要素（８２Ａ，８３Ａ；....；８２Ｅ，８３Ｅ）を含むことを特 徴とする、請求項１−９の任意の１つの項に記載のアンテナ構成。 13．対応する第２の放射要素をもった複数の第１の放射要素（８０Ａ，８０Ｂ ，８０Ｃ，８０Ｄ，８０Ｅ）が１列に配置されて扇形アンテナ（８０）を形成す ることを特徴とする、請求項１−１０の任意の１つの項または請求項１２に記載 のアンテナ構成。 14．ただ１つの直線偏極が用いられることを特徴とする、先行請求項の任意の １つの項に記載のアンテナ構成。 15．２重偏極が用いられ、各放射要素が２つの共振次元をもつことを特徴とす る、請求項１−１３の任意の１つの項に記載のアンテナ構成。 16．同様の偏極が両周波数帯域に発生することを特徴とする、請求項１４また は１５に記載のアンテナ構成。 17．第１と第２の放射要素の共振次元（Ａ₇₀;ａ₇₀）が互いに実質的に４５° の角度をなし、第１と第２の周波数帯域で発生する偏極が４５°異なることを特 徴とする、請求項１４または１５に記載のアンテナ構成。 18．第１の放射要素の少なくとも１つの共振次元が第１の周波数に対応する波 長（λ₁／２）の約半分であり、第２の放射要素の少なくとも１つの共振次元が 第２の放射周波数に対応する波長（λ₂／２）の約半分であることを特徴とする 、先行請求項の任意の１つの項に記載のアンテナ構成。 19．第１の低周波数放射要素（１１；３１；４１；５１；６１；７１₁,.....; ９１₁.....１０４；８１Ａ,...）が１つの層として、第２の放射要素（１２、１ ３、１４、１５；３２，３３，３４，３５；４２，４３，４４，４５；５２，５ ３，５４，５５；６２，６３，６４，６５；７２₁,７３₁,７４₁,７５₁,９２₁,９ ３₁,９４₁,９５₁;１０５，１０６，１０７，１０８；８２Ａ，８３Ａ）の層の上 に設けられることを特徴とする、先行請求項の任意の１つの項に記載のアンテナ 構成。 20．前記第２の放射要素（２２、２３、２４、２５）が前記第１の放射要素（ ２１）の上に配置されていることを特徴とする、請求項１−１８の任意の１つの 項に記載のアンテナ構成。 21．対応する共振次元と同じサイズに近似した共振長さをもつた開口（１７’ ，１８’，１９’；１１４，１１５，１１６，１１７，１１８；１０４，１０５ ，１０６，１０７，１０８；２０４，２０５；２１４，２１５，２１６）が接地 面に設けられ、開口給電が用いられることを特徴とする、先行請求項の任意の１ つの項に記載のアンテナ構成。 22．前記第２の放射要素が前記第１の放射要素の下に設けられ、給電は所望の 周波数が得られるように前記開口を介して前記第１、第２の放射要素を励起する 第１（１７₁;１２４）と第２のマイクロストリップ（１８₁,１９₁;１２５，１２ ６，１２７，１２８）により与えられることを特徴とする、請求項２１に記載の アンテナ構成。 23．各放射要素にたいして第１の開口（２０４；２１４）と第２の開口（２０ ５；２１５Ａ，２１５Ｂ）が接地面に設けられ、第１の開口は第１の偏極と第１ の周波数をもった信号を与え、前記第２は第２の偏極をもった信号を与えること を特徴とする、請求項２１に記載のアンテナ構成。 24．放射要素に２つの開口（２０４、２０５；２１４；２１５Ａ，２１５Ｂ） が互いに直交するように設けられることを特徴とする、請求項２３に記載のアン テナ構成。 25．プローブ給電が用いられることを特徴とする、請求項１−２０の任意の１ つの項に記載のアンテナ構成。 26．第１の周波数で作動する移動電気通信システム用の複数の第１のアンテナ （１１；２１；３１；４１；５１；６１；７１₁.....７１₉;８１Ａ，..８１Ｅ; ９１₁,....９１₁₃）を含む移動電気通信用の基地局アンテナ構成にして、 さらに、前記第１の周波数の約２倍の第２の周波数帯域で作動する移動電気通 信システム用の複数の第２のアンテナ（１２−１５；２２−２５；３２−３５； ４２−４５；５２−５５；６２−６５；７２₁-７５₁;８２Ａ，８３Ａ−８２Ｅ， ８３Ｅ；９２₁-９５₁）を含み、前記第１、第２のシステムは同じアンテナ開口 を用い、前記第１、第２のアンテナは、複数の第１の放射要素に対してグルーピ 状に複数の第２の放射要素が異なる平面上に設けられ、第２の放射要素のグルー プが対応する前記第１の放射要素に一部重なるように配置されており、前記第１ の放射要素の共振次元が前記第２の放射要素の共振次元の約２倍であることを特 徴とする、前記基地局アンテナ構成。 27．前記第２の周波数帯域の周波数が前記第１の周波数帯域の約１．６−２． ２５倍であることを特徴とする、請求項２６に記載の基地局アンテナ構成。 28．前記アンテナが扇形アンテナ（８０）または多重アンテナ配列である、請 求項２６または２７に記載の基地局アンテナ構成。 29．前記第１のシステムが例えばＮＭＴ ９００，ＡＭＰＳ，ＴＡＣＳ，ＧＳＭ またはＰＤＣのように８００−９００ＭＨｚの周波数帯域で作動し、前記第２の システムが例えばＤＣＳ１８００またはＰＣＳ１９００のように約１８００−１ ９００ＭＨｚで作動することを特徴とする、請求項２６−２８の任意の１つの項 に記載の基地局アンテナ構成。