JP2010226165A - アレーアンテナ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】隣り合う単位アレーアンテナの接近を容易にし、それらの間の干渉を抑制することが容易な構造のマイクロストリップアレーアンテナを実現すること。
【解決手段】給電ストリップ線路１１の一方の側辺１１ａには、５つの第１短片放射素子を構成する第１放射アンテナ素子１１１ａ〜１１１ｅがそれぞれ傾けて等間隔で接続されている。その配列周期は、管内波長λ_g と一致している。一方、給電ストリップ線路１１のもう一方の側辺１１ｂには、４つの第１短片放射素子を構成する第１放射アンテナ素子１１１ｆ〜１１１ｉがそれぞれ傾けて等間隔で接続されている。９つの第１放射アンテナ素子１１１ａ〜１１１ｉは何れも合同で同一構造であり、その長さはλ_g ／４である。第１放射アンテナ素子１１１ａ〜１１１ｉの給電ストリップ線路１１に接続されていない側の各エッジｅ１は、裏面の接地板１０３にそれぞれ短絡されている。
【選択図】図３−Ａ

Description

本発明は、アレーアンテナを、平面上に平行に並列に複数配列したアレーアンテナ装置に関する。

図８−Ａ，図８−Ｂに従来のマイクロストリップアレーアンテナの平面図と側面図をそれぞれ示す。このマイクロストリップアレーアンテナ９００は、誘電体基板９０１の裏面に接地板９０３を形成し、その反対側の表面にストリップ導体９０２で単位アレーアンテナ９１０と単位アレーアンテナ９２０を形成し、これらをＴ字形の接続部９０４で給電点９０５に繋げたものである。また、単位アレーアンテナ９１０は、一定の方向に長手方向を持つ直線状のストリップ線路１１と、このストリップ線路１１の側辺に対して斜めに角度を付けて接続された放射アンテナ素子１２ａ〜１２ｉとで構成されている。各放射アンテナ素子（１２ａ〜１２ｉ）の長さは、ストリップ線路１１上を伝播する電波の波長（管内波長λ_g ）の約半分に設定されている。また、ストリップ線路１１の長手方向における各放射アンテナ素子（１２ａ〜１２ｉ）の設置間隔も同波長λ_g の約半分に設定されている。そして、単位アレーアンテナ９２０も単位アレーアンテナ９１０と同形に形成されている。ここで、誘電体基板９０１の比誘電率をアンテナとして電波の放射に好適な２程度とすると、両単位アレーアンテナの中心線間の間隔ｄｘは、使用する電波の自由空間の波長λ₀ の半分よりも大きくなっている。

特許第３３０６５９２号公報 特開２０００−３１７３６号公報

例えばこの様なマイクロストリップアレーアンテナ９００では、互いに接近して隣り合う単位アレーアンテナ９１０，９２０同士が電磁的に干渉してしまうと、所望の各方向に所望の鋭いペンシルビームを形成しにくくなったり、受信データに誤差が発生したりするなどの問題が生じ易い。

そこで、その様にして隣り合う単位アレーアンテナ間における干渉作用を定量的に検証するために、本願発明者らは、マイクロストリップアレーアンテナの局所的な簡易モデル（図９）を想定して、単位アレーアンテナ間における電力漏れに係わるシミュレーションを実施した。図９は、ここで想定した簡易モデル１０の平面図である。誘電体基板９０１は裏面に接地板を有しており、ストリップ線路１１、２１は平行に形成されている。このストリップ線路１１、１２の各中心線間の距離は、２．０ｍｍであり、放射アンテナ素子１２ａは、ストリップ線路１１に対して斜めに傾いて、この矩形形状の１つの頂角付近でのみ給電ストリップ線路１１に接続されている。また、放射アンテナ素子２１ａは、ストリップ線路２１に対して斜めに傾き、矩形形状の１つの頂角付近でのみ、給電ストリップ線路２１に接続されている。記号ｅｇ１，ｅｇ２は電界放射エッジをそれぞれ指している。

図１０は、上記のマイクロストリップアレーアンテナの局所的な簡易モデル１０において、Ｐｏｒｔ１から信号を入力した際に、その信号がＰｏｒｔ４に漏れ出る強度をシミュレーションして図示したグラフである。Ｐｏｒｔ１からＰｏｒｔ４への電力漏れの量は、例えば７６．５０ＧＨｚにおいては、−２８．４８ｄＢと比較的高く、これは近接する単位アレーアンテナ間に無視し難い干渉が存在し得ることを示すものである。その原因は、エッジｅｇ１、ｅｇ２が励振の腹になっていて、特に、放射アンテナ素子１２ａのエッジｅｇ１がその近傍周辺のストリップ線路２１などに電波を伝搬させているためではないかと思われる。このため、単位アレーアンテナを複数接近配列して形成される従来のマイクロストリップアレーアンテナにおいては、隣り合う単位アレーアンテナ間における不要な干渉が発生し易いという問題がある。このため、この様な従来装置においては、所望の指向特性を実現することは必ずしも容易ではない。また、不測の検出誤差が現れ易くなる恐れもある。

一方、特許文献２にもあるように、例えば位相モノパルスアンテナの分野では、互いに隣り合う単位アレーアンテナの位相中心間の距離を自由空間波長λ₀ の半分以下にしたいという要請がある。

図１１に従来の位相モノパルスアンテナの平面図を例示する。この従来のマイクロストリップアレーアンテナ８００は、先の図８のマイクロストリップアレーアンテナ９００と酷似のものであり、単位アレーアンテナ８１１と単位アレーアンテナ８１２とは同一の構成である。これらのストリップ導体は、接地板を裏面に持つ誘電体基板の上に形成されている。ストリップ線路２１は、ストリップ線路１１に対して平行に配設されており、両者の中心線間の距離ｄｘは、電波の自由空間波長λ₀ の半分よりも大きい（λ₀ ／２＜ｄｘ）。この場合には、図１２に例示するように、両単位アレーアンテナの各受信波から検出される位相差Δとその時の到来波の到来角θとの関係は、−π／２＜θ＜π／２の範囲において一価関数とはならず、図示する様に、周期がπより小さい周期関数となるので、位相差Δから一意的に方位角θを決定することができない。

そこで、位相中心Ａ，Ｂ間の距離をできるだけ狭める構成が考えられた。図１３にその構成を示す。この様に単位アレーアンテナ８２１を長手方向にαだけずらして、ストリップ線路１１とストリップ線路１２との間にオフセットαを設け、単位アレーアンテナ８１１と単位アレーアンテナ８２１とを平行に接近させることにより、左右両単位アレーアンテナ（８１１，８２１）を入れ子構造にする構成である。この構成に従えば、両ストリップ線路の中心線間の距離ｄｘは、λ₀ ／２以下に設定することも可能である。

しかしながら、このような構成に従えば、図１３に示すように、各単位アレーアンテナの各位相中心Ａ，Ｂを結ぶ直線が図１１の元の位置から角度φだけ回転してしまうため、位相モノパルスの出力信号に、求めたい方向とは異なる方向の成分が含まれてしまい、これが方向検出の誤差要因となる。即ち、位相モノパルスアンテナを構成する際には、この様な派生問題を生じさせることなく、両ストリップ線路（１１，２１）の中心線間の距離ｄｘをλ₀ ／２以下に設定することは容易ではない。

本発明は、上記の課題を解決するために成されたものであり、その目的は、平面上に所定の単位アレーアンテナを平行に並列に複数配列したアレーアンテナ装置において、隣り合う単位アレーアンテナの接近を容易にし、それらの間の干渉を抑制することが容易な構造のアレーアンテナ装置を実現することである。

上記の課題を解決するための第１の発明は、裏面に接地導体を有した誘電体基板の表面に、ストリップ導体により給電線路及び放射素子が形成されたマイクロストリップアレーアンテナであって、ｙ軸方向、直線状に伸びた第１給電線路に沿って、矩形の複数の第１放射素子を離間して配設した第１アレーアンテナと、ｙ軸方向、直線状に伸びた第２給電線路に沿って、矩形の複数の第２放射素子を離間して配設した第２アレーアンテナとの少なくとも２本のアレーアンテナを、ｙ軸方向に垂直なｘ軸方向に離間して、平行に配設したアレーアンテナ装置において、
第１給電線路と第２給電線路との間の領域に配設された第１放射素子は、第１給電線路に接続する第１接続部とその第１接続部に対向する側の第１端部との間の長さが、所定の動作周波数における第１給電線路を伝搬する電波の管内波長の１／４の長さとし、第１端部は、前記接地導体に接続された第１短片放射素子で構成されていることを特徴とする。

ここにおいて、アレーアンテナの本数は複数であれば任意である。第１、第２の用語は、複数の平行に配列されたアレーアンテナのうち、隣接している２本のアレーアンテナに注目した場合に、一方のアレーアンテナ及びそのアンテナの構成部分に対して第１を付し、他方のアレーアンテナ及びそのアンテナの構成部分に対して第２を付して、両者を区別するために用いている。第１、第２を付さない場合には、区別する必要がない場合であって、両者を指すものである。複数配列されたアレーアンテナにおいて、少なくとも１組のアレーアンテナが、本発明の第１アレーアンテナと第２アレーアンテナとで構成されれば良い。放射素子は、給電線路の片側の辺に沿って、片側だけに配設されていても、両側の辺に沿って、両側に配設されていても良い。また、放射素子が給電線路の両側に配設されたアレーアンテナと、放射素子が給電線路の片側だけに配設されたアレーアンテナとが、混在して用いられていても良い。また、複数配列されたアレーアンナにおける、最も外側に配設される２つのアレーアンテナについては、給電線路の外側の辺には、放射素子が配列されていなくとも良い。

矩形形状の第１放射素子の長さを、第１給電線路に接続される第１接続部と、第１接続部と対向する第１給電線路から離れた辺である第１端部との間の長さで定義する。同様に、矩形形状の第２放射素子の長さを、第２給電線路に接続される第２接続部と、第２接続部と対向する第２給電線路から離れた辺である第２端部との間の長さで定義する。

第１短片放射素子は、第１放射素子の長さが、管内波長の１／４であり、第１端部を接地導体に接続してアースした放射素子と定義する。また、第２短片放射素子は、第２放射素子の長さが、管内波長の１／４であり、第２端部を接地導体に接続してアースした放射素子と定義する。さらに、第１長片放射素子は、第１放射素子の長さが、管内波長の１／２であり、第１端部を開放端とした放射素子と定義する。また、第２長片放射素子は、第２放射素子の長さが、管内波長の１／２であり、第２端部を開放端とした放射素子と定義する。

本発明は、第１給電線路と第２給電線路との間の領域に配設された第１放射素子については、全て短片放射素子で構成されていることが特徴である。第１給電線路と第２給電線路との間に存在しない第１放射素子、例えば、複数のアレーアンテナの両端にあるアレーアンテナの給電線路の外側の辺に接続される第１放射素子については、第１短片放射素子であっても、第１長片放射素子であっても良く、また、それらの混合したものであっても良い。以下の全ての場合についても、この最も外側に配設される２本のアレーアンテナに関しては、この関係を満たすものでも良い。また、第１給電線路と第２給電線路との間の領域には、第２放射素子は、存在しても、存在しなくとも良い。放射素子の配列に関して、次のような様々な態様が考えられる。

第１には、第１給電線路と第２給電線路との間の領域には、第１短片放射素子のみが存在し、第２放射素子は、存在しない構成が考えられる。すなわち、第１給電線路の片側にのみ第１短片放射素子が配列されている場合であり、第２放射素子は、第２短片放射素子が、第２給電線路の第１給電線路に対して遠い側の辺に沿って配列されたもので構成されている場合である。

第２には、第１給電線路と第２給電線路との間の領域には、第１短片放射素子と、第２短片素子とが、存在する場合である。
第３には、第１給電線路と第２給電線路との間の領域には、第１短片放射素子と、第２長片素子とが、存在する場合である。

これらのことから、以下の発明が存在する。
第２の発明は、第１の発明において、第１給電線路と第２給電線路との間の領域には、第１短片放射素子のみが配設されていることを特徴とする。
また、第３の発明は、第１の発明において、第１給電線路と第２給電線路との間の領域に配設された第２放射素子は、第２給電線路に接続する第２接続部とその第２接続部に対向する側の第２端部との間の長さが、所定の動作周波数における第２給電線路を伝搬する電波の管内波長の１／４の長さとし、第２端部は、接地導体に接続された第２短片放射素子で構成されていることを特徴とする。
また、第４の発明は、第１の発明において、第１給電線路と前記第２給電線路との間の領域に配設された第２放射素子は、第２給電線路に接続する第２接続部とその第２接続部に対向する側の第２端部との間の長さが、所定の動作周波数における第２給電線路を伝搬する電波の管内波長の１／２の長さとし、第２端部は、開放端である第２長片放射素子で構成されていることを特徴とする。

また、第１給電線路と第２給電線路との間の領域には、第１放射素子に関して、第１短片放射素子と第１長片放射素子が混在し、第２放射素子に関して、第２短片放射素子と第２長片放射素子とが混在したものであっても良い。

したがって、第５の発明は、裏面に接地導体を有した誘電体基板の表面に、ストリップ導体により給電線路及び放射素子が形成されたマイクロストリップアレーアンテナであって、ｙ軸方向、直線状に伸びた第１給電線路に沿って、矩形の複数の第１放射素子を離間して配設した第１アレーアンテナと、ｙ軸方向、直線状に伸びた第２給電線路に沿って、矩形の複数の第２放射素子を離間して配設した第２アレーアンテナとの少なくとも２本のアレーアンテナを、ｙ軸方向に垂直なｘ軸方向に離間して、平行に配設したアレーアンテナ装置において、
第１給電線路と第２給電線路との間の領域に配設された第１放射素子は、第１給電線路に接続する第１接続部とその第１接続部に対向する側の第１端部との間の長さが、所定の動作周波数における第１給電線路を伝搬する電波の管内波長の１／４の長さとし、第１端部は、接地導体に接続された第１短片放射素子と、第１接続部と第１端部との間の長さが、所定の動作周波数における第１給電線路を伝搬する電波の管内波長の１／２の長さとし、第１端部は、開放端である第１長片放射素子とがｙ軸方向に沿って、混在したもので構成され、
第１給電線路と第２給電線路との間の領域に配設された第２放射素子は、第２給電線路に接続する第２接続部とその第２接続部に対向する側の第２端部との間の長さが、所定の動作周波数における第２給電線路を伝搬する電波の管内波長の１／４の長さとし、第２端部は、接地導体に接続された第２短片放射素子と、第２接続部と第２端部との間の長さが、所定の動作周波数における第２給電線路を伝搬する電波の管内波長の１／２の長さとし、第２端部は、開放端である第２長片放射素子とがｙ軸方向に沿って、混在したもので構成され、
第２長片放射素子は、第２端部が第１短片放射素子の第１端部と対面する位置に配設され、第２短片放射素子は、第２端部が第１長片放射素子の第１端部と対面する位置に配設されていることを特徴とする。

この発明では、第１給電線路と第２給電線路との間の領域には、第１短片放射素子と第１長片放射素子とが、第１給電線路に沿って、混在して配列されており、第１短片放射素子に対して、第２長片放射素子が対向して配設され、第１長片放射素子には、第２短片放射素子が対向して配設されているのが特徴である。第１短片放射素子と第１長片放射素子の混在のさせ方は、任意であるが、第１短片放射素子と第１長片放射素子は、第１給電線路に沿って、交互に配設されていることが望ましい。

上記の全ての発明において、第１放射素子及び第２放射素子は、第１給電線路及び第２給電線路のｙ軸方向に対して斜交していることをが望ましい。もちろん、これらは、直交していても良い。

上記の全ての発明において、矩形の放射アンテナ素子の長さに垂直な方向の幅に関して、全ての放射素子において、幅が同一でも良いし、幅を変化させても良い。放射素子の幅が広くなる程、給電線から放射素子への結合度が大きくなり、すなわち、電波の放射量及び受電量が大きくなり、これを利用して、所望の励振分布を得ることができる。この結果として、放射素子の幅の給電線路方向の分布特性により、ビームの指向性を形成することができる。アンテナの配列面に垂直の方向にビームの指向性を形成する場合には、給電線路の一方の辺に沿って配列された放射素子に注目するとき、それらの放射素子の配列間隔は、管内波長の整数倍が良い。また、給電線路の両側に配列される放射素子に関しては、一方の側に配列される放射素子の間隔の中点に、他方の側に配列される放射素子が位置するようにするのが良い。また、複数のアレーアンテナにおいて、隣接する全ての２つのアレーアンナの間隔は、使用する電波の自由空間波長の１／２以下としてもよい。この場合には、方位角と位相差出力との関係が一価関数となるので、位相モノパルスアンテナに最適である。また、第１接続部、第２接続部は、第１放射素子、第２放射素子の矩形の角部が、第１給電線路、第２給電線路に接続される部分である。したがって、この接続部からは、第１端部、第２端部の辺に平行な辺が伸びていることになり、この辺は、電波の放射エッジとなる。

以上の本発明の手段によって得られる効果は以下の通りである。
即ち、第１短片放射素子の長さは、管内波長λg の１／４の長さに設定され、第１給電線路の第１接続部に対向する第１端部は、アースされている。この結果、第１端部の辺は、定在波の節となり、第１端部の辺に平行な接続部から伸びた辺が、電波の放射エッジとなる。電界は、この第１放射素子の配設面上であって、放射エッジに垂直な方向となる。第１給電線路と第１放射素子との接続部から管内波長の１／４の位置にある第１端部の辺は、電波の放射エッジにはならない。この結果、第１放射素子の放射エッジと、第２放射素子の放射エッジとの間隔を広くとることができ、干渉を防止することができ、アンテナの指向性などの特性を向上させることができる。

例えば、第１短絡放射素子に最も接近した、第２放射素子が、長片放射素子であって、その端部が電波の放射エッジであっても、第２放射素子に対する干渉が防止される。また、第２放射素子が短片放射素子であれば、第１短片放射素子と、第２短片放射素子とが、最も接近するように配置されるので、電波の放射エッジは、双方の放射素子共に給電線路との接続部から伸びた辺となるので、電波の放射エッジの間隔が長くなる。この結果、電波の干渉が効果的に防止される。

なお、放射素子は、矩形をしているので、４辺有するが、長さを決定する２辺（長さ方向に垂直な一対の辺）が、使用周波数において、電波の放射エッジとなり、幅を決定する２辺（長さ方向に平行な一対の辺）は、放射エッジとはならないように、長さと、幅を設計することができる。長片放射素子は、長さを決定する２辺が、電波の放射エッジとなり、短片放射素子は、長さを決定する２辺のうち、給電線路に近い側の辺が、電波の放射エッジとなる。

これらの電波の放射エッジを、給電線路に対して平行ではないようにすることで、路面対して、斜交した偏波を生成することができる。これにより、自動車のレーダーのアンテナとして使用した場合においては、対向車からの電波の受信を防止することができる。

また、本発明によると、隣接する２つのアレーアンテナにおいて、最も接近した第１放射素子と第２放射素子は、少なくとも第１放射素子が第１短片放射素子で構成されるので、隣接する２本のアレーアンテナの給電線路の間隔を、使用する電波の自由空間波長の１／２程度に狭くすることができる。また、第１給電線路と第２給電線路の間の領域に存在する放射素子を第１短片放射素子だけで構成する場合や、第１放射素子と第２放射素子を、それぞれ、第１短片放射素子と第２短片放射素子だけで構成する場合には、隣接する２本のアレーアンテナの給電線路の間隔を、各軸に、自由空間波長の１／２以下にすることができる。これにより、隣接する２つのアレーアンテナの位相零点がｙ軸方向において同一とした状態で、隣接する２つのアレーアンテナの間隔を自由空間波長の１／２以下とすることができる。この結果、アレーアンテナの出力位相差と、−π／２からπ／２の範囲の方位角との関係が一価関数となり、全範囲の方位を特定することができる。

マイクロストリップアレーアンテナの局所的な簡易モデル２０の平面図 同簡易モデル２０に係わるシミュレーションの実行結果を示すグラフ 実施例１のマイクロストリップアレーアンテナ１００の平面図 実施例１のマイクロストリップアレーアンテナ１００の側面図 実施例２のマイクロストリップアレーアンテナ２００の平面図 実施例２における第１短片放射素子の第１端部のアース接続機構を示した断面図。 同アレーアンテナ２００の位相差に対する方位角θを示すグラフ 実施例３のマイクロストリップアレーアンテナ３００の平面図 実施例４のマイクロストリップアレーアンテナ４００の平面図 従来のマイクロストリップアレーアンテナ９００の平面図 従来のマイクロストリップアレーアンテナ９００の側面図 マイクロストリップアレーアンテナの局所的な簡易モデル１０の平面図 同簡易モデル１０に係わるシミュレーションの実行結果を示すグラフ 従来の位相モノパルスアンテナ８００の平面図 位相モノパルスアンテナ８００の位相差に対する方位角θを示すグラフ 従来の位相モノパルスアンテナ８１０の平面図

隣り合う単位アレーアンテナ間における干渉作用を定量的に検証するために、本願発明に係わるマイクロストリップアレーアンテナの局所的な簡易モデル（図１）を想定して、単位アレーアンテナ間における電力漏れに係わるシミュレーションを実施した。図１に、ここで想定したマイクロストリップアレーアンテナの局所的な簡易モデル２０の平面図を示す。この局所的な簡易モデル２０は、２本平行に並列に配列される２つの単位アレーアンテナから第１放射素子である第１放射アンテナ素子１１１ａと、第２放射素子である第２放射アンテナ素子１２１ａを１つずつ取り出して一定の間隔で配列したものである。誘電体基板１０１は裏面に接地板を有しており、第１給電線路であるストリップ線路１１と第２給電線路であるストリップ線路２１は平行に形成されている。このストリップ線路１１、２１の各中心線間の距離は、２．０ｍｍであり、第１放射アンテナ素子１１１ａ、第２放射アンテナ素子１２１ａは、矩形形状をしており、ストリップ線路１１、２１の長さ方向に対して斜交し、その矩形形状の１つの頂角付近でのみ、給電ストリップ線路１１、２１に接続されている。また、給電ストリップ線路１１、２１に接続されていない第１端部及び第２端部を構成する各エッジｅ１、ｅ１は、裏面の接地板に短絡されている。また、この第１放射アンテナ素子１１１ａの長さは及び第２放射アンテナ素子１２１ａの長さは、それぞれλ_g ／４である。ただし、ここでλ_g は電波が給電ストリップ線路１１を伝播する際の管内波長であり、その電波の周波数は７６．５０ＧＨｚとした。

図２は、上記のマイクロストリップアレーアンテナの局所的な簡易モデル２０において、Ｐｏｒｔ１から信号を入力した際に、その信号がＰｏｒｔ４に漏れ出る強度をシミュレーションして図示したグラフである。Ｐｏｒｔ１からＰｏｒｔ４への電力漏れの量は、例えば７６．５０ＧＨｚにおいては、−４１．４０ｄＢと、図１０で示した従来構成（簡易モデル１０）に係わるシミュレーション結果（−２８．４８ｄＢ）よりも１０ｄＢ以上も低く抑制できている。

この様に、第１放射アンテナ素子１１１ａ及び第２放射アンテナ素子１２１ａの長さをλ_g ／４とし、かつ、第１放射アンテナ素子１１１ａ及び第２放射アンテナ層１２１ａの各エッジｅ１を裏面の接地板に短絡させることによって、エッジｅ１の位置は励振の節となるので、隣接する単位アレーアンテナへの電力漏れは効果的に抑圧することができる。また、この場合、第１放射アンテナ素子１１１ａ及び第２放射アンテナ素子１２１ａの各エッジｅ１とは反対側に位置する各エッジｅ２が励振の腹となる。
この様に、本発明の構成に従えば、隣接する単位アレーアンテナ間の干渉を従来よりも大幅に削減することができる。或いは、この様な作用に基づいて、隣接する単位アレーアンテナ間の距離を、干渉を排除して、短くすることができる。

以下、本発明を具体的な実施例に基づいて説明する。
ただし、本発明の実施形態は、以下に示す個々の実施例に限定されるものではない。

本実施例１では、アレーアンテナをマイクロストリップ線路で構成した。図３−Ａは、マイクロストリップアレーアンテナ１００の平面図であり、図３−Ｂは、そのマイクロストリップアレーアンテナ１００の側面図である。このマイクロストリップアレーアンテナ１００は、誘電体基板１０１とその裏面の全面に接合された金属導体からなる接地導体である接地板１０３（アース）と、誘電体基板１０１の表側に配設されたストリップ導体１０２から構成されている。誘電体基板１０１は、その平面形状が長方形でありその長手方向（ｙ軸方向）に、ストリップ導体１０２の一部であるストライプ状の第１給電線路である給電ストリップ線路１１と第２給電線路である給電ストリップ線路２１とが、ｙ軸方向に平行に形成されている。給電ストリップ線路１１、２１の給電点１０５側の各端部１１ｃ、２１ｃは、ストリップ導体１０２の一部であるＴ字型の接続部１０４にそれぞれ連結されて給電点１０５に接続されている。

ストリップ導体１０２の一部である第１アレーアンテナを構成する単位アレーアンテナ１０６の構造は、ストリップ導体１０２の一部である第２アレーアンテナを構成する単位アレーアンテナ１０７の構造と同一である。以下、単位アレーアンテナ１０６の構造について説明する。この単位アレーアンテナ１０６は、端部１１ｃと端部１１ｄとを両端とするストライプ状の給電ストリップ線路１１を中心に形成されており、この給電ストリップ線路１１とこれに接続された９つの第１放射素子を構成する第１放射アンテナ素子１１１ａ〜１１１ｉから構成されている。給電ストリップ線路１１の外側の側辺１１ａには、５つの第１放射アンテナ素子１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃ、１１１ｄ、１１１ｅがそれぞれ給電ストリップ線路１１の長さ方向に対して斜交して、等間隔で、給電ストリップ線路１１に接続されている。その配列周期は、使用する周波数の電波が給電ストリップ線路１１上を伝播する際の管内波長λ_g と一致している。一方、給電ストリップ線路１１の内側の（給電ストリップ線路１１と給電ストリップ線路２１との間の領域）側辺１１ｂには、４つの第１放射アンテナ素子１１１ｆ、１１１ｇ、１１１ｈ、１１１ｉが、それぞれ給電ストリップ線路１１の長さ方向に対して斜交して、等間隔で、給電ストリップ線路１１に接続されている。その配列周期は、上記の管内波長λg と一致している。この構成により、９つの第１放射アンテナ素子１１１ａ〜１１１ｉは、給電ストリップ線路１１の両側辺（１１ａ，１１ｂ）に渡って交互にλ_g ／２の配設周期で給電ストリップ線路１１に接続されている。９つの第１放射アンテナ素子１１１ａ〜１１１ｉは何れも合同で同一構造であり、その長さはλ_g ／４である。長さは、エッジｅに垂直な辺の長さ、すなわち、第１放射アンテナ素子と給電ストリップ線路１１との接続部と、その接続部に対向する端部（エッジｅ）間の距離である。第１放射アンテナ素子１１１ａ〜１１１ｉの給電ストリップ線路１１に接続されていない側の各エッジｅ１は、裏面の接地板１０３に、ビアホールなどを介して、それぞれ短絡されてアースされている。第１放射アンテナ素子１１１ａ〜１１１ｉの給電ストリップ線路１１に接続されている側の各エッジｅ２は、各エッジｅ１と平行であり、これによって第１放射アンテナ素子１１１ａ〜１１１ｉは矩形形状に形成されている。この各エッジｅ２が、電波の放射素片となる。

第１放射アンテナ素子１１１ａ〜１１１ｉは、その矩形形状の１つの頂角付近でのみ給電ストリップ線路１１に接続されている。このため、第１放射アンテナ素子１１１ａ〜１１１ｉは、給電ストリップ線路１１に対して傾斜して接続されているが、内側に存在する４つの第１放射アンテナ素子１１１ｆ、１１１ｇ、１１１ｈ、１１１ｉは、第１放射アンテナ素子１１１ａとは１８０°逆向き、すなわち平行に接続配列されている。また、外側の５つの第１放射アンテナ素子１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃ、１１１ｄ、１１１ｅは互いに平行に給電ストリップ線路１１に接続配列されている。

第２放射アンテナ素子１２１ａ〜１２１ｉを有する第２アレーアンテナである単位アレーアンテナ１０７は、この単位アレーアンテナ１０６と合同で同一構造である。給電ストリップ線路１１、２１の中心線間の距離ｄｘは、使用する電波の自由空間波長の１／２、すなわち、λ₀ ／２以下にまで短縮されている。この様に、２つの単位アレーアンテナ１０６、１０７を従来（例：図８のマイクロストリップアレーアンテナ９００）よりも格段に接近させることができるのは、エッジｅ１が接地板１０３に短絡されると共に励振の節になったことと、各第１放射アンテナ素子１１１ａ〜１１１ｉと各第２放射アンテナ素子１２１ａ〜１２１ｉの長さがλ_g ／４と短くなったことによる。このため、単位アレーアンテナ１０６は、単位アレーアンテナ１０７に非常に接近しているが両者間の干渉は良好に抑制されている。上記の第１放射アンテナ素子１１１ａ〜１１１ｉが、第１短片放射素子を構成し、第２放射アンテナ素子１２１ａ〜１２１ｉが、第２短片放射素子を構成している。

図４−Ａに、本実施例２のマイクロストリップアレーアンテナ２００の平面図を示す。誘電体基板２００の裏面には金属導体からなる接地板が全面に接合されている。このマイクロストリップアレーアンテナ２００のストリップ導体は、第１アレーアンテナである単位アレーアンテナ２０６を構成する部分と、それとは合同で同一構造の第２アレーアンテナである単位アレーアンテナ２０７を構成する部分とからなる。単位アレーアンテナ２０６の中心部を構成する第１給電線路を構成する給電ストリップ線路１１は、単位アレーアンテナ２０７の中心部を構成する第２給電線路を構成する給電ストリップ線路２１と平行に配設されており、その向きは、誘電体基板２００の長手方向に一致している。

ストライプ状の給電ストリップ線路１１の内側（給電ストリップ線路１１と給電ストリップ線路２１との間の領域）の側辺１１ａには、４つの第１放射アンテナ素子１１２ａ〜１１２ｄが、給電ストリップ線路１１の長さ方向に、同一角度で交差して、等間隔で接続配列されている。その配列周期は、使用する周波数の電波が給電ストリップ線路１１上を伝播する際の管内波長λ_g と一致している。また、互いに平行なエッジｅ１、ｅ２間の距離、即ち、第１放射アンテナ素子１１２ａ〜１１２ｄの各長さは、それぞれλ_g ／４に設定されている。各第１放射アンテナ素子１１２ａ〜１１２ｄは、互いに合同で、その矩形形状の１つの頂角付近でのみ給電ストリップ線路１１の側辺１１ａにそれぞれ接続されている。各エッジｅ１は、図４−Ｂに示すように、誘電体基板２０１の裏面の接地板１０３に、導通したビアホール１０９により、接続されている。これにより、エッジｅ１はアース電位となる。

第２放射アンテナ素子２１２ａ〜２１２ｄを有する単位アレーアンテナ２０７の構造は、以上の単位アレーアンテナ２０６の構造と同一であり両者は合同形に形成されている。給電ストリップ線路１１と給電ストリップ線路２１との間に配設されている各第１放射アンテナ素子１１２ａ〜１１２ｄの長さは、λ_g ／４とに短いので、給電ストリップ線路１１と給電ストリップ線路２１の両中心線間の距離ｄｘは、λ₀ ／２以下にまで接近させることが可能である。また、この様に両単位アレーアンテナ２０６、２０７を接近させても、給電ストリップ線路１１と給電ストリップ線路２１との間に配設されている各第１放射アンテナ素子１１２ａ〜１１２ｄのエッジｅ１は短絡されていると共に励振の節となっているため、両単位アレーアンテナ間の干渉は十分に良好に抑制される。

このマイクロストリップアレーアンテナ２００を位相モノパルスアンテナとして利用した場合の両単位アレーアンテナ間の受信信号の位相差に対する到来波の方位角（到来角θ）を図５のグラフに示す。このグラフは上記のマイクロストリップアレーアンテナ２００の構成における距離ｄｘを０．４５λ₀ として算出したものである。この様に、マイクロストリップアレーアンテナ２００の構成に従えば、給電ストリップ線路１１と給電ストリップ線路２１の両中心線間の距離ｄｘ、即ち、各単位アレーアンテナの位相中心間の距離ｄｘを自由空間波長λ₀ の半分以下に短縮することができるため、このマイクロストリップアレーアンテナ２００を位相モノパルスアンテナとして利用すれば、位相差と方位角θの間の関係は、方位角θが−π／２〜π／２の範囲において、一価関数となる。よって、容易かつ確実に到来波の方位を知ることができる。

図６に、本実施例３のマイクロストリップアレーアンテナ３００の平面図を示す。このマイクロストリップアレーアンテナ３００は、誘電体基板３０１と、その裏面全面に接合された金属導体からなる接地板と、表側に形成されたストリップ導体からなる。表側のストリップ導体は、第１アレーアンテナである単位アレーアンテナ３０６と第２アレーアンテナである単位アレーアンテナ３０７を構成している。単位アレーアンテナ３０６と単位アレーアンテナ３０７とは合同で同一構造である。単位アレーアンテナ３０６の中心部を構成する第１給電線路である給電ストリップ線路１１は、ストライプ状でありその長手方向は、誘電体基板３０１の長手方向と一致している。また、単位アレーアンテナ３０７の中心部を構成する第２給電線路である給電ストリップ線路２１は、給電ストリップ線路１１と平行に配設されている。

給電ストリップ線路１１の内側（給電ストリップ線路１１と給電ストリップ線路２１の間の領域）の第１側辺１１ａには、４つの第１放射アンテナ素子３１１ａ，３１１ｂ，３１１ｃ及び３１１ｄが、給電ストリップ線路１１の長さ方向に、同一角度で斜交して、等間隔に配列されている。その配列周期は、使用する周波数の電波が給電ストリップ線路１１上を伝播する際の管内波長λ_g と一致している。４つの第１放射アンテナ素子３１１ａ〜３１１ｄの各長さは、それぞれλ_g ／４であり、これらは互いに合同の矩形形状に形成されている。第１放射アンテナ素子３１１ａの一端を構成するエッジｅ１は裏面の接地導体である接地板に、導電性のビアホールなどを介して、短絡されており、これと平行に対峙する給電ストリップ線路１１に近い側のエッジｅ２は、その一部だけが第１側辺１１ａに接続されている。給電ストリップ線路１１と強電ストリップ線路２１との間の領域に存在する第１放射アンテナ素子３１１ａ〜３１１ｄが、第１短片放射素子を構成している。

給電ストリップ線路１１の外側の第２側辺１１ｂには、第１放射アンテナ素子３１１ｅ，３１１ｆ，３１１ｇ及び３１１ｈが、給電ストリップ線路１１の長さ方向に、同一角度で斜交して、等間隔に配列されている。その配列周期は、上記の管内波長λ_g と一致している。また、これらの４つの第１放射アンテナ素子３１１ｅ〜３１１ｈの長さはλ_g ／２である。４つの第１放射アンテナ素子３１１ａ〜３１１ｄは、４つの第１放射アンテナ素子３１１ｅ〜３１１ｈとはそれぞれ１８０°逆向きに給電ストリップ線路１１に接続されている。これらは互いに合同の矩形形状に形成されている。第２側辺１１ｂには、第１放射アンテナ素子のエッジｅｇ２の一部だけが接続されている。その反対側のエッジｅｇ１は開放端である。これらの第１放射アンテナ素子３１１ｅ〜３１１ｈは、第１長片放射素子を構成している。これらの配置構成によって、第１短片放射素子３１１ａ、３１１ｂ、３１１ｅ、３１１ｄと、第１長片放射素子３１１ｅ、３１１ｆ、３１１ｇ、３１１ｈとは、給電ストリップ線路１１の両側辺に渡って交互にλ_g ／２の周期で接続配列されている。

また、第２給電線路である給電ストリップ線路２１を中心に構成される単位アレーアンテナ３０６についても同様の構成である。すなわち、給電ストリップ線路１１と給電ストリップ線路２１との間の領域に存在する第２放射アンテナ素子３１２ｅ、３１２ｆ、３１２ｇ、３１２ｈは、各エッジｅｇ１が開放端で、長さがλ_g ／２である第２長片放射素子を構成している。また、給電ストリップ線路２１の外側に存在する第２放射アンテナ素子３１２ａ、３１２ｂ、３１２ｃ、３１２ｄは、各エッジｅ１が、導電性のビアホールなどにより、誘電体基板の裏面に形成された接地導体に接続されて、アースに接続され、長さがλ_g ／４である第２短片放射素子を構成している。

そして、給電ストリップ線路１１と給電ストリップ線路２１との間の領域においては、第１短片放射素子３１１ａ〜３１１ｄと第２長片放射素子３１２ｅ〜３１２ｈとは、それらの各エッジｅ１が、それらの各エッジｅｇ１と平行に対向する位置になるように、接近して配設されている。この様な構成のマイクロストリップアレーアンテナ３００においても、従来よりも両単位アレーアンテナ（３０６、３０７）の配置間隔を狭めつつ、同時に両者間の電磁的な干渉を抑制することができる。

図７に、本実施例４のマイクロストリップアレーアンテナ４００の平面図を示す。このマイクロストリップアレーアンテナ４００は、図６のマイクロストリップアレーアンテナ３００と類似の構造を有するものであるが、第１放射アンテナ素子における第１短片放射素子と第１長片放射素子の配列、及び第２放射アンテナ素子における第２短片放射素子と第２長片放射素子の配列順序にその特徴がある。

第１給電線路である給電ストリップ線路１１を中心に構成される第１アレーアンテナである単位アレーアンテナ４０６と、第２給電線路である給電ストリップ線路２１を中心に構成される第２アレーアンテナである単位アレーアンテナ４０７とは合同で同一構造である。これらは、誘電体基板４０１の表側に平行に配置されている。

給電ストリップ線路１１の内側の第１側辺１１ａには、第１短片放射素子４１１ａ，４１１ｃと、第２長片放射素子４１１ｂ、４１１ｄとが、交互に、給電ストリップ線路１１に接続されて配列されている。その配列周期は管内波長λ_g と同じである。また、給電ストリップ線路１１の外側の第２側辺１１ｂには、第１長片放射素子４１１ｅ、４１１ｇと、第１短片放射素子４１１ｆ、４１１ｈが、交互に、給電ストリップ線路１１に接続されて配列されている。その配列周期は管内波長λ_g と同じであり、給電ストリップ線路１１の外側に配設されている第１放射アンテナ素子は、内側に配設されている隣接する第１放射アンテナ素子の間隔の中央に配設されている。

第２アレーアンテナである単位アレーアンテナ４０７についても同様な構成である。すなわち、給電ストリップ線路２１の内側の第１側辺２１ｂには、第２長片放射素子４１２ｅ，４１２ｇと、第２短片放射素子４１２ｆ、４１２ｈとが、交互に、給電ストリップ線路２１に接続されて配列されている。その配列周期は管内波長λ_g と同じである。また、給電ストリップ線路２１の外側の第２側辺２１ａには、第２短片放射素子４１２ａ、４１２ｃと、第２長片放射素子４１２ｂ、４１２ｄが、交互に、給電ストリップ線路２１に接続されて配列されている。その配列周期は管内波長λ_g と同じであり、給電ストリップ線路２１の外側に配設されている第２放射アンテナ素子は、内側に配設されている隣接する第２放射アンテナ素子の間隔の中央に配設されている。

そして、給電ストリップ線路１１と給電ストリップ線路２１との間の領域においては、第１短片放射素子４１１ａ、４１１ｃと第２長片放射素子４１２ｅ、４１２ｇとは、それらの各エッジｅ１と、それらの各エッジｅｇ１とが、平行に対向する位置となるように、接近して配設されている。また、第１長片放射素子４１１ｂ、４１１ｄと第２短片放射素子４１２ｆ、４１２ｈとは、それらの各エッジｅ１と、それらの各エッジｅｇ１とが、平行に対向する位置となるように、接近して配設されている。

この様な構成のマイクロストリップアレーアンテナ４００においても、従来よりも両単位アレーアンテナ（４０６、４０７）の配置間隔を狭めつつ、同時に両者間の電磁的な干渉を抑制することができる。

〔その他の変形例〕
本発明の実施形態は、上記の形態に限定されるものではなく、その他にも以下に例示される様な変形を行っても良い。この様な変形や応用によっても、本発明の作用に基づいて本発明の効果を得ることができる。
（変形例１）
例えば、上記の各実施例では、放射アンテナ素子の幅を均一にしたが、各放射アンテナ素子の幅は、所望の指向性に応じて調整することが望ましい。この様な調整された設定によれば、各放射アンテナ素子の幅が、所望の指向性に応じた各配設位置での励振振幅に対応させて決定されるために、アンテナ全体としては所望の指向特性を効果的に実現することができる。

（変形例２）
また、単位アレーアンテナの終端部には、適切な吸収抵抗や或いは整合の取れたアンテナ素子を接続することがより望ましい。これによって、単位アレーアンテナの終端部における望ましくない不要な反射を削減することができる。

（変形例３）
また、上記の各実施例では、２つの単位アレーアンテナを並べる構成を示したが、並列に配列する単位アレーアンテナの数は任意でよい。

本発明は、位相モノパルスアンテナに好適な構成を与えるが、より一般のマイクロストリップアレーアンテナ、即ち、例えばＦＭＣＷレーダなどのその他のマイクロ波を取り扱うアンテナに適用することもできる。

１００ ： マイクロストリップアレーアンテナ
１０１ ： 誘電体基板
１０２ ： ストリップ導体
１０３ ： 接地板
１０４ ： 接続部
１０５ ： 給電点
１１，２１ ： 給電ストリップ線路
１１１ａ〜１１１ｉ，１１２ａ〜１１２ｄ，３１１ａ〜３１１ｈ，４１１ａ〜４１１ｈ： 第１放射アンテナ素子
１２１ａ〜１２１ｉ，２１２ａ〜２１２ｄ，３１２ａ〜３１２ｈ，４１２ａ〜４１２ｈ： 第２放射アンテナ素子
１１１ａ〜１１１ｉ，１１２ａ〜１１２ｄ ：第１短片放射素子
１２１ａ〜１２１ｉ，２１２ａ〜２１２ｄ ：第２短片放射素子
３１１ａ〜３１１ｄ，４１１ａ，４１１ｃ，４１１ｆ，４１１ｈ：第１短片放射素子
３１１ｅ〜３１１ｈ，４１１ｂ，４１１ｄ，４１１ｅ，４１１ｇ：第１長片放射素子
３１２ａ〜３１２ｄ，４１２ａ，４１２ｃ，４１２ｆ，４１２ｈ：第２短片放射素子
３１２ｅ〜３１２ｈ，４１２ｂ，４１２ｄ，４１２ｅ，４１２ｇ：第２長片放射素子

Claims (8)

1. 裏面に接地導体を有した誘電体基板の表面に、ストリップ導体により給電線路及び放射素子が形成されたマイクロストリップアレーアンテナであって、ｙ軸方向、直線状に伸びた第１給電線路に沿って、矩形の複数の第１放射素子を離間して配設した第１アレーアンテナと、ｙ軸方向、直線状に伸びた第２給電線路に沿って、矩形の複数の第２放射素子を離間して配設した第２アレーアンテナとの少なくとも２本のアレーアンテナを、ｙ軸方向に垂直なｘ軸方向に離間して、平行に配設したアレーアンテナ装置において、
   前記第１給電線路と前記第２給電線路との間の領域に配設された前記第１放射素子は、前記第１給電線路に接続する第１接続部とその第１接続部に対向する側の第１端部との間の長さが、所定の動作周波数における前記第１給電線路を伝搬する電波の管内波長の１／４の長さとし、前記第１端部は、前記接地導体に接続された第１短片放射素子で構成されていることを特徴とするアレーアンテナ装置。
2. 前記第１給電線路と前記第２給電線路との間の領域には、前記第１短片放射素子のみが配設されていることを特徴とする請求項１に記載のアレーアンテナ装置。
3. 前記第１給電線路と前記第２給電線路との間の領域に配設された前記第２放射素子は、前記第２給電線路に接続する第２接続部とその第２接続部に対向する側の第２端部との間の長さが、所定の動作周波数における前記第２給電線路を伝搬する電波の管内波長の１／４の長さとし、前記第２端部は、前記接地導体に接続された第２短片放射素子で構成されていることを特徴とする請求項１に記載のアレーアンテナ装置。
4. 前記第１給電線路と前記第２給電線路との間の領域に配設された前記第２放射素子は、前記第２給電線路に接続する前記第２接続部とその第２接続部に対向する側の第２端部との間の長さが、所定の動作周波数における前記第２給電線路を伝搬する電波の管内波長の１／２の長さとし、前記第２端部は、開放端である第２長片放射素子で構成されていることを特徴とする請求項１に記載のアレーアンテナ装置。
5. 裏面に接地導体を有した誘電体基板の表面に、ストリップ導体により給電線路及び放射素子が形成されたマイクロストリップアレーアンテナであって、ｙ軸方向、直線状に伸びた第１給電線路に沿って、矩形の複数の第１放射素子を離間して配設した第１アレーアンテナと、ｙ軸方向、直線状に伸びた第２給電線路に沿って、矩形の複数の第２放射素子を離間して配設した第２アレーアンテナとの少なくとも２本のアレーアンテナを、ｙ軸方向に垂直なｘ軸方向に離間して、平行に配設したアレーアンテナ装置において、
   前記第１給電線路と前記第２給電線路との間の領域に配設された前記第１放射素子は、 前記第１給電線路に接続する第１接続部とその第１接続部に対向する側の第１端部との間の長さが、所定の動作周波数における前記第１給電線路を伝搬する電波の管内波長の１／４の長さとし、前記第１端部は、前記接地導体に接続された第１短片放射素子と、
   前記第１接続部と前記第１端部との間の長さが、所定の動作周波数における前記第１給電線路を伝搬する電波の管内波長の１／２の長さとし、前記第１端部は、開放端である第１長片放射素子と
   が前記ｙ軸方向に沿って、混在したもので構成され、
   前記第１給電線路と前記第２給電線路との間の領域に配設された前記第２放射素子は、 前記第２給電線路に接続する第２接続部とその第２接続部に対向する側の第２端部との間の長さが、所定の動作周波数における前記第２給電線路を伝搬する電波の管内波長の１／４の長さとし、前記第２端部は、前記接地導体に接続された第２短片放射素子と、
   前記第２接続部と前記第２端部との間の長さが、所定の動作周波数における前記第２給電線路を伝搬する電波の管内波長の１／２の長さとし、前記第２端部は、開放端である第２長片放射素子と
   が前記ｙ軸方向に沿って、混在したもので構成され、
   前記第２長片放射素子は、前記第２端部が前記第１短片放射素子の前記第１端部と対面する位置に配設され、
   前記第２短片放射素子は、前記第２端部が前記第１長片放射素子の前記第１端部と対面する位置に配設されている
   ことを特徴とするアレーアンテナ装置。
6. 前記第１短片放射素子と前記第１長片放射素子は、前記第１給電線路に沿って、交互 に配設されていることを特徴とする請求項５に記載のアレーアンテナ装置。
7. 前記複数のアレーアンテナにおいて、隣接する２つのアレーアンナの間隔は、使用する電波の自由空間波長の１／２以下であることを特徴とする請求項１乃至請求項６の何れか１項に記載のアレーアンテナ装置。
8. 前記第１放射素子及び前記第２放射素子は、前記第１給電線路及び前記第２給電線路のｙ軸方向に対して斜交していることを特徴とする請求項１乃至請求項７の何れか１項に記載のアレーアンテナ装置。

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