JP6516939B1 - アレーアンテナ装置 - Google Patents

Abstract

第１の導体地板（２）が表面又は裏面に施されている第１の誘電体基板（１）と、第１の導体地板（２）に施されている複数のパッチアンテナ（３）と、複数のパッチアンテナ（３）のそれぞれを囲むように、一端が第１の導体地板（２）と接続されている複数の導通部材（４）と、複数の導通部材（４）の他端のそれぞれと接続されている第２の導体地板（５）とを備え、第１の導体地板（２）が、第１の誘電体基板（１）の表面に施されていれば、複数の導通部材（４）の一部が、第１の誘電体基板（１）を貫通し、複数の導通部材（４）の残りの部分が、第１の誘電体基板（１）と第２の導体地板（５）との間に空気層（６）を設けるスペーサとして機能し、第１の導体地板（２）が、第１の誘電体基板（１）の裏面に施されていれば、複数の導通部材（４）が、第１の導体地板（２）と第２の導体地板（５）との間に空気層（６）を設けるスペーサとして機能する。

Description

この発明は、複数のパッチアンテナを備えているアレーアンテナ装置に関するものである。

例えば、無線通信に用いられるアレーアンテナ装置は、微弱な電波でも、広角に亘って無線通信できるようにするためには、広角方向にビームを走査したときの利得が高く、かつ、軸比が高いことが望まれる。広角方向は、ビーム幅における端部での電波の送受信方向である。
広角方向にビームを走査する際の利得の低下及び軸比の低下は、パッチアンテナが形成される誘電体基板中に生じる表面波が要因となるほか、広角方向の垂直偏波と水平偏波との間の振幅差が要因となる。

以下の特許文献１に開示されているアレーアンテナ装置は、広角方向にビームを走査する際の利得の低下及び軸比の低下を抑えるため、誘電体基板として、発泡体などの低誘電率特性を有する基板を用いている。
広角方向の垂直偏波と水平偏波との間の振幅差は、発泡体などの低誘電率特性を有する基板の厚みを調整することで変えることができ、このアレーアンテナ装置では、ネジを用いて、基板の厚みを調整できるようにしている。

特開２００９−１８８８９５号公報

従来のアレーアンテナ装置は以上のように構成されているので、ネジによって、基板の厚みを調整することができる。
このとき、基板の厚みの調整量は、ネジの回転量に比例し、ネジの回転量は、ネジ山のピッチなどに依存する。このため、ネジ山のピッチが狭いネジを用いるほど、基板の厚みの調整精度を高めることができる。
例えば、ビームの周波数帯域が、Ｋａ（Ｋｕｒｚ Ａｂｏｖｅ）帯又はミリ波帯などの高い周波数帯域である場合、所望の調整精度を実現するには、ネジ山のピッチがマイクロメートルオーダーのネジを用いる必要がある。
しかし、ネジ山のピッチがマイクロメートルオーダーのネジを製造することは困難であるため、基板の厚みを高精度に調整することができず、基板の厚みを所望の厚みに調整することができないことがある。その結果、広角方向にビームを走査する際の利得の低下及び軸比の低下を抑えることができないことがあるという課題があった。

この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、広角方向にビームを走査する際の利得の低下及び軸比の低下を抑えることができるアレーアンテナ装置を得ることを目的とする。

この発明に係るアレーアンテナ装置は、第１の導体地板が表面又は裏面に施されている第１の誘電体基板と、第１の導体地板に施されている複数のパッチアンテナと、複数のパッチアンテナのそれぞれを囲むように、一端が第１の導体地板と接続されている複数の導通部材と、複数の導通部材の他端のそれぞれと接続されている第２の導体地板とを備え、第１の導体地板が、第１の誘電体基板の表面に施されていれば、複数の導通部材の一部が、第１の誘電体基板を貫通し、複数の導通部材の残りの部分が、第１の誘電体基板と第２の導体地板との間に空気層を設けるスペーサとして機能し、第１の導体地板が、第１の誘電体基板の裏面に施されていれば、複数の導通部材が、第１の導体地板と第２の導体地板との間に空気層を設けるスペーサとして機能し、複数の導通部材のうち、少なくとも２つ以上のパッチアンテナのそれぞれと隣接する導通部材は、隣接する２つ以上のパッチアンテナのそれぞれの中心から等距離の位置に配置されていることを特徴とする。

この発明によれば、第１の導体地板が、第１の誘電体基板の表面に施されていれば、複数の導通部材の一部が、第１の誘電体基板を貫通し、複数の導通部材の残りの部分が、第１の誘電体基板と第２の導体地板との間に空気層を設けるスペーサとして機能し、第１の導体地板が、第１の誘電体基板の裏面に施されていれば、複数の導通部材が、第１の導体地板と第２の導体地板との間に空気層を設けるスペーサとして機能するように構成したので、広角方向にビームを走査する際の利得の低下及び軸比の低下を抑えることができる効果がある。

この発明の実施の形態１によるアレーアンテナ装置を示す平面図である。 この発明の実施の形態１によるアレーアンテナ装置を示す断面図である。 等価半径を示す説明図である。 この発明の実施の形態１による他のアレーアンテナ装置を示す断面図である。 この発明の実施の形態２によるアレーアンテナ装置を示す断面図である。 この発明の実施の形態２による他のアレーアンテナ装置を示す断面図である。 この発明の実施の形態３によるアレーアンテナ装置を示す断面図である。 図７に示すアレーアンテナ装置における第１のストリップ線路１３と第２のストリップ線路１５とスロット１７との位置関係を示す説明図である。 この発明の実施の形態３による他のアレーアンテナ装置を示す断面図である。 第１のストリップ線路１３と第２のストリップ線路１５とスロット１７との位置関係を示す説明図である。 第１のストリップ線路１３と第２のストリップ線路１５とスロット１７との位置関係を示す説明図である。 この発明の実施の形態４によるアレーアンテナ装置を示す断面図である。 この発明の実施の形態４による他のアレーアンテナ装置を示す断面図である。 この発明の実施の形態５によるアレーアンテナ装置を示す断面図である。 この発明の実施の形態６によるアレーアンテナ装置を示す断面図である。 この発明の実施の形態６による他のアレーアンテナ装置を示す断面図である。 この発明の実施の形態７によるアレーアンテナ装置を示す断面図である。 この発明の実施の形態７による他のアレーアンテナ装置を示す断面図である。 この発明の実施の形態８によるアレーアンテナ装置を示す断面図である。 第１のストリップ線路１３及び第２のストリップ線路１５の位置関係を示す平面図である。

以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための形態について、添付の図面に従って説明する。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１によるアレーアンテナ装置を示す平面図である。
図２は、この発明の実施の形態１によるアレーアンテナ装置を示す断面図である。
図１及び図２において、第１の誘電体基板１は、第１の導体地板２が表面に施されている誘電体基板である。
第１の誘電体基板１の表面は、第１の誘電体基板１における２つの平面のうち、図２中、紙面上側の平面であり、第１の誘電体基板１の裏面は、図２中、紙面下側の平面である。
第１の導体地板２は、第１の誘電体基板１の表面に施されている銅箔の地板である。

パッチアンテナ３−１〜３−９は、第１の導体地板２に施されている円形のパッチアンテナである。
以下、パッチアンテナ３−１〜３−９を区別しない場合は、パッチアンテナ３と表記することがある。
図１及び図２では、第１の導体地板２が、円環状に削られることで、パッチアンテナ３−１〜３−９が形成されている。導体削除部２ａは、第１の導体地板２における円環状の削除部位を示している。
図１及び図２では、９つのパッチアンテナ３を例示しているが、パッチアンテナ３の数は複数であればよく、９つに限るものではない。
また、図２では、図面の簡単化のため、代表的に、パッチアンテナ３−７〜３−９を例示している。
この実施の形態１では、パッチアンテナ３−１〜３−９のそれぞれが、形状が円形のパッチアンテナである例を示しているが、形状は円形に限るものではなく、例えば、多角形であってもよい。

導通部材４は、第１の接続導体４ａ及び第２の接続導体４ｂを備えており、パッチアンテナ３−１〜３−９のそれぞれを囲むように、一端が第１の導体地板２と接続されている部材である。
導通部材４の一部である第１の接続導体４ａは、第１の誘電体基板１を貫通するように設けられ、パッチアンテナ３−１〜３−９のいずれかを囲む位置で、一端が第１の導体地板２と接続されている接続導体である。
導通部材４の残りの部分である第２の接続導体４ｂは、第１の接続導体４ａの他端と第２の導体地板５との間を導通する銅核球である。
第２の接続導体４ｂは、第１の誘電体基板１と第２の導体地板５との間に空気層６を設けるスペーサとして機能する。
ここでは、第２の接続導体４ｂが銅核球である例を示しているが、第２の接続導体４ｂは、球体であるものに限るものではなく、例えば、立方体、直方体などであってもよい。
ランド４ｃは、第１の接続導体４ａと第２の接続導体４ｂがハンダで接続される部分である。

第２の導体地板５は、複数の導通部材４における第２の接続導体４ｂの他端のそれぞれと接続されている銅箔の地板である。
空気層６は、第２の接続導体４ｂによって形成されている第１の誘電体基板１と第２の導体地板５との間の層である。

次に動作について説明する。
この実施の形態１のアレーアンテナ装置は、図１に示す導体削除部２ａのように、第１の導体地板２が円環状に削除されることで、パッチアンテナ３−１〜３−９が形成される。
また、複数の導通部材４の一端がパッチアンテナ３−１〜３−９のそれぞれを囲むように、複数の導通部材４が第１の誘電体基板１に設けられる。

具体的には、複数の導通部材４は、第１の接続導体４ａ及び第２の接続導体４ｂを備えており、第１の接続導体４ａは、第１の誘電体基板１を貫通するように設けられ、パッチアンテナ３−１〜３−９のいずれかを囲む位置で、一端が第１の導体地板２と接続される。
第２の接続導体４ｂは、一端が第１の接続導体４ａの他端と接続され、他端が第２の導体地板５と接続される。
このとき、第２の接続導体４ｂは、第１の誘電体基板１と第２の導体地板５との間に空気層６を設けるスペーサとして機能する。
第１の誘電体基板１と第２の導体地板５との間隔の長さである空気層６のサイズは、銅核球である第２の接続導体４ｂの直径に相当する。

第１の誘電体基板１と第２の導体地板５との間に空気層６を設けることで、等価的に低誘電率基板を実現することができる。
また、広角方向の垂直偏波と水平偏波との間の振幅差は、空気層６のサイズを調整することで低減することができる。
広角方向にビームを走査する際の利得の低下及び軸比の低下を抑えるには、広角方向の垂直偏波と水平偏波との間の振幅差が小さくなるように、空気層６のサイズを調整すればよい。
空気層６のサイズは、第２の接続導体４ｂの直径に相当するため、広角方向の垂直偏波と水平偏波との間の振幅差が小さくなる直径を有する第２の接続導体４ｂを用いればよい。

ただし、ビームの周波数帯域が、例えば、Ｋａ帯又はミリ波帯などの高い周波数帯域である場合、空気層６のサイズをマイクロメートルオーダーで調整する必要があるため、マイクロメートルオーダーの精度で製作された第２の接続導体４ｂを用いる必要がある。
ネジ山のピッチが狭いネジを製造することと比べて、精度の高い銅核球を製造することは容易であるため、精度がマイクロメートルオーダーの銅核球を製造することは容易であり、所望の直径を有する第２の接続導体４ｂを用いることは可能である。

この実施の形態１では、パッチアンテナ３−１〜３−９が形成されている例を示しているが、パッチアンテナ３−１〜３−９のうち、隣接している３つのパッチアンテナ３に着目すると、３つのパッチアンテナ３における各々の中心間距離が、概ね、送受信するビームの周波数の２分の１波長の長さになるように配置されることが望ましい。
例えば、隣接している３つのパッチアンテナ３として、パッチアンテナ３−２、パッチアンテナ３−３及びパッチアンテナ３−６に着目すると、各々の中心を結んだ線が正三角形Ａとなるように、パッチアンテナ３−２、パッチアンテナ３−３及びパッチアンテナ３−６が配置されている。
パッチアンテナ３−２の中心とパッチアンテナ３−３の中心との間隔は、概ねビームの周波数の２分の１波長の長さであり、パッチアンテナ３−３の中心とパッチアンテナ３−６の中心との間隔は、概ねビームの周波数の２分の１波長の長さである。また、パッチアンテナ３−６の中心とパッチアンテナ３−２の中心との間隔は、概ねビームの周波数の２分の１波長の長さである。

パッチアンテナ３−１〜３−９の半径ｒは、第１の誘電体基板１及び空気層６から計算される等価誘電率ε_ｒを用いると、以下の式（１）のように表される。

式（１）において、ｃは光速、ｆはビームの周波数である。

等価誘電率ε_ｒは、第１の誘電体基板１の厚みがｔ_１、第１の誘電体基板１の誘電率がε_ｒ１、空気層６の厚みがｔ_２、空気層６の誘電率がε_ｒ２であるとすると、以下の式（２）のように表される。

パッチアンテナ３−１〜３−９のそれぞれを囲む位置には、導通部材４がそれぞれ配置されている。
導通部材４が配置される位置の１つとして、例えば、パッチアンテナ３−２、パッチアンテナ３−３及びパッチアンテナ３−６から等距離の位置である正三角形Ａの重心位置が考えられる。
パッチアンテナ３−１〜３−９の周囲に存在している導体削除部２ａの径は、パッチアンテナ３−１〜３−９の中心からの等価的なパッチ半径（以下、「等価半径」と称する）が、概ね目標のビーム走査最大角度において、軸比特性が０ｄＢとなるように決定される。目標のビーム走査最大角度としては、例えば、±６０度のビーム走査角度が考えられる。
等価半径は、図３に示すように、給電時のパッチアンテナ３に生じる電界Ｂの広がりを考慮した電気的なパッチアンテナ３の半径である。
図３は、等価半径を示す説明図である。

パッチアンテナ３−１〜３−９は、等価半径によって軸比調整が可能であることが知られている。
具体的には、等価誘電率ε_ｒが約１．３である場合、パッチアンテナ３−１〜３−９の等価半径が約０．２６λであるとき、広角方向で軸比が０ｄＢとなり、ビームの周波数で共振特性が得られる。λは、使用するビームの周波数での波長である。
したがって、パッチアンテナ３−１〜３−９の中心から約０．２６λ離れた位置と、パッチアンテナ３−１〜３−９の外周上の位置との間の第１の導体地板２が円環状に削除される。
なお、隣接しているパッチアンテナ３の半径ｒが大きいために、隣接しているパッチアンテナ３の配置間隔が狭くなり、隣接しているパッチアンテナ３のそれぞれの導体削除部２ａが互いに重なってしまうことがある。隣接しているパッチアンテナ３が互いに重なっていなければよいため、隣接しているパッチアンテナ３のそれぞれの導体削除部２ａが互いに重なっていてもよい。

以上で明らかなように、この実施の形態１によれば、複数の導通部材４の一部が、第１の誘電体基板１を貫通し、複数の導通部材４の残りの部分が、第１の誘電体基板１と第２の導体地板５との間に空気層６を設けるスペーサとして機能するように構成したので、広角方向にビームを走査する際の利得の低下及び軸比の低下を抑えることができる効果を奏する。
スペーサとして機能する導通部材４の残りの部分は、マイクロメートルオーダーの精度で製作可能な第２の接続導体４ｂであるため、空気層６のサイズをマイクロメートルオーダーで調整することができ、広角方向にビームを走査する際の利得の低下及び軸比の低下を抑えることができる。

この実施の形態１では、第１の導体地板２が、第１の誘電体基板１の表面に施されている例を示しているが、図４に示すように、第１の導体地板２が、第１の誘電体基板１の裏面に施されていてもよい。
図４は、この発明の実施の形態１による他のアレーアンテナ装置を示す断面図である。図４において、図１及び図２と同一符号は同一又は相当部分を示すので説明を省略する。
図２に示す導通部材４は、第１の接続導体４ａ及び第２の接続導体４ｂを備えているが、図４に示す導通部材４は、第１の接続導体４ｄだけを備えている。
第１の接続導体４ｄは、パッチアンテナ３−１〜３−９のいずれかを囲む位置で、一端が第１の導体地板２と接続され、他端が第２の導体地板５と接続されている銅核球である。
第１の接続導体４ｄは、第１の導体地板２と第２の導体地板５との間に空気層６を設けるスペーサとして機能する。

図４に示すアレーアンテナ装置でも、空気層６を設けているので、図１及び図２に示すアレーアンテナ装置と同様に、等価的に低誘電率基板を実現することができる。
このため、図４に示すアレーアンテナ装置でも、図１及び図２に示すアレーアンテナ装置と同様に、広角方向にビームを走査する際の利得の低下及び軸比の低下を抑えることができる。

実施の形態２．
上記実施の形態１では、第１の誘電体基板１を備えるアレーアンテナ装置について示しているが、この実施の形態２では、第１の誘電体基板１及び第２の誘電体基板７を備えるアレーアンテナ装置について説明する。

図５は、この発明の実施の形態２によるアレーアンテナ装置を示す断面図である。
この実施の形態２のアレーアンテナ装置の平面図は、上記実施の形態１と同様に、図１である。
図５において、図１及び図２と同一符号は同一又は相当部分を示すので説明を省略する。
第２の誘電体基板７は、第１の誘電体基板１と第２の導体地板５との間に配置されている誘電体基板である。
導通部材４は、第１の接続導体４ａ、第２の接続導体４ｅ及び第３の接続導体４ｆを備えており、パッチアンテナ３−１〜３−９のそれぞれを囲むように、一端が第１の導体地板２と接続されている部材である。
導通部材４の一部である第２の接続導体４ｅは、第２の誘電体基板７を貫通するように設けられ、一端が第２の導体地板５と接続されている接続導体である。
導通部材４の残りの部分である第３の接続導体４ｆは、第１の接続導体４ａの他端と第２の接続導体４ｅの他端との間を導通する銅核球である。
第３の接続導体４ｆは、第１の誘電体基板１と第２の誘電体基板７との間に空気層６を設けるスペーサとして機能する。
ここでは、第３の接続導体４ｆが銅核球である例を示しているが、第３の接続導体４ｆは、球体であるものに限るものではなく、例えば、立方体、直方体などであってもよい。
ランド４ｇは、第２の接続導体４ｅと第３の接続導体４ｆがハンダで接続される部分である。

この実施の形態２では、第１の誘電体基板１のほかに、第２の誘電体基板７を備えているが、空気層６を設けているので、上記実施の形態１と同様に、等価的に低誘電率基板を実現することができる。
これにより、上記実施の形態１と同様に、広角方向にビームを走査する際の利得の低下及び軸比の低下を抑えることができる。

ただし、この実施の形態２では、第１の誘電体基板１のほかに、第２の誘電体基板７を備えているので、等価誘電率ε_ｒは、第１の誘電体基板１、第２の誘電体基板７及び空気層６から計算される。
等価誘電率ε_ｒは、第１の誘電体基板１の厚みがｔ_１、第１の誘電体基板１の誘電率がε_ｒ１、空気層６の厚みがｔ_２、空気層６の誘電率がε_ｒ２、第２の誘電体基板７の厚みがｔ_３、第２の誘電体基板７の誘電率がε_ｒ３であるとすると、以下の式（３）のように表される。

この実施の形態２では、第１の導体地板２が、第１の誘電体基板１の表面に施されている例を示しているが、図６に示すように、第１の導体地板２が、第１の誘電体基板１の裏面に施されていてもよい。
図６は、この発明の実施の形態２による他のアレーアンテナ装置を示す断面図である。図６において、図１及び図５と同一符号は同一又は相当部分を示すので説明を省略する。
図５に示す導通部材４は、第１の接続導体４ａ、第２の接続導体４ｅ及び第３の接続導体４ｆを備えているが、図６に示す導通部材４は、第１の接続導体４ｈ及び第２の接続導体４ｅだけを備えている。
第１の接続導体４ｈは、パッチアンテナ３−１〜３−９のいずれかを囲む位置で、一端が第１の導体地板２と接続されている銅核球である。
第１の接続導体４ｈは、第１の導体地板２と第２の誘電体基板７との間に空気層６を設けるスペーサとして機能する。

図６に示すアレーアンテナ装置でも、空気層６を設けているので、図５に示すアレーアンテナ装置と同様に、等価的に低誘電率基板を実現することができる。
このため、図６に示すアレーアンテナ装置でも、図５に示すアレーアンテナ装置と同様に、広角方向にビームを走査する際の利得の低下及び軸比の低下を抑えることができる。

実施の形態３．
この実施の形態３では、給電線路部１０として、第１のストリップ線路１３、第２のストリップ線路１５及びスロット１７を備えているアレーアンテナ装置について説明する。

図７は、この発明の実施の形態３によるアレーアンテナ装置を示す断面図である。
この実施の形態３のアレーアンテナ装置の平面図は、上記実施の形態１と同様に、図１である。
図７において、図１及び図２と同一符号は同一又は相当部分を示すので説明を省略する。
第２の誘電体基板１１は、第２の導体地板５における２つの平面のうち、導通部材４が接続されている平面と反対側の平面側に配置されている誘電体基板である。
第３の導体地板１２は、第２の誘電体基板１１における２つの平面のうち、第２の導体地板５が配置されている平面と反対側の平面側に配置されている銅箔の地板である。

第１のストリップ線路１３は、第２の誘電体基板１１の内部において、パッチアンテナ３−１〜３−９のうち、いずれか１つのパッチアンテナ３と対向する位置に設けられているストリップ線路である。
第２のストリップ線路１５は、第２の誘電体基板１１の内部において、パッチアンテナ３−１〜３−９のうち、いずれか１つのパッチアンテナ３と対向する位置に設けられているストリップ線路である。
ビア１４は、第１のストリップ線路１３と、例えば信号の位相及び振幅を調整する調整回路との間を電気的に接続する接続部材である。
ビア１６は、第２のストリップ線路１５と、例えば信号の位相及び振幅を調整する調整回路との間を電気的に接続する接続部材である。

スロット１７は、第２の導体地板５において、パッチアンテナ３−１〜３−９のうち、いずれか１つのパッチアンテナ３と対向する位置に施されている。
スロット１７は、第１のストリップ線路１３及び第２のストリップ線路１５から給電されると、対向する位置のパッチアンテナ３を励振させる。

図８は、図７に示すアレーアンテナ装置における第１のストリップ線路１３と第２のストリップ線路１５とスロット１７との位置関係を示す説明図である。
図８の説明図は、第１のストリップ線路１３と第２のストリップ線路１５とスロット１７とを、図７の紙面下側から紙面上側を透過的に見ている図である。
図７では、図面の簡単化のため、ビア１４、１６が描画されている位置は概略的であり、ビア１４、１６の正確な位置は、図８に示している。

第１のストリップ線路１３は、一端がビア１４と接続されている。
第１のストリップ線路１３は、途中で、２つに分岐されており、第１のストリップ線路１３の２つの分岐線路１３ａは、第１のストリップ線路１３の対称性を保つように、平行に配置されている。
第２のストリップ線路１５は、一端がビア１６と接続されている。
第２のストリップ線路１５は、途中で、２つに分岐されており、第２のストリップ線路１５の２つの分岐線路１５ａは、第２のストリップ線路１５の対称性を保つように、平行に配置されている。
スロット１７の形状は、概ね十字型であり、スロット１７の中心１７ａは、対向する位置のパッチアンテナ３の中心と概ね一致している。

また、２つの分岐線路１３ａの中間点のうち、スロット１７と重なる位置の中間点１３ｂから先端１３ｃに至るまでの長さは、スロット１７の給電効率を高めるため、概ねビームの周波数で４分の１波長の長さである。
２つの分岐線路１５ａの中間点のうち、スロット１７と重なる位置の中間点１５ｂから先端１５ｃに至るまでの長さは、スロット１７の給電効率を高めるため、概ねビームの周波数で４分の１波長の長さである。

次に動作について説明する。
給電線路部１０における第１のストリップ線路１３は、例えば、第１の偏波が給電され、第２のストリップ線路１５は、第１の偏波と直交している第２の偏波が給電される。
給電線路部１０におけるスロット１７は、直交する偏波が励振可能なクロススロット構造であり、第１のストリップ線路１３及び第２のストリップ線路１５から、第１の偏波及び第２の偏波が非接触給電される。
スロット１７は、第１のストリップ線路１３及び第２のストリップ線路１５から第１の偏波及び第２の偏波が非接触給電されると、対向する位置のパッチアンテナ３と結合して、対向する位置のパッチアンテナ３を励振させる。
これにより、スロット１７とパッチアンテナ３は、アンテナとして動作する。

この実施の形態３では、スロット１７を用いて、パッチアンテナ３を励振させているため、交差偏波を抑えたアレーアンテナ装置を実現することが可能である。
また、第１のストリップ線路１３と第２のストリップ線路１５に、直交している偏波が給電されているため、パッチアンテナ３から円偏波を放射することが可能である。

この実施の形態３では、第１の導体地板２が、第１の誘電体基板１の表面に施されている例を示しているが、図９に示すように、第１の導体地板２が、第１の誘電体基板１の裏面に施されていてもよい。
図９は、この発明の実施の形態３による他のアレーアンテナ装置を示す断面図である。
図９において、図１、図４及び図７と同一符号は同一又は相当部分を示している。
第１の導体地板２が、第１の誘電体基板１の裏面に施されている場合でも、第１の導体地板２が、第１の誘電体基板１の表面に施されている場合と同様に、スロット１７が、対向する位置のパッチアンテナ３を励振させることができる。

この実施の形態３では、第１のストリップ線路１３及び第２のストリップ線路１５が、途中で、２つに分岐されている例を示しているが、２つに分岐されているものに限るものではなく、例えば、図１０に示すように、第１のストリップ線路１３及び第２のストリップ線路１５が、直線状の線路であってもよい。
図１０は、第１のストリップ線路１３と第２のストリップ線路１５とスロット１７との位置関係を示す説明図である。

図１０では、第１のストリップ線路１３の中間点１３ｂ及び第２のストリップ線路１５の中間点１５ｂのそれぞれが、スロット１７の中心１７ａと重なるように、第１のストリップ線路１３及び第２のストリップ線路１５が配置されている例を示している。
しかし、これは一例に過ぎず、例えば、図１１に示すように、第１のストリップ線路１３の中間点１３ｂ及び第２のストリップ線路１５の中間点１５ｂのそれぞれが、スロット１７の中心１７ａからオフセットされる位置に、第１のストリップ線路１３及び第２のストリップ線路１５が配置されていてもよい。
図１１は、第１のストリップ線路１３と第２のストリップ線路１５とスロット１７との位置関係を示す説明図である。

実施の形態４．
この実施の形態４では、給電線路部として、第１のストリップ線路２３、第２のストリップ線路２４及びスロット１７を備えているアレーアンテナ装置について説明する。

図１２は、この発明の実施の形態４によるアレーアンテナ装置を示す断面図である。
この実施の形態４のアレーアンテナ装置の平面図は、上記実施の形態１と同様に、図１である。
図１２において、図１及び図５と同一符号は同一又は相当部分を示すので説明を省略する。
第３の誘電体基板２１は、第２の導体地板５における２つの平面のうち、導通部材４が接続されている平面と反対側の平面側に配置されている誘電体基板である。
第３の導体地板２２は、第３の誘電体基板２１における２つの平面のうち、第２の導体地板５が配置されている平面と反対側の平面側に配置されている銅箔の地板である。

第１のストリップ線路２３は、第２の誘電体基板７における２つの平面のうち、第２の導体地板５が配置されている平面と反対側の平面側において、パッチアンテナ３−１〜３−９のうち、いずれか１つのパッチアンテナ３と対向する位置に設けられているストリップ線路である。
第２のストリップ線路２４は、第３の誘電体基板２１の内部において、パッチアンテナ３−１〜３−９のうち、いずれか１つのパッチアンテナ３と対向する位置に設けられているストリップ線路である。

図１２に示すアレーアンテナ装置における第１のストリップ線路２３と第２のストリップ線路２４とスロット１７との位置関係は、上記実施の形態３と同様に、図８、図１０又は図１１で表される位置関係である。

次に動作について説明する。
給電線路部における第１のストリップ線路２３は、例えば、第１の偏波が給電され、第２のストリップ線路２４は、第１の偏波と直交している第２の偏波が給電される。
給電線路部におけるスロット１７は、直交する偏波が励振可能なクロススロット構造であり、第１のストリップ線路２３及び第２のストリップ線路２４から、第１の偏波及び第２の偏波が非接触給電される。
スロット１７は、第１のストリップ線路２３及び第２のストリップ線路２４から第１の偏波及び第２の偏波が非接触給電されると、対向する位置のパッチアンテナ３と結合して、対向する位置のパッチアンテナ３を励振させる。
これにより、スロット１７とパッチアンテナ３は、アンテナとして動作する。

この実施の形態４では、スロット１７を用いて、パッチアンテナ３を励振させているため、交差偏波を抑えたアレーアンテナ装置を実現することが可能である。
また、第１のストリップ線路２３と第２のストリップ線路２４に、直交している偏波が給電されているため、パッチアンテナ３から円偏波を放射することが可能である。

この実施の形態４では、第１の導体地板２が、第１の誘電体基板１の表面に施されている例を示しているが、図１３に示すように、第１の導体地板２が、第１の誘電体基板１の裏面に施されていてもよい。
図１３は、この発明の実施の形態４による他のアレーアンテナ装置を示す断面図である。
図１３において、図１、図６及び図１２と同一符号は同一又は相当部分を示している。 第１の導体地板２が、第１の誘電体基板１の裏面に施されている場合でも、第１の導体地板２が、第１の誘電体基板１の表面に施されている場合と同様に、スロット１７が、対向する位置のパッチアンテナ３を励振させることができる。

実施の形態５．
この実施の形態５では、パッチアンテナ３−１〜３−９が送信又は受信する信号の位相及び振幅を調整する調整回路３２を備えているアレーアンテナ装置について説明する。

図１４は、この発明の実施の形態５によるアレーアンテナ装置を示す断面図である。
この実施の形態５のアレーアンテナ装置の平面図は、上記実施の形態１と同様に、図１である。
図１４において、図１、図２及び図７と同一符号は同一又は相当部分を示すので説明を省略する。
第３の誘電体基板３１は、第３の導体地板１２における２つの平面のうち、第２の誘電体基板１１が配置されている平面と反対側の平面側に配置されている誘電体基板である。
調整回路３２は、第３の誘電体基板３１における２つの平面のうち、第３の導体地板１２が配置されている面と反対側の面に配置されており、ビア１４を介して第１のストリップ線路１３と電気的に接続され、ビア１６を介して第２のストリップ線路１５と電気的に接続されている。
調整回路３２は、パッチアンテナ３−１〜３−９のうち、対向する位置に設けられているいずれか１つのパッチアンテナ３が送信又は受信する信号の位相及び振幅を調整するＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）である。

図１４は、第１の導体地板２が、第１の誘電体基板１の表面に施されている例を示しているが、図９に示すように、第１の導体地板２が、第１の誘電体基板１の裏面に施されているアレーアンテナ装置に、調整回路３２が適用されていてもよい。
また、図１２及び図１３に示すように、給電線路部として、第１のストリップ線路２３、第２のストリップ線路２４及びスロット１７を備えているアレーアンテナ装置に、調整回路３２が適用されていてもよい。
図１２及び図１３に示すアレーアンテナ装置は、第１の誘電体基板１、第２の誘電体基板７及び第３の誘電体基板２１を備えているので、図１４に示す第３の誘電体基板３１は、第４の誘電体基板として扱われる。
また、調整回路３２は、ビア１４を介して第１のストリップ線路２３と電気的に接続され、ビア１６を介して第２のストリップ線路２４と電気的に接続される。

アレーアンテナ装置が調整回路３２を備えることで、所望の方向にビーム走査が可能なアレーアンテナ装置を実現することができる。

実施の形態６．
実施の形態６では、第１の導体地板２に施されているパッチアンテナ３−１〜３−９のそれぞれが第１のパッチアンテナであるとする。
実施の形態６では、第２の誘電体基板７における２つの平面のうち、複数の導通部材４が接続されている平面に第２のパッチアンテナ８−１〜８−９が施されているアレーアンテナ装置について説明する。

図１５は、この発明の実施の形態６によるアレーアンテナ装置を示す断面図である。
実施の形態６のアレーアンテナ装置の平面図は、上記実施の形態１と同様に、図１である。
図１５において、図１、図５及び図６と同一符号は同一又は相当部分を示すので説明を省略する。
第２のパッチアンテナ８−１〜８−９は、第２の誘電体基板７における２つの平面のうち、複数の導通部材４が接続されている平面に施されている。
図１５には、第２のパッチアンテナ８−７〜８−９のみが表記されており、第２のパッチアンテナ８−１〜８−６の記載が省略されている。
第２のパッチアンテナ８−１〜８−９のそれぞれは、第１の誘電体基板１から第２の誘電体基板７側を見たときに、パッチアンテナ３−１〜３−９のそれぞれと重なる位置に配置されている。
第２のパッチアンテナ８−１〜８−９のそれぞれは、パッチアンテナ３−１〜３−９のそれぞれと複共振する。

実施の形態６のアレーアンテナ装置では、第２のパッチアンテナ８−１〜８−９を備えているため、実施の形態１のアレーアンテナ装置よりも、アンテナの共振周波数が広がる。したがって、実施の形態６のアレーアンテナ装置は、実施の形態１のアレーアンテナ装置よりも、広帯域に亘って広角にビーム走査を行うことができる。

図１５に示すアレーアンテナ装置は、第１の導体地板２が、第１の誘電体基板１の表面に施されているアレーアンテナ装置に、第２のパッチアンテナ８−１〜８−９が適用されているものを示している。
しかし、これは一例に過ぎず、図１６に示すように、第１の導体地板２が、第１の誘電体基板１の裏面に施されているアレーアンテナ装置に、第２のパッチアンテナ８−１〜８−９が適用されているものであってもよい。
図１６は、この発明の実施の形態６による他のアレーアンテナ装置を示す断面図である。

実施の形態７．
実施の形態７では、空気層６が第１の空気層、第３の接続導体４ｆが第１のスペーサであり、第２の導体地板５と第２の誘電体基板７との間に第２の空気層９を形成する第２のスペーサを備えているアレーアンテナ装置について説明する。

図１７は、この発明の実施の形態７によるアレーアンテナ装置を示す断面図である。
実施の形態７のアレーアンテナ装置の平面図は、上記実施の形態１と同様に、図１である。
図１７において、図１及び図１５と同一符号は同一又は相当部分を示すので説明を省略する。
第４の接続導体４ｉは、第２の導体地板５と第２の誘電体基板７との間に第２の空気層９を形成する第２のスペーサとして機能する。
ランド４ｊは、第２の接続導体４ｅと第４の接続導体４ｉがハンダで接続される部分である。

実施の形態７のアレーアンテナ装置では、第２のパッチアンテナ８−１〜８−９を備えているため、実施の形態１のアレーアンテナ装置よりも、アンテナの共振周波数が広がる。したがって、実施の形態７のアレーアンテナ装置は、実施の形態１のアレーアンテナ装置よりも、広帯域に亘って広角にビーム走査を行うことができる。
また、実施の形態７のアレーアンテナ装置では、第２の空気層９を備えているため、実施の形態１のアレーアンテナ装置よりも、広角方向に良好な軸比特性が得られる。

図１７に示すアレーアンテナ装置は、第１の導体地板２が、第１の誘電体基板１の表面に施されているアレーアンテナ装置に、第２の空気層９が形成されているものを示している。
しかし、これは一例に過ぎず、図１８に示すように、第１の導体地板２が、第１の誘電体基板１の裏面に施されているアレーアンテナ装置に、第２の空気層９が形成されているものであってもよい。
図１８は、この発明の実施の形態７による他のアレーアンテナ装置を示す断面図である。

実施の形態８．
実施の形態８では、第１のストリップ線路１３及び第２のストリップ線路１５が同一平面に配線されおり、第１のストリップ線路１３及び第２のストリップ線路１５のそれぞれが、パッチアンテナ３−１〜３−９を励振させるアレーアンテナ装置について説明する。

図１９は、この発明の実施の形態８によるアレーアンテナ装置を示す断面図である。
実施の形態８のアレーアンテナ装置の平面図は、上記実施の形態１と同様に、図１である。図１９において、図１、図７及び図９と同一符号は同一又は相当部分を示すので説明を省略する。
図１９に示すアレーアンテナ装置では、第２の誘電体基板１１の内部において、第１のストリップ線路１３及び第２のストリップ線路１５が同一平面に配線されている。
ビア１８は、一端が第１のストリップ線路１３と接続され、他端がアレーアンテナ装置の外側に出ている。
ビア１９は、一端が第２のストリップ線路１５と接続され、他端がアレーアンテナ装置の外側に出ている。
ビア１８とビア１９は、同一の長さである。

図２０は、第１のストリップ線路１３及び第２のストリップ線路１５の位置関係を示す平面図である。
図２０では、第１のストリップ線路１３は、中間点１３ｄが、スロット１７のうち、図中横方向に延びているスロットと重なるように配置されている。
また、図２０では、第２のストリップ線路１５は、中間点１５ｄが、スロット１７のうち、図中縦方向に延びているスロットと重なるように配置されている。

実施の形態８のアレーアンテナ装置では、第１のストリップ線路１３及び第２のストリップ線路１５が同一平面に配線されているので、入力側からみたアンテナのインピーダンス特性が概ね同一となる。したがって、実施の形態８のアレーアンテナ装置は、実施の形態３，４のアレーアンテナ装置よりも、対称性が良好となり、良好な軸比特性が得られる。

なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。

この発明は、複数のパッチアンテナを備えているアレーアンテナ装置に適している。

１ 第１の誘電体基板、２ 第１の導体地板、２ａ 導体削除部、３−１〜３−９ パッチアンテナ、４ 導通部材、４ａ 第１の接続導体、４ｂ 第２の接続導体、４ｃ ランド、４ｄ 第１の接続導体、４ｅ 第２の接続導体、４ｆ 第３の接続導体、４ｇ ランド、４ｈ 第１の接続導体、４ｉ 第４の接続導体、４ｊ ランド、５ 第２の導体地板、６ 空気層、７ 第２の誘電体基板、８−１〜８−９ 第２のパッチアンテナ、９ 第２の空気層、１０ 給電線路部、１１ 第２の誘電体基板、１２ 第３の導体地板、１３ 第１のストリップ線路、１３ａ 分岐線路、１３ｂ 中間点、１３ｃ 先端、１３ｄ 中間点、１４，１６ ビア、１５ 第２のストリップ線路、１５ａ 分岐線路、１５ｂ 中間点、１５ｃ 先端、１５ｄ 中間点、１７ スロット、１７ａ スロットの中心、１８，１９ ビア、２１ 第３の誘電体基板、２２ 第３の導体地板、２３ 第１のストリップ線路、２４ 第２のストリップ線路、３１ 第３の誘電体基板、３２ 調整回路。

Claims (14)

1. 第１の導体地板が表面又は裏面に施されている第１の誘電体基板と、
   前記第１の導体地板に施されている複数のパッチアンテナと、
   前記複数のパッチアンテナのそれぞれを囲むように、一端が前記第１の導体地板と接続されている複数の導通部材と、
   前記複数の導通部材の他端のそれぞれと接続されている第２の導体地板とを備え、
   前記第１の導体地板が、前記第１の誘電体基板の表面に施されていれば、前記複数の導通部材の一部が、前記第１の誘電体基板を貫通し、前記複数の導通部材の残りの部分が、前記第１の誘電体基板と前記第２の導体地板との間に空気層を設けるスペーサとして機能し、
   前記第１の導体地板が、前記第１の誘電体基板の裏面に施されていれば、前記複数の導通部材が、前記第１の導体地板と前記第２の導体地板との間に空気層を設けるスペーサとして機能し、
   複数の前記導通部材のうち、少なくとも２つ以上の前記パッチアンテナと隣接する前記導通部材は、隣接する２つ以上の前記パッチアンテナのそれぞれの中心から等距離の位置に配置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の導体地板が、前記第１の誘電体基板の表面に施されていれば、前記第１の誘電体基板と前記第２の導体地板との間に配置され、前記第１の導体地板が、前記第１の誘電体基板の裏面に施されていれば、前記第１の導体地板と前記第２の導体地板との間に配置されている第２の誘電体基板を備え、
   前記第１の導体地板が、前記第１の誘電体基板の表面に施されていれば、前記複数の導通部材の一部が、前記第１及び第２の誘電体基板を貫通し、前記複数の導通部材の残りの部分が、前記第１の誘電体基板と前記第２の誘電体基板との間に空気層を設けるスペーサとして機能し、
   前記第１の導体地板が、前記第１の誘電体基板の裏面に施されていれば、前記複数の導通部材の一部が、前記第２の誘電体基板を貫通し、前記複数の導通部材の残りの部分が、前記第１の導体地板と前記第２の誘電体基板との間に空気層を設けるスペーサとして機能することを特徴とする請求項１記載のアレーアンテナ装置。
3. 前記第１の導体地板が、前記第１の誘電体基板の表面に施されており、
   前記複数の導通部材のそれぞれは、
   前記第１の誘電体基板を貫通するように設けられ、前記複数のパッチアンテナのいずれかを囲む位置で、一端が前記第１の導体地板と接続されている第１の接続導体と、
   前記第１の接続導体の他端と前記第２の導体地板との間を導通する第２の接続導体とを備え、
   前記第２の接続導体は、前記第１の誘電体基板と前記第２の導体地板との間に空気層を設けるスペーサとして機能することを特徴とする請求項１記載のアレーアンテナ装置。
4. 前記第１の導体地板が、前記第１の誘電体基板の裏面に施されており、
   前記複数の導通部材のそれぞれは、
   前記複数のパッチアンテナのいずれかを囲む位置で、一端が前記第１の導体地板と接続され、他端が前記第２の導体地板と接続されている第１の接続導体であり、
   前記第１の接続導体は、前記第１の導体地板と前記第２の導体地板との間に空気層を設けるスペーサとして機能することを特徴とする請求項１記載のアレーアンテナ装置。
5. 前記第１の導体地板が、前記第１の誘電体基板の表面に施されており、
   前記複数の導通部材のそれぞれは、
   前記第１の誘電体基板を貫通するように設けられ、前記複数のパッチアンテナのいずれかを囲む位置で、一端が前記第１の導体地板と接続されている第１の接続導体と、
   前記第２の誘電体基板を貫通するように設けられ、一端が前記第２の導体地板と接続されている第２の接続導体と、
   前記第１の接続導体の他端と前記第２の接続導体の他端との間を導通する第３の接続導体とを備え、
   前記第３の接続導体は、前記第１の誘電体基板と前記第２の誘電体基板との間に空気層を設けるスペーサとして機能することを特徴とする請求項２記載のアレーアンテナ装置。
6. 前記第１の導体地板が、前記第１の誘電体基板の裏面に施されており、
   前記複数の導通部材のそれぞれは、
   前記複数のパッチアンテナのいずれかを囲む位置で、一端が前記第１の導体地板と接続されている第１の接続導体と、
   前記第２の誘電体基板を貫通するように設けられ、一端が前記第２の導体地板と接続されている第２の接続導体とを備え、
   前記第１の接続導体は、前記第１の導体地板と前記第２の誘電体基板との間に空気層を設けるスペーサとして機能することを特徴とする請求項２記載のアレーアンテナ装置。
7. 前記第２の導体地板における２つの平面のうち、前記複数の導通部材が接続されている平面と反対側の平面側に配置されている第２の誘電体基板と、
   前記第２の誘電体基板における２つの平面のうち、前記第２の導体地板が配置されている平面と反対側の平面側に配置されている第３の導体地板と、
   前記第２の誘電体基板の内部において、前記複数のパッチアンテナのそれぞれと対向する位置に設けられている複数の第１及び第２のストリップ線路と、
   前記第２の導体地板において、前記複数のパッチアンテナのそれぞれと対向する位置に施されている複数のスロットとを備え、
   前記複数のスロットのそれぞれは、前記第１のストリップ線路及び前記第２のストリップ線路のそれぞれから給電されると、対向する位置に設けられている前記パッチアンテナを励振させることを特徴とする請求項１記載のアレーアンテナ装置。
8. 前記第３の導体地板における２つの平面のうち、前記第２の誘電体基板が配置されている平面と反対側の平面側に配置されている第３の誘電体基板と、
   前記第３の誘電体基板における２つの平面のうち、前記第３の導体地板が配置されている面と反対側の面に配置されて、前記複数のパッチアンテナのいずれかと対向する位置に設けられている前記第１及び第２のストリップ線路のそれぞれと電気的に接続されており、前記いずれかのパッチアンテナが送信又は受信する信号の位相及び振幅を調整する複数の調整回路とを備えていることを特徴とする請求項７記載のアレーアンテナ装置。
9. 前記第２の導体地板における２つの平面のうち、前記第２の誘電体基板が配置されている平面と反対側の平面側に配置されている第３の誘電体基板と、
   前記第３の誘電体基板における２つの平面のうち、前記第２の導体地板が配置されている平面と反対側の平面側に配置されている第３の導体地板と、
   前記第２の誘電体基板における２つの平面のうち、前記第２の導体地板が配置されている平面と反対側の平面側において、前記複数のパッチアンテナのそれぞれと対向する位置に設けられている複数の第１のストリップ線路と、
   前記第３の誘電体基板の内部において、前記複数のパッチアンテナのそれぞれと対向する位置に設けられている複数の第２のストリップ線路と、
   前記第２の導体地板において、前記複数のパッチアンテナのそれぞれと対向する位置に施されている複数のスロットとを備え、
   前記複数のスロットのそれぞれは、前記第１のストリップ線路及び前記第２のストリップ線路のそれぞれから給電されると、対向する位置に設けられている前記パッチアンテナを励振させることを特徴とする請求項２記載のアレーアンテナ装置。
10. 前記第３の導体地板における２つの平面のうち、前記第３の誘電体基板が配置されている平面と反対側の平面側に配置されている第４の誘電体基板と、
    前記第４の誘電体基板における２つの平面のうち、前記第３の導体地板が配置されている面と反対側の面に配置されて、前記複数のパッチアンテナのいずれかと対向する位置に設けられている前記第１及び第２のストリップ線路のそれぞれと電気的に接続されており、前記いずれかのパッチアンテナが送信又は受信する信号の位相及び振幅を調整する複数の調整回路とを備えていることを特徴とする請求項９記載のアレーアンテナ装置。
11. 前記複数のパッチアンテナのそれぞれは、形状が円形のパッチアンテナであることを特徴とする請求項１記載のアレーアンテナ装置。
12. 前記第１の導体地板に施されている複数のパッチアンテナのそれぞれが第１のパッチアンテナであり、
    前記第２の誘電体基板における２つの平面のうち、前記複数の導通部材が接続されている平面に複数の第２のパッチアンテナが施されていることを特徴とする請求項２記載のアレーアンテナ装置。
13. 前記空気層が第１の空気層、前記スペーサが第１のスペーサであり、
    前記第２の導体地板と前記第２の誘電体基板との間に第２の空気層を形成する第２のスペーサを備えていることを特徴とする請求項１２記載のアレーアンテナ装置。
14. 第１のストリップ線路及び第２のストリップ線路が、前記第２の誘電体基板内の同一平面に配線されており、前記第１のストリップ線路及び前記第２のストリップ線路のそれぞれが、前記パッチアンテナを励振させることを特徴とする請求項２記載のアレーアンテナ装置。

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