JP6556406B2 - アンテナ装置 - Google Patents

Description

この発明は、アンテナ装置に関するものである。

電磁波を放射するアンテナ装置として、トリプレート線路を備えているアンテナ装置が以下の特許文献１に開示されている。
このアンテナ装置は、開口部が中心に設けられている第１の導電体板と、開口部が中心に設けられている第２の導電体板と、キャビティが中心に設けられている第３の導電体板とが所定の距離を隔てて平行に配置されている。
キャビティが設けられている位置は、第１の導電体板に設けられている開口部及び第２の導電体板に設けられている開口部のそれぞれと対応する位置である。

また、このアンテナ装置は、第１の導電体板と第２の導電体板との間に、第１の給電線路が施されている第１の誘電体板が配置されている。
第１の誘電体板に施されている第１の給電線路の先端は、開口部の中ほどで開放されている。
また、このアンテナ装置は、第２の導電体板と第３の導電体板との間に、第２の給電線路が施されている第２の誘電体板が配置されている。
第２の誘電体板に施されている第２の給電線路の先端は、開口部の中ほどで開放されている。

このアンテナ装置が備えている第１の導電体板と、第１の給電線路と、第３の導電体板とは、第１のトリプレート線路を構成している。
また、このアンテナ装置が備えている第２の導電体板と、第２の給電線路と、第３の導電体板とは、第２のトリプレート線路を構成している。
第１のトリプレート線路を伝搬する電磁波及び第２のトリプレート線路を伝搬する電磁波のそれぞれは、開口部から放射される。

特開平８−１３０４１０号公報

従来のアンテナ装置は、第１の誘電体板及び第２の誘電体板を備えている。このため、電磁波が第１のトリプレート線路及び第２のトリプレート線路を伝搬されたのち、電磁波が開口部から放射される際に、第１の誘電体板及び第２の誘電体板において、誘電損失を生じる。その結果、アンテナ装置から放射される電磁波の電力が低下してしまう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、誘電体板を備えることなく、電磁波を放射又は入射することができるアンテナ装置を得ることを目的とする。

この発明に係るアンテナ装置は、第１の開口が施されている地導体板と、一方の入出力端が第１の開口と接続されるように地導体板と短絡されている第１の導波管と、第１の入出力端が第１の導波管における他方の入出力端と接続されており、第１の入出力端における電磁波の電界の向きと第２の入出力端における電磁波の電界の向きとが９０度異なるように、第１の入出力端又は第２の入出力端から給電された電磁波の電界の向きを曲げる第２の導波管とを備えるようにしたものである。

この発明によれば、一方の入出力端が第１の開口と接続されるように地導体板と短絡されている第１の導波管と、第１の入出力端が第１の導波管における他方の入出力端と接続されており、第１の入出力端における電磁波の電界の向きと第２の入出力端における電磁波の電界の向きとが９０度異なるように、第１の入出力端又は第２の入出力端から給電された電磁波の電界の向きを曲げる第２の導波管とを備えるように構成したので、誘電体板を備えることなく、電磁波を放射又は入射す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によるアンテナ装置を示す斜視図である。 図１のアンテナ装置をｘ方向から見た側面図である。 図１のアンテナ装置における水平偏波に係るコンポーネントを示す分解斜視図である。 図１のアンテナ装置から放射される水平偏波の反射特性の設計値及び実測値のそれぞれを示す説明図である。 図１のアンテナ装置から放射される垂直偏波の反射特性の設計値及び実測値のそれぞれを示す説明図である。 この発明の実施の形態２による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２による他のアンテナ装置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によるアンテナ装置を示す斜視図である。
図３は図１のアンテナ装置をｘ方向から見た側面図である。
図４は図１のアンテナ装置における水平偏波に係るコンポーネントを示す分解斜視図である。
図２では、アンテナ装置の構成を分かり易くするために、後述する水平偏波用回路と垂直偏波用回路との間を図１よりも離して表記している。

図１から図４において、地導体板１は、平板状の導体である。
地導体板１には、第１の開口２−１及び第１の開口２−２と、第２の開口３−１及び第２の開口３−２とがそれぞれ施されている。
第１の開口２−１及び第１の開口２−２は、水平偏波を放射又は入射するためのスロットであり、第１の開口２−１及び第１の開口２−２は、図中、ｘ方向に並んで配置されている。
第１の開口２−１の形状及び第１の開口２−２の形状のそれぞれは、矩形であり、第１の開口２−１の長手方向及び第１の開口２−２の長手方向のそれぞれは、図中、ｙ方向である。
この実施の形態１では、第１の開口２−１と第１の開口２−２が、ｘ方向に２つの並んでいる例を説明するが、第１の開口２は１つであってもよいし、３つ以上の第１の開口２が、ｘ方向に並んでいるものであってもよい。
さらに、２つ以上の第１の開口２が、ｙ方向にも並んで配置されることで、第１の開口２が２次元に配置されているものであってもよい。

第２の開口３−１及び第２の開口３−２は、垂直偏波を放射又は入射するためのスロットであり、第２の開口３−１及び第２の開口３−２は、図中、ｘ方向に並んで配置されている。
第２の開口３−１の形状及び第２の開口３−２の形状のそれぞれは、矩形であり、第２の開口３−１の長手方向及び第２の開口３−２の長手方向のそれぞれは、図中、ｘ方向である。
この実施の形態１では、第２の開口３−１と第２の開口３−２が、ｘ方向に２つの並んでいる例を説明するが、第２の開口３は１つであってもよいし、３つ以上の第２の開口３が、ｘ方向に並んでいるものであってもよい。
さらに、２つ以上の第２の開口３が、ｙ方向にも並んで配置されることで、第２の開口３が２次元に配置されているものであってもよい。

第１の導波管４−１は、２つの入出力端を有しており、第１の導波管４−１における一方の入出力端は、＋ｚ方向側の入出力端であり、第１の導波管４−１における他方の入出力端は、−ｚ方向側の入出力端である。
第１の導波管４−１は、＋ｚ方向側の入出力端が第１の開口２−１と接続されるように地導体板１と短絡されている。
第１の導波管４−１におけるｘ方向の寸法は、ｙ方向の寸法よりも短いため、第１の導波管４−１は、ｘ方向の電界ベクトルを基本モードとする電磁波を伝搬することが可能な矩形導波管である。

第１の導波管４−２は、２つの入出力端を有しており、第１の導波管４−２における一方の入出力端は、＋ｚ方向側の入出力端であり、第１の導波管４−２における他方の入出力端は、−ｚ方向側の入出力端である。
第１の導波管４−２は、＋ｚ方向側の入出力端が第１の開口２−２と接続されるように地導体板１と短絡されている。
第１の導波管４−２におけるｘ方向の寸法は、ｙ方向の寸法よりも短いため、第１の導波管４−２は、ｘ方向の電界ベクトルを基本モードとする電磁波を伝搬することが可能な矩形導波管である。

第２の導波管５−１は、第１の入出力端及び第２の入出力端を有しており、第２の導波管５−１における第１の入出力端は、＋ｚ方向側の入出力端であり、第２の導波管５−１における第２の入出力端は、−ｚ方向側の入出力端である。
第２の導波管５−１は、第１の入出力端が第１の導波管４−１における−ｚ方向側の開口と接続されており、第１の入出力端における電磁波の電界の向きと第２の入出力端における電磁波の電界の向きとが９０度異なるように、第１の入出力端又は第２の入出力端から給電された電磁波の電界の向きを曲げるツイスト導波管である。

第２の導波管５−２は、第１の入出力端及び第２の入出力端を有しており、第２の導波管５−２における第１の入出力端は、＋ｚ方向側の入出力端であり、第２の導波管５−２における第２の入出力端は、−ｚ方向側の入出力端である。
第２の導波管５−２は、第１の入出力端が第１の導波管４−２における−ｚ方向側の開口と接続されており、第１の入出力端における電磁波の電界の向きと第２の入出力端における電磁波の電界の向きとが９０度異なるように、第１の入出力端又は第２の入出力端から給電された電磁波の電界の向きを曲げるツイスト導波管である。
なお、第２の導波管５−１，５−２は、電磁波の電界の向きを直角に曲げることができればよく、第２の導波管５−１，５−２の形状は、図２及び図４に示しているような形状に限るものではない。

第１の分岐導波管６は、３つの入出力端を有しており、第１の分岐導波管６における２つの入出力端は、＋ｚ方向側の入出力端であり、第１の分岐導波管６における１つの入出力端は、−ｚ方向側の入出力端である。
第１の分岐導波管６は、＋ｚ方向側の２つの入出力端における−ｘ方向側の入出力端が第２の導波管５−１における第２の入出力端と接続され、＋ｚ方向側の２つの入出力端における＋ｘ方向側の入出力端が第２の導波管５−２における第２の入出力端と接続されているＴ分岐導波管である。
この実施の形態１では、第１の分岐導波管６における＋ｚ方向側の入出力端が２つである例を説明するが、３つ以上の第２の導波管５がｘ方向に並んでいる場合には、第１の分岐導波管６が、＋ｚ方向側の入出力端として、３つ以上の入出力端を有するものであってもよい。
この場合、第１の分岐導波管６における＋ｚ方向側の３つ以上の入出力端は、３つ以上の第２の導波管５における第２の入出力端とそれぞれ接続される。

テーパー状導体７−１〜７−６は、中心部分が＋ｚ方向に盛り上がっているテーパー形状の導体であり、地導体板１の＋ｚ方向側の面上に設けられている。
テーパー状導体７−ｎ（ｎ＝１，２，・・・，６）は、４つのテーパー部分７−ｎａ（ｎ＝１，２，・・・，６）を備えており、４つのテーパー部分７−ｎａは、テーパー状導体７−ｎの中心部分から＋ｘ方向、−ｘ方向、＋ｙ方向及び−ｙ方向に伸びている。

テーパー状導体７−１〜７−３及びテーパー状導体７−４〜７−６のそれぞれは、図中、ｘ方向に並んで配置されている。
テーパー状導体７−１，７−４、テーパー状導体７−２，７−５及びテーパー状導体７−３，７−６のそれぞれは、図中、ｙ方向に並んで配置されている。

テーパー状導体７−１は、第１の開口２−１及び第２の開口３−１のそれぞれと接続されている。
テーパー状導体７−２は、第１の開口２−１，２−２及び第２の開口３−２のそれぞれと接続されている。
テーパー状導体７−３は、第１の開口２−２と接続されている。
これにより、第１の開口２−１は、テーパー状導体７−１とテーパー状導体７−２との間に配置されている。
また、第１の開口２−２は、テーパー状導体７−２とテーパー状導体７−３との間に配置されている。
テーパー状導体７−４は、第２の開口３−１と接続されている。
テーパー状導体７−５は、第２の開口３−２と接続されている。
これにより、第２の開口３−１は、テーパー状導体７−１とテーパー状導体７−４との間の配置されている。
また、第２の開口３−２は、テーパー状導体７−２とテーパー状導体７−５との間に配置されている。

第３の導波管８−１は、２つの入出力端を有しており、第３の導波管８−１における一方の入出力端は、＋ｚ方向側の入出力端であり、第３の導波管８−１における他方の入出力端は、−ｚ方向側の入出力端である。
第３の導波管８−１は、＋ｚ方向側の入出力端が第２の開口３−１と接続されるように地導体板１と短絡されている。
第３の導波管８−１におけるｘ方向の寸法は、ｙ方向の寸法よりも長いため、第３の導波管８−１は、ｙ方向の電界ベクトルを基本モードとする電磁波を伝搬することが可能な矩形導波管である。

第３の導波管８−２は、２つの入出力端を有しており、第３の導波管８−２における一方の入出力端は、＋ｚ方向側の入出力端であり、第３の導波管８−２における他方の入出力端は、−ｚ方向側の入出力端である。
第３の導波管８−２は、＋ｚ方向側の入出力端が第２の開口３−２と接続されるように地導体板１と短絡されている。
第３の導波管８−２におけるｘ方向の寸法は、ｙ方向の寸法よりも長いため、第３の導波管８−２は、ｙ方向の電界ベクトルを基本モードとする電磁波を伝搬することが可能な矩形導波管である。

第２の分岐導波管９は、３つの入出力端を有しており、第２の分岐導波管９における２つの入出力端は、＋ｚ方向側の入出力端であり、第２の分岐導波管９における１つの入出力端は、−ｚ方向側の入出力端である。
第２の分岐導波管９は、＋ｚ方向側の２つの入出力端における−ｘ方向側の入出力端が第３の導波管８−１における−ｚ方向側の入出力端と接続され、＋ｚ方向側の２つの入出力端における＋ｘ方向側の入出力端が第３の導波管８−２における−ｚ方向側の入出力端と接続されているＴ分岐導波管である。
この実施の形態１では、第２の分岐導波管９における＋ｚ方向側の入出力端が２つである例を説明するが、３つ以上の第３の導波管８がｘ方向に並んでいる場合には、第２の分岐導波管９が、＋ｚ方向側の入出力端として、３つ以上の入出力端を有するものであってもよい。
この場合、第２の分岐導波管９における＋ｚ方向側の３つ以上の入出力端は、３つ以上の第３の導波管８における−ｚ方向側の入出力端とそれぞれ接続される。

なお、第１の導波管４−１，４−２、第２の導波管５−１，５−２及び第１の分岐導波管６から構成される回路は、水平偏波を放射又は入射するための水平偏波用回路である。
また、第３の導波管８−１，８−２及び第２の分岐導波管９から構成される回路は、垂直偏波を放射又は入射するための垂直偏波用回路である。
水平偏波用回路及び垂直偏波用回路は、ｙ方向あるいはｚ方向にスライスされている複数の金属ブロックを削り加工することで、回路を構成する全ての導波管をそれぞれ形成し、形成した全ての導波管をネジ留め又はロウ付けによって積層することで、製造することが可能である。

次に動作について説明する。
最初に、水平偏波用回路が、送信用アンテナとして用いられる場合の動作を説明する。
第１の分岐導波管６における−ｚ方向側の入出力端から、ｙ方向の電界ベクトルを基本モードとする電磁波が給電される。
この電磁波は、第１の分岐導波管６内の空間を＋ｚ方向に伝搬されたのち、２つに電力分配される。
第１の分岐導波管６により分配された一方の電磁波は、＋ｚ方向側の２つの入出力端のうち、−ｘ方向側の入出力端から第２の導波管５−１に出射される。
また、第１の分岐導波管６により分配された他方の電磁波は、＋ｚ方向側の２つの入出力端のうち、＋ｘ方向側の入出力端から第２の導波管５−２に出射される。

第２の導波管５−１は、ツイスト導波管であるため、第１の分岐導波管６から出射された電磁波は、第２の導波管５−１内の空間を伝搬される際、電界ベクトルの向きが直角に曲げられる。
このため、第２の導波管５−１の＋ｚ方向側の入出力端である第１の入出力端から、ｘ方向の電界ベクトルを基本モードとする電磁波が、第１の導波管４−１に出射される。

第２の導波管５−２は、ツイスト導波管であるため、第１の分岐導波管６から出射された電磁波は、第２の導波管５−２内の空間を伝搬される際、電界ベクトルの向きが直角に曲げられる。
このため、第２の導波管５−２の＋ｚ方向側の入出力端である第１の入出力端から、ｘ方向の電界ベクトルを基本モードとする電磁波が、第１の導波管４−２に出射される。

第２の導波管５−１から出射されたｘ方向の電界ベクトルを基本モードとする電磁波は、第１の導波管４−１内の空間を＋ｚ方向に伝搬される。
また、第２の導波管５−２から出射されたｘ方向の電界ベクトルを基本モードとする電磁波は、第１の導波管４−２内の空間を＋ｚ方向に伝搬される。
第１の導波管４−１内の空間を伝搬されたｘ方向の電界ベクトルを基本モードとする電磁波は、第１の開口２−１から空間に放射され、第１の導波管４−２内の空間を伝搬されたｘ方向の電界ベクトルを基本モードとする電磁波は、第１の開口２−２から空間に放射される。
また、第１の導波管４−１，４−２内の空間を伝搬されたｘ方向の電界ベクトルを基本モードとする電磁波は、テーパー状導体７−１〜７−３を介して、空間に放射される。
テーパー状導体７−１〜７−３は、第１の導波管４−１，４−２内のインピーダンスと、空間のインピーダンスとの整合を図る整合回路としての役割を担う。このため、テーパー状導体７−１〜７−３は、アンテナ装置の広帯域化に寄与する。

次に、水平偏波用回路が、受信用アンテナとして用いられる場合の動作を説明する。
空間を伝搬されたｘ方向の電界ベクトルを基本モードとする電磁波は、第１の開口２−１から第１の導波管４−１に入射される。
また、空間を伝搬されたｘ方向の電界ベクトルを基本モードとする電磁波は、第１の開口２−２から第１の導波管４−２に入射される。
第１の導波管４−１に入射された電磁波は、−ｚ方向に伝搬されたのち、−ｚ方向側の入出力端から第２の導波管５−１に出射される。
また、第１の導波管４−２に入射された電磁波は、−ｚ方向に伝搬されたのち、−ｚ方向側の入出力端から第２の導波管５−２に出射される。

第２の導波管５−１は、ツイスト導波管であるため、第１の導波管４−１から出射された電磁波は、第２の導波管５−１内の空間を伝搬される際、電界ベクトルの向きが直角に曲げられる。
このため、第２の導波管５−１の−ｚ方向側の入出力端である第２の入出力端から、ｙ方向の電界ベクトルを基本モードとする電磁波が、第１の分岐導波管６に出射される。

第２の導波管５−２は、ツイスト導波管であるため、第１の導波管４−２から出射された電磁波は、第２の導波管５−２内の空間を伝搬される際、電界ベクトルの向きが直角に曲げられる。
このため、第２の導波管５−２の−ｚ方向側の入出力端である第２の入出力端から、ｙ方向の電界ベクトルを基本モードとする電磁波が、第１の分岐導波管６に出射される。

第２の導波管５−１から出射されたｙ方向の電界ベクトルを基本モードとする電磁波及び第２の導波管５−２から出射されたｙ方向の電界ベクトルを基本モードとする電磁波のそれぞれは、第１の分岐導波管６で電力合成される。
電力合成されたｙ方向の電界ベクトルを基本モードとする電磁波は、第１の分岐導波管６の−ｚ方向側の入出力端から出射される。

次に、垂直偏波用回路が、送信用アンテナとして用いられる場合の動作を説明する。
第２の分岐導波管９における−ｚ方向側の入出力端から、ｙ方向の電界ベクトルを基本モードとする電磁波が給電される。
この電磁波は、第２の分岐導波管９内の空間を＋ｚ方向に伝搬されたのち、２つに電力分配される。
第２の分岐導波管９により分配された一方の電磁波は、＋ｚ方向側の２つの入出力端のうち、−ｘ方向側の入出力端から第３の導波管８−１に出射される。
また、第２の分岐導波管９により分配された他方の電磁波は、＋ｚ方向側の２つの入出力端のうち、＋ｘ方向側の入出力端から第３の導波管８−２に出射される。

第２の分岐導波管９から出射されたｙ方向の電界ベクトルを基本モードとする電磁波は、第３の導波管８−１内の空間を＋ｚ方向に伝搬される。
第３の導波管８−１内の空間を伝搬されたｙ方向の電界ベクトルを基本モードとする電磁波は、第２の開口３−１から空間に放射される。また、第３の導波管８−１内の空間を伝搬されたｙ方向の電界ベクトルを基本モードとする電磁波は、テーパー状導体７−１，７−４を介して、空間に放射される。
テーパー状導体７−１，７−４は、第３の導波管８−１内のインピーダンスと、空間のインピーダンスとの整合を図る整合回路としての役割を担う。このため、テーパー状導体７−１，７−４は、アンテナ装置の広帯域化に寄与する。

第２の分岐導波管９から出射されたｙ方向の電界ベクトルを基本モードとする電磁波は、第３の導波管８−２内の空間を＋ｚ方向に伝搬される。
第３の導波管８−２内の空間を伝搬されたｙ方向の電界ベクトルを基本モードとする電磁波は、第２の開口３−２から空間に放射される。また、第３の導波管８−２内の空間を伝搬されたｙ方向の電界ベクトルを基本モードとする電磁波は、テーパー状導体７−２，７−５を介して、空間に放射される。
テーパー状導体７−２，７−５は、第３の導波管８−２内のインピーダンスと、空間のインピーダンスとの整合を図る整合回路としての役割を担う。このため、テーパー状導体７−２，７−５は、アンテナ装置の広帯域化に寄与する。

次に、垂直偏波用回路が、受信用アンテナとして用いられる場合の動作を説明する。
空間を伝搬されたｙ方向の電界ベクトルを基本モードとする電磁波は、第２の開口３−１から第３の導波管８−１に入射される。
また、空間を伝搬されたｙ方向の電界ベクトルを基本モードとする電磁波は、第２の開口３−２から第３の導波管８−２に入射される。
第３の導波管８−１に入射された電磁波は、−ｚ方向に伝搬されたのち、第３の導波管８−１の−ｚ方向側の入出力端から第２の分岐導波管９に出射される。
また、第３の導波管８−２に入射された電磁波は、−ｚ方向に伝搬されたのち、第３の導波管８−２の−ｚ方向側の入出力端から第２の分岐導波管９に出射される。

第３の導波管８−１から出射されたｙ方向の電界ベクトルを基本モードとする電磁波及び第３の導波管８−２から出射されたｙ方向の電界ベクトルを基本モードとする電磁波のそれぞれは、第２の分岐導波管９で電力合成される。
電力合成されたｙ方向の電界ベクトルを基本モードとする電磁波は、第２の分岐導波管９の−ｚ方向側の入出力端から出射される。

以下、図１のアンテナ装置の電気特性を説明する。
図５は、図１のアンテナ装置から放射される水平偏波の反射特性の設計値及び実測値のそれぞれを示す説明図である。
図６は、図１のアンテナ装置から放射される垂直偏波の反射特性の設計値及び実測値のそれぞれを示す説明図である。
図５及び図６における実測値は、図１のアンテナ装置に対する電磁界シミュレーション結果、あるいは、実験結果である。

図５において、曲線Ａは、水平偏波の反射特性の設計値であり、曲線Ｂは、水平偏波の反射特性の実測値である。
図６において、曲線Ｃは、垂直偏波の反射特性の設計値であり、曲線Ｄは、垂直偏波の反射特性の実測値である。
図５及び図６の横軸は、正規化周波数（Ｎｏｒｍａｌｉｚｅｄ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）である。
図５の縦軸は、水平偏波の反射係数（Ｓ１１）を示し、図６の縦軸は、垂直偏波の反射係数（Ｓ１１）を示している。
水平偏波の反射係数（Ｓ１１）が−１０ｄＢ以下となる帯域は、図５に示すように、約３７％であり、垂直偏波の反射係数（Ｓ１１）が−１０ｄＢ以下となる帯域は、図６に示すように、約２５％であることをそれぞれ確認した。

図１のアンテナ装置は、全ての構成要素が金属である。このため、図１のアンテナ装置は、誘電体を備えているアンテナ装置よりも、放射又は入射する電磁波の電力の損失は小さい。
例えば、図１のアンテナ装置の全ての構成要素がアルミ材である場合、Ｘ帯の周波数帯域では、放射又は入射する電磁波の電力の損失が０．０５ｄＢ程度の小さな損失になることを確認している。

以上で明らかなように、この実施の形態１によれば、一方の入出力端が第１の開口２−１と接続されるように地導体板１と短絡されている第１の導波管４−１と、第１の入出力端が第１の導波管４−１における他方の入出力端と接続されており、第１の入出力端における電磁波の電界の向きと第２の入出力端における電磁波の電界の向きとが９０度異なるように、第１の入出力端又は第２の入出力端から給電された電磁波の電界の向きを曲げる第２の導波管５−１とを備えるように構成したので、誘電体板を備えることなく、電磁波を放射又は入射することができる。その結果、放射又は入射される電磁波の電力の低下を防止することができる。

また、この実施の形態１によれば、一方の入出力端が第２の開口３−１と接続されるように地導体板１と短絡されている第３の導波管８−１を備えるように構成したので、直交している２つの偏波である水平偏波と垂直偏波を放射又は入射することができる効果を奏する。

また、この実施の形態１によれば、第２の導波管５−１，５−２における第２の入出力端のそれぞれと接続される複数の入出力端を有している第１の分岐導波管６と、第３の導波管８−１，８−２における他方の入出力端のそれぞれと接続される複数の入出力端を有している第２の分岐導波管９とを備えるように構成したので、複数のアンテナ素子が２次元に配置されているアレーアンテナを構築することができる。

この実施の形態１では、テーパー状導体７−１〜７−６における４つのテーパー部分７−１ａ〜７−６ａのそれぞれが、直線的に傾斜している例を示しているが、これに限るものではない。
例えば、テーパー状導体７−１〜７−６における４つのテーパー部分７−１ａ〜７−６ａのそれぞれが、傾斜の変化が例えば指数関数によって定義される曲線状のテーパー部分であってもよい。
テーパー状導体７−１〜７−６は、アンテナ装置の広帯域化を図るために設けられているが、テーパー状導体７−１〜７−６は、必須の構成要素ではない。このため、アンテナ装置のｚ方向の長さを短くして、アンテナ装置の低姿勢化を図るために、テーパー状導体７−１〜７−６を除去するようにしてもよい。

この実施の形態１では、アンテナ素子として用いられる開口がｘ方向に２つ並べられ、アンテナ素子として用いられる開口がｙ方向に２つ並べられている例を示している。即ち、地導体板１に第１の開口２−１，２−２及び第２の開口３−１，３−２のそれぞれが施されている例を示している。
ただし、これは一例に過ぎず、ｘ方向に並べる開口の数は、１つ又は３つ以上であってもよい。また、ｙ方向に並べる開口の数は、１つ又は３つ以上であってもよい。

この実施の形態１では、第１の開口２−１，２−２の形状及び第２の開口３−１，３−２の形状のそれぞれが矩形である例を示しているが、これに限るものではない。
例えば、機械切削加工によって、第１の開口２−１，２−２における４つの角及び第２の開口３−１，３−２における４つの角のそれぞれが、丸みづけられていてもよい。
また、この実施の形態１では、第１の開口２−１，２−２の長手方向がｙ方向であり、第２の開口３−１，３−２の長手方向がｘ方向である例を示しているが、第１の開口２−１，２−２の長手方向がｙ方向から傾けられ、第２の開口３−１，３−２の長手方向がｘ方向から傾けられていてもよい。
第１の開口２−１，２−２の長手方向がｙ方向から傾けられる場合、水平偏波用回路についても同様にｙ方向から傾けられる。また、第２の開口３−１，３−２の長手方向がｘ方向から傾けられる場合、垂直偏波用回路についても同様にｘ方向から傾けられる。
この実施の形態１では、第１の開口２−１，２−２及び第２の開口３−１，３−２がｘ方向及びｙ方向に等間隔に並んでいる例を示しているが、これに限るものではない。
例えば、第１の開口２−１，２−２及び第２の開口３−１，３−２の配置間隔のうち、ｘ方向の配置又はｙ方向の配置が不等間隔であってもよい。あるいは、ｘ方向の配置及びｙ方向の配置の双方が不等間隔であってもよい。

この実施の形態１では、直交している２つの偏波である水平偏波と垂直偏波を放射又は入射することが可能なアンテナ装置を示しているが、第３の導波管８−１，８−２及び第２の分岐導波管９から構成される垂直偏波用回路を除いて、水平偏波だけを放射又は入射する単一偏波励振のアンテナ装置としてもよい。
また、第１の導波管４−１，４−２、第２の導波管５−１，５−２及び第１の分岐導波管６から構成される水平偏波用回路を除いて、垂直偏波だけを放射又は入射する単一偏波励振のアンテナ装置としてもよい。

この実施の形態１では、直交している２つの偏波である水平偏波と垂直偏波を放射又は入射することが可能なアンテナ装置を示しているが、図１のアンテナ装置の＋ｚ方向に、メアンダラインポラライザを配置することで、円偏波を放射又は入射することがアンテナ装置としてもよい。

実施の形態２．
地導体板１に施される第１の開口２−１，２−２における長手方向の長さ及び第２の開口３−１，３−２における長手方向の長さは、放射又は入射する電磁波の半波長程度に設定されることが多い。

長手方向の長さが電磁波の半波長程度に設定される場合、２つ以上の第１の開口２を２次元に配列するとともに、２つ以上の第２の開口３を２次元に配列すると、ｘ方向における２つ以上の第１の開口２の間隔が０．５波長以上になり、ｙ方向における２つ以上の第１の開口２の間隔が０．５波長以上になる。
また、ｘ方向における２つ以上の第２の開口３の間隔が０．５波長以上になり、ｙ方向における２つ以上の第２の開口３の間隔が０．５波長以上になる。

第１の開口２及び第２の開口３は、アンテナ素子として用いられ、アンテナ素子の間隔が０．５波長以上になると、電磁波の指向方向によっては、グレーティングローブと呼ばれる不要な電磁波が放射されることがある。グレーティングローブの放射は、アンテナ素子の間隔が大きくなるほど、生じ易くなる。したがって、アンテナ素子の間隔は小さい方が、グレーティングローブの放射の可能性を低減することができる。

そこで、この実施の形態２では、第１の開口２−１，２−２における長手方向の長さ及び第２の開口３−１，３−２における長手方向の長さのそれぞれを、上記実施の形態１よりも短くして、アンテナ素子の間隔を小さくする。
具体的は、図７に示すように、第１の開口２−１，２−２の形状及び第２の開口３−１，３−２の形状のそれぞれをＩ字型にすることで、長手方向の長さを上記実施の形態１よりも短くしている。
図７はこの発明の実施の形態２によるアンテナ装置を示す平面図である。

第１の開口２−１，２−２の形状及び第２の開口３−１，３−２の形状のそれぞれをＩ字型にして、長手方向の長さを上記実施の形態１よりも短くすることで、上記実施の形態１よりも、アンテナ素子の間隔を小さくすることができる。
第１の開口２−１，２−２の形状及び第２の開口３−１，３−２の形状のそれぞれをＩ字型にした場合、形状が矩形である場合と比べて、短手方向の長さが長くなる。

ここでは、第１の開口２−１，２−２の形状及び第２の開口３−１，３−２の形状のそれぞれをＩ字型にする例を示しているが、図８に示すように、第１の開口２−１，２−２の形状及び第２の開口３−１，３−２の形状のそれぞれをＨ字型にしてもよい。
図８はこの発明の実施の形態２による他のアンテナ装置を示す平面図である。
第１の開口２−１，２−２の形状及び第２の開口３−１，３−２の形状のそれぞれをＨ字型にして、長手方向の長さを上記実施の形態１よりも短くすることで、上記実施の形態１よりも、アンテナ素子の間隔を小さくすることができる。
第１の開口２−１，２−２の形状及び第２の開口３−１，３−２の形状のそれぞれをＨ字型にした場合、形状が矩形である場合と比べて、短手方向の長さが長くなる。

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、導波管を備えているアンテナ装置に適している。

１ 地導体板、２−１，２−２ 第１の開口、３−１，３−２ 第２の開口、４−１，４−２ 第１の導波管、５−１，５−２ 第２の導波管、６ 第１の分岐導波管、７−１〜７−６ テーパー状導体、７−１ａ〜７−６ａ テーパー部分、８−１，８−２ 第３の導波管、９ 第２の分岐導波管。

Claims (5)

1. 第１の開口が施されている地導体板と、
   一方の入出力端が前記第１の開口と接続されるように前記地導体板と短絡されている第１の導波管と、
   第１の入出力端が前記第１の導波管における他方の入出力端と接続されており、前記第１の入出力端における電磁波の電界の向きと第２の入出力端における電磁波の電界の向きとが９０度異なるように、前記第１の入出力端又は前記第２の入出力端から給電された電磁波の電界の向きを曲げる第２の導波管と
   を備えたアンテナ装置。
2. 長手方向が前記第１の開口の長手方向と直交している第２の開口が前記地導体板に施されており、
   一方の入出力端が前記第２の開口と接続されるように前記地導体板と短絡されている第３の導波管を備えたことを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
3. 前記第３の導波管が複数設けられており、
   前記複数の第３の導波管における他方の入出力端のそれぞれと接続される複数の入出力端を有している第２の分岐導波管を備えたことを特徴とする請求項２記載のアンテナ装置。
4. 前記第１の開口の形状及び前記第２の開口の形状のそれぞれがＩ字型であることを特徴とする請求項２記載のアンテナ装置。
5. 前記第１の開口の形状及び前記第２の開口の形状のそれぞれがＨ字型であることを特徴とする請求項２記載のアンテナ装置。

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