WO2014045519A1 - アレーアンテナ装置 - Google Patents

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WO2014045519A1
WO2014045519A1 PCT/JP2013/004996 JP2013004996W WO2014045519A1 WO 2014045519 A1 WO2014045519 A1 WO 2014045519A1 JP 2013004996 W JP2013004996 W JP 2013004996W WO 2014045519 A1 WO2014045519 A1 WO 2014045519A1
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WO
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array antenna
loop
loop element
strip conductor
planar array
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Application number
PCT/JP2013/004996
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English (en)
French (fr)
Inventor
宇野　博之
祐一 樫野
Original Assignee
パナソニック株式会社
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Publication date
Application filed by パナソニック株式会社 filed Critical パナソニック株式会社
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Priority to JP2014513609A priority patent/JP6145733B2/ja
Priority to US14/361,687 priority patent/US9806419B2/en
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q7/00—Loop antennas with a substantially uniform current distribution around the loop and having a directional radiation pattern in a plane perpendicular to the plane of the loop
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/0006—Particular feeding systems
    • H01Q21/0018—Space- fed arrays
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/0006—Particular feeding systems
    • H01Q21/0075—Stripline fed arrays
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/06—Arrays of individually energised antenna units similarly polarised and spaced apart
    • H01Q21/08—Arrays of individually energised antenna units similarly polarised and spaced apart the units being spaced along or adjacent to a rectilinear path
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/36—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith
    • H01Q1/38—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith formed by a conductive layer on an insulating support

Definitions

  • This disclosure relates to an array antenna device that radiates radio waves.
  • FIG. 19A is a plan view showing a configuration of a conventional patch array antenna in which four patch elements 502a, 502b, 502c, and 502d and a feeding circuit are arranged on the plane of the dielectric substrate 501.
  • FIG. 19B is a cross-sectional view of the dielectric substrate 501.
  • each patch element 502a, 502b, 502c, 502d is arranged as a radiating element on one surface of the dielectric substrate 501, and the other of the dielectric substrate 501 is arranged on the other surface.
  • a ground conductor 503 is disposed on the surface.
  • Each patch element 502a, 502b, 502c, 502d is fed through a branch circuit 504 formed as a microstrip line.
  • the patch array antenna shown in FIGS. 19A and 19B can realize high gain radiation characteristics with a thin structure.
  • FIG. 20 is a perspective view showing a configuration of a loop line array antenna as a conventional array antenna apparatus.
  • the radiation cells 603a, 603b, 603c, 603d, and 603e as the loop-shaped radiation elements formed at regular intervals.
  • 603f, 603g, and 603h are the radiation cells 603a, 603b, 603c, 603d, and 603e as the loop-shaped radiation elements formed at regular intervals.
  • each radiation cell 603a, 603b, 603c, 603d, 603e, 603f, 603g, 603h is about one wavelength of the radiated radio wave, and the interval between adjacent radiant cells is also about one wavelength of the radiated radio wave. It is.
  • the loop line array antenna shown in FIG. 20 can radiate a good circularly polarized wave by reducing the number of radiating cells with a simple feeding structure.
  • the present inventors examined an array antenna device that radiates radio waves.
  • the patch array antenna shown in FIG. 19A requires a branch circuit for supplying power to the patch element, and the power supply circuit itself is complicated. For this reason, a large mounting area is required as the array antenna device, and there is a problem that the array antenna device is enlarged.
  • Non-Patent Document 1 it is structurally difficult to widely control the radiation amount (for example, the signal amplitude of the radio wave) from each radiating element. It was difficult to suppress the side lobes for the beam.
  • the radiation amount for example, the signal amplitude of the radio wave
  • the present disclosure aims to provide an array antenna device that suppresses side lobes with respect to the main beam and realizes high gain radiation with a simple configuration in order to solve the above-described conventional problems.
  • the present disclosure includes a substrate, a strip conductor formed on one surface of the substrate, a plurality of loop elements formed on one surface of the substrate, and a conductor plate formed on the other surface of the substrate.
  • Each of the loop elements has a perimeter corresponding to about one wavelength of the radiated radio wave, is disposed at a position electromagnetically coupled to the strip conductor, and has the one wavelength along the strip conductor. They are arranged at intervals.
  • side lobes with respect to the main beam can be suppressed and high gain radiation can be realized.
  • the perspective view which shows the structure of the planar array antenna of 1st Embodiment (A) The perspective view which shows the external appearance of a planar array antenna, (B) The top view of a planar array antenna, (C) The sectional view of a planar array antenna Diagram explaining the radiation principle of radio waves from loop elements
  • the figure which shows the radiation pattern of a planar array antenna (A) The radiation pattern in the XZ plane shown in FIG. 1, (B) The radiation pattern in the YZ plane shown in FIG.
  • the top view which shows the vicinity of a loop element at the time of connecting a strip conductor and a loop element directly (physically) using a connection element 5 is a graph showing a change in the amount of radiated power with respect to the distance S between the strip conductor and the loop element in the loop element of FIG.
  • FIG. 2 is a graph showing the change in the amount of radiated power when the element width W of the loop element is changed in the loop element of FIG.
  • a plan view showing the vicinity of a rectangular loop element 24 The top view which shows the vicinity of the loop element 34 which changed the position to be cut off
  • the top view which shows the vicinity of the loop element 44 at the time of providing the perturbation element 91 The perspective view which shows the structure of the planar array antenna of 2nd Embodiment.
  • the top view which shows the vicinity of the loop element of the planar array antenna of 2nd Embodiment
  • the graph which shows the amount of radiated electric power and reflected electric energy with respect to the space
  • the perspective view which shows the structure of the planar array antenna of 3rd Embodiment.
  • the perspective view which shows the structure of the planar array antenna using the loop element from which a circular polarization characteristic is acquired (A) A plan view showing a configuration of a planar array antenna that uniformly excites each loop element, and (B) a diagram showing a configuration of a planar array antenna having a different radiation power ratio for each loop element.
  • A A table showing the ratio of the radiated power in each loop element of the planar array antenna 150 shown in FIG. 16A and the ratio of the radiated power to each input power
  • B the planar array antenna 160 shown in FIG. Table showing the ratio of radiated power in each loop element and the ratio of radiated power to each input power
  • Graph showing each radiation pattern in the YZ plane of a planar array antenna
  • A A plan view showing a configuration of a conventional patch array antenna in which four patch elements and a feeding circuit are arranged on a plane of a dielectric substrate, and (B) a sectional view of the dielectric substrate. The perspective view which shows the structure of the loop line array antenna as the conventional array antenna apparatus.
  • A Plan view showing the configuration of a microstrip array antenna as a conventional array antenna device
  • B Cross section of dielectric substrate
  • A The top view which shows the vicinity of the closed loop element 54 electrically connected with the conductor plate 13 via the electroconductive connection part 51
  • B It is electrically connected with the conductor plate 13 via the electroconductive connection part 51.
  • Sectional drawing which shows the vicinity of the made closed loop element 54
  • the perspective view which shows the structure of the planar array antenna of 5th Embodiment.
  • FIG. 21A is a plan view showing a configuration of a microstrip array antenna as a conventional array antenna device.
  • FIG. 21B is a cross-sectional view of the dielectric substrate 702.
  • a feeding strip line 703 and ten radiating antenna elements 704a, 704b, 704c, 704d, 704e, 704f, 704g, 704h, 704i, and 704j are formed, and a ground conductor layer 701 is formed on the other surface of the dielectric substrate 702.
  • the ten radiation antenna elements 704a, 704b, 704c, 704d, 704e, 704f, 704g, 704h, 704i, and 704j have a shape protruding from the feeding strip line 703 extending linearly.
  • the radiating antenna elements 704a, 704b, 704c, 704d, and 704e provided on one side of the feed strip line 703 have an interval of about one wavelength of the radiated radio wave from the adjacent radiating antenna elements. And is inclined in the direction of about 45 degrees with respect to the feeding strip line 703.
  • the length L of each of the radiating antenna elements 704a, 704b, 704c, 704d, and 704e is about 1 ⁇ 2 wavelength.
  • the radiating antenna elements 704f, 704g, 704h, 704i, and 704j provided on the other side of the feeding strip line 703 are radiated antenna elements 704a, 704b, 704c, 704d, and 704e, respectively. They are formed in parallel and are inclined in the direction of about ⁇ 135 degrees with respect to the feeding strip line 703.
  • the radiating antenna elements 704a, 704b, 704c, 704d, and 704e and the radiating antenna elements 704f, 704g, 704h, 704i, and 704j are arranged with a shift of 1 ⁇ 2 wavelength.
  • the power input to the input end 705 of the feeding strip line 703 is sequentially applied to the radiating antenna elements 704a, 704f, 704b, 704g,... 704e, 704j. Radio waves are radiated by combining them. That is, the microstrip array antenna radiates 45-degree polarized waves.
  • the amount of radiation from each radiation antenna element can be adjusted by changing the lateral width Wo of the radiation antenna elements 704a, 704b, 704c, 704d, 704e, 704f, 704g, 704h, 704i, and 704j.
  • the amount of radiation in one radiation antenna element is about 50% at most with respect to the input power, and many radiation antenna elements are required for designing an array antenna device that radiates a high-frequency signal (for example, millimeter wave). And the structure of the entire array antenna apparatus becomes complicated.
  • planar array antenna of each embodiment is used for wireless communication or wireless positioning, for example, and has a microstrip line structure.
  • FIGS. 1A, 1B, and 1C are perspective views showing the configuration of the planar array antenna 10 of the first embodiment.
  • FIG. 1A is a perspective view showing the appearance of the planar array antenna 10.
  • FIG. 1B is a plan view of the planar array antenna 10.
  • FIG. 1C is a cross-sectional view of the planar array antenna 10. 1A to 1C, the longitudinal direction of the planar array antenna 10 is defined as the Y direction, the width direction of the planar array antenna 10 is defined as the X direction, and the thickness direction of the planar array antenna 10 is defined as the Z direction.
  • the planar array antenna 10 includes a dielectric substrate 11, a strip conductor 12 formed on one surface of the dielectric substrate 11, a plurality of loop elements 14a to 14e formed on one surface of the dielectric substrate 11, And a conductor plate 13 disposed on the other surface of the dielectric substrate 11.
  • the dielectric substrate 11 as a substrate is, for example, a double-sided copper-clad substrate having a thickness t and a relative dielectric constant ⁇ r.
  • the strip conductor 12 is formed by, for example, a copper foil pattern on one surface of the dielectric substrate 11.
  • the conductor plate 13 is formed by a copper foil pattern on the other surface of the dielectric substrate 11, for example.
  • the strip conductor 12 and the conductor plate 13 constitute a microstrip line.
  • the plurality of loop elements 14a, 14b, 14c, 14d, and 14e are formed on the surface of the dielectric substrate 11 on which the strip conductor 12 is formed, and are circular conductors having a radius R and an element width W.
  • Each of the loop elements 14a, 14b, 14c, 14d, and 14e is arranged with a loop element interval D from an adjacent loop element.
  • Each of the loop elements 14a, 14b, 14c, 14d, and 14e has an open loop structure in which a part of a circle is cut out and the perimeter is about one wavelength of the radiated radio wave.
  • each of the loop elements 14a, 14b, 14c, 14d, and 14e is arranged at a predetermined distance S from the strip conductor 12, so that the strip conductor 12 and the loop element 14a are arranged.
  • 14b, 14c, 14d, and 14e are electromagnetically coupled (see FIG. 1B).
  • the electric power input to the input terminal 15 of the strip conductor 12 is caused to be loop elements 14a, 14b, 14c, 14d, and the like by electromagnetic coupling between the strip conductor 12 and each of the loop elements 14a, 14b, 14c, 14d, 14e. 14e in this order. That is, the planar array antenna 10 operates as an array antenna apparatus using the loop elements 14a, 14b, 14c, 14d, and 14e as radiating elements.
  • Each loop element 14a, 14b, 14c, 14d, 14e has a high directivity gain because its perimeter is about one wavelength of the radiated radio wave. Therefore, even if the planar array antenna 10 has a simple structure in which a small number of loop elements are arranged, a high gain can be obtained.
  • each loop element 14a, 14b, 14c, 14d, 14e is excited in the same phase, and + Z
  • the radiation directivity of the beam having the maximum gain in the direction can be realized.
  • FIG. 2 is a diagram for explaining the radiation principle of radio waves from the loop element 14a.
  • the loop element 14a is extracted from the five loop elements, but the principle of radiation of radio waves from the other loop elements is the same.
  • the electric power Pin input to the input terminal 15 is partly radiated from the loop element 14a due to electromagnetic coupling between the strip conductor 12 and the loop element 14a.
  • the opening 21 of the loop element 14a at a position shifted in the 90 ° + Y direction from the position closest to the strip conductor 12, the current 22a in the direction indicated by the arrow a and the arrow b are provided on the loop element 14a.
  • the loop element 14a operates as a radiating element having a polarization in the Y-axis direction parallel to the strip conductor 12.
  • FIG. 2 the case where the + Y direction side of the loop element 14a is cut out has been described. However, even when the ⁇ Y direction side is cut out, similarly, the polarization characteristic in the Y-axis direction parallel to the strip conductor 12 is also illustrated. Sex is obtained.
  • the power other than the radiated power in the loop element 14a includes the transmitted power Pth and the reflected power Pref that returns to the input terminal 15 due to impedance mismatch between the strip conductor 12 and the loop element 14a. Therefore, the radiated power from the loop element 14a is a value obtained by subtracting the transmitted power Pth and the reflected power Pref from the input power (input power) Pin. Further, the transmitted power Pth becomes the input power of the loop element 14b, and the subsequent loop elements 14c, 14d, and 14e operate similarly.
  • FIG. 3A and 3B are diagrams showing the radiation pattern of the planar array antenna 10.
  • FIG. 3A shows a radiation pattern of the horizontal E ⁇ polarization component in the XZ plane shown in FIG.
  • FIG. 3B shows a radiation pattern of the vertical E ⁇ polarization component in the YZ plane shown in FIG. 3A and 3B
  • reference symbols e1 and e2 indicate directions of maximum gains
  • reference symbols f1 and f2 indicate directions of half widths that are 3 [dB] lower than the maximum gain
  • reference symbols g1 indicate side lobes. Indicates maximum gain.
  • the loop elements 14a, 14b, 14c, 14d, and 14e are arranged at intervals of one wavelength, so that excitation occurs in the same phase, and the Z direction becomes the maximum radiation direction. Further, the planar array antenna 10 has a narrow beam radiation characteristic in the YZ plane.
  • each loop element is provided with a notch so as to be an open loop, whereby current is generated in the loop elements 14 a, 14 b, 14 c, 14 d, and 14 e, and the same direction as the propagation direction of the strip conductor 12.
  • Polarization that is, + Y-axis direction polarization can be obtained.
  • FIG. 4 is a graph showing changes in the amount of radiated power, the amount of transmitted power, and the amount of reflected power with respect to the distance S between the strip conductor 12 and the loop element 14a.
  • Each electric energy is represented by a ratio [%] where the input electric energy is 100%.
  • the radiated power amount 31 is represented by a solid line
  • the transmitted power amount 32 is represented by a dotted line
  • the reflected power amount 33 is represented by a one-dot chain line.
  • the thickness t of the dielectric substrate 11 is 0.067 ⁇ ( ⁇ : free space wavelength at the operating frequency), the relative dielectric constant ⁇ r of the dielectric substrate 11 is 2.2, and the radius R of the loop element 14a. Is 0.12 ⁇ , and the element width W of the loop element 14a is 0.04 ⁇ .
  • the radiated power increases as the interval S decreases. This is because when the distance S is narrow, the electromagnetic coupling between the strip conductor 12 and the loop element 14a becomes strong. Further, when the interval S is narrowed, the reflected power also tends to increase, so that the radiated power increases but the radiation efficiency decreases.
  • the planar array antenna 10 of the first embodiment can adjust the radiated power of each loop element 14 by changing the distance S between the strip conductor 12 and each loop element 14.
  • the excitation distribution can be adjusted. Therefore, the planar array antenna 10 of the present embodiment can achieve high gain radiation by suppressing the side lobe level with respect to the main beam and controlling the directivity.
  • FIG. 5 is a plan view showing the vicinity of the loop element 14 a when the strip conductor 12 and the loop element 14 a are directly (physically) connected using the connection element 41.
  • connection element 41 By directly connecting the strip conductor 12 and the loop element 14a using the connection element 41, the electromagnetic coupling between the strip conductor 12 and the loop element 14a can be further strengthened, and the radiation power from the loop element 14a can be increased. .
  • FIG. 6 is a graph showing changes in the amount of radiated power 52 with respect to the distance S between the strip conductor 12 and the loop element 14a in the loop element 14a shown in FIG.
  • the element width Wc of the connection element 41 is 0.026 ⁇
  • the distance Sc from the center of the loop element 14a to the connection element 41 is 0.026 ⁇ .
  • the amount of radiated power 52 from the loop element 14a is equal to the amount of radiated power 31 shown in FIG. Compared to this, it is increasing.
  • FIG. 7 is a graph showing changes in the amount of radiated power 61 when the element width W of the loop element 14a is changed in the loop element 14a shown in FIG.
  • the distance S between the strip conductor 12 and the loop element 14a is 0.032 ⁇ .
  • the amount of radiated power 61 from the loop element 14a can be adjusted also by changing the element width W.
  • the adjustment range of the radiated power from the loop element combines the connection method between the strip conductor and the loop element and the change in the element width of the loop element, in addition to changing the distance between the strip conductor and the loop element. Can be enlarged.
  • planar array antenna 10 of this modification can expand the adjustment range of the radiated power amount of each loop element 14a, 14b, 14c, 14d, 14e, and the required radiation according to the design specifications of the planar array antenna. Radio wave directivity can be realized.
  • FIG. 8 is a diagram showing a configuration in the vicinity of the rectangular loop element 24.
  • the loop element 24 shown in FIG. 8 has an open loop structure in which a part is cut out and the peripheral length is about one wavelength of the radiated radio wave, similarly to the loop element 14a shown in FIG.
  • the polarization direction can be adjusted as appropriate by changing the position (angle ⁇ ) at which the loop element is cut out.
  • the planar array antenna 10 can radiate polarized waves in the + X-axis direction.
  • a closed loop structure may be provided by providing a perturbation element in the loop element.
  • FIG. 10 is a plan view showing the vicinity of the loop element 44 provided with the perturbation element 91.
  • the loop element 44 can radiate circularly polarized waves.
  • the element width Wp of the perturbation element 91 is 0.026 ⁇
  • the element length Lp is 0.094 ⁇
  • the angle ⁇ is 30 degrees
  • right-handed polarization can be emitted.
  • FIG. 22A is a plan view showing the vicinity of the closed loop element 54 that is electrically connected to the conductor plate 13 through the conductive connection portion 51.
  • FIG. 22B is a cross-sectional view showing the vicinity of the closed loop element 54 that is electrically connected to the conductor plate 13 via the conductive connection portion 51. 22A and 22B, a part of the closed loop element 54 is electrically connected to the conductor plate 13 through the conductive connection portion 51.
  • planar array antenna 10 of the present modification can generate various polarizations by adjusting the position where the loop element is notched or by adding a perturbation element without having a notch. Design flexibility according to the required specifications can be secured.
  • the planar array antenna 10 has been described in which the radiated power increases while the reflected power increases as the distance S between the strip conductor 12 and the loop element 14a decreases.
  • the second embodiment an example of a planar array antenna that reduces reflected power will be described.
  • FIG. 11 is a perspective view showing a configuration of the planar array antenna 100 according to the second embodiment. Since the planar array antenna 100 of the present embodiment has a configuration similar to that of the planar array antenna 10 of the first embodiment, the same reference numerals are used for the same components as those of the planar array antenna 10 of the first embodiment. The description will be omitted and different contents will be described.
  • the planar array antenna 100 has a configuration in which matching elements 101a, 101b, 101c, 101d, and 101e are further arranged on the strip conductor 12 in the planar array antenna 10 of the first embodiment.
  • the matching elements 101a, 101b, 101c, 101d, and 101e are directed from the strip conductor 12 in a direction (+ X axis direction or ⁇ X axis direction) perpendicular to the longitudinal direction (+ Y axis direction or ⁇ Y axis direction) of the strip conductor 12
  • the protrusions are formed so as to correspond to the respective loop elements 14a, 14b, 14c, 14d, and 14e.
  • FIG. 12 is a plan view showing the vicinity of the loop element 14a of the planar array antenna 100 of the second embodiment.
  • the electric power Pin input to the input terminal 15 is partly radiated from the loop element 14a due to electromagnetic coupling between the strip conductor 12 and the loop element 14a. That is, the current 112a and the current 112b are generated in the loop element 14a as in the first embodiment, and the power from the loop element 14a is radiated.
  • the power other than the radiated power in the loop element 14a is divided into the transmitted power Pth and the reflected power Pref that returns to the input terminal 15 due to impedance mismatch between the strip conductor 12 and the loop element 14a.
  • the transmitted power Pth becomes the reflected power Pref1 that is partly reflected by the impedance mismatch based on the arrangement of the matching element 101a and returns to the input terminal 15, but most of the transmitted power Pth is transmitted on the strip conductor 12 as the transmitted power Pth1. Propagate.
  • the length Sr of the matching element 101a, the element width Wr, and the center position of the loop element 14a so that the reflected power Pref from the loop element 14a and the reflected power Pref1 from the matching element 101a are in opposite phases.
  • the distance Dr is determined. That is, the shape and position of the matching element 101a are determined so that a reflected wave having an opposite phase that suppresses the reflected wave from the loop element 14a is generated.
  • the planar array antenna 100 of this embodiment can reduce the electric energy reflected to the input end 15 side, and can improve radiation efficiency.
  • the loop element 14b operates in the same manner as the loop element 14a using the transmission power Pth1 as input power of the loop element 14b. After the loop element 14b, the same operation is sequentially performed up to the loop element 14e.
  • FIG. 13 is a graph showing the amount of radiated power and the amount of reflected power with respect to the distance S between the strip conductor 12 and the loop element 14a.
  • the graph shown in FIG. 13 shows each characteristic of the amount of radiated power and the amount of reflected power according to the presence or absence of the matching element 101a.
  • the vertical axis on the left side of FIG. 13 indicates the amount of radiated power [%]
  • the vertical axis on the right side of FIG. 13 indicates the amount of reflected power [%].
  • the solid line radiated power 121 and the dashed-dotted line reflected power 123 indicate characteristics when the matching element 101a is not provided (see FIG. 2).
  • the dotted line radiated power 122 and the two-dot chain line reflected power 124 show the characteristics when the matching element 101a is present (see FIG. 12).
  • the planar array antenna 100 can reduce the amount of reflected power and can increase the amount of radiated power by providing the matching element 101a.
  • the planar array antenna 100 of the second embodiment is provided with the matching elements 101a, 101b, 101c, 101d, and 101e on the strip conductor 12, and the reflection from the loop elements 14a, 14b, 14c, 14d, and 14e.
  • a reflected power amount that suppresses the power amount is generated in each matching element.
  • the planar array antenna 100 of the present embodiment can reduce the amount of reflected power and increase the amount of radiated power, so that the radiation efficiency can be further improved as compared with the planar array antenna 10 of each of the embodiments described above.
  • the power input to the input end 15 is radiated by electromagnetic coupling sequentially in the loop elements 14a, 14b, 14c, 14d, and 14e, and therefore propagates through the strip conductor 12.
  • the power gradually decays.
  • FIG. 14 is a perspective view showing the configuration of the planar array antenna 130 in the third embodiment. Since the planar array antenna 130 of the third embodiment has a configuration similar to that of the planar array antenna 100 of the second embodiment, the same components as those of the planar array antenna 100 of the second embodiment have the same reference numerals. The description will be omitted by using, and different contents will be described.
  • the planar array antenna 130 has a configuration in which the microstrip antenna element 131 is arranged on the output side (termination) of the strip conductor 12 in the planar array antenna 100 of the second embodiment.
  • the microstrip antenna element 131 as a strip antenna element inputs the transmitted power that has passed through the loop element 14e, and radiates radio waves according to the residual power that was not radiated from each of the loop elements 14a, 14b, 14c, 14d, and 14e. To do.
  • the planar array antenna 130 of the third embodiment causes the microstrip antenna element 131 to radiate radio waves using the residual power that is transmitted without being radiated from the loop element 14e. Therefore, the planar array antenna 130 of this embodiment can further improve the radiation efficiency as compared with the planar array antenna of each embodiment described above.
  • the antenna element disposed on the output side is a rectangular microstrip antenna element.
  • a circular microstrip antenna element may be used, and similar effects can be obtained.
  • FIG. 15 is a perspective view showing a configuration of a planar array antenna 140 using loop elements 141a, 141b, 141c, 141d, and 141e that can obtain circular polarization characteristics.
  • the planar array antenna 140 further includes a loop element 141a, 141b, 141c, 141d, 141e having a perturbation element, and a microstrip antenna element 142 having a perturbation element that is partially cut away.
  • the microstrip antenna element 142 receives the transmitted power that has passed through the loop element 141e, and radiates a radio wave corresponding to the residual power that was not radiated from each of the loop elements 141a, 141b, 141c, 141d, and 141e.
  • planar array antenna 140 of the present modification can obtain radiation efficiency equivalent to that of the planar array antenna 130 of the third embodiment, and can further have circular polarization characteristics.
  • the plane in which the conditions of the loop elements (for example, the radius R, the element width W, and the distance S from the strip conductor 12) in the planar array antenna of each embodiment described above or a modification of each embodiment are combined.
  • An example of an array antenna will be described by comparing a case where uniform excitation is performed for each loop element and a case where the radiated power ratio is different for each loop element.
  • Uniform excitation is radiation in which the ratio of the input power to each loop element and the radiation power (radiation power ratio) is the same in all loop elements.
  • FIG. 16A is a plan view showing a configuration of a planar array antenna 150 that uniformly excites the loop elements 151a, 151b, 151c, 151d, and 151e.
  • FIG. 17A is a table showing the radiated power ratio in each loop element 151a, 151b, 151c, 151d, 151e of the planar array antenna 150 shown in FIG. 16A and the ratio of radiated power to each input power. It is.
  • each loop element 151a, 151b, 151c, 151d, 151e is, for example, , 16.2% to 49.7%.
  • the distance S between each loop element 151a, 151b, 151c, 151d, 151e and the strip conductor 12, and the loop element width W Adjust.
  • the distance S from the strip conductor 12 is wide and the loop element width W is large.
  • the loop element 151e the distance S from the strip conductor 12 is short, and the loop element width W is small.
  • the length Sr, the element width Wr, and the distance Dr from the center position of the loop element 14 of the matching element 152 are set to the corresponding loop elements 151 (151a, 151b, 151c, 151d). , 151e), in order to generate a reflected wave having an opposite phase to that of the reflected wave.
  • the side lobes of the radio waves radiated from the planar array antenna 150 increase.
  • the side lobe of the radiated radio wave can be suppressed by setting the radiation power ratios from the loop elements 151a, 151b, 151c, 151d, and 151e to be different.
  • FIG. 16B is a diagram showing a configuration of a planar array antenna having a different radiation power ratio for each loop element.
  • FIG. 17B is a table showing the radiated power ratio in each loop element of the planar array antenna 160 shown in FIG. 16B and the ratio of radiated power to each input power.
  • each loop element 161a, 161b, 161c, 161d is different from the uniform excitation shown in FIG. 161e is set over a wide range from 8.7% to 63.7%.
  • the planar array antenna 160 of the present embodiment in addition to changing the distance S between the strip conductor and the loop element, the connection method between the strip conductor and the loop element, the change in the element width W of the loop element, the matching element
  • the length Sr of (162a, 162b, 162c, 162d, 162e) the element width Wr, and the distance Dr from the center position of the loop element 14
  • the plane of each embodiment described above or a modified example of each embodiment The side lobes with respect to the main beam of radio waves radiated from the array antenna can be further reduced.
  • planar array antenna 160 of the present embodiment can increase the adjustment range of the radiated power amount from each of the loop elements 161a, 161b, 161c, 161d, 161e, and the radio wave having the radiated power amount shown in FIG. Can be emitted.
  • the planar array antenna 160 has a distance S between the strip conductor and each loop element and a direct connection between the strip conductor and the loop element with respect to each loop element 161a, 161b, 161c, 161d, 161e. Further, the presence / absence of the connection, the element width W of each loop element is changed as appropriate, and the length Sr, the element width Wr of the matching element 162 and the distance Dr from the center position of the loop element 14 are appropriately adjusted and combined. Thereby, the planar array antenna 160 of the present embodiment adjusts the amount of radiated power from each loop element, and compared with the planar array antenna of each embodiment described above or the modification of each embodiment, the side lobe for the main beam. Can be further suppressed.
  • the distance S between the strip conductors 12 is wider than the distance S between the other loop elements 161b, 161c, 161d, 161e and the strip conductor 12, and compared with the other loop elements 161d, 161e.
  • the loop element width W is large.
  • the loop element 161e is directly (physically) connected to the strip conductor 12 via the connection element.
  • FIG. 18 is a graph showing each radiation pattern in the YZ plane of the planar array antennas 150 and 160.
  • a dotted radiation pattern 171 indicates the radiation pattern of the planar array antenna 150 (see FIG. 16A) that is uniformly excited.
  • a solid line radiation pattern 172 indicates a radiation pattern of the planar array antenna 160 (see FIG. 16B) having a different radiation power ratio for each loop element.
  • the side lobe of the radiation pattern 172 is suppressed compared to the radiation pattern 171.
  • the planar array antenna 160 of the fourth embodiment has different conditions suitable for each loop element (for example, radius R, element width W, distance S between the strip conductors 12, matching elements 152 (152a, 152b, 152c, 152d). , 152e), the adjustment range of the amount of radiated power from each loop element can be greatly controlled by providing the length Sr, the element width Wr, and the distance Dr) from the center position of the loop element 14. An excitation distribution can be given. Therefore, the planar array antenna 160 of the present embodiment can suppress side lobes with respect to the main beam and realize high gain radiation.
  • FIG. 23 is a perspective view showing a configuration of the planar array antenna 170 of the fifth exemplary embodiment.
  • the planar array antenna 170 shown in FIG. 23 has a structure in which loop elements are arranged symmetrically with respect to the central axis 55 of the strip conductor 12 provided along the Y axis.
  • each loop element 142a, 142b, 142c, 142d, 142e and each matching element 201a, 201b, 201c, 201d, 201e are the loop elements 14a, 14b, 14c, 14d shown in the third embodiment. , 14e and the matching elements 101a, 101b, 101c, 101d, 101e (see, for example, FIG. 14), and are arranged symmetrically with respect to the central axis 55.
  • the planar array antenna 170 of this embodiment can obtain a high gain by increasing the number of loop elements arranged in the X-axis direction and narrowing the beam of the antenna radiation pattern.
  • FIG. 24 is a graph showing each radiation pattern on the XZ plane of the planar array antennas 130 and 170.
  • the radiation pattern 182 of the planar array antenna 170 shown in FIG. 23 is narrower than the radiation pattern 181 of the planar array antenna 130 shown in FIG.
  • high antenna radiation characteristics can be obtained even when the loop elements are arranged substantially symmetrically with respect to the central axis 55.
  • the array antenna device includes, for example, a planar array antenna including the strip conductor 12 formed in the + Y-axis direction or the ⁇ Y-axis direction, a plurality of loop elements, and a microstrip antenna element (each of the above-described embodiments or It is not limited to the structure of the modification of embodiment).
  • the array antenna apparatus may be an array antenna having a configuration in which a plurality of planar array antennas corresponding to the configuration of each embodiment or a modification of each embodiment are arranged in the + X-axis or ⁇ X-axis direction.
  • the array antenna apparatus can similarly suppress the side lobes with respect to the main beam and realize radiation with higher gain.
  • the present disclosure is useful as an array antenna apparatus that suppresses side lobes with respect to the main beam and realizes high gain radiation.

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Abstract

　平面アレーアンテナ１０は、誘電体基板１１、ストリップ導体１２、ループ素子１４ａ～１４ｅ及び導体板１３を含む。ストリップ導体１２と導体板１３とは、マイクロストリップラインを構成する。ループ素子１４ａ～１４ｅは、ストリップ導体１２が形成された誘電体基板１１の面に形成され、ループ素子間隔Ｄ毎に配列している。ループ素子１４ａ～１４ｅは、円形の一部が切り欠かれ、周囲長が約１波長の開ループ構造を有する。ストリップ導体１２とループ素子１４ａ～１４ｅは電磁界的に結合する。平面アレーアンテナ１０は、ループ素子を放射素子として動作する。

Description

アレーアンテナ装置
　本開示は、電波を放射するアレーアンテナ装置に関する。
　無線通信或いは無線測位に用いられるマイクロストリップ構造を有する従来のアレーアンテナ装置として、例えばパッチアレーアンテナが知られている。図１９（Ａ）は、誘電体基板５０１の平面上に４つのパッチ素子５０２ａ，５０２ｂ，５０２ｃ，５０２ｄと給電回路が配置された従来のパッチアレーアンテナの構成を示す平面図である。図１９（Ｂ）は、誘電体基板５０１の断面図である。
　図１９（Ａ）及び（Ｂ）に示すパッチアレーアンテナでは、誘電体基板５０１の一方の面に各々のパッチ素子５０２ａ，５０２ｂ，５０２ｃ，５０２ｄが放射素子として配置され、誘電体基板５０１の他方の面に接地導体５０３が配置されている。各々のパッチ素子５０２ａ，５０２ｂ，５０２ｃ，５０２ｄは、マイクロストリップラインとして形成された分岐回路５０４を介して給電される。図１９（Ａ）及び（Ｂ）に示すパッチアレーアンテナは、薄型の構造によって、高利得な放射特性を実現できる。
　また、従来のアレーアンテナ装置として、非特許文献１に示すループラインアンテナが知られている。図２０は、従来のアレーアンテナ装置としてのループラインアレーアンテナの構成を示す斜視図である。図２０に示すループラインアレーアンテナは、マイクロストリップライン６０２を誘電体基板６０１上に形成する場合、一定間隔毎に形成されたループ形状の放射素子としての放射セル６０３ａ，６０３ｂ，６０３ｃ，６０３ｄ，６０３ｅ，６０３ｆ，６０３ｇ，６０３ｈを含む。
　各々の放射セル６０３ａ，６０３ｂ，６０３ｃ，６０３ｄ，６０３ｅ，６０３ｆ，６０３ｇ，６０３ｈの周囲長は放射電波の約１波長であり、隣接する放射セルと放射セルとの間隔もそれぞれ放射電波の約１波長である。図２０に示すループラインアレーアンテナは、簡易な給電構造によって、放射セル数を少なくでき、良好な円偏波を放射できる。
電子情報通信学会論文誌Ｂ、Ｖｏｌ．Ｊ８５－Ｂ、Ｎｏ．９、２００２年９月
　本発明者らは、電波を放射するアレーアンテナ装置を検討した。しかしながら、図１９（Ａ）に示すパッチアレーアンテナでは、パッチ素子に給電するための分岐回路が必要となり、給電回路自体が複雑になる。このため、アレーアンテナ装置として広い実装面積が必要になり、アレーアンテナ装置が大型化するという課題があった。
　また、非特許文献１のアレーアンテナ装置では、各放射素子からの放射量（例えば電波の信号振幅）の広範な制御が構造的に困難であるため、アレーアンテナ装置全体から放射される電波のメインビームに対するサイドローブを抑圧することが困難であった。
　本開示は、上述した従来の課題を解決するために、メインビームに対するサイドローブを抑圧し、高利得な放射を簡易な構成によって実現するアレーアンテナ装置を提供することを目的とする。
　本開示は、基板と、前記基板の一方の面に形成されたストリップ導体と、前記基板の一方の面に形成された複数のループ素子と、前記基板の他方の面に形成された導体板と、を備え、各々の前記ループ素子は、放射電波の約１波長に相当する周囲長を有し、前記ストリップ導体と電磁的に結合する位置に配置され、前記ストリップ導体に沿って前記１波長の間隔毎に配列されている。
　本開示によれば、メインビームに対するサイドローブを抑圧し、高利得な放射を実現できる。
第１の実施形態の平面アレーアンテナの構成を示す斜視図、（Ａ）平面アレーアンテナの外観を示す斜視図、（Ｂ）平面アレーアンテナの平面図、（Ｃ）平面アレーアンテナの断面図 ループ素子からの電波の放射原理を説明する図 平面アレーアンテナの放射パターンを示す図、（Ａ）図１に示すＸ－Ｚ平面における放射パターン、（Ｂ）図１に示すＹ－Ｚ平面における放射パターン ストリップ導体とループ素子との間隔Ｓに対する、放射電力量、透過電力量及び反射電力量の各変化を示すグラフ ストリップ導体とループ素子とを接続素子を用いて直接的（物理的)に接続した場合のループ素子の近傍を示す平面図 図５のループ素子において、ストリップ導体とループ素子との間隔Ｓに対する放射電力量の変化を示すグラフ 図２のループ素子において、ループ素子の素子幅Ｗを変化させた場合の放射電力量の変化を示すグラフ 矩形状のループ素子２４の近傍を示す平面図 切り欠かれる位置を変えたループ素子３４の近傍を示す平面図 摂動素子９１を設けた場合のループ素子４４の近傍を示す平面図 第２の実施形態の平面アレーアンテナの構成を示す斜視図 第２の実施形態の平面アレーアンテナのループ素子の近傍を示す平面図 ストリップ導体とループ素子との間隔Ｓに対する放射電力量及び反射電力量を示すグラフ 第３の実施形態の平面アレーアンテナの構成を示す斜視図 円偏波特性が得られるループ素子を用いた平面アレーアンテナの構成を示す斜視図 （Ａ）各ループ素子に対して一様励振する平面アレーアンテナの構成を示す平面図、（Ｂ）ループ素子毎に放射電力比が異なる平面アレーアンテナの構成を示す図 （Ａ）図１６（Ａ）に示す平面アレーアンテナ１５０の各ループ素子における放射電力比と各入力電力に対する放射電力の割合とを示す表、（Ｂ）図１６（Ｂ）に示す平面アレーアンテナ１６０の各ループ素子における放射電力比と各入力電力に対する放射電力の割合とを示す表 平面アレーアンテナのＹ－Ｚ平面における各放射パターンを示すグラフ （Ａ）誘電体基板の平面上に４つのパッチ素子と給電回路が配置された従来のパッチアレーアンテナの構成を示す平面図、（Ｂ）誘電体基板の断面図 従来のアレーアンテナ装置としてのループラインアレーアンテナの構成を示す斜視図 （Ａ）従来のアレーアンテナ装置としてのマイクロストリップアレーアンテナの構成を示す平面図、（Ｂ）誘電体基板の断面図 （Ａ）導電性接続部５１を介して導体板１３と電気的に接続された閉ループ素子５４の近傍を示す平面図、（Ｂ）導電性接続部５１を介して導体板１３と電気的に接続された閉ループ素子５４の近傍を示す断面図 第５の実施形態の平面アレーアンテナの構成を示す斜視図 平面アレーアンテナのＸ－Ｚ平面における各放射パターンを示すグラフ
（本開示に係るアレーアンテナ装置に至る経緯）
　先ず、本開示に係るアレーアンテナ装置の実施形態を説明する前に、本開示に係るアレーアンテナ装置に至る経緯について、図面を参照して説明する。放射電波の信号振幅を制御できる従来のアレーアンテナ装置として、例えば下記の参考特許文献１に示すマイクロストリップアレーアンテナが知られている。
　（参考特許文献１）日本国特開２００１－４４７５２号公報
　図２１（Ａ）は、従来のアレーアンテナ装置としてのマイクロストリップアレーアンテナの構成を示す平面図である。図２１（Ｂ）は、誘電体基板７０２の断面図である。
　図２１（Ａ）及び（Ｂ）に示すマイクロストリップアレーアンテナでは、誘電体基板７０２の一方の面には給電ストリップ線路７０３と１０個の放射アンテナ素子７０４ａ，７０４ｂ，７０４ｃ，７０４ｄ，７０４ｅ，７０４ｆ，７０４ｇ，７０４ｈ，７０４ｉ，７０４ｊとが形成され、誘電体基板７０２の他方の面には接地導体層７０１が形成されている。１０個の放射アンテナ素子７０４ａ，７０４ｂ，７０４ｃ，７０４ｄ，７０４ｅ，７０４ｆ，７０４ｇ，７０４ｈ，７０４ｉ，７０４ｊは、直線状に延びた給電ストリップ線路７０３から突出した形状である。
　１０個の放射アンテナ素子のうち、給電ストリップ線路７０３の一方側に設けられた放射アンテナ素子７０４ａ，７０４ｂ，７０４ｃ，７０４ｄ，７０４ｅは、隣接する放射アンテナ素子とは放射電波の約１波長の間隔を有し、給電ストリップ線路７０３に対して約４５度の向きに傾斜している。各々の放射アンテナ素子７０４ａ，７０４ｂ，７０４ｃ，７０４ｄ，７０４ｅの長さＬは、それぞれ約１／２波長である。
　同様に、１０個の放射アンテナ素子のうち、給電ストリップ線路７０３の他方側に設けられた放射アンテナ素子７０４ｆ，７０４ｇ，７０４ｈ，７０４ｉ，７０４ｊは、放射アンテナ素子７０４ａ，７０４ｂ，７０４ｃ，７０４ｄ，７０４ｅと平行に形成され、給電ストリップ線路７０３に対して約－１３５度の向きに傾斜している。放射アンテナ素子７０４ａ，７０４ｂ，７０４ｃ，７０４ｄ，７０４ｅと、放射アンテナ素子７０４ｆ，７０４ｇ，７０４ｈ，７０４ｉ，７０４ｊとは、１／２波長ずらして配置されている。
　図２１（Ａ）及び（Ｂ）に示すマイクロストリップアレーアンテナは、給電ストリップ線路７０３の入力端７０５に入力された電力を、放射アンテナ素子７０４ａ，７０４ｆ，７０４ｂ，７０４ｇ，…，７０４ｅ，７０４ｊに順次結合させることによって電波を放射する。即ち、マイクロストリップアレーアンテナは、４５度の偏波を放射する。また、マイクロストリップアレーアンテナでは、放射アンテナ素子７０４ａ，７０４ｂ，７０４ｃ，７０４ｄ，７０４ｅ，７０４ｆ，７０４ｇ，７０４ｈ，７０４ｉ，７０４ｊの横幅Ｗｏを変えることにより、各放射アンテナ素子からの放射量を調整できる。
　しかしながら、参考特許文献１に示すマイクロストリップアレーアンテナでは、放射アンテナ素子からの放射量を増大させるためには、放射アンテナ素子の横幅Ｗｏを大きくする必要があるが、高周波信号（例えばミリ波）を放射する場合の放射特性の乱れを抑圧するためには、横幅Ｗｏを一定値以下とする必要がある。
　このため、１つの放射アンテナ素子における放射量は、入力電力に対して多くても５０％程度となり、高周波信号（例えばミリ波）を放射するアレーアンテナ装置を設計するためには多くの放射アンテナ素子が必要となり、アレーアンテナ装置全体の構造が複雑になるという課題があった。
　また、各々の放射アンテナ素子の放射量を５０％以下程度にしてアレーアンテナ装置の励振分布を制御する必要があるため、放射電波の信号振幅の制御範囲が限られるという課題があった。また、参考特許文献１に示すマイクロストリップアレーアンテナでは、給電ストリップ線路７０３の方向の偏波或いは円偏波を放射することが困難であり、放射電波の偏波としての自由度が低いという課題があった。
（本実施形態の説明）
　以下、本開示に係るアレーアンテナ装置としての平面アレーアンテナの各実施形態について、図面を参照して説明する。各実施形態の平面アレーアンテナは、例えば無線通信或いは無線測位に用いられ、マイクロストリップラインの構造を有する。
（第１の実施形態）
　図１（Ａ），（Ｂ）及び（Ｃ）は、第１の実施形態の平面アレーアンテナ１０の構成を示す斜視図である。図１（Ａ）は、平面アレーアンテナ１０の外観を示す斜視図である。図１（Ｂ）は、平面アレーアンテナ１０の平面図である。図１（Ｃ）は、平面アレーアンテナ１０の断面図である。図１（Ａ）～（Ｃ）において、平面アレーアンテナ１０の長手方向をＹ方向とし、平面アレーアンテナ１０の幅方向をＸ方向とし、平面アレーアンテナ１０の厚さ方向をＺ方向とする。
　平面アレーアンテナ１０は、誘電体基板１１と、誘電体基板１１の一方の面に形成されたストリップ導体１２と、誘電体基板１１の一方の面に形成された複数のループ素子１４ａ～１４ｅと、誘電体基板１１の他方の面に配置された導体板１３とを含む。
　基板としての誘電体基板１１は、例えば厚さｔ、比誘電率εｒの両面銅張基板である。ストリップ導体１２は、例えば誘電体基板１１の一方の面に銅箔パターンによって形成されている。導体板１３は、例えば誘電体基板１１の他方の面に銅箔パターンによって形成されている。図１（Ａ）に示す平面アレーアンテナ１０では、ストリップ導体１２と導体板１３とがマイクロストリップラインを構成する。
　複数のループ素子１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ，１４ｅは、ストリップ導体１２が形成された誘電体基板１１の面に形成され、半径Ｒ、素子幅Ｗの円形導体である。各々のループ素子１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ，１４ｅは、隣接するループ素子とは、ループ素子間隔Ｄを有して配列されている。
　各々のループ素子１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ，１４ｅは、円形の一部が切り欠かれた、周囲長が放射電波の約１波長となる開ループ構造を有する。図１（Ａ）に示す平面アレーアンテナ１０では、各々のループ素子１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ，１４ｅがストリップ導体１２から所定の間隔Ｓほど離して配置することにより、ストリップ導体１２とループ素子１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ，１４ｅとは電磁界的に結合する（図１（Ｂ）参照）。
　従って、ストリップ導体１２の入力端１５に入力された電力は、ストリップ導体１２と各々のループ素子１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ，１４ｅとの電磁界結合により、ループ素子１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ，１４ｅの順に供給される。即ち、平面アレーアンテナ１０は、各々のループ素子１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ，１４ｅを放射素子としたアレーアンテナ装置として動作する。
　各々のループ素子１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ，１４ｅは、周囲長が放射電波の約１波長であるので高い指向性利得を有する。このため、平面アレーアンテナ１０は、ループ素子を少数配列させた簡易な構造であっても、高い利得が得られる。
　また、ループ素子間隔Ｄを約λｇ（ストリップ導体１２を伝搬する信号の実効的な波長）に設定することにより、各々のループ素子１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ，１４ｅは同位相において励振され、＋Ｚ方向に最大利得を有するビームの放射指向性を実現できる。
　次に、本実施形態の平面アレーアンテナ１０における各々のループ素子１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ，１４ｅからの電波の放射原理について、図２を参照して説明する。図２は、ループ素子１４ａからの電波の放射原理を説明する図である。図２では、５つのループ素子のうち、例えばループ素子１４ａを抜粋して説明するが、他のループ素子からの電波の放射原理も同様である。
　入力端１５に入力された電力Ｐｉｎは、ストリップ導体１２とループ素子１４ａとの電磁界結合により、一部の電力がループ素子１４ａから放射される。ループ素子１４ａの開口部２１をストリップ導体１２と最も近接する位置から９０度＋Ｙ方向にシフトした位置に設けたことにより、ループ素子１４ａ上には、矢印ａに示す方向の電流２２ａと、矢印ｂに示す方向の電流２２ｂとが生じる。
　これにより、ループ素子１４ａは、ストリップ導体１２と平行なＹ軸方向の偏波を有する放射素子として動作する。なお、図２では、ループ素子１４ａの＋Ｙ方向側を切り欠いた場合を説明したが、－Ｙ方向側を切り欠いた場合でも、同様に、ストリップ導体１２と平行なＹ軸方向の偏波特性が得られる。
　また、ループ素子１４ａにおける放射電力以外の電力には、透過電力Ｐｔｈと、ストリップ導体１２とループ素子１４ａとのインピーダンス不整合により入力端１５に戻る反射電力Ｐｒｅｆとがある。従って、ループ素子１４ａからの放射電力は、入力された電力（入力電力）Ｐｉｎから透過電力Ｐｔｈと反射電力Ｐｒｅｆとを差し引いた値となる。また、透過電力Ｐｔｈはループ素子１４ｂの入力電力となり、以降のループ素子１４ｃ，１４ｄ，１４ｅにおいて同様に動作する。
　図３（Ａ）及び（Ｂ）は、平面アレーアンテナ１０の放射パターンを示す図である。図３（Ａ）は、図１に示すＸ－Ｚ平面における水平Ｅφ偏波成分の放射パターンを示す。図３（Ｂ）は、図１に示すＹ－Ｚ平面における垂直Ｅθ偏波成分の放射パターンを示す。図３（Ａ）及び（Ｂ）において、符号ｅ１，ｅ２は最大利得の方向を示し、符号ｆ１，ｆ２は最大利得から３［ｄＢ］下がった半値幅の方向を示し、符号ｇ１はサイドローブの最大利得を示す。
　このように、平面アレーアンテナ１０では、ループ素子１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ，１４ｅを１波長間隔毎に配置することにより、同位相において励振が起こり、Ｚ方向が最大の放射方向となる。また、平面アレーアンテナ１０は、Ｙ－Ｚ面が狭ビームの放射特性となる。
　また、平面アレーアンテナ１０では、各々のループ素子の周囲長が放射電波の約１波長であるため、図２に示す２つの電流２２ａ、２２ｂが生じ、高利得を実現できる。更に、平面アレーアンテナ１０では、各々のループ素子に切欠きを設け、開ループとすることにより、ループ素子１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ，１４ｅでは電流が生じ、ストリップ導体１２の伝搬方向と同一方向の偏波、つまり＋Ｙ軸方向偏波を得ることができる。
　図４は、ストリップ導体１２とループ素子１４ａとの間隔Ｓに対する、放射電力量、透過電力量及び反射電力量の各変化を示すグラフである。各電力量は、入力電力量を１００％とした割合［％］によって表す。また、放射電力量３１を実線によって表し、透過電力量３２を点線によって表し、反射電力量３３を一点鎖線によって表す。
　図４では、誘電体基板１１の厚さｔを０．０６７λ（λ：動作周波数における自由空間波長）、誘電体基板１１の比誘電率εｒを２．２とし、また、ループ素子１４ａの半径Ｒを０．１２λ、ループ素子１４ａの素子幅Ｗを０．０４λとする。
　図４に示すグラフでは、間隔Ｓが狭いほど、放射電力が増大している。間隔Ｓが狭いと、ストリップ導体１２とループ素子１４ａとの電磁的結合が強くなるためである。また、間隔Ｓが狭くなると、反射電力も増加傾向にあるため、放射電力は大きくなるが、放射効率は低下する。
　以上により、第１の実施形態の平面アレーアンテナ１０は、ストリップ導体１２と各ループ素子１４との間隔Ｓを可変させることによって、各ループ素子１４の放射電力が調整できるので、各ループ素子１４の励振分布を調整できる。従って、本実施形態の平面アレーアンテナ１０は、メインビームに対するサイドローブのレベルを抑圧し、指向特性を制御して高利得な放射を実現できる。
（第１の実施形態の変形例）
　図４に示すグラフでは、ストリップ導体１２とループ素子１４ａとの間隔Ｓの調整は、放射電力を８％から３８％までとなる。このため、各々のループ素子の励振分布の調整範囲が限定的になる。
　第１の実施形態の変形例では、ストリップ導体１２とループ素子１４ａとの電磁的結合を、第１の実施形態の平面アレーアンテナ１０より、強化する複数の例を説明する。図５は、ストリップ導体１２とループ素子１４ａとを接続素子４１を用いて直接的（物理的に）に接続した場合のループ素子１４ａの近傍を示す平面図である。
　接続素子４１を用いてストリップ導体１２とループ素子１４ａとを直接的に接続することにより、ストリップ導体１２とループ素子１４ａとの電磁的結合を更に強化でき、ループ素子１４ａからの放射電力を増大できる。
　図６は、図５に示すループ素子１４ａにおいて、ストリップ導体１２とループ素子１４ａとの間隔Ｓに対する放射電力量５２の変化を示すグラフである。接続素子４１の素子幅Ｗｃを０．０２６λ、ループ素子１４ａの中心から接続素子４１までの距離Ｓｃを０．０２６λとする。図６に示すグラフでは、接続素子４１を用いてストリップ導体１２とループ素子１４ａとを直接的に接続することにより、ループ素子１４ａからの放射電力量５２は、図４に示す放射電力量３１と比べ、増大している。
　また、図７は、図２に示すループ素子１４ａにおいて、ループ素子１４ａの素子幅Ｗを変化させた場合の放射電力量６１の変化を示すグラフである。ストリップ導体１２とループ素子１４ａとの間隔Ｓは０．０３２λである。図７に示すグラフでは、素子幅Ｗを変えることによっても、ループ素子１４ａからの放射電力量６１は、調整できる。
　つまり、ループ素子からの放射電力の調整範囲は、ストリップ導体とループ素子との間隔を変化させる以外に、ストリップ導体とループ素子との接続方法、及び、ループ素子の素子幅の変化、を組合せることによって、拡大できる。
　従って、本変形例の平面アレーアンテナ１０は、各々のループ素子１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ，１４ｅの放射電力量の調整範囲を拡大でき、平面アレーアンテナの設計仕様に応じて、要求される放射電波の指向性を実現できる。
　なお、第１の実施形態及び本変形例では、円形状のループ素子を用いて説明したが、第１の実施形態及び本変形例を含む各実施形態では、矩形状のループ素子を用いても同様の効果を得ることができる。図８は、矩形状のループ素子２４の近傍の構成を示す図である。図８に示すループ素子２４は、図２に示すループ素子１４ａと同様に一部が切り欠かれ、周囲長が放射電波の約１波長となる開ループ構造を有する。
　また、ループ素子が切り欠かれる位置（角度α）を変えることにより、偏波方向を適宜調整できる。図９は、切り欠かれる位置を変えたループ素子３４の近傍を示す平面図である。例えば、開口部２１ａが切り欠かれる位置の、＋Ｙ軸方向からの角度をαとすると、図１及び図２に示すα＝０度では、＋Ｙ軸方向の偏波を得ることができる。
　つまり、第１の実施形態の平面アレーアンテナ１０は、ストリップ導体１２の信号伝搬方向と同一方向の偏波を放射できる。また、図９に示すα＝４５度とした場合、平面アレーアンテナ１０は、＋Ｙ軸方向を基準として４５度偏波を放射できる。
　また、α＝９０度では、平面アレーアンテナ１０は、＋Ｘ軸方向の偏波を放射できる。また、ループ素子を切り欠いた開ループ構造とせずに、ループ素子に摂動素子を設けて閉ループ構造としても良い。
　図１０は、摂動素子９１を設けたループ素子４４の近傍を示す平面図である。摂動素子９１を設けることで、ループ素子４４は、円偏波を放射できる。例えば、摂動素子９１の素子幅Ｗｐを０．０２６λ、素子長Ｌｐを０．０９４λ、角度βを３０度とすることにより、右旋偏波を放射できる。
　図２２（Ａ）は、導電性接続部５１を介して導体板１３と電気的に接続された閉ループ素子５４の近傍を示す平面図である。図２２（Ｂ）は、導電性接続部５１を介して導体板１３と電気的に接続された閉ループ素子５４の近傍を示す断面図である。図２２（Ａ）及び図２２（Ｂ）では、閉ループ素子５４の一部が導電性接続部５１を介して導体板１３と電気的に接続されている。導電性接続部５１は、スルーホールを用いて構成でき、導電性接続部５１と閉ループ素子５４との接続位置、即ち図２２（Ａ）に示す角度αを変更することで、偏波方向を適宜調整できる。例えば、導電性接続部５１と閉ループ素子５４とを接続する位置の、＋Ｙ軸方向からの角度をαとすると、α＝９０度では、＋Ｙ軸方向の偏波が得られる。
　このように、本変形例の平面アレーアンテナ１０は、ループ素子が切り欠かれる位置を調整し、又は切り欠きを有さずに摂動素子を追加することにより、様々な偏波を発生できるため、要求される仕様に応じた設計自由度を確保できる。
（第２の実施形態）
　第１の実施形態では、ストリップ導体１２とループ素子１４ａとの間隔Ｓが狭くなると、放射電力が増大する一方、反射電力も大きくなる平面アレーアンテナ１０を説明した。第２の実施形態では、反射電力を低減する平面アレーアンテナの例を説明する。
　図１１は、第２の実施形態の平面アレーアンテナ１００の構成を示す斜視図である。本実施形態の平面アレーアンテナ１００は第１の実施形態の平面アレーアンテナ１０と類似した構成を有するので、第１の実施形態の平面アレーアンテナ１０と同一の構成要素については同一の符号を用いることで説明を省略し、異なる内容について説明する。
　平面アレーアンテナ１００は、第１の実施形態の平面アレーアンテナ１０において、ストリップ導体１２に、整合素子１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃ，１０１ｄ，１０１ｅを更に配置した構成である。整合素子１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃ，１０１ｄ，１０１ｅは、ストリップ導体１２からストリップ導体１２の長手方向（＋Ｙ軸方向又は－Ｙ軸方向）に垂直な方向（＋Ｘ軸方向又は－Ｘ軸方向）に向かって突起して形成され、各々のループ素子１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ，１４ｅに対応して配置されている。
　次に、本実施形態の平面アレーアンテナ１００における各々のループ素子１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ，１４ｅからの電波の放射原理について、図１２を参照して説明する。図１２は、第２の実施形態の平面アレーアンテナ１００のループ素子１４ａの近傍を示す平面図である。
　入力端１５に入力された電力Ｐｉｎは、ストリップ導体１２とループ素子１４ａとの電磁界結合により、一部の電力がループ素子１４ａから放射される。即ち、ループ素子１４ａには、第１の実施形態と同様にして電流１１２ａ及び電流１１２ｂが生じ、ループ素子１４ａからの電力が放射される。
　また、ループ素子１４ａにおける放射電力以外の電力は、透過電力Ｐｔｈと、ストリップ導体１２とループ素子１４ａとのインピーダンス不整合により入力端１５に戻る反射電力Ｐｒｅｆに分かれる。
　透過電力Ｐｔｈは、整合素子１０１ａの配置に基づくインピーダンス不整合により、透過電力Ｐｔｈの一部が反射されて入力端１５に戻る反射電力Ｐｒｅｆ１となるが、大半は透過電力Ｐｔｈ１としてストリップ導体１２上を伝搬する。
　本実施形態では、ループ素子１４ａからの反射電力Ｐｒｅｆと整合素子１０１ａからの反射電力Ｐｒｅｆ１とが逆位相となるように、整合素子１０１ａの長さＳｒ、素子幅Ｗｒ及びループ素子１４ａの中心位置からの距離Ｄｒが決定される。つまり、ループ素子１４ａからの反射波を抑圧する逆位相の反射波が生じるように、整合素子１０１ａの形状及び位置が決定される。これにより、本実施形態の平面アレーアンテナ１００は、入力端１５側に反射する電力量を低減でき、放射効率を向上できる。
　なお、ループ素子１４ｂは、透過電力Ｐｔｈ１をループ素子１４ｂの入力電力として、ループ素子１４ａと同様に動作する。ループ素子１４ｂ以降では、ループ素子１４ｅまで順次、同様に動作する。
　図１３は、ストリップ導体１２とループ素子１４ａとの間隔Ｓに対する放射電力量及び反射電力量を示すグラフである。図１３に示すグラフは、整合素子１０１ａの有無に応じた放射電力量及び反射電力量の各特性を示す。図１３の左側の縦軸は放射電力量［％］を示し、図１３の右側の縦軸は反射電力量［％］を示す。
　実線の放射電力量１２１及び一点鎖線の反射電力量１２３は、整合素子１０１ａが無い場合（図２参照）の特性を示す。一方、点線の放射電力量１２２及び二点鎖線の反射電力量１２４は、整合素子１０１ａがある場合（図１２参照）の特性を示す。
　一例として、間隔Ｓを０．０３６λとした場合が、整合素子１０１ａの長さＳｒ＝０．０７４λ、素子幅Ｗｒ＝０．０２６λ、距離Ｄｒ＝０．１１λであり、ループ素子１４ａの半径Ｒ＝０．１４λ、素子幅Ｗ＝０．０４λである。図１３に示すグラフでは、平面アレーアンテナ１００は、整合素子１０１ａを設けることにより、反射電力量を低減でき、更に、放射電力量を増大できる。
　以上により、第２の実施形態の平面アレーアンテナ１００は、ストリップ導体１２上に各整合素子１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃ，１０１ｄ，１０１ｅを設け、各ループ素子１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ，１４ｅからの反射電力量を抑圧させる反射電力量を各整合素子において生じさせる。これにより、本実施形態の平面アレーアンテナ１００は、反射電力量を低減でき、放射電力量を増大できるため、上述した各実施形態の平面アレーアンテナ１０に比べて放射効率を一層向上できる。
（第３の実施形態）
　上述した各実施形態の平面アレーアンテナでは、入力端１５に入力された電力は、ループ素子１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ，１４ｅにおいて順次、電磁結合して放射されるので、ストリップ導体１２を伝搬する電力は、徐々に減衰していく。しかし、ループ素子１４ｅから放射されずに透過する残留電力が存在する。残留電力は平面アレーアンテナにおける電波の放射に寄与しないので、放射効率の低下を招く。
　第３の実施形態では、上述した各実施形態の平面アレーアンテナの構成において生じる残留電力も有効に放射させる平面アレーアンテナの例を説明する。図１４は、第３の実施形態における平面アレーアンテナ１３０の構成を示す斜視図である。第３の実施形態の平面アレーアンテナ１３０は、第２の実施形態の平面アレーアンテナ１００と類似した構成を有するので、第２の実施形態の平面アレーアンテナ１００と同一の構成要素については同一の符号を用いることで説明を省略し、異なる内容について説明する。
　平面アレーアンテナ１３０は、第２の実施形態の平面アレーアンテナ１００において、ストリップ導体１２の出力側（終端）にマイクロストリップアンテナ素子１３１を配置した構成である。
　ストリップアンテナ素子としてのマイクロストリップアンテナ素子１３１は、ループ素子１４ｅを透過した透過電力を入力し、各々のループ素子１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ，１４ｅにおいて放射されなかった残留電力に応じた電波を放射する。
　以上により、第３の実施形態の平面アレーアンテナ１３０は、ループ素子１４ｅから放射されずに透過する残留電力を用いて、マイクロストリップアンテナ素子１３１において電波を放射させる。従って、本実施形態の平面アレーアンテナ１３０は、上述した各実施形態の平面アレーアンテナよりも放射効率を一層向上できる。
　なお、本実施形態では、出力側に配置されるアンテナ素子を、矩形状のマイクロストリップアンテナ素子としたが、円形状のマイクロストリップアンテナ素子を用いてもよく、同様な効果を得ることができる。
（第３の実施形態の変形例）
　図１５は、円偏波特性が得られるループ素子１４１ａ，１４１ｂ，１４１ｃ，１４１ｄ，１４１ｅを用いた平面アレーアンテナ１４０の構成を示す斜視図である。平面アレーアンテナ１４０は、摂動素子を有するループ素子１４１ａ，１４１ｂ，１４１ｃ，１４１ｄ，１４１ｅと、一部が切り欠かれて摂動素子を有するマイクロストリップアンテナ素子１４２とを更に有する。
　マイクロストリップアンテナ素子１４２は、ループ素子１４１ｅを透過した透過電力を入力し、各々のループ素子１４１ａ，１４１ｂ，１４１ｃ，１４１ｄ，１４１ｅにおいて放射されなかった残留電力に応じた電波を放射する。
　これにより、本変形例の平面アレーアンテナ１４０は、第３の実施形態の平面アレーアンテナ１３０と同等の放射効率を得ることができ、更に、円偏波特性を有することができる。
（第４の実施形態）
　第４の実施形態では、上述した各実施形態又は各実施形態の変形例の平面アレーアンテナにおける各ループ素子の条件（例えば半径Ｒ、素子幅Ｗ、ストリップ導体１２との間隔Ｓ）を組み合わせた平面アレーアンテナの例を、各々のループ素子に対して一様励振する場合とループ素子毎に放射電力比が異なる場合とを比較して説明する。一様励振とは、各ループ素子への入力電力と放射電力との比（放射電力比）が全てのループ素子において同一となる放射である。
　図１６（Ａ）は、各ループ素子１５１ａ，１５１ｂ，１５１ｃ，１５１ｄ，１５１ｅに対して一様励振する平面アレーアンテナ１５０の構成を示す平面図である。また、図１７（Ａ）は、図１６（Ａ）に示す平面アレーアンテナ１５０の各ループ素子１５１ａ，１５１ｂ，１５１ｃ，１５１ｄ，１５１ｅにおける放射電力比と各入力電力に対する放射電力の割合とを示す表である。
　ここで、放射電力比とは、図１７（Ａ）においては、（ループ素子１５１ａのＰｉｎ－ループ素子１５１ａのＰｔｈ）：（ループ素子１５１ｂのＰｉｎ－ループ素子１５１ｂのＰｔｈ）：（ループ素子１５１ｃのＰｉｎ－ループ素子１５１ｃのＰｔｈ）：（ループ素子１５１ｄのＰｉｎ－ループ素子１５１ｄのＰｔｈ）：（ループ素子１５１ｅのＰｉｎ－ループ素子１５１ｅのＰｔｈ）＝１：１：１：１：１である。
　また、各入力電力に対する放射電力の割合とは、図１７（Ａ）において、（ループ素子１５１ａのＰｉｎ－ループ素子１５１ａのＰｔｈ）／ループ素子１５１ａのＰｉｎ×１００＝１６．２％、（ループ素子１５１ｂのＰｉｎ－ループ素子１５１ｂのＰｔｈ）／ループ素子１５１ｂのＰｉｎ×１００＝１９．５％、（ループ素子１５１ｃのＰｉｎ－ループ素子１５１ｃのＰｔｈ）／ループ素子１５１ｃのＰｉｎ×１００＝２４．６％、（ループ素子１５１ｄのＰｉｎ－ループ素子１５１ｄのＰｔｈ）／ループ素子１５１ｄのＰｉｎ×１００＝３３．０％、（ループ素子１５１ｅのＰｉｎ－ループ素子１５１ｅのＰｔｈ）／ループ素子１５１ｅのＰｉｎ×１００＝４９．７％である。
　図１７（Ａ）では、ストリップ導体１２での損失を考慮した数値が設定され、一様励振を実現するために、各ループ素子１５１ａ，１５１ｂ，１５１ｃ，１５１ｄ，１５１ｅからの放射電力量を、例えば、１６．２％から４９．７％の範囲に設定する。
　これらの放射電力量を実現するために、図１６（Ａ）に示す平面アレーアンテナ１５０では、各ループ素子１５１ａ，１５１ｂ，１５１ｃ，１５１ｄ，１５１ｅとストリップ導体１２との間隔Ｓ、及びループ素子幅Ｗを調整する。例えば、ループ素子１５１ａでは、ストリップ導体１２との間隔Ｓが広く、かつ、ループ素子幅Ｗが大きくなっている。一方、ループ素子１５１ｅでは、ストリップ導体１２との間隔Ｓが短く、かつ、ループ素子幅Ｗが小さくなっている。
　また、整合素子１５２（１５２ａ，１５２ｂ，１５２ｃ，１５２ｄ，１５２ｅ）の長さＳｒ、素子幅Ｗｒ及びループ素子１４の中心位置からの距離Ｄｒを、対応したループ素子１５１（１５１ａ，１５１ｂ，１５１ｃ，１５１ｄ，１５１ｅ）からの反射波と逆位相となるような反射波を生成するために、調整する。
　しかし、電波が一様励振して放射されると、平面アレーアンテナ１５０からの放射電波のサイドローブが高くなる。ここで、各ループ素子１５１ａ，１５１ｂ，１５１ｃ，１５１ｄ，１５１ｅからの放射電力比を異なる設定とすることで、放射電波のサイドローブを抑制できる。
　図１６（Ｂ）は、ループ素子毎に放射電力比が異なる平面アレーアンテナの構成を示す図である。また、図１７（Ｂ）は、図１６（Ｂ）に示す平面アレーアンテナ１６０の各ループ素子における放射電力比と各入力電力に対する放射電力の割合とを示す表である。
　図１７（Ｂ）でも、図１７（Ａ）と同様に、ストリップ導体１２での損失を考慮した数値が設定されている。図１７（Ｂ）では、平面アレーアンテナから放射される電波のメインビームに対するサイドローブを低減するために、図１７（Ａ）に示す一様励振と異なり、各ループ素子１６１ａ，１６１ｂ，１６１ｃ，１６１ｄ，１６１ｅからの放射電力量を８．７％から６３．７％の広範囲にわたって設定する。
　即ち、本実施形態の平面アレーアンテナ１６０では、ストリップ導体とループ素子との間隔Ｓを変化させる以外に、ストリップ導体とループ素子との接続方法、及び、ループ素子の素子幅Ｗの変化、整合素子（１６２ａ，１６２ｂ，１６２ｃ，１６２ｄ，１６２ｅ）の長さＳｒ、素子幅Ｗｒ及びループ素子１４の中心位置からの距離Ｄｒ、を組み合わせることによって、上述した各実施形態又は各実施形態の変形例の平面アレーアンテナから放射される電波のメインビームに対するサイドローブを一層低減できる。
　これにより、本実施形態の平面アレーアンテナ１６０は、各々のループ素子１６１ａ，１６１ｂ，１６１ｃ，１６１ｄ，１６１ｅからの放射電力量の調整範囲を増大でき、図１７（Ｂ）に示す放射電力量の電波を放射できる。
　以上により、第４の実施形態の平面アレーアンテナ１６０は、各ループ素子１６１ａ，１６１ｂ，１６１ｃ，１６１ｄ，１６１ｅに対し、ストリップ導体と各ループ素子との間隔Ｓ、ストリップ導体とループ素子との直接的な接続の有無、更に、各ループ素子の素子幅Ｗを適宜変更、整合素子１６２の長さＳｒ、素子幅Ｗｒ及びループ素子１４の中心位置からの距離Ｄｒを適宜調整して組み合わせる。これにより、本実施形態の平面アレーアンテナ１６０は、各ループ素子からの放射電力量を調整し、上述した各実施形態又は各実施形態の変形例の平面アレーアンテナに比べて、メインビームに対するサイドローブを一層抑圧できる。
　例えば、ループ素子１６１ａでは、ストリップ導体１２との間隔Ｓが他のループ素子１６１ｂ，１６１ｃ，１６１ｄ，１６１ｅとストリップ導体１２との間隔Ｓに比べて広く、かつ、他のループ素子１６１ｄ，１６１ｅに比べてループ素子幅Ｗが大きい。また、ループ素子１６１ｅは、ストリップ導体１２と接続素子を介して直接的（物理的）に接続されている。
　また、整合素子１５２の長さＳｒ、素子幅Ｗｒ及びループ素子１４の中心位置からの距離Ｄｒを、対応した各ループ素子１６１からの反射波と逆位相となるような反射波を生成するために、調整する。
　図１８は、平面アレーアンテナ１５０，１６０のＹ－Ｚ平面における各放射パターンを示すグラフである。図１８に示すグラフでは、点線の放射パターン１７１は、一様励振された平面アレーアンテナ１５０（図１６（Ａ）参照）の放射パターンを示す。また、実線の放射パターン１７２は、ループ素子毎に放射電力比が異なる平面アレーアンテナ１６０（図１６（Ｂ）参照）の放射パターンを示す。図１８では、放射パターン１７２は、放射パターン１７１に比べ、サイドローブが抑圧されている。
　従って、第４の実施形態の平面アレーアンテナ１６０は、ループ素子毎に適した異なる条件（例えば半径Ｒ、素子幅Ｗ、ストリップ導体１２との間隔Ｓ、整合素子１５２（１５２ａ，１５２ｂ，１５２ｃ，１５２ｄ，１５２ｅ）の長さＳｒ、素子幅Ｗｒ及びループ素子１４の中心位置からの距離Ｄｒ）を与えることで、各ループ素子からの放射電力量の調整範囲を大きく制御でき、平面アレーアンテナに様々な励振分布を与えることができる。従って、本実施形態の平面アレーアンテナ１６０は、メインビームに対するサイドローブを抑圧し、高利得な放射を実現できる。
（第５の実施形態）
　図２３は、第５の実施形態の平面アレーアンテナ１７０の構成を示す斜視図である。図２３に示す平面アレーアンテナ１７０は、Ｙ軸に沿って設けられたストリップ導体１２の中心軸５５に対し、ループ素子を対称に配列させた構造である。
　具体的には、各ループ素子１４２ａ，１４２ｂ，１４２ｃ，１４２ｄ，１４２ｅと各整合素子２０１ａ，２０１ｂ，２０１ｃ，２０１ｄ，２０１ｅとは、第３の実施形態に示す各ループ素子１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ，１４ｅと各整合素子１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃ，１０１ｄ，１０１ｅと同形状であり（例えば図１４参照）、中心軸５５に対して対称な位置に配置されている。
　本実施形態の平面アレーアンテナ１７０は、Ｘ軸方向に配列するループ素子の素子数を増加させてアンテナ放射パターンのビームを狭くすることで、高い利得が得られる。
　図２４は、平面アレーアンテナ１３０，１７０のＸ－Ｚ面における各放射パターンを示すグラフである。図２４に示すグラフでは、図２３に示す平面アレーアンテナ１７０の放射パターン１８２は、図１４に示す平面アレーアンテナ１３０の放射パターン１８１に比べ、ビームが狭くなっている。なお、本実施形態では、中心軸５５に対してループ素子を略対称に配列した場合でも高いアンテナ放射特性が得られる。
　以上、図面を参照して各種の実施形態について説明したが、本開示はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種実施の形態の変更例または修正例、更に各種実施の形態の組み合わせ例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。
　なお、本開示に係るアレーアンテナ装置は、例えば＋Ｙ軸方向又は－Ｙ軸方向に形成されたストリップ導体１２、複数のループ素子及びマイクロストリップアンテナ素子を含む平面アレーアンテナ（上述した各実施形態又は各実施形態の変形例参照）の構成に限定されない。
　例えば、本開示に係るアレーアンテナ装置は、各実施形態又は各実施形態の変形例の構成に対応する平面アレーアンテナが＋Ｘ軸又は－Ｘ軸方向に複数個並ぶ構成のアレーアンテナでも良い。これにより、アレーアンテナ装置は、同様にメインビームに対するサイドローブを抑圧し、一層高利得な放射を実現できる。
　なお、本開示は、２０１２年９月２０日出願の日本特許出願（特願２０１２－２０７３８０）に基づくものであり、その内容は本開示の中に参照として援用される。
　本開示は、メインビームに対するサイドローブを抑圧し、高利得な放射を実現するアレーアンテナ装置として有用である。
　１０、１００、１３０、１４０、１５０、１６０　平面アレーアンテナ
　１１　誘電体基板
　１２　ストリップ導体
　１３　導体板
　１４ａ～１４ｅ、２４、３４、４４、１４１ａ～１４１ｅ、１４２ａ～１４２ｅ、１５１ａ～１５１ｅ、１６１ａ～１６１ｅ　ループ素子
　１５　入力端
　２１、２１ａ　開口部
　４１　接続素子
　５１　導電性接続部
　９１　摂動素子
　１０１ａ～１０１ｅ、１５２ａ～１５２ｅ、１６２ａ～１６２ｅ、２０１ａ～２０１ｅ　整合素子
　１３１、１４２　マイクロストリップアンテナ素子

Claims (10)

  1. 　基板と、
    　前記基板の一方の面に形成されたストリップ導体と、
    　前記基板の一方の面に形成された複数のループ素子と、
    　前記基板の他方の面に形成された導体板と、を備え、
    　各々の前記ループ素子は、放射電波の約１波長に相当する周囲長を有し、前記ストリップ導体と電磁的に結合する位置に配置され、前記ストリップ導体に沿って前記１波長の間隔毎に配列された、アレーアンテナ装置。
  2. 　請求項１に記載のアレーアンテナ装置であって、
    　少なくとも一個の前記ループ素子は、一部が切り欠かれた、アレーアンテナ装置。
  3. 　請求項１に記載のアレーアンテナ装置であって、
    　少なくとも一個の前記ループ素子は、摂動素子を有する、アレーアンテナ装置。
  4. 　請求項１に記載のアレーアンテナ装置であって、
    　前記複数のループ素子は、更に、接続素子を介して、前記ストリップ導体に接続されたループ素子を少なくとも１つ含む、アレーアンテナ装置。
  5. 　請求項１に記載のアレーアンテナ装置であって、
    　前記複数のループ素子と前記導体板との間に導電性部材を有し、
    　少なくとも前記ループ素子の一部が、前記導電性部材を介して、前記導体板と電磁的に接続される、アレーアンテナ装置。
  6. 　請求項１から５までのうちいずれか一項に記載のアレーアンテナ装置であって、
    　前記ストリップ導体を中心軸として、前記複数のループ素子と対称の位置に前記複数のループ素子と同数のループ素子が配列された、アレーアンテナ装置。
  7. 　請求項１から６までのうちいずれか一項に記載のアレーアンテナ装置であって、
    　少なくとも一個の前記ループ素子に対応し、前記ストリップ導体から突起して形成された少なくとも一個の整合素子と、を更に備える、アレーアンテナ装置。
  8. 　請求項１から７までのうちいずれか一項に記載のアレーアンテナ装置であって、
    　前記ストリップ導体の終端に設けられたストリップアンテナ素子と、を更に備える、アレーアンテナ装置。
  9. 　請求項１に記載のアレーアンテナ装置であって、
    　前記複数のループ素子のうち少なくとも１つのループ素子は、
    前記ループ素子と前記ストリップ導体との間隔、
    前記ループ素子の幅、
    前記ループ素子と前記ストリップ導体との直接的接続の有無、
    前記ループ素子の一部の切り欠きの有無
    及び
    前記ループ素子と前記導体板との電磁界的な接続の有無、
    のうち少なくとも１つが、他のループ素子と異なる、アレーアンテナ装置。
  10. 　請求項１から９までのうちいずれか一項に記載の複数個のアレーアンテナ装置が、前記ストリップ導体に直交する方向に配列して形成されたアレーアンテナ装置。
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