(57)【要約】【課題】収容体積が小さく低コスト化が図られるアンテナ装置を実現する。【解決手段】アンテナパネルと、給電信号を入力する１個の入力端子と、前記入力端子に入力された給電信号を、前記アンテナパネルに担持された複数のアンテナエレメントに分配する給電回路と、を備え、前記給電回路は、１入力２出力の少なくとも１つの第１段の分割回路と、前記第１段の分割回路の出力を入力とする、１入力２出力の少なくとも２つの第２段の分割回路と、前記第１段の分割回路の出力および前記第２段の分割回路の出力から選ばれる２つの出力を入力とする、２入力１出力の合成回路とを含む、アンテナ装置。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アンテナパネルと、
給電信号を入力する１個の入力端子と、
前記入力端子に入力された給電信号を、前記アンテナパネルに担持された複数のアンテナエレメントに分配する給電回路と、
を備え、
前記給電回路は、１入力２出力の少なくとも１つの第１段の分割回路と、前記第１段の分割回路の出力を入力とする、１入力２出力の少なくとも２つの第２段の分割回路と、前記第１段の分割回路の出力および前記第２段の分割回路の出力から選ばれる２つの出力を入力とする、２入力１出力の合成回路とを含む、
アンテナ装置。
【請求項２】
前記合成回路は、複数の前記アンテナエレメントの並びの方向において、少なくとも中央に１個配置される、
請求項１に記載のアンテナ装置。
【請求項３】
前記アンテナパネルは、少なくとも互いに隣接する第１のアンテナパネルおよび第２のアンテナパネルを含み、
前記第１のアンテナパネルにおける第１の経路および前記第２のアンテナパネルにおける第２の経路は、それぞれ、導波管を用いた経路であり、
前記第１のアンテナパネルと前記第２のアンテナパネルとがチョークフランジとカバーフランジを用いて開閉可能に接続され、
前記給電信号を前記第１のアンテナパネルにおける前記第１の経路と前記第２のアンテナパネルにおける前記第２の経路とに分割する位置が、前記第１のアンテナパネルと前記第２のアンテナパネルとが並ぶ方向において、前記第１のアンテナパネルと前記第２のアンテナパネルとの給電点の中点から所定の距離の位置であり、
前記所定の距離は、｛（自然数）×（前記給電信号の中心周波数に対応する波長）／２｝に相当する第１の値に基づく距離である、
請求項１または請求項２のいずれか１項に記載のアンテナ装置。
【請求項４】
前記波長は、前記導波管の管内波長である、
請求項３に記載のアンテナ装置。
【請求項５】
前記第１段の分割回路または前記第２段の分割回路が、前記導波管を用いた１入力２出力の導波管τ形分岐回路であって、
短絡壁の反射を抑圧するための複数組の誘導性壁が設けられた導波管τ形分岐回路である、
請求項４に記載のアンテナ装置。
【請求項６】
前記導波管に、溝を有する前記チョークフランジが設けられ、
前記チョークフランジは、前記導波管の開口部と前記溝と対向するカバーフランジの開口面で境界される領域に４個の定在波が生起される周波数と、前記領域に６個の定在波が生起される周波数とを、各々下限と上限とする使用周波数を設定するように、前記溝の形状を円形状に対して変形させた形状である、
請求項４または請求項５のいずれか１項に記載のアンテナ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アンテナ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
人工衛星に展開型のアンテナ装置として展開型フェーズドアレーアンテナが搭載される場合がある（例えば、特許文献１参照。）。  特許文献１で開示された展開型フェーズドアレーアンテナでは、隣り合う基板を接続するヒンジを備える。当該ヒンジは、例えば、９０度あるいは１８０度の回転自由度を有する。
一般のアンテナ装置では、能動型アレーアンテナ以外に、受動型アレーアンテナも用いられている。
【０００３】
一般に、広い使用周波数範囲（広帯域）を必要とする受動型アレーアンテナでは、各アンテナエレメントへの給電位相が広い周波数領域において均一である必要があり、信号源から各アンテナエレメントまで、電気長が等しく並列に給電する並列給電方式が取られる（例えば、非特許文献１参照。）。信号源からアンテナエレメントへの信号の分岐には、回路や線路の配置が容易な、１入力２出力の３端子分岐回路を用いる。このため並列給電回路は、トーナメント状になり、アンテナエレメント数は２ｋ個（ｋはトーナメントの階層数、自然数）である。
【０００４】
また、展開構造物への高周波給電方式が開示されている。
展開構造物への高周波給電方式では、チョークフランジを有する導波管と、カバーフランジを有する導波管を備える。また、展開構造物が展開状態である場合、当該チョークフランジと当該カバーフランジとが対向する。この場合、これら２個の導波管を介して高周波が給電される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−９０２５３号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】高橋  徹、“電子情報通信学会『知識の森』  4 群（通信工学）2 編（アンテナ・伝搬）7 章 アレーアンテナ  7-4 アレーアンテナの給電回路”、［online］、２０１３年、電子情報通信学会、［２０１８年１１月２３日検索］、インターネット〈URL：http://www.ieice-hbkb.org/files/04/04gun_02hen_07.pdf#page=15〉
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
展開型のアンテナ装置において、設計および製造の高効率化が望まれている。ところが、給電回路のアンテナエレメントの数が（２のべき乗）ではないときに対称性やシステムの単純性を実現しづらい場合があった。
すなわち、展開型フェーズドアレイアンテナを構成する各アンテナパネルは、できるだけ設計を共通化することで、装置設計や製造を容易にすることが望ましい。加えて、アンテナパネル間をまたぐ給電回路の箇所数を必要最小に抑えることが望ましい。このためには、同一のアンテナパネルを一つのアンテナエレメントとするアレーアンテナの構成とする必要がある。一方、装置のサイズや装置の質量バランス等の質量特性の要請から、アンテナパネルの枚数ｎ（ｎは自然数）が２k−１個（ｋは自然数）にならない場合がある。このため、２k−１個でない個数のアンテナエレメントに並列給電できる、設計製造が容易で、広帯域な並列給電回路が必要である。
【０００８】
本発明は、このような事情に鑑み、上記のような問題を解決することで設計および製造の高効率化を図ることができるアンテナ装置を提供することを目的とする。より具体的には、給電回路のアンテナエレメントの数が（２のべき乗）ではないときでも対称性やシステムの単純性を維持することができるアンテナ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一態様は、アンテナパネルと、給電信号を入力する１個の入力端子と、前記入力端子に入力された給電信号を、前記アンテナパネルに担持された複数のアンテナエレメントに分配する給電回路と、を備え、前記給電回路は、１入力２出力の少なくとも１つの第１段の分割回路と、前記第１段の分割回路の出力を入力とする、１入力２出力の少なくとも２つの第２段の分割回路と、前記第１段の分割回路の出力および前記第２段の分割回路の出力から選ばれる２つの出力を入力とする、２入力１出力の合成回路とを含む、アンテナ装置である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、設計および製造の高効率化が図られるアンテナ装置を実現することが可能になる。また、給電回路のアンテナエレメントの数が（２のべき乗）ではないときでも各アンテナエレメントへの給電位相の均一性を維持することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態に係るアンテナ装置を備える人工衛星の概略的な外観の一例を示す図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るアンテナ装置の給電回路の一例を示す図である。
【図３】本発明の一実施形態に係るハニカムパネルおよびスロットを用いたスロットアレーアンテナを用いたアンテナ装置の給電回路の一例を示す図である。
【図４】本発明の一実施形態に係るアンテナエレメント数が８であるトーナメント型の並列給電回路の一例を示す図である。
【図５】本発明の一実施形態に係るアンテナエレメント数が７である並列給電回路の一例を示す図である。
【図６】本発明の一実施形態に係るアンテナエレメント数が６である並列給電回路の一例を示す図である。
【図７】本発明の一実施形態に係るアンテナエレメント数が６である並列給電回路の一例を示す図である。
【図８】本発明の一実施形態に係るアンテナエレメント数が５である並列給電回路の一例を示す図である。
【図９】本発明の一実施形態に係る減数手法を説明するための図である。
【図１０】本発明の一実施形態に係る導波管τ形分岐回路の構成例を示す図である。
【図１１】電磁界解析による導波管τ形分岐回路の入力側からの反射特性の例を示す図である。
【図１２】本発明の一実施形態に係る導波管接続部の概略的な外観を示す図である。
【図１３】本発明の一実施形態に係るチョークフランジにおけるモード２Ａの一例を示す図である。
【図１４】本発明の一実施形態に係るチョークフランジにおけるモード２Ｂの一例を示す図である。
【図１５】本発明の一実施形態に係るチョークフランジにおけるモード３Ａの一例を示す図である。
【図１６】本実施形態に係るチョークフランジの溝部の直線部の長さと共振周波数との関係の例を示す図である。
【図１７】従来例に係る導波管τ形分岐回路の構成例を示す図である。
【図１８】円形チョークフランジの損失の実測値とシミュレーション結果の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照し、本発明の実施形態について説明する。
【００１３】
以下では、説明の便宜上、三次元直交座標系であるＸＹＺ座標軸を図中に矢印で示して説明する。
また、以下では、説明の便宜上、「電磁波」という語を使用して説明するが、一般に、３ＴＨｚ以下の周波数を有する電磁波は「電波」とも呼ばれる。
【００１４】
また、以下では、説明の便宜上、トーナメント状の給電回路において、最下層から最上層へ向かう方向で、複数個の導波路が１／２倍ずつになるように合成されていく段を「階層」と呼んで説明する。この場合、例えば、ｒ＝１〜ｋについて、ｒ階層目が２ｋ−ｒ個の導波路となる。
また、逆に、トーナメント状の給電回路において、最上層から最下層へ向かう方向で、１個の導波路が２倍ずつに分岐されていく段が「階層」と呼ばれてもよい。具体例としては、ｒ＝１〜ｋについて、ｒ階層目が２ｒ−１個の導波路である場合がある。
そして、以下では、説明の便宜上、トーナメント状の分岐から枝の数が減らされた構成（つまり、厳密にはトーナメント状ではない構成）についても、トーナメント状の分岐における「階層」という語を説明に使用する場合がある。
【００１５】
［人工衛星などのアンテナ装置］
本実施形態では、人工衛星のアンテナ装置を例として説明するが、本実施形態に係る技術が他のアンテナ装置に適用されてもよい。
【００１６】
＜人工衛星の外観＞
図１は、本発明の一実施形態に係るアンテナ装置２１を備える人工衛星１の概略的な外観の一例を示す図である。
人工衛星１は、当該人工衛星１の構体となる衛星構体１１と、アンテナ装置２１とを備える。
【００１７】
本実施形態では、衛星構体１１は、立方体の形状を有する。
アンテナ装置２１は、展開型の３枚の平面形状のアンテナパネル３１〜３３と、給電源回路４１を含む給電回路と、開閉接続部５１〜５２とを備える。本実施形態では、給電回路は、アンテナパネル３１〜３３などに備えられる。
アンテナパネル３１〜３３は、アンテナを構成する板状の物体である。本実施形態では、正方形状のアンテナパネル３１〜３３が用いられるが、他の形状の物体がアンテナを構成するために用いられてもよい。
本実施形態では、給電源回路４１は、衛星構体１１の内部に備えられている。
【００１８】
以下で、本実施形態に係るアンテナ装置２１について説明する。
【００１９】
＜展開パネルの幾何学構成＞
一般に、アンテナパネルを展開するための幾何学的な構成は、例えば、必要とされるアンテナの利得、必要とされる放射ビームのパターン、打ち上げ時における人工衛星の形状およびサイズ、あるいは、展開機構の特性などの条件に基づいて決定される。
また、アンテナパネルを展開する方式として、１次元展開方式、２次元展開方式、１翼展開方式、あるいは、２翼展開方式などがある。１次元展開方式では、複数のアンテナパネルを１次元方向に展開する。２次元展開方式では、複数のアンテナパネルを２次元方向に展開する。１翼展開方式では、展開する方向が一方向である。２翼展開方式では、衛星構体１１から２方向に展開する。
【００２０】
アンテナ装置２１は、２翼展開方式に対応する。アンテナ装置２１では、人工衛星１の衛星構体１１から直線上（例えば、左右）に対称に１枚ずつのアンテナパネル３２、３３が展開される。これにより、人工衛星１の質量特性の対称性が保たれる。
また、アンテナ装置２１では、衛星構体１１の面上に１枚のアンテナパネル３１が設けられている。そして、３枚のアンテナパネル３１〜３３が直線状に連結されたアンテナ面が構成される。これにより、アンテナ装置２１のサイドローブが抑圧され、実用的なアンテナ面となる。
このようなアンテナ面の構成が用いられる場合、例えば、アンテナパネルの枚数は奇数となる。本例では、アンテナパネルの枚数は、奇数の一例である３である。
【００２１】
＜展開型の平面形状のアンテナ＞
本実施形態に係るアンテナ装置２１では、中央パネルと呼ばれる１枚のアンテナパネル３１が、衛星構体１１が有する１個の面の上に備えられる。衛星構体１１の当該面と、当該アンテナパネル３１の面とは、同一の形状（または、ほぼ同一の形状）を有する。
右翼と呼ばれるアンテナパネル３２が、アンテナパネル３１の一辺の側に備えられ、左翼と呼ばれるアンテナパネル３３が、アンテナパネル３１の反対側の一辺の側に備えられる。
３枚のアンテナパネル３１〜３３のそれぞれの面は、同一の形状（または、ほぼ同一の形状）を有する。
【００２２】
アンテナパネル３２およびアンテナパネル３３は、アンテナパネル３１に対して、それぞれ開閉接続部５１および開閉接続部５２を介して開閉可能に接続されている。開閉接続部５１および開閉接続部５２は、例えば、開閉可能なヒンジの構造を有する。
アンテナパネル３２およびアンテナパネル３３は、アンテナパネル３１に対して、開いた状態にあり、アンテナパネル３２およびアンテナパネル３３の面とアンテナパネル３１の面とが、平行（または、ほぼ平行）になり、同一の平面上（または、ほぼ同一の平面上）に直列に位置する。これにより、３枚のアンテナパネル３１〜３３から構成されるアンテナが実現される。
一方、アンテナパネル３２およびアンテナパネル３３がアンテナパネル３１に対して閉じた状態では、アンテナパネル３２およびアンテナパネル３３の面と、衛星構体１１の1個の側面６１および側面６２とが、それぞれ、平行（または、ほぼ平行）になる。当該側面６１および側面６２は、衛星構体１１が有する面のなかで、アンテナパネル３１の面に隣接する４個の面のうちの１個の面である。これにより、人工衛星１が全体的にコンパクトになり、容易に輸送可能となる。
【００２３】
＜受動型のフェーズドアレーアンテナ＞
本実施形態に係るアンテナ装置２１は、受動型のフェーズドアレーアンテナを使用する。この理由は、受動型のフェーズドアレーアンテナは、能動型のフェーズドアレーアンテナと比べて、低コスト化し易いからである。
【００２４】
＜衛星構体の内部に備えられる給電源回路＞
本実施形態に係るアンテナ装置２１では、衛星構体１１の内部に、アンテナへ給電するための給電源回路４１を備える。この理由は、受動型のフェーズドアレーアンテナでは、アンテナパネル３１〜３３に送信用の電力増幅器あるいは受信用の低雑音増幅器などの所定の電子機器が配置されないためである。このため、受動型のフェーズドアレーアンテナでは、衛星構体１１の内部に当該電子機器が配置されることになる。また、受動型のフェーズドアレーアンテナでは、衛星構体１１からアンテナパネル３１〜３３へマイクロ波あるいはミリ波を給電する導波路が設けられる。
給電源回路４１は、例えば、アンテナへ給電するための回路のうち、給電のための電力の信号（説明の便宜上、「給電信号」ともいう。）を伝送する導波路以外の電子回路を備える。当該電子回路は、送信用の電力増幅器、および受信用の低雑音増幅器などの電子機器を含んでもよい。
【００２５】
＜導波管＞
本実施形態に係るアンテナ装置２１では、導波路として導波管を使用する。この理由は、導波管は、高周波領域のマイクロ波あるいはミリ波について損失が最も小さい導波路であるからである。
【００２６】
＜導波管同士がフランジで接続される構成＞
本実施形態に係るアンテナ装置２１では、アンテナパネル３１〜３３が開閉接続部５１、５２を介して展開される。本実施形態では、開閉接続部５１の構造と開閉接続部５２の構造とは同じである。
また、隣り合うアンテナパネル３１〜３３の給電用の導波管同士が導波管接続部によって接続される。本実施形態では、アンテナパネル３１の導波管とアンテナパネル３２の導波管とを接続する導波管接続部の構造と、アンテナパネル３１の導波管とアンテナパネル３３の導波管とを接続する導波管接続部の構造と、は同じである。
【００２７】
［アンテナ装置の給電回路の例］
＜給電回路の一例＞
図２は、本発明の一実施形態に係るアンテナ装置２１の給電回路３０１の一例を示す図である。
【００２８】
３枚のアンテナパネル３１〜３３は、Ｚ軸に沿って並んでいる。アンテナパネル３１、３２は導波管接続部２１１を介して接続されており、アンテナパネル３１、３３は導波管接続部２１２を介して接続されている。
【００２９】
給電回路３０１は、第１段の分割回路に相当する分割回路２２１、第２段の分割回路に相当する分割回路３１１〜３１２および１個の合成回路３１３を組み合わせて備える。説明の便宜上、これらの分割回路２２１、３１１〜３１２および合成回路３１３における入力端および出力端の側を示すための点を、それぞれ点Ｐ１〜点Ｐ５で示してある。
また、３個のアンテナエレメントの給電点Ｐ１１、Ｐ１２、Ｐ１３を示してある。これらのアンテナエレメントは、アンテナパネル３２、３１、３３に担持されている。
【００３０】
分割回路２２１は、３端子の１入力２出力の第１段の分割回路に相当するが、アンテナパネル３１に備えられていてもよく、あるいは衛星構体１１内部に設けられてもよい。３端子の１入力２出力の第１段の分割回路に相当する分割回路２２１が備えられている。分割回路２２１の入力端は点Ｐ１にある。当該入力端は、Ｚ軸方向において、アンテナパネル３１の中央に配置されている。分割回路２２１の右側の出力端は点Ｐ２の側にあり、分割回路２２１の左側の出力端は点Ｐ３の側にある。Ｚ軸方向において、点Ｐ１を通りＸ軸に平行な直線に対して、点Ｐ２と点Ｐ３とは左右対称となっている。つまり、Ｚ軸方向において、分割回路２２１は、アンテナパネル３１の中央を基準として、左右対称となっている。
なお、分割回路や合成回路は、一般に、局所的なものである。
【００３１】
アンテナパネル３１とアンテナパネル３２にわたって、３端子の１入力２出力の第２段の分割回路に相当する分割回路３１１が備えられている。分割回路３１１の入力端は、分割回路２２１の出力端の側でもある点Ｐ２にある。当該入力端は、アンテナパネル３１に配置されている。分割回路３１１の右側の出力端は点Ｐ４の側にあり、点Ｐ４はアンテナパネル３２に配置されている。分割回路３１１の左側の出力端は点Ｐ２１aの側にあり、点Ｐ２１aはアンテナパネル３１に配置されている。点Ｐ２１aは、Ｚ軸方向において、アンテナパネル３１の中央（あるいは、ほぼ中央）に配置されている。
【００３２】
アンテナパネル３１とアンテナパネル３３にわたって、３端子の１入力２出力の第２段の分割回路に相当する分割回路３１２が備えられている。分割回路３１２の入力端は、分割回路２２１の出力端の側でもある点Ｐ３にある。当該入力端は、アンテナパネル３１に配置されている。分割回路３１２の左側の出力端は点Ｐ５の側にあり、点Ｐ５はアンテナパネル３３に配置されている。分割回路３１２の右側の出力端は点Ｐ２１ｂの側にある。
ここで、分割回路３１１の左側の出力端の側の点（点Ｐ２１ａ）と分割回路３１２の右側の出力端の側の点（点Ｐ２１ｂ）とは、実際には、少しずれており、共通の合成回路３１３に接続されている。
【００３３】
また、アンテナパネル３１に、３端子の２入力１出力の合成回路３１３が備えられている。合成回路３１３の２個の入力端は点Ｐ２１ａ、点Ｐ２１ｂにあり、一方の入力端が分割回路３１２の出力端と接続されており、他方の入力端が分割回路３１１の出力端と接続されている。これら２個の入力端から入力される給電信号が、例えば等しい割合で、合成される。
なお、合成回路３１３の２個の入力端（点Ｐ２１ａ）、（点Ｐ２１ｂ）は、実際には、少しずれており、共通の出力端に導かれる。
【００３４】
ここで、３個の分割回路２２１、３１１〜３１２および１個の合成回路３１３は、Ｚ軸方向において、アンテナパネル３１の中央を基準として、左右対称に配置されている。
すなわち、１入力２出力の分割回路３１２は、分割回路３１１に対して、Ｚ軸方向において、アンテナパネル３１の中央を基準として、左右対称に配置されている。
【００３５】
３個の分割回路２２１、３１１〜３１２および１個の合成回路３１３は、それぞれ、導波管を用いて構成されている。ある分割回路の出力端と他の分割回路の入力端とが同じ点に向かうところでは、互いに接続されている。そして、当該出力端から出力される給電信号が当該入力端に入力される。また、最初の分割回路２２１の入力端には給電源回路４１の出力端が接続され、給電源回路４１から給電される給電信号が当該入力端に入力される。
分割回路３１１は、導波管接続部２１１の導波路を含んで構成されている。分割回路３１２は、導波管接続部２１２の導波路を含んで構成されている。
本実施形態では、分割回路２２１、３１１〜３１２および合成回路３１３の導波管は、主にＺ軸あるいはＸ軸に平行に配置されるが、必ずしもこのような配置に限定されず、他の配置が用いられてもよい。
【００３６】
このような構成により、給電回路３０１は、全体として、１入力３出力である。つまり、点Ｐ１から給電信号が入力されて、３個のアンテナエレメントから給電信号が出力される。この際、それぞれの給電信号の分岐点では、例えば、末端の３個のアンテナエレメントでの電力レベルが等しくなるように、給電信号が分割される。
なお、他の例として、末端の３個のアンテナエレメントでの電力レベルが等しくない態様（つまり、不均一な態様）で、給電信号が分割されてもよい。
本実施形態では、１入力４出力の給電回路をベースとして、２個の２分割回路を１個の２入力１出力の合成回路３１３に変更し、第２段の分割回路３１１の出力および同じく第２段の分割回路３１２の出力を入力として合成して出力することで、１入力３出力の給電回路３０１が構成されている。
なお、給電回路３０１において、実際には、それぞれの部品の配置などは調整されるために、電磁波の経路（本実施形態では、導波管）において当該電磁波の位相のずれが発生する場合がある。この場合、例えば、位相のずれは経路の長さの微調整によって補償可能である。
【００３７】
アンテナ装置２１の外側へは、給電源回路４１から供給された給電信号が無線の電磁波として空中に放射される。
例えば、末端の３個のアンテナエレメントの出力端（末端の出力端）Ｐ１１、Ｐ１２およびＰ１３から電磁波（給電信号の電磁波）を漏洩する構成が用いられてもよい。
また、例えば、分割回路２２１、３１１〜３１２および合成回路３１３の導波管の途中に穴（スロット）が設けられて、当該穴から電磁波（給電信号の電磁波）を漏洩する構成が用いられてもよい。
【００３８】
＜ハニカムパネルおよびスロットを用いたスロットアレーアンテナの給電回路の一例＞
電磁波を空中に放射する詳細について、図３を用いて説明する。図３は、本発明の一実施形態に係るハニカムパネルおよびスロットを用いたスロットアレーアンテナを用いたアンテナ装置２１の給電回路４０１の一例を示す図である。  図２に示される給電回路３０１と同様な部分については同じ符号を付してある。
【００３９】
給電のための導波管に結合用のスロット（切り込みの穴）が設けられている。例えば、導波管に、複数の結合用のスロットが設けられる。そして、当該導波管に密着しているハニカムパネルからなる平行平板の導波路へ、結合用のスロットから、給電信号の電磁波（進行波）を給電する方式が用いられている。展開方向（Ｚ軸方向）については末端の導波管４１１、４２１、４３１の内部を信号が伝搬する。結合用のスロットから平行平板に結合した信号は、Ｘ軸方向へ進行する近似的な平面波として平行平板の導波路を伝搬していく。
ここで、末端の導波管４１１、４２１、４３１は、スロット付きの導波管である。
【００４０】
具体的には、３個の分割回路２２１、３１１〜３１２および１個の合成回路３１３の導波管により構成される導波路に、給電源回路４１から供給される給電信号の電磁波が搬送される。
また、Ｚ軸方向に平行な末端の導波管４１１、４２１、４３１に、当該電磁波が伝搬される。
【００４１】
平行平板の内部にあるＸ軸方向に平行な伝搬路４１２、４２２、４３２に、結合用のスロットから漏洩した電磁波が伝搬される。
【００４２】
また、平行平板の外側に向くスキンには複数の放射用のスロットが設けられている。そして、平行平板の内側にある導波管４１１〜４１２、４２１〜４２２、４３１〜４３２から放射用のスロットへ給電信号の電磁波が漏洩する。これにより、放射用のスロットから当該電磁波が自由空間に放射される。
【００４３】
ここで、スロットを用いた進行波の給電では、例えば、同一の電磁波を漏洩する複数のスロットについて、それぞれのスロットから漏洩する電磁波の位相（信号の位相）は中心周波数を基準として同位相に調整される。しかしながら、この場合、中心周波数から離れた周波数では、進行波の給電路の長さ（本実施形態では、導波路の長さ）に応じて、それぞれのスロットから漏洩する電磁波の位相がずれ得る。そして、このような位相のずれが考慮されて、アンテナの周波数帯域幅が決定される。
こうしたことから、例えば、アンテナパネル３１〜３３の面の形状が正方形であるとき、展開方向（Ｚ軸方向）において、給電のための導波管がアンテナパネル３１〜３３の中央を基準にして設置される。これにより、展開方向（Ｚ軸方向）およびそれに直交する方向（Ｘ軸方向）における周波数帯域幅が効果的に共通化される。
【００４４】
ここで、標準的なトーナメント方式の給電では、１入力２出力の分割回路が適用される。これに対して、図２に示される給電回路３０１では、２入力１出力の導波管の経路（合成回路３１３の経路）を用いることで、出力の数（アンテナエレメントの数）を減少させた。
具体的には、図２に示される給電回路３０１では、中央のアンテナパネル３１の中央部分に１個の２入力１出力の合成回路３１３を備える。これにより、階層数（本例では、ｋ）が３である場合に、標準のトーナメント方式の回路ではアンテナエレメントの総数が４になるが、図２に示されるアレーアンテナではアンテナエレメントの総数が３になっている。すなわち、図２に示されるアレーアンテナでは、アンテナエレメントの数を１個削減している。
【００４５】
ここで、２入力１出力の合成回路３１３では、空間的にコンパクトな構造で、２個の入力の合成および１個の出力の分割を行う。
さらに、例えば、図２に示される給電回路３０１において、アンテナ装置２１にスロット結合を用いた構成が適用される場合においても、スロットを経由する励振を空間的に均一にすることができ、アンテナ開口効率の低下を回避することができる。
【００４６】
以上のように、本実施形態に係るアンテナ装置２１では、展開型の平面形状のアンテナパネルを用いて、高利得および広帯域で、高周波の信号を通信（送受信）することができる。また、本実施形態に係るアンテナ装置２１では、収容体積を小さくすることができ、これにより、小型の人工衛星に適用され得る。また、本実施形態に係るアンテナ装置２１では、低コスト化を図ることができる。
【００４７】
また、本実施形態に係るアンテナ装置２１では、特に、ハニカムパネルおよびスロットを用いたアレーアンテナの構成とされてもよい。このような構成では、例えば、従来のパラボラアンテナを用いた構成あるいは従来のアクティブアレーアンテナを用いた構成と比較して、低コストであり、量産に適する。
【００４８】
一例として、本実施形態に係るアンテナ装置２１では、電磁波のビームの電子掃引が必要とされない数ｍ程度の展開型のアンテナを、低コストで軽量に実現することが可能である。
例えば、平面形状の導波管スロットアンテナは、近年において発展が顕著であり、高効率である。このような平面形状の導波管スロットアンテナをアンテナパネル（図１の例では、アンテナパネル３１〜３３）として、数枚のアンテナパネルを展開可能に構成する。そして、人工衛星１の本体部（図１の例では、衛星構体１１）に搭載された給電源回路４１によって非接触に低損失で導波管に給電する。給電源回路４１は、例えば、高周波の信号を送信および受信する装置として機能する。
【００４９】
本実施形態では、高周波領域で最も低損失な導波路である導波管を用いて、アンテナエレメントまで信号を給電させる。この方式と親和性の高いものとして、給電導波管に結合スロットをあけて、給電導波管に密着しているハニカムパネルからなる平行平板導波路へ、進行波給電する方式が考えられている。各結合スロットから平行平板に漏洩した信号は、展開方向に直交する方向へ進行する近似的な平面波として平行平板導波路を伝搬していく。ハニカムパネルのもう一方のスキンには、進行波給電される放射スロットが設けられており、自由空間へ電磁波として放射される。
【００５０】
本実施形態に係るアンテナ装置が切り開く利用分野の一例は、電磁波ビームの電子掃引を必要としない数ｍ程度の展開アンテナを、低コストで軽量に実現する技術である。近年発展が顕著である高効率な平面導波管スロットアンテナを数枚展開させた上で、衛星本体に搭載した高周波送信・受信装置から、本実施形態に係る技術を用いて非接触に低損失で導波管給電する。これにより、例えば、ロケット搭載時の収納領域が１ｍ以下の小型衛星を利用して、マイクロ波合成開口レーダー（ＳＡＲ）による地球観測・監視ミッションなどが可能になる。
【００５１】
近年では、小型衛星によって様々な地球観測・監視ミッションが実現されているが、ほとんどの観測機器は口径数１０ｃｍの光学望遠鏡である。夜間あるいは天候に左右されずに観測・監視を実施するためには、数ｍのサイズのアンテナを必要とする合成開口レーダー（ＳＡＲ）等の電磁波センサーを小型衛星に搭載する必要がある。本実施形態に係るアンテナ装置２１では、このような構成を実現することが可能である。
【００５２】
なお、ハニカムパネルを用いた導波管給電方式のスロットアレーアンテナの構成は、下記の論文１に記載のものを使用することができる。
＜論文１＞Ｐｒｉｌａｎｄｏ  Ｒｉｚｋｉ  Ａｋｂａｒ，  Ｈｉｒｏｂｕｍｉ  Ｓａｉｔｏ，  Ｍｉａｏ  ＺＨＡＮＧ，  Ｊｉｒｏ  Ｈｉｒｏｋｏｗａ，  Ｍａｋｏｔｏ  Ａｎｄｏ，  “Ｐａｒａｌｌｅｌ−Ｐｌａｔｅ  Ｓｌｏｔ  Ａｒｒａｙ  Ａｎｔｅｎｎａ  ｆｏｒ  Ｄｅｐｌｏｙａｂｌｅ  ＳＡＲ  Ａｎｔｅｎｎａ  ｏｎｂｏａｒｄ  Ｓｍａｌｌ  Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ”，  ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓ  ｏｎ  Ａｎｔｅｎｎａｓ  ａｎｄ  Ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ，  ＶＯＬ．６４，  ＮＯ．５，  ＭＡＹ  ２０１６，  ｐｐ．１６６１−１６７１
【００５３】
また、スロットアレーアンテナの設計については、下記の論文２に記載のものを使用することができる。
＜論文２＞Ｂｕｄｈａｄｉｔｙａ  Ｐｙｎｅ，  ＩＥＥＥ，  Ｐｒｉｌａｎｄｏ  Ｒｉｚｋｉ  Ａｋｂａｒ，  Ｖｉｎａｙ  Ｒａｖｉｎｄｒａ，  Ｈｉｒｏｂｕｍｉ  Ｓａｉｔｏ，  Ｊｉｒｏ  Ｈｉｒｏｋｏｗａ，  ａｎｄ  Ｔｏｍｏｙａ  Ｆｕｋａｍｉ，  “Ｓｌｏｔ−Ａｒｒａｙ  Ａｎｔｅｎｎａ  Ｆｅｅｄｅｒ  Ｎｅｔｗｏｒｋ  ｆｏｒ  Ｓｐａｃｅ−Ｂｏｒｎｅ  Ｘ−Ｂａｎｄ  Ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ  Ａｐｅｒｔｕｒｅ  Ｒａｄａｒ”，  ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓ  ｏｎ  Ａｎｔｅｎｎａｓ  ａｎｄ  Ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ，  ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  ｖｅｒｓｉｏｎ  Ａｐｒｉｌ  ２４，  ２０１８
【００５４】
＜アンテナパネルの数が異なるアンテナ装置＞
ここで、アンテナ装置２１が備えるアンテナパネルの数ｎは、３以外であってもよい。
一例として、アンテナパネルの数ｎは７であってもよい。
【００５５】
［アンテナエレメントの減数］
ここで、図４〜図８を用いて、本実施の形態に使用される給電回路におけるアンテナエレメントへの給電点の調整の詳細を説明する。
広い使用周波数範囲（広帯域）を必要とする受動型アレーアンテナでは、各アンテナエレメントへの給電位相が広い周波数領域において均一である必要がある。このため、このような受動型アレーアンテナでは、信号源（給電のための信号源）から各アンテナエレメントまで、電気長が等しく並列に給電する並列給電方式が採用される。
【００５６】
給電源からアンテナエレメントへの信号の分岐には、回路や線路の配置が容易な、１入力２出力の３端子分岐回路を用いる。このため並列給電回路は、トーナメント状になり、アンテナエレメント数は２のべき数である２ｋ−１個である。ｋは、トーナメントの階層数を表し、自然数である。ここで、トーナメントの階層数は、１入力２出力の３端子分岐回路を通過するごとに１つずつ大きくなっていく数である。
なお、分岐回路は、分割回路と呼ばれてもよい。
【００５７】
図４は、アンテナエレメント数が８であるトーナメント型の並列給電回路１０１１の一例を示す図である。
並列給電回路１０１１では、給電源１０２１から、第１の分割回路に相当する分岐点ａ１で２分割され、第２の分割回路に相当する分岐点ａ２、および分岐点ａ３でさらに２分割され、分岐点ａ２、および分岐点ａ３を第１の分割回路としたときの第２の分割回路に相当する分岐点ａ４〜ａ７でさらに２分割されて、８個のアンテナエレメントが構成されている。
このような並列給電回路１０１１は、アンテナエレメント数ｎ＝８、階層数ｋ＝４である標準（通常）のトーナメント回路である。
【００５８】
本実施形態では、受動型アレーアンテナにおいて、アンテナエレメントの数が２ｋ−１個ではない場合に対応することができる左右対称な給電回路を実現する。
各アンテナパネルは同一の設計とすることで装置設計や製造を容易にすることが望ましい。加えて、アンテナパネル間をまたぐ給電回路の箇所数を必要最小に抑えることが望ましい。このためには、同一のアンテナパネルを一つのアンテナエレメントとするアレーアンテナの構成とする必要がある。一方、装置のサイズや装置の質量バランス等の質量特性の要請から、アンテナパネルの枚数ｎ（ｎ：自然数）が２ｋ−１個にならない場合がある。このため、２ｋ−１個ではない個数のアンテナエレメントに並列給電することができ、設計や製造が容易で、広帯域な並列給電回路が必要である。特に、リニアアレーアンテナの場合には、２ｋ−１個ではない個数のエレメントを左右対称な配置とすることが必要である。
【００５９】
アンテナエレメント数ｎが２ｋ−１に等しくない（ｎ≠２ｋ−１）リニアアレーアンテナを考える。広帯域特性のためにはｎ個のアンテナエレメントへの給電回路の電気長が等しい必要がある。アンテナエレメント数ｎに対して、階層数ｋをｎ＞２ｋ−１ととるためには、１入力３出力のような４端子回路以上の複雑な回路が必要となる。加えて、３出力に接続される回路を等しい電気長に平面的に配置することが困難になる。
【００６０】
ここで、本実施形態では、説明の便宜上、トーナメント状以外の階層数は、トーナメント状であると仮定したときの階層数と等しいとみなして説明する。
【００６１】
本実施形態では、アンテナエレメント数ｎに対して、階層数ｋをｎ＜２ｋ−１とする。標準のトーナメント状の並列給電回路では給電エレメントの個数が２ｋ−１個であるため、標準のトーナメント状給電回路の最下層の枝を（２ｋ−１−ｎ）個分だけ減数させる必要がある。
【００６２】
図５〜図８には、図４に示されるトーナメント状の並列給電回路１０１１をベースとして、アンテナエレメントを減数した並列給電回路の例を示してある。
ここで、本実施形態では、説明を簡易化するために、アンテナエレメントの間隔が均一であるリニアアレーとしている。
【００６３】
図５は、アンテナエレメント数が７である並列給電回路１１１１の一例を示す図である。
並列給電回路１１１１では、給電源１１２１から、第１段の分割回路に相当する分岐点ａ２１で２分割され、第２段の分割回路に相当する分岐点ａ２２、ａ２３でさらに２分割され、分岐点ａ２２およびａ２３の出力を第１段の分割回路としたときの第２段の分割回路に相当する分岐点ａ２４〜ａ２７でさらに２分割され、合成回路に相当する合成点ａ２８で、第２段の分岐回路に相当する分岐点ａ２５およびａ２６の出力である２つの入力を合成して１つの出力として、７個のアンテナエレメントが構成されている。
ここで、分岐点ａ２１〜ａ２７は、トーナメント状の分岐点と同様な分岐を行うが、７個のアンテナエレメントのそれぞれに同じ大きさの電力が供給されるように電力分配比が設定されている。なお、電気長は等しい必要はあるが、必ずしも同じ大きさの電力が供給されなくてもよい。設計によっては、不均一な電力分配が行われることもある。
また、合成点ａ２８は、分岐点ａ２５によって分岐された一方の信号と、分岐点ａ２６によって分岐された一方の信号とを合成する。
【００６４】
図５に示される並列給電回路１１１１において、分岐点ａ２５および分岐点ａ２６以降の３個のアンテナエレメントまでの回路部分における合成点ａ２８が合成回路によって実現される。これにより、１階層目と２階層目（最下層から最上層へ向かう方向での階層）との間において、１個の合成回路をアンテナの中央部分に配置することで、左右対称性の良い給電回路としている。
【００６５】
図６は、アンテナエレメント数が６である並列給電回路１２１１の一例を示す図である。
並列給電回路１２１１では、給電源１２２１から、第１段の分割回路に相当する分岐点ａ４１で２分割され、第２段の分割回路に相当する分岐点ａ４２、ａ４３でさらに２分割され、分岐点ａ４２およびａ４３を第１段の分割回路としたときの第２段の分割回路に相当する分岐点ａ４４〜ａ４７でさらに２分割され、合成回路に相当する合成点ａ４８、ａ４９で２つの入力を合成して１つの出力として、６個のアンテナエレメントが構成されている。
ここでも、並列給電回路１２１１の全体として、６個のアンテナエレメントのそれぞれに同じ大きさの電力が供給されるように電力分配比が設定されている。なお、電気長は等しい必要はあるが、必ずしも同じ大きさの電力が供給されなくてもよい。設計によっては、不均一な電力分配が行われることもある。
また、合成点ａ４８は、分岐点ａ４４によって分岐された一方の信号と、分岐点ａ４５によって分岐された一方の信号とを合成し、合成点ａ４９は、分岐点ａ４６によって分岐された一方の信号と、分岐点ａ４７によって分岐された一方の信号とを合成する。
【００６６】
図６に示される並列給電回路１２１１において、分岐点ａ４２以降の３個のアンテナエレメントまでの回路部分における合成点ａ４８が合成回路によって構成され、分岐点ａ４３以降の３個のアンテナエレメントまでの回路部分における合成点ａ４９が合成回路によって実現される。これにより、１階層目と２階層目との間において、２個の合成回路を配置することで、左右対称性の良い給電回路としている。
【００６７】
図７は、アンテナエレメント数が６である並列給電回路１３１１の一例を示す図である。
並列給電回路１３１１では、給電源１３２１から、第１段の分割回路に相当する分岐点ａ６１で２分割され、第２段の分割回路に相当する分岐点ａ６２、ａ６３でさらに２分割され、合成回路に相当する合成点ａ６４で２つの入力を合成して１つの出力とし、分岐点ａ６５〜ａ６７でそれぞれ２分割されて、６個のアンテナエレメントが構成されている。
ここで、分岐点ａ６１〜ａ６３は、トーナメント状の分岐点と同様な分岐を行うが、並列給電回路１３１１の全体として、６個のアンテナエレメントのそれぞれに同じ大きさの電力が供給されるように電力分配比が設定されている。なお、電気長は等しい必要はあるが、必ずしも同じ大きさの電力が供給されなくてもよい。設計によっては、不均一な電力分配が行われることもある。
また、合成点ａ６４は、分岐点ａ６２によって分岐された一方の信号と、分岐点ａ６３によって分岐された一方の信号とを合成し、分岐点ａ６５は、分岐点ａ６２によって分岐された一方の信号を分岐し、分岐点ａ６６は、合成点ａ６４によって合成された信号を分岐し、分岐点ａ６７は、分岐点ａ６３によって分岐された一方の信号を分岐する。
【００６８】
図７に示される並列給電回路１３１１において、分岐点ａ６１以降の６個のアンテナエレメントまでの回路部分における合成点ａ６４が合成回路によって実現される。２階層目と３階層目との間において、１個の合成回路を配置することで、左右対称性の良い給電回路としている。
【００６９】
図８は、アンテナエレメント数が５である並列給電回路１４１１の一例を示す図である。
並列給電回路１４１１では、給電源１４２１から、第１段の分割回路に相当する分岐点ａ８１で２分割され、第２段の分割回路に相当する分岐点ａ８２、ａ８３でさらに２分割され、分岐点ａ８２およびａ８３を第１段の分割回路としたときの第２段の分割回路に相当する分岐点ａ８４、ａ８５でさらに２分割され、合成回路に相当する合成点ａ８６で２つの入力を合成して１つの出力として、５個のアンテナエレメントが構成されている。
ここで、並列給電回路１４１１の全体として、５個のアンテナエレメントのそれぞれに同じ大きさの電力が供給されるように電力分配比が設定されている。なお、電気長は等しい必要はあるが、必ずしも同じ大きさの電力が供給されなくてもよい。設計によっては、不均一な電力分配が行われることもある。
また、分岐点ａ８４は、分岐点ａ８２によって分岐された一方の信号を分岐し、分岐点ａ８５は、分岐点ａ８３によって分岐された一方の信号を分岐し、合成点ａ８６は、分岐点ａ８４によって分岐された一方の信号と、分岐点ａ８５によって分岐された一方の信号とを合成する。
【００７０】
図８に示される並列給電回路１４１１において、分岐点ａ８４および分岐点ａ８５以降の３個のアンテナエレメントまでの回路部分における合成点ａ８６が合成回路によって実現され、１階層目と２階層目との間において、１個の合成回路をアンテナの中央部分に配置することで、左右対称性の良い給電回路としている。
また、２階層目の左右の両端において、第１の減数手法を左右対称に適用することで、左右対称性の良い給電回路としている。なお、第１の減数手法については、後述する。
【００７１】
＜アンテナエレメントの総数が（２のべき乗）個ではない場合における給電回路＞
例えば、人工衛星１に対称な質量特性を持たせる場合には、図１の例のように、アンテナパネル３１〜３３の枚数ｎは奇数となる。この場合には、標準的なトーナメント回路がそのままでは使用され得ない。
【００７２】
本実施形態において行われるアンテナエレメントの総数の調整について説明する。
偶数としたアンテナエレメントの総数２ｋ−１個のアンテナエレメントを備えるトーナメント回路をベースにする。そして、アンテナエレメントの総数を２ｋ−１から減らして、実際のアンテナエレメントの総数に一致させる。
このとき、例えば、等長配線の条件を満たすようにする。当該条件は、共通の入力端からそれぞれの出力の末端までの配線の長さが等しいという条件である。また、１入力２出力である３端子回路以外の分割回路あるいは合成回路を用いて、アンテナエレメントの総数に合った並列給電回路を特定する。
【００７３】
例えば、（２ｋ−１＜アンテナエレメントの数）を満たす階層数を有する標準的なトーナメント回路から、アンテナエレメントの総数を増加させることは困難であると考えられる。この理由は、１入力で３以上の多出力を持つ導波管は、形状が複雑であり面積を専有するため、アンテナパネルに実装することが困難であると考えられるためである。
このため、本実施形態では、（２ｋ−１＞アンテナエレメントの数）を満たす階層数を有する標準的なトーナメント回路をベースにして、アンテナエレメントの総数を減少させることが可能な導波管を選定する。
【００７４】
＜アンテナエレメントの減数の手法＞
ここで、アンテナエレメントの減数の手法（説明の便宜上、「減数手法」ともいう。）について説明する。
本実施形態では、第１の減数手法〜第２の減数手法について説明する。
【００７５】
第１の減数手法について説明する。
第１の減数手法は、ｍが１以上の整数であるとして、アンテナエレメントに直結する最下層から数えてｍ階層目と（ｍ＋１）階層目との間において、給電側から見て２入力１出力の合成回路を１入力１出力の回路で置き換えて、枝を分岐させない手法である。この結果、アンテナエレメントの総数は、２（ｍ−１）だけ減数される。ここで、１入力１出力の回路としては、単なる導波管が用いられてもよく、つまり、信号を単に通過させれば１入力１出力となる。
【００７６】
図９は、本発明の一実施形態に係る減数手法（第１の減数手法）を説明するための図である。
給電回路部１６１１は、並列給電回路を構成し得る回路部分である。
給電回路部１６１１では、１個の配線１６２１が分岐点ａ１２１で２分割され、当該２分割のうちの一方が分岐点ａ１２２で２分割され、他方が非分岐点ａ１２３で分岐されない。非分岐点ａ１２３は、例えば、１入力１出力回路で構成されている。
第１の減数手法は、非分岐点ａ１２３のように、枝を分岐させない手法である。
【００７７】
第２の減数手法について説明する。
第２の減数手法は、アンテナエレメントに直結する最下層から数えてｍ階層目と（ｍ＋１）階層目との間において、給電側から見て２入力１出力の合成回路で、隣接する２本の枝を１本の枝に合体させて減数する。この結果、アンテナエレメントの総数は、２（ｍ−１）だけ減数される。
なお、このような合成回路は、従来のｎ＝２ｋ−１個の標準のトーナメント状の給電回路で用いられる分割回路の入出力端子の入出力を逆にすることで得られる。
合成回路に入力される２信号は同位相であるため、分割回路や合成回路の特性として知られているように、損失なく出力回路に出力される。
また、各アンテナエレメントまでの電気長を等しくするために、分割回路や合体回路によって電気長も変化した場合には、それらの回路の位置を微調整する。なお、このように電気長を調整する手法は、他の箇所でも行われ得る手法であるが、本実施形態では、他の箇所については説明を省略してある。
また、（ｍ＋１）階層目の階層とｍ階層目の階層との間の合成回路と、ｍ階層の階層と（ｍ―１）階層目の階層との間の分割回路が、波長と比較して接近している場合には、２つの回路を一体的に設計制作して、２入力２出力の合成分岐回路にすることも可能である。
【００７８】
このように、本実施形態では、標準のトーナメント状の給電回路の構成において、第１の減数手法と第２の減数手法との一方または両方を様々な階層に適用することで、最下層の枝（つまり、アンテナエレメントの数）を任意の（２ｋ−１−ｎ）個分だけ減数させることができる。このとき、任意のｎ個のアンテナエレメントへの電気長を等しくすることができ、広帯域にわたって同位相で給電することが可能である。ただし、一様振幅励振の場合においても、隣接する階層を結ぶ分岐回路の分岐比は１：１ではないものが必要になる。
【００７９】
このような減数手法によって、２ｋ−１個ではない個数のアンテナエレメントを左右対称に配置することができる。
ここで、２次元アレーはリニアアレーを組み合わせることで構成できるため、リニアアレーの場合について説明する。
ｎが偶数である場合には、第１の減数手法と第２の減数手法を、２ｋ−１個のアンテナエレメントのトーナメント回路に左右対称に適用する。これにより偶数である（２ｋ−１−ｎ）個分だけアンテナエレメントを減数することができ、左右対称な偶数個であるｎ個のアンテナエレメントのリニアアレーを構成することができる。
ｎが奇数である場合には、まず、２ｋ−１個のアンテナエレメントのトーナメント回路の最下層（１階層目）の中央の隣接する２個のアンテナエレメントに第２の減数手法を適用することで、アンテナエレメント数が奇数である（２ｋ−１−１）個の左右対称なアレーアンテナとなる。次に、このようにして得られた給電回路に対して、第１の減数手法と第２の減数手法を左右対称に適用する操作によって偶数個の減数を実現することができる。最終的に、奇数であるｎ個のアンテナエレメントを有する左右対称な給電回路が得られる。
【００８０】
なお、このような減数手法は、例えば、トーナメント状の分岐であったと想定した場合に以降に分岐していく数が多いところに適用された方が、以降で減る分岐の数が多くなる。
本実施形態では、それぞれのアンテナパネルの基本構造を共通化しつつ、等長性と対称性を有するアンテナ装置を実現することを図る。
【００８１】
以上のように、本実施形態に係るアンテナ装置２１では、トーナメント状の並列給電回路に対して、アンテナエレメントの数を減らし、任意のアンテナエレメント数に対する左右対称なアレーアンテナの並列給電回路を実現した。
アンテナエレメントの減数手法としては、１入力２出力の分割回路を１入力１出力の回路で置き換えて枝の数を増加させない手法、および、トーナメント状の所定の階層における隣接する枝を２入力１出力の合成回路で合成して枝の数を減数させる手法とのうちの一方、または、両方の組み合わせが用いられる。
【００８２】
本実施形態に係るアンテナ装置２１では、アレーアンテナにおいて、任意の数のアンテナエレメントに、配置の対称性良く、並列給電することができる。
このように、本実施形態に係るアンテナ装置２１では、展開型のアンテナ装置において、給電回路のアンテナエレメントの数が（２のべき乗）ではないときにおいても、対称性を実現することを容易にすることができ、これにより、設計および製造の高効率化を図ることができる。
そして、本実施形態に係るアンテナ装置２１では、収容体積が小さく低コスト化が図られるアンテナ装置を実現することができる。
【００８３】
＜構成例＞
一構成例として、アンテナ装置（図２の例では、アンテナ装置２１）において、展開型の複数のアンテナパネル（図２の例では、アンテナパネル３１〜３３）を備え、給電信号を入力する１個の入力端子（図２の例では、点Ｐ１の端子）と、入力端子に入力された給電信号を複数のアンテナエレメントの信号に分配する給電回路（図２の例では、点Ｐ１から点Ｐ１１〜Ｐ１３までの回路であり、給電回路３０１）と、複数のアンテナエレメントの信号が出力される複数の出力端子（図２の例では、点Ｐ１１〜Ｐ１３の端子）と、を備える。出力端子の総数は（２のべき乗）ではない。給電回路は、１入力２出力の分割回路（図２の例では、点Ｐ１〜Ｐ３の分割回路２２１、３１１〜３１２）と、２入力１出力の合成回路（図２の例では、点Ｐ２１ａおよび点Ｐ２１ｂの合成回路３１３）を含む。
一構成例として、アンテナ装置において、合成回路は、複数のアンテナエレメントの並びの方向（図２の例では、Ｚ軸に平行な方向）において、少なくとも中央に１個配置される。
【００８４】
［分岐点の配置］
アレーアンテナを人工衛星あるいは地上用の移動式通信用アンテナ等に適用する場合には、しばしば、アンテナが実装されたアンテナパネルを展開して面積のより大きいアレーアンテナを形成することがある。特に、広帯域な特性が必要とされる受動型アレーアンテナには、並列給電方式が適している。並列給電方式に必要な分割回路は、機械的に展開動作が行われる展開接続部との干渉を避ける位置に配置される必要がある。
【００８５】
本実施形態では、展開式の受動型アレーアンテナにおいて、展開給電回路の分割回路が展開接続部と干渉することを回避する。
各アンテナパネルへ同一位相で給電するためには、給電回路の分割回路がアンテナパネルの展開接続部と干渉することがある。一例として、アンテナパネルの給電点が、展開方向についてアンテナパネルの中央にある場合を示す。このような場合には、分割回路を、展開接続部に配置することは現実的ではない。このような場合に広帯域な特性を持つ給電回路を実現することが望まれる。
【００８６】
＜開閉接続部の近傍における分割回路の配置＞
隣接するアンテナパネル３１〜３３を接続する開閉接続部（図１の例では、開閉接続部５１、５２）の近傍に配置される分割回路について説明する。
展開型の平面アンテナでは、並列給電回路を構成する２分割の分割回路は、等長の条件から、隣接するアンテナパネル３１〜３３の間隙の中点に設置されることが好ましい場合がある。しかしながら、当該中点には、非接触で対向する導波管の給電を行うための導波管接続部（図２の例では、導波管接続部２１１、２１２）があるため、当該中点と同じ位置に分割回路を配置することが、物理的な干渉によって難しい場合があった。
そこで、本実施形態に係る給電回路３０１では、このような分割回路の配置に関して工夫してある。
【００８７】
具体例として、図２に示される給電回路３０１における分割回路３１１について説明する。
分割回路３１１の入力端の理想的な位置は、アンテナパネル３１とアンテナパネル３２との間の中点Ｑ１の位置である。
しかしながら、このような配置は難しいことから、本実施形態では、分割回路３１１の入力端を所定の位置である点Ｐ２の位置に配置している。ここで、点Ｐ２の位置は、中点Ｑ１の位置に対して、Ｚ軸方向において、所定の距離（または、ほぼ当該所定の距離）だけ左の方に離れている。当該所定の距離は、｛ｐ×（λｇｏ／２）｝である。ｐは自然数（１、２、３、・・・）を表す。（λｇｏ）は、給電される給電信号の中心周波数での管内波長（導波管の内部での波長）を表す。
このように、Ｚ軸方向における点Ｐ２の位置と中点Ｑ１の位置との距離を、（λｇｏ／２）の自然数倍とすることで、広い周波数帯域にわたって、各アンテナエレメントへの電気長の差を小さくして、各アンテナエレメントへの給電位相差を小さくする効果を得ることができる。
なお、分割回路３１１の入力端の位置に合わせて、分割回路２２１の右側の出力端の位置が点Ｐ２の側の位置に配置される。
【００８８】
また、図２に示される給電回路３０１における分割回路３１２について説明する。分割回路３１２についても、分割回路３１１と同様である。
すなわち、分割回路３１２の入力端の理想的な位置は、アンテナパネル３１とアンテナパネル３３との間の中点Ｑ２の位置である。
しかしながら、このような配置は難しいことから、本実施形態では、分割回路３１２の入力端を所定の位置である点Ｐ３に配置している。ここで、点Ｐ３は、中点Ｑ２に対して、Ｚ軸方向において、所定の距離（または、ほぼ当該所定の距離）だけ右の方に離れている。当該所定の距離は、｛ｐ×（λｇｏ／２）｝である。これにより、分割回路３１２についても、分割回路３１１について説明した効果と同様な効果を得ることができる。
なお、分割回路３１２の入力端の位置に合わせて、分割回路２２１の左側の出力端の位置が点Ｐ３の側の位置に配置される。
【００８９】
このように、分割回路を展開部の中点から｛ｐ×（λｇｏ／２）｝だけ離した点に置くことで、広い周波数帯域にわたって各アンテナパネル３１〜３３への給電位相の差を小さくすることができる。分割回路で分岐される２つの経路について、分割回路の位置による経路長差は（ｐ×λｇｏ）であるため、中心周波数ではアンテナパネル３１〜３３への給電位相に差は生じない。中心周波数と帯域端における導波路波長の差をΔλｇとすると、２つの経路について両帯域端においては、｛±２πｐ×Δλｇ／λｇｏ｝の位相差を生じる。
給電回路に複数個の展開部がある場合、各アンテナパネル３１〜３３に給電される経路が展開部を通過する回数を考える必要がある。アンテナパネルごとの展開部を通過する回数の最大値と最小値の差をｑとすると、展開部を最大回数通過して給電されるアンテナパネルと、展開部を最小回数通過して給電されるアンテナパネルとでは、両帯域端では｛±２πｐｑ×Δλｇ／λｇｏ｝の位相差を生じる。例えば、ｐとｑをともに小さくする配置により、展開部を伴う給電回路の広帯域化が図られる。
【００９０】
以上のように、本実施形態に係るアンテナ装置２１では、各アンテナエレメントへの並列給電回路において、各アンテナエレメントへの電気長を等しくする分岐位置から所定の距離｛ｐ×（λｇｏ／２）｝だけ離した点に分割回路を設置した。
【００９１】
本実施形態に係るアンテナ装置２１では、展開式のアレーアンテナにおいて、広帯域性を保ちつつ、分岐点が展開接続部に干渉することを回避することができる。
このように、本実施形態に係るアンテナ装置２１では、展開型のアンテナ装置において、展開されるアンテナパネルの接続部と分割回路との干渉を効果的に回避することができ、これにより、高効率化を図ることができる。
そして、本実施形態に係るアンテナ装置２１では、収容体積が小さく低コスト化が図られるアンテナ装置を実現することができる。
【００９２】
＜構成例＞
一構成例として、アンテナ装置（図２の例では、アンテナ装置２１）において、少なくとも互いに隣接する第１のアンテナパネル（図２の例では、例えば、アンテナパネル３１）および第２のアンテナパネル（図２の例では、例えば、アンテナパネル３２またはアンテナパネル３３）を含む展開型の複数のアンテナパネルを備える。第１のアンテナパネルと第２のアンテナパネルとがチョークフランジを用いて開閉可能に接続される。給電信号を第１のアンテナパネルにおける第１の経路と第２のアンテナパネルにおける第２の経路とに分割する位置（図２の例では、分割回路３１１または分割回路３１２によって分割する位置）が、第１のアンテナパネルと第２のアンテナパネルとが並ぶ方向において、第１のアンテナパネルと第２のアンテナパネルとの中点（図２の例では、中点Ｑ１の位置、または、中点Ｑ２の位置）から所定の距離の位置である。所定の距離は、｛（自然数）×（給電信号の中心周波数に対応する波長）／２｝に相当する第１の値に基づく距離である。
【００９３】
一構成例として、アンテナ装置において、給電信号の位相のずれが発生しない場合には、所定の距離は第１の値であり、給電信号の位相のずれが発生する場合には、所定の距離は位相のずれを補償するように第１の値が調整された値である。
一構成例として、アンテナ装置において、第１の経路および第２の経路は、それぞれ、導波管を用いた経路である。前記の波長は、導波管の内部での管内波長である。
【００９４】
［導波管τ形分岐回路］
図２に示した分割回路２２１、３１１および３１２には、１入力２出力の導波管τ形分岐回路が好ましく用いられる。一般に、受動型アレーアンテナの伝送線路として同軸ケーブルや平面マイクロストリップラインが用いられる場合には、Ｔ形分岐回路等が利用される。特に、伝送線路として高周波領域で損失が少ない導波管が用いられる場合には、１入力２出力の導波管τ形分岐回路等が用いられる。
【００９５】
図１７は、従来例に係る導波管τ形分岐回路６０１１の構成例を示す図である。
導波管τ形分岐回路６０１１は、入力側の１個の導波管６０３１と、出力側の２個の導波管２０３２、２０３３を備える。
入力側の導波管６０３１と出力側の導波管２０３２、２０３３とは、結合窓６２１１を介して結合されている。結合窓６２１１の幅は約半波長である。
入力側の導波管６０３１には、短絡壁２１５１に対して、誘導性壁６１１１が設けられている。
出力側の導波管２０３２、２０３３の部分には、誘導性壁２１１２が設けられている。
導波管τ形分岐回路６０１１では、入力側の導波管６０３１に入力ｚ１１があり、出力側の導波管２０３２に出力ｚ２があり、出力側の導波管２０３３に出力ｚ３がある。
【００９６】
ここで、誘導性壁６１１１と短絡壁２１５１との間の距離は、約１／４波長である。なお、当該距離としては、これらの壁の面を含む平面どうしの距離を用いており、つまり、これらの壁の面に対して垂直方向の離隔距離を用いている。
【００９７】
このような導波管τ形分岐回路６０１１では、入力側の導波管６０３１は結合窓６２１１の近傍で短絡壁２１５１を有する。当該短絡壁２１５１による反射を打ち消すために、入力側の導波管６０３１に１個の誘導性壁６１１１が設置されている。出力側の導波管２０３２、２０３３には、２出力の分岐比率を調整するために、１個の誘導性壁２１１２が設置されている。このような導波管τ形分岐回路６０１１では、入力側の短絡壁２１５１と１個の誘導性壁６１１１との共振現象のために、その周波数比帯域が狭かった。特に、出力側の導波管２０３２、２０３３に、アンテナエレメントへの給電用の結合スロットが接近して置かれている場合には、このような現象は著しい。
【００９８】
本実施形態では、給電回路に導波管を用いる受動型アレーアンテナにおいて、導波管τ形分岐回路を広帯域化する。特に、出力側の導波管にアンテナエレメントへの給電用の結合スロットが接近して置かれている場合においても、広帯域な導波管τ形分岐回路を実現する。
【００９９】
従来例に係る導波管τ形分岐回路６０１１において周波数帯域が狭かった主たる原因は、入力側の導波管６０３１の短絡壁２１５１からの反射を打ち消す誘導性壁６１１１が１個であり、短絡壁２１５１と誘導性壁６１１１との組み合わせによる共振現象の帯域に制限されていたためである。
このため、本実施形態では、短絡壁および従来例に係る誘導性壁（説明の便宜上、第１の誘導性壁ともいう。）からの反射を打ち消す目的で、第１の誘導性壁から約１／２波長の位置に別の誘導性壁（説明の便宜上、第２の誘導性壁ともいう。）を設置することで、１対の誘導性壁を設ける。また、結合窓の幅を約０．６波長に最適化する。
【０１００】
図１０は、本発明の一実施形態に係る導波管τ形分岐回路２０１１の構成例を示す図である。
なお、説明の便宜上、図１７に示される導波管τ形分岐回路６０１１と同様な構成部については、同じ符号を付して説明する。
【０１０１】
導波管τ形分岐回路２０１１は、入力側の１個の導波管２０３１と、出力側の２個の導波管２０３２、２０３３を備える。
入力側の導波管２０３１と出力側の導波管２０３２、２０３３とは、結合窓２２１１を介して結合されている。結合窓２２１１の幅は約０．６波長（＝波長の約０．６倍）である。
入力側の導波管２０３１には、短絡壁２１５１に対して、第１の誘導性壁２１１１と、２個の第２の誘導性壁２１３１、２１３２が設けられている。２個の第２の誘導性壁２１３１、２１３２は、これらの壁が突出した方向において、互いに対向して配置されている。
出力側の導波管２０３２、２０３３の部分には、誘導性壁２１１２が設けられている。
導波管τ形分岐回路２０１１では、入力側の導波管２０３１に入力ｚ１があり、出力側の導波管２０３２に出力ｚ２があり、出力側の導波管２０３３に出力ｚ３がある。
【０１０２】
ここで、短絡壁２１５１は、結合窓２２１１に対して垂直（または、ほぼ垂直）である。
また、第１の誘導性壁２１１１と第２の誘導性壁２１３１、２１３２は、それぞれ、短絡壁２１５１に対して平行（または、ほぼ平行）である。
また、第１の誘導性壁２１１１と第２の誘導性壁２１３１、２１３２との間の距離は、約１／２波長である。なお、当該距離としては、これらの壁の面を含む平面どうしの距離を用いており、つまり、これらの壁の面に対して垂直方向の離隔距離を用いている。
本実施形態では、短絡壁２１５１と第１の誘導性壁２１１１との組み合わせ、および第１の誘導性壁２１１１と第２の誘導性壁２１３１、２１３２との組み合わせによって、二重共振を実現している。このように、本実施形態に係る導波管τ形分岐回路では、複数組の誘導性壁が設けられている。
【０１０３】
図１１は、電磁界解析による導波管τ形分岐回路の入力側からの反射特性の例を示す図である。当該反射特性は、ＷＲ−９０導波管に対して設計と試作を行ったτ形分岐回路のシミュレーション結果である。
図１１に示されるグラフにおいて、横軸は周波数（ＧＨｚ）を表しており、縦軸は反射（ｄＢ）を表している。
また、当該グラフにおいて、本実施形態に係る導波管τ形分岐回路２０１１の特性Ｇ１と、従来例に係る導波管τ形分岐回路６０１１の特性Ｇ２を表している。これは一重共振に対応する。
図１１に示されるように、本実施形態に係る導波管τ形分岐回路２０１１の特性Ｇ１の方が、従来例に係る導波管τ形分岐回路６０１１の特性Ｇ２と比べて、広帯域である。これは二重共振に対応する。
【０１０４】
ここで、本実施形態では、第１の誘導性壁２１１１に対して第２の誘導性壁２１３１、２１３２を設けて二重共振を実現したが、さらに、同じ離隔距離である約１／２波長の間隔ごとに、第３以降の誘導壁が設けられてもよい。つまり、三重共振以上の多重共振が用いられてもよい。
【０１０５】
以上のように、本実施形態に係るアンテナ装置２１では、導波管τ形分岐回路において、第１の誘導性壁から約１／２波長の位置に第２の誘導性壁の対を設置した。
本実施形態に係る導波管τ形分岐回路は、導波管２０３１〜２０３３を用いた１入力２出力であって、短絡壁２１５１の反射を抑圧するための複数組の誘導性壁が設けられている。これにより、導波管τ形分岐回路において、複数の共振状態が実現され、周波数帯域が拡大される。
【０１０６】
本実施形態に係るアンテナ装置２１では、導波管τ形分岐回路を広帯域化することができる。
このように、本実施形態に係るアンテナ装置２１では、展開型のアンテナ装置において、導波管τ形分岐回路の広帯域化を実現することができる。
そして、本実施形態に係るアンテナ装置２１では、収容体積が小さく低コスト化が図られるアンテナ装置を実現することができる。
【０１０７】
＜構成例＞
一構成例として、アンテナ装置では、導波管τ形分岐回路（図１０の例では、導波管τ形分岐回路２０１１）を備える。
当該導波管τ形分岐回路において、短絡壁（図１０の例では、短絡壁２１５１）から約１／４波長のところから約１／２波長ごとに２以上の誘導性壁（図１０の例では、第１の誘導性壁２１１１、および、一対となる第２の誘導性壁２１３１、２１３２）を備える。
【０１０８】
［チョークフランジの伝送特性］
図１の開閉接続部５１および５２、図２の導波管接続部２１１および２１２には、非接触導波管対向給電が好ましく用いられる。
すなわち、展開式アレーアンテナの展開接続部の給電回路では、伝送線路として同軸ケーブルや平面マイクロストリップラインが用いられる場合には、可撓性のある同軸ケーブルやマイクロストリップラインが用いられる。伝送線路として高周波で損失が小さい導波管が用いられる場合には、給電回路が展開接続部をまたぐ部分にチョークフランジと平坦なカバーフランジを非接触で対向させた非接触導波管対向給電を利用することが提案されている。
【０１０９】
導波管のチョークフランジは、導波管のフランジ面の間に間隙がある場合、あるいは、電気的導通に不良がある場合においても、有害な伝送損失や反射を抑制するために、導波管の開口から１／４波長の位置に深さ１／４波長の溝（チョーク）を設けたものである。
【０１１０】
矩形の導波管の伝搬モードであるＴＥ１０モードでは、導波管の断面内の長辺の中央点付近の電力密度が高く、短辺付近の電力密度は小さい。このため、チョークフランジの小型化や製造の容易さから、導波管の断面内の長辺の外側に平行にチョーク溝を設置し、短辺の外側では短辺の極めて近傍にチョーク溝を設置したものがある。
さらに、製造が容易となるように、矩形の導波管の長辺の中央点から１／４波長の位置を通過する円形状のチョーク溝を設置することが一般的となり、ＭＩＬ規格を始めとする規格においては、導波管のフランジとして円形チョークフランジが採用されている。
【０１１１】
このような規格において導波管のフランジに採用されている円形チョークフランジでは、特定の周波数において、伝送損失が著しく大きくなり、チョークフランジの機能が損なわれることが報告されている。
【０１１２】
図１８は、円形チョークフランジの損失の実測値とシミュレーション結果の例を示す図である。シミュレーション結果は、計算機によって得られたものである。
チョーク溝付きの規格の矩形フランジ（ＳＱＵＡＲＥ  ＦＬＡＮＧＥ  ＣＨＯＫＥ、ＣＢＲ１００）が付いた矩形の導波管ＷＲ−９０（８．２０〜１２．５ＧＨｚ、開口２２．８６×１０．１６ｍｍ）、および、平坦な矩形フランジ（ＳＱＵＡＲＥ  ＦＬＡＮＧＥ  ＰＬＡＩＮ、ＵＢＲ１００）が付いた同規格の導波管を用いて、正規な導波管の密着した接続位置からＸ軸方向にΔＸ、Ｙ軸方向にΔＹ、Ｚ軸方向にΔＺだけずらして、間隙をおいて設置する。本実施形態では、矩形の導波管の長辺方向をＸ軸に平行な方向と定義し、当該導波管の短辺方向をＹ軸に平行な方向と定義し、当該導波管の伝搬方向をＺ軸に平行な方向と定義する。
【０１１３】
図１８に示されるグラフにおいて、横軸は周波数（ＧＨｚ）を表しており、縦軸は通過損の損失（ｄＢ）を表している。
当該グラフにおいて、特性Ｇ１１は、ΔＸ＝１（ｍｍ）、ΔＹ＝０（ｍｍ）、ΔＺ＝０．６（ｍｍ）として、実測された値である。また、特性Ｇ１２は、ΔＺ＝０．６（ｍｍ）として、シミュレーションによって得られた結果である。
図１８に示されるように、円形チョークフランジでは、共振的な高周波損失が大きい。
【０１１４】
本実施形態では、給電回路に導波管が用いられる展開式の受動型アレーアンテナにおいて、展開接続部の給電回路であるチョークフランジの伝送特性を広帯域化する。
【０１１５】
本実施形態に係るチョークフランジについて説明する。
規格の円形状のチョークフランジを対象に、特定の周波数において伝送損失が増大する現象を理解して解決策を見出すために、チョークフランジとカバーフランジとの間の間隙領域における電磁界分布を電磁界シミュレータソフトウェアによって解析した。なお、電磁界シミュレーションの結果は、測定値とほぼ一致する結果を示しており、特定の周波数において共振的な間隙による損失を示している。
【０１１６】
実測によれば、広い周波数範囲において伝送損失はほぼゼロであるが、間隙ΔＺに依存した特定の周波数近傍で共振的に伝送損失が１ｄB程度増加する。この現象は、電磁界シミュレーションによっても解析されており、フランジ間隙の中間距離におけるＸ−Ｙ平面内でのＺ方向電界Ｅｚの強度の分布を計算した。
【０１１７】
＜簡単なモデルの説明＞
現象の理解のために、以下の簡単なモデルを考える。
チョークフランジの溝部と矩形の導波管の断面とに挟まれた領域では、Ｚ方向の間隙は波長よりも十分短いためＺ方向には遮断状態であり、Ｚ方向に一様な電界Ｅｚが存在する。
このため、近似的にはＺ方向についてのＴＭモードとみなされる。２次元平面内での電磁界の波長は真空中での波長λである。
【０１１８】
円形のチョークフランジの溝部と矩形の導波管の断面とに挟まれた領域に立つ定在波の個数は、配置の対称性から偶数であり、これを２Ｍ個とする。
また、チョークフランジの溝部と矩形の導波管の断面の境界とに挟まれた領域を１周する典型的な経路長をＬとする。
この場合、式（１）が成り立つ。
【０１１９】
Ｍ×λ＝Ｌ    ・・（１）
【０１２０】
式（１）が満たされる場合に、間隙領域の電磁界電力密度が共振的に増大して、チョークフランジの溝部から漏洩する高周波損失が増加する。
ここで、経路長Ｌの正確な値は、形状とＭの値によって異なり、電磁界シミュレーションによって求められる。
【０１２１】
矩形の導波管の断面の短辺付近でチョークフランジの溝部が矩形断面に接近しているため、経路長（周長）Ｌを矩形の導波管の断面の境界の１周の長さで近似する。
導波部１３１の長辺の長さＡおよび短辺の長さＢにより、式（２）が成り立つ。
【０１２２】
Ｌ＝２（Ａ＋Ｂ）    ・・（２）
【０１２３】
このような近似では、共振周波数ｆｒは、式（３）で求められる。
【０１２４】
ｆｒ／ｆｃ＝２Ｍ（Ａ／Ｌ）    ・・（３）
【０１２５】
ここで、ｃは真空中の光速を表す。また、ｆｃは矩形導波管の遮断周波数（ｆｃ＝ｃ／２Ａ）である。
例えば、ＷＲ９０の規格の導波管を例とすると、Ａ＝２２．８６（ｍｍ）、Ｂ＝１０．１６（ｍｍ）である。Ｌ／Ａ＝２．８９となる。また、遮断周波数は、ｆｃ＝６．５６（ＧＨｚ）である。
【０１２６】
式（２）および式（３）の近似式では、Ｍ＝２に対しては、ｆｒ／ｆｃ＝１．３８、共振周波数はｆｒ＝９．０８（ＧＨｚ）と計算される。一方、実測されている共振周波数に関しては、ΔＺ＝０−１（ｍｍ）の変化に対して、実測の共振周波数はＭ＝２についてｆｒ＝９．０〜９．８（ＧＨｚ）であるため、式（２）および式（３）は比較的良い近似式であるといえる。
【０１２７】
規格の導波管の使用周波数領域は、概ね、１．２５ｆｃ〜１．８７ｆｃの範囲である。このため、円形チョークフランジでは、Ｍ＝２の共振モードによる高周波損失が、使用周波数範囲のｆｒ＝１．３８ｆｃ付近に存在するために、実用上の障害となる。
チョークフランジの間隙による高周波損失は、チョークフランジの溝部と矩形の導波管の断面の境界とに挟まれた領域での２次元的な共振現象に起因している。
このため、本実施形態では、チョークフランジの溝部の形状を工夫して、規格の矩形導波管の使用周波数の範囲外に、共振周波数を移動させることを考える。
【０１２８】
修正を加えたチョークフランジの溝部の形状についてのチョークフランジの溝部と矩形の導波管の断面の境界とに挟まれた領域を１周する典型的な経路長をＬ’とする。Ｌ’はＭ＝２、３に対して共通であると仮定する。このようなチョークフランジの溝部の形状について、Ｍ＝２、３の共振モードの周波数が矩形導波管の使用周波数範囲の外になる条件を求める。
すなわち、式（４）を解くことになり、この条件は式（５）が成り立つときに満たされる。
【０１２９】
ｆｒ／ｆｃ＝２Ｍ（Ａ／Ｌ’），
ｆｒ／ｆｃ≦１．２５，（Ｍ＝２）
ｆｒ／ｆｃ≧１．８７，（Ｍ＝３）
・・（４）
【０１３０】
Ｌ’／Ａ≒３．２０    ・・（５）
【０１３１】
このことから、規格の円形のチョークフランジの溝（Ｌ／Ａ＝２．８９）を変形させてＬ’／Ａ≒３．２０とする１周回の経路長が大きいチョークフランジの溝部の形状を電磁界シミュレーションあるいは実験的に見出すことにより、規格の矩形の導波管の使用周波数のほぼ全域において共振的な損失増大がないチョークフランジを実現することができる。
【０１３２】
＜導波管接続部の構造＞
図１２を参照して、導波管接続部１０１の構造の例を示す。
図１２は、本発明の一実施形態に係る導波管接続部１０１の概略的な外観を示す図である。
【０１３３】
矩形の導波管１１１と、当該導波管１１１に接続されたチョークフランジ１２１と、矩形の導波管１１２と、当該導波管１１２に接続されたカバーフランジ１２２は、導波管接続部１０１の構造の例である。
チョークフランジ１２１は、導波管１１１に対応した矩形の導波部１３１を備える。
また、チョークフランジ１２１は、カバーフランジ１２２と対向させられる面（説明の便宜上、「対向面」ともいう。）に、当該導波部１３１を囲う非円状の溝部１３２を備える。
【０１３４】
矩形の導波部１３１の中心を基準として、当該矩形の長辺に平行な方向をＸ軸の方向とし、当該矩形の短辺に平行な方向をＹ軸の方向とし、Ｘ軸およびＹ軸に垂直な方向をＺ軸の方向としてある。
カバーフランジ１２２は、導波管１１２に対応した矩形の導波部１４１を備える。カバーフランジ１２２では、チョークフランジ１２１と対向させられる面（説明の便宜上、「対向面」ともいう。）は平坦である。
本実施形態では、チョークフランジ１２１の対向面とカバーフランジ１２２の対向面とが非接触で対向されることで、導波管１１１と導波管１１２とがつなげられる。
【０１３５】
本実施形態では、溝部１３２の形状は、直線部と半円部から構成されている。矩形の導波部１３１の長辺に平行に上下のそれぞれに直線部があり、これら２本の直線部の左右のそれぞれに半円部がある。左側の半円部は２本の直線部を左側で接続し、右側の半円部は２本の直線部を右側で接続する。なお、溝部１３２の形状は、卵型などと呼ばれてもよい。
１本の直線部の長さが２ｄであるとする。また、導波部１３１の長辺の長さがＡであるとし、短辺の長さがＢであるとする。
２本の直線部のうちの上側の直線部と導波部１３１の上側の長辺との距離は１／４波長であり、同様に、下側の直線部と導波部１３１の下側の長辺との距離は１／４波長である。
【０１３６】
図１３は、本発明の一実施形態に係るチョークフランジ１２１におけるモード２Ａの一例を示す図である。
導波部１３１および溝部１３２の外観において、位置Ｍ１〜Ｍ４は、モード２Ａの定在波が発生する場合における、４個の定在波の最大振幅の位置Ｍ１〜Ｍ４である。
【０１３７】
図１４は、本発明の一実施形態に係るチョークフランジ１２１におけるモード２Ｂの一例を示す図である。
導波部１３１および溝部１３２の外観において、位置Ｍ１１〜Ｍ１４は、モード２Ｂの定在波が発生する場合における、４個の定在波の最大振幅の位置Ｍ１１〜Ｍ１４である。
【０１３８】
図１５は、本発明の一実施形態に係るチョークフランジ１２１におけるモード３Ａの一例を示す図である。
導波部１３１および溝部１３２の外観において、位置Ｍ２１〜Ｍ２６は、モード３Ａの定在波が発生する場合における、６個の定在波の最大振幅の位置Ｍ２１〜Ｍ２６である。
【０１３９】
図１６は、本実施形態に係るチョークフランジ１２１の溝部１３２の直線部の長さ（２ｄ）と共振周波数との関係の例を示す図である。
なお、ＷＲ−９０導波管の周波数範囲７０１１を示してある。
図１６に示されるグラフにおいて、横軸は溝部１３２の直線部の長さ（ｍｍ）を表しており、縦軸は共振周波数（ＧＨｚ）を表している。
また、当該グラフにおいて、モード２Ａが発生する場合における特性Ｇ２１と、モード２Ｂが発生する場合における特性Ｇ２２と、モード３Ａが発生する場合における特性Ｇ２３を示してある。
【０１４０】
ここで、図１３〜図１５に示されるモードについて説明する。
図１３〜図１５には、定性的なモードの位置を示してある。
図１３および図１４に示されるように、チョークフランジ１２１の溝部１３２と矩形の導波管の断面とに挟まれた領域内で、モード２Ａとモード２Ｂが各々異なる共振周波数で観測された。モード２Ａとモード２Ｂは、４個のＥｚ成分のピークを持つ空間的な定在波を有するモードである。
このように、共振的に伝搬損失が増加する周波数においては、チョークフランジ１２１のフランジ間隙領域に漏洩した電磁界は、導波管の開口断面に垂直な方向への１次元的な挙動を持つのではなく、チョークフランジ１２１の溝部１３２と導波管の開口断面とに挟まれたフランジ間隙空間で２次元的に伝搬している。
【０１４１】
チョークフランジ１２１の溝部１３２と矩形の導波管の断面とに挟まれた間隙領域の共振現象が発生する周波数は、フランジ間隙の距離ΔＺと、チョークフランジ１２１の溝部１３２と矩形の導波管の断面とに挟まれた２次元的な形状によっておおよそ決まる。
【０１４２】
一例として、本実施形態では、矩形の導波管の断面における長辺の中央部に、２ｄの長さを有する直線部を導波管の長辺に平行に設け、当該直線部の両端を規格の円形のチョークフランジの溝部と同じ直径を有する半円の溝部に接続させる。
図１６に示されるように、電磁界シミュレーションにより、直線部の長さ２ｄを変化させて、高周波損失が共振的に増大する周波数を求めた。
図１６に示されるように、２ｄが増加するに従い、チョークフランジ１２１の溝部１３２と矩形の導波管の断面の境界とに挟まれた領域が大きくなるため、共振周波数は低周波側へ移動していく。
【０１４３】
２ｄ＝１２（ｍｍ）でＭ＝２の共振モードの周波数はモード２Ａの８．２（ＧＨｚ）であり、モード２Ｂは励振されない。Ｍ＝３の共振モード３Ａの周波数は１１．３（ＧＨｚ）となる。８．２（ＧＨｚ）〜１１．３（ＧＨｚ）の帯域２．９（ＧＨｚ）の領域で、共振モードは存在しなくなり、チョークフランジの間隙による高周波損失はチョークフランジ１２１の溝部１３２によって有効に抑圧されている。
【０１４４】
実際に、２ｄ＝１２（ｍｍ）の卵型のチョークフランジを製作した。チョークフランジの間隙の軸については、導波管の軸の中心位置は０−１（ｍｍ）のずれがある状態で、角度ずれについては０−１（度）のずれがある状態で、チョークフランジの間隙の距離は０−２（ｍｍ）をとった状態で、チョークフランジの間隙による損失の実測値は、８．５−１１（ＧＨｚ）の２．５（ＧＨｚ）の広い周波数範囲において０．２（ｄＢ）以下であった。
電磁界のスケーリングから、一般に、長辺の長さがＡである矩形の導波管に対して、２ｄ＝０．５２Ａの直線部を長辺の中央部に持つ卵型のチョーク形状では、規格化された周波数領域である１．２９＜ｆｒ／ｆｃ＜１．６８で、チョークフランジの間隙による共振的な損失を抑圧することができる。
【０１４５】
本実施形態では、図１３および図１４に示されるモード２Ａおよびモード２Ｂの定在波が発生せず、かつ、図１５に示されるモード３Ａの定在波が発生しないような状態を用いることで、高効率化が図られる。つまり、定在波の発生が抑制される構成とすることで、高効率化が図られる。
【０１４６】
以上のように、本実施形態に係るアンテナ装置２１では、導波管の開口面内で伝搬電力密度が大きい領域では導波管の開口から約１／４波長の位置を通り、チョーク溝と導波管の開口とに挟まれた領域を１周回する経路長Ｌが、導波管の使用周波数領域において、波長の整数倍にならないチョークフランジを用いる。
特に、規格の矩形の導波管においては、矩形の長辺の中点から１／４波長の点を通り、チョーク溝と導波管の開口とに挟まれた領域を１周回する経路長Ｌを矩形の導波管の長辺の長さＡで割った値（Ｌ／Ａ）がほぼ３．２であるチョークフランジを用いる。問題となる経路長は、例えば、電磁界シミュレーションによって特定される。
本実施形態では、溝（チョーク溝の部分である溝部１３２）を有するチョークフランジ１２１において、導波管１１１の開口部と当該溝とで境界される領域に４個の定在波が生起される周波数と、当該領域に６個の定在波が生起される周波数とを、各々下限と上限とする使用周波数を設定するように、当該溝の形状を円形状に対して変形させた形状とした。
【０１４７】
本実施形態に係るアンテナ装置２１では、チョークフランジを広帯域化することができる。
このように、本実施形態に係るアンテナ装置２１では、展開型のアンテナ装置において、チョークフランジの広帯域化を実現することができ、これにより、高効率化を図ることができる。
そして、本実施形態に係るアンテナ装置２１では、収容体積が小さく低コスト化が図られるアンテナ装置を実現することができる。
【０１４８】
＜構成例＞
一構成例として、アンテナ装置では、チョークフランジ（図１２の例では、チョークフランジ１２１）を備える。
当該チョークフランジは、導波部（図１２の例では、導波部１３１）と、溝部（図１２の例では、溝部１３２）と、を備える。当該チョークフランジの断面の平面（図１２の例では、ＸＹ平面に平行な平面）を２次元的に考えて、当該導波部と当該溝部との間に定在波が発生することを抑制するように（理想的には、定在波が発生しないように）、当該溝部の寸法（図１２の例では、例えば、直線部の長さ２ｄ）を設定した。
【０１４９】
（アンテナ装置の他の一例）
他の構成を有するアンテナ装置について説明する。
アンテナ装置は、２枚のアンテナパネルと、給電源回路を含む給電回路と、２個の開閉接続部を備える。給電回路は、アンテナパネルなどに備えられる。給電源回路は、衛星構体の内部に備えられている。
【０１５０】
アンテナ装置は、展開型の平面形状のアンテナを使用する。
アンテナ装置では、衛星構体が有する１個の面（本例において、説明の便宜上、面Ｗ１という。）の上にはアンテナパネルが備えられていない。
１枚目のアンテナパネルが、面Ｗ１の一辺の側に備えられる。
２枚目のアンテナパネルが、面Ｗ１の当該一辺の側に、１枚目のアンテナパネルに対して直列に配置されて備えられる。
２枚のアンテナパネルのそれぞれの面は、同一の形状（または、ほぼ同一の形状）を有する。
衛星構体の面Ｗ１と、各アンテナパネルの面とは、同一の形状（または、ほぼ同一の形状）を有する。
【０１５１】
１枚目のアンテナパネルは、衛星構体の面Ｗ１に対して、開閉接続部を介して開閉可能に接続されている。開閉接続部は、例えば、開閉可能なヒンジの構造を有する。
１枚目のアンテナパネルが面Ｗ１に対して開いた状態では、１枚目のアンテナパネルの面と面Ｗ１とが、平行（または、ほぼ平行）になり、同一の平面上（または、ほぼ同一の平面上）に位置する。
一方、１枚目のアンテナパネルが面Ｗ１に対して閉じた状態では、１枚目のアンテナパネルの面と、衛星構体の1個の側面とが、平行（または、ほぼ平行）になる。当該側面は、衛星構体が有する面のなかで、１枚目のアンテナパネルの面に隣接する４個の面のうちの１個の面である。
【０１５２】
同様に、２枚目のアンテナパネルは、面Ｗ１に対して、開閉接続部を介して開閉可能に接続されている。開閉接続部は、例えば、開閉可能なヒンジの構造を有する。
２枚目のアンテナパネルが１枚目のアンテナパネルに対して開いた状態では、２枚目のアンテナパネルの面と１枚目のアンテナパネルの面とが、平行（または、ほぼ平行）になり、同一の平面上（または、ほぼ同一の平面上）に位置する。
一方、２枚目のアンテナパネルが１枚目のアンテナパネルに対して閉じた状態では、例えば、２枚目のアンテナパネルの面と、１枚目のアンテナパネルの面とが、互いに重ねられた状態となる。
【０１５３】
ここで、１枚目のアンテナパネルおよび２枚目のアンテナパネルが閉じられた状態では、１枚目のアンテナパネルおよび２枚目のアンテナパネルが収容されて、人工衛星が全体的にコンパクトになる。
また、１枚目のアンテナパネルおよび２枚目のアンテナパネルが開かれた状態では、２枚のアンテナパネルの面が同一の平面上（または、ほぼ同一の平面上）に直列に位置する。これにより、２枚のアンテナパネルから構成されるアンテナが実現される。
【０１５４】
このようなアンテナ装置においても、例えば、図１に示されるアンテナ装置２１と同様に、本実施形態に係る技術の一部または全部を適用することが可能である。
【０１５５】
（以上の実施形態について）
ここで、以上の実施形態では、アンテナ装置が人工衛星に搭載される場合を例示したが、これに限られない。アンテナ装置は、任意のものに適用されてもよく、例えば、携帯電話システムなどの無線通信装置に適用されてもよい。
また、以上の実施形態では、給電回路に給電源回路が含まれる構成が示されたが、給電回路に給電源回路が含まれないと捉えられてもよく、つまり、給電回路と給電源回路とが別体である構成が用いられてもよい。この場合、アンテナ装置に給電源回路が含まれないと捉えられてもよく、つまり、アンテナ装置と給電源回路とが別体である構成が用いられてもよい。
また、以上の実施形態では、説明の便宜上、分割回路あるいは合成回路などの導波管の配置について、給電信号の伝送の方向にしたがって「入力」および「出力」といった語を用いて説明したが、給電信号の伝送の方向が逆になった場合には「入力」と「出力」とが逆になる。これにともない、「分割」と「合成」とが逆になる場合もある。
【０１５６】
以上の実施形態に示されるアンテナ装置２１におけるそれぞれの特徴的な構成は、例えば、それぞれ単独に実施されてもよく、あるいは、２以上が組み合わされて実施されてもよい。
【０１５７】
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
【符号の説明】
【０１５８】
１…人工衛星、１１…衛星構体、２１…アンテナ装置、３１〜３３…アンテナパネル、４１…給電源回路、５１〜５２…開閉接続部、６１〜６２…側面、１０１…導波管接続部、１１１〜１１２、２０３１〜２０３３、６０３１‥導波管、１２１…チョークフランジ、１２２…カバーフランジ、１３１、１４１…導波部、１３２…溝部、２１１〜２１２…導波管接続部、２２１、３１１〜３１２…分割回路、３０１、４０１…給電回路、３１３…合成回路、４１１〜４１２、４２１〜４２２…導波管、１０１１、１１１１、１２１１、１３１１、１４１１…並列給電回路、１０２１、１１２１、１２２１、１３２１、１４２１…給電源、１６１１…１入力１出力回路、１６２１…配線、１７１１…３分岐回路、１７２１…信号入力部、２０１１、６０１１…導波管τ形分岐回路、２１１１〜２１１２、２１３１〜２１３２、６１１１…誘導性壁、２１５１…短絡壁、２２１１、６２１１…結合窓、７０１１…周波数範囲
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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