(57)【要約】【課題】グレーティングローブの発生を抑制したパッチアレイアンテナを提供することである。【解決手段】円筒形状の誘電体基板表面上の曲面方向に、複数のパッチアンテナ素子を列状に、両端部分に近づくほど素子間隔が順次狭くなるように配置して構成したパッチアレイアンテナである。複数のパッチアンテナ素子を、隣接する一方と他方を第１、第２のパッチアンテナ素子とするとき、給電点から第１のパッチアンテナ素子までの給電線路による移相量と第１のパッチアンテナ素子から誘電体基板表面の前方の等位相面までの移相量との加算値と、給電点から第２のパッチアンテナ素子までの給電線路による移相量と第２のパッチアンテナ素子から等位相面までの移相量との加算値との差が、２ｎπ（ｎ：正の整数）となるような間隔で配列する。【選択図】図１
2010177983.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒形状の誘電体基板表面上の曲面方向に、複数のパッチアンテナ素子を列状に、両端部分に近づくほど素子間隔が順次狭くなるように配置して構成したパッチアレイアンテナであって、
前記複数のパッチアンテナ素子は、隣接する一方と他方を第１、第２のパッチアンテナ素子とするとき、給電点から前記第１のパッチアンテナ素子までの給電線路による移相量と前記第１のパッチアンテナ素子から前記誘電体基板表面の前方の等位相面までの移相量との加算値と、前記給電点から前記第２のパッチアンテナ素子までの給電線路による移相量と前記第２のパッチアンテナ素子から前記等位相面までの移相量との加算値との差が、２ｎπ（ｎ：正の整数）となるような間隔で配列されている、ことを特徴とするパッチアレイアンテナ。
【請求項２】
請求項１に記載のパッチアレイアンテナにおいて、
前記列状に配置されたパッチアンテナ素子を、複数行配置したことを特徴とするパッチアレイアンテナ。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のパッチアレイアンテナにおいて、
前記複数のパッチアンテナ素子は、中央部のパッチアンテナ素子が大きく両端部側のパッチアンテナ素子が小さくなる振幅重みが付けられていることを特徴とするパッチアレイアンテナ。
【請求項４】
請求項２に記載のパッチアレイアンテナにおいて、
前記複数のパッチアンテナ素子のうちの両端部側のパッチアンテナ素子を間引いたことを特徴とするパッチアレイアンテナ。
【請求項５】
請求項４に記載のパッチアレイアンテナにおいて、
前記間引きによって残った前記両端部側のパッチアンテナ素子の振幅重みを、中央部のパッチアンテナ素子に対して大きくしたことを特徴とするパッチアレイアンテナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、円筒形状の誘電体基板表面上に曲面方向に複数のパッチアンテナ素子を列状に配置して構成したパッチアレイアンテナに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
レーダ装置等に使用するアンテナとして、スロットアンテナやパッチアレイアンテナがある。パッチアレイアンテナは、誘電体基板上に銅箔からなるパッチアンテナ素子を複数個パターン配列した薄型アンテナであり、レーダ装置では、一般的にＲＣＳ（レーダクロスセクション）の抑制等を目的とした円筒形状アンテナを実現するために使用される。また小型船舶用レーダ装置のレドームは、図６に示すように円筒形状をしており、このレドーム２０に内蔵させる回転アンテナとして、レドーム内径に沿った曲面の放射面を有するパッチアレイアンテナを実現することで、レドーム２０内でのレーダ装置機器配置に使用できるスペースを増やしたり、レドーム２０とパッチアンテナ素子との間隔を一定に保ってアイソレーション特性を改善することできる。
【０００３】
一般的には、平面形状のパッチアレイアンテナでは、各パッチアンテナ素子間隔を等間隔で設計することが多いが、曲率の大きな円筒状の誘電体基板３１上に同一幅のパッチアンテナ素子３２を曲面方向に等間隔（等ピッチ）ｄで配置した図７(a)に示すパッチアレイアンテナ３０では、等位相面３４で、水平方向（図７(a)の左右方向）の指向特性において、図７(b)に示すように、広角方向（左右端部）にグレーティングローブ３５が発生するという問題が発生する。３３は給電位置であり、ここから各パッチアンテナ素子３２に給電線路（図示せず）を経由して給電が行われる。
【０００４】
また、等位相面４４において等間隔ｄとなるように、同一幅のパッチアンテナ素子４２を曲率の大きな円筒状の誘電体基板４１上に複数配置した図８(a)に示すパッチアレイアンテナ４０でも、図８(b)に示すように、広角方向にグレーティングローブ４５が発生するという問題は改善できない。４３は給電位置であり、ここから各パッチアンテナ素子４２に給電線路（図示せず）を経由して給電が行われる。なお、曲面上にアンテナ素子を複数配列するアレイアンテナについては、特許文献１に記載がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
以上のように、円筒形状の誘電体基板の曲面方向に複数のパッチアンテナ素子を配列するパッチアレイアンテナでは、グレーティングローブが発生する問題があった。
【０００６】
本発明の目的は、グレーティングローブの発生を抑制したパッチアレイアンテナを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、請求項１にかかる発明のパッチアレイアンテナは、円筒形状の誘電体基板表面上の曲面方向に、複数のパッチアンテナ素子を列状に、両端部分に近づくほど素子間隔が順次狭くなるように配置して構成したパッチアレイアンテナであって、前記複数のパッチアンテナ素子は、隣接する一方と他方を第１、第２のパッチアンテナ素子とするとき、給電点から前記第１のパッチアンテナ素子までの給電線路による移相量と前記第１のパッチアンテナ素子から前記誘電体基板表面の前方の等位相面までの移相量との加算値と、前記給電点から前記第２のパッチアンテナ素子までの給電線路による移相量と前記第２のパッチアンテナ素子から前記等位相面までの移相量との加算値との差が、２ｎπ（ｎ：正の整数）となるような間隔で配列されている、ことを特徴とする。
請求項２にかかる発明は、請求項１に記載のパッチアレイアンテナにおいて、前記列状に配置されたパッチアンテナ素子を、複数行配置したことを特徴とする。
請求項３にかかる発明は、請求項１又は２に記載のパッチアレイアンテナにおいて、前記複数のパッチアンテナ素子は、中央部のパッチアンテナ素子が大きく両端部側のパッチアンテナ素子が小さくなる振幅重みが付けられていることを特徴とする。
請求項４にかかる発明は、請求項２に記載のパッチアレイアンテナにおいて、前記複数のパッチアンテナ素子のうちの両端部側のパッチアンテナ素子を間引いたことを特徴とする。
請求項５にかかる発明は、請求項４に記載のパッチアレイアンテナにおいて、前記間引きによって残った前記両端部側のパッチアンテナ素子の振幅重みを、中央部のパッチアンテナ素子に対して大きくしたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、パッチアンテナ素子の間隔が両端部分に近づくほど順次小さくなり、且つ、給電点から給電線路とパッチアンテナ素子を経由して等位相面に至るまでの移相量と、給電点から給電線路と隣のパッチアンテナ素子を経由して等位相面までの移相量との差、つまり位相差が、２ｎπ（ｎ：正の整数）となるような間隔で、複数のパッチアンテナ素子が配列されているので、グレーティングローブの発生を効果的に抑制することができる。また、両端部側ではパッチアンテナ素子の間隔が小さくなることで給電線路の配置が困難になるが、間引きを行うことによりこれを解消できる。また、パッチアンテナ素子の位置に応じて振幅重みを異ならせたり、間引き部分のパッチアンテナ素子の振幅重みを大きくすることで、指向特性を調整することもできる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】(a)は第１の実施例のパッチアレイアンテナの断面図、(b)はそのパッチアレイアンテナの指向性特性図である。
【図２】(a)は第１の実施例において、パッチアンテナ素子につけた３種のテイラー分布の振幅重みの特性図、(b)は各重みによるパッチアレイアンテナの指向性特性図である。
【図３】(a)は第１の実施例において、パッチアンテナ素子につけた３種のコサイン分布の振幅重みの特性図、(b)は各重みによるパッチアレイアンテナの指向性特性図である。
【図４】(a)、(b)は第２の実施例のパッチアレイアンテナの展開図である。
【図５】(a)は第２の実施例においてパッチアレイアンテナ素子の間引き無しと有りの場合のパッチアレイアンテナの指向性特性図、(b)はパッチアレイアンテナ素子の間引きの無しの場合と間引き有りで間引き部の素子振幅重みを２倍にした場合のパッチアレイアンテナの指向性特性図である。
【図６】レドームの斜視図である。
【図７】(a)は従来例のパッチアレイアンテナの断面図、(b)はそのパッチアレイアンテナの指向性特性図である。
【図８】(a)は別の従来例のパッチアレイアンテナの断面図、(b)はそのパッチアレイアンテナの指向性特性図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
＜第１の実施例＞
図１(a)に本発明の第１の実施例のパッチアレイアンテナ１０を示す。１１は円筒形状の曲面をもつ誘電体基板であり、その表面の曲面方向（図の左右方向）に、銅箔パターンで形成され、幅が同一のＮ個のパッチアンテナ素子１２１〜１２Ｎが、両端部側に近づくほど間隔（ピッチ）が順次狭くなるように配置されている。その間隔は、具体的には、例えば、中央部で波長のほぼ１倍程度、端部で波長のほぼ０．５倍程度である。一方の端のパッチアンテナ素子１２１と他方の端のパッチアンテナ素子の１２Ｎとの離間角度φは、例えば１２０度程度である。このパッチアンテナ素子１２１〜１２Ｎの誘電体基板１１の曲面方向の配列間隔は、中央に位置する給電点１３からパッチアンテナ素子１２１〜１２Ｎまでの給電線路による移相量をθ１１〜θ１Ｎとし、そのパッチアンテナ素子１２１〜１２Ｎから等位相面１４までの距離による移相量をθ２１〜θ２Ｎとし、ｎを１以上の整数とするとき、
｜（θ１１＋θ２１）−（θ１２＋θ２２）｜＝２ｎπ
｜（θ１２＋θ２２）−（θ１３＋θ２３）｜＝２ｎπ
：                  ：            ：
：                  ：            ：
｜（θ１N-1＋θ２N-1）−（θ１Ｎ＋θ２Ｎ）｜＝２ｎπ
となるように設定されている。
【００１１】
すなわち、隣接するパッチアンテナ素子に関して、給電点１３から当該のパッチアンテナ素子を経由して等位相面１４に至るまでの位相差が、常に２πの整数倍となるように、Ｎ個のパッチアンテナ素子１２１〜１２Ｎの配列間隔が設定されている。
【００１２】
この結果、本実施例では、水平方向の指向性特性が、図１(b)に示すように、中央部でピークをもち、左右の端のグレーティングローブが抑制される利点がある。また、パッチアンテナ素子は列状に配列されるので、給電線路が単純化され、給電位相を調整するための線路曲げ等の作業をする必要がなく、不要輻射も発生しない利点がある。
【００１３】
このグレーティングローブおよびビーム幅は、各パッチアンテナ素子１２１〜１２Ｎの振幅重み（電界値）を、中央配置のものが大きくなりアレイ端部側配置のものが小さくなるような分布にすることで、調整可能である。図２(a)にテイラー分布とした場合の３種の振幅重みを示し、図２(b)にそのときの水平方向の指向性特性を示した。また、図３(a)にコサイン分布とした場合の３種の振幅重みを示し、図３(b)にそのときの水平方向の指向性特性を示した。なお、これら図２、図３において、パッチアンテナ素子の素子数Ｎは２６である。
【００１４】
＜第２の実施例＞
ところで、上記第１の実施例では、Ｎ個のパッチアンテナ素子１２１〜１２Ｎの円筒曲面に沿った配列間隔は、中央部が波長のほぼ１倍、端部が波長のほぼ０．５倍程度であり、アレイ端部側では間隔が密になるため、高周波になるほど素子が近接して、給電線路の配置が困難になる問題がある。そこで、第２の実施例では、パッチアンテナ素子１２１〜１２Ｎを複数行とした上で、配列が密になるアレイ端部側で素子間引きを行うことで、素子近接を回避する。
【００１５】
図４(a)に本実施例のパッチアンテナ素子配列の展開図を示す。パッチアンテナ素子の円筒曲面方向の配列数Ｎは２６、行数は４である。ここでは、１行目と３行目のパッチアンテナ素子１２１、１２３、１２５，１２７，１２20，１２22，１２24，１２26を間引き、２行目と４行目のパッチアンテナ素子１２２、１２４、１２６，１２７，１２19，１２21，１２23，１２25を間引いている。１５はストリップ線路からなる給電線路である。なお、図４(b)は給電線路１５に変更加えたパッチアンテナ素子配列の展開図を示す。
【００１６】
図４(a)、(b)に示したように、アレイ端部側のパッチアンテナ素子を間引くと、その分だけアレイ端部側での電界が弱くなるので、アレイ端部側のサイドローブが大きくなるが、図５(a)の指向性特性に示すように、間引きが無い場合と比較しても大きな差は生じない。なお、図５(a)は、給電線路を考慮せずにシミュレーションした結果であり、実際に給電線路を配線した場合は、アレイ端部側のパッチアンテナ素子が重なるので、現実では間引き無し特性を得ることは難しい。
【００１７】
そこで、アレイ端部側のパッチアンテナ素子を間引く場合に、間引いて残ったパッチアンテナ素子に、間引かない中央領域のパッチアンテナ素子の振幅値の２倍の振幅重みを付けた場合の指向性特性を図５(b)に示した。この図５(b)にあるように、間引がある場合と無い場合とで、ほとんど差のない特性が得られている。この特性は、図５(a)の間引き無しの特性とほぼ同じである。
【符号の説明】
【００１８】
１０：本発明のパッチアレイアンテナ、１１：円筒形状の誘電体基板、１２１〜１２Ｎ：パッチアンテナ素子、１３：給電点、１４：等位相面、１５：給電線路
２０：レドーム
３０：従来のパッチアレイアンテナ、３１：円筒形状の誘電体基板、３２：パッチアンテナ素子、３３：給電点、３４：等位相面
４０：従来のパッチアレイアンテナ、４１：円筒形状の誘電体基板、４２：パッチアンテナ素子、４３：給電点、４４：等位相面
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１９】
【特許文献１】特開平７−３２１５４６号公報
【図１】
2010177983.tif 000003
【図２】
2010177983.tif 000004
【図３】
2010177983.tif 000005
【図４】
2010177983.tif 000006
【図５】
2010177983.tif 000007
【図６】
2010177983.tif 000008
【図７】
2010177983.tif 000009
【図８】
2010177983.tif 000010