(57)【要約】【課題】用途に応じてさまざまな指向性を持たせることが可能であり、さらには垂直・水平いずれの偏波をも放射及び受信することが可能であって、且つ薄型であるような（実質的には平面化した）アンテナ素子と、そのようなアンテナ素子から構成される、所望の指向性と偏波放射・受信性能とを備える平面型フェーズドアレイアンテナとを提供することを目的とする。【解決手段】第１の誘電体基板における一方の表面を被覆する接地導体と、第１の誘電体基板における他方の表面上に配置された第１の導電素子と、第１の誘電体基板における他方の表面上に積層された第２の誘電体基板上に配置された、第２の導電素子と、第１の導電素子と接地導体とに接続された第１の給電手段と、第２の導電素子と接地導体とに接続された第２の給電手段と、を備え、第１の導電素子と第２の導電素子とは、第２の誘電体基板を介して少なくとも一部重なり合う、アンテナ装置を提供する。【選択図】図１
2010200282.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多層構造アンテナ装置であって、
第１の誘電体基板における一方の表面を被覆する接地導体と、
前記第１の誘電体基板における他方の表面上に配置された第１の導電素子と、
前記第１の誘電体基板における前記他方の表面上に積層された第２の誘電体基板上に配置された、第２の導電素子と、
前記第１の導電素子と前記接地導体とに接続された第１の給電手段と、
前記第２の導電素子と前記接地導体とに接続された第２の給電手段と、
を備え、
前記第１の導電素子と前記第２の導電素子とは、前記第２の誘電体基板を介して少なくとも一部重なり合う、アンテナ装置。
【請求項２】
前記第１の導電素子と前記第２の導電素子とは方形パッチ形状を有する導電素子であって、
前記第１の導電素子に対する前記第２の導電素子の、前記第２の誘電体表面上での相対変位は、前記第１の導電素子を形成する方形又は前記第２の導電素子を形成する方形の各辺から選択された所定の一辺に平行な成分のみを有する、
請求項１に記載のアンテナ装置。
【請求項３】
前記第１の導電素子と前記第２の導電素子とはほぼ同一の方形パッチ形状を有する導電素子であって、
前記第１の給電手段により前記第１の導電素子に対して給電が行われる第１の給電点は、前記第１の導電素子を形成する方形の幾何学的中心から前記相対変位に対して平行に、且つ前記一部重なり合った部分から離れる方向に、該幾何学的中心から該方形の端部までの距離のほぼ３分の２変位した場所に配置され、
前記第２の給電手段により前記第２の導電素子に対して給電が行われる第２の給電点は、前記第２の導電素子を形成する方形の幾何学的中心から前記相対変位に対して平行に、且つ前記一部重なり合った部分から離れる方向に、該幾何学的中心から該方形の端部までの距離のほぼ３分の２変位した場所に配置される、請求項２に記載のアンテナ装置。
【請求項４】
前記第１の導電素子と前記第２の導電素子とは方形パッチ形状を有する導電素子であって、
前記第１の導電素子に対する前記第２の導電素子の、前記第２の誘電体表面上での相対変位は、前記第１の導電素子を形成する方形又は前記第２の導電素子を形成する方形の各辺から選択された所定の一辺に平行な成分と、該選択された所定の一辺に垂直な成分とを有する、
請求項１に記載のアンテナ装置。
【請求項５】
前記第１の導電素子と前記第２の導電素子とはほぼ同一の方形パッチ形状を有する導電素子であって、
前記第１の給電手段により前記第１の導電素子に対して給電が行われる第１の給電点は、前記第１の導電素子を形成する方形の幾何学的中心から、該方形の各辺より選択された所定の一辺に対して平行に、且つ前記一部重なり合った部分から離れる方向に、該幾何学的中心から該方形の端部までの距離のほぼ３分の２変位した場所に配置され、
前記第２の給電手段により前記第２の導電素子に対して給電が行われる第２の給電点は、前記第２の導電素子を形成する方形の幾何学的中心から、該方形の各辺より選択された所定の一辺に対して平行に、且つ前記一部重なり合った部分から離れる方向に、該幾何学的中心から該方形の端部までの距離のほぼ３分の２変位した場所に配置される、請求項４に記載のアンテナ装置。
【請求項６】
多層構造アンテナ素子を配列してなるフェーズドアレイアンテナ装置であって、
第１の誘電体基板における一方の表面上に配置された第１の導電素子と、
前記第１の誘電体基板における前記一方の表面上に積層された第２の誘電体基板上に配置された、第２の導電素子と、
前記第１の導電素子と、前記第１の誘電体基板における他方の表面を被覆する接地導体と、に接続された第１の給電手段と、
前記第２の導電素子と前記接地導体とに接続された第２の給電手段と、
からなり、前記第１の導電素子と前記第２の導電素子とは、前記第２の誘電体基板を介して少なくとも一部重なり合う、アンテナ素子、
を同一平面上に配列したフェーズドアレイアンテナ装置。
【請求項７】
前記第１の導電素子と前記第２の導電素子とは方形パッチ形状を有する導電素子であって、
前記第１の導電素子に対する前記第２の導電素子の、前記第２の誘電体表面上での相対変位は、前記第１の導電素子を形成する方形又は前記第２の導電素子を形成する方形の各辺から選択された所定の一辺に平行な成分のみを有する、
請求項６に記載のフェーズドアレイアンテナ装置。
【請求項８】
前記第１の導電素子と前記第２の導電素子とは方形パッチ形状を有する導電素子であって、
前記第１の導電素子に対する前記第２の導電素子の、前記第２の誘電体表面上での相対変位は、前記第１の導電素子を形成する方形又は前記第２の導電素子を形成する方形の各辺から選択された所定の一辺に平行な成分と、該選択された所定の一辺に垂直な成分とを有する、
請求項６に記載のフェーズドアレイアンテナ装置。
【請求項９】
前記アンテナ素子を直線上に配列した、請求項６乃至８のいずれか一項に記載のフェーズドアレイアンテナ装置。
【請求項１０】
前記アンテナ素子を二次元パターンにより配列した、請求項６乃至８のいずれか一項に記載のフェーズドアレイアンテナ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アンテナ装置、及びフェーズドアレイアンテナ装置に関する。さらに詳細には、本発明は、さまざまな用途に応じて最適な指向性を有し、垂直・水平の両偏波を発生・受信するよう構成可能な、多層構造アンテナに関する。
【背景技術】
【０００２】
アンテナに要求される指向性は、その用途に応じてさまざまである。例えば無線ＬＡＮ用基地局として屋内に設置されるアンテナは、その基地局から見て鉛直（天頂）方向に配置された送受信機と、基地局から見て水平方向に配置された送受信機と、の両方と良好に通信できるよう、天頂方向と水平方向とのいずれに対しても十分な指向性を有する必要がある。これに対して、例えば自動車や列車、携帯電話等の移動体から通信衛星のような特定の対象と通信するためのアンテナを設計する際には、その衛星の方向にのみ強い指向性を有するアンテナを実現することが要求される。衛星の方向とは異なる方向に強い指向性を有するアンテナは、通信規則により使用が禁止されることもある。
【０００３】
従来、この種の移動体に搭載されているアンテナとしては、複数個の素子アンテナが平面上に配列された構成をとるものがある。各素子アンテナから放射される電磁波の最大放射方向は、基本的にはその素子アンテナ自体の形状等により決定される。このような素子アンテナとしては、通常は一つの最大放射方向を持つような、すなわち指向性パターンが一つのローブを持つような素子アンテナが用いられる。
【０００４】
素子アンテナを配列する際には、各素子の最大放射方向が配列面に対して垂直となるよう配列することが一般的である。この場合には、全体としてのアンテナが有する最大放射方向も配列面に対して垂直となる。したがって、移動体から見て天頂方向以外に位置する衛星と通信する際には、適切な角度だけアンテナを傾けない限り衛星方向への送信電力が犠牲となる。例えば仰角４５度に位置する衛星に対して移動体から電波を最大電力効率で放射しようとするならば、移動体に搭載したアンテナを４５度傾けねばならないという不便がある。
【０００５】
この問題を解決する策として、衛星方向に最大放射する（コニカル状の放射指向性を有する）素子アンテナを用いた配列アンテナによるフェーズドアレイアンテナが提案されている（非特許文献１）。しかしながら、このフェーズドアレイアンテナは素子アンテナとして反射板付きダイポールアンテナを用いているので、設計に際しては反射板と各ダイポールアンテナとの間隔をおよそλ／２に取る必要がある。例えば海事衛星通信におけるＬバンドを利用する場合に上記間隔は約１５ｃｍとなるのであり、この点において上記先行技術には、アンテナの大型化を免れることができない（配列アンテナを薄型とすることができない）という問題がある。
【０００６】
加えて、通信しようとする衛星から放射される電波が直線偏波である場合には、アンテナもその偏波を受信できるよう構成されていなければならない。さまざまな通信に対応できるアンテナであるためには、垂直・水平の両偏波を発生・受信できることが望ましい。この課題も、上記先行技術によっては解決されていない。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Kazama, Y.; Sugawara, A.; Takano, T.; Radenamad, D. "Novel phased array antenna with elements of conical beam patterns", Antennas and Propagation Society International Symposium, 2008. AP-S 2008. IEEE
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
そこで本発明は、用途に応じてさまざまな指向性を持たせることが可能であり、さらには垂直・水平いずれの偏波をも放射及び受信することが可能であって、且つ薄型であるような（実質的には平面化した）アンテナ素子を提供することを第１の目的とし、そのようなアンテナ素子を用いて、所望の指向性と偏波放射・受信性能とを備える平面型フェーズドアレイアンテナを提供することを第２の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、本発明は、多層構造アンテナ装置であって、第１の誘電体基板における一方の表面を被覆する接地導体と、第１の誘電体基板における他方の表面上に配置された第１の導電素子と、第１の誘電体基板における他方の表面上に積層された第２の誘電体基板上に配置された、第２の導電素子と、第１の導電素子と接地導体とに接続された第１の給電手段と、第２の導電素子と接地導体とに接続された第２の給電手段と、を備え、第１の導電素子と第２の導電素子とは、第２の誘電体基板を介して少なくとも一部重なり合う、アンテナ装置を提供する。
各誘電体基板、各導電素子、及び接地導体は、通信に用いる波長の制約を受けることなく任意の厚さで構成可能である。
また、第１及び第２の給電手段から与える電流を適宜選択することにより、第１と第２の導電素子から、それぞれ垂直・水平偏波を発生させることが可能である。
さらには、このような構成をとるアンテナ装置において、一方の偏波はアンテナ装置と垂直な（天頂）方向でナルとなる（落ち込みを形成する）ような放射指向性を有し、実質的に水平方向へと放射される。後述する一つの実施形態において、他方の偏波は垂直方向へ通常のパッチアンテナと同様の放射指向性を有する。したがって、天頂方向と水平方向との両方向に放射電波が届くこととなる。
【００１０】
本発明の更なる態様において、第１の導電素子と第２の導電素子とは方形パッチ形状を有する導電素子であって、第１の導電素子に対する第２の導電素子の、第２の誘電体表面上での相対変位は、第１の導電素子を形成する方形又は第２の導電素子を形成する方形の各辺から選択された所定の一辺に平行な成分のみを有する。
第１及び第２の導電素子を少なくとも一部重ねた上で、各導電素子の形状や配置を調整することにより、好ましい指向性を達成するための一つの態様である。
【００１１】
本発明の更なる態様において、第１の導電素子と第２の導電素子とはほぼ同一の方形パッチ形状を有する導電素子であって、第１の給電手段により第１の導電素子に対して給電が行われる第１の給電点は、第１の導電素子を形成する方形の幾何学的中心から相対変位に対して平行に、且つ一部重なり合った部分から離れる方向に、幾何学的中心から方形の端部までの距離のほぼ３分の２変位した場所に配置され、第２の給電手段により第２の導電素子に対して給電が行われる第２の給電点は、第２の導電素子を形成する方形の幾何学的中心から相対変位に対して平行に、且つ一部重なり合った部分から離れる方向に、幾何学的中心から方形の端部までの距離のほぼ３分の２変位した場所に配置される。
上記形状や配置の調整に加えて給電点の位置を調整することにより、好ましい指向性を達成するための一つの態様である。
【００１２】
本発明の、別の更なる態様において、第１の導電素子と第２の導電素子とは方形パッチ形状を有する導電素子であって、第１の導電素子に対する第２の導電素子の、第２の誘電体表面上での相対変位は、第１の導電素子を形成する方形又は第２の導電素子を形成する方形の各辺から選択された所定の一辺に平行な成分と、選択された所定の一辺に垂直な成分とを有する。
各導電素子の形状や配置の調整に関する、別の実施形態である。このように調整されたアンテナ装置は、特に衛星通信用フェーズドアレイアンテナ装置を構成するために適している。
【００１３】
本発明の、別の更なる態様において、第１の導電素子と第２の導電素子とはほぼ同一の方形パッチ形状を有する導電素子であって、第１の給電手段により第１の導電素子に対して給電が行われる第１の給電点は、第１の導電素子を形成する方形の幾何学的中心から、方形の各辺より選択された所定の一辺に対して平行に、且つ一部重なり合った部分から離れる方向に、幾何学的中心から方形の端部までの距離のほぼ３分の２変位した場所に配置され、第２の給電手段により第２の導電素子に対して給電が行われる第２の給電点は、第２の導電素子を形成する方形の幾何学的中心から、方形の各辺より選択された所定の一辺に対して平行に、且つ一部重なり合った部分から離れる方向に、幾何学的中心から方形の端部までの距離のほぼ３分の２変位した場所に配置される。
上記形状や配置の調整に加えて給電点の位置を調整することにより、好ましい指向性を達成するための一つの態様である。
【００１４】
本発明の別の態様においては、多層構造アンテナ素子を配列してなるフェーズドアレイアンテナ装置であって、第１の誘電体基板における一方の表面上に配置された第１の導電素子と、第１の誘電体基板における一方の表面上に積層された第２の誘電体基板上に配置された第２の導電素子と、第１の導電素子と第１の誘電体基板における他方の表面を被覆する接地導体とに接続された第１の給電手段と、第２の導電素子と接地導体とに接続された第２の給電手段と、からなり、第１の導電素子と第２の導電素子とは、前記第２の誘電体基板を介して少なくとも一部重なり合う、アンテナ素子、を同一平面上に配列したフェーズドアレイアンテナ装置を提供する。
所望の指向性と偏波放射・受信性能とを備える平面型フェーズアレイアンテナ装置が与えられる。
特に、第１及び第２の導電素子が一部重なり合うことでアンテナ素子それぞれは天頂方向にナルとなるような指向性パターンを有することとなり、このような特徴はフェーズドアレイアンテナ装置を構成するために都合が良い。
【００１５】
本発明に係るフェーズドアレイアンテナ装置の更なる態様において、第１の導電素子と第２の導電素子とは方形パッチ形状を有する導電素子であって、第１の導電素子に対する第２の導電素子の、第２の誘電体表面上での相対変位は、第１の導電素子を形成する方形又は第２の導電素子を形成する方形の各辺から選択された所定の一辺に平行な成分のみを有する。
各導電素子の形状や配置を調整することにより、好ましい指向性を達成するための一つの態様である。
【００１６】
本発明に係るフェーズドアレイアンテナ装置の別の態様において、第１の導電素子と前記第２の導電素子とは方形パッチ形状を有する導電素子であって、第１の導電素子に対する第２の導電素子の、第２の誘電体表面上での相対変位は、第１の導電素子を形成する方形又は前記第２の導電素子を形成する方形の各辺から選択された所定の一辺に平行な成分と、選択された所定の一辺に垂直な成分とを有する。
各導電素子の形状や配置の調整に関する、別の実施形態である。このように調整されたアンテナ装置は、特に衛星通信用フェーズドアレイアンテナ装置として適している。
【００１７】
本発明に係るフェーズドアレイアンテナ装置の更なる態様において、アンテナ素子は直線上に配列されている。
直線状フェーズドアレイアンテナ装置を用いて、例えば仰角４５度の衛星へと、アンテナ自体を傾けることなしに指向性を調整することができる。
【００１８】
本発明に係るフェーズドアレイアンテナ装置の、別の更なる態様において、アンテナ素子は二次元パターンにより配列されている。
二次元パターンでフェーズドアレイアンテナ装置を構成することにより、所望される仰角以外への指向性を更に厳密に抑制することや、仰角と同時に方位角についても指向性を調整することが可能となる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明に係るアンテナ装置は、強度上の問題を別にすれば実質的に任意の厚さで構成することが可能であり、上述の移動体通信のみならず幅広い技術分野において高い利便性を与える。
また、このアンテナ装置は、その用途に応じて幅広くカスタマイズすることが可能である。後述する実施形態においては、その一例として、天頂方向と水平方向との両方に放射可能であるために無線ＬＡＮ用基地局として最適であるようなアンテナ構成と、特定の一方向に強い放射指向性を持つために衛星通信用フェーズドアレイアンテナ用素子として最適であるようなアンテナ構成とが示されているが、本発明によって実現可能なアンテナ構成はこれらに限られるわけではなく、各導体素子の形状、位置関係、給電される電流等の細部を適宜調整することによって、その特性を多様に変化させることが可能である。
さらに、このアンテナ装置は二つの導電素子を有し、それぞれの導電素子から異なる方向の偏波を発生させる、又は受信することが可能であるために、相手方から送信される偏波の方向に関わらず通信をすることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１の実施形態における、２層基板から成るアンテナ装置の外観図である。
【図２】第１の実施形態におけるアンテナ装置の上面図である。
【図３】第１の実施形態におけるアンテナ装置を給電したときの、ある瞬間における電流分布である。各導電素子からはそれぞれ垂直偏波、水平偏波が発生している。
【図４】上記給電されたアンテナ装置における、別の瞬間での電流分布である。
【図５】第１の実施形態におけるアンテナ装置について、水平偏波の指向性を表した図である。
【図６】第１の実施形態におけるアンテナ装置について、垂直偏波の指向性を表した図である。
【図７】第１の実施形態におけるアンテナ装置を用いた、フェーズドアレイアンテナ装置である。
【図８】図７のフェーズドアレイアンテナ装置のビーム走査特性を表した図である。
【図９】本発明の第２の実施形態における、２層基板から成るアンテナ装置の外観図である。
【図１０】第２の実施形態におけるアンテナ装置の上面図である。
【図１１】第２の実施形態におけるアンテナ装置について、その３次元指向性を表した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
これより図面を参照して、本発明に係るアンテナ装置とフェーズドアレイアンテナ装置との構成、及びそこから発生される偏波や偏波それぞれの放射指向性等、それらアンテナ装置が備える性能について説明する。
なお、本実施形態として説明するアンテナ装置は、無線ＬＡＮで使用される５．８ＧＨｚ帯の周波数で用いることを念頭に設計されている。各導電素子の寸法や誘電体基板の誘電率等はその用途に合うよう設定されたものであり、当然ながら別の用途のために異なる寸法・誘電率でアンテナを構築することが可能である。
【実施例１】
【００２２】
第１のアンテナ装置１００の構成
図１は、本発明にかかる第１のアンテナ装置１００の構成を示している。このアンテナは、誘電体基板１０２の片面を銅箔１０４にて全面エッチングし、もう一方の面にパッチ型の銅箔１０６をエッチングし、その銅箔１０６をエッチングした面に、２層目の誘電体基板１０８を積層化技術により貼り合わせ、貼りあわせた誘電体基板１０８上に、更に銅箔１１０をエッチングしてなる構造を有する。銅箔１０４と１０６とのペア、及び銅箔１０４と銅箔１１０とのペアは、それぞれ同軸給電線路１１６及び１１８により接続されている。
【００２３】
誘電体基板１０２及び１０８としては、比誘電率が３．５であるような厚さ１．６ｍｍの基板を用いる。これら誘電体基板は、銅箔１０４、１０６、及び１１０を、それら銅箔内に流れる電流に干渉することなく固定する目的で用いられる。したがって、誘電体基板１０２及び１０８の誘電率は基本的に幾らであってもよいし、ベースとしての発泡スチロールやゴム材料などにフィルム状の銅箔を配置することでも、本発明に係るアンテナ装置を構成することが可能である（低コスト化や軽量化を図る意味で、そのような発泡材を用いることは好ましい。）。本明細書においては、金属等の導体に比較して電気伝導性の低いそのような材料を、一般に「誘電体」と呼ぶ。
また誘電体材料は、その用途に応じて適宜選択されることが一般的である。例えばＧＰＳのような波長の短い周波数帯で使用する場合には、比誘電率が２０以上の高誘電率の誘電体を選択し、一方で波長の長い周波数帯で使用する場合には、比誘電率が３以下の誘電体を選択するのが一般的である。
【００２４】
銅箔１０４は、本発明のアンテナ装置においてグラウンドとしての役割を果たす。本実施形態においては銅を用いているが、アルミニウムや鉄など、他の導電性材料からなる箔を銅の代わりに用いることも可能である。この点は、後述する銅箔１０６及び１１０についても同様である。
【００２５】
銅箔１０６及び１１０への給電ルートを確保するため、銅箔１０４内の２箇所において、同軸給電線路１１６及び１１８を構成する内導体と外導体との中間領域の形状及び寸法に相当する部分だけ、誘電体から銅箔が剥離されている。
同軸給電線路１１６及び１１８の外部導体は、その剥離された位置においてそれぞれ銅箔１０４に接続される。同軸線路１１６の内部導体は、誘電体基板１０２を貫いて、給電点１１２で銅箔１０６に接続される。同軸線路１１８の内部導体は、誘電体基板１０２及び１０８を貫いて、給電点１１４で銅箔１１０に接続される。
なお、本発明のアンテナを構成するためには、給電法として同軸給電線路以外の手段を用いることも可能である。例えばグラウンド面にトリプレート線路を構成し、電源からグラウンド面に対しては１つの給電点にて給電しつつ、各導電素子にはトリプレート線路の終端から給電ピンにて給電する方法や、あるいはトリプレート線路ではなく、アンテナグラウンド面の下部に、更にもう１層マイクロストリップ構造の給電線路を接続する方法を用いてもよい。当業者であれば、本発明の範囲内において適宜そのような給電手段を選択し、またそれに応じてアンテナ構造を調整することが可能である。
【００２６】
銅箔１０６と１１０とは、共にほぼ同一寸法のパッチ形状方形素子として、それぞれ誘電体基板１０２及び１０８上にエッチングされている。
本実施形態においては、幅（Ｗ）は１７．２３ｍｍ、長さ（Ｌ1及びＬ2）は共に１０．５７ｍｍであるとして、各方形素子の寸法を設定している。方形素子は、誘電体基板１０８を介して互いに一部重なり合っており、全体としてのアンテナ長（Ｌ3）は２０．０７ｍｍである。上面からみた方形素子の配置が図２に示されている。５．８ＧＨｚ帯での電磁波の（真空中）波長λと比較すると、幅（Ｗ）はおよそ０．３３λと、そしてアンテナ長（Ｌ3）はおよそ０．３９λと、それぞれ表すことができる。これらのアンテナサイズは、一般のパッチアンテナにおいて要求される、各辺の大きさが０．５λ以下であるという条件を満たしている。またこれらのサイズは、アンテナを配列する場合に通常最適とされる配列間隔０．５５λ以下ともなっている。したがって図１に示すアンテナは、後述のフェーズドアレイアンテナを構成するためにも適している。
また、各給電点１１２及び１１４は、銅箔１０６及び１１０それぞれの幾何学的中心点から互いに対称に、それぞれの銅箔端部までの距離のほぼ３分の２離れた位置に配置されている。
【００２７】
第１のアンテナ装置１００から発生される偏波、及びその放射指向性
次に、電流を与えたときにアンテナ装置１００から発生される偏波と、その放射指向性とを説明する。
図３及び図４は、給電点１１２及び１１４に同強度同相の交流電流を与えたときの、異なる瞬間における電流分布を示している。それぞれの図で上部（ｘ軸マイナス方向）に描かれているのが下層の銅箔１０６であり、下部（ｘ軸プラス方向）に描かれているのが上層の銅箔１１０である。図中に多数描かれている矢印が、各銅箔内それぞれの地点における電流の強さと向きとを表している。
【００２８】
矢印で示すとおり、上層に配置された銅箔１１０において、電流は主に左右へと流れている。このことより、上層の銅箔１１０からは電流と同一方向の水平偏波が放射されることが分かる。一方、下層に配置された銅箔１０６において、電流は主に上下へと流れている。このことより、銅箔１０６からは垂直偏波が放射されることが分かる。
なお偏波の方向として、ここではｙ軸方向への偏波を「水平」と、ｘ軸方向への偏波を「垂直」と呼んでいるが、これらは本実施形態中のみにおいて用いられる便宜的な基準である。
【００２９】
上記水平偏波の放射指向性を図５に、そして垂直偏波の放射指向性を図６に、それぞれ示す。
【００３０】
図５に示される水平偏波、すなわち上層の銅箔１１０から放射される偏波の指向性は、アンテナ素子面に対する垂直方向、即ちアンテナ天頂方向にナルとなっている。このようなコニカル状の放射指向性は、銅箔１０６と１１０とを一部重ね合わせることで得られる注目すべき性質である。このような指向性に従って、水平偏波は水平方向にのみ強く放射される。
一方で、図６に示される、下層の銅箔１０６から放射される垂直偏波の指向性は、天頂方向に強い放射を有する通常のマイクロストリップアンテナの放射指向性である。強度がデシベル（ｄＢ）で表示されていることに鑑みれば、水平方向への指向性は天頂方向への指向性に対して十分小さく、すなわち単一ビームの指向性となっていることが分かる。
【００３１】
したがって全体としてのアンテナ装置１００は、天頂方向に対しては下層の銅箔１０６より垂直偏波を放射し、水平方向に対しては上層の銅箔１１０より水平偏波を放射することにより、天頂・水平いずれの方向にも強く電磁波を放射することが可能なアンテナである。このようなアンテナ装置は、例えば屋内にて使用する無線ＬＡＮの天井に設置する基地局用アンテナとして最適である。
なお、偏波に対しての「水平」、「垂直」とは銅箔と同一平面上での２方向を指すものであるのに対して、指向性について用いる「天頂（垂直）」とは上記銅箔平面に対して垂直な方向を指し、また同じく指向性について用いる「水平」とは、銅箔平面内の所定の方向を指すものである。
【００３２】
第１のアンテナ装置１００から構成される、フェーズドアレイアンテナ装置
図７は、アンテナ装置（素子）１００を直線上に４つ配列することで構成した、一次元フェーズドアレイアンテナ装置７００を示している。各アンテナ素子に与える電流の位相を変えることにより、フェーズドアレイ全体として、任意の方向へのビーム指向性を実現することができる。図７においては、各素子が間隔０．５５λで配置されている。
【００３３】
図８は、フェーズドアレイアンテナ装置７００に対して、隣り合った素子へ与える給電電流の位相差を、９０度、１１２．５度、及び１５７．５度と定め、それぞれの構成についてビーム走査により指向性の変化を測定した結果である。我が国から見た通信用静止衛星の仰角に相当する３０度〜６０度方向に強いピークを持つ指向性を、達成できていることが分かる。
【００３４】
図７に示される直線状の配列は、フェーズドアレイとしての単なる一例である。誘電体基板上にアンテナ素子１００を２次元的に配列した上で、各素子の位置関係を必要に応じて調整すれば、更に厳密なビーム指向性を達成することができる。
【実施例２】
【００３５】
第２のアンテナ装置９００の構成
図９は、本発明にかかる第２のアンテナ装置９００の構成を示している。このアンテナは、誘電体基板９０２の片面を銅箔９０４にて全面エッチングし、もう一方の面にパッチ型の銅箔９０６をエッチングし、その銅箔９０６をエッチングした面に、２層目の誘電体基板９０８を積層化技術により貼り合わせ、貼りあわせた誘電体基板９０８上に、更に銅箔９１０をエッチングしてなる構造を有する。銅箔９０４と９０６とのペア、及び銅箔９０４と銅箔９１０とのペアは、それぞれ同軸給電線路９１６及び９１８により接続されている。
【００３６】
第２のアンテナ装置９００に用いられる誘電体基板９０２及び９０８、銅箔９０４、９０６、及び９１０、そして給電線路９１６及び９１８は、第１のアンテナ装置１００におけるそれぞれの構成要素と同じものを用いている。給電位置も、第１のアンテナ装置１００における場合と同様の位置にある。２つの銅箔が２層目の誘電体基板を介して一部重なり合っている点も共通しているが、しかしながら第２のアンテナ装置９００において、銅箔９０６と９１０とは斜めにずれた位置関係で配置されている（上面から見た方形銅箔の配置を図１０に示す）。この例において、各方形銅箔の幾何学的中心同士を結んだ直線は図９中のｘ軸と４５度の角をなしている。しかしながら、ここで与えた角度は単なる一例に過ぎないのであって、所望される指向性を達成するために適宜調整すべきものである。
【００３７】
第２のアンテナ装置９００から発生される偏波、及びその放射指向性
図１１に、第２のアンテナ装置９００の３次元指向性を示す。ここにおいては、偏波方向に関わらず特定方向に単位時間当たり放出される電磁波の強度を示している。
図から分かるとおり、このアンテナは天頂方向に対してほとんど指向性を持たず、ｚ軸周りの側方向（例えばｘ軸からｚ軸に向かって６０度程度傾いた方向）にのみ放射することが分かる。したがって、第２のアンテナ装置９００を用いて上述したようなフェーズドアレイアンテナ装置を構成すれば、第１のアンテナ装置１００による場合よりも更に容易に、その主放射方向を通信衛星へと向けることが可能となる。
なお、アンテナ装置１００と同様にアンテナ装置９００も２つの銅箔を有し、両方向の偏波を発生する。すなわちアンテナの可逆性を考えれば両方向の偏波を受信できることとなり、例えば衛星からの電波が直線偏波であったとしても、問題なく受信することが可能である。この点においても、第２のアンテナ装置９００は、衛星通信用フェーズドアレイアンテナ用素子として最適である。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明に係るアンテナは、例えば上述の実施例に挙げられた構成をとることにより、無線ＬＡＮ用基地局として、又は衛星通信用アンテナ素子として利用可能である。
また、各構成素子の形状、位置関係、給電手段等を調整することでアンテナの放射指向性が多様に変化するので、それ以外にもさまざまな用途に利用できる。
【符号の説明】
【００３９】
１０２  誘電体基板
１０４  銅箔
１０６  銅箔
１０８  誘電体基板
１１０  銅箔
１１２  給電点
１１４  給電点
１１６  同軸給電線路
１１８  同軸給電線路
９０２  誘電体基板
９０４  銅箔
９０６  銅箔
９０８  誘電体基板
９１０  銅箔
９１２  給電点
９１４  給電点
９１６  同軸給電線路
９１８  同軸給電線路
【図１】
2010200282.tif 000003
【図２】
2010200282.tif 000004
【図３】
2010200282.tif 000005
【図４】
2010200282.tif 000006
【図５】
2010200282.tif 000007
【図６】
2010200282.tif 000008
【図７】
2010200282.tif 000009
【図８】
2010200282.tif 000010
【図９】
2010200282.tif 000011
【図１０】
2010200282.tif 000012
【図１１】
2010200282.tif 000013