(57)【要約】【課題】本発明は、電気的特性を複共振特性とすることができるとともに、パッシブインターモジュレーションの発生を防ぐことができるアンテナ装置、及びアレーアンテナ装置を提供する。【解決手段】給電プローブ３の先端部は、地導体１と放射導体２との間の空間に挿入されている。放射導体２には、スロット４が設けられている。スロット４は、給電プローブ３と立体的に交差し、給電プローブ３に対する直交方向に沿って配置されている。放射導体２及び給電プローブ３は、電磁結合によって給電プローブ３と電気的に接続されている。パッチアンテナ１００は、放射導体２の大きさに起因する低域共振周波数と、スロット４の長さに起因する高域共振周波数とのそれぞれの共振点で共振可能になっており、パッチアンテナ１００の電気的特性は、２共振特性となっている。【選択図】図１
2010103871.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
板状の地導体と、
前記地導体から間隔をおいて対向配置された板状の放射導体と、
前記地導体及び前記放射導体の間に、前記地導体及び前記放射導体の両方から間隔をおいて挿入され、先端部が電磁結合によって前記放射導体に電気的に接続され、他端部が給電回路に電気的に接続された給電プローブと
を備え、
前記放射導体には、前記給電プローブと立体的に交差して前記給電プローブに対する直交方向に沿って配置され、所望の基準共振周波数よりも高い周波数の半波長に対応する長さのスロットが設けられている
ことを特徴とするアンテナ装置。
【請求項２】
前記給電プローブ及び前記スロットからなる第１給電構造と同一の構成であり、前記放射導体の中心を基準に前記第１給電構造に対して、１８０度回転対称となるように配置された第２給電構造
をさらに備え、
前記第２給電構造の前記給電プローブの給電位相は、前記第１給電構造の前記給電プローブの給電位相に対して１８０度異なる
ことを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
【請求項３】
前記第１給電構造と同一の構成であり、前記放射導体の中心を基準点としたときに、前記第１給電構造に対して、前記放射導体の周方向の一方へ９０度回転対称となるように配置された第３給電構造と、
前記第１給電構造と同一の構成であり、前記放射導体の中心を基準点としたときに、前記第１給電構造に対して、前記放射導体の周方向の一方へ２７０度回転対称となるように配置された第４給電構造と
をさらに備え、
前記第３給電構造の前記給電プローブの給電位相は、前記第１給電構造の前記給電プローブの給電位相に対して９０度異なり、
前記第４給電構造の前記給電プローブの給電位相は、前記第１給電構造の前記給電プローブの給電位相に対して２７０度異なる
ことを特徴とする請求項２記載のアンテナ装置。
【請求項４】
前記スロットにおける前記給電プローブに対する直交方向の一端部及び他端部の少なくともいずれか一方は、前記給電プローブの先端部側へ折れるように延長されている
ことを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載のアンテナ装置。
【請求項５】
前記スロットは、前記給電プローブとの交差箇所から前記給電プローブに対する直交方向の一端部までの長さと、前記給電プローブとの交差箇所から前記給電プローブに対する直交方向の他端部までの長さとが互いに異なっている
ことを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載のアンテナ装置。
【請求項６】
前記スロットは、前記給電プローブの長さ方向に互いに間隔をおいて配置され、互いに長さが異なる複数のスロットである
ことを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載のアンテナ装置。
【請求項７】
前記放射導体の外周を囲むように設けられ、かつ前記地導体に電気的に接続され、前記放射導体の前記地導体の反対側の空間に前記地導体とともにキャビティを形成する金属円筒体
をさらに備えることを特徴とする請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載のアンテナ装置。
【請求項８】
請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載のアンテナ装置を複数配列してなる
ことを特徴とするアレーアンテナ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えば人工衛星に搭載され衛星通信等に用いられるパッチアンテナを構成するアンテナ装置、及びアレーアンテナ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、パッチアンテナを人工衛星に搭載する場合、ロケット打ち上げ時におけるロケットの積載スペース及び積載重量が制限されているため、パッチアンテナは、構造的に小形で、かつ軽量であることを要する。これに加えて、パッチアンテナは、パッシブインターモジュレーションが発生しない構造であることを要する。このパッシブインターモジュレーションとは、異種金属で接続されている箇所に大電力が入力された際に、放射電波の歪や混変調が生じる現象である。パッチアンテナにおいて、パッシブインターモジュレーションの発生を抑えるためには、放射導体としてのパッチ導体への給電方法に配慮する必要がある。
【０００３】
また、人工衛星に搭載される送受信共用のパッチアンテナには、広帯域性、あるいは、比較的高いアイソレーション性能を持つ分波器が用いられているものについては、複数の共振点で共振可能となる複共振特性（少なくとも２共振特性）が電気的特性として要求される。
【０００４】
ここで、例えば、特許文献１に示すような従来のアンテナ装置（パッチアンテナ）では、地導体（グラウンド板）から間隔をおいて放射導体が、誘電体のハニカム基板を介して対向配置されている。地導体の外周部には、ハニカム基板及び放射導体を囲むように円筒状のシリンダが設けられている。
【０００５】
また、地導体における放射導体の反対側の面には、給電回路を形成する給電回路基板が設けられている。放射導体は、地導体及びハニカム基板に挿入された給電ピンを介して、給電回路から給電される。シリンダ内には、放射導体から反地導体側に間隔をおいて無給電素子が対向配置されている。この無給電素子によって、放射特性が広帯域化されており、アンテナ装置の送受信共用化が図られている。
【０００６】
【特許文献１】特許第３０２６１７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記のような従来のアンテナ装置では、給電ピンを介して放射導体及び給電回路間が接続されている。つまり、異種金属によって放射導体及び給電回路間が接続されている。このため、大電力が入力された際には、パッシブインターモジュレーションが発生する可能性があった。
【０００８】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、電気的特性を複共振特性とすることができるとともに、パッシブインターモジュレーションの発生を防ぐことができるアンテナ装置、及びアレーアンテナ装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明に係るアンテナ装置は、板状の地導体と、地導体から間隔をおいて対向配置された板状の放射導体と、地導体及び放射導体の間に、地導体及び放射導体の両方から間隔をおいて挿入され、先端部が電磁結合によって放射導体に電気的に接続され、他端部が給電回路に電気的に接続された給電プローブとを備え、放射導体には、給電プローブに対する直交方向に沿って配置され、給電プローブと立体的に交差し、所望の基準共振周波数よりも高い周波数の半波長に対応する長さのスロットが設けられているものである。
【発明の効果】
【００１０】
この発明のアンテナ装置によれば、給電プローブに対する直交方向に沿って配置され給電プローブと立体的に交差するスロットが放射導体に設けられ、そのスロットの長さが所望の基準共振周波数よりも高い周波数の半波長に対応する長さになっているので、放射導体によって形成される共振点に加えて、スロットによって基準共振周波数よりも高い周波数の共振点が形成されることにより、複共振特性を実現することができる。これとともに、電磁結合によって給電プローブが放射導体に電気的に接続されていることにより、パッシブインターモジュレーションの発生を防ぐことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、この発明を実施するための最良の形態について、図面を参照して説明する。
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１によるアンテナ装置を示す構成図である。図１（ａ）は、パッチアンテナ１００を示す平面図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）のＩｂ−Ｉｂ線に沿う断面図である。なお、実施の形態では、アンテナ装置の理想的な構成として、各導体・線路間の誘電体基板を省略した構成について説明する。
図１において、パッチアンテナ１００は、直線偏波放射用のパッチアンテナである。また、パッチアンテナ１００は、地導体１、放射導体２及び給電プローブ（給電プローブ）３を有している。地導体１及び放射導体２の形状は、ともに板状（平面状）である。放射導体２は、地導体１から間隔をおいて対向配置されている。
【００１２】
給電プローブ３の形状は、帯状である。また、給電プローブ３の先端部（図１の左端部）は、地導体１と放射導体２との間の空間に配置されている。給電プローブ３の他端部（図示せず）は、地導体１と放射導体２との間の空間の外側に配置され、かつ給電回路（図示せず）に接続されている。即ち、給電プローブ３の先端部は、地導体１と放射導体２との間の空間に挿入されている。
【００１３】
放射導体２の大きさは、所望の低域共振周波数（基準共振周波数）に対応した大きさに予め設定されている。放射導体２には、スロット（長溝）４が設けられている。スロット４は、給電プローブ３と立体的に交差して、給電プローブ３に対する直交方向に沿って配置されている。また、スロット４の長さは、低域共振周波数よりも高い所望の高域共振周波数の半波長に対応する長さとなっている。
【００１４】
ここで、このパッチアンテナ１００の給電方式には、電磁結合の一種である近接結合給電方式が用いられている。即ち、放射導体２及び給電プローブ３は、電磁結合によって給電プローブ３と電気的に接続されている。
【００１５】
また、パッチアンテナ１００は、放射導体２の大きさに起因する低域共振周波数と、スロット４の長さに起因する高域共振周波数とのそれぞれの共振点で共振可能になっている。即ち、放射導体２は、給電回路から給電プローブ３を介して、低域共振周波数及び高域共振周波数の入力信号を受けたときに共振し、電波を放射する。従って、パッチアンテナ１００の電気的特性は、２共振特性となっている。
【００１６】
次に、動作について説明する。ここでは、パッチアンテナ１００を送信用とした場合について説明するが、パッチアンテナ１００を受信用とすることもできる。図２は、図１のパッチアンテナ１００の動作を説明するための説明図である。なお、図２（ａ）は、低域共振周波数での動作を説明するための図であり、図２（ｂ）は、高域共振周波数での動作を説明するための図である。
【００１７】
図２（ａ）において、給電回路からの低域共振周波数の入力信号は、電磁結合によって給電プローブ１３から放射導体２に伝わる。ここで、放射導体２が給電される際に、スロット４の長さは波長に対して共振長とならないので、スロット４のない通常の近接結合とほぼ同様に放射導体２が給電される。
【００１８】
そして、放射導体２上には、スロット４を迂回するように、低域共振周波数の入力信号の電流経路（矢示Ａ）が形成される。この結果、この放射導体２の全体（スロット４を除いた箇所）から電波が放射される。このパッチアンテナ１００の低域共振周波数は、スロット４が放射導体２に設けられていない同サイズのパッチアンテナの共振周波数に比べて、低域側にシフトする。
【００１９】
また、スロット４の長さは、高域共振周波数の略半波長の長さとなっているため、給電プローブ３を介してスロット４自体が共振する。このため、スロット４上には等価磁流源（図２（ｂ）の矢示Ｂ）が生じるものと考えることがでえきる。
【００２０】
ここで、通常のパッチアンテナでは、給電プローブ３と直交する放射導体２の両端部に磁流源を仮定した等価モデルで放射特性を解析することができる。これに対して、パッチアンテナ１００では、スロット４の長さ方向に２分割したうちの片側の長さが高域共振周波数の略１／４波長となっている。これによって、スロット４の縁を流れる電流が相殺され、スロット４は、フィルタとして機能する。
【００２１】
この結果、放射導体２におけるスロット４の近傍の端部（図２の右端部）には電流が流れず、放射導体２の両端部に等価磁流源も生じない。この代わりに、スロット４上に等価磁流源（図２（ｂ）の矢示Ｂ）が生じると考えれば、放射導体２上には、給電プローブ３の延長線に沿うように、高域共振周波数の入力信号の電流経路（図２（ｂ）の矢示Ｃ）が形成される。また、高域共振周波数の入力信号の等価的なパッチサイズは、図２（ｂ）の破線Ｄに示すようなサイズとなる。従って、高域共振周波数の入力信号の電流経路は、低域共振周波数の入力信号の電流経路よりも短くなる。
【００２２】
また、高域共振周波数は、スロット４の長さに直接起因するので、スロット４の長さを変えることによって、高域共振周波数を調節可能となる。なお、スロット４の長さを変えると低域共振周波数での電流経路（図２（ａ）の矢示Ａ）も若干変化するため、低域共振周波数も多少影響を受ける。つまり、スロット４の長さを変更することによって、高域／低域共振周波数比もやや変化する。
【００２３】
さらに、地導体１及び放射導体２間に挿入された給電プローブ３の長さ（挿入寸法）を変えることによって、インピーダンスを調整可能となる。また、地導体１及び放射導体２間の給電プローブ３の位置（地導体１又は放射導体２からの間隔寸法）を変えることによって、電磁結合量の度合いを調整可能となる。この結果、パッチアンテナ１００の入力端での整合を図ることが可能となる。
【００２４】
次に、図１のパッチアンテナ１００の電気的特性について説明する。図３は、図１のパッチアンテナ１００の周波数特性を示すグラフである。図４は、図１のパッチアンテナ１００の低域共振周波数（ｆＬ）での放射パターンを示すグラフである。図５は、図１のパッチアンテナ１００の高域共振周波数（１．３６ｆＬ）での放射パターンを示すグラフである。
【００２５】
なお、図３は、給電プローブ３側からみた反射損失の周波数特性である。また、図３の縦軸は、反射損失であり、図３の横軸は、低域共振周波数で規格化した周波数である。さらに、図４，５の縦軸は、放射波の利得であり、図４，５の横軸は、アンテナ正面（０度）に対する仰角である。また、図４，５では、正偏波成分（Ｃｏ−ｐｏｌ．）を実線で示し、交差偏波成分（Ｘ−ｐｏｌ．）を破線で示す。
【００２６】
パッチアンテナ４００の周波数特性は、図３に示すように、２共振特性となっていることがわかる。つまり、低域共振周波数（ｆＬ）よりも高い周波数の共振点がパッチアンテナ１００の周波数特性に形成されている。また、図４，５に示すように、アンテナ正面（０度）に対して仰角が３０度程度から−３０度程度までの範囲内では、低域共振周波数及び高域共振周波数でのそれぞれの放射パターンが、ほぼ同等のパターンとなっていることがわかる。
【００２７】
上記のようなアンテナ装置では、給電プローブ３に対する直交方向に沿って配置され給電プローブ３と立体的に交差するスロット４が放射導体２に設けられている。また、そのスロットの長さが低域共振周波数よりも高い周波数の半波長に対応する長さになっている。この構成により、スロット４によって低域共振周波数よりも高い周波数の共振点が形成されることにより、複共振特性を実現することができる。これとともに、電磁結合によって放射導体２及び給電プローブ３が互いに電気的に接続されていることにより、パッシブインターモジュレーションの発生を防ぐことができる。
【００２８】
実施の形態２．
実施の形態１では、パッチアンテナ１００が給電プローブ３及びスロット４からなる１組の給電構造を有していたが、実施の形態２では、パッチアンテナ２００が２組の給電構造を有している。図６は、この発明の実施の形態２によるアンテナ装置を示す構成図である。なお、図６（ａ）は、パッチアンテナ２００を示す平面図であり、図６（ｂ）は、図６（ａ）のＶＩｂ−ＶＩｂ線に沿う断面図である。
【００２９】
図６において、パッチアンテナ２００は、第１及び第２給電構造１０，２０を有している。第１給電構造１０は、給電プローブ１３及びスロット１４によって構成されている。第２給電構造２０は、給電プローブ３３及びスロット３４によって構成されている。給電プローブ１３，２３は、実施の形態１における給電プローブ３と同様のものである。スロット１４，２４は、実施の形態１におけるスロット４と同様のものである。また、スロット２４は、給電プローブ２３に対して直交するように放射導体２に設けられている。
【００３０】
第２給電構造２０は、放射導体２の中心を基準に、第１給電構造１０に対して放射導体２の周方向の一方（図６（ａ）の反時計回り）へ１８０度回転対称となる位置に配置されている。また、給電プローブ２３の後段（図６（ａ）の左側）には、給電回路が接続されており、給電プローブ３と逆相となる信号が入力される。即ち、第２給電構造２０の給電位相は、第１給電構造１０の給電位相に対して１８０度異なっている。他の構成は実施の形態１と同様である。
【００３１】
次に、動作について説明する。放射導体２及びスロット１４，２４への給電による２共振の動作原理は、実施の形態１におけるパッチアンテナ１００の場合と同様である。また、給電プローブ１３と給電プローブ２３とが互いに逆相で給電されていることにより、実施の形態１におけるパッチアンテナ１００と同様に、直線偏波を放射するパッチアンテナとして動作する。なお、スロット１４を放射導体２に設けたことに伴って、実施の形態１におけるスロット４のみを放射導体２に設けた構成に比べて、低域共振周波数は若干低域側に、高域共振周波数は高域側にそれぞれシフトする。他の動作は実施の形態１と同様である。
【００３２】
上記のようなアンテナ装置によれば、第１及び第２給電構造１０，２０の２つの給電構造が用いられている場合であっても、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。これに加えて、第１及び第２給電構造１０，２０によって、パッチアンテナのＥ面カットにおいて対称構造となるので、実施の形態１のパッチアンテナ１００よりも放射特性の対称性を向上させることができる。
【００３３】
実施の形態３．
実施の形態１，２では、パッチアンテナ１００，２００が直線偏波放射用のものであった。これに対して、実施の形態３では、パッチアンテナ３００が円偏波放射用のものである。図７は、この発明の実施の形態４によるアンテナ装置を示す構成図である。なお、図７（ａ）は、パッチアンテナ３００を示す平面図であり、図７（ｂ）は、図７（ａ）のＶＩＩｂ−ＶＩＩｂ線に沿う断面図である。図７において、パッチアンテナ３００は、実施の形態２と同様の第１及び第２給電構造１０，２０に加えて、第３及び第４給電構造３０，４０を有している。
【００３４】
第３給電構造３０は、給電プローブ３３及びスロット３４によって構成されている。第４給電構造４０は、給電プローブ４３及びスロット４４によって構成されている。給電プローブ３３，４３は、実施の形態１における給電プローブ３と同様のものである。スロット３４，４４は、実施の形態１におけるスロット４と同様のものである。また、スロット３４，４４は、それぞれ給電プローブ３３，４３に対して直交するように放射導体２に設けられている。給電プローブ１３〜４３は、円偏波給電回路（図示せず）に電気的に接続されている。
【００３５】
第３給電構造３０は、放射導体２の中心を基準に、第１給電構造１０に対して放射導体２の周方向の一方へ９０度回転対称となる位置に配置されている。第３給電構造３０の給電位相は、第１給電構造１０の給電位相に対して９０度異なっている。第４給電構造４０は、放射導体２の中心を基準に、第１給電構造１０に対して放射導体２の周方向の一方へ２７０度回転対称となる位置に配置されている。第４給電構造４０の給電位相は、第１給電構造１０の給電位相に対して２７０度異なっている。他の構成は実施の形態１と同様である。
【００３６】
次に動作について説明する。各給電構造１０〜４０における２共振特性に関する動作原理は、実施の形態１と同様である。また、給電プローブ１３〜４３は、パッチアンテナ３００の放射導体２の中心に対して、９０度回転対称に配置されている。また、給電プローブ１３〜４３には、円偏波給電回路により、それぞれ９０度の位相差をもった給電信号が入力される。これによって、放射導体２又はスロット１４〜４４から円偏波が放射される。なお、ここでの４点給電は、例えば４線巻きヘリカルアンテナ等と同様の給電方法である。
【００３７】
ここで、特許文献１に示すような従来のアンテナ装置では、２点給電により円偏波を放射する構成となっている。これに対して、実施の形態３のアンテナ装置では、第１〜第４給電構造１０〜４０によって４点給電で放射導体２又はスロット１４〜４４から円偏波が放射されるので、従来のアンテナ装置に比べて、軸比特性を低くすることができる。つまり、実施の形態３のパッチアンテナ３００は、電気的特性を２共振特性でかつ低軸比特性とすることができるとともに、実施の形態１のパッチアンテナ１００と同様にパッシブインターモジュレーションの発生を防ぐことができる。
【００３８】
また、上記のようなアンテナ装置を衛星通信の円偏波放射に用いた場合には、覆域内で低軸比特性となることにより、衛星通信システムとしてのアンテナ部での高効率化（損失軽減）を図ることができる。
【００３９】
実施の形態４．
実施の形態１〜３のパッチアンテナ１００〜３００では、その構造上、放射波のパターン形状や利得を調整することができない。これに対して、実施の形態４のパッチアンテナ４００は、キャビティ（空洞部）を有しており、そのキャビティの形状によって、放射波のパターン形状や利得を調整可能となっている。
【００４０】
図８は、この発明の実施の形態４によるアンテナ装置を示す構成図である。なお、図８（ａ）は、パッチアンテナ４００を示す平面図であり、図８（ｂ）は、図８（ａ）のＶＩＩＩｂ−ＶＩＩＩｂ線に沿う断面図である。また、図８では、給電プローブ１３〜４３が金属筒状体５０に設けられた電源と接続されているようにモデル化されて表記されているが、実際には、金属筒状体５０に線路との短絡を防ぐ挿入孔（図示せず）が設けられている。給電プローブ１３〜４３は、金属筒状体５０の挿入孔に挿入されており、金属筒状体５０の外部で円偏波給電回路に電気的に接続されている（図９以降についても同様）。
【００４１】
図８において、実施の形態４のパッチアンテナ４００は、実施の形態３のパッチアンテナ３００の構成に加えて、断面矩形状の金属筒状体５０をさらに有している。金属筒状体５０は、地導体１の外周を囲むように取り付けられ、かつ地導体１に電気的に接続されている。金属筒状体５０の断面形状は、矩形状になっている。地導体１及び金属筒状体５０によって、放射導体２における地導体１の反対側の空間にキャビティが形成されている。他の構成及び動作は、実施の形態３と同様である。
【００４２】
次に、パッチアンテナ４００の電気的特性について説明する。ここでは、パッチアンテナ４００におけるキャビティの高さと放射導体２の高さとを一致させた場合の電気的特性について説明する。図９は、図８のパッチアンテナ４００の周波数特性を示すグラフである。図１０は、図８のパッチアンテナ４００の放射パターンを示すグラフである。
【００４３】
なお、図９は、給電プローブ１３〜４３側からみた反射損失の周波数特性を示す。また、図１０（ａ）は、低域共振周波数（ｆＬ）での放射パターンを示し、図１０（ｂ）は、高域共振周波数（ｆＨ）での放射パターンを示す。さらに、図１０（ａ）では、正偏波成分（Ｃｏ−ｐｏｌ．）を実線で示し、交差偏波成分（Ｘ−ｐｏｌ．）を破線で示す。また、図１０（ｂ）では、右旋円偏波成分（ＲＨＣＰ）を実線で示し、左旋円偏波成分（ＬＨＣＰ）を破線で示す。
【００４４】
パッチアンテナ４００の周波数特性は、図９に示すように、２共振特性となっていることがわかる。また、図１０に示すように、低域共振周波数及び高域共振周波数のいずれの周波数においても低軸比特性が得られていることがわかる。
【００４５】
上記のようなアンテナ装置では、地導体１及び金属筒状体５０によって、放射導体２における地導体１の反対側の空間にキャビティが形成されている。この構成により、キャビティの高さ（即ち、金属筒状体５０の高さ）を調整することによって、放射波のパターン形状や利得を調整可能となる。
【００４６】
具体的に、キャビティの高さを比較的低く設定した場合には、ビーム幅を広げることができ、カバレッジエリアを拡大することができる。これに対して、キャビティの高さを比較的高く設定した場合には、ビーム幅を絞ることが可能となり、主ビームの利得を増大することができる。また、このキャビティの高さを、放射導体２から放射してキャビティ内を伝搬する電波の管内波長（放射導体２の形状、キャビティの形状、サイズ等に起因する波長）に対して略１／４波長の整数倍とした場合には、天頂方向（図８（ｂ）の上方）への利得を最大にすることができる。
【００４７】
実施の形態５．
実施の形態１〜４のパッチアンテナ１００〜４００の設計初期段階では、低域共振周波数に基づいて放射導体２のサイズが決定される。しかしながら、放射導体２のサイズには限度があるため、その放射導体２に設けられるスロット１４〜４４の長さも制限を受ける。これにより、高域共振周波数は、スロット１４〜４４の長さに大きく依存しているため、例えば図８に示した実施の形態４のスロット１４〜４４等の場合、高域共振周波数を低域側にシフトすることが困難になる。
【００４８】
これに対して、実施の形態５のパッチアンテナ５００では、スロット１４〜４４が、実施の形態３，４のパッチアンテナ３００，４００のスロット１４〜４４よりも長くなっている。図１１は、この発明の実施の形態５によるアンテナ装置を示す平面図である。図１１において、実施の形態５のスロット１４〜４４は、それぞれ直交部１４ａ〜４４ａ、第１延長部１４ｂ〜４４ｂ，及び第２延長部１４ｃ〜４４ｃを有している。
【００４９】
直交部１４ａ〜４４ａは、各給電プローブ１３〜４３と直交するように配置されている。第１延長部１４ｂ〜４４ｂは、直交部１４ａ〜４４ａの長さ方向の一端部から各給電プローブ１３〜４３の先端部側（放射導体２の中心側）へ向けて突出するように配置されている。第２延長部１４ｃ〜４４ｃは、直交部１４ａ〜４４ａの長さ方向の他端部から各給電プローブ１３〜４３の先端部側へ向けて突出するように配置されている。
【００５０】
従って、スロット１４〜４４における各給電プローブ１３〜４３に対する直交方向の一端部及び他端部は、給電プローブ１３〜４３の先端部側へ折れるように延長されている。また、スロット１４〜４４は、直交部１４ａ〜４４ａのそれぞれの長さ方向中心部に対して、対称形成されている。他の構成及び動作は、実施の形態４と同様である。
【００５１】
上記のようなアンテナ装置では、スロット１４〜４４における各給電プローブ１３〜４３に対する直交方向の一端部及び他端部が給電プローブ１３〜４３の先端部側へ折れるように延長されている（折り曲げられている）。この構成により、放射導体２のサイズによってスロット１４〜４４の長さが制限されている場合であっても、実施の形態３，４のパッチアンテナ３００，４００に比べて、スロット１４〜４４の全長を長くすることができ、高域共振周波数を低域側にシフトすることができる。
【００５２】
実施の形態６．
実施の形態５のようなスロット１４〜４４を対称に延長した構成では、高域共振周波数を低域側にシフトすることが可能となる。しかし、スロット１４〜４４を延長したことに伴って、低域共振周波数も低域側にシフトする。このため、高域／低域共振周波数比を下げることが難しくなる。従って、２つの共振周波数が比較的近い帯域で運用される機種には、実施の形態５のパッチアンテナ５００を適用することが難しくなる。
【００５３】
これに対して、実施の形態６では、図１２に示すように、第１延長部１４ｂ及び第２延長部１４ｃの形状がＬ字状となっている。また、先の図１１における第１延長部２４ｂ〜４４ｂ及び第２延長部２４ｃ〜４４ｃ及びの形状も、第１延長部１４ｂ及び第２延長部１４ｃと同様に、Ｌ字状となっている。
【００５４】
上記のようなアンテナ装置によれば、第１延長部１４ｂ〜４４ｂ及び第２延長部１４ｃ〜４４ｃによって、スロット１４〜４４の全体が、実施の形態３，４のパッチアンテナ３００，４００に比べて長くなっている。このため、放射導体２のサイズによってスロット１４〜４４の長さが制限されている場合であっても、相対的に高域の周波数では、低域側にシフトすることができる。これとともに、低域共振周波数の入力信号に対しては、図１２の矢示Ｅのように電流経路が形成される。これにより、低域共振周波数の入力信号に対して、パッチアンテナ６００における放射導体２上の経路長が、実施の形態３，４におけるスロット１４〜４４（延長部を有していないスロット）とほぼ同等の経路長となり、低域共振周波数の変動（さらに低域側へのシフト）を抑えることができる。この結果、共振周波数比を実施の形態５のパッチアンテナ５００よりも小さくすることができる。
【００５５】
なお、実施の形態５，６では、スロット１４〜４４の第１延長部１４ｂ〜４４ｂ及び第１延長部１４ｃ〜４４ｃの形状が直線状又はＬ字状に形成されていた。しかしながら、第１延長部１４ｂ〜４４ｂ及び第１延長部１４ｃ〜４４ｃの形状は、これらの例に限定するものではなく、他の形状であってもよい。例えば、第１延長部１４ｂ〜４４ｂ及び第１延長部１４ｃ〜４４ｃの形状が曲線状又はメアンダ状であっても、高域共振周波数を低域側にシフトすることができる。
【００５６】
実施の形態７．
実施の形態３〜６のパッチアンテナ３００〜６００では、スロット１４〜４４が給電プローブ１３〜４３との交差箇所に対して対称となっていた。これに対して、実施の形態７では、スロット１４〜４４が給電プローブ１３〜４３との交差箇所に対して非対称となっている。即ち、実施の形態７のパッチアンテナ７００には、非対称スロットが用いられている。
【００５７】
図１３は、この発明の実施の形態７によるアンテナ装置を示す平面図である。図１３において、第１〜第４給電構造１０〜４０におけるスロット１４〜４４は、放射導体２の各辺の長さ方向中央部から、その各辺の長さ方向一端部側へずらして配置されている。即ち、スロット１４における給電プローブ１３との交差箇所から給電プローブ１３に対する直交方向の一端部までの長さと、スロット１４における給電プローブ１３との交差箇所から給電プローブ１３に対する直交方向の他端部までの長さとが互いに異なっている。スロット２４〜４４についても、スロット１４と同様である。
【００５８】
また、スロット１４〜４４は、いずれも、他のスロット１４〜４４に対して回転対称となっている。従って、どのスロット１４〜４４も回転対称条件を満足しているため、低軸比特性は、実施の形態３〜６のパッチアンテナ３００〜６００と同等となる。他の構成及び動作は実施の形態１と同様である。
【００５９】
ここで、実施の形態３〜６のパッチアンテナ３００〜６００では、互いに隣り合うスロット１４〜４４同士の間で電磁結合が生じ、この電磁結合によって、インピーダンスが比較的大きく。これに対して、実施の形態７のアンテナ装置では、スロット１４〜４４における給電プローブ１３〜４３との交差位置が、その長さ方向の中央箇所からずらして配置されている。この構成により、実施の形態３〜６のパッチアンテナ３００〜６００に比べて、互いに隣接するスロット１４〜４４同士の間の間隔が広くなることによって、互いに隣接するスロット同士の電磁結合量を低減することができ、インピーダンスを減少させることができる。また、スロット１４〜４４の位置を調整することによって、インピーダンスを調整可能となる。
【００６０】
なお、実施の形態５，６におけるスロット１４〜４４を、実施の形態７のスロット１４〜４４のように、放射導体２の各辺の長さ方向中央部から、その各辺の長さ方向一端部側へずらして配置してもよい。
【００６１】
実施の形態８．
実施の形態７のスロット１４〜４４は、非対称スロットになっていたが、延長部を有していなかった。これに対して、実施の形態８のパッチアンテナ８００のスロット１４〜４４は、非対称スロットであり、かつ延長部を有している。即ち、実施の形態８のスロット１４〜４４は、非対称延長スロットである。
【００６２】
図１４は、この発明の実施の形態８によるアンテナ装置を示す平面図である。図１４において、実施の形態８のパッチアンテナ８００のスロット１４は、直交部１４ａ及び延長部１４ｂを有している。また、実施の形態８のスロット２４〜４４は、スロット１４と同様に、直交部及び延長部を有している。他の構成及び動作は、実施の形態５及び７と同様である。
【００６３】
上記のようなアンテナ装置では、延長部１４ｂ〜４４ｂによってスロット１４〜４４の全長が延長されているので、実施の形態５と同様に、高域共振周波数を低域側にシフトすることができる。これに加えて、直交部１４ａ〜４４ａにおける給電プローブ１３〜４３との交差位置が、その長さ方向の中央箇所からずらして配置されている。この構成により、実施の形態７と同様に、互いに隣接するスロット同士の電磁結合量を低減することができ、インピーダンスを減少させることができる。従って、実施の形態８のアンテナ装置では、実施の形態５及び７を複合した効果を得ることができる。
【００６４】
なお、実施の形態１〜３におけるスロット４〜４４の各給電プローブ３〜４３に対する直交方向の一端部及び他端部の少なくともいずれか一方を、実施の形態５，６，８のパッチアンテナ５００，６００，８００のように、給電プローブ３〜４３の先端部側へ折れるように延長してもよい。
【００６５】
実施の形態９．
実施の形態３〜８では、１つの給電構造１０〜４０あたり１つのスロット１４〜４４が放射導体２に設けられていた。これに対して、実施の形態９では、１つの給電構造１０〜４０あたり２つのスロットが放射導体２に設けられている。
【００６６】
図１５は、この発明の実施の形態９によるアンテナ装置を示す平面図である。図１５において、実施の形態９の第１給電構造１０は、実施の形態１〜８のスロット１４に代えて、第１スロット１４Ｘ及び第２スロット１４Ｙを有している。第１スロット１４Ｘ及び第２スロット１４Ｙは、給電プローブ１３の長さ方向に互いに間隔をおいて配置されている。
【００６７】
また、実施の形態２の第２給電構造２０は、実施の形態１〜８のスロット２４に代えて、第１スロット２４Ｘ及び第２スロット２４Ｙを有している。さらに、実施の形態９の第３給電構造３０は、実施の形態１〜８のスロット３４に代えて、第１スロット３４Ｘ及び第２スロット３４Ｙを有している。また、実施の形態９の第４給電構造４０は、実施の形態１〜８のスロット４４に代えて、第１スロット４４Ｘ及び第２スロット４４Ｙを有している。なお、第１スロット２４Ｘ〜４４Ｘ及び第２スロット２４Ｙ〜４４Ｙは、第１スロット１４Ｘ及び第２スロット１４Ｙと同様に、互いに間隔をおいて配置されている。
【００６８】
ここで、第１スロット１４Ｘ〜４４Ｘは、それぞれ第２スロット１４Ｙ〜４４Ｙよりも長くなっている。即ち、第１スロット１４Ｘ〜４４Ｘの長さと第２スロット１４Ｙ〜４４Ｙの長さとは、互いに異なっている。これにより、第１スロット１４Ｘ〜４４Ｘによる共振周波数は、第２スロット１４Ｙ〜４４Ｙによる共振周波数よりも低くなっている。他の構成及び動作は実施の形態４と同様である。
【００６９】
上記のようなアンテナ装置では、１つの給電構造１０〜４０あたり、２つのスロット１４Ｘ〜４４Ｙ，１４Ｙ〜４４Ｙが放射導体２に設けられている。この構成により、放射導体２による共振点に加えて、第１スロット１４Ｘ〜４４Ｘによる共振点と、第２スロット１４Ｙ〜４４Ｙによる共振点が形成されるため、パッチアンテナ９００の電気的特性を３共振特性とすることができる。
【００７０】
なお、実施の形態９では、１つの給電構造１０〜４０あたり２つのスロット１４Ｘ〜４４Ｙ，１４Ｙ〜４４Ｙが放射導体２に設けられていた。しかしながら、スロットの数は、この例に限定するものではなく、３つ以上であってもよい。例えば、スロットの数を１つの給電構造あたり３つとした場合には、パッチアンテナの電気的特性を４共振特性とすることができる。
【００７１】
また、実施の形態９のスロット１４Ｘ〜４４Ｘ及びスロット１４Ｙ〜４４Ｙの少なくともいずれか一方を、給電プローブ１３〜４３の先端部側へ折れるように延長させてもよい。つまり、実施の形態９の構成と、実施の形態５又は６の構成とを組み合わせてもよい。
【００７２】
さらに、実施の形態１〜３のパッチアンテナ１００〜３００において、実施の形態９のパッチアンテナ９００のように、１つの給電構造あたりのスロットの数を２以上としてもよい。
【００７３】
また、実施の形態９のスロット１４Ｘ〜４４Ｘ及びスロット１４Ｙ〜４４Ｙの少なくともいずれか一方を、実施の形態７のスロット１４〜４４のように、放射導体２の各辺の長さ方向中央部から、その各辺の長さ方向一端部側へずらして配置してもよい。
【００７４】
実施の形態１０．
実施の形態１〜９では、矩形状のパッチアンテナ１００〜９００について説明した。これに対して、実施の形態１０では、円形状のパッチアンテナ１０００について説明する。図１６は、この発明の実施の形態１０によるアンテナ装置を示す平面図である。
【００７５】
図１６において、実施の形態１０の地導体１及び放射導体２の形状は、それぞれ円形状である。実施の形態１０の金属筒状体５０の断面形状も、円形状である。即ち、実施の形態１０の金属筒状体５０は、金属円筒体である。実施の形態１０のスロット１４〜４４の形状は、いずれも円弧状である。即ち、実施の形態１０のスロット１４〜４４は、円弧状スロットである。
【００７６】
実施の形態１０の第１〜第４給電構造１０〜４０は、放射導体２の中心点を基準に、放射導体２の周方向の一方へ９０度ずらして、互いに回転対称となるように配置されている。また、第１〜第４給電構造１０〜４０の給電プローブ１３〜４３は、それぞれ９０度の位相差をもたせた信号を円偏波給電回路から受ける。他の構成及び動作は実施の形態４と同様である。
【００７７】
上記のようなアンテナ装置では、パッチアンテナ１０００の形状が円形状である場合であっても、パッチアンテナ１０００の電気的特性を２共振特性でかつ低軸比特性とすることができるとともに、パッシブインターモジュレーションの発生を防ぐことができる。
【００７８】
なお、実施の形態１０では、実施の形態４にパッチアンテナ４００の形状を円形状とした。しかしながら、この例に限定するものではなく、実施の形態１〜３のパッチアンテナ１００〜３００、及び実施の形態５〜９のパッチアンテナ５００〜９００の形状を円形状としてもよい。
【００７９】
実施の形態１１．
実施の形態４のパッチアンテナ４００を素子アンテナとし、図１７に示すように、その素子アンテナを複数個適宜配列して給電することにより、アレーアンテナ１１００を構成することができる。このようにアレー化した場合にも、実施の形態４のパッチアンテナ４００の特性が基本的には反映され、電気的特性を２共振特性とすることができるとともに、パッシブインターモジュレーションの発生を防ぐことができる。
【００８０】
ここで、キャビティ（図８における金属筒状体５０）の高さを比較的高く設定した場合には、ビーム幅を絞ることが可能となり、素子アンテナとしてのパッチアンテナ４００同士の相互結合量の低減化を図ることができる。また、互いに隣接するアンテナ素子間の相互結合量が金属筒状体５０によって低減されるため、損失を軽減させることができる。
【００８１】
なお、実施の形態１１では、アレーアンテナ１１００が２８個のパッチアンテナ４００によって構成されていた。しかしながら、この例に限定するものではなく、アレーアンテナを構成するパッチアンテナの個数は、仕様等に応じて適宜決定することができる。
【００８２】
また、実施の形態１１では、実施の形態４のパッチアンテナ４００をアレー化した構成であった。しかしながら、この例に限定するものではなく、実施の形態１〜３のパッチアンテナ１００〜３００、又は実施の形態５〜１０のパッチアンテナ５００〜１０００をアレー化してもよい。
【００８３】
さらに、実施の形態１〜１１では、理想的な構成を示すために、誘電体基板等を省略して構成を説明した。これに対して、実際には、例えば誘電体基板やフィルム基板等を用いて、給電プローブや放射導体を構成してもよい。また、放射導体に関しては、宇宙用途の場合、帯電抑圧対策としてショートピン等によるセンターショート構造を設けてもよい。
【００８４】
また、実施の形態１〜１１では、送信系のアンテナ装置及びアレーアンテナ装置について説明したが、この発明は、受信系のアンテナ装置及びアレーアンテナ装置にも適用することができる。
【００８５】
さらに、実施の形態５〜１１では、キャビティが形成されたパッチアンテナ及びアレーアンテナについて説明したが、キャビティを省略した構成であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】この発明の実施の形態１によるアンテナ装置を示す構成図である。
【図２】図１のパッチアンテナの動作を説明するための説明図である。
【図３】図１のパッチアンテナの周波数特性を示すグラフである。
【図４】図１のパッチアンテナの低域共振周波数での放射パターンを示すグラフである。
【図５】図１のパッチアンテナの高域共振周波数での放射パターンを示すグラフである。
【図６】この発明の実施の形態２によるアンテナ装置を示す構成図である。
【図７】この発明の実施の形態３によるアンテナ装置を示す構成図である。
【図８】この発明の実施の形態４によるアンテナ装置を示す構成図である。
【図９】図８のパッチアンテナの周波数特性を示すグラフである。
【図１０】図８のパッチアンテナの放射パターンを示すグラフである。
【図１１】この発明の実施の形態５によるアンテナ装置を示す平面図である。
【図１２】この発明の実施の形態６によるアンテナ装置を示す平面図である。
【図１３】この発明の実施の形態７によるアンテナ装置を示す平面図である。
【図１４】この発明の実施の形態８によるアンテナ装置を示す平面図である。
【図１５】この発明の実施の形態９によるアンテナ装置を示す平面図である。
【図１６】この発明の実施の形態１０によるアンテナ装置を示す平面図である。
【図１７】この発明の実施の形態１１によるアレーアンテナ装置を示す平面図である。
【符号の説明】
【００８７】
１  地導体、２  放射導体、３，１３，２３，３３，４３  給電プローブ、４，１４，２４，３４，４４  スロット、１４ｂ，２４ｂ，３４ｂ，４４ｂ  第１延長部、１４ｃ，２４ｃ，３４ｃ，４４ｃ  第２延長部、１４Ｘ，２４Ｘ，３４Ｘ，４４Ｘ  第１スロット、１４Ｙ，２４Ｙ，３４Ｙ，４４Ｙ  第２スロット、１０  第１給電構造、２０  第２給電構造、３０  第３給電構造、４０  第４給電構造、５０  金属筒状体、１００，２００，３００，４００，５００，６００，７００，８００，９００，１０００  パッチアンテナ、１１００  アレーアンテナ。
【図１】
2010103871.tif 000003
【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】
2010103871.tif 000015
【図１４】
2010103871.tif 000016
【図１５】
2010103871.tif 000017
【図１６】
2010103871.tif 000018
【図１７】
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