(57)【要約】アレイアンテナは、基板の平面において、所定の素子間隔で配列された複数の第１のアンテナ素子と、前記平面において、前記第１のアンテナ素子の配列方向と平行に前記素子間隔で配列された複数の第２のアンテナ素子と、前記平面において第１の分岐点で分岐した線路により、それぞれの前記第１のアンテナ素子に給電する第１の給電回路と、前記平面において、前記第１の分岐点に対し、前記配列方向に所定距離だけ、ずれている第２の分岐点で分岐した線路により、それぞれの前記第２のアンテナ素子に給電する第２の給電回路と、を有する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の平面において、所定の素子間隔で配列された複数の第１のアンテナ素子と、
前記平面において、前記第１のアンテナ素子の配列方向と平行に前記素子間隔で配列された複数の第２のアンテナ素子と、
前記平面において第１の分岐点で分岐した線路により、それぞれの前記第１のアンテナ素子に給電する第１の給電回路と、
前記平面において、前記第１の分岐点に対し、前記配列方向に所定距離だけ、ずれている第２の分岐点で分岐した線路により、それぞれの前記第２のアンテナ素子に給電する第２の給電回路と、
を有するアレイアンテナ。
【請求項２】
前記第１のアンテナ素子の列と前記第２のアンテナ素子の列とが、前記平面内に前記配列方向と垂直な方向に交互に、配置され、
前記第１の給電回路と前記第２の給電回路とが交互に配置される、請求項１に記載のアレイアンテナ。
【請求項３】
前記平面において、前記配列方向と平行に配列された複数の第３のアンテナ素子と、
前記平面において、前記第１の分岐点に対し、該配列方向に前記所定距離の倍の距離だけ、ずれている第３の分岐点で分岐した線路により、それぞれの前記第３のアンテナ素子に給電する第３の給電回路と、
を更に有する請求項１又は２に記載のアレイアンテナ。
【請求項４】
前記所定距離は、前記素子間隔とほぼ同一である、請求項２又は３に記載のアレイアンテナ。
【請求項５】
前記配列方向における、前記第１のアンテナ素子の位置と前記第２のアンテナ素子の位置とが一致している、請求項１乃至４のいずれか１項に記載のアレイアンテナ。
【請求項６】
基板の平面において、所定の素子間隔で複数の第１のアンテナ素子を配列し、
前記平面において、前記第１のアンテナ素子の配列方向と平行に前記素子間隔で複数の第２のアンテナ素子を配列し、
前記平面において第１の分岐点で分岐した線路により、それぞれの前記第１のアンテナ素子に給電する第１の給電回路を設け、
前記平面において、前記第１の分岐点に対し、前記配列方向に所定距離だけ、ずれている第２の分岐点で分岐した線路により、それぞれの前記第２のアンテナ素子に給電する第２の給電回路を設ける、アレイアンテナの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アレイアンテナのサイドローブ特性を改善する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
Point  to  pointシステムなどの無線システムおいては、例えばパラボラアンテナやアレイアンテナなどが使用される。【０００３】
図１に示すように、一般的なアレイアンテナは、プリント基板上に設けられた複数のアンテナ素子と、このアンテナ素子に給電する給電回路とから構成される。同図における丸印は、アンテナ素子であり、各アンテナ素子を繋ぐ実線は、給電回路を構成する線路（マイクロストリップ線路）である。同図に示すように、アンテナ素子は、プリント基板上において格子状に配列されている。【０００４】
このような構成のアレイアンテナにおいては、プリント基板上において、放射が最大とする方向（メインローブ方向）と異なる方向に不要な放射（グレーディングローブ）が発生してしまう。この放射が大きいと、サイドローブ特性が劣化してしまう。【０００５】
図１において、Ｘ軸とＹ軸を含むＸ−Ｙ平面が紙面に平行であるとし、Ｘ−Ｙ平面に垂直な方向にＺ軸があるとする。このＺ軸方向をメインローブ方向とする。そして、全てのアンテナ素子および給電回路の線路がＸ−Ｙ平面上のプリント基板に設けられている。また、アンテナ素子はＸ軸方向に列をなして配置されており、複数の列がＹ軸方向に並んで配置されている。このＸ軸方向をアンテナ素子の配列方向とする。【０００６】
図２に示すように、基板の平面において、アンテナ素子を、素子間隔ｄで配列した場合について考える。同図では、Ｘ軸とＺ軸を含むＸ−Ｚ平面が紙面に平行であるとし、Ｘ−Ｚ平面に垂直な方向にＹ軸があるとする。【０００７】
ここで、素子間隔ｄが、放射波の半波長より長い場合、メインローブ方向（Ｚ軸方向）の主ビーム以外にも、不要な放射ビームが生じる。具体的には、次の（１）式を満たすθｎの方向に不要放射が発生する。【０００８】
ｓｉｎθn＝ｓｉｎθ０＋ｎλ／ｄ・・・（１）
上記（１）式において、θ０は、主ビーム（メインローブ）の方向、θｎは、不要放射の方向、ｎは自然数、ｄは素子間隔（不要放射の波源の間隔）である。【０００９】
例えば、ｎ＝１、θ０＝０、ｄ＝１．４＊λである場合、θｎは、（２）式により算出される。【００１０】
θｎ＝ａｒｃｓｉｎ（１／１．４）＝４５（deg）・・・（２）
つまり、この場合、メインローブ方向から見て４５度の方向に不要放射が発生する。【００１１】
図２では、アンテナ素子自体が不要放射の波源となる場合について例示したが、マイクロストリップ線路の分岐点も不要放射の波源となりうる。図１における矢印は、不要放射の波源を示している。同図においては、隣接するアンテナ素子の間の分岐点に、不要放射が生じている。不要放射の矢印の向きは電界の向きを示しており、アンテナの素子の偏波と同じ向き（図示省略）となっている。【００１２】
これらの不要放射の発生により、アレイアンテナのサイドローブ特性は、劣化する。【００１３】
具体的には、図３は、マイクロストリップ線路の不要放射を低減したアレイアンテナの放射パターンを示す図である。図４は、マイクロストリップ線路の不要放射の影響を受けるアレイアンテナの放射パターンを示す図である。図３および図４において、縦軸は、利得（ｄＢ）であり、横軸は、メインローブ方向と放射波の方向とのなす角度である。【００１４】
図３に示すように、マイクロストリップ線路の不要放射無しの場合のサイドローブレベルの最大値は、−３１．８ｄＢであるのに対し、図４に示すように不要放射有りの場合、サイドローブレベルの最大値は、−２１．６ｄＢである。このように、マイクロストリップ線路の不要放射が、アレイアンテナのサイドローブ特性に与える影響は大きい。【００１５】
一般に、無線システムでは周囲へ不要な放射を抑えるため、サイドローブ特性の良好なアンテナが求められることが多い。【００１６】
そこで、一般的なアレイアンテナでは、アンテナ素子を設けるプリント基板と異なる基板に給電回路を設けることがある。この構成により、マイクロストリップ線路の分岐点で生じる不要放射の影響は、アンテナ素子が設けられた面に及ばず、アレイアンテナのサイドローブ特性が良好となる。また、特許文献１に記載のアレイアンテナでは、給電回路を設けた回路の上に遮蔽板を設けることで、給電回路からの不要放射を低減している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１７】
【特許文献１】特開平８−１６７８１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
しかし、特許文献１に記載のアレイアンテナでは、プリント基板を複数用意しなくてはならず、構成が複雑となり、安価に製造できない（製造コストが高い）という問題があった。【００１９】
本発明は、簡易な構成でアレイアンテナの不要放射を低減する技術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】
【００２０】
上記目的を達成するために、本発明のアレイアンテナは、基板の平面において、所定の素子間隔で配列された複数の第１のアンテナ素子と、前記平面において、前記第１のアンテナ素子の配列方向と平行に前記素子間隔で配列された複数の第２のアンテナ素子と、前記平面において第１の分岐点で分岐した線路により、それぞれの前記第１のアンテナ素子に給電する第１の給電回路と、前記平面において、前記第１の分岐点に対し、前記配列方向に所定距離だけ、ずれている第２の分岐点で分岐した線路により、それぞれの前記第２のアンテナ素子に給電する第２の給電回路と、を有する。【００２１】
本発明のアレイアンテナの製造方法は、基板の平面において、所定の素子間隔で複数の第１のアンテナ素子を配列し、前記平面において、前記第１のアンテナ素子の配列方向と平行に前記素子間隔で複数の第２のアンテナ素子を配列し、前記平面において第１の分岐点で分岐した線路により、それぞれの前記第１のアンテナ素子に給電する第１の給電回路を設け、前記平面において、前記第１の分岐点に対し、前記配列方向に所定距離だけ、ずれている第２の分岐点で分岐した線路により、それぞれの前記第２のアンテナ素子に給電する第２の給電回路を設ける、アレイアンテナの製造方法である。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、第１のアンテナ素子に給電する線路の分岐点に対し、第２のアンテナ素子に給電する線路の分岐点が、配列方向に所定距離だけ、ずれているので、不要放射が生じる分岐点の配列方向における間隔が狭くなる結果、アレイアンテナ全体の不要放射が低減する。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】一般的なアレイアンテナの構成を示す回路図である。
【図２】一般的なアレイアンテナにおける不要放射について説明するための図である。
【図３】一般的なアレイアンテナの放射パターンを示す図である。
【図４】一般的なアレイアンテナの放射パターンを示す図である。
【図５】本発明の第１の実施形態のアレイアンテナの構成を示す回路図である。
【図６】本発明の第１の実施形態のアレイアンテナの不要放射の波源の位置を示す図である。
【図７】本発明の第１の実施形態のアレイアンテナの放射パターンを示す図である。
【図８】本発明の第１の実施形態のアレイアンテナのサイドローブ特性を示すグラフである。
【図９】本発明の第２の実施形態のアレイアンテナの構成を示す回路図である。
【図１０】本発明の第３の実施形態のアレイアンテナの構成を示す回路図である。
【図１１】本発明の第４の実施形態のアレイアンテナの構成を示す回路図である。
【図１２】本発明の第４の実施形態のアレイアンテナのサイドローブ特性を示すグラフである。
【図１３】本発明の変形例のアレイアンテナの構成を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
（第１の実施形態）
本発明を実施するための第１の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００２５】
図５は、本実施形態のアレイアンテナ１の構成を示す回路図である。同図を参照すると、アレイアンテナ１は、Ａ１、Ａ２等の複数のアンテナ素子と、給電回路とを有する。
【００２６】
同図において、Ｘ軸とＹ軸を含むＸ−Ｙ平面が紙面に平行であるとし、このＸ−Ｙ平面に垂直な方向にＺ軸があるとする。そして、全てのアンテナ素子および給電回路の線路がＸ−Ｙ平面上のプリント基板に設けられている。例えば、このＺ軸方向を、アレイアンテナ１のメインローブ方向とする。
【００２７】
プリント基板は、ＰＴＦＥ（Polytetrafluoroethylene）を材料とするものが低損失のため適しているが、材料に係るコストを低減する目的で、ＢＴ(Bismaleimide-Triazine)レジン、ＰＰＥ（Poly  Phenylene  Ether）などの材料も使用することができる。
【００２８】
全てのアンテナ素子（Ａ１等）は同等の特性を有する。アンテナ素子はＸ軸方向に列をなして配置されており、複数の列がＹ軸方向に並んで配置されている。以下、Ｘ軸方向を配列方向と呼ぶ。
【００２９】
給電回路は、図１のＦ点に接続された電源（不図示）と、Ｆ点から多岐に分かれて各アンテナ素子に配線されたマイクロストリップ線路とを備える。同図における実線は、マイクロストリップ線路の配線を示している。
【００３０】
各アンテナ素子は、給電線の分岐点の位置に応じて２つのグループに分類される。各グループは、２列に配列された複数のアンテナ素子から構成される。以下、一方のグループに属するアンテナ素子と、それらのアンテナ素子に接続されたマイクロストリップ線路（第１の給電回路）とを備える部分を第１のサブアレイと呼び、他方のグループに属するアンテナ素子、およびマイクロストリップ線路（第２の給電回路）を第２のサブアレイと呼ぶ。
【００３１】
図６は、アレイアンテナ１に生じる不要放射の波源の位置を示す回路図である。同図における矢印は、不要放射の波源である。同図に示すように、各アンテナ素子は、一定の素子間隔（ｄ）で配列されている。
【００３２】
ここで、素子間隔とは、配列方向における、隣接するアンテナ素子の中心間の距離である。言い換えれば、素子間隔は、隣接するアンテナ素子の中心のＸ座標の差である。
【００３３】
また、図６に示すように、マイクロストリップ線路は、分岐点Ｐ１、Ｐ２等で分岐している。これらの分岐点で不要放射が生じる。同図に示すように、例えば、隣接するアンテナ素子間の分岐点において、矢印の方向（Ｙ軸方向）に不要放射が生じている。矢印がない分岐点にも不要放射は生じているが、これらの分岐点での不要放射の向きは、それぞれ異なり、全ての不要放射の影響について考察すると、説明が複雑となるため、説明の便宜上、省略されている。
【００３４】
そして、マイクロストリップ線路は、第１のサブアレイにおける線路の分岐点Ｐ１等の位置が、第２のサブアレイにおける分岐点Ｐ２等の位置に対し、配列方向（Ｘ軸方向）に、δ（シフト量）の距離だけシフトするように配線されている。
【００３５】
言い換えれば、給電回路は、第１のサブアレイにおける分岐点（Ｐ１等）のＸ座標と、第２のサブアレイに対応する分岐点（Ｐ２等）のＸ座標との差が、δとなるように配線されている。
【００３６】
第１のサブアレイの不要放射の波源（Ｐ１等）と、第２のサブアレイの不要放射の波源（Ｐ２等）とをＸ軸に投影してみると、これらの不要放射の波源の間隔は、シフト前より狭くなっている。従って、遠方においては、不要放射は強めあって、サイドローブ特性を劣化させることはなくなる。
【００３７】
例えば、シフト前の不要放射の波源の間隔ｄを１．４波長、メインローブの方向とＺ軸のなす角度をθ０＝０、ｎ＝１とすると、上記（１）式より、Ｘ−Ｚ平面上におけるグレーディングローブの方向とメインローブ方向（Ｚ軸方向）とのなす角度はθn＝４５度となる。つまり、Ｘ−Ｚ平面において、Ｚ軸との角度が４５度となる方向にグレーディングローブが生じてしまう。
【００３８】
しかし、Ｘ軸方向にシフトすることにより、不要放射の波源の間隔ｄを０．７波長とすると、（１）式の右辺が１より大きくなり、Ｘ−Ｚ平面において、グレーディングローブが発生する方向（θn）が存在しなくなる。このように、不要放射の波源のＸ軸方向における間隔を狭くすることにより、Ｘ−Ｚ平面におけるグレーディングローブの発生が抑制され、アレイアンテナ全体のサイドローブ特性が改善する。
【００３９】
図７は、本実施形態のアレイアンテナ１の放射パターンを示す図である。同図における縦軸は、アレイアンテナ１の利得（ｄＢ）、横軸はメインローブ方向に対する観測方向の角度（θ）である。同図に示すように、本実施形態のアレイアンテナ１の最大利得は、−３４．６ｄＢであり、これに対して、図４に示した一般的なアレイアンテナにおける最大利得は−２１．６ｄＢである。
【００４０】
このように、配列方向（Ｘ軸方向）にサブアレイをシフトしたアレイアンテナ１のサイドローブ特性は、シフトしていないアレイアンテナと比較して良好なものとなる。
【００４１】
なお、本実施形態では、２列ごとにシフトする構成としているが、３列以上の複数列ごとにシフトする構成としてもよいのは勿論である。
【００４２】
また、本実施形態では、図５等においてアンテナ素子の形状を円形に記載しているが、アンテナ素子の形状は、四角形など、その形状は任意である。
【００４３】
そして、各アンテナ素子には、無給電素子を取り付けることもできる。無給電素子の取り付けにおいては、例えば、特許２７６５５５６号公報に記載の構造を用いる。
【００４４】
図８は、様々な値のシフト量について、アレイアンテナ１のサイドロープレ特性を測定した結果を示すグラフである。同図における縦軸は、サイドロープレベル（ｄＢ）、横軸は、素子間隔（ｄ）に対するシフト量（δ）の比率である。同図を参照すると、実用上、δ／ｄの値は、０．４〜１．１とする構成が望ましい。また、サイドローブレベルが最も低下するのは、δ／ｄ＝１．１のときである。
【００４５】
以上説明したように、本実施形態によれば、第１のアンテナ素子（Ａ１等）に給電する線路の分岐点（Ｐ１等）に対し、第２のアンテナ素子（Ａ２等）に給電する線路の分岐点（Ｐ２等）が、配列方向（Ｘ軸方向）に所定距離（シフト量：δ）だけ、ずれているので、不要放射が生じる分岐点が互いにシフトし、分岐点の配列方向における間隔が狭くなる結果、アレイアンテナ１全体のサイドローブ特性が改善する。
【００４６】
また、シフト量（δ）を素子間隔（ｄ）とほぼ同一（例えば、１．１倍）にすることにより、アレイアンテナ１のサイドローブ特性が最良となる。
【００４７】
（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態について図９を参照して説明する。同図は、本実施形態のアレイアンテナ１ａの構成を示す回路図である。同図を参照すると、本実施形態のアンテナ素子およびマイクロストリップ線路は、４つのグループ（第1〜第４のサブアレイ）に分類される。
【００４８】
第１のサブアレイに対する第２のサブアレイのシフト量をδとすると、第１のサブアレイに対する第３のサブアレイのシフト量は、その２倍であり、第１のサブアレイに対する第４のサブアレイのシフト量は、その３倍である。
【００４９】
第１のサブアレイに対する第２のサブアレイのシフト量と、第１のサブアレイに対する第４のサブアレイのシフト量とを同じ値にすると、第２、第４のサブアレイにおける不要放射の波源のＸ座標が一致し、シフトしていないこととなる。しかし、本実施形態では、第1サブアレイに対する、それ以外のサブアレイのシフト量を異なる値にしているので、各サブアレイにおける不要放射の波源が分散され、アレイアンテナ１aのサイドローブ特性が更に低減する。
【００５０】
（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態について図１０を参照して説明する。同図は、本実施形態のアレイアンテナ１ｂの構成を示す回路図である。同図を参照すると、アレイアンテナ１ｂにおいては、サブアレイが、１列ごとに配列方向へシフトしている。
【００５１】
第1の実施形態のアレイアンテナ１のように、２列ごとにシフトする構成とすると、各サブアレイ内の各列は、シフトしていないこととなる。しかし、本実施形態のように、１列ごとにシフトする構成とすれば、各列の不要放射の波源が分散し、サイドローブ特性が更に低減する。
【００５２】
（第４の実施形態）
本発明の第４の実施形態について図１１〜図１３を参照して説明する。図１１は、本実施形態のアレイアンテナ１ｃの構成を示す回路図である。同図を参照するとアレイアンテナ１ｃにおいては、各サブアレイのアンテナ素子はシフトせず、マイクロストリップ回路の分岐点のみが、1列ごとに配列方向へシフトしている。
【００５３】
図１２は、様々な値のシフト量について、アレイアンテナ１ｃのサイドロープレベルを測定した結果を示すグラフである。同図における縦軸は、サイドロープレベル（ｄＢ）、横軸は、素子間隔（ｄ）に対するシフト量（δ）の比率である。同図を参照すると、サイドローブレベルが最も低下するのは、δ／ｄ＝１．０のときである。
【００５４】
なお、本実施形態においては、1列ごとに分岐点のみをシフトする構成としているが、図１３に示すように、複数列ごとに分岐点をシフトする構成としてもよいのは勿論である。
【００５５】
以上説明したように、本実施形態によれば、不要放射の波源となる分岐点をシフトしつつ、アンテナ素子はシフトしない。このため、アンテナ素子も含めてシフトする第１の実施形態と比較して、アレイアンテナ１ｃのサイドローブ特性を低減しつつ、アレイアンテナ１ｃの面積を小さくできる。
【００５６】
また、シフト量（δ）を素子間隔（ｄ）とほぼ同一（例えば、１．０倍）にすることにより、アレイアンテナ１ｃのサイドローブ特性が最良となる。
【００５７】
この出願は、２００９年２月５日に出願された日本出願特願２００９−０２５２３２を基礎として優先権の利益を主張するものであり、その開示の全てを引用によってここに取り込む。
【符号の説明】
【００５８】
１、１ａ、１ｂ、１ｃ    アレイアンテナ
Ａ１、Ａ２    アンテナ素子
Ｐ１、Ｐ２    分岐点
【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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【国際調査報告】
2010089941.tif 000016
2010089941.tif 000017
2010089941.tif 000018
2010089941.tif 000019