(57)【要約】  本発明は、円状の第１の穴６を有する地導体板１と、第１の穴６の中心を通り地導体板１と直交する直線上に中心を配置した円状の第２の穴７を有し、中心が第２の穴７の中心と一致する、地導体板１と略平行に配置された円板状の導体板５と、第１の端が第１の穴を貫通し、第２の端が第２の穴を貫通する線状の第１の導体４と、第１の端が第１の導体の第２の端と接続し、地導体板と略平行に配置されている線状の第２の導体３と、第２の導体の第２の端に接続するアンテナ素子２とを備えたことを特徴とするアンテナ装置を提供する。
2019163071.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円状の第１の穴を有する地導体板と、
前記第１の穴の中心を通り前記地導体板と直交する直線上に中心を配置した円状の第２の穴を有し、中心が前記第２の穴の中心と一致する、前記地導体板と略平行に配置された円板状の導体板と、
第１の端が前記第１の穴を貫通し、第２の端が前記第２の穴を貫通する線状の第１の導体と、
第１の端が前記第１の導体の第２の端と接続し、前記地導体板と略平行に配置されている線状の第２の導体と、
前記第２の導体の第２の端に接続するアンテナ素子と
を備えたことを特徴とするアンテナ装置。
【請求項２】
前記地導体板と前記導体板との間に配置され、一方の縁端が前記第１の穴の縁に接続し、もう一方の縁端が前記第２の穴の縁に接続する円筒状の第３の導体と
を備えたことを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
【請求項３】
前記導体板の半径の長さから前記第２の穴の半径の長さを引いた長さが動作波長の４分の１であることを特徴とする請求項１または２に記載のアンテナ装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一項に記載のアンテナ装置が複数配置され、
前記地導体板が、複数配置された前記アンテナ装置によって共有されることを特徴とするアレーアンテナ装置。
【請求項５】
第１の面に円状の第１の穴を有する導波管と、
前記第１の面と直交する前記第１の穴の中心を通り前記第１の面と直交する直線上に中心を配置した円状の第２の穴を有し、中心が前記第２の穴の中心と一致する、前記導波管の第１の面と略平行に配置された円板状の導体板と、
第１の端が前記第１の穴を貫通し、第２の端が前記第２の穴を貫通する線状の第１の導体と、
第１の端が前記第１の導体の第２の端と接続し、前記第1の面と略平行に配置されている線状の第２の導体と、
前記第２の導体の第２の端に接続するアンテナ素子と
を備えたことを特徴とするアンテナ装置。
【請求項６】
前記導波管と前記導体板との間に配置され、一方の縁端が前記第１の穴の縁に接続し、もう一方の縁端が前記第２の穴の縁に接続する円筒状の第３の導体と
を備えたことを特徴とする請求項５に記載のアンテナ装置。
【請求項７】
前記導体板の半径の長さから前記第２の穴の半径の長さを引いた長さが動作波長の４分の１であることを特徴とする請求項５または６に記載のアンテナ装置。
【請求項８】
請求項５から７のいずれか一項に記載のアンテナ装置が複数配置され、
前記導波管が、複数配置された前記アンテナ装置によって共有されることを特徴とするアレーアンテナ装置。
【請求項９】
第１の面に複数の円状の第１の穴が施され、前記第１の面と対向している第２の面に複数の接続軸挿入孔が施されている導波管と、
第１の端が前記導波管の内側に、第２の端が前記導波管の外側に配置されるよう、前記複数の第１の穴にそれぞれ挿入されている複数の線状の第１の導体と、
円状の第２の穴を有し、前記複数の線状の第１の導体にそれぞれ前記第２の穴が挿入されるよう、前記導波管の外側に前記第１の面と略平行に配置されている複数の円板状の導体板と、
第１の端が、前記複数の線状の第１の導体の第２の端とそれぞれ接続し、前記第１の面と略平行に配置されている複数の線状の第２の導体と、
前記複数の線状の第２の導体の第２の端にそれぞれ接続されている複数のアンテナ素子と、
前記複数の接続軸挿入孔のそれぞれに挿入されており、第１の端が前記複数の線状の第１の導体の第１の端とそれぞれ接続されている複数の接続軸と、
前記複数の接続軸のそれぞれを回転させる複数の回転装置と、
前記複数の回転装置の回転を個別に制御する制御装置と、
を備えた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、円偏波素子アンテナに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
無線通信において、効率の良い送受信を可能とするには送信アンテナと受信アンテナの偏波面を一致させることが必要である。そのため、衛星通信のように、人工衛星が回転しアンテナの偏波面が定まらない場合には、円偏波が良く用いられる。円偏波を励振することができるアンテナ素子の１つにヘリカルアンテナがある。ヘリカルアンテナは導体をらせん状に巻いた形状からなるアンテナであり、円偏波励振回路を用いずに簡易な構成で円偏波励振が可能であり、衛星通信用アンテナ等に広く用いられている。【０００３】
ヘリカルアンテナへの給電には、ヘリカルアンテナ素子を構成する線状導体の末端を地導体に設けた穴に通して同軸線路を構成し、給電回路（例えば導波管）に接続する方法が良く用いられる。しかし、ヘリカルアンテナ素子と地導体の間隔が狭いと両者の電磁結合によりヘリカルアンテナの円偏波特性（軸比）が変化する。このため、製造公差が問題とならない周波数での使用に限られたり、歩留まりが悪くなったりするという問題があった。【０００４】
特許文献１ではヘリカルアンテナの実用方法が開示されている。特許文献１では、マイクロストリップアンテナに高周波電流を供給する給電ピンの先端に容量性素子を介してヘリカルアンテナを付加している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−１３５７３４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１のヘリカルアンテナは上記のように構成されているので、マイクロストリップアンテナとの相互干渉を軽減し、良好な円偏波を得ることができる。しかし、製造公差によりヘリカルアンテナとマイクロストリップアンテナの間隔が変化することに対して、円偏波特性（軸比）への影響を軽減することはできない。そのため、歩留まりが悪くなったり、製造公差を小さくするためにヘリカルアンテナ素子を固定する支持構造を新たに設けたりする必要があるという課題があった。【０００７】
この発明は上記のような問題を解決するためになされたものであり、ヘリカルアンテナ素子と地導体の間隔に対して円偏波特性の変化が小さい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】
【０００８】
この発明に係るアンテナ装置は、円状の第１の穴を有する地導体板と、第１の穴の中心を通り前記地導体板と直交する直線上に中心を配置した円状の第２の穴を有し、中心が第２の穴の中心と一致する、地導体板と略平行に配置された円板状の導体板と、第１の端が第１の穴を貫通し、第２の端が第２の穴を貫通する線状の第１の導体と、第１の端が第１の導体の第２の端と接続し、地導体板と略平行に配置されている線状の第２の導体と、第２の導体の第２の端に接続するアンテナ素子とを設けたものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明は、ヘリカルアンテナ素子と地導体の間隔に対して円偏波特性の変化が小さいアンテナ装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施の形態１に係るアンテナ装置を示す構成図である。
【図２】実施の形態１に係るアンテナ装置を示す断面図である。
【図３】実施の形態１に係るアンテナ装置（円板５なし）において、水平導体３を流れる電流２０により誘起される電流２１の分布を示す図である。
【図４】実施の形態１に係るアンテナ装置（円板５あり）において、水平導体３を流れる電流２０により誘起される電流２２の分布を示す図である。
【図５】実施の形態１に係るアンテナ装置のアンテナ設置高さの誤差ΔＨに対する円偏波素子アンテナ２の軸方向の軸比の変化を示すグラフである。
【図６】実施の形態２に係るアンテナ装置を示す構成図である。
【図７】実施の形態２に係るアンテナ装置を示す断面図である。
【図８】実施の形態２に係るアンテナ装置のアンテナ設置高さの誤差ΔＨに対する円偏波素子アンテナ２の軸方向の軸比の変化を示すグラフである。
【図９】実施の形態３に係るアンテナ装置を示す断面図である。
【図１０】実施の形態３に係るアンテナ装置の支持部材９ａの底面を示す模式図である。
【図１１】実施の形態３に係るアンテナ装置の支持部材９ｂの構造を示す模式図である。
【図１２】地導体１に対しアンテナ装置を直線状に配列したアレーアンテナ装置の構成の一例を示す図である。
【図１３】導波路１０の１つの面に対し、アンテナ装置を導波管の中心軸に対して直線状に配列したアレーアンテナ装置の構成の一例を示す図である。
【図１４】導波路１０の１つの面に対し、アンテナ装置を導波管の中心軸に対して交互に配列したアレーアンテナ装置の構成の一例を示す図である。
【図１５】実施の形態５に係るアレーアンテナ装置を示す構成図である。
【図１６】実施の形態５に係るアレーアンテナ装置を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、この発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１２】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係るアンテナ装置を示す構成図である。図１において、１は地導体（地導体板）、２は円偏波素子アンテナ（アンテナ素子）、３は水平導体（第２の導体）、４は垂直導体（第１の導体）、５は円板（導体板）、６は地導体１に設けられた第１の穴、７は円板５に設けられた第２の穴である。
また、図２は垂直導体４を含み地導体１に垂直な面における断面図である。
【００１３】
地導体１は、銅やアルミ等の金属で構成され、アンテナ装置のグランドとして動作する。なお、本実施の形態では、図１および図２に示すように、地導体１は方形の板状で示されているが、アンテナ装置のグランドとしての動作が得られれば適宜自由な形状を選択可能である。例えば、円形でも良い。
なお、地導体１の円偏波素子アンテナ（アンテナ素子）２が設けられる面と反対側の面には給電線路（図示しない）が設けられる。
【００１４】
円偏波素子アンテナ２は、円偏波を送信または受信するアンテナである。本実施の形態では、図１および図２に示すように、円偏波を送信または受信する方向を軸に対し、線状の導体を軸の側面にらせん状に巻いたような構成をしたヘリカルアンテナを例としたが、線状の導体を軸に対し垂直な円形となるように巻いたカールアンテナ、またはスパイラルアンテナであってもよい。
円偏波素子アンテナ２は、所望の周波数において良好な円偏波が放射されるように、直径、ピッチおよび巻数が設計されている。
【００１５】
水平導体３は、線状の導体であり、一端が円偏波素子アンテナ２の下端に接続され、もう一方の端が垂直導体４に接続されて地導体１の上方に地導体１と平行となるように配置される。
【００１６】
垂直導体４は、線状の導体であり、一端が水平導体３に接続され、もう一方の端が給電線路（図示しない）に接続されるように第１の穴６および第２の穴７を通って配置される。なお、垂直導体４の中心軸は、円偏波素子アンテナ２の中心軸と一致している。
【００１７】
円板５は、地導体１に対して平行に配置された板状の導体板である。円板５の中心は、垂直導体４の中心軸と一致している。なお、円板５は、水平導体３の間隔が一定となるよう、垂直導体４に固定されている。このとき、円板５は垂直導体４と電気的に接続されないような方法で固定される。
【００１８】
円板５の半径は、動作周波数に対する波長をλとすると、λ／４（動作波長の４分の１）とするのが望ましい。更には、円板５の半径から第１の穴６の半径を差し引いた長さをλ／４とするのが望ましい。
なお、円板５と地導体１との間隔は、伝送経路とみなされる限界であるλ／４以内であればよく、λ／１０（動作波長の１０分の１）とするのが望ましい。
【００１９】
第１の穴６は、垂直導体４が地導体１に接触しないように地導体１に設けられている。第１の穴６の断面は円形で、垂直導体４の中心軸が第１の穴６の中心を通るようにするのが望ましい。これにより、垂直導体４を内導体、地導体１を外導体とする同軸線路が形成される。
【００２０】
第２の穴７は、垂直導体４が円板５に接触しないように円板５に設けられている。第２の穴７の断面は円形であり、円板５の中心をとおる垂直軸と第２の穴７の中心をとおる垂直軸が一致していることが望ましい。第１の穴６と同様、垂直導体４の中心軸が第２の穴７の中心を通るようにするのが望ましい。
【００２１】
次に、本実施の形態に係るアンテナ装置の動作について説明する。なお、送信アンテナと受信アンテナには可逆性が成り立つため、ここでは送信アンテナとしての動作についてのみ説明する。
【００２２】
給電回路（図示せず）により、垂直導体４と地導体１の間に高周波電圧が印加されると、両者に電荷の移動が発生し交流電流が流れる。その結果、垂直導体４および水平導体３を介して円偏波素子アンテナ２に高周波電流が流れ、円偏波を放射する。
【００２３】
図３、図４を用いて円板５の効果を説明する。図３は、円板５を設けない場合の円偏波素子アンテナの構成を表す断面図で、図４は、円板５を設けた場合の円偏波素子アンテナの構成を表す断面図である。
図３、図４において、図１と同一符号は同一または相当部分を示している。
図３、図４において、２０は垂直導体４から水平導体３を流れる電流を示し、２１と２２は、電流２０によって誘起された電流である。
【００２４】
まず、円板５を設けない場合の動作について説明する。
図３において、垂直導体４を流れる電流からの放射は、円偏波素子アンテナ２の円偏波特性を劣化させるため、垂直導体４が地導体１から突出する長さは極力短くすることが望ましい。しかし、垂直導体４が地導体１から突出する長さを短くした場合、水平導体３と地導体１が近接するため、水平導体３を流れる電流２０に誘起された電流２１が地導体１上に流れる。
これは言い換えると水平導体３と地導体１の間に強い電界が生じることとなり、円偏波素子アンテナ２の円偏波特性に影響を与える。このため、地導体１の形状および地導体１と円偏波素子アンテナ２との相対位置は、使用したい状況に応じた調整が必要となる。
したがって、アンテナを設置する際、地導体１の形状が変わったり、地導体１と円偏波素子アンテナ２の相対位置が異なったりすると、あらかじめ設計された円偏波特性が得られなくなる。
【００２５】
これに対し、この発明の実施の形態１に係るアンテナ装置では、図４に示すように、地導体１と水平導体３との間に円板５を追加している。
円板５と地導体１との間隔はλ／４以下であり動作周波数に対する波長λに対して十分小さいので、円板５と地導体１の間をラジアルライン導波路と見なすことができる。
さらに、円板５の半径をλ／４としているので、円板５から地導体１を見たときのインピーダンスが非常に高くなり、円板５から地導体１への電流が遮断される。
【００２６】
図４に示すように、電流により誘起された電流２２は円板５上を流れるため、地導体１には流れない。したがって、地導体１の形状が変わったり円偏波素子アンテナ２と地導体１の相対位置が異なったりしても、アンテナの円偏波特性に影響を与えることが無い。
このように、円板５が設けられた条件下において、円偏波素子アンテナ２を設計することにより、アンテナの設置条件の変化や製造誤差に対して円偏波特性の劣化が小さいアンテナ装置を得ることができる。
【００２７】
次に、本実施の形態に係るアンテナ装置の円板５の効果を説明するため、電磁界シミュレーションを行った結果を示す。
図５は、地導体１と水平導体３の間の距離の変動量、つまりアンテナ設置高さの誤差ΔＨに対する円偏波素子アンテナ２の軸方向の軸比の変化を示したグラフである。計算した周波数は１２ＧＨｚである。
円板５を設けない場合、ΔＨ＝０（設計寸法通り）のとき軸比は２．０ｄＢであるのに対し、ΔＨ＝−０．５ｍｍでは軸比が４．２ｄＢにまで劣化しており、わずかな誤差で円偏波特性が大きく劣化することがわかる。
一方、円板５を設けた場合、ΔＨ＝±１ｍｍでも軸比の変化量は±０．５ｄＢにとどまり、円偏波特性の変動を緩和できることが確認できる。
【００２８】
以上説明したように、本実施の形態に係るアンテナ装置では、ヘリカルアンテナである円偏波素子アンテナ２と、地導体１の間に動作周波数に対する波長の四分の一の半径をもつ円板５を備えることで、水平導体３上を流れる電流により地導体１上で誘起される電流を抑制し、アンテナの設置条件の変化や製造誤差に対して円偏波特性の劣化を抑えることができる。
【００２９】
実施の形態２．
実施の形態１では、地導体１と円偏波素子アンテナ２との間に円板５を設けた場合について説明を行った。本実施の形態では、地導体１と円板５との間に、短絡導体（第３の導体）８を新たに設けた場合について説明する。
図６は、本実施の形態に係るアンテナ装置を示す構成図である。図６において、実施の形態１と同一の構成には同一符号を付し、説明を省略する。また、図７は垂直導体４を含み地導体１に垂直な面における断面図である。
【００３０】
本実施の形態に係るアンテナ装置と、実施の形態１に係るアンテナ装置との相違点は、円板５と地導体１とを電気的に接続する短絡導体８を新たに設けた点である。
短絡導体８は、円板５に設けられた第２の穴７の縁に沿うように配置された円筒状の導体である。短絡導体８の上端は円板５に、短絡導体８の下端は地導体１に、それぞれ電気的に接続される。
【００３１】
次に、本実施の形態に係るアンテナ装置の動作について説明する。基本的には、実施の形態１で説明した動作と一緒であるが、本実施の形態に係るアンテナ装置の場合、円板５と地導体１だけではなく、短絡導体８により、チョーク構造が形成され、水平導体３から地導体１に流れる電流をより効果的に遮断することができる。このように円板５の他に短絡導体８を用いることにより、円偏波素子アンテナ２の円偏波特性を円板５だけを用いた場合よりも更に改善し、かつアンテナの設置条件の変化や製造誤差に対して円偏波特性の劣化が小さいアンテナ装置を得ることができる。
【００３２】
本実施の形態に係るアンテナ装置のチョーク構造の効果を説明するため、電磁界シミュレーションを行った結果を図８示す。
図８は、地導体１と水平導体３の間の距離の変動量、つまりアンテナ設置高さの誤差ΔＨに対する円偏波素子アンテナ２の軸方向の軸比の変化を示したグラフである。
実施の形態１で説明したように、円板５を設けることで、ΔＨ＝±１ｍｍでも軸比の劣化量は±０．５ｄＢ以下となり円偏波特性の変動を緩和できる。一方、円板５に短絡導体８を追加した場合、軸比の絶対値は短絡導体８がない場合よりも小さくなり円偏波特性が良好となることがわかる。また、ΔＨに対する軸比の変化量は±０．７ｄＢであり、短絡導体８がない場合とほぼ同等である。
【００３３】
以上説明したように、本実施の形態に係るアンテナ装置では、円板５と地導体１を電気的に接続する短絡導体８を新たに備えたことにより、アンテナの設置条件の変化や製造誤差に対して円偏波特性の劣化が小さいアンテナ装置を得ることができる。
【００３４】
実施の形態３．
実施の形態２では、地導体１と円板５との間に、短絡導体８を新たに備えることにより、アンテナの設置条件の変化や製造誤差に対し、円偏波特性の劣化を小さくする場合について説明した。
本実施の形態では、支持部材を備えた場合について説明する。
図９は本発明の実施の形態に係るアンテナ装置の断面図である。図９において、９ａは円偏波素子アンテナ２を固定する支持部材（第１の誘電体）、９ｂは垂直導体４を固定する支持部材（第２の誘電体）、９ｃは円板５を固定する支持部材（第３の誘電体）である。
図９において、実施の形態１、２と同一の構成には同一符号を付し、説明を省略する。なお、図９は垂直導体４を含み地導体１に垂直な面における断面図を表している。
【００３５】
本実施の形態に係るアンテナ装置と、実施の形態１に係るアンテナ装置との相違点は、円偏波素子アンテナ２、垂直導体４、円板５を支持する支持部材を新たに備えた点である。
支持部材９ａ〜９ｃの材質は、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）などの誘電体が望ましい。なお、使用する材質に合わせてアンテナが設計されていれば、支持部材として利用される材質を適宜選択してもよい。
支持部材９ａは、望ましくは円柱形状であり、支持部材９ａの側面に円偏波素子アンテナ２を固定できるようにしている。
【００３６】
図１０は、支持部材９ａの底面を表す模式図である。なお、見やすくするため、支持部材９ｃは図１０から省略している。
支持部材９ａの底面には、図１０に示すように水平導体３が固定できるようにしている。その他については、実施の形態１の場合と同様、水平導体３の一端は円偏波素子アンテナ２の下端に接続され、もう一方の端が垂直導体４に接続される。
【００３７】
図１１は、支持部材９ｂの構造を表す模式図である。支持部材９ｂは、例えば円柱をその中心軸を含む面で半分に割った形状を有しており、円柱の中心軸に沿うように垂直導体４が固定できるようにしている。その他については、実施の形態１の場合と同様、垂直導体４は、一端が水平導体３のもう一方の端に接続され、垂直導体４のもう一方の端には給電線路（図示せず）に接続される。
支持部材９ｂと垂直導体４は、その一部が地導体１の第１の穴６を貫通するように配置される。当然、第１の穴６は、支持部材９ｂが回転する際、地導体１と接触しない大きさとする。また、支持部材９ｂは、支持部材９ｂの中心軸が支持部材９ａの中心軸に一致するように、支持部材９ａの底面に固定される。支持部材９ｂは支持部材９ａと一体形成してもよい。
【００３８】
支持部材９ｃは、支持部材９ｂの中心軸と垂直に、地導体１から所定の間隔を設けて支持部材９ｂに固定された板状の誘電体である。支持部材９ｃの底面には円板５が固定できるようにしている。支持部材９ｃの中心には、支持部材９ｂが接触しないで回転することが可能な第３の穴が設けられている。支持部材９ｃの外周は望ましくは円形であり、支持部材９ｃの中心軸は支持部材９ｂおよび支持部材９ａに一致している。
なお、第３の穴の大きさを、支持部材９ｂがちょうど通る大きさとし、これにより、支持部材９ｂと支持部材９ｃとを固定してもよい。更に、支持部材９ｃは支持部材９ｂと一体形成しても良い。
【００３９】
なお、円偏波素子アンテナ２、水平導体３、垂直導体４、および円板５に対し、各支持部材を固定する方法は、導体パターンを形成したフィルム基板を巻きつける方法や、導体パターンをめっきや蒸着などによって形成する方法が考えられる。
例えば、円偏波素子アンテナ２と水平導体３の導体パターンを形成したフィルム基板を支持部材９ａに巻きつけ、垂直導体４の導体パターンを形成したフィルムを支持部材９ｂに張り付け、支持部材９ｃには、円板５の導体パターンを形成するようめっきを行ってもよい。
【００４０】
以上説明したように、支持部材で円偏波素子アンテナ２、水平導体３、垂直導体４及び円板５を固定することにより、実施の形態１及び実施の形態２の場合と同様、水平導体３上の電流により誘起された電流が地導体１に流れることを遮断することが可能となる。また、地導体１の形状が変わったり、円偏波素子アンテナ２と地導体１の相対位置が異なったりする等、アンテナの設置条件の変化や製造誤差が生じた場合であっても、円偏波特性の劣化を抑えることができる。
【００４１】
また、本実施の形態の別の効果として、円偏波素子アンテナ２の製作精度が向上することが挙げられる。水平導体３と円板５の間隔が製造の過程で変化してしまうと、水平導体３上の電流により円板５に誘起された電流の振幅および位相が変化し、円偏波素子アンテナ２の円偏波特性に及ぼす影響が一定では無くなるが、本発明の実施の形態では、支持部材９ｂと支持部材９ｃが固定されているため、水平導体３と円板５の間隔を一定に保つことができる。つまり、アンテナ装置を製造する際のばらつきを抑えることができる。
【００４２】
実施の形態４．
実施の形態１〜３では、アンテナ装置を単体として扱った場合について説明した。本実施の形態では、アンテナ装置を複数構成（複数配置）したアレーアンテナが形成された場合について説明する。
【００４３】
本実施の形態に係るアレーアンテナ装置で用いられるアンテナ装置は、前記の実施の形態１〜３で説明したアンテナ装置のいずれかの構成をアレーアンテナの素子アンテナの構成とし、その複数個を適宜配列して給電することによりアレーアンテナを構成する。
本実施の形態に係るアレーアンテナ装置の構成の一例を図１２に示す。
図１２の例では、アレーアンテナの素子アンテナが直線状に配列されたリニアアレーアンテナを示している。
【００４４】
また、図１３はアレーアンテナの構成の別の一例を示す説明図である。図１３において１０は導波路（導波管）、１０ａは導波路１０の１つの面である。この導波路１０の第１の面１０ａは、図１２における地導体１に相当する。従って、この第１の面１０ａに設けられた穴も第１の穴６とする。
また、図１３において、垂直導体４は、導波路１０の第１の面１０ａに設けた穴６を通り、導波路１０の内部まで延伸される。
導波路１０に高周波電圧が印加されると、導波路１０の内部電界が垂直導体４に結合し、垂直導体４に電流が生じる。これにより円偏波素子アンテナ２に電力が供給され円偏波が放射される。
このとき、各々の円偏波素子アンテナ２から放射される円偏波の素子間位相差は、各々の垂直導体４に流れる電流の位相差と、各々の円偏波素子アンテナ２の基準角度に対する物理的な回転角の差とによって定められる。
【００４５】
以上のように、実施の形態１〜３で説明したアンテナ装置のいずれかの構成をアレーアンテナの素子アンテナの構成とし、その複数個を導波路の１つの面上に適宜配列して給電することによってアレー化による指向性合成を行う事が可能となり所望の放射特性を実現することができる。
【００４６】
なお、この実施の形態４では、複数の円偏波素子アンテナ２が、導波路１０の管軸中心線の一方の側に等間隔で配置されている例を示しているが、これは一例に過ぎず、例えば、図１４に示すように、隣接している円偏波素子アンテナ２が、管軸中心線を挟んで、互いに反対の位置に並ぶように配置されていてもよい。
【００４７】
また、隣接している円偏波素子アンテナ２の間隔がそれぞれ異なるように配置されていてもよい。
【００４８】
また、複数の円偏波素子アンテナ２が、互いに接触しない、つまり、物理的に干渉しない範囲であれば、任意の位置に配置されていてもよい。
【００４９】
本実施の形態では、複数の垂直導体４における導波路１０の内部への挿入長が全て同一の長さである例を示しているが、所望の放射パターンを得るためのアレーアンテナとしての励振振幅分布と、導波路１０の給電端におけるインピーダンス特性とに基づいて決定されていれば、各々の垂直導体４は異なる長さであってもよい。
【００５０】
実施の形態５．
実施の形態４では、実施の形態１〜３で説明したアンテナ装置のいずれかの構成をアレーアンテナの素子アンテナの構成とし、その複数個を導波路の１つの面上に適宜配列して給電した場合について説明した。本実施の形態では、円偏波素子アンテナ２を個別に制御できるようにした場合について説明する。
図１５はこの発明の実施の形態５に係るアンテナ装置を示す構成図である。図１６は図１５のアンテナ装置におけるＡ−Ａ断面図である。図１５および図１６において図１〜１４と同一の構成には同一符号を付し、説明を省略する。
図１５および図１６において、１１は接続軸、１２は接続軸挿入孔（第４の穴）、１３は回転軸、１４は回転装置、１５は制御装置である。１０ｂは、導波路１０の第１の面１０ａと平行に向かい合う第２の面である。また、１６は制御装置１５に備えられた回転駆動装置であり、１７は制御装置１５に備えられた回転制御装置である。
【００５１】
接続軸１１は、例えば誘電体などの絶縁体で形成されている。接続軸１１は、一端が導波路１０の第１の面１０ａと向かい合う第２の面１０ｂに設けられた接続軸挿入孔１２を貫通するように挿入されており、もう一端が垂直導体４の下端と接続されている。
接続軸１１と垂直導体４との接続方法としては、例えば、接続軸１１にネジ穴を設けて、垂直導体に雄ネジを設けることで接続軸１１と垂直導体４とをネジ止めする方法が考えられる。また、接続軸１１に嵌め合い穴を設けて、垂直導体４を嵌め合い穴に圧入する方法が考えられる。また、接続軸１１に垂直導体４を構成する導体パターンを形成する方法が考えられる。
【００５２】
接続軸挿入孔１２は、接続軸１１が遊貫できるように、導波路１０の面１０ｂに形成されている穴である。接続軸挿入孔１２の穴径は、接続軸１１よりも大きいが、導波路１０内を伝搬する高周波信号の波長に比べて十分小さい大きさであることが望ましい。同様に、導波路１０の面１０ａに対し、垂直導体４が遊貫できるように形成されている第１の穴６の穴径も、導波路１０内を伝搬する高周波信号の波長に比べて十分小さい大きさであることが望ましい。
【００５３】
回転軸１３は、金属導体で形成されており、一方の端が接続軸１１の他端と接続され、もう一方の端が回転装置１４と接続されている。回転軸１３と接続軸１１との接続方法は、垂直導体４と接続軸１１との接続方法と同様である。また、回転軸１３と接続軸１１との接続位置は、導波路１０の外部である。
【００５４】
回転装置１４は、例えば、直流モータ、交流モータ、ステッピングモータなどの電動機で実現される。回転装置１４により回転軸１３を回転させることで、回転軸に接続された接続軸１１、垂直導体４を介して円偏波素子アンテナ２を回転させる。
【００５５】
制御装置１５は、回転駆動装置１６と回転制御装置１７を備えており、複数の回転装置１４の回転を個別に制御する装置である。
回転駆動装置１６は、例えば、半導体集積回路、通信機器などのネットワークインタフェース、電源回路、駆動電流発生回路などで実現されるモータドライバである。
回転駆動装置１６は、回転制御装置１７から出力された指令値に対応する駆動電流を回転装置１４に出力することで、回転軸１３が所定の角度まで回転するように回転装置１４を駆動する。
回転制御装置１７は、例えば、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）又はハードディスクなどの記憶装置、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）を実装している半導体集積回路又はワンチップマイコン、キーボード又はマウスなどのユーザインタフェース及び通信機器などのネットワークインタフェースを備えている。
回転制御装置１７は、例えば、ユーザインタフェースによって入力された情報、あるいは、記憶装置に記憶された情報に基づいて、回転軸１３の回転角度などを算出し、ネットワークインタフェースを通じて、算出した回転角度などを示す指令値を回転駆動装置１６に出力する。
回転制御装置１７から出力された指令値を受け取った回転駆動装置１６は、回転制御装置１７から出力された指令値に対応する駆動電流を回転装置１４に出力することで、回転軸１３が所定の角度まで回転するように回転装置１４を駆動する。
なお、本実施の形態では、制御装置１５を回転駆動装置１６と回転制御装置１７に分けて説明したが、双方の機能を併せ持つ制御装置１５だけでもよい。
また、本実施の形態では、接続軸１１と回転装置１４との間に回転軸１３を介して接続する場合について説明したが、接続軸１１と回転装置１４を直接接続してもよい。
更に、アンテナ装置の設計上、問題が無ければ、回転軸１３を使わないだけではなく、接続軸も使わず、垂直導体４と回転装置１４を直接接続しても良い。
【００５６】
実施の形態４で説明したとおり、導波路１０に高周波電圧を印加すると、導波路１０の内部電界が垂直導体４に結合し、垂直導体４に電流が生じる。これにより円偏波素子アンテナ２に電力が供給され円偏波が放射される。このとき、各々の円偏波素子アンテナ２から放射される円偏波の素子間位相差は、各々の垂直導体４に流れる電流の位相差と、各々の円偏波素子アンテナ２の基準角度に対する物理的な回転角の差とによって定められる。
【００５７】
各々の円偏波素子アンテナ２は、垂直導体４および接続軸１１を介して、各々の回転軸１３と接続され、各々の回転軸１３は、各々の回転装置１４と接続されている。このため、制御装置１５は、各々の回転装置１４を個別に制御することで、各々の円偏波素子アンテナ２の回転角を個別に制御することができる。これは素子アンテナの励振位相を個別に制御できることに相当する。
以上のように、各々の円偏波素子アンテナ２に接続されている垂直導体４に対し、接続軸１１および回転軸１３を介して回転装置１４をそれぞれに接続し、それぞれの回転装置１４を制御装置１５で一度に制御することによりアクティブフェーズドアレーアンテナを構成することができ、所望の指向性制御を行うことが可能となる。
【００５８】
また、実施の形態１〜３で説明したのと同様、本実施の形態に係るアンテナ装置でも、ヘリカルアンテナである円偏波素子アンテナ２と、導波路１０の第１の面１０ａとの間に、動作周波数に対する波長の四分の一の半径をもつ円板５を備えることで、水平導体３上を流れる電流により導波路１０の第１の面１０ａ上で誘起される電流を抑制し、アンテナの設置条件の変化や製造誤差に対して円偏波特性の劣化を抑えることができる。
一般に、電動機の回転軸の位置には若干のばらつきが生じる。しかし、前述した円板５を構成することによって、アンテナの設置条件の変化や製造誤差に対して円偏波特性の劣化を小さくできる。したがって、円偏波特性の良いアクティブフェーズドアレーアンテナを得ることができる。
【００５９】
なお、実施の形態１から５において、円板５の形状については、その動作が変わらない範囲内で適宜くりぬき部や変形を加えてもよい。
【図１】
2019163071.tif 000003
【図２】
2019163071.tif 000004
【図３】
2019163071.tif 000005
【図４】
2019163071.tif 000006
【図５】
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【図６】
2019163071.tif 000008
【図７】
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【図８】
2019163071.tif 000010
【図９】
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【図１０】
2019163071.tif 000012
【図１１】
2019163071.tif 000013
【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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【手続補正書】
【提出日】令和2年4月7日(2020.4.7)
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
この発明に係るアレーアンテナ装置は、第１の面に複数の円状の第１の穴が施され、第１の面と対向している第２の面に複数の接続軸挿入孔が施されている導波管と、第１の端が導波管の内側に、第２の端が導波管の外側に配置されるよう、複数の第１の穴にそれぞれ挿入されている複数の線状の第１の導体と、円状の第２の穴を有し、複数の線状の第１の導体にそれぞれ第２の穴が挿入されるよう、導波管の外側に第１の面と略平行に配置されている複数の円板状の導体板と、第１の端が、複数の線状の第１の導体の第２の端とそれぞれ接続し、第１の面と略平行に配置されている複数の線状の第２の導体と、複数の線状の第２の導体の第２の端にそれぞれ接続されている複数のアンテナ素子と、複数の接続軸挿入孔のそれぞれに挿入されており、第１の端が複数の線状の第１の導体の第１の端とそれぞれ接続されている複数の接続軸と、複数の接続軸のそれぞれを回転させる複数の回転装置と、複数の回転装置の回転を個別に制御する制御装置と、を備えたものである。
【手続補正３】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の面に複数の円状の第１の穴が施され、前記第１の面と対向している第２の面に複数の接続軸挿入孔が施されている導波管と、
第１の端が前記導波管の内側に、第２の端が前記導波管の外側に配置されるよう、前記複数の第１の穴にそれぞれ挿入されている複数の線状の第１の導体と、
円状の第２の穴を有し、前記複数の線状の第１の導体にそれぞれ前記第２の穴が挿入されるよう、前記導波管の外側に前記第１の面と略平行に配置されている複数の円板状の導体板と、
第１の端が、前記複数の線状の第１の導体の第２の端とそれぞれ接続し、前記第１の面と略平行に配置されている複数の線状の第２の導体と、
前記複数の線状の第２の導体の第２の端にそれぞれ接続されている複数のアンテナ素子と、
前記複数の接続軸挿入孔のそれぞれに挿入されており、第１の端が前記複数の線状の第１の導体の第１の端とそれぞれ接続されている複数の接続軸と、
前記複数の接続軸のそれぞれを回転させる複数の回転装置と、
前記複数の回転装置の回転を個別に制御する制御装置と、
を備えたアレーアンテナ装置。
【国際調査報告】
2019163071.tif 000019
2019163071.tif 000020
2019163071.tif 000021
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