(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
底部が閉じた開口部を有する金属導体からなるキャビティと、
前記キャビティの上面に重ねて配置され、内部に第１の給電プローブ、および該第１の給電プローブに給電する第１の伝送線路を有し、第１の偏波の電波を放射する第１の励振回路と、
前記第１の励振回路の上面に重ねて配置され、貫通孔を有する金属導体からなる放射部とを備え、
前記第１の励振回路の上方に、導体からなる第１の整合素子と、
前記第１の励振回路と前記放射部との間に、内部に第２の給電プローブ、および該第２の給電プローブに給電する第２の伝送線路を有し、前記第１の偏波と直交する第２の偏波の電波を放射する第２の励振回路と
を備えたことを特徴とするアンテナ装置。
【請求項２】
前記第１の整合素子は、前記第１の励振回路が励振する偏波に対して整合し、前記第２の励振回路が励振する偏波に対して透過する特性を有し、
これに加え、
前記第２の励振回路の上方に、前記第２の励振回路が励振する偏波に対して整合し、前記第１の励振回路が励振する偏波に対して透過する第２の整合素子を備えた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の励振回路から前記第１の整合素子までの高さと前記第２の励振回路から前記第２の整合素子までの高さとが等しい、またはほぼ等しい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】
前記第１の整合素子は、前記第１の励振回路が励振する偏波と平行なスリットであり、
前記第２の整合素子は、前記第２の励振回路が励振する偏波と平行なスリットであ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５】
前記放射部を、下部放射部と上部放射部とに分割し、
前記下部放射部と前記上部放射部との間に、整合素子用誘電体基板を挿入し、
前記整合素子用誘電体基板の上面に前記第２の整合素子を形成し、
前記整合素子用誘電体基板の下面に前記第１の整合素子を形成し、
前記放射部の貫通孔に沿い管軸方向と平行なスルーホールと、管軸方向と直交する面の銅箔とを前記整合素子用誘電体基板に形成したことを特徴とする請求項２記載のアンテナ装置。
【請求項６】
前記第１の給電プローブは、互いに正対する２つのプローブからなり、互いに逆相または逆相に近い位相差で給電され、
前記第２の給電プローブは、互いに正対する２つのプローブからなり、互いに逆相または逆相に近い位相差で給電され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７】
前記第１の伝送線路の起点からアンテナ下部へ線路を延ばした第１の垂直給電部と、
前記第２の伝送線路の起点からアンテナ下部へ線路を延ばした第２の垂直給電部とを備え、
前記第１および第２の垂直給電部が導波管構造であり、
導波管構造のバックショート部として、
前記第１の伝送線路の起点の直上の前記下部放射部に貫通孔を有し、
前記整合素子用誘電体基板の銅箔をバックショート部の短絡面とする、
あるいは、
前記第２の伝送線路の起点の直上の前記下部放射部に貫通孔を有し、
前記整合素子用誘電体基板の銅箔をバックショート部の短絡面とすることを特徴とする請求項５記載のアンテナ装置。
【請求項８】
底部が閉じた開口部を有する金属導体からなるキャビティと、
前記キャビティの上面に重ねて配置され、内部に第１の給電プローブ、および該第１の給電プローブに給電する第１の伝送線路を有し、第１の偏波の電波を放射する第１の励振回路と、
前記第１の励振回路の上面に重ねて配置され、貫通孔を有する金属導体からなる放射部と、
前記第１の励振回路の上方に、導体からなる第１の整合素子とを備え、
前記キャビティの開口径が、下限周波数における導波管の基本モードのカットオフ波長以下であることを特徴とするアンテナ装置。
【請求項９】
前記第１の励振回路から前記キャビティの下面まで連通した第１の導波管部と、前記第２の励振回路から前記キャビティの下面まで連通した第２の導波管部とを備え、
前記第１の給電プローブは、互いに対向する第３の給電プローブおよび第４の給電プローブからなり、
前記第２の給電プローブは、互いに対向する第５の給電プローブおよび第６の給電プローブからなり、
前記第１の伝送線路は、一端部が前記第３の給電プローブに接続された第３の伝送線路と、一端部が前記第４の給電プローブに接続された第４の伝送線路とからなり、
前記第２の伝送線路は、一端部が前記第５の給電プローブに接続された第５の伝送線路と、一端部が前記第６の給電プローブに接続された第６の伝送線路とからなり、
前記第３の伝送線路および前記第４の伝送線路は、他端部が前記第１の導波管部の互いに対向する部位に接続され、かつ信号の位相が互いに逆相に構成され、
前記第５の伝送線路および前記第６の伝送線路は、他端部が前記第２の導波管部の互いに対向する部位に接続され、かつ信号の位相が互いに逆相に構成されてなることを特徴とする請求項５記載のアンテナ装置。
【請求項１０】
前記第１の励振回路は、第３の励振回路および第４の励振回路の２層に分割してなり、
前記第３の伝送線路および前記第３の給電プローブを前記第３の励振回路に配置し、
前記第４の伝送線路および前記第４の給電プローブを前記第４の励振回路に配置し、
前記第２の励振回路は、第５の励振回路および第６の励振回路の２層に分割してなり、
前記第５の伝送線路および前記第５の給電プローブを前記第５の励振回路に配置し、
前記第６の伝送線路および前記第６の給電プローブを前記第６の励振回路に配置してなることを特徴とする請求項９記載のアンテナ装置。
【請求項１１】
前記第１の励振回路は、第３の励振回路および第４の励振回路の２層に分割してなり、
前記第３の伝送線路を前記第３の励振回路に配置し、
前記第４の伝送線路を前記第４の励振回路に配置し、
前記第３の給電プローブおよび前記第４の給電プローブを前記第３の励振回路と前記第４の励振回路との間に配置し、
前記第２の励振回路は、第５の励振回路および第６の励振回路の２層に分割してなり、
前記第５の伝送線路を前記第５の励振回路に配置し、
前記第６の伝送線路を前記第６の励振回路に配置し、
前記第５の給電プローブおよび前記第６の給電プローブを前記第５の励振回路と前記第６の励振回路との間に配置してなることを特徴とする請求項９記載のアンテナ装置。
【請求項１２】
底部が閉じた複数配列された開口部を有する金属導体からなるキャビティと、
前記キャビティの上面に重ねて配置され、内部に複数配列された第１の給電プローブ、および該第１の給電プローブに給電する第１の伝送線路を有し、第１の偏波の電波を放射する第１の励振回路と、
前記第１の励振回路の上面に重ねて配置され、複数配列された貫通孔を有する金属導体からなる放射部と、
前記第１の励振回路の上方に、導体からなる複数配列された第１の整合素子と、
前記第１の励振回路と前記放射部との間に、内部に複数配列された第２の給電プローブ、および該第２の給電プローブに給電する第２の伝送線路を有し、前記第１の偏波と直交する第２の偏波の電波を放射する第２の励振回路とを備えたことを特徴とするアレーアンテナ装置。
【請求項１３】
前記第１の整合素子は、前記第１の励振回路が励振する偏波に対して整合し、前記第２の励振回路が励振する偏波に対して透過する特性を有し、
これに加え、
前記第２の励振回路の上方に、前記第２の励振回路が励振する偏波に対して整合し、前記第１の励振回路が励振する偏波に対して透過する複数配列された第２の整合素子を備えたことを特徴とする請求項１２記載のアレーアンテナ装置。
【請求項１４】
前記第１の励振回路から前記第１の整合素子までの高さと前記第２の励振回路から前記第２の整合素子までの高さとが等しい、またはほぼ等しいことを特徴とする請求項１３記載のアレーアンテナ装置。
【請求項１５】
前記第１の整合素子は、前記第１の励振回路が励振する偏波と平行なスリットであり、
前記第２の整合素子は、前記第２の励振回路が励振する偏波と平行なスリットであることを特徴とする請求項１３記載のアレーアンテナ装置。
【請求項１６】
前記放射部を、下部放射部と上部放射部とに分割し、
前記下部放射部と前記上部放射部との間に、整合素子用誘電体基板を挿入し、
前記整合素子用誘電体基板の上面に前記第２の整合素子を形成し、
前記整合素子用誘電体基板の下面に前記第１の整合素子を形成し、
前記放射部の貫通孔に沿い管軸方向と平行なスルーホールと、管軸方向と直交する面の銅箔とを前記整合素子用誘電体基板に形成したことを特徴とする請求項１３記載のアレーアンテナ装置。
【請求項１７】
前記第１の励振回路から前記キャビティの下面まで連通した第１の導波管部と、前記第２の励振回路から前記キャビティの下面まで連通した第２の導波管部とを備え、
それぞれの前記第１の給電プローブは、互いに対向する第３の給電プローブおよび第４の給電プローブからなり、
それぞれの前記第２の給電プローブは、互いに対向する第５の給電プローブおよび第６の給電プローブからなり、
前記第１の伝送線路は、一端部が分岐してそれぞれの前記第３の給電プローブに接続された第３の伝送線路と、一端部が分岐してそれぞれの前記第４の給電プローブに接続された第４の伝送線路とからなり、
前記第２の伝送線路は、一端部が分岐してそれぞれの前記第５の給電プローブに接続された第５の伝送線路と、一端部が分岐してそれぞれの前記第６の給電プローブに接続された第６の伝送線路とからなり、
前記第３の伝送線路および前記第４の伝送線路は、他端部が前記第１の導波管部の互いに対向する部位に接続され、かつ信号の位相が互いに逆相に構成され、
前記第５の伝送線路および前記第６の伝送線路は、他端部が前記第２の導波管部の互いに対向する位置に接続され、かつ信号の位相が互いに逆相に構成されてなることを特徴とする請求項１６記載のアレーアンテナ装置。
【請求項１８】
前記第１の導波管部からいずれかの前記第３の給電プローブまでの前記第３の伝送線路の周波数に対する位相特性と、前記第１の導波管部から対向する前記第４の給電プローブまでの前記第４の伝送線路の周波数に対する位相特性とが同等の特性を有し、
前記第２の導波管部からいずれかの前記第５の給電プローブまでの前記第５の伝送線路の周波数に対する位相特性と、前記第２の導波管部から対向する前記第６の給電プローブまでの前記第６の伝送線路の周波数に対する位相特性とが同等の特性を有することを特徴とする請求項１７記載のアレーアンテナ装置。
【請求項１９】
前記第１の励振回路は、第３の励振回路および第４の励振回路の２層に分割してなり、
前記第３の伝送線路およびそれぞれの前記第３の給電プローブを前記第３の励振回路に配置し、
前記第４の伝送線路およびそれぞれの前記第４の給電プローブを前記第４の励振回路に配置し、
前記第２の励振回路は、第５の励振回路および第６の励振回路の２層に分割してなり、
前記第５の伝送線路およびそれぞれの前記第５の給電プローブを前記第５の励振回路に配置し、
前記第６の伝送線路およびそれぞれの前記第６の給電プローブを前記第６の励振回路に配置してなることを特徴とする請求項１７記載のアレーアンテナ装置。
【請求項２０】
前記第１の励振回路は、第３の励振回路および第４の励振回路の２層に分割してなり、
前記第３の伝送線路を前記第３の励振回路に配置し、
前記第４の伝送線路を前記第４の励振回路に配置し、
それぞれの前記第３の給電プローブおよび前記第４の給電プローブを前記第３の励振回路と前記第４の励振回路との間に配置し、
前記第２の励振回路は、第５の励振回路および第６の励振回路の２層に分割してなり、
前記第５の伝送線路を前記第５の励振回路に配置し、
前記第６の伝送線路を前記第６の励振回路に配置し、
それぞれの前記第５の給電プローブおよび前記第６の給電プローブを前記第５の励振回路と前記第６の励振回路との間に配置してなることを特徴とする請求項１７記載のアレーアンテナ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、衛星通信および地上無線通信等において、信号を送受信するアンテナ装置および複数のアンテナを用いて信号を送受信するアレーアンテナ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
衛星通信等において、車両や航空機等の移動体に搭載されるアンテナは、積載スペースや積載重量が制限される。
このため、アンテナには、小型で、かつ、軽量であることが求められる。
複数のアンテナを用いて信号を送受信するアレーアンテナは、これを満足する１手段であり、従来の衛星通信用のアレーアンテナの例として、下記特許文献１のように、パッチアンテナと貫通孔を有する金属を積層したアンテナを用いた構成が知られている。【０００３】
また、アンテナには、直交２偏波で使用可能であることを求められる場合がある。
これを実現するため、下記特許文献２のように、２つの矩形ホーンアンテナを交差させて上下に配置する方法がある。
さらに、より簡易な構成としては、下記特許文献３のように、基板上に一方の偏波を励振するための給電プローブを配置し、この基板を給電プローブが直交するように２層重ねて配置する方法が提案されている。【０００４】
下記特許文献１に記載のアンテナは、直交偏波対応ではあるが、パッチアンテナを用いており、広帯域化に寄与する非励振素子を付加した場合でも、一般に帯域は１０％前後であるため、それ以上の広帯域化が難しいという課題がある。【０００５】
下記特許文献３に記載のアンテナは、直交偏波対応かつ数１０％の広帯域で使用可能である。
しかし、このアンテナを素子アンテナとして複数配置してアレーアンテナを構成した場合、全ての素子アンテナに対してトーナメント接続を行うと、給電構造が複雑化し、製造コストおよび製造工程が増大するという課題がある。【０００６】
図１７はｘ方向８素子、ｙ方向８素子の計６４素子で構成されるアレーアンテナの給電回路の例を示している。
なお、本図はｘ方向の偏波に対応する構造を示しており、これに直交するｙ方向の偏波の給電のためには、さらに、本図を９０°回転させた構造が別途必要となる。
給電回路での損失を低減するため、この給電回路を全て導波管で構成した場合には、複雑な構造に加え、給電回路の重量、体積が増加する。
この対策として、給電プローブと同一面上にストリップ線路を用いて給電回路の一部を構成し、配線をアンテナ下部に垂直に引き下ろした後に導波管で接続することが考えられる。
以降、引き下ろし部を垂直給電部と記載する。【０００７】
図１８は下記特許文献３に記載のアンテナから本発明と関連する部分のみを取り出し、４素子を単位としてストリップ線路を用いサブアレーを構成した例である。【０００８】
本アンテナの各素子は、底部が閉じた第１のキャビティ部２０１、第１の偏波を励振する第１の励振回路２１０、第２の偏波を励振する第２の励振回路２２０、貫通孔を有する第３のキャビティ部２５０から構成される。【０００９】
第１のキャビティ部２０１は、例えば、開口部を切削した金属で構成される。
なお、底部は閉じている。【００１０】
第１の励振回路２１０は、誘電体基板２１１内に素子アンテナ毎に互いに逆相で給電される１対の素子により構成された第１の給電プローブ２１３、各素子アンテナの第１の給電プローブ２１３に信号を分配する第１の伝送線路２１４を有する。
第１の伝送線路２１４がストリップ線路となるよう、誘電体基板２１１の上下は第１のキャビティ部２０１の開口部と同じ形状の貫通孔を有するグランド層２１５，２１６を配置する。
また、誘電体基板２１１内部にキャビティ部２０１と同様の構造を与えるため、第１のキャビティ部２０１の開口部に沿って金属のスルーホール２１２を配置し、キャビティ側壁とする。
第１の伝送線路２１４の起点は、図の一点鎖線部との交点であり、この点で同軸線路の内導体と接続され、−ｚ方向の構造物を貫通してアンテナ下部へ至る。【００１１】
第２の励振回路２２０は、誘電体基板２２１内に素子アンテナ毎に互いに逆相で給電される１対の素子により構成された第２の給電プローブ２２３、各素子アンテナの第２の給電プローブ２２３に信号を分配する第２の伝送線路２２４を有する。
第１の給電プローブ２１３が励振する偏波と第２の給電プローブ２２３が励振する偏波とが直交するよう、第２の励振回路２２０は、第１の励振回路２１０と９０°配置が回転した構造である。
第２の伝送線路２２４がストリップ線路となるよう、誘電体基板２２１の上下には、第１のキャビティ部２０１の開口部と同じ形状の貫通孔を有するグランド層２１５，２２５を配置する。
ここで、グランド層２１５は、第１の励振回路２１０と第２の励振回路２２０との両方のグランドの役割を果たす。
また、誘電体基板２２１内部にキャビティ部２０１と同様の構造を与えるため、第１のキャビティ部２０１の開口部に沿って金属のスルーホール２１２を配置し、キャビティ側壁とする。
第２の伝送線路２２４の起点は、図の一点鎖線部との交点であり、この点で同軸線路の内導体と接続され、−ｚ方向の構造物を貫通してアンテナ下部へ至る。【００１２】
第３のキャビティ部２５０は、貫通孔を有した金属で構成される。【００１３】
図１８のＤ−Ｄ´断面図を図１９に示す。
ここで、本アンテナが使用される下限周波数をｆ１、上限周波数をｆｈとする。
ここでは、第１のキャビティ部２０１の径ｄ１と、第３のキャビティ部２５０の径ｄ３とが等しいものとする。
本アンテナを、径ｄ１の正方形の導波管とみなした場合、基本モードのカットオフ周波数ｆｃは、ｃ／（２×ｄ１）、但し、ｃは光速、で与えられる。
ｆ１において、電磁波が導波管を伝搬可能とするには、ｆ１＞ｆｃとなるよう、ｄ１を大きく設定する必要がある。
仮に、ｄ１としてｆ１＜ｆｃとなる径を用いた場合、カットオフとなって反射が悪化し、アンテナの利得が低下する。【００１４】
一方、本アンテナを用いてアレーアンテナを構成する場合、ｆｈにおいて、不要な方向への放射を回避しつつ、素子の利得を大きくするには、素子間隔ｄ０がｆｈにおいて１波長未満、すなわち、ｄ０＜ｃ／ｆｈとなるよう、ｄ０を小さく設定する必要がある。
図から素子間の壁厚を確保するため、ｄ０＞ｄ３は明らかである。【００１５】
ここで、図１９の構成において、スルーホール２１２、第１の伝送線路２１４、第２の伝送線路２２４を配置するため、幅ｄ４が必要となる。
素子間隔ｄ０は、ｄ１とｄ４との和となり、素子間隔がｆｈにおいて１波長を超過する。
この結果、アレーアンテナの放射パターンが劣化し、不要方向への放射が生じると共に、所望方向の利得は低下する。【００１６】
図２０のように、第３のキャビティ部２５０の径ｄ３を、第１のキャビティ部２０１の径ｄ１よりも大きくし、開口を密に配置することは可能であるが、この場合でも、ｄ１＋ｄ４とｄ０との関係は、前記と同様である。
反対に、図２０でｄ０＜ｃ／ｆｈを満足した場合、ｄ４を確保した残りの径ｄ１は、カットオフとなり、利得低下につながる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１７】
【特許文献１】特開平１１−１８６８３７号公報
【特許文献２】米国特許出願公開第２００７／００８５７４４号明細書
【特許文献３】特開２０１１−１９９４９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
従来のアンテナ装置は、以上のように構成されるので、広帯域で使用可能、かつ、小型に構成可能なものではない課題があった。
また、従来のアレーアンテナ装置は、放射パターンが良好なものではない課題があった。【００１９】
本発明は、広帯域で使用可能、かつ、小型に構成可能なアンテナ装置を得ることを目的とする。
また、本発明は、放射パターンが良好な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】
【００２０】
本発明のアンテナ装置は、底部が閉じた開口部を有する金属導体からなるキャビティと、キャビティの上面に重ねて配置され、内部に第１の給電プローブ、および該第１の給電プローブに給電する第１の伝送線路を有し、第１の偏波の電波を放射する第１の励振回路と、第１の励振回路の上面に重ねて配置され、貫通孔を有する金属導体からなる放射部とを備え、第１の励振回路の上方に、導体からなる第１の整合素子と、第１の励振回路と放射部との間に、内部に第２の給電プローブ、および該第２の給電プローブに給電する第２の伝送線路を有し、第１の偏波と直交する第２の偏波の電波を放射する第２の励振回路とを備えたものである。
【００２１】
本発明のアレーアンテナ装置は、底部が閉じた複数配列された開口部を有する金属導体からなるキャビティと、キャビティの上面に重ねて配置され、内部に複数配列された第１の給電プローブ、および該第１の給電プローブに給電する第１の伝送線路を有し、第１の偏波の電波を放射する第１の励振回路と、第１の励振回路の上面に重ねて配置され、複数配列された貫通孔を有する金属導体からなる放射部とを備え、第１の励振回路の上方に、導体からなる複数配列された第１の整合素子と、第１の励振回路と放射部との間に、内部に複数配列された第２の給電プローブ、および該第２の給電プローブに給電する第２の伝送線路を有し、第１の偏波と直交する第２の偏波の電波を放射する第２の励振回路とを備えたものである。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、第１の励振回路の上方に、導体からなる第１の整合素子を備えたので、キャビティを小型化しても反射特性を改善できることから、広帯域で使用可能、かつ、小型に構成可能なアンテナ装置を得ることができる効果がある。
また、前記アンテナ装置を複数配列した場合に、放射パターンが良好なアレーアンテナ装置を得ることができる効果がある。
さらに、垂直給電部を導波管として、導波管の対向する部位からそれぞれ線路を引き出し、これらを各素子アンテナの対向する給電プローブと接続した場合には、偏波間の結合を低減できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施の形態１によるアンテナの構成を示す分解斜視図である。
【図２】図１におけるアンテナの詳細を示すｘ−ｚ断面図である。
【図３】本発明の実施の形態２によるアンテナの構成を示す分解斜視図である。
【図４】本発明の実施の形態３によるアンテナの構成を示す分解斜視図である。
【図５】本発明の実施の形態４による４素子アレーアンテナの構成を示す分解斜視図である。
【図６】図５における４素子アレーアンテナの詳細を示すｘ−ｚ断面図である。
【図７】本発明の実施の形態４による素子間隔および従来の素子間隔を用いてアレーアンテナを構成した際の放射パターンを示す特性図である。
【図８】本発明の実施の形態５による４素子アレーアンテナの構成を示す分解斜視図である。
【図９】図８における励振回路の詳細を示すｘ−ｙ平面図である。
【図１０】図８における４素子アレーアンテナの詳細を示すｘ−ｚ断面図である。
【図１１】本発明の実施の形態６によるアンテナの構成を示す分解斜視図である。
【図１２】図１１における励振回路の詳細を示すｘ−ｙ平面図である。
【図１３】本発明の実施の形態７による４素子アレーアンテナの構成を示す分解斜視図である。
【図１４】図１３における励振回路の詳細を示すｘ−ｙ平面図である。
【図１５】図１４における励振回路の他の詳細を示すｘ−ｙ平面図である。
【図１６】図１４における励振回路の他の詳細を示すｘ−ｙ平面図である。
【図１７】従来のアレーアンテナの給電回路を示す平面図である。
【図１８】従来の４素子アレーアンテナの構成を示す分解斜視図である。
【図１９】図１８における４素子アレーアンテナの詳細を示すｘ−ｚ断面図である。
【図２０】図１８における４素子アレーアンテナの他の詳細を示すｘ−ｚ断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための形態について、添付の図面に従って説明する。
実施の形態１．
本発明の実施の形態１によるアンテナ装置について説明する。
図１は本発明の実施の形態１によるアンテナの構成を示す分解斜視図である。
なお、本発明の構成を簡単に示すため、本実施の形態１は、単一偏波とする。
本アンテナは、底部が閉じた第１のキャビティ部１、第１の偏波を励振する第１の励振回路１０、貫通孔を有する第２のキャビティ部（放射部）３０、整合素子部４０、貫通孔を有する第３のキャビティ部（放射部）５０から構成される。
【００２５】
第１のキャビティ部１は、例えば、開口部を切削した金属で構成される。
なお、底部は閉じている。
【００２６】
第１の励振回路１０は、誘電体基板１１内に第１の給電プローブ１３、第１の給電プローブ１３に信号を供給する第１の伝送線路１４を有する。
第１の伝送線路１４がストリップ線路となるよう、誘電体基板１１の上下は、第１のキャビティ部１の開口部と同じ形状の貫通孔を有するグランド層１５，１６を配置する。
また、誘電体基板１１内部に第１のキャビティ部１と同様の構造を与えるため、第１のキャビティ部１の開口部に沿って金属のスルーホール１２を配置し、キャビティ側壁とする。
第１の伝送線路１４の起点は、図の一点鎖線部との交点であり、この点で同軸線路の内導体と接続され、−ｚ方向の構造物を貫通してアンテナ下部へ至る。
【００２７】
第２のキャビティ部３０は、貫通孔を有した金属で構成され、第１の励振回路１０と次に示す整合素子部４０との高さを調整する。
【００２８】
整合素子部４０の誘電体基板４１の上下には、第２のキャビティ部３０の開口部と同じ形状の貫通孔を有するグランド層４３，４４を配置する。
誘電体基板４１内部に第２のキャビティ部３０と同様の構造を与えるため、第２のキャビティ部３０の開口部に沿って金属のスルーホール４２を配置し、キャビティ側壁とする。
グランド層４３の貫通孔部には、整合素子（第１の整合素子）４５を配置する。
本図では、四角形の導体であるが、円形等の四角形と異なる形状であってもよい。
また、整合素子４５は、グランド層４４の貫通孔部に配置してもよい。
なお、誘電体基板４１は、整合素子４５を保持するためだけに存在しているので、キャビティ側壁に整合素子４５を保持する構造を設けるなどにより、誘電体基板４１を廃してもよい。
【００２９】
第３のキャビティ部５０は、貫通孔を有した金属で構成される。
【００３０】
本実施の形態１のアンテナは、前記特許文献３のように、基板上に一方の偏波を励振するための給電プローブを配置した構成なので、数１０％の広帯域で使用可能である。
また、本実施の形態１のアンテナは、第１のキャビティ部１を小径化することが特徴である。
先に示したように、従来例の図１２から図１４の説明において、単に第１のキャビティ部１を小径化すると、ｆ１においてカットオフとなり、反射特性の劣化につながるが、本実施の形態１では、整合素子４５を配置することで、反射特性を改善できる。
本実施の形態１では、第１のキャビティ部１の開口径が、ｆ１における導波管の基本モードのカットオフ以下に小径化する。
なお、図１のアンテナにおいて、整合素子４５は、パッチアンテナにも見えるが、反射特性が悪いにせよ、整合素子４５が無くともアンテナとして成立する。
したがって、整合素子４５は、あくまでも整合を目的とした構造物である。
【００３１】
図１のＡ−Ａ´断面図を図２に示す。
第２のキャビティ部３０の径ｄ２と、第３のキャビティ部５０の径ｄ３とが等しいものとする。
従来の図１４と比較し、ｄ３の径を同じとすると、本実施の形態１では、ｄ１を小さくすることができる。
また、本実施の形態１では、ｄ１を小さくすることができ、誘電体基板１１内のスルーホール１２間の距離もｄ１とほぼ等しい。
この結果、素子が小型化され、２箇所のスルーホール１２の外側の領域が広いので、ここに伝送線路を配置しても、アンテナを密に配置したアレーアンテナを構成できる。
伝送線路の具体的な配置とアレーアンテナにおける効果は後の実施形態で説明する。
以上により、単一偏波を使用対象として、広帯域、かつ、小型のアンテナ装置を得ることができる。
【００３２】
以上により、本実施の形態１によれば、第１の励振回路１０の上方に、整合素子４５を備えたので、第１のキャビティ部１を小型化しても反射特性を改善できることから、広帯域で使用可能、かつ、小型に構成可能なアンテナ装置を得ることができる。
【００３３】
実施の形態２．
本発明の実施の形態２によるアンテナ装置について説明する。
図３は本発明の実施の形態２によるアンテナの構成を示す分解斜視図である。
なお、本発明の構成を簡単に示すため、本実施の形態２は、直交二偏波とする。
本図の内、底部が閉じた第１のキャビティ部１、第１の偏波を励振する第１の励振回路１０、貫通孔を有する第２のキャビティ部３０、整合素子部４０、貫通孔を有する第３のキャビティ部５０を有する点は、前記実施の形態１と同様である。
前記実施の形態１と比較し、本実施の形態２は、第１の励振回路１０の内部構造、および、第１の励振回路１０と放射する偏波が直交する第２の励振回路２０が追加された点が異なる。
第１のキャビティ部１、第２のキャビティ部３０、整合素子部４０、第３のキャビティ部５０の構造は、前記実施の形態１と同様であるので省略する。
【００３４】
第１の励振回路１０は、誘電体基板１１内に互いに正対する２つのプローブからなり、互いに逆相で給電される１対の素子により構成された第１の給電プローブ１７、第１の給電プローブ１７に信号を分配する第１の伝送線路１８を有する。
第１の伝送線路１８がストリップ線路となるよう、誘電体基板１１の上下は、第１のキャビティ部１の開口部と同じ形状の貫通孔を有するグランド層１５，１６を配置する。
また、誘電体基板１１内部に、第１のキャビティ部１と同様の構造を与えるため、第１のキャビティ部１の開口部に沿って金属のスルーホール１２を配置し、キャビティ側壁とする。
第１の伝送線路１８の起点は、図の一点鎖線部との交点であり、この点で同軸線路の内導体（第１の垂直給電部）と接続され、−ｚ方向の構造物を貫通してアンテナ下部へ至る。
【００３５】
第２の励振回路２０は、誘電体基板２１内に互いに正対する２つのプローブからなり、互いに逆相で給電される１対の素子により構成された第２の給電プローブ２７、第２の給電プローブ２７に信号を分配する第２の伝送線路２８を有する。
第１の励振回路１０により放射する偏波と、第２の励振回路２０により放射する偏波とが直交するよう、第２の励振回路２０は、第１の励振回路１０とｘ−ｙ面で９０°回転した構造である。
第２の伝送線路２８がストリップ線路となるよう、誘電体基板２１の上下は、第１のキャビティ部１の開口部と同じ形状の貫通孔を有するグランド層２５，１５を配置する。
グランド層１５は、第１の励振回路１０と第２の励振回路２０との両方のグランドの役割を果たす。
また、誘電体基板２１内部に、第１のキャビティ部１と同様の構造を与えるため、第１のキャビティ部１の開口部に沿って金属のスルーホール１２を配置し、キャビティ側壁とする。
第２の伝送線路２８の起点は、図の一点鎖線部との交点であり、この点で同軸線路の内導体（第２の垂直給電部）と接続され、−ｚ方向の構造物を貫通してアンテナ下部へ至る。
断面構造は、図２に第２の励振回路２０が追加されるだけであるので省略する。
【００３６】
本実施の形態２のアンテナは、前記特許文献３のように、基板上に一方の偏波を励振するための給電プローブを配置し、この基板を給電プローブが直交するように２層重ねて配置した構成なので、数１０％の広帯域で使用可能である。
また、本実施の形態２のアンテナは、第１のキャビティ部１を小径化することが特徴である。
先に示したように、従来例の図１２から図１４の説明において、単に第１のキャビティ部１を小径化すると、ｆ１においてカットオフとなり、反射特性の劣化につながるが、本実施の形態２では、整合素子４５を配置することで、反射特性を改善できる。
さらに、本実施の形態２では、直交二偏波での使用が可能である。
以上により、広帯域、かつ、直交偏波対応で、小型のアンテナ装置を得ることができる。
【００３７】
以上により、本実施の形態２によれば、第１の励振回路１０および第２の励振回路２０の上方に、整合素子４５を備えたので、第１のキャビティ部１を小型化しても反射特性を改善できることから、広帯域で使用可能、かつ、直交偏波対応で、小型に構成可能なアンテナ装置を得ることができる。
【００３８】
実施の形態３．
本発明の実施の形態３によるアンテナ装置について説明する。
図４は本発明の実施の形態３によるアンテナの構成を示す分解斜視図である。
なお、本発明の構成を簡単に示すため、本実施の形態３は、直交二偏波とする。
本図の内、底部が閉じた第１のキャビティ部１、第１の偏波を励振する第１の励振回路１０、第２の偏波を励振する第２の励振回路２０、貫通孔を有する第２のキャビティ部（下部放射部）３０、整合素子部４０、貫通孔を有する第３のキャビティ部（上部放射部）５０を有する点は、前記実施の形態２と同様である。
前記実施の形態２と比較し、本実施の形態３は、整合素子部４０の内部構造が異なる。
第１のキャビティ部１、第１の励振回路１０、第２の励振回路２０、第２のキャビティ部３０、第３のキャビティ部５０の構造は、前記実施の形態２と同様であるので省略する。
【００３９】
整合素子部４０の誘電体基板（整合素子用誘電体基板）４１の上下には、第２のキャビティ部３０の開口部と同じ形状の貫通孔を有するグランド層４３，４４を配置する。
なお、グランド層４３，４４およびグランド層１５，１６，２５は、銅箔により形成される。
また、第２のキャビティ部３０の開口部に沿って金属のスルーホール４２を配置し、キャビティ側壁とする。
グランド層４３の貫通孔部には、整合素子（第２の整合素子）４６を配置する。
整合素子４６は、第２の励振回路２０が放射する偏波と平行な導体スリットであり、第２の励振回路２０が放射する偏波に対して整合素子として働く。
一方、整合素子４６のスリットは、第１の励振回路１０が放射する偏波と直交し、第２の励振回路２０が放射する偏波にはほとんど影響を与えない。
グランド層４４の貫通孔部には、整合素子（第１の整合素子）４７を配置する。
整合素子４７は、第１の励振回路１０が放射する偏波と平行な導体スリットであり、第１の励振回路１０が放射する偏波に対して整合素子として働く。
一方、整合素子４７のスリットは、第２の励振回路２０が放射する偏波と直交し、第２の励振回路２０が放射する偏波にはほとんど影響を与えない。
したがって、各偏波の整合素子の寸法、高さを独立に調整できる。
本実施の形態３では、第１の励振回路１０から整合素子４７までの高さと、第２の励振回路２０から整合素子４６までの高さとを等しく調整することで、良好な放射パターンを容易に得る。
導波管部の断面構造は、図２に第２の励振回路２０が追加されるだけであるので省略する。
【００４０】
本実施の形態３のアンテナは、前記特許文献３のように、基板上に一方の偏波を励振するための給電プローブを配置し、この基板を給電プローブが直交するように２層重ねて配置した構成なので、数１０％の広帯域で使用可能である。
また、本実施の形態３のアンテナは、第１のキャビティ部１を小径化することが特徴である。
先に示したように、従来例の図１２から図１４の説明において、単に第１のキャビティ部１を小径化すると、ｆ１においてカットオフとなり、反射特性の劣化につながるが、本実施の形態３では、整合素子４６，４７を配置することで、反射特性を改善できる。
本実施の形態３では、直交二偏波での使用が可能であるだけでなく、両偏波の特性を個々に改善できる。
以上により、広帯域、かつ、直交偏波対応で、小型のアンテナ装置を得ることができる。
【００４１】
以上により、本実施の形態３によれば、第１の励振回路１０および第２の励振回路２０の上方に、整合素子４６，４７を備えたので、第１のキャビティ部１を小型化しても反射特性を改善できることから、広帯域で使用可能、かつ、直交偏波対応で両偏波の特性を個々に改善でき、小型に構成可能なアンテナ装置を得ることができる。
【００４２】
実施の形態４．
本発明の実施の形態４によるアレーアンテナ装置について説明する。
図５は本発明の実施の形態４による４素子アレーアンテナの構成を示す分解斜視図である。
なお、本発明の構成を簡単に示すため、本実施の形態４は、直交二偏波とする。
本実施の形態４の構成は、前記実施の形態３と同様であるが、アンテナを複数配置し、アレーアンテナとしたこと、第１の励振回路１１０、第２の励振回路１２０内に、アレーアンテナを構成する各素子への給電回路を有することが異なる。
なお、本図は、４素子をサブアレーの単位とし、これら４素子に対してストリップ線路を用いた場合の例であるが、より多くの素子に対してストリップ線路を用いて給電してもよいし、サブアレーを複数配置してアンテナ全体を構成してもよい。
本アンテナは、底部が閉じた第１のキャビティ部１０１、第１の偏波を励振する第１の励振回路１１０、第２の偏波を励振する第２の励振回路１２０、貫通孔を有する第２のキャビティ部１３０、整合素子部１４０、貫通孔を有する第３のキャビティ部１５０から構成される。
【００４３】
第１のキャビティ部１０１は、例えば、開口部を切削した金属で構成される。
なお、底部は閉じている。
【００４４】
第１の励振回路１１０は、誘電体基板１１１内に素子アンテナ毎に互いに逆相で給電される１対の素子により構成された第１の給電プローブ１１７、分岐することで各素子アンテナの第１の給電プローブ１１７に信号を分配する第１の伝送線路１１８を有する。
第１の伝送線路１１８がストリップ線路となるよう、誘電体基板１１１の上下は、第１のキャビティ部１０１の開口部と同じ形状の貫通孔を有するグランド層１１５，１１６を配置する。
また、誘電体基板１１１内部に、第１のキャビティ部１０１と同様の構造を与えるため、第１のキャビティ部１０１の開口部に沿って金属のスルーホール１１２を配置し、キャビティ側壁とする。
第１の伝送線路１１８の起点は、図の一点鎖線部との交点であり、この点で同軸線路の内導体と接続され、−ｚ方向の構造物を貫通してアンテナ下部へ至る。
これ以降の接続は従来例と同じく、例えば、導波管による接続を行うが、導波管の分岐数が低減され、構成が簡単になる。
【００４５】
第２の励振回路１２０は、誘電体基板１２１内に素子アンテナ毎に互いに逆相で給電される１対の素子により構成された第２の給電プローブ１２７、分岐することで各素子アンテナの第２の給電プローブ１２７に信号を分配する第２の伝送線路１２８を有する。
第１の給電プローブ１１７が励振する偏波と、第２の給電プローブ１２７が励振する偏波とが直交するよう、第２の励振回路１２０は、第１の励振回路１１０と９０°配置が回転した構造である。
第２の伝送線路１２８がストリップ線路となるよう、誘電体基板１２１の上下には、第１のキャビティ部１０１の開口部と同じ形状の貫通孔を有するグランド層１２５，１１５を配置する。
ここで、グランド層１１５は、第１の励振回路１１０と第２の励振回路１２０との両方のグランドの役割を果たす。
また、誘電体基板１２１内部に、第１のキャビティ部１０１と同様の構造を与えるため、第１のキャビティ部１０１の開口部に沿って金属のスルーホール１１２を配置し、キャビティ側壁とする。
第２の伝送線路１２８の起点は、図の一点鎖線部との交点であり、この点で同軸線路の内導体と接続され、−ｚ方向の構造物を貫通してアンテナ下部へ至る。
これ以降の接続は従来と同じく、例えば、導波管による接続を行うが、導波管の分岐数が低減され、構成が簡単になる。
【００４６】
第２のキャビティ部１３０は、貫通孔を有した金属で構成され、第１の励振回路１１０および第２の励振回路１２０と次に示す整合素子部１４０との高さを調整する。
【００４７】
整合素子部１４０の誘電体基板１４１の上下には、第２のキャビティ部１３０の開口部と同じ形状の貫通孔を有するグランド層１４３，１４４を配置する。
なお、グランド層１４３，１４４およびグランド層１１５，１１６，１２５は、銅箔により形成される。
また、第２のキャビティ部１３０の開口部に沿って金属のスルーホール１４２を配置し、キャビティ側壁とする。
グランド層１４３の貫通孔部には、整合素子１４６を配置する。
整合素子１４６は、第２の励振回路１２０が放射する偏波と平行な導体スリットであり、第２の励振回路１２０が放射する偏波に対して整合素子として働く。
一方、整合素子１４６のスリットは、第１の励振回路１１０が放射する偏波と直交し、第２の励振回路１２０が放射する偏波にはほとんど影響を与えない。
グランド層１４４の貫通孔部には、整合素子１４７を配置する。
整合素子１４７は、第１の励振回路１１０が放射する偏波と平行な導体スリットであり、第１の励振回路１１０が放射する偏波に対して整合素子として働く。
一方、整合素子１４７のスリットは、第２の励振回路１２０が放射する偏波と直交し、第２の励振回路１２０が放射する偏波にはほとんど影響を与えない。
したがって、各偏波の整合素子の寸法、高さを独立に調整できる。
【００４８】
第３のキャビティ部１５０は、貫通孔を有した金属で構成される。
【００４９】
図５のＢ−Ｂ´断面図を図６に示す。
ここで、本アンテナが使用される下限周波数をｆ１、上限周波数をｆｈとする。
第２のキャビティ部１３０の径ｄ２と、第３のキャビティ部１５０の径ｄ３とが等しいものとする。
本アンテナを用いてアレーアンテナを構成する場合、ｆｈにおいて不要な方向への放射を回避しつつ、素子の利得を大きくするには、素子間隔ｄ０がｆｈにおいて１波長未満、すなわち、ｄ０＜ｃ／ｆｈとなるよう、ｄ０を小さく設定する必要がある。
図から素子間の壁厚を確保するため、ｄ０＞ｄ３は明らかである。
【００５０】
ここで、図６の構成において、スルーホール１１２、第１の伝送線路１１８、第２の伝送線路１２８を配置するため、幅ｄ４が必要となる。
本実施の形態４では、整合素子１４６，１４７を設けることにより、ｄ１を小さくすることができ、誘電体基板１１１内のスルーホール１１２間の距離もｄ１とほぼ等しい。
この結果、素子が小型化され、２箇所のスルーホール１１２の外側の領域が広いので、ここに伝送線路を配置できる。
素子間隔ｄ０は、ｄ１とｄ４との和となるが、ｄ１を小さくすることができるので、素子間隔がｆｈにおいて１波長を超過せず、アンテナを密に配置したアレーアンテナを構成できる。
【００５１】
本実施の形態４の素子間隔および従来の素子間隔を用い、ｘ方向８素子、ｙ方向８素子の計６４素子で構成されるアレーアンテナを構成した際の放射パターンの例を図７に示す。
なお、ｘ方向、ｙ方向共に、同じ素子アンテナ間隔とし、ｘ−ｚ面の放射パターンと、ｙ−ｚ面の放射パターンとは同一である。
【００５２】
図６において、本実施の形態４における素子間隔ｄ０を上限周波数ｆｈにおいて０．９７λとし、第１のキャビティ部１０１の開口径ｄ１を０．４λとする。
隣接する第１のキャビティ部１０１の隙間の幅ｄ４は、０．５７λとなり、第１の伝送線路１１８、第２の伝送線路１２８を容易に配置できる。
一方、従来の図１３において、第１のキャビティ部１の開口径ｄ１に０．７３λを、隣接する第１のキャビティ部１の隙間の幅ｄ４に０．３７λを要したとき、素子間隔ｄ０は、１．１λとなる。
図７において、従来では素子間隔が１λを超え、不要な方向への放射であるグレーティングローブが生じている。
±６０°付近のローブがこれに相当する。
一方、本実施の形態４では、素子間隔が１λ未満となるため、グレーティングローブは生じない。
以上により、広帯域、かつ、直交偏波対応で、かつ、アンテナ間にストリップ線路を配置してアレーアンテナを構成しても、グレーティングローブを解消し、放射パターンが良好なアレーアンテナ装置を得ることができる。
【００５３】
以上により、本実施の形態４によれば、前記実施の形態３のアンテナを複数配置し、アレーアンテナとし、第１の励振回路１１０、第２の励振回路１２０内に、アレーアンテナを構成する各素子への給電回路を有するように構成したので、広帯域で使用可能、かつ、直交偏波対応で両偏波の特性を個々に改善でき、かつ、アンテナ間にストリップ線路を配置してアレーアンテナを構成しても、グレーティングローブを解消し、放射パターンが良好なアレーアンテナ装置を得ることができる。
【００５４】
実施の形態５．
本発明の実施の形態５によるアレーアンテナ装置について説明する。
図８は本発明の実施の形態５による４素子アレーアンテナの構成を示す分解斜視図である。
なお、本発明の構成を簡単に示すため、本実施の形態５は、直交二偏波とする。
本実施の形態５の構成は、前記実施の形態４と同様であるが、アンテナ底部から、第１の励振回路１１０、第２の励振回路１２０への接続に導波管を用いることが異なる。
なお、本図は、４素子をサブアレーの単位とし、これら４素子に対してストリップ線路を用いた場合の例であるが、より多くの素子に対してストリップ線路を用いて給電してもよいし、サブアレーを複数配置してアンテナ全体を構成してもよい。
整合素子部１４０、第３のキャビティ部１５０の構造は、前記実施の形態４と同様であるので省略する。
【００５５】
第１のキャビティ部１０１の２つの扁平な穴は貫通孔であり、アンテナ底部からの導波管である。
【００５６】
グランド層１１５，１１６，１２５には、この導波管に対応した貫通孔を有する。
【００５７】
第１の励振回路１１０の誘電体基板１１１に、導波管と同様の構造を与えるため、導波管形状に沿って金属のスルーホール１１９ａ，１１９ｂを配置し、導波管側壁とする。
また、第１の伝送線路１１８は、スルーホール１１９ａと接続される。
第１の励振回路１１０のｘ−ｙ面の詳細を図９に示す。
図中の右側の扁平な長方形を形成するスルーホール１１９ａは、第１の励振回路１１０に対応する導波管構造である。
図中の中央の扁平な長方形を形成するスルーホール１１９ｂは、第２の励振回路１２０に対応する導波管構造であり、第１の励振回路１１０は通過する。
【００５８】
第２の励振回路１２０の誘電体基板１２１に導波管と同様の構造を与えるため、導波管形状に沿って金属のスルーホール１１９ｂを配置し、導波管側壁とする。
また、第２の伝送線路１２８は、スルーホール１１９ｂと接続される。
【００５９】
第２のキャビティ部１３０の２つの扁平な穴は、導波管のバックショート部であり、グランド層１４４で閉じられる。
なお、誘電体基板１４１に導波管形状に沿ったスルーホールを設け、グランド層１４４を通過させ、グランド層１４３で閉じてもよい。
【００６０】
図８のＣ−Ｃ´断面図を図１０に示す。
第２のキャビティ部１３０の径ｄ２は、第３のキャビティ部１５０の径ｄ３よりも小さいものとする。
図の中央がアンテナ底部からの導波管構造である。
【００６１】
素子間隔ｄ０は、前記実施の形態４と同じであり、素子間隔がｆｈにおいて１波長を超過せず、アンテナを密に配置したアレーアンテナを構成できる。
さらに、アンテナ底部からの導波管のショート面を整合素子部１４０のグランド層１４４とすることで、ショート面を形成するための新たな加工が不要となり、構造を簡単にできる。
以上により、広帯域、かつ、直交偏波対応で、かつ、アンテナ間にストリップ線路を配置してアレーアンテナを構成しても、グレーティングローブを解消し、放射パターンが良好で、構造が簡単なアレーアンテナ装置を得ることができる。
【００６２】
以上により、本実施の形態５によれば、前記実施の形態４の構成において、アンテナ底部から、第１の励振回路１１０、第２の励振回路１２０への接続に導波管を用いるように構成したので、広帯域で使用可能、かつ、直交偏波対応で両偏波の特性を個々に改善でき、かつ、アンテナ間にストリップ線路を配置してアレーアンテナを構成しても、グレーティングローブを解消し、放射パターンが良好で、構造が簡単なアレーアンテナ装置を得ることができる。
【００６３】
実施の形態６．
本発明の実施の形態６によるアンテナ装置について説明する。
図１１は本発明の実施の形態６によるアンテナの構成を示す分解斜視図である。
なお、本発明の構成を簡単に示すため、本実施の形態６は、直交二偏波とする。
本実施の形態６の構成は、前記実施の形態３と同様であるが、アンテナ底部から、第１の励振回路１０、第２の励振回路２０への接続に導波管を用いることが異なる。また、伝送線路の配線に特徴を有する。
整合素子部４０、第３のキャビティ部５０の構造は、前記実施の形態３と同様であるので省略する。
【００６４】
第１のキャビティ部１の２つの扁平な穴は貫通孔であり、アンテナ底部からの導波管である。
【００６５】
グランド層１５，１６，２５には、この導波管に対応した貫通孔を有する。
【００６６】
第１の励振回路１０の誘電体基板１１に、導波管と同様の構造を与えるため、導波管形状に沿って金属のスルーホール１９ａ，１９ｂを配置し、導波管側壁とする。
第１の励振回路１０のｘ−ｙ面の詳細を図１２に示す。
図中の右側の扁平な長方形を形成するスルーホール１９ａは、第１の励振回路１０に対応する導波管構造（第１の導波管部）である。
図中の下部の扁平な長方形を形成するスルーホール１９ｂは、第２の励振回路２０に対応する導波管構造（第２の導波管部）であり、この部分の信号は第１の励振回路１０を通過する。
【００６７】
図１２を参照して、本実施の形態６の特徴である伝送線路の配線について説明する。
互いに対向する第１の給電プローブ（第３の給電プローブ）１７ａおよび第１の給電プローブ（第４の給電プローブ）１７ｂに、第１の伝送線路（第３の伝送線路）１８ａおよび第１の伝送線路（第４の伝送線路）１８ｂの一端部がそれぞれ直接接続されている。第１の伝送線路１８ａ，１８ｂの他端部は、導波管部を構成するスルーホール１９ａの互いに対向する部位に接続されている。
ここで、第１の伝送線路１８ａ，１８ｂは、周波数に対する位相特性（いわゆる「位相の周波数特性」）が同等の特性を有し、かつ電気特性が同等の特性を有しており、信号の位相が周波数に依らず互いに逆相となっている。これにより、第１の給電プローブ１７ａ，１７ｂは周波数に依らず互いに逆相で励振される。
【００６８】
第２の励振回路２０は、第１の励振回路１０とｘ−ｙ面で９０°回転した構造である。
すなわち、第２の励振回路２０の誘電体基板２１に金属のスルーホール２９ａ，２９ｂを配置し、導波管側壁とする。互いに対向する第２の給電プローブ（第５の給電プローブ）２７ａおよび第２の給電プローブ（第６の給電プローブ）２７ｂに、第２の伝送線路（第５の伝送線路）２８ａおよび第２の伝送線路（第６の伝送線路）２８ｂの一端部がそれぞれ直接接続されている。第２の伝送線路２８ａ，２８ｂの他端部は、スルーホール２９ｂの互いに対向する部位に接続されている。
【００６９】
第２のキャビティ部３０の２つの扁平な穴は、導波管のバックショート部であり、上面で閉じた非貫通穴となっている。
なお、この穴は第２のキャビティ部３０を貫通してグランド層４４で閉じてもよい。また、誘電体基板４１に導波管形状に沿ったスルーホールを設け、グランド層４４を通過させてグランド層４３で閉じてもよい。さらに、第１の励振回路１０に対応する導波管構造に対しては穴を設けず、グランド層２５で閉じてもよい。
【００７０】
以上により、互いに対向する第１の給電プローブ１７ａ，１７ｂが周波数に依らず互いに逆相で励振され、かつ互いに対向する第２の給電プローブ２７ａ，２７ｂが周波数に依らず互いに逆相で励振されることで、導波管部を基準とした反射を抑制することができる。また、第１の給電プローブ１７ａ，１７ｂと第２の給電プローブ２７ａ，２７ｂ間の結合が相殺されるため、偏波間の結合を低減することができる。
【００７１】
以上により、本実施の形態６によれば、前記実施の形態３の構成において、アンテナ底部から、第１の励振回路１０、第２の励振回路２０への接続に導波管を用い、かつ、第１の給電プローブ１７ａ，１７ｂを周波数に依らずに互いに逆相で励振し、第２の給電プローブ２７ａ，２７ｂを周波数に依らずに互いに逆相で励振するように伝送線路を構成した。これにより、広帯域で使用可能であり、かつ、直交偏波に対応して両偏波の特性を個々に改善可能で、小型に構成可能で、さらに偏波間の結合を低減したアンテナ装置を得ることができる。
【００７２】
実施の形態７．
本発明の実施の形態７によるアレーアンテナ装置について説明する。
図１３は、本発明の実施の形態７による４素子アレーアンテナの構成を示す分解斜視図である。
なお、本発明の構成を簡単に示すため、本実施の形態７は、直交二偏波とする。
本実施の形態７の構成は、前記実施の形態５と同様であるが、導波管の配置および伝送線路の配線が異なる。
なお、本図は４素子をサブアレーの単位とし、これら４素子に対してストリップ線路を用いた構成を示しているが、より多くの素子に対してストリップ線路を用いて給電してもよいし、このサブアレーをさらに複数配置してアレーアンテナを構成してもよい。
整合素子部１４０、第３のキャビティ部１５０の構造は、前記実施の形態５と同様であるので省略する。
【００７３】
第１の励振回路１１０のｘ−ｙ面の詳細を図１４に示す。
図中の右側の扁平な長方形を形成するスルーホール１１９ａは、第１の励振回路１１０に対応する導波管構造（第１の導波管部）である。
図中の下部の扁平な長方形を形成するスルーホール１１９ｂは、第２の励振回路１２０に対応する導波管構造（第２の導波管部）であり、この部分の信号は第１の励振回路１１０を通過する。
【００７４】
図１４を参照して、本実施の形態７の特徴である伝送線路の配線について説明する。
各素子の第１の給電プローブ（第３の給電プローブ）１１７ａに、第１の伝送線路（第３の伝送線路）１１８ａの一端部が分岐してそれぞれ直接接続されている。また、各素子の対向する第１の給電プローブ（第４の給電プローブ）１１７ｂに、第１の伝送線路（第４の伝送線路）１１８ｂの一端部が分岐してそれぞれ直接接続されている。第１の伝送線路１１８ａ，１１８ｂの他端部は、導波管部を構成するスルーホール１１９ａの互いに対向する部位に接続されている。
ここで、スルーホール１１９ａから各素子の第１の給電プローブ１１７ａまでの第１の伝送線路１１８ａは、周波数に対する位相特性が同等に構成され、かつ電気特性が同等に構成されている。また、スルーホール１１９ａから各素子の第１の給電プローブ１１７ｂまでの第１の伝送線路１１８ｂは、周波数に対する位相特性が同等に構成され、かつ電気特性が同等に構成されている。さらに、スルーホール１１９ａからそれぞれの第１の給電プローブ１１７ａまでの第１の伝送線路１１８ａと、対向する第１の給電プローブ１１７ｂまでの第１の伝送線路１１８ｂとは、周波数に対する位相特性が同等に構成され、かつ電気特性が同等に構成されており、信号の位相が周波数に依らず互いに逆相となっている。これにより、第１の給電プローブ１１７ａ，１１７ｂは周波数に依らず互いに逆相で励振される。
なお、伝送線路の電気特性を合わせるために、第１の伝送線路１１８ａ，１１８ｂは等しい長さで配線される。また、電磁界シミュレーションを用いるなどして位相特性を微調整してもよい。
【００７５】
第２の励振回路１２０は、第１の励振回路１１０とｘ−ｙ面で９０°回転した構造である。
すなわち、第２の励振回路１２０の誘電体基板１２１に金属のスルーホール１２９ａ，１２９ｂを配置し、導波管側壁とする。各素子の第２の給電プローブ（第５の給電プローブ）１２７ａに、第２の伝送線路（第５の伝送線路）１２８ａの一端部が分岐してそれぞれ直接接続されている。また、各素子の対向する第２の給電プローブ（第６の給電プローブ）１２７ｂに、第２の伝送線路（第６の伝送線路）１２８ｂの一端部が分岐してそれぞれ直接接続されている。第２の伝送線路１２８ａ，１２８ｂの他端部は、導波管部を構成するスルーホール１２９ｂの互いに対向する部位に接続されている。
【００７６】
以上により、互いに対向する第１の給電プローブ１１７ａ，１１７ｂが周波数に依らず互いに逆相で励振され、互いに対向する第２の給電プローブ１２７ａ，１２７ｂが周波数に依らず互いに逆相で励振されることで、導波管部を基準とした反射を抑制することができる。また、第１の給電プローブ１１７ａ，１１７ｂと第２の給電プローブ１２７ａ，１２７ｂ間の結合が相殺されるため、偏波間の結合を低減することができる。
【００７７】
以上により、本実施の形態７によれば、前記実施の形態５の構成において、アンテナ底部から、第１の励振回路１１０、第２の励振回路１２０への接続に導波管を用い、かつ、第１の給電プローブ１１７ａ，１１７ｂが周波数に依らず互いに逆相で励振し、第２の給電プローブ１２７ａ，１２７ｂが周波数に依らず互いに逆相で励振するように伝送線路を構成した。これにより、広帯域で使用可能であり、かつ、直交偏波に対応して両偏波の特性を個々に改善可能で、アンテナ間にストリップ線路を配置してアレーアンテナを構成してもグレーティングローブを解消でき、放射パターンが良好で、構造が簡単で、さらに偏波間の結合を低減したアレーアンテナ装置を得ることができる。
【００７８】
なお、図１５に示すように、第１の励振回路１１０を第３の励振回路１１０ａと第４の励振回路１１０ｂとの２層に分けるとともに、この２層間にグランド層１１０ｃを設け、第３の励振回路１１０ａに第１の給電プローブ１１７ａおよび第１の伝送線路１１８ａを配置し、第４の励振回路１１０ｂに第１の給電プローブ１１７ｂおよび第１の伝送線路１１８ｂを配置してもよい。
同様に、第２の励振回路１２０を第５の励振回路１２０ａと第６の励振回路１２０ｂとの２層に分けるとともに、この２層間にグランド層１２０ｃを設け、第５の励振回路１２０ａに第２の給電プローブ１２７ａおよび第２の伝送線路１２８ａを配置し、第６の励振回路１２０ｂに第２の給電プローブ１２７ｂおよび第２の伝送線路１２８ｂを配置して、合計４層の励振回路を用いてもよい。
【００７９】
また、図１６に示すように、第１の給電プローブ１１７ａ，１１７ｂをグランド層１１０ｃに配置し、第１の伝送線路１１８ａ，１１８ｂとスルーホール１１２を介して接続してもよい。
同様に、第２の給電プローブ１２７ａ，１２７ｂをグランド層１２０ｃに配置し、第２の伝送線路１２８ａ，１２８ｂとスルーホール１１２を介して接続してもよい。
【００８０】
なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００８１】
この発明に係るアンテナ装置は、第１の励振回路の上方に、導体からなる第１の整合素子を備え、キャビティを小型化しても反射特性を改善できるので、衛星通信および地上無線通信等に用いるのに適している。
【符号の説明】
【００８２】
１，１０１  第１のキャビティ部、１０，１１０  第１の励振回路、１１０ａ  第３の励振回路、１１０ｂ  第４の励振回路、１１，２１，１１１，１２１  誘電体基板、１２，１９ａ，１９ｂ，４２，１１２，１４２，１１９ａ，１１９ｂ  スルーホール、１３，１７，１７ａ，１７ｂ，１１７，１１７ａ，１１７ｂ  第１の給電プローブ、１４，１８，１８ａ，１８ｂ，１１８，１１８ａ，１１８ｂ  第１の伝送線路、１５，１６，２５，４３，４４，１１０ｃ，１１５，１１６，１２０ｃ，１２５，１４３，１４４  グランド層、２０，１２０  第２の励振回路、１２０ａ  第５の励振回路、１２０ｂ  第６の励振回路、２７，２７ａ，２７ｂ，１２７，１２７ａ，１２７ｂ  第２の給電プローブ、２８，２８ａ，２８ｂ，１２８，１２８ａ，１２８ｂ  第２の伝送線路、３０，１３０  第２のキャビティ部（放射部、下部放射部）、４０，１４０  整合素子部、４１  誘電体基板（整合素子用誘電体基板）、４５，４７，１４７  整合素子（第１の整合素子）、４６，１４６  整合素子（第２の整合素子）、５０，１５０  第３のキャビティ部（放射部、上部放射部）。
【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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