(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
進行波が伝搬する給電線路と、上記進行波により励振される放射素子とが誘電体基板上に形成され、上記放射素子は、主偏波を放射するための放射部と、上記放射部から交差偏波方向に延びるオープンスタブとを有し、
上記オープンスタブは、上記進行波の（２ｎ＋１）／４波長（ｎは整数）に略一致するスタブ長を有することを特徴とする進行波励振アンテナ。
【請求項２】
上記オープンスタブは、上記放射部の主偏波方向の略中央に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の進行波励振アンテナ。
【請求項３】
給電点が形成された誘電体基板と、
上記誘電体基板上に形成され、一端が上記給電点に接続された略直線状のマイクロストリップ線路からなる給電線路と、
上記給電線路を伝搬する進行波により励振される放射素子とを備えた平面アンテナにおいて、
上記放射素子は、主偏波方向が上記給電線路に対して角度を有し、その一頂点から給電される略矩形のストリップ片からなる放射部と、
上記放射部から交差偏波方向へ延びるストリップ片からなるオープンスタブとを有し、
上記放射素子は、上記進行波の（２ｎ＋１）／２波長（ｎは整数）に略一致する素子長を有し、
上記オープンスタブは、上記進行波の略（２ｍ＋１）／４波長（ｍは整数）に略一致するスタブ長を有することを特徴とする平面アンテナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、進行波励振アンテナ及び平面アンテナに係り、更に詳しくは、給電線路を伝搬する進行波により励振される放射素子を備えた進行波励振アンテナ、例えば、マイクロ波やミリ波を送受信するマイクロストリップアンテナなどの平面アンテナの改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車の周辺環境を監視するための車載レーダとして、ミリ波レーダが実用化されつつある。ミリ波レーダは、レーダ信号として波長１〜１０ｍｍのミリ波を用いており、比較的分解能の高いレーダ装置を実現することができる。また、ミリ波レーダは、送受信アンテナとして、装置の小型軽量化が容易であり、コスト低減効果も大きいマイクロストリップアンテナを採用することができる。このような事情から、車載用ミリ波レーダに用いられるマイクロストリップアンテナについて、種々の提案がなされている（例えば、特許文献１）。
【０００３】
図２１は、従来の平面アンテナ１０３の一構成例を示した図である。この平面アンテナ１０３は、進行波を伝搬させる直線状の給電線路２１と、当該進行波によって励振される略矩形の放射素子２２Ｐとが、誘電体基板上に形成されたミリ波用のマイクロストリップアンテナである。放射素子２２Ｐは、素子長Ｌａをλｇ／２（λｇは進行波の波長）に略一致させるとともに、素子長Ｌａの方向が、給電線路２１に対し、傾くように配置している。例えば、偏波面が給電線路２１に対し４５°傾いた直線偏波を放射することができる。
【０００４】
しかしながら、この平面アンテナ１０３では、放射素子２２Ｐの一頂点が給電線路２１に接続され、当該頂点を介して給電されるため、素子幅Ｌｂがλｇ／２に近づくと、縮退モードが発生するという問題があった。すなわち、素子幅Ｌｂがλｇ／２に近づくと、素子長Ｌａの方向を偏波面とする主偏波だけでなく、素子幅Ｌｂの方向を偏波面とする交差偏波も放射されるようになる。このため、平面アンテナ１０３からの放射波は、主偏波及び交差偏波の合成波となり、その偏波面は素子長Ｌａの方向と一致しなくなるという問題があった。
【０００５】
そこで、素子幅Ｌｂをλｇ／２から遠ざけることにより、この様な縮退モードの発生を抑制することが考えられる。例えば、素子幅Ｌｂをλｇ／２よりも十分に小さい値にすれば、交差偏波成分は無視することができる。しかしながら、放射素子２２Ｐによる放射電力は、給電線路２１及び放射素子２２Ｐのインピーダンス比で決まり、放射素子２２Ｐのインピーダンスは、素子幅Ｌｂで決まる。このため、交差偏波を抑制するために素子幅Ｌｂを変更すれば、それに応じて、放射素子２２Ｐの放射電力も変化し、所望の放射分布を得ることができなくなるため、マイクロストリップアンテナの最適設計を行うことが難しいという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−４４７５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、進行波励振アンテナによる交差偏波の放射を抑制し、進行波励振アンテナの交差偏波識別度を向上させることを目的とする。特に、放射素子の素子幅を変更することなく、交差偏波の放射を抑制することができる進行波励振アンテナを提供することを目的とする。また、高効率の進行波励振アンテナを提供することを目的とする。
【０００８】
また、給電線路に対し主偏波方向を傾斜させた平面アンテナにおいて、交差偏波の放射を抑制し、進行波励振アンテナの交差偏波識別度を向上させることを目的とする。特に、放射素子の素子幅を変更することなく、交差偏波の放射を抑制することができる平面アンテナを提供することを目的とする。また、高効率の平面アンテナ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】
【０００９】
第１の本発明による進行波励振アンテナは、進行波が伝搬する給電線路と、上記進行波により励振される放射素子とが誘電体基板上に形成され、上記放射素子は、主偏波を放射するための放射部と、上記放射部から交差偏波方向に延びるオープンスタブとを有し、上記オープンスタブは、上記進行波の（２ｎ＋１）／４波長（ｎは整数）に略一致するスタブ長を有する。
【００１０】
この様な構成により、放射部の素子幅、つまり、交差偏波方向の長さを変更することなく、放射素子による交差偏波の放射を抑制し、交差偏波識別度を向上させることができる。従って、交差偏波識別度を顕著に劣化させることなく、所望の素子幅を有する放射素子を実現することができる。このような放射素子を用いることにより、進行波励振アンテナの最適設計を行うことが可能になり、高効率の進行波励振アンテナを実現することができる。
【００１１】
一般に、放射部の素子幅が進行波の（２ｎ＋１）／２波長に近づけば、放射素子から交差偏波が放射され易くなる。この様な場合であっても、オープンスタブのスタブ長を（２ｎ＋１）／４波長にすれば、素子幅及びスタブ長からなる交差偏波方向の共振長を（２ｎ＋１）／４波長に略一致させ、交差偏波を抑制することができる。つまり、交差偏波が放射され易い条件下において、交差偏波の放射を効果的に抑制することができる。このため、放射部の素子幅にかかわらず、所定の交差偏波識別度を確保することができる。
【００１２】
第２の本発明による進行波励振アンテナは、上記構成に加えて、上記オープンスタブが、上記放射部の主偏波方向の略中央に配置されている。放射素子は、主偏波方向の略中央に電界定在波の節が現れ、電界強度が最も小さくなる。このため、オープンスタブを主偏波方向の略中央に配置することにより、交差偏波の放射を効果的に抑制し、交差偏波識別度を向上させることができる。
【００１３】
第３の本発明による平面アンテナは、給電点が形成された誘電体基板と、上記誘電体基板上に形成され、一端が上記給電点に接続された略直線状のマイクロストリップ線路からなる給電線路と、上記給電線路を伝搬する進行波により励振される放射素子とを備えた平面アンテナにおいて、上記放射素子は、主偏波方向が上記給電線路に対して角度を有し、その一頂点から給電される略矩形のストリップ片からなる放射部と、上記放射部から交差偏波方向へ延びるストリップ片からなるオープンスタブとを有し、上記放射素子は、上記進行波の（２ｎ＋１）／２波長（ｎは整数）に略一致する素子長を有し、上記オープンスタブは、上記進行波の略（２ｍ＋１）／４波長（ｍは整数）に略一致するスタブ長を有する。
【００１４】
この様な構成により、放射部の素子幅を変更することなく、放射素子による交差偏波の放射を抑制し、交差偏波識別度を向上させることができる。従って、このような放射素子を用いることにより、給電線路に対し主偏波の偏波面を傾斜させた平面アンテナの最適設計を行うことが可能になり、高効率の平面アンテナを実現することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明による進行波励振アンテナは、進行波により励振される放射素子が、主偏波を放射する放射部と、交差偏波方向に延びるオープンスタブを有する。このため、オープンスタブにより、交差偏波の放射を抑制することができる。このため、放射部の素子幅を変更することなく、放射素子による交差偏波の放射を抑制することができる。このような放射素子を用いることにより、進行波励振アンテナの最適設計を行うことが可能になり、高効率の進行波励振アンテナを実現することができる。
【００１７】
特に、オープンスタブのスタブ長を進行波の（２ｎ＋１）／４波長に略一致させることにより、放射部の素子幅にかかわらず、所定の交差偏波識別度を確保することができる。
【００１８】
また、本発明による平面アンテナは、放射素子が、主偏波方向が上記給電線路に対して角度を有し、その一頂点から給電される略矩形のストリップ片からなる放射部と、上記放射部から交差偏波方向へ延びるストリップ片からなるオープンスタブとを有する。このため、放射部の素子幅を変更することなく、放射素子による交差偏波の放射を抑制し、交差偏波識別度を向上させることができる。従って、このような放射素子を用いることにより、給電線路に対し主偏波の偏波面を傾斜させた平面アンテナの最適設計を行うことが可能になり、高効率の平面アンテナを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施の形態１による平面アンテナ１００の一構成例を示した斜視図である。
【図２】図１の平面アンテナ１００の要部を拡大して示した平面図である。
【図３】図２のオープンスタブ２２Ｂを用いて交偏波差を抑制する方法についての説明図である。
【図４】図２の放射素子２２の指向特性の一例を示した図である。
【図５】比較例となる放射素子の指向特性を示した図である。
【図６】図２の放射素子２２におけるスタブ幅と交差偏波識別度との関係を示した図である。
【図７】図２のオープンスタブ２２Ｂの配置の一例を示した図である。
【図８】図２のオープンスタブ２２Ｂの位置と交差偏波識別度との関係を示した図である。
【図９】本実施の形態による平面アンテナ１０１の一構成例を示した図である。
【図１０】本実施の形態による平面アンテナ１０２の一構成例を示した図である。
【図１１】図９の平面アンテナ１０１の指向特性の一例を示した図である。
【図１２】比較例となる平面アンテナの指向特性を示した図である。
【図１３】図１０の平面アンテナ１０２の指向特性の一例を示した図である。
【図１４】比較例となる平面アンテナの指向特性を示した図である。
【図１５】本発明による放射素子２２の他の構成例を示した図である。
【図１６】本発明による放射素子２２の他の構成例を示した図である。
【図１７】本発明による放射素子２２の更に他の構成例を示した図である。
【図１８】本発明の実施の形態２による平面アンテナを構成する放射素子２２の一構成例を示した図である。
【図１９】図１８のＣ−Ｃ切断線による放射素子２２の断面図である。
【図２０】本発明の実施の形態２による放射素子２２の他の構成例を示した図である。
【図２１】従来のマイクロストリップアンテナの要部の構成を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
実施の形態１．
＜平面アンテナ１００の構成＞
図１は、本発明の実施の形態１による平面アンテナ１００の一構成例を示した斜視図である。この平面アンテナ１００は、誘電体基板１の両面に導電層が形成されたマイクロストリップアンテナであり、放射素子２２にオープンスタブ２２Ｂを設けることにより、放射素子２２による交差偏波の放射を抑制し、交差偏波識別度を向上させている。
【００２１】
誘電体基板１は、無機繊維を含むフッ素樹脂からなる基板であり、平板状の略矩形に形成されている。誘電体基板１の前面には、導電性金属箔をエッチング加工することによって形成されたアンテナパターン２及び変換器パターン３が設けられている。また、誘電体基板１の背面には、概ね全面を覆う導電性金属からなる接地板４が設けられ、アンテナパターン２及び接地板４が誘電体基板１を挟んで互いに対向するように配置されている。
【００２２】
アンテナパターン２は、略直線状の給電線路２１と、当該給電線路２１に沿って配置された複数の放射素子２２と、給電線路２１を屈曲させた開放端に設けられた整合素子２３とからなる。
【００２３】
給電線路２１は、一定幅で延伸させた直線状の細長い形状からなり、その一端に給電点２０が形成され、他端には整合素子２３が接続されている。また、給電線路２１の両側辺に沿って、複数の放射素子２２が配設されている。整合素子２３は、給電線路２１の開放端において残留電力を反射させないように、給電線路２１の終端部に接続された周知の素子である。このような構成により、給電点２０から給電線路２１に供給された高周波は、整合素子２３に向かって給電線路２１を一方向に伝搬する進行波となる。
【００２４】
放射素子２２は、給電線路２１上を伝搬する進行波により励振され、当該進行波の電力を自由空間へ放射する素子である。つまり、平面アンテナ１００は、放射素子２２が進行波によって励振される進行波励振アンテナである。当該放射素子２２は、略矩形の放射部２２Ａと、放射部２２Ａから突出させた細長い形状からなるオープンスタブ２２Ｂとによって構成される。放射部２２Ａは、主偏波を放射するための周知の放射手段であり、このような放射部２２Ａに対し、オープンスタブ２２Ｂを設けることによって、偏波面が主偏波と直交する交差偏波の放射を抑制している。
【００２５】
また、各放射素子２２は、平面アンテナ１００が直線偏波のアレイアンテナを構成するように配置されている。すなわち、給電線路２１の同じ側辺に沿って形成された各放射素子２２は、互いに同じ方向を向き、かつ、波長λｇの整数倍の間隔となるように配置されている。また、給電線路２１の反対側の側辺に沿って形成された各放射素子２２は、互いに逆方向を向き、かつ、波長λｇ×（２ｎ＋１）／２の間隔（ｎは任意の整数。以下も同様）となるように配置されている。このため、全ての放射素子２２からの放射波は、いずれも自由空間において同位相で偏波面の揃った電磁波となり、平面アンテナ１００は直線偏波を放射することができる。なお、波長λｇは給電線路２１を伝搬する進行波の波長であり、平面アンテナ１００の設計周波数に相当する波長として予め定められた値である。
【００２６】
変換器パターン３は、導波管・マイクロストリップ線路変換器を構成する短絡板であり、誘電体基板１の背面と対向させた導波管（不図示）を終端させている。給電線路２１の一端は、この変換器パターン３の切り込み部内に形成されることにより、導波管と電磁気的に結合され、給電点２０となる。なお、図１では、導波管・マイクロストリップ線路変換器を備えた平面アンテナ１００の例を示したが、他の給電方法を採用することもできる。
【００２７】
＜放射素子２２の詳細＞
図２は、図１の平面アンテナ１００の要部を拡大して示した平面図である。図２を参照して、放射素子２２を構成する放射部２２Ａ及びオープンスタブ２２Ｂについて、以下に詳しく説明する。
【００２８】
放射部２２Ａは、素子長Ｌａ、素子幅Ｌｂを有する略矩形のストリップ片からなり、給電線路２１に対し傾けて配置され、その一頂点が給電線路２１に接続され、当該頂点を介して給電線路２１から給電される。本実施の形態では、放射部２２Ａの一頂点が、パターンとして給電線路２１と連結されているが、放射部２２Ａは、給電線路２１と電磁気的に接続されていればよく、パターンとして連結されていなくてもよい。
【００２９】
当該放射部２２Ａは、素子長Ｌａをλｇ／２×（２ｎ＋１）に略一致させることにより、波長λｇの進行波によって励振される。このとき、素子長Ｌａの方向が主偏波方向となるため、放射部２２Ａを給電線路２１に対し傾斜させて配置すれば、主偏波方向を給電線路２１に対し傾斜させることができる。本実施の形態では、素子長Ｌａを１．２３ｍｍとし、λｇ／２に略一致させるとともに、素子長Ｌａの方向が給電線路２１に対し４５°の角度をなすように放射部２２Ａを傾けて配置することにより、放射素子２２の主偏波方向が、給電線路２１に対し４５°の角度を有している。
【００３０】
素子幅Ｌｂは、放射素子２２に求められる放射効率に応じて決定される。放射素子２２のインピーダンスは、素子幅Ｌｂに応じた値となり、このインピーダンスに応じた励振振幅が得られる。このため、素子幅Ｌｂを制御することにより、放射素子２２の放射電力を制御することができる。要するに、素子幅Ｌｂを太くすれば、放射効率を増大させることができ、素子幅Ｌｂを細くすれば、放射効率を低減させることができる。本実施の形態では、素子幅Ｌｂが１．０５ｍｍであるものとする。
【００３１】
オープンスタブ２２Ｂは、一端が放射部２２Ａに接続され、他端が開放されたスタブであり、交差偏波方向に延びる細長い略矩形からなる。また、主偏波方向の略中央において、放射部２２Ａの周縁部と接続される。本実施の形態では、オープンスタブ２２Ｂの一端が、パターンとして放射部２２Ａと連結されているが、オープンスタブ２２Ｂは、放射部２２Ａと電磁気的に接続されていればよく、パターンとして連結されていなくてもよい。
【００３２】
当該オープンスタブ２２Ｂは、スタブ長Ｌｃをλｇ／４×（２ｎ＋１）に略一致させることにより、放射部２２Ａによる交差偏波の放射を抑制し、交差偏波識別度を改善している。本実施の形態では、スタブ長Ｌｃを０．６２ｍｍとし、λｇ／４に略一致させている。また、スタブ幅Ｌｄは０．２０ｍｍであるものとする。
【００３３】
放射部２２Ａの素子幅Ｌｂがλｇ／２に比べて十分に小さい値であれば、放射部２２Ａが放射する交差偏波成分は、主偏波成分に比べて十分に小さく、高い交差偏波識別度が得られる。しかしながら、素子幅Ｌｂがλｇ／２に近づくと、交差偏波成分の影響を無視することができなくなる。このような場合であっても、スタブ長Ｌｃがλｇ／４に略一致するオープンスタブ２２Ｂを設けることにより、放射部２２Ａ及びオープンスタブ２２Ｂからなる交差偏波方向の共振長をλｇ×３／４に略一致させることができる。このため、交差偏波成分を抑制することができる。
【００３４】
図３は、図２のオープンスタブ２２Ｂを用いて交差偏波を抑制する方法についての説明図である。図中の（ｂ）及び（ｃ）は、（ａ）に示したＬａ＝Ｌｂ＝λｇ／２、Ｌｃ＝λｇ／４の放射素子２２における電界強度分布を模式的に示した図であり、（ｂ）には、Ａ−Ａ方向の電界強度分布、（ｃ）には、Ｂ−Ｂ方向の電界強度分布が示されている。いずれも横軸に放射素子２２の給電端からの距離、縦軸に電界強度をとって、一次元の電界強度分布が模式的に示されている。
【００３５】
素子長Ｌａがλｇ／２に一致していれば、Ａ−Ａ方向が主偏波方向となる。つまり、放射部２２ＡのＡ−Ａ方向では、中央が電界定在波の節となり、給電端及び開放端がいずれも電界定在波の腹となる電界強度分布が形成され、主偏波方向を偏波面とする電波が放射される。
【００３６】
同様にして、素子幅Ｌｂがλｇ／２に一致していれば、Ｂ−Ｂ方向についても、放射部２２Ａの中央が電界定在波の節となり、両端が電界定在波の腹となる電界分布が形成される。しかしながら、放射部２２Ａの開放端にスタブ長λｇ／４のオープンスタブ２２Ｂを追加することにより、給電側から開放端までの距離がλｇ×３／４となり、開放端に電界定在波の節が現れる。このため、交差偏波方向を偏波面とする電波の放射を抑制することができる。
【００３７】
＜放射素子２２の指向特性＞
図４は、図２の放射素子２２の指向特性の一例を示した図であり、単体の放射素子２２から放射される主偏波及び交差偏波の各利得について、給電線路２１の延伸方向に関する指向特性をシミュレーションにより求めた結果が示されている。縦軸の利得は、正面方向における主偏波の利得によって正規化して示されており、横軸の垂直角度は、給電線路２１が鉛直方向となるように平面アンテナを配置した場合における上下方向の角度である。また、シミュレーションに用いた放射素子２２は、素子長Ｌａ＝１．２３ｍｍ、素子幅Ｌｂ＝１．０５ｍｍ、スタブ長Ｌｃ＝０．６２ｍｍであり、主偏波方向は給電線路２１に対し４５°の角度を有しているものとする。
【００３８】
図５は、比較例となる放射素子の指向特性を示した図であり、図２の放射素子２２と比べ、オープンスタブ２２Ｂを有しない点のみが異なる従来の放射素子について、主偏波及び交差偏波の指向特性が、図４と同様に示されている。
【００３９】
交差偏波識別度は、主偏波成分及び交差偏波成分の比として与えられる。正面方向における交差偏波識別度は、図４の本実施の形態による放射素子２２では２４．４ｄＢになっているのに対し、図５の従来の放射素子では１１．７ｄＢである。このため、オープンスタブ２２Ｂを設けることにより、交差偏波の放射が抑制され、交差偏波識別度が大幅に改善されていることがわかる。
【００４０】
＜オープンスタブ２２Ｂの幅＞
図６は、図２の放射素子２２におけるスタブ幅Ｌｄと交差偏波識別度との関係を示した図であり、単体の放射素子２２について、略矩形からなるオープンスタブ２２Ｂのスタブ幅Ｌｄを０．１ｍｍ〜１．２３ｍｍにした場合における交差偏波識別度をシミュレーションにより求めた結果が示されている。なお、太さ１．２３ｍｍの場合、スタブ幅Ｌｄが素子長Ｌａと一致しているため、もはやオープンスタブ２２Ｂを設けた構成とはいえず、従来の放射素子に相当する。
【００４１】
０．９ｍｍ以下の範囲では、スタブ幅Ｌｄが太くなるのに従って交差偏波識別度も増大するのに対し、０．９ｍｍ以上の範囲では、スタブ幅Ｌｄが太くなるのに従って、交差偏波識別度が減少している。つまり、スタブ幅Ｌｄが約０．９ｍｍのときに、交差偏波識別度が極大化する。特に、スタブ幅Ｌｄがλｇ／４以上かつλｇ／２未満の範囲において、特に良好な交差偏波識別度が得られることがわかる。
【００４２】
ここで、オープンスタブ２２Ｂを設けることなく、交差偏波識別度を改善しようとすれば、放射部２２Ａの素子幅Ｌｂを広げて３／４λｇに略一致させることが考えられる。つまり、図中のスタブ幅Ｌｄが１．２３ｍｍの場合に相当する。この場合、スタブ幅０．１ｍｍ〜１．２ｍｍのオープンスタブ２２Ｂを設けた場合に比べ、低い交差偏波識別度しか得ることができない。また、放射幅を増大させることにより、放射素子２２のインピーダンスが増大し、放射効率を変化させてしまうという問題も生じる。これに対し、オープンスタブ２２Ｂを設ければ、放射素子２２のインピーダンスを顕著に変化させることなく、交差偏波成分を抑制することができる。なお、スタブ幅Ｌｄは、オープンスタブ２２Ｂが与える放射素子２２のインピーダンスへの影響と、交差偏波識別度への影響とを比較衡量し、放射部２２Ａの素子長Ｌａよりも短くなるように適宜決定される。
【００４３】
＜オープンスタブ２２Ｂの配置＞
図７は、図２のオープンスタブ２２Ｂの配置の一例を示した図であり、主偏波方向に関するオープンスタブ２２Ｂの位置を異ならせた例が示されている。図中の（ａ）には、図２と同様、オープンスタブ２２Ｂが、放射部２２Ａの主偏波方向の中央（基準位置）に配置されている場合が示されている。また、（ｂ）には、基準位置から給電端側に０．２ｍｍシフトさせた位置（＋０．２ｍｍ）に配置されている場合、（ｃ）には、基準位置から開放端側に０．２ｍｍシフトさせた位置（−０．２ｍｍ）に配置されている場合が示されている。ここでは、便宜上、オープンスタブ２２Ｂの位置を基準位置からのシフト量に符号を付して表すものとし、当該符号は、給電端側をプラス、開放端側をマイナスとしている。
【００４４】
図８は、図２のオープンスタブ２２Ｂの位置と交差偏波識別度との関係を示した図であり、単体の放射素子２２について、図７のように主偏波方向におけるオープンスタブ２２Ｂの位置を異ならせた場合における交差偏波識別度をシミュレーションにより求めた結果が示されている。この結果から、放射部２２Ａの主偏波方向の略中央に、オープンスタブ２２Ｂを配置すれば、良好な交差偏波識別度が得られることがわかる。
【００４５】
放射部２２Ａにおける主偏波方向の電界強度分布は、図３（ｂ）に示した通り、両端が電界定在波の腹になり、中央が電界定在波の節になる。このため、オープンスタブ２２Ｂを主偏波方向の略中央に配置することによって、交差偏波の放射を効果的に抑制することができると考えられる。
【００４６】
＜平面アンテナ１０１，１０２の特性＞
図９及び図１０は、本実施の形態による平面アンテナ１０１，１０２の一構成例を示した図である。図９の平面アンテナ１０１は、一対の給電線路２１Ａ，２１Ｂを備えたアレイアンテナである。各給電線路２１Ａ，２１Ｂは、給電点となる共通の変換器パターン３から互いに反対方向へ延び、その両側辺に沿って多数の放射素子２２がそれぞれ形成されている。また、開放端には整合素子２３がそれぞれ設けられている。
【００４７】
図１０の平面アンテナ１０２は、一対の給電線路群２１Ｘ，２１Ｙを備えたアレイアンテナである。各給電線路群２１Ｘ，２１Ｙは、給電点となる共通の変換器パターン３を挟んで配置されている。給電線路群２１Ｘは、互いに平行な複数の給電線路２１Ａからなり、給電線路群２１Ｙは、互いに平行な複数の給電線路２１Ｂからなる。また、給電線路２１Ａと給電線路２１Ｂは、互いに反対方向に延びている。つまり、図９の平面アンテナ１０１における給電線路２１Ａ，２１Ｂを複数の給電線路２１Ａ，２１Ｂに置き換えた構成を有している。ただし、放射素子２２は、各給電線路２１Ａ，２１Ｂの一方の側辺にしか形成されていない。
【００４８】
図１１は、図９の平面アンテナ１０１の指向特性の一例を示した図であり、平面アンテナ１０１から放射される主偏波及び交差偏波の各利得について、給電線路２１Ａ，２１Ｂの延伸方向に関する指向特性をシミュレーションにより求めた結果が示されている。横軸の垂直角度は、給電線路２１Ａ，２１Ｂが鉛直方向となるように平面アンテナ１０１を配置した場合における上下方向の角度である。この図から、正面方向における平面アンテナ１０１の交差偏波識別度は２７．３ｄＢであることがわかる。
【００４９】
図１２は、比較例となる平面アンテナの指向特性を示した図であり、図９の平面アンテナ１０１と比べて、放射素子２２がオープンスタブ２２Ｂを有しない点のみが異なる従来の平面アンテナについて、主偏波及び交差偏波の指向特性が、図１１と同様に示されている。この図では、正面方向における交差偏波識別度が１２．６ｄＢになっている。従って、図１１及び図１２の交差偏波識別度を比較すれば、図９の平面アンテナ１０１は、オープンスタブ２２Ｂを設けることによって、交差偏波が抑制され、交差偏波識別度が大幅に改善されていることがわかる。
【００５０】
図１３は、図１０の平面アンテナ１０２の指向特性の一例を示した図であり、平面アンテナ１０２から放射される主偏波及び交差偏波の各利得について、給電線路２１Ａ，２１Ｂの延伸方向に関する指向特性をシミュレーションにより求めた結果が示されている。横軸の垂直角度は、給電線路２１Ａ，２１Ｂが鉛直方向となるように平面アンテナ１０２を配置した場合における上下方向の角度である。この図から、正面方向における平面アンテナ１０２の交差偏波識別度が２１．０ｄＢであることがわかる。
【００５１】
図１４は、比較例となる平面アンテナの指向特性を示した図であり、図１０の平面アンテナ１０２と比べて、放射素子２２がオープンスタブ２２Ｂを有しない点のみが異なる従来の平面アンテナについて、主偏波及び交差偏波の指向特性が、図１３と同様に示されている。この図では、正面方向における交差偏波識別度が１６．３ｄＢになっている。従って、図１３及び図１４の交差偏波識別度を比較すれば、図１０の平面アンテナ１０２でも、オープンスタブ２２Ｂを設けることによって、交差偏波が抑制され、交差偏波識別度が大幅に改善されていることがわかる。
【００５２】
本実施の形態による平面アンテナ１００〜１０２は、進行波が伝搬する給電線路２１と、進行波により励振される放射素子２２とが誘電体基板１上に形成され、放射素子２２が、主偏波を放射するための放射部２２Ａと、放射部２２Ａから交差偏波方向に延びるオープンスタブ２２Ｂとを有している。この様な構成を採用することにより、放射部２２Ａの素子幅Ｌｂを変更することなく、放射素子２２による交差偏波の放射を抑制し、交差偏波識別度を向上させることができる。従って、交差偏波識別度を顕著に劣化させることなく、所望の素子幅Ｌｂを有する放射素子２２を実現することができる。また、このような放射素子２２を用いることにより、所望の放射分布を得ることができるので、平面アンテナの最適設計を行うことが可能になり、高効率の平面アンテナを実現することができる。
【００５３】
また、本実施の形態による平面アンテナ１００〜１０２は、オープンスタブ２２Ｂのスタブ長Ｌｃをλｇ／２×（２ｎ＋１）に略一致させている。このため、放射部２２Ａの素子幅Ｌｂが、λｇ／４×（２ｎ＋１）に略一致する場合であっても、素子幅Ｌｂ及びスタブ長Ｌｃからなる交差偏波方向の共振長をλｇ／４×（２ｎ＋１）に略一致させ、交差偏波を抑制することができる。このため、放射部２２Ａの素子幅Ｌｂを変更することなく、所定の交差偏波識別度を確保することができる。
【００５４】
なお、本実施の形態では、オープンスタブ２２Ｂが略矩形からなる場合の例について説明したが、本発明はこの様な場合のみに限定されない。すなわち、交差偏波方向に所定のスタブ長Ｌｃを有していれば、その形状は略矩形でなくてもよい。図１５は、本発明による放射素子２２の他の構成例を示した図である。図中の放射素子２２は、略三角形のオープンスタブ２２Ｂを備えているが、このような構成であっても、略矩形のオープンスタブ２２Ｂを備えている場合の同様の効果を得ることができる。
【００５５】
また、本実施の形態では、放射部２２Ａの交差偏波方向の開放端にオープンスタブ２２Ｂを設ける場合の例について説明したが、本発明はこの様な場合のみに限定されない。すなわち、交差偏波方向の給電端にオープンスタブ２２Ｂを設けることもできる。また、交差偏波方向の開放端及び給電端の両方にオープンスタブ２２Ｂを設けることもできる。図１６は、本発明による放射素子２２の他の構成例を示した図である。図中の放射素子２２は、交差偏波方向において放射部２２Ａを挟んで一対のオープンスタブ２２Ｂが形成され、給電端に設けられたオープンスタブ２２Ｂは、給電線路２１から離間して形成されている。図１７は、本発明による放射素子２２の更に他の構成例を示した図である。図中の放射素子２２は、図１６の場合と同様、放射部２２Ａを挟んで一対のオープンスタブ２２Ｂが形成されているが、給電端側のオープンスタブ２２Ｂのスタブ長が、図１６の場合よりも長い。このため、オープンスタブ２２Ｂが給電線路２１に接続されないように、給電線路２１を屈曲させ、両者を離間させている。図１６及び図１７のような構成であっても、２つのオープンスタブ２２Ｂの交差偏波方向の長さの和がλｇ／４×（２ｎ＋１）を満たしていれば、同様の効果を得ることができる。
【００５６】
また、本実施の形態では、オープンスタブ２２Ｂのスタブ長Ｌｃをλｇ／４×（２ｎ＋１）と略一致させる場合の例について説明した。このような構成を採用することにより、放射部２２Ａの素子幅Ｌｂにかかわらず、交差偏波を抑制することができる。しかしながら、本発明は、この様な場合のみに限定されない。例えば、素子幅Ｌｂ及びスタブ長Ｌｃからなる交差偏波方向の長さがλｇ／４×（２ｎ＋１）と略一致するように、オープンスタブ２２Ｂの長さを定めることもできる。つまり、素子幅Ｌｂに応じて、スタブ長Ｌｃを定めることもできる。
【００５７】
また、上記実施の形態では、平面アンテナ１００〜１０２を構成する全ての放射素子２２がオープンスタブ２２Ｂを備えている場合の例について説明したが、本発明は、このような場合のみに限定されない。例えば、互いに素子幅Ｌｂが異なる放射素子２２が形成されている平面アンテナの場合、素子幅Ｌｂがλ／２×（２ｎ＋１）に近いために、交差偏波を放射しやすい一部の放射素子２２のみに対し、オープンスタブ２２Ｂを設けることもできる。
【００５８】
実施の形態２．
実施の形態１では、交差偏波方向に延びるオープンスタブ２２Ｂを有する放射素子２２を用いることにより、交差偏波を抑制する平面アンテナ１００〜１０２について説明した。これに対し、本実施の形態では、交差偏波方向の一端にショートスタブ２２Ｃを有する放射素子２２を用いることにより、交差偏波を抑制する平面アンテナについて説明する。
【００５９】
図１８は、本発明の実施の形態２による平面アンテナを構成する放射素子２２の一構成例を示した図である。また、図１９は、図１８のＣ−Ｃ切断線による放射素子２２の断面図である。本実施の形態による放射素子２２は、図２の放射素子と比較すれば、オープンスタブ２２Ｂに代えて、ショートスタブ２２Ｃが設けられている点で異なる。
【００６０】
この放射素子２２は、略矩形の放射部２２Ａと、放射部２２Ａの周縁部に形成されたショートスタブ２２Ｃとにより構成される。放射部２２Ａは、図２に示したものと同様であるため、重複する説明を省略する。ショートスタブ２２Ｃは、放射部２２Ａの交差偏波方向の一端であって、主偏波方向の略中央に形成されたスルーホールからなる。このスルーホールは、誘電体基板１に形成された貫通孔に導電性材金属を充填することにより形成され、放射部２２Ａと、誘電体基板１の背面に形成された接地板４とを電気的に導通させている。
【００６１】
放射素子２２の交差偏波方向の一端にショートスタブ２２Ｃを形成すれば、当該一端の電界強度は接地レベルに固定される。このため、放射素子２２における交差偏波方向の電界強度分布は、一端が常に電界定在波の節となるような分布となり、交差偏波の放射を抑制することができる。なお、ショートスタブ２２Ｃが、主偏波の放射に悪影響を与えないようにするためには、ショートスタブ２２Ｃが、放射素子２２の主偏波方向の略中央に配置されている必要がある。
【００６２】
図２０は、本発明の実施の形態２による放射素子２２の他の構成例を示した図である。この放射素子２２は、実施の形態１の場合と同様にして、放射部２２Ａから交差偏波方向に延びるスタブが形成され、当該スタブの先端にショートスタブ２２Ｃが形成されている。
【００６３】
ショートスタブ２２Ｃを用いて交差偏波の放射を抑制するためには、ショートスタブ２２Ｃが、放射素子２２の交差偏波方向の一端に形成され、放射素子２２の交差偏波方向における電界強度分布の一端が電界定在波の節になっていればよい。このため、実施の形態１の場合と同様にして、放射部２２Ａから交差偏波方向に延びるスタブを形成し、その開放端にショートスタブ２２Ｃを設けても、同様の効果を得ることができる。
【符号の説明】
【００６４】
１００〜１０２  平面アンテナ
１  誘電体基板
２  アンテナパターン
３  変換器パターン
４  接地板
２０  給電点
２１，２１Ａ，２１Ｂ  給電線路
２１Ｘ，２１Ｙ  給電線路群
２２  放射素子
２２Ａ  放射部
２２Ｂ  オープンスタブ
２２Ｃ  ショートスタブ
２３  整合素子
Ｌａ  素子長
Ｌｃ  スタブ長
Ｌｄ  スタブ幅
λｇ  波長
【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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【図２１】
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