(57)【要約】【課題】給電端子間の相互結合により生じる交差偏波成分と、誘電率の異方性により生じる交差偏波成分とを相殺し、交差偏波の発生を抑制することのできるアンテナ装置を得る。【解決手段】板状の導体からなる地導体と、地導体の上面に形成され、地導体の上面に接する面における軸の方向の違いによって誘電率の異なる異方性誘電体基板と、誘電体基板の上面に形成され、第１の直線偏波と第１の直線偏波に直交する第２の直線偏波とを放射させるための第１および第２の給電端子を有し、板状の導体からなる給電パッチと、第１の給電端子に第１の給電信号を給電し、第２の給電端子に第２の給電信号を給電する給電手段とを備え、第１および第２の給電端子は、給電パッチの平面上の中心を通り誘電率が最小となる方向の軸に対して、互いに対称な位置に配置された。【選択図】　　　　図１
2004007038.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
板状の導体からなる地導体と、
前記地導体の上面に形成され、前記地導体の上面に接する面における軸の方向の違いによって誘電率の異なる異方性誘電体基板と、
前記誘電体基板の上面に形成され、第１の直線偏波と前記第１の直線偏波に直交する第２の直線偏波とを放射させるための第１および第２の給電端子を有し、板状の導体からなる給電パッチと、
前記第１の給電端子に第１の給電信号を給電し、前記第２の給電端子に第２の給電信号を給電する給電手段とを備え、
前記第１および第２の給電端子は、
前記給電パッチの平面上の中心を通り誘電率が最小となる方向の軸に対して、互いに対称な位置に配置されたことを特徴とするアンテナ装置。
【請求項２】
板状の導体からなる地導体と、
前記地導体の上面に形成された第１の誘電体基板と、
前記第１の誘電体基板の上面に形成され、第１の直線偏波と前記第１の直線偏波に直交する第２の直線偏波とを放射させるための第１および第２の給電端子を有し、板状の導体からなる給電パッチと、
前記給電パッチの上面に形成された第２の誘電体基板と、
前記第２の誘電体基板の上面に形成された板状の導体からなる無給電パッチと、
前記第１の給電端子に第１の給電信号を給電し、前記第２の給電端子に第２の給電信号を給電する給電手段とを備え、
前記第１および第２の誘電体基板の少なくとも一方は、平面上の軸の方向の違いによって誘電率の異なる異方性誘電体基板であり、
前記第１および第２の給電端子は、
前記給電パッチの平面上の中心を通り誘電率が最小となる方向の軸に対して、互いに対称な位置に配置されたことを特徴とするアンテナ装置。
【請求項３】
前記給電手段は、
前記第１の直線偏波と前記第２の直線偏波との位相差を９０度にする前記第１および第２の給電信号を出力することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のアンテナ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、主に通信、レーダ等に使用されるマイクロ波送受信用の平面アンテナを用いたアンテナ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図６は、例えば特開２０００−３１２１１２および特開平０６−２３２６２６に示された従来の２点給電型のマイクロストリップアンテナを用いたアンテナ装置の斜視図である。
【０００３】
図６において、アンテナ装置は、裏面に地導体２が形成された誘導体基板３上に、直線偏波である水平偏波を放射するための第１の給電端子４と、水平偏波に直交する垂直偏波を放射するための第２の給電端子５とを有する板状の導体からなる給電パッチ（導体パッチ）１が形成されている。
【０００４】
この第１の給電端子４は、誘電体基板３の中心を原点とするＸ−Ｙ面のＸ軸上に存在し、第２の給電端子５はＹ軸上に存在する。
【０００５】
第１の給電端子４および第２の給電端子５に接続した電力分配・合成回路２０は、第１の給電端子４および第２の給電端子５に給電する各無線信号（給電信号）の振幅と位相とのうち少なくとも一方を変化させるように制御し、Ｘ軸に平行な励振方向の直線偏波を有する電波と、Ｙ軸に平行な励振方向の直線偏波を有する電波との放射エリアを異ならせている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来のアンテナ装置は以上のように、一方の給電端子を励振した時に、給電端子間に相互結合が生じてしまい、他方の給電端子から不要な交差偏波が発生するという問題点があった。
【０００７】
また、誘電体基板３は射出等で成形されることがあるが、その場合、誘電率は方向性を持つために縮退分離が起こり、不要な交差偏波が発生するという問題点があった。
【０００８】
この発明は上記のような問題点を解決するためになされたもので、給電端子間の相互結合により生じる交差偏波成分と、誘電率の異方性により生じる交差偏波成分とを相殺し、交差偏波の発生を抑制することのできるアンテナ装置を得ることを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明に係るアンテナ装置は、板状の導体からなる地導体と、地導体の上面に形成され、地導体の上面に接する面における軸の方向の違いによって誘電率の異なる異方性誘電体基板と、誘電体基板の上面に形成され、第１の直線偏波と第１の直線偏波に直交する第２の直線偏波とを放射させるための第１および第２の給電端子を有し、板状の導体からなる給電パッチと、第１の給電端子に第１の給電信号を給電し、第２の給電端子に第２の給電信号を給電する給電手段とを備え、第１および第２の給電端子は、給電パッチの平面上の中心を通り誘電率が最小となる方向の軸に対して、互いに対称な位置に配置されたものである。
【００１０】
また、この発明に係るアンテナ装置は、板状の導体からなる地導体と、地導体の上面に形成された第１の誘電体基板と、第１の誘電体基板の上面に形成され、第１の直線偏波と第１の直線偏波に直交する第２の直線偏波とを放射させるための第１および第２の給電端子を有し、板状の導体からなる給電パッチと、給電パッチの上面に形成された第２の誘電体基板と、第２の誘電体基板の上面に形成された板状の導体からなる無給電パッチと、第１の給電端子に第１の給電信号を給電し、第２の給電端子に第２の給電信号を給電する給電手段とを備え、第１および第２の誘電体基板の少なくとも一方は、平面上の軸の方向の違いによって誘電率の異なる異方性誘電体基板であり、第１および第２の給電端子は、給電パッチの平面上の中心を通り誘電率が最小となる方向の軸に対して、互いに対称な位置に配置されたものである。
【００１１】
さらに、この発明に係るアンテナ装置の給電手段は、第１の直線偏波と第２の直線偏波との位相差を９０度にする第１および第２の給電信号を出力するものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下、図面を参照しながら、この発明の実施の形態１について詳細に説明する。
【００１３】
図１は、この発明の実施の形態１による平面アンテナを用いたアンテナ装置を示す斜視図である。なお、図１において、前述（図６参照）と同様のものについては、同一符号を付して、詳述を省略する。
【００１４】
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図である。図１において、アンテナ装置は、誘電体基板３の上面に、給電パッチ１が形成され、誘電体基板３の裏面には板状の導体からなる地導体２が形成されており、給電パッチ１と地導体２とは誘電体基板３を介して積層されている。
【００１５】
例えば、誘電体基板３の中心に原点を有するＸ−Ｙ面において、給電パッチ１の中心がＸ−Ｙ面の原点に位置するように給電パッチ１が形成される。
【００１６】
誘電体基板３は、基板面における各軸の方向によって誘電率の異方性を有している異方性誘電体基板である。この異方性誘電体基板３は、例えば誘電体基板３のＸ−Ｙ面のＸ軸方向とＹ軸方向とによって誘電率が異なり、Ｘ軸方向の誘電率はＹ軸方向の誘電率よりも低い値となっている。
【００１７】
また、給電パッチ１は、給電を行うための第１の給電端子４および第２の給電端子５が形成されており、第１の給電端子４および第２の給電端子５は、給電パッチ１の中心を通り、Ｘ−Ｙ面内の軸のうち誘電率が最小となる軸（例えば、Ｘ軸）に平行な軸６に対して、互いに対称な位置に配置されている。
【００１８】
この第１の給電端子４および第２の給電端子５は、それぞれ電力分配・合成回路（給電手段）２０に接続されており、電力分配・合成回路２０からの給電により、アンテナ装置は、直線偏波である水平偏波と、水平偏波に直交する直線偏波である垂直偏波とを放射させる。
【００１９】
なお、第１の給電端子４および第２の給電端子５は、ここでは導体線を給電パッチ１に接続する構造を示しているが、同軸線路、ストリップ線路の接続による直接給電の他、ストリップ線路、スロット、クロススロット等による電磁結合によって給電してもよい。
【００２０】
また、給電パッチ１は、ここでは円形であるが、方形、菱形、楕円等、直交する２直線偏波を放射可能な形状を用いてもよい。
【００２１】
また、誘電率の異方性を持つ誘電体として、液晶ポリマーとガラス繊維や合成樹脂等の混合物を用いてもよい。
【００２２】
次に、この発明の実施の形態１による動作について説明する。図２は、この発明の実施の形態１による動作を示す説明図である。なお、前述（図１参照）と同一のものについては同一符号を付して詳述を省略する。
【００２３】
図１において、電力分配・合成回路２０が第１の給電端子４に給電すると、図２（ａ）に示すように電流（主偏波電流）７が流れ、対応する直線偏波が発生する。
【００２４】
第１の給電端子４に給電が行われると、第２の給電端子５の存在による給電端子間の相互結合によって電流（相互結合による交差偏波電流）８が流れ、この電流８に対応した交差偏波が発生する。
【００２５】
次に、誘電体が異方性を持つことによる影響を説明する。図２において、Ｘ軸方向とＹ軸方向とで誘電率が異なる場合、この給電パッチ１上でＸ軸方向とＹ軸方向との共振周波数が異なるために縮退分離が起こる。その結果、第１の給電端子４から励振する電流方向に対して直交する電流成分（誘電体の異方性による交差偏波電流）９が発生する。
【００２６】
ここで、図２（ｂ）のように、第１の給電端子４および第２の給電端子５を軸６に対して、互いに対称な位置に配置した場合、相互結合による交差偏波電流８と誘電体の異方性による交差偏波電流９とが打ち消し合う関係になり、結果として交差偏波の発生を抑制することができる。
【００２７】
一方、第２の給電端子５に対して給電が行われても同様に、第１の給電端子４の存在による給電端子間の相互結合によって発生する交差偏波電流と、誘電体の異方性によって発生する交差偏波電流とが打ち消し合い、交差偏波の発生を抑制することができる（図２（ｃ）参照）。
【００２８】
また、第１の給電端子４および第２の給電端子５は、誘電率が最小の軸（例えば、軸６）に対して、互いに対称な位置に配置されているので、交流偏波の発生をさらに抑制することができる。
【００２９】
図３は、この発明の実施の形態１と従来との構成によるアンテナ特性を示す特性図である。
【００３０】
図３において、相互結合による交差偏波電流と、誘電体の異方性による交差偏波電流との打ち消し合いによって抑制された交差偏波（図３（ｂ）参照）は、従来の構成によって発生した交差偏波（図３（ａ）参照）に比べて大幅に抑制される。
【００３１】
このように、各軸の方向の違いによって誘電率の異なる異方性誘電体基板３を給電パッチ１と地導体２との間に形成し、第１の給電端子４および第２の給電端子５を誘電率の最小な軸に対して互いに対称な位置に配置することにより、特別な機構を設けることなく、第１の給電端子４への給電によって放射される直線偏波の交差偏波と、第２の給電端子５への給電によって放射される直線偏波の交差偏波との両方を抑制することができる。
【００３２】
実施の形態２．
なお、上記実施の形態１では、給電パッチと地導体との間に形成された誘電体基板を異方性誘電体としたが、給電パッチと無給電パッチとの間にも誘電体基板を形成し、少なくとも一方の誘電体基板を異方性誘電体基板としてもよい。
【００３３】
図４はこの発明の実施の形態２による平面アンテナを用いたアンテナ装置を示す斜視図である。図４において、前述（図１、図６）と同様のものについては、同一符号を付して詳述を省略する。
【００３４】
図４において、アンテナ装置は、給電パッチ１の上面に誘電体基板１１を介して無給電パッチ１０が形成されている。
【００３５】
なお、無給電パッチ１０は円形としているが、給電パッチ１と同様に、方形、菱形、楕円等、直交する２直線偏波を放射可能な形状を用いてもよい。
【００３６】
誘電体基板３は、基板面における各軸の方向よって誘電率の異方性を有している異方性誘電体基板である。この異方性誘電体基板３は、例えば誘電体基板３のＸ−Ｙ面のＸ軸方向とＹ軸方向とによって誘電率が異なり、Ｘ軸方向の誘電率はＹ軸方向の誘電率よりも低い値となっている。
【００３７】
また、第１の給電端子４と第２の給電端子５とは、給電パッチ１の中心を通り、Ｘ−Ｙ面内の軸のうち誘電率が最小となる軸（例えば、Ｘ軸）に平行な軸６に対して、互いに対称な位置に配置されている。
【００３８】
この第１の給電端子４および第２の給電端子５は、それぞれ電力分配・合成回路２０に接続されている。
【００３９】
以上のような構成のアンテナ装置でも、第１および第２の給電端子にそれぞれ給電を行うことにより、給電端子間の相互結合による交差偏波電流と誘電体の異方性による交差偏波電流とが打ち消し合うので、特別な機構を設けることなく、交差偏波を抑制することができる。
【００４０】
なお、給電パッチ１と地導体２との間に形成された誘電体基板（第１の誘電体基板）３を異方性誘電体基板としたが、誘電体基板３の代わりに、給電パッチ１と無給電パッチ１０との間に形成された誘電体基板（第２の誘電体基板）１１が誘電率の異方性を有する異方性誘電体基板でもよい。また、両方の誘電体基板が誘電率の異方性を有する異方性誘電体基板でもよい。
【００４１】
実施の形態３．
図５はこの発明の実施の形態３による平面アンテナを用いたアンテナ装置を示す斜視図である。図５において、前述（図１、図４、図６）と同様のものについては、同一符号を付して詳述を省略する。
【００４２】
図５において、アンテナ装置は、等振幅で、２直線偏波の位相差が９０度とするための給電信号を出力する円偏波発生回路（給電手段）２１を備えており、第１の給電端子４と第２の給電端子５とにそれぞれ接続されている。
【００４３】
円偏波発生回路２１は、等振幅で位相差が９０度となるように第１および第２の給電信号を制御し、第１の給電端子４および第２の給電端子５にそれぞれ給電する。
【００４４】
この給電により、それぞれの給電端子への給電によって発生した直線偏波が合成され、アンテナ装置は、低軸比の円偏波もしくは楕円偏波を放射する。
【００４５】
このように、等振幅で位相差が９０度の電波を発生させるための給電信号を第１の給電端子４および第２の給電端子５に給電することにより、アンテナ装置を低軸比の円偏波放射アンテナとすることができる。
【００４６】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、板状の導体からなる地導体と、地導体の上面に形成され、地導体の上面に接する面における軸の方向の違いによって誘電率の異なる異方性誘電体基板と、誘電体基板の上面に形成され、第１の直線偏波と第１の直線偏波に直交する第２の直線偏波とを放射させるための第１および第２の給電端子を有し、板状の導体からなる給電パッチと、第１の給電端子に第１の給電信号を給電し、第２の給電端子に第２の給電信号を給電する給電手段とを備え、第１および第２の給電端子は、給電パッチの平面上の中心を通り誘電率が最小となる方向の軸に対して、互いに対称な位置に配置されたので、特別な機構を設けることなく交差偏波を抑制することのできるアンテナ装置が得られるという効果がある。
【００４７】
また、この発明によれば、板状の導体からなる地導体と、地導体の上面に形成された第１の誘電体基板と、第１の誘電体基板の上面に形成され、第１の直線偏波と第１の直線偏波に直交する第２の直線偏波とを放射させるための第１および第２の給電端子を有し、板状の導体からなる給電パッチと、給電パッチの上面に形成された第２の誘電体基板と、第２の誘電体基板の上面に形成された板状の導体からなる無給電パッチと、第１の給電端子に第１の給電信号を給電し、第２の給電端子に第２の給電信号を給電する給電手段とを備え、第１および第２の誘電体基板の少なくとも一方は、平面上の軸の方向の違いによって誘電率の異なる異方性誘電体基板であり、第１および第２の給電端子は、給電パッチの平面上の中心を通り誘電率が最小となる方向の軸に対して、互いに対称な位置に配置されたので、特別な機構を設けることなく交差偏波を抑制することのできるアンテナ装置が得られるという効果がある。
【００４８】
さらに、この発明によれば、給電手段は、第１の直線偏波と第２の直線偏波との位相差を９０度にする第１および第２の給電信号を出力するので、低軸比の円偏波放射アンテナを用いたアンテナ装置が得られる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１を示す斜視図である。
【図２】この発明の実施の形態１による動作を示す説明図である。
【図３】この発明の実施の形態１によるアンテナ特性を示す特性図である。
【図４】この発明の実施の形態２を示す斜視図である。
【図５】この発明の実施の形態３を示す斜視図である。
【図６】従来のアンテナ装置を示す斜視図である。
【符号の説明】
１　給電パッチ（導体パッチ）、２　地導体、３　誘導体基板、４　第１の給電端子、５　第２の給電端子、６　給電パッチ中心を通り、Ｘ軸に平行な軸、７主偏波電流、８　相互結合によって発生する交差偏波電流、９　誘電体の異方性によって発生する交差偏波電流、１０　無給電パッチ、１１　誘電体基板、２０　電力分配・合成回路、２１　円偏波発生回路。
【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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