(57)【要約】　　【課題】　簡単な構造で一方向に強く電波を放射することが可能なアンテナ装置を提供する。　　【解決手段】　導波管アンテナ装置は方形導波管とアンテナ素子１３とを備えて構成される。方形導波管は、互いに対向する接地導体１１及び天井導体１５と、接地導体１１と天井導体１５とを連結しかつ互いに対向する２つの側面導体１４ａ，１４ｂとから構成され、一端が終端導体１４ｃにより短絡されかつ他端が開放される。アンテナ素子１３は、一端が天井導体であって開放された方形導波管の他端の近傍に電気的に接続されかつ他端が接地導体に位置する給電部に電気的に接続される。天井導体１５の開放された他端側の一部の部分が除去され、給電部１２に給電された無線信号の電波は天井導体１５の除去された部分及び方形導波管の開放された他端から放射される。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
　互いに対向する接地導体及び天井導体と、上記接地導体と上記天井導体とを連結しかつ互いに対向する２つの側面導体とから構成され、一端が終端導体により短絡されかつ他端が開放された方形導波管と、
　一端が上記天井導体であって上記開放された方形導波管の他端の近傍に電気的に接続されかつ他端が上記接地導体に位置する給電部に電気的に接続されたアンテナ素子とを備え、
　上記天井導体の上記開放された他端側の一部の部分が除去され、上記給電部に給電された無線信号の電波は、上記天井導体の除去された部分及び上記方形導波管の開放された他端から放射されることを特徴とする導波管アンテナ装置。
【請求項２】
　上記接地導体と電気的に接続され、上記導波管アンテナ装置の入力インピーダンスを調整するための少なくとも１つの整合導体をさらに備えたことを特徴とする請求項１記載の導波管アンテナ装置。
【請求項３】
　上記整合導体のうち少なくとも１つは上記アンテナ素子と電気的に接続されたことを特徴とする請求項２記載の導波管アンテナ装置。
【請求項４】
　上記整合導体のうち少なくとも１つは上記天井導体と電気的に接続されたことを特徴とする請求項２記載の導波管アンテナ装置。
【請求項５】
　上記接地導体と電気的に接続され、上記導波管アンテナ装置の指向特性を変化させるための少なくとも１つの指向特性制御導体をさらに備えたことを特徴とする請求項１乃至４のうちのいずれか１つに記載の導波管アンテナ装置。
【請求項６】
　上記指向特性制御導体は、
　上記接地導体に電気的に接続され、上記接地導体に対して実質的に垂直となるように設けられ、上記接地導体に対して実質的に垂直な平面の指向特性を制御するための第１の導体部分と、
　上記第１の導体部分に接続され、上記接地導体に対して実質的に平行となるように設けられ、上記接地導体に対して実質的に平行な平面の指向特性を制御するための第２の導体部分とを備えたことを特徴とする請求項５記載の導波管アンテナ装置。
【請求項７】
　上記２つの側面導体は、上記方形導波管の開放された他端において、上記終端導体によって短絡された上記方形導波管の一端よりも互いに離間するように形成されたことを特徴とする請求項１乃至６のうちのいずれか１つに記載の導波管アンテナ装置。
【請求項８】
　上記２つの側面導体は、上記方形導波管の開放された他端において、上記終端導体によって短絡された上記方形導波管の一端よりも互いに接近するように形成されたことを特徴とする請求項１乃至６のうちのいずれか１つに記載の導波管アンテナ装置。
【請求項９】
　上記終端導体は、上記方形導波管の幅方向の概略中央部において、上記２つの側面導体と連結された幅方向の各端部よりも、上記方形導波管の電磁波伝搬方向の長さを長くするように形成されたことを特徴とする請求項１乃至８のうちのいずれか１つに記載の導波管アンテナ装置。
【請求項１０】
　互いに対向する接地導体及び天井導体と、上記接地導体と上記天井導体とを連結しかつ互いに対向する２つの側面導体とから構成され、両端が終端導体により短絡された方形導波管と、
　一端が上記天井導体に電気的に接続されかつ他端が上記接地導体に位置する給電部に電気的に接続されたアンテナ素子と、
　上記天井導体において、上記方形導波管の一端までの距離と、その他端までの距離とが実質的に異なる位置であって、上記方形導波管の幅方向にわたって形成された少なくとも１つのスリットとを備え、
　上記給電部に給電された無線信号の電波は、上記スリットから放射されることを特徴とする導波管アンテナ装置。
【請求項１１】
　上記スリットは、上記天井導体におけるアンテナ素子との接続点と、上記終端導体との間の位置に形成されたことを特徴とする請求項１０記載の導波管アンテナ装置。
【請求項１２】
　上記接地導体と電気的に接続され、上記導波管アンテナ装置の入力インピーダンスを調整するための少なくとも１つの整合導体をさらに備えたことを特徴とする請求項１０又は１１記載の導波管アンテナ装置。
【請求項１３】
　上記整合導体のうち少なくとも１つは上記アンテナ素子と電気的に接続されたことを特徴とする請求項１２記載の導波管アンテナ装置。
【請求項１４】
　上記整合導体のうち少なくとも１つは上記天井導体と電気的に接続されたことを特徴とする請求項１２記載の導波管アンテナ装置。
【請求項１５】
　互いに対向する接地導体及び天井導体と、上記接地導体と上記天井導体とを連結しかつ互いに対向する２つの側面導体とから構成され、一端が終端導体により短絡された方形導波管と、
　一端が上記天井導体であって上記開放された方形導波管の他端の近傍に電気的に接続されかつ他端が上記接地導体に位置する給電部に電気的に接続されたアンテナ素子と、
　上記天井導体において、上記方形導波管の幅方向にわたって形成された少なくとも１つのスリットとを備え、
　上記天井導体及び上記２つの側面導体の上記開放された他端側の各少なくとも一部の部分が除去され、上記給電部に給電された無線信号の電波は、上記天井導体の除去された部分及び上記方形導波管の開放された他端から放射されることを特徴とする導波管アンテナ装置。
【請求項１６】
　上記接地導体と電気的に接続され、上記導波管アンテナ装置の入力インピーダンスを調整するための少なくとも１つの整合導体をさらに備えたことを特徴とする請求項１５記載の導波管アンテナ装置。
【請求項１７】
　上記整合導体のうち少なくとも１つは上記アンテナ素子と電気的に接続されたことを特徴とする請求項１６記載の導波管アンテナ装置。
【請求項１８】
　上記整合導体のうち少なくとも１つは上記天井導体と電気的に接続されたことを特徴とする請求項１６記載の導波管アンテナ装置。
【請求項１９】
　上記接地導体と電気的に接続され、上記導波管アンテナ装置の指向特性を変化させるための少なくとも１つの指向特性制御導体をさらに備えたことを特徴とする請求項１５乃至１８のうちのいずれか１つに記載の導波管アンテナ装置。
【請求項２０】
　上記指向特性制御導体は、
　上記接地導体に電気的に接続され、上記接地導体に対して実質的に垂直となるように設けられ、上記接地導体に対して実質的に垂直な平面の指向特性を制御するための第１の導体部分と、
　上記第１の導体部分に接続され、上記接地導体に対して実質的に平行となるように設けられ、上記接地導体に対して実質的に平行な平面の指向特性を制御するための第２の導体部分とを備えたことを特徴とする請求項１９記載の導波管アンテナ装置。
【請求項２１】
　上記２つの側面導体は、上記方形導波管の開放された他端において、上記終端導体によって短絡された上記方形導波管の一端よりも互いに離間するように形成されたことを特徴とする請求項１５乃至２０のうちのいずれか１つに記載の導波管アンテナ装置。
【請求項２２】
　上記２つの側面導体は、上記方形導波管の開放された他端において、上記終端導体によって短絡された上記方形導波管の一端よりも互いに接近するように形成されたことを特徴とする請求項１５乃至２０のうちのいずれか１つに記載の導波管アンテナ装置。
【請求項２３】
　上記終端導体は、上記方形導波管の幅方向の略中央部において、上記２つの側面導体と連結された幅方向の各端部よりも、上記方形導波管の電磁波伝搬方向の長さを長くするように形成されたことを特徴とする請求項１５乃至２２のうちのいずれか１つに記載の導波管アンテナ装置。
【請求項２４】
　上記方形導波管の内部空間の少なくとも一部の空間を誘電体で充填したことを特徴とする請求項１乃至２３のうちのいずれか１つに記載の導波管アンテナ装置。
【請求項２５】
　上記接地導体は互いに対向する第１と第２の面を有する誘電体基板の第１の面上に形成された導体パターンにより形成され、
　上記天井導体は上記誘電体基板の第２の面上に形成された導体パターンにより形成され、
　上記側面導体及び上記終端導体は上記誘電体基板をその厚さ方向に形成されたスルーホールに導体を充填してなる複数のスルーホール導体により形成されたことを特徴とする請求項２４記載の導波管アンテナ装置。
【請求項２６】
　上記終端導体は、上記方形導波管の高さ方向の略中央部において、上記接地導体及び上記天井導体と連結された各端部よりも、上記方形導波管の電磁波伝搬方向の長さを長くするように形成されたことを特徴とする請求項１乃至２５のうちのいずれか１つに記載の導波管アンテナ装置。
【請求項２７】
　上記終端導体は、上記天井導体から上記接地導体に向かって、上記方形導波管の電磁波伝搬方向の長さが長くなるように形成されたことを特徴とする請求項１乃至２５のうちのいずれか１つに記載の導波管アンテナ装置。
【請求項２８】
　上記導波管アンテナ装置は、円形状の底面を有するレドームにより被覆されたことを特徴とする請求項１乃至２７のうちのいずれか１つに記載の導波管アンテナ装置。
【請求項２９】
　請求項１乃至２８のうちのいずれか１つに記載された２個の導波管アンテナ装置を備えたアレーアンテナ装置であって、
　上記２個の導波管アンテナ装置を、上記各導波管アンテナ装置の方形導波管の開放された他端が互いに対向するように設けたことを特徴とするアレーアンテナ装置。
【請求項３０】
　請求項１乃至２８のうちのいずれか１つに記載された２個の導波管アンテナ装置を備えたアレーアンテナ装置であって、
　上記２個の導波管アンテナ装置を、上記各導波管アンテナ装置の方形導波管の短絡された一端が互いに対向するように設けたことを特徴とするアレーアンテナ装置。
【請求項３１】
　上記各導波管アンテナ装置においてそれぞれ受信された２の受信信号のうちより大きな信号強度を有する受信信号を選択して出力するダイバーシティ選択手段をさらに備えたことを特徴とする請求項２９又は３０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、方形導波管を備えて構成された導波管アンテナ装置及びそれを用いたアレーアンテナ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
　図５９は水平面において双指向性を有する従来技術のアンテナ装置（以下、第１の従来例という。）の構成を示す斜視図であり、図６０は図５９のアンテナ装置の放射指向特性を示すグラフであり、ここで、図６０（ａ）はＸＹ平面の放射指向特性を示すグラフであり、図６０（ｂ）はＸＺ平面の放射指向特性を示すグラフである。図５９において、説明のために図示されたＸＹＺ座標系を参照する。この明細書において、Ｘ軸方向をＸ方向といい、正のＸ方向を＋Ｘ方向といい、負のＸ方向を−Ｘ方向という。また、Ｙ軸方向やＺ軸方向についても同様とする。
【０００３】
　図５９において、第１の従来例のアンテナ装置は、ＸＹ平面上に位置する底面の接地導体１１２と、アンテナ装置の上面（以下、アンテナ天井部という。）にこの接地導体１１１に対向して配置された線状の天井導体１１１ａ及び矩形形状の天井導体１１１ｂ及び１１１ｃと、アンテナ装置の側面になる４つの側面導体１１３ａ，１１３ｂ，１１３ｃ，１１３ｄとにより形成された中空筺体を有し、これら接地導体１１２、側面導体１１３ａ乃至１１３ｄ並びに天井導体１１１ａ及び１１１ｂは、互いに電気的に接続されるように連結され、かつＹＺ平面とＸＺ平面に対してそれぞれ対称な直方体形状の中空筐体を構成している。アンテナ天井部においてほぼ中央部に、Ｙ軸と平行に延在する天井導体１１１ａと、天井導体１１１ｂとの間に矩形開口部１１６が形成されるとともに、天井導体１１１ａと天井導体１１１ｃとの間に矩形開口部１１７が形成されることによって、アンテナ天井部に２個の同形状の長方形の開口空間がＹＺ平面に対して対称に配置される。天井導体１１１ａの長手方向の中央部にある接続点において、導体線からなるアンテナ素子１１４の一端が半田付け等により機械的にかつ電気的に接続され、アンテナ素子１１４の他端は、接地導体１１２の上面中央部（図中のＸＹ平面の原点）に形成された円形孔１１５ｈにおける給電点１１５で、無線機より無線信号が給電される同軸ケーブルの中心導体（図示せず。）に電気的に接続され、当該給電点１１５において、上記同軸ケーブルの接地導体は接地導体１１２に電気的に接続される。
【０００４】
　ここで、天井導体１１１ａ乃至１１１ｃと側面導体１１３ａ乃至１１３ｄと接地導体１１２で囲まれた空間をアンテナ内部といい、アンテナ内部から外側の空間をアンテナ外部という。
【０００５】
　一例として、接地導体１１２は、動作周波数に対応する自由空間波長を基準として、１辺が０．７６波長の正方形で、側面導体１１３ａ乃至１１３ｄの高さは０．０８波長である。アンテナ天井部は、１本の線状導体である天井導体１１１ａと、２個の長方形導体である天井導体１１１ｂ及び１１１ｃとで構成され、線状の天井導体１１１ａはＹＺ平面上にＹ軸と平行に配置され長さが０．７６波長でありその両端は側面導体１１３ａ及び１１３ｃと電気的に接続されている。また、長方形の天井導体１１１ｂ及び１１１ｃはいずれも、Ｘ軸と平行な辺の長さが０．１９波長でＹ軸に平行な辺の長さが０．７６波長であり、アンテナ天井部のＸ方向両端に配置され側面導体１１３ａ乃至１１３ｄと電気的に接続されている。そして、２つの開口部１１６及び１１７は、Ｘ軸と平行な辺の長さが０．１９波長でＹ軸に平行な辺の長さが０．７６波長の長方形であるように形成される。２つの開口部１１６及び１１７は、アンテナ天井部の中央部に配置されている線状の天井導体１１１ａを挟んで隣接するように配置され、本アンテナ装置はＸＺ平面及びＹＺ平面に対して対称な構造である。このときのアンテナ素子１１４は導体線で構成され、アンテナ素子１１４の長さは０．０８波長であり、接地導体１１２に対して垂直に延在し、アンテナ素子１１４の上端部はアンテナ天井部の線状の天井導体１１１ａと、天井導体１１１ａの長手方向の中央部において電気的に接続されている。
【０００６】
　図６０は一例として上記構造の２つの開口空間を備えたアンテナ装置の放射指向特性を示したグラフであり、図６０（ａ）はＸＹ平面の放射指向特性を示すグラフであり、図６０（ｂ）はＸＺ平面の放射指向特性を示すグラフである。アンテナ装置の利得を表す半径方向の目盛りにおいて、１間隔が１０ｄＢであり、単位はダイポールアンテナの利得を基準にした相対利得の単位ｄＢｄである。図５９に示された、モノポールアンテナのアンテナ装置は、Ｙ方向への電波の放射が抑制され、＋Ｘ方向と−Ｘ方向への双指向性が得られている。従って、この実施例は、廊下等の細長い室内空間において用いるときに優れた特性を示す。
【０００７】
　また、本アンテナ装置は、電波を放射させるための開口部１１６乃至１１７がアンテナ天井部に配置され、放射源であるアンテナ素子１１４が接地導体１１２と側面導体１１３ａ乃至１１３ｄにより囲まれているため、アンテナ側面方向及び下側におけるアンテナ配置環境による、放射電波への影響が小さい。すなわち、本アンテナ装置を室内の天井等に設置する場合、アンテナ装置を室内の天井に埋め込み、アンテナ装置の天井部が放射空間に面するように室内の天井と揃えて設置することが可能である。これにより天井等から突起物がなくなり、人目に付きにくい景観上好ましいアンテナとなる。
【０００８】
　また、アンテナ素子１１４の高さが０．０８波長であり、通常の１／４波長モノポールアンテナ素子よりも低くなっている。このように本アンテナ装置の構成によれば、アンテナ素子の低背化の効果もあり、アンテナ装置を室内の天井に埋め込むことが不可能な場合、天井からの突起物が小さく人目に付きにくい景観上好ましいアンテナ装置となる。
【０００９】
　さらに、上記の第１の従来例に係る本アンテナ装置においては、ＹＺ平面、ＸＺ平面に対して対称な構造である場合を示したが、この場合、アンテナ装置からの放射電波の指向特性がＹＺ平面及びＸＺ平面に対して対称になるという効果がある。以上のように、このアンテナ装置では、簡単な構造で、所望の双指向性を持つ小型で優れたモノポールアンテナを実現できる。
【００１０】
　また、水平面において一方向に強く放射するセクタアンテナを複数個備えてなるアレーアンテナ装置には、例えば、特許文献１記載のアンテナ装置（以下、第２の従来例という。）がある。
【００１１】
　特許文献１の図１を参照すると、このアンテナ装置は、少なくとも表面が導体の接地導体と、当該接地導体の上に鉛直に設けられる、少なくとも１つのアンテナ素子と、当該アンテナ素子の両側に設けられた側面導体と、当該アンテナ素子の後方（すなわち無線信号の放射方向とは逆の方向）に設けられた反射導体とによって構成される、三次元コーナリフレクタアンテナ装置において、前述のアンテナ素子の両側にある側面導体に、１つ又は複数の少なくとも表面が導体のフィンを取りつけたことを特徴としている。この特許文献１に開示された導体フィン（金属ひれ）付きの三次元コーナリフレクタアンテナは、導体フィンによる電磁界分布制御の効果により、垂直面内放射指向特性の形状やチルト角をほとんど変えることなく、水平面内放射指向特性のみビーム幅を鋭くすることができることがわかる。
【００１２】
【特許文献１】特開平９−１３５１１５号公報。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
　しかしながら、図５９に示す第１の従来例のアンテナ装置には、次のような問題点があった。前述のように、双指向性を得ることは可能であるが、一方向に非常に強い指向性を得ることはできなかった。第１の従来例のアンテナ装置は廊下等の細長いカバーエリアに適しているが、アンテナ装置を室内の壁際や窓際のようなカバーエリアの端にしか設置できない場合には有効に電波を放射できない。すなわちアンテナ装置の設置場所には制約があった。したがって、アンテナ装置がカバーエリアの端にしか設置できない場合には、アンテナ装置からの放射電波を有効に利用できない第１の従来例に係るアンテナ装置の構造は不適当といわざるを得なかった。
【００１４】
　また、特許文献１に開示された第２の従来例のアンテナ装置には、次のような問題があった。第２の従来例のアンテナ装置はアンテナ高（すなわち、側面導体及び反射導体の高さ）が０．６波長あり、薄型のアンテナ装置であるとは言えない。室内の天井等にアンテナを配置する場合は人目に付かないように小型で薄型な形状が望まれる。例えば、送受信する無線信号の周波数が９００ＭＨｚである場合、０．６波長は１９８ｍｍであり、当該アンテナ装置がカバーを備えていると仮定すると、少なくとも２００ｍｍ以上の高さになる。従って、薄型な形状にすることのできないために人目に付きやすい第２の従来例の構造は不適当といわざるを得なかった。
【００１５】
　本発明の第１の目的は以上の問題点を解決し、小型・軽量であって、簡単な設計で一方向に非常に強い指向性を得ることが可能なアンテナ装置及びそれを用いたアレーアンテナ装置を提供することにある。
【００１６】
　また、本発明の第２の目的は、上記第１の目的に加えて、従来技術に比較して薄型のアンテナ装置及びそれを用いたアレーアンテナ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
　第１の発明に係る導波管アンテナ装置は、互いに対向する接地導体及び天井導体と、上記接地導体と上記天井導体とを連結しかつ互いに対向する２つの側面導体とから構成され、一端が終端導体により短絡されかつ他端が開放された方形導波管と、
　一端が上記天井導体であって上記開放された方形導波管の他端の近傍に電気的に接続されかつ他端が上記接地導体に位置する給電部に電気的に接続されたアンテナ素子とを備え、
　上記天井導体の上記開放された他端側の一部の部分が除去され、上記給電部に給電された無線信号の電波は、上記天井導体の除去された部分及び上記方形導波管の開放された他端から放射されることを特徴とする。
【００１８】
　上記導波管アンテナ装置において、好ましくは、上記接地導体と電気的に接続され、上記導波管アンテナ装置の入力インピーダンスを調整するための少なくとも１つの整合導体をさらに備えたことを特徴とする。ここで、上記整合導体のうち少なくとも１つは上記アンテナ素子と電気的に接続される。もしくは、上記整合導体のうち少なくとも１つは上記天井導体と電気的に接続される。
【００１９】
　また、上記導波管アンテナ装置において、好ましくは、上記接地導体と電気的に接続され、上記導波管アンテナ装置の指向特性を変化させるための少なくとも１つの指向特性制御導体をさらに備えたことを特徴とする。ここで、上記指向特性制御導体は、好ましくは、
　上記接地導体に電気的に接続され、上記接地導体に対して実質的に垂直となるように設けられ、上記接地導体に対して実質的に垂直な平面の指向特性を制御するための第１の導体部分と、
　上記第１の導体部分に接続され、上記接地導体に対して実質的に平行となるように設けられ、上記接地導体に対して実質的に平行な平面の指向特性を制御するための第２の導体部分とを備えたことを特徴とする。
【００２０】
　さらに、上記導波管アンテナ装置において、上記２つの側面導体は、好ましくは、上記方形導波管の開放された他端において、上記終端導体によって短絡された上記方形導波管の一端よりも互いに離間するように形成されたことを特徴とする。もしくは、上記２つの側面導体は、好ましくは、上記方形導波管の開放された他端において、上記終端導体によって短絡された上記方形導波管の一端よりも互いに接近するように形成されたことを特徴とする。
【００２１】
　またさらに、上記導波管アンテナ装置において、上記終端導体は、好ましくは、上記方形導波管の幅方向の概略中央部において、上記２つの側面導体と連結された幅方向の各端部よりも、上記方形導波管の電磁波伝搬方向の長さを長くするように形成されたことを特徴とする。
【００２２】
　第２の発明に係る導波管アンテナ装置は、互いに対向する接地導体及び天井導体と、上記接地導体と上記天井導体とを連結しかつ互いに対向する２つの側面導体とから構成され、両端が終端導体により短絡された方形導波管と、
　一端が上記天井導体に電気的に接続されかつ他端が上記接地導体に位置する給電部に電気的に接続されたアンテナ素子と、
　上記天井導体において、上記方形導波管の一端までの距離と、その他端までの距離とが実質的に異なる位置であって、上記方形導波管の幅方向にわたって形成された少なくとも１つのスリットとを備え、
　上記給電部に給電された無線信号の電波は、上記スリットから放射されることを特徴とする。
【００２３】
　上記導波管アンテナ装置において、好ましくは、上記スリットは、上記天井導体におけるアンテナ素子との接続点と、上記終端導体との間の位置に形成されたことを特徴とする。
【００２４】
　また、上記導波管アンテナ装置において、好ましくは、上記接地導体と電気的に接続され、上記導波管アンテナ装置の入力インピーダンスを調整するための少なくとも１つの整合導体をさらに備えたことを特徴とする。ここで、上記整合導体のうち少なくとも１つは上記アンテナ素子と電気的に接続される。もしくは、上記整合導体のうち少なくとも１つは上記天井導体と電気的に接続される。
【００２５】
　第３の発明に係る導波管アンテナ装置は、互いに対向する接地導体及び天井導体と、上記接地導体と上記天井導体とを連結しかつ互いに対向する２つの側面導体とから構成され、一端が終端導体により短絡された方形導波管と、
　一端が上記天井導体であって上記開放された方形導波管の他端の近傍に電気的に接続されかつ他端が上記接地導体に位置する給電部に電気的に接続されたアンテナ素子と、
　上記天井導体において、上記方形導波管の幅方向にわたって形成された少なくとも１つのスリットとを備え、
　上記天井導体及び上記２つの側面導体の上記開放された他端側の各少なくとも一部の部分が除去され、上記給電部に給電された無線信号の電波は、上記天井導体の除去された部分及び上記方形導波管の開放された他端から放射されることを特徴とする。
【００２６】
　上記導波管アンテナ装置において、好ましくは、上記接地導体と電気的に接続され、上記導波管アンテナ装置の入力インピーダンスを調整するための少なくとも１つの整合導体をさらに備えたことを特徴とする。ここで、上記整合導体のうち少なくとも１つは上記アンテナ素子と電気的に接続される。もしくは、上記整合導体のうち少なくとも１つは上記天井導体と電気的に接続される。
【００２７】
　また、上記導波管アンテナ装置において、好ましくは、上記接地導体と電気的に接続され、上記導波管アンテナ装置の指向特性を変化させるための少なくとも１つの指向特性制御導体をさらに備えたことを特徴とする。ここで、上記指向特性制御導体は、好ましくは、
　上記接地導体に電気的に接続され、上記接地導体に対して実質的に垂直となるように設けられ、上記接地導体に対して実質的に垂直な平面の指向特性を制御するための第１の導体部分と、
　上記第１の導体部分に接続され、上記接地導体に対して実質的に平行となるように設けられ、上記接地導体に対して実質的に平行な平面の指向特性を制御するための第２の導体部分とを備えたことを特徴とする。
【００２８】
　さらに、上記導波管アンテナ装置において、上記２つの側面導体は、好ましくは、上記方形導波管の開放された他端において、上記終端導体によって短絡された上記方形導波管の一端よりも互いに離間するように形成されたことを特徴とする。もしくは、上記２つの側面導体は、好ましくは、上記方形導波管の開放された他端において、上記終端導体によって短絡された上記方形導波管の一端よりも互いに接近するように形成されたことを特徴とする。
【００２９】
　またさらに、上記導波管アンテナ装置において、上記終端導体は、好ましくは、上記方形導波管の幅方向の略中央部において、上記２つの側面導体と連結された幅方向の各端部よりも、上記方形導波管の電磁波伝搬方向の長さを長くするように形成されたことを特徴とする。
【００３０】
　上記導波管アンテナ装置において、好ましくは、上記方形導波管の内部空間の少なくとも一部の空間を誘電体で充填したことを特徴とする。ここで、好ましくは、上記接地導体は互いに対向する第１と第２の面を有する誘電体基板の第１の面上に形成された導体パターンにより形成され、
　上記天井導体は上記誘電体基板の第２の面上に形成された導体パターンにより形成され、
　上記側面導体及び上記終端導体は上記誘電体基板をその厚さ方向に形成されたスルーホールに導体を充填してなる複数のスルーホール導体により形成されたことを特徴とする。
【００３１】
　また、上記導波管アンテナ装置において、上記終端導体は、好ましくは、上記方形導波管の高さ方向の略中央部において、上記接地導体及び上記天井導体と連結された各端部よりも、上記方形導波管の電磁波伝搬方向の長さを長くするように形成されたことを特徴とする。
【００３２】
　さらに、上記導波管アンテナ装置において、上記終端導体は、好ましくは、上記天井導体から上記接地導体に向かって、上記方形導波管の電磁波伝搬方向の長さが長くなるように形成されたことを特徴とする。
【００３３】
　また、上記導波管アンテナ装置は、好ましくは、円形状の底面を有するレドームにより被覆されたことを特徴とする。
【００３４】
　第４の発明に係るアレーアンテナ装置は、２個の上記導波管アンテナ装置を備えたアレーアンテナ装置であって、
　上記２個の導波管アンテナ装置を、上記各導波管アンテナ装置の方形導波管の開放された他端が互いに対向するように設けたことを特徴とする。
【００３５】
　第５の発明に係るアレーアンテナ装置は、２個の上記導波管アンテナ装置を備えたアレーアンテナ装置であって、
　上記２個の導波管アンテナ装置を、上記各導波管アンテナ装置の方形導波管の短絡された一端が互いに対向するように設けたことを特徴とする。
【００３６】
　上記アレーアンテナ装置において、好ましくは、上記各導波管アンテナ装置においてそれぞれ受信された２の受信信号のうちより大きな信号強度を有する受信信号を選択して出力するダイバーシティ選択手段をさらに備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００３７】
　以上詳述したように、第１の発明に係る導波管アンテナ装置によれば、互いに対向する接地導体及び天井導体と、上記接地導体と上記天井導体とを連結しかつ互いに対向する２つの側面導体とから構成され、一端が終端導体により短絡されかつ他端が開放された方形導波管と、一端が上記天井導体であって上記開放された方形導波管の他端の近傍に電気的に接続されかつ他端が上記接地導体に位置する給電部に電気的に接続されたアンテナ素子とを備え、上記天井導体の上記開放された他端側の一部の部分が除去され、上記給電部に給電された無線信号の電波は、上記天井導体の除去された部分及び上記方形導波管の開放された他端から放射される。
【００３８】
　また、第２の発明に係る導波管アンテナ装置によれば、互いに対向する接地導体及び天井導体と、上記接地導体と上記天井導体とを連結しかつ互いに対向する２つの側面導体とから構成され、両端が終端導体により短絡された方形導波管と、一端が上記天井導体に電気的に接続されかつ他端が上記接地導体に位置する給電部に電気的に接続されたアンテナ素子と、上記天井導体において、上記方形導波管の一端までの距離と、その他端までの距離とが実質的に異なる位置であって、上記方形導波管の幅方向にわたって形成された少なくとも１つのスリットとを備え、上記給電部に給電された無線信号の電波は上記スリットから放射される。
【００３９】
　さらに、第３の発明に係る導波管アンテナ装置によれば、互いに対向する接地導体及び天井導体と、上記接地導体と上記天井導体とを連結しかつ互いに対向する２つの側面導体とから構成され、一端が終端導体により短絡された方形導波管と、一端が上記天井導体であって上記開放された方形導波管の他端の近傍に電気的に接続されかつ他端が上記接地導体に位置する給電部に電気的に接続されたアンテナ素子と、上記天井導体において、上記方形導波管の幅方向にわたって形成された少なくとも１つのスリットとを備え、上記天井導体及び上記２つの側面導体の上記開放された他端側の各少なくとも一部の部分が除去され、上記給電部に給電された無線信号の電波は、上記天井導体の除去された部分及び上記方形導波管の開放された他端から放射される。
【００４０】
　第４の発明に係るアレーアンテナ装置によれば、２個の上記導波管アンテナ装置を備えたアレーアンテナ装置であって、上記２個の導波管アンテナ装置を、上記各導波管アンテナ装置の方形導波管の開放された他端が互いに対向するように設けた。従って、上記２個の導波管アンテナ装置を用いて、互いに異なる２つの主ビーム方向を有するアレーアンテナ装置を実現できる。
【００４１】
　第５の発明に係るアレーアンテナ装置によれば、２個の上記導波管アンテナ装置を備えたアレーアンテナ装置であって、上記２個の導波管アンテナ装置を、上記各導波管アンテナ装置の方形導波管の短絡された一端が互いに対向するように設けた。従って、上記２個の導波管アンテナ装置を用いて、互いに異なる２つの主ビーム方向を有するアレーアンテナ装置を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４２】
　以下、図面を参照して、本発明に係る実施形態について説明する。説明のために、各図に示す三次元のＸＹＺ座標系を参照する。また、各図において同様の構成要素については同一の符号を付している。
【００４３】
第１の実施形態．
　図１は、本発明の第１の実施形態に係る開放型導波管アンテナ装置の構成を示した斜視図である。
【００４４】
　図１において、第１の実施形態に係る開放型導波管アンテナ装置は、ＸＹ平面上に位置する底面の正方形状の接地導体１１と、当該開放型導波管アンテナ装置の上面にこの接地導体１１に対向して配置された矩形形状の天井導体１５と、上記接地導体１１及び上記天井導体１５をそれぞれ連結しかつ互いに対向する矩形形状の側面導体１４ａ及び１４ｂとにより形成された方形導波管を備え、上記方形導波管の一方の端部は、矩形形状の終端導体１４ｃによって終端密閉されて短絡される一方、上記方形導波管の他方の端部は、天井導体１５の一部が除去されかつ終端導体で終端されていないので開放状態となっている。ここで、これら接地導体１１と側面導体１４ａ及び１４ｂと天井導体１５と終端導体１４ｃとは、互いに機械的かつ電気的に接続されるように連結されて、Ｘ方向に平行な長手方向（無線信号の電波方向）を有して延在しかつ左端（すなわち−Ｘ方向の端部）が閉じられた略直方体形状の方形導波管を構成している。
【００４５】
　次いで、天井導体１５の下面の右端近傍（すなわち＋Ｘ方向の端部近傍）でありかつＹ方向の中心における接続点１３ａ（この接続点１３ａから終端導体１４ｃまでの長さＬｂは、詳細後述されるように、終端導体１４ｃから管内波長の１／４波長又はその奇数倍の長さに設定される。）に、導体線からなるアンテナ素子１３の一端が半田付けにより機械的及び電気的に接続される一方、アンテナ素子１３は接続点１３ａから下方に向かって垂直に延在し、さらに、アンテナ素子１３の他端は、接地導体１１上のＸ軸上に形成された円形孔１２ｈにおいて、接地導体１１とは電気的に絶縁された給電点１２に接続され、当該給電点１２はさらに、例えば同軸ケーブルの中心導体に電気的に接続され、また、同軸ケーブルの接地導体は接地導体１１に電気的に接続される。これにより、無線機から無線信号が同軸ケーブルを介して給電点１２に給電される。
【００４６】
　なお、天井導体１５は、アンテナ素子１３の接続点１３ａの近傍であって＋Ｘ方向に若干ずれた位置から＋Ｘ方向に向かって方形導波管の他端に至るまでの矩形形状の部分が除去されている。また、この方形導波管のサイズは、放射しようとする無線信号の最低周波数に依存し、すなわち、当該最低周波数を伝搬することができるような方形導波管のサイズを有することが必要とされる。
【００４７】
　ここで、上記開放型導波管アンテナ装置において、天井導体１５と側面導体１４ａ及び１４ｂと終端導体１４ｃと接地導体１１で囲まれた空間をアンテナ内部といい、アンテナ内部から外側の空間をアンテナ外部という。
【００４８】
　次に、図１及び図２を参照して、当該開放型導波管アンテナ装置の動作を説明する。
【００４９】
　図２（ａ）は図１の開放型導波管アンテナ装置の電界分布を示す斜視図であり、図２（ｂ）は図１の開放型導波管アンテナ装置の磁流分布を示す斜視図である。当該開放型導波管アンテナ装置において、電波の放射はアンテナ素子１３を励振することによって行われ、天井導体１５と接地導体１１の間に生じる電界２０１により電波は放射される。天井導体１５と接地導体１１の間に生じる電界２０１の向きは図２（ａ）のようになる。この電界２０１を磁流に置き換えて説明すると、図２（ｂ）のようにＹ軸と平行な線状磁流２０２に置き換えることができる。すなわち、電波の放射は、この磁流２０２による放射とも見ることができる。この磁流２０２の振幅はＹ方向の両端で零であってその中央部で最大値となるように正弦関数的に変化する。すなわち、この開放型導波管アンテナ装置は、Ｙ軸と平行な線状磁流２０２のダイポールの指向特性を示す。このダイポールにより、ＸＹ平面とＹＺ平面で垂直偏波の双指向性を得て、ＸＺ平面において無指向性を得る。
【００５０】
　本実施形態の開放型導波管アンテナ装置には磁流２０２のダイポールに対して−Ｚ方向に接地導体１１があり、これが反射板となる。このために電波は＋Ｚ方向に強く放射される。さらに、当該開放型導波管アンテナ装置には−Ｘ方向に終端導体１４ｃがあり、これが反射板となるために、＋Ｘ方向に強い指向性を示す。すなわち、当該開放型導波管アンテナ装置の構成により、ＸＹＺ座標系の＋Ｚ方向でかつ＋Ｘ方向に強い指向性が得られる。
【００５１】
　図３は図１の開放型導波管アンテナ装置のＸＺ平面によって切断された断面図であり、図４（ａ）は本発明の第１の実施形態の第１の実施例に係る開放型導波管アンテナ装置の構成を示す斜視図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）の天井導体１５のＸ方向の長さＬｂに対する開放型導波管アンテナ装置の共振周波数ｆを示すグラフである。以下、図３と図４を用いて、本実施形態に係る開放型導波管アンテナ装置のインピーダンス特性について説明する。
【００５２】
　図１から明らかなように、接地導体１１と天井導体１５と側面導体１４ａ及び１４ｂと終端導体１４ｃにより囲まれた部分は右側一端が短絡された方形導波管と考えられ、天井導体１５がアンテナ素子１３と接続されている接続点１３ａの近傍の端部が、方形導波管の開放端となっている。従って、この方形導波管の共振の条件を満たすために、当該開放型導波管アンテナ装置は、図１及び図３に示す、終端導体１４ｃからアンテナ素子１３の接続点１３ａまでの長さＬｂが管内波長の１／４波長又は１／４波長の奇数倍となる周波数で共振する。方形導波管内における管内波長λｇ［ｍ］は次式で表される。
【００５３】
【数１】
2004080775.tif 000003
【００５４】
　ここで、ｆは周波数、ｃは光速（＝３×１０８［ｍ／ｓ］）、Ｗは方形導波管の幅であり、ここでは天井導体１５のＹ方向の長さである。終端導体１４ｃからアンテナ素子１３の接続点１３ａまでの長さＬｂがλｇ／４に設定される場合、共振周波数ｆ［Ｈｚ］は数１より次式で計算される。
【００５５】
【数２】
2004080775.tif 000004
【００５６】
　次に、開放型導波管アンテナ装置の長さＬｂを変化させたときの、共振周波数ｆの変化を示す。図４（ａ）に開放型導波管アンテナ装置の１つの実施例に係る寸法を示し、図４（ｂ）に開放型導波管アンテナ装置の共振周波数ｆの変化を示している。また、図４（ｂ）には測定値と上記数２により求めた計算値とを併せて示す。
【００５７】
　図４（ｂ）から明らかなように、計算値は測定値に比べ若干低い値となった。これは、上記数１が完全な方形導波管における計算値であるのに対して、実際の形状では、天井導体１５のＸ方向の長さが接地導体１１と側面導体１４ａ及び１４ｂの各Ｘ方向の長さよりも短いために、電界の漏れが生じて共振がずれるからである。従って、このずれを補正するために、上記数２に補正係数を乗じて補正する。図４（ｂ）に、補正係数が１．１５であるときの補正値の計算結果を示す。このとき、補正値は測定値と非常に近い値が得られ、補正を加えた上記数２により当該開放型導波管アンテナ装置の共振周波数ｆが得られる。
【００５８】
　次に、本発明者らが実際に試作した導波管アンテナ装置として、図５に、本発明の第１の実施形態の第２の実施例に係る開放型導波管アンテナ装置の構成を示す斜視図を示す。図５において、接地導体１１が、辺の長さ１２０ｍｍの正方形の形状を有し、側面導体１４ａ及び１４ｂと終端導体１４ｃの高さが１２ｍｍであり、天井導体１５のＸ方向の長さが４１ｍｍである。なお、給電点１２は接地導体１１の中央からＸ軸上に２０ｍｍだけ−Ｘ方向に離れた位置に配置されている。
【００５９】
　図６は図５の開放型導波管アンテナ装置の反射係数Ｓ１１の周波数特性を示すグラフである。図６に示すように、本発明者らにより試作された図５の開放型導波管アンテナ装置は約２．５ＧＨｚで共振し、良好な反射特性を示していることが分かる。
【００６０】
　図７は図５の開放型導波管アンテナ装置の放射指向特性を示すグラフであり、図７（ａ）はＸＹ平面の放射指向特性を示すグラフであり、図７（ｂ）はＸＺ平面の放射指向特性を示すグラフである。図７は、開放型導波管アンテナ装置の動作周波数が２ＧＨｚのときの放射指向特性を示しており、当該導波管アンテナ装置の利得を表す半径方向の目盛りは１間隔が１０ｄＢであり、単位は理想的な点波源の放射電力を基準にした相対利得を表す単位ｄＢｉである。
【００６１】
　図７（ａ）及び図７（ｂ）はそれぞれ水平面（ＸＹ平面）と垂直面（ＸＺ平面）の放射指向特性を示している。図７（ｂ）から明らかなように、電波の放射は、ＸＹＺ座標系の＋Ｚ方向でかつ＋Ｘ方向に強い指向性を有し、当該導波管アンテナ装置は、簡単な構造で一方向へ強い指向性を実現していることがわかる。最大放射方向（すなわち、ビーム方向）では、ＸＺ平面において、Ｚ軸の＋Ｚ方向から＋Ｘ方向に向かって２０度の角度に７．８ｄＢｉの高い利得が得られ、ＸＹ平面においてもＸ軸の＋Ｘ方向に２ｄＢｉの利得が得られた。これにより、開放型導波管アンテナ装置は、室内の壁際や窓際のようなカバーエリアの端部に設置された場合において有効なアンテナ装置であることがわかる。さらに、開放型導波管アンテナ装置は、２．５ＧＨｚの動作周波数で０．１波長の高さを実現しており、非常に薄型のアンテナ装置である。
【００６２】
　以上で示した実施形態や試作例においては、当該導波管アンテナ装置がＸＺ平面に対して対称な構造である場合を示したが、この場合、導波管アンテナ装置からの放射電波の指向特性がＸＺ平面に対して対称になる（図７（ａ）参照）という効果がある。
【００６３】
　以上説明したように、本実施形態の開放型導波管アンテナ装置によれば、小型で薄型の形状を維持するとともに簡単な構造で一方向に強い指向性を有するアンテナ装置を実現できる。
【００６４】
　以上の実施形態においては、ＸＺ平面に対して対称な構造である開放型導波管アンテナ装置を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限らず、例えば、所望の放射指向特性又は入力インピーダンス特性を得るために、ＸＺ平面に対して非対称な構造で形成してもよい。このような構造にすることにより放射対象空間に最適な放射指向特性を持つアンテナ装置を実現してもよい。
【００６５】
　以上の実施形態においては、アンテナ素子１３が導体線で構成された開放型導波管アンテナ装置を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限らず、例えば、アンテナ素子１３が板状の導体で形成してもよい。これにより、所望の入力インピーダンス特性が得られ、反射損失の少ない高効率なアンテナ装置を実現できるという特有の効果がある。
【００６６】
　図８は、本発明の第１の実施形態の第１の変形例に係る開放型導波管アンテナ装置の構成を示す斜視図である。所望の入力インピーダンス特性を得るために、図８に示すように、図１の開放型導波管アンテナ装置の構成に加えて、アンテナ内部に整合導体１６を備えてもよい。図８の開放型導波管アンテナ装置では、線状の導体である整合導体１６は、アンテナ素子１３と平行でかつアンテナ素子１３から−Ｘ方向に若干ずれた接地導体１１のＸ軸上の位置（すなわち、アンテナ素子１３から終端導体１４ｃに向う方向に若干ずれた位置であって給電点１２の近傍）において接地導体１１に電気的に接続され、その接続点１６ａから上方に向かって延在し、方形導波管の高さよりも短い長さを有する。これにより、アンテナ素子１３近傍の電界を変化させ、アンテナ素子１３に流れる電流を変化させることにより、例えば開放型導波管アンテナ装置の入力インピーダンスを同軸ケーブルの特性インピーダンスに実質的に一致するように、開放型導波管アンテナ装置の入力インピーダンスを変化させることができる。従って、所望の入力インピーダンス特性が得られ、反射損失の少ない高効率なアンテナ装置を実現できるという特有の効果がある。
【００６７】
　図９は本発明の第１の実施形態の第２の変形例に係る開放型導波管アンテナ装置の構成を示す斜視図である。所望のインピーダンス特性を得るために、図９に示すように、図１の開放型導波管アンテナ装置の構成に加えて、アンテナ内部において、アンテナ素子１３と同じ長さの整合導体１６を、アンテナ素子１３と平行になるように接続してもよい。この場合、整合導体１６の一端は接地導体１１に接続点１６ａにおいて接続される一方、整合導体１６の他端は天井導体１５に接続点１６ｂにおいて接続される。
【００６８】
　図１０は本発明の第１の実施形態の第３の変形例に係る開放型導波管アンテナ装置の構成を示す斜視図である。所望のインピーダンス特性を得るために、図１０に示すように、図１の開放型導波管アンテナ装置の構成に加えて、アンテナ内部において、整合導体１９を備えてもよい。図１０において、線状の導体である整合導体１６は、上述の接続点１６ａにおいて接地導体１１に電気的に接続され、その接続点１６ａから上方に向かって延在した後、実質的に直角で折り曲げられ、アンテナ素子１３の略中央部に電気的に接続される。これにより、アンテナ素子１３に流れる電流を整合導体１９を用いて直接的に変化させることができるために、インピーダンス特性を大幅に変化させることができるという特有の効果がある。従って、例えば開放型導波管アンテナ装置の入力インピーダンスを同軸ケーブルの特性インピーダンスに実質的に一致するように、開放型導波管アンテナ装置の入力インピーダンスを変化させることができ、所望の入力インピーダンス特性が得られ、反射損失の少ない高効率なアンテナ装置を実現できる。
【００６９】
　図１１は本発明の第１の実施形態の第４の変形例に係る開放型導波管アンテナ装置の構成を示す斜視図である。導波管アンテナ装置の放射指向特性を変化させるために、図１１の本実施形態の第４の変形例に係る開放型導波管アンテナ装置に示すように、図１の開放型導波管アンテナ装置の構成に加えて、指向特性制御導体１７を備えてもよい。図１１では、線状導体の指向特性制御導体１７が、アンテナ素子１３から＋Ｘ方向であって接地導体１１の上面のＸ軸上の位置に位置するように設けられ、指向特性制御導体１７の一端は接地導体１１と接続点１７ａにおいて接続され、指向特性制御導体１７はその一端から上方に向って延在し、方形導波管の高さ又はそれよりも若干短い長さを有する。当該開放型導波管アンテナ装置から放射される電波は、指向特性制御導体１７が導波器として動作する結果、指向特性制御導体１７を備えないときよりも、＋Ｘ方向に指向性がより鋭くなるという特有の効果が得られる。
【００７０】
　図１１の第４の変形例においては、指向特性制御導体１７を直線状の導体で構成したが、これを他の形状の導体で構成してもよい。例えば、指向特性制御導体１７が、螺旋状の導体線で構成されたヘリカル型整合導体で構成してもよいし、Ｌ字型に折れ曲がった導体線で構成してもよい。これにより、上述の鋭い指向性を有する効果を損なうことなく導波管アンテナ装置の薄型化が可能になる。
【００７１】
　図１２は本発明の第１の実施形態の第５の変形例に係る開放型導波管アンテナ装置の構成を示す斜視図である。図１２においては、図１の開放型導波管アンテナ装置の構成において、アンテナ素子１３から＋Ｘ方向にずれたＸ軸上の接地導体１１の位置の接続点１７ａに、指向特性制御導体１７を設けたことを特徴としている。ここで、指向特性制御導体１７は、Ｚ方向に平行な線状導体１７Ａと、Ｙ方向に平行な線状導体１７Ｂとから構成され、線状導体１７Ａの一端は接地導体１１に電気的に接続され、線状導体１７Ａはさらに上方に向って延在し、方形導波管の高さ又はその高さよりも若干短い長さを有し、線状導体１７Ａの他端は線状導体１７Ｂの中間部に接続される。このとき、好ましくは、Ｚ方向に平行な線状導体１７ＡがＹ方向に平行な線状導体１７Ｂの略中央部で接続され、Ｚ方向に平行な線状導体１７Ａの長さと、Ｙ方向に平行な線状導体１７Ｂの半分の長さとの和が約１／４波長又はその奇数倍に設定される。線状導体１７Ａ，１７Ｂの長さをこのように設定することにより、当該開放型導波管アンテナ装置への給電時において、指向特性制御導体１７において共振が起こり、他の長さの設定のときよりも鋭い指向性について大きな効果を得る。図１１の開放型導波管アンテナ装置の構成は、主として、開放型導波管アンテナ装置のＸＺ平面内の指向特性を改善する技術を用いるが、図１２の構成にすることにより、開放型導波管アンテナ装置のＸＹ平面での指向特性も変化でき、特に、＋Ｘ方向への放射を大きくすることができる。
【００７２】
　図１３は本発明の第１の実施形態の第５の変形例の実施例に係る開放型導波管アンテナ装置の構成を示す斜視図であり、図１４は図１３の開放型導波管アンテナ装置の放射指向特性を示すグラフであり、図１４（ａ）はＸＹ平面の放射指向特性を示すグラフであり、図１４（ｂ）はＸＺ平面の放射指向特性を示すグラフである。すなわち、図１３は、図５の構成の開放型導波管アンテナ装置において、動作周波数が２ＧＨｚのときの指向特性制御導体１７を備えた場合である。図１４（ａ）から明らかなように、図７の指向特性に比べて、指向特性制御導体１７を備えたことにより、ＸＺ平面において＋Ｘ方向への放射がさらに強くなっていることが分かる。また、図１４（ｂ）から明らかなように、最大放射方向（すなわち、ビーム方向）では、ＸＺ平面において、Ｚ軸の＋Ｚ方向から＋Ｘ方向に向かって３５度の角度に７．５ｄＢｉの高い利得が得られ、図１４（ｂ）のＸＹ平面においてもＸ軸の＋Ｘ方向に２ｄＢｉの利得が得られた。また、ＸＹ平面においてはＹ方向への放射が増えていることが分かる。これにより、水平面（ＸＹ平面）においても、指向特性を大きく変化することが可能になる。当該導波管アンテナ装置が室内の壁際や窓際に配置された場合には、壁際方向であるＹ方向にも電波を放射する必要がある。従って、当該導波管アンテナ装置による指向特性はＹ方向への放射を有し、これは、当該アンテナ装置を室内の壁際に配置する場合において、好ましい指向特性である。
【００７３】
　以上の実施形態や変形例では、１個の指向特性制御導体１７を備えた場合について説明したが、本発明はこれに限らず、２個以上の指向特性制御導体１７を備えてもよい。これにより、当該導波管アンテナ装置の構造の自由度が増え、放射指向特性をさらに大きく制御することが可能になる。なお、指向特性制御導体１７を、図８乃至１０に示された整合導体１６とともに備えてもよい。
【００７４】
　以上の実施形態や変形例では、接地導体１１が正方形で構成された構造の導波管アンテナ装置を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限らず、例えば、所望の放射指向特性又は入力インピーダンス特性を得るために、接地導体１１は、長方形又はその他の多角形、又は半円又はこれらの組み合わせ又はその他の形状を有してもよい。
【００７５】
　ところで、当該導波管アンテナ装置を天井等に設置する場合、当該アンテナ装置が目立たないように、アンテナ装置の形状と、天井面の升目又は部屋の形状とを揃えてほしいという要望がある。しかしながら、導波管アンテナ装置の形状が長方形やその他の多角形の場合、天井面の升目又は部屋の形状は固定のため、当該導波管アンテナ装置を設置する方向には制限が生じてしまう。この問題点を解決するために、以下の実施例に係る開放型導波管アンテナ装置を提案する。
【００７６】
　図１５は本発明の第１の実施形態の第３の実施例に係る開放型導波管アンテナ装置の構成を示す斜視図である。この第１の実施形態の第３の実施例に係る開放型導波管アンテナ装置は、図１５に示すように、図１の開放型導波管アンテナ装置をレドーム１８により被覆したことを特徴としている。接地導体１１が接する底面が円形であるレドーム１８を用いることにより、アンテナ特性を劣化させる湿気や埃等の進入を防ぎ導波管アンテナ装置の特性を安定化させるとともに、当該導波管アンテナ装置を天井に設置する際に、天井面の升目又は部屋の形状に気を使うことなく導波管アンテナ装置を設置することが可能であるという特有の利点がある。さらに、導波管アンテナ装置の底面が円形状の場合、導波管アンテナ装置を回転させ取り付け方向を変化させることが可能である。これにより、電波の放射方向を調整することが可能になり、導波管アンテナ装置の設置位置に最適な放射指向特性を獲得することができる。
【００７７】
　以上の実施形態や変形例においては、１個の開放型導波管アンテナ装置について説明しているが、本発明はこれに限らず、複数の当該開放型導波管アンテナ装置をアレー状に配置し、フェーズドアレーアンテナ及びアダプティブアンテナアレーを構成してもよい。これにより、さらなる放射電波の指向特性の制御が可能になる。
【００７８】
第２の実施形態．
　図１６は本発明の第２の実施形態に係るスリット放射型導波管アンテナ装置の構成を示す斜視図である。
【００７９】
　図１６において、本実施形態のスリット放射型導波管アンテナ装置は、ＸＹ平面上に位置する底面の正方形の接地導体１１と、当該スリット放射型導波管アンテナ装置の上面（以下、アンテナ天井部という。）にこの接地導体１１に対向して配置された矩形形状の天井導体１５ａ及び１５ｂと、上記接地導体１１及び天井導体１５ａ及び１５ｂをそれぞれ連結する矩形形状の側面導体１４ａ及び１４ｂとによって形成された方形導波管を備え、上記方形導波管の長手方向の２つの端部は、矩形形状の終端導体１４ｃ及び１４ｄによってそれぞれ終端密閉されて短絡されている。これら接地導体１１と側面導体１４ａ及び１４ｂと天井導体１５ａ及び１５ｂと終端導体１４ｃ及び１４ｄとは、互いに機械的かつ電気的に接続され、ＸＺ平面に対して対称な中空の直方体形状の筺体部を構成している。
【００８０】
　アンテナ天井部において、天井導体１５ａ及び１５ｂの間には、Ｙ方向に平行であって方形導波管の幅にわたって１つのスリット２０が形成され、上記スリット２０を間に挟んで、天井導体１５ａは終端導体１４ｃ側に位置し、天井導体１５ｂは終端導体１４ｄ側に位置する。このスリット２０は、詳細後述されるように、方形導波管の長手方向（Ｘ方向）において、天井導体１５ａの長さＬ１と、天井導体１５ｂの長さＬ２が互いに異なる位置に形成される。ここで、スリット２０の幅は長さＬ１，Ｌ２に対して十分に小さい。また、天井導体１５ａの下面の、Ｙ方向の中央部における接続点１３ａにおいて、導体線からなるアンテナ素子１３の一端が半田付け等により機械的及び電気的に接続される一方、アンテナ素子１３は接続点１３ａから下方に向って垂直に延在し、さらに、アンテナ素子１３の他端は、接地導体１１上のＸ軸上に形成された円形孔１２ｈにおいて、接地導体１１とは電気的に絶縁された給電点１２に電気的に接続される。給電点１２は、例えば同軸ケーブルの中心導体と電気的に接続される一方、同軸ケーブルの接地導体は接地導体１１に電気的に接続される。これにより、無線機から給電される無線信号は給電点１２に給電される。
【００８１】
　ここで、天井導体１５ａ及び１５ｂと側面導体１４ａ及び１４ｂと終端導体１４ｃ及び１４ｄと接地導体１１で囲まれた空間をアンテナ内部といい、アンテナ内部から外側の空間をアンテナ外部という。
【００８２】
　次に、図１６及び図１７を参照して、本実施形態のスリット放射型導波管アンテナ装置の動作を説明する。図１７は図１６のスリット放射型導波管アンテナ装置が電波を放射するときの動作原理を示す、図１６のＸＺ平面によって切断された天井導体１５の断面図である。
【００８３】
　電波の放射はアンテナ素子１３を励振することによって行われ、スリット２０に生じる電界により電波は放射される。この電界を磁流に置き換えて説明すると、Ｙ軸と平行な線状磁流源に置き換えることができる。すなわち、電波の放射は、この磁流源による放射と見ることができる。従って、この磁流の振幅は両端において零で、中央部が最大値となるように正弦関数的に変化する。すなわち、当該スリット放射型導波管アンテナ装置は、Ｙ方向と平行な線状磁流のダイポールの指向特性を示す。このダイポールにより、ＸＹ平面とＹＺ平面で垂直偏波の双指向性を得て、ＸＺ平面において無指向性を得る。しかしながら、スリット２０の周りには天井導体１５ａ及び１５ｂがあり、天井導体１５ａ及び１５ｂの、終端導体１４ｃ及び１４ｄにそれぞれ接続された端部において、電波の回折が起こる。従って、スリット２０からの放射指向特性は、図１７に示すように、スリット２０からの直接波と天井導体１５ｂ及び１５ａの２つの端部からの第１及び第２の回折波との和として得られる。すなわち、放射源と−Ｘ方向の回折端までの距離Ｌ１と＋Ｘ方向の回折端までの距離Ｌ２に差がある場合、指向性は一方向に強くなり、Ｚ軸上の＋Ｚ方向である鉛直方向から傾く。
【００８４】
　図１７に示すように、長さＬ１が長さＬ２よりも短い場合は、第１の回折波の位相は第２の回折波よりも進み、指向性は鉛直方向である＋Ｚ方向から＋Ｘ方向へ傾く。すなわち、ＸＹＺ座標系の＋Ｘ方向に強い指向性が得られる。一方、例えば、長さＬ１が長さＬ２よりも長い場合は、第１の回折波の位相は第２の回折波よりも遅れ、指向性は鉛直方向である＋Ｚ方向から−Ｘ方向へ傾く。すなわち、ＸＹＺ座標系の−Ｘ方向に強い指向性が得られる。
【００８５】
　図１８は、本発明の第２の実施形態の第１の実施例に係るスリット放射型導波管アンテナ装置の構成を示す斜視図であり、本発明者らにより実際に試作した導波管アンテナ装置を示している。
【００８６】
　図１８において、接地導体１１が、辺の長さ１２０ｍｍの正方形の形状を有し、側面導体１４ａ及び１４ｂと終端導体１４ｃ及び１４ｄの高さが１２ｍｍであり、天井導体１５ａ及び１５ｂのＹ方向の長さが１２０ｍｍであり、スリット２０の幅が６ｍｍで、スリット２０はその中心が終端導体１４ｃから３６ｍｍだけ離れた位置にある。なお、給電点１２は接地導体１１の中央から２０ｍｍだけ−Ｘ方向に離れた位置に配置されている。
【００８７】
　図１９は図１８のスリット放射型導波管アンテナ装置の反射係数Ｓ１１の周波数特性を示すグラフである。図１９から明らかなように、本実施形態の導波管アンテナ装置は１．７６ＧＨｚで共振し、良好な反射特性を示していることが分かる。反射係数Ｓ１１が−１０ｄＢ以下となる範囲を動作周波数とすると、動作帯域は１．６４ＧＨｚから２．０２ＧＨｚまでで、動作帯域幅は０．３８ＧＨｚであり、広帯域な特性が得られた。
【００８８】
　図２０は図１８のスリット放射型導波管アンテナ装置の２ＧＨｚにおける放射指向特性を示すグラフであり、図２０（ａ）はＸＹ平面の放射指向特性を示すグラフであり、図２０（ｂ）はＸＺ平面の放射指向特性を示すグラフである。図２０において、導波管アンテナ装置の利得を表す半径方向の目盛りは１間隔が１０ｄＢであり、単位は理想的な点波源の放射電力を基準にした相対利得の単位ｄＢｉである。
【００８９】
　図２０（ｂ）から明らかなように、電波の放射は、ＸＹＺ座標系の＋Ｚ方向でかつ＋Ｘ方向に強い指向性を有し、当該スリット放射型導波管アンテナ装置は、簡単な構造で一方向へ強い指向性を実現していることがわかる。最大放射方向（すなわち、ビーム方向）では、ＸＺ平面において、Ｚ軸から＋Ｘ方向に向かって３０度の角度だけ回転した方向で７．８ｄＢｉの高い利得が得られた。これにより、スリット放射型導波管アンテナ装置は、室内の壁際や窓際のようなカバーエリアの端部に設置された場合において有効なアンテナ装置である。さらに当該スリット放射型導波管アンテナ装置は、２ＧＨｚの動作周波数で０．０８波長の高さを実現しており、非常に薄型のアンテナ装置である。
【００９０】
　以上の実施形態や試作例においては、スリット放射型導波管アンテナ装置がＸＺ平面に対して対称な構造である場合を示したが、この場合、当該スリット放射型導波管アンテナ装置からの放射電波の指向特性がＸＺ平面に対して対称になるという効果がある。
【００９１】
　図２１（ａ）は本発明の第２の実施形態の第２の実施例に係るスリット放射型導波管アンテナ装置の構成を示す斜視図であり、図２１（ｂ）は図２１（ａ）のスリット２０のＹ方向の長さＷに対するスリット放射型導波管アンテナ装置の共振周波数ｆを示すグラフである。図２１（ａ）及び（ｂ）を参照して、スリット放射型導波管アンテナ装置の共振周波数ｆについて以下に説明する。
【００９２】
　図２１（ａ）のスリット放射型導波管アンテナ装置において、スリット２０には電界が分布する。この電界の分布はスリット２０の両端部で零で、Ｘ軸上の中央部で最大となる。従って、当該スリット放射型導波管アンテナ装置は、スリット２０の長さＷ（すなわち、スリット放射型導波管アンテナ装置のＹ方向の長さ＝天井導体１５ａ，１５ｂのＹ方向の長さ）が管内波長の１／２波長となる周波数で共振する。接地導体１１と側面導体１４ａ及び１４ｂと終端導体１４ｃ及び１４ｄと天井導体１５ａ及び１５ｂが形成する方形導波管内での管内波長λｇは、上記数１により計算され、共振周波数ｆは次式で計算される。
【００９３】
【数３】
2004080775.tif 000005
【００９４】
　図２１（ｂ）から明らかなように、計算値は測定値と非常に近い結果が得られるので、共振周波数ｆは、上記数３の式を用いて、およそのスリット２０の長さＷに基づいて計算されることが分かる。
【００９５】
　以上説明したように、本実施形態のスリット放射型導波管アンテナ装置によれば、小型で薄型の形状を維持するとともに簡単な構造で一方向に強い指向性を備えたアンテナ装置を実現できる。
【００９６】
　以上の実施形態においては、ＸＺ平面に対して対称な構造であるスリット放射型導波管アンテナ装置を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限らず、例えば、所望の放射指向特性又は入力インピーダンス特性を得るために、ＸＺ平面に対して非対称な構造で形成してもよい。このような構造にすることにより放射対象空間に最適な放射指向特性を持つアンテナ装置を実現できる。
【００９７】
　以上の実施形態においては、アンテナ素子１３が導体線で構成されたスリット放射型導波管アンテナ装置を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限らず、例えば、アンテナ素子１３が板状の導体で形成してもよい。これにより、所望の入力インピーダンス特性が得られ、反射損失の少ない高効率なアンテナ装置を実現できるという特有の効果がある。
【００９８】
　図２２は、本発明の第２の実施形態の第１の変形例に係るスリット放射型導波管アンテナ装置の構成を示す斜視図である。所望の入力インピーダンス特性を得るために、図２２においては、図１６の構成に加えて、整合導体２１を備えたことを特徴としている。ここで、線状の導体である整合導体２１は、アンテナ素子１３と平行になるように、かつアンテナ素子１３から＋Ｙ方向に位置するように設けられ、整合導体２１の一端は接地導体１１上の接続点２１ａにおいて接地導体１１と接続され、整合導体２１はその一端から上方に延在し、方形導波管の高さよりも短い長さを有する。整合導体２１を備えることにより、アンテナ素子１３の近傍の電界を変化させ、アンテナ素子１３に流れる電流を変化させることにより、例えば当該アンテナ装置の入力インピーダンスを同軸ケーブルの特性インピーダンスに実質的に一致するように、アンテナのインピーダンスを変化させることができる。これにより、所望の入力インピーダンス特性が得られ、反射損失の少ない高効率なアンテナ装置を実現できるという特有の効果がある。
【００９９】
　図２３は本発明の第２の実施形態の第２の変形例に係るスリット放射型導波管アンテナ装置の構成を示す斜視図である。所望のインピーダンス特性を得るために、図２３に示すように、図１６のスリット放射型導波管アンテナ装置の構成に加えて、アンテナ内部において、アンテナ素子１３と同じ長さの整合導体２１を、アンテナ素子１３と平行になるように設けたことを特徴としている。整合導体２１の一端は接地導体１１と接続点２１ａにおいて接続される一方、整合導体２１の他端は天井導体１５と接続点２１ｂにおいて接続される。なお、整合導体２１の接続点２１ａは図２２と同様の位置に設けられる。
【０１００】
　図２４は本発明の第２の実施形態の第３の変形例に係るスリット放射型導波管アンテナ装置の構成を示す斜視図である。所望のインピーダンス特性を得るために、図２４に示すように、図１６のスリット放射型導波管アンテナ装置の構成に加えて、アンテナ内部において、整合導体２９を備えてもよい。図２４において、線状の導体である整合導体２９は、上述の接続点２１ａにおいて接地導体１１に電気的に接続され、その接続点２１ａから上方に向かって延在した後、実質的に直角で折り曲げられ、アンテナ素子１３の略中央部に電気的に接続される。これにより、アンテナ素子１３に流れる電流を直接的に変化させることができるために、インピーダンス特性を大幅に変えることができるという特有の効果がある。
【０１０１】
　以上の実施形態においては、１つのスリット２０を備えた場合を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限らず、図２５に示された第２の実施形態の第４の変形例のように、２つのスリット２０，２２を備えてもよい。この変形例では、アンテナ天井部において、Ｙ方向に平行なスリット２２が天井導体１５ａ及び１５ｂの間に設けられるとともに、Ｙ方向に平行なスリット２０が天井導体１５ｂ及び１５ｃの間に設けられ、天井導体１５ａと接地導体１１との間にＺ方向に対して平行に延在するアンテナ素子１３が位置している。これにより、特に、複数のスリット２０及び２２がアンテナ素子１３から一方（例えば、アンテナ素子１３の接続点１３ａから−Ｘ方向の側）のアンテナ天井部にのみ存在している場合、スリット２０及び２２の間隔を調整して各スリット２０及び２２から放射される電波の位相を揃えることにより、１個のスリット２０を備えた導波管アンテナ装置に比較して強い指向性を有する導波管アンテナ装置を実現できる。なお、スリット２０，２２の個数は２個に限定されず、それ以上であってもよい。
【０１０２】
　以上の実施形態においては、接地導体１１が正方形で構成された構造の導波管アンテナ装置を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限らず、例えば、所望の放射指向特性又は入力インピーダンス特性を得るために、接地導体１１が長方形又はその他の多角形、又は半円又はこれらの組み合わせ又はその他の形状を有してもよい。
【０１０３】
　ところで、導波管アンテナ装置を天井等に設置する場合、アンテナ装置が目立たないように、アンテナ装置の形状と、天井面の升目又は部屋の形状とを揃えてほしいという要望がある。しかしながら、導波管アンテナ装置の形状が長方形やその他の多角形の場合、天井面の升目又は部屋の形状は固定のため、導波管アンテナ装置を設置する方向には制限が生じてしまう。そこで、図１５に示す第１の実施形態の第３の実施例と同様に、接地導体１１が接する底面が円形であるレドーム１８を用いて導波管アンテナ装置を被覆してもよい。これにより、アンテナ特性を劣化させる湿気や埃等の進入を防ぎ導波管アンテナ装置の特性を安定化させるとともに、導波管アンテナ装置を天井に設置する際に、天井面の升目又は部屋の形状に気を使うことなく導波管アンテナ装置を設置することが可能であるという特有の利点がある。さらに、導波管アンテナ装置の底面が円形状の場合、導波管アンテナ装置を回転させ取り付け方向を変化させることが可能である。これにより、電波の放射方向を調整することが可能になり、導波管アンテナ装置の設置位置に最適な放射指向特性を獲得することができる。
【０１０４】
　また、複数の当該スリット放射型導波管アンテナ装置をアレー状に配置し、フェーズドアレーアンテナ及びアダプティブアンテナアレーを構成してもよい。これにより、さらなる放射電波の指向特性の制御が可能になる。
【０１０５】
　また、スリット放射型導波管アンテナ装置は全て導体で覆われているために、アンテナ装置周りの環境の影響を受けにくい。従って、当該スリット放射型導波管アンテナ装置２３を、部屋２４内において用いるときに、図２６に示された第２の実施形態の第３の実施例のように天井２４Ａに埋め込むことや、図２７に示された第２の実施形態の第４の実施例のように、天井２４Ａに近い壁２５に埋め込んでもよい。当該導波管アンテナ装置２３をこのように設置しても、一方向に強い指向性は保持される。従って、図２６及び２７のようにスリット放射型導波管アンテナ装置２３を配置することにより、他の配置よりも広いカバーエリアの放射特性３０１を得ることができる。なお、他の実施形態の導波管アンテナ装置を、図２６及び２７に示すように配置することにより、他の配置よりも広いカバーエリアを得ることができる。さらに、導波管アンテナ装置を天井２４Ａ又は壁２５に埋め込むことにより、人目に付かず、邪魔にならないという特有の利点がある。
【０１０６】
第３の実施形態．
　図２８は、本発明の第３の実施形態に係るスリット付き開放型導波管アンテナ装置の構成を示す斜視図である。
【０１０７】
　図２８において、当該スリット付き開放型導波管アンテナ装置は、図１の開放型導波管アンテナ装置に比較して以下の点が異なる。
（１）アンテナ天井部において、天井導体１５ａ及び１５ｂの間には、Ｙ軸に平行な長手方向を有し、管内波長の１／４波長に対して十分に小さい幅を有する１つのスリット２０が設けられ、上記スリット２０を間に挟んで、天井導体１５ａは導波管の開放端側に位置し、天井導体１５ｂは導波管の短絡端側に位置している。
（２）側面導体１４ａは、図１の側面導体１４ａよりも短く、天井導体１５と同じＸ方向の長さを有し、側面導体１４ｂは、図１の側面導体１４ｂよりも短く、天井導体１５と同じＸ方向の長さを有する。
【０１０８】
　なお、アンテナ素子１３は、図１のアンテナ素子１３と同様に、終端導体１４ｃから所定の長さＬｂの位置に設けられている。従って、接地導体１１は、天井導体１５ａや側面導体１４ａ，１４ｂよりも＋Ｘ方向に向って突出して延在するように形成されている。
【０１０９】
　次に、図２９及び図３０を参照して、当該スリット付き開放型導波管アンテナ装置の動作を説明する。図２９は図２８のスリット付き開放型導波管アンテナ装置の電流分布を示す、当該スリット付き開放型導波管アンテナ装置のＸＺ平面によって切断された断面図であり、図３０（ａ）は図２８のスリット付き開放型導波管アンテナ装置の電界分布を示す斜視図であり、図３０（ｂ）は図２８のスリット付き開放型導波管アンテナ装置の磁流分布を示す斜視図である。
【０１１０】
　本実施形態においては、電波の放射はアンテナ素子１３を励振させることによって行われ、天井導体１５ａ及び１５ｂと接地導体１１の間に生じる電界と、スリット２０に生じる電界により電波は放射される。アンテナ素子１３によって天井導体１５ａ及び１５ｂと接地導体１１との間に発生される電界は、図３０（ａ）に示すように、第１の実施形態の開放型導波管アンテナ装置の場合の図２（ａ）と同様になる。また、スリット２０に生じる電界は、図３０（ａ）に示すように、第２の実施形態のスリット開放型導波管アンテナ装置の場合と同様になる。
【０１１１】
　電流３０２は、図２９に示すように、給電点１２からアンテナ素子１３に沿って流れ、天井導体１５ａ、スリット２０及び天井導体１５ｂを介して終端導体１４ｃへ流れた後、終端導体１４ｃから接地導体１１に流れ、給電点１２に戻る。図２９において、終端導体１４ｃからアンテナ素子１３までの長さＬｂは管内波長の１／４波長の長さ又はその奇数倍の長さに設定される。従って、このスリット付き開放型導波管アンテナ装置に生じる電界分布は図３０（ａ）のようになり、天井導体１５ａ及び１５ｂと接地導体１１の間に生じる電界２０１の向きと、スリット２０に生じる電界２０１の向きとが一致する。すなわち、スリット２０は放射される電波の位相を揃える作用効果を有する。
【０１１２】
　この電界２０１を磁流２０２に置き換えて説明すると、図３０（ｂ）に示すように、Ｙ方向と平行な線状磁流源に置き換えることができる。すなわち、電波の放射は、これらの磁流源による放射と見ることができる。従って、このスリット付き開放型導波管アンテナ装置の指向特性は、この２つの磁流２０２による同相励振のアレーとして得られる。天井導体１５ａ及び１５ｂと接地導体１１との間に生じる電界２０１による指向特性は、第１の実施形態の開放型導波管アンテナ装置と同様であって、ＸＹＺ座標系の＋Ｚ方向でかつ＋Ｘ方向に強い指向性が得られる。また、スリット２０に生じる電界２０１による指向特性は、第２の実施形態のスリット開放型導波管アンテナ装置と同様であって、ＸＹＺ座標系の＋Ｚ方向でかつ＋Ｘ方向に強い指向性が得られる。従って、本実施形態のスリット付き開放型導波管アンテナ装置は、この２つの指向特性の同相のアレーとなるので、ＸＹＺ座標系の＋Ｚ方向でかつ＋Ｘ方向にさらに極めて強い指向性が得られる。
【０１１３】
　図３１は本発明の第３の実施形態の実施例に係るスリット付き開放型導波管アンテナ装置の構成を示す斜視図であり、本発明者らにより実際に試作したスリット付き開放型導波管アンテナ装置を示している。
【０１１４】
　図３１において、接地導体１１が、辺の長さ１２０ｍｍの正方形の形状を有し、側面導体１４ａ及び１４ｂと終端導体１４ｃの高さが１２ｍｍであり、天井導体１５ａ及び１５ｂのＸ方向の長さが４１ｍｍであり、スリット２０の幅が６ｍｍで、スリット２０の中心が終端導体１４ｃから３６ｍｍだけ離れた位置に位置する。なお、給電点１２は接地導体１１の中央からＸ軸上に２０ｍｍだけ−Ｘ方向に離れた位置に配置されている。
【０１１５】
　図３２は図３１のスリット付き開放型導波管アンテナ装置の反射係数Ｓ１１の周波数特性を示すグラフである。図３２から明らかなように、１．９ＧＨｚと２．３ＧＨｚの２つの周波数で共振し、広帯域に渡り良好な反射特性を示していることが分かる。反射係数Ｓ１１が−１０ｄＢ以下となる範囲を動作周波数とすると、動作帯域は１．８６から至２．４６ＧＨｚまでで、動作帯域幅は０．６ＧＨｚであり、比帯域で２８％という非常に広帯域な特性が得られた。
【０１１６】
　図３３は図３１のスリット付き開放型導波管アンテナ装置における動作周波数ｆ＝１．８６ＧＨｚのときの放射指向特性を示すグラフであり、図３３（ａ）はＸＹ平面の放射指向特性を示すグラフであり、図３３（ｂ）はＸＺ平面の放射指向特性を示すグラフである。ここで、導波管アンテナ装置の利得を表す半径方向の目盛りは１間隔が１０ｄＢであり、単位は理想的な点波源の放射電力を基準にした相対利得の単位ｄＢｉである。同様にして、図３４は動作周波数ｆ＝２．０ＧＨｚのときの放射指向特性を示すグラフであり、図３５は動作周波数ｆ＝２．４６ＧＨｚのときの放射指向特性を示すグラフである。
【０１１７】
　図３４に示すｆ＝２．０ＧＨｚの指向特性を一例に説明する。図３４（ｂ）から明らかなように、電波の放射は、ＸＹＺ座標系の＋Ｚ方向でかつ＋Ｘ方向に強い指向性を有し、当該スリット付き開放型導波管アンテナ装置は、簡単な構造で一方向へ強い指向性を実現していることがわかる。最大放射方向（すなわち、ビーム方向）では、ＸＺ平面において、Ｚ軸から＋Ｘ方向に向かって３５度の角度だけ回転した方向で９．０ｄＢｉの高い利得が得られる。また、図３４（ａ）から明らかなように、ＸＹ平面においてもＸ軸の＋Ｘ方向に４．２ｄＢｉの特に高い利得が得られたことがわかる。これにより、スリット付き開放型導波管アンテナ装置は、室内の壁際や窓際のようなカバーエリアの端に設置された場合において有効なアンテナであることがいえる。
【０１１８】
　さらに、図３３乃至図３５から明らかなように、所定のインピーダンスの動作周波数帯において、ＸＹＺ座標系の＋Ｚ方向でかつ＋Ｘ方向に強い指向性を示し、広帯域に渡り一方向へ強い指向性を実現していることがわかる。さらに当該スリット付き開放型導波管アンテナ装置は、２．１ＧＨｚの動作周波数で０．０８波長の高さを実現しており、非常に薄型のアンテナ装置である。
【０１１９】
　以上の実施形態や試作例においては、当該スリット付き開放型導波管アンテナ装置がＸＺ平面に対して対称な構造である場合を示したが、この場合、導波管アンテナ装置からの放射電波の指向特性がＸＺ平面に対して対称になるという特有の効果がある。
【０１２０】
　以上説明したように、本実施形態のスリット付き開放型導波管アンテナ装置によれば、小型で薄型の形状を維持するとともに簡単な構造で一方向に強い指向性と広帯域な特性を備えたアンテナ装置を実現できる。
【０１２１】
　以上の実施形態においては、ＸＺ平面に対して対称な構造であるスリット付き開放型導波管アンテナ装置を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限らず、例えば、所望の放射指向特性又は入力インピーダンス特性を得るために、ＸＺ平面に対して非対称な構造を形成してもよい。このような構造にすることにより放射対象空間に最適な放射指向特性を持つアンテナ装置が実現可能である。
【０１２２】
　以上の実施形態においては、１つのスリット２０を備えた場合を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限らず、２つ以上のスリットを備えてもよい。これらのスリットから放射される電波の位相を揃えることにより、スリットが１つのときよりも強い指向性を実現することができる。
【０１２３】
　以上の実施形態においては、側面導体１４ａ及び１４ｂのＸ方向の長さを、（天井導体１５ａ及び１５ｂとスリット２０とを含む）アンテナ天井部のＸ方向の長さに等しくした構造となっているが、側面導体１４ａ及び１４ｂのＸ方向の長さは、第１の実施形態と同様に、接地導体１１のＸ方向の長さと等しくてもよい。逆に、第１の実施形態において、側面導体１４ａ及び１４ｂのＸ方向の長さを天井導体１５のＸ方向の長さと等しく形成してもよい。
【０１２４】
　以上の本実施形態においては、アンテナ素子１３が導体線で構成されたスリット付き開放型導波管アンテナ装置を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限らず、例えば、アンテナ素子１３が板状の導体で構成してもよい。これにより、所望の入力インピーダンス特性が得られ、反射損失の少ない高効率なアンテナ装置を実現できるという特有の効果がある。
【０１２５】
　図３６は本発明の第３の実施形態の第１の変形例に係るスリット付き開放型導波管アンテナ装置の構成を示す斜視図である。所望の入力インピーダンス特性を得るために、図３６に示すように、図２８の構成に加えて、図８と同様の構成を有する整合導体２１を備えてもよい。当該整合導体２１を備えることにより、アンテナ素子１３近傍の電界を変化させ、アンテナ素子１３に流れる電流を変化させることにより、導波管アンテナ装置のインピーダンスを変化させることができる。これにより、所望の入力インピーダンス特性が得られ、反射損失の少ない高効率なアンテナ装置を実現できるという特有の効果がある。
【０１２６】
　図３７は本発明の第３の実施形態の第２の変形例に係るスリット付き開放型導波管アンテナ装置の構成を示す斜視図である。所望のインピーダンス特性を得るために、図３７に示すように、図２８の構成に加えて、図９と同様の構成を有する整合導体１６を備えてもよい。これにより、所望の入力インピーダンス特性が得られ、反射損失の少ない高効率なアンテナ装置を実現できるという特有の効果がある。
【０１２７】
　図３８は本発明の第３の実施形態の第３の変形例に係るスリット付き開放型導波管アンテナ装置の構成を示す斜視図である。所望のインピーダンス特性を得るために、図３８に示すように、図２８の構成に加えて、図１０と同様の構成を有する整合導体１９を備えてもよい。これにより、アンテナ素子１３に流れる電流を直接的に変化させることができるために、インピーダンス特性を大幅に変えることができるという特有の効果がある。
【０１２８】
　図３９は本発明の第３の実施形態の第４の変形例に係るスリット付き開放型導波管アンテナ装置の構成を示す斜視図である。放射指向特性を変化させるために、図３９に示すように、図１１と同様の構成を有する指向特性制御導体１７を備えてもよい。図３９のスリット付き開放型導波管アンテナ装置において、放射される電波は、指向特性制御導体１７が導波器として動作する結果、指向特性制御導体１７を設けないときに比較して、＋Ｘ方向に指向性がより鋭くなる効果が得られる。図３９において、指向特性制御導体１７を直線状の導体で構成したが、これを他の形状の導体で構成してもよい。例えば、指向特性制御導体１７は、螺旋状の導体線で構成されたヘリカル型整合導体であってもよく、あるいは、Ｌ字型に折れ曲がった導体線で形成してもよい。これにより、当該変形例の効果を損なうことなく導波管アンテナ装置の薄型化が可能になる。
【０１２９】
　図４０は本発明の第３の実施形態の第５の変形例に係るスリット付き開放型導波管アンテナ装置の構成を示す斜視図である。図４０において、図１２と同様の構成を有し、２つの線状導体１７Ａ，１７ｂで構成してなる指向特性制御導体１７を備えてもよい。図３９の構成は主に、ＸＺ平面の指向特性を改善する技術であるが、図４０の構成にすることにより、ＸＹ平面での指向特性も変化できる。
【０１３０】
　図４１は本発明の第３の実施形態の第５の変形例の実施例に係るスリット付き開放型導波管アンテナ装置の構成を示す斜視図である。図４１は、図３１の構成の導波管アンテナ装置に対して、動作周波数が２ＧＨｚのときの指向特性制御導体１７を備えた場合である。図４２は図４１のスリット付き開放型導波管アンテナ装置の放射指向特性を示すグラフであり、図４２（ａ）はＸＹ平面の放射指向特性を示すグラフであり、図４２（ｂ）はＸＺ平面の放射指向特性を示すグラフである。
【０１３１】
　図４２（ｂ）から明かなように、図３４の指向特性に比べて、指向特性制御導体１７を備えたことにより、ＸＺ平面において＋Ｘ方向への放射がさらに強くなっていることが分かる。具体的には、最大放射方向（すなわち、ビーム方向）では、ＸＺ平面において、Ｚ軸の＋Ｚ方向から＋Ｘ方向に向かって４０度の角度だけ回転した方向で８．５ｄＢｉの高い利得が得られ、ＸＹ平面においてもＸ軸の＋Ｘ方向に２．６ｄＢｉの利得が得られた。また、図４２（ａ）から明かなように、ＸＹ平面においては＋Ｙ方向への放射が増えていることが分かる。これにより、水平面（ＸＹ平面）においても指向特性を大きく変化することが可能になる。導波管アンテナ装置が室内の壁際や窓際に配置された場合には、壁際方向であるＹ方向にも電波を放射する必要がある。従って、当該導波管アンテナ装置による指向特性はＹ方向への放射があり、当該導波管アンテナ装置を室内の壁際に配置する場合において、好ましい指向特性である。
【０１３２】
　以上の実施形態や変形例においては、１個の指向特性制御導体１７を備えた場合について説明しているが、本発明はこれに限らず、複数の指向特性制御導体１７を備えてもよい。これにより、スリット付き開放型導波管アンテナ装置の構造の自由度が増え放射指向特性をさらに大きく制御することが可能になる。また、指向特性制御導体１７を、図３６乃至３８に示された整合導体２１とともに用いることも可能である。
【０１３３】
　以上の実施形態や変形例では、接地導体１１が正方形で構成された構造のスリット付き開放型導波管アンテナ装置を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限らず、例えば、所望の放射指向特性又は入力インピーダンス特性を得るために、接地導体１１を長方形又はその他の多角形、又は半円又はこれらの組み合わせ又はその他の形状で形成してもよい。また、導波管アンテナ装置を天井等に設置する場合、アンテナ装置が目立たないように、アンテナ装置の形状と、天井面の升目又は部屋の形状とを揃えてほしいという要望がある。しかしながら、導波管アンテナ装置の形状が長方形やその他の多角形の場合、天井面の升目又は部屋の形状は固定のため、導波管アンテナ装置を設置する方向には制限が生じてしまう。そこで、図１５に示す第１の実施形態の第３の実施例と同様に、接地導体１１が接する底面が円形であるレドーム１８を用いることにより、アンテナ特性を劣化させる湿気や埃等の進入を防ぎ導波管アンテナ装置の特性を安定化させるとともに、導波管アンテナ装置を天井に設置する際に、天井面の升目又は部屋の形状に気を使うことなく導波管アンテナ装置を設置することができる。さらに、導波管アンテナ装置の底面が円形状の場合、導波管アンテナ装置を回転させ取り付け方向を変化させることが可能である。これにより、電波の放射方向を調整することが可能になり、導波管アンテナ装置の設置位置に最適な放射指向特性を獲得することができる。
【０１３４】
　また、第３の実施形態やその各変形例に係る複数の当該スリット付き開放型導波管アンテナ装置をアレー状に配置し、フェーズドアレーアンテナ及びアダプティブアンテナアレーを構成してもよく、これにより、さらなる放射電波の指向特性の制御が可能になる。
【０１３５】
第４の実施形態．
　図４３は本発明の第４の実施形態であって、第１の実施形態のアンテナ内部に誘電体が充填された開放型導波管アンテナ装置の構成を示す斜視図である。図４３において、本実施形態の導波管アンテナ装置は、図１に示された第１の実施形態に係る開放型導波管アンテナ装置において、そのアンテナ内部を誘電体３０によって充填したことを特徴としている。このように構成することにより、第１の実施形態に係る作用効果に加えて、当該導波管アンテナ装置を小型・軽量化して形成できるとともに、誘電体基板上に金属導体を公知の導体パターン形成方法を用いて高精度で当該導波管アンテナ装置を製造できる、また、アンテナ内部に誘電体３０が充填されているので、ごみが入らず清掃が不要であるという利点がある。
【０１３６】
　図４４は本発明の第４の実施形態の第１の変形例であって、第２の実施形態のアンテナ内部に誘電体が充填されたスリット放射型導波管アンテナ装置の構成を示す斜視図である。図４４において、本実施形態の導波管アンテナ装置は、図１６に示された第２の実施形態に係るスリット放射型導波管アンテナ装置において、そのアンテナ内部を誘電体３０ａによって充填したことを特徴としている。このように構成することにより、第２の実施形態に係る作用効果に加えて、当該導波管アンテナ装置を小型・軽量化して形成できるとともに、誘電体基板上に金属導体を公知の導体パターン形成方法を用いて高精度で当該導波管アンテナ装置を製造できる、また、アンテナ内部に誘電体３０が充填されているので、ごみが入らず清掃が不要であるという利点がある。
【０１３７】
　図４５は本発明の第４の実施形態の第２の変形例であって、第３の実施形態のアンテナ内部に誘電体が充填されたスリット付き開放型導波管アンテナ装置の構成を示す斜視図である。図４５において、本実施形態の導波管アンテナ装置は、図２８に示された第３の実施形態に係るスリット付き開放型導波管アンテナ装置において、そのアンテナ内部を誘電体３０によって充填したことを特徴としている。このように構成することにより、第３の実施形態に係る作用効果に加えて、当該導波管アンテナ装置を小型・軽量化して形成できるとともに、誘電体基板上に金属導体を公知の導体パターン形成方法を用いて高精度で当該導波管アンテナ装置を製造できる、また、アンテナ内部に誘電体３０が充填されているので、ごみが入らず清掃が不要であるという利点がある。
【０１３８】
　以上の第４の実施形態及びその第１と第２の変形例においてそれぞれ、第１、第２及び第３の実施形態において、アンテナ内部に誘電体３０を充填しているが、第１、第２及び第３の実施形態の各変形例や各実施例においても、アンテナ内部に誘電体３０を充填してもよい。
【０１３９】
　ところで、第４の実施形態及びその第１と第２の本実施形態に係る導波管アンテナ装置は、アンテナ内部に誘電体３０を挿入している。真空での誘電率ε０に対する誘電体３０の誘電率の比である比誘電率をεｒとすると、誘電体３０内での波長は、真空中の波長に比べて１／√（εｒ）倍となる。εｒは１以上であるから誘電体３０内では、波長は短くなる。このため、誘電体３０をアンテナ内部に挿入することにより、誘電体３０を充填しないときよりも、導波管アンテナ装置をより小型で薄型の構造にすることができる。
【０１４０】
第５の実施形態．
　図４６（ａ）は本発明の第５の実施形態に係る開放型導波管アンテナ装置の構成を示す斜視図であり、図４６（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’線に沿った縦断面図である。図４６の実施形態においては、図４３の側面導体１４ａ及び１４ｂと終端導体１４ｃの代わりに、互いに所定間隔ｈだけ離れてかつ互いに平行に（垂直方向に、すなわち厚さ方向に）形成された複数のスルーホール導体３２を形成したことを特徴としており、図４３の開放型導波管アンテナ装置と同様の作用効果を有する。なお、アンテナ素子１３もまたスルーホール導体で形成している。ここで、アンテナ素子１３と、終端導体を構成するスルーホール導体３２までの距離は上述の長さＬｂに設定される。ここで、スルーホール導体３２は、接地導体１１及び天井導体１５が形成された誘電体基板３１に厚さ方向に貫通するスルーホールを形成し、そのスルーホールに金属導体を充填することにより形成される。本実施形態に係る製造方法においては、公知の導体パターン形成方法を用いることができるので、高精度で天井導体１５やスルーホール導体３２を形成することができ、これにより、誘電体を充填された導波管アンテナ装置の製作精度が向上し、さらには量産によるコストの削減が可能になる。
【０１４１】
　次に、図４６の導波管アンテナ装置の製作手順の一例を示す。上面と下面にそれぞれ導体層（導体パターン）が形成された誘電体基板３１を接地導体１１の大きさに切断し、上面の導体層を例えばエッチング又は機械加工で削ることにより導体パターンの天井導体１５を形成する。次いで、誘電体基板３１において厚さ方向に貫通するようにスルーホールを形成した後、各スルーホールに金属導体を充填することにより、複数のスルーホール導体３２にてなる側面導体及び終端導体と、アンテナ素子１３とを形成する。ここでは、天井導体１５が形成された面を誘電対基板３１の上面とする。誘電対基板３１のもう一方の導体層が接地導体１１となる。さらに、この接地導体１１において、アンテナ素子１３を構成するスルーホールのある位置に適当な円形孔１２ｈを形成して給電点１２を形成することにより、本実施形態の導波管アンテナ装置を作成できる。
【０１４２】
　図４４と図４５の導波管アンテナ装置の場合においても、表面に導体層が形成された誘電体基板に対して、スリット２０をエッチング又は機械加工で導体層を削ることにより、同様に形成してもよい。
【０１４３】
　以上説明したように、第４及び第５の実施形態の導波管アンテナ装置によれば、簡単な構造で、小型で薄型の形状で、かつ工作精度が良く、アンテナ特性の劣化の少ない、一方向に強い指向性を備えたアンテナ装置を実現できる。
【０１４４】
　以上の実施形態や変形例、試作例においては、導波管アンテナ装置がＸＺ平面に対して対称な構造である場合を示したが、この場合、導波管アンテナ装置からの放射電波の指向特性がＸＺ平面に対して対称になるという作用効果がある。
【０１４５】
　以上の実施形態においては、ＸＺ平面に対して対称な構造である導波管アンテナ装置を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限らず、例えば、所望の放射指向特性又は入力インピーダンス特性を得るために、ＹＺ平面にのみ対称な構造、又は、ＹＺ平面、ＸＺ平面に対して非対称な構造を形成してもよい。このような構造にすることにより放射対象空間に最適な放射指向特性を持つアンテナ装置を実現できる。
【０１４６】
　以上の本実施形態においては、導体で囲まれたアンテナ内部が誘電体３０ですべて充填されている構造の導波管アンテナ装置を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限らず、アンテナ内部の一部のみに誘電体３０を充填してもよい。例えば、天井導体１５（又は１５ａ及び１５ｂ）と側面導体１４ａ及び１４ｂと終端導体１４ｃ（又は１４ｃ及び１４ｄ）と接地導体１１で囲まれた空間のみを誘電体基板を用いて形成してもよい。
【０１４７】
　さらに、第５の実施形態において、第１の実施形態、第２の実施形態、第３の実施形態で説明した整合導体１３，１６や、指向特性制御導体１７，１９をさらに備えてもよい。この場合、整合導体１３，１６や指向特性制御導体１７，１９は誘電体基板に設けられたスルーホール導体や金属箔パターンにより形成してもよい。また、第１の実施形態、第２の実施形態、第３の実施形態において説明した変形例は、本実施形態の導波管アンテナ装置においてすべて適用してもよい。
【０１４８】
　また、第５の実施形態に係る複数の当該導波管アンテナ装置をアレー状に配置し、フェーズドアレーアンテナ及びアダプティブアンテナアレーを構成してもよく、さらなる放射電波の指向特性の制御が可能になる。
【０１４９】
　以上の各実施形態や変形例において、１個の整合導体１６，１９，２９を備えているが、本発明はこれに限らず、複数の整合導体１６，１９，２９を備えてもよい。また、以上の各実施形態や変形例において、１個の指向特性制御導体１７を備えているが、本発明はこれに限らず、複数の指向特性制御導体１７を備えてもよい。
【０１５０】
第１の実施形態の変形例．
　図４７は、本発明の第１の実施形態の第６の変形例に係る開放型導波管アンテナ装置の構成を示す上面図である。図１の開放型導波管アンテナ装置では、接地導体１１と側面導体１４ａ及び１４ｂと天井導体１５にて構成される方形導波管が矩形の断面を有するのに対して、この変形例の開放型導波管アンテナ装置は、接地導体１１ａと側面導体１４ａ及び１４ｂと天井導体１５ｄとにより構成し、ここで、当該接地導体１１ａ及び天井導体１５ｄをそれぞれ短絡導体１４ｃの辺が開放端の辺よりも短い等脚台形状で形成し、開放端における断面が、終端導体１４ｃで短絡された一端における断面よりも大きくなるように方形導波管を形成したことを特徴としている。ここで、互いに対向する２つの側面導体１４ａ及び１４ｂは、方形導波管の開放された他端において、終端導体１４ｃによって短絡された方形導波管の一端よりも互いに離間するように形成されている。以上のように構成された第６の変形例に係る開放型導波管アンテナ装置では、当該アンテナ装置で送受信される電磁波の水平方向の主ビーム幅を、図１のアンテナ装置よりも広くすることができる。
【０１５１】
　図４８は、本発明の第１の実施形態の第７の変形例に係る開放型導波管アンテナ装置の構成を示す上面図である。図４７のアンテナ装置では、それぞれ等脚台形状を有する接地導体１１ａ及び天井導体１５ｄを備えているが、図４８のアンテナ装置では、脚部の長さが異なる台形形状（なお、短絡導体１４ｃの辺は開放端の辺よりも短い）を有する接地導体１１ｂ及び天井導体１５ｅを備えたことを特徴としている。当該アンテナ装置でも、互いに対向する２つの側面導体１４ａ及び１４ｂは、方形導波管の開放された他端において、終端導体１４ｃによって短絡された方形導波管の一端よりも互いに離間するように形成され、当該アンテナ装置で送受信される電磁波の水平方向の主ビーム幅を、図１のアンテナ装置よりも広くすることができる。
【０１５２】
　図４９は、本発明の第１の実施形態の第８の変形例に係る開放型導波管アンテナ装置の構成を示す上面図である。図１の開放型導波管アンテナ装置では、接地導体１１と側面導体１４ａ及び１４ｂと天井導体１５にて構成される方形導波管が矩形の断面を有するのに対して、この変形例の開放型導波管アンテナ装置は、接地導体１１ｃと側面導体１４ａ及び１４ｂと天井導体１５ｆとにより構成し、ここで、当該接地導体１１ｃ及び天井導体１５ｆをそれぞれ短絡導体１４ｃの辺が開放端の辺よりも長い等脚台形状で形成し、開放端における断面が、終端導体１４ｃで短絡された一端における断面よりも小さくなるように方形導波管を形成したことを特徴としている。ここで、互いに対向する２つの側面導体１４ａ及び１４ｂは、方形導波管の開放された他端において、終端導体１４ｃによって短絡された方形導波管の一端よりも互いに近接するように形成されている。以上のように構成された第８の変形例に係る開放型導波管アンテナ装置では、当該アンテナ装置で送受信される電磁波の水平方向の主ビーム幅を、図１のアンテナ装置よりも狭くすることができる。
【０１５３】
　図５０は、本発明の第１の実施形態の第９の変形例に係る開放型導波管アンテナ装置の構成を示す上面図である。図４７のアンテナ装置では、それぞれ等脚台形状を有する接地導体１１ａ及び天井導体１５ｄを備えているが、図５０のアンテナ装置では、脚部の長さが異なる台形形状（なお、短絡導体１４ｃの辺は開放端の辺よりも長い）を有する接地導体１１ｄ及び天井導体１５ｇを備えたことを特徴としている。当該アンテナ装置でも、互いに対向する２つの側面導体１４ａ及び１４ｂは、方形導波管の開放された他端において、終端導体１４ｃによって短絡された方形導波管の一端よりも互いに近接するように形成され、当該アンテナ装置で送受信される電磁波の水平方向の主ビーム幅を、図１のアンテナ装置よりも狭くすることができる。
【０１５４】
　さらに、導波管アンテナ装置の断面形状を変形する方法は、図４７乃至図５０に図示された例に限定されるものではなく、所望の指向特性を得るためにその他の形状に変形することも可能である。
【０１５５】
　図５１（ａ）は本発明の第１の実施形態の第１０の変形例に係る開放型導波管アンテナ装置の構成を示す斜視図であり、図５１（ｂ）はその上面図である。図１の開放型導波管アンテナ装置では、側面導体１４ａと終端導体１４ｃとが直交し、かつ側面導体１４ｂと終端導体１４ｃとが直交していたのに対して、この変形例の開放型導波管アンテナ装置では、終端導体１４ｃａが側面導体１４ａ及び１４ｂと滑らかに連結する半楕円平面（上下面）の曲線形状に形成されていることを特徴とする。ここで、終端導体１４ｃａは、方形導波管の幅方向の中央部（すなわちＹ軸方向の中央部）において、側面導体１４ａ及び１４ｂと連結された各端部よりも、方形導波管の電磁波伝搬方向（長手方向）の長さを長くするように（終端導体１４ｃａ側が突出するように）湾曲されて形成されている。これに伴い、接地導体１１ｅ及び天井導体１５ｈの形状も、図１の矩形形状から、矩形プラス半楕円形を有する形状に変形されている。以上のように構成されたアンテナ装置によれば、当該アンテナ装置で送受信される電磁波の水平方向の主ビーム幅を、図１の実施形態の場合よりも狭くすることができる。さらに、当該アンテナ装置において、図４７乃至図５０の変形例と同様に、方形導波管の開放端における断面を、その短絡端における断面よりも、広く又は狭く変形してもよい。
【０１５６】
　図５２（ａ）は本発明の第１の実施形態の第１１の変形例に係る開放型導波管アンテナ装置の構成を示す斜視図であり、図５２（ｂ）は図５２（ａ）のＢ−Ｂ’線に沿った縦断面図である。この変形例の開放型導波管アンテナ装置では、図５２（ｂ）のように、終端導体１４ｃｂが天井導体１５及び接地導体１１と滑らかに連結する曲面形状に形成されていることを特徴とする。ここで、天井導体１５と終端導体１４ｃｂと接地導体１１とは、例えば、単一の導体板を湾曲させることによって形成され、特に、終端導体１１ｃｂは、方形導波管の幅方向の中央部（すなわち、Ｚ軸方向の中央部）において、天井導体１５及び接地導体１１とそれぞれ連結された上端及び下端よりも、方形導波管の電磁波伝搬方向の長さを長くするように湾曲させて形成されている。これに伴い、側面導体１４ａａ及び１４ｂａの形状も、図１の矩形形状から、半円形プラス矩形の形状を有するように変形されている。以上のように構成されたアンテナ装置によれば、当該アンテナ装置で送受信される電磁波の垂直方向の主ビーム幅を、図１の実施形態の場合よりも狭くすることができる。さらに、当該アンテナ装置において、図４７乃至図５０の変形例と同様に、方形導波管の開放端における断面を、その短絡端における断面よりも、広く又は狭く変形してもよい。
【０１５７】
　図５３（ａ）は本発明の第１の実施形態の第１２の変形例に係る開放型導波管アンテナ装置の構成を示す斜視図であり、図５３（ｂ）は図５３（ａ）のＣ−Ｃ’線に沿った縦断面図である。この変形例の開放型導波管アンテナ装置では、図５３（ｂ）のように、終端導体１４ｃｄが天井導体１５と滑らかに連結する曲面形状に形成されていることを特徴とする。ここで、天井導体１５と終端導体１４ｃｄとは、例えば、単一の導体板を湾曲させることによって形成され、特に、終端導体１４ｃｄは、方形導波管の幅方向の上端から下端に向かって、方形導波管の電磁波伝搬方向の長さを長くするように湾曲させて形成されている。これに伴い、側面導体１４ａｂ及び１４ｂｂの形状も、図１の矩形形状から、１／４円形プラス矩形の形状を有するように変形されている。以上のように構成されたアンテナ装置によれば、当該アンテナ装置で送受信される電磁波の垂直方向の主ビーム幅を、図１の実施形態の場合よりも狭くすることができる。さらに、当該アンテナ装置において、図４７乃至図５０の変形例と同様に、方形導波管の開放端における断面を、その短絡端における断面よりも、広く又は狭く変形してもよい。
【０１５８】
　また、図４７乃至図５３の変形例に対するさらなる変形例として、図８乃至図１０のような整合導体をさらに備えてもよく、図１１及び図１２のような指向特性制御導体をさらに備えてもよい。またさらに、これらの変形例に係る導波管アンテナ装置を、図１５のようなレドームの中に設けてもよい。他の変形例として、第４及び第５の実施形態（図４３及び図４６を参照）と同様に、これらの変形例に係る導波管アンテナ装置を、誘電体に埋め込んでもよい。
【０１５９】
第３の実施形態の変形例．
　図５４は、本発明の第３の実施形態の第６の変形例に係るスリット付き開放型導波管アンテナ装置の構成を示す上面図である。図５４のアンテナ装置では、図４７のアンテナ装置において第３の実施形態に係る図２８のスリット２０を形成して、分離した２つの天井導体１５ａａ及び１５ｂａを形成することにより、図４７のアンテナ装置と図２８のアンテナ装置の両方の作用効果を有する。
【０１６０】
　図５５は、本発明の第３の実施形態の第７の変形例に係るスリット付き開放型導波管アンテナ装置の構成を示す上面図である。図５５のアンテナ装置では、図４９のアンテナ装置において第３の実施形態に係る図２８のスリット２０を形成して、分離した２つの天井導体１５ａｂ及び１５ｂｂを形成することにより、図４９のアンテナ装置と図２８のアンテナ装置の両方の作用効果を有する。
【０１６１】
　図５６（ａ）及び図５６（ｂ）は、本発明の第３の実施形態の第８の変形例に係るスリット付き開放型導波管アンテナ装置の構成を示す上面図である。図５６（ａ）及び図５６（ｂ）のアンテナ装置では、図５１のアンテナ装置において第３の実施形態に係る図２８のスリット２０を形成して、分離した２つの天井導体１５ａｃ及び１５ｂｃを形成することにより、図５１のアンテナ装置と図２８のアンテナ装置の両方の作用効果を有する。
【０１６２】
第６の実施形態．
　図５７は、本発明の第６の実施形態に係る、２個の図１の開放型導波管アンテナ装置４００−１，４００−２を用いたアレーアンテナ装置の上面図である。本実施形態では、２つの導波管アンテナ装置４００−１及び４００−２がその開放端を互いに対向させるように設けられ、２つの導波管アンテナ装置４００−１及び４００−２の各接地導体１１は、接地導体１１Ａを介して互いに電気的かつ機械的に接続されている。ここで、導波管アンテナ装置４００−１の給電点は、同軸ケーブル４０５−１を介してダイバーシティ選択回路４１０に接続され、導波管アンテナ装置４００−２の給電点は、同軸ケーブル４０５−２を介してダイバーシティ選択回路４１０に接続される。各アンテナ装置４００−１，４００−２により受信された無線信号はそれぞれ同軸ケーブル４０５−１，４０５−２を介してダイバーシティ選択回路４１０に入力され、ダイバーシティ選択回路４１０は、これら２つの無線信号のうち信号強度がより強い無線信号を選択して無線受信機４２０に出力する。無線受信機４２０は、入力された無線信号に対して低雑音増幅、低域周波数変換、復調の処理を実行して復調後のベースバンド信号を出力する。以上のように構成されたアレーアンテナ装置においては、互いに方向が異なる主ビームを有し、無線信号の到来方向が変化しても比較的大きな信号強度で無線信号を受信できる。
【０１６３】
　以上の第６の実施形態において、２つの導波管アンテナ装置４００−１及び４００−２の各接地導体１１は、接地導体１１Ａを介して互いに電気的かつ機械的に接続されているが、接地導体１１Ａを介さず、非連結で別体で形成してもよい。
【０１６４】
第７の実施形態．
　図５８は、本発明の第７の実施形態に係る、２個の図１の開放型導波管アンテナ装置４０１−１，４０１−２を用いたアレーアンテナ装置の上面図である。本実施形態では、２つの導波管アンテナ装置４０１−１及び４０１−２がその短絡端を互いに対向させるように設けられ、２つの導波管アンテナ装置４０１−１及び４０１−２の各接地導体１１は、接地導体１１Ｂを介して互いに電気的かつ機械的に接続されている。ここで、導波管アンテナ装置４０１−１の給電点は、同軸ケーブル４０５−１を介してダイバーシティ選択回路４１０に接続され、導波管アンテナ装置４０１−２の給電点は、同軸ケーブル４０５−２を介してダイバーシティ選択回路４１０に接続される。各アンテナ装置４０１−１，４０１−２により受信された無線信号はそれぞれ同軸ケーブル４０５−１，４０５−２を介してダイバーシティ選択回路４１０に入力され、ダイバーシティ選択回路４１０は、これら２つの無線信号のうち信号強度がより強い無線信号を選択して無線受信機４２０に出力する。無線受信機４２０は、入力された無線信号に対して低雑音増幅、低域周波数変換、復調の処理を実行して復調後のベースバンド信号を出力する。以上のように構成されたアレーアンテナ装置においては、互いに方向が異なる主ビームを有し、無線信号の到来方向が変化しても比較的大きな信号強度で無線信号を受信できる。
【０１６５】
　以上の第７の実施形態において、２つの導波管アンテナ装置４０１−１及び４０１−２の各接地導体１１は、接地導体１１Ｂを介して互いに電気的かつ機械的に接続されているが、接地導体１１Ｂを介さず、非連結で別体で形成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１６６】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る開放型導波管アンテナ装置の構成を示す斜視図である。
【図２】（ａ）は図１の開放型導波管アンテナ装置の電界分布を示す斜視図であり、（ｂ）は図１の開放型導波管アンテナ装置の磁流分布を示す斜視図である。
【図３】図１の開放型導波管アンテナ装置のＸＺ平面によって切断された断面図である。
【図４】（ａ）は本発明の第１の実施形態の第１の実施例に係る開放型導波管アンテナ装置の構成を示す斜視図であり、（ｂ）は（ａ）の天井導体１５のＸ方向の長さＬｂに対する開放型導波管アンテナ装置の共振周波数ｆを示すグラフである。
【図５】本発明の第１の実施形態の第２の実施例に係る開放型導波管アンテナ装置の構成を示す斜視図である。
【図６】図５の開放型導波管アンテナ装置の反射係数Ｓ１１の周波数特性を示すグラフである。
【図７】図５の開放型導波管アンテナ装置の放射指向特性を示すグラフであり、（ａ）はＸＹ平面の放射指向特性を示すグラフであり、（ｂ）はＸＺ平面の放射指向特性を示すグラフである。
【図８】本発明の第１の実施形態の第１の変形例に係る開放型導波管アンテナ装置の構成を示す斜視図である。
【図９】本発明の第１の実施形態の第２の変形例に係る開放型導波管アンテナ装置の構成を示す斜視図である。
【図１０】本発明の第１の実施形態の第３の変形例に係る開放型導波管アンテナ装置の構成を示す斜視図である。
【図１１】本発明の第１の実施形態の第４の変形例に係る開放型導波管アンテナ装置の構成を示す斜視図である。
【図１２】本発明の第１の実施形態の第５の変形例に係る開放型導波管アンテナ装置の構成を示す斜視図である。
【図１３】本発明の第１の実施形態の第５の変形例の実施例に係る開放型導波管アンテナ装置の構成を示す斜視図である。
【図１４】図１３の開放型導波管アンテナ装置の放射指向特性を示すグラフであり、（ａ）はＸＹ平面の放射指向特性を示すグラフであり、（ｂ）はＸＺ平面の放射指向特性を示すグラフである。
【図１５】本発明の第１の実施形態の第３の実施例に係る開放型導波管アンテナ装置の構成を示す斜視図である。
【図１６】本発明の第２の実施形態に係るスリット放射型導波管アンテナ装置の構成を示す斜視図である。
【図１７】図１６のスリット放射型導波管アンテナ装置が電波を放射するときの動作原理を示す、図１６のＸＺ平面によって切断された天井導体１５の断面図である。
【図１８】本発明の第２の実施形態の第１の実施例に係るスリット放射型導波管アンテナ装置の構成を示す斜視図である。
【図１９】図１８のスリット放射型導波管アンテナ装置の反射係数Ｓ１１の周波数特性を示すグラフである。
【図２０】図１８のスリット放射型導波管アンテナ装置の２ＧＨｚにおける放射指向特性を示すグラフであり、（ａ）はＸＹ平面の放射指向特性を示すグラフであり、（ｂ）はＸＺ平面の放射指向特性を示すグラフである。
【図２１】（ａ）は本発明の第２の実施形態の第２の実施例に係るスリット放射型導波管アンテナ装置の構成を示す斜視図であり、（ｂ）は（ａ）のスリット２０のＹ方向の長さＷに対するスリット放射型導波管アンテナ装置の共振周波数ｆを示すグラフである。
【図２２】本発明の第２の実施形態の第１の変形例に係るスリット放射型導波管アンテナ装置の構成を示す斜視図である。
【図２３】本発明の第２の実施形態の第２の変形例に係るスリット放射型導波管アンテナ装置の構成を示す斜視図である。
【図２４】本発明の第２の実施形態の第３の変形例に係るスリット放射型導波管アンテナ装置の構成を示す斜視図である。
【図２５】本発明の第２の実施形態の第４の変形例に係るスリット放射型導波管アンテナ装置の構成を示す斜視図である。
【図２６】本発明の第２の実施形態の第３の実施例に係るスリット放射型導波管アンテナ装置の配置状態を示す図である。
【図２７】本発明の第２の実施形態の第４の実施例に係るスリット放射型導波管アンテナ装置の配置状態を示す図である。
【図２８】本発明の第３の実施形態に係るスリット付き開放型導波管アンテナ装置の構成を示す斜視図である。
【図２９】図２８のスリット付き開放型導波管アンテナ装置の電流分布を示す、当該スリット付き開放型導波管アンテナ装置のＸＺ平面によって切断された断面図である。
【図３０】（ａ）は図２８のスリット付き開放型導波管アンテナ装置の電界分布を示す斜視図であり、（ｂ）は図２８のスリット付き開放型導波管アンテナ装置の磁流分布を示す斜視図である。
【図３１】本発明の第３の実施形態の実施例に係るスリット付き開放型導波管アンテナ装置の構成を示す斜視図である。
【図３２】図３１のスリット付き開放型導波管アンテナ装置の反射係数Ｓ１１の周波数特性を示すグラフである。
【図３３】図３１のスリット付き開放型導波管アンテナ装置における動作周波数ｆ＝１．８６ＧＨｚのときの放射指向特性を示すグラフであり、（ａ）はＸＹ平面の放射指向特性を示すグラフであり、（ｂ）はＸＺ平面の放射指向特性を示すグラフである。
【図３４】図３１のスリット付き開放型導波管アンテナ装置における動作周波数ｆ＝２．０ＧＨｚのときの放射指向特性を示すグラフであり、（ａ）はＸＹ平面の放射指向特性を示すグラフであって、（ｂ）はＸＺ平面の放射指向特性を示すグラフである。
【図３５】図３１のスリット付き開放型導波管アンテナ装置における動作周波数ｆ＝２．４６ＧＨｚのときの放射指向特性を示すグラフであり、（ａ）はＸＹ平面の放射指向特性を示すグラフであって、（ｂ）はＸＺ平面の放射指向特性を示すグラフである。
【図３６】本発明の第３の実施形態の第１の変形例に係るスリット付き開放型導波管アンテナ装置の構成を示す斜視図である。
【図３７】本発明の第３の実施形態の第２の変形例に係るスリット付き開放型導波管アンテナ装置の構成を示す斜視図である。
【図３８】本発明の第３の実施形態の第３の変形例に係るスリット付き開放型導波管アンテナ装置の構成を示す斜視図である。
【図３９】本発明の第３の実施形態の第４の変形例に係るスリット付き開放型導波管アンテナ装置の構成を示す斜視図である。
【図４０】本発明の第３の実施形態の第５の変形例に係るスリット付き開放型導波管アンテナ装置の構成を示す斜視図である。
【図４１】本発明の第３の実施形態の第５の変形例の実施例に係るスリット付き開放型導波管アンテナ装置の構成を示す斜視図である。
【図４２】図４１のスリット付き開放型導波管アンテナ装置の放射指向特性を示すグラフであり、（ａ）はＸＹ平面の放射指向特性を示すグラフであり、（ｂ）はＸＺ平面の放射指向特性を示すグラフである。
【図４３】本発明の第４の実施形態であって、第１の実施形態のアンテナ内部に誘電体が充填された開放型導波管アンテナ装置の構成を示す斜視図である。
【図４４】本発明の第４の実施形態の第１の変形例であって、第２の実施形態のアンテナ内部に誘電体が充填されたスリット放射型導波管アンテナ装置の構成を示す斜視図である。
【図４５】本発明の第４の実施形態の第２の変形例であって、第３の実施形態のアンテナ内部に誘電体が充填されたスリット付き開放型導波管アンテナ装置の構成を示す斜視図である。
【図４６】（ａ）は本発明の第５の実施形態に係る開放型導波管アンテナ装置の構成を示す斜視図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’線に沿った縦断面図である。
【図４７】本発明の第１の実施形態の第６の変形例に係る開放型導波管アンテナ装置の構成を示す上面図である。
【図４８】本発明の第１の実施形態の第７の変形例に係る開放型導波管アンテナ装置の構成を示す上面図である。
【図４９】本発明の第１の実施形態の第８の変形例に係る開放型導波管アンテナ装置の構成を示す上面図である。
【図５０】本発明の第１の実施形態の第９の変形例に係る開放型導波管アンテナ装置の構成を示す上面図である。
【図５１】（ａ）は本発明の第１の実施形態の第１０の変形例に係る開放型導波管アンテナ装置の構成を示す斜視図であり、（ｂ）はその上面図である。
【図５２】（ａ）は本発明の第１の実施形態の第１１の変形例に係る開放型導波管アンテナ装置の構成を示す斜視図であり、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ’線に沿った縦断面図である。
【図５３】（ａ）は本発明の第１の実施形態の第１２の変形例に係る開放型導波管アンテナ装置の構成を示す斜視図であり、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ’線に沿った縦断面図である。
【図５４】本発明の第３の実施形態の第６の変形例に係るスリット付き開放型導波管アンテナ装置の構成を示す上面図である。
【図５５】本発明の第３の実施形態の第７の変形例に係るスリット付き開放型導波管アンテナ装置の構成を示す上面図である。
【図５６】（ａ）は本発明の第３の実施形態の第８の変形例に係るスリット付き開放型導波管アンテナ装置の構成を示す斜視図であり、（ｂ）はその上面図である。
【図５７】本発明の第６の実施形態に係る、図１の開放型導波管アンテナ装置を用いたアレーアンテナ装置の上面図である。
【図５８】本発明の第７の実施形態に係る、図１の開放型導波管アンテナ装置を用いたアレーアンテナ装置の上面図である。
【図５９】従来技術のアンテナ装置の構成を示す斜視図である。
【図６０】図５９のアンテナ装置の放射指向特性を示すグラフであり、（ａ）はＸＹ平面の放射指向特性を示すグラフであり、（ｂ）はＸＺ平面の放射指向特性を示すグラフである。
【符号の説明】
【０１６７】
１１，１１ａ乃至１１ｅ，１１Ａ，１１Ｂ…接地導体、
１２…給電点、
１２ｈ…円形孔、
１３…アンテナ素子、
１３ａ，１３ｂ，１６ａ，１６ｂ，１７ａ…接続点、
１４ａ，１４ｂ，１４ａａ，１４ｂａ，１４ａｂ，１４ｂｂ…側面導体、
１４ｃ，１４ｄ，１４ｃａ，１４ｃｂ，１４ｃｄ…終端導体、
１５ａ乃至１５ｈ，１５ａａ，１５ｂａ，１５ａｂ，１５ｂｂ，１５ａｃ，１５ｂｃ…天井導体、
１６，１９，２９…整合導体、
１７，１７Ａ，１７Ｂ…指向特性制御導体、
１８…レドーム、
２０，２２…スリット、
２３…スリット放射型導波管アンテナ装置、
２４…部屋、
２４Ａ…天井、
２５…壁、
３０…誘電体、
３１…誘電体基板、
３２…スルーホール導体、
４００−１，４００−２，４０１−１，４０１−２…開放型導波管アンテナ装置、
４０５−１，４０５−２…同軸ケーブル、
４１０…ダイバーシティ選択回路、
４２０…無線受信機。
【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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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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【図５２】
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【図５３】
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【図５４】
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【図５５】
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【図５６】
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【図５７】
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【図５８】
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【図５９】
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【図６０】
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