(57)【要約】【課題】上層及び下層のアンテナともに良好な特性が得られる偏波共用平面アレーアンテナを提供する。【解決手段】第１の地導体１１と、第１の放射素子１８ａと第１の給電線路１９ａが形成された第１のアンテナ回路基板１３と、各スロット開口２４内に無給電素子２１を配置し、無給電素子２１の励振偏波方向と直交する方向に無給電素子２１を導通して保持する保持部２２が形成された第１のスロット板１４と、第２の放射素子１８ｂと第２の給電線路１９ｂが形成され、第２の放射素子１８ｂの励振方向は第１の放射素子１８ａの励振方向と励振方向が直交する第２のアンテナ回路基板１５と、各スロット開口２６内において第２の給電線路１９ｂの真上に位置する部分に所望の幅と長さを有する伝送突起２７が形成された第２のスロット板１７と、を有する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の地導体と、
前記第１の地導体の面上に配置された第１の誘電体と、
前記第１の誘電体の面上に配置され、第１の放射素子と第１の給電線路が形成された第１のアンテナ回路基板と、
前記第１のアンテナ回路基板の面上に配置された第２の誘電体と、
前記第２の誘電体の面上に配置され、前記各第１の放射素子の真上に電波を放射するためのスロット開口を有し、各スロット開口内に無給電素子を配置し、前記無給電素子の励振偏波方向と直交する方向に前記無給電素子を導通して保持する保持部が形成された第１のスロット板と、
前記第１のスロット板の面上に配置された第３の誘電体と、
前記第３の誘電体の面上に配置され、第２の放射素子と第２の給電線路が形成され、前記第２の放射素子の励振方向は前記第１の放射素子の励振方向と直交する第２のアンテナ回路基板と、
前記第２のアンテナ回路基板の面上に配置された第４の誘電体と、
前記第４の誘電体の面上に配置され、前記各第２の放射素子の真上に電波を放射するためのスロット開口を有し、各スロット開口内において前記第２の給電線路の真上に位置する部分に所望の幅と長さを有する伝送突起が形成された第２のスロット板と、を有することを特徴とする偏波共用平面アレーアンテナ。
【請求項２】
前記第２のスロット板の各スロット開口は、前記第１のスロット板のスロット開口の真上に位置することを特徴とする請求項１記載の偏波共用平面アレーアンテナ。
【請求項３】
前記第４の誘電体及び前記第２のスロット板の間に設置され、前記第２の放射素子の真上に無給電素子を配置した無給電素子基板を有することを特徴とする請求項１又は２記載の偏波共用平面アレーアンテナ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マイクロ波帯の送受信に用いられる広帯域な直交偏波共用平面アレーアンテナの構成に関する。
【０００２】
【従来の技術】
マイクロ波帯の広帯域通信に用いられる平面アレーアンテナでは、高利得・広帯域特性が重要であると共に、送信と受信の偏波を直交させてシステムを構成することで、他のシステムとの干渉低減やマルチパスフェージングの影響軽減を図ることが重要とされる。本願発明者らは、これらの通信に適用可能な偏波共用平面アレーアンテナとして図１０に示すような構成で、直交する２つの偏波で使用可能なアンテナを提案している（特許文献１参照）。
【０００３】
図１０に示すアンテナにおいて、給電線路１０４と放射素子１０５を有するアンテナ回路基板１０３は下部を地導体１０１と誘電体１０２ａに、上部をスロット開口１０６を有するスロット板１０７によって挟まれた構成になっている。この場合、放射素子１０５からはスロット開口１０６を通して電波が上部に放射される（以下、この部分を下層のアンテナ１１４と称する。）。
【０００４】
さらに、その上方には給電線路１０９と放射素子１１０を有するアンテナ回路基板１１１が、下面を誘電体１０８ａに、上面を誘電体１０８ｂ並びにスロット開口１１２を有するスロット板１１３によって挟まれた構成となっている。放射素子１１０からはスロット開口１１２を通して上方に電波が放射される（以下、この部分を上層のアンテナ１１５と称する。）。
【０００５】
この時、放射素子１０５と放射素子１１０は励振方向が互いに直交する構成になっているため、下層のアンテナ１１４と上層のアンテナ１１５は偏波方向が直交する干渉が少ない偏波共用アンテナとして動作することができる。
【０００６】
【特許文献１】
特許第３３７９９６９号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図１０に示すアンテナの上層のアンテナ１１５には実質的な地導体がないために良好な放射条件を特定することが難しいという欠点がある。すなわち、下層のアンテナ１１４の放射素子１０５の下方には誘電体１０２ａを挟んで地導体１０１が存在するために良好な放射条件が得られるのに対して、上層のアンテナ１１５の放射素子１１０の真下は誘電体１０８ａを介してスロット板１０７のスロット開口１０６であり、地導体ではない。さらにその下は誘電体１０２ｂ、放射素子１０５、誘電体１０２ａとなってかなりの遠方に地導体１０１が存在する。
【０００８】
周知のごとくパッチアンテナでは放射素子の近傍に地導体が必要であり、放射素子とその下方に存在する地導体との相互作用によって電波は放射素子の上方に放射されることとなる。
【０００９】
本発明は以上説明した従来技術の欠点をなくし上層及び下層のアンテナともに良好な特性が得られる偏波共用平面アレーアンテナを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前述の課題を解決するために、本発明に係る偏波共用平面アレーアンテナは、第１の地導体と、前記第１の地導体の面上に配置された第１の誘電体と、前記第１の誘電体の面上に配置され、第１の放射素子と第１の給電線路が形成された第１のアンテナ回路基板と、前記第１のアンテナ回路基板の面上に配置された第２の誘電体と、前記第２の誘電体の面上に配置され、前記各第１の放射素子の真上に電波を放射するためのスロット開口を有し、各スロット開口内に無給電素子を配置し、前記無給電素子の励振偏波方向と直交する方向に前記無給電素子を導通して保持する保持部が形成された第１のスロット板と、前記第１のスロット板の面上に配置された第３の誘電体と、前記第３の誘電体の面上に配置され、第２の放射素子と第２の給電線路が形成され、前記第２の放射素子の励振方向は前記第１の放射素子の励振方向と励振方向が直交する第２のアンテナ回路基板と、前記第２のアンテナ回路基板の面上に配置された第４の誘電体と、前記第４の誘電体の面上に配置され、前記各第２の放射素子の真上に電波を放射するためのスロット開口を有し、各スロット開口内において前記第２の給電線路の真上に位置する部分に所望の幅と長さを有する伝送突起が形成された第２のスロット板と、を有する。
【００１１】
前記第２のスロット板の各スロット開口は、前記第１のスロット板のスロット開口の真上に位置することが望ましい。
【００１２】
前記第４の誘電体及び前記第２のスロット板の間に設置され、前記第２の放射素子の真上に無給電素子を配置する無給電素子基板を有することが望ましい。
【００１３】
前記第１のスロット板の無給電素子は、前記第１のアンテナ回路基板を含む下層の第１のアンテナの特性向上（特に広帯域化）に寄与する。
【００１４】
前記第１のスロット板の無給電素子および保持部は、前記第２のアンテナ回路基板を含む上層の第２のアンテナの地導体を構成することが望ましい。
【００１５】
前記第１のスロット板のスロット開口内に保持部を一体化して前記無給電素子を設けるとともに前記第２のスロット板のスロット開口内に前記伝送突起を設け、前記第２の給電回路を前記第１及び第２のスロット板で挟んでトリプレート線路を構成することが望ましい。
【００１６】
前記無給電素子基板の無給電素子は、前記第２のアンテナの特性向上（特に広帯域化）に寄与する。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る偏波共用平面アレーアンテナの実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１８】
図１は、本実施の形態の偏波共用平面アレーアンテナの構成を示す斜視図である。
【００１９】
本実施の形態の偏波共用平面アレーアンテナは、第１の地導体１１と、第１の地導体１１の面上に配置された第１の誘電体１２ａと、第１の誘電体１２ａの面上に配置され、第１の放射素子１８ａと第１の給電線路１９ａが形成された第１のアンテナ回路基板１３と、第１のアンテナ回路基板１３の面上に配置された第２の誘電体１２ｂと、第２の誘電体１２ｂの面上に配置され、各第１の放射素子１８ａの真上に電波を放射するためのスロット開口２４を有し、各スロット開口２４内に無給電素子２１を配置し、無給電素子２１の励振偏波方向と直交する方向に無給電素子２１を導通して保持する保持部２２が形成された第１のスロット板１４と、第１のスロット板１４の面上に配置された第３の誘電体１２ｃと、第３の誘電体１２ｃの面上に配置され、第２の放射素子１８ｂと第２の給電線路１９ｂが形成され、第２の放射素子１８ｂの励振方向は第１の放射素子１８ａの励振方向と直交する第２のアンテナ回路基板１５と、第２のアンテナ回路基板１５の面上に配置された第４の誘電体１２ｄと、第４の誘電体１２ｄの面上に配置され、各第２の放射素子１８ｂの真上に電波を放射するためのスロット開口２６を有し、各スロット開口２６内において第２の給電線路１９ｂの真上に位置する部分に所望の幅と長さを有する伝送突起２７が形成された第２のスロット板１７と、を有する。
【００２０】
また、第２のスロット板１７の各スロット開口２６は、第１のスロット板１４のスロット開口２４の真上に位置する。
【００２１】
さらに、第４の誘電体１２ｄ及び第２のスロット板１７の間に設置され、第２の放射素子１８ｂの真上に無給電素子２０を配置する無給電素子基板１６を有する。
【００２２】
本実施の形態の偏波共用平面アレーアンテナでは、地導体１１は厚さ１ｍｍのアルミニューム板を用い、第１乃至第４の誘電体１２ａ，１２ｂ，１２ｃ及び１２ｄとして比誘電率略１で厚さが使用波長の略１／２０の発泡ポリエチレンを用いる。
【００２３】
また、第１及び第２のアンテナ回路基板１３，１５及び無給電素子基板１６は厚さ２５μｍのガラスエポキシフィルムに厚さ３５μｍの銅箔を貼りあわせた基板を用い、エッチングにより不用な銅箔を除去して第１及び第２の放射素子１８ａ，１８ｂと第１及び第２の給電線路１９ａ，１９ｂ、並びに無給電素子２０を形成する。
【００２４】
さらに、第１及び第２のスロット板１４，１７として厚さ１ｍｍのアルミニューム板にプレス加工による打ち抜きで無給電素子２１、その保持部２２、スロット開口２４，２６、及び伝送突起２７を形成する。
【００２５】
第１の地導体１１、第１の誘電体１２ａ、第１のアンテナ回路基板１３、第２の誘電体１２ｂ、及び第１のスロット板１４は、下層の第１のアンテナ２８を構成する。
【００２６】
第１のスロット板１４、第３の誘電体１２ｃ、第２のアンテナ回路基板１５、第４の誘電体１２ｄ、無給電素子基板１６、及び第２のスロット板１７は、上層の第２のアンテナ２９を構成する。
【００２７】
なお、無給電素子基板１６を設けずに偏波共用平面アレーアンテナを構成することも可能であるが、本実施の形態では広帯域化のためにこの無給電素子基板１６を設けている。
【００２８】
図２は、本実施の形態の偏波共用平面アレーアンテナの要部を示す一部破断上面図である。なお、図１と共通する部分については、共通の符号を用いることにする。
【００２９】
図２（ａ）は、スロット開口２６内に伝送突起２７を有する第２のスロット板１７の一部を示す図である。
【００３０】
図２（ｂ）は、無給電素子２０を有する無給電素子基板１６を示す図である。
【００３１】
図２（ｃ）は、第２の放射素子１８ｂ及び第２の給電回路１９ｂを有する第２のアンテナ回路基板１５を示す図である。
【００３２】
図２（ｄ）は、スロット開口２４内に無給電素子２１及び保持部２２を有する第１のスロット板１４を示す図である。
【００３３】
図３は、本実施の形態の偏波共用平面アレーアンテナにおける前記図２（ａ）〜（ｄ）に示した第２のスロット板１７、無給電素子基板１６、第２のアンテナ回路基板１５及び第１のスロット板１４の位置関係を示す図である。
【００３４】
実際には、図２（ｂ）の無給電素子基板１６及び図２（ｃ）の第２のアンテナ回路基板１５間、同じく図（ｃ）の第２のアンテナ回路基板１５及び第１のスロット板１４間は、適当な間隔を保持するためにそれぞれ第４の誘電体１２ｄ及び第３の誘電体１２ｃを挟んだ構成になるがここでは省略している。以下このアンテナの動作について説明する。
【００３５】
無給電素子２１は下層の第１のアンテナ２８の特性向上（特に広帯域化）に寄与する。無給電素子２１は保持部２２によって保持されるために第１のスロット板１４に一体成形することができる。第１のアンテナ２８から放射される電波はこの保持部２２と直交する偏波であるから、保持部２２の存在の第１のアンテナ２８への影響は問題ない。
【００３６】
ここで重要なことは無給電素子２１と保持部２２が上層の第２のアンテナ２９の地導体を形成していることである。従来技術では第２のアンテナ２９には地導体が存在しないために良好なアンテナ特性が選られなかったことは先に述べた。
本実施の形態ではその地導体が存在するために良好なアンテナ特性が得られることとなる。
【００３７】
さらに、第２の給電線路１９ｂは地導体として保持部２２が存在すると同時に上部に伝送突起２７が有るため、第２の放射素子１８ｂに到達する直前までトリプレート線路を形成することができる。第２の給電線路１９ｂは第１のアンテナ用スロット板１４と第２のスロット板１７に挟まれて、いわゆるトリプレート線路を形成しているので上に述べた理由により放射素子直前まで連続性を持たせて電波を伝送することができる。また、無給電素子２０は上層アンテナのアンテナ特性、特に広帯域化を向上させるために寄与するものである。
【００３８】
図４は、上層の第２のアンテナ２９の相対利得の周波数特性を示す図である。
【００３９】
図５は、下層の第１のアンテナ２８の相対利得の周波数特性を示す図である。
【００４０】
第１のアンテナ２８は第２のアンテナ２９に比して若干利得が低いが、両者とも約±１０％の広帯域にわたってほぼ平坦の特性が得らる。
【００４１】
図６は、第１及び第２のアンテナ２８，２９のアイソレーションを示す図である。同じく広帯域にわたって２５ｄＢ以上の値が得られる。
【００４２】
図７は、第２のアンテナ２９のＥ面指向性を示す図である。
【００４３】
図８は、第１のアンテナ２８のＥ面指向性を示す図である。
【００４４】
第１及び第２のアンテナ２８，２９の両者ともに低サイドローブの特性が得られる。
【００４５】
図９は、本発明に係る偏波共用平面アレーアンテナの他の実施の形態を説明する図である。なお、図１に示した実施の形態と共通する部分については、同一の符号にダッシュ（´）を附して説明を省略することにする。
【００４６】
図９（ａ）は、スロット開口２６´内に伝送突起２７´を有する第２のスロット板１７´の一部を示す図である。
【００４７】
図９（ｂ）は、無給電素子２０´を有する無給電素子基板１６´を示す図である。
【００４８】
図９（ｃ）は、第２の放射素子１８ｂ´及び第２の給電回路１９ｂ´を有する第２のアンテナ回路基板１５´を示す図である。
【００４９】
図９（ｄ）は、スロット開口２４´内に無給電素子２１´及び保持部２２´を有する第１のスロット板１４´を示す図である。
【００５０】
図９（ｅ）は、第１の放射素子１８ａ´及び第１の給電回路１９ａ´を有する第１のアンテナ回路基板１３´を示す図である。
【００５１】
他の実施の形態は、前記実施の形態と同様の構成を有するが、第１及び第２の放射素子１８ａ，１８ｂにおける励振方向が異なっている。このため、第１のアンテナ回路基板１３における第１の給電回路１９ａ、第１のスロット板１４における保持部２２、第２のアンテナ回路基板１５における第２の給電回路１９ｂ、第２のスロット板１７における伝送突起２７の位置が図１とは異なっている。
【００５２】
図１で示した実施の形態では第１及び第２の放射素子１８ａ，１８ｂはいずれもコーナー部から励振される構成となっているが、他の実施の形態における第１及び第２の放射素子１８ａ´，１８ｂ´の第１及び第２の給電線路１９ａ´，１９ｂ´に示す如く互いに直交した辺の中央から励振しても上に述べた効果を得ることができる。この場合、無給電素子２１´と第１のスロット板１４´を結ぶ保持部２２´は無給電素子２１´の一辺の中央に位置しなければならない。同様に、伝送突起２７´も第２のスロット板１７´のスロット開口２６´の一辺の中央に位置することとなる。
【００５３】
なお、前述の実施の形態は、本発明の具体例を示すものであり、本発明がこれに限定されないことはいうまでもない。
【００５４】
【発明の効果】
本発明によれば従来技術の欠点をなくし、上層及び下層のアンテナともに良好な特性が得られる偏波共用平面アレーアンテナを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態の偏波共用平面アレーアンテナの構成を示す斜視図である。
【図２】本実施の形態の偏波共用平面アレーアンテナの要部を示す一部破断上面図である。
【図３】図３は、本実施の形態の偏波共用平面アレーアンテナにおける前記図２（ａ）〜（ｄ）に示した第２のスロット板、無給電素子基板、第２のアンテナ回路基板及び第１のスロット板の位置関係を示す図である。
【図４】上層の第２のアンテナの相対利得の周波数特性を示す図である。
【図５】下層の第１のアンテナの相対利得の周波数特性を示す図である。
【図６】第１及び第２のアンテナのアイソレーションを示す図である。
【図７】第２のアンテナのＥ面指向性を示す図である。
【図８】第１のアンテナのＥ面指向性を示す図である。
【図９】偏波共用平面アレーアンテナの他の実施の形態を説明する図である。
【図１０】従来の偏波共用平面アレーアンテナを示す図である。
【符号の説明】
１１  第１の地導体
１２ａ  第１の誘電体
１２ｂ  第２の誘電体
１２ｃ  第３の誘電体
１２ｄ  第４の誘電体
１３  第１のアンテナ回路基板
１４  第１のスロット板
１５  第２のアンテナ回路基板
１６  無給電素子基板
１７  第２のスロット板
１８ａ  第１の放射素子
１８ｂ  第２の放射素子
１９ａ  第１の給電回路
１９ｂ  第２の給電回路
２０  無給電素子
２１  無給電素子
２２  保持部
２４  スロット開口
２６  スロット開口
２７  伝送突起
２８  第１のアンテナ
２９  第２のアンテナ
【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】
2004343300.tif 000007
【図６】
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【図７】
2004343300.tif 000009
【図８】
2004343300.tif 000010
【図９】
2004343300.tif 000011
【図１０】
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