(57)【要約】【課題】　アンテナ装置自体の設置の向きに限定されない放射指向特性を有する誘電体装荷アンテナ装置を提供する。【解決手段】　導体基板１１，１２により、給電導波管４及びその端部に放射導波管７が形成され、放射導波管７の放射開口１０７上に誘電体柱にてなる装荷誘電体８を備えて、誘電体装荷アンテナ装置１０が構成される。ここで、装荷誘電体８の放射面を、装荷誘電体８の軸方向に垂直な面に対して傾斜するように傾斜面Ｓ１として形成した。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
　給電線路と、上記給電線路の端部に装荷された柱形状の装荷誘電体とを備えた誘電体装荷アンテナ装置において、
　上記装荷誘電体の放射面を、上記装荷誘電体の軸方向に垂直な面から傾斜された傾斜面となるように形成したことを特徴とする誘電体装荷アンテナ装置。
【請求項２】
　上記装荷誘電体の軸方向に垂直な断面は、円形、楕円形又は多角形であることを特徴とする請求項１記載の誘電体装荷アンテナ装置。
【請求項３】
　上記給電線路は導波管であり、
　上記導波管は、
　上記装荷誘電体の軸方向に平行な中心軸を有し、上記装荷誘電体に電磁波を給電する開口を備えた放射導波管と、
　上記放射導波管に電磁波を給電する給電導波管とを含むことを特徴とする請求項１又は２記載の誘電体装荷アンテナ装置。
【請求項４】
　上記導波管の内部に誘電体が充填されたことを特徴とする請求項３記載の誘電体装荷アンテナ装置。
【請求項５】
　上記装荷誘電体は、上記装荷誘電体の中心軸が上記放射導波管の中心軸からシフトするように配置されたことを特徴とする請求項３又は４記載の誘電体装荷アンテナ装置。
【請求項６】
　上記装荷誘電体は、上記装荷誘電体の中心軸が上記放射導波管の中心軸から偏波方向又は偏波方向に対して垂直な方向にシフトするように配置されたことを特徴とする請求項３乃至５のうちのいずれか１つに記載の誘電体装荷アンテナ装置。
【請求項７】
　上記給電導波管は、上記給電導波管の中心軸が上記放射導波管の中心軸からシフトするように配置されたことを特徴とする請求項３乃至６のうちのいずれか１つに記載の誘電体装荷アンテナ装置。
【請求項８】
　上記給電線路は、誘電体基板上に形成されたマイクロストリップ線路であり、上記マイクロストリップ線路の端部に、上記装荷誘電体に給電する給電パッチ導体を備えたことを特徴とする請求項１又は２記載の誘電体装荷アンテナ装置。
【請求項９】
　上記装荷誘電体は、上記装荷誘電体の中心軸は上記給電パッチ導体の中心からシフトして配置されたことを特徴とする請求項８記載の誘電体装荷アンテナ装置。
【請求項１０】
　上記装荷誘電体は、上記装荷誘電体の中心軸が上記給電パッチ導体の中心から偏波方向に又は偏波方向に垂直な方向にシフトするように配置されたことを特徴とする請求項８又は９記載の誘電体装荷アンテナ装置。
【請求項１１】
　上記マイクロストリップ線路は、上記マイクロストリップ線路の中心軸が上記給電パッチ導体の中心からシフトするように配置されたことを特徴とする請求項８乃至１０のうちのいずれか１つに記載の誘電体装荷アンテナ装置。
【請求項１２】
　上記誘電体装荷アンテナ装置を覆うレドームをさらに備え、上記レドームと上記装荷誘電体とは一体成形されていることを特徴とする請求項１乃至１１のうちのいずれか１つに記載の誘電体装荷アンテナ装置。
【請求項１３】
　上記給電線路は、導波管とマイクロストリップ線路とを含み、上記導波管と上記マイクロストリップ線路との間に挿入され、上記導波管と上記マイクロストリップ線路との間のインピーダンスを整合させるための変換器をさらに備えたことを特徴とする請求項１乃至１２のうちのいずれか１つに記載の誘電体装荷アンテナ装置。
【請求項１４】
　上記装荷誘電体の傾斜面は、放射する電磁波の電界面から傾斜された面、もしくは、放射する電磁波の磁界面から傾斜された面であることを特徴とする請求項１乃至１３のうちのいずれか１つに記載の誘電体装荷アンテナ装置。
【請求項１５】
　上記誘電体装荷アンテナ装置から放射される電磁波を円偏波で放射するための円偏波放射手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１乃至１４のうちのいずれか１つに記載の誘電体装荷アンテナ装置。
【請求項１６】
　上記円偏波放射手段は、上記給電導波管の開口を六角形状で形成することにより構成されたことを特徴とする、請求項３乃至７のうちのいずれか１つに従属する請求項１５記載の誘電体装荷アンテナ装置。
【請求項１７】
　請求項１乃至１６のうちのいずれか１つに記載の誘電体装荷アンテナ装置を互いに所定の距離だけ離間配置して複数個備えたことを特徴とするアレーアンテナ装置。
【請求項１８】
　上記各装荷誘電体の傾斜面はそれぞれ、アレーアンテナ装置の所定の指向特性を達成するように所定の傾斜角及び所定の方向で傾斜された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】
　上記各装荷誘電体を選択的に切り換えて給電線路に接続するスイッチ手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１７又は１８記載のアレーアンテナ装置。
【請求項２０】
　請求項１７乃至１９のうちのいずれか１つのアレーアンテナ装置であって、上記アレーアンテナ装置の設置位置に応じて、上記各装荷誘電体の配置を変更したことを特徴とするアレーアンテナ装置。
【請求項２１】
　請求項１７乃至１９のうちのいずれか１つのアレーアンテナ装置であって、上記アレーアンテナ装置の設置位置に応じて、上記各装荷誘電体の一部を削除したことを特徴とするアレーアンテナ装置。
【請求項２２】
　上記各誘電体装荷アンテナ装置は、互いに隣接する各対の誘電体装荷アンテナ装置から放射される電磁波の直線偏波が互いに直交するように配置されたことを特徴とする請求項１７乃至２１のうちのいずれか１つに記載のアレーアンテナ装置。
【請求項２３】
　請求項１乃至１６のうちのいずれか１つに記載の誘電体装荷アンテナ装置を備え、
　上記誘電体装荷アンテナ装置は基板に形成され、
　上記基板の面又は上記基板内に設けられ、上記誘電体装荷アンテナ装置に接続された無線送受信回路を備えたことを特徴とする無線通信装置。
【請求項２４】
　上記基板の面又は上記基板内に設けられ、上記無線送受信回路に接続された変復調回路をさらに備えたことを特徴とする請求項２３記載の無線通信装置。
【請求項２５】
　請求項１７乃至２２のうちのいずれか１つに記載のアレーアンテナ装置を備え、
　上記アレーアンテナ装置は基板に形成され、
　上記基板の面又は上記基板内に設けられ、上記アンテナ装置に接続された無線送受信回路を備えたことを特徴とする無線通信装置。
【請求項２６】
　上記基板の面又は上記基板内に設けられ、上記無線送受信回路に接続された変復調回路をさらに備えたことを特徴とする請求項２５記載の無線通信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
　本発明は、マイクロ波帯、準ミリ波帯、又はミリ波帯で使用される誘電体装荷アンテナ装置と、当該誘電体装荷アンテナ装置を用いたアレーアンテナ装置と、それらのアンテナ装置を用いた無線通信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
　従来、マイクロ波帯、準ミリ波帯、又はミリ波帯の無線通信システムにおいて用いられるアンテナとして、マイクロストリップ線路や導波管等で構成された給電回路の上に誘電体を装荷する誘電体装荷アンテナ装置が多く用いられている（例えば、特許文献１及び非特許文献１参照。）
【０００３】
　図４１は、従来技術の導波管給電型誘電体装荷アンテナ装置の構成を示す分解斜視図である。
【０００４】
　図４１に図示された、従来技術の導波管給電型誘電体装荷アンテナ装置においては、給電導波管４と放射導波管７とを下側導体基板１１及び上側導体基板１２により形成し、上側導体基板１２上であって、放射導波管７の放射開口１０７を覆うように、誘電体柱にてなる装荷誘電体１０８が設けられたことを特徴としている。ここで、下側導体基板１１の上面には矩形断面形状の下側矩形溝２が形成され、下側矩形溝２の一端は下側導体基板１１の下面まで貫通して給電開口１に連結され、下側矩形溝２の他端は矩形断面形状の下側放射導波管室５に連結されている。ここで、下側放射導波管室５は、下側導体基板１１を上面から所定の深さまで厚さ方向で掘り下げることにより形成されている。また、上側導体基板１２の下面には、下側矩形溝２に対応する矩形断面形状の上側矩形溝３が設けられ、上側矩形溝３の一端は、上側導体基板１２を厚さ方向に貫通した矩形断面形状の上側放射導波管室６に連結されている。
【０００５】
　さらに、下側導体基板１１と上側導体基板１２は、下側矩形溝２と上側矩形溝３とが対向しかつ下側放射導波管室５と上側放射導波管室６とが対向するように重ね合わされて接合されたときに、下側矩形溝２と上側矩形溝３とが矩形断面形状の給電導波管４を構成し、下側放射導波管室５と上側放射導波管室６が矩形断面形状の放射導波管７を構成する。ここで、放射導波管７の管軸方向又は導波方向（鉛直方向）の長さは、アンテナの動作波長に対応する管内波長をλｇとして、ｎ・λｇ／２（ここで、ｎは自然数である。）に設定されている。ここで、装荷誘電体１０８は、放射導波管７の鉛直方向の中心軸と装荷誘電体１０８の鉛直方向の中心軸とが一致するように、上側導体基板１２の放射開口１０７上に接着して固定されている。
【０００６】
　給電開口１より入力された電磁波は給電導波管４内を進行し、進行してきた電磁波は放射導波管７を通って装荷誘電体１０８に給電される。このとき、装荷誘電体１０８を通る電磁波と装荷誘電体１０８の表面を沿って進行する表面波の２種が現れる。装荷誘電体１０８の上面（放射面）である水平面Ｓ０においてこの２種の波の位相を合わせるように装荷誘電体１０８の寸法を決定することにより、この誘電体装荷アンテナ装置は高利得のアンテナとして動作する。誘電体装荷アンテナ装置は、小型の形状で、高い利得特性が得られるので、効率の良いアンテナであるという特徴を有する。
【０００７】
　以下、放射導波管７の放射開口１０７の中心を原点とした、図４１に示されたようなｘｙｚ座標系を参照する。図４１の構成において、例えば、下側導体基板１１の材料はアルミニウムであり、その水平方向の大きさを１００ｍｍ×１００ｍｍとし、厚さを３ｍｍとし、上側導体基板１２の材料はアルミニウムであり、その水平方向の大きさを１００ｍｍ×１００ｍｍとし、厚さを２．５ｍｍとする。下側導体基板１１と上側導体基板１２とを接合したときの給電導波管４の断面の寸法は、垂直方向の長さ３．７６ｍｍと、水平方向の長さ１．８８ｍｍを有し、放射導波管７の水平方向の断面寸法は２．８ｍｍ×２．８ｍｍとし、円柱形状の装荷誘電体１０８の材料はポリプロピレン（比誘電率２．２６）であり、そのサイズを直径φ＝６ｍｍ、高さＬ＝７ｍｍとする。
【０００８】
【特許文献１】特開２００２−１８５２４０号公報。
【非特許文献１】津川哲雄ほか，”ファット誘電体装荷アンテナ”，１９９９年電子情報通信学会総合大会講演論文集，Ｂ−１−１１９，１１９頁，電子情報通信学会発行，１９９９年３月。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
　図４２は、以上の寸法で製作された図４１の誘電体装荷アンテナ装置のｘｚ平面内の放射指向特性を示すグラフである。図４２に示すように、従来技術の誘電体装荷アンテナ装置の放射指向特性は、上側導体基板１２の上面に対して垂直な正面方向である＋ｚ方向のビーム方向を有している。すなわち、円柱又は立方体形状の装荷誘電体１０８を用いた場合、放射指向特性は、導体基板に対して誘電体を装荷した方向に向う方向にビーム方向を有する。これは、装荷誘電体１０８の表面において、伝搬する電磁波の振幅と位相が装荷誘電体１０８の中心軸に対して軸対称であるからである。そのため、ｚ方向以外に放射するためには、誘電体装荷アンテナ装置全体をその方向に向ける必要がある。
【００１０】
　また、誘電体装荷アンテナ装置は高い利得特性を有しているので、放射指向特性のビーム幅が狭いという特徴も有している。そのため、誘電体装荷アンテナ装置では、カバーできるエリアが狭くなる。また、ミリ波帯のような空間減衰の大きな周波数帯においては、回線設計上、アンテナに高い利得が必要となるが、使用用途によっては、アンテナに広いカバーエリアが要求されるので、この２つの相反する関係を同時に満たさなければならない。
【００１１】
　本発明の目的は以上の問題点を解決し、アンテナ装置自体の設置の向きに限定されない放射指向特性を有する誘電体装荷アンテナ装置と、当該誘電体装荷アンテナ装置を用いたアレーアンテナ装置と、それらのアンテナ装置を用いた無線通信装置を提供することにある。
【００１２】
　また、本発明の別の目的は以上の問題点を解決し、広い範囲をカバーすることができる放射指向特性を有する誘電体装荷アンテナ装置と、当該誘電体装荷アンテナ装置を用いたアレーアンテナ装置と、それらのアンテナ装置を用いた無線通信装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
　本発明に係る誘電体装荷アンテナ装置は、給電線路と、上記給電線路の端部に装荷された柱形状の装荷誘電体とを備えた誘電体装荷アンテナ装置において、
　上記装荷誘電体の放射面を、上記装荷誘電体の軸方向に垂直な面から傾斜された傾斜面となるように形成したことを特徴とする。
【００１４】
　上記誘電体装荷アンテナ装置において、上記装荷誘電体の軸方向に垂直な断面は、円形、楕円形又は多角形であることを特徴とする。
【００１５】
　また、上記誘電体装荷アンテナ装置において、上記給電線路は導波管であり、
　上記導波管は、
　上記装荷誘電体の軸方向に平行な中心軸を有し、上記装荷誘電体に電磁波を給電する開口を備えた放射導波管と、
　上記放射導波管に電磁波を給電する給電導波管とを含むことを特徴とする。
ここで、上記導波管の内部に誘電体が充填されたことを特徴とする。
【００１６】
　さらに、上記誘電体装荷アンテナ装置において、上記装荷誘電体は、上記装荷誘電体の中心軸が上記放射導波管の中心軸からシフトするように配置されたことを特徴とする。また、上記装荷誘電体は、上記装荷誘電体の中心軸が上記放射導波管の中心軸から偏波方向又は偏波方向に対して垂直な方向にシフトするように配置されたことを特徴とする。さらに、上記給電導波管は、上記給電導波管の中心軸が上記放射導波管の中心軸からシフトするように配置されたことを特徴とする。
【００１７】
　上記誘電体装荷アンテナ装置において、上記給電線路は、誘電体基板上に形成されたマイクロストリップ線路であり、上記マイクロストリップ線路の端部に、上記装荷誘電体に給電する給電パッチ導体を備えたことを特徴とする。
【００１８】
　また、上記誘電体装荷アンテナ装置において、上記装荷誘電体は、上記装荷誘電体の中心軸は上記給電パッチ導体の中心からシフトして配置されたことを特徴とする。ここで、上記装荷誘電体は、上記装荷誘電体の中心軸が上記給電パッチ導体の中心から偏波方向に又は偏波方向に垂直な方向にシフトするように配置されたことを特徴とする。また、上記マイクロストリップ線路は、上記マイクロストリップ線路の中心軸が上記給電パッチ導体の中心からシフトするように配置されたことを特徴とする。
【００１９】
　上記誘電体装荷アンテナ装置において、上記誘電体装荷アンテナ装置を覆うレドームをさらに備え、上記レドームと上記装荷誘電体とは一体成形されていることを特徴とする。
【００２０】
　また、上記誘電体装荷アンテナ装置において、上記給電線路は、導波管とマイクロストリップ線路とを含み、上記導波管と上記マイクロストリップ線路との間に挿入され、上記導波管と上記マイクロストリップ線路との間のインピーダンスを整合させるための変換器をさらに備えたことを特徴とする。
【００２１】
　さらに、上記誘電体装荷アンテナ装置において、上記装荷誘電体の傾斜面は、放射する電磁波の電界面から傾斜された面、もしくは、放射する電磁波の磁界面から傾斜された面であることを特徴とする。
【００２２】
　またさらに、上記誘電体装荷アンテナ装置において、上記誘電体装荷アンテナ装置から放射される電磁波を円偏波で放射するための円偏波放射手段をさらに備えたことを特徴とする。ここで、上記円偏波放射手段は、上記給電導波管の開口を六角形状で形成することにより構成されたことを特徴とする。
【００２３】
　本発明に係るアレーアンテナ装置によれば、上記誘電体装荷アンテナ装置を互いに所定の距離だけ離間配置して複数個備えたことを特徴とする。
【００２４】
　上記アレーアンテナ装置において、上記各装荷誘電体の傾斜面はそれぞれ、アレーアンテナ装置の所定の指向特性を達成するように所定の傾斜角及び所定の方向で傾斜されたことを特徴とする。
【００２５】
　また、上記アレーアンテナ装置において、上記各装荷誘電体を選択的に切り換えて給電線路に接続するスイッチ手段をさらに備えたことを特徴とする。
【００２６】
　さらに、上記アレーアンテナ装置において、上記アレーアンテナ装置の設置位置に応じて、上記各装荷誘電体の配置を変更したことを特徴とする。
【００２７】
　またさらに、上記アレーアンテナ装置において、上記アレーアンテナ装置の設置位置に応じて、上記各装荷誘電体の一部を削除したことを特徴とする。
【００２８】
　さらに、上記アレーアンテナ装置において、上記各誘電体装荷アンテナ装置は、互いに隣接する各対の誘電体装荷アンテナ装置から放射される電磁波の直線偏波が互いに直交するように配置されたことを特徴とする。
【００２９】
　本発明に係る無線通信装置は、上記誘電体装荷アンテナ装置を備え、
　上記誘電体装荷アンテナ装置は基板に形成され、
　上記基板の面又は上記基板内に設けられ、上記誘電体装荷アンテナ装置に接続された無線送受信回路を備えたことを特徴とする。
【００３０】
　上記無線通信装置において、上記基板の面又は上記基板内に設けられ、上記無線送受信回路に接続された変復調回路をさらに備えたことを特徴とする。
【００３１】
　本発明に係る無線通信端末装置は、上記アレーアンテナ装置を備え、
　上記アレーアンテナ装置は基板に形成され、
　上記基板の面又は上記基板内に設けられ、上記アンテナ装置に接続された無線送受信回路を備えたことを特徴とする。
【００３２】
　上記無線通信装置において、上記基板の面又は上記基板内に設けられ、上記無線送受信回路に接続された変復調回路をさらに備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００３３】
　本発明に係る誘電体装荷アンテナ装置によれば、給電線路と、上記給電線路の端部に装荷された柱形状の装荷誘電体とを備えた誘電体装荷アンテナ装置において、上記装荷誘電体の放射面を、上記給電線路の軸方向に垂直な面から傾斜された傾斜面となるように形成した。従って、当該アンテナ装置の主ビームを、当該装置の面に垂直な方向から傾斜させることができ、放射方向を自由に設定できる。
【００３４】
　また、本発明に係るアレーアンテナ装置によれば、上記誘電体装荷アンテナ装置を互いに所定の距離だけ離間配置して複数個備える。ここで、上記アレーアンテナ装置において、上記各装荷誘電体の傾斜面はそれぞれ、アレーアンテナ装置の所定の指向特性を達成するように所定の傾斜角及び所定の方向で傾斜される。また、上記各装荷誘電体を選択的に切り換えて給電線路に接続するスイッチ手段をさらに備え、もしくは、アレーアンテナ装置の設置位置に応じて、上記各装荷誘電体の配置を変更し、又はその一部を削除する。従って、当該アレーアンテナ装置の放射指向特性を自由に設定することができ、高利得でかつ広いエリアをカバーできるアンテナ装置を実現することができる。
【００３５】
　さらに、本発明に係る無線通信装置によれば、上記誘電体装荷アンテナ装置又はアレーアンテナ装置を備え、上記誘電体装荷アンテナ装置又は上記アレーアンテナ装置は基板に形成され、上記基板の面又は上記基板内に設けられた無線送受信回路を備える。また、上記基板の面又は上記基板内に設けられ、上記無線送受信回路に接続された変復調回路をさらに備える。従って、無線送受信回路などを備えたアンテナ装置を従来技術に比較して小型・軽量で製造できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
　以下、本発明に係る実施形態について図面を参照して説明する。なお、同様の構成要素については同一の符号を付している。
【００３７】
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。なお、以下に開示された各実施形態は例示にすぎず、本発明はこれらの実施形態のみに限定されるものではない。また、図面において、同一又は同様の構成要素については同一の符号を付して、その説明を省略する。
【００３８】
第１の実施形態．
　図１は、本発明の第１の実施形態に係る誘電体装荷アンテナ装置１０の構成を示す分解斜視図であり、図２には、図１のＡ−Ａ’線における縦断面図を示している。ただし、以下の各実施形態を通じて、放射導波管７の放射開口１０７の中心を原点とする、図面に示されたようなｘｙｚ座標系を参照し、＋ｚ方向を「上」と呼び、−ｚ方向を「下」と呼ぶものとする。
【００３９】
　図４１の従来技術の誘電体装荷アンテナ装置の装荷誘電体１０８が円柱形状を有しかつその上面の放射面（電磁波を放射する面、又は電磁波を受信する面をいう。）が水平面Ｓ０であったのに対して、本実施形態の誘電体装荷アンテナ装置１０は、図１及び図２に示すように、水平面に対して斜めに切断されてなる傾斜面Ｓ１を有する円柱形状の装荷誘電体８を備えたことを特徴とする。
【００４０】
　図１及び図２において、下側導体基板１１の上面には矩形断面形状の下側矩形溝２が形成され、下側矩形溝２の一端は下側導体基板１１の下面まで垂直方向に貫通して給電開口１に連結され、下側矩形溝２の他端は矩形断面形状の下側放射導波管室５に連結されている。ここで、下側放射導波管室５は、下側導体基板１１を上面から所定の深さまで厚さ方向で掘り下げることにより形成されている。また、上側導体基板１２の下面には、下側矩形溝２に対応する矩形断面形状の上側矩形溝３が設けられ、上側矩形溝３の一端は、上側導体基板１２を厚さ方向に貫通した矩形断面形状の上側放射導波管室６に連結されている。
【００４１】
　さらに、下側導体基板１１と上側導体基板１２は、下側矩形溝２と上側矩形溝３とが対向しかつ下側放射導波管室５と上側放射導波管室６とが対向するように重ね合わされて接合されたときに、下側矩形溝２と上側矩形溝３とが矩形断面形状の矩形導波管である給電導波管４を構成し、下側放射導波管室５と上側放射導波管室６が矩形断面形状の矩形導波管である放射導波管７を構成する。ここで、放射導波管７の管軸方向（鉛直方向）の長さは、アンテナの動作波長に対応する管内波長をλｇとして、ｎ・λｇ／２（ここで、ｎは自然数である。）に設定され、放射導波管７は動作波長に対して共振器として動作する。ここで、装荷誘電体８は、放射導波管７の鉛直方向の中心軸と装荷誘電体８の鉛直方向の中心軸とが一致するように、上側導体基板１２の放射開口１０７上に固定されている。
【００４２】
　図２において、装荷誘電体８は、直径φ１の円柱形状の誘電体を、側面の最大高さＬ１の位置において、ｘｙ平面（すなわち、上側導体基板２の上面）に平行な水平面に対して傾斜角αで切断した形状を有する。この切断面である傾斜面Ｓ１は、水平面（ｘｙ平面）からｘｚ平面において回転して傾斜角αだけ傾斜され、−ｘ方向のベクトルと＋ｚ方向のベクトルとの合成ベクトルの方向を向く。なお、下側導体基板１１と上側導体基板１２と装荷誘電体８とは、接着ネジ止め、熔接等の手段で互いに接合されている。
【００４３】
　給電開口１より入力された電磁波は、下側導体基板１１及び上側導体基板１２を接合することによって形成された給電導波管４内を進行する。進行してきた電磁波は放射導波管７を通って装荷誘電体８に給電される。このとき、装荷誘電体８を通る電磁波と装荷誘電体８の表面を沿って進行する表面波の２種が現れる。本実施形態の誘電体装荷アンテナ装置１０は、図４１の従来例と異なり、円柱形状の装荷誘電体８の上部をｘｙ平面に対して平行な水平面に対して斜めに切断することによって、装荷誘電体８の頂面が傾斜面Ｓ１となっていることが特徴である。一般に、誘電体内の電磁波の伝搬速度は、自由空間における電磁波の電波速度に比較して遅い。従って、装荷誘電体８がこのような形状であると、放射導波管７から装荷誘電体８に給電された電磁波は、ｘｚ平面内で、装荷誘電体８の外周面において速度差により＋ｘの位置の外周面と、−ｘの位置の外周面とで、非対称な位相分布を有し、主ビーム方向が＋ｚ方向から傾く。図２の構成の場合は、傾斜面Ｓ１は−ｘ方向に傾斜しているが、装荷誘電体８から放射される主ビームは＋ｘ方向に傾く。
【００４４】
　以下、本発明者が試作した試作例の誘電体装荷アンテナ装置の実験結果について説明する。下側導体基板１１の材料はアルミニウムであり、その水平方向の大きさ１００ｍｍ×１００ｍｍ、厚さ３ｍｍとし、上側導体基板１２の材料はアルミニウムであり、その水平方向の大きさ１００ｍｍ×１００ｍｍ、厚さ２．５ｍｍとする。下側導体基板１１と上側導体基板１２とを接合したときの給電導波管４の断面の寸法は、垂直方向の長さ３．７６ｍｍと、水平方向の長さ１．８８ｍｍを有し、放射導波管７の水平方向の断面寸法は２．８ｍｍ×２．８ｍｍとする。また、円柱形状の装荷誘電体８の材料はポリプロピレン（比誘電率２．２６）であり、そのサイズは直径φ１＝６ｍｍ、高さＬ１＝７ｍｍとし、傾斜角αは１５°と３０°と４５°のうちのいずれかとする。なお、装荷誘電体８の鉛直方向の中心軸と、放射導波管７の鉛直方向の中心軸とは一致している。
【００４５】
　図３乃至図５は、以上の寸法で製作された誘電体装荷アンテナ装置１０のｘｚ平面内における放射指向特性を示すグラフである。図３は、図２の傾斜角αが１５°のときの放射指向特性を示し、図４は、傾斜角αが３０°のときの放射指向特性を示し、図５は、傾斜角αが４５°のときの放射指向特性を示す。図３乃至図５から明らかなように、傾斜角αが大きくなるほど、主ビームは＋ｚ方向（すなわち鉛直方向）から＋ｘ方向に傾くことが分かる。
【００４６】
　図３乃至図５の結果より、上側導体基板１２に対して装荷誘電体８の頂面（放射面）を傾斜させて傾斜面Ｓ１を形成することにより、傾斜面Ｓ１が、鉛直方向である＋ｚ方向から−ｘ方向に傾いているのに対して、当該誘電体装荷アンテナ装置の主ビームは、その逆方向である＋ｘ方向に傾く。また、水平面に対する傾斜面Ｓ１の傾斜角αを大きくすることで、アンテナ装置の主ビームの＋ｚ方向からの傾き角を大きくすることが可能である。
【００４７】
　以上説明したように、本実施形態によれば、誘電体装荷アンテナ装置の放射指向特性において、上側導体基板１２に対して正面方向に向いていた主ビームを傾斜させることができ、傾斜角αを変化することにより、主ビームの角度を制御して操作できる。
【００４８】
　図６は、第１の実施形態の第１の変形例に係る誘電体装荷アンテナ装置の構成を示す縦断面図である。図６において、装荷誘電体８の頂面（放射面）の傾斜面Ｓ２は、ｘｙ平面である上側導体基板１２の上面に平行な水平面に対して傾斜角αを有するように、＋ｚ方向から−ｙ方向に傾斜している。言いかえると、この第１の変形例は、図１の実施形態における装荷誘電体８の配置と比べて、装荷誘電体８を上側導体基板１２に対して９０°回転させて配置したものである。ここで、円柱形状の装荷誘電体８の頂面（放射面）を傾斜させる方向は、送信する電磁波の偏波方向に依存させなくてもよい。すなわち、当該アンテナ装置の主ビームを傾斜させたい方向（図６では＋ｙ方向）とは逆の方向に、傾斜面Ｓ２の傾斜を形成すればよい。図６の場合においては、傾斜角α１を変化させることにより、ｙｚ平面内の放射指向特性の主ビームを傾けることが可能となる。
【００４９】
　なお、図１及び図２の第１の実施形態においては、給電導波管４及び放射導波管７を伝搬する電磁波の電界の偏波面に平行な平面（図２においては、ｘｙ平面に平行な面）から所定の傾斜角αで傾斜するように傾斜面Ｓ１を形成している。また、図６の第１の実施形態の第１の変形例においても、給電導波管４及び放射導波管７を伝搬する電磁波の電界の偏波面に平行な平面（図２においては、ｘｙ平面に平行な面）から所定の傾斜角α１で傾斜するように傾斜面Ｓ２を形成している。
【００５０】
　図７は、第１の実施形態の第２の変形例に係る誘電体装荷アンテナ装置の構成を示す分解斜視図である。図７において、図１の円柱形状の装荷誘電体８に代えて、正方形の断面形状を有する四角柱形状の装荷誘電体８Ａを備えたことを特徴としている。ここで、装荷誘電体８Ａはその４つの側面がそれぞれ＋ｘ方向、＋ｙ方向、−ｘ方向及び−ｙ方向と平行となるように配置され、かつその上部は、水平面（ｘｙ平面）からｘｚ平面において回転して所定の傾斜角だけ傾斜された傾斜面Ｓ３を有するように切断されている。ここで、傾斜面Ｓ３は、第１の実施形態と同様に、−ｘ方向のベクトルと＋ｚ方向のベクトルの合成ベクトルの方向を向く。この第２の変形例によれば、四角形の断面形状の装荷誘電体８Ａを備えることによって、アンテナ装置の設計が簡単化されるという効果がある。なお、装荷誘電体８，８Ａの断面形状は、円形又は多角形に限らず、設計と製造において取り扱い易い任意の形状を選択することができる。
【００５１】
　以上の実施形態においては、正方断面形状の放射導波管７を備えているが、本発明はこれに限らず、矩形、円形又は他の断面形状であってもよい。
【００５２】
　以上の実施形態においては、矩形断面形状の給電導波管４を備えているが、本発明はこれに限らず、正方形、円形又は他の断面形状であってもよい。
【００５３】
第２の実施形態．
　図８は、本発明の第２の実施形態に係る誘電体装荷アンテナ装置１０ａの構成を示す分解斜視図である。図１及び図２に図示された第１の実施形態では、下側導体基板１１と上側導体基板１２に設けられた給電導波管４及び放射導波管７によって電磁波を給電したのに対して、第２の実施形態では、誘電体基板１４上に設けられたマイクロストリップ線路１７によって電磁波を給電することを特徴とする。
【００５４】
　図８において、上面と下面の全面にそれぞれ導体層が形成された誘電体基板１４の上面上に、マイクロストリップ導体１５と給電パッチ導体１６をパターンマスクなどを用いてエッチング等で形成する。このとき、給電パッチ導体１６はマイクロストリップ線路１７と電気的に接続され、また、誘電体基板１４の下面に形成された導体層は、接地導体１３となる。なお、マイクロストリップ導体１５の幅方向の中心を通過する長手方向の軸は、給電パッチ導体１６の中心を通過するように、マイクロストリップ導体１５及び給電パッチ導体１６が形成される。ここで、誘電体基板１４を挟設する接地導体１３とマイクロストリップ導体１５とにより、マイクロストリップ線路１７を構成し、当該マイクロストリップ線路１７は給電パッチ導体１６に電磁波を給電する伝送線路として用いられる。さらに、誘電体基板１５上に形成された給電パッチ導体１６上に、第１の実施形態と同様の傾斜面Ｓ１を有する装荷誘電体８が接着又は熔接等の方法で固定される。
【００５５】
　以上の第２の実施形態においては、マイクロストリップ線路１７は、第１の実施形態における給電導波管４と同様に動作し、給電パッチ導体１６は放射導波管７と同様に動作する。第２の実施形態のように、マイクロストリップ線路１７による給電を行うことで、矩形導波管４による給電に比較して給電損失は大きくなるが、アンテナ装置を薄く製造することができ、小型・軽量化することができる。
【００５６】
第３の実施形態．
　図９は、本発明の第３の実施形態に係る誘電体装荷アンテナ装置１０ｂの構成を、装荷誘電体８と放射導波管７との配置を拡大して示す縦断面図である。
【００５７】
　図９において、装荷誘電体８の頂面（放射面）である傾斜面Ｓ１は、第１の実施形態と同様にｘｙ平面に平行な面から、ｘｚ平面で回転して傾斜角α２だけ傾斜しており、かつ、装荷誘電体８の軸方向又は導波方向（鉛直方向）の中心軸Ａ２は、第１の実施形態の配置に比較して、放射導波管７の管軸方向（鉛直方向）の中心軸Ａ１から、＋ｘ方向に変位距離ｐだけシフトして配置されている。図９で図示された放射導波管７の管軸方向（鉛直方向）の中心軸Ａ１は、図１０で図示された放射導波管７の中心Ｃ１を通過し、図１０のｘｙ平面を垂直に貫通する軸である。また、図９で図示された装荷誘電体８の軸方向（鉛直方向）の中心軸Ａ１は、図１０で図示された装荷誘電体８の中心Ｃ２を通過し、図１０のｘｙ平面を垂直に貫通する軸である。図１０から明らかなように、装荷誘電体８の中心Ｃ２は、第１の実施形態の配置に比較して、放射導波管７の中心Ｃ１から、＋ｘ方向に変位距離ｐだけシフトして配置されている。
【００５８】
　以上説明したように、本実施形態によれば、装荷誘電体８を放射導波管７に対してシフトするように配置することにより、装荷誘電体８の外周面での電磁波の表面位相分布を、第１の実施形態に比較してさらに＋ｘ方向に傾斜させることが可能となり、放射指向特性の主ビームを、上側導体基板１２の正面方向である＋ｚ方向から、＋ｘ方向に向かって大きく傾けることが可能となる。
【００５９】
　一例として、下側導体基板１１及び上側導体基板１２の材料と、給電導波管４及び放射導波管７の形状及び寸法は第１の実施形態と同じという条件のもとで、装荷誘電体８の材料はポリプロピレン（比誘電率２．２６）、そのサイズは断面直径φ２＝６ｍｍ、高さＬ２＝７ｍｍ、傾斜面Ｓ１の傾斜角α２＝４５°とする。以上の寸法で製作された誘電体装荷アンテナ装置１０ｂにおいて、図１１は図９の変位距離ｐが１．３ｍｍのときのｘｚ平面内における放射指向特性を示すグラフであり、図１２は変位距離ｐが１．７ｍｍのときのｘｚ平面内における放射指向特性を示すグラフである。
【００６０】
　図１１及び図１２から明らかなように、装荷誘電体８を放射導波管７に対してシフトするように配置させることにより、放射指向特性の主ビーム方向を大きく傾けることができる。また、変位距離ｐを大きくするにつれて、主ビーム方向の傾き角を大きくすることができる。
【００６１】
　また、変位距離ｐを大きくするにつれて、当該アンテナ装置の主ビーム幅は大きくなっており、ｐ＝１．７ｍｍのときには、＋ｘ方向を基準として２０°乃至７０°の約５０°の角度範囲にわたって、均一の利得をもった主ビームの広い指向特性を得ている。すなわち、装荷誘電体８の頂面（放射面）を傾斜面Ｓ１とし、さらに、装荷誘電体８を放射導波管７からシフトして装荷することによって、装荷誘電体８の頂面（放射面）における位相分布の傾斜が大きくなることで、主ビーム方向を＋ｚ方向から傾けるだけでなく、主ビーム幅を大きくする役割を果している。
【００６２】
　図１３乃至図１７はそれぞれ、第３の実施形態の第１乃至第５の変形例に係る誘電体装荷アンテナ装置の構成を示す平面図である。
【００６３】
　図１３乃至図１５に示すように、装荷誘電体８の中心Ｃ２を放射導波管７の放射開口１０７の中心Ｃ１（この中心Ｃ１は、放射導波管７の断面の中心を通過する管軸方向の中心軸を通過する。）から、それぞれ変位距離ｐ１，ｐ２，ｐ３だけ−ｙ方向にシフトするように装荷誘電体８を移動させて配置してもよい。
【００６４】
　図１３の第１の変形例では、当該アンテナ素子のビーム方向を＋ｙ方向に傾斜させることができ、この場合において、当該アンテナ素子のビーム方向をさらに＋ｙ方向に傾斜させることができる。また、図１４の第２の変形例では、図１３の第１の変形例に加えて、給電導波管４の中心軸Ａ３を放射開口１０７の中心Ｃ１から＋ｙ方向に変位距離ｑ１だけシフトするように装荷誘電体８を移動させて配置してもよく、この場合において、当該アンテナ素子のビーム方向をさらに＋ｙ方向に傾斜させることができる。さらに、図１５の第３の変形例では、給電導波管４の中心軸Ａ３を放射開口１０７の中心Ｃ１から−ｙ方向に変位距離ｑ２だけシフトするように装荷誘電体８を移動させて配置してもよく、この場合、変位距離ｑ２のシフトをしないときに比較して、当該アンテナ素子のビーム方向をさらに−ｙ方向に傾斜させることができる。
【００６５】
　また、図１６の第４の変形例では、装荷誘電体８の中心Ｃ２を放射開口１０７の中心Ｃ１から＋ｙ方向に変位距離ｐ４だけシフトするように装荷誘電体８を移動させて配置してもよく、この場合において、当該アンテナ素子のビーム方向をさらに＋ｙ方向に傾斜させることができる。さらに、図１７の第５の変形例では、装荷誘電体８の中心Ｃ２を放射開口１０７の中心Ｃ１から−ｘ方向に変位距離ｐ５だけシフトするように装荷誘電体８を移動させて配置してもよく、この場合は、当該アンテナ素子のビーム方向をさらに＋ｘ方向に傾斜させることができる。
【００６６】
　また、第２の実施形態の給電パッチ導体１６を用いて給電する誘電体装荷アンテナ装置１０ａでも同様に、装荷誘電体８の鉛直方向の中心軸を、給電パッチ導体１６（放射開口１０７に対応する）の中心からシフトするように装荷誘電体８を移動させて配置装荷することにより、アンテナ装置の主ビームの方向を同様に傾斜させることができる。さらに、マイクロストリップ導体１６の幅方向の中心を通過する長手方向の軸が、給電パッチ導体１６の中心から、マイクロストリップ導体１６の幅方向にシフトするように、マイクロストリップ導体１６及び給電パッチ導体１６を形成してもよく、この場合、第３の実施形態における給電導波管４と放射開口１０７との位置関係と同様に、アンテナ装置の主ビームの方向を傾斜させることができる。
【００６７】
　以上の第３の実施形態においては、装荷誘電体８を上側導体基板１２の上面上でシフトするように配置しており、一方、給電導波管４の矩形断面の短辺方向が水平方向となるように給電導波管４が形成され、給電導波管４を伝搬する電磁波の偏波面はｘｙ平面に平行な面であるので、上記装荷誘電体８のシフトは、偏波面上で偏波方向に平行な方向で行っている。しかしながら、本発明はこれに限らず、給電導波管４の矩形断面の短辺方向が鉛直方向となるように給電導波管４を形成してもよく、この場合、給電導波管４を伝搬する電磁波の偏波面はｙｚ平面に平行な面であるので、上記装荷誘電体８のシフトは、偏波面上で偏波方向に対して垂直な方向で行うことになる。
【００６８】
第４の実施形態．
　図１８は、本発明の第４の実施形態に係る誘電体装荷アンテナ装置１０ｃの構成を示す斜視図であり、図１９は図１８の装荷誘電体８−１乃至８−４を除去したときの上側導体基板１２ａの平面図であり、図１９において、給電導波管４−１乃至４−７を点線で図示している。第４の実施形態に係る誘電体装荷アンテナ装置１０ｃは、放射素子として動作する円柱形状の装荷誘電体８−１乃至８−４を備えたアレーアンテナ装置であり、装荷誘電体８−１乃至８−４への電磁波の給電のために、第１の実施形態と同様に下側導体基板１１ａと上側導体基板１２ａにおいて形成された給電導波管４−１乃至４−７と放射導波管７−１乃至７−４が設けられている。ここで、装荷誘電体８−１乃至８−４は、例えば１／２波長などの所定の間隔だけ互いに離間して誘電体基板１２ａ上に配置される。
【００６９】
　図１９において、給電開口１から給電された電磁波を、給電導波管４−１乃至４−７に設けられた分岐部Ｂ１乃至Ｂ３により４分配して各装荷誘電体８−１乃至８−４に給電する。すなわち、給電開口１に連結された給電導波管４−１は、分岐部Ｂ１により給電導波管４−２と４−３に２分岐され、給電導波管４−２は、分岐部Ｂ２により給電導波管４−４と４−５に２分岐され、ここで、給電導波管４−４は放射導波管７−１に連結され、給電導波管４−５は放射導波管７−４に連結される。また、給電導波管４−３は、分岐部Ｂ３により給電導波管４−６と４−７に２分岐され、給電導波管４−６は放射導波管７−２に連結され、給電導波管４−７は放射導波管７−３に連結される。
【００７０】
　図１８において、放射導波管７−１乃至７−４の上にはそれぞれ、第１の実施形態と同様に、頂面（放射面）が傾斜面Ｓ１−１乃至Ｓ１−４に形成された装荷誘電体８−１乃至８−４が固定され、装荷誘電体８−１乃至８−４の傾斜面Ｓ１−１乃至Ｓ１−４は、その傾斜方向がそれぞれ互いに異なるように傾斜されている。本実施形態においては、装荷誘電体８−１の傾斜面Ｓ１−１は、上側導体基板１２に平行な平面（以下、基板平行面という。）から、ｙｚ平面で回転され所定の傾斜角で傾斜され、−ｙ方向のベクトルと＋ｚ方向のベクトルとの合成ベクトルの方向を向く。また、装荷誘電体８−２の傾斜面Ｓ１−２は、基板平行面から、ｘｚ平面で回転され所定の傾斜角で傾斜され、−ｘ方向のベクトルと＋ｚ方向のベクトルとの合成ベクトルの方向を向く。さらに、装荷誘電体８−３の傾斜面Ｓ１−３は、基板平行面から、ｙｚ平面で回転され所定の傾斜角で傾斜され、＋ｙ方向のベクトルと＋ｚ方向のベクトルとの合成ベクトルの方向を向く。またさらに、装荷誘電体８−４の傾斜面Ｓ１−４は、基板平行面から、ｘｚ平面で回転され所定の傾斜角で傾斜され、＋ｘ方向のベクトルと＋ｚ方向のベクトルとの合成ベクトルの方向を向く。なお、本実施形態においては、４つの傾斜面Ｓ１−１乃至Ｓ１−４の傾斜角は互いに同一にしているが、本発明はこれに限定されない。また、４つの傾斜面Ｓ１−１乃至Ｓ１−４が向く方向は図１８の方向に限定されず、変化させてもよい。
【００７１】
　本実施形態において、放射導波管７−１乃至７−４と装荷誘電体８−１乃至８−４とを用いてアレーアンテナを構成し、装荷誘電体８−１乃至８−４の傾斜面Ｓ１−１乃至Ｓ１−４の傾斜角及び各傾斜面Ｓ１−１乃至Ｓ１−４が向く方向を変化することにより、当該アレーアンテナの放射指向特性を変化することができ、所望の放射指向特性を実現することができる。
【００７２】
　また、図１８に図示したアレーアンテナにおいて、各装荷誘電体８−１乃至８−４に給電する電磁波の振幅及び／又は位相を制御することにより、当該アレーアンテナの放射指向特性を変化することができ、所望の放射指向特性を実現することができる。この場合において、各装荷誘電体８−１乃至８−４の傾斜面Ｓ１−１乃至Ｓ１−４における電磁界の振幅分布と位相分布を制御することが重要であり、例えば、高利得アンテナを実現するためには、すべての装荷誘電体８−１乃至８−４の傾斜面Ｓ１−１乃至Ｓ１−４上における電磁界の振幅と位相を合わせればよい。
【００７３】
　一般的に、各装荷誘電体８−１乃至８−４の傾斜面Ｓ１−１乃至Ｓ１−４上における電磁界の振幅は、給電導波管４−１乃至４−７の分岐部Ｂ１乃至Ｂ３における電磁波の分岐比又は分配比を変化させることにより制御することができ、その電磁界の位相は、給電部１から各放射導波管７−１乃至７−４に接続される端部までの給電導波管４−１乃至４−７及び分岐部Ｂ１乃至Ｂ３の各電気長を変化させることにより制御できる。なお、電気長を変化させるためには、遅延回路を挿入し、その遅延時間長を変化させればよい。
【００７４】
　図４１で図示される従来技術の円柱形状の装荷誘電体１０８を備えた誘電体装荷アンテナ装置を複数用いてアレーアンテナを構成した場合において、所望の放射指向特性を実現するためには、多数の装荷誘電体１０８を設ける必要であった。しかしながら、本実施形態の装荷誘電体８−１乃至８−４のアレーを用いることにより、各装荷誘電体８−１乃至８−４単体において、放射する電磁波に対して複雑な振幅と位相を設定することができるために、少ない個数の装荷誘電体８及び放射導波管７だけを用いて所望の放射指向特性を達成することができる。また、装荷誘電体８と放射導波管７の個数を減らすことにより、給電導波管４の設計及び製作なども簡単になる。
【００７５】
　以上の実施形態において、第３の実施形態のように、装荷誘電体８−１乃至８−４を放射導波管７−１乃至７−４からシフトして配置してもよく、その場合、より多様な放射指向特性を形成することが可能となる。
【００７６】
　以上の実施形態において、装荷誘電体と放射導波管の個数を４個としているが、４個とは異なる複数の個数であってもよい。
【００７７】
　以上の実施形態において、装荷誘電体８−１乃至８−４はそれぞれ頂面に傾斜面Ｓ１−１乃至Ｓ１−４を有する円柱形状を有しているが、本発明はこれに限らず、所定の傾斜面を有する多角柱又は他の柱形状を有してもよい。
【００７８】
第５の実施形態．
　図２０は、本発明の第５の実施形態に係る誘電体装荷アンテナ装置１０ｄの構成を示す分解斜視図である。本実施形態に係る誘電体装荷アンテナ装置１０ｄは、マイクロストリップ線路１７−１乃至１７−７を介して給電される複数の装荷誘電体８−１乃至８−４を備えたアレーアンテナ装置であり、第４の実施形態における給電導波管４−１乃至４−７に代えて、マイクロストリップ線路１７−１乃至１７−７を設けたことを特徴としている。
【００７９】
　図２０において、裏面に接地導体１４を有する誘電体基板１４のおもて面に、マイクロストリップ導体１５−１乃至１５−７と給電パッチ導体１６−１乃至１６−４を形成する。誘電体基板１４を挟設する接地導体１３と各マイクロストリップ導体１５−１乃至１５−７によりそれぞれマイクロストリップ線路１７−１乃至１７−７を構成する。さらに、給電パッチ導体１６−１乃至１６−４上に、第４の実施形態と同様の装荷誘電体８−１乃至８−４が、接着又は熔接等の方法で固定される。
【００８０】
　マイクロストリップ導体１５−１は分岐部Ｂ１１によりマイクロストリップ導体１５−２とマイクロストリップ導体１５−３に２分岐され、マイクロストリップ導体１５−２は分岐部Ｂ１２によりマイクロストリップ導体１５−４とマイクロストリップ導体１５−５に２分岐され、マイクロストリップ導体１５−４は給電パッチ導体１６−１に接続され、マイクロストリップ導体１５−５は給電パッチ導体１６−２に接続される。また、マイクロストリップ導体１５−３は分岐部Ｂ１３によりマイクロストリップ導体１５−６とマイクロストリップ導体１５−７に２分岐され、マイクロストリップ導体１５−６は給電パッチ導体１６−３に接続され、マイクロストリップ導体１５−７は給電パッチ導体１６−４に接続される。給電パッチ導体１６−１乃至１６−４の上にはそれぞれ、第４の実施形態と同様に、傾斜面Ｓ１−１乃至Ｓ１−４を有する装荷誘電体８−１乃至８−４がそれぞれ固定されている。
【００８１】
　以上のように構成された第５の実施形態によれば、第４の実施形態と同様の作用効果を有するとともに、第２の実施形態と同様の作用効果を有する。
【００８２】
第６の実施形態．
　図２１は、本発明の第６の実施形態に係るスイッチ切り換え型アレーアンテナ装置である、誘電体装荷アンテナ装置１０ｅの構成を示す分解斜視図である。図２２は、図２１のＢ−Ｂ’線における縦断面図であり、図２３は、図２１のＣ−Ｃ’線における縦断面図である。
【００８３】
　本実施形態においては、それぞれ装荷誘電体８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ，８ｅにてなる５つのアンテナ素子からなるアレーアンテナ装置を構成し、各アンテナ素子をスイッチ２１によって切り換えて使用することを特徴としている。スイッチ２１は、１入力及び５出力のマイクロ波スイッチ回路であって、誘電体基板１４上に形成された、マイクロストリップ線路と、接続するマイクロストリップ線路をオン・オフする半導体スイッチ等を用いて構成され、誘電体基板１４とともに下側導体基板１１ｂの裏面に設けられている。
【００８４】
　図２１において、放射導波管７ａの放射開口を中心とするｘｙｚ座標系を参照し、＋ｚ方向を上と呼び、−ｚ方向を下と呼ぶ。誘電体基板１４の下面にスイッチ２１とマイクロストリップ導体１５ａ乃至１５ｅが形成され、上面にマイクロストリップ線路−矩形導波管変換器２０ａ乃至２０ｅと接地導体１３とが形成されている。誘電体基板１４を挟設する接地導体１３と各マイクロストリップ導体１５ａ乃至１５ｆとにより、マイクロストリップ線路１７ａ乃至１７ｆを構成する。マイクロストリップ線路１７ｆを介して給電される無線信号は、スイッチ２１によってマイクロストリップ線路１７ａ乃至１７ｅのいずれか１つに選択的に切り換えられて伝送され、次いで、マイクロストリップ線路−矩形導波管変換器２０ａ乃至２０ｅを介して、さらには、下側導体基板１１ｂの下面に形成された給電開口１ａ乃至１ｅから給電導波管４ａ乃至４ｅに給電される。
【００８５】
　ここで、給電導波管４ａ乃至４ｅと、それらに接続された放射導波管７ａ乃至７ｅとは、第１の実施形態と同様に、下側導体基板１１ｂと上側導体基板１２ｂに形成される。例えば、給電導波管４ａは、下側導体基板１１ｂに形成された下側矩形溝２ａと、上側導体基板１２ｂに形成された上側矩形溝３ａとを対向させることによって構成され、放射導波管７ａは、下側導体基板１１ｂに形成された下側放射導波管室５ａと、上側導体基板１２ｂに形成された上側放射導波管室６ａとから構成される。ここで、下側放射導波管室５ａは下側矩形溝２ａと連結され、上側放射導波管室６ａは上側矩形溝３ａと連結されている。また、給電導波管４ｂ乃至４ｅと放射導波管７ｂ乃至７ｅについても同様に形成される。従って、給電開口１ａ乃至１ｅから給電導波管４ａ乃至４ｅに給電された無線信号は、給電導波管４ａ乃至４ｅを通って給電開口１ａ乃至１ｅとは反対側の放射導波管７ａ乃至７ｅに入り、次いで、放射導波管７ａ乃至７ｅの上に設けられた装荷誘電体８ａ乃至８ｅを介して放射される。
【００８６】
　本実施形態において、装荷誘電体８ａ乃至８ｅは、上側導体基板１２ｂ上で十字形のアレーアンテナを構成している。ここで、装荷誘電体８ａ乃至８ｅは、例えば１／２波長などの所定の間隔だけ互いに離間して誘電体基板１２ｂ上に配置される。装荷誘電体８ａは導体基板面に平行な水平面Ｓ０を有する円柱形状を有し、装荷誘電体８ｂ乃至８ｅは、第１の実施形態と同様に、頂面（放射面）が傾斜面Ｓ１ｂ乃至Ｓ１ｅとなるように切断された円柱形状を有する。装荷誘電体８ｂ乃至８ｅはまた、装荷誘電体８ａを中心にして囲むように、装荷誘電体８ｂと８ｃはそれぞれ図中の＋ｘ方向と−ｘ方向に位置し、装荷誘電体８ｄと８ｅはそれぞれ＋ｙ方向と−ｙ方向に位置するように配置されている。
【００８７】
　図２２において、装荷誘電体８ｄと８ｅの頂面（放射面）はそれぞれ装荷誘電体８ａの位置する方向に対向するように傾斜された傾斜面Ｓ１ｄ及びＳ１ｅで形成され、装荷誘電体８ａの鉛直方向の中心軸は放射導波管７ａの鉛直方向の中心軸に一致され、装荷誘電体８ｄは、装荷誘電体８ｄの鉛直方向の中心軸Ａｄ２が放射導波管７ｄの鉛直方向の中心軸Ａｄ１から＋ｙ方向に変位距離ｐｄだけシフトするように装荷配置され、装荷誘電体８ｅは、装荷誘電体８ｅの鉛直方向の中心軸Ａｅ２が放射導波管と７ｅの鉛直方向の中心軸Ａｅ１から−ｙ方向に変位距離ｐｅだけシフトするように装荷配置されている。
【００８８】
　図２３において、装荷誘電体８ｂと８ｃの頂面（放射面）はそれぞれ装荷誘電体８ａの位置する方向に対向するように傾斜された傾斜面Ｓ１ｂ及びＳ１ｃで形成され、装荷誘電体８ｂは、装荷誘電体８ｂの鉛直方向の中心軸Ａｂ２が放射導波管７ｂの鉛直方向の中心軸Ａｂ１から＋ｘ方向に変位距離ｐｂだけシフトするように装荷配置され、装荷誘電体８ｃは、装荷誘電体８ｃの鉛直方向の中心軸Ａｃ２が放射導波管と７ｃの鉛直方向の中心軸Ａｃ１から−ｘ方向に変位距離ｐｃだけシフトするように装荷配置されている。
【００８９】
　以上のように構成された本実施形態において、装荷誘電体８ａは上側導体基板１２ｂに対して垂直な正面方向（＋ｚ方向）の主ビームを有し、装荷誘電体８ｂ乃至８ｅは、それぞれ、ｚ軸方向からアンテナ装置の外側縁端部に傾斜した主ビームを有する。電磁波が放射される装荷誘電体８ａ乃至８ｅのうち、スイッチ２１により、電磁波が放射される１つの装荷誘電体を選択し、ここで、通信の相手先の位置する方向に合わせてスイッチ２１を切り換えることにより、より高いアンテナ利得の状態で無線通信を行うことができる。すなわち、装荷誘電体８ａ乃至８ｅはそれぞれ、互いに異なる方向に主ビームを有しているので、スイッチ２１と組み合わせて選択式のアレーアンテナにすることで、高利得でかつ広いエリアをカバーできる装荷誘電体アンテナ装置を実現できる。
【００９０】
　以下、本発明者が試作した試作例の誘電体装荷アンテナ装置の実験結果について説明する。装荷誘電体８ａは、材料がポリプロピレン（比誘電率２．２６）であり、直径６ｍｍ及び高さ７ｍｍの円柱形状を有し、装荷誘電体８ｂ乃至８ｅはそれぞれ装荷誘電体８ａと同じ高さの円柱形状を有し、その頂面（放射面）がｘｙ平面に平行な面から４５°の角度を有する傾斜面になるように切断される。給電開口１ａ乃至１ｅ、下側導体基板１１ｂ及び上側導体基板１２ｂの材料と、給電導波管４ａ乃至４ｅ及び放射導波管７ａ乃至７ｅの断面形状及び寸法は、第１の実施形態と同じ条件としている。
【００９１】
　各装荷誘電体８ｂ乃至８ｅは、各装荷誘電体８ｂ乃至８ｅの鉛直方向の中心軸Ａｂ２乃至Ａｅ２がそれぞれ、各放射導波管７ｂ乃至７ｅの鉛直方向の中心軸Ａｂ１乃至Ａｅ２から、装荷誘電体８ａの位置する中心からアンテナ装置の外側方向に変位距離１．７ｍｍだけシフトするように装荷配置する。
【００９２】
　このとき、アレーアンテナではない装荷誘電体アンテナ装置の単体での実験結果（従来技術及び第１の実施形態を参照）から、本実施形態に係るｙｚ面の放射指向特性及びｘｚ面の放射指向特性を計算し、その結果を図２４及び図２５に示す。図２４及び図２５において、スイッチ２１によって装荷誘電体８ａ乃至８ｅのいずれか１つが選択されていたときの誘電体装荷アンテナ装置１０ｅの指向特性を、参照番号１０８ａ乃至１０８ｅで示す。図２４及び図２５から明らかなように、本実施形態に係る誘電体装荷アンテナ装置１０ｅでは、ｙｚ面及びｘｚ面のどちらの平面でも、１０ｄＢｉ程度の利得で１４０°の角度の範囲をカバーできることがわかる。そのため、誘電体装荷アンテナ装置１０ｅを用いることにより、アンテナ利得を大きくしかつカバーエリアを大きくすることが可能となる。
【００９３】
　本実施形態において、スイッチ２１を誘電体基板１４上でマイクロストリップ線路１７ａ乃至１７ｅ及び半導体スイッチ等で構成した場合、各マイクロストリップ線路１７ａ乃至１７ｅと各給電導波管４ａ乃至４ｅとのインピーダンス整合をとるために、図２６に示すマイクロストリップ線路−矩形導波管変換器２０ａ乃至２０ｅをインピーダンス整合器として用いる。
【００９４】
　図２６において、マイクロストリップ線路１７ａのマイクロストリップ導体１５ａの端部にプローブ２２ａを、プローブ２２ａの長手方向がマイクロストリップ導体１５ａの長手方向と平行となり、かつ整合矩形導波管２３ａの電界を検出できるようプローブ２２ａが整合矩形導波管２３ａの矩形断面の長辺の中央部でその内部に突出してプローブ２２ａの長手方向が矩形断面の短辺に平行となるように設けている。また、整合矩形導波管２３ａは一端が開放端でありかつ他端が短絡端であって、開放端の側は給電開口１ａを介して給電導波管４ａに連結されている。さらに、プローブ２２ａと整合矩形導波管２３ａとは電気的に絶縁されている。このとき、プローブ２２ａと、整合矩形導波管２３ａの短絡端との距離ｄ１をｎ・λｇ／２（λｇは動作波長λに対応する管内波長であり、ｎは自然数である。）に設定しかつプローブ２２ａの長さを例えば１／４波長などの所定の値に設定することにより、整合矩形導波管２３ａを動作波長における共振器として動作させる。以上のように構成することにより、プローブ２２ａを簡易的なモノポールアンテナとして動作させ、マイクロストリップ線路１７ａを伝搬してきた無線信号を、整合矩形導波管２３ａを介して給電導波管４ａに給電する。
【００９５】
　以上の実施形態においては、スイッチ２１と給電導波管４ａ乃至４ｅとの間の無線信号の伝送は、マイクロストリップ線路１５ａ乃至１５ｅを用いて行っているが、本発明はこれに限らず、マイクロストリップ線路１５ａ乃至１５ｅに代えて、同軸ケーブルなどの種々の伝送線路を用いてもよい。
【００９６】
第７の実施形態．
　図２７は、本発明の第７の実施形態に係る誘電体装荷アンテナ装置１０ｆの構成を示す分解斜視図である。本実施形態に係る誘電体装荷アンテナ装置１０ｆは、マイクロストリップ線路給電のスイッチ切り換え型アレーアンテナ装置を構成したことを特徴としている。すなわち、第６の実施形態の誘電体装荷アンテナ装置１０ｅにおける給電導波管４ａ乃至４ｅと放射導波管７ａ乃至７ｅに代えて、本実施形態では、マイクロストリップ線路１７ａ乃至１７ｅを用いることを特徴としている。
【００９７】
　図２７において、マイクロストリップ線路１７ａ乃至１７ｆと給電パッチ導体１６ａ乃至１６ｅの構成は、第２及び第５の実施形態と同様であり、装荷誘電体８ａ乃至８ｅの構成は第６の実施形態と同様である。この実施形態においては、第６の実施形態とは異なり、導波管−マイクロストリップ変換器２０ａ乃至２０ｅを設ける必要がない。従って、本実施形態の誘電体装荷アンテナ装置１０ｆは、第６の実施形態よりも簡単に製造できる。
【００９８】
　図２８は、アンテナ素子のスイッチ切り換え型アレーアンテナである、第６及び第７の実施形態の第１の実施例に係るアンテナ配置を示す斜視図である。図２８においては、誘電体装荷アンテナ装置１０ｅ又は１０ｆを用いた場合の、壁面反射波を利用した様子を示している。誘電体装荷アンテナ装置１０ｅ又は１０ｆが部屋３４の壁面３１に設置され、もう１つの誘電体装荷アンテナ装置１０ｅ又は１０ｆが部屋３４の床面のある地点３０に設けられているとき、これら２つのアンテナ装置間に遮蔽物３３が存在し、直接波の経路１００ｇによって無線信号を送受信できないことがある。この問題点を解消するために、本実施形態の誘電体装荷アンテナ装置１０ｅ又は１０ｆにおいて主ビームの方向をスイッチ２１を用いて選択的に切り換えて、壁面３２を介した反射波の経路１００ｆを利用して無線通信することが可能となる。
【００９９】
　なお、以上の実施例においては、主ビームの方向をスイッチ２１を用いて選択的に切り換えているが、その選択的に切り換える方法として、空間ダイバーシチ又は周波数ダイバーシチを用いてもよい。また、装荷誘電体８ａ乃至８ｅの個数は５個に限定されず、５個以外の複数であってもよい。
【０１００】
　図２９は第６及び第７の実施形態の第２の実施例を示す斜視図であり、図３０は第６及び第７の実施形態の第１の変形例を示す斜視図であり、図３１は第６及び第７の実施形態の第２の変形例を示す斜視図である。以下、これらの実施例及び変形例について説明する。
【０１０１】
　第６及び第７の実施形態に係る誘電体装荷アンテナ装置１０ｅ又は１０ｆを部屋３４に設置する場合において、図２９に示すように、部屋３４の壁面３５の中央に設置する場合は、部屋３４内の広いエリアを照射するためには、装荷誘電体８ａ乃至８ｅに対応する５つのアンテナ素子をすべて必要となる。
【０１０２】
　しかしながら、図３０や図３１のように、壁面３５の天井に近い上端、もしくは壁面３５であるが天井と別の壁面３６とに隣接する角部のような端の方で設置する場合、５つすべてのアンテナ素子を必要としない。すなわち、図３０の例では、主ビームを天井方向に傾ける装荷誘電体８ｄ（図２１参照）を設ける必要はない。このとき、導波管給電する第６の実施形態の場合には、放射導波管７ｄと給電導波管４ｄを設ける必要がなく、装置構成が簡単になる。
【０１０３】
　同様に、図３１のように、壁面３１の上部角に設置する場合には、主ビームを壁面３６方向に傾ける装荷誘電体８ｃと、主ビームを天井方向に傾ける装荷誘電体８ｄ（図２１参照）を設ける必要がない。このとき、導波管給電する第６の実施形態の場合には、放射導波管７ｃ，７ｄ及び給電導波管４ｃ，４ｄを設ける必要がない。このように、アンテナの設置場所により、装荷誘電体８ａ乃至８ｅの配置を変更し、さらには一部を削除することにより、余計な部品点数や製作工程を減らすことができる。また、これにより、アンテナ装置全体を小型・軽量化することができる。
【０１０４】
　以上の実施形態においては、部屋３４の室内に設置する場合を想定したが、室内でなく、屋外等であってもよい。例えば屋外であっても、近くに障害物等がある場合には、装荷誘電体８ａ乃至８ｅの配置を変更し、さらには一部を削除することにより、上述の実施例や変形例を屋外において適用することができる。また、無線伝搬路において障害物等があるために、必要のない装荷誘電体８が存在する場合には、その装荷誘電体８を削除することにより、アンテナ装置全体を小型・軽量化することができる。
【０１０５】
第８の実施形態．
　図３２は、本発明の第８の実施形態である、装荷誘電体レドーム一体型の誘電体装荷アンテナ装置１０ｇの構成を示す分解斜視図であり、図３３は図３２の装荷誘電体一体型レドーム４０の裏面を示す斜視図であり、図３４は図３２のＤ−Ｄ’線における縦断面図である。本実施形態に係る誘電体装荷アンテナ装置１０ｇは、装荷誘電体８Ｂとレドーム４１とを一体的に形成した装荷誘電体一体型レドーム４０を備えたことを特徴としている。
【０１０６】
　本実施形態では、例えば樹脂にてなる所定の直方体形状の誘電体ブロックを、刃物又はヤスリを用いて削るか、もしくは型出しすることにより、装荷誘電体８Ｂとレドーム４１とを一体的に形成した装荷誘電体一体型レドーム４０を形成する。ここで、レドーム４１は中空の直方体形状を有し、下側部分の底面が無く開放されている。また、レドーム４１の厚さＴ（図３４参照）は、一般的に、放射する電磁波の反射波を抑圧するために、約λｇ／（２√（εｒ））の奇数倍の厚さで設計する。ここで、λｇは動作波長に対応する管内波長であり、εｒは、装荷誘電体一体型レドーム４０を形成する樹脂の比誘電率である。装荷誘電体８Ｂは頂面（放射面）に傾斜面Ｓ４を有するが、図２６に示すように、上端の一部をレドームに埋め込んだ形で一体化して形成される。
【０１０７】
　図４１に図示された従来技術の誘電体装荷アンテナ装置では、装荷誘電体１０８と放射導波管７の設置位置調整が困難であった。特に、ミリ波帯などの高周波においては、装荷誘電体１０８や放射導波管７の大きさが小さくなるため、その困難さが増大する。設置位置がずれることにより、利得低下や主ビーム方向の変動が生じていた。また、装荷誘電体１０８を放射導波管７上に設置するための接着剤等が１つの層となり、所望の特性と異なってしまうことも起こりうる。これらの要因が、製品のバラツキにも繋がる。これらの問題点を解決するために、本実施形態においては、装荷誘電体８Ｂとレドーム４１を一体成型してなる装荷誘電体一体型レドーム４０を備えたので、装荷誘電体８Ｂを個別に設置するという困難さを省くことが可能となる。
【０１０８】
　以上の実施形態において、装荷誘電体８Ｂを上側導体基板１２上に接着せずに、レドーム４１の下側外周底面と上側導体基板１２とを接着してもよい。この場合、装荷誘電体８Ｂと放射導波管７とを接合する接着層が上側導体基板１２上に存在しなくなるので、放射する電磁波の損失を低減でき、当該アンテナ装置の設計を容易するとともに、アンテナ装置の電気的特性のバラツキを解消できる。
【０１０９】
　以上の実施形態においては、レドーム４１は直方体形状を有しているが、本発明はこれに限らず、他の多角柱形状、多面体形状、円柱形状、半球形状など他の形状であってもよい。また、複数の装荷誘電体８を装荷するアレーアンテナの場合において、複数の装荷誘電体８をレドーム４１と一体化して構成してもよい。
【０１１０】
　以上の実施形態においては、導波管で給電する誘電体装荷アンテナ装置１０ｇについて説明したが、本発明はこれに限らず、マイクロストリップ線路で給電する誘電体装荷アンテナ装置において、装荷誘電体８とレドーム４１とを一体化してもよい。
【０１１１】
第９の実施形態．
　図３５は、本発明の第９の実施形態に係る誘電体装荷アンテナ装置１０ｈの構成を示す分解斜視図である。本実施形態では、図２１の第６の実施形態に示された、複数のアンテナ素子をスイッチ２１で選択するスイッチ切り換え型アレーアンテナ装置である誘電体装荷アンテナ装置１０ｅにおいて、スイッチ２１が形成されている誘電体基板１４上に、無線信号を送受信する無線送受信回路５０と、無線信号を変復調するための変復調回路５１とを形成したことを特徴としている。その他の部分は、第６の実施形態の誘電体装荷アンテナ装置１０ｅと同様に構成されている。
【０１１２】
　図３５において、自由空間を到来してきた電磁波は、装荷誘電体８ａ乃至８ｅに入射し、次いで放射導波管７ａ乃至７ｅから給電導波管４ａ乃至４ｅを通って、給電開口１ａ乃至１ｅに至る。その電磁波は給電開口１ａ乃至１ｅの下部に設けられたマイクロストリップ線路−矩形導波管変換器２０ａ乃至２０ｅ、マイクロストリップ線路１７ａ乃至１７ｅ及びスイッチ２１を介して、誘電体基板１４上のマイクロストリップ線路１７ｆ、無線送受信回路５０及び変復調回路５１に導かれる。ここで、無線送受信回路５０は、フィルタ、アンプ、ミキサ、発振器などを含み、変復調回路５１から出力される信号をより高い無線周波数の無線信号に高域変換しかつ電力増幅して送信無線信号としてスイッチ２１を介して誘電体装荷アンテナ装置１０ｈに出力して放射する一方、誘電体装荷アンテナ装置１０ｈによって受信された無線信号を低雑音増幅し、かつ所定の中間周波数の中間周波信号に低域変換して変復調回路５１に出力する。また、変復調回路５１は、外部回路から入力されるデータ信号に従って搬送波を所定のディジタル変調方式でディジタル変調し、変調後の信号を無線送受信回路５０に出力する一方、無線送受信回路５０からの中間周波信号を所定のディジタル復調方式でディジタル復調し、復調後のデータ信号を外部回路に出力する。
【０１１３】
　以上のように構成された本実施形態によれば、小型・軽量である誘電体装荷アンテナ装置１０ｈに加えて、ミリ波などの高周波帯では、無線送受信回路５０及び変復調回路５１を非常に小型に形成できる。そのため、誘電体基板１４の下面に無線送受信回路５０や変復調回路５１を貼り付けるなどして形成することにより、無線回路を備えたアンテナ装置全体が小型の送受信モジュールである無線通信装置として構成できる。
【０１１４】
　図３６は、第９の実施形態の変形例に係る誘電体装荷アンテナ装置を示す分解斜視図であり、図３７は図３６のマイクロストリップ線路−矩形導波管変換器２００ａ，２００ｄの詳細構成を示す斜視図である。
【０１１５】
　第９の実施形態の変形例においては、図３６及び図３７に示すように、下側導体基板１１ｃの厚さ方向に貫通するように所定の矩形形状の下側空洞５２を形成する一方、図３７に示すように、下側空洞５２に対向する位置において上側導体基板１２ｃの下側部分に所定の矩形形状の上側空洞５３を形成し、これら２つの空洞５２，５３により空洞５４を構成している。そして、空洞５４の中に、無線送受信回路５０及び変復調回路５１を備えた誘電体基板１４ａを設ける。
【０１１６】
　誘電体基板１４ａ上にはさらに、マイクロストリップ線路−矩形導波管変換器２００ａ乃至２００ｅ、マイクロストリップ導体１５ａ乃至１５ｆ及びスイッチ２１が形成される。ここで、誘電体基板１４ａを挟設する接地導体１３ａと各マイクロストリップ導体１５ａ乃至１５ｅとによりマイクロストリップ線路１７ａ乃至１７ｆを構成する。各マイクロストリップ線路−矩形導波管変換器２００ａ乃至２００ｅはマイクロストリップ線路１７ａ乃至１７ｅ及びスイッチ２１、マイクロストリップ線路１７ｆを介して無線送受信回路５０及び変復調回路５１に接続される。
【０１１７】
　以上のように構成された第９の実施形態の変形例によれば、下側導体基板１１ｃと上側導体基板１２ｃ内に形成した空洞５４の中に、無線送受信回路５０と変復調回路５１を設けることにより、無線送受信回路５０と変復調回路５１を備えたアンテナ装置全体を更に小型化することができる。また、この下側導体基板１１ｃと上側導体基板１２ｃを、無線送受信回路５０と変復調回路５１のシールド板として利用することができる。
【０１１８】
　図３７は図３６のマイクロストリップ線路−矩形導波管変換器２００ａ及び２００ｄの詳細構成を示す斜視図である。
【０１１９】
　図３７に示すように、マイクロストリップ線路１７ａのマイクロストリップ導体１５ａの端部に、プローブ２２ａを、プローブ２２ａの長手方向がマイクロストリップ導体１５ａの長手方向と平行となり、かつ給電導波管４ａの電界を検出できるようプローブ２２ａが給電導波管４ａの開放端においてその矩形断面の長辺方向の中央部に位置し、プローブ２２ａの長手方向が矩形断面の短辺に平行となるように設けている。また、マイクロストリップ線路１７ｄのマイクロストリップ導体１５ｄの端部に、プローブ２２ｄを、プローブ２２ｄの長手方向がマイクロストリップ導体１５ｄの長手方向と平行となり、かつ給電導波管４ｄの電界を検出できるようプローブ２２ｄが給電導波管４ｄの開放端においてその矩形断面の長辺方向の中央部に位置し、プローブ２２ｄの長手方向が矩形断面の短辺に平行となるように設けている。さらに、他のマイクロストリップ線路−矩形導波管変換器２００ｂ，２００ｃ，２００ｅについても同様に形成される。すなわち、各プローブ２２ａ乃至２２ｅはそれぞれ、マイクロストリップ導体１５ａ乃至１５ｅの端部に接続され、下側導体基板１１ｃ及び上側導体基板１２ｃとは電気的に絶縁されており、給電導波管４ａ乃至４ｅからの電磁波の電界を検出してマイクロストリップ線路１７ａ乃至１７ｅに出力する一方、マイクロストリップ導体１５ａ乃至１５ｅのマイクロストリップ線路１７ａ乃至１７ｅからの無線信号の電磁波をそれぞれ給電導波管４ａ乃至４ｅに給電する。
【０１２０】
　図３８は図３６のマイクロストリップ線路−矩形導波管変換器の変形例であるリッジ導波管変換器の構成を示す分解斜視図であり、図３９は図３８のＥ−Ｅ’線における縦断面図である。
【０１２１】
　リッジ導波管変換器は、図３８及び図３９に示すように、給電導波管４ａの開放端部に、その矩形断面の短辺方向の長さをテーパ形状で短くするようにテーパ部６１ａを設けて、給電導波管４ａ内をＴＥ波で伝搬している電磁波をＴＥＭ波に変換した後、変換したＴＥＭ波を、テーパ部６１ａの端部に接続されたプローブ６０ａにより検出してマイクロストリップ導体１５ａのマイクロストリップ線路１７ａに出力するように構成したものである。このとき、テーパ部６１ａは、上側導体基板１２ｃと一体成形されている。
【０１２２】
　図３６に図示された第９の実施形態の変形例においては、給電導波管４ａ乃至４ｅ及び放射導波管７ａ乃至７ｄを介して装荷誘電体８ａ乃至８ｅに給電しているが、本発明はこれに限らず、図２７に図示された第７の実施形態のように、マイクロストリップ線路１５ａ乃至１５ｅ及び給電パッチ導体１６ａ乃至１６ｅを介して給電してもよい。この場合、マイクロストリップ線路１５ａ乃至１５ｅを形成している誘電体基板１４ａの上面又は下面に、無線送受信回路５０と変復調回路５１を形成する。
【０１２３】
　以上のように構成された第９の実施形態及びその変形例では、本誘電体装荷アンテナ装置１０ｈを小型の無線通信装置として構成することができ、また、マイクロストリップ線路−矩形導波管変換器２００ａ乃至２００ｅ又はリッジ導波管変換器により、当該アンテナ装置の給電線路と、無線送受信回路５０の接続部分に生じるインピーダンス不整合を解消することができる。
【０１２４】
　以上の第９の実施形態及びその変形例において、装荷誘電体８ａ乃至８ｅに対応する５つのアンテナ素子を備えているが、本発明はこれに限らず、その個数は５以外の複数であってもよい。
【０１２５】
　以上の実施形態及びその変形例において、無線送受信回路５０と変復調回路５１を別の回路で構成しているが、本発明はこれに限らず、一体化した回路で形成してもよい。
【０１２６】
第１０の実施形態．
　図４０は、本発明の第１０の実施形態に係る誘電体装荷アンテナ装置１０ｉの構成を示す縦断面図である。第１０の実施形態に係る誘電体装荷アンテナ装置１０ｉは、第１の実施形態に係る給電導波管４と放射導波管７の内部に誘電体７０が充填されていることを特徴とする。
【０１２７】
　一般に、誘電体内の電磁波の伝搬速度は、自由空間内のそれに比較して遅い。従って、給電導波管４と放射導波管７内に誘電体７０を充填することによって、給電導波管４と放射導波管７の断面の寸法を低減することができ、以上の構成により、９度と放射導波管７を小型（薄型）・軽量化することができるので、アンテナ装置全体を小型・軽量化できる。
【０１２８】
　なお、以上のように、給電導波管４と放射導波管７の内部に誘電体を充填することを、上述された第３、第４、第６、第８及び第９の実施形態に適用してもよい。
【０１２９】
第１の実施形態の変形例．
　図４３は本発明の第１の実施形態の変形例に係る誘電体装荷アンテナ装置の分解斜視図である。当該変形例に係る誘電体装荷アンテナ装置は、図１の第１の実施形態に係る誘電体装荷アンテナ装置に比較して、装荷誘電体８に代えて、その軸方向に垂直な断面や底面Ｓ１０が楕円形状である装荷誘電体８ｆを備えたことを特徴としている。
【０１３０】
　図１及び図４３において、給電導波管４は矩形の開口を有する矩形導波管であって、その開口の高さ及び幅に基づいて基本モードの電磁波が伝搬すると仮定したとき、給電導波管４の長手方向（軸方向）とは交差する幅方向（図１及び図４３においてはｙ軸方向）に電界が生じる。この電界を給電導波管４によりそのままの電界方向で導波するため、放射導波管７の開口１０７においてもｙ軸方向に電界が生じる。一般的なアンテナにおいて、電界が生じる面を電界面、磁界が生じる面を磁界面と定義するのと同様に、本実施形態に係る誘電体装荷アンテナ装置においても、開口１０７の面において、電界が生じる方向の面をｙｚ面に平行な電界面として定義し、それに直交するｘｚ面に平行な磁界面と定義することができる。
【０１３１】
　すなわち、図４３において、給電導波管４で導波された電磁波は、放射導波管７を介して装荷誘電体８ｆの傾斜面Ｓ１である放射面から自由空間に放射される。ここで、放射される電磁波は、ｙｚ面に平行な電界面と、ｘｚ面に平行な磁界面とを有する。従って、放射される電磁波の電界面は傾斜面８ｆから傾斜し、放射される電磁波の磁界面は傾斜面８ｆから傾斜している。なお、以上の実施形態においては、傾斜面Ｓ１を電界面から傾斜させ、もしくは、磁界面から傾斜させているが、傾斜面Ｓ１の向ける方向は、これらに限定されない。
【０１３２】
第１１の実施形態．
　図４４は本発明の第１１の実施形態に係る誘電体装荷アンテナ装置の分解斜視図であり、図４５は図４４の放射開口１０７ａの形状を示す上面図である。この第１１の実施形態に係る誘電体装荷アンテナ装置は、図２１の第６の実施形態に係る誘電体装荷アンテナ装置の変形例であり、図２１の第６の実施形態に係る誘電体装荷アンテナ装置に比較して、図４４及び図４５に示すように、図２１の各放射導波管７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ，７ｅの正方形状の開口１０７をそれぞれ、六角形状の開口１０７ａとして形成し、各放射導波管７ａａ，７ｂａ，７ｃａ，７ｄａ，７ｅａを形成したことを特徴としている。
【０１３３】
　図４５に示すように、図２１の正方形状の開口１０７の４つの角のうち、対向する２つの角に切欠部５０１，５０２を形成することにより、六角形状の開口１０７ａを形成する。すなわち、各放射導波管７ａａ，７ｂａ，７ｃａ，７ｄａ，７ｅａは六角形状の開口１０７ａを有する。図２１の第６の実施形態においては、ｙ軸方向に電界が生じるが、本実施形態においては、六角形状の開口１０７ａにより、ｘ軸方向にも電界が生じ、これにより、ｘ軸方向とｙ軸方向の両方に電界が生じ、その二軸の電界に位相差が生じるために、楕円偏波が生じる。図４５に示されている開口１０７ａの態様では、放射される電磁波は左旋偏波であり、図４５の切欠部５０１，５０２の２つの角とは異なる対角を切り込んで六角形状の開口にした場合、放射される電磁波は右旋偏波となる。
【０１３４】
　図４５において、上記切欠部５０１，５０２においてこれを形成する角度βと、切り込み位置ｐを変化させることで、ｘ軸方向とｙ軸方向の電界の振幅比と位相差変化させることができる。言い換えると、楕円偏波の軸比を変化させることができ、このため、角度βと切り込み位置ｐを変化させてｘ軸方向とｙ軸方向の２つの電界の振幅を互いに実質的に同一とし、かつこれら２つの電界の位相差を９０度に設定することにより、円偏波の電磁波を各放射導波管７ａａ乃至７ｅａの開口１０７ａから放射し、これを装荷誘電体８ａ乃至８ｅを介して放射することにより、円偏波の電磁波を当該アレーアンテナ装置から放射できる。
【０１３５】
　本実施形態では、放射面が傾斜した装荷誘電体８ａ乃至８ｅを各放射導波管７ａａ乃至７ｅａの開口１０７ａに装荷しているので、放射面に応じて放射方向を変化させることができる円偏波放射のアレーアンテナ装置を実現できる。また、図４４に示すように、スイッチ２１を用いて、各誘電体装荷アンテナ装置を選択的に切り換えることができ、円偏波放射で高利得かつ広いカバーエリアを有するアレーアンテナ装置を実現できる。
【０１３６】
第１２の実施形態．
　図４６は本発明の第１２の実施形態に係る誘電体装荷アンテナ装置の分解斜視図である。この第１２の実施形態に係る誘電体装荷アンテナ装置は、図２１の第６の実施形態に係る誘電体装荷アンテナ装置の変形例であり、図２１の第６の実施形態に係る誘電体装荷アンテナ装置に比較して、図４６に示すように、以下の相違点を有する。
（Ａ）装荷誘電体８ａとそれに接続される放射導波管７ａ及び給電導波管４ａなどを除去した。
（Ｂ）それぞれ互いに隣接する各対の放射導波管（７ｂ，７ｄ）（７ｄ，７ｃ）（７ｃ，７ｅ）（７ｅ，７ｂ）に対する給電導波管４ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｅの給電方向（各給電導波管４ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｅの軸方向）が放射導波管７ｂ，７ｃ，７ｄ，７ｅの端面と交差するときに互いに直交するように給電導波管４ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｅを形成した。なお、各給電導波管４ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｅの軸方向はそれぞれ各給電開口１ａ乃至１ｅの幅方向の中央部（開口の中心）を通過し、各給電導波管４ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｅの幅方向はそれぞれ各給電開口１ａ乃至１ｅの幅方向と平行となるように、これらが配置されている。
【０１３７】
　図４６の実施形態では、装荷誘電体８ｄ，８ｅはそれぞれｘ軸方向の幅方向を有する給電導波管７ｄ，７ｅにより給電されているので、ｘ軸方向に平行な直線偏波の電磁波を放射する一方、装荷誘電体８ｂ，８ｃはそれぞれｙ軸方向の幅方向を有する給電導波管７ｂ，７ｃにより給電されているので、ｙ軸方向に平行な直線偏波の電磁波を放射する。ここで、装荷誘電体８ｂは装荷誘電体８ｃに比較して装荷誘電体８ｄ，８ｅに近接しているので、装荷誘電体８ｂと装荷誘電体８ｄとの間で偏波を直交させ、装荷誘電体８ｂと装荷誘電体８ｅの間で偏波を直交させている。また、装荷誘電体８ｃは装荷誘電体８ｂに比較して装荷誘電体８ｄ，８ｅに近接しているので、装荷誘電体８ｃと装荷誘電体８ｄとの間で偏波を直交させ、装荷誘電体８ｃと装荷誘電体８ｅの間で偏波を直交させている。すなわち、互いに隣接する各対の装荷誘電体に対応する放射導波管への給電導波管の給電方向を直交させ、これにより、互いに隣接する各対の装荷誘電体から放射される電磁波の偏波を直交させている。
【０１３８】
　本実施形態によれば、互いに隣接する各対の装荷誘電体から放射される電磁波の偏波を直交させることにより、当該各対の装荷誘電体からの結合電界は直交成分が主となるため、合成されにくくなることから、素子間相互結合（ここで、素子とはアレーアンテナ装置内の各誘電体装荷アンテナ装置をいう。）の影響を低減させることができる。また、素子間相互結合を低減させると、互いに隣接する各素子から放射された電磁波を受信することがなくなるため、素子間のアイソレーション特性を良好にすることができる。素子間相互結合の影響を低減させることが可能となれば、アレーアンテナ装置の設計が容易となる。また、各装荷誘電体間の距離を縮めることができ、全体の構造の小型化が可能となる。
【０１３９】
　なお、本実施形態においては、４個の装荷誘電体８ｂ乃至８ｅを用いているが、その個数は４個に限定してなくてもよく、任意の複数個でよい。また、本実施形態では、給電導波管４ｂ乃至４ｅを用いて給電しているが、本発明はこれに限らず、図２０の給電マイクロストリップ線路を用いて給電してもよい。さらに、本実施形態では、互いに隣接する各対の装荷誘電体から放射される電磁波の直線偏波を直交させているが、本発明はこれに限らず、第１１の実施形態に係るアレーアンテナ装置と第１２の実施形態に係るアレーアンテナ装置とを組みあわせて、互いに隣接する各対の装荷誘電体から放射される電磁波の円偏波を右旋円偏波と左旋円偏波とを用いて直交させるように構成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１４０】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る誘電体装荷アンテナ装置１０の構成を示す分解斜視図である。
【図２】図１のＡ−Ａ’線における縦断面図である。
【図３】図２の傾斜角αが１５°のときの誘電体装荷アンテナ装置１０のｘｚ平面内における放射指向特性を示すグラフである。
【図４】図２の傾斜角αが３０°のときの誘電体装荷アンテナ装置１０のｘｚ平面内における放射指向特性を示すグラフである。
【図５】図２の傾斜角αが４５°のときの誘電体装荷アンテナ装置１０のｘｚ平面内における放射指向特性を示すグラフである。
【図６】第１の実施形態の第１の変形例に係る誘電体装荷アンテナ装置の構成を示す縦断面図である。
【図７】図１の実施形態の第２の変形例に係る誘電体装荷アンテナ装置の構成を示す分解斜視図である。
【図８】本発明の第２の実施形態に係る誘電体装荷アンテナ装置１０ａの構成を示す分解斜視図である。
【図９】本発明の第３の実施形態に係る誘電体装荷アンテナ装置１０ｂの構成を示す縦断面図である。
【図１０】図９の誘電体装荷アンテナ装置１０ｂの平面図である。
【図１１】図９の変位距離ｐが１．３ｍｍのときのｘｚ平面内における誘電体装荷アンテナ装置１０ｂの放射指向特性を示すグラフである。
【図１２】図９の変位距離ｐが１．７ｍｍのときのｘｚ平面内における誘電体装荷アンテナ装置１０ｂの放射指向特性を示すグラフである。
【図１３】第３の実施形態の第１の変形例に係る誘電体装荷アンテナ装置の構成を示す平面図である。
【図１４】第３の実施形態の第２の変形例に係る誘電体装荷アンテナ装置の構成を示す平面図である。
【図１５】第３の実施形態の第３の変形例に係る誘電体装荷アンテナ装置の構成を示す平面図である。
【図１６】第３の実施形態の第４の変形例に係る誘電体装荷アンテナ装置の構成を示す平面図である。
【図１７】第３の実施形態の第５の変形例に係る誘電体装荷アンテナ装置の構成を示す平面図である。
【図１８】本発明の第４の実施形態に係る誘電体装荷アンテナ装置１０ｃの構成を示す斜視図である。
【図１９】図１８の上側導体基板１２ａの平面図である。
【図２０】本発明の第５の実施形態に係る誘電体装荷アンテナ装置１０ｄの構成を示す分解斜視図である。
【図２１】本発明の第６の実施形態に係る誘電体装荷アンテナ装置１０ｅの構成を示す分解斜視図である。
【図２２】図２１のＢ−Ｂ’線における縦断面図である。
【図２３】図２１のＣ−Ｃ’線における縦断面図である。
【図２４】図２１の誘電体装荷アンテナ装置１０ｅのｙｚ平面内における放射指向特性を示すグラフである。
【図２５】図２１の誘電体装荷アンテナ装置１０ｅのｘｚ平面内における放射指向特性を示すグラフである。
【図２６】図２０のマイクロストリップ線路−矩形導波管変換器２０ａの詳細構成を示す縦断面図である。
【図２７】本発明の第７の実施形態に係る誘電体装荷アンテナ装置１０ｆの構成を示す分解斜視図である。
【図２８】本発明の第６及び第７の実施形態の第１の実施例に係るアンテナ配置を示す斜視図である。
【図２９】本発明の第６及び第７の実施形態の第２の実施例に係るアンテナ配置を示す斜視図である。
【図３０】本発明の第６及び第７の実施形態の第１の変形例に係るアンテナ配置を示す斜視図である。
【図３１】本発明の第６及び第７の実施形態の第２の変形例に係るアンテナ配置を示す斜視図である。
【図３２】本発明の第８の実施形態に係る誘電体装荷アンテナ装置１０ｇの構成を示す分解斜視図である。
【図３３】図３２のレドーム４０の裏面を示す斜視図である。
【図３４】図３２のＤ−Ｄ’線における縦断面図である。
【図３５】本発明の第９の実施形態に係る誘電体装荷アンテナ装置１０ｈの構成を示す分解斜視図である。
【図３６】第９の実施形態の変形例に係る誘電体装荷アンテナ装置の構成を示す分解斜視図である。
【図３７】図３６のマイクロストリップ線路−矩形導波管変換器の詳細構成を示す斜視図である。
【図３８】図３６のマイクロストリップ線路−矩形導波管変換器の変形例を示す分解斜視図である。
【図３９】図３８のＥ−Ｅ’線における縦断面図である。
【図４０】本発明の第１０の実施形態に係る誘電体装荷アンテナ装置１０ｉの構成を示す縦断面図である。
【図４１】従来技術の誘電体装荷アンテナ装置の構成を示す分解斜視図である。
【図４２】図４１の誘電体装荷アンテナ装置のｘｚ平面内における放射指向特性を示すグラフである。
【図４３】本発明の第１の実施形態の変形例に係る誘電体装荷アンテナ装置の分解斜視図である。
【図４４】本発明の第１１の実施形態に係る誘電体装荷アンテナ装置の分解斜視図である。
【図４５】図４４の放射開口１０７ａの形状を示す上面図である。
【図４６】本発明の第１２の実施形態に係る誘電体装荷アンテナ装置の分解斜視図である。
【符号の説明】
【０１４１】
１，１ａ乃至１ｅ…給電開口、
２，２ａ乃至２ｅ…下側矩形溝、
３，３ａ乃至３ｅ…上側矩形溝、
４，４−１乃至４−７，４ａ乃至４ｅ…給電導波管、
５，５ａ乃至５ｅ…下側放射導波管室、
６，６ａ乃至６ｅ…上側放射導波管室、
７，７−１乃至７−４，７ａ乃至７ｅ，７ａａ，７ｂａ，７ｃｓ，７ｄａ，７ｅａ…放射導波管、
８，８Ａ，８Ｂ，８−１乃至８−４，８ａ乃至８ｆ…装荷誘電体、
１０，１０ａ乃至１０ｌ…誘電体装荷アンテナ装置、
１１，１１ａ乃至１１ｃ…下側導体基板、
１２，１２ａ乃至１２ｃ…上側導体基板、
１３，１３ａ…接地導体、
１４，１４ａ…誘電体基板、
１５，１５−１乃至１５−７，１５ａ乃至１５ｆ…マイクロストリップ導体、
１６，１６−１乃至１６−４，１６ａ乃至１６ｅ…給電パッチ導体、
１７，１７−１乃至１７−７，１７ａ乃至１７ｆ…マイクロストリップ線路、
２０ａ乃至２０ｅ，２００ａ乃至２００ｅ…マイクロストリップ線路−矩形導波管変換器、
２１…スイッチ、
２２ａ，２２ｄ，６０…プローブ、
２３ａ…整合矩形導波管、
３１，３２，３５，３６…壁面、
３３…遮蔽物、
３４…部屋、
４０…装荷誘電体一体型レドーム、
４１…レドーム
５０…無線送受信回路、
５１…変復調回路、
５２…下側空洞、
５３…上側空洞、
５４…空洞、
６１ａ…テーパ部、
７０…誘電体、
１０７，１０７ａ…放射開口、
５０１，５０２…切欠部、
Ｂ１乃至Ｂ３，Ｂ１１乃至Ｂ１３…分岐部、
Ｓ０…水平面、
Ｓ１乃至Ｓ４，Ｓ１−１乃至Ｓ１−４，Ｓ１ａ乃至Ｓ１ｆ…傾斜面、
Ｓ１０…底面。
【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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