(57)【要約】【課題】所望のビーム特性が得られる一方、配置スペースに応じてアンテナ開口ピッチの長さを短くすることができる平面アンテナ装置を得る。【解決手段】接続線路の両端にそれぞれ一対の放射素子を接続した放射素子ユニットをマトリックス状に配置して放射素子アレイを形成し、その放射素子アレイの中心部における給電部から給電線路を通して各放射素子に等位相の電力を給電するようにした平面アンテナ装置において、前記給電線路の一部を所定の曲率に形成された曲がり部を有する給電線路により構成したものである。【選択図】        図１
2004166043.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
接続線路の両端にそれぞれ一対の放射素子を接続した放射素子ユニットをマトリックス状に配置して放射素子アレイを形成し、その放射素子アレイの中心部における給電部から給電線路を通して各放射素子に等位相の電力を給電するようにした平面アンテナ装置において、前記給電線路の一部を所定の曲率に形成された曲がり部を有する給電線路により構成したことを特徴とする平面アンテナ装置。
【請求項２】
接続線路の両端にそれぞれ一対の放射素子を接続した放射素子ユニットをマトリックス状に配置して放射素子アレイを形成し、その放射素子アレイの中心部における給電部から給電線路を通して各放射素子に給電する平面アンテナ装置において、前記給電線路は、前記マトリックス状の行方向における放射素子ユニット間に所定長だけ延ばした第１給電線路と、この第１給電線路の両端において、それぞれＴ字型を形成する列方向における放射素子ユニット間に延ばした第２及び第３給電線路と、この第２給電線路の少なくとも一端において、それぞれＴ字型を形成する行方向における放射素子ユニット間に延ばし、偶数個の放射素子ユニットに接続した第４給電線路と、前記第３給電線路の両端において、それぞれ曲がり部を形成する行方向における放射素子ユニット間に延ばし、前記第４の給電線路に接続された放射素子ユニットの半数の放射素子ユニットを接続した第５給電線路とを有することを特徴とする平面アンテナ装置。
【請求項３】
接続線路の両端にそれぞれ一対の放射素子を接続した放射素子ユニットを、さらに接続線路の両端にそれぞれ接続して放射素子群を形成するとともに、し、この放射素子群をマトリックス状に配置して放射素子アレイを形成し、その放射素子アレイの中心部における給電部から給電線路を通して各放射素子に給電する平面アンテナ装置において、前記給電線路は、前記マトリックス状の行方向における放射素子群間に所定長だけ延ばした第１給電線路と、この第１給電線路の両端において、それぞれＴ字型を形成する列方向における前記放射素子群間に延ばした第２及び第３給電線路と、この第２給電線路の少なくとも一端において、それぞれＴ字型を形成する行方向における前記放射素子群間に延ばし、偶数個の放射素子群に接続した第４給電線路と、前記第３給電線路の両端において、それぞれ曲がり部を形成する行方向における前記放射素子単位間に延ばし、前記第４の給電線路に接続された放射素子群の半数の放射素子群を接続した第５給電線路とを有することを特徴とする平面アンテナ装置。
【請求項４】
前記曲がり部の曲率は、その曲がり部における電磁波の伝搬距離が前記第２給電線路のＴ字型部におけるそれと等しくなるように設定したことを特徴とする請求項２又は３に記載の平面アンテナ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、通信距離が遠距離となるような通信装置間において使用する平面アンテナ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図４は従来のパッチアレイアンテナを示す上面図及び側面図である。図４において、１１は素子アンテナ、１２は一対の素子アンテナ１１に高周波電力を供給する接続線路、１３は接続線路１２を介して各素子アンテナ１に高周波電力を供給する給電線路、１４は給電線路１３に電力を供給する給電点である。また、図５は図４に示すようなパッチアレイアンテナにおいて採用される平面アンテナ装置の給電構成図である。ここで、従来のアンテナの素子数は、給電点１４より、複数回、２分配される給電線路を介して電力が分配される為、２のｎ乗とするのが一般的である。
【０００３】
図４及び図５に示すようなパッチアレイアンテナ（平面アンテナ装置）では、給電点１４より給電された高周波電力は給電線路１３を介して各素子アンテナ１１に供給され、各素子アンテナ１１から電波を放射する。図５に示すように、従来のアレイアンテナにおいては、給電点１４から各素子１１までは、同一構成の直線及び２分配器から成る給電線路１３を介して高周波電力が供給されているため、各素子１１へは電波が等位相で給電されることとなり、アレイアンテナして、所望のペンシルビームを形成することが知られている。
【０００４】
【非特許文献１】
Ｉ．Ｊ．Ｂａｈｌ，Ｐ．Ｂｈａｒｔｉａ、”ＭＩＣＲＯＳＴＲＩＰ  ＡＮＴＥＮＮＡＳ”、米国、Ａｒｔｅｃｈ  Ｈｏｕｓｅ、１９８０年発行、初版、第２８９頁
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の平面アンテナ装置は以上のように構成されているので、素子数が２のｎ乗で増加し、所望のビーム特性を得るには、アンテナ開口ピッチが大きくなるという問題点があった。例えば、縦１６素子×横１６素子＝計２５６素子のアレイアンテナの次のサイズは、縦３２素子×横３２素子＝計１０２４素子のアレイアンテナとなり、縦１６素子×横１６素子＝計２５６素子のアレイアンテナにおいて所望のビーム特性が得られない場合は、アンテナ開口の１辺を元の２倍（面積は４倍）と大きくしなければならない。なお、ビーム幅はアンテナ開口の大きさに依存し、開口の１辺が２倍になると、ビーム幅が１／２になることが知られており、アンテナ開口の１辺が大きく成り過ぎるとビーム幅が狭くなり過ぎ、所望のビーム特性を得ることはできない。
【０００６】
また、等分配では、振幅分布が均一となる為、線路幅を調整しないとサイドローブレベルが高いという問題点もあった。
【０００７】
この発明は、上記のような問題点を解消するためになされたもので、所望のビーム特性が得られる一方、配置スペースに応じてアンテナ開口ピッチの長さを短くすることができる新規な平面アンテナ装置を提供することを目的とする。
【０００８】
また、引廻しだけで、振幅分布をつけることで低サイドローブのアレイアンテナを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る平面アンテナ装置は、接続線路の両端にそれぞれ一対の放射素子を接続した放射素子ユニットをマトリックス状に配置して放射素子アレイを形成し、その放射素子アレイの中心部における給電部から給電線路を通して各放射素子に等位相の電力を給電するようにした平面アンテナ装置において、前記給電線路の一部を所定の曲率に形成された曲がり部を有する給電線路により構成したものである。
【００１０】
請求項２に係る平面アンテナ装置は、接続線路の両端にそれぞれ一対の放射素子を接続した放射素子ユニットをマトリックス状に配置して放射素子アレイを形成し、その放射素子アレイの中心部における給電部から給電線路を通して各放射素子に給電する平面アンテナ装置において、前記給電線路は、前記マトリックス状の行方向における放射素子ユニット間に所定長だけ延ばした第１給電線路と、この第１給電線路の両端において、それぞれＴ字型を形成する列方向における放射素子ユニット間に延ばした第２及び第３給電線路と、この第２給電線路の少なくとも一端において、それぞれＴ字型を形成する行方向における放射素子ユニット間に延ばし、偶数個の放射素子ユニットに接続した第４給電線路と、前記第３給電線路の両端において、それぞれ曲がり部を形成する行方向における放射素子ユニット間に延ばし、前記第４の給電線路に接続された放射素子ユニットの半数の放射素子ユニットを接続した第５給電線路とを有するものである。
【００１１】
請求項３に係る平面アンテナ装置は、接続線路の両端にそれぞれ一対の放射素子を接続した放射素子ユニットを、さらに接続線路の両端にそれぞれ接続して放射素子群を形成するとともに、し、この放射素子群をマトリックス状に配置して放射素子アレイを形成し、その放射素子アレイの中心部における給電部から給電線路を通して各放射素子に給電する平面アンテナ装置において、前記給電線路は、前記マトリックス状の行方向における放射素子群間に所定長だけ延ばした第１給電線路と、この第１給電線路の両端において、それぞれＴ字型を形成する列方向における前記放射素子群間に延ばした第２及び第３給電線路と、この第２給電線路の少なくとも一端において、それぞれＴ字型を形成する行方向における前記放射素子群間に延ばし、偶数個の放射素子群に接続した第４給電線路と、前記第３給電線路の両端において、それぞれ曲がり部を形成する行方向における前記放射素子単位間に延ばし、前記第４の給電線路に接続された放射素子群の半数の放射素子群を接続した第５給電線路とを有するものである。
【００１２】
請求項４に係る平面アンテナ装置は、前記曲がり部の曲率半径がその曲がり部における電磁波の伝搬距離が前記第２給電線路のＴ字型部におけるそれと等しくなるように設定したものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下、この発明の実施形態１による平面アンテナ装置について図１及び図２を用いて説明する。図１は実施の形態１による平面アンテナ装置を部分的に示す部分上面図である。実際には給電点４を中心として図１に示すような放射素子ユニットが４面形成されて平面アンテナ装置を構成する。図１において、１はマトリクス状に配置された素子アンテナ（以下、放射素子という。）、２は一対の放射素子１に接続された接続線路、３は接続線路２に接続する給電線路、４は給電線路３に電力を供給する給電点、５は給電線路３の一部を構成する曲がり部である。なお、給電線路３は、後述するように第１から第６まで給電線路を有しており、特に区別しない場合は給電線路３という。また、図１に示すように、接続線路２の両端にはそれぞれ一対の放射素子１が接続されており、放射素子ユニットを形成している。
【００１４】
また、図１において、３−１は第１給電線路、３−２は第２給電線路、３−３は第３給電線路、３−４は第４給電線路、３−５は曲がり部５を有する第５給電線路、３−６は曲がり部６を有する第６給電線路である。図１に示すように、第３給電線路３−３の両端には曲がり部５が形成された第５給電線路３−５がそれぞれ接続されており、さらに給電点４に近い位置に配置された一方の第５給電線路３−５には曲がり部６を有する第６給電線路３−６が接続されている。
【００１５】
このように、第３給電線路３−３の両端には曲がり部５を有する第５給電線路３−５が、給電点４に近い位置に配置された一方の第５給電線路３−５には曲がり部６を有する第６給電線路３−６が接続されているので、第３給電線路３−３に接続される放射ユニットの数を第２給電線路３−２に接続される放射ユニットの数よりも少なくすることができる。
【００１６】
次に動作について説明する。給電点４より給電された高周波電力は給電線路３を介して各放射素子１に給電され、各放射素子１から電波を放射させる。この際、給電線路３の構成において、Ｔ字型の分岐がある経路（例えば、第２給電線路３−２の両端部）もＴ字型の分岐がない経路（例えば、第３給電線路３−３の両端部）も、同一の透過位相特性を持つよう電気的には同じとなるように曲がり部５の寸法を調整している為、各放射素子１へは高周波電力が等位相で給電され、アレイアンテナして、所望のペンシルビームを形成することができる。
【００１７】
ここで、曲がり部５，６の寸法を求める手法について説明する。具体的には、市販の電磁界シミュレータを用いて、曲がり部５，６のＲ寸法（曲率）をパラメータとしたものの各透過位相を計算し、基準となる分岐線路の透過位相の計算値と比較することで、双方の透過位相が等しくなる曲率を計算により求める。この際、基準となる分岐部分は、一方の第５給電線路３−５の曲がり部５については分岐点７であり、他方の第５給電線路３−５の曲がり部５については分岐点８である。また、第６給電線路３−６の曲がり部６については分岐点９である。なお、実際に基板上にパターンを作製し、実測により最適解を求めることも可能である。
【００１８】
図４は曲がり部５，６の曲率を求める方法を示すフローチャート図である。図４に示すように、まず、Ｔ分岐の形状について周波数、基板の電気パラメータ等に基づく透過位相を計算し、求めた透過位相を基準値とする（Ｓ０１〜Ｓ０３）。そして、この基準値と比較しながら曲がり部（コーナー部）の透過位相を同様にして計算し、基準値と一致するような曲がり部５，６の曲率を求める（Ｓ０４〜Ｓ０８）。
【００１９】
なお、給電線路３の分岐部分を曲がり部５，６で置換えることにより、電力分配に差が生じ、この為、図１に示す平面アンテナ装置における引廻しでは振幅分布が付き、サイドローブレベルを低下させることができる。
【００２０】
このように、実施の形態１による平面アンテナ装置では、曲がり部５、６を有する給電線路３−５、３−６を用いて給電線路を形成することにより、給電線路３に接続される放射素子ユニットの数を少なくでき、配置スペースに応じてアンテナ開口ピッチの長さを短くすることができる。また、各放射素子１に供給される高周波電力が等位相で給電されるように曲がり部５の曲率を形成しているので、素子数が２のｎ乗でない場合においても、アレイアンテナとして所望のペンシルビームを形成することができる。
【００２１】
例えば、従来技術においては、縦１６素子×横１６素子＝計２５６素子のアレイアンテナの次のサイズは、縦３２素子×横３２素子＝計１０２４素子のアレイアンテナとなるが、この実施の形態による平面アンテナ装置によれば、放射素子の数を大幅に減らすことができ、所望のビーム特性が得られる一方、縦２４素子×横２４素子＝５７６素子の小型のアレイアンテナを構成することできる。実験によれば、２５６素子のアレイアンテナにおけるビーム幅３．５°に対して、５７６素子のアレイアンテナにおけるビーム幅は２．５°となり、１０２４素子のアレイアンテナの場合（ビーム幅１．７５°）に比べてビーム幅が小さくなりすぎない。
【００２２】
なお、図１に示す平面アンテナ装置では、放射素子アレイの中心部における給電点４から給電線路３への給電を行っているが、給電線路３への給電は、線路端からでも、アンテナ裏面から同軸や導波管を用いて行った場合においても本発明は同様にして適用することができる。
【００２３】
実施の形態２．
次に、この発明の実施形態２による平面アンテナ装置について図２を用いて説明する。図２は実施の形態２による平面アンテナ装置を部分的に示す部分上面図である。実際には給電点４を中心として図３に示すような放射素子ユニットが４面形成されて平面アンテナ装置を構成する。なお、図中、同一符号は同一又は相当部分を示し、これらについての詳細な説明は省略する。
【００２４】
実施の形態２による平面アンテナ装置では、給電線路３の引廻し構成のみが図１に示す平面アンテナ装置と異なっており、各曲がり部５が放射素子アレイの外側に配されるように給電線路３を構成している。この実施の形態２による平面アンテナ装置においても上記実施の形態１による平面アンテナ装置と同様の効果を奏することができる。但し、図２に示す引廻しの場合には振幅分布によるサイドローブレベル低下は生じない。
【００２５】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、給電線路の引廻しを変更し、所定の曲率に形成された曲がり部を有する給電線路を設けることにより、所望のビーム特性がられる一方、平面アンテナ装置の小形化を実現することができる。また、引廻しによっては、簡単に低サイドローブ化を実現できるという効果もある。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１による平面アンテナ装置を部分的に示す部分上面図である。
【図２】図１に示す給電線路３−５、６の曲がり部５の曲率を求める方法を示すフローチャート図である。
【図３】実施の形態２による平面アンテナ装置を部分的に示す部分上面図である。
【図４】従来のアレイアンテナを示す上面図である。
【図５】従来のアレイアンテナにおける給電構成を示す給電構成図である。
【符号の説明】
１  放射素子（素子アンテナ）
２  接続線路
３（３−１，３−２，３−３，３−４，３−５，３−６）  給電線路
４  給電点
５，６  曲がり部
７，８，９  分岐点
【図１】
2004166043.tif 000003
【図２】
2004166043.tif 000004
【図３】
2004166043.tif 000005
【図４】
2004166043.tif 000006
【図５】
2004166043.tif 000007