(57)【要約】【目的】給電アンテナ素子数を減らして省電力化を促進するとともにＡＴ利得を向上し、給電線間のインピーダンス整合を容易にして給電系を大幅に簡易化したＭＳＬ平面アレーアンテナを提供する。【構成】  マイクロストリップライン型として誘電体基板の一主面に配置されて高周波電力が給電系から供給される給電アンテナ素子と、前記給電アンテナ素子の放射面側となる前面に対向して配置されて前記給電アンテナ素子と対をなす無給電素子とからなる、給電アンテナ対向素子を備えてなる平面アンテナにおいて、前記給電アンテナ素子及び前記無給電素子に対してそれぞれ同一平面上として一対の無給電素子が面対向した無給電対向素子を、前記給電アンテナ対向素子に隣接して配置するとともに前記無給電対向素子は前記給電アンテナ素子に対して前記給電アンテナ素子から放射される電磁波の電界面方向又は磁界面方向に配置された構成とする。【選択図】図１
2005244961.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロストリップライン型として誘電体基板の一主面に配置されて高周波電力が給電系から供給される給電アンテナ素子と、前記給電アンテナ素子の放射面側となる前面に対向して配置されて前記給電アンテナ素子と対をなす無給電素子とからなる、給電アンテナ対向素子を備えてなる平面アンテナにおいて、前記給電アンテナ素子及び前記無給電素子に対してそれぞれ同一平面上として一対の無給電素子が面対向した無給電対向素子を、前記給電アンテナ対向素子に隣接して配置するとともに前記無給電対向素子は前記給電アンテナ素子に対して前記給電アンテナ素子から放射される電磁波の電界面方向又は磁界面方向に配置されたことを特徴とする平面アレーアンテナ。
【請求項２】
請求項１において、前記給電アンテナ対向素子の二組が幾何学的方形の一辺の両端部、前記幾何学的方形を方形状に二等分する中心線の両端部又は前記幾何学的方形の一方の対角方向の両角部に配置されるとともに、前記無給電アンテナ対向素子が前記幾何学的方形の残存する角部に配置され、かつ、前記給電系は前記誘電体基板の一主面に設けられて前記給電アンテナ対向素子の二組における給電アンテナ素子の２個を共通接続するマイクロストリップラインとした第１給電線と、前記誘電体基板の他主面に設けられて前記第１給電線の中点を横断して前記第１給電線と電磁結合するスロットラインとした第２給電線とからなる、前記給電結合アンテナ素子の二組と前記無給電対向素子の二組又は四組とから方形状としてなる２素子方形アンテナユニットを基本構成とした平面アレーアンテナ。
【請求項３】
請求項２において、前記給電アンテナ対向素子の二組が幾何学的方形の一辺の両端部に配置され、前記無給電対向素子の二組が前記幾何学的方形の残存する角部である他辺の両端部に配置されてなる、２素子方形アンテナユニットを基本構成とした平面アレーアンテナ。
【請求項４】
請求項２において、前記給電アンテナ対向素子の二組が幾何学的方形を方形状に二等分する中心線の両端部に配置され、前記無給電対向素子の四組が前記幾何学的方形の残存する角部である４角部に配置されてなる、２素子方形アンテナユニットを基本構成とした平面アレーアンテナ。
【請求項５】
請求項２において、前記給電アンテナ対向素子の二組が幾何学的方形の一方の対角方向の両角部に配置され、前記無給電対向素子の二組が前記幾何学的方形の残存する角部である他方の対角方向の両角部に配置されてなる、２素子方形アンテナユニットを基本構成とした平面アレーアンテナ。
【請求項６】
請求項５において、前記給電アンテナ対向素子の二組における給電アンテナ素子の２個は多層基板の表面層に形成され、前記多層基板の中間層には中央領域の水平部と両端側の垂直部からなるクランク状としたマイクロストリップラインからなる第１給電線が形成され、前記給電アンテナ素子の２個と前記両端側の垂直部とはビアホールによって接続してなる、２素子方形アンテナユニットを基本構成とした平面アレーアンテナ。
【請求項７】
請求項２における前記２素子方形アンテナユニットの二組が前記第２給電線の給電端を中心として点対称に配置され、前記第２給電線の両端部が前記第１給電線の各中点を横断して電磁結合し、前記第２給電線の中点を横断して電磁結合するマイクロストリップラインとした第３給電線が設けられて形成される、前記２素子方形アンテナユニットの二組がアレー化された４素子２方形アンテナユニットからなる平面アレーアンテナ。
【請求項８】
請求項７における前記４素子２方形アンテナユニットの二組が前記第３給電線の給電端を中心として点対称に配置され、前記第３給電線の両端部が前記第２給電線の各中点を横断して電磁結合し、前記第３給電線の中点を横断して電磁結合するスロットラインとした第４給電線が設けられて形成される、前記４素子２方形アンテナユニットの二組がアレー化された８素子４方形アンテナユニットからなる平面アレーアンテナ。
【請求項９】
請求項８における前記２ｎ素子２（ｎ−１）方形アンテナユニット（但し、ｎは３以上の整数）の二組が前記第ｎ＋１給電線の給電端を中心として点対称に配置され、前記第ｎ＋１給電線の両端部は前記第ｎ給電線の各中点を横断して電磁結合し、前記第ｎ＋１給電線の中点を横断して電磁結合する第ｎ＋２給電線（但し、ｎが奇数の場合はマイクロストリップラインとして、ｎが偶数の場合はスロットラインとする）が設けられて形成される、前記２素子方形アンテナユニットの２（ｎ−１）の二組がアレー化された２（ｎ＋１）素子２ｎ方形アンテナユニットからなる平面アレーアンテナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロ波帯やミリ波帯を主として適用されるマイクロストリップライン型の平面アレーアンテナ（以下、ＭＳＬ平面アレーアンテナとする）を技術分野とし、特に、アンテナ利得（以下、ＡＴ利得とする）を向上して例えば広帯域化を維持したＭＳＬ平面アレーアンテナに関する。
【背景技術】
【０００２】
（発明の背景）
移動体通信を中心としたワイヤレス通信の発展に伴い、アンテナには高性能と小型化が求められている。その中の一つに、例えば小型で製作も容易なために低コストで実現できるＭＳＬアンテナがある。しかし、ＭＳＬアンテナ単独ではその利得が比較的低いので、一般には、ＭＳＬアンテナをアレー化してＭＳＬ平面アレーアンテナとすることが行われている。このようなものの一つに、インピーダンスの整合を容易にして給電系を大幅に簡易化した本出願人によるものがある(特許文献１)。
【０００３】
（従来技術の一例）
第１１図は一従来例を説明する給電アンテナ素子を例えば４個としたＭＳＬ平面アレーアンテナの図で、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）はＡ−Ａ断面図である。
【０００４】
ＭＳＬアレーアンテナは、誘電体基板１の一主面に配置された４個一組としたそれぞれが正方形の給電アンテナ素子２（ａｂｃｄ）と、これらに高周波電力を供給する給電系３とからなる。４個一組の給電アンテナ素子２（ａｂｃｄ）はそれぞれの中心を幾何学的方形例えば正方形の４角部に一致して配置される。要するに、４個一組の給電アンテナ素子２（ａｂｃｄ）は幾何学的方形状に配置される。誘電体基板１の他主面には接地導体４を有する。
【０００５】
給電系３は第１〜第３給電線３（ａｂｃ）からなる。第１及び第３給電線３（ａｃ）は誘電体基板１の一主面に形成されたＭＳＬ「以下、第１及び第３給電ＭＳＬ３（ａｃ）とする」からなる。第２給電線３ｂは他主面の接地導体４に形成されたスロットライン（以下、第２給電ＳＬ３ｂとする）からなる。
【０００６】
第１給電ＭＳＬ３ａは、幾何学的方形の例えば水平方向の一辺（上辺）及びこれに対向した他辺（下辺）の両端部に配置された給電アンテナ素子２（ａｂ）、２（ｃｄ）の２個ずつをそれぞれ共通接続する。第２給電ＳＬ３ｂは、上辺及び下辺の第１給電ＭＳＬ３ａの各中点を両端部がそれぞれ横断して電磁結合する。第３給電ＭＳＬ３ｃは高周波電力の給電端（例えば誘電体基板１の左端Ｔ）から延出して第２給電ＳＬ３ｂの中点を先端部が横断して電磁結合する。
【０００７】
この場合、第２給電ＳＬ３ｂの両端部は上下辺の第１給電ＭＳＬ３ａの中点から、第３給電線３ｃは第２給電ＳＬ３ｂの中点から、アンテナ周波数（共振周波数）の波長λに対して概ねλ／４の長さ分が突出する。これにより、各中点から見て各突出端をそれぞれ電気的な短絡端とする。
【０００８】
このようなものでは、送信時を例にすると、第３給電ＭＳＬ３ｃの給電端からの高周波電力Ｐは、矢印及び出入記号で電界方向を示すように、先ず、第２給電ＳＬ３ｂの中点から同相で上下に分岐（同相分岐）する。次に、上下辺の第１給電ＭＳＬ３ａの中点から、電界が逆相となって左右に分岐（逆相分岐）して、それぞれ上下の給電アンテナ素子２（ａｃ）、２（ｂｄ）に給電される。
【０００９】
したがって、給電アンテナ素子２（ａｂｃｄ）のそれぞれは同相で励振され、同一偏波面とした電磁波が各給電アンテナ素子２（ａｂｃｄ）から垂直方向に放射されて合成される。この場合、電磁波の電界面方向は高周波電力の給電方向となり、磁界面方向は電界面方向に直交する。勿論、受信時も同様であるので、その説明は省略する。これにより、例えばＭＳＬのみから給電系を形成する場合に比較して、インピーダンス整合を容易にして給電系を大幅に簡易化した、給電アンテナ素子２（ａｂｃｄ）の４個からなるアレー化に際して基本構成となる方形状の４素子方形アンテナユニットを構成できる。
【００１０】
なお、４素子方形アンテナユニットの給電端Ｔを中心として鏡面対称（あるいは点対称）に配置し、第３給電ＭＳＬ３ｃの中点に第４給電ＳＬ３ｄを電磁結合すれば、第１２図（ａ）に示したように４素子方形アンテナユニットの二組をアレー化した８素子２方形アンテナユニットを構成できる。さらに、８素子２方形アンテナユニットの給電端Ｔを中心として鏡面対称（あるいは点対称）に配置し、第４給電ＳＬ３ｄの中点に第５給電ＭＳＬ３ｅを電磁結合すれば、第１２図（ｂ）に示したように８素子４方形アンテナユニットの二組をアレー化した１６素子４方形アンテナユニットを構成できる。
【００１１】
そして、２ｎ素子２（ｎ−１）方形アンテナユニット（但しｎは３以上の整数）の二組が第ｎ＋１給電線の給電端を中心として鏡面あるいは点対称に配置され、第ｎ＋１給電線の両端部は第ｎ給電線の各中点を横断して電磁結合する。そして、第ｎ＋１給電線の中点を横断して電磁結合する第ｎ＋２給電線（但し、ｎが奇数の場合はＭＳＬとして、ｎが偶数の場合はＳＬとする）を設ければ、２ｎ素子２（ｎ−１）方形アンテナユニット二組がアレー化された２（ｎ＋１）素子２ｎ方形アンテナユニットからなる平面アレーアンテナを構成できる。
【特許文献１】特開２００３-１１５７１７号公報
【特許文献２】特開２００４−３２８０６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
（従来技術の問題点）
しかしながら、上記構成のＭＳＬ平面アレーアンテナでは、給電アンテナ素子２をＭＳＬ型とするので、基本的に周波数帯域幅を狭帯域特性とする問題があった。一般には、例えば特許文献２で示されるように、給電アンテナ素子２の前面に無給電素子６を配置して、広帯域化を計ることが行われている。
【００１３】
これに基づき、例えば第１３図に示したように、給電アンテナ素子２（ａｂｃｄ）が設けられた誘電体基板１（第１基板１ａとする）の一主面上に第２基板１ｂを積層して多層基板５とする。そして、中間層に設けられた給電アンテナ素子２（ａｂｃｄ）の前面（直上）となる表面層には、給電系３とは非接続とした無給電素子６（ａｂｃｄ）を面対向して配置することが考えられた。
【００１４】
なお、第１３図（ａ）は多層基板とした中間層の、同図（ｂ）は同表面層の平面図、同図（ｃ）はＡ−Ａ断面図である。また、本願明細書では、特許請求の範囲でも記載するように、給電アンテナ素子２と面対向して対をなす無給電素子６とを便宜的に給電アンテナ対向素子２６とする。しかし、この場合でも、ＡＴ利得の向上のためのアレー化が進むほど、４素子方形アンテナユニットの組数を多くして、給電アンテナ素子２の数も増加して電力も嵩む問題があった。
【００１５】
（発明の目的）
本発明は、特にＡＴ利得を向上して、給電アンテナ素子数を少なくできるＭＳＬ平面アレーアンテナを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は、特許請求の範囲（請求項１）に示したように、マイクロストリップライン型として誘電体基板の一主面に配置されて高周波電力が給電系から供給される給電アンテナ素子と、前記給電アンテナ素子の放射面側となる前面に対向して配置されて前記給電アンテナ素子と対をなす無給電素子とからなる、給電アンテナ対向素子を備えてなる平面アンテナにおいて、前記給電アンテナ素子及び前記無給電素子に対してそれぞれ同一平面上として一対の無給電素子が面対向した無給電対向素子を、前記給電アンテナ対向素子に隣接して配置するとともに前記無給電対向素子は前記給電アンテナ素子に対して前記給電アンテナ素子から放射される電磁波の電界面方向又は磁界面方向に配置された構成とする。
【発明の効果】
【００１７】
このような構成であれば、給電アンテナ素子と無給電素子とが誘電体基板を挟んで面対向した給電アンテナ対向素子と、無給電素子が誘電体基板を挟んで同一条件で面対向した無給電対向素子とが隣接して配置されるので、両者が電磁結合しやすい。例えば、給電アンテナ対向素子からの電磁界の漏れを、両主面間の間隔を同じとした無給電対向素子が拾いやすくて両者が電磁結合しやすくなる。そして、給電アンテナ対向素子に対して、無給電対向素子は、給電アンテナ素子から放射される電磁波の電界面方向又は磁界面方向に配置される。したがって、給電アンテナ対向素子に対して無給電対向素子が電界面方向又は磁界面方向となって直接的に電磁結合する。
【００１８】
これらのことから、給電アンテナ対向素子と無給電対向素子との電磁結合を強めて、無給電対向素子からもアンテナ周波数の電磁界強度を高めた電磁波が放射される。これにより、給電アンテナ対向素子と無給電対向素子からの電磁波が合成されて放射され、言わば、従来同様に給電アンテナ対向素子をアレー化したと同等の平面アレーアンテナを得る。したがって、ＡＴ利得を高めるとともに高周波電力の供給される給電アンテナ素子数を少なくできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明の請求項２に示したように、請求項１の前記給電アンテナ対向素子の二組が幾何学的方形の一辺の両端部、前記幾何学的方形を方形状に二等分する中心線の両端部又は前記幾何学的方形の一方の対角方向の両角部に配置されるとともに、前記無給電アンテナ対向素子が前記幾何学的方形の残存する角部に配置され、かつ、前記給電系は前記誘電体基板の一主面に設けられて前記給電アンテナ対向素子の二組における給電アンテナ素子の２個を共通接続するマイクロストリップラインとした第１給電線と、前記誘電体基板の他主面に設けられて前記第１給電線の中点を横断して前記第１給電線と電磁結合するスロットラインとした第２給電線とからなる、前記給電結合アンテナ素子の二組と前記無給電対向素子の二組又は四組とから方形状としてなる２素子方形アンテナユニットを基本構成とする。
【００２０】
このような構成であれば、給電アンテナ対向素子の二組と無給電対向素子の二組又は四組とによって方形状とした２素子方形アンテナユニットを形成する。したがって、給電アンテナ素子を４個（及び給電アンテナ対向素子を４組）とした従来の４素子方形アンテナユニットに比較して、基本構成としての方形アンテナユニットを形成する給電アンテナ素子数（及び給電アンテナ対向素子数）を半減できる。
【００２１】
そして、給電アンテナ対向素子の二組が幾何学的方形の一辺の両端部、これを二等分する中心線の両端部又は一方の対角方向の両角部に配置されるとともに、無給電対向素子が幾何学的方形の残存する角部に配置される。したがって、給電アンテナ素子に垂直又は水平方向に高周波電力を給電すれば、各無給電対向素子は電磁波の電界面又は磁界面方向となって給電アンテナ素子と直接的に電磁結合する。
【００２２】
また、一対の給電アンテナ素子を共通接続する第１給電線（ＭＳＬ）の中点に、第２給電線（ＳＬ）を横断して電磁結合する。これにより、例えば送信時には、第２給電線（ＳＬ）からの高周波電力は、第１給電線（ＭＳＬ）の中点から電界が逆相となって反対方向に分岐し、２個の給電アンテナ素子に給電される「前述の第１１図参照」。そして、２個の給電アンテナ素子は同相で励振され、同一偏波面として電磁波を放射する。したがって、給電アンテナ素子を２個とした２素子方形アンテナ素子を構成できて、第１給電線（ＭＳＬ）と第２給電線（ＳＬ）とを両主面間で互いに直交させればよいので、両者間のでインピーダンス整合を容易にして給電系を簡易化する。
【００２３】
同請求項３では、請求項２の前記給電アンテナ対向素子の二組が幾何学的方形の一辺の両端部に配置され、前記無給電対向素子の二組が前記幾何学的方形の残存する角部である他辺の両端部に配置されてなる、２素子方形アンテナユニットを基本構成とする。これにより、幾何学的方形の一辺の両端部に配置された給電アンテナ対向素子に対して、他辺の両端部に配置された無給電素子が垂直又は水平方向のいずれかで直接的に電磁結合する。
【００２４】
同請求項４では、請求項２の前記給電アンテナ対向素子の二組が幾何学的方形を方形状に二等分する中心線の両端部に配置され、前記無給電対向素子の四組が前記幾何学的方形の残存する角部である４角部に配置されてなる、２素子方形アンテナユニットを基本構成とする。これにより、幾何学的方形を方形状に二等分する中心線の両端部に配置された給電アンテナ素子に対して、４角部に配置された無給電素子は垂直方向の両側で直接的に電磁結合するので、請求項３の場合よりも放射される電磁波の電磁界強度が高くなる。
【００２５】
同請求項５では、請求項２の前記給電アンテナ対向素子の二組が何学的方形の一方の対角方向の両角部に配置され、前記無給電対向素子の二組が前記幾何学的方形の残存する角部である他方の対角方向の両角部に配置されてなる、２素子方形アンテナユニットを基本構成とする。これにより、幾何学的方形の一方の対角方向の両角部に配置された給電アンテナ対向素子に対して、他方の斜方向の対角部に配置された無給電素子が垂直又は水平方向のいずれでも直接的に電磁結合するので、結合度がさらに高くなる。
【００２６】
同請求項６では、請求項５の前記給電アンテナ対向素子の二組における給電アンテナ素子の２個は多層基板の表面層に形成され、前記多層基板の中間層には中央領域の水平部と両端側の垂直部からなるクランク状としたマイクロストリップラインからなる第１給電線が形成され、前記給電アンテナ素子の２個と前記両端側の垂直部とはビアホールによって接続してなる、２素子方形アンテナユニットを基本構成とする。これにより、クランク状とした特に水平部と垂直部との角部からの給電アンテナ素子に対する電磁気的結合による給電を防止して、雑音成分となる交差偏波の放射を抑制する。
【００２７】
同請求項７では、請求項２における前記２素子方形アンテナユニットの二組が前記第２給電線の給電端を中心として点対称に配置され、前記第２給電線の両端部が前記第１給電線の各中点を横断して電磁結合し、前記第２給電線の中点を横断して電磁結合するマイクロストリップラインとした第３給電線が設けられて形成される、前記２素子方形アンテナユニットの二組がアレー化された４素子２方形アンテナユニットから平面アレーアンテナを構成する。
【００２８】
同請求項８では、請求項７における前記４素子２方形アンテナユニットの二組が前記第３給電線の給電端を中心として点対称に配置され、前記第３給電線の両端部が前記第２給電線の各中点を横断して電磁結合し、前記第３給電線の中点を横断して電磁結合するスロットラインとした第４給電線が設けられて形成される、前記４素子２方形アンテナユニットの二組がアレー化された８素子４方形アンテナユニットから平面アレーアンテナを構成する。
【００２９】
同請求項９では、請求項８における前記２ｎ素子２（ｎ−１）方形アンテナユニット（但し、ｎは３以上の整数）の二組が前記第ｎ＋１給電線の給電端を中心として点対称に配置され、前記第ｎ＋１給電線の両端部は前記第ｎ給電線の各中点を横断して電磁結合し、前記第ｎ＋１給電線の中点を横断して電磁結合する第ｎ＋２給電線（但し、ｎが奇数の場合はＭＳＬとして、ｎが偶数の場合はＳＬ）が設けられて形成される、前記２素子方形アンテナユニットの２（ｎ−１）の二組がアレー化された２（ｎ＋１）素子２ｎ方形アンテナユニットから平面アレーアンテナを構成する。
【００３０】
請求項７乃至９では、２素子方形アンテナユニットを基本として４素子及び８素子及び１６素子以上とした平面アレーアンテナを構成するので、前述したような２素子方形アンテナユニットの効果をそのまま発揮し、ＡＴ利得を向上して効率化を計り、給電アンテナ素子数を少なくできるＭＳＬ平面アレーアンテナを提供できる。
【実施例１】
【００３１】
（実施例の概要）
本発明によるＭＳＬ平面アレーアンテナを形成する基本構成（２素子方形アンテナユニット）には３例があり、いずれの場合でも、多層基板を用いて、給電アンテナ対向素子の一組が幾何学的方形の一辺の両端部、幾何学的方形を二等分する中心線の両端部、又は一方の対角方向の両角部に配置され、残存する角部に無給電対向素子が配置される。以下の第１〜第３実施例ではこれらに対応する基本構成、作用効果、応用例を順次に説明する。
【００３２】
（基本構成）
第１図（ａｂｃ）は本発明の第１実施例を説明するＭＳＬ平面アレーアンテナの基本構成としての２素子方形アンテナユニット図で、同図（ａ）は積層基板の中間層の、同図（ｂ）は同表面面層の平面図、同図（ｃ）はＡ−Ａ断面図である。なお、従来例と同一部分の説明は簡略又は省略する。
【００３３】
第１実施例の２素子方形アンテナユニットでは、第１及び第２基板１（ａｂ）からなる多層基板５の中間層に幾何学的方形ここでは正方形の一辺例えば上辺の両端部に給電アンテナ素子２（ａｂ）の２個が、一辺に対して対辺となる他辺（下辺）の両端部に無給電素子６（ｃ′ｄ′）の２個が配置される。また、給電アンテナ素子２（ａｂ）及び無給電素子６（ｃ′ｄ′）の直上となる表面層には、これらと面対向した無給電素子６（ａｂｃｄ）が配置される。
【００３４】
これにより、中間層の給電アンテナ素子２（ａｂ）と表面層の無給電素子６（ａｂ）から給電アンテナ対向素子２６（ａｂ）を形成する。また、中間層の無給電素子６（ｃ′ｄ′）と表面層の無給電素子６（ｃｄ）から無給電対向素子６６（ｃｄ）を形成する。この場合、給電アンテナ対向素子２６（ａｂ）と無給電対向素子６６（ｃｄ）の両主面間の間隔は第２基板１ｂの厚みとなって基本的に同一間隔となる。そして、給電アンテナ対向素子２６（ａｂ）が幾何学的方形の一辺の両端部に、無給電対向素子６６（ｃｄ）が幾何学的方形の他辺の両端部に配置される。
【００３５】
給電系３は、第１給電ＭＳＬ３ａと第２給電ＳＬ３ｂとからなる。第１給電ＭＳＬ３ａは多層基板５の中間層に設けられ、上辺の両端部の給電素子２（ａｂ）を接続する。第２給電ＳＬ３は多層基板５の裏面層に設けられた接地導体５に形成され、給電端Ｔ1から延出して第１給電ＭＳＬ３ａの中点を横断する。なお、無給電対向素子６６（ｃｄ）は第２給電ＳＬ３ｂの給電端側「第１図」、あるいは給電端とは反対側「第２図」に配置される。
【００３６】
（第１実施例での作用効果）
このような構成であれば、従来例で説明したように、第２給電ＳＬ３ｂの給電端からの高周波電力は、第１給電ＭＳＬ３ａの中点から左右に逆相分岐して一対の給電アンテナ素子２（ａｂ）に給電される。したがって、各給電アンテナ素子２（ａｂ）は同一方向の電界で励振され、同一偏波面として電磁波を送信（受信も同様）できる。
【００３７】
そして、ここでは、中間層の給電アンテナ素子２（ａｂ）と表面層の無給電素子６（ａｂ）とが面対向した給電アンテナ対向素子２６（ａｂ）と、中間層と表面層との無給電素子６（ｃ′ｄ′）、６（ｃｄ）が面対向した無給電対向素子６６（ｃｄ）とが隣接して配置される。したがって、例えば、給電アンテナ対向素子２６（ａｂ）からの電磁界の漏れを、両主面間の間隔を同じとした無給電対向素子６６（ｃｄ）が拾いやすくて両者が電磁結合しやすくなる。
【００３８】
さらに、この場合には、給電アンテナ対向素子２６（ａｂ）に対して、無給電対向素子６６（ｃｄ）は、給電アンテナ素子２（ａｂ）から放射される電磁波の磁界面方向に配置される。したがって、給電アンテナ素子２（ａｂ）及び給電アンテナ対向素子２６（ａｂ）に対して無給電対向素子６６（ａｂ）が磁界面方向となって直接的に電磁結合する。例えば給電アンテナ素子２６（ａｂ）に対して斜め方向に無給電対向素子６６（ｃｄ）を配置した場合よりも電磁結合を密にする。
【００３９】
これらのことから、給電アンテナ対向素子２６（ａｂ）と無給電対向素子６６（ｃｄ）との電磁結合を強めて、無給電対向素子６６（ｃｄ）からもアンテナ周波数の電磁界強度を高めた電磁波が放射される。これにより、給電アンテナ対向素子２６（ａｂ）と無給電対向素子６６（ａｂ）からの電磁波が合成されて放射され、言わば、従来同様に給電アンテナ対向素子２６（ａｂ）をアレー化したと同等の平面アレーアンテナを得る。したがって、ＡＴ利得を高めるとともに、高周波電力の供給される給電アンテナ素子数を少なくできる。
【００４０】
具体的には、給電アンテナ対向素子２６（ａｂ）の二組と無給電対向素子６６（ｃｄ）との二組とからアレー化に際しての基本構成となる２素子方形アンテナユニットを形成するので、従来の４素子方形アンテナユニットに比較して、基本構成としての方形アンテナユニットを形成する給電アンテナ素子数２（及び給電アンテナ対向素子２６の組数）を半減できる。
【００４１】
そして、ここでは、多層基板５とした中間層に給電アンテナ素子２（ａｂ）を表面層に無給電素子６（ａｂ）を対面して設ける。したがって、給電アンテナ素子２（ａｂ）の接地導体４対する間隔と、無給電素子６（ａｂ）の接地導体４に対する間隔とは異なる。しかも、空気よりも誘電率の大きい第１及び第２基板1（ａｂ）を介在させているので、中間層の給電アンテナ素子２（ａｂ）と接地導体４とによる共振周波数と、表面層の無給電素子６（ｃｄ）と接地導体４とによる共振周波数も異なる。したがって、給電アンテナ素子２（ａｂ）によるアンテナ周波数の帯域幅を広帯域化する。
【００４２】
これらの場合、例えば中間層の給電アンテナ素子２（ａｂ）及び無給電素子６（ｃ′ｄ′）と表面層の無給電素子６（ａｂｃｄ）との大きさとを異ならせることによって、さらに広帯域とすることもできる。なお、広帯域化については、第２及び第３実施例でも同様であり、これ以降ではその説明は省略する。  
【００４３】
（第１実施例の応用例）
上記例ではＭＳＬ平面アレーアンテナの基本構成として、給電結合アンテナ素子２６（ａｂ）を二組と無給電対向素子６６（ｃｄ）の二組とからなる２素子方形アンテナユニットを示したが、これをさらにアレー化して給電アンテナ対向素子２６と無給電対向素子６６がそれぞれ４組の４素子２方形アンテナユニット、同８組の８素子４方形アンテナユニットを形成できる。勿論、同様にして、給電アンテナ対向素子２６が１６組以上の２（ｎ＋１）素子２ｎ方形アンテナユニット（但し、ｎは３以上の整数）をも形成できる。
【００４４】
第３図（ａ）は４素子２方形アンテナユニットの、同図（ｂ）は８素子４方形アンテナユニットの特に中間層の図である。４素子２方形アンテナユニットは、例えば前第１図に示した２素子方形アンテナユニットの第２給電ＳＬ３ｂの給電端Ｔ1を中心として、多層基板５の中間層（第１基板１ａの一主面）に配置された給電アンテナ素子２（ａｂ）及び無給電素子６（ｃ′ｄ′）を鏡面対称あるいは図で示すように点対称に配置する。これにより、裏面層の第２給電ＳＬ３ｂの両端部が第１給電ＭＳＬ３ａの中点を横断する。そして、多層基板５の中間層には給電端Ｔ2から延出した第３給電ＭＳＬ３ｃが設けられ、先端側が第２給電ＳＬ３ｂの中点を横断して電磁結合する。
【００４５】
この場合でも、先に説明したように、第３給電ＭＳＬ３に給電された高周波電力は、第２給電ＳＬ３ｂの中点で電界を同相として上下に分岐する（同相分岐）。そして、上辺及び下辺の第１電ＭＳＬ３ａの中点で高周波電力が電界を逆相として左右に分岐（逆相分岐）し、両端側の給電アンテナ素子２（ａｂ）にそれぞれ給電される。そして、給電アンテナ素子２（ａｂ）の計４個が同相で励振される。以下でも給電系３による基本動作は同一なのでその説明は省略する。
【００４６】
８素子４方形アンテナユニットは、４素子２方形アンテナユニットの第３給電ＭＳＬ３ｃの給電端Ｔ2を中心として、前述同様に点対称に配置する。これにより、中間層の第３給電ＭＳＬ３ｃの両端部が第２給電ＳＬ３ｂの中点を横断する。そして、多層基板５の裏面層には給電端Ｔ3から延出して第３給電ＭＳＬ３ｃの中点を横断する第４給電ＳＬ３ｄを設けてなる。
【００４７】
さらに、８素子４方形アンテナユニットの倍々となる２（ｎ＋１）素子２ｎ方形アンテナユニット（但しｎは３以上の整数）は、２ｎ素子２（ｎ−１）方形アンテナユニットの二組が第ｎ＋１給電線の給電端を中心として点対称に配置される。これにより、第ｎ＋１給電線の両端部は第ｎ給電線の各中点を横断して電磁結合する。そして、第ｎ＋１給電線の中点を横断して電磁結合する第ｎ＋２給電線を設け、ｎを順次に大きくして構成される。但し、第ｎ＋１給電線はｎが奇数の場合はＭＳＬとして、偶数の場合はＳＬとする。
【００４８】
これらの場合でも、多層基板５の図示しない表面層には給電アンテナ素子２（ａｂ）及び無給電素子６（ｃ′ｄ′）の直上には、無給電素子４（ａｂｃｄ）がそれぞれ配置され、給電アンテナ対向素子２６（ａｂ）及び無給電対向素子６６（ｃｄ）を形成する。このような構成であっても、給電アンテナ対向素子２６（ａｂ）と無給電対向素子６６（ｃｄ）とによる基本構成としての２素子方形アンテナユニットの効果を発揮し、ＡＴ利得を高めるとともに、給電アンテナ素子数を少なくできる。
【００４９】
なお、無給電対向素子を給電端Ｔ1とは反対側に配置した第２図の２素子方形アンテナユニットの場合でも同様であり、中間層の平面図である第４図（ａｂ）に４素子２方形アンテナユニット、８素子４方形アンテナユニットの例を示す。この場合でも詳細は前述と同様であり、その説明は省略する。
【実施例２】
【００５０】
(基本構成)
第５図（ａｂｃ）は本発明の第２実施例を説明するＭＳＬ平面アレーアンテナの基本構成としての２素子方形アンテナユニット図で、同図（ａ）は積層基板の中間層の、同図（ｂ）は同表面層の平面図、同図（ｃ）はＡ−Ａ断面図である。なお、前実施例と同一部分の説明は簡略又は省略する。
【００５１】
第２実施例では、多層基板５の中間層に、幾何学的方形を方形状に二等分する中心線の両端部に給電アンテナ素子２（ａｂ）を設ける。そして、幾何学的方形の残存する４角部に無給電素子６（ｃ′ｄ′ｅ′ｆ′）を設ける。換言すると、幾何学的方形の一辺の両端部に給電アンテナ素子２（ａｂ）を、対辺の両端部に無給電素子６（ｃ′ｄ′）を、一辺を中心とした対辺の対称辺の両端部に無給電素子（ｅ′ｆ′）設ける。
【００５２】
そして、この場合でも、積層基板５の表面層に、給電アンテナ素子２（ａｂ）及び無給電素子６（ｃ′ｄ′ｅ′ｆ′）に対面した無給電素子６（ａｂｃｄｅｆ）を設ける。これにより、幾何学的方形の中心線の両端部に給電アンテナ対向素子２６（ａｂ）を、残存する４角部に無給電対向素子６６（ｃｄｅｆ）を配置する。
【００５３】
（第２実施例の作用効果）
このような構成であれば、第１実施例と同様に、中間層の給電アンテナ素子２（ａｂ）と表面層の無給電素子６（ａｂ）とが面対向した給電アンテナ対向素子２６（ａｂ）と、中間層と表面層との無給電素子６（ｃ′ｄ′ｅ′ｆ′）、６（ｃｄｅｆ）が面対向した無給電対向素子６６（ｃｄｅｆ）が隣接して配置される。したがって、例えば、給電アンテナ対向素子２６（ａｂ）からの電磁界の漏れを、両主面間の間隔を同じとした無給電対向素子６６（ｃｄｅｆ）が拾いやすくて両者が電磁結合しやすくなる。
【００５４】
さらに、給電アンテナ対向素子２６（ａｂ）に対して、無給電対向素子６６（ｃｄｅｆ）は、給電アンテナ素子２（ａｂ）から放射される電磁波の磁界面方向の両側のいずれにも配置される。したがって、給電アンテナ素子２（ａｂ）及び給電アンテナ対向素子２６（ａｂ）に対して、無給電対向素子６６（ｃｄｅｆ）は磁界面方向の両側となって直接的に電磁結合する。
【００５５】
これらのことから、給電アンテナ対向素子２６（ａｂ）と無給電対向素子６６（ｃｄｅｆ）との電磁結合を強めて、無給電対向素子６６（ｃｄｅｆ）からもアンテナ周波数の電磁界強度を高めた電磁波が放射される。これにより、給電アンテナ対向素子２６（ａｂ）と無給電対向素子６６（ｃｄｅｆ）からの電磁波が合成されて放射され、給電アンテナ対向素子２６（ａｂ）をアレー化したと同等の平面アレーアンテナを得る。したがって、ＡＴ利得を高めるとともに、高周波電力の供給される給電アンテナ素子数を少なくできる。
【００５６】
具体的には、給電アンテナ対向素子２６（ａｂ）の二組と無給電対向素子６６（ｃｄｅｆ）との４組とからアレー化に際しての基本構成となる２素子方形アンテナユニットを形成するので、従来の４素子方形アンテナユニットに比較して、基本構成としての方形アンテナユニットを形成する給電アンテナ素子数２（及び給電アンテナ対向素子２６の組数）を半減できる。
【００５７】
（第２実施例の応用例）
第２実施例でも、給電結合アンテナ素子２６（ａｂ）の二組と無給電対向素子６６（ｃｄ）の４組とからなる２素子方形アンテナユニットを示したが、給電端Ｔを中心として鏡面対称あるいは点対称に配置し、さらにアレー化した４素子２方形アンテナユニット、８素子４方形アンテナユニット及び２（ｎ＋１）素子２ｎ方形アンテナユニット（但し、ｎは３以上の整数）を形成できる。第６図（ａ）は４素子２方形アンテナユニットの、同図（ｂ）は８素子４方形アンテナユニットの特に中間層の平面図であり、その動作等は前述の通りでその説明省略する。
【実施例３】
【００５８】
（基本構成）
第７図（ａｂｃ）は本発明の第３実施例を説明するＭＳＬ平面アレーアンテナの基本構成としての２素子方形アンテナユニット図で、同図（ａ）は積層基板の中間層の、同図（ｂ）は同表面の平面図、同図（ｃ）はＡ−Ａ断面図である。なお、前実施例と同一部分の説明は簡略又は省略する。
【００５９】
第３実施例では、多層基板５の中間層に、幾何学的方形の一方の対角方向の両角部に給電アンテナ素子２（ａｂ）を設ける。そして、幾何学的方形の残存する角部である他方の対角方向の両角部に無給電素子６（ｃ′ｄ′）を設ける。そして、この場合でも、積層基板５の表面層に、給電アンテナ素子２（ａｂ）及び無給電素子６（ｃ′ｄ′）に対面した無給電素子６（ａｂｃｄ）を設ける。これにより、幾何学的方形の一方の対角方向の両角部に給電アンテナ対向素子２６（ａｂ）を、残存する他方の対角方向の両角部に無給電対向素子６６（ｃｄ）を配置する。
【００６０】
（第３実施例の作用効果）
このような構成であれば、第１及び第２実施例と同様に、給電アンテナ対向素子２６（ａｂ）と、無給電対向素子６６（ｃｄ）が隣接して配置されるので、給電アンテナ対向素子２６（ａｂ）からの電磁界の漏れを無給電対向素子６６（ｃｄ）が拾いやすくて両者が電磁結合しやすくなる。
【００６１】
そして、給電アンテナ対向素子２６（ａｂ）に対して、無給電対向素子６６（ｃｄ）は、給電アンテナ素子２（ａｂ）から放射される電磁波の電界面方向及び磁界面方向のいずれにも配置される。したがって、給電アンテナ素子２（ａｂ）及び給電アンテナ対向素子２６（ａｂ）に対して、無給電対向素子６６（ｃｄ）は電界面方向及び磁界面方向のいずれにもなって直接的に電磁結合する。
【００６２】
これらのことから、給電アンテナ対向素子２６（ａｂ）と無給電対向素子６６（ｃｄ）との電磁結合を強めて、無給電対向素子６６（ｃｄ）からもアンテナ周波数の電磁界強度を高めた電磁波が放射される。これにより、給電アンテナ対向素子２６（ａｂ）と無給電対向素子６６（ｃｄ）からの電磁波が合成されて放射され、給電アンテナ対向素子２６（ａｂ）をアレー化したと同等の平面アレーアンテナを得る。したがって、ＡＴ利得を高めるとともに、高周波電力の供給される給電アンテナ素子数を少なくできる。
【００６３】
具体的には、給電アンテナ対向素子２６（ａｂ）の二組と無給電対向素子６６（ｃｄ）との二組とからアレー化に際しての基本構成となる２素子方形アンテナユニットを形成するので、従来の４素子方形アンテナユニットに比較して、基本構成としての方形アンテナユニットを形成する給電アンテナ素子数２（及び給電アンテナ対向素子２６の組数）を半減できる。
【００６４】
（第３実施例の応用例）
第２実施例でも、給電結合アンテナ素子２６（ａｂ）の二組と無給電対向素子６６（ｃｄ）の４組とからなる２素子方形アンテナユニットを示したが、給電端Ｔ1を中心としてこの場合は点対称に配置し、さらにアレー化した４素子２方形アンテナユニット、８素子４方形アンテナユニット及び２（ｎ＋１）素子２ｎ方形アンテナユニット（但し、ｎは３以上の整数）を形成できる。第８図（ａ）は４素子２方形アンテナユニットの、同図（ｂ）は８素子４方形アンテナユニットの特に中間層の図であり、その動作等は前述の通りでその説明省略する。
【００６５】
なお、第３実施例では、一方の対角方向の両角部に配置された一対の給電素子２（ａｂ）をクランク状とした第１給電ＭＳＬ３ａによって同一平面（中間層）で共通接続する。しかし、この場合は、第１給電ＭＳＬ３ａのクランク状とした、中央領域の水平部と両端側の垂直部との直交部が各給電アンテナ素子２（ａｂ）に近接する。
【００６６】
このため、第１給電ＭＳＬ３ａの特に直交部からの交差偏波となる電磁波が放射され、各給電アンテナ素子２（ａｂ）から放射される垂直方向の給電による例えば垂直偏波に対して雑音成分となる。
【００６７】
このことから、第９図（ａｂｃ）に示したように、多層基板５を第１〜第３基板１（ａｂｃ）から形成する。そして、多層基板５の第２中間層（第２基板の一主面）に給電アンテナ素子２（ａｂ）及び無給電素子６（ｃ′ｄ′）を設け、表面層に無給電素子５（ａｂｃｄ）を設ける。第１中間層には、第２給電ＳＬ２ｂの設けられた接地導体４を形成する。そして、多層基板５の裏面層にクランク状とした第１給電ＭＳＬ３ａを設け、ビアホール７によって給電アンテナ素子２（ａｂ）を接続する。
【００６８】
なお、第９図（ａ）は第２中間層（第２基板の一主面）の平面図、同図（ｂ）は表面層（第３基板の一主面）の平面図、同図（ｃ）はＡ−Ａ断面図である。このようにすれば、第１給電線３ａの両端側の直角部からの電磁波は第１中間層の接地導体４によって遮断される。したがって、給電アンテナ素子２（ａｂ）に対して、第１給電ＭＳＬ３ａの垂直部から垂直方向のみの高周波電力を給電できる。これにより、交差偏波による雑音成分を抑止した垂直偏波を放射できる。
【００６９】
（他の事項）
上記各実施例では、多層基板５は基本的に第１と第２基板１（ａｂ）を積層して形成したが、例えば第１図（ｃ）に対応した第１０図に示したように、例えばスペーサ８によって、積層面の中間層を中空として第１基板１ａの一主面に給電アンテナ素子２（ａｂ）、無給電素子６（ｃｄ）を、第２基板１ｂの一主面に無給電素子６（ａｂｃｄ）を形成してもよい。但し、両者間の間隔は前述のようにアンテナ周波数の波長λに対して概ねλ／２の長さとする。
【００７０】
この場合、給電アンテナ素子２（ａｂ）と無給電素子６（ａｂ）との間による第１の共振周波数以外に、給電アンテナ素子２（ａｂ）と第２基板１ｂの他主面（対向面）との間による第２の共振周波数を生ずる。したがって、例えば第１の共振周波数をアンテナ周波数とすることによってＡＴ利得を高めると同時に、第２の共振周波数によって広帯域化を達成できる。
【００７１】
また、第１〜第３実施例における基本構成としての２素子方形アンテナユニットの給電アンテナ素子２（ａｂ）及び無給電素子６（ｃｄ）が配置される角部は幾何学的方形中の正方形したが、例えば長方形であってもよくこれらは用途に応じて選択できる。そして、給電アンテナ素子２（ａｂ）及び無給電素子６は方形としたが、楕円等を含む円形状でもよくこれらは必要に応じて選択できる。また、給電アンテナ素子２（ａｂ）の間隔や２素子方形アンテナユニット間の間隔を含めた平面アレーアンテナの構成は、指向特性の帯域幅、ＡＴ利得及び用途等による仕様に基づいて随時に決定される。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明の第１実施例を説明するＭＳＬ平面アレーアンテナの基本構成である２素子方形アンテナユニットの図で、同図図（ａ）は積層基板の中間層の、同図（ｂ）は同表面層の平面、同図（ｃ）は同Ａ−Ａ断面図である。
【図２】本発明の第１実施例の２素子方形アンテナユニットの他の例を説明する積層基板の中間層の平面図である。
【図３】本発明の第１実施例の応用例（更なるアレー化）を説明する図で、同図（ａ）は４素子２方形アンテナユニットの、同図（ｂ）は８素子４方形アンテナユニットの積層基板における中間層の平面図である。
【図４】本発明の第１実施例の応用例の他の例を説明する図で、同図（ａ）は４素子２方形アンテナユニットの、同図（ｂ）は８素子４方形アンテナユニットの積層基板における中間層の平面図である。
【図５】本発明の第２実施例を説明するＭＳＬ平面アレーアンテナの基本構成である２素子方形アンテナユニットの図で、同図図（ａ）は積層基板の中間層の、同図（ｂ）は同表面層の平面、同図（ｃ）は同Ａ−Ａ断面図である。
【図６】本発明の第２実施例の応用例を説明する図で、同図（ａ）は４素子２方形アンテナユニットの、同図（ｂ）は８素子４方形アンテナユニットの積層基板における中間層の平面図である。
【図７】本発明の第３実施例を説明するＭＳＬ平面アレーアンテナの基本構成である２素子方形アンテナユニットの図で、同図図（ａ）は積層基板の中間層の、同図（ｂ）は同表面層の平面、同図（ｃ）は同Ａ−Ａ断面図である。
【図８】本発明の第３実施例の応用例を説明する図で、同図（ａ）は４素子２方形アンテナユニットの、同図（ｂ）は８素子４方形アンテナユニットの積層基板における中間層の平面図である。
【図９】本発明の第３実施例を説明するＭＳＬ平面アレーアンテナの基本構成である２素子方形アンテナユニットの他の例を説明する図で、同図図（ａ）は積層基板の中間層の、同図（ｂ）は同表面層の平面、同図（ｃ）は同Ａ−Ａ断面図である。
【図１０】本発明の他の実施例を説明するＭＳＬ平面アレーアンテナの基本構成である２素子方形アンテナユニットの他の例を説明する図で、同図図（ａ）は第１基板の、同図（ｂ）は第２基板の平面図、同図（ｃ）は同Ａ−Ａ断面図である。
【図１１】従来例を説明するＭＳＬ平面アレーアンテナ（４素子方形アンテナユニット）の図で、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）はＡ−Ａ断面図である。
【図１２】従来例を説明するＭＳＬ平面アレーアンテナの平面アレーアンテナの平面図である。
【図１３】従来例を説明するＭＳＬ平面アレーアンテナの平面アレーアンテナの平面図である。
【符号の説明】
【００７３】
１  基板、２  給電アンテナ素子、３  給電線（給電系）、４  接地導体、５  多層基板、６  無給電素子、２６  給電アンテナ対向素子、６６  無給電結合、７  ビアホール、８  スペーサ。
【図１】
2005244961.tif 000003
【図２】
2005244961.tif 000004
【図３】
2005244961.tif 000005
【図４】
2005244961.tif 000006
【図５】
2005244961.tif 000007
【図６】
2005244961.tif 000008
【図７】
2005244961.tif 000009
【図８】
2005244961.tif 000010
【図９】
2005244961.tif 000011
【図１０】
2005244961.tif 000012
【図１１】
2005244961.tif 000013
【図１２】
2005244961.tif 000014
【図１３】
2005244961.tif 000015
【手続補正書】
【提出日】平成17年3月18日(2005.3.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
この場合、第２給電ＳＬ３ｂの両端部は上下辺の第１給電ＭＳＬ３ａの中点から、第３給電線３ｃは第２給電ＳＬ３ｂの中点から、アンテナ周波数（共振周波数）の波長λに対して概ねλ／４の長さ分が突出する。これにより、各中点から見て各突出端をそれぞれ電気的な開放端、短絡端とする。