(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アレイ状に並んで配置され、信号を送信または受信する複数のアンテナ素子と、
受信した信号を、前記複数のアンテナ素子の配置の中心を対称点とした偶関数で表される振幅分布を有し、該複数のアンテナ素子の配置の中心を対称点とした奇関数で表される第１の位相分布を有する信号に分配または合成する分配合成手段と、
前記複数のアンテナ素子の配置の中心を対称点とした偶関数で表される第２の位相分布を有する位相を前記信号に付加または前記信号から除去する位相付加除去手段と、
を備えたアンテナ装置。
【請求項２】
前記第２の位相分布は、前記中心から離れるほど該中心よりも位相が進んでいる請求項１記載のアンテナ装置。
【請求項３】
前記第２の位相分布は、前記中心から離れるほど該中心よりも位相が遅くなっている請求項１記載のアンテナ装置。
【請求項４】
前記信号の振幅は、前記中心で最大値となり、該中心から離れるほど小さくなる、請求項１から３のいずれか１項記載のアンテナ装置。
【請求項５】
前記第２の位相分布が一次関数または二次関数で表される請求項１から４のいずれか１項記載のアンテナ装置。
【請求項６】
前記複数のアンテナ素子が等間隔に配置されている請求項１から５のいずれか１項記載のアンテナ装置。
【請求項７】
前記分配合成手段は分配合成回路である請求項１から６のいずれか１項記載のアンテナ装置。
【請求項８】
前記位相付加除去手段は位相回路である請求項１から７のいずれか１項記載のアンテナ装置。
【請求項９】
アレイ状に並んで配置された複数のアンテナ素子に接続された給電回路であって、
受信した信号を、前記複数のアンテナ素子の配置の中心を対称点とした偶関数で表される振幅分布を有し、該複数のアンテナ素子の配置の中心を対称点とした奇関数で表される第１の位相分布を有する信号に分配または合成する分配合成回路と、
前記複数のアンテナ素子の配置の中心を対称点とした偶関数で表される第２の位相分布を有する位相を前記信号に付加または前記信号から除去する位相回路と、
を備えた給電回路。
【請求項１０】
受信した信号を、信号分布の中心に対称点がある偶関数で表される振幅分布を有し、該信号分布の中心に対称点がある奇関数で表される第１の位相分布を有する信号に分配し、
前記信号に前記信号分布の中心に対称点がある偶関数で表される第２の位相分布を有する位相を付加し、
前記位相が付加された信号を送信する、電波送受信方法。
【請求項１１】
信号分布の中心に対称点がある偶関数で表される振幅分布を有し、該信号分布の中心に対称点がある奇関数で表される第１の位相分布と前記信号分布の中心に対称点がある偶関数で表される第２の位相分布が合成された信号を受信し、
前記信号から前記前記第２の位相分布を有する位相を除去し、
前記第１の位相分布を有する信号を合成する、電波送受信方法。
【請求項１２】
前記第２の位相分布は、前記中心から離れるほど該中心よりも位相が進んでいる請求項１０または１１記載の電波送受信方法。
【請求項１３】
前記第２の位相分布は、前記中心から離れるほど該中心よりも位相が遅くなっている請求項１０または１１記載の電波送受信方法。
【請求項１４】
前記信号の振幅は、前記中心で最大値となり、該中心から離れるほど小さくなる、請求項１０から１３のいずれか１項記載の電波送受信方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、携帯電話、無線ＬＡＮ（Local Area Network）、ＷｉＭＡＸ（Worldwide Interoperability for Microwave Access）等の無線システムに使用されるアンテナ装置、給電回路および電波送出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話などの基地局に用いられるアンテナ装置には複数のアンテナ素子を備えたアレイアンテナで構成されたものがある。複数のアンテナ素子を有するアンテナ装置から端末局に送出される電波の特性について説明する。
【０００３】
図１６はアンテナ装置の一構成例を示す透視図である。ここでは、図１６に示すように、１３個のアンテナ素子１２０を地面に対して垂直方向に等間隔で一列に配置した場合とする。アンテナ素子１２０のそれぞれは給電回路１００と接続されている。
【０００４】
図１７は振幅分布および位相分布の一例を示すグラフである。グラフの縦軸は左側が振幅を示し、右側が位相を示す。位相の符号は正が進み位相、負が遅れ位相を示す。グラフの横軸はアンテナ素子１２０の番号である。この番号はアンテナ素子の位置を示すものである。
【０００５】
１３個のアンテナ素子１２０のうち中心のアンテナ素子の番号を０とし、０番のアンテナ素子の一方の側のアンテナ素子には順にプラスの番号を付し、他方の側のアンテナ素子には順にマイナスの番号を付している。一列に配置されたアンテナ素子の端の番号は−６番と＋６番となる。以下では、プラスの番号を付した側をプラス側と称し、マイナスの番号を付した側をマイナス側と称する。
【０００６】
図１７のグラフにプロットされた振幅および位相の値は、各アンテナ素子における電波の振幅と位相を示す。中心のアンテナ素子の振幅および位相を基準にしているため、それぞれ０となっている。
【０００７】
図１７に示すように、振幅分布は、中心となる０番のアンテナ素子で最大となり、アンテナ素子の番号の絶対値が大きくなるほど値が小さくなっている。振幅分布は、０番のアンテナ素子を中心軸にした偶関数特性を示している。
【０００８】
図１７に示すように、位相分布は、中央付近に段差のある特性となる。＋１番から＋６番までのアンテナ素子での電波の位相は等しく、各位相の値を結ぶと、凹凸のない平らな分布になっている。−１番から−６番までのアンテナ素子での電波の位相も、番号がプラス側と同様に、平らな分布になっている。位相分布は、０番のアンテナ素子を原点とする奇関数特性を示している。
【０００９】
なお、図１７では、位相分布の平らな部分が水平の場合を示したが、傾斜をもっていてもよい。ただし、傾斜の角度はアンテナ素子のプラス側とマイナス側とで同じになる。この場合でも位相分布は奇関数特性を示す。
【００１０】
次に、アンテナ装置から送出された電波が合成されたときの放射パターンについて説明する。
【００１１】
図１８は図１７に示した特性の電波についての放射パターンの一例を示すグラフである。グラフの縦軸は利得を示し、横軸はアンテナ素子１２０の水平方向を９０度としたときの角度を示す。図１６に示すように、アンテナ素子１２０より天空側がグラフ横軸の９０度から０度の範囲であり、アンテナ素子１２０より大地側がグラフ横軸の９０度から１８０度の範囲である。
【００１２】
図１８の実線は図１７に示した特性を有するアンテナによる放射パターンを示し、破線は理想の特性を示している。理想的な放射パターンはコセカント二乗カーブとなる。図１７に示した振幅分布および位相分布の電波による放射パターンはヌルフィルビームを形成している。ヌルフィルビームを形成するアンテナの構成や振幅分布および位相分布については、例えば、特許文献１に開示されている。
【００１３】
一方、放射パターンを理想に近づける方法の一例が非特許文献１に開示されている。
【特許文献１】特開２００６−１９７５３０号公報
【非特許文献１】安達三郎、「電磁波工学」、コロナ社、昭和５８年、ｐ１１７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
図１８に示すように、実際の放射パターンは理想に対して誤差（リップル）が大きい。図１７に示した振幅分布および位相分布のアンテナでは、理想的な放射パターンからの実際のずれによって電波伝搬特性が変動し、基地局エリアにおける通信品質が劣化してしまうという問題があった。この問題は、特許文献１に開示されたヌルフィルアンテナについても同様である。
【００１５】
一般的に、有限な数のアンテナ素子を有するアレイアンテナで理想の放射パターンを実現しようとすると、アンテナ素子の数が多いほど理想パターンとの誤差が小さくなり理想の特性に近くなる。その反対に、アンテナ素子の数が少ないほど、理想パターンとの誤差が大きくなる。理想の放射パターンがヌルフィルビームであっても同様である。
【００１６】
放射パターンについて理想のパターンとの誤差を小さくするには、アンテナ素子の数をできるだけ多くする必要があるが、アンテナ素子の数を多くするほどアンテナ全体が大きくなってしまうという別の問題が発生する。
【００１７】
また、非特許文献１に開示された方法では、アンテナ素子の数が多い、アンテナ素子の間隔が一定ではない、などの制約があり、設計上の自由度に制限があるという問題があった。
【００１８】
本発明は上述したような技術が有する問題点を解決するためになされたものであり、アンテナ素子の数を増やさずに、放射パターンの特性を改善したアンテナ装置、給電回路および電波送受信方法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】
【００１９】
上記目的を達成するための本発明のアンテナ装置は、
アレイ状に並んで配置され、信号を送信または受信する複数のアンテナ素子と、
受信した信号を、前記複数のアンテナ素子の配置の中心を対称点とした偶関数で表される振幅分布を有し、該複数のアンテナ素子の配置の中心を対称点とした奇関数で表される第１の位相分布を有する信号に分配または合成する分配合成手段と、
前記複数のアンテナ素子の配置の中心を対称点とした偶関数で表される第２の位相分布を有する位相を前記信号に付加または前記信号から除去する位相付加除去手段と、
を備えた構成である。
【００２０】
また、上記目的を達成するための本発明の給電回路は、アレイ状に並んで配置された複数のアンテナ素子に接続された給電回路であって、
受信した信号を、前記複数のアンテナ素子の配置の中心を対称点とした偶関数で表される振幅分布を有し、該複数のアンテナ素子の配置の中心を対称点とした奇関数で表される第１の位相分布を有する信号に分配または合成する分配合成回路と、
前記複数のアンテナ素子の配置の中心を対称点とした偶関数で表される第２の位相分布を有する位相を前記信号に付加または前記信号から除去する位相回路と、
を備えた構成である。
【００２１】
また、上記目的を達成するための本発明の電波送受信方法は、
受信した信号を、信号分布の中心に対称点がある偶関数で表される振幅分布を有し、該信号分布の中心に対称点がある奇関数で表される第１の位相分布を有する信号に分配し、
前記信号に前記信号分布の中心に対称点がある偶関数で表される第２の位相分布を有する位相を付加し、
前記位相が付加された信号を送信するものである。
【００２２】
さらに、本発明の電波送受信方法は、
信号分布の中心に対称点がある偶関数で表される振幅分布を有し、該信号分布の中心に対称点がある奇関数で表される第１の位相分布と前記信号分布の中心に対称点がある偶関数で表される第２の位相分布が合成された信号を受信し、
前記信号から前記前記第２の位相分布を有する位相を除去し、
前記第１の位相分布を有する信号を合成するものである。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、アンテナ素子の数を増やさずに、理想により近い放射パターンが得られ、放射パターンの特性を向上できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
（第１の実施形態）
本実施形態のアンテナ装置の構成を説明する。図１は本実施形態のアンテナ装置の一構成例を示すブロック図である。
【００２５】
本実施形態のアンテナ装置は、図に示さない基地局装置に設けられている。アンテナ装置は、複数のアンテナ素子２０と、給電回路１０とを有する構成である。給電回路１０は、分配合成回路１２および位相回路１４−１を有する。
【００２６】
複数のアンテナ素子２０は並んで配置されている。アンテナ素子の形状は、例えば、パッチアンテナやダイポールアンテナなどである。本実施形態においては、アンテナ素子の形状は一般的に知られているものであるため、図に示すことを省略する。
【００２７】
分配合成回路１２は１つの入力ポートと複数の出力ポートを有している。入力ポートは図に示さない基地局の本体に接続されている。複数の出力ポートは位相回路１４−１に接続されている。
【００２８】
分配合成回路１２は、通常の給電回路として機能する。分配合成回路１２は、基地局の本体（不図示）から放射対象の信号を受信すると、ヌルフィルビームを形成するためのベースとなる所定の振幅分布および位相分布の電波に信号を分配する。所定の振幅分布および位相分布の一例は図１７に示した分布である。分配合成回路１２の構成は、例えば、プリント基板上に形成されたマイクロストリップ線路である。
【００２９】
位相回路１４−１はアンテナ素子２０と分配合成回路１２の間に設けられている。図２は位相回路の一構成例を示す図である。
【００３０】
図２に示すように、位相回路１４−１は、アンテナ素子２０に対応してマイクロストリップ線路などの伝送線路１４１ａ〜１４１ｄがプリント基板に設けられた構成である。図２に示す伝送線路１４１ｂおよび伝送線路１４１ｃの間と、伝送線路１４１ｃおよび伝送線路１４１ｄの間のそれぞれにも、伝送線路が設けられているがそれらを図に示すことを省略している。
【００３１】
本実施形態では、並んだ複数のアンテナ素子２０のうち中心の素子に伝送線路１４１ａが接続される。他の伝送線路１４１ｂ〜１４１ｄの長さは中心の伝送線路１４１ａに対して線対称になるように調整されている。また、中心の伝送線路１４１ａから離れるほど位相が遅れるように伝送線路１４１ｂ〜１４１ｄの長さが調整されている。伝送線路１４１ａ〜１４１ｄのそれぞれの長さは、分配合成回路１２から入力される電波の位相が所定の位相に変換されるように調整されている。位相回路１４−１は、分配合成回路１２から受け取る電波に対して所定の位相分布を付加する。位相回路１４−１が電波に付加する位相分布の詳細については後述する。
【００３２】
なお、説明のために、位相回路１４−１が分配合成回路１２から受け取る電波の位相特性を変換するとしているが、分配合成回路１２が位相回路１４−１の構成を含んでいてもよい。
【００３３】
次に、本実施形態のアンテナ装置の各アンテナ素子から送出される電波の特性を説明する。
【００３４】
図３は本実施形態のアンテナ装置の各アンテナ素子における振幅分布および位相分布を示すグラフである。ここでは、アンテナ素子の数を１３としている。横軸はアンテナ素子の位置を示す番号である。アンテナ素子の位置は、図１７で説明したのと同様であるため、詳細な説明を省略する。縦軸は、左側が振幅を示し、右側が位相を示す。位相の符号は正が進み位相、負が遅れ位相を示す。素子番号０番のアンテナ素子２０は、振幅分布および位相分布の基準として、それぞれ０の値になっている。
【００３５】
図３に示すように、振幅分布は、中心となる０番のアンテナ素子で最大となり、アンテナ素子の番号の絶対値が大きくなるほど値が小さくなっている。振幅分布は、０番のアンテナ素子を中心軸にした偶関数特性を示している。
【００３６】
本実施形態の電波における位相分布は、＋１番のアンテナ素子から＋６番のアンテナ素子にかけて一定の傾きの直線になっている。また、−１番のアンテナ素子から−６番のアンテナ素子にかけて一定の傾きの直線になっている。アンテナ素子の番号でプラス側の直線とマイナス側の直線の傾きは符号が異なるが、傾きの絶対値の大きさは同等である。
【００３７】
次に、図３に示した位相分布の形成方法を説明する。
【００３８】
図４は本実施形態における位相合成方法を説明するための図である。横軸はアンテナ素子の位置を示し、縦軸は位相を示す。アンテナ素子の位置については、図１７で説明したのと同様である。
【００３９】
分配合成回路１２が生成する電波の位相分布を第１の位相分布とし、第１の位相分布に位相回路１４−１が付加する位相分布を第２の位相分布とする。図４に、第１の位相分布と、第２の位相分布と、これら２つの位相分布を合成した位相分布である合成位相分布を示す。
【００４０】
図４に示す第１の位相分布は、図１７に示した位相分布と同様である。中央付近に段差があり、＋１番から＋６番までのアンテナ素子での電波の位相は平らな分布になっている。−１番から−６番までのアンテナ素子での電波の位相についても平らな分布になっている。位相分布は、０番のアンテナ素子を原点とする奇関数特性を示している。また、図１７で説明したのと同様に、位相分布の平らな部分は傾斜をもっていてもよい。
【００４１】
第２の位相分布は、図４に示すように、０番のアンテナ素子を中心にしてアンテナ素子のプラス側とマイナス側のそれぞれに一定の傾きの直線が中心で接続された山型形状である。中心のアンテナ素子から離れるほど位相が遅れている。プラス側の直線とマイナス側の直線は、一次関数で表され、傾きの符号が異なるが、絶対値は同等である。そのため、第２の位相分布は、０番のアンテナ素子２０を通る垂直軸を中心線とする偶関数特性を示す。
【００４２】
合成位相分布は、図３で説明したのと同様に、＋１番のアンテナ素子から＋６番のアンテナ素子にかけて一定の傾きの直線になっている。また、−１番のアンテナ素子から−６番のアンテナ素子にかけて一定の傾きの直線になっている。プラス側の直線とマイナス側の直線の傾きは符号が異なるが、傾きの絶対値の大きさは同等である。
【００４３】
次に、本実施形態のアンテナ装置による放射パターンを説明する。
【００４４】
図５は本実施形態のアンテナ装置による放射パターンを示すグラフである。グラフの縦軸は利得を示す。グラフの横軸は、アンテナ素子の水平方向を９０度としたときの角度を示す。アンテナ素子の中央（９０度）からグラフの左側は天空側を示し、グラフの右側は大地側を示す。横軸のとり方は、図１７で説明したのと同様であるため、詳細な説明を省略する。実線で示す放射パターンは、１３個のアンテナ素子２０を約０．７λ（λは放射対象の電波の波長）間隔で地面に対して垂直方向に配置した場合である。破線は理想曲線（コセカント二乗カーブ）である。
【００４５】
アンテナ素子２０よりも天空側での電波は衛星との電波干渉の原因となるため、放射パターンの利得はなるべく低い方がよいとされている。そのため、図５に示すように、アンテナ素子２０の天空側の放射パターンの利得は、−２０ｄＢより小さく、角度に依存せずほぼ一定である。
【００４６】
一方、アンテナ素子２０の大地側は、カバレッジ内の基地局と端末局との距離によらず伝搬特性を良好にするため、コセカント二乗特性などのヌルフィルビームがよいとされている。本実施形態のアンテナ装置においては、図５に示すように、アンテナ素子２０の大地側では、理想的な放射パターンによく一致したヌルフィルビーム特性を示している。
【００４７】
図６は図５に示した放射パターンと理想曲線（コセカント二乗カーブ）との誤差を示すグラフである。縦軸は誤差の標準偏差を示し、横軸は第２の位相分布における、位相の最大値と最小値の差を示す。図６のグラフからリップル低減の効果を考えると、第２の位相分布の最大値と最小値の差は、約３０度〜約１１０度が好ましく、約７０度で最適な効果を発揮することがわかる。
【００４８】
なお、第２の位相分布は図４に示した場合に限らない。図７は第２の位相分布の別の例を示す図である。図７（ａ）は、一次関数の傾きを図４に示したものよりも大きくしたものである。図７（ｂ）は、位相分布が放物線（二次関数）のような形状であり、中心から端にかけて隣同士の位相の変化が順次大きくなっている。図７（ｃ）は図７（ｂ）とは反対に中心から端にかけて隣同士の位相の変化が順次小さくなっている。いずれの位相分布も、中心から離れるほど位相が遅れている。
【００４９】
次に、本実施形態のアンテナ装置の動作を説明する。基地局から端末局に信号を送信する場合の動作を信号の流れに沿って説明する。
【００５０】
図１において給電回路１０内の分配合成回路１２の入力ポートに基地局本体（不図示）から信号が入力される。分配合成回路１２は、複数のアンテナ素子２０の配置に対して図３に示した振幅分布および図４に示した第１の位相分布の電波を生成し、生成した電波に信号を分配して位相回路１４−１に送出する。
【００５１】
位相回路１４−１は、分配合成回路１２から受け取った電波に対して、複数のアンテナ素子２０の配置に対応する図４に示した第１の位相分布に第２の位相分布を付加して複数のアンテナ素子２０に送出する。これにより、図４に示した合成移相分布の電波が複数のアンテナ素子２０の配置に対応してそれぞれのアンテナ素子２０に入力され、アンテナ素子２０から放射される。アンテナ素子２０から放射された電波は遠方で合成され、図５に示した放射パターンを形成する。
【００５２】
次に、図４に示した三角形状の第２の位相分布を付加することによって誤差が小さくなる理由を説明する。
【００５３】
一般的に、位相分布が直線状の特性（傾斜していてもよい）である場合、アンテナ装置から遠方における電波の合成電界は周期的にプラス側に強め合ったり、マイナス側に強め合ったりするため、放射パターンは変動（リップル）を有する特性を示す。これに対して、位相分布が図４に示した第２の位相分布のように三角形状の位相分布である場合、次のようになる。図４において、第１の位相分布に第２の位相分布を加算することにより、中心より左側の位相分布により形成される放射パターンの変動特性と、中心より右側の位相分布により形成される放射パターンの変動特性とが、互いに打ち消しあう（相殺する）。従って、放射パターンの変動特性（リップル特性）が小さくなり、より理想に近い放射パターンが得られる。
【００５４】
なお、本実施形態においては、基地局から端末局に信号を送信する場合を説明したが、端末局から基地局が信号を受信する場合の動作は、送信の場合の信号の流れが逆になることを除いて同様であるため、その詳細な説明を省略する。位相回路１４−１は、分配合成回路１２から受け取る信号に第２の位相分布を付加し、アンテナ素子２０を介して信号を受信する際はその信号から第２の位相分布を除去することから、本発明の位相付加除去手段の一構成例に相当する。
【００５５】
本実施形態により、次のような効果を得ることができる。
【００５６】
特許文献１のアンテナ装置に比べて、理想の放射パターンに対する変動が少ない。特許文献１のアンテナ装置に比べて、基地局からの距離に関わらず均一な電波伝搬環境が得られ、良好な通信品質を端末局に提供できる。
【００５７】
（第２の実施形態）
第１の実施形態では、付加する位相分布の形状が山型であったが、本実施形態は、付加する位相分布の形状が谷型である。なお、本実施形態のアンテナ装置の構成は、位相回路の構成を除いて第１の実施形態と同様であるため、その詳細な説明を省略し、第１の実施形態と異なる部分について詳細に説明する。
【００５８】
本実施形態における位相回路の構成を説明する。本実施形態では、第１の実施形態における位相回路１４−１が、以下に説明する位相回路１４−２に置き換わる。
【００５９】
図８は位相回路の一構成例を示す図である。図８に示すように、位相回路１４−２は、アンテナ素子２０に対応して伝送線路１４３ａ〜１４３ｄが設けられた構成である。図２と同様に、一部の伝送線路を図に示すことを省略している。
【００６０】
本実施形態では、並んだ複数のアンテナ素子２０のうち中心の素子に伝送線路１４３ａが接続される。他の伝送線路１４３ｂ〜１４３ｄの長さは中心の伝送線路１４３ａに対して線対称になるように調整されている。また、中心の伝送線路１４３ａから離れるほど位相が進むように伝送線路１４３ｂ〜１４３ｄの長さが調整されている。伝送線路１４３ａ〜１４３ｄのそれぞれの長さは、分配合成回路１２から入力される電波の位相が所定の位相に変換されるように調整されている。
【００６１】
図９は本実施形態のアンテナ装置の振幅分布および位相分布の一例を示すグラフである。図３で説明したのと同様に、グラフの横軸はアンテナ素子の位置を示し、グラフの縦軸の左側は振幅を示し、右側は位相を示す。位相の符号は正が進み位相、負が遅れ位相を示す。振幅分布および位相分布は、０番の位置のアンテナ素子を基準にして示されている。
【００６２】
本実施形態の電波における位相分布は、＋１番のアンテナ素子から＋６番のアンテナ素子にかけて一定の傾きの直線になっている。また、−１番のアンテナ素子から−６番のアンテナ素子にかけて一定の傾きの直線になっている。アンテナ素子の番号でプラス側の直線とマイナス側の直線の傾きは符号が異なるが、傾きの絶対値の大きさは同等である。第１の実施形態の図３と比較すると、直線の傾きがプラス側とマイナス側とで入れ替わった分布になっている。
【００６３】
図１０は本実施形態における位相合成方法を説明するための図である。図４と同様に、横軸はアンテナ素子の位置を示し、縦軸は位相を示す。
【００６４】
第１の実施形態と同様に、分配合成回路１２が生成する電波の位相分布を第１の位相分布とし、第１の位相分布に位相回路１４−２が付加する位相分布を第２の位相分布とし、これら２つの位相分布を合成した位相分布を合成位相分布とする。
【００６５】
第２の位相分布は、図１０に示すように、０番のアンテナ素子を中心にしてアンテナ素子のプラス側とマイナス側のそれぞれに一定の傾きの直線が中心で接続された谷型形状である。第１の実施形態における第２の位相分布が山型であるのに対し、本実施形態における第２の位相分布は谷型である。中心のアンテナ素子から離れるほど位相が進んでいる。プラス側の直線とマイナス側の直線は、一次関数で表され、傾きの符号が異なるが、絶対値は同等である。そのため、第２の位相分布は、０番のアンテナ素子２０を通る垂直軸を中心線とする偶関数特性を示す。
【００６６】
第１の位相分布は図４で説明した位相分布と同様である。第１の位相分布と第２の位相分布を合成すると、図１０に示す合成位相分布になる。この分布は図９に示した位相分布に相当する。
【００６７】
図１１は本実施形態のアンテナ装置の放射パターンを示すグラフである。実線で示す放射パターンは、本実施形態のアンテナ装置において、１３個のアンテナ素子２０を約０．７λ間隔で地面に対して垂直方向に配置した場合である。破線は理想曲線（コセカント二乗カーブ）である。図１１に示すように、第２の位相分布が谷型であっても、第１の実施形態と同様に、より理想に近い放射パターンが得られる。
【００６８】
なお、第２の位相分布における、位相の最大値と最小値の差の最適な値は、第１の実施形態で説明したのと同様であるため、ここでは詳細な説明を省略する。
【００６９】
また、第２の位相分布は図１０に示した場合に限らない。図１２は第２の位相分布の別の例を示す図である。図１２（ａ）は、一次関数の傾きを図１０に示したものよりも大きくしたものである。図１２（ｂ）は、位相分布が放物線を上下逆にしたような形状であり、中心から端にかけて隣同士の位相の変化が順次大きくなっている。図１２（ｃ）は図１２（ｂ）とは反対に中心から端にかけて隣同士の位相の変化が順次小さくなっている。いずれの位相分布も、中心から離れるほど位相が進んでいる。
【００７０】
本実施形態においても、第１の実施形態と同様な効果が得られる。第２の位相分布を形成するための位相回路を設計する際、本実施形態も実施可能であることから、設計の自由度が増す。
【００７１】
（第３の実施形態）
第１および第２の実施形態において位相回路１４−１、１４−２が形成する位相分布を、本実施形態のように可変にしてもよい。なお、本実施形態のアンテナ装置の構成は、位相回路の構成を除いて第１の実施形態と同様であるため、その詳細な説明を省略し、第１の実施形態と異なる部分について詳細に説明する。
【００７２】
図１３は本実施形態における位相回路の一構成例を示すブロック図である。
【００７３】
図１３に示すように、位相回路１４−３は、複数のアンテナ素子２０のそれぞれに対応して設けられた可変移相器１４５と、各可変移相器１４５の位相を調整するための位相制御回路１４７とを有する。
【００７４】
アレイアンテナでは、アンテナの利得を大きくしようとすると放射パターンのリップルが大きくなり、その反対にリップルを小さくしようとするとアンテナの利得が小さくなってしまう。このように、アンテナの利得と放射パターンのリップルはトレードオフの関係にある。利得を大きくすることとリップルを小さくすることのいずれを優先するかの目的に応じて、図１３に示す位相回路１４−３を用いて、各可変位相器１４５の位相を調整することが可能となる。
【００７５】
次に、第１および第２の実施形態のアンテナ装置のそれぞれと、図１７に示した分布のアンテナ装置でアンテナ素子を増やした場合の装置と特性を比較してみる。
【００７６】
図１４は比較例となるアンテナ装置の振幅分布および位相分布を示すグラフである。比較例のアンテナ装置では、アンテナ素子の間隔を約０．７λとした。また、図１４に示すように、アンテナ素子の数を２５とした。
【００７７】
図１５は図１４に示した分布の電波による放射パターンを示すグラフである。実線は比較例の放射パターンを示し、破線は理想曲線（コセカント二乗カーブ）を示す。図１５に示すように、放射パターンは図１７の分布の場合に比べてより理想曲線に近く、図５および図１１と同等である。この比較結果から、本実施形態のアンテナ装置は、アンテナ素子の数を約２倍にした図１４のアンテナ装置と同等の放射パターンを得られることがわかる。
【００７８】
上述したように、本実施形態のアンテナ装置は、特許文献１のアンテナ装置に比べ、アンテナ素子の数を増やさず、アンテナ全体の構成を大きくすることなく、放射パターンの特性を向上できる。アンテナ装置の構成を大きくする必要がないので、省スペースでの設置が可能となり、製造コストの増大も抑えられる。
【００７９】
なお、上述の実施形態では、アンテナ素子の数が１３の場合で説明したが、アンテナ素子の数は少なくとも８以上あればよく、最大数は関連する他のアンテナ装置の場合と同等、または、それより少なくてもよい。また、アンテナ素子間の距離は０．５〜１λの範囲であればよい。さらに、本発明はアレイアンテナ全般に適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】第１の実施形態のアンテナ装置の一構成例を示すブロック図である。
【図２】第１の実施形態における位相回路の一構成例を示す図である。
【図３】第１の実施形態の振幅分布および位相分布の一例を示すグラフである。
【図４】第１の実施形態における位相合成方法を説明するための図である。
【図５】第１の実施形態のアンテナ装置による放射パターンを示すグラフである。
【図６】図５に示した放射パターンと理想曲線との誤差を示すグラフである。
【図７】第１の実施形態における第２の位相分布の別の例を示す図である。
【図８】第２の実施形態における位相回路の一構成例を示す図である。
【図９】第２の実施形態の振幅分布および位相分布の一例を示すグラフである。
【図１０】第２の実施形態における位相合成方法を説明するための図である。
【図１１】第２の実施形態のアンテナ装置による放射パターンを示すグラフである。
【図１２】第２の実施形態における第２の位相分布の別の例を示す図である。
【図１３】第１または第２の実施形態における位相回路の他の構成例を示すブロック図である。
【図１４】比較例となるアンテナ装置の振幅分布および位相分布を示すグラフである。
【図１５】図１４に示した分布の電波による放射パターンを示すグラフである。
【図１６】関連するアンテナ装置の一構成例を示す透視図である。
【図１７】関連するアンテナ装置の振幅分布および位相分布の一例を示すグラフである。
【図１８】図１７に示した特性の電波についての放射パターンを示すグラフである。
【符号の説明】
【００８１】
１２    分配合成回路
１４−１、１４−２、１４−３    位相回路
２０    アンテナ素子
【図１】
0004424521.tif 000002
【図２】
0004424521.tif 000003
【図３】
0004424521.tif 000004
【図４】
0004424521.tif 000005
【図５】
0004424521.tif 000006
【図６】
0004424521.tif 000007
【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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