(57)【要約】【課題】導波管等の導波路を伝搬する電磁波をマイクロストリップ線路等の平面線路へと導く線路変換器を適用したアンテナにおいて、放射される電磁波の影響を回避することを目的とする。【解決手段】スロット２４は、線路導体Ｗ１と接地導体板２６とを含んで構成されるマイクロストリップ線路へと電磁波を導くと共に、空間へ電磁波を放射する。マイクロストリップ線路へと導かれた電磁波によって、パッチ状導体Ｗ１〜Ｗｎと接地導体板２６とを含んで構成される共振部ＰＡ１〜ＰＡｎからは電磁波が放射される。スロット２４を上側面Ｓｅ１に投影した部分のパッチ状導体Ｐ１側の長辺から、パッチ状導体Ｐ１の線路導体Ｗ１が接続される辺までの線路導体Ｗ１の長さ、および線路導体Ｗ１〜Ｗｎは、アレイアンテナ１の電磁波の最大放射方向が、上側面Ｓｅ１の法線方向と一致するよう決定することが好適である。【選択図】図１
2007318348.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁波を放射する放射穴が設けられた接地導体と、
前記接地導体の上側に設けられた誘電体層と、
前記誘電体層の上側の表面上に設けられたパッチ状導体と、
前記放射穴を前記誘電体層の上側の表面上へ投影した部分である投影部に重なるよう前記誘電体層の上側の表面上に設けられ、前記パッチ状導体に接続された線状導体と、
を備え、
前記放射穴から放射された電磁波を前記線状導体と前記接地導体とを含んで構成されるマイクロストリップ線路へと導き、
前記マイクロストリップ線路へと導かれた電磁波を主電磁波として空間へ放射するアンテナ装置であって、
前記線状導体のうち前記投影部と重なる部分の前記パッチ状導体側の端から、前記線状導体が前記パッチ状導体に接続される端までの前記線状導体の長さを、前記放射穴から空間へと放射される電磁波と前記主電磁波とが、前記誘電体層の上側の表面の法線方向で強度を強め合って合成されるように決定したことを特徴とするアンテナ装置。
【請求項２】
請求項１に記載のアンテナ装置であって、
前記線状導体のうち前記投影部と重なる部分の前記パッチ状導体側の端から、前記線状導体が前記パッチ状導体に接続される端までの前記線状導体の長さを、前記マイクロストリップ線路を伝搬する電磁波の波長の半分の長さとしたことを特徴とするアンテナ装置。
【請求項３】
請求項１に記載のアンテナ装置であって、
前記線状導体の両端に接続される２つの前記パッチ状導体を含み、
両端に前記パッチ状導体が接続された前記線状導体の長さを、
前記マイクロストリップ線路を伝搬する電磁波の波長の１波長の長さとしたことを特徴とするアンテナ装置。
【請求項４】
平面状に請求項１または請求項３に記載のアンテナ装置を複数配列したアンテナシステムであって、
複数の前記アンテナ装置が共有する平行平板線路を備え、
前記接地導体は平面形状であり、
前記平行平板線路は、前記誘電体層とは反対側の前記接地導体の表面に、前記放射穴を挟んで平行に設けられた１対の導体平面によって形成され、
前記平行平板線路によって前記放射穴に電磁波を入射することを特徴とするアンテナシステム。
【請求項５】
円筒状部材の外部表面に請求項１または請求項３に記載のアンテナ装置を複数設けたアンテナシステムであって、
前記円筒状部材の円筒形状をなす空間に複数の前記アンテナ装置が共有する空胴導体を備え、
前記空胴導体によって前記放射穴に電磁波を入射することを特徴とするアンテナシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロストリップ線路によって給電されるアンテナ装置およびアンテナシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
導波管を伝搬する電磁波をマイクロストリップ線路へと導く、導波管マイクロストリップ線路変換器が広く用いられる。図９は、導波管マイクロストリップ線路変換器の構成を示す。マイクロストリップ線路変換器は、導波管１０、スロット１２を有する接地導体板１４、その上側に設けられた誘電体板１６、誘電体板１６の上側の表面に設けられた線路導体１８を備えて構成される。導波管１０は、その断面がスロット１２と重なるよう接地導体板１４に取り付けられる。線路導体１８は、スロット１２を誘電体板１６の上側の表面に投影した部分と重なるように配置される。線路導体１８、誘電体板１６、および接地導体板１４は、マイクロストリップ線路２０を構成する。
【０００３】
導波管１０より導かれた電磁波は、接地導体板１４に到達するとスロット１２を介して線路導体１８を取り囲む磁界Ｈを発生させる。磁界Ｈによって、マイクロストリップ線路２０にはスロット１２から離れる方向に伝搬する電磁波が発生する。このようにして、導波管１０から入射された電磁波はスロット１２を介してマイクロストリップ線路２０へと導かれる。
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−１２６１１４号公報
【特許文献２】特開平１１−３１２９０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
導波管１０より導かれた電磁波は、そのすべてがマイクロストリップ線路２０に導かれるのではなく、一部はスロット１２から空間に放射される。これによって、例えば、マイクロストリップ線路２０にパッチアンテナを接続しその給電を行う場合には、パッチアンテナから放射される電磁波がスロット１２から放射される電磁波から干渉を受け、パッチアンテナの放射指向特性が劣化するという問題が生じる。
【０００６】
本発明は、このような課題に対してなされたものである。すなわち、導波管等の導波路を伝搬する電磁波をマイクロストリップ線路等の平面線路へと導く線路変換器を適用したアンテナにおいて、放射される電磁波の影響を回避することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、電磁波を放射する放射穴が設けられた接地導体と、前記接地導体の上側に設けられた誘電体層と、前記誘電体層の上側の表面上に設けられたパッチ状導体と、前記放射穴を前記誘電体層の上側の表面上へ投影した部分である投影部に重なるよう前記誘電体層の上側の表面上に設けられ、前記パッチ状導体に接続された線状導体と、を備え、前記放射穴から放射された電磁波を前記線状導体と前記接地導体とを含んで構成されるマイクロストリップ線路へと導き、前記マイクロストリップ線路へと導かれた電磁波を主電磁波として空間へ放射するアンテナ装置であって、前記線状導体のうち前記投影部と重なる部分の前記パッチ状導体側の端から、前記線状導体が前記パッチ状導体に接続される端までの前記線状導体の長さを、前記放射穴から空間へと放射される電磁波と前記主電磁波とが、前記誘電体層の上側の表面の法線方向で強度を強め合って合成されるように決定したことを特徴とする。
【０００８】
また、本発明に係るアンテナ装置においては、前記線状導体のうち前記投影部と重なる部分の前記パッチ状導体側の端から、前記線状導体が前記パッチ状導体に接続される端までの前記線状導体の長さを、前記マイクロストリップ線路を伝搬する電磁波の波長の半分の長さとすることが好適である。
【０００９】
また、本発明に係るアンテナ装置においては、前記線状導体の両端に接続される２つの前記パッチ状導体を含み、両端に前記パッチ状導体が接続された前記線状導体の長さを、前記マイクロストリップ線路を伝搬する電磁波の波長の１波長の長さすることが好適である。
【００１０】
また、平面状に本発明に係るアンテナ装置を複数配列したアンテナシステムにおいては、複数の前記アンテナ装置が共有する平行平板線路を備え、前記接地導体は平面形状であり、前記平行平板線路は、前記誘電体層とは反対側の前記接地導体の表面に、前記放射穴を挟んで平行に設けられた１対の導体平面によって形成され、前記平行平板線路によって前記放射穴に電磁波を入射する構成とすることが好適である。
【００１１】
また、円筒状部材の外部表面に本発明に係るアンテナ装置を複数設けたアンテナシステムにおいては、前記円筒状部材の円筒形状をなす空間に複数の前記アンテナ装置が共有する空胴導体を備え、前記空胴導体によって前記放射穴に電磁波を入射する構成とすることが好適である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、放射穴から空間へ放射される電磁波による放射指向特性の劣化を低減したアンテナ装置およびアンテナシステムを実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１は本発明の実施形態に係るアレイアンテナ１の斜視図を示す。また、図２（ａ）は図１の一点鎖線で描かれた直線Ａ１Ａ２を含む面での断面図を示し、図２（ｂ）は図１の一点鎖線で描かれた直線Ｂ１Ｂ２を含む面での断面図を示す。アレイアンテナ１は、導波管２２、スロット２４が設けられた接地導体板２６、誘電体板２８、パッチ状導体Ｐ１〜Ｐｎ（ｎは１以上の任意の整数）、線路導体Ｗ１〜Ｗｎ、スルーホールＴＨを備えて構成される。
【００１４】
スロット２４は、接地導体板２６に設けられた長方形の穴によって構成される。スロット２４を長方形ではなく、長方形以外の多角形、円形等の穴によって構成することも可能である。導波管２２には矩形導波管を適用することが好適である。導波管２２は、その伝搬軸方向に垂直な断面がスロット２４と重なるよう接地導体板２６の下側面Ｓｃ２に取り付けられる。その際、導波管２２は、その伝搬軸方向に垂直な断面の長辺がスロット２４の長手方向と平行になるよう接地導体板２６に取り付けられることが好ましい。スロット２４の長さおよび幅は、導波管２２からアレイアンテナ１側をみた反射係数が最小となるよう決定されることが好適である。
【００１５】
誘電体板２８は、接地導体板２６の上側面Ｓｃ１に設けられる。誘電体板２８は、テフロン（登録商標）、ジュンフロン（登録商標）、デュロイド（登録商標）等、損失の小さいものが好ましい。線路導体Ｗ１は、スロット２４を誘電体板２８の上側面Ｓｅ１へ投影した面と交差するよう、上側面Ｓｅ１上に設けられる。すなわち、線路導体Ｗ１は、その長手方向がスロット２４の長手方向と垂直となるように設けることが好ましい。
【００１６】
パッチ状導体Ｐ１〜Ｐｎおよび線路導体Ｗ２〜Ｗｎは、誘電体板２８の上側面Ｓｅ１に設けられる。パッチ状導体Ｐ１〜Ｐｎは、それぞれを長方形で構成し直線状に配列することが好適である。パッチ状導体Ｐ１〜Ｐｎを長方形でなく、長方形以外の多角形、円形等で構成することも可能である。パッチ状導体Ｐ１は線路導体Ｗ１に接続される。また、ｎを２以上とした場合、互いに隣接するパッチ状導体ＰｉおよびＰｉ＋１は（ｉは１からｎ−１までの任意の整数）、線路導体Ｗｉ＋１を介して接続される。
【００１７】
パッチ状導体Ｐ１〜Ｐｎの直線Ｂ１Ｂ２に平行な辺の長さは、それぞれ線路導体Ｗ１〜Ｗｎの幅よりも大きいものとする。パッチ状導体Ｐ１〜Ｐｎは接地導体板２６および誘電体板２８と共に、それぞれ共振部ＰＡ１〜ＰＡｎを構成する。パッチ状導体Ｐｉの辺の長さは、アレイアンテナ１が放射する電磁波の周波数と共振部ＰＡ１〜ＰＡｎの共振周波数とが一致するよう決定することが好ましい。
【００１８】
線路導体Ｗ１〜Ｗｎは、接地導体板２６および誘電体板２８と共にそれぞれマイクロストリップ線路Ｍ１〜Ｍｎを構成する。線路導体Ｗ１〜Ｗｎの幅および長さは、アレイアンテナ１の電磁波の最大放射方向が、上側面Ｓｅ１の法線方向と一致するよう、および導波管２２からアレイアンテナ１側をみた反射係数が最小となるよう決定することが好適である。具体的には、スロット２４を上側面Ｓｅ１に投影した部分のパッチ状導体Ｐ１側の長辺から、パッチ状導体Ｐ１の線路導体Ｗ１が接続される辺までの線路導体Ｗ１の長さを、マイクロストリップ線路Ｍ１を伝搬する電磁波の波長λの約半分とすることが好適である。また、線路導体Ｗｊ（ｊは２からｎまでの任意の整数）の長さは、マイクロストリップ線路Ｍｊを伝搬する電磁波の波長λの約半分とすることが好適である。なお、マイクロストリップ線路Ｍ１〜Ｍｎを伝搬する電磁波の波長λは、線路導体Ｗ１〜Ｗｎの幅、誘電体板２８の比誘電率、誘電体板２８の厚さ等によって定まる。
【００１９】
線路導体Ｗ１のパッチ状導体Ｐ１に接続される端とは反対側の端は、スルーホールＴＨを介して接地導体板２６に接続される。スロット２４を上側面Ｓｅ１に投影した部分のスルーホールＴＨ側の長辺からスルーホールＴＨの中心軸までの長さは、マイクロストリップ線路Ｍ１を伝搬する電磁波の波長λの約４分の１とすることが好適である。
【００２０】
導波管２２には、図２（ａ）の描画面と平行であり伝搬方向に垂直な電界成分を有する電磁波Ｆ０が伝搬する。なお、本願の図面においては、電磁波をその伝搬方向を表す矢印を以て表すものとする。導波管２２によって導かれた電磁波Ｆ０が、接地導体板２６に設けられたスロット２４に到達すると、マイクロストリップ線路Ｍ１には電磁波Ｆ１が励振される。また、それと共に電磁波Ｒ０が空間に放射される。スロット２４のスルーホールＴＨ側の長辺を含む断面からスルーホールＴＨ側をみた、線路導体Ｗ１と接地導体板２６との間のインピーダンスは開放値となるため、電磁波Ｆ１は、スロット投影部分から共振部ＰＡ１の方向へと導かれる。
【００２１】
電磁波Ｆ１はマイクロストリップ線路Ｍ１を伝搬し、共振部ＰＡ１に導かれる。これによって、共振部ＰＡ１のパッチ状導体Ｐ１と接地導体板２６との間には、パッチ状導体Ｐ１の線路導体Ｗ１が接続される辺を含むマイクロストリップ線路Ｍ１の伝搬軸と垂直な面（以下、入力面とし、共振部ＰＡ２〜ＰＡｎについても同様にして入力面を定義する。）と、パッチ状導体Ｐ１の線路導体Ｗ２が接続される辺を含むマイクロストリップ線路Ｍ２の伝搬軸と垂直な面（以下、出力面とし、共振部ＰＡ２〜ＰＡｎ−１についても同様にして出力面を定義する。）との間を電磁波が多重反射する共振電磁波Ｒｅｓ１が発生する。共振部ＰＡ１は、共振電磁波Ｒｅｓ１によって空間に電磁波Ｒ１を放射する。
【００２２】
また、共振電磁波Ｒｅｓ１は、マイクロストリップ線路Ｍ２に電磁波Ｆ２を励振する。電磁波Ｆ２は、マイクロストリップ線路Ｍ２を伝搬し、共振部ＰＡ２に導かれる。
【００２３】
同様にして、共振部ＰＡｊには（ｊは２からｎまでの任意の整数）、入力面と出力面との間を電磁波が多重反射して共振する共振電磁波Ｒｅｓｊが発生する。共振部ＰＡｊは、共振電磁波Ｒｅｓｊによって空間に電磁波Ｒｊを放射する。また、共振電磁波Ｒｅｓｊ（ｊ＝ｎを除く）は、マイクロストリップ線路Ｍｊ＋１に電磁波Ｆｊ＋１を励振する。
【００２４】
共振部ＰＡｉ（ｉは１からｎ−１までの任意の整数）の共振現象は基本共振であるため、共振部ＰＡｉの入力面に到達した電磁波Ｆｉの当該入力面での位相と、共振部ＰＡｉの出力面からマイクロストリップに励振される電磁波Ｆｉ＋１の当該出力面での位相の差はおよそπとなる。また、マイクロストリップ線路Ｍｊの長さは、マイクロストリップ線路Ｍｊを伝搬する電磁波の波長λの約半分、すなわちその電気長をおよそπとしている。そのため、共振部ＰＡ１〜ＰＡｎのそれぞれに到達する電磁波Ｆ１〜Ｆｎの、共振部ＰＡ１〜ＰＡｎのそれぞれの入力面における位相は互いに等しくなる。
【００２５】
アレイアンテナ１の最大放射方向は、電磁波Ｒ０、および電磁波Ｒ１〜Ｒｎを合成した電磁波の強度が最大となる方向として定まる。したがって、放射指向特性は電磁波Ｒ１〜Ｒｎのみならず電磁波Ｒ０をも考慮して決定することが好ましい。
【００２６】
従来の技術では、共振部ＰＡ１〜ＰＡｎのそれぞれに到達する電磁波Ｆ１〜Ｆｎの位相関係を上述のように決定することによって電磁波Ｒ１〜Ｒｎの位相関係を調整しさえすれば、最大放射方向が上側面Ｓｅ１の法線方向と一致する所望の放射指向特性が得られると考えられていた。しかし、実際には、電磁波Ｒ１〜Ｒｎが電磁波Ｒ０からの干渉を受けることにより、所望の放射指向特性が得られないという問題点があった。
【００２７】
そこで、本実施形態においては、スロット２４を上側面Ｓｅ１に投影した部分のパッチ状導体Ｐ１側の長辺から、パッチ状導体Ｐ１の線路導体Ｗ１が接続される辺までの線路導体Ｗ１の長さを、マイクロストリップ線路Ｍ１を伝搬する電磁波の波長λの約半分としている。これによって、電磁波Ｒ０、および電磁波Ｒ１〜Ｒｎを合成した電磁波の強度が最大となる方向が上側面Ｓｅ１の法線方向と一致した所望の放射指向特性を得ることができる。
【００２８】
アレイアンテナ１の設計は、時間領域解析法、周波数領域解析法等を用いた電磁界シミュレーションによって行うことが好適である。その際、共振部ＰＡ１〜ＰＡｎをそれらと等価なスロットに置き換えることで計算を単純化することができる。アレイアンテナ１の各構成部の大きさは、各構成部の大きさを任意の初期値から変化させつつアレイアンテナ１の特性を計算し、計算された特性が設計目標を満足するよう決定する。最適な初期値としては、例えば、線路導体Ｗｊの長さを、マイクロストリップ線路Ｍｊを伝搬する電磁波の波長λの半分とする、スロット２４を上側面Ｓｅ１に投影した部分のパッチ状導体Ｐ１側の長辺から、パッチ状導体Ｐ１の線路導体Ｗ１が接続される辺までの線路導体Ｗ１の長さを、マイクロストリップ線路Ｍ１を伝搬する電磁波の波長λの半分とする、スロット２４を上側面Ｓｅ１に投影した部分のスルーホールＴＨ側の長辺からスルーホールＴＨの中心軸までの長さをマイクロストリップ線路Ｍ１を伝搬する電磁波の波長λの４分の１とする、等が考えられる。
【実施例】
【００２９】
図３に本発明の第１の実施例に係るアレイアンテナ２の斜視図を示す。また、図４は、図３の一点鎖線で描かれた直線Ｃ１Ｃ２とそれに平行な直線Ｄ１Ｄ２で挟まれた平面での断面図である。アレイアンテナ２は、導波管２２、アレイアンテナ素子１ａおよび１ｂを備えて構成される。アレイアンテナ素子１ａは、スロット３０ａ、接地導体板３２、誘電体板３４、線路導体Ｗ１ａ〜Ｗｎａを備えて構成される。アレイアンテナ素子１ｂは、スロット３０ｂ、接地導体板３２、誘電体板３４、線路導体Ｗ１ｂ〜Ｗｍｂ（ｍは１以上の任意の整数）を備えて構成される。アレイアンテナ素子１ａおよび１ｂは、接地導体板３２および誘電体板３４を共有する。線路導体Ｗ１ａの幅とＷ１ｂの幅は同一であり、線路導体Ｗ１ａおよびＷ１ｂは直線状に接続され線路導体Ｗａｂをなす。アレイアンテナ素子１ａおよび１ｂの構成は、上述のアレイアンテナ１からスルーホールＴＨおよび導波管２２を取り除いた構成と同様となる。アレイアンテナ素子１ａおよび１ｂの構成部のうち、アレイアンテナ１と同一の構成部については、同一の符号にアレイアンテナ素子１ａまたは１ｂのいずれに属する構成部であるかを示す符号「ａ」または「ｂ」を付し、その説明を省略する。
【００３０】
スロット３０ａとスロット３０ｂは、長手方向が平行になるよう接地導体板３２に設けられる。スロット３０ａと３０ｂとの間の距離は、アレイアンテナ２の電磁波の最大放射方向が、誘電体板３４の上側面Ｓｅ２の法線方向と一致するよう、および導波管２２からアレイアンテナ２側をみた反射係数が最小となるよう決定する。具体的には、スロット３０ａの長手方向の中心線とスロット３０ｂの長手方向の中心線との間の距離は、マイクロストリップ線路Ｍ１ａまたはＭ１ｂを伝搬する電磁波の波長λの約半分となる。
【００３１】
導波管２２は、その伝搬軸方向に垂直な断面がスロット３０ａおよび３０ｂと重なるよう接地導体板３２の下側面Ｓｃ４に取り付けられる。その際、導波管２２は、その伝搬軸方向に垂直な断面の長辺がスロット３０ａおよび３０ｂの長手方向と平行になるよう接地導体板３２に取り付けられる。
【００３２】
線路導体Ｗａｂは、スロット３０ａおよび３０ｂを誘電体板３４の上側面Ｓｅ２へ投影した面と垂直に交差するよう上側面Ｓｅ２上に設けられる。線路導体Ｗ１ａの長さは、マイクロストリップ線路Ｍ１ａを伝搬する電磁波の波長λの約半分とする。線路導体Ｗ１ｂの長さは、マイクロストリップ線路Ｍ１ｂを伝搬する電磁波の波長λの約半分とする。すなわち、線路導体Ｗａｂの長さは、マイクロストリップ線路Ｍ１ａまたはＭ１ｂを伝搬する電磁波の１波長λとなる。
【００３３】
このような構成によって、アレイアンテナ素子１ａから放射される電磁波とアレイアンテナ素子１ｂから放射される電磁波とを合成した電磁波の強度が最大となる方向を上側面Ｓｅ２の法線の方向と一致させることができる。
【００３４】
アレイアンテナ１には、スルーホールＴＨの構造が複雑であるため設計製造コストがかさむという問題点がある。本実施例によればスルーホールを設ける必要がないため、設計製造コストを低減することができる。
【００３５】
図５（ａ）および（ｂ）にｎ＝７およびｍ＝８として設計したアレイアンテナ２の放射指向特性を示す。図５（ａ）は電磁界シミュレータによる計算値を、図５（ｂ）は実験値を示す。横軸は線路導体Ｗ１ａと線路導体Ｗ１ｂとが接続される点に立てた、上側面Ｓｅ２の法線の方向を０°としたときの、直線Ｃ１Ｃ２および直線Ｄ１Ｄ２を含む断面内での放射角度を示し、縦軸は無指向性点放射源から放射される電磁波の電界強度を基準としたアンテナ利得を示す。ここで、放射角度は当該法線からアレイアンテナ素子１ａへの回転方向を正とする。図５（ａ）および（ｂ）から、アレイアンテナ２では、電力半値角が１０°以下の鋭い放射指向特性が得られており、サイドローブが生じていないことがわかる。
【００３６】
なお、導波管２２には、断面が縦１０．６６８ｍｍ、横４．３１８ｍｍの標準導波管ＷＲＪ−２２０を用いた。誘電体板３４ａおよび３４ｂには、厚さ０．３８１ｍｍのデュロイド（商標）を用いた。スロット３０ａおよび３０ｂは、長さを３．５ｍｍ、幅を０．５ｍｍとし、スロット３０ａの長手方向の中心線とスロット３０ｂの長手方向の中心線との距離は２．９０ｍｍとした。線路導体Ｗ１ａ〜Ｗ７ａおよびＷ１ｂ〜Ｗ８ｂの幅はすべて０．２ｍｍとし、長さはすべて４．４５５ｍｍとした。パッチ状導体Ｐ１ａ〜Ｐ７ａの幅はそれぞれ、３．９７６ｍｍ、２．８０４ｍｍ、１．８４９ｍｍ、１．１２１０ｍｍ、０．７８３ｍｍ、０．５０１ｍｍ、０．３２１ｍｍとし、長さはそれぞれ３．７６９ｍｍ、３．８４７ｍｍ、３．９６０ｍｍ、４．０８６ｍｍ、４．２１３ｍｍ、４．３２３ｍｍ、４．４０８ｍｍとした。パッチ状導体Ｐ１ｂ〜Ｐ８ｂ幅はそれぞれ、４．２６６ｍｍ、３．００６ｍｍ、２．２７８ｍｍ、１．８４８ｍｍ、１．２１０ｍｍ、０．７８２ｍｍ、０．５０１ｍｍ、０．３２１ｍｍとし、長さはそれぞれ３．７５５ｍｍ、３．８３０ｍｍ、３．９０２ｍｍ、３．９６０ｍｍ、４．０８６ｍｍ、４．２１３ｍｍ、４．３２３ｍｍ、４．４０８ｍｍとした。
【００３７】
図６に第２の実施例に係るアレイアンテナ３の斜視図を示す。アレイアンテナ３は、アレイアンテナ素子２−１〜２−ｋを備えて構成される（ｋは２以上の任意の整数）。アレイアンテナ素子２−１〜２−ｋは、共通の平行平板導波路３６、共通の接地導体板３８、共通の誘電体板４０を備える。アレイアンテナ素子２−１〜２−ｋは、第１の実施例に係るアレイアンテナ２の導波管２２を平行平板導波路３６に置き換えた構成をとる。アレイアンテナ素子２−１〜２−ｋは、それぞれｎ＝ｍ＝８としているが、ｎおよびｍは１以上の任意の整数とすることができる。アレイアンテナ２と同一の構成部については、同一の符号にアレイアンテナ素子２−１〜２−ｋのいずれに属する構成部であるかを示す符号「−１」〜「−ｋ］を付し、その説明を省略する。
【００３８】
接地導体板３８には、アレイアンテナ素子２−１〜２−ｋのそれぞれのスロット３０ａ−１〜３０ａ−ｋ、およびアレイアンテナ素子２−１〜２−ｋのそれぞれのスロット３０ｂ−１〜３０ｂ−ｋが設けられる。スロット３０ａ−１〜３０ａ−ｋはこれらの長手方向の中心線が、同一の直線に重なるよう配列される。また、スロット３０ｂ−１〜３０ｂ−ｋは、それぞれスロット３０ａ−１〜３０ａ−ｋの長手方向と平行となるよう配列される。
【００３９】
平行平板導波路３６は、導体板３６ａおよび３６ｂを備えて構成される。導体板３６ａおよび３６ｂは、接地導体板３８と垂直に、スロット３０ａ−１〜３０ａ−ｋおよび３０ｂ−１〜３０ｂ−ｋを挟んで互いに平行になるよう、かつ、アレイアンテナ素子２−１〜２−ｋの長手方向と垂直となるよう、接地導体板３８に取り付けられる。誘電体板４０は接地導体板３８の上側の面に設けられる。アレイアンテナ素子２−１〜２−ｋが備えるパッチ状導体Ｐの配列方向は互いに平行とする。
【００４０】
平行平板導波路３６の導体板３６ａと３６ｂとの間には、導体板３６ａおよび３６ｂの法線と方向が一致する電界成分を有する電磁波が伝搬し、スロット３０ａ−１〜３０ａ−ｋおよび３０ｂ−１〜３０ｂ−ｋに導かれる。アレイアンテナ素子２−１〜２−ｋは、スロット３０ａ−１〜３０ａ−ｋおよび３０ｂ−１〜３０ｂ−ｋに導かれた電磁波を放射する。
【００４１】
本実施例に係るアレイアンテナ３では、ｋの値およびアレイアンテナ素子２−１〜２−ｋの配列間隔を最適に決定することで、アレイアンテナ素子２−１〜２−ｋの長手方向に垂直な平面内での放射指向特性を鋭くすることができる。
【００４２】
図７に第３の実施例に係るアレイアンテナ４の斜視図を示す。また、図８は図７の一点鎖線で描かれた直線Ｅ１Ｅ２とそれに平行な直線Ｇ１Ｇ２に挟まれた平面での断面図である。アレイアンテナ４は、アレイアンテナ素子２−１〜２−ｋを備えて構成される（ｋは２以上の任意の整数）。アレイアンテナ素子２−１〜２−ｋは、共通の円筒状接地導体４２、共通の円筒状誘電体４４、共通の円板状導体４６ａおよび４６ｂを備える。アレイアンテナ素子２−１〜２−ｋは、第１の実施例に係るアレイアンテナ２の導波管２２を円板状導体４６ａおよび４６ｂに置き換えた構成をとる。アレイアンテナ素子２−１〜２−ｋは、それぞれｎ＝ｍ＝８としているが、ｎおよびｍは１以上の任意の整数とすることができる。アレイアンテナ２と同一の構成部については、同一の符号にアレイアンテナ素子２−１〜２−ｋのいずれに属する構成部であるかを示す符号「−１」〜「−ｋ］を付し、その説明を省略する。
【００４３】
円筒状接地導体４２には、アレイアンテナ素子２−１〜２−ｋのそれぞれのスロット３０ａ−１〜３０ａ−ｋおよびアレイアンテナ素子２−１〜２−ｋのそれぞれのスロット３０ｂ−１〜３０ｂ−ｋが設けられる。スロット３０ａ−１〜３０ａ−ｋは、これらの長手方向の中心線が円筒状誘電体４４を取り囲む円周と重なるよう配列される。また、スロット３０ｂ−１〜３０ｂ−ｋは、それぞれスロット３０ａ−１〜３０ａ−ｋの長手方向と平行となるよう配列される。
【００４４】
円板状導体４６ａおよび４６ｂは、これらの中心軸と円筒状接地導体４２の中心軸とが一致し、スロット３０ａ−１〜３０ａ−ｋおよび３０ｂ−１〜３０ｂ−ｋを挟んで互いに平行になるよう、円筒状接地導体４２に取り付けられる。円板状導体４６ａ、４６ｂおよび円筒状接地導体４２は、円柱状に導体で囲まれた空胴である円柱状空胴４６を形成する。
【００４５】
同軸線路４８は、中心導体４８ａ、外皮導体４８ｂ、充填誘電体４８ｃを備えて構成される。同軸線路４８は、その中心軸が円板状導体４６ｂの中心軸と一致するよう、円板状導体４６ｂの中心に取り付けられる。外皮導体４８ｂおよび充填誘電体４８ｃは、円板状導体４６ｂの円柱状空胴４６側の表面に達した面をそれらの端面とするが、中心導体４８ａは、円柱状空胴４６に所定の長さだけ挿入される。この長さは、同軸線路４８から円柱状空胴４６側をみた反射係数が最小となるよう決定する。円筒状誘電体４４は円筒状接地導体４２の外側の表面に設けられる。アレイアンテナ素子２−１〜２−ｋが備えるパッチ状導体Ｐの配列方向は、円筒状誘電体４４の長手方向に平行とする。
【００４６】
同軸線路４８を伝搬する電磁波が円柱状空胴４６に導かれると、円柱状空胴４６には、円板状導体４６ａおよび４６ｂの法線と方向が一致する電界成分を有する電磁波が発生する。この電磁波は、スロット３０ａ−１〜３０ａ−ｋおよび３０ｂ−１〜３０ｂ−ｋを介してアレイアンテナ素子２−１〜２−ｋから放射される。
【００４７】
このような構成によって、円筒状誘電体４４の中心軸を含む面内での放射指向特性はアレイアンテナ２と同様のものとし、円筒状誘電体４４の中心軸に垂直な面内における放射指向特性は、無指向特性に近似させることが可能となる。
【００４８】
以上の説明では、アレイアンテナ１〜４を送信アンテナとして使用する場合を考え、放射指向特性に着目した。しかし、アンテナの相反定理によれば放射指向特性と受信指向特性は一致するため、本発明を、受信アンテナについても適用することができることは明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の実施形態に係るアレイアンテナの斜視図である。
【図２】本発明の実施形態に係るアレイアンテナの断面図である。
【図３】第１の実施例に係るアレイアンテナの斜視図である。
【図４】第１の実施例に係るアレイアンテナの断面の一部を示す図である。
【図５】アレイアンテナの放射指向特性を示す図である。
【図６】第２の実施例に係るアレイアンテナの斜視図である。
【図７】第３の実施例に係るアレイアンテナの斜視図である。
【図８】第３の実施例に係るアレイアンテナの断面の一部を示す図である。
【図９】導波管マイクロストリップ線路変換器の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００５０】
１，２，３，４  アレイアンテナ、１ａ，１ｂ，２−１〜２−ｋ  アレイアンテナ素子、１０，２２  導波管、１２，２４，３０ａ，３０ｂ，３０ａ−１〜３０ａ−ｋ，３０ｂ−１〜３０ｂ−ｋ  スロット、１４，２６，３２，３２ａ，３２ｂ，３８  接地導体板、１６，２８，３４，３４ａ，３４ｂ，４０  誘電体板、１８  線路導体、２０  マイクロストリップ線路、３６  平行平板導波路、３６ａ，３６ｂ  導体板、４２  円筒状接地導体、４４  円筒状誘電体、４６  円柱状空胴、４６ａ，４６ｂ  円板状導体、４８  同軸線路、４８ａ  中心導体、４８ｂ  外皮導体、４８  充填誘電体、ＴＨ  スルーホール、Ｗ１〜Ｗｎ，Ｗ１ａ〜Ｗｎａ，Ｗ１ｂ〜Ｗｎｂ，Ｗａｂ  線路導体、Ｍ１〜Ｍｎ，Ｍ１ａ，Ｍ１ｂ  マイクロストリップ線路、Ｐ１〜Ｐｎ，Ｐａ１〜Ｐａｎ，Ｐｂ１〜Ｐｂｎ，Ｐ  パッチ状導体、ＰＡ１〜ＰＡｎ  共振部、Ｓｃ１，Ｓｅ１  上側面、Ｓｃ２  下側面、Ｒ０〜Ｒｎ，Ｆ０〜Ｆｎ  電磁波、Ｒｅｓ１〜Ｒｅｓｎ  共振電磁波。
【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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