(57)【要約】【課題】周波数を変化させることなく１ＧＨｚ以上の高い周波数帯域においても使用することができる、ビーム指向性の走査範囲の広い小形のアレーアンテナを実現すること。【解決手段】スイッチＳＷ１，ＳＷ２を図示する様に何れも同時にｂ側に倒した時には、給電点側から奇数番目の単位パターンＵを形成する導体は低電位に設定され、給電点側から偶数番目の単位パターンＵを形成する導体は高電位に設定される。このため、ｘ軸方向で互いに隣り合う各単位パターンＵを形成する導体には、それぞれ相異なる電位が与えられる。したがって、互いに隣り合う各単位パターンＵの導体間のギャップＧ１には、ｘ軸方向の電界が形成される。このため、スイッチＳＷ１，ＳＷ２を図示する様に何れも同時にｂ側に倒した時には、液晶１３の液晶分子の電気双極子のモーメントベクトルは、それぞれｘ軸方向に配向される。【選択図】図２−Ｂ
2007116573.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体基板と、導体から成る同一または類似の単位パターンを前記誘電体基板の表側に所定の方向に複数配列することによって形成されたストリップ線路と、前記誘電体基板の裏面に形成された導体から成る接地板とを有するアレーアンテナにおいて、
与えられた電界によって誘電率が変化する誘電率可変部材と、
前記誘電率可変部材に対して複数の方向から電界を与える電界設定手段と
を有し、
前記単位パターンは、
前記所定の方向に走る伝送線路と、
前記伝送線路を途中で分断するギャップと、
前記伝送線路から枝分かれするスタブと
を有し、
前記誘電率可変部材は、
前記ギャップまたは前記スタブに対して接近して配置されており、
前記電界設定手段は、
前記所定の方向で互いに隣り合う前記単位パターンを形成する前記導体に相異なる電位を与える
ことを特徴とするアレーアンテナ。
【請求項２】
前記誘電率可変部材は、
液晶、強誘電体、または強磁性体から構成されている
ことを特徴とする請求項１に記載のアレーアンテナ。
【請求項３】
前記誘電率可変部材は、
前記単位パターンと前記接地板との間に配置されている
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のアレーアンテナ。
【請求項４】
前記誘電率可変部材は、
前記誘電体基板の表面上に配置されている
ことを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載のアレーアンテナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、裏面に接地板を有する誘電体基板の表側に導体から成る所定の単位パターンを一軸方向に周期的に繰り返し配置することによって形成されたストリップ線路を有するアレーアンテナ（漏れ波アンテナ）に関し、特に、アンテナの指向性を制御可能としたものに関する。
この発明は、ミリ波帯域又はマイクロ波帯域の電磁波を送信または受信するレーダや通信機器などに有益であり、アンテナの小型化または配設空間の省スペース化に大いに有用なものである。
【背景技術】
【０００２】
誘電体基板上にCRLH（Composite Right and Left Handed ）伝送線路を備えた従来のストリップアレーアンテナ（漏れ波アンテナ）の構成例を図９に例示する。このCRLH線路には、伝送線路（ｘ軸方向の主線路）を周期的に分断するギャップや、その伝送線路から枝分かれしたスタブなどが具備されている。このアンテナでは、ギャップが供するキャパシタンスや、スタブが供するインダクタンスの作用により、ある周波数帯において、伝送される電磁波の群速度の向きと位相速度の向きを相互に反対の向きとすることができる。これにより、伝送される電磁波の周波数を変化させることによって、主線路上で電磁波が伝播する向きとは反対向きの図中のｚ軸方向から−ｘ軸方向に傾斜したθ＜０なる角度領域に対しても電磁波を放射することができる。その結果、放射ビームの方向を変化させる場合には、その放射ビームの走査範囲を広くとることができるという利点がある。この様なに、位相速度と群速度の向きが反対となる原理については、例えば下記の非特許文献１などに詳しい開示がある。しかしながら、周波数を大きく変化させないと、−ｘ軸方向に傾斜した方向に指向性を持たせることは困難である。
【０００３】
また、下記の非特許文献２には、給電点から入力する電磁波の周波数を一定値に固定したまま、所定の電子制御に基づいて放射ビームの放射角を可変制御する制御方式が開示されている。この放射角の制御方式では、例えば図９の配線パターンの個々のギャップやスタブに対して、それぞれバラクタダイオードを接近させて配置し、各バラクタダイオードの容量を可変制御することによって放射ビームの放射角を可変制御している。
【０００４】
また、下記の特許文献１には、中央にビアのある金属パッチ１を誘電体基板上に周期的に配置したＥＢＧ構造（Electrical Band Gap 構造）の反射体を利用したビーム走査アンテナ（図１０−Ａ，−Ｂ）が提案されている。このビーム走査アンテナは、その反射体が有する各金属パッチ（１，２）間のキャパシタンスを変化させることによって、所定の方向からその反射体に入射した電磁波の反射波の進行方向、すなわち、反射の指向性を可変制御するものである。そして、各金属パッチ（１，２）間のキャパシタンスは、ビア１とビア２の間に印加される直流電圧により金属パッチ１と金属パッチ２の間に電界を生成して、この電界により金属パッチ間に配置された液晶の比誘電率を変化させることで、可変制御される。
【０００５】
また、その他の制御方式としては、例えば、電磁波が伝播する材料の透磁率をフェライトなどを利用して電気的に可変制御することによってその材料の伝搬定数を可変制御するのと同様に、誘電率を可変制御する方式がある。即ち、その様な制御方式としては、例えば、目的のアンテナを構成する誘電体基板の誘電率を電圧によって可変制御して、これによってアレーアンテナの放射ビームの放射角を所望の角度に可変制御する制御方式などを考えることができる。誘電率が可変制御されるその様な誘電体基板の材料としては、例えば液晶や強誘電体などがある。
【０００６】
なお、電磁波センシングや無線通信などの分野では、放射電磁波の周波数を殆ど変化させることなく、アンテナの放射ビームの指向性が制御されることが望ましい。
【非特許文献１】伊藤龍男、他２名、’CHARACTERISTICS AND APPLICATIONS OF PLANAR NEGATIVE REFRACTIVE INDEX MEDIA’，ＭＷＥ２００３，ＷＳ０２−０３
【非特許文献２】伊藤龍男、他２名、’Electronically-Controlled Metamaterial-Based Transmission Line as a Continuous-Scanning Leaky-Wave Antenna’，2004 IEEE MTT-S Digest TU1D-4.
【特許文献１】米国特許：ＵＳ６，５５２，６９６Ｂ１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、非特許文献１に記載されている従来のアレーアンテナでは、給電点から入力する電磁波の周波数を一定にしたまま、アンテナの放射ビームの放射角を可変制御することはできない。このため、この方式を採用したアンテナは、ミリ波レーダなど、一定の周波数の電磁波を放射または受信するアンテナには不向きである。
【０００８】
また、非特許文献２に記載されている従来のアレーアンテナには、可変容量としてバラクタダイオードが用いられているが、一般にバラクタダイオードは伝送損失が大きいため、数ＧＨｚ以上の周波数帯域においては、バラクタダイオードを所望の可変容量として動作させることは難しい。このため、数ＧＨｚ以上の周波数帯域の電磁波を取り扱うアレーアンテナにこの従来技術を用いることはできない。
また、放射角が可変制御可能な１ＧＨｚ以下の周波数帯域などにおいても、一般にバラクタダイオードでは標準容量（所定の基準容量）に対する容量変位の比率（変化率）を十分大きく確保することは必ずしも容易ではないので、放射角の変動範囲を大きく確保することも必ずしも容易とは言えない。
【０００９】
また、特許文献１に記載されている従来のビーム走査アンテナ（図１０−Ａ，−Ｂ）は、液晶分子の向きを変えることによって、その液晶部分の誘電率を変化させて反射ビームの指向性を可変制御するものであるが、これらの従来のビーム走査アンテナには、生産性や制御性や、或いは薄板化や小型化など係わる、例えば以下の（１）〜（４）の様な問題がある。
【００１０】
（１）ミリ波又はマイクロ波を取り扱うデバイスでは、キャパシタンス又はインダクタンスを可変制御するために用いる液晶部分の厚みは、通常、１００μｍ程度が必要とされる。しかしながら、そこまでの厚みを設けてしまうと、例えば上記の金属パッチ１と金属パッチ２との間に電圧をかけた時などには、液晶分子の向きを数ミリ秒で所望の向きに変更することができるが、その電圧の印加を中断した時には、各液晶分子の向きが元の向きに戻るまでに数秒かかってしまう。これは、液晶分子の熱運動によって液晶分子が元の向きに戻るためであり、この時に必要とされる液晶分子の向きに関する復元時間は、液晶部分の厚みの二乗に比例する。したがって、この様な従来方式を採用する限り、ビームの指向性を高速に可変制御することは難しい。即ち、高速にビームを走査する必要があるシステムには、この様な従来方式を採用することはできない。
【００１１】
（２）図１０−Ａ，−Ｂに示す様に、ＥＢＧ構造の反射体を用いてビーム走査アンテナを構成するので、この反射体に対して電磁波を照射するための給電用アンテナを別途用意する必要がある。
（３）反射板で反射される反射波の位相を変化させるだけなので、反射強度がピークとなる角度を制御することはできるが、それぞれのパッチからの反射量を変えることはできないため、ビーム幅やビームパターンを可変制御することはできない。
（４）また液晶の誘電率を変えるための電圧は接地板から浮かしたビア部分にかける構造であるが、この部分の構造が複雑にならざるを得ない。
【００１２】
また、前述の様に、目的のアンテナを構成する誘電体基板の誘電率や透磁率を可変制御する様な制御方式に適したその他の材料として、例えば、強誘電体やフェライトなどの材料を考えることもできるが、しかしながら、それらの材料を誘電体基板などに用いた場合には、アンテナ中を伝播する電磁波の電力損失が非常に大きくなるので、アンテナの利得を大きく確保することは困難になる。
【００１３】
本発明は、上記の課題を解決するために成されたものであり、その目的は、周波数を変化させることなく１ＧＨｚ以上の高い周波数帯域においても使用することができる、ビーム指向性の走査範囲の広い小形のアレーアンテナを実現することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記の課題を解決するためには、以下の手段が有効である。
即ち、本発明の第１の手段は、誘電体基板と、導体から成る同一または類似の単位パターンを誘電体基板の表側に所定の方向に複数配列することによって形成されたストリップ線路と、誘電体基板の裏面に形成された導体から成る接地板とを有するアレーアンテナにおいて、与えられた電界によって誘電率が変化する誘電率可変部材と、その誘電率可変部材に対して複数の方向から電界を与える電界設定手段とを設け、上記の単位パターンに、所定の方向に走る伝送線路と、伝送線路を途中で分断するギャップと、伝送線路から枝分かれするスタブとを設け、上記の誘電率可変部材を上記のギャップまたはスタブに対して接近して配置し、上記の電界設定手段によって、上記の所定の方向で互いに隣り合う単位パターンを形成する導体に相異なる電位を与えることである。
【００１５】
以下、単位パターンを誘電体基板の表側に複数配列する上記の所定の方向をｘ軸方向とする。また、誘電体基板に垂直な方向をｚ軸方向とする。
上記のギャップは、このｘ軸方向で互いに隣り合う上記の単位パターンを形成する上記の各導体の間に形成されるものであり、これらのギャップも上記の単位パターンに含まれる。
【００１６】
また、本発明の第２の手段は、上記の第１の手段において、上記の誘電率可変部材を液晶、強誘電体、または強磁性体から構成することである。
また、本発明の第３の手段は、上記の第１又は第２の手段において、上記の誘電率可変部材を上記の単位パターンと接地板との間に配置することである。
【００１７】
また、本発明の第４の手段は、上記の第１乃至第３の何れか１つの手段において、誘電率可変部材を上記の誘電体基板の表面上に配置することである。
以上の本発明の手段により、前記の課題を効果的、或いは合理的に解決することができる。
【発明の効果】
【００１８】
以上の本発明の手段によって得られる効果は以下の通りである。
即ち、本発明の第１の手段によれば、上記の電界設定手段を用いて、誘電率可変部材に対して複数の方向から電界を与えることができるので、誘電率可変部材に与える電界の向きを随時所望の向きに高速に変更することができる。したがって、本発明の第１の手段によれば、上記の誘電率可変部材の誘電率を電界の向きに応じて可変制御することができ、これによって、ギャップが供するキャパシタンスやスタブが供するインダクタンスを変化させることができる。このため、ストリップ線路を通過する高周波の位相や電力、並びに放射する電磁波の位相や放射量を制御することができ、したがって、アレーアンテナのビームの放射方向を変化させたり、アレーアンテナのビーム幅やパターンを変化させることができる。
【００１９】
また、誘電率可変部材に対してｚ軸方向に電界を与えたい場合には、単位パターンを構成する導体と接地板とに相異なる電位を与えればよく、また、それとは垂直なｘ軸方向に電界を形成したい場合には、ｘ軸方向で互いに隣り合う単位パターンを形成する導体に相異なる電位を与えればよい。したがって、本発明の第１の手段によれば、誘電率可変部材に対して複数の方向から電界を与える上記の電界設定手段を構成するに当たって、誘電率可変部材に対して電界を与えるためのその他の専用の電極を必ずしも必要とはしない。また、単位パターンを構成する導体や接地板は、誘電体基板の表面または裏面に対して平行に平面的に形成することができる。したがって、本発明の第１の手段によれば、上記の電界設定手段を簡潔な構成で容易に形成することができる。
【００２０】
また、本発明の第２の手段によれば、誘電率可変部材の誘電率を大幅に変化させることができるので、ビームの走査範囲などの各種の制御性に係わる自由度を大きく確保することができる。
【００２１】
また、本発明の第３の手段によれば、誘電率可変部材が上記の単位パターンの上方に突き出すことがないので、効果的にアレーアンテナの薄板化若しくは小型化を図ることができる。
【００２２】
また、本発明の第４の手段によれば、上記の単位パターンの上方に誘電率可変部材が配置される構造となるので、誘電率可変部材の配置が容易になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
特に、誘電率可変部材を液晶で構成する場合には、液晶に電界を与えるための１対の電極間の距離を０．２ｍｍ以下にすることが望ましい。或いは、誘電率可変部材を液晶で構成する場合には、少なくとも電界が形成される２方向においてその長さを０．２ｍｍ以下にすることが望ましい。
誘電率可変部材を液晶で構成する場合、この様な設定によって、１００ｖ以下の電圧によっても、数ミリ秒程度で液晶分子の向きを所望の向きに変更することができる。
【００２４】
また、上記の誘電体基板としては、例えば４フッ化エチレン樹脂などの比誘電率の小さな材料が望ましい。また、誘電率可変部材としては、液晶の他にも例えば強誘電体などを挙げることができる。より望ましい材料としては、例えば、ネマティック液晶などが有用である。
【００２５】
また、以下に例示する各実施例のアレーアンテナが放射または受信する電磁波の周波数は、概ね１ＧＨｚ〜１００ＧＨｚの範囲において任意に略固定された周波数を想定したものであり、単位パターンをｘ軸方向に繰り返し形成する際のそのパターン形成周期は、勿論従来と同様にしてその周波数に合わせて決定すれば良い。しかしながら、本発明によって得ることができる作用・効果は、必ずしも上記の周波数帯域内の電磁波を取り扱うアレーアンテナだけに限定されるものではない。また、本発明は、アンテナの動作周波数を変動させることによって得られる従来の作用・効果を何ら妨げるものでもない。
【００２６】
また、以下に例示する各実施例のアレーアンテナは、全走査範囲（全スキャン角度θ）に対して１秒間当たり概ね数回程度の走査頻度を想定して設計したものであるが、これらの走査頻度は、勿論必要に応じて任意に設定することができる。
また、ストリップ線路の構成要素となる上記の単位パターンは、同一のパターンを用いてそれらを周期的に配列することが望ましいが、必ずしも同一のパターンだけを用いる必要はなく、また、必ずしも周期的に配列する必要もない。したがって、例えば、ストリップ線路の構成要素となる上記の単位パターンは、伝送線路やスタブなどの各部の太さや長さなどの寸法が、揃っていなくとも良く、また、ギャップなどの間隔なども不揃いでも良い。
【００２７】
以下、本発明を具体的な実施例に基づいて説明する。
ただし、本発明の実施形態は、以下に示す個々の実施例に限定されるものではない。
【実施例１】
【００２８】
図１は、給電点Ｐから入力する高周波の周波数を７７ＧＨｚとして設計した本実施例１のアレーアンテナ１００のストリップ線路１４の斜視図である。このアレーアンテナ１００のストリップ線路１４は、単位パターンＵによって周期構造化されており、周期的な配線パターンを構成するその単位パターンＵを、その主線路１１がｘ軸方向になる様に、１６周期繰り返すことによって構成されている。アレーアンテナ１００は、このストリップ線路１４を比誘電率が２．２の４フッ化エチレン樹脂からなる厚さ約０．１３ｍｍの誘電体基板１５上に、銅を主成分とする導体（配線パターン）を用いて形成したものである。ストリップ線路１４を構成する各単位パターンＵは、主線路１１（伝送線路）とスタブ１２を有しており、図中左端の給電点Ｐから給電される。また、各単位パターンＵは、それぞれの左右に、ギャップＧ１を有している。
【００２９】
図２−Ａに、このアレーアンテナ１００の部分的な平面図を示す。このギャップＧ１は、ｘ軸方向で互いに隣り合う上記の単位パターンＵを形成する上記の各導体の間に形成されており、図２−Ｂに図示する様にその下方には、ネマティック液晶からなる液晶１３が配設されている。この液晶１３が１箇所で占める空間領域は、ｘ軸方向が０．３ｍｍ、ｙ軸方向も０．３ｍｍで、その厚さ（ｚ軸方向の長さ）は、上記の誘電体基板１５と同じである。また、液晶１３は、ギャップＧ１のキャパシタンスを可変制御するためのものであり、そのキャパシタンスをより大きくするために、ギャップＧ１を構成する主線路１１の各対峙部１１ａ，１１ｂは、ｙ軸方向に幅広に拡張されていて、この対峙部１１ａ，１１ｂの下方にまで液晶１３が配設されている。
【００３０】
図２−Ｂに、アレーアンテナ１００の電界設定手段の回路図を示す。配線２によって、接地板１６は電池Ｅの陽極にスイッチＳＷ１を介して接続することができる。また、配線１によって、給電点側から奇数番目の単位パターンＵを形成する導体は、電池Ｅの陰極に直接接続されている。また、配線１′によって、給電点側から偶数番目の単位パターンＵの導体は、スイッチＳＷ２を介して電池Ｅの陽極にも陰極にも接続することができる。また、図中に○印で示したローパスフィルタＬＰＦは、高周波の伝達を阻止するために各部に挿入されている。
【００３１】
この電界設定手段の構成により、スイッチＳＷ１，ＳＷ２を図示する様に何れも同時にａ側に倒した時には、電池Ｅが与える電位によって、接地板１６は高電位となり、ストリップ線路１４（全ての単位パターンＵ）は低電位になる。
このため、スイッチＳＷ１，ＳＷ２を図示する様に何れも同時にａ側に倒した時には、液晶１３の液晶分子の電気双極子のモーメントベクトルは、それぞれｚ軸方向に配向される。ただし、ストリップ線路１４と接地板１６の間の電位差が小さな場合には、その配向作用も幾らか緩和されることは言うまでもない。
【００３２】
また、スイッチＳＷ１，ＳＷ２を図示する様に何れも同時にｂ側に倒した時には、給電点側から奇数番目の単位パターンＵを形成する導体は低電位に設定され、給電点側から偶数番目の単位パターンＵを形成する導体は高電位に設定される。このため、ｘ軸方向で互いに隣り合う各単位パターンＵを形成する導体には、それぞれ相異なる電位が与えられる。したがって、互いに隣り合う各単位パターンＵの導体間のギャップＧ１には、ｘ軸方向の電界が形成される。このため、スイッチＳＷ１，ＳＷ２を図示する様に何れも同時にｂ側に倒した時には、液晶１３の液晶分子の電気双極子のモーメントベクトルは、それぞれｘ軸方向に配向される。ただし、この場合にも同様に、電池Ｅが供する直流電圧が小さな場合には、その配向作用も緩和される。
その結果、例えば、この液晶１３に対してｘ軸方向の電界を与えた場合、上記の電池Ｅの直流電圧を１００ｖとすると、上記の各スイッチＳＷ１，ＳＷ２の接続状態をｂからａに変更することによって、液晶１３の比誘電率は、２．５から２．７にまで上昇する。
【００３３】
図３は、アレーアンテナ１００の放射特性（シミュレーション結果）を例示するグラフである。このシミュレーションは、周知の伝送線路の理論に基づいて、上記のアレーアンテナ１００について検証したものである。本図３中の放射角θは、図１に図示する様にｚｘ面上の角度として定義されており、ｚ軸の正の向きがθ＝０°となる。
図示する各ケース（ｉ）〜（iii)のシミュレーション条件は、以下の通りである。
（シミュレーション条件）
（ｉ）  電源電圧＝０ｖ      ，スイッチＳＷ１，ＳＷ２は何れも状態ａ
（ii）  電源電圧＝５０ｖ    ，スイッチＳＷ１，ＳＷ２は何れも状態ａ
（iii)  電源電圧＝１００ｖ  ，スイッチＳＷ１，ＳＷ２は何れも状態ａ
【００３４】
これらの条件に基づいて検証された図３のシミュレーションの結果より、例えば図２−Ｂの可変抵抗器Ｒv を用いた上記の電源電圧の可変制御によって、アレーアンテナ１００のビームの放射角θは、約−２２°〜＋１３°の範囲において、所望の角度に制御できることが判った。
また、図３の条件（iii)の様に放射角θが最大値となった直後に、スイッチＳＷ１，ＳＷ２を何れも状態ｂに変更すると言うその他の実験によって、液晶１３を構成する各液晶分子の方向を、元のｘ軸方向に高速に戻すことができることが判った。この復元に掛かる所要時間は、ｘ軸方向の電界を利用しているため約１０ｍｓｅｃと非常に短い。
したがって、本実施例１のアレーアンテナ１００を用いれば、約３５°の広範囲に渡ってアンテナのビームの放射角を電気的に制御できると共に、非常に高速な走査動作を実現することも同時に可能となる。
【実施例２】
【００３５】
図４は、本実施例２のアレーアンテナ１００′の平面図である。このアレーアンテナ１００′では、４フッ化エチレン樹脂から成る誘電体基板１５の中央に矩形のプール領域１５ａが形成されており、このプール領域１５ａの中に、ネマティック液晶から成る液晶１３（誘電率可変部材）が充鎮されている。
図５は、このアレーアンテナ１００′のＡ−Ａ′断面における断面図である。本実施例２のアレーアンテナ１００′では、ストリップ線路１４のｙ軸方向における全幅よりも、液晶１３を充鎮するプール領域１５ａのｙ軸方向における全幅の方が幅広く設けられている。なお、誘電体基板１５の裏面には、導体からなる接地板１６が形成されている。
【００３６】
例えばこの様にして、液晶１３（誘電率可変部材）をストリップ線路１４の下方一面に幅広く配置しても良い。また、誘電体基板の略全体を液晶から構成しても良い。
これらの液晶の配置形態には、一長一短があり、液晶による電力損失を極力減らすためには、ギャップＧ１の下方領域のみに限定的に液晶を配置した方がよく、一方、より広角にビームを走査するためには、ギャップＧ１の下方領域に留まることなく、より幅広く液晶を配置した方がよい。
【実施例３】
【００３７】
図６−Ａ，−Ｂに、本実施例３における液晶１３及びその周辺の断面図を示す。この液晶１３の上には、ストリップ線路の一部分を構成する主線路１１などによって、図４のアレーアンテナ１００′と略同様の導体パターン（ストリップ線路）が形成されている。
ただし、対峙部１１ａ，１１ｂの根元の部分には、それぞれ、ギャップＧ１よりも更に狭いスリットＳ１，Ｓ２が形成されている。このスリットＳ１，Ｓ２は、所望の高周波を通し、直流電位だけを選択的に遮断するためのものである。
【００３８】
また、対峙部１１ａ，１１ｂに対して、ｚ軸方向で相対峙する様に、絶縁膜１７の上には、電極１８ａ，１８ｂが形成されている。この絶縁膜１７は、電極１８ａ，１８ｂと接地板１６とを絶縁するために積層されたものである。
図６−Ｂは、図６−Ａに図示するＢ−Ｂ′断面の断面図である。電極１８ａは、とり回し配線との接合点を得るために、ｙ軸方向に長く拡張されている。
この様な電極１８ａ，１８ｂを導入することによって、ギャップＧ１の下方及びその周辺に配設された液晶１３のｘ軸方向及びｚ軸方向に、選択的に自在に電界を形成することができる。
【００３９】
図７は、本実施例３における電界設定手段の回路図である。この回路は、約２００ｖの直流電源Ｅと可変抵抗器Ｒv との直列接続によって、約２００ｖ〜０ｖの範囲の任意の電圧を所定の端子間に掛けることができる。
例えば、スイッチＳＷ１、ＳＷ２を何れもａ側に倒すと、この場合には、端子Ｐ１、Ｐ３が同電位（高電位）となり、端子Ｐ２、Ｐ４が同電位（低電位）となる。また、スイッチＳＷ１、ＳＷ２を何れもｂ側に倒すと、この場合には、端子Ｐ１、Ｐ２が同電位（高電位）となり、端子Ｐ３、Ｐ４が同電位（低電位）となる。
【００４０】
したがって、各端子Ｐ１〜Ｐ４を例えば次の様に接続すれば、この様な回路構成（電界設定手段）によっても、液晶１３の各液晶分子の方向を所望の方向に高速に制御することができる。
（各端子の接続方法）
端子Ｐ１  ：  ストリップ線路の対峙部１１ａに接続する
端子Ｐ２  ：  電極１８ａに接続する
端子Ｐ３  ：  ストリップ線路の対峙部１１ｂに接続する
端子Ｐ４  ：  電極１８ｂに接続する
【００４１】
また、この様な方式を採用する場合には、１つのギャップＧ１の下方領域に配置された液晶１３に対して、ｘ軸方向に電界を与えることができる電極対が下方（接地板１６寄り）にも設けられるので、液晶１３の液晶分子の配向をｘ軸方向により一様に制御することができる。
【実施例４】
【００４２】
図８−Ａ，−Ｂに本実施例４におけるギャップＧ２及びその周辺の斜視図と断面図を示す。本実施例４の主な特徴点は以下の通りである。
（１）液晶２３′（誘電率可変部材）は、誘電体基板２５の中には配置されず、ギャップＧ２の上（ｚ座標が大きくなる方）に配置されている。
（２）誘電体材料から成る液晶保持部材２９が、誘電体基板２５上の配線パターン（主線路２１ａ，２１ｂ）の上や誘電体基板２５の上に、液晶２３′を側方から囲む様にして配置されている。
（３）電極２８ａ，２８ｂ（電界設定手段）が、誘電率可変部材（液晶２３′）の上面に、配線パターン（主線路２１ａ，２１ｂ）と平行に対峙する様に形成されている。また、この電極２８ａ，２８ｂの間には、ビーム放射用の隙間が形成されている。
【００４３】
例えばこの様に、誘電率可変部材や電界設定手段を配置しても、上記の各実施例と略同様にして誘電率可変部材（液晶２３′）に所望の電界を与えることができる。例えば、スイッチＳＷ１が閉じており、かつ、スイッチＳＷ２が開いた状態にすると、液晶２３′の充鎮領域中にｚ軸方向の電界を形成することができる。また、スイッチＳＷ２が閉じており、かつ、スイッチＳＷ１が開いた状態にすると、液晶２３′の充鎮領域中の特にギャップＧ２の近傍にｘ軸方向の電界を形成することができる。
【００４４】
また、本実施例４の場合、電極２８ａ，２８ｂなどの影響を考慮するためにビームの放射特性の設計が難しくなったりすることがあるが、その代わりに、上記の誘電体基板２５には穴をあけたり、その穴に誘電率可変部材を埋め込んだりする必要がなくなるので、本実施例４の様な実施形態に従えば、所望のアレーアンテナが製造し易くなると言う利点を得ることができる。
【００４５】
〔その他の変形例〕
本発明の実施形態は、上記の形態に限定されるものではなく、その他にも以下に例示される様な変形を行っても良い。この様な変形や応用によっても、本発明の作用に基づいて本発明の効果を得ることができる。
【００４６】
（変形例１）
例えば、上記の実施例４では、電極２８ａ，２８ｂの長手方向をｘ軸方向に沿わせて配置したが、電極２８ａ，２８ｂの各長手方向は、それぞれｙ軸方向に沿わせて配置しても良い。この場合、主線路２１ａと電極２８ａを平行に対峙する様に配置し、主線路２１ｂと電極２８ｂを平行に対峙する様に配置すれば、各単位パターンからの放射量が若干減衰するが、実施例３と同様の電界設定手段（図７）を用いて実施例３と同様の制御を実現することができる。
【００４７】
（変形例２）
また、上記のストリップアレーアンテナの配線パターンを複数パターン平行に並列に配置して平面アンテナを構成する場合には、必要に応じて誘電体基板にビアホールを形成したり、誘電体基板中に多層構造の回路を形成したり、或いはワイヤーボンディングを行ったりして、上記の電気回路などの様な必要な制御用回路を立体的に形成する必要が生じるが、その様な立体的な回路形成によって、上記のストリップアレーアンテナの配線パターンを複数パターン平行に並列に配置して平面アンテナを構成することも、十分に可能となる。
【００４８】
ただし、上記のストリップアレーアンテナの配線パターンを１列だけ配列したアレーアンテナを構成する場合には、必要とされる制御用回路に関する電気配線を、ストリップアレーアンテナの配線パターンと同一の平面上に引き回しても良い。即ち、この様な場合には、必ずしも上記の様な立体的な回路形成を実施する必要はない。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明は、無線通信や電磁波センシングに有用であり、例えば、無線通信装置や、車両の事故防止システムやオートクルーズ制御システムなどに用いられる障害物センサや、或いはその他の車両周辺の物体に対する物体探索手段などとして利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】実施例１のアレーアンテナ１００のストリップ線路１４の斜視図
【図２−Ａ】アレーアンテナ１００の部分的な平面図
【図２−Ｂ】アレーアンテナ１００の電界設定手段の回路図
【図３】アレーアンテナ１００の放射ビームの指向性を例示するグラフ
【図４】実施例２のアレーアンテナ１００′の平面図
【図５】実施例２のアレーアンテナ１００′の断面図
【図６−Ａ】実施例３における液晶１３及びその周辺の断面図
【図６−Ｂ】実施例３における液晶１３及びその周辺の断面図
【図７】実施例３における電界設定手段の回路図
【図８−Ａ】実施例４におけるギャップＧ２及びその周辺の斜視図
【図８−Ｂ】実施例４におけるギャップＧ２及びその周辺の断面図
【図９】従来のストリップアレーアンテナの特性を説明する説明図
【図１０−Ａ】その他の従来のビーム走査アンテナの平面図
【図１０−Ｂ】その他の従来のビーム走査アンテナの断面図
【符号の説明】
【００５１】
１００  ：  アレーアンテナ
Ｕ  ：  単位パターン
１１  ：  主線路
１２  ：  スタブ
１３  ：  液晶（誘電率可変部材）
１５  ：  誘電体基板
Ｇ１  ：  ギャップ
【図１】
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【図２−Ａ】
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【図２−Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６−Ａ】
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【図６−Ｂ】
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【図７】
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【図８−Ａ】
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【図８−Ｂ】
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【図９】
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【図１０−Ａ】
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【図１０−Ｂ】
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