(57)【要約】【課題】低周波数帯と高周波数帯との２周波共用を実現することができ、小型化を図ることが可能な給電部が設けられたアンテナ装置を提供する。【解決手段】１２ＧＨｚ／２１ＧＨｚ帯共用給電部は、１２ＧＨｚ帯素子１−１〜１−４及び２１ＧＨｚ帯素子２−１〜２−４を誘電体基板３−１上で４５度ずらして配置すると共に、１２ＧＨｚ帯素子１−１〜１−４を第１の面４に形成し、２１ＧＨｚ帯素子２−１〜２−４を溝３３の底面である第２の面５に形成して配置する。また、１２ＧＨｚ帯及び２１ＧＨｚ帯の帯域幅と、厚み方向に高次モードが発生する基板厚の上限とを考慮して、誘電体基板３−１に溝３３を形成し、それぞれの厚みを所定長とする。これにより、パラボラアンテナの反射鏡に対向する１２ＧＨｚ／２１ＧＨｚ帯共用給電部として小型化を図ることができ、省スペース化及び低コスト化を図ることができる。【選択図】図１
2013219533.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
低周波の周波数帯域で共振する低周波アレーアンテナと、高周波の周波数帯域で共振する高周波アレーアンテナとを同一基板上に配置し、前記基板と接地導体板とを重ねて構成した給電部が設けられた２周波共用アンテナ装置において、
前記基板には溝が設けられ、
前記低周波アレーアンテナは、４つの同一形状の素子からなり、前記４つの素子が、前記基板上で正方形を形成するように、前記正方形の頂点の位置にそれぞれ配置され、
前記高周波アレーアンテナは、４つの同一形状の素子からなり、前記４つの素子が、前記基板上で正方形を形成するように、前記正方形の頂点の位置にそれぞれ配置され、
前記それぞれの正方形の中心を前記基板上で同じ位置とし、前記高周波アレーアンテナを、前記低周波アレーアンテナに対し４５度ずらして配置すると共に、前記溝の底部に、前記高周波アレーアンテナまたは前記低周波アレーアンテナのいずれか一方を配置する、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において、
前記基板には十字型の溝が設けられている、ことを特徴とするアンテナ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、アンテナ装置に関し、特に、２周波の衛星放送等を送受信するアンテナ装置に設けられた給電部に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、衛星放送等を送受信するために用いる２周波共用のアンテナ装置が知られている。例えば、低周波素子と高周波素子とを、３角形を形成するように配列し、多素子アレーを構成するアンテナ装置が提案されている（特許文献１を参照）。図１１は、従来技術による第１のアンテナ装置の概略構成を示す図である。このアンテナ装置１０１は、低周波の周波数帯域で共振する１つの低周波素子１１１ａと、高周波の周波数帯域で共振する２つの高周波素子１１２ａ１，１１２ｂ１とを、３角形を形成するように配置し、これをアレー配列したものである。このアンテナ装置１０１によれば、アンテナ素子間の互いの干渉を低く抑え、グレーティングローブが発生しない良好な放射特性を得ることができる。
【０００３】
また、低周波素子と高周波素子とを積層配置して構成したアンテナ装置が提案されている（特許文献２を参照）。図１２は、従来技術による第２のアンテナ装置の概略構成を示す図である。このアンテナ装置１０２は、アース板１２１と、アース板１２１に対して所定間隔を隔てて平行に配置された低周波素子１２２と、低周波素子１２２に対して所定間隔を隔てて、アース板１２１及び低周波素子１２２に平行に配置された高周波素子１２３と、アース板１２１と低周波素子１２２との間の電気的接続及び機械的結合を行うスペーサ１２４とを備え、スペーサ１２４の内部に、高周波素子１２３の給電部を通過させるように構成したものである。このアンテナ装置１０２によれば、高周波素子１２３への給電と、アース板１２１及び低周波素子１２２との間の電気的接続及び機械的結合とを同一箇所で行っているから、小型化を実現することができる。
【０００４】
また、高周波受信用ホーンアンテナの周囲に低周波素子を配置して構成したアンテナ装置が提案されている（非特許文献１，２を参照）。図１３は、従来技術による第３のアンテナ装置の概略構成を示す図である。このアンテナ装置１０３は、基板上の中央に高周波の周波数帯域で共振するホーン１３１を配置し、ホーン１３１の周囲に低周波の周波数帯域で共振する４つのマイクロストリップ素子１３２を配置して構成したものである。このアンテナ装置１０３によれば、最高周波数と最低周波数との比が５以上の場合に適用する２周波共用のアンテナ装置を実現することができる。
【０００５】
ところで、スーパーハイビジョン放送や立体テレビの伝送メディアとして、２１ＧＨｚ帯を用いた衛星放送が検討されている。２１ＧＨｚ帯は、２１．４ＧＨｚから２２．０ＧＨｚまでの６００ＭＨｚ幅の周波数帯域が割り当てられており、大容量信号の伝送が可能である。現行では、１２ＧＨｚ帯を用いた衛星放送により衛星放送サービスが実現されている。１２ＧＨｚ帯は、１１．７０ＧＨｚから１２．７５ＧＨｚまでの１．０５ＧＨｚ幅の周波数帯域が割り当てられている。
【０００６】
２１ＧＨｚ帯の放送衛星の軌道位置が、現行の１２ＧＨｚ帯の放送衛星と同じ場合には、１２ＧＨｚ帯（低周波数帯）と２１ＧＨｚ帯（高周波数帯）とを受信可能な２周波共用のアンテナ装置を用いることが想定される。このような２周波共用のアンテナ装置として単一の衛星放送受信用パラボラアンテナを用いることにより、両周波数帯で提供される衛星放送サービスを実現することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−３７４３５号公報
【特許文献２】特許第３９６７２６４号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】堀他、「ホーンとプリントアンテナを一次放射器とする２周波数帯共用反射鏡アンテナ」、信学技報、AP-85-56、pp.1-6、1985-10
【非特許文献２】堀他、「ホーンとプリントアレーを用いた２周波数帯共用反射鏡アンテナの設計法」、電子情報通信学会論文誌、B-II、Vol.J76-B-II、No.6、pp.504-511、１９９３年６月
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
図１４は、反射鏡及び給電部からなるパラボラアンテナの例を示す構成図である。このパラボラアンテナの例では、開口径が４５ｃｍであり、Ｆ／Ｄ比が０．４７である。
【００１０】
図１４に示したパラボラアンテナを、１２ＧＨｚ帯と２１ＧＨｚ帯との２周波共用のパラボラアンテナとして用い、両周波数帯で提供される衛星放送サービスを実現するためには、パラボラアンテナの反射鏡に対向して配置される給電部を小型化する必要がある。また、１２ＧＨｚ帯と２１ＧＨｚ帯との双方で十分な利得を得るためには、給電部から放射される電力の反射鏡エッジにおける照射レベル（以下、「エッジレベル」という。）を双方で一致させる必要がある。さらに、現行の１２ＧＨｚ帯の衛星放送では、右旋円偏波が用いられていることから、円偏波を発生させるアンテナ素子を用いる必要がある。
【００１１】
前述の特許文献１のアンテナ装置１０１は、３つのアンテナ素子が三角形を形成するように配列され、多素子アレーにより構成されるから、多素子平面アンテナの設計技術に適用されるものであり、反射鏡を用いたパラボラアンテナの設計技術に適用されるものではない。このため、アンテナ装置のサイズは大きくなり、パラボラアンテナの給電部には適用することができない。例えば、図１１に示したアンテナ装置１０１において、１つの低周波素子１１１ａ及び２つの高周波素子１１２ａ１，１１２ｂ１を単位として、アンテナ装置１０１を構成する多素子アレーが３２×１６＝５１２個からなり、その間隔を２ｃｍとした場合、このサイズは６４ｃｍ×３２ｃｍとなる（村田孝雄、「衛星放送および通信用高性能プリントアンテナに関する研究」、博士論文、pp.42-43、東北大学、１９９６年）。したがって、特許文献１のアンテナ装置１０１をパラボラアンテナの給電部に適用することができない。そもそも、このアンテナ装置１０１は小型化を目的としたものではないからである。
【００１２】
また、前述の特許文献２のアンテナ装置１０２は、低周波素子と高周波素子とが積層配置して構成されるから、小型化を実現することができる。しかしながら、このアンテナ装置１０２では、低周波素子１２２が高周波素子１２３の接地板になるから、高周波素子１２３の配置が低周波素子１２２の配置によって制限を受けてしまい、設計の自由度を十分に確保することができない。
【００１３】
また、前述の非特許文献１，２のアンテナ装置１０３は、ホーン１３１の周囲にマイクロストリップ素子１３２を配置したものであり、最高周波数と最低周波数との比が５以上の場合を想定したものである。このため、このアンテナ装置１０３を、１２ＧＨｚ帯及び２１ＧＨｚ帯のような周波数比が５未満のパラボラアンテナの給電部に適用することができない。
【００１４】
ここで、図１４に示したパラボラアンテナにおいて、ホーンアンテナを、１２ＧＨｚ帯と２１ＧＨｚ帯との２周波共用の給電部として使用する場合について説明する。図１５は、１２ＧＨｚ帯ホーンアンテナ及び２１ＧＨｚ帯ホーンアンテナの例を示す構造図である。１２ＧＨｚ帯ホーンアンテナと２１ＧＨｚ帯ホーンアンテナとが個々に設計された場合、図１５に示すように、波長の違いによってそのサイズに差が生じる。１２ＧＨｚ帯ホーンアンテナと２１ＧＨｚ帯ホーンアンテナとの間でサイズを比較すると、１２ＧＨｚ帯の波長が２１ＧＨｚ帯よりも長いから、１２ＧＨｚ帯ホーンアンテナの方が２１ＧＨｚ帯ホーンアンテナよりも、ホーンの開口径は大きくなる。１２ＧＨｚ帯ホーンアンテナのホーンの開口径は２８．５ｍｍであるのに対し、２１ＧＨｚ帯ホーンアンテナのホーンの開口径は１４．７ｍｍである。
【００１５】
例えば、図１４に示したパラボラアンテナにおいて、図１５に示した１２ＧＨｚ帯ホーンアンテナを、１２ＧＨｚ帯と２１ＧＨｚ帯との２周波共用の給電部として使用する場合を想定する。図１６は、１２ＧＨｚ帯ホーンアンテナに、１２ＧＨｚ帯及び２１ＧＨｚ帯の信号を励振した場合の放射パターンを示す図である。この放射パターンは、計算機シミュレーションにより得られた相対利得の特性を示している。縦軸は相対利得（ｄＢ）であり、横軸は反射鏡に対する給電部の離軸角度（度）である。図１６に示すように、１２ＧＨｚ帯の利得特性と２１ＧＨｚ帯の利得特性とは、パターンが一致しておらず、パラボラアンテナに使用した場合の反射鏡の開口角を±４６度とした場合、１２ＧＨｚ帯の利得特性では−８．９ｄＢ、２１ＧＨｚ帯の利得特性では−１６．５ｄＢの相対利得となっており、２１ＧＨｚ帯の利得特性は１２ＧＨｚ帯よりも放射パターンの幅が狭くなっている。
【００１６】
前述のとおり、１２ＧＨｚ帯と２１ＧＨｚ帯との双方で十分な利得を得るためには、利得特性で示されるエッジレベルを双方で一致させる必要がある。しかし、２１ＧＨｚ帯の波長が１２ＧＨｚ帯の波長の約０．６倍であり、図１５に示したように、１２ＧＨｚ帯ホーンアンテナが２１ＧＨｚ帯ホーンアンテナよりも開口が広いため、１２ＧＨｚ帯ホーンアンテナに２１ＧＨｚ帯の信号を励振した場合には、エネルギーが中央（離軸角度０度）に集中し、高い開口効率を得ることが難しい。このため、双方の利得特性の放射パターンが一致せず、両周波数を共用することができない。このように、図１５に示した１２ＧＨｚ帯ホーンアンテナでは、１２ＧＨｚ帯と２１ＧＨｚ帯との２周波共用の給電部として使用することができない。また、前述のとおり、ホーンアンテナでは小型化を実現することができない。
【００１７】
さらに、１２ＧＨｚ帯と２１ＧＨｚ帯との双方で衛星放送受信用として十分な性能を得るためには、ＶＳＷＲ（Ｖｏｌｔａｇｅ  Ｓｔａｎｄｉｎｇ  Ｗａｖｅ  Ｒａｔｉｏ：電圧定在波比）が１．５以下であることが望ましい。ＶＳＷＲを１．５以下とするには、広帯域化を図る必要があり、基板厚を最大化する必要がある。ここで、周波数が高いほど、基板厚の最大値は小さくなるから、２１ＧＨｚ帯用の基板厚は、１２ＧＨｚ帯用の基板厚よりも薄くする必要がある。
【００１８】
そこで、本発明は前記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、低周波数帯と高周波数帯との２周波共用を実現することができ、小型化を図ることが可能な給電部が設けられたアンテナ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
前記目的を達成するために、本発明による請求項１のアンテナ装置は、低周波の周波数帯域で共振する低周波アレーアンテナと、高周波の周波数帯域で共振する高周波アレーアンテナとを同一基板上に配置し、前記基板と接地導体板とを重ねて構成した給電部が設けられた２周波共用アンテナ装置において、前記基板には溝が設けられ、前記低周波アレーアンテナが、４つの同一形状の素子からなり、前記４つの素子が、前記基板上で正方形を形成するように、前記正方形の頂点の位置にそれぞれ配置され、前記高周波アレーアンテナが、４つの同一形状の素子からなり、前記４つの素子が、前記基板上で正方形を形成するように、前記正方形の頂点の位置にそれぞれ配置され、前記それぞれの正方形の中心を前記基板上で同じ位置とし、前記高周波アレーアンテナを、前記低周波アレーアンテナに対し４５度ずらして配置すると共に、前記溝の底部に、前記高周波アレーアンテナまたは前記低周波アレーアンテナのいずれか一方を配置する、ことを特徴とする。
【００２０】
また、本発明による請求項２のアンテナ装置は、請求項１に記載のアンテナ装置において、前記基板には十字型の溝が設けられている、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
以上のように、本発明によれば、２周波共用のアンテナ装置を実現することができ、その給電部の小型化を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施形態によるアンテナ装置に用いる１２ＧＨｚ／２１ＧＨｚ帯共用給電部の概略構成を示す斜視図である。
【図２】１２ＧＨｚ／２１ＧＨｚ帯共用給電部の構造を説明する図である。
【図３】１２ＧＨｚ／２１ＧＨｚ帯共用給電部の概略構成を示す側面図である。
【図４】１２ＧＨｚ帯スロット部、２１ＧＨｚ帯スロット部及び給電線路の寸法を示す図である。
【図５】１２ＧＨｚ／２１ＧＨｚ帯共用給電部を適用したパラボラアンテナの主偏波放射パターンを示す図である。
【図６】１２ＧＨｚ／２１ＧＨｚ帯共用給電部の放射パターンを示す図である。
【図７】（ａ）は、１２ＧＨｚ／２１ＧＨｚ帯共用給電部における１２ＧＨｚ帯のＶＳＷＲ特性を示す図である。（ｂ）は、２１ＧＨｚ帯のＶＳＷＲ特性を示す図である。
【図８】他の１２ＧＨｚ／２１ＧＨｚ帯共用給電部の構造を説明する図である。
【図９】他の１２ＧＨｚ／２１ＧＨｚ帯共用給電部を適用したパラボラアンテナの主偏波放射パターンを示す図である。
【図１０】１２ＧＨｚ／２１ＧＨｚ帯共用給電部（溝基板型）と他の１２ＧＨｚ／２１ＧＨｚ帯共用給電部（積層基板型）をパラボラアンテナに適用した場合の２１ＧＨｚ帯におけるパラボラアンテナの主偏波放射パターンを比較した図である。
【図１１】従来技術による第１のアンテナ装置の概略構成を示す図である。
【図１２】従来技術による第２のアンテナ装置の概略構成を示す図である。
【図１３】従来技術による第３のアンテナ装置の概略構成を示す図である。
【図１４】反射鏡及び給電部からなるパラボラアンテナの例を示す構成図である。
【図１５】１２ＧＨｚ帯ホーンアンテナ及び２１ＧＨｚ帯ホーンアンテナの例を示す構造図である。
【図１６】１２ＧＨｚ帯ホーンアンテナに、１２ＧＨｚ帯及び２１ＧＨｚ帯の信号を励振した場合の放射パターンを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明を実施するための形態について図面を用いて詳細に説明する。本発明の実施形態は、図１４に示した反射鏡及び給電部からなるパラボラアンテナのアンテナ装置において、電磁結合方式により低周波数帯（１２ＧＨｚ帯）と高周波数帯（２１ＧＨｚ帯）との２周波共用アンテナ装置を実現する。具体的には、本発明の実施形態によるアンテナ装置に用いる１２ＧＨｚ／２１ＧＨｚ帯共用給電部は、溝を有する誘電体基板を備え、所定の放射パターンを形成する４つのマイクロストリップ素子からなる低周波アレーアンテナを、溝のない面に形成し、前記所定の放射パターンと同じエッジレベルを有する４つのマイクロストリップ素子からなる高周波アレーアンテナを、溝の底面に形成し、低周波アレーアンテナと高周波アレーアンテナとを４５度ずらして配置したことを特徴とする。また、他の１２ＧＨｚ／２１ＧＨｚ帯共用給電部は、積層した誘電体基板を備え、所定の放射パターンを形成する４つのマイクロストリップ素子からなる低周波アレーアンテナと、前記所定の放射パターンと同じエッジレベルを有する４つのマイクロストリップ素子からなる高周波アレーアンテナとを、別々の誘電体基板上に４５度ずらして配置したことを特徴とする。
【００２４】
これらの実施形態によれば、低周波アレーアンテナを構成する４つのマイクロストリップ素子を、正方形の４角の位置に配置すると共に、高周波アレーアンテナを構成する４つのマイクロストリップ素子も、正方形の４角の位置に配置して、それぞれ正方形を形成し、低周波アレーアンテナと高周波アレーアンテナとを４５度ずらし、一方のマイクロストリップ素子が他方のマイクロストリップ素子の放射を遮らないようにした。これにより、給電部のアンテナ利得の向上を図ることができる。
【００２５】
また、低周波アレーアンテナを構成するマイクロストリップ素子の間隔及び高周波アレーアンテナを構成するマイクロストリップ素子の間隔をそれぞれ所定長とするようにした。これにより、１２ＧＨｚ帯と２１ＧＨｚ帯の双方で所望のビーム幅とし、エッジレベルを一致させることができ、パラボラアンテナにおいて、十分な利得を得ることができる。
【００２６】
また、低周波アレーアンテナを構成するマイクロストリップ素子と接地導体との間の基板の厚み及び高周波アレーアンテナを構成するマイクロストリップ素子と接地導体との間の基板の厚みをそれぞれ所定長とするようにした。これにより、低周波数帯及び高周波数帯において、所望の広帯域化を実現することができる。この場合、溝を有する１枚の誘電体基板を用いる溝基板型１２ＧＨｚ／２１ＧＨｚ帯共用給電部では、誘電体基板上に設けられた高周波アレーアンテナを構成するマイクロストリップ素子が、他の誘電体基板（低周波アレーアンテナを設けた誘電体基板）に遮られることなく露出することになる。したがって、２枚の誘電体基板を積層した積層型１２ＧＨｚ／２１ＧＨｚ帯共用給電部に比べ、高周波アレーアンテナのアンテナ利得を向上させることができる。
【００２７】
さらに、これらの実施形態の構成を用いることにより、円偏波及び直線偏波を発生させることができるから、現行の１２ＧＨｚ帯（低周波数帯）の放送衛星で用いられている円偏波と、将来の２１ＧＨｚ帯（高周波数帯）の放送衛星で用いられる円偏波または直線偏波とに適用することができる。
【００２８】
〔溝基板型１２ＧＨｚ／２１ＧＨｚ帯共用給電部〕
まず、本発明の実施形態によるアンテナ装置に用いる２周波共用給電部について説明する。この２周波共用給電部は、前述のとおり、電磁結合方式を用いるものであり、溝を有する誘電体基板を備え、４つのマイクロストリップ素子からなる低周波アレーアンテナを溝のない面に配置し、４つのマイクロストリップ素子からなる高周波アレーアンテナを溝の底面に配置し、これらを４５度ずらしたものである。
【００２９】
図１は、本発明の実施形態によるアンテナ装置に用いる１２ＧＨｚ／２１ＧＨｚ帯共用給電部の概略構成を示す斜視図であり、図２は、１２ＧＨｚ／２１ＧＨｚ帯共用給電部の構造を説明する図である。図１を参照して、この１２ＧＨｚ／２１ＧＨｚ帯共用給電部は、図１４に示したパラボラアンテナにおいて、反射鏡に対向した面の構成を示している。
【００３０】
図２を参照して、１２ＧＨｚ／２１ＧＨｚ帯共用給電部は、１２ＧＨｚ／２１ＧＨｚ帯アレーアンテナ３１、接地導体板３２及び給電線路１０を備えて構成される。１２ＧＨｚ／２１ＧＨｚ帯アレーアンテナ３１の上面は、図１４に示したパラボラアンテナにおいて、反射鏡に対向しており、１２ＧＨｚ／２１ＧＨｚ帯アレーアンテナ３１と接地導体板３２とは、積層して（重ねて）構成される。
【００３１】
１２ＧＨｚ／２１ＧＨｚ帯アレーアンテナ３１は、溝３３を有する誘電体からなる平面基板（誘電体基板）３−１上において、溝３３が存在しない１２ＧＨｚ帯素子用誘電体面４（以下、第１の面４という。）に、１２ＧＨｚ帯の周波数帯域で共振する４つのマイクロストリップ素子である１２ＧＨｚ帯素子（低周波素子）１−１〜１−４が形成されている。また、溝３３が存在する２１ＧＨｚ帯素子用誘電体面５（以下、第２の面５という。）に、２１ＧＨｚ帯の周波数帯域で共振する４つのマイクロストリップ素子である２１ＧＨｚ帯素子（高周波素子）２−１〜２−４が形成されている。４つの１２ＧＨｚ帯素子１−１〜１−４により１２ＧＨｚ帯アレーアンテナ（低周波アレーアンテナ）が構成され、４つの２１ＧＨｚ帯素子２−１〜２−４により２１ＧＨｚ帯アレーアンテナ（高周波アレーアンテナ）が構成される。
【００３２】
接地導体板３２は、誘電体からなる平面基板（誘電体基板）３−２の上面に接地導体７が形成されている。接地導体７には、４つの１２ＧＨｚ帯スロット部（低周波数帯スロット部）８−１〜８−４及び４つの２１ＧＨｚ帯スロット部（高周波数帯スロット部）９−１〜９−４が形成されている。
【００３３】
給電線路１０は、接地導体板３２の誘電体基板３−２の下面において、１２ＧＨｚ帯スロット部８−１〜８−４及び２１ＧＨｚ帯スロット部９−１〜９−４のそれぞれに対応して設けられている。
【００３４】
１２ＧＨｚ／２１ＧＨｚ帯アレーアンテナ３１の１２ＧＨｚ帯素子１−１〜１−４は、ｚ方向において、接地導体板３２の１２ＧＨｚ帯スロット部８−１〜８−４にそれぞれ対応した位置に形成されており、２１ＧＨｚ帯素子２−１〜２−４は、ｚ方向において、接地導体板３２の２１ＧＨｚ帯スロット部９−１〜９−４にそれぞれ対応した位置に形成されている。
【００３５】
１２ＧＨｚ／２１ＧＨｚ帯アレーアンテナ３１の溝３３は、誘電体基板３−１上に十字型の凹形状をなしており、その底面は、２１ＧＨｚ帯素子２−１〜２−４が形成された第２の面５であり、その側面は、１２ＧＨｚ帯素子１−１〜１−４が形成された第１の面４と２１ＧＨｚ帯素子２−１〜２−４が形成された第２の面５との間の段差面（エッジ（面）６）である。
【００３６】
誘電体基板３−１の形状は、図１４に示したパラボラアンテナの反射鏡からみると、正方形であり、１２ＧＨｚ帯素子１−１〜１−４及び２１ＧＨｚ帯素子２−１〜２−４の形状はいずれも円形である。１２ＧＨｚ帯素子１−１〜１−４は、それぞれの素子の円周に接して正方形を形成するように（それぞれの素子の中央点を頂点として正方形を形成するように）、誘電体基板３−１の第１の面４に配置されている。２１ＧＨｚ帯素子２−１〜２−４も、それぞれの素子の円周に接して正方形を形成するように（それぞれの素子の中央点を頂点として正方形を形成するように）、誘電体基板３−１の第２の面５に配置されている。これらの正方形は、誘電体基板３−１の中央に形成され、隣り合う１２ＧＨｚ帯素子１−１〜１−４の間隔は同一であり、隣り合う２１ＧＨｚ帯素子２−１〜２−４の間隔も同一である。
【００３７】
１２ＧＨｚ帯素子１−１〜１−４により形成される正方形と、２１ＧＨｚ帯素子２−１〜２−４により形成される正方形とは、４５度ずらして配置されている。これにより、１２ＧＨｚ帯素子１−１〜１−４と２１ＧＨｚ帯素子２−１〜２−４との位置関係が対称形になるので、低周波アレーアンテナ及び高周波アレーアンテナ共に対称形の放射パターンを形成することができ、反射鏡と組み合わせたときのパラボラアンテナとしての利得を向上させることができる。また、径及び間隔の長い１２ＧＨｚ帯素子１−１〜１−４の内側に、径及び間隔の短い２１ＧＨｚ帯素子２−１〜２−４が配置され、１２ＧＨｚ帯素子１−１〜１−４と２１ＧＨｚ帯素子２−１〜２−４とを別々の領域に配置する必要がないから、パラボラアンテナの反射鏡に対向する１２ＧＨｚ／２１ＧＨｚ帯共用給電部として小型化を図ることができる。径及び間隔については後述する。また、同一の誘電体基板３−１において、１２ＧＨｚ帯素子１−１〜１−４と２１ＧＨｚ帯素子２−１〜２−４との間で、一方の素子が他方の素子の放射を遮ることがないから、所望の利得特性を得ることができ、２周波の放送信号を受信し分離することが可能となる。
【００３８】
接地導体板３２において、１２ＧＨｚ帯スロット部８−１〜８−４及び２１ＧＨｚ帯スロット部９−１〜９−４は、それぞれ所定幅及び所定長の帯状のスロットが直交するように十字型に形成されている。直交する２つのスロットの幅は同じであるが、長さが異なっている。また、２１ＧＨｚ帯スロット部９−１〜９−４は、１２ＧＨｚ帯スロット部８−１〜８−４のスロットよりも所定長の短いスロットが形成されている。１２ＧＨｚ／２１ＧＨｚ帯アレーアンテナ３１の１２ＧＨｚ帯素子１−１〜１−４は、直交するスロットの長さの比を所定比とすることにより、これらに対応する接地導体板３２の接地導体７に形成された１２ＧＨｚ帯スロット部８−１〜８−４との間の電磁結合によって給電され、１２ＧＨｚ帯の円偏波を発生させることができる。また、１２ＧＨｚ／２１ＧＨｚ帯アレーアンテナ３１の２１ＧＨｚ帯素子２−１〜２−４は、直交するスロットの長さの比を所定比とすることにより、これらに対応する接地導体板３２の接地導体７に形成された２１ＧＨｚ帯スロット部９−１〜９−４との間の電磁結合によって給電され、２１ＧＨｚ帯の円偏波を発生させることができる。直交するスロットの長さの比については後述する。
【００３９】
１２ＧＨｚ帯スロット部８−１〜８−４（８−ｍ、ｍ＝１〜４）におけるスロットの回転位置は、ｍ＝１のスロットの回転位置を０として、π（ｍ−１）／２である。同様に、２１ＧＨｚ帯スロット部９−１〜９−４（９−ｍ、ｍ＝１〜４）におけるスロットの回転位置も、ｍ＝１のスロットの回転位置を０として、π（ｍ−１）／２である。この場合、１２ＧＨｚ帯スロット部８−１〜８−４及び２１ＧＨｚ帯スロット部９−１〜９−４は、位相差π（ｍ−１）／２にてそれぞれ給電される。
【００４０】
図３は、１２ＧＨｚ／２１ＧＨｚ帯共用給電部の概略構成を示す側面図であり、図２において、手前からｙ軸のプラス方向をみたときの１２ＧＨｚ／２１ＧＨｚ帯共用給電部の側面を示す。図３に示すように、１２ＧＨｚ帯素子１−１，１−２及び２１ＧＨｚ帯素子２−１、誘電体基板３−１、接地導体７、並びに誘電体基板３−２が、図１４に示した反射鏡に対向する上（給電部からみて反射鏡側）から下（給電部からみて反射鏡の反対側）へ向けて重ねられている。１２ＧＨｚ帯素子１−１，１−２は誘電体基板３−１の第１の面４に、２１ＧＨｚ帯素子２−１は誘電体基板３−１の第２の面５にそれぞれ形成されており、接地導体７は誘電体基板３−２の上面に形成されている。
【００４１】
前述のとおり、衛星放送サービスを実現するために、１２ＧＨｚ帯は、１１．７０ＧＨｚから１２．７５ＧＨｚまでの１．０５ＧＨｚ幅の周波数帯が割り当てられ、２１ＧＨｚ帯は、２１．４ＧＨｚから２２．０ＧＨｚまでの６００ＭＨｚ幅の周波数帯が割り当てられている。一般に、誘電体基板３−１の基板厚を大きくすれば帯域幅を広げることができるが、厚み方向に高次モードが発生するため、基板厚の上限値は例えばλε／１６である（堀俊和、“広帯域・マルチバンドプリントアンテナ”、 信学論Ｂ、Vol.J87-B、No.9、pp.1130-1139（Sep.2004））。したがって、２１ＧＨｚ帯の基板厚の上限値は１２ＧＨｚ帯よりも小さい。ここで、λεは、誘電体内部の波長である。一方、１２ＧＨｚ帯の比帯域は８．６％であり、２１ＧＨｚ帯の比帯域は２．８％であるため、１２ＧＨｚ帯素子１−１〜１−４の広帯域化が必要になり、１２ＧＨｚ帯の基板厚を２１ＧＨｚ帯の基板厚よりも大きくする必要がある。しかし、同一の誘電体基板の同一面上に１２ＧＨｚ帯素子１−１〜１−４と２１ＧＨｚ帯素子２−１〜２−４とを配置すると、前述のとおり、２１ＧＨｚ帯素子２−１〜２−４によって基板厚の上限値が決まるため、１２ＧＨｚ帯素子１−１〜１−４の基板厚を最大化することができない。
【００４２】
そこで、それぞれの周波数帯で１２ＧＨｚ帯素子１−１〜１−４及び２１ＧＨｚ帯素子２−１〜２−４の広帯域化を図るため、図３に示したように、接地導体７上に単一の誘電体基板３−１を設けて溝３３を切り、１２ＧＨｚ帯素子１−１〜１−４が形成された第１の面４の箇所（溝３３が存在しない箇所）を０．９ｍｍ厚とし、２１ＧＨｚ帯素子２−１〜２−４が形成された第２の面５の箇所（溝３３が存在する箇所）を０．５ｍｍ厚とすることとした。したがって、溝３３の深さは０．４ｍｍである。これらの厚みは、１２ＧＨｚ帯素子１−１〜１−４及び２１ＧＨｚ帯素子２−１〜２−４共に、上限値（１２ＧＨｚ帯の場合λε／１６＝０．９２ｍｍ、２１ＧＨｚ帯の場合λε／１６＝０．５３ｍｍ）を超えるものではない。これにより、１２ＧＨｚ帯素子１−１〜１−４及び２１ＧＨｚ帯素子２−１〜２−４のそれぞれの周波数帯で、所望の広帯域化を図ることができる。
【００４３】
誘電体基板３−１，３−２は、例えば比誘電率２．５６、誘電正接０．００１６のＰＴＦＥ基板が用いられる。図１を参照して、誘電体基板３−１の１辺のサイズは２７ｍｍである。誘電体基板３−２も同様である。溝３３の幅は５．１６ｍｍである。１２ＧＨｚ帯素子１−１〜１−４の半径は３．５５ｍｍであり、２１ＧＨｚ帯素子２−１〜２−４の半径は２．０８ｍｍである。１２ＧＨｚ帯素子１−１，１−２間の距離は１３．５ｍｍであり、１２ＧＨｚ帯素子１−２，１−３間の距離、１２ＧＨｚ帯素子１−３，１−４間の距離、及び１２ＧＨｚ帯素子１−４，１−１間の距離も同様である。２１ＧＨｚ帯素子２−１，２−２間の距離は９．３ｍｍであり、２１ＧＨｚ帯素子２−２，２−３間の距離、２１ＧＨｚ帯素子２−３，２−４間の距離、及び２１ＧＨｚ帯素子２−４，２−１間の距離も同様である。また、図３を参照して、１２ＧＨｚ帯素子１−１〜１−４が形成された誘電体基板３−１の第１の面４における厚さは０．９ｍｍ、２１ＧＨｚ帯素子２−１〜２−４が形成された誘電体基板３−１の第２の面５における厚さは０．５ｍｍ、誘電体基板３−２の厚さは０．２ｍｍである。
【００４４】
１２ＧＨｚ帯素子１−１，１−２等の間隔を１３．５ｍｍとし、２１ＧＨｚ帯素子２−１，２−２等の間隔を９．３ｍｍとすることにより、後述する図６に示すように、１２ＧＨｚ帯と２１ＧＨｚ帯との双方でのエッジレベルを一致させることができ、パラボラアンテナにおいて、双方で十分な利得を得ることができる。
【００４５】
図４は、１２ＧＨｚ帯スロット部８−１〜８−４、２１ＧＨｚ帯スロット部９−１〜９−４及び給電線路１０の寸法を示す図である。図４において、ｒは１２ＧＨｚ帯素子１−１〜１−４及び２１ＧＨｚ帯素子２−１〜２−４の半径、ｗは給電線路１０の幅を示す。また、ｌslotAは１２ＧＨｚ帯スロット部８−１〜８−４及び２１ＧＨｚ帯スロット部９−１〜９−４の長い方のスロットの長さ、ｗslotAは１２ＧＨｚ帯スロット部８−１〜８−４及び２１ＧＨｚ帯スロット部９−１〜９−４の長い方のスロットの幅、ｌslotBは１２ＧＨｚ帯スロット部８−１〜８−４及び２１ＧＨｚ帯スロット部９−１〜９−４の短い方のスロットの長さ、ｗslotBは１２ＧＨｚ帯スロット部８−１〜８−４及び２１ＧＨｚ帯スロット部９−１〜９−４の短い方のスロットの幅を示す。また、ｌ1は１２ＧＨｚ帯素子１−１〜１−４及び２１ＧＨｚ帯素子２−１〜２−４の中心に対応する位置から終端までの給電線路１０の長さ、ｌ2は１２ＧＨｚ帯素子１−１〜１−４の中心に対応する位置から開放スタブまでの給電線路１０の長さ、ｌstubは開放スタブの長さを示す。
【００４６】
開放スタブは、１２ＧＨｚ帯スロット部８−１〜８−４における給電線路１０のインピーダンス整合を図るために、１２ＧＨｚ帯素子１−１〜１−４のみに対して設けられる。インピーダンス整合は、１２ＧＨｚ帯素子１−１〜１−４及び２１ＧＨｚ帯素子２−１〜２−４の中心に対応する位置から終端までの給電線路１０の長さを示すｌ1を調整することによって実現されるが、１２ＧＨｚ帯素子１−１〜１−４においては、この長さｌ1のみの調整では実現困難だからである。この開放スタブは、給電線路１０をＴ字に枝分かれさせた構造になっている。ここで、インピーダンスは、一般的な高周波測定器に合わせるために、１２ＧＨｚ帯素子１−１〜１−４及び２１ＧＨｚ帯素子２−１〜２−４共に５０Ωである。
【００４７】
図５は、図１〜図３に示した１２ＧＨｚ／２１ＧＨｚ帯共用給電部を適用したパラボラアンテナ（図１４に示したパラボラアンテナ）の主偏波放射パターンを示す図である。この放射パターンは、計算機シミュレーションにより得られたパラボラアンテナ全体に対するアンテナ利得を示しており、縦軸はアンテナ利得（ｄＢｉ）であり、横軸は反射鏡に対する給電部の離軸角度（度）である。また、実線は１２ＧＨｚ帯（１２．２２５ＧＨｚ）のアンテナ利得を示し、点線は２１ＧＨｚ帯（２１．７ＧＨｚ）のアンテナ利得を示す。図５から、離軸角度０度において、１２ＧＨｚ帯のアンテナ利得が３３．６ｄＢｉ、すなわちアンテナ効率が６９％であり、２１ＧＨｚ帯のアンテナ利得が３７．６ｄＢｉ、すなわちアンテナ効率が５５％であることがわかる。
【００４８】
図６は、図１〜図３に示した１２ＧＨｚ／２１ＧＨｚ帯共用給電部の放射パターンを示す図である。この放射パターンは、計算機シミュレーションにより得られた相対利得の特性を示しており、図１〜図３に示した１２ＧＨｚ帯素子１−１〜１−４及び２１ＧＨｚ帯素子２−１〜２−４の配置において、１２ＧＨｚ／２１ＧＨｚ帯共用給電部に１２ＧＨｚ帯及び２１ＧＨｚ帯の信号を励振した場合を示している。縦軸は相対利得（ｄＢ）であり、横軸は反射鏡に対する給電部の離軸角度（度）であり、実線が１２ＧＨｚ帯（１２．２２５ＧＨｚ）の相対利得、点線が２１ＧＨｚ帯（２１．７ＧＨｚ）の相対利得を示している。図６から、ＬＨＣＰ（主偏波）において、１２ＧＨｚ帯の相対利得と２１ＧＨｚ帯の相対利得とは、反射鏡の開口角である離軸角度±４６度の範囲内にて放射パターンがほぼ一致していることがわかる。また、ＲＨＣＰ（交差偏波）の相対利得は、ＬＨＣＰに比べて抑えられていることがわかる。
【００４９】
このように、図１〜図３に示した１２ＧＨｚ／２１ＧＨｚ帯共用給電部では、１２ＧＨｚ帯と２１ＧＨｚ帯との双方でのエッジレベルを一致させることができ、パラボラアンテナにおいて、双方で十分な利得を得ることができる。これにより、１２ＧＨｚ帯及び２１ＧＨｚ帯の両周波数を共用することができる。
【００５０】
図７（ａ）は、図１〜図３に示した１２ＧＨｚ／２１ＧＨｚ帯共用給電部における１２ＧＨｚ帯のＶＳＷＲ特性を示す図であり、図７（ｂ）は、２１ＧＨｚ帯のＶＳＷＲ特性を示す図である。これらのＶＳＷＲ特性は、計算機シミュレーションの結果を示しており、縦軸はＶＳＷＲであり、横軸は周波数（ＧＨｚ）である。図７（ａ）（ｂ）から、１２ＧＨｚ帯の所望の帯域（１１．７０ＧＨｚ〜１２．７５ＧＨｚ）及び２１ＧＨｚ帯の所望の帯域（２１．４ＧＨｚ〜２２．０ＧＨｚ）において、ＶＳＷＲが１．５以下になっていることがわかる。
【００５１】
このように、図１〜図３に示した１２ＧＨｚ／２１ＧＨｚ帯共用給電部では、十分なＶＳＷＲ特性を得ることができ、１２ＧＨｚ帯及び２１ＧＨｚ帯の両周波数を共用することができると共に、衛星放送受信用として十分な性能が得られる。
【００５２】
以上のように、図１〜図３に示した溝基板型１２ＧＨｚ／２１ＧＨｚ帯共用給電部によれば、接地導体７からパラボラアンテナの反射鏡へ向けて見たときに、１２ＧＨｚ帯素子１−１〜１−４及び２１ＧＨｚ帯素子２−１〜２−４を、誘電体基板３−１上に両素子が重ならないように配置し、かつ、４５度ずらして１２ＧＨｚ帯素子１−１〜１−４を誘電体基板３−１の第１の面４に形成し、２１ＧＨｚ帯素子２−１〜２−４を誘電体基板３−１の溝３３の底面である第２の面５に形成して配置するようにした。また、１２ＧＨｚ帯及び２１ＧＨｚ帯の帯域幅と、厚み方向に高次モードが発生する基板厚の上限（例えばλε／１６）とを考慮して、誘電体基板３−１に溝３３を形成し、それぞれの厚みを所定長とするようにした。これにより、パラボラアンテナの反射鏡に対向する１２ＧＨｚ／２１ＧＨｚ帯共用給電部として小型化を図ることができ、省スペース化及び低コスト化を図ることができる。
【００５３】
また、１２ＧＨｚ帯素子１−１〜１−４の間隔及び２１ＧＨｚ帯素子２−１〜２−４の間隔を調整することにより、所望の利得特性及びビーム幅を得ることができる。これにより、１２ＧＨｚ帯と２１ＧＨｚ帯の双方で所望のビーム幅とし、エッジレベルを一致させることができ、パラボラアンテナにおいて、十分な利得を得ることができる。したがって、１２ＧＨｚ／２１ＧＨｚ帯共用給電部を、パラボラアンテナの給電部として最適化することができる。
【００５４】
〔積層基板型１２ＧＨｚ／２１ＧＨｚ帯共用給電部〕
次に、本発明の実施形態によるアンテナ装置に用いる他の２周波共用給電部について説明する。この２周波共用給電部は、電磁結合方式を用いるものであり、４つのマイクロストリップ素子からなる低周波アレーアンテナと、４つのマイクロストリップ素子からなる高周波アレーアンテナとを、別々の基板上に４５度ずらして配置したものである。
【００５５】
図８は、本発明の実施形態によるアンテナ装置に用いる他の１２ＧＨｚ／２１ＧＨｚ帯共用給電部の構造を説明する図である。この１２ＧＨｚ／２１ＧＨｚ帯共用給電部は、３層の基板により構成され、１層目の接地導体板２３と、接地導体板２３の上側に配置される２層目の２１ＧＨｚ帯アレーアンテナ２２と、２１ＧＨｚ帯アレーアンテナ２２の上側に配置される３層目の１２ＧＨｚ帯アレーアンテナ２１とを積層した構造になっている。３層目の１２ＧＨｚ帯アレーアンテナ２１の上面は、図１４に示したパラボラアンテナにおいて、反射鏡に対向している。
【００５６】
１層目の接地導体板２３は、誘電体からなる平面基板（誘電体基板）１４−３の上面に接地導体１５が形成され、誘電体基板１４−３の下面に給電線路１８が設けられている。接地導体１５には、４つの１２ＧＨｚ帯スロット部（低周波数帯スロット部）１６−１〜１６−４及び４つの２１ＧＨｚ帯スロット部（高周波数帯スロット部）１７−１〜１７−４が形成されている。また、給電線路１８は、１２ＧＨｚ帯スロット部１６−１〜１６−４及び２１ＧＨｚ帯スロット部１７−１〜１７−４のそれぞれに対応して設けられている。
【００５７】
２層目の２１ＧＨｚ帯アレーアンテナ２２は、誘電体からなる平面基板（誘電体基板）１４−２に、２１ＧＨｚ帯の周波数帯域で共振する４つのマイクロストリップ素子である２１ＧＨｚ帯素子（高周波素子）１２−１〜１２−４が形成されている。２１ＧＨｚ帯素子１２−１〜１２−４は、ｚ方向において、接地導体板２３の２１ＧＨｚ帯スロット部１７−１〜１７−４にそれぞれ対応した位置に形成されている。
【００５８】
３層目の１２ＧＨｚ帯アレーアンテナ２１は、誘電体からなる平面基板（誘電体基板）１４−１に、１２ＧＨｚ帯の周波数帯域で共振する４つのマイクロストリップ素子である１２ＧＨｚ帯素子（低周波素子）１１−１〜１１−４が形成されている。１２ＧＨｚ帯素子１１−１〜１１−４は、ｚ方向において、接地導体板２３の１２ＧＨｚ帯スロット部１６−１〜１６−４にそれぞれ対応した位置に形成されている。
【００５９】
誘電体基板１４−１〜１４−３の上面及び下面の形状は正方形であり、１２ＧＨｚ帯素子１１−１〜１１−４及び２１ＧＨｚ帯素子１２−１〜１２−４の形状（上面及び下面の形状）はいずれも円形である。１２ＧＨｚ帯素子１１−１〜１１−４は、それぞれの素子の円周に接して正方形を形成するように（それぞれの素子の中央点を頂点として正方形を形成するように）、誘電体基板１４−１上に配置されている。また、２１ＧＨｚ帯素子１２−１〜１２−４は、それぞれの素子の円周に接して正方形を形成するように（それぞれの素子の中央点を頂点として正方形を形成するように）、誘電体基板１４−２上に配置されている。これらの正方形は、それぞれ誘電体基板１４−１，１４−２の中央に形成され、隣り合う１２ＧＨｚ帯素子１１−１〜１１−４の間隔は同一であり、隣り合う２１ＧＨｚ帯素子１２−１〜１２−４の間隔も同一である。
【００６０】
１２ＧＨｚ帯素子１１−１〜１１−４により形成される正方形と、２１ＧＨｚ帯素子１２−１〜１２−４により形成される正方形とは、両素子が重ならないように、４５度ずらして配置されている。これにより、１２ＧＨｚ帯素子１１−１〜１１−４と２１ＧＨｚ帯素子１２−１〜１２−４との位置関係が対称形になるので、低周波アレーアンテナ及び高周波アレーアンテナ共に対称形の放射パターンを形成することができ、反射鏡と組み合わせたときのパラボラアンテナとしての利得を向上させることができる。また、径及び間隔の長い１２ＧＨｚ帯素子１１−１〜１１−４の内側に、径及び間隔の短い２１ＧＨｚ帯素子１２−１〜１２−４が配置され、１２ＧＨｚ帯素子１１−１〜１１−４と２１ＧＨｚ帯素子１２−１〜１２−４とを別々の領域に配置する必要がないから、パラボラアンテナの反射鏡に対向する１２ＧＨｚ／２１ＧＨｚ帯共用給電部として小型化を図ることができる。径及び間隔については後述する。また、誘電体基板１４−１上に配置された１２ＧＨｚ帯素子１１−１〜１１−４と誘電体基板１４−２上に配置された２１ＧＨｚ帯素子１２−１〜１２−４との間で、一方の素子が他方の素子の放射を遮ることがないから、所望の利得特性を得ることができ、２周波の放送信号を受信し分離することが可能となる。
【００６１】
１層目の接地導体板２３における１２ＧＨｚ帯スロット部１６−１〜１６−４及び２１ＧＨｚ帯スロット部１７−１〜１７−４は、図２に示した接地導体板３２における１２ＧＨｚ帯スロット部８−１〜８−４及び２１ＧＨｚ帯スロット部９−１〜９−４と同様である。
【００６２】
誘電体基板１４−１〜１４−３は、例えば比誘電率２．５６、誘電正接０．００１６のＰＴＦＥ基板が用いられる。誘電体基板１４−１〜１４−３の１辺のサイズは２７ｍｍであり、その厚さはそれぞれ０．４ｍｍ、０．５ｍｍ、０．２ｍｍである。１２ＧＨｚ帯素子１１−１〜１１−４の半径は３．５６ｍｍであり、２１ＧＨｚ帯素子１２−１〜１２−４の半径は１．９４ｍｍである。１２ＧＨｚ帯素子１１−１，１１−２間の距離は１３．５ｍｍであり、１２ＧＨｚ帯素子１１−２，１１−３間の距離、１２ＧＨｚ帯素子１１−３，１１−４間の距離、及び１２ＧＨｚ帯素子１１−４，１１−１間の距離も同様である。２１ＧＨｚ帯素子１２−１，１２−２間の距離は９．３ｍｍであり、２１ＧＨｚ帯素子１２−２，１２−３間の距離、２１ＧＨｚ帯素子１２−３，１２−４間の距離、及び２１ＧＨｚ帯素子１２−４，１２−１間の距離も同様である。
【００６３】
このように、１２ＧＨｚ帯素子１１−１，１１−２等の間隔を１３．５ｍｍとし、２１ＧＨｚ帯素子１２−１，１２−２等の間隔を９．３ｍｍとすることにより、１２ＧＨｚ帯と２１ＧＨｚ帯との双方でのエッジレベルを一致させることができ、パラボラアンテナにおいて、双方で十分な利得を得ることができる。
【００６４】
また、１２ＧＨｚ帯素子１１−１〜１１−４、誘電体基板１４−１、２１ＧＨｚ帯素子１２−１〜１２−４、誘電体基板１４−２、接地導体１５及び誘電体基板１４−３を積層構造とし、１２ＧＨｚ帯素子１１−１〜１１−４について、接地導体１５との間の基板厚を０．９ｍｍとし、２１ＧＨｚ帯素子１２−１〜１２−４について、接地導体１５との間の基板厚を０．５ｍｍとした。これにより、１２ＧＨｚ帯素子１１−１〜１１−４及び２１ＧＨｚ帯素子１２−１〜１２−４のそれぞれの周波数帯で、所望の広帯域化を図ることができる。
【００６５】
図９は、図８に示した他の１２ＧＨｚ／２１ＧＨｚ帯共用給電部を適用したパラボラアンテナ（図１４に示したパラボラアンテナ）の主偏波放射パターンを示す図である。この放射パターンは、計算機シミュレーションにより得られたパラボラアンテナ全体に対するアンテナ利得を示しており、縦軸はアンテナ利得（ｄＢｉ）であり、横軸は反射鏡に対する給電部の離軸角度（度）である。また、実線は１２ＧＨｚ帯（１２．２２５ＧＨｚ）のアンテナ利得を示し、点線は２１ＧＨｚ帯（２１．７ＧＨｚ）のアンテナ利得を示す。図９から、離軸角度０度において、１２ＧＨｚ帯のアンテナ利得が３３．５ｄＢｉ、すなわちアンテナ効率が６８％であり、２１ＧＨｚ帯のアンテナ利得が３７．２ｄＢｉ、すなわちアンテナ効率が５０％であることがわかる。
【００６６】
以上のように、図８に示した積層基板型１２ＧＨｚ／２１ＧＨｚ帯共用給電部によれば、接地導体１５からパラボラアンテナの反射鏡へ向けて見たときに、１２ＧＨｚ帯素子１１−１〜１１−４と２１ＧＨｚ帯素子１２−１〜１２−４とを、誘電体基板１４−１，１４−２上に両素子が重ならないように配置し、かつ、４５度ずらして１２ＧＨｚ帯素子１１−１〜１１−４を誘電体基板１４−１上に形成し、２１ＧＨｚ帯素子１２−１〜１２−４を誘電体基板１４−２上に形成して配置するようにした。また、１２ＧＨｚ帯及び２１ＧＨｚ帯の帯域幅と、厚み方向に高次モードが発生する基板厚の上限（例えばλε／１６）とを考慮して、積層構造を構成し、誘電体基板１４−１，１４−２の厚みを所定長とするようにした。これにより、パラボラアンテナの反射鏡に対向する１２ＧＨｚ／２１ＧＨｚ帯共用給電部として小型化を図ることができ、省スペース化及び低コスト化を図ることができる。
【００６７】
また、１２ＧＨｚ帯素子１１−１〜１１−４の間隔及び２１ＧＨｚ帯素子１２−１〜１２−４の間隔を調整することにより、所望の利得特性及びビーム幅を得ることができる。これにより、１２ＧＨｚ帯と２１ＧＨｚ帯の双方で所望のビーム幅とし、エッジレベルを一致させることができ、パラボラアンテナにおいて、十分な利得を得ることができる。したがって、１２ＧＨｚ／２１ＧＨｚ帯共用給電部を、パラボラアンテナの給電部として最適化することができる。
【００６８】
〔溝基板型１２ＧＨｚ／２１ＧＨｚ帯共用給電部と積層基板型１２ＧＨｚ／２１ＧＨｚ帯共用給電部の比較〕
次に、図１〜図３に示した溝基板型１２ＧＨｚ／２１ＧＨｚ帯共用給電部と図８に示した積層基板型１２ＧＨｚ／２１ＧＨｚ帯共用給電部との間の放射パターンについて比較する。図１０は、前述の２つの１２ＧＨｚ／２１ＧＨｚ帯共用給電部をパラボラアンテナ（図１４に示したパラボラアンテナ）に適用した場合の２１ＧＨｚ帯におけるパラボラアンテナの主偏波放射パターンを比較した図である。この放射パターンは、図５に示した溝基板型１２ＧＨｚ／２１ＧＨｚ帯共用給電部による放射パターン、及び図９に示した積層基板型１２ＧＨｚ／２１ＧＨｚ帯共用給電部による放射パターンにおいて、離軸角度が−２〜＋２度の範囲における２１ＧＨｚ帯のパラボラアンテナのアンテナ利得を示している。実線は溝基板型１２ＧＨｚ／２１ＧＨｚ帯共用給電部によるパラボラアンテナのアンテナ利得、点線が積層基板型１２ＧＨｚ／２１ＧＨｚ帯共用給電部によるパラボラアンテナのアンテナ利得である。図１０から、溝基板型１２ＧＨｚ／２１ＧＨｚ帯共用給電部を用いたアンテナ装置における２１ＧＨｚ帯のアンテナ利得は、積層基板型１２ＧＨｚ／２１ＧＨｚ帯共用給電部に比べて０．４ｄＢ向上し、これをアンテナ効率に換算すると、アンテナ効率は５％向上することがわかる。
【００６９】
このように、図１〜図３に示した溝基板型１２ＧＨｚ／２１ＧＨｚ帯共用給電部を用いたアンテナ装置では、図８に示した積層基板型１２ＧＨｚ／２１ＧＨｚ帯共用給電部を用いたアンテナ装置よりも、２１ＧＨｚ帯のアンテナ利得を向上させることができる。これは、溝基板型１２ＧＨｚ／２１ＧＨｚ帯共用給電部の２１ＧＨｚ帯素子２−１〜２−４が、他の誘電体基板に遮られることなく露出しており、積層基板型１２ＧＨｚ／２１ＧＨｚ帯共用給電部に比べ、電波の放射が妨げられないからである。したがって、溝基板型１２ＧＨｚ／２１ＧＨｚ帯共用給電部では、誘電体基板３−１に溝３３を設け、溝３３が存在しない第１の面４に１２ＧＨｚ帯素子１−１〜１−４を形成し、溝３３の底面である第２の面５に２１ＧＨｚ帯素子２−１〜２−４を形成し、基板厚を最大化するようにしたから、２１ＧＨｚ帯素子２−１〜２−４のアンテナ利得を低減させることなく広帯域化を図ると共に、２周波の放送信号を受信して分離することが可能となる。
【００７０】
以上、実施形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、その技術思想を逸脱しない範囲で種々変形可能である。例えば、図１〜図３に示した溝基板型１２ＧＨｚ／２１ＧＨｚ帯共用給電部では、誘電体基板３−１上において、溝３３が存在しない第１の面４の所定位置に１２ＧＨｚ帯素子１−１〜１−４が配置され、溝３３が存在する第２の面５の所定位置に２１ＧＨｚ帯素子２−１〜２−４が配置されるようにした。これに対し、１２ＧＨｚ帯素子１−１〜１−４は、必ずしも第１の面４の所定位置に配置される必要はなく、例えば、溝３３のエッジ６に接して配置されるようにしてもよい。同様に、２１ＧＨｚ帯素子２−１〜２−４は、必ずしも第２の面５の所定位置に配置される必要はなく、例えば、溝３３のエッジ６に接して配置されるようにしてもよい。要するに、１２ＧＨｚ帯素子１−１〜１−４は、接地導体７との間で所定の距離（誘電体基板３−１の厚さ）を確保できるように、第１の面４に配置されればよく、２１ＧＨｚ帯素子２−１〜２−４も、接地導体７との間で所定の距離を確保できるように、第２の面５に配置されればよい。
【００７１】
また、図１〜図３に示した溝基板型１２ＧＨｚ／２１ＧＨｚ帯共用給電部では、溝３３のエッジ６が、誘電体基板３−１の第１の面４及び第２の面５に対して垂直に形成されているが、必ずしも垂直でなくてもよい。例えば、エッジ６が第１の面４及び第２の面５に対して斜めに形成されるようにしてもよい。要するに、溝３３は、所定の広帯域化を実現するために、誘電体基板３−１において異なる２つの厚み（１２ＧＨｚ帯素子１−１〜１−４用の厚み及び２１ＧＨｚ帯素子２−１〜２−４用の厚み）となるように形成されればよい。
【００７２】
また、図１〜図３に示した溝基板型１２ＧＨｚ／２１ＧＨｚ帯共用給電部では、溝３３が、誘電体基板３−１上に十字型の凹形状となるように形成されているが、必ずしも十字型でなくてもよく、本発明は、溝３３の形状及び数を限定するものではない。例えば、溝３３は、第２の面５に２１ＧＨｚ帯素子２−１〜２−４がそれぞれ形成される４つの凹部であってもよく、円柱状または直方体状の溝３３であってもよい。要するに、溝３３は、前述のとおり、所定の広帯域化を実現するために、誘電体基板３−１に所定の厚みとなるように形成されればよい。
【００７３】
また、図１〜図３及び図８に示した１２ＧＨｚ／２１ＧＨｚ帯共用給電部では、円偏波を発生させるようにしたが、スロット長が異なる直交した２つのスロットを有する１２ＧＨｚ帯スロット部８−１〜８−４，１６−１〜１６−４及び２１ＧＨｚ帯スロット部９−１〜９−４，１７−１〜１７−４の代わりに、スロット長が同一の直交した２つのスロットを有する、または１つスロットのみを有するスロット部をそれぞれ形成することにより、直線偏波を発生させることができる。この場合、２１ＧＨｚ帯スロット部９−１〜９−４，１７−１〜１７−４は、１２ＧＨｚ帯スロット部８−１〜８−４，１６−１〜１６−４よりも短いスロットが形成され、スロットが全て同じ向きになるように配置される。また、１２ＧＨｚ帯スロット部８−１〜８−４，１６−１〜１６−４及び２１ＧＨｚ帯スロット部９−１〜９−４，１７−１〜１７−４は、位相差０（つまり同相）にてそれぞれ給電される。このように、１２ＧＨｚ／２１ＧＨｚ帯共用給電部の接地導体板３２，２３に、スロット長が異なる直交した２つのスロットを有する１２ＧＨｚ帯スロット部８−１〜８−４，１６−１〜１６−４及び２１ＧＨｚ帯スロット部９−１〜９−４，１７−１〜１７−４を形成することにより、円偏波を発生させることができる。一方、１２ＧＨｚ／２１ＧＨｚ帯共用給電部の接地導体板３２，２３に、スロット長が同一の直交した２つのスロットを有する、または１つのスロットのみを有する１２ＧＨｚ帯スロット部８−１〜８−４，１６−１〜１６−４及び２１ＧＨｚ帯スロット部９−１〜９−４，１７−１〜１７−４を形成することにより、直線偏波を発生させることができる。
【００７４】
これにより、将来の２１ＧＨｚ帯の放送衛星で円偏波が用いられる場合には、図２及び図８に示したように、接地導体板３２，２３に、スロット長が異なる直交した２つのスロットを有する１２ＧＨｚ帯スロット部８−１〜８−４，１６−１〜１６−４及び２１ＧＨｚ帯スロット部９−１〜９−４，１７−１〜１７−４を形成することにより、現行の１２ＧＨｚ帯の放送衛星で用いられている円偏波に適用することができると共に、２１ＧＨｚ帯の放送衛星で用いられる円偏波にも適用することができる。また、将来の２１ＧＨｚ帯の放送衛星で直線偏波が用いられる場合には、接地導体板３２，２３に、スロット長が異なる直交した２つのスロットを有する１２ＧＨｚ帯スロット部８−１〜８−４，１６−１〜１６−４を形成し、スロット長が同一の直交した２つのスロットを有する、または１つのスロットのみを有する２１ＧＨｚ帯スロット部９−１〜９−４，１７−１〜１７−４を形成することにより、現行の１２ＧＨｚ帯の放送衛星で用いられている円偏波に適用することができると共に、２１ＧＨｚ帯の放送衛星で用いられる直線偏波にも適用することができる。つまり、２１ＧＨｚ帯の衛星放送が現行の１２ＧＨｚ帯の衛星放送と同様に東経１１０°から送信される場合には、１２ＧＨｚ／２１ＧＨｚ帯共用給電部を用いることにより、１つのアンテナ装置で両方の衛星放送を受信することが可能となる。
【００７５】
また、図１〜図３及び図８に示した１２ＧＨｚ／２１ＧＨｚ帯共用給電部では、給電方式を電磁結合方式としたが、ピン給電方式とするようにしてもよい。ピン給電方式は既知であるから、ここでは詳細な説明を省略する。また、本発明は、給電方式を限定するものではなく、他の給電方式であってもよい。
【００７６】
また、図１〜図３及び図８に示した１２ＧＨｚ／２１ＧＨｚ帯共用給電部では、低周波数帯を１２ＧＨｚ帯とし、高周波数帯を２１ＧＨｚ帯とした場合について説明したが、他の低周波数帯、及び当該他の低周波数帯よりも高い高周波数帯にも適用することができる。この場合、それぞれの素子のサイズ及び素子の間隔等は、周波数帯に合わせて最適化する必要がある。また、１２ＧＨｚ／２１ＧＨｚ帯共用給電部は、受信アンテナだけでなく送信アンテナにも適用することができる。
【００７７】
また、図１〜図３及び図８に示した１２ＧＨｚ／２１ＧＨｚ帯共用給電部では、１２ＧＨｚ帯素子１−１〜１−４，１１−１〜１１−４及び２１ＧＨｚ帯素子２−１〜２−４，１２−１〜１２−４の形状を円形としたが、本発明は、これらの形状を円形に限定するものではなく、例えば方形であってもよい。要するに、円偏波及び直線偏波を発生させることが可能な形状であればよい。
【００７８】
また、図１〜図３及び図８に示した１２ＧＨｚ／２１ＧＨｚ帯共用給電部では、低周波数帯に、１１．７０ＧＨｚから１２．７５ＧＨｚまでの１．０５ＧＨｚ幅の周波数帯域が割り当てられ、高周波数帯に、２１．４ＧＨｚから２２．０ＧＨｚまでの６００ＭＨｚ幅の周波数帯域が割り当てられており、２１ＧＨｚ帯（高周波数帯）よりも１２ＧＨｚ帯（低周波数帯）の方が広帯域である場合の構成について説明した。このため、接地導体７，１５から高周波アレーアンテナまでの距離よりも低周波アレーアンテナまでの距離を長くする必要があった。これに対し、低周波数帯よりも高周波数帯の方が広帯域である場合には、接地導体７，１５から低周波アレーアンテナまでの距離よりも高周波アレーアンテナまでの距離を長くする必要がある。したがって、図１〜図３に示した１２ＧＨｚ／２１ＧＨｚ帯共用給電部では、溝３３を１２ＧＨｚ帯素子１−１〜１−４に対応した箇所に設けることで、２１ＧＨｚ帯素子２−１〜２−４に対応した誘電体基板３−１の厚みを、１２ＧＨｚ帯素子１−１〜１−４に対応した誘電体基板３−１の厚みよりも大きくする。また、図８に示した１２ＧＨｚ／２１ＧＨｚ帯共用給電部では、１層目に接地導体１５を設け、２層目に低周波アレーアンテナを設け、３層目に高周波アレーアンテナを設ける。
【符号の説明】
【００７９】
１，１１  １２ＧＨｚ帯素子（低周波素子）
２，１２  ２１ＧＨｚ帯素子（高周波素子）
３，１４  誘電体基板
４  １２ＧＨｚ帯素子用誘電体面
５  ２１ＧＨｚ帯素子用誘電体面
６  エッジ
７，１５  接地導体
８，１６  １２ＧＨｚ帯スロット部（低周波数帯スロット部）
９，１７  ２１ＧＨｚ帯スロット部（高周波数帯スロット部）
１０，１８  給電線路
２１  １２ＧＨｚ帯アレーアンテナ（低周波アレーアンテナ）
２２  ２１ＧＨｚ帯アレーアンテナ（高周波アレーアンテナ）
２３，３２  接地導体板
３１  １２ＧＨｚ／２１ＧＨｚ帯アレーアンテナ
３３  溝
１０１，１０２，１０３  アンテナ装置
１１１，１２２  低周波素子
１１２，１２３  高周波素子
１２１  アース板
１２４  スペーサ
１３１  ホーン
１３２  マイクロストリップ素子
【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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【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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