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1. (WO2019064430) DISPOSITIF D'ANTENNE RÉSEAU
Document

明 細 書

発明の名称 アレーアンテナ装置

技術分野

0001  

背景技術

0002   0003  

先行技術文献

特許文献

0004  

発明の概要

発明が解決しようとする課題

0005   0006  

課題を解決するための手段

0007  

発明の効果

0008  

図面の簡単な説明

0009  

発明を実施するための形態

0010   0011   0012   0013   0014   0015   0016   0017   0018   0019   0020   0021   0022   0023   0024   0025   0026   0027   0028   0029   0030   0031   0032   0033   0034   0035   0036   0037   0038   0039   0040   0041   0042   0043   0044   0045   0046   0047   0048   0049   0050   0051   0052   0053   0054   0055   0056  

産業上の利用可能性

0057  

符号の説明

0058  

請求の範囲

1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11  

図面

1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11   12   13   14  

明 細 書

発明の名称 : アレーアンテナ装置

技術分野

[0001]
 この発明は、複数のパッチアンテナを備えているアレーアンテナ装置に関するものである。

背景技術

[0002]
 例えば、無線通信に用いられるアレーアンテナ装置は、微弱な電波でも、広角に亘って無線通信できるようにするためには、広角方向にビームを走査したときの利得が高く、かつ、軸比が高いことが望まれる。広角方向は、ビーム幅における端部での電波の送受信方向である。
 広角方向にビームを走査する際の利得の低下及び軸比の低下は、パッチアンテナが形成される誘電体基板中に生じる表面波が要因となるほか、広角方向の垂直偏波と水平偏波との間の振幅差が要因となる。
[0003]
 以下の特許文献1に開示されているアレーアンテナ装置は、広角方向にビームを走査する際の利得の低下及び軸比の低下を抑えるため、誘電体基板として、発泡体などの低誘電率特性を有する基板を用いている。
 広角方向の垂直偏波と水平偏波との間の振幅差は、発泡体などの低誘電率特性を有する基板の厚みを調整することで変えることができ、このアレーアンテナ装置では、ネジを用いて、基板の厚みを調整できるようにしている。

先行技術文献

特許文献

[0004]
特許文献1 : 特開2009-188895号公報

発明の概要

発明が解決しようとする課題

[0005]
 従来のアレーアンテナ装置は以上のように構成されているので、ネジによって、基板の厚みを調整することができる。
 このとき、基板の厚みの調整量は、ネジの回転量に比例し、ネジの回転量は、ネジ山のピッチなどに依存する。このため、ネジ山のピッチが狭いネジを用いるほど、基板の厚みの調整精度を高めることができる。
 例えば、ビームの周波数帯域が、Ka(Kurz Above)帯又はミリ波帯などの高い周波数帯域である場合、所望の調整精度を実現するには、ネジ山のピッチがマイクロメートルオーダーのネジを用いる必要がある。
 しかし、ネジ山のピッチがマイクロメートルオーダーのネジを製造することは困難であるため、基板の厚みを高精度に調整することができず、基板の厚みを所望の厚みに調整することができないことがある。その結果、広角方向にビームを走査する際の利得の低下及び軸比の低下を抑えることができないことがあるという課題があった。
[0006]
 この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、広角方向にビームを走査する際の利得の低下及び軸比の低下を抑えることができるアレーアンテナ装置を得ることを目的とする。

課題を解決するための手段

[0007]
 この発明に係るアレーアンテナ装置は、第1の導体地板が表面又は裏面に施されている第1の誘電体基板と、第1の導体地板に施されている複数のパッチアンテナと、複数のパッチアンテナのそれぞれを囲むように、一端が第1の導体地板と接続されている複数の導通部材と、複数の導通部材の他端のそれぞれと接続されている第2の導体地板とを備え、第1の導体地板が、第1の誘電体基板の表面に施されていれば、複数の導通部材の一部が、第1の誘電体基板を貫通し、複数の導通部材の残りの部分が、第1の誘電体基板と第2の導体地板との間に空気層を設けるスペーサとして機能し、第1の導体地板が、第1の誘電体基板の裏面に施されていれば、複数の導通部材が、第1の導体地板と第2の導体地板との間に空気層を設けるスペーサとして機能するようにしたものである。

発明の効果

[0008]
 この発明によれば、第1の導体地板が、第1の誘電体基板の表面に施されていれば、複数の導通部材の一部が、第1の誘電体基板を貫通し、複数の導通部材の残りの部分が、第1の誘電体基板と第2の導体地板との間に空気層を設けるスペーサとして機能し、第1の導体地板が、第1の誘電体基板の裏面に施されていれば、複数の導通部材が、第1の導体地板と第2の導体地板との間に空気層を設けるスペーサとして機能するように構成したので、広角方向にビームを走査する際の利得の低下及び軸比の低下を抑えることができる効果がある。

図面の簡単な説明

[0009]
[図1] この発明の実施の形態1によるアレーアンテナ装置を示す平面図である。
[図2] この発明の実施の形態1によるアレーアンテナ装置を示す断面図である。
[図3] 等価半径を示す説明図である。
[図4] この発明の実施の形態1による他のアレーアンテナ装置を示す断面図である。
[図5] この発明の実施の形態2によるアレーアンテナ装置を示す断面図である。
[図6] この発明の実施の形態2による他のアレーアンテナ装置を示す断面図である。
[図7] この発明の実施の形態3によるアレーアンテナ装置を示す断面図である。
[図8] 図7に示すアレーアンテナ装置における第1のストリップ線路13と第2のストリップ線路15とスロット17との位置関係を示す説明図である。
[図9] この発明の実施の形態3による他のアレーアンテナ装置を示す断面図である。
[図10] 第1のストリップ線路13と第2のストリップ線路15とスロット17との位置関係を示す説明図である。
[図11] 第1のストリップ線路13と第2のストリップ線路15とスロット17との位置関係を示す説明図である。
[図12] この発明の実施の形態4によるアレーアンテナ装置を示す断面図である。
[図13] この発明の実施の形態4による他のアレーアンテナ装置を示す断面図である。
[図14] この発明の実施の形態5によるアレーアンテナ装置を示す断面図である。

発明を実施するための形態

[0010]
 以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための形態について、添付の図面に従って説明する。
[0011]
実施の形態1.
 図1は、この発明の実施の形態1によるアレーアンテナ装置を示す平面図である。
 図2は、この発明の実施の形態1によるアレーアンテナ装置を示す断面図である。
 図1及び図2において、第1の誘電体基板1は、第1の導体地板2が表面に施されている誘電体基板である。
 第1の誘電体基板1の表面は、第1の誘電体基板1における2つの平面のうち、図2中、紙面上側の平面であり、第1の誘電体基板1の裏面は、図2中、紙面下側の平面である。
 第1の導体地板2は、第1の誘電体基板1の表面に施されている銅箔の地板である。
[0012]
 パッチアンテナ3-1~3-9は、第1の導体地板2に施されている円形のパッチアンテナである。
 以下、パッチアンテナ3-1~3-9を区別しない場合は、パッチアンテナ3と表記することがある。
 図1及び図2では、第1の導体地板2が、円環状に削られることで、パッチアンテナ3-1~3-9が形成されている。導体削除部2aは、第1の導体地板2における円環状の削除部位を示している。
 図1及び図2では、9つのパッチアンテナ3を例示しているが、パッチアンテナ3の数は複数であればよく、9つに限るものではない。
 また、図2では、図面の簡単化のため、代表的に、パッチアンテナ3-7~3-9を例示している。
 この実施の形態1では、パッチアンテナ3-1~3-9のそれぞれが、形状が円形のパッチアンテナである例を示しているが、形状は円形に限るものではなく、例えば、多角形であってもよい。
[0013]
 導通部材4は、第1の接続導体4a及び第2の接続導体4bを備えており、パッチアンテナ3-1~3-9のそれぞれを囲むように、一端が第1の導体地板2と接続されている部材である。
 導通部材4の一部である第1の接続導体4aは、第1の誘電体基板1を貫通するように設けられ、パッチアンテナ3-1~3-9のいずれかを囲む位置で、一端が第1の導体地板2と接続されている接続導体である。
 導通部材4の残りの部分である第2の接続導体4bは、第1の接続導体4aの他端と第2の導体地板5との間を導通する銅核球である。
 第2の接続導体4bは、第1の誘電体基板1と第2の導体地板5との間に空気層6を設けるスペーサとして機能する。
 ここでは、第2の接続導体4bが銅核球である例を示しているが、第2の接続導体4bは、球体であるものに限るものではなく、例えば、立方体、直方体などであってもよい。
 ランド4cは、第1の接続導体4aと第2の接続導体4bがハンダで接続される部分である。
[0014]
 第2の導体地板5は、複数の導通部材4における第2の接続導体4bの他端のそれぞれと接続されている銅箔の地板である。
 空気層6は、第2の接続導体4bによって形成されている第1の誘電体基板1と第2の導体地板5との間の層である。
[0015]
 次に動作について説明する。
 この実施の形態1のアレーアンテナ装置は、図1に示す導体削除部2aのように、第1の導体地板2が円環状に削除されることで、パッチアンテナ3-1~3-9が形成される。
 また、複数の導通部材4の一端がパッチアンテナ3-1~3-9のそれぞれを囲むように、複数の導通部材4が第1の誘電体基板1に設けられる。
[0016]
 具体的には、複数の導通部材4は、第1の接続導体4a及び第2の接続導体4bを備えており、第1の接続導体4aは、第1の誘電体基板1を貫通するように設けられ、パッチアンテナ3-1~3-9のいずれかを囲む位置で、一端が第1の導体地板2と接続される。
 第2の接続導体4bは、一端が第1の接続導体4aの他端と接続され、他端が第2の導体地板5と接続される。
 このとき、第2の接続導体4bは、第1の誘電体基板1と第2の導体地板5との間に空気層6を設けるスペーサとして機能する。
 第1の誘電体基板1と第2の導体地板5との間隔の長さである空気層6のサイズは、銅核球である第2の接続導体4bの直径に相当する。
[0017]
 第1の誘電体基板1と第2の導体地板5との間に空気層6を設けることで、等価的に低誘電率基板を実現することができる。
 また、広角方向の垂直偏波と水平偏波との間の振幅差は、空気層6のサイズを調整することで低減することができる。
 広角方向にビームを走査する際の利得の低下及び軸比の低下を抑えるには、広角方向の垂直偏波と水平偏波との間の振幅差が小さくなるように、空気層6のサイズを調整すればよい。
 空気層6のサイズは、第2の接続導体4bの直径に相当するため、広角方向の垂直偏波と水平偏波との間の振幅差が小さくなる直径を有する第2の接続導体4bを用いればよい。
[0018]
 ただし、ビームの周波数帯域が、例えば、Ka帯又はミリ波帯などの高い周波数帯域である場合、空気層6のサイズをマイクロメートルオーダーで調整する必要があるため、マイクロメートルオーダーの精度で製作された第2の接続導体4bを用いる必要がある。
 ネジ山のピッチが狭いネジを製造することと比べて、精度の高い銅核球を製造することは容易であるため、精度がマイクロメートルオーダーの銅核球を製造することは容易であり、所望の直径を有する第2の接続導体4bを用いることは可能である。
[0019]
 この実施の形態1では、パッチアンテナ3-1~3-9が形成されている例を示しているが、パッチアンテナ3-1~3-9のうち、隣接している3つのパッチアンテナ3に着目すると、3つのパッチアンテナ3における各々の中心間距離が、概ね、送受信するビームの周波数の2分の1波長の長さになるように配置されることが望ましい。
 例えば、隣接している3つのパッチアンテナ3として、パッチアンテナ3-2、パッチアンテナ3-3及びパッチアンテナ3-6に着目すると、各々の中心を結んだ線が正三角形Aとなるように、パッチアンテナ3-2、パッチアンテナ3-3及びパッチアンテナ3-6が配置されている。
 パッチアンテナ3-2の中心とパッチアンテナ3-3の中心との間隔は、概ねビームの周波数の2分の1波長の長さであり、パッチアンテナ3-3の中心とパッチアンテナ3-6の中心との間隔は、概ねビームの周波数の2分の1波長の長さである。また、パッチアンテナ3-6の中心とパッチアンテナ3-2の中心との間隔は、概ねビームの周波数の2分の1波長の長さである。
[0020]
 パッチアンテナ3-1~3-9の半径rは、第1の誘電体基板1及び空気層6から計算される等価誘電率ε を用いると、以下の式(1)のように表される。


 式(1)において、cは光速、fはビームの周波数である。
[0021]
 等価誘電率ε は、第1の誘電体基板1の厚みがt 、第1の誘電体基板1の誘電率がε r1、空気層6の厚みがt 、空気層6の誘電率がε r2であるとすると、以下の式(2)のように表される。


[0022]
 パッチアンテナ3-1~3-9のそれぞれを囲む位置には、導通部材4がそれぞれ配置されている。
 導通部材4が配置される位置の1つとして、例えば、パッチアンテナ3-2、パッチアンテナ3-3及びパッチアンテナ3-6から等距離の位置である正三角形Aの重心位置が考えられる。
 パッチアンテナ3-1~3-9の周囲に存在している導体削除部2aの径は、パッチアンテナ3-1~3-9の中心からの等価的なパッチ半径(以下、「等価半径」と称する)が、概ね目標のビーム走査最大角度において、軸比特性が0dBとなるように決定される。目標のビーム走査最大角度としては、例えば、±60度のビーム走査角度が考えられる。
 等価半径は、図3に示すように、給電時のパッチアンテナ3に生じる電界Bの広がりを考慮した電気的なパッチアンテナ3の半径である。
 図3は、等価半径を示す説明図である。
[0023]
 パッチアンテナ3-1~3-9は、等価半径によって軸比調整が可能であることが知られている。
 具体的には、等価誘電率ε が約1.3である場合、パッチアンテナ3-1~3-9の等価半径が約0.26λであるとき、広角方向で軸比が0dBとなり、ビームの周波数で共振特性が得られる。λは、使用するビームの周波数での波長である。
 したがって、パッチアンテナ3-1~3-9の中心から約0.26λ離れた位置と、パッチアンテナ3-1~3-9の外周上の位置との間の第1の導体地板2が円環状に削除される。
 なお、隣接しているパッチアンテナ3の半径rが大きいために、隣接しているパッチアンテナ3の配置間隔が狭くなり、隣接しているパッチアンテナ3のそれぞれの導体削除部2aが互いに重なってしまうことがある。隣接しているパッチアンテナ3が互いに重なっていなければよいため、隣接しているパッチアンテナ3のそれぞれの導体削除部2aが互いに重なっていてもよい。
[0024]
 以上で明らかなように、この実施の形態1によれば、複数の導通部材4の一部が、第1の誘電体基板1を貫通し、複数の導通部材4の残りの部分が、第1の誘電体基板1と第2の導体地板5との間に空気層6を設けるスペーサとして機能するように構成したので、広角方向にビームを走査する際の利得の低下及び軸比の低下を抑えることができる効果を奏する。
 スペーサとして機能する導通部材4の残りの部分は、マイクロメートルオーダーの精度で製作可能な第2の接続導体4bであるため、空気層6のサイズをマイクロメートルオーダーで調整することができ、広角方向にビームを走査する際の利得の低下及び軸比の低下を抑えることができる。
[0025]
 この実施の形態1では、第1の導体地板2が、第1の誘電体基板1の表面に施されている例を示しているが、図4に示すように、第1の導体地板2が、第1の誘電体基板1の裏面に施されていてもよい。
 図4は、この発明の実施の形態1による他のアレーアンテナ装置を示す断面図である。図4において、図1及び図2と同一符号は同一又は相当部分を示すので説明を省略する。
 図2に示す導通部材4は、第1の接続導体4a及び第2の接続導体4bを備えているが、図4に示す導通部材4は、第1の接続導体4dだけを備えている。
 第1の接続導体4dは、パッチアンテナ3-1~3-9のいずれかを囲む位置で、一端が第1の導体地板2と接続され、他端が第2の導体地板5と接続されている銅核球である。
 第1の接続導体4dは、第1の導体地板2と第2の導体地板5との間に空気層6を設けるスペーサとして機能する。
[0026]
 図4に示すアレーアンテナ装置でも、空気層6を設けているので、図1及び図2に示すアレーアンテナ装置と同様に、等価的に低誘電率基板を実現することができる。
 このため、図4に示すアレーアンテナ装置でも、図1及び図2に示すアレーアンテナ装置と同様に、広角方向にビームを走査する際の利得の低下及び軸比の低下を抑えることができる。
[0027]
実施の形態2.
 上記実施の形態1では、第1の誘電体基板1を備えるアレーアンテナ装置について示しているが、この実施の形態2では、第1の誘電体基板1及び第2の誘電体基板7を備えるアレーアンテナ装置について説明する。
[0028]
 図5は、この発明の実施の形態2によるアレーアンテナ装置を示す断面図である。
 この実施の形態2のアレーアンテナ装置の平面図は、上記実施の形態1と同様に、図1である。
 図5において、図1及び図2と同一符号は同一又は相当部分を示すので説明を省略する。
 第2の誘電体基板7は、第1の誘電体基板1と第2の導体地板5との間に配置されている誘電体基板である。
 導通部材4は、第1の接続導体4a、第2の接続導体4e及び第3の接続導体4fを備えており、パッチアンテナ3-1~3-9のそれぞれを囲むように、一端が第1の導体地板2と接続されている部材である。
 導通部材4の一部である第2の接続導体4eは、第2の誘電体基板7を貫通するように設けられ、一端が第2の導体地板5と接続されている接続導体である。
 導通部材4の残りの部分である第3の接続導体4fは、第1の接続導体4aの他端と第2の接続導体4eの他端との間を導通する銅核球である。
 第3の接続導体4fは、第1の誘電体基板1と第2の誘電体基板7との間に空気層6を設けるスペーサとして機能する。
 ここでは、第3の接続導体4fが銅核球である例を示しているが、第3の接続導体4fは、球体であるものに限るものではなく、例えば、立方体、直方体などであってもよい。
 ランド4gは、第2の接続導体4eと第3の接続導体4fがハンダで接続される部分である。
[0029]
 この実施の形態2では、第1の誘電体基板1のほかに、第2の誘電体基板7を備えているが、空気層6を設けているので、上記実施の形態1と同様に、等価的に低誘電率基板を実現することができる。
 これにより、上記実施の形態1と同様に、広角方向にビームを走査する際の利得の低下及び軸比の低下を抑えることができる。
[0030]
 ただし、この実施の形態2では、第1の誘電体基板1のほかに、第2の誘電体基板7を備えているので、等価誘電率ε は、第1の誘電体基板1、第2の誘電体基板7及び空気層6から計算される。
 等価誘電率ε は、第1の誘電体基板1の厚みがt 、第1の誘電体基板1の誘電率がε r1、空気層6の厚みがt 、空気層6の誘電率がε r2、第2の誘電体基板7の厚みがt 、第2の誘電体基板7の誘電率がε r3であるとすると、以下の式(3)のように表される。


[0031]
 この実施の形態2では、第1の導体地板2が、第1の誘電体基板1の表面に施されている例を示しているが、図6に示すように、第1の導体地板2が、第1の誘電体基板1の裏面に施されていてもよい。
 図6は、この発明の実施の形態2による他のアレーアンテナ装置を示す断面図である。図6において、図1及び図5と同一符号は同一又は相当部分を示すので説明を省略する。
 図5に示す導通部材4は、第1の接続導体4a、第2の接続導体4e及び第3の接続導体4fを備えているが、図6に示す導通部材4は、第1の接続導体4h及び第2の接続導体4eだけを備えている。
 第1の接続導体4hは、パッチアンテナ3-1~3-9のいずれかを囲む位置で、一端が第1の導体地板2と接続されている銅核球である。
 第1の接続導体4hは、第1の導体地板2と第2の誘電体基板7との間に空気層6を設けるスペーサとして機能する。
[0032]
 図6に示すアレーアンテナ装置でも、空気層6を設けているので、図5に示すアレーアンテナ装置と同様に、等価的に低誘電率基板を実現することができる。
 このため、図6に示すアレーアンテナ装置でも、図5に示すアレーアンテナ装置と同様に、広角方向にビームを走査する際の利得の低下及び軸比の低下を抑えることができる。
[0033]
実施の形態3.
 この実施の形態3では、給電線路部10として、第1のストリップ線路13、第2のストリップ線路15及びスロット17を備えているアレーアンテナ装置について説明する。
[0034]
 図7は、この発明の実施の形態3によるアレーアンテナ装置を示す断面図である。
 この実施の形態3のアレーアンテナ装置の平面図は、上記実施の形態1と同様に、図1である。
 図7において、図1及び図2と同一符号は同一又は相当部分を示すので説明を省略する。
 第2の誘電体基板11は、第2の導体地板5における2つの平面のうち、導通部材4が接続されている平面と反対側の平面側に配置されている誘電体基板である。
 第3の導体地板12は、第2の誘電体基板11における2つの平面のうち、第2の導体地板5が配置されている平面と反対側の平面側に配置されている銅箔の地板である。
[0035]
 第1のストリップ線路13は、第2の誘電体基板11の内部において、パッチアンテナ3-1~3-9のうち、いずれか1つのパッチアンテナ3と対向する位置に設けられているストリップ線路である。
 第2のストリップ線路15は、第2の誘電体基板11の内部において、パッチアンテナ3-1~3-9のうち、いずれか1つのパッチアンテナ3と対向する位置に設けられているストリップ線路である。
 ビア14は、第1のストリップ線路13と、例えば信号の位相及び振幅を調整する調整回路との間を電気的に接続する接続部材である。
 ビア16は、第2のストリップ線路15と、例えば信号の位相及び振幅を調整する調整回路との間を電気的に接続する接続部材である。
[0036]
 スロット17は、第2の導体地板5において、パッチアンテナ3-1~3-9のうち、いずれか1つのパッチアンテナ3と対向する位置に施されている。
 スロット17は、第1のストリップ線路13及び第2のストリップ線路15から給電されると、対向する位置のパッチアンテナ3を励振させる。
[0037]
 図8は、図7に示すアレーアンテナ装置における第1のストリップ線路13と第2のストリップ線路15とスロット17との位置関係を示す説明図である。
 図8の説明図は、第1のストリップ線路13と第2のストリップ線路15とスロット17とを、図7の紙面下側から紙面上側を透過的に見ている図である。
 図7では、図面の簡単化のため、ビア14、16が描画されている位置は概略的であり、ビア14、16の正確な位置は、図8に示している。
[0038]
 第1のストリップ線路13は、一端がビア14と接続されている。
 第1のストリップ線路13は、途中で、2つに分岐されており、第1のストリップ線路13の2つの分岐線路13aは、第1のストリップ線路13の対称性を保つように、平行に配置されている。
 第2のストリップ線路15は、一端がビア16と接続されている。
 第2のストリップ線路15は、途中で、2つに分岐されており、第2のストリップ線路15の2つの分岐線路15aは、第2のストリップ線路15の対称性を保つように、平行に配置されている。
 スロット17の形状は、概ね十字型であり、スロット17の中心17aは、対向する位置のパッチアンテナ3の中心と概ね一致している。
[0039]
 また、2つの分岐線路13aの中間点のうち、スロット17と重なる位置の中間点13bから先端13cに至るまでの長さは、スロット17の給電効率を高めるため、概ねビームの周波数で4分の1波長の長さである。
 2つの分岐線路15aの中間点のうち、スロット17と重なる位置の中間点15bから先端15cに至るまでの長さは、スロット17の給電効率を高めるため、概ねビームの周波数で4分の1波長の長さである。
[0040]
 次に動作について説明する。
 給電線路部10における第1のストリップ線路13は、例えば、第1の偏波が給電され、第2のストリップ線路15は、第1の偏波と直交している第2の偏波が給電される。
 給電線路部10におけるスロット17は、直交する偏波が励振可能なクロススロット構造であり、第1のストリップ線路13及び第2のストリップ線路15から、第1の偏波及び第2の偏波が非接触給電される。
 スロット17は、第1のストリップ線路13及び第2のストリップ線路15から第1の偏波及び第2の偏波が非接触給電されると、対向する位置のパッチアンテナ3と結合して、対向する位置のパッチアンテナ3を励振させる。
 これにより、スロット17とパッチアンテナ3は、アンテナとして動作する。
[0041]
 この実施の形態3では、スロット17を用いて、パッチアンテナ3を励振させているため、交差偏波を抑えたアレーアンテナ装置を実現することが可能である。
 また、第1のストリップ線路13と第2のストリップ線路15に、直交している偏波が給電されているため、パッチアンテナ3から円偏波を放射することが可能である。
[0042]
 この実施の形態3では、第1の導体地板2が、第1の誘電体基板1の表面に施されている例を示しているが、図9に示すように、第1の導体地板2が、第1の誘電体基板1の裏面に施されていてもよい。
 図9は、この発明の実施の形態3による他のアレーアンテナ装置を示す断面図である。
 図9において、図1、図4及び図7と同一符号は同一又は相当部分を示している。
 第1の導体地板2が、第1の誘電体基板1の裏面に施されている場合でも、第1の導体地板2が、第1の誘電体基板1の表面に施されている場合と同様に、スロット17が、対向する位置のパッチアンテナ3を励振させることができる。
[0043]
 この実施の形態3では、第1のストリップ線路13及び第2のストリップ線路15が、途中で、2つに分岐されている例を示しているが、2つに分岐されているものに限るものではなく、例えば、図10に示すように、第1のストリップ線路13及び第2のストリップ線路15が、直線状の線路であってもよい。
 図10は、第1のストリップ線路13と第2のストリップ線路15とスロット17との位置関係を示す説明図である。
[0044]
 図10では、第1のストリップ線路13の中間点13b及び第2のストリップ線路15の中間点15bのそれぞれが、スロット17の中心17aと重なるように、第1のストリップ線路13及び第2のストリップ線路15が配置されている例を示している。
 しかし、これは一例に過ぎず、例えば、図11に示すように、第1のストリップ線路13の中間点13b及び第2のストリップ線路15の中間点15bのそれぞれが、スロット17の中心17aからオフセットされる位置に、第1のストリップ線路13及び第2のストリップ線路15が配置されていてもよい。
 図11は、第1のストリップ線路13と第2のストリップ線路15とスロット17との位置関係を示す説明図である。
[0045]
実施の形態4.
 この実施の形態4では、給電線路部として、第1のストリップ線路23、第2のストリップ線路24及びスロット17を備えているアレーアンテナ装置について説明する。
[0046]
 図12は、この発明の実施の形態4によるアレーアンテナ装置を示す断面図である。
 この実施の形態4のアレーアンテナ装置の平面図は、上記実施の形態1と同様に、図1である。
 図12において、図1及び図5と同一符号は同一又は相当部分を示すので説明を省略する。
 第3の誘電体基板21は、第2の導体地板5における2つの平面のうち、導通部材4が接続されている平面と反対側の平面側に配置されている誘電体基板である。
 第3の導体地板22は、第3の誘電体基板21における2つの平面のうち、第2の導体地板5が配置されている平面と反対側の平面側に配置されている銅箔の地板である。
[0047]
 第1のストリップ線路23は、第2の誘電体基板7における2つの平面のうち、第2の導体地板5が配置されている平面と反対側の平面側において、パッチアンテナ3-1~3-9のうち、いずれか1つのパッチアンテナ3と対向する位置に設けられているストリップ線路である。
 第2のストリップ線路24は、第3の誘電体基板21の内部において、パッチアンテナ3-1~3-9のうち、いずれか1つのパッチアンテナ3と対向する位置に設けられているストリップ線路である。
[0048]
 図12に示すアレーアンテナ装置における第1のストリップ線路23と第2のストリップ線路24とスロット17との位置関係は、上記実施の形態3と同様に、図8、図10又は図11で表される位置関係である。
[0049]
 次に動作について説明する。
 給電線路部における第1のストリップ線路23は、例えば、第1の偏波が給電され、第2のストリップ線路24は、第1の偏波と直交している第2の偏波が給電される。
 給電線路部におけるスロット17は、直交する偏波が励振可能なクロススロット構造であり、第1のストリップ線路23及び第2のストリップ線路24から、第1の偏波及び第2の偏波が非接触給電される。
 スロット17は、第1のストリップ線路23及び第2のストリップ線路24から第1の偏波及び第2の偏波が非接触給電されると、対向する位置のパッチアンテナ3と結合して、対向する位置のパッチアンテナ3を励振させる。
 これにより、スロット17とパッチアンテナ3は、アンテナとして動作する。
[0050]
 この実施の形態4では、スロット17を用いて、パッチアンテナ3を励振させているため、交差偏波を抑えたアレーアンテナ装置を実現することが可能である。
 また、第1のストリップ線路23と第2のストリップ線路24に、直交している偏波が給電されているため、パッチアンテナ3から円偏波を放射することが可能である。
[0051]
 この実施の形態4では、第1の導体地板2が、第1の誘電体基板1の表面に施されている例を示しているが、図13に示すように、第1の導体地板2が、第1の誘電体基板1の裏面に施されていてもよい。
 図13は、この発明の実施の形態4による他のアレーアンテナ装置を示す断面図である。
 図13において、図1、図6及び図12と同一符号は同一又は相当部分を示している。 第1の導体地板2が、第1の誘電体基板1の裏面に施されている場合でも、第1の導体地板2が、第1の誘電体基板1の表面に施されている場合と同様に、スロット17が、対向する位置のパッチアンテナ3を励振させることができる。
[0052]
実施の形態5.
 この実施の形態5では、パッチアンテナ3-1~3-9が送信又は受信する信号の位相及び振幅を調整する調整回路32を備えているアレーアンテナ装置について説明する。
[0053]
 図14は、この発明の実施の形態5によるアレーアンテナ装置を示す断面図である。
 この実施の形態5のアレーアンテナ装置の平面図は、上記実施の形態1と同様に、図1である。
 図14において、図1、図2及び図7と同一符号は同一又は相当部分を示すので説明を省略する。
 第3の誘電体基板31は、第3の導体地板12における2つの平面のうち、第2の誘電体基板11が配置されている平面と反対側の平面側に配置されている誘電体基板である。
 調整回路32は、第3の誘電体基板31における2つの平面のうち、第3の導体地板12が配置されている面と反対側の面に配置されており、ビア14を介して第1のストリップ線路13と電気的に接続され、ビア16を介して第2のストリップ線路15と電気的に接続されている。
 調整回路32は、パッチアンテナ3-1~3-9のうち、対向する位置に設けられているいずれか1つのパッチアンテナ3が送信又は受信する信号の位相及び振幅を調整するIC(Integrated Circuit)である。
[0054]
 図14は、第1の導体地板2が、第1の誘電体基板1の表面に施されている例を示しているが、図9に示すように、第1の導体地板2が、第1の誘電体基板1の裏面に施されているアレーアンテナ装置に、調整回路32が適用されていてもよい。
 また、図12及び図13に示すように、給電線路部として、第1のストリップ線路23、第2のストリップ線路24及びスロット17を備えているアレーアンテナ装置に、調整回路32が適用されていてもよい。
 図12及び図13に示すアレーアンテナ装置は、第1の誘電体基板1、第2の誘電体基板7及び第3の誘電体基板21を備えているので、図14に示す第3の誘電体基板31は、第4の誘電体基板として扱われる。
 また、調整回路32は、ビア14を介して第1のストリップ線路23と電気的に接続され、ビア16を介して第2のストリップ線路24と電気的に接続される。
[0055]
 アレーアンテナ装置が調整回路32を備えることで、所望の方向にビーム走査が可能なアレーアンテナ装置を実現することができる。
[0056]
 なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。

産業上の利用可能性

[0057]
 この発明は、複数のパッチアンテナを備えているアレーアンテナ装置に適している。

符号の説明

[0058]
 1 第1の誘電体基板、2 第1の導体地板、2a 導体削除部、3-1~3-9 パッチアンテナ、4 導通部材、4a 第1の接続導体、4b 第2の接続導体、4c ランド、4d 第1の接続導体、4e 第2の接続導体、4f 第3の接続導体、4g ランド、4h 第1の接続導体、5 第2の導体地板、6 空気層、7 第2の誘電体基板、10 給電線路部、11 第2の誘電体基板、12 第3の導体地板、13 第1のストリップ線路、13a 分岐線路、13b 中間点、13c 先端、14,16 ビア、15 第2のストリップ線路、15a 分岐線路、15b 中間点、15c 先端、17 スロット、17a スロットの中心、21 第3の誘電体基板、22 第3の導体地板、23 第1のストリップ線路、24 第2のストリップ線路、31 第3の誘電体基板、32 調整回路。

請求の範囲

[請求項1]
 第1の導体地板が表面又は裏面に施されている第1の誘電体基板と、
 前記第1の導体地板に施されている複数のパッチアンテナと、
 前記複数のパッチアンテナのそれぞれを囲むように、一端が前記第1の導体地板と接続されている複数の導通部材と、
 前記複数の導通部材の他端のそれぞれと接続されている第2の導体地板とを備え、
 前記第1の導体地板が、前記第1の誘電体基板の表面に施されていれば、前記複数の導通部材の一部が、前記第1の誘電体基板を貫通し、前記複数の導通部材の残りの部分が、前記第1の誘電体基板と前記第2の導体地板との間に空気層を設けるスペーサとして機能し、
 前記第1の導体地板が、前記第1の誘電体基板の裏面に施されていれば、前記複数の導通部材が、前記第1の導体地板と前記第2の導体地板との間に空気層を設けるスペーサとして機能することを特徴とするアレーアンテナ装置。
[請求項2]
 前記第1の導体地板が、前記第1の誘電体基板の表面に施されていれば、前記第1の誘電体基板と前記第2の導体地板との間に配置され、前記第1の導体地板が、前記第1の誘電体基板の裏面に施されていれば、前記第1の導体地板と前記第2の導体地板との間に配置されている第2の誘電体基板を備え、
 前記第1の導体地板が、前記第1の誘電体基板の表面に施されていれば、前記複数の導通部材の一部が、前記第1及び第2の誘電体基板を貫通し、前記複数の導通部材の残りの部分が、前記第1の誘電体基板と前記第2の誘電体基板との間に空気層を設けるスペーサとして機能し、
 前記第1の導体地板が、前記第1の誘電体基板の裏面に施されていれば、前記複数の導通部材の一部が、前記第2の誘電体基板を貫通し、前記複数の導通部材の残りの部分が、前記第1の導体地板と前記第2の誘電体基板との間に空気層を設けるスペーサとして機能することを特徴とする請求項1記載のアレーアンテナ装置。
[請求項3]
 前記第1の導体地板が、前記第1の誘電体基板の表面に施されており、
 前記複数の導通部材のそれぞれは、
 前記第1の誘電体基板を貫通するように設けられ、前記複数のパッチアンテナのいずれかを囲む位置で、一端が前記第1の導体地板と接続されている第1の接続導体と、
 前記第1の接続導体の他端と前記第2の導体地板との間を導通する第2の接続導体とを備え、
 前記第2の接続導体は、前記第1の誘電体基板と前記第2の導体地板との間に空気層を設けるスペーサとして機能することを特徴とする請求項1記載のアレーアンテナ装置。
[請求項4]
 前記第1の導体地板が、前記第1の誘電体基板の裏面に施されており、
 前記複数の導通部材のそれぞれは、
 前記複数のパッチアンテナのいずれかを囲む位置で、一端が前記第1の導体地板と接続され、他端が前記第2の導体地板と接続されている第1の接続導体であり、
 前記第1の接続導体は、前記第1の導体地板と前記第2の導体地板との間に空気層を設けるスペーサとして機能することを特徴とする請求項1記載のアレーアンテナ装置。
[請求項5]
 前記第1の導体地板が、前記第1の誘電体基板の表面に施されており、
 前記複数の導通部材のそれぞれは、
 前記第1の誘電体基板を貫通するように設けられ、前記複数のパッチアンテナのいずれかを囲む位置で、一端が前記第1の導体地板と接続されている第1の接続導体と、
 前記第2の誘電体基板を貫通するように設けられ、一端が前記第2の導体地板と接続されている第2の接続導体と、
 前記第1の接続導体の他端と前記第2の接続導体の他端との間を導通する第3の接続導体とを備え、
 前記第3の接続導体は、前記第1の誘電体基板と前記第2の誘電体基板との間に空気層を設けるスペーサとして機能することを特徴とする請求項2記載のアレーアンテナ装置。
[請求項6]
 前記第1の導体地板が、前記第1の誘電体基板の裏面に施されており、
 前記複数の導通部材のそれぞれは、
 前記複数のパッチアンテナのいずれかを囲む位置で、一端が前記第1の導体地板と接続されている第1の接続導体と、
 前記第2の誘電体基板を貫通するように設けられ、一端が前記第2の導体地板と接続されている第2の接続導体とを備え、
 前記第1の接続導体は、前記第1の導体地板と前記第2の誘電体基板との間に空気層を設けるスペーサとして機能することを特徴とする請求項2記載のアレーアンテナ装置。
[請求項7]
 前記第2の導体地板における2つの平面のうち、前記複数の導通部材が接続されている平面と反対側の平面側に配置されている第2の誘電体基板と、
 前記第2の誘電体基板における2つの平面のうち、前記第2の導体地板が配置されている平面と反対側の平面側に配置されている第3の導体地板と、
 前記第2の誘電体基板の内部において、前記複数のパッチアンテナのそれぞれと対向する位置に設けられている複数の第1及び第2のストリップ線路と、
 前記第2の導体地板において、前記複数のパッチアンテナのそれぞれと対向する位置に施されている複数のスロットとを備え、
 前記複数のスロットのそれぞれは、前記第1のストリップ線路及び前記第2のストリップ線路のそれぞれから給電されると、対向する位置に設けられている前記パッチアンテナを励振させることを特徴とする請求項1記載のアレーアンテナ装置。
[請求項8]
 前記第3の導体地板における2つの平面のうち、前記第2の誘電体基板が配置されている平面と反対側の平面側に配置されている第3の誘電体基板と、
 前記第3の誘電体基板における2つの平面のうち、前記第3の導体地板が配置されている面と反対側の面に配置されて、前記複数のパッチアンテナのいずれかと対向する位置に設けられている前記第1及び第2のストリップ線路のそれぞれと電気的に接続されており、前記いずれかのパッチアンテナが送信又は受信する信号の位相及び振幅を調整する複数の調整回路とを備えていることを特徴とする請求項7記載のアレーアンテナ装置。
[請求項9]
 前記第2の導体地板における2つの平面のうち、前記第2の誘電体基板が配置されている平面と反対側の平面側に配置されている第3の誘電体基板と、
 前記第3の誘電体基板における2つの平面のうち、前記第2の導体地板が配置されている平面と反対側の平面側に配置されている第3の導体地板と、
 前記第2の誘電体基板における2つの平面のうち、前記第2の導体地板が配置されている平面と反対側の平面側において、前記複数のパッチアンテナのそれぞれと対向する位置に設けられている複数の第1のストリップ線路と、
 前記第3の誘電体基板の内部において、前記複数のパッチアンテナのそれぞれと対向する位置に設けられている複数の第2のストリップ線路と、
 前記第2の導体地板において、前記複数のパッチアンテナのそれぞれと対向する位置に施されている複数のスロットとを備え、
 前記複数のスロットのそれぞれは、前記第1のストリップ線路及び前記第2のストリップ線路のそれぞれから給電されると、対向する位置に設けられている前記パッチアンテナを励振させることを特徴とする請求項2記載のアレーアンテナ装置。
[請求項10]
 前記第3の導体地板における2つの平面のうち、前記第3の誘電体基板が配置されている平面と反対側の平面側に配置されている第4の誘電体基板と、
 前記第4の誘電体基板における2つの平面のうち、前記第3の導体地板が配置されている面と反対側の面に配置されて、前記複数のパッチアンテナのいずれかと対向する位置に設けられている前記第1及び第2のストリップ線路のそれぞれと電気的に接続されており、前記いずれかのパッチアンテナが送信又は受信する信号の位相及び振幅を調整する複数の調整回路とを備えていることを特徴とする請求項9記載のアレーアンテナ装置。
[請求項11]
 前記複数のパッチアンテナのそれぞれは、形状が円形のパッチアンテナであることを特徴とする請求項1記載のアレーアンテナ装置。

図面

[ 図 1]

[ 図 2]

[ 図 3]

[ 図 4]

[ 図 5]

[ 図 6]

[ 図 7]

[ 図 8]

[ 図 9]

[ 図 10]

[ 図 11]

[ 図 12]

[ 図 13]

[ 図 14]