JP2000223926A

JP2000223926A - フェーズドアレーアンテナ装置

Info

Publication number: JP2000223926A
Application number: JP11022639A
Authority: JP
Inventors: Tsunehisa Marumoto; 恒久丸本
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1999-01-29
Filing date: 1999-01-29
Publication date: 2000-08-11
Also published as: WO2000045464A1

Abstract

(57)【要約】【課題】フェーズドアレーアンテナ装置の軽量化を図
る。【解決手段】２次放射部２０のすべての第１アンテナ
素子２４および移相ユニット２６が単層または多層化さ
れた同一基板に組み込まれている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、１次放射部により
空間を通して２次放射部に給電を行う空間給電方式を用
いたフェーズドアレーアンテナ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の従来のフェーズドアレーアンテ
ナ装置に、例えば特開平８−２７４５３１号公報記載の
ものがある。図３０は、このフェーズドアレーアンテナ
装置の構成を示す模式図である。

【０００３】１次放射部５１０は、分配合成器５１１
と、Ｍ（Ｍは２以上の整数）個の送受信モジュール５１
２と、Ｍ個の１次側アンテナ素子５１３とにより構成さ
れたアクティブフェーズドアレーアンテナである。分配
合成器５１１には、給電部５０１から送信信号が供給さ
れる。この分配合成器５１１は供給された送信信号をＭ
分配して、各送受信モジュール５１２に出力する。各送
受信モジュール５１２は、増幅器と移相器を内蔵してお
り、分配合成器５１１により分配供給された送信信号を
増幅するとともに位相制御して、対応する１次側アンテ
ナ素子５１３に出力する。各１次側アンテナ素子５１３
は、入力された送信信号を、対向配置された２次放射部
５２０に向けて放射する。

【０００４】２次放射部５２０は、Ｎ（Ｎは２以上の整
数）個の給電側アンテナ素子５２１と、Ｎ個の送受信モ
ジュール５２２と、Ｎ個の放射側アンテナ素子５２３と
により構成されたアクティブフェーズドアレーアンテナ
である。各給電側アンテナ素子５２１は、１次側アンテ
ナ素子５１３により空間に放射された送信信号を一度受
信し、対応する送受信モジュール５２２に出力する。各
送受信モジュール５１２は、増幅器と移相器を内蔵して
おり、給電側アンテナ素子５２１により受信された送信
信号を増幅するとともに位相制御して、対応する放射側
アンテナ素子５２３に出力する。各放射側アンテナ素子
５２３は、入力された送信信号を、外部空間に放射す
る。

【０００５】したがって、給電部５０１から出力された
送信信号は、１次放射部５１０の分配合成器５１１によ
り各送受信モジュール５１２に分配供給され、増幅と位
相制御を受けた後、各１次側アンテナ素子５１３から２
次放射部５２０に向けて放射される。各１次側アンテナ
素子５１３から放射された送信信号は空間合成される。
空間合成された送信信号は、２次放射部５２０の各給電
側アンテナ素子５２１に受信されることにより、空間給
電がなされる。各給電側アンテナ素子５２１に受信され
た送信信号は、各送受信モジュール５２２で増幅と位相
制御を受けた後、各放射側アンテナ素子５２３から放射
される。これにより、送受信モジュール５２２による制
御に応じた方向にビームが形成される。なお、受信時に
は、送信時と逆の順序を追って、受信信号が生成され
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来のフェーズドアレ
ーアンテナ装置では、放射側アンテナ素子５２３、送受
信モジュール５２２、給電側アンテナ素子５２１の各１
個ずつでユニットが構成され、Ｎ個のユニットが平面状
に配列されることにより２次放射部５２０が形成され
る。２次放射部５２０を構成するにあたり、各送受信モ
ジュール５２２を差込形式で支持する機構が必要にな
る。

【０００７】高利得のフェーズドアレーアンテナを実現
する場合、２次放射部５２０に多数のユニットが必要に
なる。このため、送受信モジュール５２０も多数必要に
なるので、送受信モジュール５２０の支持機構にも強い
強度が要求される。したがって、フェーズドアレーアン
テナを高利得化しようとすると、支持機構が重くなり、
ひいてはフェーズドアレーアンテナ装置全体が重くなっ
てしまうという問題があった。これにより、フェーズド
アレーアンテナ装置の可搬性が悪くなってしまう。特
に、フェーズドアレーアンテナ装置を人工衛星に搭載し
て使用する場合、その重量は衛星の打ち上げコストに大
きく影響するため、上記の問題は深刻であった。

【０００８】本発明はこのような課題を解決するために
なされたものであり、その目的は、フェーズドアレーア
ンテナ装置の軽量化を図ることにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本発明によるフェーズドアレーアンテナ装置で
は、２次放射部は、アレー状に配列されかつアンテナの
外部空間に放射を行う複数個の第１アンテナ素子と、こ
れらの第１アンテナ素子と電磁結合されかつ各第１アン
テナ素子への高周波信号の位相を制御して出力する複数
個の第１移相器と少なくとも備え、各第１アンテナ素子
および各第１移相器が単層または多層化された同一基板
に組み込まれていることにより特徴づけられる。

【００１０】また、２次放射部は、各第１アンテナ素子
と異なる層にアレー状に配列されるとともに各第１移相
器と電磁結合されかつ１次放射部の放射を受信して高周
波信号を各第１移相器に出力する複数個の第２アンテナ
素子を備え、これらの第２アンテナ素子は、各第１アン
テナ素子および各第１移相器とともに基板上に形成され
ているようにしてもよい。また、前述したフェーズドア
レーアンテナ装置で、１次放射部は、２次放射部の第１
アンテナ素子が形成されている側に配置されていてもよ
い。

【００１１】また、２次放射部は、すべての第１アンテ
ナ素子が形成された第１アンテナ素子層と、すべての第
１移相器が形成された位相制御層とを含む多層構造を有
している。あるいは、２次放射部は、すべての第１アン
テナ素子が形成された第１アンテナ素子層と、すべての
第１移相器が形成された位相制御層と、すべての第２ア
ンテナ素子が形成された第２アンテナ素子層とを含む多
層構造を有している。

【００１２】この場合、多層構造は、第１アンテナ素子
層と位相制御層との間に設けられかつ対応する第１アン
テナ素子と第１移相器とを個別に結合する第１結合層を
含む。さらに、多層構造は、位相制御層と第２アンテナ
素子層と間に設けられかつ対応する第１移相器と第２ア
ンテナ素子とを個別に結合する第２結合層を含む場合も
ある。

【００１３】また、前述したフェーズドアレーアンテナ
装置は、互いに交差して配線されかつ第１移相器をそれ
ぞれ格子状に接続する複数の信号線および走査線と、こ
れら信号線および走査線をマトリクス駆動することによ
り各信号線および走査線の交点に位置する第１移相器に
対して所望の移相量を設定する信号線駆動部および走査
線選択部とを備えてもよい。また、第１移相器はそれぞ
れ、スイッチと、高周波信号が流れる第１ストリップ線
路にスイッチの動作により接続される第２ストリップ線
路とをそれぞれ備えた少なくとも１個の移相回路からな
る。

【００１４】この場合、さらに、移相回路ごとに設けら
れかつ信号線および走査線を介して信号線駆動部および
走査線選択部により設定された指示に基づいて対応する
移相回路のスイッチを駆動する駆動回路とを備える。こ
の駆動回路の一構成例は、薄膜トランジスタにより構成
されている。

【００１５】また、スイッチの一構成例は、第１および
第２ストリップ線路の少なくとも一方から離間して支持
されたコンタクトを電磁力で変位させることにより第１
および第２ストリップ線路をコンタクトを介して高周波
的に接続／開放するマイクロマシンスイッチからなる。
このスイッチが使用される場合、基板は、実装されたス
イッチの周囲に可動空間を備える。

【００１６】一方、前述したフェーズドアレーアンテナ
装置では、１次放射部は、２次放射部に対して放射を行
う１個の第３アンテナ素子と、この第３アンテナ素子に
電磁結合されかつ高周波信号を増幅する増幅器とを備え
る。

【００１７】あるいは、１次放射部は、アレー状に配列
されかつ２次放射部に対して放射を行う複数個の第３ア
ンテナ素子と、これらの第３アンテナ素子に電磁結合さ
れかつ高周波信号を増幅する複数個の増幅器と、これら
の増幅器に電磁結合されかつ増幅器のそれぞれに高周波
信号を分配する分配器とを備える。この場合、分配器の
分配比と各第３アンテナ素子への線路長とにより１次放
射部の放射パターンが制御されてもよい。

【００１８】また、前述した１次放射部は、さらに、各
第３アンテナ素子ごとに設けられかつ高周波信号の振幅
を減衰させる可変減衰器を備えるようにしてもよい。さ
らに、各第３アンテナ素子ごとに設けられかつ高周波信
号の位相を制御して出力する第２移相器を備えるように
してもよい。

【００１９】１次放射部が複数個の第３アンテナ素子を
備える場合、第３アンテナ素子は、２次放射部の第１ま
たは第２アンテナ素子よりも疎に配置されていてもよ
い。同じく１次放射部が複数個の第３アンテナ素子を備
える場合、１次放射部の開口面積は、２次放射部の開口
面積とほぼ同じであってもよい。

【００２０】また、前述したフェーズドアレーアンテナ
装置で、１次放射部が２次放射部の第１アンテナ素子側
に配置されてる場合、２次放射部は、第１アンテナ素子
が形成された第１アンテナ素子層と、第１の誘電体層
と、第１アンテナ素子と第１移相器が個別に結合する結
合層と、第２の誘電体層と、第１移相器が形成された位
相制御層とから構成された多層構造を有している。この
場合、位相制御層の第１移相器に接続された第１ストリ
ップ線路の端部が、オープンまたはショートされてい
る。

【００２１】また、前述したフェーズドアレーアンテナ
装置では、位相制御層に実装される回路が半導体製造プ
ロセスで同時に一括して形成されてもよい。あるいは、
位相制御層の基板上に、繰り返し構成された回路がチッ
プ化され実装されてもよい。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明の
実施の形態を詳細に説明する。ここでは、フェーズドア
レーアンテナを高周波信号の送信アンテナとして用いた
場合を例にして説明するが、これに限定されるものでは
なく、可逆の理より同様の動作原理から、高周波信号の
受信アンテナとして用いることも可能である。また、以
下に記載する寸法は、あくもでも３０ＧＨｚにおけるア
ンテナの各部寸法の例示に過ぎず、周波数が変われば寸
法が変わるのはもちろんのこと、３０ＧＨｚであっても
別の寸法で実現可能であることをあらかじめ断ってお
く。

【００２３】（第１の実施の形態）図１は本発明による
フェーズドアレーアンテナ装置の第１の実施の形態の要
部構成を示す模式図であり、図１（ａ）は斜視図、図１
（ｂ）はＩｂ−Ｉｂ′断面図である。このフェーズドア
レーアンテナ装置は、１次放射部１０から高周波信号を
放射して、これを２次放射部２０で受信することにより
給電を行う空間給電方式を用いたフェーズドアレーアン
テナ装置である。

【００２４】すなわち、１次放射部１０は、２次放射部
２０に給電するために、１次放射部１０と２次放射部２
０との間の空間に、高周波信号を放射するものである。
２次放射部２０は、１次放射部１０より放射された高周
波信号を給電側面Ａで一度受信し、位相制御した後、放
射側面Ｂから外部空間に再度放射することにより、ビー
ム放射方向を調整するフェーズドアレーアンテナであ
る。また、高周波信号の波長をλ、２次放射部の長辺の
長さをＬとすると、１次放射部１０と２次放射部２０と
の距離Ｄは、Ｄ≧２λ およびＤ≧０．１Ｌの両方の条件を満たすように設定される。

【００２５】フェーズドアレーアンテナでは、高周波信
号を外部空間に放射する各アンテナ素子（第１アンテナ
素子）２４に高周波信号を分配する手段が必要である。
この分配手段としてストリップ線路から構成される分岐
回路が従来より広く使用されているが、ストリップ線路
にはマイクロ波帯における損失が大きいという問題があ
る。すなわち、ストリップ線路は開放型の線路であるた
め放射損失が大きいという本質的な問題があるのと同時
に、周波数が高くなると導体損，誘電体損ともさらに増
大するという問題がある。したがって、アンテナ利得を
大きくするためにアンテナの開口面積を大きくしようと
すると、必然的に分岐回路の線路長が長くなるため損失
は増大し、また高周波数になるればさらに損失は大きく
なる。

【００２６】これに対して、電磁波が空間を伝搬すると
きの損失は、周波数によらず極めて低い。このため、本
発明のように空間給電方式を用いることにより、各放射
側アンテナ素子２４に高周波信号を低損失にて分配する
ことができる。

【００２７】なお、１次放射部１０と２次放射部２０と
の間の空間は、図１に示すようにシールド１９により外
部空間と隔離してもよい。これにより、スピルオーバに
よるサイドローブの低下が抑制される。さらに、シール
ド１９の内面側に電波吸収体を貼れば、１次放射部１０
と２次放射部２０の間の多重反射を抑制できる。ただ
し、サイドローブに対する要求が厳しくない場合は、こ
れらのシールド１９や電波吸収体は必ずしも必要ではな
い。

【００２８】次に、図２および図３を参照して、図１に
示したフェーズドアレーアンテナ装置の構成を詳細に説
明する。図２は１次放射部１０および給電部を示すブロ
ック図である。１次放射部１０は、給電部１の出力側に
接続されている。そして、１次放射部１０は、増幅器１
１と、１次側アンテナ素子（第３アンテナ素子）１２と
により構成されている。このうち増幅器１１は、給電部
１から出力された高周波信号の振幅を増幅して、１次側
アンテナ素子１２に出力する。また、１次側アンテナ素
子１２は、増幅された高周波信号により励振されて、１
次放射部１０と２次放射部２０との間の空間に放射す
る。

【００２９】なお、１次放射部１０の１次側アンテナ素
子１２としては、主にホーンアンテナが使用される。こ
の他に、ヘリカルアンテナ、パッチアンテナ、ダイポー
ルアンテナ、スロットアンテナなどを利用できる。

【００３０】図３は２次放射部２０および制御装置を示
すブロック図である。なお、２次放射部２０全体が複数
個のサブアレーで構成されている場合、各サブアレーに
図３に示す２次放射部２０を適用してもよい。図１
（ｂ）に示した２次放射部２０の給電側面Ａには、ｍ×
ｎ（ｍ，ｎは２以上の整数）個の給電側アンテナ素子
（第２アンテナ素子）２１がアレー状に配置されてい
る。また、放射側面Ｂには、各給電側アンテナ素子２１
に対応して、同数の放射側アンテナ素子２４が同様に配
置されている。そして、対応するアンテナ素子２１と２
４とは、ストリップ線路２２により結合されている。な
お、アンテナ素子２１，２４それぞれの配置形状は、方
形格子配列でもよく、また三角配列などその他の配列で
もよい。また、１次元的に配列されてもよい。

【００３１】さらに、各ストリップ線路２２の途中には
それぞれ、移相器（第１移相器）２３と、これを制御す
る位相制御部２５が設けられている。なお、以下では、
各アンテナ素子２１，２４ごとに設けられた移相器２
３、この移相器２３に接続されるストリップ線路２２の
一部、および位相制御部２５をまとめて移相ユニット２
６という。

【００３２】制御装置２は、所望のビーム放射方向に基
づき、各放射側アンテナ素子２４の給電移相量を算出す
る装置である。算出された各放射側アンテナ素子２４の
移相量は、制御信号２Ｘ，２Ｙにより制御装置２から信
号線駆動部２７Ｘおよび走査線選択部２７Ｙに出力され
る。信号線駆動部２７Ｘおよび走査線選択部２７Ｙの出
力である信号線Ｘ１〜Ｘｍおよび走査線Ｙ１〜Ｙｎは、
各位相制御部２５と格子状に接続されている。したがっ
て、信号線駆動部２７Ｘおよび走査線選択部２７Ｙにお
いて、後述するマトリクス駆動を制御信号２Ｘ，２Ｙに
基づいて行うことにより、各位相制御部２５に対してそ
の放射側アンテナ素子２４の移相量が個別に設定され
る。

【００３３】また、トリガ信号Ｔｒｇ′は、各位相制御
部２５に設定された移相量をそれぞれの移相器２３に指
示出力するタイミングを決定する信号である。したがっ
て、各位相制御部２５に対して個別の移相量を設定した
後、制御装置２からこのトリガ信号Ｔｒｇ′を出力する
ことにより、各放射側アンテナ素子２４への給電移相量
をすべて同一タイミングで更新でき、ビーム放射方向を
瞬時に変更できる。なお、トリガ信号Ｔｒｇ′を常時出
力することにより、各放射側アンテナ素子２４への給電
位相を逐次更新することも可能である。

【００３４】以上説明したフェーズドアレーアンテナ装
置において、給電部１から出力された高周波信号は、１
次放射部１０の増幅器１１により振幅増幅された後、１
次側アンテナ素子１２から放射される。そして、１次側
アンテナ素子１２から放射された高周波信号が、２次放
射部２０の各給電側アンテナ素子２１に受信されること
により、空間給電がなされる。各給電側アンテナ素子２
１に受信された高周波信号は、各位相制御部２５により
設定された移相量を各移相器２３に与えられ、各放射側
アンテナ素子２４から放射される。これにより、制御装
置２による制御に応じた方向にビームが形成される。

【００３５】次に、図４〜図６を参照して、各アンテナ
素子２１，２４ごとに設けられる移相ユニット２６につ
いて説明する。図４は移相ユニット２６の構成を示すブ
ロック図である。ここでは、それぞれ異なる移相量１８
０゜，９０゜，４５゜，２２．５゜゜を有する４個の移
相回路２３Ａ〜２３Ｄから移相器２３が構成されてい
る。各移相回路２３Ａ〜２３Ｄは、給電側アンテナ素子
２１から放射側アンテナ素子２４へ高周波信号を伝搬さ
せるストリップ線路２２に接続されている。各移相回路
２３Ａ〜２３Ｄには、スイッチ２３Ｓがそれぞれ設けら
れている。このスイッチ２３Ｓ内の各スイッチの状態を
切り換えることにより、後述するように、高周波信号に
対してそれぞれ所定の移相量を与えるものとなってい
る。

【００３６】これら各移相回路２３Ａ〜２３Ｄのスイッ
チ２３Ｓを個別に制御する位相制御部２５は、各移相回
路２３Ａ〜２３Ｄごとに設けられた駆動回路２５Ａ〜２
５Ｄから構成されている。さらに、各駆動回路２５Ａ〜
２５Ｄは、直列接続された２つのラッチ２５１，２５２
から構成されている。そのうち、ラッチ２５１は、入力
Ｄに接続された信号線Ｘｉのレベルを、入力ＣＬＫに接
続された走査線Ｙｉの立ち上がりタイミングでラッチす
る。また、ラッチ２５２は、ラッチ２５１の出力Ｑを、
入力ＣＬＫに接続されたトリガ信号Ｔｒｇ’の立ち上が
りでラッチし、出力Ｑをそれぞれ対応する移相回路のス
イッチ２３Ｓに出力する。

【００３７】図４では、１つの位相制御部２５に対し
て、２本の信号線Ｘｉ１，Ｘｉ２と２本の走査線Ｙｊ
１，Ｙｊ２とを設けて、４つの駆動回路２５Ａ〜２５Ｄ
に個別に各スイッチ２３Ｓのオン／オフデータを設定し
ている。すなわち、Ｘｉ１，Ｙｉ１で移相回路２３Ａの
動作を制御し、Ｘｉ１，Ｙｊ２で移相回路２３Ｂの動作
を制御し、Ｘｉ２，Ｙｊ１で移相回路２３Ｃの動作を制
御し、Ｘｉ２，Ｙｊ２で移相回路２３Ｄの動作を制御し
ている。

【００３８】図５は位相制御部２５の動作を示すタイミ
ングチャートであり、移相回路２３Ｄに対応する駆動回
路２５Ｄが例として示されている。図３に示した信号線
駆動部２７Ｘは、信号線Ｘｉ１に印加する制御信号とし
て、駆動回路２５Ｄのための信号のみならず、信号線Ｘ
ｉ１に連なる他の駆動回路、すなわち同一位相制御部２
５の駆動回路２５Ｃや、他の位相制御部２５の駆動回路
のための信号も流している。このため、信号線電圧Ｘｉ
１′のレベルは常に変化している。一方、図３に示した
走査線選択部２７Ｙは、周期Ｔ１の間に走査線Ｙ１１〜
Ｙｎ２を１本ずつ順次選択しているので、走査線Ｙｊ１
にパルスが加えられるのは周期Ｔ１の間に一度だけ（図
５の例では時刻ｔ１）である。

【００３９】ここで、周期Ｔ１の時刻ｔ１に走査線電圧
Ｙｊ１′がＨレベルに変化した場合、信号線電圧Ｘｉ
１′のレベル、すなわちＨレベルがラッチ２５１の出力
Ｑから出力される。このラッチ２５１の出力Ｑの状態
は、走査線電圧Ｙｊ１′がＬレベルに戻った後も保持さ
れる。そして、その後の時刻ｔ２においてトリガ信号Ｔ
ｒｇ′がＨレベルに変化したときに、ラッチ２５１の出
力Ｑがラッチ２５２の出力Ｑから出力されるようにな
る。このラッチ２５２の出力Ｑの状態は、トリガ信号Ｔ
ｒｇ′がＬレベルに戻った後も保持される。

【００４０】これにより、移相回路２３Ｄのスイッチ２
３Ｓは時刻ｔ２の瞬間から時刻ｔ４（次にトリガ信号Ｔ
ｒｇ′が加わる瞬間）までオン状態に維持され、その間
はストリップ線路２２を伝搬する高周波信号に２２．５
゜（または−２２．５゜）の移相量が与えられる。

【００４１】その後の周期Ｔ２では、時刻ｔ３において
信号線電圧Ｘｉ１′のＬレベルがラッチ２５１に保持さ
れ、その後の時刻ｔ４においてラッチ２５２に保持され
る。これにより、移相回路２３Ｄのスイッチ２３Ｓはオ
フ状態に維持され、ストリップ線路２２を伝搬する高周
波信号への移相量が０゜の状態に戻される。

【００４２】なお、図６に示すように、トリガ信号Ｔｒ
ｇ′を常にＨレベルに維持しておいてもよく、この場合
は、ラッチ２５１のラッチ出力Ｑがすぐにラッチ２５２
へと転送される。このようにして、各スイッチ２３Ｓを
順次切り換えることにより、スイッチ切り換え時間にと
もなう放射ビームの瞬断を回避することができ、常に安
定した動作を確保することが可能となる。

【００４３】次に、図７を参照して、２次放射部２０の
構造について説明する。図７は２次放射部２０の多層構
造を説明するための分解図である。これら各層は、フォ
トリソグラフィ技術または印刷技術、およびエッチング
技術によりパターン形成された後、積層されることによ
り、一体として多層化される。なお、各層の積層順序は
必ずしも図７に示した形態に限定されるものではなく、
電気的・機械的要求の条件により、削除または追加され
たり、積層順序が一部入れ替わってもよい。

【００４４】給電側アンテナ素子層（第２アンテナ素子
層）３１には、給電側アンテナ素子２１が配置されてい
る。この給電側アンテナ素子層３１は、１次放射部１０
の１次側アンテナ素子１２と対向する給電側面Ａを構成
する。給電側アンテナ素子層３１の上方には、誘電体層
３２を介して結合層３３（第２結合層）が設けられてい
る。この結合層３３は、接地プレーンに穴、すなわち結
合スロット２８が形成された導体パターンから構成され
ている。結合層３３の上方には、誘電体層３４を介して
位相制御層３５が設けられている。この位相制御層３５
には、各移相ユニット２６およびこれら移相ユニット２
６を個別に制御するための配線Ｘ１〜Ｘｍ，Ｙ１〜Ｙｎ
が設けられている。なお、結合層３３により、対応する
給電側アンテナ素子２１と移相ユニット２６（移相器２
３）との個別の結合が容易になる。

【００４５】位相制御層３５の上方には、誘電体層３６
を介して結合層３７（第１結合層）が設けられている。
この結合層３７には、結合層３３と同様の結合スロット
２９が形成されている。結合層３７の上方には、誘電体
層３８を介して放射側アンテナ素子層（第１アンテナ素
子層）３９が設けられている。この放射側アンテナ素子
層３９には、放射側アンテナ素子２４が配置されてい
る。放射側アンテナ素子層３９は、外部空間に面する放
射側面Ｂを構成する。なお、結合層３７により、対応す
る移相ユニット２６（移相器２３）と放射側アンテナ素
子２４との個別の結合が容易になる。

【００４６】なお、図７にて示した例では、給電側アン
テナ素子２１は位相制御層３５と別の層、すなわち給電
側アンテナ素子層３１上に形成されているが、これらの
給電側アンテナ素子２１は位相制御層３５上に形成され
てもよい。この場合、給電側アンテナ素子２１と移相ユ
ニット２６等が単層の同一基板上に形成されるので、給
電側アンテナ素子層３１、結合層３３および誘電体層３
２，３４は不要となる。同様に、放射側アンテナ素子２
４も、位相制御層３５上に形成されていてもよい。この
場合、放射側アンテナ素子２４と移相ユニット２６等が
単層の同一基板上に形成されるので、放射側アンテナ素
子層３９、結合層３７および誘電体層３６，３８は不要
となる。なお、給電側アンテナ素子２１が位相制御層３
５上に形成されている場合、放射側アンテナ素子２４は
別の層に形成されなければならない。

【００４７】また、給電側アンテナ素子層３１の下方お
よび放射側アンテナ素子層３９の上方に、誘電体層を介
して無給電素子が形成された無給電素子層をそれぞれ設
けてもよい（図９（ｂ），図１０（ｂ）参照）。このよ
うに無給電素子を付加することにより、広帯域化を図る
ことができる。

【００４８】以上説明した２次放射部２０において、１
次放射部１０から放射された高周波信号は、給電側アン
テナ素子層３１の各アンテナ素子２１により受信され、
結合層３３の各結合スロット２８を介して、位相制御層
３５のストリップ線路２２に伝搬する。そして、移相器
２３で所定の移相量が与えられ、結合層３７の各結合ス
ロット２９を介して、放射側アンテナ素子層３９の各ア
ンテナ素子２４に給電され、各アンテナ素子２４から所
定のビーム方向に放射される。

【００４９】２次放射部２０を構成する誘電体層３２，
３８としては、比誘電率が１〜４程度の低誘電率の基
板、例えばプリント基板、ガラスや発泡材などの材料が
用いられる。また、これらの誘電体層３２，３８は、空
間（空気層）であってもよい。誘電体層３４としては、
比誘電率が５〜３０程度の高誘電率の基板、例えばアル
ミナなどのセラミック基板や、ガラス基板、高誘電率プ
リント基板などが用いられる。誘電体層３６としては、
比誘電率が１〜１１程度の誘電率の基板、例えばプリン
ト基板、セラミック基板、ガラスや発泡材などの材料が
用いられる。特に、位相制御層３５には移相器２３のス
イッチ２３Ｓが形成されるため、誘電体層３６として空
間（空気層）を形成してもよい。

【００５０】なお、図７では簡単のため２次放射部２０
を構成する各層を個々に分解して説明したが、各誘電体
層３２，３４，３６，３８にそれぞれ隣接する層、例え
ば放射側アンテナ素子層３９，結合層３７などは、前記
の誘電体層の片面もしくは両面にパターン形成すること
により実現できる。また、誘電体層３２，３４，３６，
３８は必ずしも単一材料で形成されている必要はなく、
複数の材料が積層された構成であってもよい。

【００５１】また、２次放射部２０内の整合等の条件か
ら、各誘電体層３２，３４，３６，３８の厚みは例えば
次のように設定される。誘電体層３２：０．３ｍｍ誘電体層３４：０．２ｍｍ誘電体層３６：０．２ｍｍ誘電体層３８：０．３ｍｍその他の層３１，３３，３５，３７，３９の厚みは２次
放射部２０全体の厚みにほとんど影響を与えないので、
２次放射部２０全体は概ね１ｍｍの厚みで構成できる。

【００５２】上述したように、図３０に示した従来のフ
ェーズドアレーアンテナ装置では、各アンテナ素子５２
１，５２３ごとに送受信モジュール５２２（移相器など
を内蔵）が必要であり、さらに各送受信モジュール５２
２を支持するための金属製の支持機構が必要であった。
これに対して、図１に示したフェーズドアレーアンテナ
装置では、すべての移相ユニット２６をすべてのアンテ
ナ素子２１，２４とともに図７に示すような多層構造を
有する同一基板に組み込んで２次放射部２０を形成する
ことにより、従来のような支持機構が不要となる。これ
により、フェーズドアレーアンテナ装置の軽量化を図れ
る。

【００５３】特に、従来の技術では、フェーズドアレー
アンテナを高利得化するにつれて、支持機構が重くな
る。このため、図７に示した２次放射部２０の効果は、
高利得のフェーズドアレーアンテナ装置を構成する場合
に、特に顕著である。フェーズドアレーアンテナ装置が
軽量化されと、可搬性が向上する。また、フェーズドア
レーアンテナ装置を人工衛星に搭載して使用する場合、
人工衛星の打ち上げコストの削減も期待できる。

【００５４】さらに、図７に示したように２次放射部２
０を形成することにより、従来のように多数の送受信モ
ジュール５２２を１個ずつコネクタ接続する必要がなく
なるので、フェーズドアレーアンテナ装置の組立・設置
を簡素化できる。

【００５５】なお、２次放射部２０の給電側・放射側ア
ンテナ素子２１，２４としては、パッチアンテナの他、
プリンテッドダイポールアンテナ、スロットアンテナ、
アパーチャ素子などを利用できる。特に、結合層３３，
３７の結合スロット２８，２９の開口部を大きくするこ
とにより、スロットアンテナとして利用できる。この場
合は、アンテナ素子層３１，３９を結合層３３，３７で
兼用できるので、アンテナ素子層３１，３９および誘電
体層３２，３８が不要となる。

【００５６】また、ストリップ線路２２としては、マイ
クロストリップ形の他、トリプレート形、コプレーナ
形、スロット形などの分布定数線路を利用できる。ま
た、結合スロット２８，２９の代わりに、位相制御層３
５のストリップ線路２２と給電側・放射側アンテナ素子
２１，２４とを接続する導電性の給電ピンを用いて、高
周波信号を結合してもよい。また、アンテナ素子層３
１，３９は平面形状に限らず、曲面形状をしていてもよ
い。

【００５７】また、位相制御層３５は、図８に示すよう
に、さらに多層構造を有していてもよい。この場合、各
移相ユニット２６を構成する移相回路２３Ａ，２３Ｂお
よびその駆動回路２５Ａ，２５Ｂが層３５Ａに形成さ
れ、移相回路２３Ｃ，２３Ｄおよびその駆動回路２５
Ｃ，２５Ｄが層３５Ｂに形成されてもよい。

【００５８】あるいは、互いに隣接する２個の給電側ア
ンテナ素子２１のうちの一方に対応する移相ユニット２
６が層３５Ａに形成され、他方に対応する移相ユニット
２６が層３５Ｂに形成されてもよい。このように、移相
ユニット２６を多層に分けて形成することにより、１個
あたりの移相ユニット２６の形成面積が広くなる。この
ため、２次放射部２０の開口面積を広げることなく、移
相器２３のビット数を高めることができる。

【００５９】次に、図７における位相制御層３５につい
て、さらに説明する。図９は位相制御層３５に形成され
た１個の移相ユニット２６の構成図であり、（ａ）はこ
の移相ユニット２６の回路配置図、（ｂ）は移相ユニッ
ト２６を模式的に示す２次放射部２０の断面図、（ｃ）
は位相制御層３５上に配線される信号線および走査線な
どが交差する部分の拡大断面図である。ここではスイッ
チ２３Ｓとして、後述するマイクロマシンスイッチが用
いられている場合を示す。移相ユニット２６は、アレー
状に配置された各給電側・放射側アンテナ素子２１，２
４に対応して設けられており、ほぼ正方形（３０ＧＨｚ
のフェーズドアレーアンテナ場合、例えば５ｍｍ×５ｍ
ｍ）の領域（図中破線正方形参照）内に形成されてい
る。

【００６０】その周部には、信号線駆動部２７Ｘからの
信号線Ｘｉ１，Ｘｉ２、走査線選択部２７Ｙからの走査
線Ｙｊ１，Ｙｊ２、制御装置２からのトリガ信号線Ｔｒ
ｇ、およびスイッチ２３Ｓの駆動電源線Ｖｄｒｖが格子
状に配置されている。これら配線の内側には、結合スロ
ット２８の上部位置から結合スロット２９の下部位置ま
でを接続するストリップ線路２２が設けられている。さ
らに、このストリップ線路２２の途中には、１８０゜，
９０゜，４５゜，２２．５゜の各移相回路２３Ａ〜２３
Ｄが配置されている。各移相回路２３Ａ〜２３Ｄの近傍
には、それぞれに対応する駆動回路２５Ａ〜２５Ｄが配
置されている。これらの移相回路２３Ａ〜２３Ｄと駆動
回路２５Ａ〜２５Ｄとは、位相制御層３５として、１つ
の基板（ガラス基板）上の同一面上に一括して形成され
ている。

【００６１】また、スイッチ２３Ｓの可動空間３６Ｓを
確保するために、スペーサ３６Ａが設けられている。さ
らに、結合スロット２８の下層の給電側アンテナ素子層
３１には、直径２．５〜４ｍｍの円形の給電側アンテナ
素子２１が配置されており、結合スロット２９の上層の
放射素子層３９には、同じく放射側アンテナ素子２４が
配置されている。

【００６２】移相回路２３Ａ〜２３Ｄのうち、１８０°
移相回路２３Ａはスイッチドライン形である。スイッチ
ドライン形は、長さの異なるストリップ線路をスイッチ
２３Ｓで切り換えて、ストリップ線路２２の線路長を変
更することにより所定の移相量を与えるものである。ま
た、９０゜，４５゜，２２．５゜の各移相回路２３Ｂ〜
２３Ｄはローデッドライン形である。ローデッドライン
形は、ストリップ線路（第１ストリップ線路）２２にス
イッチ２３Ｓで装荷線路（第２ストリップ線路）を分岐
接続することにより、所定の移相量を与えるものであ
る。なお、移相回路２３Ａ〜２３Ｄとして、反射形を用
いることもできる。

【００６３】また、信号線Ｘ１〜Ｘｍおよび走査線Ｙ１
〜Ｙｎにより、各位相制御部２５（駆動回路２５Ａ〜２
５Ｄ）をそれぞれ格子状に接続し、これら信号線Ｘ１〜
Ｘｍおよび走査線Ｙ１〜Ｙｎをマトリクス駆動すること
により、その交点に位置する位相制御部２５に所望の移
相量を設定する。これにより、各位相制御部２５を制御
するための信号配線が共用できるので、その配線数を大
幅に削減でき、これら配線に必要な面積を大幅に削減で
きる。この場合、各駆動回路２５Ａ〜２５Ｄは、薄膜ト
ランジスタ（ＴＦＴ）により構成される。なお、図９に
示した例では、位相制御層３５上の配線パターンや回路
部品、すなわちスイッチ２３Ｓや駆動回路２５Ａ〜２５
Ｄは、半導体素子製造プロセス等を使用して同時に多数
一括にて形成されている。

【００６４】２次放射部２０は図９（ｂ）に示すような
多層構造を有している。すなわち、下から上へ順に、無
給電素子２１Ａが形成されている無給電素子層、誘電体
層３１Ｂ（厚さ１ｍｍ）、給電側アンテナ素子層３１、
誘電体層３２（厚さ０．３ｍｍ）、結合層３３、誘電体
層３４（厚さ０．２ｍｍ）、位相制御層３５、誘電体層
３６（厚さ０．２ｍｍ）、結合層３７、誘電体層３８
（厚さ０．３ｍｍ）、放射側アンテナ素子層３９、誘電
体層３９Ｂ（厚さ１ｍｍ）、無給電素子２４Ａが形成さ
れている無給電素子層が積層されている。

【００６５】ここで、マイクロマシンスイッチは後述す
るように可動部であるコンタクトを有するため、この２
次放射部２０のように多層基板内に位相制御層３５を形
成する場合、コンタクトが自由に動作できるような可動
空間３６Ｓを確保する必要がある。したがって、位相制
御層３５と結合層３７との間の誘電体層３６を空間３６
Ｓにて構成し、その高さをスペーサ３６Ａにより確保し
ている。

【００６６】この場合、スペーサ３６Ａを結合スロット
２９の下部に配置してもよい。これにより、通常、空き
領域となる結合スロット２９の下部をスペーサ３６Ａの
配置領域として兼用できるので、スペーサ３６Ａによる
占有面積を削減できる。さらに、スペーサ３６Ａとし
て、アルミナなど比誘電率が６〜１１程度の高誘電率の
材料を用いて、結合スロット２９の下部に配置してもよ
い。この場合、結合スロット２９と位相制御層３５上の
ストリップ線路２２とが効率よく結合される。

【００６７】位相制御層３５上には、例えば図９（ａ）
に示したように、走査線Ｙｊ１，Ｙｊ２が横方向に配線
され、信号線Ｘｉ１，Ｘｉ２、トリガ信号線Ｔｒｇおよ
び駆動電源線Ｖｄｒｖが縦方向に配線されている。図９
（ｃ）に、これらの配線の交差部分３５Ａの拡大断面を
模式的に示す。上記の配線は、誘電体層３４上に配線３
４Ｂ（走査線Ｙｊ１，Ｙｊ２に対応する）をあらかじめ
形成しておき、その上に絶縁膜３４Ａを誘電体層３４の
全面に付与した後、配線３６Ｃ（信号線Ｘｉ１，Ｘｉ
２、トリガ信号線Ｔｒｇおよび駆動電源線Ｖｄｒｖに対
応する）を形成することで得られる。

【００６８】特に誘電体層３４をガラス基板とし、位相
制御部２５を薄膜トランジスタで誘電体層３４上に形成
する場合、薄膜トランジスタのゲート電極を形成すると
同時に配線３４Ｂを形成し、絶縁膜３４Ａとしてシリコ
ン酸化膜等をスパッタリング法にてガラス基板の全面に
付与した後、薄膜トランジスタのゲート電極、ドレイン
電極を形成すると同時に配線３４Ｃを形成してもよい。
また、誘電体３４上に縦方向および横方向の配線をあら
かじめ同時に形成しておき、これらの配線が交差する部
分については、ゼロオームのジャンパ抵抗でその干渉を
回避することも可能である。

【００６９】以上、図９を引用し、すべての移相ユニッ
ト２６を１つの基板上に一括形成して、位相制御層３５
を構成した例について説明した。この方法によれば、小
さな開口面積でも大きい利得が得られる高周波数帯での
アンテナ、例えば３０ＧＨｚ以上の高周波帯に使用され
るフェーズドアレーアンテナ装置を製造する場合に、コ
ストダウンを図れる。

【００７０】これに対して、図１０に示すように、各移
相ユニット２６間または同一移相ユニット２６内におい
て、繰り返し構成された回路部をチップ化して、これを
位相制御層３５上に実装する方法もある。なお本明細書
では、同一または類似の単位回路を半導体プロセス等に
より基板上に多数一括形成して単位毎に切り出し、さら
に別基板に搭載・実装するための加工を施すことをチッ
プ化と呼ぶ。この方法によれば、チップ単体での不良検
査を実施できるので、フェーズドアレーアンテナ装置全
体の歩留まりを改善できる。

【００７１】特に、同一移相ユニット２６内における繰
り返し構成されたチップ化する場合、例えば以下に挙げ
る回路部を単位としてチップ化できる。すなわち、各駆動回路２５Ａ〜２５Ｄ、各駆動回路２５Ａ〜２５Ｄおよびスイッチ２３Ｓの
対、各駆動回路２５Ａ〜２５Ｄおよび各移相回路２３Ａ〜
２３Ｄの対、各移相ユニット２６内のすべての駆動回路２５Ａ〜２
５Ｄとすべての移相回路２３Ａ〜２３Ｄ、である。図１０（ａ）には、上記を単位に形成された
チップ２６Ａを位相制御層３５に実装した例を示してい
る。

【００７２】なお、図９では移相ユニット２６の上面に
空間を確保していたが、図１０（ｂ）に示すように移相
ユニット２６（チップ２６Ａ）の下面に空間を確保して
もよい。この場合、誘電体層３４、位相制御層３５およ
び誘電体層３６が上下入れ替わって配置されるので、誘
電体層３４と結合層３７とが密着する構成となる。

【００７３】また、位相制御層３５と結合層３３との間
の誘電体層３６を空間３６Ｓにて構成するためのスペー
サとして、図９におけるスペーサ３６Ａに代えて、導体
からなるスペーサ３６Ｂを用いてもよい。図１０に示す
ように、このスペーサ３６Ｂを、誘電体層３４に形成さ
れたビアホール３４Ｖの下部に配置して、接地パター
ン、例えば結合層３７の導体パターンと電気的に接続す
る。これにより、別途、接地電位を結合する手段を設け
ることなく、接地板間不要モード（パラレルプレートモ
ード）を抑制できる。

【００７４】以上、図９、図１０を引用して、位相制御
部２５が移相器２３の近傍に配置された場合について示
したが、位相制御部２５は必ずしもこのように分散され
て配置される必要はなく、位相制御層３５の多層構造領
域以外の外部領域にまとめて配置されていてもよい。す
なわち、図１１に示すように、データ分配回路をフリッ
プチップ５１で構成し、バンプ５２および制御信号線５
３を介して各移相器２３を駆動すればよい。この場合、
図４にて示された駆動回路２５Ａ〜２５Ｄに相当する回
路は、フリップチップ５１内に集積形成される。

【００７５】次に、図１２を参照して、具体的な寸法の
一例を参照しながら、スイッチ２３Ｓの構成例について
説明する。図１２はスイッチ２３Ｓの構成例を示す斜視
図である。このスイッチ２３Ｓは、コンタクト４４によ
りストリップ線路４２，４３を短絡／開放するマイクロ
マシンスイッチから構成されている。

【００７６】ストリップ線路４２，４３（高さ１μｍ程
度）は僅かな隙間を有して基板４１上に形成されてい
る。その隙間の上部にはコンタクト４４（高さ２μｍ程
度）がストリップ線路４２，４３と接離自在となるよう
に支持部材４５により支持されている。ここで、コンタ
クト４４の下面とストリップ線路４２，４３の上面との
距離は４μｍ程度である。したがって、基板４１の上面
を基準としたコンタクト４４の上面の高さ、すなわちマ
イクロマシンスイッチ全体の高さは７μｍ程度である。
一方、基板４１上のストリップ線路４２，４３の隙間に
は、導体の電極４６（高さ０．２μｍ程度）が形成され
ている。

【００７７】次に、このスイッチ２３Ｓの動作について
説明する。電極４６には、駆動回路２５Ａ〜２５Ｄの出
力電圧（例えば、１０〜１００Ｖ程度）が個別に供給さ
れている。ここで、電極４６に正の出力電圧が印加され
た場合、これにより電極４６の表面に正電荷が発生す
る。これに伴い、対向するコンタクト４４の下面に、静
電誘導により負電荷が現れる。そして、両者間の静電力
（電磁力）に基づく吸引力により、コンタクト４４がス
トリップ線路４２，４３側へ引き寄せられる。

【００７８】このとき、コンタクト４４の長さがストリ
ップ線路４２，４３の隙間よりも長いため、コンタクト
４４がストリップ線路４２，４３の両方に接触する。こ
れにより、ストリップ線路４２，４３がコンタクト４４
を介して、高周波的に導通状態となる。また、電極４６
への出力電圧の印加が停止された場合、吸引力がなくな
るので、支持部材４５によりコンタクト４４が元の離間
した位置へ復元され、ストリップ線路４２，４３が高周
波的に非導通状態となる。

【００７９】なお、以上の説明では、コンタクト４４に
電圧を与えず、電極４６に対して出力電圧を印加する場
合について説明したが、逆も可能である。すなわち、電
極４６に電圧を与えず、コンタクト４４に対して導体か
らなる支持部材４５を介して駆動回路２５Ａ〜２５Ｄの
出力電圧を印加するようにしてもよく、前述と同様の作
用が得られる。このように、給電位相の制御を行うスイ
ッチ２３Ｓとして、マイクロマシンスイッチを用いるよ
うにしたので、ＰＩＮダイオードなどの半導体デバイス
を用いる場合と比較して、半導体接合面での電力消費が
なくなり、消費電力が１０分の１程度まで低減できる。

【００８０】（第２の実施の形態）図１３は本発明によ
るフェーズドアレーアンテナ装置の第２の実施の形態の
要部構成を示す模式図であり、図１３（ａ）は斜視図、
図１３（ｂ）はＸIIIｂ−ＸIIIｂ′断面図である。図１
３において、図１と同一部分には同一符号を付し、その
説明を適宜省略する。

【００８１】図１に示したフェーズドアレーアンテナ装
置では１次放射部１０に含まれる１次側アンテナ素子１
２および増幅器１１の対が１個であるのに対して、図１
２に示したフェーズドアレーアンテナ装置は１次放射部
１１０が複数対の１次側アンテナ素子１１２および増幅
器１１１を有している。１次放射部１１０の面Ｃには１
次側アンテナ素子（第３アンテナ素子）１１２が配置さ
れており、この面Ｃが２次放射部２０の給電側面Ａに対
向している。

【００８２】図１４は１次放射部１１０を示すブロック
図である。１次放射部１１０は、複数個の１次側アンテ
ナ素子１１２と、各１次側アンテナ素子１１２ごとに設
けられた増幅器１１１と、合成分配器１１３とから構成
されている。

【００８３】合成分配器１１３としては、ストリップ線
路からなる分岐回路を利用できる。この場合、２分岐を
繰り返すトーナメント方式、主線路から櫛状に徐々に分
岐させるシリーズ分配方式などが利用できる。しかし、
１次放射部１１０の開口面積は小さいので、合成分配器
１１３として分岐回路を使用しても損失は小さいし、ま
た損失が大きくても分配後に増幅器１１１により増幅さ
れるので、多少損失があっても大きな問題とはならな
い。なお、１次放射部１１０が多少重くなることが許容
できるならば、合成分配器１１３としてマジックＴなど
の低損失な導波管合成分配回路を使用することも可能で
ある。また、１次側アンテナ素子１１２としては、例え
ばパッチアンテナ、ダイポールアンテナ、ホーンアンテ
ナなどを使用できる。

【００８４】給電部１から入力された高周波信号は、合
成分配器１１３により各増幅器１１１に分配供給され
る。分配供給された高周波信号は、各増幅器１１１によ
り増幅された後、各１次側アンテナ素子１１２に供給さ
れ、２次放射部２０に向けて放射される。ここで、１次
放射部１１０の放射指向特性は、各１次側アンテナ素子
１１２に供給される高周波信号の振幅と位相とにより決
定される。高周波信号の振幅は合成分配器１１３の分配
比により調整できる。また、高周波信号の位相は各１次
側アンテナ素子１１２への線路長により調整できる。こ
れらのパラメータを調整することにより所望の放射指向
特性が得られるので、１次放射部１０の設計時に２次放
射部２０の給電側面Ａにおける励振振幅分布を最適に設
定することができる。

【００８５】また、複数個の１次側アンテナ素子１１２
ごとに増幅器１１１を設けることにより、次の理由から
低コストで等価等方輻射電力（ＥＩＲＰ）を高めること
ができる。増幅器１個の出力電力の大きさには限界があ
り（例えば、３０ＧＨｚにおけるＳＳＰＡ（Solid Stat
e Power Amplifire ）で比較的容易に達成できる出力は
２〜３Ｗ程度）、また高出力の増幅器を使用すると１次
放射部の製造コストが高くなる。しかし、１次放射部１
１０に複数個の１次側アンテナ素子１１２を設け、それ
ぞれに通常出力の増幅器１１１を接続して空間で電力を
合成することにより、低コストで１次放射部１１０、ひ
いてはフェーズドアレーアンテナ装置全体の高電力化を
図れる。

【００８６】もちろんフェーズドアレーアンテナ装置を
高電力化するために、２次放射部２０のアンテナ素子２
１，２４ごとに増幅器を設ける方式（アクティブフェー
ズドアレーアンテナ方式）もある。しかし、この方式で
はアンテナ素子２１，２４の数に応じて増幅器の数が多
くなるので、装置が高価になるうえ、２次放射部が重く
なって前述の問題が発生してしまう。これに対して、図
１４に示した１次放射部１１０を用いることにより、２
次放射部２０の各アンテナ素子２１，２４ごとに増幅器
を設けなくても高電力化を実現できるので、低コストで
等価等方輻射電力を高めることができる。

【００８７】（第３の実施の形態）図１５は本発明によ
るフェーズドアレーアンテナ装置の第３の実施の形態の
ブロック図である。図１５において、図１および図１３
と同一部分には同一符号を付し、その説明を適宜省略す
る。

【００８８】図１５に示した１次放射部２１０は、フェ
ーズドアレーアンテナである。すなわち、１次側アンテ
ナ素子１１２、増幅器１１１、合成分配器１１３の他
に、高周波信号の振幅を減衰させる可変減衰器（アッテ
ネータ）２１４と、高周波信号の位相を変化させる移相
器（第２移相器）２１５と、可変減衰器２１４および移
相器２１５にそれぞれ減衰量および移相量を設定するデ
ータ分配回路２１６とを有している。ただし、１次側ア
ンテナ素子１１２の数が少ない場合は必ずしもデータ分
配回路を設ける必要はなく、制御装置２からパラレルに
各可変減衰器２１４および各移相器２１５に信号を与え
てもよい。

【００８９】増幅器１１１、可変減衰器２１４および移
相器２１５は、各１次側アンテナ素子１１２ごとに設け
られている。可変減衰器２１４と増幅器１１１とによ
り、増幅度が可変となる。移相器２１５としては、図３
に示した２次放射部２０の移相器２３と同様の構成のも
のを使用できる。１次放射部２１０は２次放射部２０と
同様の多層構成としてもよい。また、１次アンテナ素子
１１２が２次放射部２０のアンテナ素子２１，２４ほど
密に配置されない場合には、１次放射部２１０のすべて
の構成要素を一層に形成することもできる。

【００９０】１次放射部２１０は、２次放射部２０のビ
ーム放射方向を制御する制御装置２によって制御され
る。この場合、制御装置２には、２次放射部２０で所定
の放射指向特性を得るためのデータが、予め設定されて
いる。制御装置２がこのデータを制御信号２Ｚとして１
次放射部２１０のデータ分配回路２１６に出力すると、
データ分配回路２１６はこれを制御信号２１６Ａとして
各可変減衰器２１４に、制御信号２１６Ｂとして各移相
器２１５に分配する。これにより、各１次側アンテナ素
子１１２ごとに高周波信号の減衰量と移相量とが設定さ
れる。

【００９１】したがって、合成分配器１１３により移相
器２１５に分配供給された高周波信号は、移相器２１５
に設定された移相量を受けて、可変減衰器２１４に出力
される。そして、可変減衰器２１４および増幅器１１１
を通過することにより、可変減衰器２１４に設定された
減衰量に応じた振幅にて１次側アンテナ素子１１２に供
給される。可変減衰器２１４および移相器２１５に設定
される減衰量および移相量は、制御装置２により変更可
能であるから、１次側アンテナ素子１１２の給電電力お
よび給電位相も可変となる。したがって、１次放射部２
１０の放射指向特性（すなわち、２次放射部２０の給電
側面Ａでの励振振幅分布）を自在に変えられるので、２
次放射部２０で所望の放射指向特性が得られる。

【００９２】このように、１次放射部にフェーズドアレ
ーアンテナを用いることにより、利用状況に応じて２次
放射部２０の放射指向特性を変更できる。周知の通り、
アレーアンテナにおいては、２次放射部２０の励振振幅
分布とアンテナ利得，サイドローブレベル，ビーム幅と
の間に密接な関係がある。すなわち、２次放射部２０の
励振振幅分布を一様に近づければアンテナ能率は上が
り、アンテナ利得は向上するが、ビーム幅が細くなり、
またサイドローブレベルが上昇する。一方、２次放射部
２０の励振振幅にテーパをつける、つまり２次放射部２
０の中心付近の励振振幅係数を大きくし、２次放射部２
０の周縁部に近づくにつれて励振振幅係数を小さくして
いけば、ビーム幅が太くなり、サイドローブレベルが下
がるが、アンテナ能率が低下してアンテナ利得が減少し
てしまう。

【００９３】したがって、図１５に示したフェーズドア
レーアンテナ装置を例えば衛星通信の地球局として使用
する場合、晴天時には他の衛星との干渉を抑圧するため
低サイドローブ（低利得）で運用し、雨天時には降雨減
衰によりサイドローブレベルが高くても干渉が比較的少
ないので高利得（高サイドローブ）で運用するようにで
きる。また、例えば、運用開始時には太ビーム幅（低利
得）で衛星をサーチ・捕捉し、本運用時には高利得（細
ビーム幅）でシステム利得を確保するようにできる。

【００９４】なお、図１５に示した１次放射部２１０
は、高周波信号の振幅および位相の両方を制御するもの
であるが、移相器２１５を用いずに振幅のみを制御する
ようにも構成できるし、可変減衰器２１４を用いずに位
相のみを制御するようにも構成できる。１次放射部２１
０による制御が高周波信号の振幅および位相の一方であ
っても、２次放射部２０の放射指向特性を変更できる。

【００９５】（第４の実施の形態）図１６は本発明によ
るフェーズドアレーアンテナ装置の第４の実施の形態の
要部構成を示す模式図であり、図１６（ａ）は斜視図、
図１６（ｂ）はＸVIｂ−ＸVIｂ′断面図である。図１６
において、図１および図１３と同一部分には同一符号を
付し、その説明を適宜省略する。図１６に示した１次放
射部３１０は、１次放射部１１０，２１０の開口面積を
大きくしたものである。したがって、１次放射部３１０
は振幅および位相が固定のアレーアンテナであってもよ
いし、振幅および位相の少なくとも一方が可変のアレー
アンテナであってもよい。

【００９６】このように、開口面の広い１次放射部３１
０を用いれば、多くの１次側アンテナ素子１１２を配置
できるので、各１次側アンテナ素子１１２にごとに増幅
器１１１を設けることにより、１次放射部１１０，２１
０よりも更に高電力化を実現できる。

【００９７】次に、１次放射部をフェーズドアレーアン
テナで構成した場合に得られる特性についてのシミュレ
ーション結果を示す。ここでは、第３および第４の実施
の形態に対応して、１次側アンテナ素子１１２の素子数
が少ない場合（ケースＡ）と多い場合（ケースＢ）とで
シミュレーションを行った。

【００９８】まず、１次側アンテナ素子１１２の素子数
が少ない場合（ケースＡ）について説明する。図１７は
ケースＡにおける１次放射部２１０および２次放射部２
０の設定条件を示す説明図である。なお、図１７（ｂ）
の２次放射部２０には、正確な素子数が示されていな
い。２次放射部２０の開口寸法を２５５ｍｍ×２５５ｍ
ｍとし、給電側および放射側アンテナ素子２１，２４の
素子数を５１×５１＝２６０１個とする。このとき、各
アンテナ素子２１，２４は、素子間隔５ｍｍで方形格子
配列されているものとする。

【００９９】また、１次放射部２１０の１次側アンテナ
素子１１２の素子数を５個とし、素子間隔ｄを４．５ｍ
ｍとする。この１次放射部２１０は、２次放射部２０の
開口面の中央部から１８０ｍｍ離間して配置されている
ものとする。ここで、図１７（ｃ）に示すように、１次
放射部２１の各１次側アンテナ素子１１２のうち、中央
のアンテナ素子１１２を素子と定義し、素子の周り
のアンテナ素子１１２を素子と定義する。

【０１００】表１は、１次放射部２１０に与えられる励
振条件と、それにより得られる諸特性の計算値とを示す
表である。表１において、励振条件は、素子に対する
相対値で表された素子の励振係数（振幅・位相）で表
されている。ケースＡ１では素子に対する素子の振
幅，位相をそれぞれ２０ｄＢ，０゜とし、ケースＡ２で
は０ｄＢ，０゜とし、ケースＡ３では−１０ｄＢ，−６
０゜とする。そして、各ケースＡ１〜Ａ３について２次
放射部２０の給電側面Ａにおける励振振幅分布と、放射
側面Ｂからの放射指向特性とを計算する。

【０１０１】

【表１】

【０１０２】図１８〜図２０はそれぞれ、各ケースＡ１
〜Ａ３についての励振振幅分布を示すグラフである。ケ
ースＡ１では、図１８に示すように、２次放射部２０の
励振振幅分布に大きなテーパがついている。しかし、１
次放射部２１０の励振条件をケースＡ２のように変える
と、図１９に示すように励振振幅分布のテーパが小さく
なり、一様に近づく。その結果、表１に示すように、開
口能率は−１．０９ｄＢから−０．５４ｄＢに改善され
る。さらに、励振条件をケースＡ３のように変えると、
図２０に示すように励振振幅分布がいっそう一様に近づ
く。その結果、表１に示すように、開口能率も−０．１
４ｄＢにまで改善される。このように、１次放射部２１
０の励振条件を操作することにより、２次放射部２０の
励振振幅分布を調整できる。

【０１０３】一方、図２１は、ビーム方向がアンテナ正
面方向となるよう移相ユニット２６が設定されたときの
２次放射部２０の放射指向特性を示すグラフであり、
（ａ）〜（ｃ）はそれぞれケースＡ１〜Ａ３についての
放射指向特性を示している。なお、図２１に示された各
グラフは右側のみが示されているが、各グラフは左右対
称である。ケースＡ１の励振条件にしたがって励振振幅
分布のテーパを大きくした場合、前述したように開口能
率は低いが、図２１（ａ）に示すように、ビーム幅が太
く、サイドローブレベルが低い放射指向特性が得られ
る。また、開口能率を改善するよう、励振条件をケース
Ａ２およびケースＡ３のようにして、励振振幅分布を一
様に近づけると、図２１（ｂ），（ｃ）に示すように、
ビーム幅が細くなり、サイドローブレベルが上昇する。

【０１０４】このように、１次放射部２１０の励振条件
を操作して、２次放射部２０の励振振幅分布を調整する
ことにより、サイドローブを犠牲にして開口能率を最優
先にしたり、あるいは逆に開口能率を犠牲にしてサイド
ローブを低減させることができるので、状況に応じて所
望の放射指向特性を得ることができる。

【０１０５】なお、ケースＡ２では、ケースＡ１と同じ
位相を与えるとともに、ケースＡ１とは異なる振幅を与
えている。図１８，１９および図２１（ａ），（ｂ）
は、１次放射部２１０の各１次側アンテナ素子１１２に
与える振幅のみで、２次放射部２０の励振振幅分布およ
び放射指向特性を制御できることを示している。

【０１０６】次に、１次側アンテナ素子１１２の素子数
が多い場合（ケースＢ）について説明する。図２２はケ
ースＢにおける１次放射部３１０および２次放射部２０
の設定条件を示す説明図である。なお、図２２（ｂ）で
は正確な素子数が示されていない。２次放射部２０の開
口寸法を１３５ｍｍ×１３５ｍｍとし、給電側および放
射側アンテナ素子２１，２４の素子数を２７×２７＝７
２９個とする。このとき、各アンテナ素子２１，２４
は、素子間隔５ｍｍで方形格子配列されているものとす
る。

【０１０７】また、１次放射部３１０の開口寸法を１１
０ｍｍ×１１０ｍｍとし、１次側アンテナ素子１１２の
素子数を１１×１１＝１２１個とする。このとき、アン
テナ素子１１２は、素子間隔ｄ＝１０ｍｍで方形格子配
列されているものとする。したがって、ケースＢでは１
次放射部３１０の開口寸法は２次放射部２０の開口寸法
とほぼ同程度の大きさであるが、アンテナ素子の密度は
２次放射部２０より疎となっている。さらに、この１次
放射部３１０は、２次放射部２０の開口面の中央部から
１２０ｍｍ離間して配置されているものとする。ここ
で、図２２（ｃ）に示すように、１次放射部３１０の各
１次側アンテナ素子１１２のうち、中央のアンテナ素子
１１２を素子と定義し、素子の周りのアンテナ素子
１１２を素子と定義し、同様に素子〜素子を定義
する。

【０１０８】表２は１次放射部３１０に与えられる励振
条件を示す表である。ここで、励振条件は、素子に対
する相対値で表された素子〜素子の励振係数（振幅
・位相）で表されている。

【０１０９】

【表２】

【０１１０】１次放射部３１０に与える励振条件を表２
に示すケースＢ１〜Ｂ３にしたがって変化させ、各ケー
スＢ１〜Ｂ３について２次放射部２０の給電側面Ａにお
ける励振振幅分布と、放射側面Ｂにおける放射指向特性
とを計算した。これにより得られた諸特性の計算結果を
表３に示す。

【０１１１】

【表３】

【０１１２】図２３〜図２５はそれぞれ、各ケースＢ１
〜Ｂ３についての励振振幅分布を示すグラフである。ケ
ースＢ１では、図２３に示すように、２次放射部２０の
励振振幅分布に大きなテーパがついている。しかし、１
次放射部３１０の励振条件をケースＢ２、さらにケース
Ｂ３のように変えるにしたがって、図２４および図２５
に示すように励振振幅分布のテーパが小さくなり、一様
に近づく。

【０１１３】また図２６は、ビーム方向がアンテナ正面
方向となるよう移相ユニット２６が設定されたときの２
次放射部２０の放射指向特性を示すグラフであり、
（ａ）〜（ｃ）はそれぞれケースＢ１〜Ｂ３についての
放射指向特性を示している。なお、図２６に示された各
グラフは右側のみが示されているが、各グラフは左右対
称である。ケースＢ１の励振条件にしたがって励振振幅
分布のテーパを大きくすると、表３および図２６（ａ）
に示すように、開口能率は低いが、ビーム幅が太く、サ
イドローブレベルが低い放射指向特性が得られる。しか
し、励振条件をケースＢ２およびケースＢ３のようにし
て、励振振幅分布を一様に近づけるにしたがって、表３
および図２６（ｂ），（ｃ）に示すように開口能率は改
善するが、ビーム幅が細くなり、サイドローブレベルが
上昇する。

【０１１４】このように、１次放射部の素子数が多い場
合（ケースＢ）でも、素子数が少ない場合と同様に、２
次放射部２０の励振振幅分布および放射指向特性を調整
できることがわかる。したがって、本発明では、１次放
射部２１０，３１０の素子数に関係なく、２次放射部２
０の励振振幅分布および放射指向特性を制御できるとい
える。

【０１１５】（第５の実施の形態）図２７は本発明によ
るフェーズドアレーアンテナ装置の第５の実施の形態の
構成図であり、（ａ）は要部斜視図、（ｂ）は分解図で
ある。図２７において、図１および図７と同一部分には
同一符号を付し、その説明を適宜省略する。以上では、
透過形空間給電フェーズドアレーアンテナを例にして本
発明を説明してきたが、本発明は反射形空間給電フェー
ズドアレーアンテナにも適用できる。

【０１１６】反射形では、図２７（ａ）に示すように、
１次放射部１０が２次放射部１２０の放射側面Ｂの側に
配置される。また、２次放射部１２０の多層構造は図７
とは異なり、図２７（ｂ）に示すように、放射側アンテ
ナ素子層３９、誘電体層３８、結合層３７、誘電体層３
６、位相制御層３５のみから構成される。

【０１１７】図２８は２次放射部１２０および制御装置
２を示すブロック図である。また、図２９は位相制御層
３５に形成された１個の移相ユニット２６の構成図であ
り、（ａ）はこの移相ユニット２６の回路配置図、
（ｂ）は移相ユニット２６を模式的に示す２次放射部１
２０全体の断面図、（ｃ）は位相制御層３５上に配線さ
れる信号線および走査線などが交差する部分の拡大断面
図である。ここではスイッチ２３Ｓとして、図１２に示
したマイクロマシンスイッチが用いられている場合を示
す。なお、図２８および図２９において、図３および図
９と同一部分には同一符号を付し、その説明を適宜省略
する。

【０１１８】移相ユニット２６は、図９と同様、ほぼ正
方形（３０ＧＨｚのフェーズドアレーアンテナ場合、例
えば５ｍｍ×５ｍｍ）の領域（図中破線正方形参照）内
に形成されている。また、その周部には、信号線駆動部
２７Ｘからの信号線Ｘｉ１，Ｘｉ２、走査線選択部２７
Ｙからの走査線Ｙｊ１，Ｙｊ２、制御装置２からのトリ
ガ信号線Ｔｒｇ、およびスイッチ２３Ｓの駆動電源線Ｖ
ｄｒｖが格子状に配置されている。ここで、図２７に示
したフェーズドアレーアンテナ装置が前述の図１に示し
たフェーズドアレーアンテナ装置と異なるのは、結合ス
ロット２８と給電側アンテナ素子２１が除かれ、ストリ
ップ端部２２Ａでストリップ線路（第１ストリップ線
路）２２が止まっている点である。

【０１１９】次いで、この実施の形態における高周波信
号の流れを説明する。１次放射部１０から放射された高
周波信号は、放射側アンテナ素子層３９上の各アンテナ
素子２４により一度受信され、結合層３７を介して位相
制御層３５上の各移相器２３′へそれぞれ結合される。
高周波信号は各々の移相器２３′により位相制御された
のち、ストリップ端部２２Ａに到達する。ストリップ端
部２２Ａはオープンまたはショート（接地）端子となっ
ており、高周波信号はストリップ端部２２Ａでほぼ全反
射される。ストリップ端部２２Ａで反射された高周波信
号は再び各移相器２３′により位相制御を受けた後、結
合層３７を介して再び各アンテナ素子２４へと伝搬し、
それぞれのアンテナ素子２４から所定のビーム方向に放
射される。

【０１２０】このように、高周波信号は各移相器２３′
を往復で２回通過するので、各移相器２３′の移相量は
透過形と比べて１／２となる。例えば４ビットの移相器
２３′を移相回路で構成するならば、各移相回路の移相
量はそれぞれ９０゜，４５゜，２２．５゜，１１．２５
゜となる。

【０１２１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明では、各第
１アンテナ素子と各第１移相器と単層またはを多層化さ
れた同一基板に組み込んで、２次放射部を構成する。あ
るいは、これらに加えて各第２アンテナ素子を同一基板
に組み込んで、２次放射部を構成する。したがって、従
来のような第１移相器などをモジュール化したものを一
体支持するための機構が必要ない。上記の各素子を配置
する基板は、金属製のモジュール支持機構よりも軽いの
で、装置全体の軽量化を図れる。このため、本発明によ
れば、フェーズドアレーアンテナ装置の可搬性を向上で
きる。

【０１２２】また、第１アンテナ素子と第１移相器とを
それぞれ異なる層に形成して、２次放射部を多層構成と
する。あるいは、第１アンテナ素子と第１移相器と第２
アンテナ素子とをそれぞれ異なる層に形成して、２次放
射部を多層構成とする。これにより位相制御層には、第
１アンテナ素子および第２アンテナ素子が形成されなく
なる。このため、第１移相器を形成する面積を広くとれ
るので、高周波数帯（例えば、３０ＧＨｚ以上）でも良
好なフェーズドアレーアンテナを実現できる。

【０１２３】また、第１アンテナ素子層と位相制御層と
の間に、対応する第１アンテナ素子と第１移相器とを個
別に結合する第１結合層を配置する。これにより、第１
アンテナ素子と第１移相器との結合が容易になる。さら
に、位相制御層と第２アンテナ素子層との間に、対応す
る第１移相器と第２アンテナ素子とを個別に結合する第
２結合層を配置する。これにより、第１移相器と第２ア
ンテナ素子との結合が容易になる。また、第１移相器に
含まれるスイッチとしてマイクロマシンスイッチを用い
ることにより、半導体デバイスからなるスイッチを用い
るよりも、消費電力を低減できる。

【０１２４】また、信号線および走査線により各第１移
相器をそれぞれ格子状に接続し、これら信号線および走
査線をマトリクス駆動することにより、その交点に位置
する第１移相器に所望の移相量を設定する。これによ
り、各第１移相器を制御するための信号配線を共用で
き。したがって、その信号配線数を大幅に削減できるの
で、これら配線に必要な面積を大幅に削減できる。

【０１２５】また、１次放射部に複数個の第３アンテナ
素子を設け、さらに各第３アンテナ素子ごとに増幅器を
設けることにより、高電力化を図れる。これにより、２
次放射部をアクティブアレーアンテナとすることなく高
電力化を実現できるので、安価にＥＩＲＰを向上でき
る。

【０１２６】また、１次放射部の増幅器のそれぞれに可
変減衰器を接続することにより、第３アンテナ素子に供
給される高周波信号の振幅を可変制御可能とする。ま
た、各第３アンテナ素子に対して第２移相器を設けるこ
とにより、高周波信号の位相を制御可能とする。これに
より、２次放射部の放射指向特性を変更できるようにな
るので、フェーズドアレーアンテナ装置の利用条件に応
じて、最適な放射指向特性を選択できる。

【０１２７】また、位相制御層に実装される回路を半導
体製造プロセスで同時に一括して形成する。これによ
り、小さな開口面積でも大きい利得が得られる高周波数
帯でのフェーズドアレーアンテナ装置を安価に製造でき
る。また、位相制御層の基板上に、繰り返し構成された
回路をチップ化して実装する。これにより、フェーズド
アレーアンテナ装置全体の歩留まりを改善できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明によるフェーズドアレーアンテ
ナ装置の第１の実施の形態の要部構成を示す模式図であ
る。

【図２】１次放射部１０および給電部を示すブロック
図である。

【図３】２次放射部および制御装置を示すブロック図
である。

【図４】移相ユニットの構成を示すブロック図であ
る。

【図５】位相制御部の動作を示すタイミングチャート
であり

【図６】位相制御部の他の動作を示すタイミングチャ
ートであり

【図７】２次放射部の多層構造を説明するための分解
図である。

【図８】２次放射部の他の多層構造を説明するための
分解図である。

【図９】位相制御層に形成された１個の移相ユニット
の構成図である。

【図１０】位相制御層に形成された１個の移相ユニッ
トの他の構成図である。

【図１１】位相制御層の他の構成例を示す模式図であ
る。

【図１２】スイッチの構成例を示す斜視図である。

【図１３】本発明によるフェーズドアレーアンテナ装
置の第２の実施の形態の要部構成を示す模式図である。

【図１４】１次放射部１１０を示すブロック図であ
る。

【図１５】本発明によるフェーズドアレーアンテナ装
置の第３の実施の形態のブロック図である。

【図１６】本発明によるフェーズドアレーアンテナ装
置の第４の実施の形態のブロック図である。

【図１７】ケースＡにおける１次放射部２１０および
２次放射部の設定条件とを示す説明図である。

【図１８】ケースＡ１についての２次放射部の給電側
面における励振振幅分布を示すグラフである。

【図１９】ケースＡ２についての２次放射部の給電側
面における励振振幅分布を示すグラフである。

【図２０】ケースＡ３についての２次放射部の給電側
面における励振振幅分布を示すグラフである。

【図２１】ケースＡ１〜Ａ３についての２次放射部の
放射側面における放射指向特性を示すグラフである。

【図２２】ケースＢにおける１次放射部３１０および
２次放射部の設定条件とを示す説明図である。

【図２３】ケースＢ１についての２次放射部の給電側
面における励振振幅分布を示すグラフである。

【図２４】ケースＢ２についての２次放射部の給電側
面における励振振幅分布を示すグラフである。

【図２５】ケースＢ３についての２次放射部の給電側
面における励振振幅分布を示すグラフである。

【図２６】ケースＢ１〜Ｂ３についての２次放射部の
放射側面における放射指向特性を示すグラフである。

【図２７】本発明によるフェーズドアレーアンテナ装
置の第５の実施の形態の構成図である。

【図２８】図２７に示したフェーズドアレーアンテナ
装置の２次放射部および制御装置を示すブロック図であ
る。

【図２９】図２７に示したフェーズドアレーアンテナ
装置の位相制御層に形成された１個の移相ユニットの構
成図である。

【図３０】従来のフェーズドアレーアンテナ装置の構
成を示す模式図である。

【符号の説明】

１…給電部、２…制御装置、１０，１１０，２１０，３
１０…１次放射部、１１，１１１…増幅器、１２，１１
２…１次側アンテナ素子、２０，１２０…２次放射部、
２１…給電側アンテナ素子、２２，４２，４３…ストリ
ップ線路、２３，２３′，２１５…移相器、２３Ａ〜２
３Ｄ…移相回路、２３Ｓ…スイッチ、２４…放射側アン
テナ素子、２５…位相制御部、２５Ａ〜２５Ｄ…駆動回
路、２６…移相ユニット、２６Ａ…チップ、２７Ｘ…信
号線駆動部、２７Ｙ…走査線選択部、２８，２９…結合
スロット、３１，３９…アンテナ素子層、３２，３４，
３６，３８…誘電体層、３３，３７…結合層、３５…位
相制御層、３６Ａ，３６Ｂ…スペーサ、３６Ｓ…空間、
４１…基板、４４…コンタクト、４５…支持部材、４６
…電極、１１３…合成分配器、２１４…可変減衰器、２
１６…データ分配回路、２５１，２５２…ラッチ。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】１次放射部により空間を通して２次放射
部に給電を行う空間給電方式を用いたフェーズドアレー
アンテナ装置において、前記２次放射部は、アレー状に配列されかつ前記アンテナの外部空間に放射
を行う複数個の第１アンテナ素子と、これらの第１アンテナ素子と電磁結合されかつ前記各第
１アンテナ素子への高周波信号の位相を制御して出力す
る複数個の第１移相器と少なくとも備え、前記各第１アンテナ素子および各第１移相器が単層また
は多層化された同一基板に組み込まれていることを特徴
とするフェーズドアレーアンテナ装置。
【請求項２】請求項１において、前記２次放射部は、前記各第１アンテナ素子と異なる層にアレー状に配列さ
れるとともに前記各第１移相器と電磁結合されかつ前記
１次放射部の放射を受信して前記高周波信号を前記各第
１移相器に出力する複数個の第２アンテナ素子を備え、これらの第２アンテナ素子は、前記各第１アンテナ素子および各第１移相器とともに前
記基板上に形成されていることを特徴とするフェーズド
アレーアンテナ装置。
【請求項３】請求項１において、前記１次放射部は、前記２次放射部の前記第１アンテナ素子が形成されてい
る側に配置されていることを特徴とするフェーズドアレ
ーアンテナ装置。
【請求項４】請求項１または３において、前記２次放射部は、すべての前記第１アンテナ素子が形成された第１アンテ
ナ素子層と、すべての前記第１移相器が形成された位相制御層とを含
む多層構造を有していることを特徴とするフェーズドア
レーアンテナ装置。
【請求項５】請求項２において、前記２次放射部は、すべての前記第１アンテナ素子が形成された第１アンテ
ナ素子層と、すべての前記第１移相器が形成された位相制御層と、すべての前記第２アンテナ素子が形成された第２アンテ
ナ素子層とを含む多層構造を有していることを特徴とす
るフェーズドアレーアンテナ装置。
【請求項６】請求項４または５において、前記多層構造は、前記第１アンテナ素子層と位相制御層との間に設けられ
かつ対応する前記第１アンテナ素子と第１移相器とを個
別に結合する第１結合層を含むことを特徴とするフェー
ズドアレーアンテナ装置。
【請求項７】請求項５において、前記多層構造は、前記位相制御層と前記第２アンテナ素子層と間に設けら
れかつ対応する前記第１移相器と第２アンテナ素子とを
個別に結合する第２結合層を含むことを特徴とするフェ
ーズドアレーアンテナ装置。
【請求項８】請求項１〜７いずれか１項において、互いに交差して配線されかつ前記第１移相器をそれぞれ
格子状に接続する複数の信号線および走査線と、これら信号線および走査線をマトリクス駆動することに
より前記各信号線および走査線の交点に位置する前記第
１移相器に対して所望の移相量を設定する信号線駆動部
および走査線選択部とを備えることを特徴とするフェー
ズドアレーアンテナ装置。
【請求項９】請求項１〜８いずれか１項において、前記第１移相器はそれぞれ、スイッチと、前記高周波信号が流れる第１ストリップ線
路に前記スイッチの動作により接続される第２ストリッ
プ線路とをそれぞれ備えた少なくとも１個の移相回路か
らなることを特徴とするフェーズドアレーアンテナ装
置。
【請求項１０】請求項９において、前記移相回路ごとに設けられかつ前記信号線および前記
走査線を介して前記信号線駆動部および前記走査線選択
部により設定された指示に基づいて対応する前記移相回
路の前記スイッチを駆動する駆動回路とを備えることを
特徴とするフェーズドアレーアンテナ装置。
【請求項１１】請求項１０において、前記駆動回路は、薄膜トランジスタにより構成されていることを特徴とす
るフェーズドアレーアンテナ装置。
【請求項１２】請求項９〜１１いずれか１項におい
て、前記スイッチは、前記第１および第２ストリップ線路の少なくとも一方か
ら離間して支持されたコンタクトを電磁力で変位させる
ことにより前記第１および第２ストリップ線路を前記コ
ンタクトを介して高周波的に接続／開放するマイクロマ
シンスイッチからなることを特徴とするフェーズドアレ
ーアンテナ装置。
【請求項１３】請求項１２において、前記基板は、実装された前記スイッチの周囲に可動空間を備えること
を特徴とするフェーズドアレーアンテナ装置。
【請求項１４】請求項１〜１３いずれか１項におい
て、前記１次放射部は、前記２次放射部に対して放射を行う１個の第３アンテナ
素子と、この第３アンテナ素子に電磁結合されかつ高周波信号を
増幅する増幅器とを備えることを特徴とするフェーズド
アレーアンテナ装置。
【請求項１５】請求項１〜１３いずれか１項におい
て、前記１次放射部は、アレー状に配列されかつ前記２次放射部に対して放射を
行う複数個の第３アンテナ素子と、これらの第３アンテナ素子に電磁結合されかつ高周波信
号を増幅する複数個の増幅器と、これらの増幅器に電磁結合されかつ前記増幅器のそれぞ
れに前記高周波信号を分配する分配器とを備えることを
特徴とするフェーズドアレーアンテナ装置。
【請求項１６】請求項１５において、前記分配器の分配比と前記各第３アンテナ素子への線路
長とにより前記１次放射部の放射パターンが制御される
ことを特徴とするフェーズドアレーアンテナ装置。
【請求項１７】請求項１５において、前記１次放射部は、さらに、前記各第３アンテナ素子ごとに設けられかつ前
記高周波信号の振幅を減衰させる可変減衰器を備えるこ
とを特徴とするフェーズドアレーアンテナ装置。
【請求項１８】請求項１５または１７において、前記１次放射部は、さらに、前記各第３アンテナ素子ごとに設けられかつ前
記高周波信号の位相を制御して出力する第２移相器を備
えることを特徴とするフェーズドアレーアンテナ装置。
【請求項１９】請求項１５〜１８において、前記１次放射部の前記第３アンテナ素子は、前記２次放射部の前記第１または第２アンテナ素子より
も疎に配置されていることを特徴とするフェーズドアレ
ーアンテナ装置。
【請求項２０】請求項１５〜１８において、前記１次放射部の開口面積は、前記２次放射部の開口面積とほぼ同じであることを特徴
とするフェーズドアレーアンテナ装置。
【請求項２１】請求項３において、前記２次放射部は、前記第１アンテナ素子が形成された第１アンテナ素子層
と、第１の誘電体層と、前記第１アンテナ素子と前記第１移相器が個別に結合す
る結合層と、第２の誘電体層と、前記第１移相器が形成された位相制御層とから構成され
た多層構造を有することを特徴とするフェーズドアレイ
アンテナ装置。
【請求項２２】請求項２１において、前記位相制御層の第１移相器に接続された第１ストリッ
プ線路の端部がオープンまたはショートされていること
を特徴とするフェーズドアレイアンテナ装置。
【請求項２３】請求項４〜７、２１、２２いずれか１
項において、前記位相制御層に実装される回路が半導体製造プロセス
で同時に一括して形成されることを特徴とするフェーズ
ドアレイアンテナ装置。
【請求項２４】請求項４〜７、２１、２２いずれか１
項において、前記位相制御層の基板上に、繰り返し構成された回路が
チップ化され実装されることを特徴とするフェーズドア
レイアンテナ装置。