JP2008011113A - 円偏波アレーアンテナ - Google Patents

Abstract

【課題】 円偏波の軸比の上昇を抑えるとともにサイドローブの上昇を抑えることができる円偏波アレーアンテナを提供することである。
【解決手段】 マトリクス状に配置される複数対の放射素子１２は、第１および第２放射素子群を含む。放射素子１２からこの放射素子１２が設けられる第１線路部分２１の延在方向Ｃの両端２１ａ，２１ｂのうち前記放射素子１２に最寄りの端までの距離をＤで表す。このとき、第１放射素子群は、前記距離Ｄが、Ｄ＝Ｌを満足するように配置される第１の放射素子と、前記距離Ｄが、Ｄ＝Ｌ＋λ／４を満足するように配置される第２の放射素子とを含む。また第２放射素子群は、前記距離Ｄが、Ｄ＝Ｌ＋λ／８を満足するように配置される第１の放射素子と、前記距離Ｄが、Ｄ＝Ｌ＋３・λ／８を満足するように配置される第２の放射素子とを含む。
【選択図】 図１

Description

本発明は、複数の放射素子が配列されて構成され、各放射素子から円偏波を放射することができる円偏波アレーアンテナに関する。

携帯電話に代表される無線通信では、マイクロ波が搬送波として利用されている。近年、携帯電話に限らず、無線ＬＡＮ（Local Area Network）およびワイヤレスＵＳＢ
（Universal Serial Bus）などでも、マイクロ波が利用されるように、研究開発が進められている。現状のところ、マイクロ波を利用する無線通信は、データ伝送速度が遅く、したがって大容量のデータ、たとえば静止画および動画などの映像を表すデータの伝送には向いていない。マイクロ波帯では、通信向けに割り当てられている帯域は狭く、したがってマイクロ波を利用する無線通信は、大容量のデータの伝送に用いられる可能性が限られている。

そこで、マイクロ波よりも高い周波数の電磁波、たとえば２０ＧＨｚ以上の準ミリ波およびミリ波を利用する無線通信が、大容量のデータの伝送するための手段として、以前から注目され、研究開発が進められている。特に６０ＧＨｚ帯では、世界共通で、広い帯域が通信向けに割り当てられており、このような６０ＧＨｚ帯の電磁波を利用する無線通信は、現在実用化され、光ファイバ通信に代えて、事業所間通信などに用いられ、普及しつつある。

電磁波には、大きく分けて直線偏波と円偏波とがある。準ミリ波およびミリ波を利用する場合、なかでも情報通信用途の無線通信においては、円偏波の方が直線偏波に比べて優れている。円偏波は、周囲の障害物で反射されると、旋回方向が逆になる。円偏波アンテナでは、障害物からの一次反射波の捕捉が防がれ、これによって反射波の影響を抑え、マルチパスの影響を抑えることができる。また円偏波アンテナでは、送信アンテナの偏波面と受信アンテナの偏波面とを合わせる必要がない。このような円偏波アンテナは、衛星移動通信に威力を発揮する。また円偏波アンテナは、パーソナルコンピュータと無線ＬＡＮ基地局との通信においても、アラインメントが容易になり、これによってパーソナルコンピュータの設置場所の自由度を高くすることができる。

特許文献１および２には、円偏波アレーアンテナが開示される。特許文献１に開示される円偏波アレーアンテナは、給電線路形成体である複数の導波管を有し、各導波管には複数のスロットが形成されて放射素子が構成され、円偏波が発生するように設定される。また特許文献２に開示される円偏波アレーアンテナは、給電線路形成体である誘電体導波管の上面に、放射素子である複数の誘電体共振器が設けられ、円偏波が発生するように設定される。

特開２００２−３５３７２７号公報 特開２０００−３６７１１号公報

特許文献１に開示される円偏波アレーアンテナでは、導波管の終端で伝送波が反射されることについて、何ら考慮されていない。導波管では、伝送波が、導波管の給電点から導波管の終端に向かって進む。この伝送波の電力は、各放射素子に供給され、これによって各放射素子から円偏波が放射される。伝送波の一部は、導波管の終端に到達し、導波管の終端で反射される。反射された伝送波（以下「反射波」という）は、導波管の給電点に向かって進む。この反射波の電力は、各放射素子に供給され、これによって各放射素子から円偏波が放射される。反射波による円偏波の旋回方向は、導波管の給電点から導波管の終端に向かって進む伝送波による円偏波の旋回方向とは逆の方向である。

特許文献１に開示される円偏波アレーアンテナには、このような反射波による円偏波によって、軸比が上昇してしまうという問題が生じる。また反射波による円偏波が、正面方向とは異なる特定の方向で互いに強め合い、その結果、全体として、サイドローブが上昇してしまうという問題が生じる。

特許文献２に開示される円偏波アレーアンテナには、特許文献１に開示される円偏波アレーアンテナと同様の問題が生じる。

本発明の目的は、円偏波の軸比の上昇を抑えるとともにサイドローブの上昇を抑えることができる円偏波アレーアンテナを提供することである。

本発明は、仮想一平面に沿ってマトリクス状に配置され、給電されると同一方向に旋回する円偏波を放射する複数対の放射素子と、
各放射素子に接続され、給電されると各放射素子に給電する給電線路形成体とを含み、
前記給電線路形成体は、
延在して形成され、その延在方向に一対の放射素子が離間して設けられ、一対の放射素子間の位置であって一対の放射素子から円偏波を同位相で放射可能となるような位置に給電される線路部分を複数有し、各線路部分には同位相で給電され、
前記複数対の放射素子は、複数の放射素子から成る第１〜第ｍ（ｍは、２以上の自然数）放射素子群を含み、
第ｉ（ｉは、１以上ｍ以下の自然数）放射素子群は、
前記線路部分における伝送波の波長をλで表し、０以上であり前記伝送波の波長の２分の１未満である定数をＬｉで表し、０以上の整数をｎで表し、放射素子からこの放射素子が設けられる線路部分の延在方向の両端のうち前記放射素子に最寄りの端までの距離をＤで表すとき、
前記距離Ｄが、Ｄ＝Ｌｉ＋ｎ・（λ／２）を満足するように配置される第１の放射素子と、
前記距離Ｄが、Ｄ＝Ｌｉ＋｛ｎ＋（１／２）｝・（λ／２）を満足するように配置される第２の放射素子とを含み、
前記ｉが、ｉ＝ｊのときの定数をＬｊで表し、前記ｉが、ｉ＝ｋ（ｋは、ｊとは異なる自然数）のときの定数をＬｋで表すとき、ＬｊおよびＬｋは、Ｌｊ≠Ｌｋを満足することを特徴とする円偏波アレーアンテナである。

また本発明は、前記複数対の放射素子は、複数の放射素子から成る第１および第２放射素子群を含み、
Ｌ１およびＬ２は、Ｌ２−Ｌ１＝λ／８を満足し、
Ｌ１＋ｎ・（λ／２）をＬとするとき、
第１放射素子群は、
前記距離Ｄが、Ｄ＝Ｌを満足するように配置される第１の放射素子と、
前記距離Ｄが、Ｄ＝Ｌ＋λ／４を満足するように配置される第２の放射素子とを含み、
第２放射素子群は、
前記距離Ｄが、Ｄ＝Ｌ＋λ／８を満足するように配置される第１の放射素子と、
前記距離Ｄが、Ｄ＝Ｌ＋３・λ／８を満足するように配置される第２の放射素子とを含むことを特徴とする。

また本発明は、前記複数対の放射素子は、複数の放射素子から成る第１〜第３放射素子群を含み、
Ｌ１およびＬ２は、Ｌ２−Ｌ１＝λ／１２を満足し、
Ｌ１およびＬ３は、Ｌ３−Ｌ１＝２・λ／１２を満足し、
Ｌ１＋ｎ・（λ／２）をＬとするとき、
第１放射素子群は、
前記距離Ｄが、Ｄ＝Ｌを満足するように配置される第１の放射素子と、
前記距離Ｄが、Ｄ＝Ｌ＋λ／４を満足するように配置される第２の放射素子とを含み、
第２放射素子群は、
前記距離Ｄが、Ｄ＝Ｌ＋λ／１２を満足するように配置される第１の放射素子と、
前記距離Ｄが、Ｄ＝Ｌ＋４・λ／１２を満足するように配置される第２の放射素子とを含み、
第３放射素子群は、
前記距離Ｄが、Ｄ＝Ｌ＋２・λ／１２を満足するように配置される第１の放射素子と、
前記距離Ｄが、Ｄ＝Ｌ＋５・λ／１２を満足するように配置される第２の放射素子とを含むことを特徴とする。

また本発明は、各線路部分には、一対の放射素子として、同一の放射素子群に含まれる第１の放射素子と第２の放射素子とが設けられることを特徴とする。

また本発明は、同一の放射素子群に含まれる第１の放射素子および第２の放射素子は、前記仮想一平面に直交しかつ互いに直交する２つの対称面に関して面対称にそれぞれ配置されることを特徴とする。

本発明によれば、複数対の放射素子が、仮想一平面に沿ってマトリクス状に配置される。各放射素子には、給電線路形成体が接続される。給電線路形成体は、給電されると各放射素子に給電する。各放射素子は、給電線路形成体から給電されると、同一方向に旋回する円偏波を放射する。

給電線路形成体は、延在して形成される複数の線路部分を有する。線路部分には、その延在方向に一対の放射素子が離間して設けられる。線路部分は、一対の放射素子間の位置であって一対の放射素子から円偏波を同位相で放射可能となるような位置に給電される。しかも各線路部分には同位相で給電される。このように各線路部分が給電されるので、前記複数対の放射素子は全て、円偏波を同位相で放射することができる。

線路部分では、伝送波が、線路部分の給電点から線路部分の延在方向の両端（以下「線路部分の両端」という）に向かって進む。この伝送波の電力は、一対の放射素子に供給され、これによって一対の放射素子から円偏波が放射される。伝送波の一部は、線路部分の両端に到達し、線路部分の両端で反射される。反射された伝送波（以下「反射波」という）は、線路部分の給電点に向かって進む。この反射波の電力は、一対の放射素子に供給され、これによって一対の放射素子から円偏波が放射される。

反射波による円偏波の旋回方向は、線路部分の給電点から線路部分の両端に向かって進む伝送波による円偏波の旋回方向とは逆の方向である。このような反射波による円偏波（以下「逆円偏波」という）によって、全体として円偏波の軸比が上昇してしまい、また全体としてサイドローブが上昇してしまう。

このような点を考慮して、本発明では、前記複数対の放射素子１２は、第１〜第ｍ放射素子群を含む。第ｉ放射素子群は、第１の放射素子と第２の放射素子とを含む。第ｉ放射素子群において、第１の放射素子は、距離Ｄが、Ｄ＝Ｌｉ＋ｎ・（λ／２）を満足するように配置され、第２の放射素子は、記距離Ｄが、Ｄ＝Ｌｉ＋｛ｎ＋（１／２）｝・（λ／２）を満足するように配置される。ｊ≠ｋのとき、Ｌｊ≠Ｌｋである。

第ｉ放射素子群において、第１の放射素子および第２の放射素子は、前述の各式を満足するように配置されるので、線路部分の給電点から線路部分の一端または他端を介して第１の放射素子に到達するまでの距離と線路部分の給電点から線路部分の一端または他端を介して第２の放射素子に到達するまでの距離との差の絶対値は、λ／２の奇数倍となる。このように各距離の差の絶対値がλ／２の奇数倍となるので、第１の放射素子から放射される逆円偏波の位相と第２の放射素子から放射される逆円偏波の位相とが１８０°ずれ、これによって第１の放射素子から放射される逆円偏波と第２の放射素子から放射される逆円偏波とが互いに打消し合う。したがって全体として、円偏波の軸比の上昇を抑えることができる。

また前記複数対の放射素子は、前述のような第１〜第ｍ放射素子群を含むので、各放射素子から放射される逆円偏波が特定の方向で互いに強め合うという状態を回避することができる。したがって全体として、サイドローブの上昇を抑えることができる。

また本発明によれば、前記複数対の放射素子は、第１および第２放射素子群を含み、Ｌ１およびＬ２は、Ｌ２−Ｌ１＝λ／８を満足する。Ｌ１＋ｎ・（λ／２）をＬとする。このとき、第１放射素子群は、距離Ｄが、Ｄ＝Ｌを満足するように配置される第１の放射素子と、距離Ｄが、Ｄ＝Ｌ＋λ／４を満足するように配置される第２の放射素子とを含む。また第２放射素子群は、距離Ｄが、Ｄ＝Ｌ＋λ／８を満足するように配置される第１の放射素子と、距離Ｄが、Ｄ＝Ｌ＋３・λ／８を満足するように配置される第２の放射素子とを含む。

このような本発明では、第１放射素子群の各放射素子からの逆円偏波の位相と第２放射素子群の各放射素子からの逆円偏波の位相との間の位相差を十分に確保することができる。したがって前記サイドローブの上昇を好適に抑えることができる。

また本発明によれば、前記複数対の放射素子は、第１〜第３放射素子群を含み、Ｌ１およびＬ２は、Ｌ２−Ｌ１＝λ／１２を満足し、Ｌ１およびＬ３は、Ｌ３−Ｌ１＝２・λ／１２を満足する。Ｌ１＋ｎ・（λ／２）をＬとする。このとき、第１放射素子群は、距離Ｄが、Ｄ＝Ｌを満足するように配置される第１の放射素子と、距離Ｄが、Ｄ＝Ｌ＋λ／４を満足するように配置される第２の放射素子とを含む。また第２放射素子群は、距離Ｄが、Ｄ＝Ｌ＋λ／１２を満足するように配置される第１の放射素子と、距離Ｄが、Ｄ＝Ｌ＋４・λ／１２を満足するように配置される第２の放射素子とを含む。さらに第３放射素子群は、距離Ｄが、Ｄ＝Ｌ＋２・λ／１２を満足するように配置される第１の放射素子と、距離Ｄが、Ｄ＝Ｌ＋５・λ／１２を満足するように配置される第２の放射素子とを含む。

このような本発明では、第１放射素子群の各放射素子からの逆円偏波の位相と第２放射素子群の各放射素子からの逆円偏波の位相との間の位相差を十分に確保することができる。また第２放射素子群の各放射素子からの逆円偏波の位相と第３放射素子群の各放射素子からの逆円偏波の位相との間の位相差も十分に確保することができる。さらに第３放射素子群の各放射素子からの逆円偏波の位相と第１放射素子群の各放射素子からの逆円偏波の位相との間の位相差も十分に確保することができる。したがって前記サイドローブの上昇を好適に抑えることができる。

また本発明によれば、各線路部分には、一対の放射素子として、同一の放射素子群に含まれる第１の放射素子と第２の放射素子とが設けられるので、各線路部分に設けられる一対の放射素子ごとに逆円偏波が互いに打消し合う。このように各線路部分に設けられる一対の放射素子ごとに逆円偏波が互いに打消し合うので、全体として、円偏波の軸比の上昇を好適に抑えることができる。

また本発明によれば、同一の放射素子群に含まれる第１の放射素子および第２の放射素子は、前記仮想一平面に直交しかつ互いに直交する２つの対称面に関して面対称にそれぞれ配置される。この場合、前記２つの対称面によって仕切られる４つの領域のうち１つについて各放射素子の配置を設計するだけで、他の３つの領域について各放射素子の配置が決定されるので、設計が容易となる。

図１は、本発明の実施の一形態である円偏波アレーアンテナ１１の構成を示す斜視図である。図１では、理解を容易にするために、円偏波アレーアンテナ１１を部分的に切欠いて示している。本実施の形態の円偏波アレーアンテナ１１は、無線ＬＡＮ（Local Area
Network）システムおよび映像伝送システムなどの無線システムにおいて、送信アンテナおよび受信アンテナとして用いられる。円偏波アレーアンテナ１１は、電磁波を放射することができ、また電磁波を捕捉することができる。円偏波アレーアンテナ１１によって放射および捕捉される電磁波は、準ミリ波帯およびミリ波帯などの電磁波である。

円偏波アレーアンテナ１１は、向きを揃えて仮想一平面に沿って配置され、給電されると同一方向に旋回する円偏波を放射する複数対の放射素子１２と、各放射素子１２に接続され、給電されると各放射素子１２に並列給電する給電線路形成体１３（後述の図２参照）とを含む。

各放射素子１２は、マトリクス状に配置される。ここで、前記仮想一平面内で互いに直交する２方向を想定し、これらの２方向のうち、一方をＸ方向とし、他方をＹ方向とする。行方向であるＸ方向には、２以上の偶数個、本実施の形態では１６個の放射素子１２が間隔をあけて整列され、列方向であるＹ方向には、２以上の偶数または奇数個、本実施の形態では１６個の放射素子１２が間隔をあけて整列される。本実施の形態では、ｉを１以上の奇数とするとき、Ｘ方向に一列に整列される各放射素子１２のうち、Ｘ方向の上流からｉ番目の放射素子１２と（ｉ＋１）番目の放射素子１２とが対を成す。

図２は、一対の放射素子１２の付近を模式的に示す斜視図である。図３は、給電線路形成体１３の一部を模式的に示す斜視図である。図３では、理解を容易にするために、給電線路形成体１３を、部分的に切欠いて示している。

放射素子１２は、誘電体共振器によって実現される。放射素子１２は、円柱状に形成される円柱部１６と、円柱部１６の周面に沿って円筒状に形成される周壁部１７とを有する。円柱部１６は、誘電体から成る。周壁部１７は、導体から成り、このような周壁部１７は、電磁波遮蔽体となる。円柱部１６の軸線方向一端面には、空間に電磁波を放射する開口面１８が形成される。

給電線路形成体１３は、給電線路に沿って形成される導波管である方形導波管によって構成される。給電線路形成体１３は、空洞導波管によって構成されてもよく、あるいは誘電体導波管によって構成されてもよい。本実施の形態では、給電線路形成体１３は、誘電体導波管によって構成される。

給電線路形成体１３は、延在して形成され、その延在方向Ｃに一対の放射素子１２が離間して設けられる線路部分（以下、「第１線路部分」という）２１を複数、有し、また各第１線路部分２１に接続される第２線路部分２２をさらに有する。一対の放射素子１２は、円柱部１６の軸線方向他端面が第１線路部分２１の一方側のＨ面２３に対向するように、第１線路部分２１に設けられる。第２線路部分２２は、第１線路部分２１の他方側のＨ面２４に連なる。Ｈ面とは、第１線路部分２１における伝送波の磁界に平行な面をいう。

第１線路部分２１は、一対の放射素子１２間の位置であって一対の放射素子１２から円偏波を同位相で放射可能となるような位置に給電される。具体的には、第１線路部分２１と第２線路部分２２との間には、結合スロット２５が形成される。この結合スロット２５によって、第１線路部分２１と第２線路部分２２とが結合される。結合スロット２５は、第１線路部分２１の延在方向Ｃにおいて一対の放射素子１２のそれぞれに等間隔をあけた位置に配置される。したがって第１線路部分２１は、その延在方向Ｃにおいて一対の放射素子１２のそれぞれに等間隔をあけた位置に給電される。しかも各第１線路部分２１には同位相で給電される。このように各第１線路部分２１が給電されるので、前記複数対の放射素子１２は全て、円偏波を同位相で放射することができる。

第２線路部分２２は、外部から給電するためのポート部２６と、ポート部２６に接続され、各第１線路部分２１の個数に応じた回数だけ分岐して、各第１線路部分２１に接続される分岐線路部２７とを有する。本実施の形態では、分岐線路部２７は７回分岐しており、各放射素子に供給される電力は、この分岐線路部２７で調整される。分岐線路部２７は、前記結合スロット２５の位置から距離Ｓだけ延びた位置で終端される。この距離Ｓは、分岐線路部２７における伝送波の波長の２分の１、程度に選ばれる。分岐線路部２７は、一層で形成されてもよく、あるいは複数層で形成されてもよい。分岐線路部２７が複数層で形成される場合、各層は、小孔２８によって結合される。

各放射素子１２に供給される電力は、給電線路形成体１３の前段である分岐線路部２７で調整された後、並列給電により各放射素子１２に供給されるので、直列給電のように各放射素子ごとに結合量を調整することなく、放射パターンを制御することができる。このように各結合量の調整が不要であるので、放射パターンを制御するための設計を容易化することができる。

図４は、放射素子１２の付近を示す正面図である。放射素子１２と第１線路部分２１との間には、放射素子１２と同軸の結合孔３１が形成される。この結合孔３１によって、放射素子１２と第１線路部分２１とが結合される。結合孔３１は、略円形または多角形状に形成される。本実施の形態では、結合孔３１は、長方形状に形成され、その長手方向が第１線路部分２１の延在方向Ｃと平行になるように設けられる。結合孔３１は、正面から見たとき、第１線路部分２１の中心軸線Ｌ１からずれた位置に配置される。このように結合孔３１が配置されることによって、放射素子１２から円偏波を放射することができる。

一対の放射素子１２に対する各結合孔３１は、正面から見たとき、前記中心軸線Ｌ１に関して互いに反対側にずれる。このように各結合孔３１がずれるので、一対の放射素子１２から、同一方向に旋回する円偏波を放射することができる。本実施の形態では、図４に示すように、結合孔３１は、第１線路部分２１の中心軸線Ｌ１から、第１線路部分２１における伝送波の進行方向Ｇに対して、左側にずれた位置に形成される。

図５は、第１線路部分２１における伝送波の磁界分布を示す図であり、図５（１）は基準の状態を示し、図５（２）は基準の状態から９０°位相が進んだ状態を示し、図５（３）は基準の状態から１８０°位相が進んだ状態を示し、図５（４）は基準の状態から２７０°位相が進んだ状態を示す。図５において、矢印３２は、第１線路部分２１における伝送波の磁界分布を示し、矢印３３ａ〜３３ｄは、結合孔３１と結合する磁界成分を示す。

基準の状態では、図５（１）に示すように、結合孔３１は、第１線路部分２１における伝送波の進行方向Ｇとは反対方向の磁界成分３３ａと結合する。基準の状態から９０°位相が進むと、図５（２）に示すように、結合孔３１は、第１線路部分２１における伝送波の進行方向Ｇに対して右の磁界成分３３ｂと結合する。基準の状態から１８０°位相が進むと、図５（３）に示すように、結合孔３１は、第１線路部分２１における伝送波の進行方向Ｇと同一方向の磁界成分３３ｃと結合する。基準の状態から２７０°位相が進むと、図５（４）に示すように、結合孔３１は、第１線路部分２１における伝送波の進行方向Ｇに対して左の磁界成分３３ｄと結合する。このようにして、放射素子１２から左旋円偏波が放射される。

放射素子１２から右旋円偏波を放射させる場合は、結合孔３１を、第１線路部分２１の中心軸線Ｌ１から、第１線路部分２１における伝送波の進行方向Ｇに対して、右側にずらせばよい。

図６は、第１線路部分２１およびこの第１線路部分２１に設けられる一対の放射素子１２を模式的に示す断面図である。第１線路部分２１では、伝送波が、第１線路部分２１の給電点３６から第１線路部分２１の延在方向Ｃの両端（以下、「第１線路部分２１の両端」という）２１ａ，２１ｂに向かって進む。この伝送波の電力は、一対の放射素子１２に供給され、これによって一対の放射素子１２から円偏波が放射される。

円偏波アレーアンテナ１１の中心周波数（たとえば６３ＧＨｚ用の円偏波アレーアンテナでは、中心周波数は６３ＧＨｚ）と同一の周波数では、伝送波の電力は全て、一対の放射素子１２に供給され、したがって伝送波が第１線路部分２１の両端２１ａ，２１ｂに到達することはない。しかしながら、円偏波アレーアンテナ１１の中心周波数からずれた周波数（たとえば６４ＧＨｚ）では、伝送波の電力は一部、一対の放射素子に供給されず、したがって伝送波の一部が第１線路部分２１の両端２１ａ，２１ｂに到達する。

伝送波の一部は、第１線路部分２１の両端２１ａ，２１ｂに到達し、第１線路部分２１の両端２１ａ，２１ｂで反射される。反射された伝送波（以下、「反射波」という）は、第１線路部分２１の給電点３６に向かって進む。この反射波の電力は、一対の放射素子１２に供給され、これによって一対の放射素子１２から円偏波が放射される。

反射波による円偏波の旋回方向は、第１線路部分２１の給電点３６から第１線路部分２１の両端２１ａ，２１ｂに向かって進む伝送波による円偏波（以下、「正円偏波」という）の旋回方向とは逆の方向である。このような反射波による円偏波（以下、「逆円偏波」という）によって、全体として円偏波の軸比が上昇してしまい、また全体としてサイドローブが上昇してしまう。

このような点を考慮して、本実施の形態では、前記複数対の放射素子１２は、複数の放射素子１２から成る第１〜第ｍ（ｍは、２以上の自然数）放射素子群を含む。放射素子１２からこの放射素子１２が設けられる第１線路部分２１の延在方向Ｃの両端２１ａ，２１ｂのうち前記放射素子１２に最寄りの端までの距離をＤで表すとき、第ｉ（ｉは、１以上ｍ以下の自然数）放射素子群は、前記距離Ｄが式（１）を満足するように配置される第１の放射素子と、前記距離Ｄが式（２）を満足するように配置される第２の放射素子とを含む。換言すれば、第ｉ放射素子群には、第１の放射素子と第２の放射素子との両者が存在する。
Ｄ＝Ｌｉ＋ｎ・（λ／２） …（１）
Ｄ＝Ｌｉ＋｛ｎ＋（１／２）｝・（λ／２） …（２）

式（１）および式（２）においては、第１線路部分２１における伝送波の波長をλで表し、０以上であり前記伝送波の波長の２分の１未満である定数をＬｉで表し、０以上の整数をｎで表す。しかも前記ｉが、ｉ＝ｊ（ｊは、１以上ｍ以下の自然数）のときの定数をＬｊで表し、前記ｉが、ｉ＝ｋ（ｋは、１以上ｍ以下のうちｊとは異なる自然数）のときの定数をＬｋで表すとき、ＬｊおよびＬｋは、Ｌｊ≠Ｌｋを満足する。

第ｉ放射素子群において、第１の放射素子および第２の放射素子は、前述の各式を満足するように配置されるので、第１線路部分２１の給電点３６から第１線路部分２１の一端２１ａまたは他端２１ｂを介して第１の放射素子に到達するまでの距離と第１線路部分２１の給電点３６から第１線路部分２１の一端２１ａまたは他端２１ｂを介して第２の放射素子に到達するまでの距離との差の絶対値は、λ／２の奇数倍となる。このように各距離の差の絶対値がλ／２の奇数倍となるので、第１の放射素子から放射される逆円偏波の位相と第２の放射素子から放射される逆円偏波の位相とが１８０°ずれ、これによって第１の放射素子から放射される逆円偏波と第２の放射素子から放射される逆円偏波とが互いに打消し合う。したがって全体として円偏波の軸比の上昇を抑えることができる。

また前記複数対の放射素子１２は、前述のような第１〜第ｍ放射素子群を含むので、各放射素子１２から放射される逆円偏波が特定の方向で互いに強め合うという状態を回避することができる。したがって全体として、サイドローブの上昇を抑えることができる。

距離Ｄは、前述の各式を正確に満足する必要はない。距離Ｄの値が前述の各式を満足する値の近傍であれば、円偏波の軸比の上昇を抑えるという効果を達成することができる。

また本実施の形態では、第ｉ放射素子群において、第１の放射素子と第２の放射素子とが同数、存在する。これによって全体として、円偏波の軸比の上昇を好適に抑えることができる。

さらに本実施の形態では、各放射素子群に含まれる放射素子１２の数は、同数または略同数である。これによって全体として、サイドローブの上昇を好適に抑えることができる。ある放射素子群に含まれる放射素子１２の数が、他の放射素子群に含まれる放射素子１２の数に比べて、極端に多い場合、サイドローブの上昇を抑えるという効果が小さくなってしまう。

さらに本実施の形態では、各第１線路部分２１には、一対の放射素子１２として、同一の放射素子群に含まれる第１の放射素子と第２の放射素子とが設けられる。このような本実施の形態では、第１線路部分２１の延在方向Ｃの一端２１ａからこの一端２１ａ側に配置される放射素子１２の配置位置までの第１距離Ａおよび第１線路部分２１の延在方向Ｃの他端２１ｂからこの他端２１ｂ側に配置される放射素子１２の配置位置までの第２距離Ｂは、以下の式（３）を満足する。式（３）においては、第１線路部分２１における伝送波の波長をλで表し、０以上の整数をｎで表す。
｜Ａ−Ｂ｜＝λ／４＋λ・ｎ／２ …（３）

このように各距離Ａ，Ｂが式（３）を満足するので、一対の放射素子１２から放射される逆円偏波の位相が１８０°ずれ、これによって一対の放射素子１２から放射される逆円偏波が互いに打消し合う。したがって一対の放射素子１２から放射される円偏波の軸比の上昇を好適に抑えることができる。その結果、全体としても、円偏波の軸比の上昇を好適に抑えることができる。

表１は、各放射素子１２から放射される逆円偏波の位相のずれの一例を示す。表１において、横方向はＸ方向に対応し、縦方向はＹ方向に対応する。逆円偏波の位相を表す各数値の配置関係は、各放射素子１２の配置関係と対応する。表１の最上部に記載される１〜１６の数値は、Ｘ方向の上流からの順番を示し、表１の最左部に記載される１〜１６の数値は、Ｙ方向の下流からの順番を示す。逆円偏波の位相の単位は、「°」である。

表１に示す一例では、前記複数対の放射素子１２は、第１および第２放射素子群を含み、Ｌ１およびＬ２は、Ｌ２−Ｌ１＝λ／８を満足する。Ｌ１＋ｎ・（λ／２）をＬとする。このとき、第１放射素子群は、前記距離Ｄが、Ｄ＝Ｌを満足するように配置される第１の放射素子と、前記距離Ｄが、Ｄ＝Ｌ＋λ／４を満足するように配置される第２の放射素子とを含む。また第２放射素子群は、前記距離Ｄが、Ｄ＝Ｌ＋λ／８を満足するように配置される第１の放射素子と、前記距離Ｄが、Ｄ＝Ｌ＋３・λ／８を満足するように配置される第２の放射素子とを含む。

この例では、各放射素子群において、第１の放射素子からの逆円偏波の位相と第２の放射素子からの逆円偏波の位相との間の位相差は、１８０°である。また第１放射素子群に含まれる第１の放射素子からの逆円偏波の位相と第２放射素子群に含まれる第１の放射素子からの逆円偏波の位相との間の位相差は、９０°である。第１放射素子群に含まれる第１の放射素子からの逆円偏波の位相を０°とするとき、第１放射素子群に含まれる第２の放射素子からの逆円偏波の位相は１８０°であり、第２放射素子群に含まれる第１の放射素子からの逆円偏波の位相は９０°であり、第２放射素子群に含まれる第２の放射素子からの逆円偏波の位相は２７０°である。

このような例では、第１放射素子群の各放射素子１２からの逆円偏波の位相と第２放射素子群の各放射素子１２からの逆円偏波の位相との間の位相差を十分に確保することができる。したがって前記サイドローブの上昇を好適に抑えることができる。

また、他の例では、前記複数対の放射素子１２は、第１〜第３放射素子群を含み、Ｌ１およびＬ２は、Ｌ２−Ｌ１＝λ／１２を満足し、Ｌ１およびＬ３は、Ｌ３−Ｌ１＝２・λ／１２を満足する。Ｌ１＋ｎ・（λ／２）をＬとする。このとき、第１放射素子群は、前記距離Ｄが、Ｄ＝Ｌを満足するように配置される第１の放射素子と、前記距離Ｄが、Ｄ＝Ｌ＋λ／４を満足するように配置される第２の放射素子とを含む。また第２放射素子群は、前記距離Ｄが、Ｄ＝Ｌ＋λ／１２を満足するように配置される第１の放射素子と、前記距離Ｄが、Ｄ＝Ｌ＋４・λ／１２を満足するように配置される第２の放射素子とを含む。さらに第３放射素子群は、前記距離Ｄが、Ｄ＝Ｌ＋２・λ／１２を満足するように配置される第１の放射素子と、前記距離Ｄが、Ｄ＝Ｌ＋５・λ／１２を満足するように配置される第２の放射素子とを含む。

この例では、各放射素子群において、第１の放射素子からの逆円偏波の位相と第２の放射素子からの逆円偏波の位相との間の位相差は、１８０°である。また第１放射素子群に含まれる第１の放射素子からの逆円偏波の位相と第２放射素子群に含まれる第１の放射素子からの逆円偏波の位相との間の位相差は、６０°である。さらに第１放射素子群に含まれる第１の放射素子からの逆円偏波の位相と第３放射素子群に含まれる第１の放射素子からの逆円偏波の位相との間の位相差は、１２０°である。第１放射素子群に含まれる第１の放射素子からの逆円偏波の位相を０°とするとき、第１放射素子群に含まれる第２の放射素子からの逆円偏波の位相は１８０°であり、第２放射素子群に含まれる第１の放射素子からの逆円偏波の位相は６０°であり、第２放射素子群に含まれる第２の放射素子からの逆円偏波の位相は２４０°であり、第３放射素子群に含まれる第１の放射素子からの逆円偏波の位相は１２０°であり、第３放射素子群に含まれる第２の放射素子からの逆円偏波の位相は３００°である。

このような例では、第１放射素子群の各放射素子１２からの逆円偏波の位相と第２放射素子群の各放射素子１２からの逆円偏波の位相との間の位相差を十分に確保することができる。また第２放射素子群の各放射素子１２からの逆円偏波の位相と第３放射素子群の各放射素子１２からの逆円偏波の位相との間の位相差も十分に確保することができる。さらに第３放射素子群の各放射素子１２からの逆円偏波の位相と第１放射素子群の各放射素子１２からの逆円偏波の位相との間の位相差も十分に確保することができる。したがって前記サイドローブの上昇を好適に抑えることができる。

図７は、図１〜図６に示す円偏波アレーアンテナ１１の一部を詳細に示す正面図である。図８は、図７の切断面線Ｓ８−Ｓ８から見た断面図である。図７および図８では、便宜上、一部を省略して示している。図７では、理解を容易にするために、一部を透過させて示している。

円偏波アレーアンテナ１１は、一体に形成され、アンテナ基板として実現される。このような円偏波アレーアンテナ１１は、持運びおよび取付けなどの取扱いの容易化を図ることができる。

円偏波アレーアンテナ１１は、共振器部誘電体層４１が積層されて形成される共振器部誘電体基板４２と、共振器部誘電体基板４２の下方に設けられ、給電部誘電体層５１が積層されて形成される給電部誘電体基板５２と、給電部誘電体基板５２の下方に設けられ、給電部誘電体基板５２と同様な構成の他の給電部誘電体基板とを有する。他の給電部誘電体基板については、説明を省略する。

共振器部誘電体基板４２の上面には、共振器部上部主導体層４３が形成され、共振器部誘電体基板４２の下面には、共振器部下部主導体層４４が形成される。共振器部上部主導体層４３には、開口部４５が形成される。この開口部４５の周辺には、所定の間隔をあけて、共振器部上部主導体層４３と共振器部下部主導体層４４との間を電気的に接続する複数の共振器部貫通導体４６が形成される。各共振器部貫通導体４６は、高周波信号の信号波長の２分の１未満の間隔で配置される。各共振器部貫通導体４６の間の間隔は、必ずしも一定の値である必要はなく、信号波長の２分の１未満で、種々の値を組合せて設定してもよい。また各共振器部貫通導体４６は、２重、３重と設けられてもよい。

各共振器部貫通導体４６は、共振器部上部主導体層４３と共振器部下部主導体層４４との間においてこれらの主導体層４３，４４と平行に設けられる共振器部副導体層４７によって電気的に接続される。共振器部副導体層４７には、開口部４５と相似形状の開口部４８が形成される。共振器部副導体層４７は、単層または必要に応じて複数層、形成される。各共振器部貫通導体４６および共振器部副導体層４７によって電磁波遮蔽体が形成され、これが図２に示す放射素子１２の周壁部１７を形成している。

共振器部誘電体基板４２内には、共振器部上部主導体層４３、共振器部下部主導体層４４、各共振器部貫通導体４６および共振器部副導体層４７によって囲まれて、誘電体が満たされた空間が形成される。このように誘電体が満たされた空間が、図２に示す放射素子１２の円柱部１６を形成している。

給電部誘電体基板５２の上面には、給電部上部主導体層５３が形成され、給電部誘電体基板５２の下面には、給電部下部主導体層５４が形成される。給電部上部主導体層５３は、前記共振器部下部主導体層４４と共通に形成される。給電部上部主導体層５３（共振器部下部主導体層４４）には、開口部４５が形成され、これによって前記結合孔３１が形成される。

給電部上部主導体層５３と給電部下部主導体層５４との間には、これらの主導体層５３，５４の間を電気的に接続する複数の給電部貫通導体５６が２列に配列されている。各給電部貫通導体５６は、高周波信号の信号波長の２分の１未満の間隔で配置される。各給電部貫通導体５６の間の間隔は、必ずしも一定の値である必要はなく、信号波長の２分の１未満で、種々の値を組合せて設定してもよい。また各給電部貫通導体５６は、２重、３重と設けられてもよい。

各給電部貫通導体５６は、給電部上部主導体層５３と給電部下部主導体層５４との間においてこれらの主導体層５３，５４と平行に設けられる給電部副導体層５７によって電気的に接続される。給電部副導体層５７は、単層または必要に応じて複数層、形成される。各給電部貫通導体５６および給電部副導体層５７によって電磁波遮蔽体が形成され、これが図２および図３に示す給電線路形成体１３のＥ面導体を形成している。

給電部誘電体基板５２内には、給電部上部主導体層５３、給電部下部主導体層５４、各給電部貫通導体５６および給電部副導体層５７によって囲まれて、誘電体が満たされた空間が形成される。このように誘電体が満たされた空間が、図２および図３に示す給電線路形成体１３の給電線路を形成している。

共振器部誘電体基板４２および給電部誘電体基板５２としては、誘電体として機能し、高周波信号の伝送を妨げることのない特性を有するものであればとりわけ限定するものではないが、給電線路形成体１３を形成する際の精度および製造の容易性の点からは、セラミックスから成ることが望ましい。

共振器部誘電体基板４２および給電部誘電体基板５２としては、比誘電率εｒが４〜１００程度のものが好ましく、たとえばアルミナセラミックス、窒化アルミニウムセラミックスおよびガラスセラミックスなどの低温焼成セラミックスなどが好ましい。特に、ガラスセラミックスなどの低温焼成セラミックスが好適に用いられる。共振器部誘電体基板４２および給電部誘電体基板５２は、たとえばセラミックス原料粉末に適当な有機溶剤および溶媒を添加混合して泥漿状になすとともに、これをドクターブレード法およびカレンダーロール法などを採用してシート状となすことによって複数枚のセラミックグリーンシートを得て、これを積層し、焼成することによって製作される。

また各共振器部貫通導体４６および各給電部貫通導体５６は、ビアホール導体およびスルーホール導体によって形成すればよく、たとえばセラミックグリーンシートに打ち抜き加工をして作製した貫通孔に、導体層と同様の導体ペーストを埋め込み、しかる後、セラミックグリーンシートと同時に焼成して形成する。なお、各共振器部貫通導体４６および各給電部貫通導体５６は、直径５０〜３００μｍが適当である。

表１を再び参照して、表１に示す一例では、互いに隣接する２×２の放射素子１２によって構成されるユニットが複数個、この例では６４個、存在する。各ユニットは、同一の放射素子群に含まれる第１の放射素子と第２の放射素子とを２つずつ含み、第１の放射素子と第２の放射素子とが、Ｘ方向に並びかつＹ方向に並ぶ。この例では、製造工程においてメタライズパターンにずれが発生した場合でも、各ユニットにおいて、円偏波の軸比の上昇を好適に抑えることができる。

たとえば、Ｘ方向の上流から１番目および２番目で、Ｙ方向の下流から１番目および２番目である４つの放射素子によって構成されるユニットに着目する。このユニットでは、Ｙ方向の下流から１番目の２つの放射素子１２は、同一の第１線路部分２１に設けられて対を成し、その第１線路部分２１の給電点３６に関して２回回転対称に配置される。またＹ方向の下流から２番目の２つの放射素子１２は、同一の第１線路部分２１に設けられて対を成し、その第１線路部分２１の給電点３６に関して２回回転対称に配置される。

このように各対の放射素子１２が２回回転対称に配置されるので、製造工程においてメタライズパターンにずれが発生した場合、一対の放射素子１２からの逆円偏波が互いに打消し合わなくなる。一対の放射素子１２からの逆円偏波の位相は、たとえば一方が５°ずれれば、他方が−５°ずれる。このとき、たとえばＹ方向の下流から１番目の一対の放射素子１２からの逆円偏波の位相は、０°と１８０°との組合せが、５°と１７５°との組合せになる。その結果、前記一対の放射素子１２からの逆円偏波が互いに打消し合わなくなる。Ｙ方向の下流から２番目の一対の放射素子１２についても同様に、逆円偏波が互いに打消し合わなくなる。

このように一対の放射素子１２からの逆円偏波は互いに打消し合わなくなるけれども、Ｙ方向に並ぶ２つの放射素子１２からの逆円偏波が互いに打消し合う。Ｙ方向に並ぶ２つの放射素子１２からの逆円偏波の位相は、たとえば一方が５°ずれれば、他方も同様に５°ずれる。このとき、たとえばＸ方向の上流から１番目の２つの放射素子１２からの逆円偏波の位相は、０°と１８０°との組合せが、５°と１８５°との組合せになる。その結果、前記２つの放射素子１２からの逆円偏波が互いに打消し合う。Ｘ方向の上流から２番目の２つの放射素子１２についても同様に、逆円偏波が互いに打消し合う。

このように製造工程においてメタライズパターンにずれが発生した場合でも、各ユニットにおいて、各放射素子１２からの逆円偏波が互いに打消し合うので、各ユニットにおいて、円偏波の軸比の上昇を好適に抑えることができる。したがって全体として円偏波の軸比の上昇を好適に抑えることができる。

サイドローブの制御のために、各放射素子１２から放射される円偏波の電界強度を異ならせることがある。このような場合でも、隣接する放射素子１２間では、放射される円偏波の電界強度の比が１に近い。この点を考慮して、本実施の形態では、前述のように、各ユニットにおいて、各放射素子１２間からの逆円偏波が互いに打消し合うように構成されるので、円偏波の軸比の上昇を好適に抑えることができる。

本実施の形態では、前記複数対の放射素子１２が第１〜第ｍ放射素子群を含むので、１つの放射素子群だけを含む場合に比べて、設計柔軟性が増し、これによって前述のようなユニットを維持しながらも、サイドローブの上昇を容易に抑えることができる。

図９は、本発明の実施の他の形態である円偏波アレーアンテナ６１の構成を示す正面図である。図１０は、円偏波アレーアンテナ６１を部分的に切欠いて示す正面図である。図１１は、一対の放射素子１２の付近を模式的に示す斜視図である。本実施の形態の円偏波アレーアンテナ６１は、図１〜図８に示す円偏波アレーアンテナ１１に類似するので、対応する部分には同一の符号を付して説明を省略し、異なる点についてだけ説明する。

本実施の形態では、第１線路部分２１の延在方向Ｃにおいて隣接する第１線路部分２１に設けられる各放射素子１２が、一直線上に整列される。前記図１〜図８に示す円偏波アレーアンテナ１１のように、第１線路部分２１の延在方向Ｃにおいて隣接する第１線路部分２１に設けられる各放射素子１２が、いわゆる千鳥状に配置された構成であると、各放射素子１２間の間隔の大きな方向において、不要な電磁波が放射されてしまう。この点を考慮して、本実施の形態では、前記各放射素子１２を一直線上に整列させることで、各放射素子１２間の間隔の差を小さくし、これによって不要な電磁波の放射を抑制することができる。

Ｘ方向には、各放射素子１２が等間隔をあけて整列され、Ｙ方向には、各放射素子１２が等間隔をあけて整列される。Ｘ方向に整列される各放射素子１２の間隔Ｄ１とＹ方向に整列される各放射素子１２の間隔Ｄ２とは、同一であってもよく異なっていてもよいが、不要な電磁波の放射を抑制するという観点からは同一であるのが好ましい。

本実施の形態では、同一の放射素子群に含まれる第１の放射素子および第２の放射素子は、前記仮想一平面に直交しかつ互いに直交する２つの対称面に関して面対称にそれぞれ配置される。この場合、前記２つの対称面によって仕切られる４つの領域のうち１つについて各放射素子１２の配置を設計するだけで、他の３つの領域について各放射素子１２の配置が決定されるので、設計が容易となる。

なお、図９では隣り合う第１線路部分２１が連通しているように見える箇所があるが、実際は図１０に示すようにビアホール導体の壁で遮断されている。

図１２は、本発明の実施のさらに他の形態である円偏波アレーアンテナが備える一対の放射素子１２の付近を模式的に示す正面図である。本実施の形態の円偏波アレーアンテナは、図９〜図１１に示す円偏波アレーアンテナ６１に類似するので、対応する部分には同一の符号を付して説明を省略し、異なる点についてだけ説明する。

本実施の形態では、結合スロット２５は、その長手方向Ｅが第１線路部分２１の延在方向Ｃに前記仮想一平面内で直交するように形成される。このように結合スロット２５が形成されることによって、結合スロット２５を介して第１線路部分２１に給電するときに結合スロット２５で反射される電力を小さくすることができる。したがって電力損失を抑えることができ、これによって第１線路部分２１への給電効率を向上させることができる。

図１３は、本発明の実施のさらに他の形態である円偏波アレーアンテナが備える一対の放射素子の付近を模式的に示す斜視図である。図１４は、図１３に示す一対の放射素子の付近を模式的に示す正面図である。本実施の形態は、前述の実施の各形態に類似するので、異なる点についてだけ説明する。本実施の形態の円偏波アレーアンテナは、パッチアンテナによって実現される。

円偏波アレーアンテナは、第１誘電体層７２と、第２誘電体層７３と、これらの第１誘電体層７２と第２誘電体層７３との間に介在する接地導体層７４と、第１誘電体層７２の接地導体層７４とは反対側に形成される第１ストリップ導体層７５と、第１誘電体層７２の接地導体層７４とは反対側に形成され、第１ストリップ導体層７５に電気的に接続される一対のパッチ導体層７６ａ，７６ｂと、第２誘電体層７３の接地導体層７４とは反対側に形成される第２ストリップ導体層７７と、第１および第２誘電体層７２，７３ならびに接地導体層７４を貫通し、第１ストリップ導体層７５と第２ストリップ導体層７７とを電気的に接続する接続部７８とを含む。

本実施の形態では、一対のパッチ導体層７６ａ，７６ｂによって、一対の放射素子が構成される。また第１ストリップ導体層７５、第１誘電体層７２および接地導体層７４によって、第１線路部分が構成される。また第２ストリップ導体層７７、第２誘電体層７３および接地導体層７４を含んで、第２線路部分が構成される。

第１ストリップ導体層７５は、延在して形成される。一対のパッチ導体層７６ａ，７６ｂのうち、一方７６ａは、第１ストリップ導体層７５の延在方向Ｃ１一端７５ａ寄りで第１ストリップ導体層７５に接続され、第１ストリップ導体層７５の幅方向Ｃ２一方側に配置され、他方７６ｂは、第１ストリップ導体層７５の延在方向Ｃ１他端７５ｂ寄りで第１ストリップ導体層７５に接続され、第１ストリップ導体層７５の幅方向Ｃ２他方側に配置される。各パッチ導体層７６ａ，７６ｂは、正方形状に形成される。一方のパッチ導体層７６ａは、その隣接する２縁辺の各中央に対して９０°の位相差で給電され、他方のパッチ導体層７６ｂは、その隣接する２縁辺の各中央に対して９０°の位相差で給電される。なお、一対のパッチ導体層７６ａ，７６ｂから放射される円偏波の位相を合わせるために、接続部７８の位置を各パッチ導体層７６ａ，７６ｂ間の中央からλ／４だけ一方のパッチ導体層７６ａ側にずらしており、接続部７８から他方のパッチ導体層７６ｂまでの距離が接続部７８から一方のパッチ導体層７６ａまでの距離よりλ／２長くなっている。

図１５は、本発明の実施のさらに他の形態である円偏波アレーアンテナが備える一対の放射素子の付近を模式的に示す斜視図である。図１６は、図１５に示す一対の放射素子の付近を模式的に示す正面図である。本実施の形態は、前述の実施の各形態に類似するので、異なる点についてだけ説明する。本実施の形態の円偏波アレーアンテナは、スロットアンテナによって実現される。

円偏波アレーアンテナは、第１誘電体層８１と、第２誘電体層８２と、これらの第１誘電体層８１と第２誘電体層８２との間に介在する第１ストリップ導体層８３と、第１誘電体層８１の第１ストリップ導体層８３とは反対側に形成される第１接地導体層８４と、第２誘電体層８２の第１ストリップ導体層８３とは反対側に形成される第２接地導体層８５と、第２接地導体層８５の第２誘電体層８２とは反対側に形成される第３誘電体層８６と、第３誘電体層８６の第２接地導体層８５とは反対側に形成される第２ストリップ導体層８７とを含む。

本実施の形態では、第１ストリップ導体層８３、第１および第２誘電体層８１，８２ならびに第１および第２接地導体層８４，８５によって、第１線路部分が構成される。また第２ストリップ導体層８７、第３誘電体層８６および第２接地導体層８５を含んで、第２線路部分が構成される。

第１ストリップ導体層８３は、延在して形成される。第１接地導体層８４には、第１ストリップ導体層８３の延在方向Ｃ３一端８３ａ寄りおよび他端８３ｂ寄りに、スロット８８ａ，８８ｂが形成される。本実施の形態では、第１接地導体層８４のスロット８８ａ，８８ｂが形成される部分８９ａ，８９ｂによって、一対の放射素子が形成される。第２接地導体層８４には、結合スロット９０が形成される。この結合スロット９０によって、第１線路部分と第２線路部分とが結合される。

軸比特性を評価するために、ＨＦＳＳ（High Frequency Structure Simulator）法によってシミュレートした。このシミュレーションでは、前記図１〜図８に示される円偏波アレーアンテナ１１と同様な構成で、一対の放射素子１２を想定した。

詳しくは、給電線路形成体１３の誘電体の比誘電率εｒは４．９とした。給電線路形成体１３の寸法は、以下のようにした。
・第１線路部分２１の幅寸法＝１．８９ｍｍ
・第２線路部分２２の幅寸法＝１．６４ｍｍ
・第１および第２線路部分２１，２２の厚み寸法＝０．６ｍｍ
・給電部貫通導体５６のビア径寸法＝０．２ｍｍ
・給電部貫通導体５６のビア間隔＝０．６０ｍｍ

なお、第１および第２線路部分２１，２２の両端面および両側面は、ビア中心で示している。このときの伝送波の波長λは２．６４ｍｍで、中心周波数は６１．５ＧＨｚ程度とした。

放射素子１２の寸法は、以下のようにした。
・結合孔３１の寸法＝１．１２×１．０６ｍｍ
・開口面１８の直径寸法＝１．４７ｍｍ
・放射素子１２の厚み寸法＝０．６ｍｍ
・放射素子１２の直径寸法＝１．６１ｍｍ

第１距離Ａと第２距離Ｂとを種々、変化させた。その結果、第１線路部分２１の両端２１ａ，２１ｂで反射された伝送波によって放射素子１２から正面方向に放射される逆円偏波の位相が０°となるときの第１および第２距離Ａ，Ｂは、１．３２ｍｍであった。説明の便宜上、一対の放射素子１２のうち、第１線路部分２１の一端２１ａ側に配置される放射素子１２を一方の放射素子１２ａといい、第１線路部分２１の他端２１ｂ側に配置される放射素子１２を他方の放射素子１２ｂということがある。

表２は、一方の放射素子１２ａからの逆円偏波の位相と第１距離Ａとの関係および他方の放射素子１２ｂからの逆円偏波の位相と第２距離Ｂとの関係を示す。

表３は、一方の放射素子１２ａからの逆円偏波の位相と他方の放射素子１２ｂからの逆円偏波の位相との間の位相差と、第１距離Ａと第２距離Ｂとの間の差との関係を示す。

表２および表３では、一方の放射素子１２ａからの逆円偏波の位相と他方の放射素子１２ｂからの逆円偏波の位相との間の位相差は、０°〜１８０°までとした。表３では、第１距離Ａと第２距離Ｂとの間の差｜Ａ−Ｂ｜を、伝送波の波長λを用いて表した。なお、位相差とは、正面方向における位相差である。

ここで中心周波数６１．５ＧＨｚのとき、軸比が４．００ｄＢ以下において、本発明の円偏波アレーアンテナ特性を満足するとし、また、中心周波数６１．５ＧＨｚに対して±２．０ＧＨｚのとき、軸比が１０．００ｄＢ以下において、本発明の円偏波アレーアンテナ特性を満足するとする。
表４は、シミュレーション結果を示す。

この表４の結果から、一方の放射素子１２ａからの逆円偏波と他方の放射素子１２ｂからの逆円偏波との間の位相差が４５°で、第１距離Ａと第２距離Ｂとの間の差がλ／１６（０．１７ｍｍ）のとき、軸比が４．００ｄＢ以下を満たすことが判る。また、一方の放射素子１２ａからの逆円偏波と他方の放射素子１２ｂからの逆円偏波との間の位相差が１８０°で、第１距離Ａと第２距離Ｂとの間の差がλ／４（６．６ｍｍ）のとき、最も軸比を低減できることが判る。

この結果を踏まえると、第１距離Ａと第２距離Ｂとの関係は、軸比が４．００ｄＢ以下になる、λ／４≧｜Ａ−Ｂ｜≧λ／１６が望ましい。第１距離Ａと第２距離Ｂとの関係は、軸比を最も低減できる、｜Ａ−Ｂ｜＝λ／４が最も望ましい。

表５は、周波数６１．５ＧＨｚを中心に±２．０ＧＨｚでの軸比に対する周波数特性のシミュレーション結果を示す。

この表５の結果から、一方の放射素子１２ａからの逆円偏波と他方の放射素子１２ｂからの逆円偏波との間の位相差が１３５°で、第１距離Ａと第２距離Ｂとの間の差がλ／５．３３（０．４９ｍｍ）のとき、中心周波数６１．５ＧＨｚで軸比が４．００ｄＢ以下を満たし、６１．５ＧＨｚを中心に±２．０ＧＨｚの範囲で、軸比が１０．００ｄＢ以下を満たしていることが判る。

また、一方の放射素子１２ａからの逆円偏波と他方の放射素子１２ｂからの逆円偏波との間の位相差が１７０°で、第１距離Ａと第２距離Ｂとの間の差がλ／４．２４（０．６２ｍｍ）のとき、周波数６１．５ＧＨｚを中心に±２．０ＧＨｚの範囲で、軸比が４．００ｄＢ以下を満たしていることが判る。

さらに、一方の放射素子１２ａからの逆円偏波と他方の放射素子１２ｂからの逆円偏波との間の位相差が１８０°で、第１距離Ａと第２距離Ｂとの間の差がλ／４（０．６６ｍｍ）のとき、周波数６１．５ＧＨｚを中心に±２．０ＧＨｚの範囲で、軸比が４．００ｄＢ以下を満たし、軸比が最も低減していることが判る。

この結果を踏まえると、第１距離Ａと第２距離Ｂとの関係は、４．０ＧＨｚの帯域で軸比が１０．００ｄＢ以下になる、λ／４≧｜Ａ−Ｂ｜≧λ／５．３３が望ましい。第１距離Ａと第２距離Ｂとの関係は、４．０ＧＨｚの帯域で軸比が４．００ｄＢ以下になる、λ／４≧｜Ａ−Ｂ｜≧λ／４．２４がさらに望ましい。第１距離Ａと第２距離Ｂとの関係は、４．０ＧＨｚの帯域で軸比が４．００ｄＢ以下になり最も低減できる、｜Ａ−Ｂ｜＝λ／４が最も望ましい。

第１距離Ａは１．３２ｍｍとなっているが、第１距離Ａと第２距離Ｂとの差が重要であり、第１距離Ａの値を変えても、同様な傾向が見られた。

以下、逆円偏波の放射による正面方向以外のサイドローブ上昇について、放射パターンのシミュレーション結果に基づいて説明する。

このシミュレーションでは、前記図１〜図８に示される円偏波アレーアンテナ１と同様な構成（いわゆる千鳥配置）を想定した。詳しくは、６３ＧＨｚ用の円偏波アレーアンテナ１を想定した。

図１７は、各放射素子１２の間隔を説明するための正面図である。Ｘ方向に整列される各放射素子１２の間隔Ｄ１１は、３．７３５ｍｍとし、Ｙ方向に整列される各放射素子１２の間隔Ｄ１２は、３．９７３ｍｍとし、Ｘ方向の上流からｉ番目の放射素子１２と（ｉ＋１）番目の放射素子１２とのＹ方向のずれＤ１３は、０．７２２ｍｍとした。

また、各放射素子１２から放射される正円偏波の電界強度は、表６のようにした。表６において、横方向はＸ方向に対応し、縦方向はＹ方向に対応する。電界強度を表す各数値の配置関係は、各放射素子１２の配置関係と対応する。表６の最上部に記載される１〜１６の数値は、Ｘ方向の上流からの順番を示し、表６の最左部に記載される１〜１６の数値は、Ｙ方向の下流からの順番を示す。表６では、各放射素子１２から放射される正円偏波の電界強度が比で表される。

図１８は、図１９、図２１、図２３〜図３１を説明するための図である。前記図１７をも参照して、前記仮想一平面内において円偏波アレーアンテナ１の中心を原点Ｏとし、原点Ｏから、Ｘ方向に延びる軸をＸ軸とし、Ｙ方向に延びる軸をＹ軸とし、円偏波アレーアンテナ１の正面方向に延びる軸をＺ軸とした。ここで、原点Ｏを始点とし、極座標（θ，φ）で表される単位ベクトルＶを想定する。この単位ベクトルＶは、放射方向を表す。図１９、図２１、図２３〜図３１では、単位ベクトルＶの終点のＸ座標およびＹ座標と、単位ベクトルＶが表す放射方向の電界強度とを関連付けている。各放射方向の電界強度は、正面方向の電界強度を基準として、デシベル表示している。

このシミュレーションでは、後述の比較例１〜４および実施例１〜７について、シミュレートした。比較例２〜４を示す表７〜表９および実施例１，２，４〜７を示す表１０〜表１５は、前記表１に類似するので、これらの表７〜表１５の説明は省略する。

まず、周波数６３ＧＨｚの場合、したがって逆円偏波が放射されず、正円偏波だけが放射される場合について、比較例１として検証を行った。図１９は、この比較例１のシミュレーション結果を示す図である。図２０は、比較例１のシミュレーション結果のうち、Ｘ軸およびＺ軸を含む仮想一平面内の放射方向についてだけ示す図である。図２０において、横軸は、仮想一平面内での放射方向を示し、縦軸は、電界強度を示す。放射方向は、正面方向を０°とし、正面方向からＸ方向下流側に傾斜する場合を正とし、正面方向からＸ方向上流側に傾斜する場合を負とする。電界強度は、正面方向の電界強度を基準として、デシベル表示している。このような比較例１では、図１９に示すような放射パターンとなった。比較例１では、メインローブ以外は放射が抑制されていることが判る。

次に、周波数６４ＧＨｚの場合、したがって逆円偏波が放射される場合、具体的には各放射素子１２から放射される逆円偏波の電界強度が各放射素子１２から放射される正円偏波の電界強度の２０％である場合について、比較例２〜４および実施例１〜８として検証を行った。

まず、比較例２〜４についてそれぞれ順に説明する。
図２１は、比較例２のシミュレーション結果を示す図である。図２２は、比較例２のシミュレーション結果のうち、Ｘ軸およびＺ軸を含む仮想一平面内の放射方向についてだけ示す図である。図２２は、前記図２０に類似するので、この図２２の説明は省略する。比較例２では、表７に示すような位相差で、各放射素子１２から逆円偏波が放射されるとした。このような比較例２では、図２１および図２２に示すように、正面方向以外の方向、具体的にはＸ軸およびＺ軸を含む仮想一平面内の特定の放射方向に、顕著なサイドローブが見られる。比較例２では、サイドローブレベルは、−１４．１ｄＢであった。比較例２では、各放射素子１２から放射される逆円偏波によってサイドローブが上昇することが判る。

図２３は、比較例３のシミュレーション結果を示す図である。比較例３では、表８に示すような位相差で、各放射素子１２から逆円偏波が放射されるとした。このような比較例３では、図２３に示すように、正面方向以外の方向、具体的にはＹ軸およびＺ軸を含む仮想一平面内の特定の放射方向に、顕著なサイドローブが見られる。比較例３では、サイドローブレベルは、−１４．５ｄＢであった。比較例３でも、各放射素子１２から放射される逆円偏波によってサイドローブが上昇することが判る。

図２４は、比較例４のシミュレーション結果を示す図である。比較例４では、表９に示すような位相差で、各放射素子１２から逆円偏波が放射されるとした。このような比較例４では、図２４に示すように、正面方向以外の特定の放射方向に、顕著なサイドローブが見られる。比較例４では、サイドローブレベルは、−１４．６ｄＢであった。比較例４でも、各放射素子１２から放射される逆円偏波によってサイドローブが上昇することが判る。

図２５は、実施例１のシミュレーション結果を示す図である。実施例１では、表１０に示すような位相差で、各放射素子１２から逆円偏波が放射されるとした。このような実施例１では、図２５に示すような放射パターンとなった。サイドローブレベルは、−１６．９ｄＢであった。実施例１では、サイドローブの上昇が抑えられていることが判る。

図２６は、実施例２のシミュレーション結果を示す図である。実施例２では、表１１に示すような位相差で、各放射素子１２から逆円偏波が放射されるとした。このような実施例２では、図２６に示すような放射パターンとなった。サイドローブレベルは、−１９．７ｄＢであった。実施例２では、サイドローブの上昇が抑えられていることが判る。

図２７は、実施例３のシミュレーション結果を示す図である。実施例３では、前記表１に示すような位相差で、各放射素子１２から逆円偏波が放射されるとした。このような実施例３では、図２７に示すような放射パターンとなった。サイドローブレベルは、−２５．４ｄＢであった。実施例３では、前述のユニットを維持しながらでも、サイドローブの上昇が好適に抑えられていることが判る。

図２８は、実施例４のシミュレーション結果を示す図である。実施例４では、表１２に示すような位相差で、各放射素子１２から逆円偏波が放射されるとした。このような実施例４では、図２８に示すような放射パターンとなった。サイドローブレベルは、−１７．６ｄＢであった。実施例４では、サイドローブの上昇が抑えられていることが判る。

図２９は、実施例５のシミュレーション結果を示す図である。実施例５では、表１３に示すような位相差で、各放射素子１２から逆円偏波が放射されるとした。このような実施例５では、図２９に示すような放射パターンとなった。サイドローブレベルは、−２０．２ｄＢであった。実施例５では、サイドローブの上昇が好適に抑えられていることが判る。

図３０は、実施例６のシミュレーション結果を示す図である。実施例６では、表１４に示すような位相差で、各放射素子１２から逆円偏波が放射されるとした。このような実施例６では、図３０に示すような放射パターンとなった。サイドローブレベルは、−２４．３ｄＢであった。実施例６では、サイドローブの上昇が好適に抑えられていることが判る。

図３１は、実施例７のシミュレーション結果を示す図である。実施例７では、表１５に示すような位相差で、各放射素子１２から逆円偏波が放射されるとした。このような実施例７では、図３１に示すような放射パターンとなった。サイドローブレベルは、−２５．４ｄＢであった。実施例７では、サイドローブの上昇が好適に抑えられていることが判る。

本発明の実施の一形態である円偏波アレーアンテナ１１の構成を示す斜視図である。 一対の放射素子１２の付近を模式的に示す斜視図である。 給電線路形成体１３の一部を模式的に示す斜視図である。 放射素子１２の付近を示す正面図である。 第１線路部分２１における伝送波の磁界分布を示す図である。 第１線路部分２１およびこの第１線路部分２１に設けられる一対の放射素子１２を模式的に示す断面図である。 図１〜図６に示す円偏波アレーアンテナ１１の一部を詳細に示す正面図である。 図７の切断面線Ｓ８−Ｓ８から見た断面図である。 本発明の実施の他の形態である円偏波アレーアンテナ６１の構成を示す正面図である。 円偏波アレーアンテナ６１を部分的に切欠いて示す正面図である。 一対の放射素子１２の付近を模式的に示す斜視図である。 本発明の実施のさらに他の形態である円偏波アレーアンテナが備える一対の放射素子１２の付近を模式的に示す正面図である。 本発明の実施のさらに他の形態である円偏波アレーアンテナが備える一対の放射素子の付近を模式的に示す斜視図である。 図１３に示す一対の放射素子の付近を模式的に示す正面図である。 本発明の実施のさらに他の形態である円偏波アレーアンテナが備える一対の放射素子の付近を模式的に示す斜視図である。 図１５に示す一対の放射素子の付近を模式的に示す正面図である。 各放射素子１２の間隔を説明するための正面図である。 図１９、図２１、図２３〜図３１を説明するための図である。 比較例１のシミュレーション結果を示す図である。 比較例１のシミュレーション結果のうち、Ｘ軸およびＺ軸を含む仮想一平面内の放射方向についてだけ示す図である。

比較例２のシミュレーション結果を示す図である。 比較例２のシミュレーション結果のうち、Ｘ軸およびＺ軸を含む仮想一平面内の放射方向についてだけ示す図である。 比較例３のシミュレーション結果を示す図である。 比較例４のシミュレーション結果を示す図である。 実施例１のシミュレーション結果を示す図である。 実施例２のシミュレーション結果を示す図である。 実施例３のシミュレーション結果を示す図である。 実施例４のシミュレーション結果を示す図である。 実施例５のシミュレーション結果を示す図である。 実施例６のシミュレーション結果を示す図である。 実施例７のシミュレーション結果を示す図である。

符号の説明

１１，６１ 円偏波アレーアンテナ
１２ 放射素子
１３ 給電線路形成体
２１ 第１線路部分
２２ 第２線路部分

Claims (5)

1. 仮想一平面に沿ってマトリクス状に配置され、給電されると同一方向に旋回する円偏波を放射する複数対の放射素子と、
   各放射素子に接続され、給電されると各放射素子に給電する給電線路形成体とを含み、
   前記給電線路形成体は、
   延在して形成され、その延在方向に一対の放射素子が離間して設けられ、一対の放射素子間の位置であって一対の放射素子から円偏波を同位相で放射可能となるような位置に給電される線路部分を複数有し、各線路部分には同位相で給電され、
   前記複数対の放射素子は、複数の放射素子から成る第１〜第ｍ（ｍは、２以上の自然数）放射素子群を含み、
   第ｉ（ｉは、１以上ｍ以下の自然数）放射素子群は、
   前記線路部分における伝送波の波長をλで表し、０以上であり前記伝送波の波長の２分の１未満である定数をＬｉで表し、０以上の整数をｎで表し、放射素子からこの放射素子が設けられる線路部分の延在方向の両端のうち前記放射素子に最寄りの端までの距離をＤで表すとき、
   前記距離Ｄが、Ｄ＝Ｌｉ＋ｎ・（λ／２）を満足するように配置される第１の放射素子と、
   前記距離Ｄが、Ｄ＝Ｌｉ＋｛ｎ＋（１／２）｝・（λ／２）を満足するように配置される第２の放射素子とを含み、
   前記ｉが、ｉ＝ｊのときの定数をＬｊで表し、前記ｉが、ｉ＝ｋ（ｋは、ｊとは異なる自然数）のときの定数をＬｋで表すとき、ＬｊおよびＬｋは、Ｌｊ≠Ｌｋを満足することを特徴とする円偏波アレーアンテナ。
2. 前記複数対の放射素子は、複数の放射素子から成る第１および第２放射素子群を含み、
   Ｌ１およびＬ２は、Ｌ２−Ｌ１＝λ／８を満足し、
   Ｌ１＋ｎ・（λ／２）をＬとするとき、
   第１放射素子群は、
   前記距離Ｄが、Ｄ＝Ｌを満足するように配置される第１の放射素子と、
   前記距離Ｄが、Ｄ＝Ｌ＋λ／４を満足するように配置される第２の放射素子とを含み、
   第２放射素子群は、
   前記距離Ｄが、Ｄ＝Ｌ＋λ／８を満足するように配置される第１の放射素子と、
   前記距離Ｄが、Ｄ＝Ｌ＋３・λ／８を満足するように配置される第２の放射素子とを含むことを特徴とする請求項１記載の円偏波アレーアンテナ。
3. 前記複数対の放射素子は、複数の放射素子から成る第１〜第３放射素子群を含み、
   Ｌ１およびＬ２は、Ｌ２−Ｌ１＝λ／１２を満足し、
   Ｌ１およびＬ３は、Ｌ３−Ｌ１＝２・λ／１２を満足し、
   Ｌ１＋ｎ・（λ／２）をＬとするとき、
   第１放射素子群は、
   前記距離Ｄが、Ｄ＝Ｌを満足するように配置される第１の放射素子と、
   前記距離Ｄが、Ｄ＝Ｌ＋λ／４を満足するように配置される第２の放射素子とを含み、
   第２放射素子群は、
   前記距離Ｄが、Ｄ＝Ｌ＋λ／１２を満足するように配置される第１の放射素子と、
   前記距離Ｄが、Ｄ＝Ｌ＋４・λ／１２を満足するように配置される第２の放射素子とを含み、
   第３放射素子群は、
   前記距離Ｄが、Ｄ＝Ｌ＋２・λ／１２を満足するように配置される第１の放射素子と、
   前記距離Ｄが、Ｄ＝Ｌ＋５・λ／１２を満足するように配置される第２の放射素子とを含むことを特徴とする請求項１記載の円偏波アレーアンテナ。
4. 各線路部分には、一対の放射素子として、同一の放射素子群に含まれる第１の放射素子と第２の放射素子とが設けられることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の円偏波アレーアンテナ。
5. 同一の放射素子群に含まれる第１の放射素子および第２の放射素子は、前記仮想一平面に直交しかつ互いに直交する２つの対称面に関して面対称にそれぞれ配置されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の円偏波アレーアンテナ。

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