JP2010098665A - アンテナ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】給電ラインから放射される漏れ電磁波の影響を低減できるアンテナ装置を提供することを目的とする。
【解決手段】アンテナ装置１は、開口を有するホーン３と、ホーン３の奥部に配置され、ホーン３の開口方向に電磁波を放射するアンテナ基板（アンテナ部）２とから構成される。アンテナ基板２は、開口方向に平行に配置された誘電体基板２０と、ダイポールアンテナ２１と、給電ライン２３とを有する。ダイポールアンテナ２１は、誘電体基板２０上に形成された一対の放射素子２１ａ、２１ｂからなる。給電ライン２３は、ダイポールアンテナ２１に電力を供給するものであって、誘電体基板２０に形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、アンテナ装置に関する。

従来から、例えばレーダー等に使用されるアンテナ装置として、パッチアンテナ（マイクロストリップアンテナ）装置が多く用いられている（例えば、特許文献１参照）。

パッチアンテナ装置は、誘電体基板と、誘電体基板の一方の面に形成された薄膜導体からなるパッチと、誘電体基板の他方の面に形成されたグランドと、誘電体基板の前記一方の面に形成され、パッチの一端に連結されている薄膜導体からなる給電ラインとから構成されている。このようなパッチアンテナ装置では、給電ラインによりパッチに電力が供給されると、パッチから基板に直交する方向に電磁波が放射されるようになっている。

特開平５−２０６７２９号公報

しかしながら、上述したようなパッチアンテナ装置の場合、パッチと同じく基板上にある給電ラインから、この給電ラインを流れる電流により生じる電磁波（漏れ電磁波）が、誘電体基板に直交する方向に放射されている。従って、パッチから放射される電磁波の方向と、漏れ電磁波の方向とが同じであるため、パッチから放射される電磁波は、漏れ電磁波の影響を受けてしまい、設計通りの特性の電磁波を放射させることが困難であった。

そこで、本発明は、給電ラインから放射される漏れ電磁波の影響を低減できるアンテナ装置を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段及び発明の効果

請求項１のアンテナ装置は、開口を有するホーンと、このホーンの奥部に配置され、前記ホーンの開口方向に電磁波を放射するアンテナ部とを有するアンテナ装置であって、前記アンテナ部が、基板と、前記基板上に形成された一対の放射素子からなるダイポールアンテナと、前記ダイポールアンテナに給電する給電ラインと、を備えることを特徴とする。

給電ラインを介してダイポールアンテナに電力が供給されると、ダイポールアンテナから電磁波が放射される。通常、ダイポールアンテナは、一対の放射素子の配列方向に直交する方向への放射電力が最大となるように電磁波を放射する。ダイポールアンテナからホーンの開口方向に交差する方向に放射された電磁波の一部は、ホーンの内面で反射して、前記開口方向に向かう。そのため、前記開口方向に直交する方向のビーム幅が狭くなり、ダイポールアンテナから放射される電磁波の電力を前記開口方向に集中させることができる。

請求項２のアンテナ装置は、請求項１において、前記基板が、前記開口方向と平行に配置されており、前記給電ラインが、前記基板に形成されていることを特徴とする。

基板に形成された給電ラインからは、この給電ラインを流れる電流により生じる電磁波（漏れ電磁波）が、基板に直交する方向に放射される。基板は、ホーンの開口方向に平行に配置されているため、ダイポールアンテナから放射される電磁波の方向（ホーンの開口方向）と、給電ラインから放射される漏れ電磁波の方向とは直交している。そのため、ダイポールアンテナから放射される電磁波は、漏れ電磁波の影響を受けることがほとんどなく、アンテナ装置は、ほぼ設計通りの特性の電磁波を放射することができる。

請求項３のアンテナ装置は、請求項２において、前記ホーンが、前記開口を形成するホーン本体と、前記基板の前記給電ラインが形成された領域に対向して配置される金属製の第１板部と、前記第１板部に前記基板を介して対向配置される金属製の第２板部とを備え、前記第１板部と前記第２板部とが前記ホーン本体の基部に連結されていることを特徴とする。

この構成によると、金属製の第１板部と第２板部とは、基板の給電ラインが形成された領域を介して対向配置されているため、給電ラインから放射された漏れ電磁波を第１板部と第２板部との間に閉じ込めて、漏れ電磁波が外部に漏れるのを抑制することができる。また、給電ラインから放射された漏れ電磁波によって、第１板部と第２板部との間には電磁界が形成される。この電磁界による電磁波がホーン本体側に漏れる場合があるが、この電磁波は特定の指向性（電磁波の放射の角度と強度の関係）を有しておらず、様々な方向に徐々に漏れ出すため、ダイポールアンテナから開口方向に放射される電磁波にほとんど影響を及ぼさない。

請求項４のアンテナ装置は、請求項３において、前記基板が、前記第２板部に載設されることを特徴とする。この構成によると、基板を安定してホーンに設置することができる。

請求項５のアンテナ装置は、請求項３又は４において、前記ホーンが、前記第１板部と前記第２板部との間の隙間を塞ぐように、前記第１板部及び前記第２板部の前記開口方向とは反対側の端部に連結される金属製の第３板部を備えることを特徴とする。

この構成によると、第１板部と第２板部の前記開口方向とは反対側の端部の間が、金属製の第３板部により塞がれているため、給電ラインから放射された漏れ電磁波が、後方に漏れ出るのを確実に防止することができる。

請求項６のアンテナ装置は、請求項３〜５の何れかにおいて、前記第１板部と前記基板との間の隙間が、前記ダイポールアンテナから放射される電磁波の波長の１／１０以上であることを特徴とする。

第１板部と基板との間の隙間が、波長の１／１０よりも小さ過ぎる場合、第１板部と基板との間に生じる電磁界が強くなり、この電磁界の影響で、ダイポールアンテナに所望の電力を供給できなくなる。第１板部と基板との間の隙間を、波長の１／１０以上とすることにより、第１板部と基板との間に生じる電磁界に起因してダイポールアンテナに所望の電力を供給できなくなるのを防止することができる。

請求項７のアンテナ装置は、請求項１〜６の何れかにおいて、前記給電ラインの少なくとも一部が、絶縁体で被覆されることを特徴とする。

給電ラインが絶縁体で被覆されていない場合、供給される電力がかなり大きいと、給電ラインとホーン等との間の電圧差が大きくなり、これらの間で放電が生じ、ダイポールアンテナに電力を供給できなくなる場合がある。給電ラインの少なくとも一部が、絶縁体で被覆されていることにより、給電ラインとホーン等との間で放電が生じるのを抑制できる。

以下、本発明の第１実施形態について説明する。
本実施形態のアンテナ装置１は、例えば船舶用レーダーに用いられるものである。図１に示すように、アンテナ装置１は、開口を有するホーン３と、このホーン３の奥部に配置されるアンテナ基板（アンテナ部）２と、給電管４とから構成されている。

詳細については後述するが、図４に示すように、ホーン３は、開口を形成するホーン本体３０と、このホーン本体３０の基部に連結された２つの反射板３１、３２と、２つの反射板３１、３２の間に形成されたシールド部３３とから構成されている。ホーン３は、その開口方向が、地表面に平行な方向に一致するように配置されている。図１に示すように、ホーン３の開口方向をｚ軸方向（又は前方向）、地表面に対して鉛直上向きの方向をｘ軸方向、ｘ軸とｙ軸に直交する方向をｙ軸方向とする。

図４に示すように、アンテナ基板２は、シールド部３３の後述する下板３５に載設されている。図２及び図３に示すように、アンテナ基板２は、誘電体基板２０と、誘電体基板２０に形成された８つのダイポールアンテナ２１と、誘電体基板２０に形成された配線２２とから構成されている。

誘電体基板２０は、アンテナ基板２の外形を構成している。誘電体基板２０は、ｙ軸方向に長い長方形状の薄板部材であり、ｙｚ平面に平行に配置されている。

誘電体基板２０の前端部には、８つのダイポールアンテナ２１がｙ軸方向に等間隔に並んで配置されている。なお、本実施形態では、ダイポールアンテナ２１の数を８つとしたが、この数に限定されるものではなく、１つであっても、８以外の複数の数であってもよい。

ダイポールアンテナ２１は、銅箔などの薄膜導体からなり、誘電体基板２０の表面にプリントによって形成されている。一般的に、このようなプリント形成されたダイポールアンテナ２１は、平面ダイポールアンテナ又はプリントダイポールアンテナと呼ばれている。

各ダイポールアンテナ２１は、ｚ軸に平行な直線に関して対称に配置された２つの（一対の）放射素子２１ａ、２１ｂからなる。図５に示すように、放射素子２１ａは、誘電体基板２０の上面に配置され、放射素子２１ｂは、誘電体基板２０の下面に配置されている。

放射素子２１ａ、２１ｂは、ｙ軸方向に長い略長方形状に形成されている。放射素子２１ａのｙ軸のプラス側の端部と、放射素子２１ｂのｙ軸のマイナス側の端部とは、誘電体基板２０を介して対向している。放射素子２１ａ、２１ｂのｙ軸方向長さは、それぞれダイポールアンテナ２１から放射される電磁波の波長λの１／４に設定されている。

通常、ダイポールアンテナの指向性（電磁波の放射の角度と強度の関係）は、２つの放射素子の配列方向に直交する方向への放射が最大となり、２つの放射素子の配列方向（本実施形態では、ｙ軸のプラス方向及びマイナス方向）には放射がゼロとなる。

図２及び図３に示すように、配線２２は、ダイポールアンテナ２１の後方に形成されている。配線２２は、ダイポールアンテナ２１と同様に、銅箔などの薄膜導体からなり、プリントにより誘電体基板２０の表面に形成されている。図５に示すように、配線２２は、誘電体基板２０の上面に形成された給電ライン２３と、誘電体基板２０の下面に形成されたグランド２４とからなる。給電ライン２３とグランド２４とは、所謂マイクロストリップ線路を構成している。

グランド２４は、グランド本体２４ａと８つの接続線２４ｂとから構成されている。グランド本体２４ａは、誘電体基板２０の下面の後側の略半分の領域に形成されている。接続線２４ｂは、グランド本体２４ａからｚ軸方向に延びて形成されており、その先端は、放射素子２１ｂのｙ軸のマイナス側の端部に連結されている。

給電ライン２３は、ｙ軸方向に延在する幹線２３ａと、幹線２３ａから分岐した８つの支線２３ｂとから構成されている。幹線２３ａは、誘電体基板２０の上面の後側の領域、即ち、グランド本体２４ａの裏側に形成されている。８つの支線２３ｂは、それぞれ幹線２３ａから分岐してｚ軸方向に延在している。８つの支線２３ｂは、ｙ軸方向に等間隔で配置されている。支線２３ｂの先端は、放射素子２１ａのｙ軸のプラス側の端部に連結されている。従って、支線２３ｂと接続線２４ｂとは誘電体基板２０を介して対向配置されている。

幹線２３ａのｙ軸方向の中央には、給電部２３ｃが形成されている。図１に示すように、給電部２３ｃには、給電管４の後述する中心導体４ａが接続されている。なお、本実施形態では、給電部２３ｃは、幹線２３ａの中央部に設けられているが、幹線２３ａの端部に設けられていてもよい。

図３に示すように、幹線２３ａ及び支線２３ｂの幅は、一定ではなく変化している。幹線２３ａ及び支線２３ｂの幅を変化させることにより、８つのダイポールアンテナ２１に供給される電力を調整している。

また、給電ライン２３は、後述する隙間Ｄの大きさや供給する電力の大きさによっては、合成樹脂などの絶縁体で被覆されていることが好ましいが、絶縁体で被覆されていなくてもよい。

上述したように、ホーン３は、ホーン本体３０と、２つの反射板３１、３２と、シールド部３３とから構成されている。図１及び図６に示すように、ホーン３は、ｙ軸方向にわたって断面形状がほぼ一定である。ホーン本体３０、反射板３１、３２及びシールド部３３のｙ軸方向長さは、ほぼ同じ長さで形成されている。ホーン３は、銅やアルミニウムなどの金属材料で形成されている。

図４に示すように、ホーン本体３０は、アンテナ基板２の両面側に上下対称に配置された一対の板部材で構成されている。本実施形態では、ホーン本体３０を構成する一対の板部材は、前方に向かうほど広がるように配置されているが、平行に配置されていてもよい。

２つの反射板３１、３２は、それぞれホーン本体３０の基部に連結されている。２つの反射板３１、３２は、上下方向に並んで配置されており、それぞれｚ軸方向に直交している。

２つの反射板３１、３２の間には、アンテナ基板２が介在しており、反射板３１、３２は、ダイポールアンテナ２１の後方に位置している。ダイポールアンテナ２１と反射板３１、３２の前面とのｚ軸方向の距離Ａ（図４参照）は、ダイポールアンテナ２１から放射される電磁波の波長に応じて設定されている。具体的には、ダイポールアンテナ２１から後方に放射され、反射板３１、３２で反射して前方に向かう電磁波の位相が、ダイポールアンテナ２１から前方に放射された電磁波の位相に一致するように、距離Ａは設定されている。

また、反射板３１の下端部と、アンテナ基板２の上面との間には隙間Ｄが形成されており、反射板３２の上端部は、アンテナ基板２の下面に当接している。反射板３２の上下方向の長さは、アンテナ基板２がホーン本体３０の上下方向中央に位置するように設定されている。

シールド部３３は、２つの反射板３１、３２の間に、反射板３１、３２から後方に突出して形成されている。シールド部３３は、上板（第１板部）３４と、下板（第２板部）３５と、後板（第３板部）３６とから構成されている。

上板３４の前端部は、反射板３１の下端部に連結され、下板３５の前端部は、反射板３２の上端部に連結されている。即ち、上板３４は反射板３１を介してホーン本体３０の基部に連結され、下板３５は反射板３２を介してホーン本体３０の基部に連結されている。上板３４及び下板３５は、ｘ軸に直交しており、アンテナ基板２を介して対向配置されている。

下板３５の上面には、アンテナ基板２が載せられてネジ等で固定されている。詳細には、アンテナ基板２のグランド本体２４ａが形成されている部分が、下板３５に載せられており、アンテナ基板２の前側の略半分は、ホーン本体３０側に突出している。これにより、アンテナ基板２を安定してホーン３に固定することができる。また、下板３５には、給電管４が挿通される貫通孔（図示省略）が形成されている。

上板３４は、アンテナ基板２の給電ライン２３が形成された領域に対向して配置されている。上板３４とアンテナ基板２との間には隙間Ｄが形成されている。この隙間Ｄは、例えば、ダイポールアンテナ２１から放射される電磁波の波長λの１／１０〜１／２であることが好ましく、さらに好ましいのは、波長λの１／１０〜１／３である。

後板３６は、ｚ軸に直交しており、上板３４と下板３５との間の隙間を塞ぐように、上板３４及び下板３５の後方端部に連結されている。

また、図６に示すように、上板３４と後板３６のｙ軸方向の中央部には、切欠部３７が形成されている。切欠部３７のｙ軸方向長さは、例えば、支線２３ｂのｙ軸方向の配置間隔以下であることが好ましい。切欠部３７が設けられていることにより、アンテナ基板２を下板３５にネジ等で固定しやすい。なお、本実施形態では、切欠部３７は、シールド部３３のｙ軸方向中央部に１つだけ形成されているが、切欠部３７の数及び形成位置は、これに限定されるものではない。

給電管４は、給電ライン２３に電力を供給するためのものであって、ホーン３の支持柱を兼ねている。図４に示すように、給電管４は、上下方向に延在しており、下板３５に形成された貫通孔（図示省略）に挿通されて、アンテナ基板２に連結されている。図示は省略するが、給電管４は、中心導体４ａと、中心導体４ａの外周に形成された空気層または誘電体層（図示省略）と、誘電体層の外周に形成された外導体（図示省略）とを備えている。中心導体４ａは、誘電体基板２０を貫通して給電部２３ｃに接続されており、外導体（図示省略）は、グランド本体２４ａに接続されている。

本実施形態では、給電管４を下板３５に貫通させて、アンテナ基板２の下面から、給電ライン２３に電力を供給しているが、後板３６（又は切欠部３７）に給電管を貫通させて、アンテナ基板２の上面から、給電ライン２３に電力を供給してもよい。この場合には、下板３５の貫通孔（図示省略）は不要になる。

次に、アンテナ装置１の作用について説明する。
給電管４及び給電部２３ｃを介して供給された電力は、幹線２３ａを伝播して、８つの支線２３ｂにそれぞれ分岐された後、ダイポールアンテナ２１に給電される。これにより、各ダイポールアンテナ２１が励振され、電磁波が放射される。

なお、これは、給電部２３ｃから給電されて各ダイポールアンテナ２１から電磁波が送信される場合であるが、受信の場合には上記のルートの逆方向を辿る。即ち、各ダイポールアンテナ２１により受信された電力は、給電ライン２３を介して給電部２３ｃに伝送される。

上述したように、通常、ダイポールアンテナは、２つの放射素子の配列方向（本実施形態では、ｙ軸のプラス方向及びマイナス方向）への放射電力がゼロとなり、２つの放射素子の配列方向に直交する方向への放射電力が最大となるように電磁波を放射する。

ダイポールアンテナ２１からアンテナ基板２に交差する方向に放射された電磁波の一部は、ホーン本体３０の内側の面に反射して、前方に向かう。そのため、ｘ軸方向のビーム幅が小さくなり、ダイポールアンテナ２１から放射される電磁波の電力を前方に集中させることができる。

また、反射板３１、３２が、ダイポールアンテナ２１の後方に配置されているため、ダイポールアンテナ２１から後方に放射された電磁波は、反射板３１、３２で反射して、前方に向かう。従って、本来後方に放射される電磁波の電力を、前方に集中させることができる。

さらに、８つのダイポールアンテナ２１は、ｙ軸方向に並列配置されているため、８つのダイポールアンテナ２１からそれぞれ放射される電磁波が合成されて、ｙ軸方向のビーム幅が小さくなる。その結果、ダイポールアンテナ２１から放射される電磁波の電力を前方に集中させることができる。
これらにより、アンテナ装置１から放射される電磁波の方向（主ビーム方向）は、前方（ｚ軸方向）となっている。

このとき、ダイポールアンテナ２１に電力を供給する給電ライン２３は、誘電体基板２０上に形成されているため、この給電ライン２３を流れる電流により生じる電磁波（漏れ電磁波）が、誘電体基板２０に直交する方向（ｘ軸方向）に放射される。なお、漏れ電磁波は、特に、給電ライン２３の分岐点（幹線２３ａと支線２３ｂとの連結点）や、幅の変化している箇所で生じやすい。

誘電体基板２０は、ｚ軸方向に平行に配置されているため、ダイポールアンテナテナ基板２から放射される主ビームの方向（ｚ軸方向）と、給電ライン２３から放射される漏れ電磁波の方向とは直交している。そのため、ダイポールアンテナ２１から放射される電磁波は、漏れ電磁波の影響を受けることがほとんどなく、アンテナ装置１は、ほぼ設計通りの特性の電磁波を放射することができる。

また、上述したように、上板３４と下板３５とは、アンテナ基板２の給電ライン２３が形成された領域を介して対向配置されているため、給電ライン２３から放射された漏れ電磁波を上板３４と下板３５との間に閉じ込めて、漏れ電磁波が外部に漏れるのを抑制することができる。また、給電ライン２３から放射された漏れ電磁波によって、上板３４と下板３５との間には電磁界が形成される。この電磁界による電磁波がホーン本体３０側に漏れる場合があるが、この電磁波は特定の指向性を有しておらず、様々な方向に徐々に漏れ出すため、ダイポールアンテナ２１から前方に放射される電磁波にほとんど影響を及ぼさない。

また、上述したように、上板３４及び下板３５の後端部の間が、後板３６によって塞がれているため、給電ライン２３からの漏れ電磁波が、後方に漏れ出るのを確実に防止することができる。さらに、ダイポールアンテナ２１から後方に放射された電磁波が、上板３４とアンテナ基板２との間に進入した場合に、電磁波がそのまま上板３４とアンテナ基板２との間を通過して、後方に漏れるのを防止することができる。

また、上述したように、シールド部３３には、切欠部３７が形成されている。そのため、切欠部３７から、シールド部３３内の漏れ電磁波が外部に放出してしまうように思えるが、後述するシミュレーションの結果からもわかるように、切欠部３７のｙ軸方向長さが、支線２３ｂの間隔以下程度であれば、漏れ電磁波が切欠部３７から外部に漏れ出ることはほとんどなく、漏れ電磁波が外部に放出されるのを防止することができる。

但し、供給される電力が非常に大きい場合には、特に給電部２３ｃ付近の漏れ電磁波の電力が大きくなるため、切欠部３７から漏れ電磁波が外部に放出される場合がある。これにより、シールド部３３内の給電部２３ｃ付近の電磁界が弱まるため、漏れ電磁波の電磁界によって、ダイポールアンテナ２１から前方に放射される電磁波が乱れるのを防止することができる。

上板３４とアンテナ基板２との間の隙間Ｄが、波長λの１／１０よりも小さ過ぎる場合、上板３４とアンテナ基板２との間の電磁界が強くなり、この電磁界の影響で、ダイポールアンテナ２１に所望の電力を供給できなくなる。そのため、上板３４とアンテナ基板２との間の隙間を、波長λの１／１０以上とすることにより、上板３４とアンテナ基板２との間に生じる電磁界に起因してダイポールアンテナ２１に所望の電力を供給できなくなるのを防止することができる。

また、上板３４とアンテナ基板２との間の隙間Ｄ、即ち、反射板３１の下端部とアンテナ基板２との間の隙間Ｄが、波長λの１／２よりも大き過ぎる場合、反射板３１で反射される電磁波が、反射板３２で反射される電磁波に比べてかなり少なくなってしまう。その結果、前方に放射される電磁波の指向性の、上下方向の対称性が崩れてしまう。そのため、反射板３１とアンテナ基板２との間の隙間Ｄを、波長λの１／２以下にすることにより、前方に放射される電磁波の指向性の上下方向の非対称性の程度を、許容できる範囲に抑えることができる。

また、上板３４とアンテナ基板２との間の隙間Ｄが、波長λの１／３よりも大きい場合、ダイポールアンテナ２１から後方に放射された電磁波が、上板３４とアンテナ基板２との間に進入しやすくなる。上板３４とアンテナ基板２との間に進入した電磁波は、後板３６で反射して前方に向かう。

この場合、ダイポールアンテナ２１と後板３６の前面とのｚ軸方向の距離Ｂ（図４参照）によっては、後板３６で反射した電磁波が、ダイポールアンテナ２１から前方に放射される電磁波の特性に悪影響を与える場合があるため、距離Ｂは波長λに応じて設定することが望ましい。具体的には、ダイポールアンテナ２１から後方に放射され、上板３４とアンテナ基板２との間を通過して、後板３６で反射して前方に向かう電磁波の位相が、ダイポールアンテナ２１から前方に放射された電磁波の位相に一致するように、距離Ｂを設定すればよい。

一方、上板３４とアンテナ基板２との間の隙間Ｄを、電磁波の波長λの１／３以下にした場合、ダイポールアンテナ２１から後方に放射された電磁波が、上板３４とアンテナ基板２との間に進入しにくくなるため、距離Ｂを波長λに関わらず設定することができる。従って、電磁波の波長λを変える場合であっても、同じホーン３を用いることができる。

また、特に、供給される電力がかなり大きく、且つ、隙間Ｄが小さい場合、給電ライン２３が絶縁体で被覆されていないと、給電ライン２３と上板３４又は反射板３１の下端部との間での電圧差が大きくなり、これらの間で放電が生じて、ダイポールアンテナに給電できなくなる場合がある。このような放電が生じる可能性がある場合には、給電ライン２３を絶縁体で被覆することが好ましい。これにより、給電ライン２３と上板３４等との間で放電が生じるのを抑制できる。

また、アンテナから放射される電磁波の電界成分の方向はこのアンテナを流れる電流の流れる方向に一致する。ダイポールアンテナ２１を流れる電流の方向は主にｙ軸方向であるため、ダイポールアンテナ２１から放射される電磁波は、電界成分の方向が地表面に平行な、所謂水平偏波が主となる。なお、電界成分の方向が地表面に直交する方向（ｘ軸方向）である電磁波を垂直偏波という。通常、船舶用レーダーでは水平偏波が用いられる。電力の伝送効率を高めるには、アンテナから放射される主偏波の電力に対する、交差偏波（主偏波に直交する偏波）の電力の割合（交差偏波比）を抑えることが好ましい。

ここで、上述した特許文献１に記載されているようなパッチアンテナ装置では、本実施形態と同様に、地表面に平行な所定の方向（図１中のｚ軸方向に相当）に電磁波を放射させる場合、誘電体基板は、地表面に対して垂直に配置される。パッチは構造が方形であるため、電磁波を放射させる場合に電流が水平、垂直、斜め方向に流れる。そのため、パッチから放射される電磁波は水平方向が主成分であるが、垂直や斜め方向の成分も存在し、パッチから放射される電磁波の交差偏波比が悪くなってしまう。一方、本実施形態では、ダイポールアンテナ２１はライン状の放射素子で形成されている。そのため、電磁波放射時に垂直や斜め方向の不要な成分が発生しにくく、交差偏波比を抑えることができる。

また、以上説明したアンテナ装置１では、ダイポールアンテナ２１及び配線２２（給電ライン２３とグランド２４）が、誘電体基板２０にプリントにより形成されているため、ダイポールアンテナ２１と配線２２を１つの工程で形成することができ、ダイポールアンテナ２１又は配線２２が棒状の導体で構成される場合に比べて、製造が容易になるとともに、製造コストを低減できる。さらに、１つのアンテナ基板２にダイポールアンテナ２１と配線２２の両方が配置されていることにより、取り扱い性が向上し、ホーン３への取付けが容易になる。

なお、本実施形態では、シールド部３３のｙ軸方向の両端は開口しているが、金属製の板部材によって閉じられていてもよい。これにより、給電ライン２３から放射された漏れ電磁波が、外部に漏れるのをより確実に防止できる。さらに、ホーン本体３０のｙ軸方向の両端も、金属製の板部材によって閉じられていてもよい。これにより、ダイポールアンテナ２１から放射された電磁波が前方以外の方向に外部に放出されるのを抑制できる。

また、本実施形態では、アンテナ基板２は下板３５に載せられてホーン３に固定されているが、アンテナ基板２を固定するための構成は、これに限定されない。例えば、アンテナ基板２の後端部を後板３６に固定してもよい。この場合、下板３５とアンテナ基板２との間に隙間を空けてもよい。さらに、反射板３１、３２の上下方向長さを同じにして、且つ、シールド部３３の上下方向の中央部にアンテナ基板２を配置してもよい。これにより、ダイポールアンテナ２１から後方に放射され、反射板３１で反射される電磁波と、反射板３２で反射される電磁波がほぼ同じになるため、前方に放射される電磁波の指向性が、上下方向に関してほぼ対称となる。

次に、本発明の第２実施形態について説明する。但し、前記第１実施形態と同様の構成を有するものについては、同じ符号を用いて適宜その説明を省略する。

本実施形態のアンテナ装置１０１は、シールド部の構成が第１実施形態と異なるが、他の構成は第１実施形態と同様である。図７に示すように、本実施形態のシールド部１３３は、上板１３４と、下板１３５と、２つの側板１３８、１３９とから構成される。側板１３８は、上板１３４と下板１３５のｙ軸のプラス側端部同士を連結している。側板１３９と、上板１３４及び下板１３５のｙ軸のマイナス側端部同士を連結している。

上板１３４とアンテナ基板２との間の隙間Ｄは、例えば、電磁波の波長λの１／１０〜１／３が好ましい。また、上板１３４のｚ軸方向の長さは、少なくとも上板３４が誘電体基板２０の給電ライン２３が形成されている領域に対向配置されるような長さであれば、特に限定されるものではない。

この構成のアンテナ装置１０１によると、前記第１実施形態と同様に、給電ライン２３から放射された漏れ電磁波を上板１３４と下板１３５との間に閉じ込めて、漏れ電磁波が外部に漏れるのを抑制することができる。

また、上板１３４とアンテナ基板２との間の隙間Ｄを電磁波の波長λの１／３以下にすることにより、ダイポールアンテナ２１から後方に放射された電磁波が上板１３４とアンテナ基板２との間に進入しにくくなるため、シールド部１３３の後端から電磁波が外部に放出されるのを抑制することができる。

前記第１実施形態のように後板３６を設ける場合、誘電体基板２０のｚ軸方向長さは、ダイポールアンテナ２１から後板３６までの距離Ｂ以下に設定する必要がある。一方、本実施形態では、後板を設けないため、誘電体基板２０のｚ軸方向の長さは制限を受けない。

なお、本実施形態では、２つの側板１３８、１３９によって、上板１３４と下板１３５とを連結しているが、後板３６を設けずに上板１３４と下板１３５とを連結する構成は、これに限定されるものではない。例えば、多数のスリットが形成された板部材によって、上板１３４と下板１３５の後端部を連結してもよい。また、例えば、上板１３４と下板１３５の後端部の間に、ｙ軸方向に並んだ複数の支柱を配置して、上板１３４と下板１３５を連結してもよい。このように、上板１３４と下板１３５の後端部に連結用の部材を設ける場合、この連結用の部材とダイポールアンテナとのｚ軸方向の距離は、できるだけ長くすることが好ましい。誘電体基板２０のｚ軸方向長さを設定しやすくなるからである。

以上、本発明の好適な実施形態として、第１実施形態及び第２実施形態を説明したが、上記の実施形態は以下のように変更して実施することができる。

１］前記第１実施形態及び前記第２実施形態では、ダイポールアンテナ２１を構成する２つの放射素子２１ａ、２１ｂは、誘電体基板２０の上面と下面にそれぞれ形成されているが、同一面上に形成されていてもよい。

２］前記第１実施形態及び前記第２実施形態では、給電ライン２３は、誘電体基板２０上に形成されているが、給電ライン２３は誘電体基板２０内に形成されていてもよい。具体的には、誘電体基板２０が多層構造であり、層間に給電ライン２３が形成されていてもよい。

３］前記第１実施形態及び前記第２実施形態では、配線２２として、マイクロストリップ線路が用いられているが、配線２２の種類は、これに限定されるものではない。例えば、配線として、グランドと給電ラインとが誘電体基板の同一面上に形成されるコプレーナ線路を用いてもよい。なお、このようなマイクロストリップ線路以外の伝送線路を配線２２に用いた場合であっても、給電ラインからは、誘電体基板２０に直交する方向に漏れ電磁波が放射される。

４］ホーン３は、シールド部３３（１３３）を備えていなくてもよい。但し、この場合、アンテナ基板２をホーン３の奥部に固定するための固定部（下板３５に相当）が必要となる。シールド部３３（１３３）を設けない場合、給電ライン２３から放射される漏れ電磁波は、外部に放出するものの、ダイポールアンテナ２１から前方に放射される電磁波は、漏れ電磁波の影響を受けにくいという効果は得ることができる。

５］前記第１実施形態及び前記第２実施形態では、給電管４がホーン３の支持柱を兼ねているが、ホーン３を直接固定台などに取り付けてもよい。

また、前記第１実施形態の構成において、上板３４とアンテナ基板２の間の隙間Ｄの大きさを変化させて、シミュレーションを行った。

図８及び図９は、それぞれ、隙間Ｄが波長λの１／４、１／２の場合の放射特性を示す。また、図１０〜図１２は、それぞれ、隙間Ｄが波長λの１／１０、１／１６、１／３２の場合の放射特性を示す。

図８〜図１２において、（ａ）はｙｚ平面の指向性を示し、（ｂ）はｘｚ平面の指向性を示している。また、（ａ）、（ｂ）において、黒色の線は、水平偏波（主偏波）成分の指向性を示し、灰色の線は、垂直偏波（交差偏波）成分の指向性を示している。また、（ａ）、（ｂ）では、ダイポールアンテナ２１を基準の位置としてｚ軸のプラス方向を０°としており、（ａ）の９０°は、ｙ軸のプラス方向を示し、（ｂ）の９０°は、ｘ軸のプラス方向を示している。また、半径方向の軸は最大値を基準とした相対利得（単位：ｄＢ）を示している。なお、後述する図１３〜図１６も同様である。

シミュレーションの条件としては、ダイポールアンテナ２１の数を２０個とし、全てｙ軸方向に並列配置した。誘電体基板２０は、誘電率を２．６、板厚を０．７４ｍｍ、ｙ軸方向長さを４３０ｍｍとした。また、ホーン３は、ｘ軸方向長さを８６．０６ｍｍ、ｚ軸方向長さを８１．６８ｍｍ、ｙ軸方向長さを４３０ｍｍとし、ホーン本体３０の開き角度は、垂直ビーム幅が２５°程度となる角度に設定した。ダイポールアンテナ２１と後板３６の前面とのｚ軸方向の距離Ｂは、２７ｍｍとした。また、切欠部３７は設けないものとした。

図８及び図９に示すように、隙間Ｄがλ／２、λ／４の場合とも、後方への放射が少なく、放射される電力の大部分が前方に集中している。但し、図９に示す隙間Ｄがλ／２の場合、ｘｚ平面の指向性の対称性が若干崩れている。これは、隙間Ｄが大きいほど、反射波３１で反射された電磁波が、反射板３２で反射される電磁波に比べて少なくなるためと考えられる。従って、前記第１実施形態の構成の場合、隙間Ｄはλ／２以下が好ましい。

図１０に示すように、隙間Ｄがλ／１０の場合の指向性は、λ／４の場合の指向性（図８参照）とほとんど同じである。また、図１１に示すように、隙間Ｄがλ／１６の場合、ｙｚ平面の指向性において−９０°〜＋９０°の範囲でサイドローブ（主ビーム方向と異なる方向に発生する不要な放射）が増加している。これは、隙間Ｄが小さ過ぎるために、上板３４と下板３５との間の電磁界が強くなり、ダイポールアンテナ２１に所望の電力を供給できなくなったためと考えられる。従って、前記第１実施形態の構成の場合、隙間Ｄはλ／１０以上が好ましい。

また、シールド部３３に後板３６が設けられていない場合（前記第２実施形態の構成）について、隙間Ｄの大きさを変化させて、シミュレーションを行った。

図１３及び図１４は、それぞれ、隙間Ｄが波長λの１／４、１／２の場合の放射特性を示す。なお、シミュレーションの条件は、後板３６が設けられていない点以外は、上記したシミュレーション条件と同様とした。

図８及び図１３の結果から、隙間Ｄがλ／４の場合、後板３６を設けても設けなくても、指向性がほとんど変化しないことがわかった。詳細には、後板３６を設けない場合、後方への交差偏波（ｘｚ平面、ｙｚ平面とも）が若干増大するものの、主偏波はほとんど変化しない。

また、図９及び図１４の結果から、隙間Ｄがλ／２の場合、後板３６が設けられていないと、後方に放射される電磁波が増大することがわかった。

以上の結果より、隙間Ｄが大きい場合には、ダイポールアンテナ２１から後方に放射された電磁波が、シールド部内に進入しやすくなるため、後板３６を設けていないと、シールド部の後端から後方に放出してしまうことがわかった。
逆に、隙間Ｄが小さい場合は、ダイポールアンテナ２１から放射された電磁波はほとんどシールド部内に進入しないため、たとえ後板３６を備えていなくても、シールド部の後端から外部に放出しにくくなることがわかった。

なお、シミュレーション結果は省略するが、隙間Ｄがλ／３の場合も、後板３６を設けても設けなくても、指向性にほとんど変化はなかった。従って、後板３６を設けない場合、後方へ電磁波が放出されるのを防止するには、隙間Ｄは、λ／３以下にすることが好ましい。

また、シールド部３３に切欠部３７を設けた場合について、シミュレーションを行った。さらに、上板３４を設けない場合についてもシミュレーションを行った。

図１５は、切欠部３７を設けた場合の放射特性を示す。切欠部３７の数は３つとし、３つの切欠部３７の位置は、シールド部３３のｙ軸方向の端部から全長の１／４、２／４、３／４の位置とした。切欠部３７のｙ軸方向長さは、２０ｍｍとした。なお、この切欠部３７の長さは、支線２３ｂの間隔である２１．６７ｍｍより短い。図１６は、上板３４を設けず、後板３６を設けた場合の放射特性を示す。なお、シミュレーションの条件は、隙間Ｄをλ／４とし、それ以外は上記したシミュレーション条件と同様とした。

図８及び図１６の結果から、上板３４を設けない場合、ｘｚ平面の指向性において、後ろ斜め上方（約１００〜１８０°の範囲）に放射される電磁波が増大することがわかった。

また、図８及び図１５の結果から、切欠部３７を設けても設けなくても、指向性はほとんど変化しないことがわかった。

以上の結果より、上板３４は、シールド部３３内の電磁波が外部へ放出するのを防止するには必要であるが、上板３４に切欠部３７程度の隙間が生じていても、そこからシールド部３３内の電磁波が外部に漏れ出ることはほとんどないことがわかった。

なお、シミュレーション結果は省略するが、切欠部３７の数を１つとした場合、及び、２つとした場合にも、切欠部３７を設けない場合と指向性がほぼ同じとなった。

本発明の第１実施形態に係るアンテナ装置の斜視図である。 アンテナ基板の斜視図である。 （ａ）はアンテナ基板の平面図であり、（ｂ）はアンテナ基板の底面図である。 図３のIV−IV線断面図である。 図４の部分拡大図である。 アンテナ装置の斜視図である。 本発明の第２実施形態に係るアンテナ装置の斜視図である。 本発明のアンテナ装置の指向性を示すグラフである。 本発明のアンテナ装置の指向性を示すグラフである。 本発明のアンテナ装置の指向性を示すグラフである。 本発明のアンテナ装置の指向性を示すグラフである。 本発明のアンテナ装置の指向性を示すグラフである。 本発明のアンテナ装置の指向性を示すグラフである。 本発明のアンテナ装置の指向性を示すグラフである。 本発明のアンテナ装置の指向性を示すグラフである。 本発明のアンテナ装置の指向性を示すグラフである。

符号の説明

１、１０１ アンテナ装置
２ アンテナ基板（アンテナ部）
３、１０３ ホーン
４ 給電管
２０ 誘電体基板
２１ ダイポールアンテナ
２１ａ、２１ｂ 放射素子
２２ 配線
２３ 給電ライン
２３ａ 幹線
２３ｂ 支線
２４ グランド
２４ａ グランド本体
２４ｂ 接続線
３０ ホーン本体
３１、３２ 反射板
３３、１３３ シールド部
３４、１３４ 上板（第１板部）
３５、１３５ 下板（第２板部）
３６ 後板（第３板部）
３７ 切欠部
１３８、１３９ 側板

Claims (7)

1. 開口を有するホーンと、このホーンの奥部に配置され、前記ホーンの開口方向に電磁波を放射するアンテナ部とを有するアンテナ装置であって、
   前記アンテナ部が、
   基板と、
   前記基板上に形成された一対の放射素子からなるダイポールアンテナと、
   前記ダイポールアンテナに給電する給電ラインと、
   を備えることを特徴とするアンテナ装置。
2. 前記基板が、前記開口方向と平行に配置されており、
   前記給電ラインが、前記基板に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
3. 前記ホーンが、
   前記開口を形成するホーン本体と、
   前記基板の前記給電ラインが形成された領域に対向して配置される金属製の第１板部と、
   前記第１板部に前記基板を介して対向配置される金属製の第２板部とを備え、
   前記第１板部と前記第２板部とが前記ホーン本体の基部に連結されていることを特徴とする請求項２に記載のアンテナ装置。
4. 前記基板が、前記第２板部に載設されることを特徴とする請求項３に記載のアンテナ装置。
5. 前記ホーンが、
   前記第１板部と前記第２板部との間の隙間を塞ぐように、前記第１板部及び前記第２板部の前記開口方向とは反対側の端部に連結される金属製の第３板部を備えることを特徴とする請求項３又は４に記載のアンテナ装置。
6. 前記第１板部と前記基板との間の隙間が、前記ダイポールアンテナから放射される電磁波の波長の１／１０以上であることを特徴とする請求項３〜５の何れかに記載のアンテナ装置。
7. 前記給電ラインの少なくとも一部が、絶縁体で被覆されることを特徴とする請求項１〜６の何れかに記載のアンテナ装置。