JP2016019224A - アンテナ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】２つの偏波方向に対する大きな電気的特性の損失を招くことなく、非励振素子を接地することができる直交偏波共用のアンテナ装置を得ることを目的とする。【解決手段】給電プローブ４ａ，４ｂが互いに直交するように挿入され、線状導体６ａ，６ｂの伸長方向が給電プローブ４ａ，４ｂから導波管１に給電される電波の給電方向と斜めになるように、線状導体６ａ，６ｂが配置されている。【選択図】図１

Description

この発明は、直交する２つの偏波で使用可能なアンテナ装置に関するものである。

近年、情報通信の高度化に伴ってアンテナの高機能化の要求が高まっており、広い周波数範囲に亘って良好に動作する広帯域性能を有するアンテナと、直交する２つの偏波で使用可能な直交偏波共用のアンテナが求められている。
例えば、以下の特許文献１，２には、広帯域で良好な特性を有する直交偏波共用アンテナ、あるいは、直交偏波共用の導波管結合器として、導波管又はキャビティの内部に非励振素子と呼ばれる金属平板が配置されているものが開示されている。

この非励振素子を備えているアンテナ装置を宇宙空間等で使用する場合には、浮遊導体である非励振素子に電荷が蓄積され、この蓄積された電荷が導電性の導波管壁に向かって放電されると、このアンテナ装置あるいはアンテナ装置に接続されている電子機器が損傷する可能性がある。これを防ぐため、浮遊導体である非励振素子を導波管に接地する必要がある。
以下の特許文献３には、アンテナ装置が備えている非励振素子を接地する方法として、非励振素子の外周部から導体を伸長し、その伸長した導体の先端で地導体に接地する方法が開示されている。

図１９は特許文献３に開示されているアンテナ装置を示す斜視図である。
以下、このアンテナ装置の概要を説明する。
誘電体基板１０４は背面に地導体板１０５を有しており、誘電体基板１０４は地導体板１０５を介して導体平板１０６上に設置されている。
励振素子１０２は誘電体基板１０４上に形成されており、非励振素子１０１は励振素子１０２の上方に対向して配置されている。また、励振素子１０２はＸ方向に平行な給電線路１０３によって給電されている。

給電線路１０３が励振素子１０２と接続される点と、励振素子１０２の中心点とを結ぶ直線がＸ方向に平行となっている場合、このアンテナ装置によって放射又は受信される電波の主偏波成分はＸ方向の偏波になる。
線状導体１０７は非励振素子１０１の外縁部から、その伸長方向がアンテナ装置の主偏波方向であるＸ方向と直交する方向（Ｙ方向）に伸長され、接地点１０８で導体平板１０６に接地されている。
このように、線状導体１０７の伸長方向が主偏波方向と直交するため、線状導体１０７は、主偏波成分の電波に対してほとんど妨害を与えることがない。このため、アンテナ装置の電気的な特性を損なうことなく、非励振素子１０１の接地が可能になる。

特開平２−２２３２０１号公報 特開平６−６９７２１号公報 特開２００４−３２８０６７号公報（図６）

従来のアンテナ装置は以上のように構成されているので、線状導体１０７が主偏波方向であるＸ方向と直交する方向（Ｙ方向）に伸長されている。このため、線状導体１０７が、主偏波成分の電波に対してほとんど妨害を与えることがないが、Ｘ方向に平行な給電線路１０３の他に、Ｙ方向に平行な給電線路が設けられる直交偏波共用のアンテナに適用すると、線状導体１０７の伸長方向がＹ方向の偏波方向と平行になる。その結果、線状導体１０７の伸長方向と平行な偏波の電波に対して、線状導体１０７が妨害するように作用するため、線状導体１０７の伸長方向と平行な方向に対するアンテナ装置の電気的特性が大きく損なわれてしまうという課題があった。

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、２つの偏波方向に対する大きな電気的特性の損失を招くことなく、非励振素子を接地することができる直交偏波共用のアンテナ装置を得ることを目的とする。

この発明に係るアンテナ装置は、一端が短絡されて、他端が開放されている導波管と、導波管の管軸に対して垂直に挿入されている複数の給電プローブと、導波管の内部に配置されている導体平板と、導波管と導体平板の間を結ぶ線状導体とを備え、複数の給電プローブが互いに直交するように挿入され、線状導体の伸長方向が給電プローブから導波管に給電される電波の給電方向と斜めになるように、線状導体が配置されているようにしたものである。

この発明によれば、複数の給電プローブが互いに直交するように挿入され、線状導体の伸長方向が給電プローブから導波管に給電される電波の給電方向と斜めになるように、線状導体が配置されている構成であるので、２つの偏波方向に対する大きな電気的特性の損失を招くことなく、非励振素子である導体平板を導波管に接地することができる効果がある。

この発明の実施の形態１によるアンテナ装置を示す構成図である。 給電プローブ４ａ，４ｂから電波が給電された場合の導波管１の内部を伝搬する電波の電界分布と線状導体６ａ，６ｂの電流分布を示す説明図である。 この発明の実施の形態１による他のアンテナ装置を示す構成図である。 この発明の実施の形態１による他のアンテナ装置を示す構成図である。 この発明の実施の形態２によるアンテナ装置を示す構成図である。 給電プローブ４ａ，４ｂから電波が給電された場合の導波管１の内部を伝搬する電波の電界分布と線状導体６ａ，６ｂの電流分布を示す説明図である。 この発明の実施の形態２による他のアンテナ装置を示す構成図である。 この発明の実施の形態２による他のアンテナ装置を示す構成図である。 この発明の実施の形態３によるアンテナ装置を示す構成図である。 給電プローブ４ａ〜４ｄから電波が給電された場合の導波管１の内部を伝搬する電波の電界分布と線状導体６ａ〜６ｄの電流分布を示す説明図である。 この発明の実施の形態４によるアンテナ装置を示す斜視図である。 この発明の実施の形態４によるアンテナ装置を示す構成図である。 この発明の実施の形態４による他のアンテナ装置を示す構成図である。 この発明の実施の形態４による他のアンテナ装置を示す構成図である。 この発明の実施の形態５によるアンテナ装置を示す斜視図である。 この発明の実施の形態５によるアンテナ装置を示す構成図である。 この発明の実施の形態５による他のアンテナ装置を示す構成図である。 この発明の実施の形態５による他のアンテナ装置を示す構成図である。 特許文献３に開示されているアンテナ装置を示す斜視図である。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１によるアンテナ装置を示す構成図である。
特に図１（ａ）はアンテナ開口より見た上面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ断面図、図１（ｃ）は図１（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。
図１において、導波管１は断面形状が正方形（矩形）の方形導波管であり、一端が板状の導体からなる短絡導体壁２によって塞がれて電気的に短絡されており、他端が開放されている。
導波管１の管壁には、給電プローブ４ａを管軸に対して垂直に挿入するための給電プローブ挿入孔３ａと、給電プローブ４ｂを管軸に対して垂直に挿入するための給電プローブ挿入孔３ｂとが施されている。

給電プローブ４ａは導波管１の管壁に施されている給電プローブ挿入孔３ａに挿入されている。
給電プローブ４ｂは導波管１の管壁に施されている給電プローブ挿入孔３ｂに挿入されている。これにより、給電プローブ４ａと給電プローブ４ｂは互いに直交するように挿入されている。
例えば、同軸線路の中心導体を給電プローブ４ａ，４ｂとして用いることができるので、その同軸線路を給電プローブ挿入孔３ａ，３ｂに挿入するようにしてもよい。

導体平板５は断面形状が正方形（矩形）の導体であり、導体平板５の中心が導波管１の管軸上に位置している。即ち、導体平板５は、導体平板５の各辺が導波管１の各管壁と平行になるように、導波管１の内部において、導波管１の管軸に対して垂直に配置されている。
図１の例では、導体平板５が給電プローブ４ａ，４ｂよりも導波管１の開口側（図１（ｂ）（ｃ）において、上側）に配置されているが、給電プローブ４ａ，４ｂよりも短絡導体壁２側（下側）に配置されていてもよい。
また、導体平板５が導波管１の開口部（導波管１の上端の位置）、あるいは、その開口部より若干上側に配置されていてもよい。

線状導体６ａ，６ｂは導波管１と導体平板５の間を結ぶ線状の導体であり、線状導体６ａ，６ｂの伸長方向が給電プローブ４ａ，４ｂから導波管１に給電される電波の給電方向と斜めになるように、線状導体６ａ，６ｂが配置されている。
即ち、線状導体６ａは一端が導体平板５の角（図１（ａ）の例では、右上の角）と接続され、他端が導波管１の隅（図１（ａ）の例では、右上の隅）と接続されている。
また、線状導体６ｂは一端が導体平板５の角（図１（ａ）の例では、右下の角）と接続され、他端が導波管１の隅（図１（ａ）の例では、右下の隅）と接続されている。

次に動作について説明する。
図２は給電プローブ４ａ，４ｂから電波が給電された場合の導波管１の内部を伝搬する電波の電界分布と線状導体６ａ，６ｂの電流分布を示す説明図である。
特に図２（ａ）は給電プローブ４ａから電波が給電された場合を示し、図２（ｂ）は給電プローブ４ｂから電波が給電された場合を示している。

給電プローブ４ａから電波が給電された場合、図２（ａ）に示すように、電波は導波管１の内部を伝わり、導波管１の開口部から放射される。
導波管１の内部での電界分布は、主として、いわゆる導波管１のＴＥ０１モードになり、Ｙ方向に平行な電界成分を主に有する。即ち、給電プローブ４ａから電波が給電されることで、Ｙ方向に平行な偏波が空間に放射されることになる。
このとき、導体平板５は、導波管１の内部の電界を遮るように配置されているので、給電プローブ４ａの入力インピーダンスに対して並列の容量性及び誘導性の成分が付加される。その結果、いわゆる共振回路として動作し、広帯域に亘るインピーダンスの整合が実現される。

また、線状導体６ａ，６ｂは、導波管１の内部の電界を遮ることになるが、Ｙ方向の電界に対して斜めに遮るため、電界方向に対して平行に遮る場合と比べて、電気的特性に対する影響度が格段に小さくなる。
なお、導波管１の内部での電界は、中央部において大きな振幅をもち、Ｙ方向に平行な管壁（図２中、上側及び下側の管壁）に近づくにつれて小さな振幅となる。したがって、Ｙ方向に平行な管壁に近接する部分での線状導体６ａ，６ｂによる電気的特性への影響は更に小さくなる。

一方、給電プローブ４ｂから電波が給電された場合、図２（ｂ）に示すように、電波は導波管１の内部を伝わり、導波管１の開口部から放射されるが、導波管１の内部での電界分布は、Ｘ方向に平行な電界成分を主に有する。即ち、給電プローブ４ｂから電波が給電されることで、Ｘ方向に平行な偏波が空間に放射されることになる。
このとき、導体平板５は、給電プローブ４ａから電波が給電される場合と同様に、導波管１の内部の電界を遮るように配置されているので、給電プローブ４ｂの入力インピーダンスに対して並列の容量性及び誘導性の成分が付加される。その結果、いわゆる共振回路として動作し、広帯域に亘るインピーダンスの整合が実現される。

また、線状導体６ａ，６ｂは、導波管１の内部の電界を遮ることになるが、Ｘ方向の電界に対して斜めに遮るため、電界方向に対して平行に遮る場合と比べて、電気的特性に対する影響度が格段に小さくなる。
なお、導波管１の内部での電界は、中央部において大きな振幅をもち、Ｘ方向に平行な管壁（図２中、右側及び左側の管壁）に近づくにつれて小さな振幅となる。したがって、Ｘ方向に平行な管壁に近接する部分での線状導体６ａ，６ｂによる電気的特性への影響は更に小さくなる。

このように、線状導体６ａ，６ｂは、給電プローブ４ａ，４ｂから給電される電波の両方に対して妨げになるが、電界方向に対して平行に遮る場合と比べて、電気的特性に対する影響度が格段に小さいため、両方の偏波方向に対するアンテナ装置の電気的特性を大きく損なうことがない。
因みに、給電プローブ４ａ，４ｂから給電される電波を斜めに遮る場合、電気的特性に対する影響度は小さいが、平行に近づくと急激に電気的特性に対する影響度が大きくなる。

給電プローブ４ａから電波が給電された場合、導波管１の内部の電界を妨げることで、図２（ａ）に示すように、線状導体６ａ，６ｂには、Ｙ方向に対して斜め方向の電流が流れる。
このとき、線状導体６ａ，６ｂは、給電プローブ４ａを挟んで互いに反対側に位置しているため、線状導体６ａを流れる電流のＸ方向成分と、線状導体６ｂを流れる電流のＸ方向成分とは、振幅がほぼ同一で互いに逆方向になる。
そのため、線状導体６ａ，６ｂを流れる電流によって発生して空間に放射される電波のうち、交差偏波成分にあたるＸ方向偏波の電波は互いに打ち消されることになり、交差偏波成分の発生が抑えられる。

一方、給電プローブ４ｂから電波が給電された場合、導波管１の内部の電界を妨げることで、図２（ｂ）に示すように、線状導体６ａ，６ｂには、Ｘ方向に対して斜め方向の電流が流れる。
この場合、線状導体６ａを流れる電流のＹ方向成分と、線状導体６ｂを流れる電流のＹ方向成分とは、振幅がほぼ同一で互いに逆方向になる。
そのため、線状導体６ａ，６ｂを流れる電流によって発生して空間に放射される電波のうち、交差偏波成分にあたるＹ方向偏波の電波は互いに打ち消されることになり、交差偏波成分の発生が抑えられる。
このように、線状導体６ａ，６ｂは、給電プローブ４ａ，４ｂから給電される電波の主偏波成分に直交する交差偏波成分を発生させるが、それらの交差偏波成分は互いに打ち消されるため、アンテナ正面方向には大きな交差偏波が生じない。

以上で明らかなように、この実施の形態１によれば、給電プローブ４ａ，４ｂが互いに直交するように挿入され、線状導体６ａ，６ｂの伸長方向が給電プローブ４ａ，４ｂから導波管１に給電される電波の給電方向と斜めになるように、線状導体６ａ，６ｂが配置されている構成であるので、２つの偏波方向に対する大きな電気的特性の損失を招くことなく、非励振素子である導体平板５を導波管１に接地することができる効果を奏する。

この実施の形態１では、図１（ａ）において、線状導体６ａが導体平板５の右上の角と導波管１の右上の隅との間を接続し、線状導体６ｂが導体平板５の右下の角と導波管１の右下の隅との間を接続しているものを示したが、図３に示すように、線状導体６ａ，６ｂが、導体平板５の他の角と導波管１の他の隅との間を接続するようにしてもよい。
図３（ａ）の例では、線状導体６ａが導体平板５の左下の角と導波管１の左下の隅との間を接続し、線状導体６ｂが導体平板５の右下の角と導波管１の右下の隅との間を接続している。
図３（ｂ）の例では、線状導体６ａが導体平板５の左下の角と導波管１の左下の隅との間を接続し、線状導体６ｂが導体平板５の左上の角と導波管１の左上の隅との間を接続している。
図３（ｃ）の例では、線状導体６ａが導体平板５の右上の角と導波管１の右上の隅との間を接続し、線状導体６ｂが導体平板５の左上の角と導波管１の左上の隅との間を接続している。

この実施の形態１では、導体平板５における４個の角のうち、隣り合っている２個の角（導体平板５における１つの辺の両端）に対して、２本の線状導体６ａ，６ｂの一端をそれぞれ接続することで、交差偏波の発生を抑えているものを示したが、発生する交差偏波の大きさを所定の大きさに抑えるなどの要求がないような場合には、図４に示すように、１本の線状導体６ａが導体平板５の角と導波管１の隅との間を接続するようにしてもよい。この場合も、２つの偏波方向に対する大きな電気的特性の損失を招くことなく、非励振素子である導体平板５を導波管１に接地することができる。

この実施の形態１では、導波管１及び導体平板５の断面形状が正方形である例を示したが、導波管１及び導体平板５の断面形状が長方形であってもよい。

実施の形態２．
図５はこの発明の実施の形態２によるアンテナ装置を示す構成図である。
特に図５（ａ）はアンテナ開口より見た上面図、図５（ｂ）は図５（ａ）のＡ−Ａ断面図、図５（ｃ）は図５（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。
この実施の形態２では、導波管１及び導体平板５の断面形状が円形である点で、上記実施の形態１と相違している。

断面形状が円形の導波管１の管壁には、給電プローブ４ａを管軸に対して垂直に挿入するための給電プローブ挿入孔３ａと、給電プローブ４ｂを管軸に対して垂直に挿入するための給電プローブ挿入孔３ｂとが施されており、給電プローブ挿入孔３ａと給電プローブ挿入孔３ｂは互いに直交している。したがって、給電プローブ４ａと給電プローブ４ｂは互いに直交するように挿入されている。
また、線状導体６ａ，６ｂの伸長方向と給電プローブ４ａ，４ｂから導波管１に給電される電波の給電方向とのなす角が４５度（あるいは、１３５度、２２５度、３１５度）になるように、線状導体６ａ，６ｂが配置されている。

次に動作について説明する。
図６は給電プローブ４ａ，４ｂから電波が給電された場合の導波管１の内部を伝搬する電波の電界分布と線状導体６ａ，６ｂの電流分布を示す説明図である。
特に図６（ａ）は給電プローブ４ａから電波が給電された場合を示し、図６（ｂ）は給電プローブ４ｂから電波が給電された場合を示している。

給電プローブ４ａから電波が給電された場合、図６（ａ）に示すように、電波は導波管１の内部を伝わり、導波管１の開口部から放射される。
導波管１の内部での電界分布は、主として、いわゆる円形導波管のＴＥ１１モードになり、導波管１の中心付近ではＹ方向に平行な電界成分を主に有する。即ち、給電プローブ４ａから電波が給電されることで、Ｙ方向に概ね平行な偏波が空間に放射されることになる。
このとき、導体平板５は、導波管１の内部の電界を遮るように配置されているので、給電プローブ４ａの入力インピーダンスに対して並列の容量性及び誘導性の成分が付加される。その結果、いわゆる共振回路として動作し、広帯域に亘るインピーダンスの整合が実現される。

また、線状導体６ａ，６ｂは、導波管１の内部の電界を遮ることになるが、Ｙ方向の電界に対して斜めに遮るため、電界方向に対して平行に遮る場合と比べて、電気的特性に対する影響度が格段に小さくなる。
導波管１の内部での電界は、中央部において大きな振幅をもち、中央部から離れた位置では小さな振幅となる。したがって、中央部から離れた部分での線状導体６ａ，６ｂによる電気的特性への影響は更に小さくなる。

一方、給電プローブ４ｂから電波が給電された場合、図６（ｂ）に示すように、電波は導波管１の内部を伝わり、導波管１の開口部から放射されるが、導波管１の内部での電界分布は、導波管１の中心付近ではＸ方向に平行な電界成分を主に有する。即ち、給電プローブ４ｂから電波が給電されることで、Ｘ方向に概ね平行な偏波が空間に放射されることになる。
このとき、導体平板５は、給電プローブ４ａから電波が給電される場合と同様に、導波管１の内部の電界を遮るように配置されているので、給電プローブ４ｂの入力インピーダンスに対して並列の容量性及び誘導性の成分が付加される。その結果、いわゆる共振回路として動作し、広帯域に亘るインピーダンスの整合が実現される。

また、線状導体６ａ，６ｂは、導波管１の内部の電界を遮ることになるが、Ｘ方向の電界に対して斜めに遮るため、電界方向に対して平行に遮る場合と比べて、電気的特性に対する影響度が格段に小さくなる。
導波管１の内部での電界は、中央部において大きな振幅をもち、中央部から離れた位置では小さな振幅となる。したがって、管壁に近接する部分での線状導体６ａ，６ｂによる電気的特性への影響は更に小さくなる。

このように、線状導体６ａ，６ｂは、給電プローブ４ａ，４ｂから給電される電波の両方に対して妨げになるが、電界方向に対して平行に遮る場合と比べて、電気的特性に対する影響度が格段に小さいため、両方の偏波方向に対するアンテナ装置の電気的特性を大きく損なうことがない。
因みに、給電プローブ４ａ，４ｂから給電される電波を斜めに遮る場合、電気的特性に対する影響度は小さいが、平行に近づくと急激に電気的特性に対する影響度が大きくなる。

給電プローブ４ａから電波が給電された場合、導波管１の内部の電界を妨げることで、図６（ａ）に示すように、線状導体６ａ，６ｂには、Ｙ方向に対して斜め方向の電流が流れる。
このとき、線状導体６ａ，６ｂは、給電プローブ４ａを挟んで互いに反対側に位置しているため、線状導体６ａを流れる電流のＸ方向成分と、線状導体６ｂを流れる電流のＸ方向成分とは、振幅がほぼ同一で互いに逆方向になる。
そのため、線状導体６ａ，６ｂを流れる電流によって発生して空間に放射される電波のうち、交差偏波成分にあたるＸ方向偏波の電波は、Ｚ軸方向では互いに打ち消されることになり、交差偏波成分の発生が抑えられる。

一方、給電プローブ４ｂから電波が給電された場合、導波管１の内部の電界を妨げることで、図６（ｂ）に示すように、線状導体６ａ，６ｂには、Ｘ方向に対して斜め方向の電流が流れる。
この場合、線状導体６ａを流れる電流のＹ方向成分と、線状導体６ｂを流れる電流のＹ方向成分とは、振幅がほぼ同一で互いに逆方向になる。
そのため、線状導体６ａ，６ｂを流れる電流によって発生して空間に放射される電波のうち、交差偏波成分にあたるＹ方向偏波の電波は、Ｚ軸方向では互いに打ち消されることになり、交差偏波成分の発生が抑えられる。
このように、線状導体６ａ，６ｂは、給電プローブ４ａ，４ｂから給電される電波の主偏波成分に直交する交差偏波成分を発生させるが、アンテナ正面方向では交差偏波成分が打ち消され、大きな交差偏波が生じない。

以上で明らかなように、導波管１及び導体平板５の断面形状が円形である場合でも、給電プローブ４ａ，４ｂが互いに直交するように挿入され、線状導体６ａ，６ｂの伸長方向が給電プローブ４ａ，４ｂから導波管１に給電される電波の給電方向と斜めになるように、線状導体６ａ，６ｂが配置されている構成であるので、上記実施の形態１と同様に、２つの偏波方向に対する大きな電気的特性の損失を招くことなく、非励振素子である導体平板５を導波管１に接地することができる効果を奏する。

この実施の形態２では、線状導体６ａ，６ｂの伸長方向と給電プローブ４ａ，４ｂから導波管１に給電される電波の給電方向とのなす角が４５度（あるいは、１３５度、２２５度、３１５度）になるように、線状導体６ａ，６ｂが配置されているものを示したが、線状導体６ａ，６ｂの伸長方向と電波の給電方向が斜めになっていればよく、なす角が４５度、１３５度、２２５度及び３１５度以外の角度であってもよい。

この実施の形態２では、図５（ａ）において、線状導体６ａと線状導体６ｂが給電プローブ４ａを挟んで、導体平板５の外周部と導波管１の内周部との間を接続しているものを示したが、線状導体６ａ，６ｂの伸長方向と電波の給電方向が斜めになっていればよいので、図７のように、線状導体６ａ，６ｂと給電プローブ４ａ，４ｂが配置されているものであってもよい。

この実施の形態２では、２本の線状導体６ａ，６ｂを設けているものを示したが、発生する交差偏波の大きさを所定の大きさに抑えるなどの要求がないような場合には、図８に示すように、１本の線状導体６ａが導体平板５の外周部と導波管１の内周部との間を接続するようにしてもよい。この場合も、２つの偏波方向に対する大きな電気的特性の損失を招くことなく、非励振素子である導体平板５を導波管１に接地することができる。

図５の例では、導体平板５が給電プローブ４ａ，４ｂよりも導波管１の開口側（図５（ｂ）（ｃ）において、上側）に配置されているが、給電プローブ４ａ，４ｂよりも短絡導体壁２側（下側）に配置されていてもよい。
また、導体平板５が導波管１の開口部（導波管１の上端の位置）、あるいは、その開口部より若干上側に配置されていてもよい。

実施の形態３．
図９はこの発明の実施の形態３によるアンテナ装置を示す構成図である。
特に図９（ａ）はアンテナ開口より見た上面図、図９（ｂ）は図９（ａ）のＡ−Ａ断面図、図９（ｃ）は図９（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。図９において、図１と同一符号は同一または相当部分を示している。
導波管１の管壁には、給電プローブ挿入孔３ａ，３ｂの他に、給電プローブ４ｃを管軸に対して垂直に挿入するための給電プローブ挿入孔３ｃと、給電プローブ４ｄを管軸に対して垂直に挿入するための給電プローブ挿入孔３ｄとが施されている。

給電プローブ４ｃは導波管１の管壁に施されている給電プローブ挿入孔３ｃに挿入されている。
給電プローブ４ｄは導波管１の管壁に施されている給電プローブ挿入孔３ｄに挿入されている。これにより、給電プローブ４ａ，４ｃと給電プローブ４ｂ，４ｄは互いに直交するように挿入されている。
例えば、同軸線路の中心導体を給電プローブ４ａ〜４ｄとして用いることができるので、その同軸線路を給電プローブ挿入孔３ａ〜３ｄに挿入するようにしてもよい。

線状導体６ｃ，６ｄは導波管１と導体平板５の間を結ぶ線状の導体であり、線状導体６ｃ，６ｄの伸長方向が電波の給電方向と斜めになるように、線状導体６ｃ，６ｄが配置されている。
即ち、線状導体６ｃは一端が導体平板５の角（図９（ａ）の例では、左下の角）と接続され、他端が導波管１の隅（図９（ａ）の例では、左下の隅）と接続されている。
また、線状導体６ｄは一端が導体平板５の角（図９（ａ）の例では、左上の角）と接続され、他端が導波管１の隅（図９（ａ）の例では、左上の隅）と接続されている。

次に動作について説明する。
図１０は給電プローブ４ａ〜４ｄから電波が給電された場合の導波管１の内部を伝搬する電波の電界分布と線状導体６ａ〜６ｄの電流分布を示す説明図である。
特に図１０（ａ）は給電プローブ４ａ，４ｃを用いて、互いに逆相の電波が給電された場合を示し、図１０（ｂ）は給電プローブ４ｂ，４ｄを用いて、互いに逆相の電波が給電された場合を示している。

上記実施の形態１，２では、互いに直交している２つの給電プローブ４ａ，４ｂと、２本の線状導体６ａ，６ｂとが配置されているものであり、導波管１の管軸に対して非対称な構造になっている。このため、給電プローブ４ａ，４ｂを励振した場合の主偏波成分に加えて、少なからず交差偏波成分が発生する。
この実施の形態３では、交差偏波成分の発生を抑えるために、４つの給電プローブ４ａ〜４ｄを導波管１の管軸に対して対称な位置に挿入し、かつ、４本の線状導体６ａ〜６ｄを導波管１の管軸に対して対称な位置に配置している。

給電プローブ４ａ，４ｃから電波が給電された場合、図１０（ａ）に示すように、電波は導波管１の内部を伝わり、導波管１の開口部から放射される。
給電プローブ４ａから給電される電波と給電プローブ４ｃから給電される電波が導波管１の内部において同相で合成されるように、給電プローブ４ａと給電プローブ４ｃには互いに逆相の電波が給電される。
導波管１の内部での電界分布は、Ｙ方向に平行な電界成分を主に有しており、Ｙ方向に平行な偏波が空間に放射されることになる。
このとき、線状導体６ａ〜６ｄは、導波管１の内部の電界を遮ることになるが、Ｙ方向の電界に対して斜めに遮るため、電界方向に対して平行に遮る場合と比べて、電気的特性に対する影響度が格段に小さくなる。
導波管１の内部での電界は、中央部において大きな振幅をもち、Ｙ方向に平行な管壁（図１０中、上側及び下側の管壁）に近づくにつれて小さな振幅となる。したがって、Ｙ方向に平行な管壁に近接する部分での線状導体６ａ〜６ｄによる電気的特性への影響は更に小さくなる。

一方、給電プローブ４ｂ，４ｄから電波が給電された場合、図１０（ｂ）に示すように、電波は導波管１の内部を伝わり、導波管１の開口部から放射される。
給電プローブ４ｂから給電される電波と給電プローブ４ｄから給電される電波が導波管１の内部において同相で合成されるように、給電プローブ４ｂと給電プローブ４ｄには互いに逆相の電波が給電される。
導波管１の内部での電界分布は、Ｘ方向に平行な電界成分を主に有しており、Ｘ方向に平行な偏波が空間に放射されることになる。
このとき、線状導体６ａ〜６ｄは、導波管１の内部の電界を遮ることになるが、Ｘ方向の電界に対して斜めに遮るため、電界方向に対して平行に遮る場合と比べて、電気的特性に対する影響度が格段に小さくなる。
導波管１の内部での電界は、中央部において大きな振幅をもち、Ｘ方向に平行な管壁（図１０中、右側及び左側の管壁）に近づくにつれて小さな振幅となる。したがって、Ｘ方向に平行な管壁に近接する部分での線状導体６ａ〜６ｄによる電気的特性への影響は更に小さくなる。

このように、線状導体６ａ〜６ｄは、給電プローブ４ａ，４ｃから給電される電波及び給電プローブ４ｂ，４ｄから給電される電波に対して妨げになるが、電界方向に対して平行に遮る場合と比べて、電気的特性に対する影響度が格段に小さいため、両方の偏波方向に対するアンテナ装置の電気的特性を大きく損なうことがない。

給電プローブ４ａ，４ｃから電波が給電された場合、導波管１の内部の電界を妨げることで、図１０（ａ）に示すように、線状導体６ａ〜６ｄには、Ｙ方向に対して斜め方向の電流が流れる。
しかし、線状導体６ａ〜６ｄを流れる電流によって発生して空間に放射されるＸ方向偏波の電波は、構造の対称性から互いに打ち消し合うため、上記実施の形態１，２よりも、交差偏波成分の発生を低く抑えることができる。

一方、給電プローブ４ｂ，４ｄから電波が給電された場合、導波管１の内部の電界を妨げることで、図１０（ｂ）に示すように、線状導体６ａ〜６ｄには、Ｘ方向に対して斜め方向の電流が流れる。
しかし、線状導体６ａ〜６ｄを流れる電流によって発生して空間に放射されるＹ方向偏波の電波は、構造の対称性から互いに打ち消し合うため、上記実施の形態１，２よりも、交差偏波成分の発生を低く抑えることができる。
このように、線状導体６ａ〜６ｄは、給電プローブ４ａ〜４ｄによって給電される電波の主偏波成分に直交する交差偏波成分を発生させるが、構造の対称性から交差偏波成分が打ち消されるため、交差偏波の発生をより低く抑えることができる。

この実施の形態３では、導波管１及び導体平板５の断面形状が正方形（矩形）である例を示したが、上記実施の形態２のように、導波管１及び導体平板５の断面形状が円形であってもよく、給電プローブ４ａ〜４ｄ及び線状導体６ａ〜６ｄを対称に配置することで、同様の効果を得ることができる。

実施の形態４．
図１１はこの発明の実施の形態４によるアンテナ装置を示す斜視図であり、図１２はこの発明の実施の形態４によるアンテナ装置を示す構成図である。
特に図１２（ａ）はアンテナ開口より見た上面図、図１２（ｂ）は図１２（ａ）のＡ−Ａ断面図、図１２（ｃ）は図１２（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。図１１及び図１２において、図１と同一符号は同一または相当部分を示している。

この実施の形態４のアンテナ装置では、断面が矩形状の貫通穴７ａが施されている導電性シャシ７と、導電性シャシ７の貫通穴７ａと同一形状の非貫通の穴８ａを有する導電性シャシ８とから導波管１が構成されている。
また、導電性シャシ７と導電性シャシ８は誘電体基板９に設けられているスルーホール１０によって電気的に接続されている。
給電線路１１ａ，１１ｂ（図１の給電プローブ４ｂ，４ｄに相当する線路）は誘電体基板９の内部にストリップ導体として形成され、導体平板５と線状導体６ａ，６ｂは誘電体基板９の表面にストリップ導体として形成されている。

給電線路１１ａ，１１ｂはストリップ導体が導電性シャシ７，８の導体壁に挟まれた構造になっており、いわゆるストリップ線路を形成する。
この実施の形態４のアンテナ装置の基本的な動作は、構造の類似性より、上記実施の形態１のアンテナ装置と同様になる。
また、導体平板５と線状導体６ａ，６ｂを誘電体基板９の表面にストリップ導体として形成し、給電線路１１ａ，１１ｂを誘電体基板９の内部にストリップ導体として形成するものであるため、通常の基板加工を行うだけで容易に実現することができる。
したがって、この実施の形態４のアンテナ装置では、特別な製造工程によって製造することなく、上記実施の形態１と同様な効果を有するアンテナ装置が得られる。

この実施の形態４では、導体平板５、線状導体６ａ，６ｂ及び給電線路１１ａ，１１ｂを単一の誘電体基板９に形成するものを示したが、図１３に示すように、導体平板５と線状導体６ａ，６ｂを第１の誘電体基板９ａの表面に形成し、給電線路１１ａ，１１ｂを第２の誘電体基板９ｂの内部に形成するようにしてもよい。
また、図１４に示すように、導体平板５と線状導体６ａ，６ｂを第１の誘電体基板９ａの表面に形成し、給電線路１１ａを第２の誘電体基板９ｂの内部に形成し、給電線路１１ｂを第３の誘電体基板９ｃの内部に形成するようにしてもよい。
なお、図１１から図１４に示している各誘電体基板９の位置関係（導体平板５、給電線路１１ａ，１１ｂの位置関係）はあくまでも一例であり、他の位置関係であってもよい。

実施の形態５．
図１５はこの発明の実施の形態５によるアンテナ装置を示す斜視図であり、図１６はこの発明の実施の形態５によるアンテナ装置を示す構成図である。
特に図１６（ａ）はアンテナ開口より見た上面図、図１６（ｂ）は図１６（ａ）のＡ−Ａ断面図、図１６（ｃ）は図１６（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。図１５及び図１６において、図１１〜図１４と同一符号は同一または相当部分を示している。

この実施の形態５のアンテナ装置では、断面が矩形状の貫通穴７ａが施されている導電性シャシ７と、導電性シャシ７の貫通穴７ａと同一形状の非貫通の穴８ａを有する導電性シャシ８と、導電性シャシ７の貫通穴７ａと同一形状の貫通穴１２ａを有する導電性シャシ１２とから導波管１が構成されている。
また、導電性シャシ７、導電性シャシ８及び導電性シャシ１２は、誘電体基板９ａ，９ｂに設けられているスルーホール１０によって電気的に接続されている。
導体平板５と線状導体６ａ，６ｂは第１の誘電体基板９ａの表面にストリップ導体として形成され、給電線路１１ａ，１１ｂは第２の誘電体基板９ｂの内部にストリップ導体として形成されている。
導電性シャシ８，１２には、給電線路１１ａ，１１ｂに沿う形で溝１３が形成されている。給電線路１１ａ，１１ｂはストリップ導体が導電性シャシ８，１２に設けられた溝１３に挟まれた構造になっており、いわゆるサスペンデッドストリップ線路を形成している。

この実施の形態５のアンテナ装置の基本的な動作は、構造の類似性より、上記実施の形態１のアンテナ装置と同様になる。
また、導体平板５と線状導体６ａ，６ｂを第１の誘電体基板９ａの表面にストリップ導体として形成し、給電線路１１ａ，１１ｂを第２の誘電体基板９ｂの内部にストリップ導体として形成するものであるため、通常の基板加工を行うだけで容易に実現することができる。
したがって、この実施の形態５のアンテナ装置では、特別な製造工程によって製造することなく、上記実施の形態１と同様な効果を有するアンテナ装置が得られる。

この実施の形態５では、導体平板５、線状導体６ａ，６ｂが形成される誘電体基板９ａと給電線路１１ａ，１１ｂが形成される誘電体基板９ｂとが別々であるものを示したが、図１７に示すように、導体平板５、線状導体６ａ，６ｂ及び給電線路１１ａ，１１ｂを単一の誘電体基板９に形成するようにしてもよい。
また、図１８に示すように、導体平板５と線状導体６ａ，６ｂを第１の誘電体基板９ａの表面に形成し、給電線路１１ａを第２の誘電体基板９ｂの内部に形成し、給電線路１１ｂを第３の誘電体基板９ｃの内部に形成するようにしてもよい。
なお、図１５から図１８に示している各誘電体基板９の位置関係（導体平板５、給電線路１１ａ，１１ｂの位置関係）はあくまでも一例であり、他の位置関係であってもよい。

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。

１ 導波管、２ 短絡導体壁、３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ 給電プローブ挿入孔、４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ 給電プローブ、５ 導体平板、６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ 線状導体、７ 導電性シャシ、７ａ 貫通穴、８ 導電性シャシ、８ａ 非貫通の穴、９ 誘電体基板、９ａ 第１の誘電体基板、９ｂ 第２の誘電体基板、９ｃ 第３の誘電体基板、１０ スルーホール、１１ａ，１１ｂ 給電線路、１２ 導電性シャシ、１２ａ 貫通穴、１３ 溝、１０１ 非励振素子、１０２ 励振素子、１０３ 給電線路、１０４ 誘電体基板、１０５ 地導体板、１０６ 導体平板、１０７ 線状導体、１０８ 接地点。

Claims (12)

1. 一端が短絡されて、他端が開放されている導波管と、
   前記導波管の管軸に対して垂直に挿入されている複数の給電プローブと、
   前記導波管の内部に配置されている導体平板と、
   前記導波管と前記導体平板の間を結ぶ線状導体とを備え、
   前記複数の給電プローブが互いに直交するように挿入され、前記線状導体の伸長方向が前記給電プローブから前記導波管に給電される電波の給電方向と斜めになるように、前記線状導体が配置されていることを特徴とするアンテナ装置。
2. 前記導波管及び前記導体平板の断面形状が矩形であることを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
3. 前記導波管及び前記導体平板の断面形状が正方形であることを特徴とする請求項２記載のアンテナ装置。
4. 前記導体平板の各辺と、前記導波管の各管壁とが平行になるように、前記導体平板が前記導波管の内部に配置されていることを特徴とする請求項２または請求項３記載のアンテナ装置。
5. 前記線状導体は、一端が前記導体平板の角と接続され、他端が前記導波管の隅と接続されていることを特徴とする請求項２から請求項４のうちのいずれか１項記載のアンテナ装置。
6. 前記導波管と前記導体平板の間を結ぶ線状導体として、２本の線状導体を備え、
   前記導体平板における４個の角のうち、隣り合っている２個の角に対して、前記２本の線状導体の一端がそれぞれ接続されていることを特徴とする請求項５記載のアンテナ装置。
7. 前記導波管及び前記導体平板の断面形状が円形であることを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
8. 前記電波の給電方向と前記線状導体の伸長方向とのなす角が４５度、１３５度、２２５度又は３１５度であることを特徴とする請求項７記載のアンテナ装置。
9. 前記導体平板の異なる位置から２本又は４本の前記線状導体が前記導波管に向けて伸長していることを特徴とする請求項８記載のアンテナ装置。
10. 前記導波管の管軸に対して垂直に挿入される給電プローブとして、４本の給電プローブが挿入されていることを特徴とする請求項１から請求項９のうちのいずれか１項記載のアンテナ装置。
11. 前記給電プローブが、同軸線路の中心導体によって形成されていることを特徴とする請求項１から請求項１０のうちのいずれか１項記載のアンテナ装置。
12. 前記導体平板、前記線状導体及び前記給電プローブが、誘電体基板の表面又は内部に形成されるストリップ導体で構成されていることを特徴とする請求項１から請求項１１のうちのいずれか１項記載のアンテナ装置。

Images