JP2016127481A - 偏波共用アンテナ - Google Patents

Abstract

【課題】放射素子のアスペクト比を低減することができる偏波共用アンテナを提供することである。【解決手段】実施形態の偏波共用アンテナは、開口が設けられた第１接地導体と、金属パッチと、第１給電プローブと、第２接地導体と、第２給電プローブとを持つ。金属パッチは、第１接地導体への正射影が開口の内部となる位置に設けられている。第１給電プローブは、第１金属パッチを励振する。スロットは、第１給電プローブと略平行に設けられている。第２給電プローブは、スロットと略直交する。金属パッチのアスペクト比は、第１偏波の第１周波数と第２偏波の第２周波数との比である周波数比よりも小さい。第１偏波は、第１給電プローブによる給電に応じて金属パッチが送受信する。第２偏波は、第２給電プローブによるスロットを介した給電に応じて金属パッチが送受信する。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、偏波共用アンテナに関する。

従来、直交する２つの偏波を異なる周波数で放射する偏波共用アンテナがある。この偏波共用アンテナにおいては、放射素子の形状におけるアスペクト比が２つの偏波の周波数比の逆比に応じて変化する。しかしながら２つの偏波の周波数の差異が大きくなると、放射素子のアスペクト比（例えば、長辺と短辺との比）が増大し、放射素子の配置効率の低下および給電回路との不要な結合などの不具合が生じる可能性があった。

特開平５−２４３８３６号公報 特開平５−２４３８４２号公報

本発明が解決しようとする課題は、放射素子のアスペクト比を低減することができる偏波共用アンテナを提供することである。

実施形態の偏波共用アンテナは、開口が設けられた第１接地導体と、金属パッチと、第１給電プローブと、第２接地導体と、第２給電プローブとを持つ。金属パッチは、積層方向に第１接地導体以下の高さに設けられている。金属パッチは、第１接地導体への正射影が開口の内部となる位置に設けられている。金属パッチは、放射素子として動作する。第１給電プローブは、積層方向に第１接地導体よりも下方に設けられ、金属パッチを励振する。第２接地導体は、積層方向に第１給電プローブよりも下方に設けられている。スロットは、積層方向に金属パッチの下方において、第１給電プローブと略平行に設けられている。第２給電プローブは、積層方向に第２接地導体よりも下方に設けられている。第２給電プローブは、積層方向に金属パッチの下方において、スロットと略直交する。金属パッチのアスペクト比は、第１偏波の第１周波数と第２偏波の第２周波数との比である周波数比よりも小さい。第１周波数の第１偏波は、第１給電プローブによる給電に応じて金属パッチが送受信する。第２周波数の第２偏波は、第２給電プローブによるスロットを介した給電に応じて金属パッチが送受信する。第２偏波の第２周波数は、第１偏波の第１周波数よりも低い。

実施形態の偏波共用アンテナの構成を模式的に示す分解斜視図。 実施形態の第１の変形例の偏波共用アンテナの構成を模式的に示す分解斜視図。 実施形態の第２の変形例の偏波共用アンテナの構成を模式的に示す分解斜視図。 実施形態の第３の変形例の偏波共用アンテナの構成を模式的に示す分解斜視図。 実施形態の第４の変形例の偏波共用アンテナの構成を模式的に示す分解斜視図。 実施形態の第５の変形例の偏波共用アンテナの構成を模式的に示す分解斜視図。 実施形態の第６の変形例の偏波共用アンテナの構成を模式的に示す分解斜視図。 実施形態の第７の変形例の偏波共用アンテナの構成を模式的に示す分解斜視図。

以下、実施形態の偏波共用アンテナを、図面を参照して説明する。

実施形態の偏波共用アンテナ１００は、図１に示すように、開口１０１が設けられた第１接地導体１０２と、金属パッチ１０３と、第１給電プローブ１０４と、スロット１０５が設けられた第２接地導体１０６と、第２給電プローブ１０７と、を備えている。

開口１０１の外形は、矩形に形成されている。開口１０１は、第１接地導体１０２の中央部に設けられている。
金属パッチ１０３の外形は、矩形、例えば正方形に形成されている。これにより金属パッチ１０３の長辺方向の寸法と短辺方向の寸法との比であるアスペクト比は１である。金属パッチ１０３の大きさは、開口１０１の大きさよりも小さく形成されている。金属パッチ１０３は、開口１０１の内部に配置されている。これにより金属パッチ１０３および第１接地導体１０２は、積層方向Ｐにおける同一の高さ位置に配置されている。
第１接地導体１０２および金属パッチ１０３は、例えば、誘電体基板、樹脂基板、セラミック基板、発泡プラスチック、またはフィルム基板などの絶縁体（図示略）の表面上にパターニングされる導電材などによって形成されている。

第１給電プローブ１０４の外形は、矩形に形成されている。第１給電プローブ１０４は、積層方向Ｐに絶縁体（図示略）を介して金属パッチ１０３および第１接地導体１０２の下方に配置されている。第１給電プローブ１０４の一部は、積層方向Ｐに金属パッチ１０３の中央部（例えば、中心）の下方に配置されている。
第１給電プローブ１０４は、金属パッチ１０３と電磁結合することによる近接結合給電によって金属パッチ１０３を第１周波数の共振周波数で励振する。これにより金属パッチ１０３は、第１給電プローブ１０４の長辺方向に平行な第１周波数の第１偏波を送受信する。
第１給電プローブ１０４は、例えば、誘電体基板、樹脂基板、セラミック基板、発泡プラスチック、またはフィルム基板などの絶縁体（図示略）の表面上にパターニングされる導電材などによって形成されている。

スロット１０５の外形は、矩形に形成されている。スロット１０５が設けられた第２接地導体１０６は、積層方向Ｐに絶縁体（図示略）を介して第１給電プローブ１０４の下方に配置されている。スロット１０５の中央部（例えば、中心）は、積層方向Ｐに金属パッチ１０３の中央部（例えば、中心）の下方に配置されている。スロット１０５は、スロット１０５の長辺方向を第１給電プローブ１０４の長辺方向にほぼ平行にして配置されている。スロット１０５の長辺方向の寸法は、後述する第２給電プローブ１０７による金属パッチ１０３への給電に対して、金属パッチ１０３の寸法に応じた共振周波数よりも低い周波数（後述する第２周波数）でインピーダンス整合をとるように設定されている。
スロット１０５および第２接地導体１０６は、例えば、誘電体基板、樹脂基板、セラミック基板、発泡プラスチック、またはフィルム基板などの絶縁体（図示略）の表面上にパターニングされる導電材などによって形成されている。

第２給電プローブ１０７の外形は、矩形に形成されている。第２給電プローブ１０７は、積層方向Ｐに絶縁体（図示略）を介して第２接地導体１０６の下方に配置されている。第２給電プローブ１０７の一部は、積層方向Ｐに金属パッチ１０３の中央部（例えば、中心）の下方に配置されている。第２給電プローブ１０７は、第２給電プローブ１０７の長辺方向をスロット１０５の長辺方向にほぼ直交するようにして配置されている。
第２給電プローブ１０７は、スロット１０５を介して金属パッチ１０３と電磁結合することによるスロット結合給電によって金属パッチ１０３を第１周波数よりも低い第２周波数の共振周波数で励振する。これにより金属パッチ１０３は、第２給電プローブ１０７の長辺方向に平行な第２周波数の第２偏波（つまり第１偏波にほぼ直交する第２偏波）を送受信する。
第２給電プローブ１０７は、例えば、誘電体基板、樹脂基板、セラミック基板、発泡プラスチック、またはフィルム基板などの絶縁体（図示略）の表面上にパターニングされる導電材などによって形成されている。

以上説明した実施形態によれば、金属パッチ１０３自体の共振周波数よりも低い周波数でインピーダンス整合をとるスロット１０５を持つことにより、金属パッチ１０３のアスペクト比を第１周波数と第２周波数との周波数比よりも小さくすることができる。
例えば近接結合給電の場合、金属パッチ１０３は、給電プローブの向きに平行な方向の寸法が約２分の１波長の時に共振し、インピーダンス整合がとれる。これにより２つの直交する第１偏波および第２偏波の第１周波数および第２周波数を異なる周波数にする場合、矩形の金属パッチ１０３の縦横の寸法比は、第１周波数および第２周波数の周波数比の逆比に等しくなる。これに対して、スロット結合給電の場合、スロット１０５の長辺方向の寸法に応じて、金属パッチ１０３自体の共振周波数よりも低い周波数でインピーダンス整合がとれる。第１偏波の第１周波数よりも小さい第２周波数を有する第２偏波に対してスロット結合給電を用いることによって、金属パッチ１０３のアスペクト比を第１周波数と第２周波数との周波数比よりも小さくすることができる。

さらに、スロット１０５の長辺方向にほぼ平行な長辺方向を有する第１給電プローブ１０４とスロット１０５の長辺方向にほぼ直交する長辺方向を有する第２給電プローブ１０７とを持つので、交差偏波識別度を向上させることができる。
さらに、互いの長辺方向がほぼ直交する第１給電プローブ１０４および第２給電プローブ１０７を持つので、第１給電プローブ１０４が接続される入出力ポートと第２給電プローブ１０７が接続される入出力ポートとのアイソレーションを向上させることができる。

さらに、積層方向Ｐに金属パッチ１０３の中央部の下方に配置されるスロット１０５、並びに第１給電プローブ１０４および第２給電プローブ１０７を持つので、交差偏波識別度およびアイソレーションを、より一層、向上させることができる。

以下、変形例について説明する。
上述した実施形態では、金属パッチ１０３の外形は矩形としたが、これに限定されない。金属パッチ１０３の外形は、例えば、多角形、円形、または他の複雑な形状でもよい。
金属パッチ１０３の外形が、例えば楕円形である場合、金属パッチ１０３のアスペクト比は、楕円の長径と短径との比または楕円に外接する矩形の長辺方向の寸法と短辺方向の寸法との比である。金属パッチ１０３の外形が、例えば多角形である場合、金属パッチ１０３のアスペクト比は、多角形を含む最小の矩形の長辺方向の寸法と短辺方向の寸法との比である。つまり、各種形状の外形を有する金属パッチ１０３のアスペクト比は、金属パッチ１０３の外形を含む最小の矩形の長辺方向の寸法と短辺方向の寸法との比である。

上述した実施形態では、第１給電プローブ１０４は、金属パッチ１０３と電磁結合することによる近接結合給電によって金属パッチ１０３を第１周波数の共振周波数で励振するとしたが、これに限定されない。
第１給電プローブ１０４は、金属ビアによって金属パッチ１０３と接続されることによる背面結合給電によって金属パッチ１０３を第１周波数の共振周波数で励振してもよい。

以下、第１の変形例について説明する。
上述した実施形態では、金属パッチ１０３は、開口１０１の内部に配置されていることによって、積層方向Ｐに第１接地導体１０２と同一の高さ位置に配置されているとしたが、これに限定されない。
また、上述した実施形態では、第１給電プローブ１０４は、積層方向Ｐに絶縁体（図示略）を介して金属パッチ１０３の下方に配置されているとしたが、これに限定されない。

第１の変形例の偏波共用アンテナ２００は、図２に示すように、開口２０１が設けられた第１接地導体１０２と、金属パッチ２０３と、第１給電プローブ２０４と、スロット１０５が設けられた第２接地導体１０６と、第２給電プローブ１０７と、を備えている。第１の変形例の偏波共用アンテナ２００は、開口２０１、金属パッチ２０３、および第１給電プローブ２０４を備える点において、上述した実施形態の偏波共用アンテナ１００とは異なる。
以下において、上述した実施形態の偏波共用アンテナ１００と同一部分については説明を省略または簡略化しながら、上述した実施形態の偏波共用アンテナ１００とは異なる点について説明する。

開口２０１の外形は、円形に形成されている。開口２０１は、第１接地導体１０２の中央部に設けられている。
金属パッチ２０３の外形は、円形に形成されている。これにより金属パッチ２０３の長辺方向の寸法（つまり長径）と短辺方向の寸法（つまり短径）との比であるアスペクト比は１である。金属パッチ２０３の大きさは、開口２０１の大きさよりも小さく形成されている。金属パッチ２０３は、積層方向Ｐに絶縁体（図示略）を介して第１接地導体１０２の下方に配置されている。金属パッチ２０３は、第１接地導体１０２への正射影が開口２０１の内部となる位置に設けられている。

第１給電プローブ２０４の外形は、矩形に形成されている。第１給電プローブ２０４は、積層方向Ｐに絶縁体（図示略）を介して第１接地導体１０２の下方に配置されている。第１給電プローブ２０４は、金属パッチ２０３に接続されている。これにより金属パッチ２０３および第１給電プローブ２０４は、積層方向Ｐにおける同一の高さ位置に配置されている。
第１給電プローブ２０４は、金属パッチ２０３と直流的に接続されることによる共平面給電によって金属パッチ２０３を第１周波数の共振周波数で励振する。これにより金属パッチ２０３は、第１給電プローブ２０４の長辺方向に平行な第１周波数の第１偏波を送受信する。

スロット１０５が設けられた第２接地導体１０６は、積層方向Ｐに絶縁体（図示略）を介して第１給電プローブ２０４の下方に配置されている。スロット１０５の中央部（例えば、中心）は、積層方向Ｐに金属パッチ２０３の中央部（例えば、中心）の下方に配置されている。スロット１０５は、スロット１０５の長辺方向を第１給電プローブ２０４の長辺方向にほぼ平行にして配置されている。
第２給電プローブ１０７の一部は、積層方向Ｐに金属パッチ２０３の中央部（例えば、中心）の下方に配置されている。
第２給電プローブ１０７は、スロット１０５を介して金属パッチ２０３と電磁結合することによるスロット結合給電によって金属パッチ２０３を第１周波数よりも低い第２周波数の共振周波数で励振する。これにより金属パッチ２０３は、第２給電プローブ１０７の長辺方向に平行な第２周波数の第２偏波（つまり第１偏波にほぼ直交する第２偏波）を送受信する。

第１の変形例によれば、金属パッチ２０３自体の共振周波数よりも低い周波数でインピーダンス整合をとるスロット１０５を持つことにより、金属パッチ２０３のアスペクト比を第１周波数と第２周波数との周波数比よりも小さくすることができる。

以下、第２の変形例について説明する。
上述した実施形態では、開口１０１、金属パッチ１０３、およびスロット１０５の各々を１つずつ備えるとしたが、これに限定されない。
第２の変形例の偏波共用アンテナ３００は、図３に示すように、複数の開口１０１が設けられた第１接地導体１０２と、複数の金属パッチ１０３と、複数の第１給電プローブ１０４と、複数のスロット１０５が設けられた第２接地導体１０６と、複数の第２給電プローブ１０７と、第１給電回路３０８と、第２給電回路３０９と、を備えている。第２の変形例の偏波共用アンテナ３００は、複数の上述した実施形態の偏波共用アンテナ１００を格子状にアレー化したアレーアンテナである。複数の開口１０１、複数の金属パッチ１０３、複数の第１給電プローブ１０４、複数のスロット１０５、および複数の第２給電プローブ１０７の各々は、格子状に配置されている。
以下において、上述した実施形態の偏波共用アンテナ１００と同一部分については説明を省略または簡略化しながら、上述した実施形態の偏波共用アンテナ１００とは異なる点について説明する。

複数の開口１０１、複数の金属パッチ１０３、および複数のスロット１０５の各々は、第１偏波および第２偏波の各々の偏波方向に対してほぼ４５度傾いた方向に等間隔の格子状に配列されている。複数の開口１０１、複数の金属パッチ１０３、および複数のスロット１０５の各々の個数は、Ｎを任意の自然数として、２^Ｎ×２^Ｎ個である。
第１給電回路３０８は、いわゆる完全トーナメント型の対称構造を有する並列給電型の給電回路である。第１給電回路３０８は、多段に接続される複数のＴ型分岐部３１０を備えている。複数のＴ型分岐部３１０の各々は入力電力を２分配する。複数の第１給電プローブ１０４は、第１給電回路３０８の複数の末端部に接続されている。
第２給電回路３０９は、いわゆる完全トーナメント型の対称構造を有する並列給電型の給電回路である。第２給電回路３０９は、多段に接続される複数のＴ型分岐部３１１を備えている。複数のＴ型分岐部３１１の各々は入力電力を２分配する。複数の第２給電プローブ１０７は、第２給電回路３０９の複数の末端部に接続されている。

第２の変形例によれば、第１偏波および第２偏波の周波数比よりも小さいアスペクト比を有する複数の金属パッチ１０３を持つので、格子状に配列する複数の金属パッチ１０３の配置効率を向上させ、単位面積当たりのアンテナ性能を向上させることができる。複数の金属パッチ１０３は等間隔の格子状に配列されているので、アンテナ最大径に対して最大のアンテナ利得を得るためにアンテナ開口を正方形としながら、第１給電回路３０８および第２給電回路３０９との不要な結合の発生を抑制することができる。複数の金属パッチ１０３は偏波方向に対してほぼ４５度傾いた方向に格子状に配列されているので、第１給電回路３０８および第２給電回路３０９との不要な結合を抑制するための間隔を確保しながら、サイドローブを低減することができる。
複数の金属パッチ１０３の格子方向が偏波方向に対して傾くと、格子方向が偏波方向に対して傾いていない場合に比べて、各金属パッチ１０３と給電回路とが近接し易くなり、不要な結合が生じ易くなることによってアンテナ特性が劣化しやすくなる。これに対して、第２の変形例によれば、複数の金属パッチ１０３の格子方向が偏波方向に対して傾いている場合に、複数の金属パッチ１０３のアスペクト比を低減することができるので、アンテナ特性の劣化を抑制することができる。
アレーアンテナとされる偏波共用アンテナ３００は、放射素子単体とされる上述した実施形態の偏波共用アンテナ１００に比べて、より高い利得を得ることができ、送受信機のアンテナとして、より遠方との通信が可能になる。
完全トーナメント型の第１給電回路３０８および第２給電回路３０９を持つので、回路構成を簡略化することができる。

上述した第２の変形例では、複数の金属パッチ１０３の格子方向が偏波方向に対して４５度傾いているとしたが、これに限定されず、４５度以外の他の角度で傾いてもよいし、傾いていなくてもよい。
上述した第２の変形例では、複数の金属パッチ１０３の各々の励振振幅および励振位相を変化させることによって、アンテナ利得を向上させ、サイドローブを抑制することができる。複数のＴ型分岐部３１０、３１１の各々の分配比を、等振幅・等位相分配または非対称分配などにすることによって、各金属パッチ１０３の励振振幅および励振位相を所望に変更してもよい。
上述した第２の変形例では、多段に接続される複数のＴ型分岐部３１０、３１１を備えるとしたが、これに限定されず、複数の金属パッチ１０３の数に応じて、分岐の少なくとも一部において、入力電力を３つ以上に分配する分岐回路を備えてもよい。
上述した第２の変形例では、アンテナ利得が最も高くなるように全ての金属パッチ１０３を等振幅および等位相で励振するために、複数のＴ型分岐部３１０、３１１の各々の特性を等振幅および等位相分配としてもよい。複数のＴ型分岐部３１０、３１１は、対称性を有することによって、広帯域に亘って等振幅および等位相分配を実現し、第１給電回路３０８および第２給電回路３０９の広帯域特性を向上させることができる。

以下、第３の変形例について説明する。
上述した実施形態では、積層方向Ｐに第２給電プローブ１０７の下方に第３接地導体４１２を備えてもよい。
第３の変形例の偏波共用アンテナ４００は、図４に示すように、開口１０１が設けられた第１接地導体１０２と、金属パッチ１０３と、第１給電プローブ１０４と、スロット１０５が設けられた第２接地導体１０６と、第２給電プローブ１０７と、第３接地導体４１２と、を備えている。第３の変形例の偏波共用アンテナ４００は、第３接地導体４１２を備える点において、上述した実施形態の偏波共用アンテナ１００とは異なる。
以下において、上述した実施形態の偏波共用アンテナ１００と同一部分については説明を省略または簡略化しながら、上述した実施形態の偏波共用アンテナ１００とは異なる点について説明する。

開口１０１が設けられた第１接地導体１０２、金属パッチ１０３、第１給電プローブ１０４、スロット１０５が設けられた第２接地導体１０６、第２給電プローブ１０７、および第３接地導体４１２などの導体部は、誘電体基板の表面上にパターニングされる導電材などによって形成されている。
第１接地導体１０２および金属パッチ１０３は、第１誘電体基板４１３の第１主面４１４に形成されている。第１給電プローブ１０４は、第２誘電体基板４１５の第１主面４１６に形成されている。第２接地導体１０６は、第３誘電体基板４１７の第１主面４１８に形成されている。第２給電プローブ１０７は、第４誘電体基板４１９の第１主面４２０に形成されている。第３接地導体４１２は、第４誘電体基板４１９の第２主面４２１に形成されている。
第２接地導体１０６および第３接地導体４１２と、第２接地導体１０６および第３接地導体４１２の間に配置される第２給電プローブ１０７とは、ストリップ線路（トリプレート線路）を形成している。

第３の変形例によれば、積層方向Ｐの両側から第２給電プローブ１０７を挟み込む第２接地導体１０６および第３接地導体４１２を持つので、第２給電プローブ１０７から金属パッチ１０３の逆方向への不要放射を抑制し、アンテナ利得を向上させることができる。
例えば偏波共用アンテナ４００を衛星通信などに用いる際に電波を積層方向Ｐの上方に向ける場合に、積層方向Ｐの下方への不要な放射を抑制することができる。

上述した第３の変形例では、開口１０１が設けられた第１接地導体１０２、金属パッチ１０３、第１給電プローブ１０４、スロット１０５が設けられた第２接地導体１０６、第２給電プローブ１０７、および第３接地導体４１２などの導体部は、互いに絶縁されていればよい。
第１給電プローブ１０４は、例えば、第１誘電体基板４１３の第２主面４２２に形成されてもよい。第２接地導体１０６は、例えば、第２誘電体基板４１５の第２主面４２３に形成されてもよい。

以下、第４の変形例について説明する。
上述した第２の変形例では、積層方向Ｐに第２給電プローブ１０７の下方に第３接地導体４１２を備えてもよい。第４の変形例の偏波共用アンテナ５００は、図５に示すように、複数の開口１０１が設けられた第１接地導体１０２と、複数の金属パッチ１０３と、複数の第１給電プローブ１０４と、複数のスロット１０５が設けられた第２接地導体１０６と、複数の第２給電プローブ１０７と、第１給電回路３０８と、第２給電回路３０９と、第３接地導体４１２と、を備えている。第４の変形例の偏波共用アンテナ５００は、第３接地導体４１２を備える点において、上述した第２の変形例の偏波共用アンテナ３００とは異なる。
以下において、上述した第２の変形例の偏波共用アンテナ３００と同一部分については説明を省略または簡略化しながら、上述した第２の変形例の偏波共用アンテナ３００とは異なる点について説明する。

開口１０１が設けられた第１接地導体１０２、複数の金属パッチ１０３、複数の第１給電プローブ１０４、第１給電回路３０８、複数のスロット１０５が設けられた第２接地導体１０６、複数の第２給電プローブ１０７、第２給電回路３０９、および第３接地導体４１２などの導体部は、誘電体基板の表面上にパターニングされる導電材などによって形成されている。
第１接地導体１０２および複数の金属パッチ１０３は、第１誘電体基板４１３の第１主面４１４に形成されている。複数の第１給電プローブ１０４および第１給電回路３０８は、第２誘電体基板４１５の第１主面４１６に形成されている。第２接地導体１０６は、第３誘電体基板４１７の第１主面４１８に形成されている。第２給電プローブ１０７および第２給電回路３０９は、第４誘電体基板４１９の第１主面４２０に形成されている。第３接地導体４１２は、第４誘電体基板４１９の第２主面４２１に形成されている。
第２接地導体１０６および第３接地導体４１２と、第２接地導体１０６および第３接地導体４１２の間に配置される複数の第２給電プローブ１０７および第２給電回路３０９とは、ストリップ線路（トリプレート線路）を形成している。

第４の変形例によれば、第２給電回路３０９を挟み込む第２接地導体１０６および第３接地導体４１２を持つので、各第２給電プローブ１０７およびＴ型分岐部３１１から金属パッチ１０３の逆方向への不要放射を抑制し、アンテナ利得を向上させることができる。

以下、第５の変形例について説明する。
上述した実施形態では、開口１０１の周囲を囲うように配置される複数の金属ポスト６２４を備えてもよい。
第５の変形例の偏波共用アンテナ６００は、図６に示すように、開口１０１が設けられた第１接地導体１０２と、金属パッチ１０３と、第１給電プローブ１０４と、スロット１０５が設けられた第２接地導体１０６と、第２給電プローブ１０７と、複数の金属ポスト６２４と、を備えている。第５の変形例の偏波共用アンテナ６００は、複数の金属ポスト６２４を備える点において、上述した第３の変形例の偏波共用アンテナ４００とは異なる。
以下において、上述した第３の変形例の偏波共用アンテナ４００と同一部分については説明を省略または簡略化しながら、上述した第３の変形例の偏波共用アンテナ４００とは異なる点について説明する。

第１接地導体１０２および第２接地導体１０６と、第１接地導体１０２および第２接地導体１０６の間に配置される第１給電プローブ１０４とは、ストリップ線路（トリプレート線路）を形成している。
第２接地導体１０６および第３接地導体４１２と、第２接地導体１０６および第３接地導体４１２の間に配置される第２給電プローブ１０７とは、ストリップ線路（トリプレート線路）を形成している。
複数の金属ポスト６２４は、第１誘電体基板４１３、第２誘電体基板４１５、第３誘電体基板４１７、および第４誘電体基板４１９の各々を積層方向Ｐに貫通する複数の貫通孔に装着されている。複数の金属ポスト６２４は、矩形の開口１０１の各辺に並んで配置される２個ずつの金属ポスト６２４と、矩形の開口１０１の各頂点の外方に配置される１個ずつの金属ポスト６２４と、を備えている。複数の金属ポスト６２４の各々は、第１接地導体１０２および第２接地導体１０６の間、並びに第２接地導体１０６および第３接地導体４１２の間を短絡する。

第５の変形例によれば、複数の金属ポスト６２４を持つので、第１接地導体１０２および第２接地導体１０６、並びに第２接地導体１０６および第３接地導体４１２の各々で形成される平行平板導波路内に生じる平行平板モードを抑制することができる。平行平板モードを抑制する複数の金属ポスト６２４を持つので、金属パッチ１０３の放射効率の低下および金属パッチ１０３の端部からの漏洩による放射指向性の劣化を抑制することができる。また、複数の金属パッチ１０３を備えるアレーアンテナにおいては、隣接する金属パッチ１０３間の不要な結合を抑制し、アンテナ特性の劣化を防止することができる。

上述した第５の変形例では、複数の金属ポスト６２４は、第１誘電体基板４１３、第２誘電体基板４１５、第３誘電体基板４１７、および第４誘電体基板４１９の各々に独立して設けられてもよい。
上述した第５の変形例では、複数の金属ポスト６２４は、第１誘電体基板４１３、第２誘電体基板４１５、第３誘電体基板４１７、および第４誘電体基板４１９を一体的に積層方向Ｐに貫通するスルーホールなどであってもよい。
上述した第５の変形例では、複数の金属ポスト６２４は、第１誘電体基板４１３、第２誘電体基板４１５、第３誘電体基板４１７、および第４誘電体基板４１９の各々がビルドアップ工法で製造される際にスタックされる金属ビアであってもよい。

以下、第６の変形例について説明する。
上述した第５の変形例では、開口１０１の周囲を囲うように配置される複数の金属ポスト６２４を備えるとしたが、これに限定されない。上述した第５の変形例において、矩形の開口１０１の各頂点の外方に配置される１個ずつの金属ポスト６２４は省略されてもよい。
第６の変形例の偏波共用アンテナ７００は、図７に示すように、複数の金属ポスト６２４として、矩形の開口１０１の各辺に並んで配置される２個ずつの金属ポスト６２４を備えている。
第６の変形例によれば、複数の金属パッチ１０３を備えるアレーアンテナにおいては、隣接する金属パッチ１０３間の不要な結合を抑制しながら、アレーアンテナにおいて給電回路を引き回す場所を確保することができる。これにより給電回路のレイアウトの自由度を増大させることができる。

以下、第７の変形例について説明する。
上述した実施形態では、第１給電プローブ１０４および第２給電プローブ１０７の少なくとも何れかは、スタブ８２５を備えてもよい。
第７の変形例の偏波共用アンテナ８００は、図８に示すように、開口１０１が設けられた第１接地導体１０２と、金属パッチ１０３と、第１給電プローブ１０４と、スロット１０５が設けられた第２接地導体１０６と、第２給電プローブ１０７と、複数の金属ポスト６２４と、第２給電プローブ１０７に設けられたスタブ８２５と、を備えている。第７の変形例の偏波共用アンテナ８００は、スタブ８２５を備える点において、上述した第６の変形例の偏波共用アンテナ７００とは異なる。
以下において、上述した第６の変形例の偏波共用アンテナ７００と同一部分については説明を省略または簡略化しながら、上述した第６の変形例の偏波共用アンテナ７００とは異なる点について説明する。

第７の変形例によれば、第１偏波および第２偏波の各々に対して、金属パッチ１０３が動作する比帯域が等しい場合などであっても、スタブ８２５による二共振化などにより、第１偏波に対する高周波帯に比べて狭くなりやすい第２偏波に対する低周波帯の帯域を広帯域化することができる。

上述した第７の変形例では、第１給電プローブ１０４に設けられたスタブを備えてもよい。この場合には、第１偏波に対する高周波帯の帯域を広帯域化することができる。

以下、他の変形例について説明する。
上述した実施形態では、開口１０１が設けられた第１接地導体１０２、金属パッチ１０３、第１給電プローブ１０４、スロット１０５が設けられた第２接地導体１０６、および第２給電プローブ１０７などの導体部は、絶縁体の表面上にパターニングされる導電材などによって形成されているとしたが、これに限定されない。
開口１０１が設けられた第１接地導体１０２、金属パッチ１０３、第１給電プローブ１０４、スロット１０５が設けられた第２接地導体１０６、および第２給電プローブ１０７などの導体部を金属板として、積層される金属板間に挿入される絶縁体を備えてもよい。

上述した実施形態では、偏波共用アンテナ１００を直線偏波共用アンテナとしたが、これに限定されず、円偏波共用アンテナとしてもよい。
円偏波は、９０度の位相差を持ち、直交する２つの直線偏波の合成である。偏波共用アンテナ１００を、円偏波パッチアンテナとして動作させるためには、第１給電プローブ１０４および第２給電プローブ１０７から金属パッチ１０３に給電する際に９０度の位相差をつけてもよい。

上述した実施形態、第１から第７の変形例、および他の変形例は、適宜に組み合わせてもよい。

以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、金属パッチ自体の共振周波数よりも低い周波数で整合をとるスロットを持つことにより、金属パッチのアスペクト比を第１周波数と第２周波数との周波数比よりも小さくすることができる。
さらに、スロットの長辺方向にほぼ平行な長辺方向を有する第１給電プローブとスロットの長辺方向にほぼ直交する長辺方向を有する第２給電プローブとを持つので、交差偏波識別度を向上させることができる。
さらに、互いの長辺方向がほぼ直交する第１給電プローブおよび第２給電プローブを持つので、第１給電プローブが接続される入出力ポートと第２給電プローブが接続される入出力ポートとのアイソレーションを向上させることができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１００…偏波共用アンテナ、１０１…開口、１０２…第１接地導体、１０３…金属パッチ、１０４…第１給電プローブ、１０５…スロット、１０６…第２接地導体、１０７…第２給電プローブ、２００…偏波共用アンテナ、２０１…開口、２０３…金属パッチ、２０４…第１給電プローブ、３００…偏波共用アンテナ、３０８…第１給電回路、３０９…第２給電回路、３１０…Ｔ型分岐部、３１１…Ｔ型分岐部、４００…偏波共用アンテナ、４１２…第３接地導体、４１３…第１誘電体基板、４１４…第１主面、４１５…第２誘電体基板、４１６…第１主面、４１７…第３誘電体基板、４１８…第１主面、４１９…第４誘電体基板、４２０…第１主面、４２１…第２主面、４２２…第２主面、４２３…第２主面、５００…偏波共用アンテナ、６００…偏波共用アンテナ、６２４…金属ポスト、７００…偏波共用アンテナ、８００…偏波共用アンテナ、８２５…スタブ

Claims (9)

1. 開口が設けられた第１接地導体と、
   積層方向に前記第１接地導体以下の高さに設けられ、前記第１接地導体への正射影が前記開口の内部となる位置に設けられ、放射素子として動作する金属パッチと、
   前記積層方向に前記第１接地導体よりも下方に設けられ、前記金属パッチを励振する第１給電プローブと、
   前記積層方向に前記第１給電プローブよりも下方に設けられ、前記積層方向に前記金属パッチの下方において、前記第１給電プローブと略平行なスロットが設けられた第２接地導体と、
   前記積層方向に前記第２接地導体よりも下方に設けられ、前記積層方向に前記金属パッチの下方において、前記スロットと略直交する第２給電プローブと、
   を備え、
   前記金属パッチのアスペクト比は、
   前記第１給電プローブによる給電に応じて前記金属パッチが送受信する第１偏波の第１周波数と前記第２給電プローブによる前記スロットを介した給電に応じて前記金属パッチが送受信する第２偏波の前記第１周波数よりも低い第２周波数との比である周波数比よりも小さい、
   偏波共用アンテナ。
2. 前記積層方向に前記第２給電プローブよりも下方に設けられる第３接地導体を備える、
   請求項１に記載の偏波共用アンテナ。
3. 前記第１給電プローブおよび前記第２給電プローブの各々の一部は、前記積層方向に前記金属パッチの中央部の下方に設けられ、
   前記スロットの中央部は、前記積層方向に前記金属パッチの中央部の下方に設けられる、
   請求項１または請求項２に記載の偏波共用アンテナ。
4. 前記開口の周囲に配置される金属ポストを備える、
   請求項１から請求項３の何れか１つに記載の偏波共用アンテナ。
5. 前記開口の形状は矩形に形成され、
   前記矩形の各辺に並んで２本ずつ配置される複数の前記金属ポストを備える、
   請求項４に記載の偏波共用アンテナ。
6. 前記第２給電プローブに設けられるスタブを備える、
   請求項１から請求項５の何れか１つに記載の偏波共用アンテナ。
7. 前記第１給電プローブに設けられるスタブを備える、
   請求項１から請求項６の何れか１つに記載の偏波共用アンテナ。
8. 格子状に配置された複数の前記開口、格子状に配置された複数の前記金属パッチ、格子状に配置された複数の前記第１給電プローブ、格子状に配置された複数の前記スロット、および格子状に配置された複数の前記第２給電プローブと、
   前記複数の前記第１給電プローブを接続する第１給電回路と、
   前記複数の前記第２給電プローブを接続する第２給電回路と、
   を備える、
   請求項１から請求項７の何れか１つに記載の偏波共用アンテナ。
9. 前記複数の前記金属パッチ、前記複数の前記第１給電プローブ、前記複数の前記スロット、および前記複数の前記第２給電プローブの各々の個数は、
   Ｎを任意の自然数とする２^Ｎ×２^Ｎ個である、
   請求項８に記載の偏波共用アンテナ。

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