JP4591425B2

JP4591425B2 - アンテナ装置

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Publication number: JP4591425B2
Application number: JP2006235202A
Authority: JP
Inventors: 徹高橋; 武志佐倉; 誠松永; 健一針生
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2006-08-31
Filing date: 2006-08-31
Publication date: 2010-12-01
Anticipated expiration: 2026-08-31
Also published as: JP2008060897A

Description

この発明は、電波の主放射方向を特定方向に切り替え可能なアンテナ装置に関する。

従来のアンテナ装置は、複数個のアンテナ素子、アンテナ素子に電波を給電するための分配／合成回路、移相器、及びＲＦスイッチ（Radio frequency；高周波スイッチ）から構成される（例えば、特許文献１参照）。この従来のアンテナ装置では、ＲＦスイッチによりアンテナ素子に給電する経路を切り替えかつ移相器によりアンテナ素子へ給電する励振位相を調整することにより、電波の主放射方向を２次元的な特定方向に切り替え可能である。

特開平６−３２６５１０号公報（第４３頁図１〜図５、および第４４頁図６〜図９）

従来のアンテナ装置では、電波の主放射方向を切り替えるために、ＲＦスイッチによる伝送経路の切り替えと移相器による位相調整を同時に行っており、主放射方向を切り替えるためのビーム制御が複雑化するという問題があった。特に、アンテナの主放射方向を２次元内の特定４方向にのみ切り替える場合であっても、複雑なビーム制御を行うことでアンテナ装置の複雑化を招いてしまう。このため、移相器を用いることなく、アンテナの主放射方向を簡易的に切り替えることが望まれていた。

また、アンテナ素子としてマイクロストリップアンテナを用いて、基本モードと高次モードの放射電力を其々等しくし、かつこれらを逆相で合成することにより不要な方向への放射を抑制することを動作の前提条件としている。したがって、実際に電波の主放射方向を切り替えるためには、移相器による調整だけでなく、基本モードと高次モードと振幅調整が必要となる。従来のアンテナ装置では、この振幅調整をアンテナ素子であるマイクロストリップアンテナの寸法諸元を調整する設計により実現していた。しかし、マイクロストリップアンテナの基本モードと高次モードの周波数特性は互いに異なるため、上記振幅調整をある特定の周波数で満足させることができても他の周波数では満足させることが困難になる。つまり、アンテナを動作させる周波数帯域幅を考えると、従来のアンテナ装置では不要な方向への電波の放射が大きくなり、アンテナ利得が低くなるという問題があった。

この発明はかかる問題点を解決するためになされたもので、移相器を用いずにＲＦスイッチの切り替えによって、アンテナの主放射方向を特定４方向に切り替えることができる簡易なビーム制御方式を得ることを目的とする。

この発明によるアンテナ装置は、直交偏波の高周波信号を送信あるいは受信可能な複数個のアンテナ素子と、一部の上記アンテナ素子に接続される１８０°遅延回路と、上記アンテナ素子もしくは上記１８０°遅延回路に接続された４つの電力分配もしくは合成回路と、上記電力分配もしくは合成回路の各入出力端子に接続された２つの９０°ハイブリッド回路と、上記９０°ハイブリッド回路に接続されその入出力端子を切り替えるＲＦスイッチとを備えたものである。

また、直交偏波の高周波信号を送信あるいは受信可能な複数個のアンテナ素子と、上記アンテナ素子に接続された４つの電力分配もしくは合成回路と、上記電力分配もしくは合成回路の各入出力端子に接続された２つの９０°ハイブリッド回路と、上記９０°ハイブリッド回路に接続されその入出力端子を切り替えるＲＦスイッチとを備え、上記アンテナ素子は、給電位置がアンテナ素子中心軸に対して軸対称な位置に設けられたものである。

この発明によれば、アンテナに接続される４つの入出力端子の接続をＲＦスイッチで切り替え接続することにより、簡易に、電波の主放射方向を２次元内の特定４方向に切り替えることができる。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１におけるアンテナ装置の機能ブロック図であり、図１（ａ）はアンテナ素子と１８０°遅延器の接続構成及び配列例を示す図、図１（ｂ）はアンテナ素子、電力分配／合成回路、９０℃ハイブリッド回路、及びＲＦスイッチの接続構成を示す図である。

図において、アンテナ素子１は直交する２つの偏波を放射可能または受信可能なアンテナ素子である。アンテナ素子１は、主放射方向を示すＸ軸、Ｙ軸に対して其々平行に２次元配列されている。なお、アンテナ素子１の一方の偏波の方向がＹ軸方向、他方の偏波の方向がＸ軸方向に一致するようにアンテナ素子１が設置される。

アンテナ素子入出力端子２ａ及び２ｂは上記アンテナ素子の一方の偏波に対応したアンテナ素子の第１の入出力端子であり、例えばここでは垂直偏波に対応した入出力端子とする。アンテナ素子入出力端子２ａ及び２ｂはＸ軸方向に配列されるアンテナ素子１の第１の入出力端子に交互に設けられる。アンテナ素子入出力端子２ｃ及び２ｄは上記アンテナ素子の他方の偏波に対応したアンテナ素子の第２の入出力端子であり、例えばここでは水平偏波に対応した入出力端子とする。アンテナ素子入出力端子２ｃ及び２ｄはＹ軸方向に配列されるアンテナ素子１の第２の入出力端子に交互に設けられる。１８０°遅延回路３は入力信号に対して出力信号に１８０°の位相遅れを生じさせる遅延回路であり、一部のアンテナ素子１のアンテナ素子入出力端子に接続される。

図の例では、Ｘ軸方向の（４Ｌ−１）列目（Ｌは正の整数）と４Ｌ列目におけるＹ軸方向に配列された各アンテナ素子１は、各アンテナ素子入出力端子２ａ及び２ｂが１８０°遅延回路３に接続される。また、Ｘ軸方向の（４Ｌ−４）列目と（４Ｌ−３）列目におけるＹ軸方向に配列された各アンテナ素子１は、各アンテナ素子入出力端子２ａ及び２ｂに１８０°遅延回路３が接続されていない。また、Ｙ軸方向の（４Ｍ−１）行目（Ｍは正の整数）と４Ｍ行目におけるＸ軸方向に配列された各アンテナ素子１は、各アンテナ素子入出力端子２ｃ及び２ｄに１８０°遅延回路３が接続されていない。また、Ｙ軸方向の（４Ｍ−４）行目と（４Ｍ−３）行目におけるＸ軸方向に配列された各アンテナ素子１は、各アンテナ素子入出力端子２ｃ及び２ｄに１８０°遅延回路３が接続される。

第１の電力分配／合成回路４ａは直接もしくは１８０°遅延回路３を介して上記各アンテナ素子入出力端子２ａに接続され、第２の電力分配／合成回路４ｂは直接もしくは１８０°遅延回路３を介して上記各アンテナ素子入出力端子２ｂに接続され、第３の電力分配／合成回路４ｃは直接もしくは１８０°遅延回路３を介して上記各アンテナ素子入出力端子２ｃに接続され、第４の電力分配／合成回路４ｄは直接もしくは１８０°遅延回路３を介して上記各アンテナ素子入出力端子２ｄに接続される。すなわち、Ｘ軸方向に隣接して配列されるアンテナ素子１のアンテナ素子入出力端子２ａ及び２ｂは其々交互に電力分配／合成回路１及び電力分配／合成回路２に接続される。また、Ｙ軸方向に隣接して配列されるアンテナ素子１のアンテナ素子入出力端子２ｃ及び２ｄは其々交互に電力分配／合成回路１及び電力分配／合成回路２に接続される。符号６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄは其々電力分配／合成回路４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄの入出力端子である。電力分配／合成回路４ａはアンテナ素子入出力端子２ａから其々入力される高周波信号を入出力端子６ａに合成出力し、あるいは入出力端子６ａから入力される高周波信号を各アンテナ素子入出力端子２ａに分配出力する。電力分配／合成回路４ｂはアンテナ素子入出力端子２ｂから其々入力される高周波信号を入出力端子６ｂに合成出力し、あるいは入出力端子６ｂから入力される高周波信号を各アンテナ素子入出力端子２ｂに分配出力する。電力分配／合成回路４ｃはアンテナ素子入出力端子２ｃから其々入力される高周波信号を入出力端子６ｃに合成出力し、あるいは入出力端子６ｃから入力される高周波信号を各アンテナ素子入出力端子２ｃに分配出力する。電力分配／合成回路４ｄはアンテナ素子入出力端子２ｄから其々入力される高周波信号を入出力端子６ｄに合成出力し、あるいは入出力端子６ｄから入力される高周波信号を各アンテナ素子入出力端子２ｄに分配出力する。

第１の９０°ハイブリッド５ａと第２の９０°ハイブリッド５ｂは４つの入出力端子を有している。９０°ハイブリッド５ａの一方の２つの入出力端子は入出力端子６ａ、６ｂを介して上記電力分配／合成回路４ａ、４ｂに其々接続される。９０°ハイブリッド５ｂの一方の２つの入出力端子は入出力端子６ｃ、６ｄを介して上記電力分配／合成回路４ｃ、４ｄに其々接続される。また、７ａおよび７ｂは９０°ハイブリッド５ａの他方の２つの入出力端子を示し、７ｃおよび７ｄは９０°ハイブリッド５ｂの他方の２つの入出力端子を示す。９０°ハイブリッド５ａは入出力端子７ａ、７ｂを介してスイッチ８に接続され、９０°ハイブリッド５ｂは入出力端子７ａ、７ｂを介してスイッチ８に接続される。また、スイッチ８は、信号の入出力を入出力端子７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄのいずれかに切り替えるためのＲＦスイッチである。スイッチ８は入出力端子３０に接続され、送信機、受信機あるいは送受信機に接続される。

図２はこのアンテナ装置を構成するアンテナ素子１の素子配列図である。図において、アンテナ素子１は、主放射方向を示す直交したＸ軸、Ｙ軸に対して其々平行に２次元配列されている。また、アンテナ素子１の垂直偏波の方向がＹ軸方向、水平偏波の方向がＸ軸方向に一致するようにアンテナ素子１が設置される。矩形状に配列されたアンテナ素子１は、外周に配列されたアンテナ素子の配列方向がＸ軸、Ｙ軸に平行になるように配列されている。ここで、アンテナ素子１の素子間隔ｄは概ね次式で与えられるものとする。

式（１）において、λはこのアンテナ装置が送信あるいは受信する信号周波数の自由空間波長である。θはこのアンテナ装置により電波を送信あるいは受信したい方向を表し、図３に示すようにアンテナ装置の正面方向（図２の紙面に垂直な方向）からのなす角度である。

次に、送信動作について説明する。なお、受信動作については同様にして動作するので、ここでは説明を省く。

以上のように構成されたアンテナ装置では、入出力端子３０を介して送信機（または送受信機）からＲＦスイッチ８に入力された高周波信号は出力する経路を切り替えられるので、入力端子７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄのいずれかの入出力端子に高周波信号が伝送される。例えば、入力端子７ａに高周波信号が入力された場合には、９０°ハイブリッド５ａを介して電力分配／合成回路４ａおよび４ｂに高周波信号が伝送され、その位相差は−９０°となり、アンテナ素子１から垂直偏波の電波が放射される。すなわち、９０°ハイブリッド５ａによって、入出力端子６ｂは入出力端子６ａに対して９０°位相が遅れる。

この際、１８０°遅延回路３が接続されたアンテナ素子入出力端子２ａ、２ｂは１８０°位相が遅延するので、結果的に、図２の各アンテナ素子１から放射される電波の位相差は図４のようになる。また、各アンテナ素子１の素子間隔は概ね式（１）で与えられるので、各アンテナ素子１から放射された電波は図３記載のビーム方向９ａにおいて同相となる。したがって、ビーム方向９ａを主放射方向として電波が放射されることになる。同様に入力端子７ｂに高周波信号が入力された場合には、各アンテナ素子１から放射される電波の位相差は図５のようになる。この場合には、図３記載のビーム方向９ｂを主放射方向として電波が放射される。

一方、入力端子７ｃに高周波信号が入力された場合には、電力分配合成回路４ｃおよび４ｄに高周波信号が伝送され、その位相差は−９０°となり、アンテナ素子１から水平偏波の電波が放射される。すなわち、９０°ハイブリッド５ｂによって、入出力端子６ｄは入出力端子６ｃに対して９０°位相が遅れる。この際、１８０°遅延回路３が接続されたアンテナ素子入出力端子２ｃ、２ｄは１８０°位相が遅延するので、結果的に、図２の各アンテナ素子１から放射される電波の位相差は図６のようになる。各アンテナ素子１の素子間隔は概ね式（１）で与えられるので、各アンテナ素子１から放射された電波は図３記載のビーム方向９ｃにおいて同相となる。したがって、ビーム方向９ｃを主放射方向として電波が放射されることになる。同様に入出力端子７ｄに高周波信号が入力された場合には、各アンテナ素子１から放射される電波の位相差は図７のようになる。この場合には、図３記載のビーム方向９ｄを主放射方向として電波が放射される。

したがって、本実施の形態１のアンテナ装置では、一つのＲＦスイッチにより高周波信号の伝送経路を切り替えるだけの簡易なビーム制御方式により、電波の主放射方向を２次元的な特定４方向に切り替えることが可能であるという効果がある。

また、アンテナ素子間隔を式（１）で決定される間隔としているので、グレーティングローブが発生しない条件：ｄ＜λ／（１＋ｄｓｉｎθ）を考慮すると、θ＞１９．５度となる方向を主放射方向とする場合にはグレーティングローブが発生しない。すなわち、グレーティングローブのような不要な方向への放射を低減した高効率なアンテナ装置を得ることができるという効果がある。

以上説明した通り、直交する２つの偏波に其々対応した第１、第２の入出力端子を其々有し、当該第１、第２の入出力端子が其々対応した偏波の高周波信号を送信あるいは受信可能な複数個のアンテナ素子と、一部の上記アンテナ素子における第１、第２の入出力端子の一方もしくは双方に接続される１８０°遅延回路と、上記アンテナ素子または上記１８０°遅延回路に接続された第１乃至第４の電力分配もしくは合成回路と、４つの入出力端子を有し、うち２つの入出力端子が上記第１、第２の電力分配もしくは合成回路の入出力端子に其々接続された第１の９０°ハイブリッド回路と、４つの入出力端子を有し、うち２つの入出力端子が上記第３、第４の電力分配もしくは合成回路の入出力端子に其々接続された第２の９０°ハイブリッド回路と、上記第１、第２の９０°ハイブリッド回路における他の２つの入出力端子に其々接続され、当該入出力端子を切り替えるＲＦスイッチと、を備え、上記アンテナ素子は一方の偏波に垂直な第１の方向及び他方の偏波に垂直な第２の方向に２次元配列され、上記第１の方向に隣接して配列される上記アンテナ素子の第１の入出力端子は上記第１、第２の電力分配もしくは合成回路に交互に接続され、上記第２の方向に隣接して配列される上記アンテナ素子の第２の入出力端子は上記第４、第３の電力分配もしくは合成回路に交互に接続され、上記１８０°遅延回路は、上記第１の方向の（４Ｌ−１）及び４Ｌ列目（Ｌは正の整数）における、上記第２の方向に配列された上記アンテナ素子の第１の入出力端子に接続されるとともに、上記第２の方向の（４Ｍ−３）及び（４Ｍ−２）行目（Ｍは正の整数）における、上記第１の方向に配列された上記アンテナ素子の第２の入出力端子に接続することにより、アンテナに接続される４つの入出力端子の接続をＲＦスイッチで切り替え接続することにより、簡易に、電波の主放射方向を２次元内の特定４方向に切り替えることができる。

実施の形態２．
図８はこの発明の実施の形態２におけるアンテナ素子１の構成説明図であり、図８（ａ）は斜視図、図８（ｂ）は上平面図を示す。ここではアンテナ素子として例えば円形マイクロストリップアンテナを用いる場合について説明する。図において、アンテナ素子１は、円形放射導体１０、誘電体基板１１ａ、地導体１２ａを備えて構成される。また、符号１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄはアンテナ素子の給電点であり、１８０°遅延回路を介さずに、其々電力分配／合成回路４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄに直接接続される。１４は各アンテナ素子１の中心軸である。図に示すように、給電点１３ａと給電点１３ｂはアンテナ素子中心軸１４に対して互いに軸対称となる位置にある。同様に給電点１３ｃと給電点１３ｄはアンテナ素子中心軸１４に対して互いに軸対称となる位置にある。なお、その他の構成については、実施の形態１と同様である。

以上のように構成されたアンテナ装置では、給電点１３ａで給電されたアンテナ素子と、給電点１３ｂで給電されたアンテナ素子の励振位相は１８０°の位相差がつくことになる。同様に、給電点１３ｃで給電されたアンテナ素子と、給電点１３ｄで給電されたアンテナ素子の励振位相は１８０°の位相差がつくことになる。このため、当該アンテナ装置では、実施の形態１に係る図１記載の１８０°遅延回路３が不必要になる。

この実施の形態では、直交する２つの偏波に其々対応した第１、第２の入出力端子を其々有し、当該第１、第２の入出力端子が其々対応した偏波の高周波信号を送信あるいは受信可能な複数個のアンテナ素子と、上記アンテナ素子の第１、第２の入出力端子に接続された第１乃至第４の電力分配もしくは合成回路と、第１乃至第４の入出力端子を有し、当該第１、第２の入出力端子が上記第１、第２の電力分配もしくは合成回路の入出力端子に其々接続された第１の９０°ハイブリッド回路と、４つの入出力端子を有し、うち２つの入出力端子が上記第１、第２の電力分配もしくは合成回路の入出力端子に其々接続された第１の９０°ハイブリッド回路と、４つの入出力端子を有し、うち２つの入出力端子が上記第３、第４の電力分配もしくは合成回路の入出力端子に其々接続された第２の９０°ハイブリッド回路と、上記第１、第２の９０°ハイブリッド回路の有する他の２つの入出力端子に其々接続され、当該入出力端子を切り替えるＲＦスイッチと、を備え、上記アンテナ素子は一方の偏波に垂直な第１の方向及び他方の偏波に垂直な第２の方向に２次元配列され、上記第１の方向に隣接して配列される上記アンテナ素子の第１の入出力端子は上記第１、第２の電力分配もしくは合成回路に交互に接続され、上記第２の方向に隣接して配列される上記アンテナ素子の第２の入出力端子は上記第４、第３の電力分配もしくは合成回路に交互に接続され、上記アンテナ素子における第１、第２の入出力端子の給電位置がアンテナ素子中心軸に対して軸対称な位置に設けられ、上記第１の方向の（４Ｌ−１）及び４Ｌ列目（Ｌは正の整数）における上記第２の方向に配列された上記アンテナ素子の第１の入出力端子は、上記第１の方向の（４Ｌ−３）及び（４Ｌ−２）列目における上記第２の方向に配列された上記アンテナ素子の第１の入出力端子に対し、１８０°位相遅れを生じるように上記アンテナ素子の給電位置が設定され、上記第２の方向の（４Ｍ−３）及び（４Ｍ−２）行目（Ｍは正の整数）における上記第１の方向に配列された上記アンテナ素子の第２の入出力端子は、上記第２の方向の（４Ｍ−１）及び４Ｍ行目における上記第１の方向に配列された上記アンテナ素子の第２の入出力端子に対し、１８０°位相遅れを生じるように上記アンテナ素子の給電位置が設定されたことにより、アンテナ素子と電力分配もしくは合成回路の間に１８０°遅延回路を接続することが不要となり、アンテナ装置の構成をより簡略化できるという効果がある。

実施の形態３．
図９はこの発明の実施の形態３におけるアンテナ装置断面図であり、例えば図２記載のＡ−Ａ’の断面図を表す。図において、符号１１ａ〜１１ｉは誘電体基板、１２ａ〜１２ｅは地導体を示す。また、１５ａは図１０に示す導体パターンであり、地導体１２ａ及び１２ｂ、誘電体基板１１ｂ及び１１ｃとともにストリップ線路を形成し、電力分配／合成回路４ａを構成している。同様に、導体パターン１５ｂ、地導体１２ｂ及び１２ｃ、誘電体基板１１ｄ及び１１ｅからなるストリップ線路は電力分配／合成回路４ｂを形成し、導体パターン１５ｃ、地導体１２ｃ及び１２ｄ、誘電体基板１１ｆ及び１１ｇからなるストリップ線路は電力分配／合成回路４ｃを形成し、導体パターン１５ｄ、地導体１２ｄ及び１２ｅ、誘電体基板１１ｈ及び１１ｉからなるストリップ線路は電力分配／合成回路４ｄを形成している。その他の構成については、実施の形態１、２と同様である。

以上のように構成されたアンテナ装置では、積層された誘電体基板１１ａ〜１１ｉを用いて、電力分配合成回路４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄが多層化されているので、当該アンテナ装置を薄型化できるという効果がある。

実施の形態４．
図１１はこの発明の実施の形態４におけるアンテナ装置のアンテナ素子配列図である。図に示すように、当該アンテナ装置のアンテナ素子は４角配列の対角方向を主放射方向とするように配列される。すなわち、外周に配列されたアンテナ素子１の配列方向がＸ、Ｙ軸に対し４５°傾斜配置される。このため、式（１）の素子間隔と波長の関係は図１１記載のｄ’に適用する。すなわち、ｄ’＝λ／（４ｓｉｎθ）、ｄ’’＝２^０．５×ｄ’となる（ｄ’’は隣接するアンテナ素子との間隔）。

以上のように構成されたアンテナ装置では、隣接するアンテナ素子との間隔ｄ’’が上記実施の形態１〜３と比べて広くなるので、アンテナ素子数を削減できるという効果がある。また、アンテナ素子間隔が広くなることにより、アンテナ素子間にスペースを確保することが出来るので、電力分配合成回路４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄの実装が容易になるという効果がある。なお、その他の構成及び動作については、実施の形態１〜３と同様である。

実施の形態５．
図１２はこの発明の実施の形態５におけるアンテナ装置のアンテナ素子配列図であり、図中の１６ａは当該アンテナ装置を構成する第１のグループのアンテナ素子、１６ｂは当該アンテナ装置を構成する第２のグループのアンテナ素子である。図１３は当該アンテナ装置の断面図であり、例えば図１２記載のＢ−Ｂ’断面図を表す。図中の１７ａは上記第１のグループのアンテナ素子を給電するための給電回路層、１７ｂは上記第２のグループのアンテナ素子を給電するための給電回路層である。図１２において、導体パターン１５ａ、１５ｃ及び導体パターン１５ｂ、１５ｄは図示の都合上重ねて記載しているが、実際は非接触に配線されている。また、図１４は上記給電回路層１７ａの回路接続図、図１５は上記給電回路層１７ｂの回路接続図、図１６は当該アンテナ装置裏面の接続図であり、紙面左右方向をＸ軸、上下方向をＹ軸とする。

図１４において、アンテナ素子１の垂直偏波方向給電点（Ｙ軸方向給電点）に接続された導体パターン１５ａには、Ｘ軸方向の第２ｉ列目と第２（ｉ＋１）列目（ｉ≧１）のアンテナ素子１が接続される。また、アンテナ素子１の水平偏波方向給電点（Ｘ軸方向給電点）に接続された導体パターン１５ｃには、Ｘ軸方向の第２ｉ列目と第２（ｉ＋１）列目のアンテナ素子１が接続される。この際、導体パターン１５ａは同じ列上の隣接するアンテナ素子１が交互に１８０°位相差を有するように上下端の異なる給電点に接続される。また、導体パターン１５ｃは同じ列上の隣接するアンテナ素子１が同相となるように給電経路の線路長を等しくし、かつ第２ｉ列目と第２（ｉ＋１）列目のアンテナ素子間で１８０°の位相差を有するように、その給電経路において予め異なる線路長に調整してある。この場合、異なる線路長を持たせる代わりに、第２ｉ列目と第２（ｉ＋１）列目とで交互に給電点を左右端に接続して１８０°の位相差を持たせるようにしても良い。

また、図１５において、アンテナ素子１の垂直偏波方向給電点（Ｙ軸方向給電点）に接続された導体パターン１５ｂには、Ｙ軸方向の第２ｊ行目と第２（ｊ＋１）行目（ｊ≧１）のアンテナ素子１が接続される。また、アンテナ素子１の水平偏波方向給電点（Ｘ軸方向給電点）に接続された導体パターン１５ｄには、Ｙ軸方向の第２ｊ行目と第２（ｊ＋１）行目（ｊ≧１）のアンテナ素子１が接続される。この際、導体パターン１５ｄは同じ行の隣接するアンテナ素子１が交互に１８０°位相差を有するように左右端の異なる給電点に接続される。また、導体パターン１５ｂは同じ行の隣接するアンテナ素子１同士が同相となるように給電経路の線路長を等しくし、かつ第２ｊ行目と第２（ｊ＋１）行目のアンテナ素子間で１８０°の位相差を有するように、その給電経路において予め異なる線路長に調整してある。この場合、異なる線路長を持たせる代わりに、第２ｊ行目と第２（ｊ＋１）行目とで交互に給電点を上下端に接続して１８０°の位相差を持たせるようにしても良い。
導体パターン１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄは、其々入出力端子６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄに接続される。

さらに、図１６において、導体パターン１５ａの接続された入出力端子６ａと導体パターン１５ｂの接続された入出力端子６ｂとが９０°ハイブリッド５ａに接続され、その各入出力信号が９０°の位相差を有するように接続されている。また、導体パターン１５ｃの接続された入出力端子６ｃと導体パターン１５ｄの接続された入出力端子６ｄとが９０°ハイブリッド５ｂに接続され、その各入出力信号が９０°の位相差を有するように接続されている。
これによって、Ｘ軸方向及びＹ軸方向において、図４〜図７と同様の位相差を得ることができる。
なお、その他の構成及び動作については、実施の形態１〜３と同様である。

以上のように構成されたアンテナ装置では、電力分配回路４ａ及び４ｃを同一の給電回路層１７ａにおいて形成し、かつ電力分配回路４ｂ及び４ｄを同一の給電回路層１７ｂにおいて形成している。すなわち、２つの電力分配もしくは合成回路を其々同一平面上の誘電体基板で形成し、積層された層の異なる誘電体基板に形成された電力分配もしくは合成回路に対し、電波の主放射方向に隣接したアンテナ素子を交互に接続している。このため、当該アンテナ装置の薄型化および軽量化が可能であるという効果がある。また、給電回路層が２層になったことにより多層基板の製造が容易になるので、当該アンテナ装置の製造が容易になるという効果がある。

なお、実施の形態１〜５に示したアンテナ装置は、例えば特定４方向に電波を送受信する通信用アンテナやレーダ用アンテナに用いると良い。また、２次元的な特定４方向に電波を送受信して、特定４方向の各受信電力や送信パルスの送受信時間間隔に基づいて、特定４方向に対する目標との相対距離を求めることにより、自己の姿勢を特定するための姿勢検出センサに用いても良い。

実施の形態１におけるアンテナ装置の機能ブロック図実施の形態１におけるアンテナ素子配列図アンテナ装置の４つの主放射方向を定義する図実施の形態１における入力端子７ａに高周波信号が入力されたときの各アンテナ素子の励振位相分布図実施の形態１における入力端子７ｂに高周波信号が入力されたときの各アンテナ素子の励振位相分布図実施の形態１における入力端子７ｃに高周波信号が入力されたときの各アンテナ素子の励振位相分布図実施の形態１における入力端子７ｄに高周波信号が入力されたときの各アンテナ素子の励振位相分布図実施の形態２におけるアンテナ素子構成図実施の形態３におけるアンテナ装置断面図実施の形態３における電力分配／合成回路接続図実施の形態４におけるアンテナ素子配列図実施の形態５におけるアンテナ素子グループ定義図実施の形態５におけるアンテナ装置断面図実施の形態５における第１の給電回路層における電力分配／合成回路接続図実施の形態５における第２の給電回路層における電力分配／合成回路接続図実施の形態５におけるアンテナ装置裏面の回路接続図

符号の説明

１アンテナ素子、２ａアンテナ素子入出力端子、２ｂアンテナ素子入出力端子、２ｃアンテナ素子入出力端子、２ｄアンテナ素子入出力端子、３１８０°遅延回路、４ａ電力分配／合成回路、４ｂ電力分配／合成回路、４ｃ電力分配／合成回路、４ｄ電力分配／合成回路、５ａ９０°ハイブリッド、５ｂ９０°ハイブリッド、６ａ入出力端子、６ｂ入出力端子、６ｃ入出力端子、６ｄ入出力端子、７ａ入出力端子、７ｂ入出力端子、７ｃ入出力端子、７ｄ入出力端子、８ＲＦスイッチ、９ａ電波の主放射方向、９ｂ電波の主放射方向、９ｃ電波の主放射方向、９ｄ電波の主放射方向、１０円形放射導体、１１ａ誘電体基板、１１ｂ誘電体基板、１１ｃ誘電体基板、１１ｄ誘電体基板、１１ｅ誘電体基板、１１ｆ誘電体基板、１１ｇ誘電体基板、１１ｈ誘電体基板、１１ｉ誘電体基板、１２ａ地導体、１２ｂ地導体、１２ｃ地導体、１２ｄ地導体、１２ｅ地導体、１３ａ垂直偏波用アンテナ素子給電点、１３ｂ垂直偏波用アンテナ素子給電点、１３ｃ水平偏波用アンテナ素子給電点、１３ｄ水平偏波用アンテナ素子給電点、１４アンテナ素子中心軸、１５ａ電力分配合成回路４ａの導体パターン、１５ｂ電力分配合成回路４ｂの導体パターン、１５ｃ電力分配合成回路４ｃの導体パターン、１５ｄ電力分配合成回路４ｄの導体パターン、１６ａ第１のグループのアンテナ素子、１６ｂ第２のグループのアンテナ素子、１７ａ第１のグループのアンテナ素子を給電する給電回路層、１７ｂ第２のグループのアンテナ素子を給電する給電回路層。

Claims

直交する２つの偏波に其々対応した第１、第２の入出力端子を其々有し、当該第１、第２の入出力端子が其々対応した偏波の高周波信号を送信あるいは受信可能な複数個のアンテナ素子と、
一部の上記アンテナ素子における第１、第２の入出力端子の一方もしくは双方に接続される１８０°遅延回路と、
上記アンテナ素子または上記１８０°遅延回路に接続された第１乃至第４の電力分配もしくは合成回路と、
４つの入出力端子を有し、うち２つの入出力端子が上記第１、第２の電力分配もしくは合成回路の入出力端子に其々接続された第１の９０°ハイブリッド回路と、
４つの入出力端子を有し、うち２つの入出力端子が上記第３、第４の電力分配もしくは合成回路の入出力端子に其々接続された第２の９０°ハイブリッド回路と、
上記第１、第２の９０°ハイブリッド回路の有する他の２つの入出力端子に其々接続され、当該入出力端子を切り替えるＲＦスイッチと、を備え、
上記アンテナ素子は一方の偏波に垂直な第１の方向及び他方の偏波に垂直な第２の方向に２次元配列され、
上記第１の方向に隣接して配列される上記アンテナ素子の第１の入出力端子は上記第１、第２の電力分配もしくは合成回路に交互に接続され、
上記第２の方向に隣接して配列される上記アンテナ素子の第２の入出力端子は上記第４、第３の電力分配もしくは合成回路に交互に接続され、
上記１８０°遅延回路は、上記第１の方向の（４Ｌ−１）及び４Ｌ列目（Ｌは正の整数）における、上記第２の方向に配列された上記アンテナ素子の第１の入出力端子に接続されるとともに、上記第２の方向の（４Ｍ−３）及び（４Ｍ−２）行目（Ｍは正の整数）における、上記第１の方向に配列された上記アンテナ素子の第２の入出力端子に接続されることを特徴としたアンテナ装置。
直交する２つの偏波に其々対応した第１、第２の入出力端子を其々有し、当該第１、第２の入出力端子が其々対応した偏波の高周波信号を送信あるいは受信可能な複数個のアンテナ素子と、
上記アンテナ素子の第１、第２の入出力端子に接続された第１乃至第４の電力分配もしくは合成回路と、
第１乃至第４の入出力端子を有し、当該第１、第２の入出力端子が上記第１、第２の電力分配もしくは合成回路の入出力端子に其々接続された第１の９０°ハイブリッド回路と、
４つの入出力端子を有し、うち２つの入出力端子が上記第１、第２の電力分配もしくは合成回路の入出力端子に其々接続された第１の９０°ハイブリッド回路と、
４つの入出力端子を有し、うち２つの入出力端子が上記第３、第４の電力分配もしくは合成回路の入出力端子に其々接続された第２の９０°ハイブリッド回路と、
上記第１、第２の９０°ハイブリッド回路の有する他の２つの入出力端子に其々接続され、当該入出力端子を切り替えるＲＦスイッチと、を備え、
上記アンテナ素子は一方の偏波に垂直な第１の方向及び他方の偏波に垂直な第２の方向に２次元配列され、
上記第１の方向に隣接して配列される上記アンテナ素子の第１の入出力端子は上記第１、第２の電力分配もしくは合成回路に交互に接続され、
上記第２の方向に隣接して配列される上記アンテナ素子の第２の入出力端子は上記第４、第３の電力分配もしくは合成回路に交互に接続され、
上記アンテナ素子における第１、第２の入出力端子の給電位置がアンテナ素子中心軸に対して回転対称な位置に設けられ、
上記第１の方向の（４Ｌ−１）及び４Ｌ列目（Ｌは正の整数）における上記第２の方向に配列された上記アンテナ素子の第１の入出力端子は、上記第１の方向の（４Ｌ−３）及び（４Ｌ−２）列目における上記第２の方向に配列された上記アンテナ素子の第１の入出力端子に対し、１８０°位相遅れを生じるように上記アンテナ素子の給電位置が設定され、
上記第２の方向の（４Ｍ−３）及び（４Ｍ−２）行目（Ｍは正の整数）における上記第１の方向に配列された上記アンテナ素子の第２の入出力端子は、上記第２の方向の（４Ｍ−１）及び４Ｍ行目における上記第１の方向に配列された上記アンテナ素子の第２の入出力端子に対し、１８０°位相遅れを生じるように上記アンテナ素子の給電位置が設定されたことを特徴とするアンテナ装置。
上記電力分配もしくは合成回路は、多層の誘電体基板で形成されたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のアンテナ装置。
上記アンテナ素子列を４角配列とし、４角配列の対角方向を電波の主放射方向としたことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項記載のアンテナ装置。
２つの上記電力分配もしくは合成回路を同一平面上の誘電体基板で形成したことを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項記載のアンテナ装置。
積層された層の異なる上記誘電体基板に形成された電力分配もしくは合成回路に対し、電波の主放射方向に隣接した上記アンテナ素子を交互に接続したことを特徴とする請求項５項記載のアンテナ装置。