JP5606338B2

JP5606338B2 - アンテナ装置、アレーアンテナ装置

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Publication number: JP5606338B2
Application number: JP2011004013A
Authority: JP
Inventors: 準後藤; 徹高橋; 有西野
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2011-01-12
Filing date: 2011-01-12
Publication date: 2014-10-15
Anticipated expiration: 2031-01-12
Also published as: JP2012147243A

Description

この発明はアンテナ装置、特に２つの周波数帯で動作する２周波共用アンテナ装置に関する。

ＧＰＳ(Global Positioning System)衛星、Ｇａｌｉｌｅｏ衛星などの航法衛星や衛星通信及び移動体通信用のアンテナには、省スペース、低コスト性が求められる。このため、これらの分野で用いられるアンテナは、構成が簡単かつ形状が小さいマイクロストリップアンテナ(ＭＳＡ：Micro Strip Antenna)が好ましい。しかしながら、一般にＭＳＡは狭帯域であり、所望の帯域全てを１つの平面アンテナでカバーすることは困難である。従って、異なる周波数帯で動作(共振)する平面アンテナを同一平面上に配置する手法が取られている。

２つの周波数帯で動作するアンテナ装置として、従来、円環放射導体の内周部全体を接地導体に短絡した円環マイクロストリップアンテナと、円環放射導体の内側にこの円環放射導体の内径より小さい円形の放射導体を備えた円形マイクロストリップアンテナとを同心に配設した複合マイクロストリップアンテナがある(例えば、特許文献１参照)。

特開平５−１６０６３３号公報

しかしながら、このような複合マイクロストリップアンテナにおいては、より近接した周波数帯で動作させるべく円環マイクロストリップアンテナと円形マイクロストリップアンテナの径を近付けると、円環マイクロストリップアンテナの共振周波数が高くなり、所望のモードと他のモードが混在してアンテナの特性を劣化させるという問題があった。すなわち、従来の複合マイクロストリップアンテナでは、より近接した周波数帯で動作させることができなかった。

この発明は、上述のような問題を解決し、従来よりもより近接した２つの周波数帯での動作時におけるアンテナの特性を向上させたアンテナ装置、およびこのアンテナ装置を複数アレー状に配列したアレーアンテナ装置を得ることを目的とする。

上述の課題を解決すべく、この発明によるアンテナ装置は、第１の高周波信号が供給される第１の給電点を有する第１の導体部が上面に設けられ、かつ接地導体が下面に設けられた第１の誘電体層と、前記第１の誘電体層の上に積層され、第２の導体部が上面に設けられた第２の誘電体層と、前記第２の誘電体層の上に積層され、前記第１の高周波信号とは異なる第２の高周波信号が供給される第２の給電点を有する第３の導体部が上面に設けられた第３の誘電体層と、を備え、前記第１の導体部、第２の導体部及び第３の導体部は、積層方向から見て互いに重なり合う領域を有し、前記第１の導体部は、積層方向から見て前記第２の給電点に重なる位置に第１の開口部を有し、前記第２の導体部は、積層方向から見て前記第２の給電点に重なる位置に第２の開口部を有し、前記接地導体と前記第１の導体部とは、前記第１の誘電体層を積層方向に貫通する互いに非接触な複数の連結導体から成る第１の連結導体群によって電気的に接続され、前記接地導体と前記第２の導体部とは、前記第２の誘電体層を積層方向に貫通する互いに非接触な複数の連結導体から成る第２の連結導体群によって電気的に接続され、前記第１の連結導体群と前記第２の連結導体群とが一体形成されていることを特徴とする。

この発明によれば、従来よりもより近接した２つの周波数帯での動作時におけるアンテナ特性を向上させたアンテナ装置、アレーアンテナ装置を提供できる。

この発明の実施の形態１によるアンテナ装置の分解斜視図である。図１のアンテナ装置の上面図及び断面図である。この発明の実施の形態２によるアンテナ装置の分解斜視図である。この発明の実施の形態３によるアンテナ装置の分解斜視図である。この発明の実施の形態４によるアンテナ装置の分解斜視図である。この発明の実施の形態５によるアンテナ装置の概略図である。図６のアンテナ装置の上面図及び断面図である。ＰＳＡ単体の概略図である。図８のＰＳＡの内径外径比βと共振周波数との関係をシミュレーションした結果のグラフを示す図である。ＰＳＡの内径外径比βとスプリアス離調率との関係のグラフを示す図である。円環ＭＳＡ単体の概略図である。図１１の円環ＭＳＡの内径外径比βと円環ＭＳＡの共振周波数との関係をシミュレーションした結果のグラフを示す図である。円環ＭＳＡの内径外径比βとスプリアス離調率との関係のグラフを示す図である。

以下、この発明によるアンテナ装置、アレーアンテナ装置を各実施の形態に従って図面を用いて説明する。なお、各実施の形態において、同一もしくは相当部分は関連する符号で示し、重複する説明は省略する。

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の分解斜視図である。図１のアンテナ装置では内部構造を説明するために一部が切欠いて示されている。図２は図１のアンテナ装置の上面図及び断面図であり、(ａ)は上面図、(ｂ)は図２の(ａ)の一点鎖線で示すＡ−Ａ’に沿った断面図、(ｃ)は一点鎖線で示すＢ−Ｂ’に沿った断面図である。

図１及び図２において、アンテナ装置１００は、誘電体基板(第１の誘電体層)１１０、誘電体基板(第２の誘電体層)１２０及び誘電体基板(第３の誘電体層)１３０がこの順に下から積層された構造を備える。誘電体基板１１０の下面には接地導体ＧＮＤが設けられ、上面には環状の導体パターン(第１の導体部)１１１が設けられている。環状の導体パターン１１１は、給電点(第１の給電点)１４１を有する。給電点１４１には、給電回路１６０から(同軸)給電線路１５１を介して高周波信号(第１の高周波信号)が供給される。すなわち、環状の導体パターン１１１は、放射導体(マイクロストリップアンテナ：ＭＳＡ)として機能する。

誘電体基板１２０は、誘電体基板１１０上に積層され、上面に円形の導体パターン(第２の導体部)１２１が設けられている。誘電体基板１３０は、誘電体基板１２０上に積層され、上面に円形の導体パターン(第３の導体部)１３１が設けられている。円形の導体パターン１３１は、給電点(第２の給電点)１４３を有する。給電点１４３には、給電回路１６０から(同軸)給電線路１５３を介して高周波信号(第２の高周波信号)が供給される。

アンテナ装置１００内で給電線路１５３を円形の導体パターン１３１まで導くために、誘電体基板１１０、誘電体基板１２０及び円形の導体パターン１２１には、それぞれ積層方向から見て給電点１４３に重なる位置に、貫通孔１１３、貫通孔１２３及び開口部(第２の開口部)１２５が設けられている。

なお、図示のアンテナ装置１００では誘電体層として誘電体基板を用いているが、この発明はこれに限られるものではなく、誘電体層として空気層を用いることもでき、さらに、誘電体基板と空気層を組み合わせて用いてもよい。また、導体パターンの形状として円形及び円環状の導体パターンを用いているが、導体パターンの形状はこれに限るものではなく、例えば矩形のＭＳＡ及びこれを取り囲むような中央に開口を有する矩形形状の導体パターンであってもよい。

誘電体基板１１０〜１３０それぞれに設けられた導体パターンの動作について以下に説明する。環状の導体パターン１１１は、積層方向から見て給電点１４３に重なる位置に開口部(第１の開口部)１１５を有する。また、環状の導体パターン１１１は、誘電体基板１１０を積層方向に貫通する互いに非接触な複数の連結導体１１２ａ〜１１２ｄから成る第１の連結導体群によって接地導体ＧＮＤと電気的に接続されている。連結導体１１２ａ〜１１２ｄとしては、例えば、スルーホールや、板状の導体で実現することができる。

図１及び図２において、連結導体１１２ａ〜１１２ｄは、開口部１１５の周縁に、開口部１１５を囲むように配置されている。すなわち、接地導体ＧＮＤと環状の導体パターン１１１の内周側周縁部の一部は、連結導体１１２ａ〜１１２ｄによって連結されて部分的に短絡されている。このような、環状の導体パターン１１１と連結導体１１２ａ〜１１２ｄとから成るアンテナを、部分的に短絡した円環パッチアンテナとして「ＰＳＡ(Partially Shorted Antenna)」１１１ａと称する。

図１及び図２に示すように、環状の導体パターン１１１、円形の導体パターン１２１及び円形の導体パターン１３１は、積層方向から見て互いに重なり合う領域を有する。円形の導体パターン１２１の大きさは、ＰＳＡ１１１ａの非励振素子となるように、環状の導体パターン１１１との間で共振を生じるような大きさにされている。また、円形の導体パターン１２１と環状の導体パターン１１１とは、誘電体基板１２０を積層方向に貫通する互いに非接触な複数の連結導体１２２ａ〜１２２ｄから成る第２の連結導体群によって電気的に接続されている。

ここで、環状の導体パターン１１１と接地導体ＧＮＤとは連結導体１１２ａ〜１１２ｄによって電気的に接続されているため、円形の導体パターン１２１と接地導体ＧＮＤも電気的に接続されていることになる。すなわち、円形の導体パターン１２１は、円形の導体パターン１３１が放射導体(マイクロストリップアンテナ)として機能する際の接地導体としても機能する。

前述したように、円形の導体パターン１３１は給電点１４３を有する。給電点１４３には、給電回路１６０から同軸給電線路１５３を介して高周波信号が供給され、円形の導体パターン１３１は、円形の導体パターン１２１を接地導体とする円形ＭＳＡとして動作する。これ以降、円形の導体パターン１３１と円形の導体パターン１２１とから成るアンテナを、円形ＭＳＡ１３１ａと称する。円形ＭＳＡ１３１ａとＰＳＡ１１１ａの動作周波数帯は異なり、円形ＭＳＡ１３１ａはＰＳＡ１１１ａよりも高い周波数帯で動作する。すなわち、アンテナ装置１００は２つの周波数帯で動作する。

ここで、ＰＳＡ１１１ａの動作特性と利点について、一般的な複合マイクロストリップアンテナにおける円環マイクロストリップアンテナ(円環ＭＳＡ)と比較して説明する。図８はＰＳＡ単体(本発明)の斜視図、図１１は円環ＭＳＡ単体(一般)の斜視図である。図８に示すように、ＰＳＡ１０は、下面に接地導体ＧＮＤ及び上面に環状の導体パターン１２が設けられた誘電体基板１１、誘電体基板１１を貫通して接地導体ＧＮＤと環状の導体パターン１２とを電気的に接続する複数の連結導体１３ａ〜１３ｄを備える。さらに、ＰＳＡ１０は、給電回路１６から給電線路１５を介して高周波信号が入力される給電点１４を備える。

また、図１１に示すように、円環ＭＳＡ２０は、下面に接地導体ＧＮＤ及び上面に円環ＭＳＡを構成する放射導体２２が設けられた誘電体基板２１を備える。放射導体２２の内周部は、ＰＳＡ１０と異なり、その全体をスルーホールなどからなる短絡壁２３により接地導体ＧＮＤに接続されて、内壁短絡型に構成されている。また、放射導体２２の外周縁には、１８０゜の角間隔で、１対の切欠き２７ａ，２７ｂが刻設されている。また、円環ＭＳＡ２０は、給電回路２６から給電線２５を介して高周波信号が入力される給電点２４を備える。

図９は、図８のＰＳＡ１０の外径をａ、内径をｂとし、外径ａを７４ｍｍに固定した場合の、内径と外径の比β(＝ｂ／ａ)とＰＳＡ１０の共振周波数との関係をシミュレーションした結果を示すグラフである。また、図１２は、図１１の円環ＭＳＡ２０の外径をａ、内径をｂとし、外径ａを７４ｍｍに固定した場合の、内径と外径の比βと円環ＭＳＡ２０の共振周波数との関係をシミュレーションした結果を示すグラフである。共振周波数に応じてＴＭ０１、ＴＭ１１、ＴＭ２１等の所定のモードが励起されるが、図内では所望のモードとしてＴＭ１１モードを実線で示し、それ以外のモードとなるＴＭ０１モード及びＴＭ２１モードを破線で示している。

一般的な円環ＭＳＡ２０は、図１２に示すように、導体パターン２２の内径と外径の比βが大きくなるほど(すなわち、内径と外径の長さが近くなるほど)、ＴＭ０１、ＴＭ１１、ＴＭ２１の各モードで共振周波数が高くなる。これに対し、ＰＳＡ１０は、図９に示すように、導体パターン１２の内径と外径の比βが大きくなっても、ＴＭ０１、ＴＭ１１、ＴＭ２１の各モードにおいて共振周波数が急激に上昇することは無い。

例えばＴＭ１１モードで共振周波数１．２ＧＨｚのアンテナを設計する場合、一般的な円環ＭＳＡ２０ではβ＝０．２(図１２参照)となるのに対し、ＰＳＡ１０はβ＝０．６(図９参照)となることが分かる。すなわち、一般的な円環ＭＳＡの内径はｂ_一般＝０．２×７４＝１４．８ｍｍとなり、ＰＳＡ１０の内径はｂ_ＰＳＡ＝０．６×７４＝４４．４ｍｍとなる。このように、ＰＳＡの内径ｂ_ＰＳＡは一般的な円環ＭＳＡの内径ｂ_一般よりも大きくとることができる。

ところで、所望のモードであるＴＭ１１モードが励起される周波数と他のモードが励起される周波数とが近接してこれらのモードが混在すると、アンテナ特性のひとつである反射特性が劣化するため、各モードが励起される周波数は離れていることが好ましい。この実施の形態に記載のアンテナ装置１００は直線偏波を励振するものであるが、円偏波を励振するアンテナ装置であれば、複数のモードが混在すると軸比特性も劣化する。

ここで、所望のモードであるＴＭ１１モードが励起される周波数と他のモードが励起される周波数とが離れている程度を示す値を「スプリアス離調率」として、βとスプリアス離調率との関係を図９及び図１２から求めたグラフを、それぞれ図１０及び図１３に示す。例えばβ＝０．６のとき、図１３ではＴＭ１１モードとＴＭ２１モード間のスプリアス離調率が１０％以下である。これに対し、図１０ではＴＭ１１モードとＴＭ０１モード間、ＴＭ１１モードとＴＭ２１モード間の双方でスプリアス離調率１０％以上を確保している。すなわち、外径を小さく(βを大きく)しても、ＰＳＡは円環ＭＳＡと比べてアンテナの特性の劣化の度合いが小さいことがわかる。

このように、ＰＳＡは一般的な円環ＭＳＡよりも内径を外径に近付けることができるため、この発明によるアンテナ装置１００にＰＳＡを用いる際に次のような利点がある。図１に示すように、アンテナ装置１００には円形の導体パターン１３１に給電するために給電点１４３が設けられている。この給電点１４３は、給電線路１５３と円形ＭＳＡ１３１ａとのインピーダンス整合をとるため、中心から径方向に移動した適切な位置にすることが好ましい。この際、給電線路１５３の位置がＰＳＡ１１１ａの導体パターン１１１に近いと、アンテナ特性に影響を及ぼす恐れがある。

しかしながらアンテナ装置１００では、ＰＳＡ１１１ａの開口部１１５の径を大きくとる(内径を外径に近付ける)ことができるため、給電線路１５３を導体パターン１１１から離すことができる。すなわち、ＭＳＡ１３１ａの給電点１４３の位置の設定に自由度が増し、円形ＭＳＡ１３１ａのインピーダンス整合を簡易にとることができる。これに対し、一般的な円環ＭＳＡを第１の誘電体層(１１０)に用いる場合は、上述のように内径と外径との距離を近付けることができないため、円形ＭＳＡ１３１ａの給電点１４３の位置で整合をとる際の給電線路１５３の配置に手間がかかるという欠点がある。

上述のように、アンテナ装置１００では円形ＭＳＡ１３１ａとＰＳＡ１１１ａとが異なる面上に設けられているため、同一平面状に２つのアンテナを設ける複合ＭＳＡと比べてそれぞれの大きさの設定に自由度があり、より近接した周波数帯でそれぞれを動作させることができる。また、導体パターン１２１がＰＳＡ１１１ａの非励振素子として設けられているため、低周波帯域を広帯域化することができる。さらに、ＰＳＡ１１１ａを用いることによって、円形ＭＳＡ１３１ａの給電点１４３の位置の設定に自由度があり、従来の円環ＭＳＡを用いる場合と比べて簡易に設計することができる。

なお、上記説明の各図では連結導体１１２ａ〜１１２ｄ，１２２ａ〜１２２ｄがそれぞれ４つの場合であって、それぞれＰＳＡ１１１ａ、円形の導体パターン１２１の中心を基準として対称となるように配置された状態を示しているが、この発明はこれに限られるものではなく、連結導体の個数、大きさ及び位置は所望のアンテナ特性に応じてそれぞれ変更することができる。また、各図では連結導体１１２ａ〜１１２ｄと１２２ａ〜１２２ｄとが接続された場合を示しているが(例えば一体形成が可能)、各誘電体基板において独立して設けることもできる。さらに、連結導体１１２ａ〜１１２ｄは、ＰＳＡ１１１ａの一部と接地導体ＧＮＤを局所的に連結するのであればＰＳＡ１１１ａの内周側周縁部ではなく、環状の導体パターン１１１のパターン中央部と接地導体ＧＮＤを連結するものであってもよい。

実施の形態２．
図３はこの発明の実施の形態２によるアンテナ装置の分解斜視図である。実施の形態２によるアンテナ装置２００は、実施の形態１によるアンテナ装置１００とほぼ同じ構成であり、図３において、上述した図１に対応する部分には１００の位が”１”から”２”に変更された符号が付されており、重複する説明は省略する。図３に示すように、アンテナ装置２００は、ＰＳＡ２１１ａにおける環状の導体パターン２１１の外周側の導体パターン２１１の中心に対して対称な位置に、一対の切り欠き部２８１，２８２を備える。さらに、円形ＭＳＡ２３１ａにおける円形の導体パターン２３１の外周側の導体パターン２３１の中心に対して対称な位置に、一対の切り欠き部２７１，２７２を備える。

ＰＳＡ２１１ａの切り欠き部２８１，２８２とそれ以外の部分とでは直径が異なるため、ＰＳＡ２１１ａに高周波信号が供給されると、切り欠き部のある方向の径とそれに直交する径との間で電流の位相差が９０度となり、円偏波が励振される。同様に、円形ＭＳＡ２３１ａも切り欠き部２７１，２７２とそれ以外の部分とでは直径が異なるため、円形ＭＳＡ２３１ａに高周波信号が供給されると、切り欠き部のある方向の径とそれに直交する径との間で電流の位相差が９０度となり、円偏波が励振される。

なお、連結導体２１２ａ〜２１２ｄの個数、大きさ、及び位置は所望のアンテナ特性に応じて任意に設定できるが、ＰＳＡ２１１ａの中心を基準として対称な位置に配置すると軸比特性を向上することができる。また、図３では円形ＭＳＡ２３１ａの切り欠き部２７１，２７２の対とＰＳＡ２１１ａの切り欠き部２８１，２８２の対は直交する位置に配置されているが、アンテナ装置２００の形状によっては、反射特性を向上させるために直交する位置から若干ずらして配置してもよい。

上述のように、実施の形態２によれば、実施の形態１に記載の効果に加え、円偏波を励振させることができる。

実施の形態３．
図４はこの発明の実施の形態３によるアンテナ装置の分解斜視図である。実施の形態３によるアンテナ装置３００は、実施の形態１によるアンテナ装置１００とほぼ同じ構成であり、図４において、上述した図１に対応する部分には１００の位が”１”から”３”に変更された符号が付されており、重複する説明は省略する。図４に示すように、アンテナ装置３００において、ＰＳＡ３１１ａは、給電点３４２すなわち第３の給電点をさらに有し、給電点３４１，３４２はＰＳＡ３１１ａの中心を基準として９０度の位置に配置されている。同様に、円形ＭＳＡ３３１ａは、給電点３４４すなわち第４の給電点をさらに有し、給電点３４３，３４４は円形ＭＳＡ３３１ａの中心を基準として９０度の位置に配置されている。

ＰＳＡ３１１ａの給電点３４１，３４２には、ハイブリッド回路(ＨＹＢ)３６１によって分岐された位相差９０度の２つの高周波信号が、それぞれ同軸給電線路３５１，３５２を介して供給される。図４では、給電点３４１と給電点３４２の位置はＰＳＡ３１１ａの中心を基準として９０度の角度差を有し、それぞれの給電点に供給される高周波信号の位相差も９０度であることから、ＰＳＡ３１１ａに高周波信号が供給されると、円偏波が励振される。

例えば、図４に示すように給電点３４１の右回り(図の下側(接地導体ＧＮＤ側)から見て時計回り)９０度の位置に給電点３４２が配置され、かつ給電点３４１に供給される高周波信号の位相が給電点３４２に供給される高周波信号の位相よりも９０度進んでいる場合は、右旋回の円偏波が励振される。これに対し、給電点３４１の右回り９０度の位置に給電点３４２が配置され、かつ給電点３４１に供給される高周波信号の位相が給電点３４２に供給される高周波信号の位相よりも９０度遅れている場合は、左旋回の円偏波が励振される。このように、円偏波の旋回方向はアンテナ装置３００に所望の特性に応じて任意に設定できる。

同様に、円形ＭＳＡ３３１ａの給電点３４３，３４４には、ハイブリッド(ＨＹＢ)回路３６２によって分岐された位相差９０度の２つの高周波信号が、それぞれ同軸給電線路３５３，３５４を介して供給される。このため誘電体基板３１０は２つの貫通孔３１３，３１４、誘電体基板３２０は２つの貫通孔３２３，３２４をそれぞれ有する。給電点３４３と給電点３４４は円形ＭＳＡ３３１ａの中心を基準として９０度の角度差を有して配置され、給電点３４３に供給される高周波信号の位相と給電点３４４に供給される高周波信号の位相の差も９０度であることから、円形ＭＳＡ３３１ａに高周波信号が供給されると円偏波が励振される。

図４では、給電点３４３の左回り(図の下側(接地導体ＧＮＤ側)から見て反時計回り)９０度の位置に給電点３４４が配置されているため、例えば給電点３４３に供給される高周波信号の位相が給電点３４４に供給される高周波信号の位相よりも９０度進んでいる場合は左旋回の円偏波が励振され、給電点３４３に供給される高周波信号の位相が給電点３４４に供給される高周波信号の位相よりも９０度遅れている場合は右旋回の円偏波が励振される。

ここでは、ＰＳＡ３１１ａの給電点３４１と給電点３４２との間の角度差(ＰＳＡ３１１ａの中心での相対角度)及び円形ＭＳＡ３３１ａの給電点３４３と給電点３４４との間の角度差(円形ＭＳＡ３３１ａの中心での相対角度)がそれぞれ９０度の場合について説明したが、アンテナ装置３００の形状によっては、軸比特性を向上させるため９０度から若干ずらして設けてもよい。

なお、円偏波を励振する位置とは、具体的には円形ＭＳＡ３３１ａの中心を基準として角度差(相対角度)が略９０度の位置、及びＰＳＡ３１１ａの中心を基準として角度差(相対角度)が略９０度の位置をいう。このとき、連結導体３１２ａ〜３１２ｄをＰＳＡ３１１ａの導体パターン３１１の中心を基準として対称な位置に配置することにより、ＰＳＡ３１１ａの軸比特性を向上させることができる。

上述のように、実施の形態３によれば、アンテナ装置３００は、実施の形態１に記載の効果に加えて、円形ＭＳＡ３３１ａ及びＰＳＡ３１１ａのそれぞれで任意の方向に旋回する円偏波を励振できる。

なお、円形ＭＳＡ及びＰＳＡのいずれか一方を実施の形態２に記載の切り欠き部を有するものとしても、同様の効果が得られる。その場合を、実施の形態４として以下に説明する。

実施の形態４．
図５はこの発明の実施の形態４によるアンテナ装置の分解斜視図である。図５において、上述した図１〜４に対応する部分には１００の位が”４”に変更された符号が付されており、重複する説明は省略する。図５に示すように、アンテナ装置４００において、ＰＳＡ４１１ａは、２つの給電点４４１，４４２を有し、それら給電点４４１，４４２はＰＳＡ４１１ａの中心を基準として９０度の位置に配置されている。ＰＳＡ４１１ａの給電点４４１，４４２には、ハイブリッド回路(ＨＹＢ)４６１によって分岐された位相差９０度の２つの高周波信号が、それぞれ同軸給電線路４５１，４５２を介して供給され、円偏波が励振される。

２つの給電点を備える実施の形態３と異なり、円形ＭＳＡ４３１ａは、実施の形態２と同様の切り欠き部によって円偏波が励振される。図５のように、円形ＭＳＡ４３１ａは、円形の導体パターン４３１の外周側の対称な位置に、一対の切り欠き部４７１，４７２を備える。従って、円形ＭＳＡ４３１ａの給電点４４３に給電回路４６０から高周波信号が供給されると、円偏波が励振される。

このように、実施の形態４によれば、実施の形態１に記載の効果に加え、円偏波を励振することが可能となる。なお、一般に、円偏波を励振させる場合、一点給電では二点給電と比べアンテナ構成が簡易になるという利点がある。また、二点給電では一点給電と比べ軸比特性が良いという利点がある。従って、２つの周波数帯域に所望の特性を考慮して、それぞれ一点給電にするか二点給電にするかを適切に決定すればよい。

実施の形態５．
図６はこの発明の実施の形態５によるアンテナ装置の分解斜視図である。図７は図６のアンテナ装置の上面図及び断面図であり、(ａ)は上面図、(ｂ)は図７の(ａ)の一点鎖線で示すＡ−Ａ’に沿った断面図、(ｃ)は一点鎖線で示すＢ−Ｂ’に沿った断面図である。実施の形態５によるアンテナ装置５００は、実施の形態４によるアンテナ装置４００とほぼ同じ構成であり、図６及び図７において、上述した図５に対応する部分には１００の位が”４”から”５”に変更された符号が付されており、重複する説明は省略する。

図５に示すアンテナ装置４００と異なり、アンテナ装置５００は、アンテナ装置４００における貫通孔４１３，４２３ではなく、中空の金属円筒５８０を備える。導体パターン５２１には開口部５２５が設けられている。金属円筒５８０は、積層方向から見て給電点５４３に重なる位置で、接地導体ＧＮＤ、誘電体層１１０，１２０を積層方向に貫通している。このような構造にすることで、誘電体層１１０，１２０を貫通している給電線路５５３がＰＳＡ５１１ａに及ぼし得る影響を低減することができる。

さらに、実施の形態１〜５に記載のアンテナ装置を２次元または３次元のアレー状に適切な間隔で配置したアレーアンテナ装置とすることにより、高利得化が見込めると共に放射されるビームの制御が可能となる。

以上のようにこの発明によれば、円形ＭＳＡとＰＳＡとが異なる面上に設けられているため、同一平面状に２つのアンテナを設ける複合ＭＳＡと比べてそれぞれの大きさの設定に自由度があり、より近接した周波数帯でそれぞれを動作させることができる。
また、導体パターンがＰＳＡの非励振素子として設けられているため、低周波帯域を広帯域化することができる。
さらに、ＰＳＡ１１１ａを用いることによって、円形ＭＳＡ１３１ａの給電点１４３の位置の設定に自由度があり、従来の円環ＭＳＡを用いる場合と比べて簡易に設計することができる。
また、切り欠き部を適切に設けたり、二点給電にすることによって、円偏波を所望の特性に応じて任意に設定することができる。
さらに、アンテナ装置を２次元又は３次元にアレー化することにより、高利得化が見込める。

この発明を諸図面や実施の形態に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形や修正を行なうことが容易であることに注意されたい。従って、これらの変形や修正はこの発明の範囲に含まれることに留意されたい。
例えば、上記説明では、アンテナ装置の誘電体層として誘電体基板を用いているが、この発明はこれに限られるものではなく、誘電体層として空気層を用いることもでき、さらに、誘電体基板と空気層を組み合わせて用いてもよい。
また、導体パターンの形状として円形及び円環状の導体パターンを用いているが、導体パターンの形状はこれに限るものではなく、例えば矩形のＭＳＡ及びこれを取り囲むような中央に開口を有する矩形形状の導体パターンであってもよい。
また、この発明は衛星や移動体通信機器にその用途を限られるものではない。

さらに、この発明は上記各実施の形態に限定されるものではなく、各実施の形態の特徴の可能な組み合わせを全て含むことは云うまでもない。

１０，１１１ａ，２１１ａ，３１１ａ，４１１ａ，５１１ａＰＳＡ、
１１，２１，１１０，１２０，１３０，２１０，２２０，２３０，３１０，３２０，３３０，４１０，４２０，４３０，５１０，５２０，５３０誘電体基板(誘電体層)、
１２，２２，１１１，１２１，１３１，２１１，２２１，２３１，３１１，３２１，３３１，４１１，４２１，４３１，５１１，５２１，５３１導体パターン、
１３ａ〜１３ｄ，１１２ａ〜１１２ｄ，１２２ａ〜１２２ｄ，２１２ａ〜２１２ｄ，２２２ａ〜２２２ｄ，３１２ａ〜３１２ｄ，３２２ａ〜３２２ｄ，４１２ａ〜４１２ｄ，４２２ａ〜４２２ｄ，５１２ａ〜５１２ｄ，５２２ａ〜５２２ｄ連結導体、
１４，２４，１４１，１４３，２４１，２４３，２５１，２５３，３４１〜３４４，４４１〜４４３，５４１〜５４３給電点、
１５，２５，１５１，１５３，２５１，２５３，３５１〜３５４，４５１〜４５３，５５１〜５５３給電線路、
１６，２６，１６０，２６０，４６０，５６０給電回路、
２０，１３１ａ，２３１ａ，３３１ａ，４３１ａ，５３１ａ円形ＭＳＡ、
２３短絡壁、
２７ａ，２７ｂ切欠き、
１００，２００，３００，４００，５００アンテナ装置、
１１３，１２３，２１３，２２３，３１３，３１４，３２３，３２４，４１３，４２３，５１３，５２３貫通孔、
１１５，１２５，２１５，２２５，３１５，３２５，３２６，４１５，４２５，５１５，５２５開口部、
２７１，２７２，２８１，２８２，４７１，４７２，５７１，５７２切り欠き部、
３６１，３６２，４６１，５６１ハイブリッド(ＨＹＢ)回路、
５８０金属円筒、
ＧＮＤ接地導体。

Claims

第１の高周波信号が供給される第１の給電点を有する第１の導体部が上面に設けられ、かつ接地導体が下面に設けられた第１の誘電体層と、
前記第１の誘電体層の上に積層され、第２の導体部が上面に設けられた第２の誘電体層と、
前記第２の誘電体層の上に積層され、前記第１の高周波信号とは異なる第２の高周波信号が供給される第２の給電点を有する第３の導体部が上面に設けられた第３の誘電体層と、
を備え、
前記第１の導体部、第２の導体部及び第３の導体部は、積層方向から見て互いに重なり合う領域を有し、
前記第１の導体部は、積層方向から見て前記第２の給電点に重なる位置に第１の開口部を有し、
前記第２の導体部は、積層方向から見て前記第２の給電点に重なる位置に第２の開口部を有し、
前記接地導体と前記第１の導体部とは、前記第１の誘電体層を積層方向に貫通する互いに非接触な複数の連結導体から成る第１の連結導体群によって電気的に接続され、
前記接地導体と前記第２の導体部とは、前記第２の誘電体層を積層方向に貫通する互いに非接触な複数の連結導体から成る第２の連結導体群によって電気的に接続され、
前記第１の連結導体群と前記第２の連結導体群とが一体形成されている、
ことを特徴とするアンテナ装置。
第１の高周波信号が供給される第１の給電点を有する第１の導体部が上面に設けられ、かつ接地導体が下面に設けられた第１の誘電体層と、
前記第１の誘電体層の上に積層され、第２の導体部が上面に設けられた第２の誘電体層と、
前記第２の誘電体層の上に積層され、前記第１の高周波信号とは異なる第２の高周波信号が供給される第２の給電点を有する第３の導体部が上面に設けられた第３の誘電体層と、
を備え、
前記第１の導体部、第２の導体部及び第３の導体部は、積層方向から見て互いに重なり合う領域を有し、
前記第１の導体部は、積層方向から見て前記第２の給電点に重なる位置に第１の開口部を有し、
前記第２の導体部は、積層方向から見て前記第２の給電点に重なる位置に第２の開口部を有し、
前記接地導体と前記第１の導体部とは、前記第１の誘電体層を積層方向に貫通する互いに非接触な複数の連結導体から成る第１の連結導体群によって電気的に接続され、
前記接地導体と前記第２の導体部とは、前記第２の誘電体層を積層方向に貫通する互いに非接触な複数の連結導体から成る第２の連結導体群によって電気的に接続され、さらに、
積層方向から見て前記第２の給電点と重なる位置に、前記接地導体、前記第１の誘電体層及び前記第２の誘電体層を積層方向に貫通する中空の金属円筒を備えた、
ことを特徴とするアンテナ装置。
前記第１の連結導体群は、前記第１の導体部の前記第１の開口部の周縁に当該開口部を囲むように配置されることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
前記第１の連結導体群は、前記第１の導体部の前記第１の開口部の周縁に当該開口部を囲むように配置されることを特徴とする請求項２に記載のアンテナ装置。
前記第１の連結導体群と前記第２の連結導体群とが一体形成されていることを特徴とする請求項４に記載のアンテナ装置。
前記第１の導体部は、当該第１の導体部の中心を基準として対称な位置に一対の切り欠き部を有し、
前記第３の導体部は、当該第３の導体部の中心を基準として対称な位置に一対の切り欠き部を有する、
ことを特徴とする請求項１から５までのいずれか１項に記載のアンテナ装置。
前記第１の導体部は、前記第１の高周波信号と同一周波数で位相差９０度の高周波信号が供給される第３の給電点を有し、
前記第３の導体部は、前記第２の高周波信号と同一周波数で位相差９０度の高周波信号が供給される第４の給電点を有し、
前記第１の導体部の前記第１の開口部は、積層方向から見て前記第４の給電点にも重なる位置に配置され、
前記第１の給電点と前記第３の給電点が、前記第１の導体部において円偏波が励振される位置に配置され、
前記第２の給電点と前記第４の給電点が、前記第３の導体部において円偏波が励振される位置に配置されている、
ことを特徴とする請求項１から５までのまでのいずれか１項に記載のアンテナ装置。
前記第３の導体部は当該第３の導体部の中心を基準として対称な位置に一対の切り欠き部をさらに有し、
前記第１の導体部は、前記第１の高周波信号と同一周波数で位相差９０度の高周波信号が供給される第３の給電点を有し、
前記第１の給電点と前記第３の給電点が、前記第１の導体部において円偏波が励振される位置に配置されている、
ことを特徴とする請求項１から５までのいずれか１項に記載のアンテナ装置。
請求項１から８までのいずれか１項に記載のアンテナ装置を複数、アレー状に配置したことを特徴とするアレーアンテナ装置。