JP5698394B2 - 平面アンテナ - Google Patents

Description

本発明は、平面アンテナに係わり、特に、周期構造体と少数の励振素子で、広帯域な狭ビーム・高利得を実現でき、ビームチルトも容易に実現可能な平面アンテナに関する。

例えば、複数の放射素子を平面状に配置して構成した平面形開口面アンテナにおいて、利得を増大させるには、ダイポールアンテナ素子などの放射素子数を増やし、開口面で等位相となる面積を増大させる必要がある。
しかしながら、放射素子数を増大させると、必然的に各放射素子に給電するための給電回路が複雑になるばかりか、開口面を広げるほど、末端までの線路長が長くなるため、伝送損失の増加を免れることができない。
例えば、図２６に示す従来の６素子コーナレフレクタアンテナの場合は、水平面内を扇形ビームにし、縦方向に放射素子を積み重ねて励振し、狭ビーム化することで利得の増大を図っている。この場合に、放射素子の数とその間隔は、アンテナに要求される利得と指向性の仕様によって決定されるが、放射素子を半波長ダイポールアンテナとした場合、図２９に示すように、放射素子の間隔を、１．３λｏ（λｏは、使用周波数ｆｏの自由空間波長）以上離すと、サイドローブレベルが増大し、利得が減少する。なお、図２９において、Ａが利得を、Ｂが１ｓｔサイドローブレベルを示す。
これらを解決するものとして、方形パッチ導体による周期構造体を用いて、１素子励振で高利得を実現したアンテナ装置が、下記特許文献１に記載されている。

特開２００７−２３５４６０号公報

しかしながら、前述の特許文献１に記載されているアンテナは、給電系の損失を軽減するには役立つが、広帯域化が難しく、広帯域な狭ビーム・高利得の特性を得にくいという課題があった。
本発明は、前記従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、周期構造体と少数の励振素子で、狭ビーム・高利得が得られる平面アンテナを提供することにある。
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らかにする。

本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下記の通りである。
（１）反射面と、前記反射面上に配置され、複数の導電体パターンが一列またはマトリクス状に配置された周期構造体と、前記反射面と前記周期構造体との間に配置される、少なくとも２個の励振素子とを有し、前記周期構造体の各導電体パターンは、平面形状が、矩形を除く四角形であり、λｏを使用周波数ｆｏの自由空間波長とするとき、前記少なくとも２個の励振素子の各々の励振素子の間隔は、１．３λｏ以上である。ここで、前記反射面と前記周期構造体との間隔は、０．４５λｏ以上である。なお、前記反射面と、前記周期構造体との間の空間に比誘電率εrの誘電体層を設けた場合は、前記反射面と、前記周期構造体との間隔は０．４５λｏ／√（εr）以上である。
（２）（１）において、前記少なくとも２個の励振素子には、それぞれ位相が異なる励振電力が供給される。

（３）反射面と、前記反射面上に配置され、複数の導電体パターンが一列またはマトリクス状に配置された周期構造体と、前記反射面と前記周期構造体との間に、マトリクス状に配置される少なくとも４個の励振素子とを有し、前記周期構造体の各導電体パターンは、平面形状が、矩形を除く四角形であり、λｏを使用周波数ｆｏの自由空間波長とするとき、前記少なくとも４個の励振素子の各々の励振素子の間隔は、１．３λｏ以上である。ここで、前記反射面と前記周期構造体との間隔は、０．４５λｏ以上である。なお、前記反射面と、前記周期構造体との間の空間に比誘電率εrの誘電体層を設けた場合は、前記反射面と、前記周期構造体との間隔は０．４５λｏ／√（εr）以上である。
（４）（３）において、前記少なくとも４個の励振素子を上下方向又は左右方向に複数のグループに分け、各グループ毎にそれぞれ位相が異なる励振電力が供給される。
（５）（１）ないし（４）の何れかにおいて、前記反射面はＥＢＧ（Electromagnetic Band Gap）板である。
（６）（１）ないし（５）の何れかにおいて、前記導電体パターンは、励振素子の電界面に直交する方向に長い帯状のパターンである。

本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下記の通りである。
本発明によれば、周期構造板と少数の励振素子で、狭ビーム・高利得が得られる平面アンテナを提供することが可能となる。

本発明の実施例１及び実施例２の平面アンテナの構成を示す斜視図である。 本発明の実施例１及び実施例２の平面アンテナの断面図である。 本発明の実施例３の平面アンテナの構成を示す斜視図である。 本発明の実施例１の平面アンテナの一例の電界面内（図１に示すＸ−Ｚ面）の指向特性の一例を示すグラフである。 本発明の実施例１の平面アンテナの一例の磁界面内（図１に示すＹ−Ｚ面）の指向特性の一例を示すグラフである。 本発明の実施例１の平面アンテナの他の例の電界面内（図１に示すＸ−Ｚ面）の指向特性の他の例を示すグラフである。 本発明の実施例１の平面アンテナの他の例の磁界面内（図１に示すＹ−Ｚ面）の指向特性の他の例を示すグラフである。 本発明の実施例２の平面アンテナの一例の電界面内（図１に示すＸ−Ｚ面）の指向特性の一例を示すグラフである。 本発明の実施例２の平面アンテナの他の例の電界面内（図１に示すＸ−Ｚ面）の指向特性の他の例を示すグラフである。 本発明の実施例１及び実施例２の平面アンテナ、及び図２３に示す従来技術の平面アンテナの利得特性を示すグラフである。 本発明の実施例３の平面アンテナの一例の電界面内（図１に示すＸ−Ｚ面）の指向特性の一例を示すグラフである。 本発明の実施例３の平面アンテナの一例の磁界面内（図１に示すＸ−Ｙ面）の指向特性の一例を示すグラフである。 本発明の実施例４の平面アンテナの構成を示す斜視図である。 本発明の実施例４の平面アンテナの励振素子の配置を示す斜視図である。 本発明の実施例４の平面アンテナに対応する従来技術の平面アンテナの励振素子の配置を示す斜視図である。 本発明の実施例４の平面アンテナのパッチ寸法とパッチ間隙による利得の変化のグラフの一例である。 本発明の実施例４の平面アンテナ、及びこれに対応する従来技術による平面アンテナの利得の周波数特性を比較したグラフである。 本発明の実施例５の平面アンテナの構成を示す斜視図である。 本発明の実施例５の平面アンテナの一例の電界面内（図１８に示すＸ−Ｚ面）の相対指向特性の一例を示すグラフである。 本発明の実施例５の平面アンテナの一例の磁界面内（図１８に示すＹ−Ｚ面）の相対指向特性の一例を示すグラフである。 本発明の実施例５の平面アンテナの一例に対応する、図１５に示す励振素子の配置を有する従来技術の平面アンテナの一例の電界面内（図１８に示すＸ−Ｚ面）の相対指向特性の一例を示すグラフである。 本発明の実施例５の平面アンテナの一例に対応する、図１５に示す励振素子の配置を有する従来技術の平面アンテナの一例の磁界面内（図１８に示すＹ−Ｚ面）の相対指向特性の一例を示すグラフである。 本発明の実施例１に対応する従来技術の平面アンテナを示す図である。 図２３に示す平面アンテナの電界面内（図２３に示すＸ−Ｚ面）の指向特性の一例を示すグラフである。 図２３に示す平面アンテナの磁界面内（図２３に示すＹ−Ｚ面）の指向特性の一例を示すグラフである。 従来の６素子コーナレフレクタアンテナを示す斜視図である。 従来の６素子コーナレフレクタアンテナの電界面内（図２６に示すＸ−Ｚ面）の指向特性の一例を示すグラフである。 従来の６素子コーナレフレクタアンテナの磁界面内（図２６に示すＹ−Ｚ面）の指向特性の一例を示すグラフである。 従来の６素子コーナレフレクタアンテナにおける放射素子間隔に対するサイドローブレベルと、利得特性を示すグラフである。

以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。
なお、実施例を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。また、以下の実施例は、本発明の特許請求の範囲の解釈を限定するためのものではない。
［実施例１］
図１は、本発明の実施例１の平面アンテナの構成を示す斜視図であり、図２は、本発明の実施例１の平面アンテナの断面図である。
図１、図２に示すように、本実施例の平面アンテナは、反射板１と、反射板１上に配置される２個の励振素子（本実施例では、ダイポールアンテナ素子）と、２個の励振素子（２_１，２_２）上に配置される周期構造体３とを有する。反射板１は、金属板からなり、両側に形成された側面と、中心部に向かって深くなるように傾斜する底面とで構成される。
本実施例では、２_１と、２_２の２個の励振素子の間隔（図１のＳｄ）は、１．３λｏ（λｏは、使用周波数ｆｏの自由空間波長）以上とされる。また、反射板１の底面の中心部と、２個の励振素子（２_１，２_２）との間隔（図２のＨｄ）は、入力インピーダンスが適切な値になる位置に設定すればよい。
また、周期構造体３は、反射板１の側面に直交するように配置され、１９×２のマトリクス状に配置された複数の導電体パターン５で構成される。ここで、１９×２のマトリクス状に配置された複数の導電体パターン５は、例えば、合成樹脂上に印刷された複数の導電体パターンで構成される。
また、反射板１の底面の中心部と、周期構造体３との間隔（Ｈｅ）は、０．４５λｏ以上とされる。反射板１の底面と、周期構造体３との間の空間に誘電体層を設けた場合は、Ｈｅは誘電体の比誘電率εrの平方根√（εr）で除した値、０．４５λｏ／√（εr）以上とされる。

前述の説明では、周期構造体３は、１９×２のマトリクス状に配置された複数の導電体パターン５で構成されているが、この数値に限定されるものではなく、要求される指向特性によってマトリックスの数値を増減することができる。
本実施例において、励振素子（２_１，２_２）で励振・放射された電波は、反射板１の反射面と、周期構造体３との間で反射を繰り返すが、反射板１の反射面と、周期構造体３との間隔が、約（ｎ／２）λｏ（ｎは整数）の場合、間隙から放射された電波は同相で放射される。
周期構造体３は、核となる導電体パターン５のインダクタンスと、隣接する導電体パターン５との間でキャパシタンスを形成するため、固有のインピーダンス面を作り出す。そして、周期構造体３の導電体パターン５の大きさと間隔を適切に選ぶことにより適切なインピーダンス面を実現し、大きな利得を得ることができる。
従って、核となる導電体パターン５のパターンが小さい場合には、隣接する導電体パターン５との間隔を狭め、核となる導電体パターン５のパターンが大きい場合には、隣接する導電体パターン５との間隔を広げる必要がある。
２_１と２_２の２個の励振素子の間隔（Ｓｄ）は、１．３波長以上であるが、開口面の大きさを考慮しながらさらに広げることができる。２_１と２_２の２個の励振素子の間隔（Ｓｄ）が、１．３λｏの場合、開口中心部の電力が開口周辺部より強くなり、開口の電力分布がテーパー分布となるため、指向性は低サイドローブ化する傾向があるが、より利得を上げる場合には、さらに間隔を広げることが望ましい。

本実施例１のパラメータの一例を以下に示す。
（１）反射板１の幅（図２のＷ）が、５０ｍｍ
（２）反射板１の底面の中心部から側面までの高さ（図２のＨｒ）が、５ｍｍ、反射板１の側面の高さ（図２のＨｅ−Ｈｒ）が、３０ｍｍ
（３）反射板１の底面の中心部と周期構造体３との間隔（図２のＨｅ）が、３５ｍｍ
（４）周期構造体３の導電体パターン５の大きさが、１５ｍｍ×１５ｍｍ
（５）周期構造体３の導電体パターン５同士の間隙は、縦横ともに４ｍｍ
（６）反射板１の底面の中心部と励振素子（２_１，２_２）との間隔（図２のＨｄ）が、１５ｍｍ
（７）反射板１の全長は、３８０ｍｍ
（８）中心周波数は５．６ＧＨｚ
図４及び図５は、本発明の実施例１において、上記パラメータの条件の他、図１の２個の励振素子２_１と２_２の間隔が、１００ｍｍ（Ｓｄ≒１．８７λｏ）の場合の指向特性の例であり、図４は、電界面内（図１に示すＸ−Ｚ面）の指向特性の一例を示すグラフであり、図５は、磁界面内（図１に示すＹ−Ｚ面）の指向特性の一例を示すグラフである。図４、図５に示すグラフにおいて、中心は、−２５ｄＢi、外側の円は、２０ｄＢiである。
図６及び図７は、本発明の実施例１において、上記パラメータの他、図１の２個の励振素子２_１と２_２の間隔が、２００ｍｍ（Ｓｄ≒３．７３λｏ）の場合の指向特性の例であり、図６は、電界面内（図１に示すＸ−Ｚ面）の指向特性のグラフであり、図７は、磁界面内（図１に示すＹ−Ｚ面）の指向特性を示すグラフである。図６、図７に示すグラフにおいて、中心は、−２５ｄＢi、外側の円は、２０ｄＢiである。

図２３は、従来技術による平面アンテナの一例を示す図であり、図１において、励振素子２が１個の場合である。関連する他のパラメータは実施例１と同一である。
図２４は、図２３に示す従来技術による平面アンテナの電界面内（図２４に示すＸ−Ｚ面）の指向特性の一例を示すグラフであり、図２５は、図２３に示す従来技術による平面アンテナの磁界面内（図２３に示すＹ−Ｚ面）の指向特性の一例を示すグラフである。図２４、図２５に示すグラフにおいて、中心は、−２５ｄＢi、外側の円は、２０ｄＢiである。
図４、図６に示す指向特性のグラフと、図２４に示す指向特性のグラフから分かるように、図４、図６に示す本実施例の平面アンテナは、図２３に示す従来技術による平面アンテナよりも、狭ビーム化されていることが分かる。
図２６は、従来の６素子コーナレフレクタアンテナを示す斜視図である。図２６において、１０はコーナレフレクタ、１２_１〜１２_６は、放射素子（図２６では、ダイポールアンテナ素子）である。コーナレフレクタの全長は実施例１の反射板１の全長と同じで３８０ｍｍである。
図２７は、従来の６素子コーナレフレクタアンテナの電界面内（図２６に示すＸ−Ｚ面）の指向特性の一例を示すグラフであり、図２８は、従来の６素子コーナレフレクタアンテナの磁界面内（図２６に示すＹ−Ｚ面）の指向特性の一例を示すグラフである。
図２７、図２８は、周波数が５．６ＧＨｚの時の指向性を示すグラフである。図２７、図２８に示すグラフにおいて、中心は、−２５ｄＢi、外側の円は、２０ｄＢiである。
図４、図６に示す指向特性のグラフと、図２７に示す指向特性のグラフから分かるように、図１、図２に示す本実施例の平面アンテナは、図２６に示す従来の６素子コーナレフレクタアンテナと総体的にほぼ同等の特性となっていることが分かる。

［実施例２］
図１及び図２において、２個の励振素子（本実施例では、ダイポールアンテナ素子）（２_１，２_２）に供給する励振電力の位相を、例えば、単一の差動型移相器を用いて、異ならせることにより、電波の放射方向（所謂、チルト角）を調整することができる。なお、励振素子の数を３個にして、それぞれに供給する励振電力の位相を異ならせることによっても電波の放射方向（所謂、チルト角）を調整することができる。
本実施例２の構成は、前述の実施例１と同じであるが、励振素子への給電位相が同一ではない点が実施例１と異なる。パラメータは実施例１のものと同じである。
図８は、本発明の実施例２において、図１の２_１と２_２の２個の励振素子の間隔が、１００ｍｍ（Ｓｄ≒１．８７λｏ）で、励振素子２_１と、励振素子２_２とに、それぞれ６０°位相が異なる励振電力を供給したときの電界面内（図１に示すＸ−Ｚ面）の指向特性を示すグラフである。
図９は、本発明の実施例２において、図１の２_１と２_２の２個の励振素子の間隔が、２００ｍｍ（Ｓｄ≒３．７３λｏ）で、励振素子２_１と、励振素子２_２とに、それぞれ６０°位相が異なる励振電力を供給したときの電界面内（図１に示すＸ−Ｚ面）の指向特性を示すグラフである。図８、図９に示すグラフにおいて、中心は、−２５ｄＢｉ、外側の円は、２０ｄＢｉである。

図４、図６に示す指向特性と、図８、図９に示す指向特性とを比較すると、励振素子２_１と、励振素子２_２とに、それぞれ６０°位相が異なる励振電力を供給することにより、ビームがチルトされていることが分かる。
例えば、図２６に示す従来の６素子コーナレフレクタアンテナにおいて、サイドローブの顕著な劣化を招くことなしにビームチルトを実現するには、各放射素子（１２_１〜１２_６）の励振位相を順番に変えてやる必要があるため、電気長の異なる給電線路を放射素子（１２_１〜１２_６）の数だけ用意し、さらにそれらを分岐させるための分岐端子も用意したり、チルト角可変の場合は、最低３個の差動型移相器とそれに付随する給電線路や分岐端子を用意したりする必要がある。
それに対し、本実施例では、２つの励振素子（２_１，２_２）の間に励振位相差を持たせるだけでよいので、電気長の異なる２本の給電線路と分岐端子１個を用意するだけ、あるいはチルト角可変の場合は、可変移相器１個と給電線路２本と分岐端子１個を用意するだけでよく、ビームチルトの実現は極めて容易である。

図１０は、本発明の実施例１、実施例２及び従来技術による平面アンテナの利得特性を示すグラフである。
図１０において、Ａは、図２３に示す従来技術による平面アンテナの利得特性を、Ｂは、本発明の実施例１において、図１の２_１と２_２の２個の励振素子の間隔が、１００ｍｍの時の利得特性を、Ｃは、本発明の実施例１において、図１の２_１と２_２の２個の励振素子の間隔が、２００ｍｍの時の利得特性を、Ｄは、本発明の実施例２において、図１の２_１と２_２の２個の励振素子の間隔が、１００ｍｍの時の利得特性を、Ｅは、本発明の実施例２において、図１の２_１と２_２の２個の励振素子の間隔が、２００ｍｍの時の利得特性を示す。
この図１０のグラフから、実施例１及び実施例２の平面アンテナは、実施例２の励振素子の間隔が１００ｍｍの場合を除いて、周波数が５．６ＧＨｚ付近で、１８ｄＢｉ以上の利得が得られ、実施例１では励振素子（２_１，２_２）の間隔を広げることにより、５ＧＨｚ以上で利得が大きくなっているのが分かる。実施例２では、励振素子（２_１，２_２）の間隔を広げることにより、全体的に利得が大きくなっているのが分かる。
開口面積が同一であるにもかかわらず、従来技術による平面アンテナの特性Ａが、５．６ＧＨｚ付近の一点の周波数において１８ｄＢｉ弱の利得を実現しているのみなのに対し、本実施例１の特性Ｂでは０．１ＧＨｚの帯域に渡って１８ｄＢｉ以上、特性Ｃでは０．２２ＧＨｚの帯域に渡って１８ｄＢｉ以上、本実施例２の特性Ｅでは０．１８ＧＨｚの帯域にわたって１８ｄＢｉ以上の利得を実現しており、本実施例の平面アンテナが従来技術による平面アンテナよりも格段に広い周波数帯域において、より高い利得を実現していることが分かる。
中心周波数よりも高い周波数域においては、利得の周波数特性の傾斜はＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄにおいて大差はないが、中心周波数よりも低い周波数域における利得特性を比較した場合、従来技術による平面アンテナによる特性Ａは比較的急勾配で下降しているのに対し、本実施例１及び２における特性Ｂ、Ｃ、Ｄ及びＥが格段に緩やかな勾配で下降していることからも、本発明の平面アンテナの広帯域性は明らかである。

なお、前述の実施例１および本実施例２の平面アンテナにおいて、反射板１は、平面状の反射板であってもよい。また、反射板１として金属板を使用したが、任意の導電体の板、格子、メッシュ、穴あき板等、電気的に反射するものであれば何でも良い。反射板１としてＥＢＧ（Electromagnetic Band Gap）板を使用してもよく、この場合には、励振素子（２_１，２_２）と反射板１との間隔を狭くできるのでアンテナを薄くすることができ、さらにフロントバック特性も改善される。
また、前述の実施例１および本実施例２の平面アンテナにおいて、周期構造体３を構成する導電体パターン５の形状は正方形に限らず、円形でも、三角形でも、長方形でも、多角形でもよく、さらに板状でなくループ状であってもよい。
さらに、前述の実施例１および本実施例２の平面アンテナにおいて、励振素子（２_１，２_２）の電界は反射板１の長手方向を向いているが、励振素子（２_１，２_２）の電界を反射板１の幅方向を向かせて偏波面を変えてもよい。

［実施例３］
図３は、本発明の実施例３の平面アンテナの構成を示す斜視図である。導電体パターン６として、励振素子（２_１，２_２）の電界に直角の方向に長い帯状のパターンを使用している点が、図１に示す実施例１と異なっている。すなわち、図１において２個ずつ並んでいる導電体パターン５の間隙を導電体で埋めて、１個ずつの帯状の導電体パターン（図３の６）とし、それを並列に励振素子（２_１，２_２）の電界方向に並べている。
このような構成の場合、得られる放射指向性や利得は、図１の実施例１の場合と実質的に同じとなる。
図１１は、本実施例３の平面アンテナの電界面内（図３に示すＸ−Ｚ面）の指向特性の一例を示すグラフ、図１２は、実施例３の平面アンテナの磁界面内（図３に示すＹ−Ｚ面）の指向特性の一例を示すグラフである。いずれも、中心は−２５ｄＢｉ、外側の円は２０ｄＢｉである。
すなわち、本実施例１の平面アンテナにおいて、アンテナの偏波が直線偏波であって偏波面が固定されている場合には、個々の導電体パターンを電界面に垂直な方向に長い帯で構成することができ、設計や製作が簡易になる。

［実施例４］
図１３は、本発明の実施例４の平面アンテナの構成を示す斜視図であり、図１４は、本発明の実施例４の平面アンテナの励振素子の配置を示す斜視図である。
図１３、図１４に示すように、本実施例の平面アンテナは、平面状の反射板１と、反射板１上に配置される４個の励振素子（本実施例では、ダイポールアンテナ素子）（２_１〜２_４）と、４個の励振素子（２_１〜２_４）上に配置される周期構造体３とを有する。
本実施例の平面アンテナは、４個の励振素子（２_１〜２_４）が、それぞれ１．３λｏ以上の間隔をおいてマトリクス状に配置されている点と、それに合わせて、周期構造体３が、８×８のマトリクス状に配置された複数の導電体パターン５で構成される点で、前述の実施例１の平面アンテナと相違する。
本実施例においても、２_１〜２_４の４個の励振素子の間隔（Ｓｄ）は、１．３λｏ以上とされる。また、反射板１と、４個の励振素子（２_１〜２_４）との間隔は、入力インピーダンスが適切な値になる位置に設定すればよい。
また、周期構造体３は、反射板１と平行に配置され、８×８のマトリクス状に配置された導電体パターン５で構成される。ここで、８×８のマトリクス状に配置された導電体パターン５は、例えば、合成樹脂上に印刷された導電体パターンで構成される。
また、反射板１と、周期構造体３との間隔は、０．４５λｏ以上である。反射板１と、周期構造体３との間の空間に誘電体層を設けた場合は、反射板１と、周期構造体３との間隔は、誘電体の比誘電率εrの平方根√（εr）で除した値、０．４５λｏ／√（εr）以上である。
なお、図１３及び図１４に示した本実施例においては、導電体パターンは８×８のマトリックス状に配置されているが、この数値に限定されるものではなく、要求される指向特性によってマトリックスの数値を増減することができ、要求される指向特性によっては、行と列に配置される導電体パターンの数を異ならせてもよく、金属パターンの間隔を行と列とで異なる値とすることもできる。

図１６は、本発明の実施例４において、導電体パターン（パッチ）５の寸法が１０ｍｍ×１０ｍｍ、１５ｍｍ×１５ｍｍ及び２０ｍｍ×２０ｍｍの場合について、それぞれ導電体パターン５の間隙（パッチ間隙）とパッチの辺の長さ（パッチ幅）との比を変化させて、アンテナの寸法がほぼ１５０ｍｍ四方に収まるようにパッチを配置した場合において、アンテナの利得の周波数特性を計算し、最高利得となる周波数においてアンテナの開口能率を求め、求めた開口能率を１５０ｍｍ四方のアンテナ開口に適用して求めた換算利得のグラフである。
図１６において、Ａがパッチ寸法が２０ｍｍ×２０ｍｍの場合、Ｂがパッチ寸法が１５ｍｍ×１５ｍｍの場合、Ｃがパッチ寸法が１０ｍｍ×１０ｍｍの場合である。図１６より、図１６のＡに示す、パッチ寸法が２０ｍｍ×２０ｍｍの場合に、比較的高い利得が得られ、パッチ間隙に対する自由度も大きいことが分かる。なお、励振素子間隔（図１４のＳｄ）は、縦横ともに８０ｍｍ、反射板１と周期構造体３との間隔は３２ｍｍとした。最高利得となる周波数は５．０ＧＨｚ〜５．４ＧＨｚの範囲にあった。
図１５は、本発明の実施例４の平面アンテナの一例に対応する従来技術の平面アンテナの励振素子２の配置を示す斜視図である。
図１７は、周期構造体３の構成を８×８とし、反射板１の寸法を１５０ｍｍ×１５０ｍｍ、反射板１と周期構造体３との間隔を３２ｍｍ、導電体パターン（パッチ）５の寸法を１５ｍｍ×１５ｍｍ、導電体パターン（パッチ）５の間隙を３ｍｍとした場合で、励振素子数が２×２、励振素子間隔（図１４のＳｄ）が８２ｍｍの場合（図１７のＡ）と、図１５に示す従来技術の平面アンテナである励振素子が１素子の場合（図１７のＢ）と、周期構造体３がなくて、放射素子数が２×２、放射素子間隔が８２ｍｍの場合（図１７のＣ）の利得の周波数特性のグラフである。
図１７において、周期構造体３のある方が広帯域にわたって利得が高く、さらに励振素子数が１の従来技術による平面アンテナよりも、２×２の本実施例の方が２ｄＢ以上高い利得を実現しており、−１ｄＢ帯域幅も０．４ＧＨｚ弱に対して０．５ＧＨｚ以上であり、本実施例が優れていることが分かる。

図１９は、本発明の実施例４の電界面内（図１３に示すＸ−Ｚ面）の相対指向特性の一例を示すグラフであり、図２０は、本発明の実施例４の磁界面内（図１３に示すＹ−Ｚ面）の相対指向特性の一例を示すグラフである。
図１９、図２０は、中心周波数が５．３ＧＨｚで、２_１〜２_４の４個の励振素子の間隔が、それぞれ８２ｍｍ（図１４のＳｄ≒１．４５λｏ）の時の相対指向性を示すグラフである。
図２１は、本発明の実施例４の平面アンテナの一例に対応する従来技術（図１５に示す励振素子２が１個の場合）の平面アンテナの電界面内（図１５に示すＸ−Ｚ面）の相対指向特性の一例を示すグラフであり、図２２は本発明の実施例４の平面アンテナの一例に対応する従来技術（図１５に示す励振素子２が１個の場合）の平面アンテナの磁界面内（図１５に示すＹ−Ｚ面）の相対指向特性の一例を示すグラフである。図２１、図２２は、中心周波数が５．３ＧＨｚの時の相対指向性を示すグラフである。
図１９〜図２２の各グラフを比較すると、本実施例の平面アンテナが、従来技術による平面アンテナよりも狭ビーム化されていることが分かる。
なお、図１９、図２０、図２１、図２２は、以下のパラメータのときの指向特性を示すグラフである。
（１）反射板１と周期構造体３との間隔が、３２ｍｍ
（２）周期構造体３の導電体パターン５の大きさが、１５ｍｍ×１５ｍｍ
（３）周期構造体３の導電体パターン５同士の間隙が、縦横ともに３ｍｍ
（４）反射板１と励振素子（２_１〜２_４）との間隔が、１０ｍｍ
なお、本実施例の平面アンテナにおいては、反射板１として、金属板を使用したが、任意の導電体の板、格子、メッシュ、穴あき板等、電気的に反射するものであれば何でも良い。反射板１として、ＥＢＧ（Electromagnetic Band Gap）板を使用してもよく、この場合には励振素子（２_１〜２_４）と反射板１との間隔を狭くできるのでアンテナを薄くすることができ、さらにフロントバック特性も改善される。
また、本実施例の平面アンテナにおいても、周期構造体３を構成する導電体パターン５の形状は正方形に限らず、円形でも、三角形でも、長方形でも、多角形でもよく、さらに板状でなくループ状であってもよい。

［実施例５］
図１８は、本発明の実施例５の平面アンテナの構成を示す斜視図である。導電体パターン６が、励振素子（２_１〜２_４）の電界と直交する方向に長い帯状のパターンで構成されている点が、図１３に示す前述の実施例４と異なる。得られる特性は、実施例４の平面アンテナと実質的な差異はない。設計や製作が簡易になるのは実施例３と同様である。
以上説明したように、本発明の各実施例の平面アンテナによれば、少数の励振素子で、広い周波数帯域にわたって狭ビーム・高利得を得ることができる。
なお、前述の各実施例において、励振素子は、ダイポールアンテナ素子に限定されるものではなく、パッチ素子等も使用可能であり、実施例１、実施例２及び実施例４においては、円偏波放射素子も使用可能である。
以上、本発明者によってなされた発明を、前記実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは勿論である。

１ 反射板
２，２_１〜２_６ 励振素子（ダイポールアンテナ素子）
３ 周期構造体
５，６ 導電体パターン
１０ コーナレフレクタ
１２_１〜１２_６ 放射素子

Claims (6)

1. 反射面と、
   前記反射面上に配置され、複数の導電体パターンが一列またはマトリクス状に配置された周期構造体と、
   前記反射面と前記周期構造体との間に配置される、少なくとも２個の励振素子とを有し、
   前記周期構造体の各導電体パターンは、平面形状が、矩形を除く四角形であり、
   λｏを使用周波数ｆｏの自由空間波長とするとき、前記少なくとも２個の励振素子の各々の励振素子の間隔は、１．３λｏ以上であることを特徴とする平面アンテナ。
2. 前記少なくとも２個の励振素子には、それぞれ位相の異なる励振電力が供給されることを特徴とする請求項１に記載の平面アンテナ。
3. 反射面と、
   前記反射面上に配置され、複数の導電体パターンが一列またはマトリクス状に配置された周期構造体と、
   前記反射面と前記周期構造体との間に、マトリクス状に配置される少なくとも４個の励振素子とを有し、
   前記周期構造体の各導電体パターンは、平面形状が、矩形を除く四角形であり、
   λｏを使用周波数ｆｏの自由空間波長とするとき、前記少なくとも４個の励振素子の各々の励振素子の間隔は、１．３λｏ以上であることを特徴とする平面アンテナ。
4. 前記少なくとも４個の励振素子を上下方向又は左右方向に複数のグループに分け、各グループ毎に位相の異なる励振電力が供給されることを特徴とする請求項３に記載の平面アンテナ。
5. 前記反射面の少なくとも底面がＥＢＧ板で構成された請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の平面アンテナ。
6. 前記導電体パターンは、励振素子の電界面に直交する方向に長い帯状のパターンであることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の平面アンテナ。

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