JP5840736B2 - 平面アンテナ - Google Patents

Description

本発明は、平面アンテナに係り、更に詳しくは、誘電体基板上に変換器を挟んで逆方向に延びる一対のアンテナパターンが形成された中央給電型の導波管励振アンテナの改良に関する。

近年、自動車の周辺環境を監視するための車載レーダとして、ミリ波レーダが実用化されつつある。ミリ波レーダは、レーダ信号として波長１〜１０ｍｍのミリ波を用いることにより、比較的分解能の高いレーダ装置を実現することができる。また、誘電体基板上にアンテナパターンを形成した平面アンテナを用いて実現することができるため、装置の小型軽量化が容易であり、量産化によるコスト低減効果も期待できる。

このような平面アンテナの一例として、導波管・平面線路用の変換器を備えた誘電体基板上に、マイクロストリップ線路からなるアンテナパターンを形成し、導波管を介してアンテナパターンへ給電を行う導波管励振アンテナが提案されている（例えば、特許文献１）。

図１０は、従来の平面アンテナの構成を示した平面図である。この平面アンテナ２００は、誘電体基板２上において、給電点となる変換器１を挟んで逆方向に延びる一対のアンテナパターン２０５ａ，２０５ｂが形成されている。各アンテナパターン２０５ａ，２０５ｂは、それぞれ直線状に延びる給電線路２５０と、当該給電線路２５０の一方の側辺に沿って形成された複数の放射素子２５１とによって直線アレーを形成している。ここでは、アンテナパターン２０５ａ，２０５ｂが、略同一の形状からなり、他方を１８０°回転させた状態で配置されている。

一対の給電線路２５０は、変換器１を通る共通の直線Ｌ上にそれぞれ形成され、異なるアンテナパターン２０５ａ，２０５ｂに属する放射素子２５１は、給電線路２５０を挟んで互いに反対側に形成される。つまり、誘電体基板２上に形成された放射素子２５１は、顕著な位置ずれをもって配置され、給電線路２５０に平行な共通の曲線を通るように全ての放射素子２５１を整列させることができない。その結果、給電線路２５０と交差する方向に意図しない指向性が生じ、良好な指向特性を得ることができないという問題があった。また、所望の指向特性を有する平面アンテナ２００を設計することが容易ではないという問題があった。

一般に、給電線路の一端に給電点を配置したアンテナは先端給電型と呼ばれるのに対し、給電点を挟んで一対の給電線路が反対方向に向けて延びるアンテナは、中央給電型と呼ばれている。また、アンテナは、使用目的に応じて所望の指向特性を有するようにパターンを設計する必要がある。

先端給電型の場合、シミュレーションを行うことにより、所望の指向特性を有するようにアンテナパターンを設計することは比較的容易にできる。しかしながら、アンテナパターン２０５ａ，２０５ｂの指向特性が既知であったとしても、これらのアンテナパターン２０５ａ，２０５ｂによって構成され、その放射素子２５１が整列していない中央給電型の平面アンテナ２００の指向特性を正確に求めることはできない。

例えば、一対のアンテナパターン２０５ａ及び２０５ｂが同一形状からなり、その指向特性が既知であったとしても、平面アンテナ２００の指向特性は、上記アンテナパターン２０５ａにおいてアレー数、つまり、放射素子２５１の数を増大させたような特性にはならない。その結果、中央給電型の場合、使用目的に応じた所望の指向特性を有するようにアンテナパターンを設計することは容易ではないという問題があった。

図１１は、中央給電型の平面アンテナについての改良案の一例を示した平面図である。図１１の平面アンテナ２０１では、給電線路２５０が図１０の場合と同様に配置されているが、放射素子２５１の配置は図１０の場合と異なっている。すなわち、異なるアンテナパターン２０５ａ，２０５ｂに属する給電線路２５０を共通の直線Ｌ上に形成し、さらに、異なるアンテナパターン２０５ａ，２０５ｂに属する各放射素子２５１をこれらの給電線路２５０の同じ一方の側辺に形成することにより、全ての放射素子２５１を整列配置させている。また、各放射素子２５１の素子方向を平行にすることにより、放射波の偏波面を揃えている。

しかしながら、各アンテナパターン２０５ａ，２０５ｂを給電点側から見た場合、給電線路２５０に対する放射素子２５１の方向及び角度が互いに異なっている。このため、アンテナパターン２０５ａ，２０５ｂの指向特性は大きく相違する。従って、図１１に示した平面アンテナ２０１の場合も、良好な指向特性を実現することができず、また、所望の指向特性を有するようにパターンを設計することは容易ではない。

特開２００２−３５９５０８号公報

本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、良好な指向特性を有する中央給電型の平面アンテナを提供することを目的とする。また、中央給電型の平面アンテナについて、所望の指向特性を実現するためのパターン設計を容易化することを目的とする。

また、変換器を挟んで反対方向に延びる一対の複合アンテナパターンが形成され、各複合アンテナパターンが、分配器により分岐させた２以上の分岐アンテナパターンからなる平面アンテナにおいて、良好な指向特性を実現することができる。また、所望の指向特性を実現するためのパターン設計を容易化することを目的とする。

第１の本発明による平面アンテナは、導波管及び平面線路用の変換器を有する誘電体基板と、上記誘電体基板に形成され、マイクロストリップ線路からなる一対のアンテナパターンとを備えて構成される。上記変換器は、上記導波管の開口部に対応する上記誘電体基板の閉鎖領域を覆う略矩形の短絡板と、上記短絡板を挟んで互いに逆方向に延びる一対の給電端子とを有し、上記給電端子は、上記閉鎖領域の一辺を横切って延びる直線状の平面線路からなり、一端が上記短絡板の切り込み内に形成され、上記一対の給電端子は、上記閉鎖領域の上記一辺方向の位置を異ならせてシフト配置され、上記アンテナパターンは、一端が上記給電端子の他端に接続された給電線路と、上記給電線路の一方の側辺に形成された複数の放射素子とをそれぞれ備え、上記一対のアンテナパターンに属する上記給電線路は、距離を隔てて互いに平行となるように上記一辺方向にシフト配置され、上記放射素子は、上記一対のアンテナパターンに属する上記給電線路の互いに対向する側辺にそれぞれ形成され、異なる上記アンテナパターンに属する各放射素子を整列させ、上記シフト配置により、上記一対の給電端子は、それぞれが接続される上記アンテナパターンにおける上記一方とは反対側に位置をずらして配置される。

このような構成により、変換器を挟んで一対のアンテナパターンが形成された平面アンテナにおいて、異なるアンテナパターンに属する各放射素子を整列配置することができる。例えば、各放射素子の放射特性を顕著に異ならせることなく、これらの放射素子を整列させることができる。このため、放射素子の顕著な位置ずれによる影響を抑制し、良好な指向特性を有する中央給電型の平面アンテナを実現することができる。また、各アンテナパターンの指向特性に基づいて平面アンテナの指向特性を容易に予測することができる。このため、使用目的に応じた所望の指向特性を実現するためのパターン設計を容易化することができる。

なお、異なるアンテナパターンに属する各放射素子は、一連の放射素子として良好に機能する程度に整列して配置されていればよい。また、放射素子は、給電線路と電磁的に結合されるように給電線路の側辺の近傍に形成されていればよく、形状として給電線路に接続されているか否かは問わない。さらに、変換器は、中央給電型の平面アンテナに適用可能なものであればよく、その具体的構成は本明細書において例示したものに限定されないことは言うまでもない。

第２の本発明による平面アンテナは、上記構成に加えて、上記給電線路間の距離が、上記給電線路の側辺から上記放射素子の先端に至る素子形成用の領域幅と略一致するように構成される。この様な構成により、異なるアンテナパターンに属する各放射素子を一連の放射素子として整列させることができる。

第３の本発明による平面アンテナは、上記構成に加えて、一対の上記アンテナパターンの一方が、他方を１８０度回転させた同一の形状からなる。アンテナパターンが同一形状であれば、一方のアンテナパターンのアレー数を２倍に増大させたアンテナの指向特性を求めることにより、平面アンテナの指向特性を正確に予測することができる。このため、より良好な指向特性を有する中央給電型の平面アンテナを実現することができるとともに、平面アンテナの設計を更に容易化することができる。

第４の本発明による平面アンテナは、導波管及び平面線路用の変換器を有する誘電体基板と、上記誘電体基板に形成され、マイクロストリップ線路からなる一対の複合アンテナパターンとを備えて構成される。上記変換器は、上記導波管の開口部に対応する上記誘電体基板の閉鎖領域を覆う略矩形の短絡板と、上記短絡板を挟んで互いに逆方向に延びる一対の給電端子とを有し、上記給電端子は、上記閉鎖領域の一辺を横切って延びる直線状の平面線路からなり、一端が上記短絡板の切り込み内に形成され、上記一対の給電端子は、上記閉鎖領域の上記一辺方向の位置を異ならせてシフト配置され、上記複合アンテナパターンは、上記給電端子の他端に接続された分配器と、上記分配器にそれぞれ接続された２以上の分岐アンテナパターンとからなり、上記分岐アンテナパターンは、一端が上記分配器に接続された給電線路と、上記給電線路の側辺であって、同じ上記複合アンテナパターン内における共通の一方の側辺に形成された複数の放射素子とをそれぞれ備え、上記一対の複合アンテナパターンは、それぞれ同数の上記分岐アンテナパターンを有し、全ての上記分岐アンテナパターンは、異なる上記複合アンテナパターンに属する上記分岐アンテナパターンと対をなし、対をなす上記分岐アンテナパターンに属する上記給電線路は、距離を隔てて互いに平行となるように上記一辺方向にシフト配置され、上記放射素子は、対をなす上記分岐アンテナパターンに属する上記給電線路の互いに対向する側辺に形成され、対をなす上記分岐アンテナパターンに属する各放射素子を整列させ、上記シフト配置により、上記一対の給電端子は、それぞれが接続される上記複合アンテナパターンにおける上記共通の一方とは反対側に位置をずらして配置される。

このような構成により、変換器を挟んで一対の複合アンテナパターンが形成された平面アンテナにおいて、異なる複合アンテナパターンに属する一対の分岐アンテナパターンの各放射素子を整列配置することができる。例えば、各放射素子の放射特性を顕著に異ならせることなく、これらの放射素子を整列させることができる。このため、良好な指向特性を有する中央給電型の平面アンテナを実現することができる。また、平面アンテナの指向特性を容易に予測することができる。このため、使用目的に応じた所望の指向特性を実現するためのパターン設計を容易化することができる。

第５の本発明による平面アンテナは、上記構成に加えて、対をなす上記分岐アンテナパターンに属する上記給電線路間の距離が、上記給電線路の側辺から上記放射素子の先端に至る素子形成用の領域幅と略一致するように構成される。この様な構成により、一対の分岐アンテナパターンに属する各放射素子を一連の放射素子として整列させることができる。

第６の本発明による平面アンテナは、上記構成に加えて、対をなす上記分岐アンテナパターンの一方は、他方を１８０度回転させた同一の形状からなる。一対の分岐アンテナパターンが同一形状であれば、アンテナパターンのアレー数を２倍に増大させたアンテナの指向特性を求めることにより、一対の分岐アンテナパターンの指向特性を正確に予測することができる。このため、より良好な指向特性を有する中央給電型の平面アンテナを実現することができるとともに、平面アンテナの設計を更に容易化することができる。

本発明によれば、中央給電型の平面アンテナにおいて、良好な指向特性を実現することができる。また、所望の指向特性を実現するためのパターン設計を容易化することができる。

また、変換器を挟んで反対方向に延びる一対の複合アンテナパターンが形成され、各複合アンテナパターンが、分配器を介して変換器にそれぞれ接続された２以上の分岐アンテナパターンからなる平面アンテナにおいて、良好な指向特性を実現することができる。また、所望の指向特性を実現するためのパターン設計を容易化することができる。

本発明の実施の形態１による平面アンテナ１００の一構成例を示した展開斜視図である。 図１の平面アンテナ１００の平面図である。 図２のＡ−Ａ切断線による断面図である。 図２のＢ−Ｂ切断線による断面図である。 図１の平面アンテナ１００の透過量及び反射量の周波数特性を示した図である。 図１の平面アンテナ１００の指向特性を示した図である。 図１の平面アンテナ１００の具体的な構成例を示した平面図である。 本発明の実施の形態２による平面アンテナの要部について一例を示した図であり、変換器１の平面図が示されている。 本発明の実施の形態２による平面アンテナ１０１の一構成例を示した平面図である。 従来の中央給電型の平面アンテナ２００の構成を示した平面図である。 中央給電型の平面アンテナについての改良案の一例を示した平面図である。

実施の形態１．
図１〜図４は、本発明の実施の形態１による平面アンテナの一構成例を示した図である。図１には展開斜視図、図２には平面図、図３には図２のＡ−Ａ切断線による断面図、図４には図２のＢ−Ｂ切断線による断面図がそれぞれ示されている。

平面アンテナ１００は、導波管・平面線路用の変換器１と、給電点としての変換器１を挟んで逆方向に延びる一対のアンテナパターン５ａ，５ｂとを有する誘電体基板２からなる。このような中央給電型のアレイアンテナにおいて、一対のアンテナパターン５ａ，５ｂを所定距離を隔てて互いに平行となるようにシフト配置させ、異なるアンテナパターン５ａ，５ｂの放射素子を整列させることにより、平面アンテナ１００の指向特性を向上させるとともに、所望の指向特性を有する平面アンテナを設計する際におけるアンテナパターン５ａ，５ｂの設計効率を向上させることができる。

このような平面アンテナ１００について、図１〜図４を用いて詳細に説明する。誘電体基板２は、開口部４１が形成された導波管４の上面に密着固定され、アンテナパターン５ａ，５ｂへの給電は、導波管４を介して行われる。つまり、平面アンテナ１００は、導波管励振アンテナである。

＜導波管４＞
導波管４は、導電性材料からなるブロック体、例えば、アルミダイキャスト法により成形された直方体ブロックからなり、管壁に囲まれた中空部４０を有し、この中空部４０内を電波が伝搬する。この導波管４は、管壁が２つの狭壁及び２つの広壁からなる方形導波管であり、伝搬方向に直交する中空部４０の断面は、広壁に相当する長辺と、狭壁に相当する短辺とからなる長方形である。この導波管４の一端には、中空部４０の断面と同一形状からなる開口部４１が形成されている。

＜誘電体基板２＞
誘電体基板２は、その下面が導波管４の開口部４１を閉鎖するように配置されている。誘電体基板２の下面は、開口部４１よりも広く、開口部４１に対応する閉鎖領域２１の周辺に導波管４の端面が密着固定されている。また、誘電体基板２の上面には、短絡板１０、給電端子１１ａ，１１ｂ及びアンテナパターン５ａ，５ｂ、下面には接地板３１及び整合素子３２が、導電性金属の薄膜パターンとしてそれぞれ形成されている。これらの薄膜パターンは、熱圧着法により貼り付けられた銅箔などの導電性金属箔を誘電体基板２の全面に形成した後、フォトエッチング法でパターニングすることによって形成される。

＜変換器１＞
変換器１は、導波管及び平面線路における電送電力を相互に変換することができる導波管及び平面線路用の変換器である。本実施の形態では、誘電体基板２に形成された短絡板１０、給電端子１１ａ，１１ｂ、接地板３１、整合素子３２及びスルーホール２２からなる変換器１を用いて、導波管４と、平面線路としての給電端子１１ａ，１１ｂとの間で電力変換を行っている。

短絡板１０は、閉鎖領域２１を覆うように誘電体基板２の上面に形成され、導波管４を終端させる短絡面を構成している。図中の短絡板１０は矩形からなり、その対向する２辺から内側に向けてストリップ状の切り込み１２がそれぞれ形成されている。この切り込み１２は、閉鎖領域２１の短辺と平行に延び、閉鎖領域２１の長辺を横切って、整合素子３２に達するように形成されている。

給電端子１１ａ，１１ｂは、一端が、短絡板１０の切り込み１２内に形成され、他端が、閉鎖領域２１の長辺及び短絡板１０の長辺を横切って、短絡板１０の外側へ引き出されている。これらの給電端子１１ａ，１１ｂは、切り込み１２内では、短絡板１０から一定の距離を隔てて配置され、短絡板１０とともにコプレーナ線路を形成している。また、閉鎖領域２１よりも外側では、誘電体基板２を介して接地板３１と対向するように配置され、接地板３１とともにマイクロストリップ線路を形成している。

接地板３１は、閉鎖領域２１を取り囲むように形成され、接地板３１に導波管４の端面を密着させることによって、接地板３１及び導波管４を導通させている。図中では、誘電体基板２が導波管４の端面と同一の形状からなり、接地板３１が、閉鎖領域２１と一致する内縁を有し、閉鎖領域２１を除く誘電体基板２の下面全体に形成されている。

整合素子３２は、接地板３１と導通しないように閉鎖領域２１内に形成された素子であり、その一部が誘電体基板２を挟んで給電端子１１ａ，１１ｂの先端と重複するように配置され、給電端子１１ａ，１１ｂと電磁的に結合されている。一般に、導波管４内では、短手方向の電界しか存在せず、この電界分布は長手中央において最大となることが知られている。このため、整合素子３２は、開口部４１の長辺の垂直二等分線を通り、開口部４１の短手方向の長さが導波管４の管内波長λｇの１／２となる形状であることが望ましい。なお、給電端子１１ａ，１１ｂの閉鎖領域２１への挿入量と、導波管４の短手中央からの距離とを調整することにより、インピーダンス整合を図ることができる。

スルーホール２２は、誘電体基板２の貫通孔に導電性材料を充填して形成され、短絡板１０及び接地板３１を導通させる遮蔽手段である。多数のスルーホール２２で閉鎖領域２１を取り囲むことによって、閉鎖領域２１外の誘電体基板２内へ電磁波が漏出するのを防止している。

＜アンテナパターン＞
一対のアンテナパターン５ａ，５ｂは、それぞれ直線状に延びる給電線路５０と、当該給電線路５０から分岐し、同位相で励振される複数の放射素子５１とによって直線アレーを形成している。このようなアンテナはコムラインアンテナ（comb-line antenna）と呼ばれている。コムラインアンテナは、放射素子５１の数を増やすことによって、その指向性を向上させ、また、アンテナ利得を増大させることができる。

各給電線路５０は、その一端が変換器１の給電端子１１ａ，１１ｂに接続されたマイクロストリップ線路であり、他端には反射抑制用の終端素子５２が形成されている。これらの給電線路５０は、変換器１を挟んで、互いに反対方向へ延びるように配置されている。つまり、平面アンテナ１００は、２つのアンテナパターン５ａ，５ｂが給電点を挟んで配置された中央給電型のアンテナである。

一方、放射素子５１は、給電線路５０上を伝搬する進行波を自由空間へ放射するためのマイクロストリップ素子であり、給電線路５０に対し一定角度をもって交差する方向に延びる線状又は短冊状の形状からなる。各放射素子５１は、その一端が給電線路５０の側辺に接続され、他端が開放されている。また、１つのアンテナパターン５ａ，５ｂには複数の放射素子５１が属しており、これらの放射素子５１が、給電線路５０の一方の側辺に沿って整列配置されている。また、同位相で励振されるように、波長に応じた一定間隔で配置され、かつ、偏波面を揃えるように互いに平行に配置されている。

図中のアンテナパターン５ａ，５ｂは、略同一の形状からなり、他方を１８０°回転させた状態で配置されている。このため、アンテナパターン５ａ，５ｂは、略同一の放射特性を有している。ここでは、いずれのアンテナパターン５ａ，５ｂも、給電点から見た場合に、給電線路５０を左へ４５°傾斜させた方向へ延びるように放射素子５１が形成されている。なお、アンテナパターン５ａ，５ｂは、給電線路５０が給電点を挟んで互いに逆方向に延び、給電点から見た場合の給電線路５０に対する放射素子５１の方向及び角度が互いに一致していれば、その形状が略同一でなくてもよい。

＜アンテナパターンの相対的配置＞
次に、アンテナパターン５ａ，５ｂの相対的配置について説明する。一対のアンテナパターン５ａ，５ｂは、それぞれの給電線路５０をシフト配置させることによって、異なるアンテナパターン５ａ，５ｂに属する各放射素子５１を整列させている。つまり、一定距離を隔てて互いに平行となるように一対の給電線路５０を配置し、これらの給電線路５０の互いに対向する側辺に放射素子５１をそれぞれ形成することにより、顕著な位置ずれを生じさせることなく全ての放射素子５１を整列させ、一連の放射素子として機能させている。その結果、良好な指向特性を有する平面アンテナ１００を実現することができる。

図２には、給電線路５０の延伸方向をＸ軸とするＸＹ直交座標系が示されている。素子形成幅Ｄは、放射素子５１が形成される領域の幅であり、給電線路５０の側辺から放射素子５１の最遠端までのＹ軸方向の距離によって示される。一対の給電線路５０は、その間隔が上記素子形成幅Ｄに一致するようにシフト配置されている。つまり、一対の給電線路５０は、Ｙ軸方向に距離Ｄだけ離れて平行に配置されている。このため、給電端子１１ａ，１１ｂも閉鎖領域２１の長辺方向に距離Ｄだけ離してシフト配置され、給電端子１１ａ，１１ｂと重複させる整合素子３２は、Ｙ軸方向の長さが距離Ｄよりも長い形状からなる。

シフト配置された給電線路５０間に各放射素子５１を配置すれば、異なるアンテナパターン５ａ，５ｂに属する放射素子５１を一連の放射素子として整列配置させることができる。図中では、２つのアンテナパターン５ａ，５ｂに属する放射素子５１の全てを一列に整列させ、各放射素子５１が、給電線路５０に平行な共通の直線を通るように配置している。この様にして全ての放射素子５１をＹ軸方向に顕著な位置ずれを生じさせることなく整列させることができれば、良好な指向特性を実現することができる。

例えば、図１０に示した従来の平面アンテナ２００の場合、放射素子のＹ軸方向の位置に顕著なずれが生じているため、各アンテナパターン２５０ａ、２５０ｂが本来有してないＹ軸方向の指向特性が現れ、アンテナ利得が低下する。これに対し、本実施の形態による平面アンテナ１００は、Ｙ軸方向に顕著な位置ずれを生じさせることなく全ての放射素子５１を整列させているため、Ｙ軸方向に意図しない放射特性が現れるのを抑制することができる。従って、良好な指向特性を実現することができる。

また、放射素子５１を整列させることにより、平面アンテナ１００のパターン設計を効率化することができる。アンテナパターン５ａ，５ｂは、それぞれ先端給電型のアンテナであり、その指向特性をシミュレーション等により求めることは比較的容易である。従って、アンテナパターン５ａ，５ｂに属する各放射素子５１を整列させれば、各アンテナパターン５ａ，５ｂの指向特性から平面アンテナ１００の指向特性を求めることができる。その結果、使用目的に応じた所望の指向特性を有する平面アンテナ１００を提供しようとする場合におけるパターン設計の効率を向上させることができる。

特に、アンテナパターン５ａ、５ｂが同一形状からなる場合には、更に良好な指向特性を有する平面アンテナ１００を実現することができる。また、平面アンテナ１００の指向特性は、アンテナパターン５ａ，５ｂの放射素子を２倍にした場合の指向特性として正確に与えられ、所望の指向特性を有する平面アンテナ１００を提供しようとする場合におけるパターン設計の効率を更に向上させることができる。

図５は、図１の平面アンテナ１００の透過量及び反射量の周波数特性を示した図である。透過量及び反射量は、散乱パラメータＳ_２１，Ｓ_１１として求められる値であり、横軸に周波数をとって示されている。図中の実線Ｔ１及びＲ１は、図１の平面アンテナ１００の透過量及び反射量をそれぞれ示す特性曲線である。一方、破線Ｔ２及びＲ２は、図１０に示した従来の平面アンテナ２００の透過量及び反射量をそれぞれ示す特性曲線である。

一般に、導波管及び平面線路用の変換器１の周波数特性は、整合素子３２の共振周波数において透過量が最大となり、反射量が最小となることが知られている。図４では、共振周波数が約７６．５ＧＨｚであり、この共振周波数における透過量Ｔ１は、従来装置の透過量Ｔ２とほぼ同様であることがわかる。また、上記共振周波数における反射量Ｒ１は、従来装置の透過量Ｒ２よりも小さいことがわかる。つまり、図１の平面アンテナ１００は、従来装置とほぼ同等の透過特性と、従来装置よりも優れた反射特性とを実現している。

図６は、図１の平面アンテナ１００の指向特性を示した図である。横軸には、放射方向が誘電体基板２の正面方向に対する角度として示され、縦軸には、正面方向の利得に対する相対利得が示されている。図中の指向特性Ｄ１は、本実施の形態による平面アンテナ１００の特性であり、指向特性Ｄ２は、図１０に示した従来の平面アンテナ２００の特性である。指向特性Ｄ３は、シミュレーションにより求められた指向特性であり、アンテナパターン５ａの放射素子５１の数を２倍にしてシミュレーションを行って得られた特性である。つまり、特性Ｄ３は、放射素子５１のＹ方向への位置ずれを考慮することなくシミュレーションを行って求められた計算値である。

本実施の形態による指向特性Ｄ１は、計算で求めた指向特性Ｄ３とほぼ一致しているのに対し、従来の指向特性Ｄ２は、計算で求められた指向特性Ｄ３と一致してない。特性Ｄ２及びＤ３の差は、異なるアンテナパターン５ａ，５ｂに属する放射素子５１が整列していないために生ずる誤差であり、シミュレーション結果から容易に予測することができない。このため、本実施の形態による平面アンテナ１００であれば、所望の指向特性を実現するパターンを容易に設計することができる。

図７は、図１の平面アンテナ１００の具体的な構成例を示した平面図であり、図２において模式的に示したアンテナパターン５ａ，５ｂの一例が具体的に示されている。図中のアンテナパターン５ａ，５ｂは、直線状に延びる給電線路５０の一端が変換器１に接続され、屈曲させた他端に終端素子５２が接続されている。つまり、給電線路５０は、放射素子５１が形成されている部分が略直線状であれば、その他の部分は屈曲していてもよい。

また、図中のアンテナパターン５ａ，５ｂは、変換器１から遠くなるほど、放射素子５１の素子幅が太くなっている。このため、放射素子５１の形状は、変換器１に最も近い素子は線形状であるが、変換器１から離れると短冊形状に変化し、最も遠い素子は矩形形状になっている。

一般に、放射素子５１の放射効率は、その素子幅によって異なるため、給電点からの距離に応じて放射素子５１の形状を変化させる場合があり、同じアンテナパターン５ａ，５ｂ内であっても各放射素子５１の形状は同一であるとは限らない。アンテナパターン５ａ，５ｂに属する放射素子５１の大きさが均一でない場合、素子形成幅Ｄは、放射素子５１のＹ軸方向の長さの最大値にすればよい。つまり、一対の給電線路５０間の距離は、最大の放射素子５１によって決まる。

本実施の形態によれば、変換器１を挟んで反対方向へ延びる一対のアンテナパターン５ａ，５ｂが形成された平面アンテナ１００において、異なるアンテナパターン５ａ，５ｂに属する給電線路５０が、距離を隔てて互いに平行となるように配置され、各給電線路５０の互いに対向する側辺に放射素子５１を形成することにより、異なるアンテナパターン５ａ，５ｂに属する各放射素子５１を整列させている。つまり、中央給電型の平面アンテナ１００において、一対の給電線路５０をシフト配置させ、給電線路５０間のスペースに放射素子５１を整列させている。このため、異なるアンテナパターン５ａ，５ｂに属する放射素子５１を一連の放射素子として機能させ、良好な放射特性を得ることができる。また、中央給電型の平面アンテナ１００の放射特性を予測することが容易になり、アンテナパターンの設計効率を向上させることができる。

なお、本実施の形態では、一対の給電線路５０の距離が、放射素子５１の素子形成幅Ｄに一致するようにシフト配置され、また、全ての放射素子５１が、給電線路５０に平行な共通の直線Ｌを通るように形成される場合の例について説明したが、本発明は、この様な場合のみに限定されない。

つまり、本発明による平面アンテナ１００では、一対のアンテナパターン５ａ，５ｂに属する放射素子５１をＹ軸方向に顕著な位置ずれを生じることなく整列させることができればよい。そのためには、一対の給電線路５０をシフト配置させる必要があるが、給電線路５０間の距離が素子形成幅Ｄに略一致していればよい。例えば、素子形成幅Ｄの半分以上かつ２倍以下であればよい。また、アンテナパターン５ａ，５ｂに属する放射素子５１の少なくとも一部が、給電線路５０に平行な共通の直線Ｌをそれぞれ通っていればよい。つまり、アンテナパターン５ａ，５ｂに属する１以上の放射素子５１、望ましくは過半数の放射素子５１が、給電線路５０に略平行な共通の直線Ｌを通るように配置されていればよい。

実施の形態２．
実施の形態１では、変換器１の整合素子３２の形状が長方形からなる平面アンテナの例について説明した。これに対し、本実施の形態では、整合素子３２が、その他の形状からなる平面アンテナについて説明する。

図８は、本発明の実施の形態２による平面アンテナの要部について一例を示した図であり、変換器１の平面図が示されている。図２の場合と比較すれば、整合素子３２の形状が異なっている。図中の（ａ）では、整合素子３２が楕円形からなり、（ｂ）では整合素子３２が菱形からなる。上述した通り、整合素子３２は、開口部４１の長辺の垂直二等分線を通り、開口部４１の短手方向の長さが導波管４の管内波長λｇの１／２となる形状であることが望ましい。整合素子３２の形状は、このような条件に適合するものであれば、長方形には限定されず、任意の形状とすることができる。

なお、本発明による平面アンテナ１００に適用される変換器１は、一対のアンテナパターン５ａ，５ｂに対する給電点として機能するものであればよく、整合素子３２の形状以外についても、本明細書に例示された構成だけに限定されない。

実施の形態３．
実施の形態１及び２では、１本の給電線路５０をそれぞれ有する一対のアンテナパターン５ａ，５ｂが、変換器１を挟んで配置された平面アンテナ１００の例について説明した。これに対し、互いに平行な２以上の給電線路５０をそれぞれ有する一対の複合アンテナパターン６ａ，６ｂが、変換器１を挟んで形成された平面アンテナ１０１について説明する。

図９は、本発明の実施の形態２による平面アンテナの一構成例を示した平面図である。図中の平面アンテナ１０１は、図２の平面アンテナ１００と比較すれば、誘電体基板２上に形成されているアンテナパターンが異なる。この平面アンテナ１０１は、変換器１を挟んで、逆方向に延びる一対の複合アンテナパターン６０ａ，６０ｂが配置された中央給電型の平面アンテナである。

複合アンテナパターン６０ａは、変換器１に接続された分配器６１ａと、分配器６１ａから分岐させた２以上の分岐アンテナパターン６２ａとからなる。同様にして、複合アンテナパターン６０ｂは、変換器１に接続された分配器６１ｂと、分配器６１ｂから分岐させた２以上の分岐アンテナパターン６２ｂとからなる。

分配器６１ａ，６１ｂは、その分岐形状に応じて、各分岐アンテナパターン６２ａ，６２ｂへ電力を分配している。分岐アンテナパターン６２ａ，６２ｂは、それぞれ直線状に延びる給電線路５０と、当該給電線路５０から分岐させた複数の放射素子５１とによって直線アレーを形成し、その終端には終端素子５２が配置されている。

同じ分岐アンテナパターン６２ａ，６２ｂに属する放射素子５１は、同じ給電線路５０の一方の側辺に沿って整列配置され、同位相で励振されるように、波長に応じた一定間隔で配置されている。つまり、本実施の形態における分岐アンテナパターン６２ａ，６２ｂは、実施の形態１におけるアンテナパターン５ａ，５ｂに相当している。

各給電線路５０は、互いに平行となるように形成されている。また、同じ複合アンテナパターン６０ａ，６０ｂに属する放射素子５１は、いずれも給電線路５０の同じ一方の側辺に形成されている。更に、全ての放射素子５１が、偏波面を揃えるように互いに平行に配置されている。この様な配置により、特性の揃った放射素子５０を高い密度で配置することができる。

このような平面アンテナ１０１において、一方の複合アンテナパターン６０ａに属する分岐アンテナパターン６２ａが、他方の複合アンテナパターン６０ｂに属する分岐アンテナパターン６２ｂと対をなしている。そして、対をなすアンテナパターン６２ａ，６２ｂをシフト配置させ、これらの分岐アンテナパターン６２ａ，６２ｂに属する各放射素子５１を整列させている。すなわち、対をなす分岐アンテナパターン６２ａ，６２ｂに属する給電線路５０は、素子形成幅Ｄを隔てて互いに平行に配置され、これらの給電線路５０の互いに対向する側辺に放射素子５１が形成されている。その結果、対をなす両分岐アンテナパターン６２ａ，６２ｂに属する各放射素子５１は、給電線路５０に平行な共通の直線Ｌを通るように形成されている。ここでは、全ての分岐アンテナパターン６２ａ，６２ｂが、このようにして対をなしている。

また、図中では、対をなす分岐アンテナパターン６２ａ，６２ｂが、略同一の形状からなり、一方は他方を１８０°回転させた状態で配置されている。このため、分岐アンテナパターン６２ａ，６２ｂは、略同一の放射特性を有している。なお、分岐アンテナパターン６２ａ，６２ｂが略同一の形状でなくても、給電線路５０が給電点を挟んで互いに逆方向に延び、給電点から見た場合の給電線路５０に対する放射素子５１の方向及び角度が互いに一致していれば、アンテナパターン６２ａ，６２ｂの偏波面を揃えることができる。

本実施の形態によれば、互いに異なる複合アンテナパターン６０ａ，６０ｂに属する対をなす分岐アンテナパターン６２ａ，６２ｂに関し、顕著な位置ずれを生じさせることなく全ての放射素子５１を整列させ、一連の放射素子として機能させている。その結果、変換器１を挟んで、一対の複合アンテナパターン６０ａ，６０ｂを配置した中央給電型の平面アンテナ１０１においても、良好な指向特性を実現することができる。また、このような平面アンテナ１０１のパターン設計を効率化することができる。

なお、本実施の形態における対をなす分岐アンテナパターン６２ａ，６２ｂは、実施の形態１におけるアンテナパターン５ａ，５ｂに相当することは上述した通りであり、分岐アンテナパターン６２ａ，６２ｂについて、相違点として言及していない構成及び作用は、アンテナパターン５ａ，５ｂと同様である。

１ 変換器
２ 誘電体基板
４ 導波管
５ａ，５ｂ アンテナパターン
１０ 短絡板
１１ａ，１１ｂ 給電端子
２１ 閉鎖領域
２２ スルーホール
３１ 接地板
３２ 整合素子
４０ 中空部
４１ 開口部
５０ 給電線路
５１ 放射素子
５２ 終端素子
６０ａ，６０ｂ 複合アンテナパターン
６１ａ，６１ｂ 分配器
６２ａ，６２ｂ 分岐アンテナパターン
１００，１０１ 平面アンテナ
Ｄ 素子形成幅

Claims (6)

1. 導波管及び平面線路用の変換器を有する誘電体基板と、
   上記誘電体基板に形成され、マイクロストリップ線路からなる一対のアンテナパターンとを備え、
   上記変換器は、上記導波管の開口部に対応する上記誘電体基板の閉鎖領域を覆う略矩形の短絡板と、上記短絡板を挟んで互いに逆方向に延びる一対の給電端子とを有し、
   上記給電端子は、上記閉鎖領域の一辺を横切って延びる直線状の平面線路からなり、一端が上記短絡板の切り込み内に形成され、
   上記一対の給電端子は、上記閉鎖領域の上記一辺方向の位置を異ならせてシフト配置され、
   上記アンテナパターンは、一端が上記給電端子の他端に接続された給電線路と、上記給電線路の一方の側辺に形成された複数の放射素子とをそれぞれ備え、
   上記一対のアンテナパターンに属する上記給電線路は、距離を隔てて互いに平行となるように上記一辺方向にシフト配置され、
   上記放射素子は、上記一対のアンテナパターンに属する上記給電線路の互いに対向する側辺にそれぞれ形成され、異なる上記アンテナパターンに属する各放射素子を整列させ、 上記シフト配置により、上記一対の給電端子は、それぞれが接続される上記アンテナパターンにおける上記一方とは反対側に位置をずらして配置されることを特徴とする平面アンテナ。
2. 上記給電線路間の距離が、上記給電線路の側辺から上記放射素子の先端に至る素子形成用の領域幅と略一致することを特徴とする請求項１に記載の平面アンテナ。
3. 一対の上記アンテナパターンの一方は、他方を１８０度回転させた同一の形状からなることを特徴とする請求項１又は２に記載の平面アンテナ。
4. 導波管及び平面線路用の変換器を有する誘電体基板と、
   上記誘電体基板に形成され、マイクロストリップ線路からなる一対の複合アンテナパターンとを備え、
   上記変換器は、上記導波管の開口部に対応する上記誘電体基板の閉鎖領域を覆う略矩形の短絡板と、上記短絡板を挟んで互いに逆方向に延びる一対の給電端子とを有し、
   上記給電端子は、上記閉鎖領域の一辺を横切って延びる直線状の平面線路からなり、一端が上記短絡板の切り込み内に形成され、
   上記一対の給電端子は、上記閉鎖領域の上記一辺方向の位置を異ならせてシフト配置され、
   上記複合アンテナパターンは、上記給電端子の他端に接続された分配器と、上記分配器にそれぞれ接続された２以上の分岐アンテナパターンとからなり、
   上記分岐アンテナパターンは、一端が上記分配器に接続された給電線路と、上記給電線路の側辺であって、同じ上記複合アンテナパターン内における共通の一方の側辺に形成された複数の放射素子とをそれぞれ備え、
   上記一対の複合アンテナパターンは、それぞれ同数の上記分岐アンテナパターンを有し、
   全ての上記分岐アンテナパターンは、異なる上記複合アンテナパターンに属する上記分岐アンテナパターンと対をなし、
   対をなす上記分岐アンテナパターンに属する上記給電線路は、距離を隔てて互いに平行となるように上記一辺方向にシフト配置され、
   上記放射素子は、対をなす上記分岐アンテナパターンに属する上記給電線路の互いに対向する側辺に形成され、
   対をなす上記分岐アンテナパターンに属する各放射素子を整列させ、
   上記シフト配置により、上記一対の給電端子は、それぞれが接続される上記複合アンテナパターンにおける上記共通の一方とは反対側に位置をずらして配置されることを特徴とする平面アンテナ。
5. 対をなす上記分岐アンテナパターンに属する上記給電線路間の距離が、上記給電線路の側辺から上記放射素子の先端に至る素子形成用の領域幅と略一致することを特徴とする請求項４に記載の平面アンテナ。
6. 対をなす上記分岐アンテナパターンの一方は、他方を１８０度回転させた同一の形状からなることを特徴とする請求項４又は５に記載の平面アンテナ。

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