JP6297224B2 - アンテナ装置 - Google Patents

Description

この発明は、広覆域の電波を高いレベルで送受信することが可能なアンテナ装置に関するものである。

例えば、移動体通信機器やレーダ装置等においては、広覆域の電波を高いレベルで送受信することが可能なアンテナ装置が望まれており、このようなアンテナ装置では、フェーズドアレーアンテナを用いて、放射指向性を制御する方法を採用しているものがある。
放射指向性は、フェーズドアレーアンテナを構成している複数の放射素子（素子アンテナ）に給電する電波の位相を制御することで切り替えることが可能である。

放射素子に給電する電波の位相を制御する送受信モジュールを放射素子毎に設ける構成では、アンテナ装置全体のコストが高くなるため、複数の放射素子からなるサブアレー毎に送受信モジュールを設けることがある。しかし、サブアレー毎に送受信モジュールを設ける構成では、サブアレー間の間隔が広くなり、広角ビーム走査時には、可視領域にグレーティングローブが生じてしまうことがある。
そこで、サブアレー毎に送受信モジュールを設ける場合、放射素子毎に移相器を設けることで、ビーム走査時でもグレーティングローブが生じないようにしているアンテナ装置が開発されている。
ただし、移相器は、内部回路で多数のダイオードスイッチ等を用いて、通過位相の制御を行うものである。このため、放射素子毎に移相器を設けると、放射素子の位相を制御する際、多数のダイオードスイッチ等での損失が大きくなってしまうことがある。また、移相器自体のコストが高く、アンテナ装置全体のコストが高くなる。

以下の特許文献１には、簡易な構成で指向性を切り替えているアンテナ装置が開示されている。
このアンテナ装置は、以下の要素から構成されている
（１）フェーズドアレーアンテナを構成している２つの放射素子
（２）送信信号を２つに分配し、分配後の送信信号を出力する２つの出力端子を有する分配回路
（３）分配回路の出力端子から出力された送信信号を伝送する２つの第１の線路
（４）分配回路の出力端子から出力された送信信号を伝送する線路であり、遅延線路が付加されている１つの第２の線路
（５）第１及び第２の線路の入力側に設けられ、第１の線路又は第２の線路のうち、いずれかの線路を分配回路の出力端子と接続する第１のスイッチ
（６）第１及び第２の線路の出力側に設けられ、第１の線路又は第２の線路のうち、いずれかの線路を放射素子と接続する第２のスイッチ

実開平６−４１２１３号公報（図２）

従来のアンテナ装置は以上のように構成されているので、第１及び第２のスイッチの接続先を切り換えることで、指向性を可変することができる。しかし、第１及び第２の線路の入力側に第１のスイッチを設けるほかに、第１及び第２の線路の出力側にも第２のスイッチを設ける必要があるため、分配回路から放射素子に至る給電回路での損失が大きくなり、電波の放射特性が劣化してしまうことがあるという課題があった。

この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、給電回路で生じる損失を抑えて、良好な放射特性を得ることができるアンテナ装置を得ることを目的とする。

この発明に係るアンテナ装置は、アレーアンテナを構成している複数の素子アンテナと、送信信号を分配する分配回路と、分配回路により分配された一方の送信信号を遅延する第１の遅延線路と、分配回路により分配された他方の送信信号を第１の遅延線路と異なる遅延時間で遅延する第２の遅延線路と、第１の遅延線路により遅延された送信信号を分岐し、分岐後の送信信号を出力する複数の出力端子を有する第１の分岐回路と、第２の遅延線路により遅延された送信信号を分岐し、分岐後の送信信号を出力する複数の出力端子を有する第２の分岐回路と、第１の分岐回路が有する複数の出力端子の中のいずれか半数の出力端子と、第２の分岐回路が有する複数の出力端子の中のいずれか半数の出力端子とを複数の素子アンテナに接続するスイッチング回路とを備え、第１及び第２の分岐回路では、スイッチング回路により素子アンテナと接続される出力端子が切り換えられても、送信信号を分岐する分岐点の第１及び第２の遅延線路側から素子アンテナを見たインピーダンスが変化せずに同じ値を維持するようにしたものである。
また、アレーアンテナを構成している素子アンテナの数が４つであり、第１の分岐回路が、一端が第１の遅延線路と接続されている第１の線路と、第１の線路により伝送された送信信号を２分岐する分岐点が第１の線路の他端と接続されている第１の２分岐回路と、第１の２分岐回路により２分岐された一方の送信信号を２分岐する分岐点が第１の２分岐回路の一端と接続されており、一端がスイッチング回路を構成している第１のスイッチにおける第１の接続端子と接続され、他端がスイッチング回路を構成している第２のスイッチにおける第１の接続端子と接続されている第２の２分岐回路と、第１の２分岐回路により２分岐された他方の送信信号を２分岐する分岐点が第１の２分岐回路の他端と接続されており、一端がスイッチング回路を構成している第３のスイッチにおける第１の接続端子と接続され、他端がスイッチング回路を構成している第４のスイッチにおける第１の接続端子と接続されている第３の２分岐回路とを備え、第２の分岐回路が、一端が第２の遅延線路と接続されている第２の線路と、第２の線路により伝送された送信信号を２分岐する分岐点が第２の線路の他端と接続されている第４の２分岐回路と、第４の２分岐回路により２分岐された一方の送信信号を２分岐する分岐点が第４の２分岐回路の一端と接続されており、一端が第１のスイッチにおける第２の接続端子と接続され、他端が第２のスイッチにおける第２の接続端子と接続されている第５の２分岐回路と、第４の２分岐回路により２分岐された他方の送信信号を２分岐する分岐点が第４の２分岐回路の他端と接続されており、一端が第３のスイッチにおける第２の接続端子と接続され、他端が第４のスイッチにおける第２の接続端子と接続されている第６の２分岐回路とを備えており、スイッチング回路が、第１の分岐回路が有する４つの出力端子の中のいずれか２つの出力端子と、第２の分岐回路が有する４つの出力端子の中のいずれか２つの出力端子とを４つの素子アンテナに接続するようにしたものである。

この発明によれば、第１及び第２の分岐回路では、スイッチング回路により素子アンテナと接続される出力端子が切り換えられても、送信信号を分岐する分岐点の第１及び第２の遅延線路側から素子アンテナを見たインピーダンスが変化せずに同じ値を維持するように構成したので、分配回路から素子アンテナに至る給電回路で生じる損失を抑えて、良好な放射特性を得ることができる効果がある。

この発明の実施の形態１によるアンテナ装置を示す構成図である。 この発明の実施の形態１によるアンテナ装置の放射素子の配置を示す説明図である。 この発明の実施の形態１によるアンテナ装置の分岐回路４−１，４−２の内部構成を示す回路図である。 この発明の実施の形態１によるアンテナ装置の分岐回路４−１，４−２の内部構成を示す回路図である。 放射素子１−１〜１−４からなるサブアレーアンテナの放射指向性の座標系を示す説明図である。 サブアレーアンテナの放射指向性の一状態を示す説明図である。 サブアレーアンテナの放射指向性の一状態を示す説明図である。 サブアレーアンテナの放射指向性の一状態を示す説明図である。 サブアレーアンテナの放射指向性の一状態を示す説明図である。 この発明の実施の形態２によるアンテナ装置の分岐回路４−１，４−２の内部構成を示す回路図である。 アレーアンテナを構成している複数のサブアレーアンテナの配列を示す説明図である。 図１１の配列でアジマス方向を０ｄｅｇ．、エレベーション方向を４５ｄｅｇ．としてビーム走査した場合のアレーファクタを示す説明図である。 図１１の配列でアジマス方向を４５ｄｅｇ．、エレベーション方向を０ｄｅｇ．としてビーム走査した場合のアレーファクタを示す説明図である。 図１１の配列でアジマス方向を４５ｄｅｇ．、エレベーション方向を４５ｄｅｇ．としてビーム走査した場合のアレーファクタを示す説明図である。 サブアレーアンテナがアジマス方向とエレベーション方向を正の角度に指向性を向けているとき、図１１の配列でアジマス方向を０ｄｅｇ．、エレベーション方向を４５ｄｅｇ．としてビーム走査した場合の放射パターンを示す説明図である。 サブアレーアンテナがアジマス方向とエレベーション方向を正の角度に指向性を向けているとき、図１１の配列でアジマス方向を４５ｄｅｇ．、エレベーション方向を０ｄｅｇ．としてビーム走査した場合の放射パターンを示す説明図である。 サブアレーアンテナがアジマス方向とエレベーション方向を正の角度に指向性を向けているとき、図１１の配列でアジマス方向を４５ｄｅｇ．、エレベーション方向を４５ｄｅｇ．としてビーム走査した場合の放射パターンを示す説明図である。

以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための形態について、添付の図面にしたがって説明する。

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を示す構成図であり、図２はこの発明の実施の形態１によるアンテナ装置の放射素子の配置を示す説明図である。
図１及び図２において、放射素子１−１〜１−４はサブアレーアンテナを構成している素子アンテナであり、入力インピーダンスがＺ_０である。
図２の例では、放射素子１−１〜１−４が、高周波信号の動作周波数（基本波の周波数）における０．４λの間隔で、２次元的に正方形で配列されている。λは動作周波数における自由空間波長である。

分配回路２は送信信号である高周波信号を２つに分配する回路である。
遅延回路３は伝送線路３ａと遅延線路３ｂとから構成されている回路である。
伝送線路３ａは分配回路２と分岐回路４−１の間に接続されている特性インピーダンスがＺ_０で、遅延時間が略零の第１の遅延線路である。
遅延線路３ｂは分配回路２と分岐回路４−２の間に接続されている特性インピーダンスがＺ_０で、遅延時間が零より大きい第２の遅延線路である。遅延線路３ｂの線路長は特性インピーダンスＺ_０で通過する高周波信号の位相がβｄｅｇ．だけ変化する長さになっている。
この実施の形態１では、伝送線路３ａが、遅延時間が略零の線路であるため、遅延線路とは呼ばずに、伝送線路と呼んでいる。ただし、伝送線路３ａは、遅延時間が略零の線路に限るものではなく、遅延線路３ｂの遅延時間と異なる遅延時間を有する線路であればよい。

分岐回路４−１は遅延回路３の伝送線路３ａにより伝送された高周波信号を４分岐し、４分岐後の高周波信号を出力する４つの出力端子４−１ａ〜４−１ｄを有している第１の分岐回路である。
分岐回路４−２は遅延回路３の遅延線路３ｂにより伝送された高周波信号を４分岐し、４分岐後の高周波信号を出力する４つの出力端子４−２ａ〜４−２ｄを有している第２の分岐回路である。

スイッチング回路５は第１のスイッチであるスイッチ５−１と、第２のスイッチであるスイッチ５−２と、第３のスイッチであるスイッチ５−３と、第４のスイッチであるスイッチ５−４とから構成されており、分岐回路４−１が有する出力端子４−１ａ〜４−１ｄの中のいずれか２つの出力端子（半数の出力端子）と、分岐回路４−２が有する出力端子４−２ａ〜４−２ｄの中のいずれか２つの出力端子（半数の出力端子）とを放射素子１−１〜１−４に接続する回路である。
スイッチ５−１〜５−４は第１の接続端子である接続端子６ａ−１〜６ａ−４と、第２の接続端子である接続端子６ｂ−１〜６ｂ−４とを有しており、分岐回路４−１が有する出力端子４−１ａ〜４−１ｄ又は分岐回路４−２が有する出力端子４−２ａ〜４−２ｄのいずれかを放射素子１−１〜１−４と接続する選択スイッチである。

図３及び図４はこの発明の実施の形態１によるアンテナ装置の分岐回路４−１，４−２の内部構成を示す回路図である。
図３は放射素子１−１，１−２が分岐回路４−１の出力端子４−１ａ，４−１ｂと接続され、放射素子１−３，１−４が分岐回路４−２の出力端子４−２ｃ，４−２ｄと接続されている状態を示している。
図４は放射素子１−１，１−３が分岐回路４−１の出力端子４−１ａ，４−１ｃと接続され、放射素子１−２，１−４が分岐回路４−２の出力端子４−２ｂ，４−２ｄと接続されている状態を示している。

分岐回路４−１の線路１１は一端が遅延回路３の伝送線路３ａと接続されている特性インピーダンスがＺ_０の第１の線路であり、特性インピーダンスＺ_０で通過する高周波信号の位相がαｄｅｇ．だけ変化する長さになっている。
２分岐回路１２は線路１２ａ〜１２ｄから構成されており、線路１１により伝送された高周波信号を２分岐する分岐点１２ｅが線路１１の他端と接続されている第１の２分岐回路である。
２分岐回路１２の線路１２ａ，１２ｂは特性インピーダンスがＺ_０の線路であり、特性インピーダンスＺ_０で通過する高周波信号の位相が９０ｄｅｇ．だけ変化する長さ（１／４管内波長：高周波信号の動作周波数における管内波長の４分の１の長さ）になっている。
２分岐回路１２の線路１２ｃ，１２ｄは特性インピーダンスがＺ_１の線路であり、長さが１／４管内波長になっている。特性インピーダンスＺ_０と特性インピーダンスＺ_１の関係は、下記の式（１）の通りである。

２分岐回路１３は線路１３ａ，１３ｂから構成されており、２分岐回路１２により２分岐された一方の高周波信号を２分岐する分岐点１３ｃが２分岐回路１２の一端と接続されている第２の２分岐回路である。
また、２分岐回路１３の一端はスイッチング回路５を構成しているスイッチ５−１における接続端子６ａ−１と接続され、他端はスイッチング回路５を構成しているスイッチ５−２における接続端子６ａ−２と接続されている。
２分岐回路１３の線路１３ａ，１３ｂは特性インピーダンスがＺ_０の線路であり、長さが１／４管内波長になっている。

２分岐回路１４は線路１４ａ，１４ｂから構成されており、２分岐回路１２により２分岐された他方の高周波信号を２分岐する分岐点１４ｃが２分岐回路１２の他端と接続されている第３の２分岐回路である。
また、２分岐回路１４の一端はスイッチング回路５を構成しているスイッチ５−３における接続端子６ａ−３と接続され、他端はスイッチング回路５を構成しているスイッチ５−４における接続端子６ａ−４と接続されている。
２分岐回路１４の線路１４ａ，１４ｂは特性インピーダンスがＺ_０の線路であり、長さが１／４管内波長になっている。

分岐回路４−２の線路２１は一端が遅延回路３の遅延線路３ｂと接続されている特性インピーダンスがＺ_０の第２の線路であり、特性インピーダンスＺ_０で通過する高周波信号の位相がαｄｅｇ．だけ変化する長さになっている。
２分岐回路２２は線路２２ａ〜２２ｄから構成されており、線路２１により伝送された高周波信号を２分岐する分岐点２２ｅが線路２１の他端と接続されている第４の２分岐回路である。
２分岐回路２２の線路２２ａ，２２ｂは特性インピーダンスがＺ_０の線路であり、長さが１／４管内波長になっている。
２分岐回路２２の線路２２ｃ，２２ｄは特性インピーダンスがＺ_１の線路であり、長さが１／４管内波長になっている。

２分岐回路２３は線路２３ａ，２３ｂから構成されており、２分岐回路２２により２分岐された一方の高周波信号を２分岐する分岐点２３ｃが２分岐回路２２の一端と接続されている第５の２分岐回路である。
また、２分岐回路２３の一端はスイッチング回路５を構成しているスイッチ５−１における接続端子６ｂ−１と接続され、他端はスイッチング回路５を構成しているスイッチ５−２における接続端子６ｂ−２と接続されている。
２分岐回路２３の線路２３ａ，２３ｂは特性インピーダンスがＺ_０の線路であり、長さが１／４管内波長になっている。

２分岐回路２４は線路２４ａ，２４ｂから構成されており、２分岐回路２２により２分岐された他方の高周波信号を２分岐する分岐点２４ｃが２分岐回路２２の他端と接続されている第６の２分岐回路である。
また、２分岐回路２４の一端はスイッチング回路５を構成しているスイッチ５−３における接続端子６ｂ−３と接続され、他端はスイッチング回路５を構成しているスイッチ５−４における接続端子６ｂ−４と接続されている。
２分岐回路２４の線路２４ａ，２４ｂは特性インピーダンスがＺ_０の線路であり、長さが１／４管内波長になっている。

次に動作について説明する。
分配回路２は、送信信号である高周波信号が与えられると、その高周波信号を２つに分配して、一方の高周波信号を遅延回路３の伝送線路３ａに出力し、他方の高周波信号を遅延回路３の遅延線路３ｂに出力する。
伝送線路３ａは、遅延線路が付加されていないため、分配回路２から出力された高周波信号をほぼ零の遅延時間で分岐回路４−１まで伝送する。
遅延線路３ｂは、分配回路２から出力された高周波信号を零より大きな遅延時間で遅延して、その高周波信号を分岐回路４−２まで伝送する。

分岐回路４−１は、遅延回路３の伝送線路３ａにより伝送された高周波信号を４分岐し、４つの出力端子４−１ａ〜４−１ｄから４分岐後の高周波信号をスイッチ５−１〜５−４に出力する。
分岐回路４−２は、遅延回路３の遅延線路３ｂにより伝送された高周波信号を４分岐し、４つの出力端子４−２ａ〜４−２ｄから４分岐後の高周波信号をスイッチ５−１〜５−４に出力する。

この実施の形態１では、４つの放射素子１−１〜１−４のうち、２つの放射素子が分岐回路４−１のいずれかの出力端子と接続され、残り２つの放射素子が分岐回路４−２のいずれかの出力端子と接続されることを前提としている。
以下、分岐回路４−１，４−２の動作を具体的に説明する。
最初に、図３に示すように、放射素子１−１，１−２が分岐回路４−１の出力端子４−１ａ，４−１ｂと接続され、放射素子１−３，１−４が分岐回路４−２の出力端子４−２ｃ，４−２ｄと接続されている状態での動作を説明する。ただし、分岐回路４−１と分岐回路４−２は同一構成であるため、ここでは、分岐回路４−２の動作を代表として説明する。

この実施の形態１では、スイッチ５−１〜５−４が、２つの接続端子６ａ−１〜６ａ−４，６ｂ−１〜６ｂ−４を備えているが、スイッチ５−１〜５−４として、分岐回路４−１，４−２の出力端子４−１ａ〜４−１ｄ，４−２ａ〜４−２ｄと接続されない側の接続端子の状態が、短絡状態（インピーダンス：０Ω）となるスイッチが用いられているものとする。
なお、スイッチの種類によっては、分岐回路４−１，４−２の出力端子４−１ａ〜４−１ｄ，４−２ａ〜４−２ｄと接続されない側の接続端子の状態が、開放状態（インピーダンス：∞Ω）となるものがある。

スイッチ５−１，５−２が、分岐回路４−１の出力端子４−１ａ，４−１ｂと接続されており、分岐回路４−２の出力端子４−２ａ，４−２ｂと非接続になっている。
このため、スイッチ５−１，５−２の接続端子６ｂ−１，６ｂ−２では、インピーダンスが短絡状態（インピーダンス：０Ω）になっている。

分岐回路４−２の出力端子４−２ａ，４−２ｂと非接続になっているスイッチ５−１，５−２の接続端子６ｂ−１，６ｂ−２には、特性インピーダンスＺ_０で通過する高周波信号の位相が９０ｄｅｇ．だけ変化する長さを有する線路２３ａ，２３ｂが接続されているので、出力端子４−２ａ，４−２ｂでの位相より位相が９０ｄｅｇ．だけ変化している観測点Ａ，Ｂでのインピーダンスが開放（無限大）になっている。
したがって、線路２３ａと線路２３ｂが接続されている観測点Ｃでのインピーダンスも開放になっている。
また、２分岐回路２３の分岐点２３ｃには、線路２２ｃ，２２ａが接続されているので、観測点Ｃでの位相より位相が９０ｄｅｇ．だけ変化している観測点Ｄでのインピーダンスが短絡となり、観測点Ｄでの位相より位相が９０ｄｅｇ．だけ変化している観測点Ｅでのインピーダンスが開放となる。

スイッチ５−３，５−４が、分岐回路４−１の出力端子４−１ｃ，４−１ｄと非接続になっており、分岐回路４−２の出力端子４−２ｃ，４−２ｄと接続されている。
このため、スイッチ５−３，５−４の接続端子６ｂ−３，６ｂ−４では、インピーダンスが放射素子１−３，１−４の入力インピーダンスＺ_０になっている。

分岐回路４−２の出力端子４−２ｃ，４−２ｄと接続されているスイッチ５−３，５−４の接続端子６ｂ−３，６ｂ−４には、特性インピーダンスＺ_０で通過する高周波信号の位相が９０ｄｅｇ．だけ変化する長さを有する線路２４ａ，２４ｂが接続されているので、観測点Ｆ，Ｇから放射素子１−３，１−４側を見たインピーダンスがＺ_０になっている。
したがって、線路２４ａと線路２４ｂが接続されている観測点Ｈでのインピーダンスは、観測点Ｆから放射素子１−３側を見たインピーダンスＺ_０と、観測点Ｇから放射素子１−４側を見たインピーダンスＺ_０との和分の積で表され、Ｚ_０／２となっている。

また、２分岐回路２４の分岐点２４ｃには線路２２ｄ，２２ｂが接続されており、特性インピーダンスがＺ_１である線路２２ｄは、インピーダンスＺ_０／２をインピーダンスＺ_０に変成する変成器として動作するため、観測点Ｉ，ＪでのインピーダンスがＺ_０になっている。
したがって、高周波信号の分岐点である分岐点２２ｅよりも線路２１側の観測点Ｋでは、観測点Ｅでのインピーダンス（開放）と、観測点ＪでのインピーダンスＺ_０とを合成したインピーダンスＺ_０になっている。

そのため、放射素子１−１，１−２が分岐回路４−１の出力端子４−１ａ，４−１ｂと接続され、放射素子１−３，１−４が分岐回路４−２の出力端子４−２ｃ，４−２ｄと接続されている状態では、分岐回路４−２における高周波信号の分岐点である分岐点２２ｅよりも線路２１側の観測点ＫでのインピーダンスがＺ_０になっている。観測点ＫでのインピーダンスＺ_０は、遅延線路３ｂの特性インピーダンスＺ_０と同じ値である。
分岐回路４−１は、分岐回路４−２と同様に動作するため、分岐回路４−１における高周波信号の分岐点である分岐点１２ｅよりも線路１１側の観測点ＬでのインピーダンスもＺ_０になっている。観測点ＬでのインピーダンスＺ_０は、伝送線路３ａの特性インピーダンスＺ_０と同じ値である。

ここで、分岐回路４−１，４−２の根元の線路は、特性インピーダンスＺ_０で通過する高周波信号の位相がαｄｅｇ．だけ変化する長さの線路１１，２１であるが、線路２１には、高周波信号の位相がβｄｅｇ．だけ変化する長さの遅延線路３ｂが接続されているため、放射素子１−１，１−２に出力される高周波信号の位相と、放射素子１−３，１−４に出力される高周波信号の位相との差がβｄｅｇ．になり、放射素子１−１，１−２と放射素子１−３，１−４は、βｄｅｇ．だけ位相差が与えられて励振することになる。
この位相差は、遅延線路３ｂの線路長を変えるだけで調整することができる。例えば、８０ｄｅｇ．の位相差などを実現することができる。

次に、図４に示すように、放射素子１−１，１−３が分岐回路４−１の出力端子４−１ａ，４−１ｃと接続され、放射素子１−２，１−４が分岐回路４−２の出力端子４−２ｂ，４−２ｄと接続されている状態での動作を説明する。ただし、分岐回路４−１と分岐回路４−２は同一構成であるため、ここでは、分岐回路４−２の動作を代表として説明する。

スイッチ５−１，５−３が、分岐回路４−１の出力端子４−１ａ，４−１ｃと接続されており、分岐回路４−２の出力端子４−２ａ，４−２ｃと非接続になっている。
このため、スイッチ５−１，５−３の接続端子６ｂ−１，６ｂ−３では、インピーダンスが短絡状態（インピーダンス：０Ω）になっている。
また、スイッチ５−２，５−４が、分岐回路４−１の出力端子４−１ｂ，４−１ｄと非接続になっており、分岐回路４−２の出力端子４−２ｂ，４−２ｄと接続されている。
このため、スイッチ５−２，５−４の接続端子６ｂ−２，６ｂ−４では、インピーダンスが放射素子１−２，１−４の入力インピーダンスＺ_０になっている。

分岐回路４−２の出力端子４−２ａ，４−２ｃと非接続になっているスイッチ５−１，５−３の接続端子６ｂ−１，６ｂ−３には、特性インピーダンスＺ_０で通過する高周波信号の位相が９０ｄｅｇ．だけ変化する長さを有する線路２３ａ，２４ａが接続されているので、出力端子４−２ａ，４−２ｃでの位相より位相が９０ｄｅｇ．だけ変化している観測点Ａ，Ｆでのインピーダンスが開放（無限大）になっている。
また、分岐回路４−２の出力端子４−２ｂ，４−２ｄと接続されているスイッチ５−２，５−４の接続端子６ｂ−２，６ｂ−４には、特性インピーダンスＺ_０で通過する高周波信号の位相が９０ｄｅｇ．だけ変化する長さを有する線路２３ｂ，２４ｂが接続されているので、観測点Ｂ，Ｇから放射素子１−２，１−４側を見たインピーダンスがＺ_０になっている。

したがって、２分岐回路２３の分岐点２３ｃよりも線路２２ｃ側の観測点Ｃでは、観測点Ａでのインピーダンス（開放）と、観測点ＢでのインピーダンスＺ_０とを合成したインピーダンスＺ_０になっている。
また、２分岐回路２４の分岐点２４ｃよりも線路２２ｄ側の観測点Ｈでは、観測点Ｆでのインピーダンス（開放）と、観測点ＧでのインピーダンスＺ_０とを合成したインピーダンスＺ_０になっている。

２分岐回路２３の分岐点２３ｃには、線路２２ｃ，２２ａが接続されており、特性インピーダンスがＺ_１である線路２２ｃは、インピーダンスＺ_０をインピーダンスＺ_０／２に変成する変成器として動作するため、観測点ＤでのインピーダンスがＺ_０／２になっている。
また、線路２２ａによって高周波信号の位相が９０ｄｅｇ．回転するため、観測点Ｅでのインピーダンスが２Ｚ_０になっている。

２分岐回路２４の分岐点２４ｃには、線路２２ｄ，２２ｂが接続されており、特性インピーダンスがＺ_１である線路２２ｄは、インピーダンスＺ_０をインピーダンスＺ_０／２に変成する変成器として動作するため、観測点ＩでのインピーダンスがＺ_０／２になっている。
また、線路２２ｂによって高周波信号の位相が９０ｄｅｇ．回転するため、観測点Ｊでのインピーダンスが２Ｚ_０になっている。
したがって、高周波信号の分岐点である分岐点２２ｅよりも線路２１側の観測点Ｋでは、観測点Ｅでのインピーダンス２Ｚ_０と、観測点Ｊでのインピーダンス２Ｚ_０とを合成したインピーダンスＺ_０になっている。

そのため、放射素子１−１，１−３が分岐回路４−１の出力端子４−１ａ，４−１ｃと接続され、放射素子１−２，１−４が分岐回路４−２の出力端子４−２ｂ，４−２ｄと接続されている状態では、分岐回路４−２における高周波信号の分岐点である分岐点２２ｅよりも線路２１側の観測点ＫでのインピーダンスがＺ_０になっている。観測点ＫでのインピーダンスＺ_０は、遅延線路３ｂの特性インピーダンスＺ_０と同じ値である。
分岐回路４−１は、分岐回路４−２と同様に動作するため、分岐回路４−１における高周波信号の分岐点である分岐点１２ｅよりも線路１１側の観測点ＬでのインピーダンスもＺ_０になっている。観測点ＬでのインピーダンスＺ_０は、伝送線路３ａの特性インピーダンスＺ_０と同じ値である。

ここで、分岐回路４−１，４−２の根元の線路は、特性インピーダンスＺ_０で通過する高周波信号の位相がαｄｅｇ．だけ変化する長さの線路１１，２１であるが、線路２１には、高周波信号の位相がβｄｅｇ．だけ変化する長さの遅延線路３ｂが接続されているため、放射素子１−１，１−３に出力される高周波信号の位相と、放射素子１−２，１−４に出力される高周波信号の位相との差がβｄｅｇ．になり、放射素子１−１，１−３と放射素子１−２，１−４は、βｄｅｇ．だけ位相差が与えられて励振することになる。
この位相差は、遅延線路３ｂの線路長を変えるだけで調整することができる。例えば、８０ｄｅｇ．の位相差などを実現することができる。

以上より、４つの放射素子１−１〜１−４のうち、２つの放射素子が分岐回路４−１のいずれかの出力端子と接続され、残り２つの放射素子が分岐回路４−２のいずれかの出力端子と接続される条件下では、スイッチ５−１〜５−４によって放射素子１−１〜１−４と接続される出力端子が切り換えられても、高周波信号の分岐点である分岐点１２ｅ，２２ｅよりも線路１１，２１側の観測点Ｌ，Ｋから放射素子１−１〜１−４を見たインピーダンスがＺ_０で変化せずに同じ値を維持している。即ち、不整合損なく、高周波信号を放射素子１−１〜１−４まで伝送することができるインピーダンスを維持している。

図５は放射素子１−１〜１−４からなるサブアレーアンテナの放射指向性の座標系を示す説明図である。
この実施の形態１では、図２に示すように、放射素子１−１〜１−４が２次元的に正方形で配列されているものを想定しているので、サブアレーアンテナのビーム走査方向として、アジマス（Ａｚｉｍｕｔｈ）方向及びエレベーション（Ｅｌｅｖａｔｉｏｎ）方向が＋方向、アジマス方向が＋方向でエレベーション方向が−方向、アジマス方向が−方向でエレベーション方向が＋方向、アジマス方向及びエレベーション方向が−方向などの指向性を実現することができる。
即ち、分岐回路４−１の出力端子４−１ａ〜４−１ｄの中で、放射素子１−１〜１−４のいずれかと接続する２つの出力端子と、分岐回路４−２の出力端子４−２ａ〜４−２ｄの中で、放射素子１−１〜１−４のいずれかと接続する２つの出力端子との組み合わせの数分だけ、サブアレーアンテナのビーム走査方向を切り換えることができる。

以下、この実施の形態１のアンテナ装置におけるサブアレーアンテナの放射指向性について説明する。
図６から図９はサブアレーアンテナの放射指向性の一状態を示す説明図である。
図６から図９において、等高線はピーク利得で規格化した放射レベルを表している。
また、横軸はアジマス（Ａｚｉｍｕｔｈ）方向、縦軸はエレベーション（Ｅｌｅｖａｔｉｏｎ）方向であり、各々−９０ｄｅｇ．〜９０ｄｅｇ．を示している。
図５は、上述したように、サブアレーアンテナの放射指向性の座標系を示しているが、図５中の破線は、任意に定めている高いレベルでカバーするべき覆域を示しており、図５の例では、カバーするべき覆域がアジマス方向及びエレベーション方向の両方向で４５ｄｅｇ．の範囲である。

図６は、放射素子１−１，１−２に励振される高周波信号に対して、放射素子１−３，１−４に励振される高周波信号が遅れ位相となっている例を示している。
図７は、放射素子１−２，１−４に励振される高周波信号に対して、放射素子１−１，１−３に励振される高周波信号が遅れ位相となっている例を示している。
図８は、放射素子１−１，１−３に励振される高周波信号に対して、放射素子１−２，１−４に励振される高周波信号が遅れ位相となっている例を示している。
図９は、放射素子１−３，１−４に励振される高周波信号に対して、放射素子１−１，１−２に励振される高周波信号が遅れ位相となっている例を示している。

図６から図９より、アジマス方向及びエレベーション方向が＋方向、アジマス方向が＋方向でエレベーション方向が−方向、アジマス方向が−方向でエレベーション方向が＋方向、アジマス方向及びエレベーション方向が−方向など、二次元でビーム指向方向を切り換えることができることが分かる。また、覆域内を高いレベルでカバーできていることが分かる。

以上で明らかなように、この実施の形態１によれば、分岐回路４−１，４−２では、スイッチ５−１〜５−４によって放射素子１−１〜１−４と接続される出力端子が切り換えられても、高周波信号の分岐点である分岐点１２ｅ，２２ｅよりも線路１１，２１側の観測点Ｌ，Ｋから放射素子１−１〜１−４を見たインピーダンスＺ_０が変化せずに同じ値を維持するように構成したので、分配回路２から放射素子１−１〜１−４に至る給電回路で生じる損失を抑えて、良好な放射特性を得ることができる効果を奏する。
また、この実施の形態１では、分岐回路４−１，４−２と放射素子１−１〜１−４の間にスイッチ５−１〜５−４が設けられているだけで、分岐回路４−１，４−２と遅延回路３の間にはスイッチを設ける必要がないため、非特許文献１に記載のアンテナ装置よりもスイッチの個数を減らして、スイッチでの損失を抑えることができる。

この実施の形態１では、図１のアンテナ装置が送信アンテナとして用いられる例を示したが、図１のアンテナ装置が受信アンテナとして用いられてもよい。
図１のアンテナ装置が受信アンテナとして用いられる場合、分岐回路４−１，４−２の出力端子４−１ａ〜４−１ｄ，４−２ａ〜４−２ｄが入力端子として用いられる。この場合も、４つの放射素子１−１〜１−４のうち、２つの放射素子が分岐回路４−１のいずれかの入力端子と接続され、残り２つの放射素子が分岐回路４−２のいずれかの入力端子と接続される。
これにより、分岐回路４−１では、いずれか２つの入力端子から入力された高周波信号（受信信号）を合成して、合成後の高周波信号を遅延回路３の伝送線路３ａに出力し、分岐回路４−２では、いずれか２つの入力端子から入力された高周波信号（受信信号）を合成して、合成後の高周波信号を遅延回路３の遅延線路３ｂに出力する。
伝送線路３ａは、遅延線路が付加されていないため、分岐回路４−１から出力された高周波信号をほぼ零の遅延時間で分配回路２まで伝送する。
遅延線路３ｂは、分岐回路４−２から出力された高周波信号を零より大きな遅延時間で遅延して分配回路２まで伝送する。
分配回路２は、伝送線路３ａにより伝送された高周波信号と遅延線路３ｂにより伝送された高周波信号を合成し、合成後の高周波信号を出力する。

図１のアンテナ装置が受信アンテナとして用いられる場合でも、分岐回路４−１，４−２では、スイッチ５−１〜５−４によって放射素子１−１〜１−４と接続される入力端子が切り換えられても、高周波信号の合成点である分岐点１２ｅ，２２ｅよりも線路１１，２１側の観測点Ｌ，Ｋから放射素子１−１〜１−４を見たインピーダンスＺ_０が変化せずに同じ値を維持する。このため、受信アンテナとして用いられる場合には、不整合損なく、高周波信号を受信することができる。

この実施の形態１では、分岐回路４−１の線路１２ａ〜１２ｄ，１３ａ，１３ｂ，１４ａ，１４ｂ及び分岐回路４−２の線路２２ａ〜２２ｄ，２３ａ，２３ｂ，２４ａ，２４ｂの線路長が１／４管内波長である例を示したが、線路長が１／４管内波長の奇数倍であればよく、例えば、線路長が３／４管内波長や５／４管内波長であっても、観測点Ａ〜Ｌでのインピーダンスが１／４管内波長の場合と同様になる。

この実施の形態１では、スイッチ５−１〜５−４が有する２つの接続端子６ａ−１〜６ａ−４，６ｂ−１〜６ｂ−４のうち、分岐回路４−１，４−２の出力端子４−１ａ〜４−１ｄ，４−２ａ〜４−２ｄと接続されない側の接続端子の状態が、短絡状態（インピーダンス：０Ω）となる例を示したが、分岐回路４−１，４−２の出力端子４−１ａ〜４−１ｄ，４−２ａ〜４−２ｄと接続されない側の接続端子の状態が、開放状態（インピーダンス：∞Ω）となるスイッチ５−１〜５−４を用いるようにしてもよい。
分岐回路４−１，４−２の出力端子４−１ａ〜４−１ｄ，４−２ａ〜４−２ｄと接続されない側の接続端子の状態が、開放状態（インピーダンス：∞Ω）となるスイッチ５−１〜５−４を用いる場合、２分岐回路１３，１４の線路１３ａ，１３ｂ，１４ａ，１４ｂ及び２分岐回路２３，２４の線路２３ａ，２３ｂ，２４ａ，２４ｂとして、線路長が管内波長の２分の１の整数倍の長さ（高周波信号の位相が１８０ｄｅｇ．だけ変化する長さ）の線路を用いればよい。この場合には、観測点Ａ〜Ｌでのインピーダンスが１／４管内波長の場合と同様になる。

実施の形態２．
上記実施の形態１では、分岐回路４−１，４−２が図３及び図４の回路構成になっている例を示しているが、分岐回路４−１，４−２は図３及び図４の回路構成に限るものではない。
この実施の形態２では、分岐回路４−１，４−２が図３及び図４の回路構成と異なるものについて説明する。
アンテナ装置全体の構成は、上記実施の形態１と同様に図１である。

図１０はこの発明の実施の形態２によるアンテナ装置の分岐回路４−１，４−２の内部構成を示す回路図であり、図１０において、図３及び図４と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
図１０では、放射素子１−１，１−２が分岐回路４−１の出力端子４−１ａ，４−１ｂと接続され、放射素子１−３，１−４が分岐回路４−２の出力端子４−２ｃ，４−２ｄと接続されている例を示しているが、４つの放射素子１−１〜１−４のうち、２つの放射素子が分岐回路４−１のいずれかの出力端子と接続され、残り２つの放射素子が分岐回路４−２のいずれかの出力端子と接続されていればよい。
なお、図３及び図４では、遅延線路３ｂの特性インピーダンスがＺ_０である例を示しているが、図１０では、伝送線路３ａ及び遅延線路３ｂの特性インピーダンスがＺ_０／２である例を示している。

分岐回路４−１の線路３１は一端が遅延回路３の伝送線路３ａと接続されている特性インピーダンスがＺ_０／２の第１の線路であり、高周波信号の位相がαｄｅｇ．だけ変化する長さになっている。
分岐回路４−１の線路３２ａ〜３２ｄは特性インピーダンスがＺ_０の線路であり、高周波信号の位相が９０ｄｅｇ．だけ変化する長さになっている。即ち、線路長が１／４管内波長、あるいは、１／４管内波長の奇数倍になっている。

分岐回路４−１の線路３２ａは一端が線路３１の他端と接続され、他端がスイッチング回路５を構成しているスイッチ５−１における接続端子６ａ−１と接続されている第２の線路である。
分岐回路４−１の線路３２ｂは一端が線路３１の他端と接続され、他端がスイッチング回路５を構成しているスイッチ５−２における接続端子６ａ−２と接続されている第３の線路である。
分岐回路４−１の線路３２ｃは一端が線路３１の他端と接続され、他端がスイッチング回路５を構成しているスイッチ５−３における接続端子６ａ−３と接続されている第４の線路である。
分岐回路４−１の線路３２ｄは一端が線路３１の他端と接続され、他端がスイッチング回路５を構成しているスイッチ５−４における接続端子６ａ−４と接続されている第５の線路である。
分岐点３２ｅは分岐回路４−１における高周波信号の分岐点である。

分岐回路４−２の線路４１は一端が遅延回路３の遅延線路３ｂと接続されている特性インピーダンスがＺ_０／２の第６の線路であり、高周波信号の位相がαｄｅｇ．だけ変化する長さになっている。
分岐回路４−２の線路４２ａ〜４２ｄは特性インピーダンスがＺ_０の線路であり、高周波信号の位相が９０ｄｅｇ．だけ変化する長さになっている。即ち、線路長が１／４管内波長、あるいは、１／４管内波長の奇数倍になっている。

分岐回路４−２の線路４２ａは一端が線路４１の他端と接続され、他端がスイッチング回路５を構成しているスイッチ５−１における接続端子６ｂ−１と接続されている第７の線路である。
分岐回路４−２の線路４２ｂは一端が線路４１の他端と接続され、他端がスイッチング回路５を構成しているスイッチ５−２における接続端子６ｂ−２と接続されている第８の線路である。
分岐回路４−２の線路４２ｃは一端が線路４１の他端と接続され、他端がスイッチング回路５を構成しているスイッチ５−３における接続端子６ｂ−３と接続されている第９の線路である。
分岐回路４−２の線路４２ｄは一端が線路４１の他端と接続され、他端がスイッチング回路５を構成しているスイッチ５−４における接続端子６ｂ−４と接続されている第１０の線路である。
分岐点４２ｅは分岐回路４−２における高周波信号の分岐点である。

この実施の形態２では、スイッチ５−１〜５−４が有する２つの接続端子６ａ−１〜６ａ−４，６ｂ−１〜６ｂ−４のうち、放射素子１−１〜１−４と接続されない側の接続端子の状態が、短絡状態（インピーダンス：０Ω）となる例を想定しているため、線路長が１／４管内波長の線路３２ａ〜３２ｄ，４２ａ〜４２ｄを用いているが、放射素子１−１〜１−４と接続されない側の接続端子の状態が、開放状態（インピーダンス：∞Ω）となるスイッチ５−１〜５−４が用いられている場合、線路長が管内波長の２分の１の整数倍の長さの線路３２ａ〜３２ｄ，４２ａ〜４２ｄを用いればよい。この場合には、観測点Ａ〜Ｆでのインピーダンスが１／４管内波長の場合と同様になる。

次に動作について説明する。
ただし、分岐回路４−１，４−２以外は、上記実施の形態１と同様であるため、ここでは、分岐回路４−１，４−２の動作を説明する。

スイッチ５−１，５−２が、分岐回路４−１の出力端子４−１ａ，４−１ｂと接続されており、分岐回路４−２の出力端子４−２ａ，４−２ｂと非接続になっている。
このため、スイッチ５−１，５−２の接続端子６ｂ−１，６ｂ−２では、インピーダンスが短絡状態（インピーダンス：０Ω）になっている。
また、スイッチ５−３，５−４が、分岐回路４−１の出力端子４−１ｃ，４−１ｄと非接続になっており、分岐回路４−２の出力端子４−２ｃ，４−２ｄと接続されている。
このため、スイッチ５−３，５−４の接続端子６ｂ−３，６ｂ−４では、インピーダンスが放射素子１−３，１−４の入力インピーダンスＺ_０になっている。

分岐回路４−２の出力端子４−２ａ，４−２ｂと非接続になっているスイッチ５−１，５−２の接続端子６ｂ−１，６ｂ−２には、特性インピーダンスＺ_０で通過する高周波信号の位相が９０ｄｅｇ．だけ変化する長さを有する線路４２ａ，４２ｂが接続されているので、出力端子４−２ａ，４−２ｂでの位相より位相が９０ｄｅｇ．だけ変化している観測点Ａ，Ｂでのインピーダンスが開放（無限大）になっている。
また、分岐回路４−２の出力端子４−２ｃ，４−２ｄと接続されているスイッチ５−３，５−４の接続端子６ｂ−３，６ｂ−４には、特性インピーダンスＺ_０で通過する高周波信号の位相が９０ｄｅｇ．だけ変化する長さを有する線路４２ｃ，４２ｄが接続されているので、観測点Ｃ，Ｄから放射素子１−３，１−４側を見たインピーダンスがＺ_０になっている。

したがって、分岐回路４−２の分岐点４２ｅよりも線路４１側の観測点Ｅでは、観測点Ａ，Ｂでのインピーダンス（開放）と、観測点Ｃ，ＤでのインピーダンスＺ_０とを合成したインピーダンスＺ_０／２になっている。観測点ＥでのインピーダンスＺ_０／２は、遅延線路３ｂの特性インピーダンスＺ_０／２と同じ値である。
分岐回路４−１は、分岐回路４−２と同様に動作するため、分岐回路４−１における高周波信号の分岐点である分岐点３２ｅよりも線路３１側の観測点ＦでのインピーダンスもＺ_０／２になっている。観測点ＦでのインピーダンスＺ_０／２は、伝送線路３ａの特性インピーダンスＺ_０／２と同じ値である。

この実施の形態２では、放射素子１−１，１−２が分岐回路４−１の出力端子４−１ａ，４−１ｂと接続され、放射素子１−３，１−４が分岐回路４−２の出力端子４−２ｃ，４−２ｄと接続されている例を説明しているが、４つの放射素子１−１〜１−４のうち、２つの放射素子が分岐回路４−１のいずれかの出力端子と接続され、残り２つの放射素子が分岐回路４−２のいずれかの出力端子と接続される条件下では、スイッチ５−１〜５−４によって放射素子１−１〜１−４と接続される出力端子が切り換えられても、高周波信号の分岐点である分岐点３２ｅ，４２ｅよりも線路３１，４１側の観測点Ｅ，Ｆから放射素子１−１〜１−４を見たインピーダンスがＺ_０／２で変化せずに同じ値を維持する。即ち、不整合損なく、高周波信号を放射素子１−１〜１−４まで伝送することができるインピーダンスを維持する。
これにより、上記実施の形態１と同様に、分配回路２から放射素子１−１〜１−４に至る給電回路で生じる損失を抑えて、良好な放射特性を得ることができる。

ここで、分岐回路４−１，４−２の根元の線路は、特性インピーダンスＺ_０／２で通過する高周波信号の位相がαｄｅｇ．だけ変化する長さの線路３１，４１であるが、線路４１には、高周波信号の位相がβｄｅｇ．だけ変化する長さの遅延線路３ｂが接続されているため、放射素子１−１，１−２に出力される高周波信号の位相と、放射素子１−３，１−４に出力される高周波信号の位相との差がβｄｅｇ．になり、放射素子１−１，１−２と放射素子１−３，１−４は、βｄｅｇ．だけ位相差が与えられて励振することになる。
この位相差は、遅延線路３ｂの線路長を変えるだけで調整することができる。例えば、８０ｄｅｇ．の位相差などを実現することができる。

この実施の形態２では、図１のアンテナ装置が送信アンテナとして用いられる例を示したが、図１のアンテナ装置が受信アンテナとして用いられてもよい。
図１のアンテナ装置が受信アンテナとして用いられる場合、分岐回路４−１，４−２の出力端子４−１ａ〜４−１ｄ，４−２ａ〜４−２ｄが入力端子として用いられる。この場合も、４つの放射素子１−１〜１−４のうち、２つの放射素子が分岐回路４−１のいずれかの入力端子と接続され、残り２つの放射素子が分岐回路４−２のいずれかの入力端子と接続される。
これにより、分岐回路４−１では、いずれか２つの入力端子から入力された高周波信号（受信信号）を合成して、合成後の高周波信号を遅延回路３の伝送線路３ａに出力し、分岐回路４−２では、いずれか２つの入力端子から入力された高周波信号（受信信号）を合成して、合成後の高周波信号を遅延回路３の遅延線路３ｂに出力する。
伝送線路３ａは、遅延線路が付加されていないため、分岐回路４−１から出力された高周波信号をほぼ零の遅延時間で分配回路２まで伝送する。
遅延線路３ｂは、分岐回路４−２から出力された高周波信号を零より大きな遅延時間で遅延して分配回路２まで伝送する。
分配回路２は、伝送線路３ａにより伝送された高周波信号と遅延線路３ｂにより伝送された高周波信号を合成し、合成後の高周波信号を出力する。

上記実施の形態１，２では、伝送線路３ａ、遅延線路３ｂ及び分岐回路４−１，４−２を構成している線路の種類については特に言及していないが、例えば、ストリップライン線路、同軸線路や導波管線路などを用いて形成すればよい。

また、上記実施の形態１，２では、放射素子１−１〜１−４の種類については特に言及していないが、例えば、誘電体基板を用いた平面アンテナであるパッチアンテナ、線状アンテナであるダイポールアンテナや八木宇田アンテナなどを用いることができる。

実施の形態３．
上記実施の形態１，２では、放射素子１−１〜１−４がサブアレーアンテナを構成している例を示したが、放射素子１−１〜１−４からなるサブアレーアンテナを複数配列し、複数のサブアレーアンテナがアレーアンテナを構成するようにしてもよい。

図１１はアレーアンテナを構成している複数のサブアレーアンテナの配列を示す説明図である。
図１１の例では、同一構成のサブアレーアンテナが、図中、Ｘ方向に１．０３λ（λ：自由空間波長）、Ｙ方向に０．９９λ間隔の三角配列で、６４個配列されている。

図１２は図１１の配列でアジマス方向を０ｄｅｇ．、エレベーション方向を４５ｄｅｇ．としてビーム走査した場合のアレーファクタを示す説明図である。
図１３は図１１の配列でアジマス方向を４５ｄｅｇ．、エレベーション方向を０ｄｅｇ．としてビーム走査した場合のアレーファクタを示す説明図である。
図１４は図１１の配列でアジマス方向を４５ｄｅｇ．、エレベーション方向を４５ｄｅｇ．としてビーム走査した場合のアレーファクタを示す説明図である。

図１５はサブアレーアンテナがアジマス方向とエレベーション方向を正の角度に指向性を向けているとき、図１１の配列でアジマス方向を０ｄｅｇ．、エレベーション方向を４５ｄｅｇ．としてビーム走査した場合の放射パターンを示す説明図である。
図１６はサブアレーアンテナがアジマス方向とエレベーション方向を正の角度に指向性を向けているとき、図１１の配列でアジマス方向を４５ｄｅｇ．、エレベーション方向を０ｄｅｇ．としてビーム走査した場合の放射パターンを示す説明図である。
図１７はサブアレーアンテナがアジマス方向とエレベーション方向を正の角度に指向性を向けているとき、図１１の配列でアジマス方向を４５ｄｅｇ．、エレベーション方向を４５ｄｅｇ．としてビーム走査した場合の放射パターンを示す説明図である。
図１２から図１７において、等高線はピーク利得で規格化した放射レベルを表している。
また、横軸はアジマス（Ａｚｉｍｕｔｈ）方向、縦軸はエレベーション（Ｅｌｅｖａｔｉｏｎ）方向であり、各々−９０ｄｅｇ．〜９０ｄｅｇ．を示している。

図１１の配列でアジマス方向を０ｄｅｇ．、エレベーション方向を４５ｄｅｇ．としてビーム走査した場合、アレーファクタは図１２のようになり、可視領域にグレーティングローブが生じている。
また、図１１の配列でアジマス方向を４５ｄｅｇ．、エレベーション方向を０ｄｅｇ．としてビーム走査した場合、アレーファクタは図１３のようになり、可視領域にグレーティングローブが生じている。
また、図１１の配列でアジマス方向を４５ｄｅｇ．、エレベーション方向を４５ｄｅｇ．としてビーム走査した場合、アレーファクタは図１４のようになり、可視領域にグレーティングローブが生じている。

アンテナ装置では、主ビームの利得を高くする一方で、可視領域に生じる主ビーム以外の不要放射であるグレーティンググローブを抑圧する必要がある。
アレーアンテナの放射特性は、サブアレーパターンとアレーファクタの積で求まることが知られている。したがって、主ビーム方向の利得が高く、グレーティングローブ方向で利得が低いサブアレーパターンとすれば、より高性能なアンテナ装置を得ることが可能である。

例えば、図１１の配列において、アジマス方向を０ｄｅｇ．、エレベーション方向を４５ｄｅｇ．としてビーム走査する場合、アジマス方向を４５ｄｅｇ．、エレベーション方向を０ｄｅｇ．としてビーム走査する場合、あるいは、アジマス方向を４５ｄｅｇ．、エレベーション方向を４５ｄｅｇ．としてビーム走査する場合、図１５〜図１７に示すように、サブアレーアンテナがアジマス方向とエレベーション方向を正の角度に指向性を有するサブアレーパターンであれば、主ビーム方向のみに高いレベルの放射パターンが得られる。
この場合のサブアレーパターンとしては、図６に示すようなサブアレーパターンが該当する。図６のサブアレーパターンは、放射素子１−１，１−２に励振される高周波信号に対して、放射素子１−３，１−４に励振される高周波信号が遅れ位相となるときに得られるサブアレーパターンである。

以上で明らかなように、この実施の形態３によれば、放射素子１−１〜１−４からなるサブアレーアンテナを複数配列し、複数のサブアレーアンテナがアレーアンテナを構成するようにしたので、サブアレーアンテナの配置間隔をある程度大きくして、アレーファクタで可視領域にグレーティングローブが生じるような場合でも、サブアレーアンテナの放射指向性を制御することで、グレーティングローブを抑圧することができ、高利得なアンテナ装置を実現することができる。

なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。

この発明に係るアンテナ装置は、広覆域の電波を高いレベルで送受信する必要があるものに適している。

１−１〜１−４ 放射素子（素子アンテナ）、２ 分配回路、３ 遅延回路、３ａ 伝送線路（第１の遅延線路）、３ｂ 遅延線路（第２の遅延線路）、４−１ 分岐回路（第１の分岐回路）、４−２ 分岐回路（第２の分岐回路）、５ スイッチング回路、５−１ スイッチ（第１のスイッチ）、５−２ スイッチ（第２のスイッチ）、５−３ スイッチ（第３のスイッチ）、５−４ スイッチ（第４のスイッチ）、６ａ−１〜６ａ−４ 接続端子（第１の接続端子）、６ｂ−１〜６ｂ−４ 接続端子（第２の接続端子）、１１ 線路（第１の線路）、１２ ２分岐回路（第１の２分岐回路）、１２ａ〜１２ｄ 線路、１２ｅ 分岐点、１３ ２分岐回路（第２の２分岐回路）、１３ａ，１３ｂ 線路、１３ｃ 分岐点、１４ ２分岐回路（第３の２分岐回路）、１４ａ，１４ｂ 線路、１４ｃ 分岐点、２１ 線路（第２の線路）、２２ ２分岐回路（第４の２分岐回路）、２２ａ〜２２ｄ 線路、２２ｅ 分岐点、２３ ２分岐回路（第５の２分岐回路）、２３ａ，２３ｂ 線路、２３ｃ 分岐点、２４ ２分岐回路（第６の２分岐回路）、２４ａ，２４ｂ 線路、２４ｃ 分岐点、３１ 線路（第１の線路）、３２ａ 線路（第２の線路）、３２ｂ 線路（第３の線路）、３２ｃ 線路（第４の線路）、３２ｄ 線路（第５の線路）、３２ｅ 分岐点、４１ 線路（第６の線路）、４２ａ 線路（第７の線路）、４２ｂ 線路（第８の線路）、４２ｃ 線路（第９の線路）、４２ｄ 線路（第１０の線路）、４２ｅ 分岐点。

Claims (14)

1. アレーアンテナを構成している複数の素子アンテナと、
   送信信号を分配する分配回路と、
   前記分配回路により分配された一方の送信信号を遅延する第１の遅延線路と、
   前記分配回路により分配された他方の送信信号を前記第１の遅延線路と異なる遅延時間で遅延する第２の遅延線路と、
   前記第１の遅延線路により遅延された送信信号を分岐し、分岐後の送信信号を出力する複数の出力端子を有する第１の分岐回路と、
   前記第２の遅延線路により遅延された送信信号を分岐し、分岐後の送信信号を出力する複数の出力端子を有する第２の分岐回路と、
   前記第１の分岐回路が有する複数の出力端子の中のいずれか半数の出力端子と、前記第２の分岐回路が有する複数の出力端子の中のいずれか半数の出力端子とを前記複数の素子アンテナに接続するスイッチング回路とを備え、
   前記第１及び第２の分岐回路は、前記スイッチング回路により素子アンテナと接続される出力端子が切り換えられても、送信信号を分岐する分岐点の前記第１及び第２の遅延線路側から前記素子アンテナを見たインピーダンスが変化せずに同じ値を維持する回路であり、
   前記アレーアンテナを構成している素子アンテナの数が４つであり、
   前記第１の分岐回路は、
   一端が前記第１の遅延線路と接続されている第１の線路と、
   前記第１の線路により伝送された送信信号を２分岐する分岐点が前記第１の線路の他端と接続されている第１の２分岐回路と、
   前記第１の２分岐回路により２分岐された一方の送信信号を２分岐する分岐点が前記第１の２分岐回路の一端と接続されており、一端が前記スイッチング回路を構成している第１のスイッチにおける第１の接続端子と接続され、他端が前記スイッチング回路を構成している第２のスイッチにおける第１の接続端子と接続されている第２の２分岐回路と、
   前記第１の２分岐回路により２分岐された他方の送信信号を２分岐する分岐点が前記第１の２分岐回路の他端と接続されており、一端が前記スイッチング回路を構成している第３のスイッチにおける第１の接続端子と接続され、他端が前記スイッチング回路を構成している第４のスイッチにおける第１の接続端子と接続されている第３の２分岐回路とを備え、
   前記第２の分岐回路は、
   一端が前記第２の遅延線路と接続されている第２の線路と、
   前記第２の線路により伝送された送信信号を２分岐する分岐点が前記第２の線路の他端と接続されている第４の２分岐回路と、
   前記第４の２分岐回路により２分岐された一方の送信信号を２分岐する分岐点が前記第４の２分岐回路の一端と接続されており、一端が前記第１のスイッチにおける第２の接続端子と接続され、他端が前記第２のスイッチにおける第２の接続端子と接続されている第５の２分岐回路と、
   前記第４の２分岐回路により２分岐された他方の送信信号を２分岐する分岐点が前記第４の２分岐回路の他端と接続されており、一端が前記第３のスイッチにおける第２の接続端子と接続され、他端が前記第４のスイッチにおける第２の接続端子と接続されている第６の２分岐回路とを備えており、
   前記スイッチング回路は、前記第１の分岐回路が有する４つの出力端子の中のいずれか２つの出力端子と、前記第２の分岐回路が有する４つの出力端子の中のいずれか２つの出力端子とを前記４つの素子アンテナに接続することを特徴とするアンテナ装置。
2. 前記第１及び第２の接続端子のうち、前記素子アンテナが接続されていない側の接続端子のインピーダンスが短絡状態になるスイッチを用いて、前記第１から第４のスイッチが構成されており、
   前記第２の２分岐回路の分岐点と前記第１及び第２のスイッチにおける第１の接続端子との間の線路の線路長と、前記第３の２分岐回路の分岐点と前記第３及び第４のスイッチにおける第１の接続端子との間の線路の線路長、前記第５の２分岐回路の分岐点と前記第１及び第２のスイッチにおける第２の接続端子との間の線路の線路長、前記第６の２分岐回路の分岐点と前記第３及び第４のスイッチにおける第２の接続端子との間の線路の線路長が、前記送信信号における管内波長の４分の１の奇数倍の長さであることを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
3. 前記第１及び第２の接続端子のうち、前記素子アンテナが接続されていない側の接続端子のインピーダンスが開放状態になるスイッチを用いて、前記第１から第４のスイッチが構成されており、
   前記第２の２分岐回路の分岐点と前記第１及び第２のスイッチにおける第１の接続端子との間の線路の線路長と、前記第３の２分岐回路の分岐点と前記第３及び第４のスイッチにおける第１の接続端子との間の線路の線路長、前記第５の２分岐回路の分岐点と前記第１及び第２のスイッチにおける第２の接続端子との間の線路の線路長、前記第６の２分岐回路の分岐点と前記第３及び第４のスイッチにおける第２の接続端子との間の線路の線路長が、前記送信信号における管内波長の２分の１の整数倍の長さであることを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
4. アレーアンテナを構成している複数の素子アンテナと、
   送信信号を分配する分配回路と、
   前記分配回路により分配された一方の送信信号を遅延する第１の遅延線路と、
   前記分配回路により分配された他方の送信信号を前記第１の遅延線路と異なる遅延時間で遅延する第２の遅延線路と、
   前記第１の遅延線路により遅延された送信信号を分岐し、分岐後の送信信号を出力する複数の出力端子を有する第１の分岐回路と、
   前記第２の遅延線路により遅延された送信信号を分岐し、分岐後の送信信号を出力する複数の出力端子を有する第２の分岐回路と、
   前記第１の分岐回路が有する複数の出力端子の中のいずれか半数の出力端子と、前記第２の分岐回路が有する複数の出力端子の中のいずれか半数の出力端子とを前記複数の素子アンテナに接続するスイッチング回路とを備え、
   前記第１及び第２の分岐回路は、前記スイッチング回路により素子アンテナと接続される出力端子が切り換えられても、送信信号を分岐する分岐点の前記第１及び第２の遅延線路側から前記素子アンテナを見たインピーダンスが変化せずに同じ値を維持する回路であり、
   前記アレーアンテナを構成している素子アンテナの数が４つであり、
   前記第１の分岐回路は、
   一端が前記第１の遅延線路と接続されている第１の線路と、
   一端が前記第１の線路の他端と接続され、他端が前記スイッチング回路を構成している第１のスイッチにおける第１の接続端子と接続されている第２の線路と、
   一端が前記第１の線路の他端と接続され、他端が前記スイッチング回路を構成している第２のスイッチにおける第１の接続端子と接続されている第３の線路と、
   一端が前記第１の線路の他端と接続され、他端が前記スイッチング回路を構成している第３のスイッチにおける第１の接続端子と接続されている第４の線路と、
   一端が前記第１の線路の他端と接続され、他端が前記スイッチング回路を構成している第４のスイッチにおける第１の接続端子と接続されている第５の線路とを備え、
   前記第２の分岐回路は、
   一端が前記第２の遅延線路と接続されている第６の線路と、
   一端が前記第６の線路の他端と接続され、他端が前記スイッチング回路を構成している第１のスイッチにおける第２の接続端子と接続されている第７の線路と、
   一端が前記第６の線路の他端と接続され、他端が前記スイッチング回路を構成している第２のスイッチにおける第２の接続端子と接続されている第８の線路と、
   一端が前記第６の線路の他端と接続され、他端が前記スイッチング回路を構成している第３のスイッチにおける第２の接続端子と接続されている第９の線路と、
   一端が前記第６の線路の他端と接続され、他端が前記スイッチング回路を構成している第４のスイッチにおける第２の接続端子と接続されている第１０の線路とを備えており、
   前記スイッチング回路は、前記第１の分岐回路が有する４つの出力端子の中のいずれか２つの出力端子と、前記第２の分岐回路が有する４つの出力端子の中のいずれか２つの出力端子とを前記４つの素子アンテナに接続することを特徴とするアンテナ装置。
5. 前記第１及び第２の接続端子のうち、前記素子アンテナが接続されていない側の接続端子のインピーダンスが短絡状態になるスイッチを用いて、前記第１から第４のスイッチが構成されており、
   前記第２から第５の線路及び前記第７から第１０の線路の線路長が、前記送信信号における管内波長の４分の１の奇数倍の長さであることを特徴とする請求項４記載のアンテナ装置。
6. 前記第１及び第２の接続端子のうち、前記素子アンテナが接続されていない側の接続端子のインピーダンスが開放状態になるスイッチを用いて、前記第１から第４のスイッチが構成されており、
   前記第２から第５の線路及び前記第７から第１０の線路の線路長が、前記送信信号における管内波長の２分の１の整数倍の長さであることを特徴とする請求項４記載のアンテナ装置。
7. 前記複数の素子アンテナにより信号が受信される場合、
   前記第１及び第２の分岐回路が有する複数の出力端子が入力端子として用いられて、前記第１及び第２の分岐回路が複数の入力端子から入力された受信信号を合成して、合成後の受信信号を前記第１及び第２の遅延線路に出力し、
   前記第１及び第２の遅延線路が前記第１及び第２の分岐回路から出力された受信信号をそれぞれ異なる遅延時間で遅延し、
   前記分配回路が前記第１及び第２の遅延線路により遅延された複数の受信信号を合成し、
   前記第１及び第２の分岐回路では、前記スイッチング回路により素子アンテナと接続される出力端子が切り換えられても、受信信号を合成する合成点の前記第１及び第２の遅延線路側から前記素子アンテナを見たインピーダンスが変化せずに同じ値を維持することを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
8. 前記第１及び第２の遅延線路と前記第１及び第２の分岐回路がストリップライン線路で形成されていることを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
9. 前記第１及び第２の遅延線路と前記第１及び第２の分岐回路が同軸線路で形成されていることを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
10. 前記第１及び第２の遅延線路と前記第１及び第２の分岐回路が導波管線路で形成されていることを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
11. 前記素子アンテナがパッチアンテナで構成されていることを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
12. 前記素子アンテナがダイポールアンテナで構成されていることを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
13. 前記素子アンテナが八木宇田アンテナで構成されていることを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
14. 前記アレーアンテナをサブアレーアンテナとし、複数のサブアレーアンテナがアレーアンテナを構成していることを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。

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