JP6432692B2 - パッチアレーアンテナ及びその指向性制御方法並びにパッチアレーアンテナを用いた無線装置 - Google Patents

Description

本発明は、パッチアレーアンテナ及びその指向性制御方法並びにパッチアレーアンテナを用いた無線装置、二次元アレーアンテナに関する。

マイクロ波以上の高い周波数帯で使用されるアンテナの一種にパッチアンテナがある。
パッチアンテナは、マイクロストリップアンテナとも呼ばれ、誘電体基板に印刷配線された導体を用いて形成されるアンテナの総称である。パッチアンテナは、製造コストが低いという特徴を持つ。

各種のパッチアンテナの中で、複数のアンテナエレメントを平面上に並べることで、高い指向性を作り出すアンテナのことを、特に、パッチアレーアンテナという。パッチアレーアンテナは、そのアンテナエレメント毎に異なる位相や振幅を持つ信号を与えることによって、指向性を変化させることができる。そのため、パッチアレーアンテナは、古くは軍事用途から、近年では自動車レーダー用のアンテナ等によく利用されている。

パッチアレーアンテナの指向性を制御する手法としては、パッチアレーアンテナの各アンテナエレメントに、移相器や可変減衰器を接続し、それらを制御する手法が最も一般的である。

例えば、特許文献１は、その図１に、供試アンテナ（送信アンテナ）として使用されるフェーズドアレイアンテナを図示している。図示されたフェーズドアレイアンテナは、第１乃至第Ｍ（Ｍは２以上の整数）のアンテナエレメントと、それらにそれぞれ接続された、第１乃至第Ｍの可変減衰器と、第１乃至第Ｍの移相器とを含む。フェーズドアレイアンテナは、可変減衰器制御回路と移相器制御回路とを更に有する。可変減衰器制御回路は、各可変減衰器を制御する。移相器制御回路は、各移相器を制御する。

また、特許文献２は、その図４に、ミリ波帯無線通信システムに用いられる受信機を図示している。図示された受信機は、複数のアンテナエレメントをそれぞれ含む中間周波数帯（ＩＦ（Intermediate Frequency）帯）の複数の単位受信回路と、それらにそれぞれ接続された、複数の可変減衰器と、複数の可変位相器とを含む。図示しない制御回路は、各可変位相器を位相制御信号で制御し、各可変減衰器を振幅制御信号で制御する。

また、特許文献３は、その図１に、電波のビームの方向を可変可能な小型のアレーアンテナを図示している。図示されたアレーアンテナは、基板上に並べた複数のアンテナエレメントと、それらにそれぞれ接続された複数の可変移相器と、各可変移相器に接続されたコントローラとを含む。コントローラは、各可変移相器を制御する。

上記の特許文献１〜３の各手法は、アンテナエレメント毎に、移相器等の能動素子をＲＦ（Radio Frequency）回路に付加する必要がある。それゆえ、上記の各手法は、アンテナエレメント数を増やして指向性利得を向上させようとすると、アンテナエレメント数に比例した移相器等の能動素子が必要になる。そのため、上記の各手法では、ＲＦ回路の回路規模が増大してしまう欠点がある。

パッチアレーアンテナの指向性を制御する他の手法として、パッチアレーアンテナを形成する誘電体基板に実装された可変リアクタンス素子のリアクタンスを電子的に制御する手法が提案されている。

例えば、特許文献４は、その図１に、指向性を電気的に切換え可能なアレーアンテナ装置を図示している。図示されたアレーアンテナ装置は、誘電体基板上に形成した導体に互いに平行に形成された第１乃至第３のスロットと、第１乃至第３のスロットにそれぞれ実装された給電部、及び第１及び第２のバラクタダイオードとを備える。このアレーアンテナ装置は、第１及び第２のバラクタダイオードの容量を変化させることにより指向性を制御する。

また、特許文献５は、その図１に、シングルレイヤ構成の平面アレーアンテナを図示している。図示されたアレーアンテナ装置は、誘電体基板上に形成された能動素子と、この能動素子に隣接して形成された第１及び第２のパッチ素子とを有する。能動素子には、ＲＦ信号ソースが与えられる。第１及び第２の寄生パッチ素子には、それぞれ、第１及び第２の可変リアクタンスＲＦ部が接続されている。この平面アレーアンテナは、第１及び第２の可変リアクタンスＲＦ部のリアクタンスを電子的に変化させることにより指向性を変化させる。

また、特許文献６は、その図２３Ａに、誘電体基板上に、２個のアンテナ素子を形成すると共に、ＰＩＮ(P-intrinsic-N)ダイオードが接続された無給電素子を隣接して形成した可変指向性アンテナ装置を図示している。このアンテナ装置では、ＰＩＮダイオードを接地させるか否かを制御することにより、指向性を制御する。

上記の特許文献４〜６の各手法は、アンテナを形成する誘電体基板上に指向性を制御する回路が形成されているので、ＲＦ回路自体の回路規模が増大することは無い。しかし、特許文献４〜６の手法では、アンテナを形成する誘電体基板上にアンテナエレメント数に比例した可変リアクタンス素子を実装する必要がある。そのため、特許文献４〜６の手法には、アンテナエレメント数を増やして、高い指向性利得を得ようとすると、アンテナのコストが増大するという欠点があった。

パッチアレーアンテナの指向性を制御する他の手法として、誘電体部品の位置を変化させることによって指向性を制御する手法が提案されている。この手法においては、誘電体基板に形成されたマイクロストリップ線路上に誘電体部品をおき、その誘電体部品の位置を物理的に移動させることによって、マイクロストリップ線路を通過する信号の位相を変化させる。それによって、パッチアレーアンテナの指向性が変化する。

例えば、特許文献７は、その図７に、指向性を容易に変更できる移相装置を用いたアレーアンテナを図示している。図示されたアレーアンテナは、２つのパッチアンテナと、これらに接続された給電線路と、この誘電線路に近接配置された誘電体移相器とを備える。
誘電体移相器は、誘電体とこれを移動させる移動機構を備える。このアレーアンテナでは、誘電体を移動させることによって、パッチアンテナの位相を変化させ、それによって指向性を変化させる。

特許文献７に示された手法は、誘電体部品を物理的に移動させる必要があるので、誘電体移相器の耐久性が低いという欠点がある。

パッチアレーアンテナの指向性を制御する他の手法として、可変誘電体基板を用いる手法が提案されている。

例えば、特許文献８は、低損失誘電材料を印加電圧で調整することができ、電圧で調整可能な移相器に基づくアレーアンテナを提案している。この提案されたアレーアンテナでは、誘電率が電気的に可変の材料を用いて誘電体基板を形成し、その誘電体基板上に形成されているマイクロストリップ線路を通過する信号の位相を、誘電体基板への印加電圧を制御して変化させる。このことによって、指向性を変化させている。特許文献８は、誘電率が電気的に可変の材料として、チタン酸バリウムストロンチウムや液晶等を例示している。

特許文献８の手法は、誘電体基板に特殊な材料を使用する必要があるという欠点がある。

パッチアレーアンテナの指向性を制御する他の手法として、可変電力分配器を用いる手法が提案されている。

例えば、特許文献９は、その図１、図３に、２重に形成されている円形アレーのそれぞれの円形アレーに与える電力を、可変電力分配器を用いて変化させることによって指向性を変化させる指向性可変アンテナを図示している。

また、特許文献１０は、指向性を制御する技術ではないが、偏波面を制御することが可能なアレーアンテナを提案している。この提案されたアレーアンテナでは、特許文献９と同様に可変電力分配器を用い、複数のアンテナエレメントに接続されている２つの給電点から入力する信号電力の分配比を変化させる。このことによって、偏波面を制御している。

特開２０１２−１１７９５９号公報 国際公開第２００５／０１１１４８号 国際公開第２００９／１０７６０１号 特開２００５−２５３０４３号公報 特開２００９−３０３１６５号公報 国際公開第２０１０／００４７３９号 特開２００２−２６１５０３号公報 特表２０１４−５３１８４３号公報 特開平７−２８８４１７号公報 特開平７−３０７６１８号公報

前述したパッチアレーアンテナの指向性を制御する手法には、それぞれ、次に述べるような問題がある。

特許文献１〜３が開示する技術は、個々のアンテナエレメント毎に移相器等の能動部品を接続することによって、個々のアンテナエレメントの信号の位相、振幅を変化させている。そのため、この技術には、指向性利得を向上させる目的で、アンテナエレメント数を増やすと、それに応じて上記能動部品の数が増加するので、アンテナのコスト、及び、実装面積が増加するという問題がある。

特許文献４〜６が開示する技術は、アンテナを構成する誘電体基板に、アンテナエレメント数に応じて、複数の可変リアクタンス素子を実装して、指向性を制御している。そのため、この技術には、アンテナエレメント数を増やすと、アンテナに実装する可変リアクタンス素子数が増えるため、アンテナのコストが増加するという問題がある。

特許文献７が開示する技術は、マイクロストリップライン上に置いた誘電体部品を物理的に移動させることによって、各アンテナエレメントの信号の位相を変化させている。しかし、この技術では、誘電体部品を物理的に移動させるための移動機構の耐久性が低いという問題がある。

特許文献８が開示する技術は、電気的に誘電率が可変の特殊な材料による誘電体基板を使用する必要がある。しかし、この技術では、そのような誘電体基板を入手するのが困難であるので、それが装置コストに影響を与えるという問題がある。

特許文献９が開示する技術は、複数の円形アレーのそれぞれに与える電力の分配比を、可変電力分配器を用いて変化させることによって、指向性を変化させている。しかし、この技術では、複数のアンテナエレメントを円形に配列したアレーを用いる必要があるため、アンテナエレメントの配置密度が低くなり、アンテナが大きくなるという問題がある。

特許文献１０が開示する技術は、特許文献９が開示する技術に類似しているが、指向性を制御する技術ではなく、偏波面を制御する技術である。

上記のような問題点に鑑み、本発明の目的は、上述した課題のいずれかを解決するパッチアレーアンテナ及びその指向性制御方法を提供することにある。

本発明はまた、上記のパッチアレーアンテナを用いた無線装置、二次元アレーアンテナを提供しようとするものである。

本発明の第１の態様によれば、
誘電体基板の上に第１の方向に沿って並べて形成される第１乃至第Ｎ（Ｎは３以上の整数）のアンテナエレメントと、
前記誘電体基板の上に前記第１乃至第Ｎのアンテナエレメントに対して第１の側で隣接して前記第１の方向に沿って形成され、第１の給電点から供給される第１の高周波信号を、前記第１乃至第Ｎのアンテナエレメントに分配する第１の不等分配回路と、
前記誘電体基板の上に前記第１乃至第Ｎのアンテナエレメントに対して前記第１の側と対向する第２の側で隣接して前記第１の方向に沿って形成され、第２の給電点から供給される第２の高周波信号を、前記第１乃至第Ｎのアンテナエレメントに分配する第２の不等分配回路と、を含み、
前記第１の不等分配回路は、前記第１の給電点から前記第１乃至第Ｎのアンテナエレメントへ分配する前記第１の高周波信号の電力の第１の分配比率が、前記第１乃至第Ｎのアンテナエレメントの並びに対し単調増加及び単調減少の一方となるように設定されており、
前記第２の不等分配回路は、前記第２の給電点から前記第１乃至第Ｎのアンテナエレメントへ分配する前記第２の高周波信号の電力の第２の分配比率が、前記第１乃至第Ｎのアンテナエレメントの並びに対し単調増加及び単調減少の他方となるように設定されており、
前記第１及び第２の高周波信号の位相差を変化させることにより指向性を制御する、ことを特徴とするパッチアレーアンテナが提供される。

本発明の第２の態様によれば、
誘電体基板の上に第１の方向に沿って並べて形成される第１乃至第Ｎ（Ｎは３以上の整数）のアンテナエレメントと、
前記誘電体基板の上に前記第１乃至第Ｎのアンテナエレメントに対して第１の側で隣接して前記第１の方向に沿って形成され、第１の給電点から供給される第１の高周波信号を、前記第１乃至第Ｎのアンテナエレメントに分配する第１の不等分配回路と、
前記誘電体基板の上に前記第１乃至第Ｎのアンテナエレメントに対して前記第１の側と対向する第２の側で隣接して前記第１の方向に沿って形成され、第２の給電点から供給される第２の高周波信号を、前記第１乃至第Ｎのアンテナエレメントに分配する第２の不等分配回路と、を含むパッチアレーアンテナの指向性制御方法であって、
前記第１の不等分配回路において、前記第１の給電点から前記第１乃至第Ｎのアンテナエレメントへ分配する前記第１の高周波信号の電力の第１の分配比率が、前記第１乃至第Ｎのアンテナエレメントの並びに対し単調増加及び単調減少の一方となるように設定し、 前記第２の不等分配回路において、前記第２の給電点から前記第１乃至第Ｎのアンテナエレメントへ分配する前記第２の高周波信号の電力の第２の分配比率が、前記第１乃至第Ｎのアンテナエレメントの並びに対し単調増加及び単調減少の他方となるように設定し、 前記第１及び第２の高周波信号の位相差を変化させることにより指向性を制御する、ことを特徴とするパッチアレーアンテナの指向性制御方法が提供される。

本発明の第３の態様によれば、制御部と、上記第１の態様に記載のパッチアレーアンテナと、前記パッチアレーアンテナの前記第１及び第２の給電点のそれぞれと前記制御部との間に接続された第１及び第２のＲＦ回路と、を含み、前記制御部により前記第１及び第２のＲＦ回路を通して前記第１及び第２の給電点に与える前記第１及び第２の高周波信号の位相差を変化させることを特徴とする無線装置が提供される。

本発明の第４の態様によれば、制御部と、上記第１の態様に記載のパッチアレーアンテナと、前記パッチアレーアンテナの前記第１及び第２の給電点のそれぞれと一端側を接続した第１及び第２の移相器と、前記第１及び第２の移相器の他端側と前記制御部との間に共通に接続されたＲＦ回路と、を含み、前記制御部により前記第１及び第２の移相器を制御して前記第１及び第２の給電点に与える前記第１及び第２の高周波信号の位相差を変化させることを特徴とする無線装置が提供される。

本発明の第５の態様によれば、
上記第１の態様に記載のパッチアレーアンテナを前記第１の方向と直交する第２の方向に並べて誘電体基板に配置した第１乃至第Ｌ（Ｌは３以上の整数）のパッチアレーアンテナを有する二次元アレーアンテナであって、
該二次元アレーアンテナは、前記第１乃至第Ｌのパッチアレーアンテナに対して前記第２の方向と平行の第３の側で隣接して前記第２の方向に並ぶＬ個の前記第１の給電点と、前記第１乃至第Ｌのパッチアレーアンテナに対して前記第３の側と対向する第４の側で隣接して前記第２の方向に並ぶＬ個の前記第２の給電点とを有し、
該二次元アレーアンテナは更に、
前記Ｌ個の第１の給電点に沿う両側の一方の側に沿って形成され、第３の給電点から供給される第３の高周波信号を、前記Ｌ個の第１の給電点に分配する第３の不等分配回路と、
前記Ｌ個の第１の給電点に沿う両側の他方の側に沿って形成され、第４の給電点から供給される第４の高周波信号を、前記Ｌ個の第１の給電点に分配する第４の不等分配回路と、
前記Ｌ個の第２の給電点に沿う両側の一方の側に沿って形成され、第５の給電点から供給される第５の高周波信号を、前記Ｌ個の第２の給電点に分配する第５の不等分配回路と、
前記Ｌ個の第２の給電点に沿う両側の他方の側に沿って形成され、第６の給電点から供給される第６の高周波信号を、前記Ｌ個の第２の給電点に分配する第６の不等分配回路と、を備え、
前記第３の不等分配回路からの前記第３の高周波信号の分配信号と前記第４の不等分配回路からの前記第４の高周波信号の分配信号とがそれぞれ、前記Ｌ個の第１の給電点で合成されて、前記第１乃至第Ｌのパッチアレーアンテナに前記第１の高周波信号として供給され、
前記第５の不等分配回路からの前記第５の高周波信号の分配信号と前記第６の不等分配回路からの前記第６の高周波信号の分配信号とがそれぞれ、前記Ｌ個の第２の給電点で合成されて、前記第１乃至第Ｌのパッチアレーアンテナに前記第２の高周波信号として供給され、
前記第３及び第４の給電点からの前記第３及び第４の高周波信号の位相差と、前記第５及び第６の給電点からの前記第５及び第６の高周波信号の位相差を変化させるようにした、ことを特徴とする二次元アレーアンテナが提供される。

本発明によれば、電気的に指向性を制御でき、アンテナエレメント数が増えても能動部品の増加が限定的な低コストで、かつ、耐久性の高いパッチアレーアンテナを提供することができる。

本発明の実施形態に係るパッチアレーアンテナの構成を示すブロック図である。 図１に示したパッチアレーアンテナにおける２つの給電点の入力信号と、１つのアンテナエレメントから得られる合成信号の関係を示す図である。 図１に示したパッチアレーアンテナにおいて、２つの入力信号の位相差が９０度であるときに、円弧補間法により各アンテナエレメントから得られる合成信号を示す図である。 図１に示したパッチアレーアンテナにおいて、２つの入力信号の位相差が１３５度であるときに、円弧補間法により各アンテナエレメントから得られる合成信号を示す図である。 図１に示したパッチアレーアンテナにおいて、２つの入力信号の位相差が９０度であるときに、直線補間法により各アンテナエレメントから得られる合成信号を示す図である。 図１に示したパッチアレーアンテナにおいて、２つの入力信号の位相差が１３５度であるときに、直線補間法により各アンテナエレメントから得られる合成信号を示す図である。 図３、図４に示した円弧補間法を用いたときの指向性利得と、図５、図６に示した直線補間法を用いたときの指向性利得の違いを説明するための特性図である。 本発明によるパッチアレーアンテナの指向性制御に２つのＲＦ回路を用いるときの無線装置の構成例を示す図である。 本発明によるパッチアレーアンテナの指向性制御に２つの移相器を用いるときの無線装置の構成例を示す図である。 本発明の関連技術として、パッチアレーアンテナの指向性制御に複数のＲＦ回路を用いるときの無線装置の構成例を示す図である。 本発明の関連技術として、パッチアレーアンテナの指向性制御に複数の移相器を用いるときの無線装置の構成例を示す図である。 本発明によるパッチアレーアンテナの第１の実施例を示す図である。 本発明によるパッチアレーアンテナの第２の実施例を示す図である。 本発明によるパッチアレーアンテナを二次元アレーアンテナに適用したときの実施例を、アンテナ面側から見た図である。 図１４に示した二次元アレーアンテナを、アンテナ面とは反対の裏面側から見た図である。

本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

最初に本発明の実施形態に係るパッチアレーアンテナの構成を説明する。

図１は、本発明の実施形態に係るパッチアレーアンテナの構成を示すブロック図である。本実施形態に係るパッチアレーアンテナ１０は、第１乃至第５のアンテナエレメント１０１〜１０５と、第１及び第２の不等分配回路１０６、１０７と、第１及び第２の給電点１０８、１０９とから成る。第１及び第２の不等分配回路１０６、１０７は、第１乃至第５のアンテナエレメント１０１〜１０５に接続されている。第１及び第２の給電点１０８、１０９は、それぞれ、第１及び第２の不等分配回路１０６、１０７に接続されている。
これらの各構成要素は、通常、誘電体基板上に形成されるが、誘電体基板の図示は省略している。これは、以降で説明されるパッチアレーアンテナでも同様である。

図１に示されるように、第１乃至第５のアンテナエレメント１０１〜１０５は、誘電体基板の上に第１の方向（図１では横方向）に沿って並べて形成されている。第１の不等分配回路１０６は、上記誘電体基板の上に第１乃至第５のアンテナエレメント１０１〜１０５に対して第１の側（図１では下側）で隣接して上記第１の方向に沿って形成されている。第２の不等分配回路１０７は、上記誘電体基板の上に第１乃至第５のアンテナエレメント１０１〜１０５に対して上記第１の側と対向する第２の側（図１では上側）で隣接して上記第１の方向に沿って形成されている。

図１ではアンテナエレメント数Ｎは５であるが、アンテナエレメント数Ｎは３以上の任意の自然数とすることができる。

第１乃至第Ｎのアンテナエレメント１０１〜１０５の各々は、誘電体基板上の導体平板で構成される。また、第１及び第２の不等分配回路１０６〜１０７は、それぞれ、誘電体基板上に形成されるマイクロストリップラインで構成される。第１の給電点１０８と第１の不等分配回路１０６との間の配線、及び第２の給電点１０９と第２の不等分配回路１０７との間の配線もマイクロストリップラインで構成される。更に、第１の不等分配回路１０６と第１乃至第５のアンテナエレメント１０１〜１０５との間の配線、及び第２の不等分配回路１０７と第１乃至第５のアンテナエレメント１０１〜１０５との間の配線もマイクロストリップラインで構成される。

第１及び第２の給電点１０８、１０９には、パッチアレーアンテナ１０の外部から、それぞれ、周波数、振幅が同じで、位相の異なる第１及び第２の高周波信号（入力信号）が与えられる。

第１の給電点１０８に与えられた第１の高周波信号は、第１の不等分配回路１０６を通して、後述のように第１乃至第Ｎのアンテナエレメント１０１〜１０５に分配される。同様に、第２の給電点１０９に与えられた第２の高周波信号は、第２の不等分配回路１０７を通して、後述のように第１乃至第Ｎのアンテナエレメント１０１〜１０５に分配される。

第１の不等分配回路１０６からは、第１乃至第５のアンテナエレメント１０１〜１０５の一端（図１では下端）側に第１の高周波信号が分配供給される。第２の不等分配回路１０７からは、第１乃至第５のアンテナエレメント１０１〜１０５の他端（図１では上端）側に第２の高周波信号が分配供給される。

第１の不等分配回路１０６から第１乃至第５のアンテナエレメント１０１〜１０５に分配される第１の高周波信号の電力の分配比率（以下、第１の分配比率と呼ぶ）は、後述するように、第１の不等分配回路１０６を構成する第１のマイクロストリップラインのパターンに応じて固定的に決めることができる。同様に、第２の不等分配回路１０７から第１乃至第５のアンテナエレメント１０１〜１０５に分配される第２の高周波信号の電力の分配比率（以下、第２の分配比率と呼ぶ）は、後述するように、第２の不等分配回路１０７を構成する第２のマイクロストリップラインのパターンに応じて固定的に決めることができる。ここでは、第１乃至第２の高周波信号は、第１乃至第５のアンテナエレメント１０１〜１０５の並びに対して、それぞれ、第１及び第２の分配比率が単調増加、もしくは、単調減少するように分配される。

具体的には、例えば、第１の不等分配回路１０６の第１の分配比率が第１乃至第５のアンテナエレメント１０１〜１０５の並びに対して単調増加であるように設定されているとする。このときは、第２の不等分配回路１０７の第２の分配比率は、第１乃至第５のアンテナエレメント１０１〜１０５の並びに対して単調減少するように設定される。逆に、第１の不等分配回路１０６の第１の分配比率が第１乃至第５のアンテナエレメント１０１〜１０５の並びに対して単調減少であるように設定されているとする。このときは、第２の不等分配回路１０７の第２の分配比率は、第１乃至第５のアンテナエレメント１０１〜１０５の並びに対して単調増加するように設定される。

第１の不等分配回路１０６から第１乃至第５のアンテナエレメント１０１〜１０５に分配された第１の高周波信号と、第２の不等分配回路１０７から第１乃至第５のアンテナエレメント１０１〜１０５に分配された第２の高周波信号は、後述するように、第１乃至第５のアンテナエレメント１０１〜１０５で合成され、放射される。

図２は、図１に示された第１及び第２の不等分配回路１０６、１０７から１つのアンテナエレメントに供給される第１及び第２の高周波信号と、これら第１及び第２の高周波信号を上記１つのアンテナエレメントで合成して得られる合成高周波信号の位相と振幅の関係をベクトル表記で示している。図２で表記されているベクトルの方向は高周波信号の位相を示し、ベクトルの長さは高周波信号の振幅を示している。

伝搬遅延の影響を無視すると、第１の不等分配回路１０６からの第１の分配信号ベクトルは、第１の給電点１０８の入力信号ベクトルと同じ位相を持ち、第１の分配比率の平方根倍の振幅を持ったベクトルとなる。同様に、第２の不等分配回路１０７からの第２の分配信号ベクトルは、第２の給電点１０９の入力信号ベクトルと同じ位相を持ち、第２の分配比率の平方根倍の振幅を持ったベクトルとなる。第１及び第２の不等分配回路１０６及び１０７からの第１及び第２の分配信号はアンテナエレメントで合成され、合成高周波信号となる。しかし、図１に示されるように、第２の不等分配回路１０７からの第２の分配信号は、第１の不等分配回路１０６からの第１の分配信号とは逆方向からアンテナエレメントに供給されるので、位相が反転する。その結果、アンテナエレメントでの第１及び第２の分配信号を合成して得られる合成信号ベクトルは、第１の不等分配回路１０６からの第１の分配信号ベクトルと、第２の不等分配回路１０７からの第２の分配信号ベクトルの反転ベクトル（図２に点線で示す）とを加算した信号となる。

各不等分配回路の分配比率は、以下に説明する円弧補間法、もしくは、直線補間法を用いて決定することができる。

まずは、円弧補間法を用いた、分配比率の決定手法について説明する。下記の式（１）、式（２）は、円弧補間法を用いて分配比率を決定する式を示す。

上記式（１）、式（２）において、Ｎはアンテナエレメント数、ｋはアンテナエレメント番号（０〜Ｎ−１）を示す。ｒ１（ｋ）は、第１の不等分配回路１０６からアンテナエレメント番号ｋのアンテナエレメントに対する第１の分配比率を示す。ｒ２（ｋ）は、第２の不等分配回路１０７からアンテナエレメント番号ｋのアンテナエレメントに対する第２の分配比率を示す。

下記の表１は、アンテナエレメント数をＮ＝５としたときの、分配比率（第１及び第２の分配比率）の例を示している。ここでは、第１乃至第５のアンテナエレメント１０１〜１０５に対してそれぞれアンテナエレメント番号０〜４を付与している。表１から理解できるように、第１及び第２の分配比率の各々は０を含む。ここでは、第１の不等分配回路１０６からアンテナエレメント番号４の第５のアンテナエレメント１０５に対する第１の分配比率と、第２の不等分配回路１０７からアンテナエレメント番号０の第１のアンテナエレメント１０１に対する第２の分配比率とを０としている。これは、後述する表２でも同じである。この分配手法の場合、表１から明らかなように、各アンテナエレメントに与えられる信号の電力の合計（第１及び第２の分配比率の合計）は一定となる。

図１のパッチアレーアンテナ１０における第１及び第２の不等分配回路１０６、１０７の第１及び第２の分配比率の決定に円弧補間法を適用したときの、各アンテナエレメントにおける合成信号ベクトルの位相と振幅の関係を図３、図４に示す。図３は、第１及び第２の給電点１０８、１０９の第１及び第２の高周波信号の位相差が９０度の時の、第１乃至第５のアンテナエレメント１０１〜１０５における合成信号ベクトル３０１〜３０５を示す。図４は、第１及び第２の給電点１０８、１０９の第１及び第２の高周波信号の位相差が１３５度の時の、第１乃至第５のアンテナエレメント１０１〜１０５における合成信号ベクトル４０１〜４０５を示す。図３、図４のいずれにおいても、第１乃至第５のアンテナエレメント１０１〜１０５で合成される信号の、隣接アンテナエレメント間の位相差は一定（例えば、図３では２２．５度）である。

次に、直線補間法を用いた、分配比率の決定手法について説明する。下記の式（３）、式（４）は、直線補間法を用いて分配比率を決定する式を示す。

上記式（３）、式（４）において、Ｎはアンテナエレメント数、ｋはアンテナエレメント番号（０〜Ｎ−１）を示す。ｒ１（ｋ）は、第１の不等分配回路１０６からアンテナエレメント番号ｋのアンテナエレメントに対する第１の分配比率を示す。ｒ２（ｋ）は、第２の不等分配回路１０７からアンテナエレメント番号ｋのアンテナエレメントに対する第２の分配比率を示す。

下記の表２は、アンテナエレメント数をＮ＝５としたときの、電力分配比率（第１及び第２の分配比率）の例を示している。この分配手法の場合、各アンテナエレメントに与えられる信号の振幅の合計が一定となる。

図１のパッチアレーアンテナ１０における第１及び第２の不等分配回路１０６、１０７の第１及び第２の分配比率の決定に直線補間法を適用したときの、各アンテナエレメントにおける合成信号ベクトルの位相と振幅の関係を、図５、図６に示す。図５は、第１及び第２の給電点１０８、１０９の第１及び第２の高周波信号の位相差が９０度の時の、第１乃至第５のアンテナエレメント１０１〜１０５における合成信号ベクトル５０１〜５０５を示す。図６は、第１及び第２の給電点１０８、１０９の第１及び第２の高周波信号の位相差が１３５度の時の、第１乃至第５のアンテナエレメント１０１〜１０５における合成信号ベクトル６０１〜６０５を示す。図５、図６のいずれにおいても、第１乃至第５のアンテナエレメント１０１〜１０５で合成される信号の、隣接アンテナエレメント間の位相差は一定である。

図７は、円弧補間法による分配比率（第１及び第２の分配比率）を使用した場合と、直線補間法による分配比率（第１及び第２の分配比率）を使用した場合において、第１及び第２の給電点の第１及び第２の高周波信号の位相差を変化させたときのパッチアレーアンテナの指向性利得の最大値とそのビーム指向角の関係をグラフで示している。ここで、アンテナエレメント数は１６であり、円弧補間法を用いた特性は実線で示し、直線補間法を用いた特性は点線で示している。

図７のグラフから分かるように、第１及び第２の給電点の第１及び第２の高周波信号の位相差を変化させることにより、円弧補間法、直線補間法のいずれも８度程度の位相制御ができている。ただし、位相制御角は、直線補間法よりも、円弧補間法を用いる方がより広くなることがわかる。一方、直線補間法を用いる方が中心角における指向性利得が高くなっている。

図８、図９は、本発明によるパッチアレーアンテナを使用する場合の無線装置の構成例を示す。

図８、図９のパッチアレーアンテナ８０１、９０１においては、図１で説明した第１及び第２の不等分配回路のブロックの図示を省略している。その理由を図８について説明すると、第１及び第２の不等分配回路の各々はマイクロストリップラインのパターンで実現されるからである。便宜上、図８では第１及び第２の不等分配回路８０１−６、８０１−７を構成しているマイクロストリップラインのパターンを実線のみで示している。また、図８のパッチアレーアンテナ８０１においては、第１及び第２の不等分配回路と第１乃至第５のアンテナエレメント８０１−１〜８０１−５との接続形態が図１に示したパッチアレーアンテナと異なっている。すなわち、第１のアンテナエレメント８０１−１は第２の給電点８０１−９に接続されず、第５のアンテナエレメント８０１−５は第１の給電点８０１−８に接続されていない。これは、表１、表２に示したように、分配比率（第１及び第２の分配比率）が０のアンテナエレメントについては、高周波信号を与える必要がないので、配線を省略しても良いことを意味する。マイクロストリップラインのパターンについては、後で図１２、図１３を参照して説明される。以上の説明は図９のパッチアレーアンテナ９０１にも適用される。

図８に示す無線装置は、パッチアレーアンテナ８０１と、第１及び第２のＲＦ回路８０２−１、８０２−２と、第１及び第２のＡ（Analog）／Ｄ（Digital）コンバータ及びＤ／Ａコンバータ８０３−１、８０３−２と、デジタルベースバンド信号処理回路（制御部）８０４とを備える。パッチアレーアンテナ８０１の第１の給電点８０１−８とデジタルベースバンド信号処理回路８０４との間に、第１のＲＦ回路８０２−１と第１のＡ／Ｄコンバータ及びＤ／Ａコンバータ８０３−１の直列回路が接続されている。パッチアレーアンテナ８０１の第２の給電点８０１−９とデジタルベースバンド信号処理回路８０４との間に、第２のＲＦ回路８０２−２と第２のＡ／Ｄコンバータ及びＤ／Ａコンバータ８０３−２の直列回路が接続されている。この無線装置は、送信に際し、デジタルベースバンド信号処理回路８０４から第１及び第２の給電点８０１−８、８０１−９に向けて位相の異なる第１及び第２の高周波信号を出力する。そして、デジタルベースバンド信号処理回路８０４において第１及び第２の高周波信号の位相差を制御することにより、指向性を制御することができる。勿論、この指向性の制御には、第１乃至第５のアンテナエレメント８０１−１〜８０１−５に対する、単調減少、もしくは単調増加の分配比率（第１及び第２の分配比率）による第１及び第２の高周波信号の分配も寄与している。受信の場合の動作については説明を省略する。

図９に示す無線装置は、パッチアレーアンテナ９０１と、第１及び第２の移相器９０２−１、９０２−２と、ＲＦ回路９０３と、Ａ／Ｄコンバータ及びＤ／Ａコンバータ９０４と、デジタルベースバンド信号処理回路（制御部）９０５を備える。パッチアレーアンテナ９０１の第１の給電点９０１−８に第１の移相器９０２−１の一端側が接続され、第２の給電点９０１−９に第２の移相器９０２−２の一端側が接続されている。第１及び第２の移相器９０２−１、９０２−２の他端側とデジタルベースバンド信号処理回路９０５との間に、共通のＲＦ回路９０３とＡ／Ｄコンバータ及びＤ／Ａコンバータ９０４の直列回路が接続されている。この無線装置におけるデジタルベースバンド信号処理回路９０５は、第１及び第２の移相器９０２−１、９０２−２に対してそれぞれ制御信号を出力する。
制御信号の一例としては、第１及び第２の移相器９０２−１、９０２−２から出力する信号の位相を、第１及び第２の移相器９０２−１、９０２−２に印加する電圧で制御するための電圧制御信号を挙げることができるが、この限りではない。この無線装置は、デジタルベースバンド信号処理回路９０５によって第１及び第２の移相器９０２−１、９０２−２に印加する電圧を個別に制御することにより指向性を制御することができる。図８の無線装置と同様、この指向性の制御には、第１乃至第５のアンテナエレメント９０１−１〜９０１−５に対する、単調減少、もしくは単調増加の分配比率（第１及び第２の分配比率）による第１及び第２の高周波信号の分配も寄与している。

図１０、図１１は、関連技術によるパッチアレーアンテナを使用した無線装置の構成例を示す。

図１０は、パッチアレーアンテナ１００１の複数のアンテナエレメントとデジタルベースバンド信号処理回路１００４の複数の入出力部との間にそれぞれ、ＲＦ回路１００２とＡ／Ｄコンバータ及びＤ／Ａコンバータ１００３の直列回路を接続した構成を持つ無線装置を示す。この無線装置では、デジタルベースバンド信号処理回路１００４において各アンテナエレメントに出力する信号の位相が制御される。

図１１に示す無線装置は、パッチアレーアンテナ１１０１の複数のアンテナエレメントにそれぞれ、移相器１１０２を接続し、複数の移相器１１０２とデジタルベースバンド信号処理回路１１０５との間に、ＲＦ回路１１０３とＡ／Ｄコンバータ及びＤ／Ａコンバータ１１０４の直列回路を接続した構成を持つ。この無線装置では、デジタルベースバンド信号処理回路１１０５により各移相器１１０２に印加する電圧が制御されるが、そのための信号配線の図示は省略している。

図１０に示した無線装置は、アンテナエレメント数分のＲＦ回路１００２が必要であり、図１１に示した無線装置は、アンテナエレメント数分の移相器１１０２が必要になる。
それゆえ、図１０、図１１のいずれの無線装置も、本発明によるパッチアレーアンテナを使用した無線装置に比べ回路規模が増加する。

以上説明してきたように、本発明の実施形態によるパッチアレーアンテナは、第１の不等分配回路から複数のアンテナエレメントに供給する第１の高周波信号の第１の分配比率が、複数のアンテナエレメントの並びに対して単調増加（もしくは単調減少）となるように設定している。一方、第２の不等分配回路から複数のアンテナエレメントに供給する第２の高周波信号の第２の分配比率は、複数のアンテナエレメントの並びに対して単調減少（もしくは単調増加）となるように設定している。加えて、第１及び第２の給電点に与える第１及び第２の高周波信号（入力信号）の位相差を変化させることができるように構成している。このパッチアレーアンテナによれば、複数のアンテナエレメントの配列方向である第１の方向について指向性を電気的に制御することができる。しかも、このパッチアレーアンテナは、アンテナエレメント数が増えても能動部品（ＲＦ回路、移相器等）の増加が限定的であるので低コストで実現でき、かつ、耐久性が高い。

図１２は、本発明によるパッチアレーアンテナの第１の実施例を示す。このパッチアレーアンテナ１２０においては、第１及び第２の不等分配回路１２０６、１２０７をそれぞれ、点線で示す枠内に示すようなパターンで構成している。第１の不等分配回路１２０６においては、第１の給電点１２０８から、給電対象となる第１乃至第４のアンテナエレメント１２０１〜１２０４への第１のマイクロストリップラインの配線距離が一定である。
同様に、第２の不等分配回路１２０７においては、第２の給電点１２０９から、給電対象となる第２乃至第５のアンテナエレメント１２０２〜１２０５への第２のマイクロストリップラインの配線距離が一定である。第１及び第２の不等分配回路１２０６、１２０７では、インピーダンスを合わせ、かつ、決定された第１及び第２の分配比率を実現するために、第１及び第２のマイクロストリップラインのパターンを以下のように形成する。

不等分配回路の分配比率は、配線の分岐点での配線幅（太さ）の比によって、決めることができる。例えば、第２の給電点１２０９から与えられた第２の高周波信号の電力は、第２の不等分配回路１２０７の最初の分岐点で、第４及び第５のアンテナエレメント１２０４、１２０５側の方が、第２及び第３のアンテナエレメント１２０２、１２０３側より大きくなるように分配される。例えば、この最初の分岐点の分配比率を１：Ｘとし、２番目の左側の分岐点の分配比率を１：Ｙ、２番目の右側の分岐点の分配比率を１：Ｚとすると、アンテナエレメント１２０２へは１×１、アンテナエレメント１２０３へは１×Ｙ、アンテナエレメント１２０４へはＸ×１、アンテナエレメント１２０５へはＸ×Ｚ、というような分配比率になる。この、Ｘ、Ｙ、Ｚを調整することで、円弧補間法、直線補間法で決定した分配比率を実現する。図１２では分岐点における配線が同じ太さであるように見えるが、実際には分岐点毎に配線の太さの比を変える。これは、次の図１３に示すパッチアレーアンテナでも同じである。

図１３は、本発明によるパッチアレーアンテナの第２の実施例を示す。第１の不等分配回路１３０６においては、第１の給電点１３０８から、給電対象となる第１乃至第４のアンテナエレメント１３０１〜１３０４への第１のマイクロストリップラインのパターン、ここでは配線距離が各アンテナエレメントの位置により異なる。第２の不等分配回路１３０７においては、第２の給電点１３０９から、給電対象となる第２乃至第５のアンテナエレメント１３０２〜１３０５への第２のマイクロストリップラインのパターン、ここでは配線距離が各アンテナエレメントの位置により異なる。この第２の実施例によるパッチアレーアンテナ１３０は、第１及び第２の給電点１３０８、１３０９間の第１及び第２の高周波信号の位相差が一定の場合でも、第１及び第２の高周波信号の周波数によってビーム指向角が異なるので、それを考慮して指向性を制御することができる。

図１２、図１３のパッチアレーアンテナも、実施形態で説明したのと同様の効果を奏する。

図１４、図１５は、本発明によるパッチアレーアンテナのうち、図１３に示したパッチアレーアンテナを二次元アレーアンテナに適用した場合の実施例を示す。この二次元アレーアンテナは、表面と裏面のそれぞれにパターンを持つ多層の誘電体基板１４００を用いている。

図１４は二次元アレーアンテナのアンテナ面（表面）のパターンを示す。誘電体基板１４００の表面側には、第１乃至第５のパッチアレーアンテナ１４０−１〜１４０−５を第１の方向に直交する第２の方向（ここでは縦方向）に並べて形成している。誘電体基板１４００の表面側にはまた、第１乃至第５のパッチアレーアンテナ１４０−１〜１４０−５に対して上記第２の方向と平行の第３の側で隣接して第２の方向に並ぶ５個のスルーホール１４７２を形成している。５個のスルーホール１４７２は、それぞれ、第１乃至第５のパッチアレーアンテナ１４０−１〜１４０−５に対して第１の高周波信号を与える第１の給電点として作用する。誘電体基板１４００の表面側には更に、第１乃至第５のパッチアレーアンテナ１４０−１〜１４０−５に対して上記第２の方向と平行の第４の側で隣接して第２の方向に並ぶ５個のスルーホール１４７１を形成している。５個のスルーホール１４７１は、それぞれ、第１乃至第５のパッチアレーアンテナ１４０−１〜１４０−５に対して第２の高周波信号を与える第２の給電点として作用する。図１４ではパッチアレーアンテナ数Ｌは５であるが、パッチアレーアンテナ数Ｌは３以上の整数とすることができる。

図１５は二次元アレーアンテナの裏面のパターンを、図１４に示す表面側から透視した図を示す。誘電体基板１４００の裏面側には、第１の方向の一方の側に第３及び第４の給電点１５２１、１５２２と、第３及び第４の不等分配回路１５０２、１５０１を形成している。誘電体基板１４００の裏面側にはまた、第１の方向の他方の側に第５及び第６の給電点１５２３、１５２４と、第５及び第６の不等分配回路１５０３、１５０４を形成している。第３乃至第６の不等分配回路は、図１２や図１３で説明したような配線パターンで構成することができる。

詳しく説明すると、誘電体基板１４００の裏面側には、第１の方向の一方の側に５個のスルーホール１５１１を第２の方向に並べて形成している。そして、第３の不等分配回路１５０２を、５個のスルーホール１５１１に沿う両側の一方の側に沿って形成している。
第３の不等分配回路１５０２は、第３の給電点１５２１から供給される第３の高周波信号を、５個のスルーホール１５１１に分配する。また、第４の不等分配回路１５０１を、５個のスルーホール１５１１に沿う両側の他方の側に沿って形成している。第４の不等分配回路１５０１は、第４の給電点１５２２から供給される第４の高周波信号を、５個のスルーホール１５１１に分配する。

誘電体基板１４００の裏面側にはまた、第１の方向の他方の側に５個のスルーホール１５１２を第２の方向に並べて形成している。そして、第５の不等分配回路１５０３を、５個のスルーホール１５１２に沿う両側の一方の側に沿って形成している。第５の不等分配回路１５０３は、第５の給電点１５２３から供給される第５の高周波信号を、５個のスルーホール１５１２に分配する。また、第６の不等分配回路１５０４を、５個のスルーホール１５１２に沿う両側の他方の側に沿って形成している。第６の不等分配回路１５０４は、第６の給電点１５２４から供給される第６の高周波信号を、５個のスルーホール１５１２に分配する。第３乃至第６の高周波信号は、周波数、振幅が同じであり、位相が異なる。

この実施例では、図１５に示す裏面側の第３及び第４の給電点１５２１、１５２２に与えられた第３及び第４の高周波信号（入力信号）をそれぞれ、裏面側の第３及び第４の不等分配回路１５０２、１５０１によって、第３及び第４の電力分配比率（第３及び第４の分配比率）で５つのスルーホール１５１１に分配する。５つのスルーホール１５１１は、それぞれ、第３及び第４の不等分配回路１５０２、１５０１からの分配信号を合成して誘電体基板１４００の表面側に伝達する第１の中継手段（第１のスルーホール）として作用する。例えば、第３の不等分配回路１５０２の第３の分配比率は、５つのスルーホール１５１１の並びに対し単調増加及び単調減少の一方となるように設定することができる。この場合、第４の不等分配回路１５０１の第４の分配比率は、５つのスルーホール１５１１の並びに対し単調増加及び単調減少の他方となるように設定する。

同様に、図１５に示す裏面側の第５及び第６の給電点１５２３、１５２４に与えられた第５及び第６の高周波信号（入力信号）をそれぞれ、裏面側の第５及び第６の不等分配回路１５０３、１５０４によって、第５及び第６の電力分配比率（第５及び第６の分配比率）で５つのスルーホール１５１２に分配する。５つのスルーホール１５１２は、それぞれ、第５及び第６の不等分配回路１５０３、１５０４からの分配信号を合成して誘電体基板１４００の表面側に伝達する第２の中継手段（第２のスルーホール）として作用する。例えば、第５の不等分配回路１５０３の第５の分配比率は、５つのスルーホール１５１２の並びに対し単調増加及び単調減少の一方となるように設定することができる。この場合、第６の不等分配回路１５０４の第６の分配比率は、５つのスルーホール１５１２の並びに対し単調増加及び単調減少の他方となるように設定する。

５つのスルーホール１５１１、１５１２からの合成信号は、スルーホール毎に一定の位相差を持った信号となる。

なお、この実施例では、２つの給電点と２つの不等分配回路の組み合わせを２組用意し、誘電体基板１４００の裏面の一方向（横方向）の両端側に配置しているが、これらは誘電体基板１４００の表面側に配置してもよい。

図１４において、左側の５個のスルーホール１４７２は裏面側の５個のスルーホール１５１１に対応し、右側の５個のスルーホール１４７１は裏面側の５個のスルーホール１５１２に対応している。これにより、裏面側の５つのスルーホール１５１１からの合成信号はそれぞれ、アンテナ面側の５つのスルーホール（第１の給電点）１４７２に第１の高周波信号として伝搬する。同様に、裏面側の５つのスルーホール１５１２からの合成信号はそれぞれ、アンテナ面側の５つのスルーホール（第２の給電点）１４７１に第２の高周波信号として伝搬する。

図１４のアンテナ面のパターンは、図１３のパッチアレーアンテナを５個、縦方向に並べたようなパターンになっている。それゆえ、各パッチアレーアンテナの不等分配回路への給電点となるスルーホールも誘電体基板１４００の両端側にそれぞれ縦方向に並べて５個形成している。

アンテナ面側の左側で上から１段目のスルーホール１４７２から与えられる第１の高周波信号が、第１の不等分配回路１４６１を通して、第１乃至第５のアンテナエレメント１４０１〜１４０５の下端側に分配される。但し、アンテナエレメント１４０５の分配比率は０である。一方、アンテナ面側の右側で上から１段目のスルーホール１４７１から与えられる第２の高周波信号が、第２の不等分配回路１４５１を通して、第１乃至第５のアンテナエレメント１４０１〜１４０５の上端側に分配される。但し、アンテナエレメント１４０１の分配比率は０である。図１、図１３で説明したように、第１の不等分配回路１４６１による第１の分配比率が複数のアンテナエレメントの並びに対し単調減少となるように設定する場合、第２の不等分配回路１４５１による第２の分配比率は複数のアンテナエレメントの並びに対し単調増加となるように設定する。

第１乃至第５のアンテナエレメント１４０１〜１４０５は、それぞれ、分配された第１及び第２の高周波信号を合成し、放射する。

同様にして、アンテナ面側の２段目のスルーホール１４７２、１４７１から与えられる第２及び第３の高周波信号がそれぞれ、第１及び第２の不等分配回路１４６２、１４５２を通して、第１乃至第５のアンテナエレメント１４１１〜１４１５に分配される。第１乃至第５のアンテナエレメント１４１１〜１４１５は、それぞれ、分配された第１及び第２の高周波信号を合成し、放射する。

３段目、４段目、５段目についてもまったく同様であるので、説明は省略する。

この二次元アレーアンテナは、第３及び第４の給電点１５２１、１５２２から入力する第３及び第４の高周波信号の位相と、第５及び第６の給電点１５２３、１５２４から入力する第５及び第６の高周波信号の位相を、外部の制御部（図示省略）によって制御することにより、第１の方向（横方向）及び第２の方向（縦方向）の２方向について指向性を制御することができる。例えば、第３の給電点１５２１に対する第４の給電点１５２２の信号の位相差をＡ、第３の給電点１５２１に対する第５の給電点１５２３の信号の位相差をＢとすると、第３の給電点１５２１に対する第６の給電点１５２４の信号の位相差は（Ａ＋Ｂ）となる。

なお、この実施例では、図１３に示したパッチアレーアンテナを５個、縦方向に並べたパターンを有しているが、図１３に示したパッチアレーアンテナに代えて、図１や図１２に示したパッチアレーアンテナを用いても良いことは言うまでも無い。

本発明による二次元アレーアンテナは、実施例で説明したパッチアレーアンテナをＬ個、一方向（ここでは縦方向）に並べた構成を有する。二次元アレーアンテナはまた、２つの給電点からの２つの高周波信号をそれぞれ２つの不等分配回路によって所定の分配比率でパッチアレーアンテナと同数Ｌに分配した後合成してＬ個の合成信号を得る構成を２組有する。そして、一方の組のＬ個の合成信号をそれぞれ、Ｌ個のパッチアレーアンテナにおける第１及び第２の不等分配回路の一方に与え、他方の組のＬ個の合成信号をそれぞれ、Ｌ個のパッチアレーアンテナにおける第１及び第２の不等分配回路の他方に与えるように構成している。これにより、実施形態で説明したパッチアレーアンテナの効果を奏すると共に、横方向、縦方向の２方向について指向性を制御可能な二次元アレーアンテナを提供することができる。

本発明の具体的な構成は前述の実施形態、実施例に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の変更があってもこの発明に含まれる。

また、上記の実施形態、実施例の一部又は全部は、以下のようにも記載されうる。尚、以下の付記は本発明をなんら限定するものではない。
［付記１］
誘電体基板の上に第１の方向に沿って並べて形成される第１乃至第Ｎ（Ｎは３以上の整数）のアンテナエレメントと、
前記誘電体基板の上に前記第１乃至第Ｎのアンテナエレメントに対して第１の側で隣接して前記第１の方向に沿って形成され、第１の給電点から供給される第１の高周波信号を、前記第１乃至第Ｎのアンテナエレメントに分配する第１の不等分配回路と、
前記誘電体基板の上に前記第１乃至第Ｎのアンテナエレメントに対して前記第１の側と対向する第２の側で隣接して前記第１の方向に沿って形成され、第２の給電点から供給される第２の高周波信号を、前記第１乃至第Ｎのアンテナエレメントに分配する第２の不等分配回路と、を含み、
前記第１の不等分配回路は、前記第１の給電点から前記第１乃至第Ｎのアンテナエレメントへ分配する前記第１の高周波信号の電力の第１の分配比率が、前記第１乃至第Ｎのアンテナエレメントの並びに対し単調増加及び単調減少の一方となるように設定されており、
前記第２の不等分配回路は、前記第２の給電点から前記第１乃至第Ｎのアンテナエレメントへ分配する前記第２の高周波信号の電力の第２の分配比率が、前記第１乃至第Ｎのアンテナエレメントの並びに対し単調増加及び単調減少の他方となるように設定されており、
前記第１及び第２の高周波信号の位相差を変化させることにより指向性を制御する、
ことを特徴とするパッチアレーアンテナ。
［付記２］
前記第１及び第２の不等分配回路は、前記第１及び第２の給電点からそれぞれ供給された前記第１及び第２の高周波信号を前記第１乃至第Ｎのアンテナエレメントへ分配する信号の電力の合計が、前記第１乃至第Ｎのアンテナエレメントの各々で一定であり、かつ、各アンテナエレメントで合成される信号の、隣接アンテナエレメント間の位相差が一定であるように、前記第１及び第２の分配比率が設定されていることを特徴とする付記１に記載のパッチアレーアンテナ。
［付記３］
前記第１及び第２の不等分配回路は、前記第１及び第２の給電点からそれぞれ供給された前記第１及び第２の高周波信号を前記第１乃至第Ｎのアンテナエレメントへ分配する信号の振幅の合計が、前記第１乃至第Ｎのアンテナエレメントの各々で一定であり、かつ、各アンテナエレメントで合成される信号の、隣接アンテナエレメント間の位相差が一定であるように、前記第１及び第２の分配比率が設定されていることを特徴とする付記１に記載のパッチアレーアンテナ。
［付記４］
前記第１及び第２の不等分配回路は、それぞれ、前記第１及び第２の分配比率が、円弧補間法、もしくは、直線補間法により決定されていることを特徴とする付記１〜３のいずれか１つに記載のパッチアレーアンテナ。
［付記５］
前記第１及び第２の不等分配回路は、それぞれ、前記第１及び第２の分配比率が、前記第１及び第２の不等分配回路を構成する第１及び第２のマイクロストリップラインのパターンに基づいて実現されると共に、前記第１及び第２の給電点から前記第１乃至第Ｎのアンテナエレメントまでの前記第１及び第２のマイクロストリップラインの配線距離が一定であることを特徴とする付記１〜４のいずれか１つに記載のパッチアレーアンテナ。
［付記６］
前記第１及び第２の不等分配回路は、それぞれ、前記第１及び第２の分配比率が、前記第１及び第２の不等分配回路を構成する第１及び第２のマイクロストリップラインのパターンに基づいて実現されると共に、前記第１及び第２の給電点から前記第１乃至第Ｎのアンテナエレメントまでの前記第１及び第２のマイクロストリップラインの配線距離が、前記第１乃至第Ｎのアンテナエレメントの位置により異なることを特徴とする付記１〜４のいずれか１つに記載のパッチアレーアンテナ。
［付記７］
誘電体基板の上に第１の方向に沿って並べて形成される第１乃至第Ｎ（Ｎは３以上の整数）のアンテナエレメントと、
前記誘電体基板の上に前記第１乃至第Ｎのアンテナエレメントに対して第１の側で隣接して前記第１の方向に沿って形成され、第１の給電点から供給される第１の高周波信号を、前記第１乃至第Ｎのアンテナエレメントに分配する第１の不等分配回路と、
前記誘電体基板の上に前記第１乃至第Ｎのアンテナエレメントに対して前記第１の側と対向する第２の側で隣接して前記第１の方向に沿って形成され、第２の給電点から供給される第２の高周波信号を、前記第１乃至第Ｎのアンテナエレメントに分配する第２の不等分配回路と、を含むパッチアレーアンテナの指向性制御方法であって、
前記第１の不等分配回路において、前記第１の給電点から前記第１乃至第Ｎのアンテナエレメントへ分配する前記第１の高周波信号の電力の第１の分配比率が、前記第１乃至第Ｎのアンテナエレメントの並びに対し単調増加及び単調減少の一方となるように設定し、 前記第２の不等分配回路において、前記第２の給電点から前記第１乃至第Ｎのアンテナエレメントへ分配する前記第２の高周波信号の電力の第２の分配比率が、前記第１乃至第Ｎのアンテナエレメントの並びに対し単調増加及び単調減少の他方となるように設定し、 前記第１及び第２の高周波信号の位相差を変化させることにより指向性を制御する、
ことを特徴とするパッチアレーアンテナの指向性制御方法。
［付記８］
前記第１及び第２の不等分配回路においては、前記第１及び第２の給電点からそれぞれ供給された前記第１及び第２の高周波信号を前記第１乃至第Ｎのアンテナエレメントへ分配する信号の電力の合計が、前記第１乃至第Ｎのアンテナエレメントの各々で一定であり、かつ、各アンテナエレメントで合成される信号の、隣接アンテナエレメント間の位相差が一定であるように、前記第１及び第２の分配比率を設定することを特徴とする付記７に記載のパッチアレーアンテナの指向性制御方法。
［付記９］
前記第１及び第２の不等分配回路においては、前記第１及び第２の給電点からそれぞれ供給された前記第１及び第２の高周波信号を前記第１乃至第Ｎのアンテナエレメントへ分配する信号の振幅の合計が、前記第１乃至第Ｎのアンテナエレメントの各々で一定であり、かつ、各アンテナエレメントで合成される信号の、隣接アンテナエレメント間の位相差が一定であるように、前記第１及び第２の分配比率を設定することを特徴とする付記７に記載のパッチアレーアンテナの指向性制御方法。
［付記１０］
制御部と、
付記１〜６のいずれか１つに記載のパッチアレーアンテナと、
前記パッチアレーアンテナの前記第１及び第２の給電点のそれぞれと前記制御部との間に接続された第１及び第２のＲＦ回路と、を含み、
前記制御部により前記第１及び第２のＲＦ回路を通して前記第１及び第２の給電点に与える前記第１及び第２の高周波信号の位相差を変化させることを特徴とする無線装置。
［付記１１］
制御部と、
付記１〜６のいずれか１つに記載のパッチアレーアンテナと、
前記パッチアレーアンテナの前記第１及び第２の給電点のそれぞれと一端側を接続した第１及び第２の移相器と、
前記第１及び第２の移相器の他端側と前記制御部との間に共通に接続されたＲＦ回路と、を含み、
前記制御部により前記第１及び第２の移相器を制御して前記第１及び第２の給電点に与える前記第１及び第２の高周波信号の位相差を変化させることを特徴とする無線装置。
［付記１２］
付記１〜６のいずれか１つに記載のパッチアレーアンテナを前記第１の方向と直交する第２の方向に並べて誘電体基板に配置した第１乃至第Ｌ（Ｌは３以上の整数）のパッチアレーアンテナを有する二次元アレーアンテナであって、
該二次元アレーアンテナは、前記第１乃至第Ｌのパッチアレーアンテナに対して前記第２の方向と平行の第３の側で隣接して前記第２の方向に並ぶＬ個の前記第１の給電点と、前記第１乃至第Ｌのパッチアレーアンテナに対して前記第３の側と対向する第４の側で隣接して前記第２の方向に並ぶＬ個の前記第２の給電点とを有し、
該二次元アレーアンテナは更に、
前記Ｌ個の第１の給電点に沿う両側の一方の側に沿って形成され、第３の給電点から供給される第３の高周波信号を、前記Ｌ個の第１の給電点に分配する第３の不等分配回路と、
前記Ｌ個の第１の給電点に沿う両側の他方の側に沿って形成され、第４の給電点から供給される第４の高周波信号を、前記Ｌ個の第１の給電点に分配する第４の不等分配回路と、
前記Ｌ個の第２の給電点に沿う両側の一方の側に沿って形成され、第５の給電点から供給される第５の高周波信号を、前記Ｌ個の第２の給電点に分配する第５の不等分配回路と、
前記Ｌ個の第２の給電点に沿う両側の他方の側に沿って形成され、第６の給電点から供給される第６の高周波信号を、前記Ｌ個の第２の給電点に分配する第６の不等分配回路と、を備え、
前記第３の不等分配回路からの前記第３の高周波信号の分配信号と前記第４の不等分配回路からの前記第４の高周波信号の分配信号とがそれぞれ、前記Ｌ個の第１の給電点で合成されて、前記第１乃至第Ｌのパッチアレーアンテナに前記第１の高周波信号として供給され、
前記第５の不等分配回路からの前記第５の高周波信号の分配信号と前記第６の不等分配回路からの前記第６の高周波信号の分配信号とがそれぞれ、前記Ｌ個の第２の給電点で合成されて、前記第１乃至第Ｌのパッチアレーアンテナに前記第２の高周波信号として供給され、
前記第３及び第４の給電点からの前記第３及び第４の高周波信号の位相差と、前記第５及び第６の給電点からの前記第５及び第６の高周波信号の位相差を変化させるようにした、ことを特徴とする二次元アレーアンテナ。
［付記１３］
前記第３及び第５の不等分配回路は、それぞれ、前記Ｌ個の第１及び第２の給電点に分配する前記第３及び第５の高周波信号の電力の第３及び第５の分配比率が、前記Ｌ個の第１及び第２の給電点の並びに対し、単調増加及び単調減少の一方となるように設定されており、
前記第４及び第６の不等分配回路は、それぞれ、前記Ｌ個の第１及び第２の給電点に分配する前記第４及び第６の高周波信号の電力の第４及び第６の分配比率が、前記Ｌ個の第１及び第２の給電点の並びに対し、単調増加及び単調減少の他方となるように設定されていることを特徴とする付記１２に記載の二次元アレーアンテナ。
［付記１４］
前記第１乃至第Ｌのパッチアレーアンテナと前記Ｌ個の第１の給電点及び前記Ｌ個の第２の給電点とを前記誘電体基板の一面側に形成し、
前記一面側とは反対の前記誘電体基板の他面側であって、前記Ｌ個の第１の給電点に対応する箇所に、前記Ｌ個の第１の給電点に接続したＬ個の第１のスルーホールと、前記Ｌ個の第１のスルーホールに沿う両側に前記第３及び第４の不等分配回路を形成し、
前記一面側とは反対の前記誘電体基板の他面側であって、前記Ｌ個の第２の給電点に対応する箇所に、前記Ｌ個の第２の給電点に接続したＬ個の第２のスルーホールと、前記Ｌ個の第２のスルーホールに沿う両側に前記第５及び第６の不等分配回路を形成したことを特徴とする付記１２または１３に記載の二次元アレーアンテナ。

以上、上述した実施形態を模範的な例として本発明を説明した。しかしながら、本発明は、上述した実施形態には限定されない。即ち、本発明は、本発明のスコープ内において、当業者が理解し得る様々な態様を適用することができる。

この出願は、２０１５年１０月１４日に出願された日本出願特願２０１５−２０２６３６を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。

１０１〜１０５ アンテナエレメント
１０６、１０７ 不等分配回路
１０８、１０９ 給電点
３０１〜３０５ 合成信号ベクトル
４０１〜４０５ 合成信号ベクトル
５０１〜５０５ 合成信号ベクトル
６０１〜６０５ 合成信号ベクトル
８０１ パッチアレーアンテナ
８０２−１、８０２−２ ＲＦ回路
８０３−１、８０３−２ Ａ／Ｄコンバータ及びＤ／Ａコンバータ
８０４ デジタルベースバンド信号処理回路
９０１ パッチアレーアンテナ
９０２−１、９０２−２ 移相器
９０３ ＲＦ回路
９０４ Ａ／Ｄコンバータ及びＤ／Ａコンバータ
９０５ デジタルベースバンド信号処理回路
１００１ パッチアレーアンテナ
１００２ ＲＦ回路
１００３ Ａ／Ｄコンバータ及びＤ／Ａコンバータ
１００４ デジタルベースバンド信号処理回路
１１０１ パッチアレーアンテナ
１１０２ 移相器
１１０３ ＲＦ回路
１１０４ Ａ／Ｄコンバータ及びＤ／Ａコンバータ
１１０５ デジタルベースバンド信号処理回路
１２０１〜１２０５ アンテナエレメント
１２０６、１２０７ 不等分配回路
１２０８、１２０９ 給電点
１３０１〜１３０５ アンテナエレメント
１３０６、１３０７ 不等分配回路
１３０８、１３０９ 給電点
１４００ 誘電体基板
１４５１〜１４５５ 不等分配回路
１４６１〜１４６５ 不等分配回路
１４７１、１４７２ スルーホール
１５０１、１５０２、１５０３、１５０４ 不等分配回路
１５１１、１５１２ スルーホール
１５２１、１５２２、１５２３、１５２４ 給電点

Claims (10)

1. 誘電体基板の上に第１の方向に沿って並べて形成される第１乃至第Ｎ（Ｎは３以上の整数）のアンテナエレメントと、
   前記誘電体基板の上に前記第１乃至第Ｎのアンテナエレメントに対して第１の側で隣接して前記第１の方向に沿って形成され、第１の給電点から供給される第１の高周波信号を、前記第１乃至第Ｎのアンテナエレメントに分配する第１の不等分配回路と、
   前記誘電体基板の上に前記第１乃至第Ｎのアンテナエレメントに対して前記第１の側と対向する第２の側で隣接して前記第１の方向に沿って形成され、第２の給電点から供給される第２の高周波信号を、前記第１乃至第Ｎのアンテナエレメントに分配する第２の不等分配回路と、を含み、
   前記第１の不等分配回路は、前記第１の給電点から前記第１乃至第Ｎのアンテナエレメントへ分配する前記第１の高周波信号の電力の第１の分配比率が、前記第１乃至第Ｎのアンテナエレメントの並びに対し単調増加及び単調減少の一方となるように設定されており、
   前記第２の不等分配回路は、前記第２の給電点から前記第１乃至第Ｎのアンテナエレメントへ分配する前記第２の高周波信号の電力の第２の分配比率が、前記第１乃至第Ｎのアンテナエレメントの並びに対し単調増加及び単調減少の他方となるように設定されており、
   前記第１及び第２の高周波信号の位相差を変化させることにより指向性を制御する、
   ことを特徴とするパッチアレーアンテナ。
2. 前記第１及び第２の不等分配回路は、前記第１及び第２の給電点からそれぞれ供給された前記第１及び第２の高周波信号を前記第１乃至第Ｎのアンテナエレメントへ分配する信号の電力の合計が、前記第１乃至第Ｎのアンテナエレメントの各々で一定であり、かつ、各アンテナエレメントで合成される信号の、隣接アンテナエレメント間の位相差が一定であるように、前記第１及び第２の分配比率が設定されていることを特徴とする請求項１に記載のパッチアレーアンテナ。
3. 前記第１及び第２の不等分配回路は、前記第１及び第２の給電点からそれぞれ供給された前記第１及び第２の高周波信号を前記第１乃至第Ｎのアンテナエレメントへ分配する信号の振幅の合計が、前記第１乃至第Ｎのアンテナエレメントの各々で一定であり、かつ、各アンテナエレメントで合成される信号の、隣接アンテナエレメント間の位相差が一定であるように、前記第１及び第２の分配比率が設定されていることを特徴とする請求項１に記載のパッチアレーアンテナ。
4. 前記第１及び第２の不等分配回路は、それぞれ、前記第１及び第２の分配比率が、円弧補間法、もしくは、直線補間法により決定されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のパッチアレーアンテナ。
5. 前記第１及び第２の不等分配回路は、それぞれ、前記第１及び第２の分配比率が、前記第１及び第２の不等分配回路を構成する第１及び第２のマイクロストリップラインのパターンに基づいて実現されると共に、前記第１及び第２の給電点から前記第１乃至第Ｎのアンテナエレメントまでの前記第１及び第２のマイクロストリップラインの配線距離が一定であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のパッチアレーアンテナ。
6. 前記第１及び第２の不等分配回路は、それぞれ、前記第１及び第２の分配比率が、前記第１及び第２の不等分配回路を構成する第１及び第２のマイクロストリップラインのパターンに基づいて実現されると共に、前記第１及び第２の給電点から前記第１乃至第Ｎのアンテナエレメントまでの前記第１及び第２のマイクロストリップラインの配線距離が、前記第１乃至第Ｎのアンテナエレメントの位置により異なることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のパッチアレーアンテナ。
7. 誘電体基板の上に第１の方向に沿って並べて形成される第１乃至第Ｎ（Ｎは３以上の整数）のアンテナエレメントと、
   前記誘電体基板の上に前記第１乃至第Ｎのアンテナエレメントに対して第１の側で隣接して前記第１の方向に沿って形成され、第１の給電点から供給される第１の高周波信号を、前記第１乃至第Ｎのアンテナエレメントに分配する第１の不等分配回路と、
   前記誘電体基板の上に前記第１乃至第Ｎのアンテナエレメントに対して前記第１の側と対向する第２の側で隣接して前記第１の方向に沿って形成され、第２の給電点から供給される第２の高周波信号を、前記第１乃至第Ｎのアンテナエレメントに分配する第２の不等分配回路と、を含むパッチアレーアンテナの指向性制御方法であって、
   前記第１の不等分配回路において、前記第１の給電点から前記第１乃至第Ｎのアンテナエレメントへ分配する前記第１の高周波信号の電力の第１の分配比率が、前記第１乃至第Ｎのアンテナエレメントの並びに対し単調増加及び単調減少の一方となるように設定し、
   前記第２の不等分配回路において、前記第２の給電点から前記第１乃至第Ｎのアンテナエレメントへ分配する前記第２の高周波信号の電力の第２の分配比率が、前記第１乃至第Ｎのアンテナエレメントの並びに対し単調増加及び単調減少の他方となるように設定し、
   前記第１及び第２の高周波信号の位相差を変化させることにより指向性を制御する、
   ことを特徴とするパッチアレーアンテナの指向性制御方法。
8. 制御部と、
   請求項１〜６のいずれか１項に記載のパッチアレーアンテナと、
   前記パッチアレーアンテナの前記第１及び第２の給電点のそれぞれと前記制御部との間に接続された第１及び第２のＲＦ回路と、を含み、
   前記制御部により前記第１及び第２のＲＦ回路を通して前記第１及び第２の給電点に与える前記第１及び第２の高周波信号の位相差を変化させることを特徴とする無線装置。
9. 制御部と、
   請求項１〜６のいずれか１項に記載のパッチアレーアンテナと、
   前記パッチアレーアンテナの前記第１及び第２の給電点のそれぞれと一端側を接続した第１及び第２の移相器と、
   前記第１及び第２の移相器の他端側と前記制御部との間に共通に接続されたＲＦ回路と、を含み、
   前記制御部により前記第１及び第２の移相器を制御して前記第１及び第２の給電点に与える前記第１及び第２の高周波信号の位相差を変化させることを特徴とする無線装置。
10. 請求項１〜６のいずれか１項に記載のパッチアレーアンテナを前記第１の方向と直交する第２の方向に並べて誘電体基板に配置した第１乃至第Ｌ（Ｌは３以上の整数）のパッチアレーアンテナを有する二次元アレーアンテナであって、
    該二次元アレーアンテナは、前記第１乃至第Ｌのパッチアレーアンテナに対して前記第２の方向と平行の第３の側で隣接して前記第２の方向に並ぶＬ個の前記第１の給電点と、前記第１乃至第Ｌのパッチアレーアンテナに対して前記第３の側と対向する第４の側で隣接して前記第２の方向に並ぶＬ個の前記第２の給電点とを有し、
    該二次元アレーアンテナは更に、
    前記Ｌ個の第１の給電点に沿う両側の一方の側に沿って形成され、第３の給電点から供給される第３の高周波信号を、前記Ｌ個の第１の給電点に分配する第３の不等分配回路と、
    前記Ｌ個の第１の給電点に沿う両側の他方の側に沿って形成され、第４の給電点から供給される第４の高周波信号を、前記Ｌ個の第１の給電点に分配する第４の不等分配回路と、
    前記Ｌ個の第２の給電点に沿う両側の一方の側に沿って形成され、第５の給電点から供給される第５の高周波信号を、前記Ｌ個の第２の給電点に分配する第５の不等分配回路と、
    前記Ｌ個の第２の給電点に沿う両側の他方の側に沿って形成され、第６の給電点から供給される第６の高周波信号を、前記Ｌ個の第２の給電点に分配する第６の不等分配回路と、を備え、
    前記第３の不等分配回路からの前記第３の高周波信号の分配信号と前記第４の不等分配回路からの前記第４の高周波信号の分配信号とがそれぞれ、前記Ｌ個の第１の給電点で合成されて、前記第１乃至第Ｌのパッチアレーアンテナに前記第１の高周波信号として供給され、
    前記第５の不等分配回路からの前記第５の高周波信号の分配信号と前記第６の不等分配回路からの前記第６の高周波信号の分配信号とがそれぞれ、前記Ｌ個の第２の給電点で合成されて、前記第１乃至第Ｌのパッチアレーアンテナに前記第２の高周波信号として供給され、
    前記第３及び第４の給電点からの前記第３及び第４の高周波信号の位相差と、前記第５及び第６の給電点からの前記第５及び第６の高周波信号の位相差を変化させるようにした、ことを特徴とする二次元アレーアンテナ。

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