JP6490371B2

JP6490371B2 - 平面アンテナ素子及び平面アンテナアレイ

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Publication number: JP6490371B2
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Inventors: 伊藤　仁; 仁伊藤; 啓一夏原; 三浦　庸平; 庸平三浦; 裕三渋谷; 進中里
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Description

本発明は、積層された２つのパッチを備えた平面アンテナ素子に関する。

ＶＳＡＴ（ＶｅｒｙＳｍａｌｌＡｐｅｒｔｕｒｅＴｅｒｍｉｎａｌ）、ＳＮＧ（ＳａｔｅｌｌｉｔｅＮｅｗｓＧａｔｈｅｒｉｎｇ）及びＥＳＶ（ＥａｒｔｈＳｔａｔｉｏｎｏｎＢｏａｒｄＶｅｓｓｅｌｓ）などにおいて、送信及び受信の切替に応じて、垂直偏波及び水平偏波の切替を１個の素子で行なう、偏波共用の平面アンテナ素子の従来技術が知られている（特許文献１を参照。）。

従来技術の平面アンテナ素子の構成を示す平面図（通信方向から基板平面を眺めた図）を図１に示す。従来技術の平面アンテナ素子ＰＡ０は、上層パッチ（以下、「第一のパッチ」という。）ＵＰ０、下層パッチ（以下、「第二のパッチ」という。）ＬＰ０、第一の給電線ＵＦ０及び第二の給電線ＬＦ０から構成される。ここで、従来技術では、２枚のパッチの積層方向が、上下方向になっている。しかし、２枚のパッチの積層方向は、平面アンテナの用途や配置に応じて、特に限定されない。

第一のパッチＵＰ０は、送信及び受信のいずれにも供される。第二のパッチＬＰ０も、送信及び受信のいずれにも供される。そして、第一の給電線ＵＦ０の給電方向と、第二の給電線ＬＦ０の給電方向と、は面内で互いに直交する。よって、第一のパッチＵＰ０の偏波方向と、第二のパッチＬＰ０の偏波方向と、は面内で互いに直交する。

第一のパッチＵＰ０及び第二のパッチＬＰ０の形状は、第一の給電線ＵＦ０及び第二の給電線ＬＦ０の給電方向に平行な方向に対角線を有する、互いに相似な正方形である。

第一の給電線ＵＦ０の給電方向に平行な方向における第一のパッチＵＰ０のサイズＳ_{ＵＰ０，ＵＦ０}は、第一のパッチＵＰ０の共振周波数を決定する。第二の給電線ＬＦ０の給電方向に平行な方向における第二のパッチＬＰ０のサイズＳ_{ＬＰ０，ＬＦ０}は、第二のパッチＬＰ０の共振周波数を決定する。

第一のパッチＵＰ０は、第一のパッチＵＰ０の共振周波数の近傍の帯域では、送信及び受信のいずれにも供され、第二のパッチＬＰ０の共振周波数の近傍の帯域では、八木アンテナでいう導波器として機能する。第二のパッチＬＰ０は、第二のパッチＬＰ０の共振周波数の近傍の帯域では、送信及び受信のいずれにも供され、第一のパッチＵＰ０の共振周波数の近傍の帯域では、八木アンテナでいう反射器として機能する。

特開２０１２−１７５５４１号公報

第二の給電線ＬＦ０の給電方向に平行な方向における第一のパッチＵＰ０のサイズＳ_{ＵＰ０，ＬＦ０}は、第一の給電線ＵＦ０の給電方向に平行な方向における第一のパッチＵＰ０のサイズＳ_{ＵＰ０，ＵＦ０}に等しい。第一の給電線ＵＦ０の給電方向に平行な方向における第二のパッチＬＰ０のサイズＳ_{ＬＰ０，ＵＦ０}は、第二の給電線ＬＦ０の給電方向に平行な方向における第二のパッチＬＰ０のサイズＳ_{ＬＰ０，ＬＦ０}に等しい。第一のパッチＵＰ０及び第二のパッチＬＰ０の面積の差分を、砂地により示す。

ここで、送信及び受信の帯域が互いに離れた場合（例えば、Ｋｕバンドの場合）には、共鳴周波数を決定するＳ_{ＵＰ０，ＵＦ０}及びＳ_{ＬＰ０，ＬＦ０}は、大きく異なっている。よって、第一のパッチＵＰ０及び第二のパッチＬＰ０の形状が、互いに相似な正方形であっても、第一のパッチＵＰ０及び第二のパッチＬＰ０の面積の差分は、十分に確保されている。

しかし、送信及び受信の帯域が互いに近づく場合（例えば、Ｘバンドの場合）には、共振周波数を決定するＳ_{ＵＰ０，ＵＦ０}及びＳ_{ＬＰ０，ＬＦ０}は、ほとんど同様である。よって、第一のパッチＵＰ０及び第二のパッチＬＰ０の形状が、互いに相似な正方形であれば、第一のパッチＵＰ０及び第二のパッチＬＰ０の面積の差分は、十分には確保されていない。

そこで、送信及び受信の帯域内において、リターンロスを十分には低減することができないという課題と、反射器及び導波器において、反射効率及び導波効率をそれぞれ向上することができないという課題と、を解決することができない。

従来技術の平面アンテナ素子のサイズを示す平面図を図２（ａ）に示す。従来技術の平面アンテナ素子のリターンロスの周波数依存性を図２（ｂ）に示す。

Ｓ_{ＵＰ０，ＵＦ０}＝Ｓ_{ＵＰ０，ＬＦ０}＝１９．４４ｍｍであり、Ｓ_{ＬＰ０，ＬＦ０}＝Ｓ_{ＬＰ０，ＵＦ０}＝２３．９１ｍｍである。第一のパッチＵＰ０は、送信を行ない、第二のパッチＬＰ０は、受信を行なう。送信の帯域は、７．９ＧＨｚ〜８．４ＧＨｚであり、受信の帯域は、７．２５ＧＨｚ〜７．７５ＧＨｚであり、これらの帯域は、互いに近接している。

送信の帯域内のリターンロスは、最悪の場合には、−１０ｄＢであり、受信の帯域内のリターンロスは、最悪の場合には、−１５ｄＢである。通信の帯域内のリターンロスは、−１３ｄＢ以下であることが望ましいところ、受信の帯域内のリターンロスは、この条件を若干満たすものの、送信の帯域内のリターンロスは、この条件を全く満たさない。

従来技術の平面アンテナ素子の空中への反射の効率を図３（ａ）に示す。従来技術の平面アンテナ素子の空中への導波の効率を図３（ｂ）に示す。図３（ａ）、（ｂ）は、図１、２の矢視Ａ−Ａ断面であり、第一のパッチＵＰ０及び第二のパッチＬＰ０を示している一方で、第一の給電線ＵＦ０及び第二の給電線ＬＦ０を省略している。

第一のパッチＵＰ０及び第一の給電線ＵＦ０は、第一のトリプレート線路ＵＴ０として配置される。第二のパッチＬＰ０及び第二の給電線ＬＦ０は、第二のトリプレート線路ＬＴ０として配置される。トリプレート線路は、ストリップ線路より、放射損を低減することができる。

しかし、空中への反射時には、第一のパッチＵＰ０及び第二のパッチＬＰ０の面積の差分が、十分には確保されていないため、第一のパッチＵＰ０の端部から第二のパッチＬＰ０の端部へと放射された電波は、第二のパッチＬＰ０の端部から空中へとほとんど反射されることなく、第二のトリプレート線路ＬＴ０の平行平板モードのエネルギーとして散逸される。

そして、空中への導波時には、第一のパッチＵＰ０及び第二のパッチＬＰ０の面積の差分が、十分には確保されていないため、第二のパッチＬＰ０の端部から第一のパッチＵＰ０の端部へと放射された電波は、第一のパッチＵＰ０の端部から空中へとほとんど導波されることなく、第一のトリプレート線路ＵＴ０の平行平板モードのエネルギーとして散逸される。

そこで、前記課題を解決するために、本発明は、通信帯域内のリターンロスを低減し、かつ反射効率と導波効率の少なくとも一方の向上を図ることを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る平面アンテナ素子は、第一のパッチと、前記第一のパッチに積層され、かつ給電方向が前記第一のパッチの給電方向に面内で直交する第二のパッチと、を備え、前記第一のパッチの給電方向に平行な方向における前記第二のパッチのサイズは、前記第一のパッチの給電方向に平行な方向における前記第一のパッチのサイズより大きく、前記第一のパッチの給電方向に平行な方向における前記第二のパッチのサイズは、前記第二のパッチの給電方向に平行な方向における前記第二のパッチのサイズより大きいことによって構成される。

この構成によれば、第一及び第二のパッチの共振周波数での入力インピーダンスが、従来技術と比較して小さくなり、第一及び第二のパッチの共振Ｑ値が、従来技術と比較して小さくなるため、第一及び第二のパッチの共振周波数の近傍の帯域でのリターンロスを、従来技術と比較して低減することができる。そして、第一及び第二のパッチの面積の差分が、従来技術と比較して大きくなるため、第二のパッチの反射効率及び第一のパッチの導波効率を、従来技術と比較して向上することができる。

上記目的を達成するために、本発明に係る平面アンテナ素子は、第一のパッチと、前記第一のパッチに積層され、かつ給電方向が前記第一のパッチの給電方向に面内で直交する第二のパッチと、を備え、前記第二のパッチの給電方向に平行な方向における前記第一のパッチのサイズは、前記第二のパッチの給電方向に平行な方向における前記第二のパッチのサイズより小さく、前記第二のパッチの給電方向に平行な方向における前記第一のパッチのサイズは、前記第一のパッチの給電方向に平行な方向における前記第一のパッチのサイズより小さいことによって構成される。

また、本発明に係る平面アンテナ素子は、前記第一のパッチの形状は、２個の頂点を結ぶ方向に対称軸を有する偶数角形であり、前記第一のパッチの給電方向は、前記第一のパッチの前記対称軸に平行な方向であり、前記第二のパッチの形状は、２個の頂点を結ぶ方向に対称軸を有する偶数角形であり、前記第二のパッチの給電方向は、前記第二のパッチの前記対称軸に平行な方向であることによって構成される。

（１）第一及び第二のパッチの形状が、「２辺の中点」を結ぶ方向に対称軸を有する偶数角形であり、第一及び第二のパッチの給電方向が、第一及び第二のパッチの上記対称軸に平行な方向である、「比較例」の平面アンテナ素子と、（２）第一及び第二のパッチの形状が、「２個の頂点」を結ぶ方向に対称軸を有する偶数角形であり、第一及び第二のパッチの給電方向が、第一及び第二のパッチの上記対称軸に平行な方向である、「本発明」の平面アンテナ素子と、を比較して説明する。

（１）の比較例の平面アンテナ素子を、基板平面に格子状に最密充填する場合には、給電方向又は偏波方向は、最密充填の配置方向と比較して、ほとんど直交するか又はほとんど平行するため、偏波面におけるサイドローブレベルが高くなる。

（２）の本発明の平面アンテナ素子を、基板平面に格子状に最密充填する場合には、給電方向又は偏波方向は、最密充填の配置方向と比較して、直交からずれるか又は平行からずれるため、偏波面におけるサイドローブレベルが低くなる。

本発明が適用された無線伝送系では、第一のパッチと第二のパッチの共振周波数の差が小さい場合であっても、構成の変更およびコストの増加が大幅に生じることなく、所望の無線伝送路が柔軟に形成され、かつランニングコストの削減が図られる。

従来技術の平面アンテナ素子の構成を示す平面図である。（ａ）従来技術の平面アンテナ素子のサイズを示す平面図である。（ｂ）従来技術の平面アンテナ素子のリターンロスの周波数依存性を示す図である。（ａ）従来技術の平面アンテナ素子の空中への反射の効率を示す図である。（ｂ）従来技術の平面アンテナ素子の空中への導波の効率を示す図である。第１の実施形態の平面アンテナ素子の構成を示す平面図である。（ａ）第１の実施形態の平面アンテナ素子のサイズを示す平面図である。（ｂ）第１の実施形態の平面アンテナ素子のリターンロスの周波数依存性を示す図である。（ａ）第１の実施形態の平面アンテナ素子の空中への反射の効率を示す図である。（ｂ）第１の実施形態の平面アンテナ素子の空中への導波の効率を示す図である。第２の実施形態の平面アンテナ素子の構成を示す平面図である。第３の実施形態の平面アンテナ素子の構成を示す平面図である。第４の実施形態の平面アンテナ素子の構成を示す平面図である。第５の実施形態の平面アンテナ素子の構成を示す平面図である。

添付の図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下に説明する実施形態は本発明の実施の例であり、本発明は以下の実施形態に制限されるものではない。

（第１の実施形態）
第１の実施形態の平面アンテナ素子の構成を示す平面図（通信方向から基板平面を眺めた図）を図４に示す。第１の実施形態の平面アンテナ素子ＰＡ１は、第一のパッチＵＰ１、第二のパッチＬＰ１、第一の給電線ＵＦ１及び第二の給電線ＬＦ１から構成される。ここで、第１の実施形態では、２枚のパッチの積層方向が、上下方向になっている。しかし、２枚のパッチの積層方向は、平面アンテナの用途や配置に応じて、特に限定されない。

第一のパッチＵＰ１は、送信及び受信のいずれにも供される。第二のパッチＬＰ１も、送信及び受信のいずれにも供される。そして、第一の給電線ＵＦ１の給電方向と、第二の給電線ＬＦ１の給電方向と、は面内で互いに直交する。よって、第一のパッチＵＰ１の偏波方向と、第二のパッチＬＰ１の偏波方向と、は面内で互いに直交する。

第一のパッチＵＰ１は、第一の給電線ＵＦ１及び第二の給電線ＬＦ１の給電方向に平行な方向に対角線を有する、正方形である。第二のパッチＬＰ１は、第一の給電線ＵＦ１及び第二の給電線ＬＦ１の給電方向に平行な方向に対角線を有する、菱形である。

第一の給電線ＵＦ１の給電方向に平行な方向における第一のパッチＵＰ１のサイズＳ_{ＵＰ１，ＵＦ１}は、第一のパッチＵＰ１の共振周波数を決定する。第二の給電線ＬＦ１の給電方向に平行な方向における第二のパッチＬＰ１のサイズＳ_{ＬＰ１，ＬＦ１}は、第二のパッチＬＰ１の共振周波数を決定する。

第一のパッチＵＰ１は、第一のパッチＵＰ１の共振周波数の近傍の帯域では、送信及び受信のいずれにも供され、第二のパッチＬＰ１の共振周波数の近傍の帯域では、八木アンテナでいう導波器として機能する。第二のパッチＬＰ１は、第二のパッチＬＰ１の共振周波数の近傍の帯域では、送信及び受信のいずれにも供され、第一のパッチＵＰ１の共振周波数の近傍の帯域では、八木アンテナでいう反射器として機能する。

第二の給電線ＬＦ１の給電方向に平行な方向における第一のパッチＵＰ１のサイズＳ_{ＵＰ１，ＬＦ１}は、第一の給電線ＵＦ１の給電方向に平行な方向における第一のパッチＵＰ１のサイズＳ_{ＵＰ１，ＵＦ１}に等しい。第一の給電線ＵＦ１の給電方向に平行な方向における第二のパッチＬＰ１のサイズＳ_{ＬＰ１，ＵＦ１}は、第二の給電線ＬＦ１の給電方向に平行な方向における第二のパッチＬＰ１のサイズＳ_{ＬＰ１，ＬＦ１}より大きい。第一のパッチＵＰ１及び第二のパッチＬＰ１の面積の差分を、砂地により示す。

ここで、送信及び受信の帯域が互いに近づく場合（例えば、Ｘバンドの場合）には、共振周波数を決定するＳ_{ＵＰ１，ＵＦ１}及びＳ_{ＬＰ１，ＬＦ１}は、ほとんど同様である。しかし、第一のパッチＵＰ１及び第二のパッチＬＰ１の形状が、互いに非相似な正方形及び菱形であるため、第一のパッチＵＰ１及び第二のパッチＬＰ１の面積の差分は、十分に確保されている。

そこで、送信及び受信の帯域内において、リターンロスを十分には低減することができないという課題と、反射器及び導波器において、反射効率及び導波効率をそれぞれ向上することができないという課題と、を解決することができる。

第１の実施形態の平面アンテナ素子のサイズを示す平面図を図５（ａ）に示す。第１の実施形態の平面アンテナ素子のリターンロスの周波数依存性を図５（ｂ）に示す。

Ｓ_{ＵＰ１，ＵＦ１}＝Ｓ_{ＵＰ１，ＬＦ１}＝１９．４４ｍｍであり、Ｓ_{ＬＰ１，ＬＦ１}＝２３．９１ｍｍであり、Ｓ_{ＬＰ１，ＵＦ１}＝２８．９９ｍｍである。第一のパッチＵＰ１は、送信を行ない、第二のパッチＬＰ１は、受信を行なう。送信の帯域は、７．９ＧＨｚ〜８．４ＧＨｚであり、受信の帯域は、７．２５ＧＨｚ〜７．７５ＧＨｚであり、これらの帯域は、互いに近接している。

送信の帯域内のリターンロスは、最悪の場合でも、−１３．７ｄＢであり、受信の帯域内のリターンロスは、最悪の場合でも、−１９ｄＢである。通信の帯域内のリターンロスは、−１３ｄＢ以下であることが望ましいところ、受信の帯域内のリターンロスは、この条件を十分満たすうえに、送信の帯域内のリターンロスも、この条件を十分満たしている。

まず、送信の帯域内のリターンロスを、従来技術と比較して低減することができる理由を説明する。平面アンテナ素子ＰＡ１をアレイアンテナと考えると、第一のパッチＵＰ１の共振周波数での入力インピーダンスＺ_Ｕは、第一のパッチＵＰ１の自己インピーダンスＺ_ＵＵ、第二のパッチＬＰ１の自己インピーダンスＺ_ＬＬ、並びに、第一のパッチＵＰ１及び第二のパッチＬＰ１の相互インピーダンスＺ_ＵＬを用いて、Ｚ_Ｕ＝Ｚ_ＵＵ−Ｚ_ＵＬ ^２／Ｚ_ＬＬと表わされる。

ここで、Ｓ_{ＬＰ１，ＵＦ１}＞Ｓ_{ＬＰ１，ＬＦ１}であるため、第二のパッチＬＰ１の自己インピーダンスＺ_ＬＬが小さくなる。そのため、第一のパッチＵＰ１の共振周波数での入力インピーダンスＺ_Ｕが、従来技術と比較して小さくなり、第一のパッチＵＰ１の共振Ｑ値が、従来技術と比較して小さくなるため、第一のパッチＵＰ１の共振周波数の近傍の帯域でのリターンロスを、従来技術と比較して低減することができる。

次に、受信の帯域内のリターンロスを、従来技術と比較して低減することができる理由を説明する。平面アンテナ素子ＰＡ１をアレイアンテナと考えると、第二のパッチＬＰ１の共振周波数での入力インピーダンスＺ_Ｌは、第二のパッチＬＰ１の自己インピーダンスＺ_ＬＬ、第一のパッチＵＰ１の自己インピーダンスＺ_ＵＵ、並びに、第二のパッチＬＰ１及び第一のパッチＵＰ１の相互インピーダンスＺ_ＬＵを用いて、Ｚ_Ｌ＝Ｚ_ＬＬ−Ｚ_ＬＵ ^２／Ｚ_ＵＵと表わされる。

ここで、Ｓ_{ＬＰ１，ＵＦ１}＞Ｓ_{ＬＰ１，ＬＦ１}であるため、第二のパッチＬＰ１の自己インピーダンスＺ_ＬＬが小さくなる。そのため、第二のパッチＬＰ１の共振周波数での入力インピーダンスＺ_Ｌが、従来技術と比較して小さくなり、第二のパッチＬＰ１の共振Ｑ値が、従来技術と比較して小さくなるため、第二のパッチＬＰ１の共振周波数の近傍の帯域でのリターンロスを、従来技術と比較して低減することができる。

第１の実施形態の平面アンテナ素子の空中への反射の効率を図６（ａ）に示す。第１の実施形態の平面アンテナ素子の空中への導波の効率を図６（ｂ）に示す。図６（ａ）、（ｂ）は、図４、５の矢視Ｂ−Ｂ断面であり、第一のパッチＵＰ１及び第二のパッチＬＰ１を示している一方で、第一の給電線ＵＦ１及び第二の給電線ＬＦ１を省略している。

第一のパッチＵＰ１及び第一の給電線ＵＦ１は、第一のトリプレート線路ＵＴ１として配置される。第二のパッチＬＰ１及び第二の給電線ＬＦ１は、第二のトリプレート線路ＬＴ１として配置される。トリプレート線路は、ストリップ線路より、放射損を低減することができる。

そして、空中への反射時には、第一のパッチＵＰ１及び第二のパッチＬＰ１の面積の差分が、十分に確保されているため、第一のパッチＵＰ１の端部から第二のパッチＬＰ１の端部へと放射された電波は、第二のトリプレート線路ＬＴ１の平行平板モードのエネルギーとしてほとんど散逸されることなく、第二のパッチＬＰ１の端部から空中へと反射される。

さらに、空中への導波時には、第一のパッチＵＰ１及び第二のパッチＬＰ１の面積の差分が、十分に確保されているため、第二のパッチＬＰ１の端部から第一のパッチＵＰ１の端部へと放射された電波は、第一のトリプレート線路ＵＴ１の平行平板モードのエネルギーとしてほとんど散逸されることなく、第一のパッチＵＰ１の端部から空中へと導波される。

（第２の実施形態）
第２の実施形態の平面アンテナ素子の構成を示す平面図（通信方向から基板平面を眺めた図）を図７に示す。第２の実施形態の平面アンテナ素子ＰＡ２は、第一のパッチＵＰ２、第二のパッチＬＰ２、第一の給電線ＵＦ２及び第二の給電線ＬＦ２から構成される。ここで、第２の実施形態では、２枚のパッチの積層方向が、上下方向になっている。しかし、２枚のパッチの積層方向は、平面アンテナの用途や配置に応じて、特に限定されない。

第一のパッチＵＰ２は、第一の給電線ＵＦ２及び第二の給電線ＬＦ２の給電方向に平行な方向に対角線を有する、菱形である。第二のパッチＬＰ２は、第一の給電線ＵＦ２及び第二の給電線ＬＦ２の給電方向に平行な方向に対角線を有する、正方形である。

第二の給電線ＬＦ２の給電方向に平行な方向における第一のパッチＵＰ２のサイズＳ_{ＵＰ２，ＬＦ２}は、第一の給電線ＵＦ２の給電方向に平行な方向における第一のパッチＵＰ２のサイズＳ_{ＵＰ２，ＵＦ２}より小さい。第一の給電線ＵＦ２の給電方向に平行な方向における第二のパッチＬＰ２のサイズＳ_{ＬＰ２，ＵＦ２}は、第二の給電線ＬＦ２の給電方向に平行な方向における第二のパッチＬＰ２のサイズＳ_{ＬＰ２，ＬＦ２}に等しい。第一のパッチＵＰ２及び第二のパッチＬＰ２の面積の差分を、砂地により示す。

第２の実施形態においても、第１の実施形態と同様に、送信及び受信の帯域内において、リターンロスを十分に低減することができるとともに、反射器及び導波器において、反射効率及び導波効率をそれぞれ向上することができる。

（第３の実施形態）
第３の実施形態の平面アンテナ素子の構成を示す平面図（通信方向から基板平面を眺めた図）を図８に示す。第３の実施形態の平面アンテナ素子ＰＡ３は、第一のパッチＵＰ３、第二のパッチＬＰ３、第一の給電線ＵＦ３及び第二の給電線ＬＦ３から構成される。ここで、第３の実施形態では、２枚のパッチの積層方向が、上下方向になっている。しかし、２枚のパッチの積層方向は、平面アンテナの用途や配置に応じて、特に限定されない。

第一のパッチＵＰ３は、第一の給電線ＵＦ３及び第二の給電線ＬＦ３の給電方向に平行な方向に対角線を有する、菱形である。第二のパッチＬＰ３は、第一の給電線ＵＦ３及び第二の給電線ＬＦ３の給電方向に平行な方向に対角線を有する、菱形である。

第二の給電線ＬＦ３の給電方向に平行な方向における第一のパッチＵＰ３のサイズＳ_{ＵＰ３，ＬＦ３}は、第一の給電線ＵＦ３の給電方向に平行な方向における第一のパッチＵＰ３のサイズＳ_{ＵＰ３，ＵＦ３}より小さい。第一の給電線ＵＦ３の給電方向に平行な方向における第二のパッチＬＰ３のサイズＳ_{ＬＰ３，ＵＦ３}は、第二の給電線ＬＦ３の給電方向に平行な方向における第二のパッチＬＰ３のサイズＳ_{ＬＰ３，ＬＦ３}より大きい。第一のパッチＵＰ３及び第二のパッチＬＰ３の面積の差分を、砂地により示す。

第３の実施形態においても、第１の実施形態と同様に、送信及び受信の帯域内において、リターンロスを十分に低減することができるとともに、反射器及び導波器において、反射効率及び導波効率をそれぞれ向上することができる。

（第４の実施形態）
第４の実施形態の平面アンテナ素子の構成を示す平面図（通信方向から基板平面を眺めた図）を図９に示す。第４の実施形態の平面アンテナ素子ＰＡＰｎは、第一のパッチＵＰＰｎ、第二のパッチＬＰＰｎ、第一の給電線ＵＦＰｎ及び第二の給電線ＬＦＰｎから構成される。ここで、ｎ＝１、２、３であり、３種類の平面アンテナ素子ＰＡＰｎを説明する。そして、第４の実施形態では、２枚のパッチの積層方向が、上下方向になっている。しかし、２枚のパッチの積層方向は、平面アンテナの用途や配置に応じて、特に限定されない。

まず、平面アンテナ素子ＰＡＰ１を説明する。第一のパッチＵＰＰ１は、第一の給電線ＵＦＰ１及び第二の給電線ＬＦＰ１の給電方向に平行な方向に対角対称軸を有する正八角形であり、従来技術と同様である。第二のパッチＬＰＰ１は、第一の給電線ＵＦＰ１及び第二の給電線ＬＦＰ１の給電方向に平行な方向に対角対称軸を有する、第一の給電線ＵＦＰ１の給電方向に平行な方向に伸ばされた八角形であり、従来技術と異なっている。

次に、平面アンテナ素子ＰＡＰ２を説明する。第一のパッチＵＰＰ２は、第一の給電線ＵＦＰ２及び第二の給電線ＬＦＰ２の給電方向に平行な方向に対角対称軸を有する、第二の給電線ＬＦＰ２の給電方向に平行な方向に縮められた八角形であり、従来技術と異なっている。第二のパッチＬＰＰ２は、第一の給電線ＵＦＰ２及び第二の給電線ＬＦＰ２の給電方向に平行な方向に対角対称軸を有する正八角形であり、従来技術と同様である。

次に、平面アンテナ素子ＰＡＰ３を説明する。第一のパッチＵＰＰ３は、第一の給電線ＵＦＰ３及び第二の給電線ＬＦＰ３の給電方向に平行な方向に対角対称軸を有する、第二の給電線ＬＦＰ３の給電方向に平行な方向に縮められた八角形であり、従来技術と異なっている。第二のパッチＬＰＰ３は、第一の給電線ＵＦＰ３及び第二の給電線ＬＦＰ３の給電方向に平行な方向に対角対称軸を有する、第一の給電線ＵＦＰ３の給電方向に平行な方向に伸ばされた八角形であり、従来技術と異なっている。

第４の実施形態においても、第１の実施形態と同様に、送信及び受信の帯域内において、リターンロスを十分に低減することができるとともに、反射器及び導波器において、反射効率及び導波効率をそれぞれ向上することができる。

（第５の実施形態）
第５の実施形態の平面アンテナ素子の構成を示す平面図（通信方向から基板平面を眺めた図）を図１０に示す。第５の実施形態の平面アンテナ素子ＰＡＣｎは、第一のパッチＵＰＣｎ、第二のパッチＬＰＣｎ、第一の給電線ＵＦＣｎ及び第二の給電線ＬＦＣｎから構成される。ここで、ｎ＝１、２、３であり、３種類の平面アンテナ素子ＰＡＣｎを説明する。そして、第５の実施形態では、２枚のパッチの積層方向が、上下方向になっている。しかし、２枚のパッチの積層方向は、平面アンテナの用途や配置に応じて、特に限定されない。

まず、平面アンテナ素子ＰＡＣ１を説明する。第一のパッチＵＰＣ１は、第一の給電線ＵＦＣ１及び第二の給電線ＬＦＣ１の給電方向に平行な方向に対称軸を有する正円であり、従来技術と同様である。第二のパッチＬＰＣ１は、第一の給電線ＵＦＣ１及び第二の給電線ＬＦＣ１の給電方向に平行な方向に対称軸を有する、第一の給電線ＵＦＣ１の給電方向に平行な方向に伸ばされた楕円であり、従来技術と異なっている。

次に、平面アンテナ素子ＰＡＣ２を説明する。第一のパッチＵＰＣ２は、第一の給電線ＵＦＣ２及び第二の給電線ＬＦＣ２の給電方向に平行な方向に対称軸を有する、第二の給電線ＬＦＣ２の給電方向に平行な方向に縮められた楕円であり、従来技術と異なっている。第二のパッチＬＰＣ２は、第一の給電線ＵＦＣ２及び第二の給電線ＬＦＣ２の給電方向に平行な方向に対称軸を有する正円であり、従来技術と同様である。

次に、平面アンテナ素子ＰＡＣ３を説明する。第一のパッチＵＰＣ３は、第一の給電線ＵＦＣ３及び第二の給電線ＬＦＣ３の給電方向に平行な方向に対称軸を有する、第二の給電線ＬＦＣ３の給電方向に平行な方向に縮められた楕円であり、従来技術と異なっている。第二のパッチＬＰＣ３は、第一の給電線ＵＦＣ３及び第二の給電線ＬＦＣ３の給電方向に平行な方向に対称軸を有する、第一の給電線ＵＦＣ３の給電方向に平行な方向に伸ばされた楕円であり、従来技術と異なっている。

第５の実施形態においても、第１の実施形態と同様に、送信及び受信の帯域内において、リターンロスを十分に低減することができるとともに、反射器及び導波器において、反射効率及び導波効率をそれぞれ向上することができる。

（その他の変形例）
第１〜５の実施形態では、第一のパッチ及び第二のパッチの形状は、正方形、菱形、正八角形、八角形、正円又は楕円である。しかし、第一のパッチ及び第二のパッチの形状は、第一のパッチ及び第二のパッチが導波器及び反射器としてそれぞれ機能すれば、特に限定されない。ただし、第一のパッチ及び第二のパッチの形状は、第一のパッチ及び第二のパッチが導波器及び反射器としてそれぞれ機能する程度に、なるべく相似であることが望ましい。

第１の実施形態では、第一のパッチ及び第二のパッチのサイズが、一例のみ例示されている。しかし、第一のパッチ及び第二のパッチのサイズは、第一のパッチ及び第二のパッチが導波器及び反射器としてそれぞれ機能すれば、特に限定されない。

第１〜５の実施形態では、第一のパッチ及び第二のパッチの層間の距離及び誘電率が、例示されていない。しかし、第一のパッチ及び第二のパッチの層間の距離及び誘電率は、第一のパッチ及び第二のパッチが導波器及び反射器としてそれぞれ機能すれば、特に限定されない。

第１〜５の実施形態では、既述の作用効果を奏するならば、第一のパッチと第二のパッチの共振周波数の大小関係は、これらのパッチに導波器や反射器として機能するために設定されるサイズの大小関係と、必ずしも相関がなくてもよく、逆であってもよい。

本発明の平面アンテナ素子は、背景技術で説明したＶＳＡＴ、ＳＮＧ及びＥＳＶなどにおいて、送信及び受信の切替に応じて、垂直偏波及び水平偏波の切替を１個の素子で行なう、偏波共用の平面アンテナ素子として、適用することができる。

ＰＡ０、ＰＡ１、ＰＡ２、ＰＡ３、ＰＡＰ０、ＰＡＰ１、ＰＡＰ２、ＰＡＰ３、ＰＡＣ０、ＰＡＣ１、ＰＡＣ２、ＰＡＣ３：平面アンテナ素子
ＵＰ０、ＵＰ１、ＵＰ２、ＵＰ３、ＵＰＰ０、ＵＰＰ１、ＵＰＰ２、ＵＰＰ３、ＵＰＣ０、ＵＰＣ１、ＵＰＣ２、ＵＰＣ３：第一のパッチ
ＬＰ０、ＬＰ１、ＬＰ２、ＬＰ３、ＬＰＰ０、ＬＰＰ１、ＬＰＰ２、ＬＰＰ３、ＬＰＣ０、ＬＰＣ１、ＬＰＣ２、ＬＰＣ３：第二のパッチ
ＵＦ０、ＵＦ１、ＵＦ２、ＵＦ３、ＵＦＰ０、ＵＦＰ１、ＵＦＰ２、ＵＦＰ３、ＵＦＣ０、ＵＦＣ１、ＵＦＣ２、ＵＦＣ３：第一の給電線
ＬＦ０、ＬＦ１、ＬＦ２、ＬＦ３、ＬＦＰ０、ＬＦＰ１、ＬＦＰ２、ＬＦＰ３、ＬＦＣ０、ＬＦＣ１、ＬＦＣ２、ＬＦＣ３：第二の給電線
ＵＴ０、ＵＴ１：第一のトリプレート線路
ＬＴ０、ＬＴ１：第二のトリプレート線路

Claims

第一のパッチと、
前記第一のパッチに積層され、かつ給電方向が前記第一のパッチの給電方向に面内で直交する第二のパッチと、を備え、
前記第一のパッチの給電方向に平行な方向における前記第二のパッチのサイズは、前記第一のパッチの給電方向に平行な方向における前記第一のパッチのサイズより大きく、
前記第一のパッチの給電方向に平行な方向における前記第二のパッチのサイズは、前記第二のパッチの給電方向に平行な方向における前記第二のパッチのサイズより大きく、
前記第一のパッチの形状は、対角線としての対称軸を有する偶数角形であり、
前記第一のパッチの給電方向は、前記第一のパッチの前記対角線に平行な方向であり、
前記第二のパッチの形状は、対角線としての対称軸を有する偶数角形であり、
前記第二のパッチの給電方向は、前記第二のパッチの前記対角線に平行な方向である
ことを特徴とする平面アンテナ素子。
第一のパッチと、
前記第一のパッチに積層され、かつ給電方向が前記第一のパッチの給電方向に面内で直交する第二のパッチと、を備え、
前記第二のパッチの給電方向に平行な方向における前記第一のパッチのサイズは、前記第二のパッチの給電方向に平行な方向における前記第二のパッチのサイズより小さく、
前記第二のパッチの給電方向に平行な方向における前記第一のパッチのサイズは、前記第一のパッチの給電方向に平行な方向における前記第一のパッチのサイズより小さく、
前記第一のパッチの形状は、対角線としての対称軸を有する偶数角形であり、
前記第一のパッチの給電方向は、前記第一のパッチの前記対角線に平行な方向であり、
前記第二のパッチの形状は、対角線としての対称軸を有する偶数角形であり、
前記第二のパッチの給電方向は、前記第二のパッチの前記対角線に平行な方向である
ことを特徴とする平面アンテナ素子。
請求項１又は２に記載の平面アンテナ素子が基板平面に格子状に最密充填される
ことを特徴とする平面アンテナアレイ。