JP6840564B2 - 平面アンテナ装置 - Google Patents

Description

本開示は、平面アンテナ素子を覆うレドーム部材を備える平面アンテナ装置に関する。

平面アンテナ装置において、平面アンテナ素子を風雨及び砂塵等から守るために、平面アンテナ素子をレドーム部材で覆う技術がある。レドーム部材としては、半波長型レドーム部材（例えば、特許文献１等を参照。）やサンドイッチ型レドーム部材がある。

半波長型レドーム部材は、レドーム部材での平面アンテナ素子の励振波長の約１／２の厚さを有する。サンドイッチ型レドーム部材は、レドーム部材での平面アンテナ素子の励振波長の約１／４の厚さを有するコア部材をスキン部材で挟まれている。

特開２００９−２０６６０４号公報

ところで、平面アンテナ装置において、指向性をできる限り広げることが望ましい。従来は、平面アンテナ素子をレドーム部材で覆わないときには、平面アンテナ装置の指向性を広角方向まで広げることができている。しかし、平面アンテナ素子をレドーム部材で覆うときには、平面アンテナ装置の指向性を広角方向まで広げることができていない。

なぜなら、レドーム部材に対する入射角度が小さいときには、レドーム部材の厚さは上述の約１／２波長又は約１／４波長にほぼ最適化されており、レドーム部材での電波の反射量は減少する。しかし、レドーム部材に対する入射角度が大きいときには、レドーム部材の厚さは上述の約１／２波長又は約１／４波長に最適化されておらず、レドーム部材での電波の反射量は増加する。

そこで、前記課題を解決するために、本開示は、平面アンテナ素子をレドーム部材で覆うときでも、平面アンテナ装置の指向性を広角方向まで広げることを目的とする。

上記目的を達成するために、レドーム部材の厚さを、平面アンテナ素子から見て狭角方向では、上述の約１／２波長又は約１／４波長である一定値として、平面アンテナ素子から見て広角方向では、ビーム透過率がほぼ最適化されるように、狭角方向での厚さより大きい一定値とする。そして、レドーム部材の厚さを、狭角方向でのより小さい一定値である厚さと、広角方向でのより大きい一定値である厚さと、の間で段差状に変化させる。

なお、段差の段数は、２段であってもよく、３段以上であってもよい。また、段差の位置は、平面アンテナ素子の反対側にあってもよく、平面アンテナ素子がある側にあってもよく、平面アンテナ素子の両側にあってもよい。ただし、段差の位置が平面アンテナ素子の両側にあるときの段差の高さは、段差の位置が平面アンテナ素子の反対側又は平面アンテナ素子がある側にあるときの段差の高さと比べて、１／２にすることが望ましい。

具体的には、本開示は、平面アンテナ素子が形成されるアンテナ基板と、前記平面アンテナ素子を覆うレドーム部材と、を備える平面アンテナ装置であって、前記レドーム部材の厚さは、前記平面アンテナ素子から見て所定方向より狭角方向では、前記レドーム部材での前記平面アンテナ素子の励振波長の約１／２又は約１／４である一定値であり、前記平面アンテナ素子から見て前記所定方向より広角方向では、前記広角方向中の所定広角方向での前記レドーム部材のビーム透過率がほぼ最適化されるように、前記狭角方向での前記レドーム部材の厚さより大きい一定値に設定されており、前記狭角方向での前記レドーム部材のより小さい一定値である厚さと、前記広角方向での前記レドーム部材のより大きい一定値である厚さと、の間で段差状に変化することを特徴とする平面アンテナ装置である。

この構成によれば、単体の平面アンテナ素子が形成される平面アンテナ装置において、レドーム部材の設計及び製造を容易にしつつ、平面アンテナ素子をレドーム部材で覆うときでも、平面アンテナ装置の指向性を広角方向まで広げることができる。

また、本開示は、前記アンテナ基板と前記レドーム部材との間の距離は、前記アンテナ基板と前記レドーム部材との間のビームの反復反射に起因する、前記平面アンテナ素子のビーム指向性のリップルがほぼ発生しないように、設定されていることを特徴とする平面アンテナ装置である。

レドーム部材の断面形状を段差形状にすれば、レドーム部材の設計及び製造を容易にできるが、ビーム透過率が必ずしも最適化されないビーム入射角が存在する。この構成によれば、このような場合であっても、単体の平面アンテナ素子が形成される平面アンテナ装置において、平面アンテナ素子のビーム指向性のリップルがほぼ発生しない。

また、本開示は、複数の平面アンテナ素子が自由空間での各々の平面アンテナ素子の励振波長の１／２より広い間隔でアレイ状に形成されるアンテナ基板と、前記複数の平面アンテナ素子を覆うレドーム部材と、を備える平面アンテナ装置であって、前記レドーム部材の厚さは、前記各々の平面アンテナ素子から見て所定方向より狭角方向では、前記レドーム部材での前記各々の平面アンテナ素子の励振波長の約１／２又は約１／４である一定値であり、前記各々の平面アンテナ素子から見て前記所定方向より広角方向では、前記広角方向中の所定広角方向での前記レドーム部材のビーム透過率がほぼ最適化されるように、前記狭角方向での前記レドーム部材の厚さより大きい一定値に設定されており、前記狭角方向での前記レドーム部材のより小さい一定値である厚さと、前記広角方向での前記レドーム部材のより大きい一定値である厚さと、の間で段差状に変化することを特徴とする平面アンテナ装置である。

この構成によれば、複数の平面アンテナ素子が自由空間での各々の平面アンテナ素子の励振波長の１／２より広い間隔でアレイ状に形成される平面アンテナ装置において、レドーム部材の設計及び製造を容易にしつつ、複数の平面アンテナ素子をレドーム部材で覆うときでも、平面アンテナ装置の指向性を広角方向まで広げることができる。

また、本開示は、前記アンテナ基板と前記レドーム部材との間の距離は、前記アンテナ基板と前記レドーム部材との間のビームの反復反射に起因する、前記各々の平面アンテナ素子のビーム指向性のリップルがほぼ発生しないように、且つ、前記各々の平面アンテナ素子の間のアイソレーションがほぼ達成されるように、設定されていることを特徴とする平面アンテナ装置である。

レドーム部材の断面形状を段差形状にすれば、レドーム部材の設計及び製造を容易にできるが、ビーム透過率が必ずしも最適化されないビーム入射角が存在する。この構成によれば、このような場合であっても、複数の平面アンテナ素子が自由空間での各々の平面アンテナ素子の励振波長の１／２より広い間隔でアレイ状に形成される平面アンテナ装置において、各々の平面アンテナ素子のビーム指向性のリップルがほぼ発生せず、各々の平面アンテナ素子の間のアイソレーションがほぼ達成される。

また、本開示は、複数の平面アンテナ素子が自由空間での各々の平面アンテナ素子の励振波長の約１／２である間隔でアレイ状に形成されるアンテナ基板と、前記複数の平面アンテナ素子を覆うレドーム部材と、を備える平面アンテナ装置であって、前記レドーム部材の厚さは、前記複数の平面アンテナ素子から見て外側方向且つ両端の平面アンテナ素子から見て所定方向より狭角方向では、前記レドーム部材での前記両端の平面アンテナ素子の励振波長の約１／２又は約１／４である一定値であり、前記複数の平面アンテナ素子から見て前記外側方向且つ前記両端の平面アンテナ素子から見て前記所定方向より広角方向では、前記広角方向中の所定広角方向での前記レドーム部材のビーム透過率がほぼ最適化されるように、前記外側方向且つ前記狭角方向での前記レドーム部材の厚さより大きい一定値に設定されており、前記複数の平面アンテナ素子から見て内側方向では、前記外側方向且つ前記狭角方向での前記レドーム部材の厚さと等しい一定値であり、前記外側方向且つ前記狭角方向での前記レドーム部材のより小さい一定値である厚さと、前記外側方向且つ前記広角方向での前記レドーム部材のより大きい一定値である厚さと、の間で段差状に変化することを特徴とする平面アンテナ装置である。

この構成によれば、複数の平面アンテナ素子が自由空間での各々の平面アンテナ素子の励振波長の約１／２である間隔でアレイ状に形成される平面アンテナ装置において、レドーム部材の設計及び製造を容易にしつつ、複数の平面アンテナ素子をレドーム部材で覆うときでも、平面アンテナ装置の指向性を広角方向まで広げることができる。

また、本開示は、前記アンテナ基板と前記レドーム部材との間の距離は、前記アンテナ基板と前記レドーム部材との間のビームの反復反射に起因する、前記各々の平面アンテナ素子のビーム指向性のリップルがほぼ発生しないように、設定されていることを特徴とする平面アンテナ装置である。

レドーム部材の断面形状を段差形状にすれば、レドーム部材の設計及び製造を容易にできるが、ビーム透過率が必ずしも最適化されないビーム入射角が存在する。この構成によれば、このような場合であっても、複数の平面アンテナ素子が自由空間での各々の平面アンテナ素子の励振波長の約１／２である間隔でアレイ状に形成される平面アンテナ装置において、各々の平面アンテナ素子のビーム指向性のリップルがほぼ発生しない。

このように、本開示は、平面アンテナ素子をレドーム部材で覆うときでも、平面アンテナ装置の指向性を広角方向まで広げることができる。

第１実施形態の平面アンテナ装置の構成を示す図である。 本開示のレドーム部材の厚さの計算方法を示す図である。 本開示のレドーム部材の厚さの設計例を示す図である。 本開示のアンテナ基板−レドーム部材間距離の設計原理を示す図である。 本開示のアンテナ基板−レドーム部材間距離の設計方法を示す図である。 第１実施形態の平面アンテナ装置の指向性を示す図である。 第２実施形態の平面アンテナ装置の構成を示す図である。 本開示のアンテナ基板−レドーム部材間距離の設計方法を示す図である。 第３実施形態の平面アンテナ装置の構成を示す図である。 第３実施形態の平面アンテナ装置の指向性を示す図である。

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

（第１実施形態の平面アンテナ装置）
第１実施形態の平面アンテナ装置の構成を図１に示す。図１の中段には、第１の具体例として、平面アンテナ装置１の第１の透視平面図を示す。図１の下段には、第２の具体例として、平面アンテナ装置１の第２の透視平面図を示す。図１の上段には、平面アンテナ装置１の第１、２の透視平面図について、平面アンテナ装置１のＡ−Ａ断面図を示す。

平面アンテナ装置１は、平面アンテナ素子１１１が形成されるアンテナ基板１１と、平面アンテナ素子１１１を覆うレドーム部材１２と、を備える。平面アンテナ装置１の第１の透視平面図では、平面アンテナ素子１１１は、単体アンテナ素子である。平面アンテナ装置１の第２の透視平面図では、平面アンテナ素子１１１は、アンテナアレイであり、例えば、アレイ中央に配置される給電回路１１２により給電される。

レドーム部材１２の厚さは、平面アンテナ素子１１１から見て所定方向θ_Ｓより狭角方向では、レドーム部材１２での平面アンテナ素子１１１の励振波長λ_ｇの約１／２（半波長型レドーム部材の場合）又は約１／４（サンドイッチ型レドーム部材の場合）である一定値Ｄである。ここで、サンドイッチ型レドーム部材の場合は、上述の約λ_ｇ／４の厚さを有するコア部材をスキン部材で挟まれている。

レドーム部材１２の厚さは、平面アンテナ素子１１１から見て所定方向θ_Ｓより広角方向では、広角方向中の所定広角方向でのレドーム部材１２のビーム透過率がほぼ最適化されるように、狭角方向でのレドーム部材１２の厚さより大きい一定値Ｄ’に設定されている。ここで、上述のＤ’については、図２、３を用いて説明する。

レドーム部材１２の厚さは、狭角方向でのレドーム部材１２のより小さい一定値Ｄである厚さと、広角方向でのレドーム部材１２のより大きい一定値Ｄ’である厚さと、の間で段差１２１を伴って変化する。ここで、平面アンテナ装置１の第１の透視平面図では、段差１２１は、単体アンテナ素子を囲むように単体アンテナ素子の周囲に形成されている。そして、平面アンテナ装置１の第２の透視平面図では、段差１２１は、アンテナアレイに沿ってアンテナアレイの外側に形成されている。

本開示のレドーム部材の厚さの計算方法を図２に示す。平面アンテナ素子１１１から見た指向方向θにおいて、つまり、レドーム部材１２における入射角θにおいて、レドーム部材１２での電波の反射量は減少することが望ましい。

ここで、レドーム部材１２での反射波の弱干渉の条件は、２Ｄ（θ）ｃｏｓφ＝ｍλ_ｇである。ただし、φはレドーム部材１２における屈折角であり、ｍは１などの整数であり、ｍ＝１は半波長型レドーム部材の場合に対応する。そして、レドーム部材１２でのスネルの屈折の法則は、ｓｉｎθ／ｓｉｎφ＝ｎ＝√ε_ｒである。ただし、ｎはレドーム部材１２の屈折率であり、ε_ｒはレドーム部材１２の比誘電率である。

よって、レドーム部材１２での入射角θに対するレドーム厚さＤ（θ）は、ｍλ_ｇ／２√（１−（ｓｉｎθ／√ε_ｒ）^２）に設計されることが望ましい。しかし、レドーム部材１２の設計及び製造を容易にするために、レドーム部材１２を曲面加工するよりも、段差１２１を形成することが望ましい。

本開示のレドーム部材の厚さの設計例を図３に示す。図３の各段では、図２に示した計算値は同様であるが、図１に示した段差の設計値は異なっている。

図３の上段では、レドーム部材１２の厚さは、平面アンテナ素子１１１から見て所定方向θ_Ｓ（本例では、≒７０°）より狭角方向では、レドーム部材１２での平面アンテナ素子１１１の励振波長λ_ｇの約１／２である一定値Ｄである。そして、レドーム部材１２の厚さは、平面アンテナ素子１１１から見て所定方向θ_Ｓより広角方向では、広角方向中の所定広角方向（本例では、≒７０°）でのレドーム部材１２の厚さの計算値に等しい一定値Ｄ’に設定されている。よって、狭角方向と比べて広角方向の方に重点を置きつつ、レドーム部材１２の設計及び製造を容易にすることができる。

図３の中段では、レドーム部材１２の厚さは、平面アンテナ素子１１１から見て所定方向θ_Ｓ（本例では、≒４５°）より狭角方向では、レドーム部材１２での平面アンテナ素子１１１の励振波長λ_ｇの約１／２である一定値Ｄである。そして、レドーム部材１２の厚さは、平面アンテナ素子１１１から見て所定方向θ_Ｓより広角方向では、広角方向中の所定広角方向（本例では、≒７０°）でのレドーム部材１２の厚さの計算値に等しい一定値Ｄ’に設定されている。よって、狭角方向及び広角方向に等しく重点を置きつつ、レドーム部材１２の設計及び製造を容易にすることができる。

図３の下段では、レドーム部材１２の厚さは、平面アンテナ素子１１１から見て所定方向θ_Ｓ（本例では、≒４５°）より狭角方向では、レドーム部材１２での平面アンテナ素子１１１の励振波長λ_ｇの約１／２である一定値Ｄである。そして、レドーム部材１２の厚さは、平面アンテナ素子１１１から見て所定方向θ_Ｓより広角方向かつ所定方向θ_Ｓ’ （本例では、≒７０°）より狭角方向では、この角度範囲中の所定広角方向（本例では、≒４５°）でのレドーム部材１２の厚さの計算値に等しい一定値Ｄ’に設定されている。さらに、レドーム部材１２の厚さは、平面アンテナ素子１１１から見て所定方向θ_Ｓ’より広角方向では、広角方向中の所定広角方向（本例では、≒７０°）でのレドーム部材１２の厚さの計算値に等しい一定値Ｄ”に設定されている。よって、図３の上段及び中段と比べて、レドーム部材１２の設計及び製造を複雑にするものの、狭角方向及び広角方向に等しく重点をさらに置くことができる。

よって、単体の平面アンテナ素子１１１が形成される平面アンテナ装置１において、レドーム部材１２の設計及び製造を容易にしつつ、平面アンテナ素子１１１をレドーム部材１２で覆うときでも、平面アンテナ装置１の指向性を広角方向まで広げることができる。

ここで、レドーム部材１２の断面形状を段差形状にすれば、レドーム部材１２の設計及び製造を容易にできるが、ビーム透過率が必ずしも最適化されないビーム入射角θが存在する。そこで、アンテナ基板１１とレドーム部材１２との間の距離ｄ_ＡＲは、アンテナ基板１１とレドーム部材１２との間のビームの反復反射に起因する、平面アンテナ素子１１１のビーム指向性のリップルがほぼ発生しないように、設定されている。そして、平面アンテナ素子１１１と段差１２１との間のアンテナ基板１１の面内方向の距離は、ｄ_ＡＲｓｉｎθ_Ｓに設定されている。ここで、上述のｄ_ＡＲについては、図４、５を用いて説明する。

本開示のアンテナ基板−レドーム部材間距離の設計原理を図４に示す。図４には、アンテナ基板１１とレドーム部材１２との間のビームの反復反射に起因する、レドーム部材１２における再放射点１２２に関連して、従来技術（自社出願の特開２０１５−０６１２３１号公報）の基板平面のアンテナ素子のモノパルス測角方式を示す。

ここで、アンテナ基板１１とレドーム部材１２との間のビームの反復反射に起因して、レドーム部材１２における放射点（平面アンテナ素子１１１と放射点との間のアンテナ基板１１の面内方向の距離ｄ_ＡＲｓｉｎθ）のみならず、レドーム部材１２における再放射点１２２（平面アンテナ素子１１１と再放射点１２２との間のアンテナ基板１１の面内方向の距離ｄ_ＯＲ＝３ｄ_ＡＲｓｉｎθ）が生じる。すると、平面アンテナ素子１１１のビーム指向性は、再放射点１２２を回折源とする回折波の影響を受ける。よって、平面アンテナ素子１１１のビーム指向性は、リップルを生じ得る（例えば、図６の第３欄を参照。）。

そこで、発明者は、自社出願の特開２０１５−０６１２３１号公報を参照して、再放射点１２２を回折源とする回折波の影響が、平面アンテナ素子１１１と再放射点１２２との間のアンテナ基板１１の面内方向の距離ｄ_ＯＲに応じて、相違することに着目した。

自社出願の従来技術では、図４の上段に示したように、平面アンテナ素子と基板平面端部との間の距離が「短距離」のときには、回折波の自由空間での波長λ_０が平面アンテナ素子と基板平面端部との間の距離（例えば、１．２λ_０）と比べて同等程度である。よって、モノパルス測角方式において、受信信号の位相差は、反射波の到来角に対して、長周期を有するリップルを生じるのみであり、ほとんど単調に変化すると考えてもよい。

本開示では、図４の上段に示した自社出願の従来技術を参照して、平面アンテナ素子１１１と再放射点１２２との間のアンテナ基板１１の面内方向の距離ｄ_ＯＲが「短距離」のときには、回折波の自由空間での波長λ_０が上述の距離ｄ_ＯＲと比べて同等程度である。よって、平面アンテナ素子１１１のビーム指向性は、リップルをほぼ生じないと考えてもよい。

自社出願の従来技術では、図４の下段に示したように、平面アンテナ素子と基板平面端部との間の距離が「長距離」のときには、回折波の振幅が平面アンテナ素子と基板平面端部との間の距離（例えば、８λ_０）において十分に減衰する。よって、モノパルス測角方式において、受信信号の位相差は、反射波の到来角に対して、小振幅を有するリップルを生じるのみであり、ほとんど単調に変化すると考えてもよい。

本開示では、図４の下段に示した自社出願の従来技術を参照して、平面アンテナ素子１１１と再放射点１２２との間のアンテナ基板１１の面内方向の距離ｄ_ＯＲが「長距離」のときには、回折波の振幅が上述の距離ｄ_ＯＲにおいて十分に減衰する。よって、平面アンテナ素子１１１のビーム指向性は、リップルをほぼ生じないと考えてもよい。

自社出願の従来技術では、図４の中段に示したように、平面アンテナ素子と基板平面端部との間の距離が「中距離」のときには、回折波の自由空間での波長λ_０が平面アンテナ素子と基板平面端部との間の距離（例えば、４λ_０）と比べて同等程度ではなく、回折波の振幅が平面アンテナ素子と基板平面端部との間の距離（例えば、４λ_０）において十分に減衰しない。よって、モノパルス測角方式において、受信信号の位相差は、反射波の到来角に対して、中程度の周期及び有限の振幅を有するリップルを生じるため、ほとんど単調に変化すると考えることができない。

本開示では、図４の中段に示した自社出願の従来技術を参照して、平面アンテナ素子１１１と再放射点１２２との間のアンテナ基板１１の面内方向の距離ｄ_ＯＲが「中距離」のときには、回折波の自由空間での波長λ_０が上述の距離ｄ_ＯＲと比べて同等程度ではなく、回折波の振幅が上述の距離ｄ_ＯＲにおいて十分に減衰しない。よって、平面アンテナ素子１１１のビーム指向性は、リップルをほぼ生じないと考えることができない。

そこで、平面アンテナ素子１１１と再放射点１２２との間のアンテナ基板１１の面内方向の距離ｄ_ＯＲを「短距離」に設定することが望ましい。つまり、アンテナ基板１１とレドーム部材１２との間の距離ｄ_ＡＲを「短距離」に設定することが望ましい。すると、レドーム部材１２の設計及び製造を小型化しつつ、平面アンテナ素子１１１のビーム指向性のリップルがほぼ発生しない（例えば、図６の第４欄を参照。）。

本開示のアンテナ基板−レドーム部材間距離の設計方法を図５に示す。図５では、レドーム部材１２における様々な入射角θ（＝８０°、７０°、６０°、５０°）において、自由空間での平面アンテナ素子１１１の励振波長λ_０を単位として、平面アンテナ素子１１１と再放射点１２２との間のアンテナ基板１１の面内方向の距離ｄ_ＯＲを縦軸に示し、アンテナ基板１１とレドーム部材１２との間の距離ｄ_ＡＲを横軸に示す。

レドーム部材１２における一部の入射角θ（＝７０°、６０°、５０°）において、平面アンテナ素子１１１と再放射点１２２との間のアンテナ基板１１の面内方向の距離ｄ_ＯＲを２λ_０程度以下に設定するためには、アンテナ基板１１とレドーム部材１２との間の距離ｄ_ＡＲを０．３λ_０程度以下に設定することが望ましい。

レドーム部材１２における全ての入射角θ（＝８０°、７０°、６０°、５０°）において、平面アンテナ素子１１１と再放射点１２２との間のアンテナ基板１１の面内方向の距離ｄ_ＯＲを２λ_０程度以下に設定するためには、アンテナ基板１１とレドーム部材１２との間の距離ｄ_ＡＲを０．１λ_０程度以下に設定することが望ましい。

このように、レドーム部材１２の断面形状を段差形状にすれば、レドーム部材１２の設計及び製造を容易にできるが、ビーム透過率が必ずしも最適化されないビーム入射角θが存在する。しかし、このような場合であっても、単体の平面アンテナ素子１１１が形成される平面アンテナ装置１において、平面アンテナ素子１１１のビーム指向性のリップルがほぼ発生しない。

第１実施形態の平面アンテナ装置の指向性を図６に示す。３種類の曲線が重畳されているが、各々の曲線は送信指向性、受信指向性及び送受平均指向性を示す。

図６の第１欄に示したように、図１に示したレドーム部材１２が配置されず、特許文献１等の半波長型レドーム部材も配置されないときには、平面アンテナ装置１の指向性は広角方向まで広げることができる。後述する図１０の第２欄と同様に、図１に示したレドーム部材１２が配置されず、特許文献１等の半波長型レドーム部材が配置されるときには、平面アンテナ装置１の指向性は広角方向（θ≧６０°）において利得低下が大きい。

後述する図１０の第３欄と同様に、図１に示したレドーム部材１２が配置されるものの、アンテナ基板１１とレドーム部材１２との間の距離ｄ_ＡＲが図４の「中距離」であるときには、平面アンテナ装置１の指向性はリップルを発生している。図６の第２欄に示したように、図１に示したレドーム部材１２が配置されるうえに、アンテナ基板１１とレドーム部材１２との間の距離ｄ_ＡＲが図４の「短距離」であるときには、平面アンテナ装置１の指向性はリップルを発生することなく、広角方向まで広げることができる。

なお、段差１２１の位置は、図１のように平面アンテナ素子１１１の反対側にあってもよく、図１と異なり平面アンテナ素子１１１がある側にあってもよく、図１と異なり平面アンテナ素子１１１の両側にあってもよい。ただし、段差１２１の位置が平面アンテナ素子１１１の両側にあるときの段差１２１の高さは、段差１２１の位置が平面アンテナ素子１１１の反対側又は平面アンテナ素子１１１がある側にあるときの段差１２１の高さ（図１におけるＤ’−Ｄ）と比べて、１／２にすることが望ましい。

（第２実施形態の平面アンテナ装置）
第２実施形態の平面アンテナ装置の構成を図７に示す。図７の中段には、第１の具体例として、平面アンテナ装置２の第１の透視平面図を示す。図７の下段には、第２の具体例として、平面アンテナ装置２の第２の透視平面図を示す。図７の上段には、平面アンテナ装置２の第１、２の透視平面図について、平面アンテナ装置２のＢ−Ｂ断面図を示す。

平面アンテナ装置２は、複数の平面アンテナ素子２１１が自由空間での各々の平面アンテナ素子２１１の励振波長λ_０の１／２より広い間隔でアレイ状に形成されるアンテナ基板２１と、複数の平面アンテナ素子２１１を覆うレドーム部材２２と、を備える。平面アンテナ装置２の第１の透視平面図では、各々の平面アンテナ素子２１１は、単体アンテナ素子である。平面アンテナ装置２の第２の透視平面図では、各々の平面アンテナ素子２１１は、アンテナアレイであり、例えば、アレイ中央に配置される給電回路２１２により給電される。

レドーム部材２２の厚さは、各々の平面アンテナ素子２１１から見て所定方向θ_Ｓより狭角方向では、レドーム部材２２での各々の平面アンテナ素子２１１の励振波長λ_ｇの約１／２（半波長型レドーム部材の場合）又は約１／４（サンドイッチ型レドーム部材の場合）である一定値Ｄである。ここで、サンドイッチ型レドーム部材の場合は、上述の約λ_ｇ／４の厚さを有するコア部材をスキン部材で挟まれている。

レドーム部材２２の厚さは、各々の平面アンテナ素子２１１から見て所定方向θ_Ｓより広角方向では、広角方向中の所定広角方向でのレドーム部材２２のビーム透過率がほぼ最適化されるように、狭角方向でのレドーム部材２２の厚さより大きい一定値Ｄ’に設定されている。ここで、上述のＤ’については、第２実施形態においても第１実施形態と同様に、図２、３を用いて説明したとおりである。

レドーム部材２２の厚さは、各々の狭角方向でのレドーム部材２２のより小さい一定値Ｄである厚さと、各々の広角方向でのレドーム部材２２のより大きい一定値Ｄ’である厚さと、の間で各々の段差２２１を伴って変化する。ここで、平面アンテナ装置２の第１の透視平面図では、各々の段差２２１は、各々の単体アンテナ素子を囲むように各々の単体アンテナ素子の周囲に形成されている。そして、平面アンテナ装置２の第２の透視平面図では、各々の段差２２１は、各々のアンテナアレイに沿って各々のアンテナアレイの外側に形成されている。

よって、複数の平面アンテナ素子２１１が自由空間での各々の平面アンテナ素子２１１の励振波長λ_０の１／２より広い間隔でアレイ状に形成される平面アンテナ装置２において、レドーム部材２２の設計及び製造を容易にしつつ、複数の平面アンテナ素子２１１をレドーム部材２２で覆うときでも、平面アンテナ装置２の指向性を広角方向まで広げることができる。

ここで、レドーム部材２２の断面形状を段差形状にすれば、レドーム部材２２の設計及び製造を容易にできるが、ビーム透過率が必ずしも最適化されないビーム入射角θが存在する。そこで、アンテナ基板２１とレドーム部材２２との間の距離ｄ_ＡＲは、アンテナ基板２１とレドーム部材２２との間のビームの反復反射に起因する、各々の平面アンテナ素子２１１のビーム指向性のリップルがほぼ発生しないように、且つ、各々の平面アンテナ素子２１１の間のアイソレーションがほぼ達成されるように、設定されている。そして、各々の平面アンテナ素子２１１と各々の段差２２１との間のアンテナ基板２１の面内方向の距離は、ｄ_ＡＲｓｉｎθ_Ｓに設定されている。ここで、上述のｄ_ＡＲについては、第２実施形態においても第１実施形態と同様な点は、図４、５を用いて説明したとおりであるが、第２実施形態においては第１実施形態と異なる点は、図８を用いて説明する。

ここで、アンテナ基板２１とレドーム部材２２との間のビームの反復反射に起因して、レドーム部材２２における放射点（各々の平面アンテナ素子２１１と各々の放射点との間のアンテナ基板２１の面内方向の距離ｄ_ＡＲｓｉｎθ）のみならず、アンテナ基板２１における基板到達点２１３（各々の平面アンテナ素子２１１と各々の基板到達点２１３との間のアンテナ基板２１の面内方向の距離ｄ_ＯＡ＝２ｄ_ＡＲｓｉｎθ）が生じる。すると、各々の平面アンテナ素子２１１の間のアイソレーションが悪化し得る。

本開示のアンテナ基板−レドーム部材間距離の設計方法を図８に示す。図８では、レドーム部材２２における様々な入射角θ（＝８０°、７０°、６０°、５０°）において、自由空間での各々の平面アンテナ素子２１１の励振波長λ_０を単位として、各々の平面アンテナ素子２１１と各々の基板到達点２１３との間のアンテナ基板２１の面内方向の距離ｄ_ＯＡを縦軸に示し、アンテナ基板２１とレドーム部材２２との間の距離ｄ_ＡＲを横軸に示す。

レドーム部材２２における一部の入射角θ（＝７０°、６０°、５０°）において、各々の平面アンテナ素子２１１と各々の基板到達点２１３との間のアンテナ基板２１の面内方向の距離ｄ_ＯＡを２λ_０程度以下に設定するためには、アンテナ基板２１とレドーム部材２２との間の距離ｄ_ＡＲを０．３λ_０程度以下に設定することが望ましい。

レドーム部材２２における全ての入射角θ（＝８０°、７０°、６０°、５０°）において、各々の平面アンテナ素子２１１と各々の基板到達点２１３との間のアンテナ基板２１の面内方向の距離ｄ_ＯＡを２λ_０程度以下に設定するためには、アンテナ基板２１とレドーム部材２２との間の距離ｄ_ＡＲを０．１λ_０程度以下に設定することが望ましい。

このように、レドーム部材２２の断面形状を段差形状にすれば、レドーム部材２２の設計及び製造を容易にできるが、ビーム透過率が必ずしも最適化されないビーム入射角θが存在する。しかし、このような場合であっても、複数の平面アンテナ素子２１１が自由空間での各々の平面アンテナ素子２１１の励振波長λ_０の１／２より広い間隔でアレイ状に形成される平面アンテナ装置２において、各々の平面アンテナ素子２１１のビーム指向性のリップルがほぼ発生せず、各々の平面アンテナ素子２１１の間のアイソレーションがほぼ達成される。

なお、段差２２１の位置は、図７のように平面アンテナ素子２１１の反対側にあってもよく、図７と異なり平面アンテナ素子２１１がある側にあってもよく、図７と異なり平面アンテナ素子２１１の両側にあってもよい。ただし、段差２２１の位置が平面アンテナ素子２１１の両側にあるときの段差２２１の高さは、段差２２１の位置が平面アンテナ素子２１１の反対側又は平面アンテナ素子２１１がある側にあるときの段差２２１の高さ（図７におけるＤ’−Ｄ）と比べて、１／２にすることが望ましい。

（第３実施形態の平面アンテナ装置）
第３実施形態の平面アンテナ装置の構成を図９に示す。図９の中段には、第１の具体例として、平面アンテナ装置３の第１の透視平面図を示す。図９の下段には、第２の具体例として、平面アンテナ装置３の第２の透視平面図を示す。図９の上段には、平面アンテナ装置３の第１、２の透視平面図について、平面アンテナ装置３のＣ−Ｃ断面図を示す。

平面アンテナ装置３は、複数の平面アンテナ素子３１１が自由空間での各々の平面アンテナ素子３１１の励振波長λ_０の約１／２である間隔でアレイ状に形成されるアンテナ基板３１と、複数の平面アンテナ素子３１１を覆うレドーム部材３２と、を備える。平面アンテナ装置３の第１の透視平面図では、各々の平面アンテナ素子３１１は、単体アンテナ素子である。平面アンテナ装置３の第２の透視平面図では、各々の平面アンテナ素子３１１は、アンテナアレイであり、例えば、アレイ中央に配置される給電回路３１２により給電される。ここで、自由空間での各々の平面アンテナ素子３１１の励振波長λ_０の約１／２である間隔は、可視領域が広がり過ぎずグレーティングローブが発生しにくい間隔である。

レドーム部材３２の厚さは、複数の平面アンテナ素子３１１から見て外側方向且つ両端の平面アンテナ素子３１１から見て所定方向θ_Ｓより狭角方向では、レドーム部材３２での両端の平面アンテナ素子３１１の励振波長λ_ｇの約１／２（半波長型レドーム部材の場合）又は約１／４（サンドイッチ型レドーム部材の場合）である一定値Ｄである。ここで、サンドイッチ型レドーム部材の場合は、上述の約λ_ｇ／４の厚さを有するコア部材をスキン部材で挟まれている。

レドーム部材３２の厚さは、複数の平面アンテナ素子３１１から見て外側方向且つ両端の平面アンテナ素子３１１から見て所定方向θ_Ｓより広角方向では、広角方向中の所定広角方向でのレドーム部材３２のビーム透過率がほぼ最適化されるように、外側方向且つ狭角方向でのレドーム部材３２の厚さより大きい一定値Ｄ’に設定されている。ここで、上述のＤ’については、第３実施形態においても第１実施形態と同様に、図２、３を用いて説明したとおりである。

レドーム部材３２の厚さは、複数の平面アンテナ素子３１１から見て内側方向では、外側方向且つ狭角方向でのレドーム部材３２の厚さと等しい一定値Ｄである。そして、レドーム部材３２の厚さは、外側方向且つ狭角方向でのレドーム部材３２のより小さい一定値Ｄである厚さと、外側方向且つ広角方向でのレドーム部材３２のより大きい一定値Ｄ’である厚さと、の間で段差３２１を伴って変化する。ここで、平面アンテナ装置３の第１の透視平面図では、段差３２１は、複数の単体アンテナ素子を囲むように複数の単体アンテナ素子の周囲に形成されている。そして、平面アンテナ装置３の第２の透視平面図では、段差３２１は、両端のアンテナアレイに沿って両端のアンテナアレイの外側に形成されている。

よって、複数の平面アンテナ素子３１１が自由空間での各々の平面アンテナ素子３１１の励振波長λ_０の約１／２である間隔でアレイ状に形成される平面アンテナ装置３において、レドーム部材３２の設計及び製造を容易にしつつ、複数の平面アンテナ素子３１１をレドーム部材３２で覆うときでも、平面アンテナ装置３の指向性を広角方向まで広げることができる。

ここで、レドーム部材３２の断面形状を段差形状にすれば、レドーム部材３２の設計及び製造を容易にできるが、ビーム透過率が必ずしも最適化されないビーム入射角θが存在する。そこで、アンテナ基板３１とレドーム部材３２との間の距離ｄ_ＡＲは、アンテナ基板３１とレドーム部材３２との間のビームの反復反射に起因する、各々の平面アンテナ素子３１１のビーム指向性のリップルがほぼ発生しないように、設定されている。そして、両端の平面アンテナ素子３１１と段差３２１との間のアンテナ基板３１の面内方向の距離は、ｄ_ＡＲｓｉｎθ_Ｓに設定されている。ここで、上述のｄ_ＡＲについては、第３実施形態においても第１実施形態と同様に、図４、５を用いて説明したとおりである。

このように、レドーム部材３２の断面形状を段差形状にすれば、レドーム部材３２の設計及び製造を容易にできるが、ビーム透過率が必ずしも最適化されないビーム入射角θが存在する。しかし、このような場合であっても、複数の平面アンテナ素子３１１が自由空間での各々の平面アンテナ素子３１１の励振波長λ_０の約１／２である間隔でアレイ状に形成される平面アンテナ装置３において、各々の平面アンテナ素子３１１のビーム指向性のリップルがほぼ発生しない。

なお、アンテナ基板３１とレドーム部材３２との間の距離ｄ_ＡＲは、各々の平面アンテナ素子３１１の間のアイソレーションがほぼ達成されるように、設定されてもよい。つまり、各々の平面アンテナ素子３１１の間隔が、λ_０／２程度に狭く設定されるため、アンテナ基板３１とレドーム部材３２との間の距離ｄ_ＡＲは、０．１λ_０程度より短く設定されてもよい。すると、複数の平面アンテナ素子３１１が自由空間での各々の平面アンテナ素子３１１の励振波長λ_０の約１／２である間隔でアレイ状に形成される平面アンテナ装置３において、各々の平面アンテナ素子３１１の間のアイソレーションがほぼ達成される。

第３実施形態の平面アンテナ装置の指向性を図１０に示す。平面アンテナ装置３の指向性曲線は、各々の指向方向のゲイン曲線についての包絡曲線である。

図１０の第１欄に示したように、図９に示したレドーム部材３２が配置されず、特許文献１等の半波長型レドーム部材も配置されないときには、平面アンテナ装置３の指向性は広角方向まで広げることができる。図１０の第２欄に示したように、図９に示したレドーム部材３２が配置されず、特許文献１等の半波長型レドーム部材が配置されるときには、平面アンテナ装置３の指向性は広角方向（θ≧６０°）において利得低下が大きい。

図１０の第３欄に示したように、図９に示したレドーム部材３２が配置されるものの、アンテナ基板３１とレドーム部材３２との間の距離ｄ_ＡＲが図４の「中距離」であるときには、平面アンテナ装置３の指向性はリップルを発生している。図１０の第４欄に示したように、図９に示したレドーム部材３２が配置されるうえに、アンテナ基板３１とレドーム部材３２との間の距離ｄ_ＡＲが図４の「短距離」であるときには、平面アンテナ装置３の指向性はリップルを発生することなく、広角方向まで広げることができる。

なお、段差３２１の位置は、図９のように平面アンテナ素子３１１の反対側にあってもよく、図９と異なり平面アンテナ素子３１１がある側にあってもよく、図９と異なり平面アンテナ素子３１１の両側にあってもよい。ただし、段差３２１の位置が平面アンテナ素子３１１の両側にあるときの段差３２１の高さは、段差３２１の位置が平面アンテナ素子３１１の反対側又は平面アンテナ素子３１１がある側にあるときの段差３２１の高さ（図９におけるＤ’−Ｄ）と比べて、１／２にすることが望ましい。

本開示の平面アンテナ装置においては、平面アンテナ素子をレドーム部材で覆うときでも、平面アンテナ装置の指向性を広角方向まで広げることができる。

１、２、３：平面アンテナ装置
１１、２１、３１：アンテナ基板
１２、２２、３２：レドーム部材
１１１、２１１、３１１：平面アンテナ素子
１１２、２１２、３１２：給電回路
２１３：基板到達点
１２１、２２１、３２１：段差
１２２、２２２、３２２：再放射点

Claims (6)

1. 平面アンテナ素子が形成されるアンテナ基板と、
   前記平面アンテナ素子を覆うレドーム部材と、
   を備える平面アンテナ装置であって、
   前記レドーム部材の厚さは、
   前記平面アンテナ素子から前記レドーム部材への所定入射角方向より狭角方向では、前記レドーム部材での前記平面アンテナ素子の励振波長の約１／２又は約１／４である一定値であり、
   前記平面アンテナ素子から前記レドーム部材への前記所定入射角方向より広角方向では、前記広角方向中の所定広角方向での前記レドーム部材のビーム透過率がほぼ最適化されるように、前記狭角方向での前記レドーム部材の厚さより大きい一定値に設定されており、
   前記狭角方向での前記レドーム部材のより小さい一定値である厚さと、前記広角方向での前記レドーム部材のより大きい一定値である厚さと、の間で段差状に変化する
   ことを特徴とする平面アンテナ装置。
2. 前記アンテナ基板と前記レドーム部材との間の距離は、
   前記アンテナ基板と前記レドーム部材との間のビームの反復反射に起因する、前記平面アンテナ素子のビーム指向性のリップルがほぼ発生しないように、設定されている
   ことを特徴とする、請求項１に記載の平面アンテナ装置。
3. 複数の平面アンテナ素子が自由空間での各々の平面アンテナ素子の励振波長の１／２より広い間隔でアレイ状に形成されるアンテナ基板と、
   前記複数の平面アンテナ素子を覆うレドーム部材と、
   を備える平面アンテナ装置であって、
   前記レドーム部材の厚さは、
   前記各々の平面アンテナ素子から前記レドーム部材への所定入射角方向より狭角方向では、前記レドーム部材での前記各々の平面アンテナ素子の励振波長の約１／２又は約１／４である一定値であり、
   前記各々の平面アンテナ素子から前記レドーム部材への前記所定入射角方向より広角方向では、前記広角方向中の所定広角方向での前記レドーム部材のビーム透過率がほぼ最適化されるように、前記狭角方向での前記レドーム部材の厚さより大きい一定値に設定されており、
   前記狭角方向での前記レドーム部材のより小さい一定値である厚さと、前記広角方向での前記レドーム部材のより大きい一定値である厚さと、の間で段差状に変化する
   ことを特徴とする平面アンテナ装置。
4. 前記アンテナ基板と前記レドーム部材との間の距離は、
   前記アンテナ基板と前記レドーム部材との間のビームの反復反射に起因する、前記各々の平面アンテナ素子のビーム指向性のリップルがほぼ発生しないように、且つ、前記各々の平面アンテナ素子の間のアイソレーションがほぼ達成されるように、設定されている
   ことを特徴とする、請求項３に記載の平面アンテナ装置。
5. 複数の平面アンテナ素子が自由空間での各々の平面アンテナ素子の励振波長の約１／２である間隔でアレイ状に形成されるアンテナ基板と、
   前記複数の平面アンテナ素子を覆うレドーム部材と、
   を備える平面アンテナ装置であって、
   前記レドーム部材の厚さは、
   前記複数の平面アンテナ素子の全体が占める領域の外側方向且つ両端の平面アンテナ素子から前記レドーム部材への所定入射角方向より狭角方向では、前記レドーム部材での前記両端の平面アンテナ素子の励振波長の約１／２又は約１／４である一定値であり、
   前記複数の平面アンテナ素子の全体が占める領域の前記外側方向且つ前記両端の平面アンテナ素子から前記レドーム部材への前記所定入射角方向より広角方向では、前記広角方向中の所定広角方向での前記レドーム部材のビーム透過率がほぼ最適化されるように、前記外側方向且つ前記狭角方向での前記レドーム部材の厚さより大きい一定値に設定されており、
   前記複数の平面アンテナ素子の全体が占める領域の内側方向では、前記外側方向且つ前記狭角方向での前記レドーム部材の厚さと等しい一定値であり、
   前記外側方向且つ前記狭角方向での前記レドーム部材のより小さい一定値である厚さと、前記外側方向且つ前記広角方向での前記レドーム部材のより大きい一定値である厚さと、の間で段差状に変化する
   ことを特徴とする平面アンテナ装置。
6. 前記アンテナ基板と前記レドーム部材との間の距離は、
   前記アンテナ基板と前記レドーム部材との間のビームの反復反射に起因する、前記各々の平面アンテナ素子のビーム指向性のリップルがほぼ発生しないように、設定されている
   ことを特徴とする、請求項５に記載の平面アンテナ装置。

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