JP6925153B2 - トリプレート型平面アンテナ - Google Patents

Description

本発明は、マイクロ波帯・ミリ波帯の送受信に用いられるトリプレート型平面アンテナの高利得化に関する。

１０ＧＨｚ帯以上のマイクロ波帯やミリ波帯において無線伝送が行われる衛星通信、地上通信およびＦＷＡ(Fixed Wireless Access System)では、多数のパッチアンテナのアレイからなる平面アンテナが多く採用されている。これらのパッチアンテナに対する給電路は、構造が単純であって低コストで精度よく並列給電の実現が可能であり、しかも、利得および効率が高く確保可能なトリプレート線路として形成される。このような平面アンテナの一例としては、フレキシブル基板を発泡材とアルミ板で挟んだ構造のトリプレート（給電）線路を用いたトリプレート型平面アンテナがあり、偏波専用アンテナと偏波共用アンテナとがある。

図５は、偏波専用アンテナとして構成された従来におけるトリプレート型平面アンテナの一例を示す図である。このようなトリプレート型平面アンテナは、グランド板４１、発泡シート（誘電体）４２−1、フレキシブル基板４３、発泡シート４２−２およびスロット板４４から構成される。フレキシブル基板４３には、格子状に配置された矩形のパッチアンテナ４３Ａ_１，１〜４３Ａ_ｍ，ｎのアレイに併せて、これらのパッチアンテナに対するトーナメント給電を実現する給電路４３Ｆが回路パターンとして形成される。
スロット板４４は、上記パッチアンテナ４３Ａ_１，１〜４３Ａ_ｍ，ｎに個別に対応する部位において格子状のスロット開口４４Ｓ_１，１〜４４Ｓ_ｍ，ｎが形成され、これらの部位以外の全面にはプレーンアースパターンが形成される。

図６は、図５に示すトリプレート型平面アンテナのフレキシブル基板４３を平面視した場合の図である。このような１枚のフレキシブル基板４３上において、上記パッチアンテナ４３Ａ_１，１〜４３Ａ _ｍ，ｎで囲まれた所定の部位に、トリプレート線路−導波管変換器（１ポートトリプレート線路−導波管変換器、以下、単に「変換器」という。）４３Ｃが配置される。さらに、フレキシブル基板４３上には、上記変換器４３Ｃを構成する導波管４３Ｃ_ＷＣの側壁から管内に挿入されたプローブ４３ＣＰに一端が連なり、かつ既述のトーナメント給電を実現する給電路４３Ｆの母線４３ＦＭに他端が連なる幹線路４３Ｂが形成される。プローブ４３ＣＰは、図示されない送信機によって出力され、かつ導波管４３Ｃ_ＷＣの管内を伝搬する基本モードの電磁界として引き渡された送信波を「トリプレート線路の電磁界」に変換する。

このようにしてトリプレート型平面アンテナにおいて最終的に合成された給電路の端部（プローブ）と送信機側の信号処理回路とが接続される。

図７は、偏波共用アンテナとして構成された従来におけるトリプレート型平面アンテナの一例を示す図である。このようなトリプレート型平面アンテナは、下面側から上面側に向かう順に、グランド板５１、発泡シート５２、フレキシブル基板５３、発泡シート６２、スロット板６３、発泡シート７２、フレキシブル基板７３、発泡シート８２、スロット板８３が重ね合わされて構成される。
フレキシブル基板５３には、給電路５３Ｆに接続される複数のパッチアンテナ５３Ａ_１，１〜５３Ａ_ｍ，ｎが設けられる。フレキシブル基板５３には、格子状に配置された矩形のパッチアンテナ５３Ａ_１，１〜５３Ａ_ｍ，ｎのアレイに併せて、これらのパッチアンテナに対するトーナメント給電を実現する給電路５３Ｆが回路パターンとして形成される。
スロット板６３は、上記パッチアンテナ５３Ａ_１，１〜５３Ａ_ｍ，ｎに個別に対応する部位において、２つの矩形が１組として構成されたスロット開口６３Ｓ_１，１〜６３Ｓ_ｍ，ｎが形成され、これらの部位以外の全面にはプレーンアースパターンが形成される。

フレキシブル基板７３には、格子状に配置された矩形のパッチアンテナ７３Ａ_１，１〜７３Ａ_ｍ，ｎのアレイに併せて、これらのパッチアンテナに対するトーナメント給電を実現する給電路７３Ｆが回路パターンとして形成される。
スロット板８３は、上記パッチアンテナ７３Ａ_１，１〜７３Ａ_ｍ，ｎに個別に対応する部位において格子状のスロット開口８３Ｓ_１，１〜８３Ｓ_ｍ，ｎが形成され、これらの部位以外の全面にはプレーンアースパターンが形成される。

このようなトリプレート型平面アンテナとしては、例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３に記載されたものがある。
また、このような構造のトリプレート型平面アンテナにおけるトリプレート線路は、通常のリジッド基板を用いたマイクロストリップ線路に比べ大幅に線路損失が小さいため、アンテナ面積を大きくしてもアンテナ効率低下が少ないというメリットを持つ。そのため、アンテナ面積を大きくすることにより高利得の平面アンテナが実現できる可能性がある。

特開２０１１−１４２５１４号公報 特開２０１２−１７５５４１号公報 特開２０１５−００２４９１号公報

しかしながら、平面アンテナのアンテナ面積を大きくする場合、ボトルネックとなるのは、フレキシブル基板材料の幅である。フレキシブル基板材料は、通常ロール形状で生産されており、そのロールの幅は概ね５００ｍｍが最大である。そのため、５００ｍｍを大幅に超える幅のフレキシブル基板材料の生産をしようとすると、生産設備を含め大幅な設計変更が必要であるため困難である。

また、平面アンテナの給電回路は、例えば図６に示すように、フレキシブル基板の銅箔がアンテナ給電点である変換器４３Ｃから放射状に伸びており、その銅箔部分の途中で切断することができない。そのため、複数枚のフレキシブル基板を並べて直接接合する加工を行なうことが困難であるため、複数枚を合成して面積を拡大することは難しい。

そこで、複数枚のフレキシブル基板を並べて合成する従来方法として、例えば、図８に示すように、２つのフレキシブル基板を並べ、それぞれを合成したトリプレート型平面アンテナがある。
このようなトリプレート型平面アンテナは、２枚のフレキシブル基板（フレキシブル基板９３−１、フレキシブル基板９３−２）が並べられて配置される。フレキシブル基板９３−１の面上において、複数のパッチアンテナが並べられた領域の外側であって、フレキシブル基板９３−２に隣接する辺に対向する辺の近傍には、フレキシブル基板のアンテナ給電点である変換器(トリプレート線路−導波管変換器）９３Ｃ_ａが設けられる。一方、フレキシブル基板９３−２の面上において、複数のパッチアンテナが並べられた領域の外側であって、フレキシブル基板９３−１に隣接する辺に対向する辺の近傍には、フレキシブル基板のアンテナ給電点である変換器(トリプレート線路−導波管変換器）９３Ｃ_ｂが設けられる。そして、これらの変換器９３Ｃ_ａ、変換器９３Ｃ_ｂは、導波管分配器９３−５によって接続される。

しかしながら、導波管分配器は、導波管の複数の経路に応じた形状となるように設計し、その設計に合せてアルミ材を形成して、導波管どうしをロウ付けする必要があるため、高コストであり、また、導波管分配器を設けることからアンテナ全体の重量が増加してしまい、また、厚みも増大してしまう問題がある。
そのためトリプレート型平面アンテナにおいて、複数の給電点間を導波管接続することなしに、従来より大きな面積の平面アンテナを実現すること、つまり従来より高利得の平面アンテナを実現することが課題である。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、その目的は、複数の給電点間を導波管接続することなく、高利得のトリプレート型平面アンテナを提供することにある。

上述した課題を解決するために、本発明は、複数のパッチアンテナが給電路で接続された複数のフレキシブル基板のうちの１のフレキシブル基板である第１フレキシブル基板と、前記第１フレキシブル基板とは異なる前記フレキシブル基板であり、前記第１フレキシブル基板に並べて配置される第２フレキシブル基板と、前記第１フレキシブル基板に設けられ前記給電路に接続された第１プローブと前記第２フレキシブル基板に設けられ前記給電路に接続された第２プローブとを内周側に含むようにして、前記第１フレキシブル基板と前記第２フレキシブル基板とに取り付けられ、１つの給電点から前記第１フレキシブル基板と前記第２フレキシブル基板とのそれぞれのプローブに給電する導波管とを有する。

また、本発明は、上述のトリプレート型平面アンテナにおいて、前記第１フレキシブル基板と前記第２フレキシブル基板は、所定の間隔を開けて配置されている。

また、本発明は、上述のトリプレート型平面アンテナにおいて、前記第１プローブと前記第２プローブは、互いに対向する位置となるように前記フレキシブル基板の端部近傍に配置される。

また、本発明は、上述のトリプレート型平面アンテナにおいて、前記第１フレキシブル基板と前記第２フレキシブル基板は、互いに線対称の関係となるように配置されており、前記第１プローブと前記第２プローブの形状は、前記線対称の軸を基準として線対称の関係である。

また、本発明は、上述のトリプレート型平面アンテナにおいて、前記複数のフレキシブル基板のうち、前記第１フレキシブル基板及び前記第２フレキシブル基板とは異なる第３フレキシブル基板と前記第３フレキシブル基板とは異なる第４フレキシブル基板とを有し、前記第１フレキシブル基板、前記第２フレキシブル基板、第３フレキシブル基板、及び前記第４フレキシブル基板は、縦方向に２つ、横方向に２つとなるように並べられており、前記導波管は、前記第１プローブ、前記第２プローブ、前記第３フレキシブル基板に設けられ前記給電路に接続された第３プローブ、および前記第４フレキシブル基板に設けられ前記給電路に接続された第４プローブ、を内周側に含むように前記第１フレキシブル基板、前記第２フレキシブル基板、第３フレキシブル基板及び前記第４フレキシブル基板に取り付けられる。

以上説明したように、この発明によれば、複数のフレキシブル基板のそれぞれのプローブが並べられ、同じ導波管の内周側に収容されるので、導波管の分配管を用いることなく、複数のフレキシブル基板を並べて配置し合成することができる。これにより、コストアップや、重量アップを抑えて、平面アンテナの幅を拡大することができ、また、平面アンテ全体としての面積を従来に比べて拡大することができ、アンテナとしての利得を向上させることができる。

この発明の一実施形態によるトリプレート型平面アンテナのフレキシブル基板の構成を示す概略構成図である。 トリプレート型平面アンテナ１００の斜視分解図である。 図１におけるトリプレート型平面アンテナ１００の符号Ａに示す領域における構成を説明する図である。 第２実施形態におけるトリプレート型平面アンテナ１５０の斜視分解図である。 偏波専用アンテナとして構成された従来におけるトリプレート型平面アンテナの一例を示す図である。 図５に示すトリプレート型平面アンテナのフレキシブル基板４３を平面視した場合の図である。 偏波共用アンテナとして構成された従来におけるトリプレート型平面アンテナの一例を示す図である。 ２つのフレキシブル基板を並べ、それぞれを合成したトリプレート型平面アンテナの一例を表す図である。

以下、本発明の第１実施形態によるトリプレート型平面アンテナについて図面を参照して説明する。第１実施形態におけるトリプレート型平面アンテナは、上りリンクと下りリンクとで共通の偏波で無線伝送とを形成する偏波専用タイプであるトリプレート型平面アンテナを一例として説明する。
図１は、この発明の一実施形態によるトリプレート型平面アンテナのフレキシブル基板の構成を示す概略構成図である。トリプレート型平面アンテナには、フレキシブル基板４ａ（例えば第１フレキシブル基板）とフレキシブル基板４ｂ（例えば第２フレキシブル基板）とを含んで構成され、フレキシブル基板４ａとフレキシブル基板４ｂは、並べられて配置される。このフレキシブル基板４ａとフレキシブル基板４ｂの形状は、それぞれ、長尺状の矩形状である。フレキシブル基板４ａとフレキシブル基板４ｂは、それぞれ長手方向において略平行となるように並べられており、対向する辺どうしは、間隔が距離Ｌであるギャップ１３を有するように配置される。またフレキシブル基板４ａとフレキシブル基板４ｂは、線対称の関係となる位置に配置される。

ここで、フレキシブル基板４ａとフレキシブル基板４ｂとについて、長手方向は、フレキシブル基板材料の長さ方向に対応しており、短手方向はフレキシブル基板の幅方向に対応している。そのため、フレキシブル基板４ａとフレキシブル基板４ｂとについて、幅方向に２つ並ぶように配置して合成（詳細は後述する）することで、フレキシブル基板材料の幅を変更せずに、幅方向のサイズを拡大し、アンテナ全体としてサイズを拡大することができる。

フレキシブル基板４ａとフレキシブル基板４ｂとは、フレキシブル基板４ａとフレキシブル基板４ｂとの間の軸を基準として、互いに線対称の関係となるような形状及びサイズとされ、配置されている。
なお、フレキシブル基板４ａとフレキシブル基板４ｂは、長手方向に沿って平行となるように配置される場合について図示されているが、短手方向に沿って平行となるように配置されていてもよい。

フレキシブル基板４ａには、矩形のパッチアンテナ６ａが略格子状となるように複数配置されており、それぞれのパッチアンテナ６ａのアレイに併せて、これらのパッチアンテナ６ａに対するトーナメント給電を実現するように各パッチアンテナ６ａに接続される給電路５ａが回路パターンとして形成される。
フレキシブル基板４ｂには、矩形のパッチアンテナ６ｂが略格子状となるように複数配置されており、それぞれのパッチアンテナ６ｂのアレイに併せて、これらのパッチアンテナ６ｂに対するトーナメント給電を実現するように各パッチアンテナ６ｂに接続される給電路５ｂが回路パターンとして形成される。
フレキシブル基板４ａのパッチアンテナ６ａとフレキシブル基板４ｂのパッチアンテナ６ｂ、フレキシブル基板４ａの給電路５ａとフレキシブル基板４ｂの給電路５ｂについても、それぞれ、線対称の関係となるように配置または形成されている。
２ポートトリプレート線路−導波管変換器（以下、単に「変換器」という。）１０は、フレキシブル基板４ａのプローブとフレキシブル基板４ｂのプローブとが内周側に収まるようにされつつ、フレキシブル基板４ａとフレキシブル基板４ｂに対して跨がるようにして設けられる。変換器１０が配置される位置の周辺を含む領域（符号Ａ）については、図３を用いて後に説明する。

図２は、トリプレート型平面アンテナ１００の斜視分解図である。
この図において、トリプレート型平面アンテナ１００は、グランド板１、発泡シート２Ａ、フレキシブル基板（フレキシブル基板４ａとフレキシブル基板４ｂ）、発泡シート２Ｂおよびスロット板３が積層され、オフセット板１７、ショート板１８、第１スペーサ部材２２ａ１，２２ｂ１、第２スペーサ部材２２ａ２,２２ｂ２、及び導波管フランジ２０を含んで構成される。
グランド板１には、その上面側における対応する位置に、プレーンアースに相当するパターンとしてスロット板３が配置される。このグランド板１は、いわゆる地導体として機能するものであり、軽量かつ安価であることから、例えばアルミの板が用いられる。

発泡シート２Ａ、２Ｂは、フレキシブル基板（フレキシブル基板４ａ及びフレキシブル基板４ｂ）をその両面（上面側及び下面側）から挟むように配置され、クッション材、断熱材および誘電体として機能する。
発泡シート２Ａ、２Ｂのオフセット板１７に対応する位置には、オフセット板１７の外周の形状と同じ形状の開口部１Ａ、３Ａがそれぞれ設けられる。それらの開口には、それぞれ、スペーサ部材が挿嵌される。より具体的に、発泡シート２Ａの開口部には、第１スペーサ部材２２ａ１と第２スペーサ部材２２ａ２が挿嵌される。この第１スペーサ部材２２ａ１と第２スペーサ部材２２ａ２の厚みは、発泡シート２Ａと同じ厚みである。したがって、第１スペーサ部材２２ａ１と第２スペーサ部材２２ａ２を発泡シート２Ａに挿嵌しても、発泡シート２Ａの第１主面、第２主面（例えば表面、裏面）よりも厚み方向において外側に第１スペーサ部材２２ａ１と第２スペーサ部材２２ａ２とがはみ出ないようになっている。
また、発泡シート２Ｂの開口部には、第１スペーサ部材２２ｂ１と第２スペーサ部材２２ｂ２が挿嵌される。この第１スペーサ部材２２ｂ１と第２スペーサ部材２２ｂ２の厚みは、発泡シート２Ｂと同じ厚みである。したがって、第１スペーサ部材２２ｂ１と第２スペーサ部材２２ｂ２を発泡シート２Ｂに挿嵌しても、発泡シート２Ｂの１第１主面、第２主面（例えば表面、裏面）よりも厚み方向において外側に第１スペーサ部材２２ｂ１と第２スペーサ部材２２ｂ２とがはみ出ないようになっている。

フレキシブル基板４ａ、フレキシブル基板４ｂは、図１と同様に、同一平面上においてギャップ１３を有するように所定の間隔で離間して並べられ、上述のように、一方の主面側（例えば上面側）に発泡シート２Ｂ、他方の主面側（例えば下面側）に発泡シート２Ａが接するようにして上面側と下面側とから挟まれる。また、フレキシブル基板４ａ、フレキシブル基板４ｂには、それぞれ、パッチアンテナ（例えばここではパッチアンテナ６ｂ）、給電路（例えばここでは給電路５ｂ）、プローブ、銅箔パターン等が形成される。

スロット板３は、その頂面の内、上記パッチアンテナに個別に対応する部位には格子状のスロット開口７がそれぞれ形成されるとともに、フレキシブル基板４ａ及びフレキシブル基板４ｂのそれぞれの銅箔パターンを含むようにした１つの領域に対応する部位に開口部３Ａが形成され、これらの部位以外の全面にプレーンアースパターンが形成される。開口部３Ａは、オフセット板１７、ショート板１８、導波管フランジ２０等の取り付けが行なわれた際に、オフセット板１７の開口部の位置と導波管フランジ２０の開口部の位置とが概ね一致するようになっている。すなわち、開口部３Ａの形状は、オフセット板１７の開口部の形状に対応した形状となっており、トリプレート型平面アンテナ１００として組立てられたときに、導波管形状を構成する一部となる。

オフセット板１７は、内周側に導波管の内周の形状と略同一形状（略矩形状）の開口部が設けられ、外周の形状は、銅箔パターン１６ａ１、１６ｂ１、１６ａ２、１６ｂ２の外周側をつなぐようにした形状（例えば八角形）となっている。オフセット板１７は、例えば、アルミが用いられる。
ショート板１８は、外周側がオフセット板１７の外周の形状と略同一の形状となっており、オフセット板１７の上面側に取り付けられる。ショート板１８、オフセット板１７には、ねじ孔が設けられており（図示略）、ショート板１８の上面側からねじを挿入することで、ショート板１８と導波管フランジ２０との間に、各部材を挟持するようになっている。このショート板１８は、例えばアルミが用いられる。
導波管フランジ２０は、他端が図示されない無線機に接続される矩形状の導波管の一端に形成される。この導波管フランジ２０は、導波管の一部として形成されていてもよいし、導波管とトリプレート型平面アンテナ１００との間に設けられる別の部材として構成されていてもよい。この導波管フランジ２０は、例えばアルミが用いられる。また、導波管フランジ２０には、複数のガイドピン２１が設けられている。このガイドピン２１は、グランド板１、発泡シート２Ａ、フレキシブル基板（フレキシブル基板４ａとフレキシブル基板４ｂ）、発泡シート２Ｂ、スロット板３、オフセット板１７、ショート板１８、第１スペーサ部材２２ａ１,２２ｂ１、第２スペーサ部材２２ａ２,２２ｂ２にそれぞれ設けられた複数のガイドピン孔に対応して挿入される。これにより、各部位のそれぞれについて、位置決めすることができる。また、ここでは図示されていないが、ガイドピン２１と同様に、各部のガイドピン孔近傍には、ねじ孔が設けられており、ねじが、ショート板１８の上面側から各部位のねじ孔に挿通されて導波管フランジ２０に対して螺合される。

図３は、図１におけるフレキシブル基板４ａの一部とフレキシブル基板４ｂの一部とを含む領域であって符号Ａに示す領域における構成を説明するための拡大図である。図３（ａ）は、トリプレート型平面アンテナ１００の一部を平面視した場合を表す平面図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）における線Ａ−Ａ’で示す位置の断面であって、導波管フランジ２０等が取り付けられた場合を示す断面図である。図３（ａ）、図３（ｂ）において、図１に対応する部分については同じ符号を付し、その説明を省略する。

図３（ａ）において、フレキシブル基板４ａの給電路５ａとフレキシブル基板４ｂの給電路５ｂは、同一直線上に沿うようにして配置され、それぞれ、対向する位置に向かうように配置されている。給電路５ａの端部には、プローブ５ａ１が設けられる。このプローブ５ａ１は、略短冊状に形成され、その長手方向がフレキシブル基板４ａの端部のうちギャップ１３構成する端部と平行方向に沿うように配置され、給電路５ａに接続される。ここでは、一例として、プローブ５ａ１は、その長手方向における略中央の位置において、フレキシブル基板４ａの短手方向に延びるように配置された給電路５ａに対して互いに直交するようにして接続されている。プローブ５ａ１の端部から給電路５ａまでの距離はＬ２であり、プローブ５ａ１の給電路５ａに接続される側部（長手方向における一辺）と、この側部に対向する銅箔パターンまでの距離はＬ１である。そして、Ｌ１とＬ２とを合せた長さＬ（＝Ｌ１＋Ｌ２）は、λ／４であることが好ましい。

フレキシブル基板４ｂは、フレキシブル基板４ａに対し、直線Ｂに示す軸を基準として線対称の関係となるようにして、給電路５ｂとプローブ５ｂ１が配置される。直線Ｂは、フレキシブル基板４ａとフレキシブル基板４ｂとの間にある仮想的な直線である。すなわち、フレキシブル基板４ｂにおけるプローブ５ｂ１については、プローブ５ａ１と略同一の形状で形成されており、フレキシブル基板４ａのギャップ１３に向かう端部からプローブ５ａ１までの距離と、フレキシブル基板４ｂのギャップ１３に向かう端部からプローブ５ｂ１までの距離とが同一となるような位置に配置されており、プローブ５ｂ１の上端部及び下端部は、プローブ５ａ１の上端部及び下端部との位置がそれぞれ一致するような配置となっている。プローブ５ａ１とプローブ５ｂ１は、長手方向において平行となる位置であり、お互いに対向する位置となるように配置されている。また、プローブ５ｂ１は、その長手方向における略中央の位置において、フレキシブル基板４ｂの短手方向に延びるように配置された給電路５ｂに対して互いに直交するようにして接続されている。
プローブ５ａ１、プローブ５ｂ１は、それぞれ、Ｔ型のアンテナとして機能するように、先端部が給電路（５ａまたは５ｂ）に対してＴ字状に分岐している。このプローブ５ａ１、プローブ５ｂ１は、Ｔ型ではなく、Ｌ型、または３つ以上に分岐していてもよい。このように、プローブ５ａ１、プローブ５ｂ１の形状をＬ型、３つ以上に分岐する形状に構成した場合には、Ｔ型の形状にした場合と同様に、直線Ｂに示す軸を基準として線対称の関係となるように構成される。

そして、フレキシブル基板４ａとフレキシブル基板４ｂの長手方向に沿う軸であってフレキシブル基板４ａとフレキシブル基板４ｂとの間の位置にある軸Ｂを基準とした場合には、フレキシブル基板４ａ及びフレキシブル基板４ｂ、プローブ５ａ１及びプローブ５ｂ１、給電路５ａ及び給電路５ｂが線対称の関係となるように配置されている。これにより、矩形状の導波管と２つのトリプレート線路との間における位相が逆相の信号の引き渡しが、プローブ５ａ１とプローブ５ｂ１とに対して並行して実現される。また、フレキシブル基板４ａとフレキシブル基板４ｂとで線対称となるように構成されているため、フレキシブル基板４ａとフレキシブル基板４ｂとの間において、お互いに位相差や引き渡される信号強度の誤差を低減することができる。

変換器１０は、フレキシブル基板４ａ及びフレキシブル基板４ｂの面上において、これらフレキシブル基板に設けられた各パッチアンテナで囲まれるような所定の部位に配置される。この変換器１０は、導波管と、プローブ５ａ１及びプローブ５ｂ１との間において、電磁波と電気エネルギーとの変換を行なうことで、導波管とプローブとを接続する。このプローブ５ａ１、プローブ５ｂ１は、同一の導波管の側壁から管内に挿入されるようにして配置されており、導波管からの電磁界を電気エネルギーに変換して給電路５ａ、給電路５ｂに伝達する。すなわち、変換器１０は、２つのポート（プローブ５ａ１、プローブ５ｂ１）を収容する。このように、変換器１０が２つのポートを収容することで、フレキシブル基板４ａとフレキシブル基板４ｂとを１つの平面アンテナとして合成することができる。

また、フレキシブル基板４ａにおいて、ギャップ１３に向かう端部近傍には、給電路５ａを一方側と他方側から挟むように、銅箔パターン１６ａ１と銅箔パターン１６ａ２が配置される。フレキシブル基板４ｂにおいて、ギャップ１３に向かう端部近傍には、給電路５ｂを一方側と他方側から挟むように、銅箔パターン１６ｂ１と銅箔パターン１６ｂ２が配置される。これら銅箔パターン１６ａ１、１６ａ２、１６ｂ１、１６ｂ２は、給電路５ａ及び給電路５ｂには接しない形状であって、フレキシブル基板４ａ、フレキシブル基板４ｂに接続される導波管の接続面に対応した形状となるように構成される。
この銅箔パターン１６ａ１、１６ａ２、１６ｂ１、１６ｂ２は、電気的な特性としては寄与しないが、設けておくことで、導波管とフレキシブル基板４ａ、フレキシブル基板４ｂとの接触面において破損しないように補強することができる。また、銅箔パターンとして形成するため、フレキシブル基板４ａ、フレキシブル基板４ｂに、給電路５ａ、給電路５ｂのパターンを形成する工程と同じ工程で形成することができる。

また、この銅箔パターン１６ａ１において、一端側は給電路５ａの近傍まで延びるように形成され、他端側は、フレキシブル基板４ａにおけるギャップ１３に向かう端部まで延びるように形成され、これにより、略Ｌ字状に形成される。また銅箔パターン１６ａ１は、一端側近傍にねじ孔１４ａ１が設けられ、他端側近傍にねじ孔１４ａ２が設けられ、中央側にはガイドピン孔１５ａ１が設けられる。

ねじ孔１４ａ１は、ギャップ１３に対向する銅箔パターン１６ａ１の端部から一定距離を離れた位置に設けられる。これにより、ねじ孔１４ａ１の全周において銅箔パターン１６ａ１が存在するように設けることができるので、ねじ孔１４ａ１の近傍においてもフレキシブル基板４ａの強度を高めることができ、フレキシブル基板４ａにねじ孔１４ａ１が設けられていたとしても、また、オフセット板１７や導波管フランジ２０等で挟持される場合であっても、フレキシブル基板４ａが破損してしまうことを低減させることができる。
ねじ孔１４ａ２は、給電路５ａに端部から一定距離を離れた位置に設けられる。

ガイドピン孔１５ａ１は、ガイドピンが挿通される。このガイドピンは、例えば図２に示すように導波管フランジ２０から延びるように設けられており、トリプレート型平面アンテナ１００として組立てられたときに、このガイドピン孔１５ａ１に挿通される。
また、ねじ孔１４ａ２、ガイドピン孔１５ａ１においても、ねじ孔１４ａ１と同様に、その孔の外周側の全周において銅箔パターン１６ａ１が存在するように設けられているため、孔による強度低下を防止することができる。

銅箔パターン１６ａ２は、給電路５ａの長手方向に沿った軸を基準として線対称の関係となるような形状で形成される。また、銅箔パターン１６ｂ１、銅箔パターン１６ｂ２は、直線Ｂを基準として銅箔パターン１６ａ１、銅箔パターン１６ａ２と線対称の関係となるような形状で形成される。そのため、銅箔パターン１６ａ２、銅箔パターン１６ｂ１、銅箔パターン１６ｂ２においては、銅箔パターン１６ａ１と同様に２つのねじ孔と１つのガイドピン孔が設けられる。

図３（ｂ）において、変換器１０の構成要素の内、導波管１２は、以下の要素から構成される。
導波管フランジ２０は、導波管に連結され、導波管フランジ２０の開口部は、その導波管の管内に連なっており、この開口部がグランド板１の該当する部位（プローブ５ａ１とプローブ５ｂ１とを内周側に収容する位置）に接触する状態で配置される。
グランド板１の上面（導波管フランジ２０が接触する面とは反対側の主面）には、発泡シート２Ａが重ねて配置され、発泡シート２Ａには、フレキシブル基板４ａとフレキシブル基板４ｂが重ねて配置され、フレキシブル基板４ａとフレキシブル基板４ｂには、発泡シート２Ｂ、スロット板３が重ねて配置される。

ここで、図３には図示されていないが、第１スペーサ部材２２ａ１，２２ｂ１、第２スペーサ部材２２ａ２,２２ｂ２が設けられる。第１スペーサ部材２２ａ１，２２ｂ１は、銅箔パターン１６ａ１と銅箔パターン１６ｂ１の形状に対応する領域であって、かつ、銅箔パターン１６ａ１と銅箔パターン１６ｂ１との間のギャップ１３に相当する位置において連なるように形成される。この第１スペーサ部材２２ａ１は、発泡シート２Ａの貫通部の貫通口に挿嵌され、グランド板１とフレキシブル基板４とに挟まれるようにして設けられる。第１スペーサ部材２２ｂ１は、発泡シート２Ｂの貫通部の貫通口に挿嵌され、フレキシブル基板４とスロット板３とに挟まれるようにして設けられる。
第２スペーサ部材２２ａ２,２２ｂ２は、銅箔パターン１６ａ２と銅箔パターン１６ｂ２の形状に対応する領域であって、かつ、銅箔パターン１６ａ１と銅箔パターン１６ｂ１との間のギャップ１３に相当する位置において連なるように形成される。この第２スペーサ部材２２ａ２は、発泡シート２Ａの貫通部の貫通口に挿嵌され、グランド板１とフレキシブル基板４とに挟まれるようにして設けられる。この第２スペーサ部材２２ｂ２は、発泡シート２Ｂの貫通部の貫通口に挿嵌され、フレキシブル基板４とスロット板３とに挟まれるようにして設けられる。
この第１スペーサ部材２２ａ１，２２ｂ１と第２スペーサ部材２２ａ２,２２ｂ２としては、例えばアルミが用いられる。このようにすることで、第１スペーサ部材２２ａ１，２２ｂ１と第２スペーサ部材２２ａ２,２２ｂ２との間において、プローブ５ａ１が導波管１２内に挿入されるとともに、プローブ５ｂ１が導波管１２内に挿入される。このようにして、２つのフレキシブル基板４ａ、フレキシブル基板４ｂであっても、同じ導波管から給電を受けることができる。また、プローブ５ａ１とプローブ５ｂ１は、線対称の関係となるように配置されており、また、プローブ５ａ１とプローブ５ｂ１が線対称の関係となる軸を基準として線対称となるように導波管も配置されるため、導波管から給電を受けるエネルギーとしては、ほぼ同一のエネルギーがプローブ５ａ１とプローブ５ｂ１とに供給される。

オフセット板１７は、スロット板３の開口部と略同一の形状の開口部を有し、このスロット板３の開口部に対応する位置にオフセット板１７の開口部が配置されるように、スロット板３に重ねられる。これにより、導波管フランジ２０の開口部の内周側がオフセット板１７の開口部まで連なるように形成されることで、導波管の管内がオフセット板１７まで延長される。

ショート板１８は、オフセット板１７の上面（スロット板３に接する面とは反対側の主面）に配置され、複数のねじ１９によってオフセット板１７に取り付けられる。また、ショート板１８には、ガイドピン孔が設けられており、ガイドピンがショート板１８、オフセット板１７、スロット板３、発泡シート２Ｂ、スペーサ部材（第１スペーサ部材、第２スペーサ部材）、フレキシブル基板（フレキシブル基板４ａ、フレキシブル基板４ｂ）、発泡シート２Ａを貫通して導波管フランジ２０に到達するようにして取り付けられる。

ここで、グランド板１、スペーサ部材（第１スペーサ部材、第２スペーサ部材）、フレキシブル基板（フレキシブル基板４ａ、フレキシブル基板４ｂ）、スロット板３、オフセット板１７、ショート板１８には、ねじ１９が挿通し、ねじ１９の側壁に安定に接触する寸法および形状の（内壁を有する）孔が予め設けられている。

ねじ１９は、導波管フランジ２０に形成されたねじ孔に螺合することにより、その導波管フランジ２０とショート板１８との間に、グランド板１、スペーサ部材（第１スペーサ部材、第２スペーサ部材）、フレキシブル基板（フレキシブル基板４ａ、フレキシブル基板４ｂ）、スロット板３およびオフセット板１７を挟持する。

上述のように構成されることで、導波管１２は、導波管フランジ２０の内周側、グランド板１の開口部の内周側の側面、第１スペーサ部材及び第２スペーサ部材の内周側の側面、オフセット板１７の内周側の側面、ショート板１８の導波管に向かう面のうちオフセット板１７の内周側の側面の内部側に該当する領域、が一体として導波管の内周側を構成する。すなわち、導波管フランジ２０に対して送信機側に接続される導波管がショート板１８側に対して導波路として延長されている。このようにして導波管１２は、プローブ５ａ１とプローブ５ｂ１とを内周側に含むようにして、フレキシブル基板４ａとフレキシブル基板４ｂとに対して、グランド板１、発泡シート２Ａ、を介して取り付けられる。

変換器１０は、プローブ５ａ１とプローブ５ｂ１との２つのポートを内周側に含むように収容しており、導波管からの電磁界を電気エネルギーに変換して給電路５ａ、給電路５ｂのそれぞれに伝達する。ここでは、変換器１０は、プローブ５ａ１がフレキシブル基板４ａに設けられ、プローブ５ｂ１がフレキシブル基板４ｂに設けられているため、異なる複数のフレキシブル基板であっても、それぞれのフレキシブル基板のプローブを収容することで、別のフレキシブル基板において１つの変換器１０を共有することで、全体として１つのトリプレート型平面アンテナを構成することができる。これにより、１つのフレキシブル基板のサイズ（例えば幅方向にサイズ）を変更することなく、従来のフレキシブル基板を利用し、トリプレート型平面アンテナの全体としてのサイズを拡大することができる。

本実施形態では、図３に示すとおり、変換器１０を用い、その変換器１０の中央でフレキシブル基板（４ａ、４ｂ）の間にギャップ１３を設けることにより、図１のようにトリプレート型平面アンテナ１００の幅方向における中央の線を基準としてフレキシブル基板２枚を合成することができる。

このように、本実施形態におけるトリプレート型平面アンテナにおいて、例えば、幅が500mmであるフレキシブル基板を用いる場合、給電点間を導波管によって接続することなく２枚のフレキシブル基板を並べて配置し、変換器（２ポートトリプレート線路−導波管変換器）を用いて合成することができるので、導波管分配器等を用いる必要がなくなり、従来からの大幅なコストアップ、重量アップをすることなく、平面アンテナの幅を従来の500mmから２倍の1000mmまで拡大することができる。つまり従来の約２倍の面積の平面アンテナを実現でき、利得を約3dB増大することができる。

次に、第２実施形態について説明する。
図１から図３の第１実施形態では、偏波専用タイプのトリプレート型平面アンテナ１００について説明したが、第２実施形態では、上層、下層それぞれ別々の２個の２ポートトリプレート線路−導波管変換器を用いて、それぞれ２枚のフレキシブル基板をアンテナ中央付近で接続し合成する場合について説明する。
図４は、第２実施形態におけるトリプレート型平面アンテナ１５０の斜視分解図である。第２実施形態におけるトリプレート型平面アンテナ１５０は、上りリンクと下りリンクとで互いに直交する偏波で形成する偏波共用タイプであるトリプレート型平面アンテナ１５０である場合について説明する。この図において、図２に対応する部分について同一の符号を付し、その説明を省略する。

第１の偏波に対応するアンテナを形成するフレキシブル基板（４ａ１、４ｂ１）は、第２の偏波に対応するアンテナを形成するフレキシブル基板（４ａ２、４ｂ２）に対してスロット板３２、発泡シート２Ａ,２Ｃを挟むようにして重ねて配置される。
フレキシブル基板４ａ１、フレキシブル基板４ｂ１は、第１実施形態におけるフレキシブル基板４ａ、フレキシブル基板４ｂと機能的には同等であるが、フレキシブル基板４ａ２、フレキシブル基板４ｂ２と重ねられた場合における、フレキシブル基板４ａ２とフレキシブル基板４ｂ２の変換器１０２に対応する領域については切り欠きが設けられており、これら切り欠きが対向するように設けられていることで、１つの開口部４ｃ１を形成している。

フレキシブル基板４ａ２、フレキシブル基板４ｂ２は、第１実施形態におけるフレキシブル基板４ａ、フレキシブル基板４ｂと機能的には同等であるが、フレキシブル基板４ａ１、フレキシブル基板４ｂ１と重ねられた場合における、フレキシブル基板４ａ１とフレキシブル基板４ｂ１の変換器１０１に対応する領域については切り欠きが設けられており、これら切り欠きが対向するように設けられていることで、１つの開口部４ｃ２を形成している。

スロット板３１は、第１実施形態におけるスロット板３に対して更に開口部３１Ｂが設けられている。この開口部３１Ｂは、ギャップ１３が設けられる軸（例えば図３（ａ）の軸Ｂ）上であって開口部３１Ａには重ならない位置に設けられる。例えば、開口部３１Ｂは、ギャップ１３が設けられる軸（例えば図３（ａ）の軸Ｂ）において長手方向における中心の位置において、当該軸に直交する軸を基準として開口部３１Ａに対してお互いに線対称となるように配置される。
また、スロット板３２は、上述のスロット板３１と同様に、開口部３２Ａに加えて、開口部３２Ｂが設けられている。また、スロット板３２は、スロット板３１のスロット開口７に対応する位置にスロット開口３２Ｃが設けられている。このスロット開口３２Ｃは、スロット開口７をフレキシブル基板の長手方向に沿う方向に２つ並ぶように分割された領域となっている。
また、グランド板１１は、第１実施形態におけるグランド板１に対応する開口部１１Ａに対して更に開口部１１Ｂが設けられている。この開口部１１Ｂは、ギャップ１３が設けられる軸（例えば図３（ａ）の軸Ｂ）上であって開口部１１Ａには重ならない位置に設けられる。例えば、開口部１１Ｂは、ギャップ１３が設けられる軸（例えば図３（ａ）の軸Ｂ）において長手方向における中心の位置において、当該軸に直交する軸を基準として開口部１１Ａに対してお互いに線対称となるように配置される。

これにより、フレキシブル基板４ａ１のプローブとフレキシブル基板４ｂ１のプローブとが導波管の内周側に含まれるようにして、スロット板３１の開口部３１Ａに対応する位置において、ショート板１８と導波管フランジ２０とによって、オフセット板１７、スロット板３１、第１スペーサ部材２２ｂ１、第２スペーサ部材ｂ２、フレキシブル基板４ａ１、フレキシブル基板４ｂ１、第１スペーサ部材２２ａ１、第２スペーサ部材ａ２、スロット板３２、内部スペーサ部材２３ａ、グランド板１１が挟持されるように、ねじ（図示せず）によって取り付けられる。
また、同様に、フレキシブル基板４ａ２のプローブとフレキシブル基板４ｂ２のプローブとが導波管の内周側に含まれるようにして、スロット板３２の開口部３２Ｂに対応する位置において、ショート板１８と導波管フランジ２０とによって、オフセット板１７、スロット板３１、内部スペーサ部材２３ｂ、スロット板３２、第１スペーサ部材２２ｃ１、第２スペーサ部材２２ｃ２、フレキシブル基板４ａ２、フレキシブル基板４ｂ２、第１スペーサ部材２２ｄ１、第２スペーサ部材２２ｄ２、グランド板１１が挟持されるように、ねじ（図示せず）によって取り付けられる。

これにより、第２実施形態においては、偏波共用タイプであるトリプレート型平面アンテナ１５０においても、従来と同じ幅のフレキシブル基板を用いたとしても、トリプレート型平面アンテナ１５０全体として幅方向のサイズを拡大することができ、給電点間を導波管接続することなく、高利得のトリプレート型平面アンテナを提供することができる。

次に、第３実施形態について説明する。第１実施形態、第２実施形態において、１つの導波管の内周側に２つのプローブを収容する場合について説明したが、第３実施形態においては、４つのプローブを導波管の内周側に収容するようにしてもよい。この場合、第１から第４のフレキシブル基板を同一平面上に縦方向２列、横方向２列となるようにし、かつ、お互いのフレキシブル基板の間にギャップを有するように配置する。そして、導波管は、第１フレキシブル基板に設けられた第１プローブ、第２フレキシブル基板に設けられた第２プローブ、第３フレキシブル基板に設けられ前記給電路に接続された第３プローブ、第４フレキシブル基板に設けられ給電路に接続された第４プローブ、の４つのプローブを内周側に含むようにして、第１フレキシブル基板、第２フレキシブル基板、第３フレキシブル基板、第４フレキシブル基板の４つのフレキシブル基板に跨がるように取り付けられる。

これにより、縦方向（長さ方向）及び横方向（幅方向）の両方について１つのフレキシブル基板のサイズを拡大しない場合であっても、トリプレート型平面アンテナ全体としての面積を拡大することができ、複数の給電点間を導波管接続することなく、高利得のトリプレート型平面アンテナを得ることができる。

以上説明した実施形態において、同一平面上に並べられたフレキシブル基板どうしについて、ギャップを設けるようにして配置するようにしたので、フレキシブル基板どうしについて少なくとも一部が重なった状態で導波管が取り付けられることを防止することができる。これにより、複数枚のフレキシブル基板を平面上に並べるようにしても、異なるフレキシブル基板におけるそれぞれのプローブについて、高さ方向に対する配置誤差がなくなるため、配置誤差に基づくアンテナの利得が低下してしまうことを防止することができる。

以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態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設計等も含まれる。

１，１１，４１，５１ グランド板
２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ，４２−１,４２−２，５２，６２，７２，８２ 発泡シート
３，３１，３２，４４，６３，８３ スロット板
１Ａ，３Ａ，１１Ａ，１１Ｂ，３１Ａ，３１Ｂ，３２Ａ，３２Ｂ 開口部
４ａ，４ｂ，４ａ１，４ｂ１，４ａ２，４ｂ２，４３，５３，７３，９３−１，９３−２ フレキシブル基板
５，５ａ，５ｂ，４３Ｆ，５３Ｆ，７３Ｆ 給電路
６，６ａ，６ｂ，４３Ａ_１，１〜４３Ａ_ｍ，ｎ，５３Ａ_１，１〜５３Ａ_ｍ，ｎ，７３Ａ_１，１〜７３Ａ_ｍ，ｎ パッチアンテナ
７，３２Ｃ，４４Ｓ_１，１〜４４Ｓ_ｍ，ｎ，６３Ｓ_１，１〜６３Ｓ_ｍ，ｎ，８３Ｓ_１，１〜８３Ｓ_ｍ，ｎ スロット開口
９３−５ 導波管分配器
４３Ｃ，９３Ｃａ，９３Ｃｂ 変換器（１ポートトリプレート線路−導波管変換器）
１０，１０１，１０２ 変換器（２ポートトリプレート線路−導波管変換器）
１２，４３Ｃ_ＷＣ 導波管
１３ ギャップ
１４，１４ａ１，１４ａ２ ねじ孔
１５ａ１ ガイドピン孔
１６ａ１,１６ｂ１,１６ａ２,１６ｂ２ 銅箔パターン
１７ オフセット板
１８ ショート板
１９ ねじ
２０ 導波管フランジ
２１ ガイドピン
２２ａ１，２２ｂ１，２２ｃ１，２２ｄ１ 第１スペーサ部材
２２ａ２，２２ｂ２，２２ｃ２，２２ｄ２ 第２スペーサ部材
２３ａ，２３ｂ 内部スペーサ部材
４３Ｂ 幹線路
４３ＣＰ，５ａ１，５ｂ１ プローブ
４３ＦＭ 母線

Claims (5)

1. 複数のパッチアンテナが給電路で接続された複数のフレキシブル基板のうちの１のフレキシブル基板である第１フレキシブル基板と、
   前記第１フレキシブル基板とは異なる前記フレキシブル基板であり、前記第１フレキシブル基板に並べて配置される第２フレキシブル基板と、
   前記第１フレキシブル基板に設けられ前記給電路に接続された第１プローブと前記第２フレキシブル基板に設けられ前記給電路に接続された第２プローブとを内周側に含むようにして、前記第１フレキシブル基板と前記第２フレキシブル基板とに取り付けられ、１つの給電点から前記第１フレキシブル基板と前記第２フレキシブル基板とのそれぞれのプローブに給電する導波管と
   を有するトリプレート型平面アンテナ。
2. 前記第１フレキシブル基板と前記第２フレキシブル基板は、所定の間隔を開けて配置されている
   請求項１記載のトリプレート型平面アンテナ。
3. 前記第１プローブと前記第２プローブは、互いに対向する位置となるように前記フレキシブル基板の端部近傍に配置される
   請求項１または請求項２記載のトリプレート型平面アンテナ。
4. 前記第１フレキシブル基板と前記第２フレキシブル基板は、互いに線対称の関係となるように配置されており、前記第１プローブと前記第２プローブの形状は、前記線対称の軸を基準として線対称の関係である
   請求項３記載のトリプレート型平面アンテナ。
5. 前記複数のフレキシブル基板のうち、前記第１フレキシブル基板及び前記第２フレキシブル基板とは異なる第３フレキシブル基板と前記第３フレキシブル基板とは異なる第４フレキシブル基板とを有し、
   前記第１フレキシブル基板、前記第２フレキシブル基板、第３フレキシブル基板、及び前記第４フレキシブル基板は、縦方向に２つ、横方向に２つとなるように並べられており、
   前記導波管は、前記第１プローブ、前記第２プローブ、前記第３フレキシブル基板に設けられ前記給電路に接続された第３プローブ、および前記第４フレキシブル基板に設けられ前記給電路に接続された第４プローブ、を内周側に含むように前記第１フレキシブル基板、前記第２フレキシブル基板、第３フレキシブル基板及び前記第４フレキシブル基板に取り付けられる
   請求項１記載のトリプレート型平面アンテナ。

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