JP7143551B1 - アレーアンテナ装置 - Google Patents

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Abstract

アレーアンテナ装置（１）は、平板状の導体である地板（６）と、地板（６）の上に複数のテーパスロットアンテナ（２）が電界方向に沿って直線状に配列された素子アンテナ列と、地板（６）の上に配列された素子アンテナ列に形成されるアンテナ開口の電界方向に沿った両方の端部または一方の端部に設けられ、地板（６）からの高さがテーパスロットアンテナ（２）よりも高い金属板（７）を備える。

Description

本開示は、アレーアンテナ装置に関する。
複数の素子アンテナを配列するアレーアンテナにおいては、ビーム走査を行う場合に、可視領域にグレーティングローブが生じないように、複数の素子アンテナを密に配列する必要がある。また、超広帯域な周波数帯域で動作する超広帯域アレーアンテナにおいて、動作周波数帯域の低域側のインピーダンス整合を図って良好な反射特性を得るためには、最も波長が長い下限周波数で動作する大きさのアンテナ開口が必要である。
可視領域にグレーティングローブが生じず、かつ動作周波数帯域の低域側で反射特性を改善させた従来の超広帯域アレーアンテナとして、例えば、特許文献１に記載される平行平板装荷シングルテーパスロットアンテナ（以下、平行平板装荷ＳＴＳＡと記載する。）が知られている。
平行平板装荷ＳＴＳＡは、テーパ状の導体板が平行平板で挟まれた構造を有するアレーアンテナであり、鏡像理論によって電気的な素子アンテナの幅が物理的な素子アンテナの幅の約２倍とみなされる。このため、実際の素子アンテナの幅が物理的に小さくても、動作周波数帯域の低域側で良好な反射特性を実現することができる。
特開２００８－２２７７２３号公報
しかしながら、従来の超広帯域アレーアンテナは、動作周波数帯域の低域側の反射特性を改善するために求められるアンテナ開口に比べて実際のアンテナ開口が小さく、両者の差が大きいと、電気的な素子アンテナの幅が物理的な素子アンテナの幅の約２倍とみなされても、動作周波数帯域の低域側の反射特性が十分に改善されないという課題があった。
本開示は上記課題を解決するものであり、アンテナ開口が小さくても動作周波数帯域の低域側の反射特性を改善することができるアレーアンテナ装置を得ることを目的とする。
本開示に係るアレーアンテナ装置は、平板状の導体である地板と、地板の上に複数の素子アンテナが電界方向に沿って直線状に配列された素子アンテナ列と、地板の上に配列された素子アンテナ列に形成されるアンテナ開口の電界方向に沿った両方の端部のみまたは一方の端部のみに設けられ、地板からの高さが素子アンテナよりも高い導体部材を備える。
本開示によれば、地板の上に配列された素子アンテナ列に形成されるアンテナ開口の電界方向に沿った両方の端部または一方の端部に設けられ、地板からの高さが素子アンテナよりも高い導体部材を備える。導体部材間の素子アンテナ列の実像に隣り合って当該素子アンテナ列の鏡像が形成され、実際のアンテナ開口よりも大きな開口が仮想的に形成されるので、動作周波数帯域の低域側においてインピーダンス整合を図ることが可能となる。これにより、本開示に係るアレーアンテナ装置は、アンテナ開口が小さくても動作周波数帯域の低域側の反射特性を改善することができる。
実施の形態１に係るアレーアンテナ装置を示す斜視図である。 実施の形態１に係るアレーアンテナ装置を示す側面図である。 実施の形態１に係るアレーアンテナ装置を示す上面図である。 実施の形態１に係るアレーアンテナ装置における素子アンテナ列の実像と鏡像との概要を示す図である。 実施の形態１に係るアレーアンテナ装置における複数の素子アンテナ列の配列を示す上面図である。 様々なアレーアンテナ構成における反射特性の計算結果を示すグラフである。 実施の形態２に係るアレーアンテナ装置を示す斜視図である。 実施の形態２に係るアレーアンテナ装置を示す側面図である。 実施の形態２に係るアレーアンテナ装置を示す上面図である。 実施の形態２に係るアレーアンテナ装置における素子アンテナ列の実像と鏡像との概要を示す図である。 様々なアレーアンテナ構成における反射特性の計算結果を示すグラフである。 実施の形態３に係るアレーアンテナ装置を示す斜視図である。 ＋Ｙ方向からみた実施の形態３に係るアレーアンテナ装置を示す側面図である。 －Ｙ方向からみた実施の形態３に係るアレーアンテナ装置を示す側面図である。 ＋Ｚ方向からみた実施の形態３に係るアレーアンテナ装置のＡ－Ａ線で切った断面を示す断面図である。 ＋Ｘ方向からみた実施の形態３に係るアレーアンテナ装置のＢ－Ｂ線で切った断面を示す断面図である。 様々なアレーアンテナ構成における反射特性の計算結果を示すグラフである。 ＋Ｙ方向からみた実施の形態３に係るアレーアンテナ装置の第１変形例を示す側面図である。 ＋Ｚ方向からみた実施の形態３に係るアレーアンテナ装置の第１変形例のＣ－Ｃ線で切った断面を示す断面図である。 ＋Ｚ方向からみた実施の形態３に係るアレーアンテナ装置の第２変形例のＣ－Ｃ線で切った断面を示す断面図である。 ＋Ｚ方向からみた実施の形態３に係るアレーアンテナ装置の第３変形例のＣ－Ｃ線で切った断面を示す断面図である。 ＋Ｙ方向からみた実施の形態３に係るアレーアンテナ装置の第４変形例を示す側面図である。 ＋Ｚ方向からみた実施の形態３に係るアレーアンテナ装置の第４変形例をＤ－Ｄ線で切った断面を示す断面図である。 ＋Ｘ方向からみた実施の形態３に係るアレーアンテナ装置の第４変形例のＥ－Ｅ線で切った断面を示す断面図である。 ＋Ｙ方向からみた実施の形態３に係るアレーアンテナ装置の第５変形例を示す側面図である。 ＋Ｚ方向からみた実施の形態３に係るアレーアンテナ装置の第５変形例のＦ－Ｆ線で切った断面を示す断面図である。 素子アンテナがパッチアンテナであるアレーアンテナ装置を示す斜視図である。 素子アンテナがスロットアンテナであるアレーアンテナ装置を示す斜視図である。 素子アンテナが八木宇田アンテナであるアレーアンテナ装置を示す斜視図である。 素子アンテナがホーンアンテナであるアレーアンテナ装置を示す斜視図である。 素子アンテナがボウタイアンテナであるアレーアンテナ装置を示す斜視図である。 素子アンテナが直交二偏波アンテナであるアレーアンテナ装置を示す斜視図である。 四角柱状の導体部材を備えたアレーアンテナ装置を示す斜視図である。 円柱状の導体部材を備えたアレーアンテナ装置を示す斜視図である。 金属メッキが施された樹脂部材からなる導体部材を備えたアレーアンテナ装置を示す斜視図である。 素子アンテナが直線状に配列されたアレーアンテナ装置を示す上面図である。 素子アンテナが四角配列されたアレーアンテナ装置を示す上面図である。 素子アンテナが三角配列されたアレーアンテナ装置を示す上面図である。 素子アンテナが非周期配列されたアレーアンテナ装置を示す上面図である。 素子アンテナの数が異なる複数の素子アンテナ配列を有したアレーアンテナ装置を示す上面図である。 同軸線路を概略的に示す斜視図である。 ＋Ｙ方向からみた図４１の同軸線路を示す側面図である。 ＋Ｚ方向からみた図４１の同軸線路を示す上面図である。 マーチャンドバランを示す斜視図である。 ＋Ｙ方向からみた図４４のマーチャンドバランを示す側面図である。 ＋Ｚ方向からみた図４４のマーチャンドバランを示す上面図である。 シュペルトップバランを示す斜視図である。 ＋Ｙ方向からみた図４７のシュペルトップバランの断面を概略的に示す断面図である。 ＋Ｚ方向からみた図４７のシュペルトップバランを示す上面図である。 テーパバランを示す斜視図である。 ＋Ｙ方向からみた図５０のテーパバランを示す側面図である。 ＋Ｚ方向からみた図５０のテーパバランを示す上面図である。 ＋Ｙ方向からみた実施の形態１、実施の形態２および実施の形態３に係るアレーアンテナ装置の第６変形例を示す側面図である。 ＋Ｚ方向からみたアレーアンテナ装置の第６変形例のＧ－Ｇ線で切った断面を示す断面図である。 ＋Ｚ方向からみた実施の形態１、実施の形態２および実施の形態３に係るアレーアンテナ装置の第７変形例を示す上面図である。 ＋Ｘ方向からみたアレーアンテナ装置の第７変形例のＨ－Ｈ線で切った断面を示す断面図である。 ＋Ｚ方向からみた実施の形態１、実施の形態２および実施の形態３に係るアレーアンテナ装置の第８変形例を示す上面図である。 ＋Ｘ方向からみたアレーアンテナ装置の第８変形例のＩ－Ｉ線で切った断面を示す断面図である。
実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係るアレーアンテナ装置１を示す斜視図である。図２は、アレーアンテナ装置１を示す側面図である。図３は、アレーアンテナ装置１を示す上面図である。アレーアンテナ装置１は、複数のテーパスロットアンテナ２を備える。テーパスロットアンテナ２は、アレーアンテナ装置１を構成する素子アンテナであり、一対のテーパ状導体板３、給電部４および整合スタブ５を備えている。
複数のテーパスロットアンテナ２は、図１、図２および図３に示すＸＹＺ座標のＹ－Ｚ面に平行な面に構成される。地板６は、Ｘ－Ｙ面に平行な面に構成される。金属板７は、Ｚ－Ｘ面に平行な面に構成される。アレーアンテナ装置１における主放射方向は、＋Ｚ方向である。給電部４によりテーパ状導体板３に給電された電波は、テーパ状導体板３、地板６および金属板７を介して、自由空間に放射される。
複数のテーパスロットアンテナ２は、平板状の導体である地板６上に設けられて、電界方向（Ｙ方向）に沿って直線状に配列された「素子アンテナ列」を構成する。各テーパスロットアンテナ２が備えるテーパ状導体板３は、二枚一組で設けられ、地板６から離れる方向にその幅が狭くなるテーパ形状を有した導体板である。テーパスロットアンテナ２において、一対のテーパ状導体板３は、図１および図２に示すように、地板６から離れる方向に互いの間隔が広くなるように配置される。
給電部４は、同軸線路構造を有した給電部であり、テーパスロットアンテナ２が備える一対のテーパ状導体板３に給電する。給電部４の同軸線路の外導体は、地板６と導通し、給電部４の同軸線路の内導体は、テーパ状導体板３と電気的に接続されている。テーパ状導体板３は、給電部４の同軸線路の内導体を介して給電される。
整合スタブ５は、給電部４の整合をとるための導体である。整合スタブ５によって、給電部４において所望の給電インピーダンスが得られる。地板６は、複数のテーパスロットアンテナ２で共通の反射板として機能する導体板であり、アレーアンテナ装置１におけるグラウンド電位を形成する。なお、テーパ状導体板３の底面部分、給電部４の同軸線路の外導体、地板６および金属板７は、電気的に接地されている。
金属板７は、図２に示すように、地板６からの高さＨがテーパスロットアンテナ２よりも高い平板状の導体部材であり、素子アンテナ列におけるテーパスロットアンテナ２の配列方向に沿った両方の端部に設けられる。テーパスロットアンテナ２の配列方向は、素子アンテナ列に形成されるアンテナ開口の電界方向（Ｙ方向）である。すなわち、金属板７は、図３に示すように、素子アンテナ列に形成されるアンテナ開口の電界方向に直交し、図２に示すように、地板６に直交している。金属板７の高さＨ（Ｚ方向の高さ）は、アレーアンテナ装置１の動作周波数帯域の下限周波数における自由空間波長λＬの４分の１の奇数倍となる高さである。例えば、金属板７は、動作周波数帯域の下限周波数における自由空間波長λＬの４分の３となる高さを有する。
アレーアンテナ装置１は、地板６からの高さがテーパスロットアンテナ２よりも高い、例えば、動作周波数帯域の下限周波数における自由空間波長λＬの４分の３となる高さを有した金属板７を備えている。金属板７は、素子アンテナ列に形成されたアンテナ開口の電界方向に沿った両方の端部に配置されている。これにより、素子アンテナ列の実像は、金属板７を介した両側に鏡像が電気的に形成される。
図４は、アレーアンテナ装置１における、素子アンテナ列の実像８と鏡像９との概要を示す図である。図４において実線で示すように、素子アンテナ列についての実際の物理的な構造は、実像８のみである。テーパスロットアンテナ２よりも高い金属板７によって、図４において破線で示すように、素子アンテナ列の鏡像９が実像８の両側に形成される。アレーアンテナ装置１は、実像８のアンテナ開口長Ｌ１よりも鏡像９のアンテナ開口長の分だけ大きいアンテナ開口長Ｌ２を有したアレーアンテナとなるので、動作周波数帯域の低域側（長波長側）でインピーダンス整合をとることができる。
金属板７は、図４に示すように、素子アンテナ列の電界方向に沿った端部にあるテーパスロットアンテナ２の中心位置から、個々のテーパスロットアンテナ２の幅Ｄ１の半分の距離Ｄ２だけ離れた位置に設けられる。アレーアンテナ装置１は、鏡像９を含めて複数のテーパスロットアンテナ２が等間隔Ｄ１に配置された周期的な連続構造であるとみなされるので、各テーパスロットアンテナ２の反射特性のばらつきが抑圧される。
テーパスロットアンテナ２よりも高くかつ自由空間波長λＬの４分の１の奇数倍となる高さＨを有した金属板７は、地板６の上で短絡され、金属板７の先端部は、電気的に開放されている。例えば、高さＨが自由空間波長λＬの４分の３である金属板７は、テーパスロットアンテナ２に生じた電界成分の一部が、素子アンテナ列のアンテナ開口の端部から外側に漏れ出ることを抑圧する。このため、アレーアンテナ装置１は、十分な鏡像の効果が得られる。
図５は、アレーアンテナ装置１における複数の素子アンテナ列の配列を示す上面図である。図５において、アレーアンテナ装置１は、８個の素子アンテナ列のそれぞれが８個のテーパスロットアンテナ２によって構成され、８個の素子アンテナ列が、Ｘ方向に沿って四角配列されている。また、素子アンテナであるテーパスロットアンテナ２の幅Ｄ１は、テーパスロットアンテナ２の電界方向（Ｙ方向）の間隔である。隣り合う素子アンテナ列同士の間隔Ｄ３は、素子アンテナ列に形成されたアンテナ開口の磁界方向（Ｘ方向）の間隔である。
動作周波数帯域の下限周波数をｆＬとし、上限周波数ｆＨを１０ｆＬとした１０倍帯域に設定する。また、幅Ｄ１および間隔Ｄ３を、動作周波数帯域の上限周波数における自由空間波長λＨの０．５倍の距離に設定し、下限周波数における自由空間波長λＬの０．０５倍の距離に設定する。
上記設定条件において、図５に示すアレーアンテナ装置１が備える金属板７を自由空間波長λＬの４分の３となる高さとしたものを、アレーアンテナ構成（１）とする。図５に示すアレーアンテナ装置１から金属板７を除外したものを、アレーアンテナ構成（２）とする。図５に示すアレーアンテナ装置１において素子アンテナ列を構成する全てのテーパスロットアンテナ２間に金属板７を設けたものを、アレーアンテナ構成（３）とする。図５に示すアレーアンテナ装置１において無限周期境界で素子アンテナ列が周期的に無限に並んでいる状態を模擬したものを、アレーアンテナ構成（４）とする。
図６は、様々なアレーアンテナ構成における反射特性の計算結果を示すグラフであり、アレーアンテナ構成（１）から（４）についてのアクティブ反射係数と規格化周波数との関係を示している。図６において、アクティブ反射係数は、アレーアンテナ構成（１）から（４）において、８個の素子アンテナ列を構成する全てのテーパスロットアンテナ２を給電したときのアクティブ反射係数の全素子平均値である。規格化周波数は、動作周波数帯域の下限周波数ｆＬで規格化した周波数を示している。
図６において、特性関係Ａ１は、アレーアンテナ構成（１）のアクティブ反射係数と規格化周波数との関係を示しており、特性関係Ａ２は、アレーアンテナ構成（２）のアクティブ反射係数と規格化周波数との関係を示している。特性関係Ａ３は、アレーアンテナ構成（３）のアクティブ反射係数と規格化周波数との関係を示しており、特性関係Ａ４は、アレーアンテナ構成（４）のアクティブ反射係数と規格化周波数との関係を示している。特性関係Ａ２およびＡ３に対応するアレーアンテナ構成（２）および（３）は、規格化周波数が１．０～２．０の範囲でのアクティブ反射係数が、特性関係Ａ４に対応するアレーアンテナ構成（４）に比べて大きな値となって劣化している。
また、特性関係Ａ１に対応するアレーアンテナ構成（１）を有したアレーアンテナ装置１は、動作周波数帯域の低域側である規格化周波数が１．０～２．０の範囲でのアクティブ反射係数が、特性関係Ａ２に対応するアレーアンテナ構成（２）または特性関係Ａ３に対応するアレーアンテナ構成（３）に比べて小さな値となって改善している。
さらに、アレーアンテナ装置１は、動作周波数帯域の下限周波数に対応する規格化周波数１．０でのアクティブ反射係数が、特性関係Ａ４に対応するアレーアンテナ構成（４）と同程度の値が得られている。
なお、アレーアンテナ装置１は、素子アンテナ列におけるアンテナ開口の両方の端部に金属板７を設けた構成に限定されるものではない。例えば、アレーアンテナ装置１を配置するプラットフォームのスペースの関係上、素子アンテナ列におけるアンテナ開口の両方の端部に金属板７が設けられない場合、金属板７を、素子アンテナ列の一方の端部のみに設けてもよい。この場合も、アレーアンテナ装置１は、金属板７によって素子アンテナ列の鏡像が形成されるので、アンテナ開口が小さくても動作周波数帯域の低域側の反射特性を改善することができる。
アレーアンテナ装置１は、素子アンテナ列のアンテナ開口長が短く、例えば、アンテナの電界方向の開口長が下限周波数の自由空間波長λＬ以下であるほど、動作周波数帯域の低域における反射特性が改善する。
以上のように、実施の形態１に係るアレーアンテナ装置１において、地板６上で、素子アンテナ列に形成されるアンテナ開口の電界方向に沿った両方の端部に設けられ、地板６からの高さＨがテーパスロットアンテナ２よりも高い金属板７を備える。金属板７同士の間の素子アンテナ列の実像８に隣り合って当該素子アンテナ列の鏡像９が形成され、実際のアンテナ開口よりも大きな開口が仮想的に形成されるので、動作周波数帯域の低域側においてインピーダンス整合を図ることが可能となる。これにより、アレーアンテナ装置１は、アンテナ開口が小さくても動作周波数帯域の低域側の反射特性を改善することができる。
実施の形態２．
図７は、実施の形態２に係るアレーアンテナ装置１Ａを示す斜視図である。図８は、アレーアンテナ装置１Ａを示す側面図である。図９は、アレーアンテナ装置１Ａを示す上面図である。アレーアンテナ装置１Ａは、複数のダイポールアンテナ１０を備える。また、ダイポールアンテナ１０は、アレーアンテナ装置１Ａを構成する素子アンテナであって、一対のダイポール素子１１、給電部１２および結合素子１３を備えている。
アレーアンテナ装置１Ａは、誘電体基板１６、誘電体基板１７および誘電体基板１８を備えている。図７および図９において、ダイポールアンテナ１０の構成要素を視認可能とするために、誘電体基板１６、誘電体基板１７および誘電体基板１８が透明に記載されている。誘電体基板１６は、一方の面に地板１４が設けられ、地板１４が設けられた面とは反対側の面上に誘電体基板１７が積層される。誘電体基板１７には、さらに誘電体基板１８がＺ方向に積層される。複数のダイポールアンテナ１０は、誘電体基板１６および誘電体基板１７を介した地板１４上に設けられて、電界方向（Ｙ方向）に沿って直線状に配列された「素子アンテナ列」を構成する。
一対のダイポール素子１１は、図８に示すように、誘電体基板１７上に設けられた金属薄膜である。給電部１２は、ダイポール素子１１に給電する。結合素子１３は、誘電体基板１６における地板６が設けられた面とは反対側の面に設けられ、各ダイポール素子１１の相互結合を調整して整合をとるための導体である。
複数のダイポールアンテナ１０は、図７、図８および図９に示すＸＹＺ座標のＸ－Ｙ面に平行な面に設けられる。誘電体基板１６におけるＸ－Ｙ面に平行な一方の面に設けられた地板１４は、複数のダイポールアンテナ１０で共通の反射板として機能する導体板であり、アレーアンテナ装置１Ａのグラウンド電位を形成する。金属板１５は、地板１４のＺ－Ｘ面に平行な面に設けられる。アレーアンテナ装置１Ａにおける主放射方向は、＋Ｚ方向である。給電部１２によってダイポール素子１１に給電された電波は、ダイポール素子１１、地板１４および金属板１５を介して自由空間に放射される。
金属板１５は、図８に示すように、地板１４からの高さＨが、誘電体基板１７におけるダイポールアンテナ１０を設けた位置よりも高い導体部材である。また、金属板１５は、Ｘ方向に長い平板形状を有しており、複数の素子アンテナ列（図７および図９においては４個の素子アンテナ列）におけるダイポールアンテナ１０の配列方向に沿った両方の端部に一枚ずつ設けられる。すなわち、複数の素子アンテナ列にそれぞれ形成されるアンテナ開口の両方の端部には、共通の金属板１５が設けられる。共通の金属板１５によって複数の素子アンテナ列のそれぞれの実像の隣に鏡像が形成される。
ダイポールアンテナ１０の配列方向は、素子アンテナ列に形成されるアンテナ開口の電界方向（Ｙ方向）である。すなわち、金属板１５は、図９に示すように、素子アンテナ列に形成されるアンテナ開口の電界方向（Ｙ方向）に直交し、図８に示すように、地板１４に直交している。金属板１５の高さＨ（Ｚ方向の高さ）は、アレーアンテナ装置１Ａの動作周波数帯域の下限周波数における自由空間波長λＬの０．１倍となる高さである。
図７および図９において、アレーアンテナ装置１Ａは、４個の素子アンテナ列のそれぞれが４個のダイポールアンテナ１０によって構成され、４個の素子アンテナ列が、Ｘ方向に沿って四角配列されている。図９に示すように、ダイポールアンテナ１０の幅Ｄ１は、ダイポールアンテナ１０の電界方向（Ｙ方向）の間隔である。隣り合う素子アンテナ列同士の間隔Ｄ３は、素子アンテナ列に形成されたアンテナ開口の磁界方向（Ｘ方向）の間隔である。
図１０は、アレーアンテナ装置１Ａにおける素子アンテナ列の実像１９と鏡像２０との概要を示す図である。図１０において実線で示すように、素子アンテナ列についての実際の物理的な構造は、実像１９のみである。高さＨがダイポールアンテナ１０よりも高い金属板１５によって、図１０において破線で示すように、素子アンテナ列の鏡像２０が実像１９の両側に形成される。アレーアンテナ装置１Ａは、実像１９のアンテナ開口長Ｌ１よりも鏡像２０のアンテナ開口長の分だけ大きいアンテナ開口長Ｌ２を有したアレーアンテナとなるので、動作周波数帯域の低域側でインピーダンス整合をとることができる。
金属板１５は、図１０に示すように、素子アンテナ列の電界方向に沿った両方の端部にあるダイポールアンテナ１０の中心位置から、各ダイポールアンテナ１０の幅Ｄ１の半分の距離Ｄ２だけ離れた位置に設けられる。アレーアンテナ装置１Ａは、鏡像２０を含めて複数のダイポールアンテナ１０が等間隔Ｄ１に配置された周期的な連続構造であるとみなされるので、各ダイポールアンテナ１０の反射特性のばらつきが抑圧される。
アレーアンテナ装置１は、素子アンテナよりも高く、かつ自由空間波長λＬの４分の１の奇数倍となる高さＨを有した金属板７を備える。これに対し、アレーアンテナ装置１Ａは、複数のダイポールアンテナ１０が誘電体基板１６、誘電体基板１７および誘電体基板１８を積層した構造体に設けられる。このため、誘電体の波長短縮効果によって、金属板１５の地板１４からの高さＨが自由空間波長λＬの４分の１よりも低い自由空間波長λＬの０．１倍となる高さであっても、ダイポールアンテナ１０に生じた電界成分の一部が、素子アンテナ列のアンテナ開口端部から外側に漏れ出ることが抑圧される。これにより、アレーアンテナ装置１Ａは、十分な鏡像の効果が得られる。
動作周波数帯域の下限周波数をｆＬとし、上限周波数ｆＨを４．５ｆＬとした４．５倍帯域に設定する。また、ダイポールアンテナ１０の素子アンテナ列のＹ方向（アンテナの電界方向）の幅Ｄ１およびＸ方向（アンテナの磁界方向）の間隔Ｄ３を、動作周波数帯域の上限周波数ｆＨにおける自由空間波長λＨの０．５倍の距離に設定し、下限周波数ｆＬにおける自由空間波長λＬの０．１１倍の距離に設定する。
上記設定条件において、図９に示すアレーアンテナ装置１Ａが備える金属板１５を自由空間波長λＬの０．１倍となる高さとしたものを、アレーアンテナ構成（１ａ）とする。図９に示すアレーアンテナ装置１Ａから金属板１５を除外したものを、アレーアンテナ構成（２ａ）とする。図９に示すアレーアンテナ装置１Ａにおいて無限周期境界で素子アンテナ列が周期的に無限に並んでいる状態を模擬したものを、アレーアンテナ構成（３ａ）とする。
図１１は、様々なアレーアンテナ構成における反射特性の計算結果を示すグラフであり、アレーアンテナ構成（１ａ）から（３ａ）についてのアクティブ反射係数と規格化周波数との関係を示している。図１１において、アクティブ反射係数は、アレーアンテナ構成（１ａ）から（３ａ）において、４個の素子アンテナ列を構成する全てのダイポールアンテナ１０を給電したときのアクティブ反射係数の全素子平均値である。規格化周波数は、動作周波数帯域の下限周波数ｆＬで規格化した周波数を示している。
図１１において、特性関係Ｂ１は、アレーアンテナ構成（１ａ）のアクティブ反射係数と規格化周波数との関係を示し、特性関係Ｂ２は、アレーアンテナ構成（２ａ）のアクティブ反射係数と規格化周波数との関係を示している。特性関係Ｂ３は、アレーアンテナ構成（３ａ）のアクティブ反射係数と規格化周波数との関係を示している。特性関係Ｂ２に対応するアレーアンテナ構成（２ａ）は、規格化周波数が１．５～２．０の範囲でのアクティブ反射係数が、特性関係Ｂ３に対応するアレーアンテナ構成（３ａ）に比べて大きな値となって劣化している。
また、特性関係Ｂ１に対応するアレーアンテナ構成（１ａ）を有したアレーアンテナ装置１Ａは、動作周波数帯域の低域側である規格化周波数が１．０～１．５の範囲でのアクティブ反射係数が、特性関係Ｂ２に対応するアレーアンテナ構成（２ａ）に比べて小さな値となって改善している。さらに、アレーアンテナ装置１Ａは、金属板１５によって形成される鏡像２０によって電気的に連続して複数のダイポールアンテナ１０が配列されているとみなせる。このため、動作周波数帯域の下限周波数に対応する規格化周波数１．０におけるアクティブ反射係数が、特性関係Ｂ３に対応するアレーアンテナ構成（３ａ）と同程度の値が得られる。
なお、アレーアンテナ装置１Ａは、素子アンテナ列におけるアンテナ開口の両方の端部に金属板１５を設けた構成に限定されるものではない。例えば、アレーアンテナ装置１Ａを配置するプラットフォームのスペースの関係上、素子アンテナ列におけるアンテナ開口の両方の端部に金属板１５が設けられない場合、金属板１５を、素子アンテナ列の一方の端部のみに設けてもよい。この場合も、アレーアンテナ装置１Ａは、金属板１５によって素子アンテナ列の鏡像が形成されるので、アンテナ開口が小さくても動作周波数帯域の低域側の反射特性を改善することができる。
アレーアンテナ装置１Ａは、素子アンテナ列のアンテナ開口長が短く、例えば、アンテナの電界方向の開口長が下限周波数の自由空間波長λＬ以下であるほど、動作周波数帯域の低域における反射特性が改善する。
以上のように、実施の形態２に係るアレーアンテナ装置１Ａにおいて、地板１４上で、素子アンテナ列に形成されるアンテナ開口の電界方向に沿った両方の端部に設けられて、地板１４からの高さＨがダイポールアンテナ１０よりも高い金属板１５を備える。金属板１５同士の間の素子アンテナ列の実像１９に隣り合って当該素子アンテナ列の鏡像２０が形成され、実際のアンテナ開口よりも大きな開口が仮想的に形成されるので、動作周波数帯域の低域側においてインピーダンス整合を図ることが可能となる。これにより、アレーアンテナ装置１Ａは、アンテナ開口が小さくても、動作周波数帯域の低域側の反射特性を改善することができる。
実施の形態３．
図１２は、実施の形態３に係るアレーアンテナ装置１Ｂを示す斜視図である。また、図１３は、＋Ｙ方向からみたアレーアンテナ装置１Ｂを示す側面図であり、アレーアンテナ装置１Ｂが備えるアンテナ基板６０のＺ－Ｘ面の表面を示している。図１４は、－Ｙ方向からみたアレーアンテナ装置１Ｂを示す側面図であり、アンテナ基板６０のＺ－Ｘ面の裏面を示している。図１５は、＋Ｚ方向からみたアレーアンテナ装置１ＢのＡ－Ａ線で切った断面を示す断面図であり、アンテナ基板６０のＸ－Ｙ面に平行な断面を示している。図１６は、＋Ｘ方向からみたアレーアンテナ装置１ＢのＢ－Ｂ線で切った断面を示す断面図であり、アンテナ基板６０のＹ－Ｚ面に平行な断面を示している。図１２に示すように、アレーアンテナ装置１Ｂは、複数のアンテナ基板６０、地板６７および誘電体基板６８を備える。各アンテナ基板６０は誘電体基板で構成されており、地板６７と誘電体基板６８とが複数のアンテナ基板６０を挟持している。
実施の形態１に係るアレーアンテナ装置１および実施の形態２に係るアレーアンテナ装置１Ａは、アレーアンテナを構成する素子アンテナ列と、素子アンテナ列の両端に設ける金属板とを別体で製造し、これらを組み立てることによって製造される。このため、両者の製造誤差により素子アンテナ列と金属板との間に大きな隙間が生じると、十分な鏡像の効果が得られずに、アレーアンテナ装置におけるインピーダンス特性が劣化する可能性がある。これに対して、アレーアンテナ装置１Ｂにおいては、素子アンテナ列が形成される複数のアンテナ基板６０のそれぞれの両端には、導体壁７０がアンテナ基板６０と一体に形成されている。導体壁７０は、実施の形態１および実施の形態２における金属板と同様の効果が得られる構成要素であり、アンテナ基板６０ごとに設けられている。このため、アレーアンテナ装置１Ｂは、素子アンテナ列と導体壁７０との隙間が発生せず、上述したインピーダンス特性の劣化を防止できる。
アレーアンテナ装置１Ｂにおいて、アンテナ基板６０は、複数のダイポールアンテナを備える。ダイポールアンテナは、アレーアンテナ装置１Ｂが備える素子アンテナであり、図１２および図１３に示すように、ダイポール素子対６１、マイクロストリップ線路６２、整合スタブ６３、平行二線線路６４および結合素子６５を備える。ダイポール素子対６１、整合スタブ６３および平行二線線路６４は、図１３に示すように、アンテナ基板６０の表面（＋Ｙ方向からみたアンテナ基板６０の面）上に形成される。マイクロストリップ線路６２および結合素子６５は、図１４に示すように、アンテナ基板６０の裏面（－Ｙ方向からみたアンテナ基板６０の面）上に形成された導体パターンである。マイクロストリップ線路６２、整合スタブ６３および平行二線線路６４は、ダイポール素子対６１の給電部として機能する。
結合素子６５は、アンテナ基板６０の裏側の面において、アンテナ基板６０の表面上で隣り合ったダイポール素子対６１の一方のダイポール素子と他方のダイポール素子との間隔に対応する位置に設けられる。すなわち、アンテナ基板６０の表面に投影した結合素子６５は、図１２に示すように、隣り合ったダイポール素子対６１において互いに隣り合ったダイポール素子同士の間に配置される。また、アンテナ基板６０の両方の端部側に配置されたダイポール素子においては、アンテナ基板６０の表面に投影した結合素子６５は、当該ダイポール素子と導体壁７０との間に配置される。
アンテナ基板６０の両端には、導体壁７０が形成される。導体壁７０は、図１５および図１６に示すように、アンテナ基板６０の表側面に設けられた銅箔７１と、アンテナ基板６０の裏側面に設けられた銅箔７１と、両者を導通する複数のスルーホール７２とにより構成される。導体壁７０を設けるアンテナ基板６０の両端は、アンテナ基板６０におけるＥ面方向の両端にあるダイポール素子の位置からダイポール素子対６１におけるＥ面方向のダイポール素子間隔の半分の距離だけ離れた位置である。Ｅ面方向（Ｘ方向）は、アンテナ基板６０から放射される電磁波の電界方向である。また、導体壁７０の地板６７からの高さは、動作周波数帯域の下限周波数における、素子アンテナであるダイポール素子対６１が形成された誘電体の実効波長の４分の１の奇数倍となる高さである。
実施の形態３に係るアレーアンテナ装置１Ｂは、以下のように動作する。
アンテナ基板６０において、マイクロストリップ線路６２に給電された電波は、平行二線線路６４を介してダイポール素子対６１に給電されて自由空間に放射される。アンテナ基板６０が備える複数のダイポールアンテナは、整合スタブ６３および結合素子６５を有することによりインピーダンス整合が図られる。
導体壁７０は、図１３に示すように、実施の形態１および実施の形態２に示した金属板と同様に、地板６７の表面からの高さがダイポールアンテナのＺ方向の高さよりも高い。従って、導体壁７０により、アンテナ基板６０に設けられた複数のダイポールアンテナの鏡像が生じるため、実際の物理的構造の開口長よりも鏡像の開口長の分だけ大きく見え、より低い周波数帯（長い波長）であってもインピーダンス整合を図ることができ、小さな開口長であっても動作するアレーアンテナ装置１Ｂが得られる。
なお、実施の形態１に係るアレーアンテナ装置１では、地板の表面からの金属板の高さを、アレーアンテナ装置１の動作周波数帯域の下限周波数における自由空間波長λＬの４分の１の奇数倍（例えば、自由空間波長λＬの４分の３）の高さとした。これに対して、実施の形態３に係るアレーアンテナ装置１Ｂは、実施の形態２に係るアレーアンテナ装置１Ａと同様に、ダイポールアンテナが、誘電体基板の表面上に形成した銅箔のパターンで構成され、ダイポールアンテナの上面には、誘電体層（誘電体基板６８）が設けられる。これにより、アレーアンテナ装置１Ｂは、誘電体の波長短縮効果により、地板の表面からの高さを自由空間波長λＬの４分の１の奇数倍よりも低くしても、開口端より外側に漏れ出る不要な電界成分を抑圧できる。これにより、十分な鏡像の効果を得ることができる。
また、実施の形態１および実施の形態２では、素子アンテナ列と、この素子アンテナ列の端部に配置する金属板とが別体で設けられていた。これに対して、実施の形態３に係るアレーアンテナ装置１Ｂでは、金属板と同様の効果が得られる導体壁７０が、素子アンテナ列を設けたアンテナ基板６０に一体に形成されている。これにより、アレーアンテナ装置１Ｂでは、複数のアンテナ基板６０のそれぞれにおいて素子アンテナ列と導体壁７０との間に隙間が生じることがなく、素子アンテナ列と金属板との隙間に起因したインピーダンス特性の劣化を防止できる。
次に、アレーアンテナ装置１Ｂの特性について説明する。
図１７は様々なアレーアンテナ構成における反射特性の計算結果を示すグラフであり、ダイポールアンテナを全素子給電したときのアレーアンテナのアクティブ反射係数の全素子平均値を示している。図１７における横軸は、アレーアンテナの動作周波数帯域の下限周波数で規格化した周波数（ｆ／ｆＬ）を示しており、縦軸は、アクティブ反射係数の全素子平均値（ｄＢ）を示している。図１２に示したアレーアンテナ装置１Ｂにおいて無限周期境界で素子アンテナ列を周期的に無限に並べた状態を模擬したものを、アレーアンテナ構成（Ａ）とする。アレーアンテナ装置１Ｂにおいて導体壁７０を除外しかつ金属板を設けないものをアレーアンテナ構成（Ｂ）とする。また、素子アンテナ列と金属板とを隙間なく配置した理想的なアレーアンテナ装置１をアレーアンテナ構成（Ｃ）とする。さらに、図１２に示したアレーアンテナ装置１Ｂをアレーアンテナ構成（Ｄ）とする。
図１７において、動作周波数帯域の下限周波数を周波数ｆＬとし、上限周波数ｆＨを、４．５ｆＬとした４．５倍帯域に設定する。また、ダイポールアンテナの素子アンテナ列のＸ方向の幅を、動作周波数帯域の上限周波数ｆＨにおける自由空間波長λＨの０．５倍の距離に設定し、ダイポールアンテナの素子アンテナ列のＹ方向の間隔を、動作周波数帯域の下限周波数ｆＬにおける自由空間波長λＬの０．１１倍の距離に設定する。特性関係Ｃ１は、アレーアンテナ構成（Ａ）のアクティブ反射係数と規格化周波数との関係を示し、特性関係Ｃ２は、アレーアンテナ構成（Ｂ）のアクティブ反射係数と規格化周波数との関係を示している。特性関係Ｃ３は、アレーアンテナ構成（Ｃ）のアクティブ反射係数と規格化周波数との関係を示し、特性関係Ｃ４は、アレーアンテナ構成（Ｄ）のアクティブ反射係数と規格化周波数との関係を示している。
特性関係Ｃ１が示すように、アレーアンテナ構成（Ａ）では、規格化周波数が１．０の低域周波数までアクティブ反射係数の全素子平均値が－１０ｄＢ以下の良好な特性を実現できている。これに対して、特性関係Ｃ２が示すように、アレーアンテナ構成（Ｂ）は、規格化周波数が１．０の低域周波数でアクティブ反射係数の全素子平均値が－４ｄＢ程度まで劣化する。一方、特性関係Ｃ３および特性関係Ｃ４が示すように、アレーアンテナ装置１Ｂであるアレーアンテナ構成（Ｄ）は、アレーアンテナ構成（Ｃ）と同様に、規格化周波数が１．０の低域周波数までのアクティブ反射係数の全素子平均値が－１０ｄＢ以下程度に改善される。
次に、アレーアンテナ装置１Ｂの変形例について説明する。
図１８は、アレーアンテナ装置１Ｂの第１変形例を示す側面図であり、アレーアンテナ装置１Ｂの第１変形例が備えるアンテナ基板６０を＋Ｙ方向からみた図を示している。また、図１９は、アレーアンテナ装置１Ｂの第１変形例が備えるアンテナ基板６０を、図１８に示すＣ－Ｃ線で切った断面を示す断面図であり、アンテナ基板６０の断面を＋Ｚ方向からみた図を示している。図１８および図１９に示すように、導体壁７０は銅箔７１のみであってもよい。アンテナ基板６０は、素子アンテナであるダイポール素子対６１が設けられた基板である。
ダイポール素子対６１は、給電部６９により給電される。給電部６９は、図１３および図１４に示したマイクロストリップ線路６２、整合スタブ６３および平行二線線路６４で構成されたものでもよい。このように構成されたアレーアンテナ装置１Ｂの第１変形例においても、複数のアンテナ基板６０のそれぞれにおいて素子アンテナ列と導体壁７０との間に隙間が生じることがないので、素子アンテナ列と金属板との隙間に起因したインピーダンス特性の劣化を防止できる。
図２０は、アレーアンテナ装置１Ｂの第２変形例を、図１８に示したＣ－Ｃ線で切った断面を示す断面図であって、アレーアンテナ装置１Ｂの第２変形例が備えるアンテナ基板６０の断面を＋Ｚ方向からみた図を示している。図２０に示すように、アンテナ基板６０は、素子アンテナであるダイポール素子対６１が設けられた基板であり、複数の誘電体が積層された基板である。導体壁７０として機能する銅箔７１は、アンテナ基板６０における積層された複数の誘電体の層のうち、少なくとも一つの誘電体の層に形成されている。このように構成されたアレーアンテナ装置１Ｂの第２変形例においても、複数のアンテナ基板６０のそれぞれにおいて素子アンテナ列と導体壁７０との間に隙間が生じることがないので、素子アンテナ列と金属板との隙間に起因したインピーダンス特性の劣化を防止できる。
図２１は、アレーアンテナ装置１Ｂの第３変形例が備えるアンテナ基板６０を、図１８に示したＣ－Ｃ線で切った断面を示す断面図であり、アレーアンテナ装置１Ｂの第３変形例が備えるアンテナ基板６０の断面を＋Ｚ方向からみた図を示している。図２１に示すように、アンテナ基板６０は、素子アンテナであるダイポール素子対６１が設けられた基板であり、複数の誘電体が積層された基板である。導体壁７０として機能する銅箔７１は、アンテナ基板６０における積層された複数の誘電体の層のうち、二つ以上の誘電体の層に形成されている。さらに、二つ以上の誘電体の層に形成された銅箔７１間を電気的に接続して短絡する少なくとも一つのスルーホール７２が設けられている。このように構成されたアレーアンテナ装置１Ｂの第３変形例においても、複数のアンテナ基板６０のそれぞれにおいて素子アンテナ列と導体壁７０との間に隙間が生じることがないので、素子アンテナ列と金属板との隙間に起因したインピーダンス特性の劣化を防止できる。
図２２は、アレーアンテナ装置１Ｂの第４変形例を示す側面図であり、アレーアンテナ装置１Ｂの第４変形例が備えるアンテナ基板６０を、＋Ｙ方向からみた図を示している。図２３は、＋Ｚ方向からみたアレーアンテナ装置１Ｂの第４変形例を、Ｄ－Ｄ線で切った断面を示す断面図であり、アレーアンテナ装置１Ｂの第４変形例の断面を＋Ｚ方向からみた図を示している。また、図２４は、アレーアンテナ装置１Ｂの第４変形例をＥ－Ｅ線で切った断面を示す断面図であり、アレーアンテナ装置１Ｂの第４変形例が備えるアンテナ基板６０の断面を＋Ｘ方向からみた図を示している。
図２２、図２３および図２４に示すように、アレーアンテナ装置１Ｂの第４変形例は、素子アンテナが設けられた基板であるアンテナ基板６０、地板６７、Ｌ字状の金具７３、ネジ７４およびナット７５を備える。また、図２２、図２３および図２４において、誘電体基板６８の図示を省略している。すなわち、アンテナ基板６０は、地板６７と誘電体基板６８とに挟持されている。金具７３は、アンテナ基板６０を地板６７の上に固定して、導体壁７０を短絡するＬ字状の固定部材である。
例えば、金具７３には、貫通したネジ穴が設けられており、地板６７および導体壁７０にもネジ穴が設けられている。金具７３のネジ穴を、地板６７および導体壁７０のネジ穴に合わせて配置する。そして、ネジ７４をネジ穴に通してナット７５で固定する。これにより、金具７３を介して導体壁７０が短絡される。このように構成されたアレーアンテナ装置１Ｂの第４変形例においても、複数のアンテナ基板６０のそれぞれにおいて素子アンテナ列と導体壁７０との間に隙間が生じることがないので、素子アンテナ列と金属板との隙間に起因したインピーダンス特性の劣化を防止できる。
図２５は、アレーアンテナ装置１Ｂの第５変形例を示す側面図であり、アレーアンテナ装置１Ｂの第５変形例が備えるアンテナ基板６０を＋Ｙ方向からみた図を示している。また、図２６は、アレーアンテナ装置１Ｂの第５変形例をＣ－Ｃ線で切った断面を示す断面図であり、アレーアンテナ装置１Ｂの第５変形例が備えるアンテナ基板６０の断面を＋Ｚ方向からみた図を示している。図２５および図２６において、アレーアンテナ装置１Ｂの第５変形例が備える複数のアンテナ基板６０は、それぞれ複数のアンテナ基板６０－１，６０－２，・・・，６０－Ｎが一つの方向に連結されて配置されている。ここで、Ｎは、２以上の自然数である。
各アンテナ基板６０－１，６０－２，・・・，６０－Ｎには、素子アンテナであるダイポール素子対６１が二つ以上配置された素子アンテナ列が設けられている。図２５および図２６に示すアンテナ基板６０には、導体壁７０が、素子アンテナ列ごとに設けられる。アレーアンテナ装置１Ｂの第５変形例は、このように構成されているので、基板単位の素子アンテナ列で鏡像の効果が得られる。また、アレーアンテナ装置１Ｂの第５変形例は、複数のアンテナ基板６０－１，６０－２，・・・，６０－Ｎのそれぞれにおいて素子アンテナ列と導体壁７０との間に隙間が生じることがないので、素子アンテナ列と金属板との隙間に起因したインピーダンス特性の劣化を防止できる。
実施の形態１、実施の形態２および実施の形態３において、アレーアンテナ装置が備える素子アンテナは、以下に示すものであってもよい。
図２７は、素子アンテナがパッチアンテナ２１であるアレーアンテナ装置１Ｃを示す斜視図である。図２７に示すように、アレーアンテナ装置１Ｃは、複数のパッチアンテナ２１を備える。パッチアンテナ２１は、アレーアンテナ装置１Ｃを構成する素子アンテナであり、パッチ素子２２および給電部２３を備える。さらに、アレーアンテナ装置１Ｃは、誘電体基板２４を備える。パッチ素子２２は、図２７に示すように、誘電体基板２４上に設けられた金属薄膜である。給電部２３は、パッチ素子２２に給電する。誘電体基板２４は、一方の面に地板２５が設けられ、地板２５が設けられた面とは反対側の面上にパッチ素子２２が設けられる。
複数のパッチアンテナ２１は、ＸＹＺ座標のＸ－Ｙ面に平行な面に設けられる。誘電体基板２４におけるＸ－Ｙ面に平行な一方の面に設けられた地板２５は、複数のパッチアンテナ２１で共通の反射板として機能する導体板であり、アレーアンテナ装置１Ｃのグラウンド電位を形成する。金属板２６は、地板２５のＺ－Ｘ面に平行な面に設けられる。アレーアンテナ装置１Ｃにおける主放射方向は、＋Ｚ方向である。給電部２３によってパッチ素子２２に給電された電波は、パッチ素子２２、地板２５および金属板２６を介して自由空間に放射される。
複数のパッチアンテナ２１は、誘電体基板２４を介した地板２５上に設けられて、電界方向（Ｙ方向）に沿って直線状に配列された「素子アンテナ列」を構成する。金属板２６は、図１２に示すように、地板２５からの高さＨが、誘電体基板２４におけるパッチアンテナ２１を設けた位置よりも高い平板状の導体部材であり、素子アンテナ列におけるパッチアンテナ２１の配列方向に沿った両方の端部に設けられる。すなわち、金属板２６は、図２７に示すように、素子アンテナ列に形成されるアンテナ開口の電界方向（Ｙ方向）に直交し、地板２５に直交している。
高さがパッチアンテナ２１よりも高い金属板２６によって、素子アンテナ列の鏡像が実像の両側に形成される。アレーアンテナ装置１Ｃは、実像のアンテナ開口長よりも鏡像のアンテナ開口長の分だけ大きいアンテナ開口長を有したアレーアンテナとなるので、動作周波数帯域の低域側（長波長側）でインピーダンス整合をとることができる。
また、金属板２６は、Ｘ方向に長い平板形状を有しており、複数の素子アンテナ列（図２７においては４個の素子アンテナ列）におけるパッチアンテナ２１の配列方向に沿った両方の端部に一枚ずつ設けられる。すなわち、複数の素子アンテナ列にそれぞれ形成されるアンテナ開口の両方の端部には、共通の金属板２６が設けられる。共通の金属板２６によって複数の素子アンテナ列のそれぞれの実像の隣に鏡像が形成される。実際のアンテナ開口よりも大きな開口が仮想的に形成されるので、動作周波数帯域の低域側においてインピーダンス整合を図ることが可能となる。これにより、アレーアンテナ装置１Ｃは、アンテナ開口が小さくても、動作周波数帯域の低域側の反射特性を改善することができる。
図２８は、素子アンテナがスロットアンテナ２７であるアレーアンテナ装置１Ｄを示す斜視図である。図２８に示すように、アレーアンテナ装置１Ｄは、複数のスロットアンテナ２７を備える。スロットアンテナ２７は、アレーアンテナ装置１Ｄを構成する素子アンテナであり、スロット２８および給電部２９を備える。スロット２８は、図２８に示すように、地板３０に設けられたスリットである。給電部２９は、スロット２８に給電する。
複数のスロットアンテナ２７は、ＸＹＺ座標のＸ－Ｙ面に平行な面に設けられる。Ｘ－Ｙ面に平行な一方の面に設けられた地板３０は、複数のスロットアンテナ２７で共通の反射板として機能する導体板であり、アレーアンテナ装置１Ｄのグラウンド電位を形成する。金属板３１は、地板３０のＺ－Ｘ面に平行な面に設けられる。アレーアンテナ装置１Ｄにおける主放射方向は、＋Ｚ方向である。給電部２９によってスロット２８に給電された電波は、スロット２８、地板３０および金属板３１を介して自由空間に放射される。
複数のスロットアンテナ２７は、地板３０に設けられ、電界方向（Ｙ方向）に沿って直線状に配列された「素子アンテナ列」を構成する。金属板３１は、図２８に示すように、地板３０からの高さＨが、スロットアンテナ２７を設けた位置よりも高い平板状の導体部材であり、素子アンテナ列におけるスロットアンテナ２７の配列方向に沿った両方の端部に設けられる。すなわち、金属板３１は、図２８に示すように、素子アンテナ列に形成されるアンテナ開口の電界方向（Ｙ方向）に直交し、地板３０に直交している。
高さがスロットアンテナ２７よりも高い金属板３１によって、素子アンテナ列の鏡像が実像の両側に形成される。アレーアンテナ装置１Ｄは、実像のアンテナ開口長よりも鏡像のアンテナ開口長の分だけ大きいアンテナ開口長を有したアレーアンテナとなるので、動作周波数帯域の低域側（長波長側）でインピーダンス整合をとることができる。
また、金属板３１は、Ｘ方向に長い平板形状を有しており、複数の素子アンテナ列（図２８においては４個の素子アンテナ列）におけるスロットアンテナ２７の配列方向に沿った両方の端部に一枚ずつ設けられる。すなわち、複数の素子アンテナ列にそれぞれ形成されるアンテナ開口の両方の端部には、共通の金属板３１が設けられる。共通の金属板３１によって複数の素子アンテナ列のそれぞれの実像の隣に鏡像が形成される。実際のアンテナ開口よりも大きな開口が仮想的に形成されるので、動作周波数帯域の低域側においてインピーダンス整合を図ることが可能となる。これにより、アレーアンテナ装置１Ｄは、アンテナ開口が小さくても、動作周波数帯域の低域側の反射特性を改善することができる。
図２９は、素子アンテナが八木宇田アンテナ３２であるアレーアンテナ装置１Ｅを示す斜視図である。図２９に示すように、アレーアンテナ装置１Ｅは、複数の八木宇田アンテナ３２を備える。八木宇田アンテナ３２は、アレーアンテナ装置１Ｅを構成する素子アンテナであり、放射素子３３および給電部３４を備える。放射素子３３は、図２９に示すように、地板３５に設けられている。給電部３４は、放射素子３３に給電する。
複数の八木宇田アンテナ３２は、図２９に示すＸＹＺ座標のＸ－Ｙ面に平行な面に設けられる。Ｘ－Ｙ面に平行な一方の面に設けられた地板３５は、複数の八木宇田アンテナ３２で共通の反射板として機能する導体板であり、アレーアンテナ装置１Ｅのグラウンド電位を形成する。金属板３６は、地板３５のＺ－Ｘ面に平行な面に設けられる。アレーアンテナ装置１Ｅにおける主放射方向は、＋Ｚ方向である。給電部３４によって放射素子３３に給電された電波は、放射素子３３、地板３５および金属板３６を介して自由空間に放射される。
複数の八木宇田アンテナ３２は、地板３５に設けられ、電界方向（Ｙ方向）に沿って直線状に配列された「素子アンテナ列」を構成する。金属板３６は、図２９に示すように、地板３５からの高さＨが八木宇田アンテナ３２よりも高い平板状の導体部材であり、素子アンテナ列における八木宇田アンテナ３２の配列方向に沿った両方の端部に設けられる。すなわち、金属板３６は、図２９に示すように、素子アンテナ列に形成されるアンテナ開口の電界方向（Ｙ方向）に直交し、地板３５に直交している。
高さが八木宇田アンテナ３２よりも高い金属板３６によって、素子アンテナ列の鏡像が実像の両側に形成される。アレーアンテナ装置１Ｅは、実像のアンテナ開口長よりも鏡像のアンテナ開口長の分だけ大きいアンテナ開口長を有したアレーアンテナとなるので、動作周波数帯域の低域側（長波長側）でインピーダンス整合をとることができる。
また、金属板３６は、Ｘ方向に長い平板形状を有しており、複数の素子アンテナ列（図２９においては４個の素子アンテナ列）における八木宇田アンテナ３２の配列方向に沿った両方の端部に一枚ずつ設けられる。すなわち、複数の素子アンテナ列にそれぞれ形成されるアンテナ開口の両方の端部には、共通の金属板３６が設けられる。共通の金属板３６によって複数の素子アンテナ列のそれぞれの実像の隣に鏡像が形成される。実際のアンテナ開口よりも大きな開口が仮想的に形成されるので、動作周波数帯域の低域側においてインピーダンス整合を図ることが可能となる。これにより、アレーアンテナ装置１Ｅは、アンテナ開口が小さくても、動作周波数帯域の低域側の反射特性を改善することができる。
図３０は、素子アンテナがホーンアンテナ３７であるアレーアンテナ装置１Ｆを示す斜視図である。図３０に示すように、アレーアンテナ装置１Ｆは、複数のホーンアンテナ３７を備える。ホーンアンテナ３７は、アレーアンテナ装置１Ｆを構成する素子アンテナであり、ホーン素子３８および給電部３９を備える。ホーン素子３８は、図３０に示すように、地板４０に設けられている。給電部３９は、ホーン素子３８に給電する。
複数のホーンアンテナ３７は、図３０に示すＸＹＺ座標のＸ－Ｙ面に平行な面に設けられる。Ｘ－Ｙ面に平行な一方の面に設けられた地板４０は、複数のホーンアンテナ３７で共通の反射板として機能する導体板であり、アレーアンテナ装置１Ｆのグラウンド電位を形成する。金属板４１は、地板４０のＺ－Ｘ面に平行な面に設けられる。アレーアンテナ装置１Ｆにおける主放射方向は、＋Ｚ方向である。給電部３９によってホーン素子３８に給電された電波は、ホーン素子３８、地板４０および金属板４１を介して自由空間に放射される。
複数のホーンアンテナ３７は、地板４０に設けられ、電界方向（Ｙ方向）に沿って直線状に配列された「素子アンテナ列」を構成する。金属板４１は、図３０に示すように、地板４０からの高さＨがホーンアンテナ３７よりも高い平板状の導体部材であり、素子アンテナ列におけるホーンアンテナ３７の配列方向に沿った両方の端部に設けられる。すなわち、金属板４１は、図３０に示すように、素子アンテナ列に形成されるアンテナ開口の電界方向（Ｙ方向）に直交し、地板４０に直交している。
高さがホーンアンテナ３７よりも高い金属板４１によって、素子アンテナ列の鏡像が実像の両側に形成される。アレーアンテナ装置１Ｆは、実像のアンテナ開口長よりも鏡像のアンテナ開口長の分だけ大きいアンテナ開口長を有したアレーアンテナとなるので、動作周波数帯域の低域側（長波長側）でインピーダンス整合をとることができる。
また、金属板４１は、Ｘ方向に長い平板形状を有しており、複数の素子アンテナ列（図３０においては４個の素子アンテナ列）におけるホーンアンテナ３７の配列方向に沿った両方の端部に一枚ずつ設けられる。すなわち、複数の素子アンテナ列にそれぞれ形成されるアンテナ開口の両方の端部には、共通の金属板４１が設けられる。共通の金属板４１によって複数の素子アンテナ列のそれぞれの実像の隣に鏡像が形成される。実際のアンテナ開口よりも大きな開口が仮想的に形成されるので、動作周波数帯域の低域側においてインピーダンス整合を図ることが可能となる。これにより、アレーアンテナ装置１Ｆは、アンテナ開口が小さくても、動作周波数帯域の低域側の反射特性を改善することができる。
図３１は、素子アンテナがボウタイアンテナ４２であるアレーアンテナ装置１Ｇを示す斜視図である。図３１に示すように、アレーアンテナ装置１Ｇは、複数のボウタイアンテナ４２を備える。ボウタイアンテナ４２は、アレーアンテナ装置１Ｇを構成する素子アンテナであり、導体素子４３および給電部４４を備える。さらに、アレーアンテナ装置１Ｇは、誘電体基板４５を備える。導体素子４３は、図３１に示すように、誘電体基板４５上に設けられた金属薄膜である。給電部４４は、導体素子４３に給電する。誘電体基板４５は、一方の面に地板４６が設けられ、地板４６が設けられた面とは反対側の面上に導体素子４３が設けられる。
複数のボウタイアンテナ４２は、図３１に示すＸＹＺ座標のＸ－Ｙ面に平行な面に設けられる。誘電体基板４５におけるＸ－Ｙ面に平行な一方の面に設けられた地板４６は、複数のボウタイアンテナ４２で共通の反射板として機能する導体板であり、アレーアンテナ装置１Ｇのグラウンド電位を形成する。金属板４７は、地板４６のＺ－Ｘ面に平行な面に設けられる。アレーアンテナ装置１Ｇにおける主放射方向は＋Ｚ方向である。給電部４４によって導体素子４３に給電された電波は、導体素子４３、地板４６および金属板４７を介して自由空間に放射される。
複数のボウタイアンテナ４２は、誘電体基板４５を介した地板４６上に設けられ、電界方向（Ｙ方向）に沿って直線状に配列された「素子アンテナ列」を構成する。金属板４７は、図３１に示すように、地板４６からの高さＨが、誘電体基板４５におけるボウタイアンテナ４２を設けた位置よりも高い平板状の導体部材であり、素子アンテナ列におけるボウタイアンテナ４２の配列方向に沿った両方の端部に設けられる。すなわち、金属板４７は、図３１に示すように、素子アンテナ列に形成されるアンテナ開口の電界方向（Ｙ方向）に直交し、地板４６に直交している。
高さがボウタイアンテナ４２よりも高い金属板４７によって、素子アンテナ列の鏡像が実像の両側に形成される。アレーアンテナ装置１Ｇは、実像のアンテナ開口長よりも鏡像のアンテナ開口長の分だけ大きいアンテナ開口長を有したアレーアンテナとなるので、動作周波数帯域の低域側（長波長側）でインピーダンス整合をとることができる。
また、金属板４７は、Ｘ方向に長い平板形状を有しており、複数の素子アンテナ列（図３１においては４個の素子アンテナ列）におけるボウタイアンテナ４２の配列方向に沿った両方の端部に一枚ずつ設けられる。すなわち、複数の素子アンテナ列にそれぞれ形成されるアンテナ開口の両方の端部には、共通の金属板４７が設けられる。共通の金属板４７によって複数の素子アンテナ列のそれぞれの実像の隣に鏡像が形成される。実際のアンテナ開口よりも大きな開口が仮想的に形成されるので、動作周波数帯域の低域側においてインピーダンス整合を図ることが可能となる。これにより、アレーアンテナ装置１Ｇは、アンテナ開口が小さくても、動作周波数帯域の低域側の反射特性を改善することができる。
図３２は、素子アンテナが直交二偏波アンテナ４８であるアレーアンテナ装置１Ｈを示す斜視図である。図３２において、アレーアンテナ装置１Ｈは、複数の直交二偏波アンテナ４８を備える。また、直交二偏波アンテナ４８は、アレーアンテナ装置１Ｈを構成する素子アンテナであり、一対の第１の偏波素子４９、一対の第２の偏波素子５０、第１の給電部５１および第２の給電部５２を備える。
アレーアンテナ装置１Ｈは、誘電体基板５６、誘電体基板５７および誘電体基板５８を備える。図３２において、直交二偏波アンテナ４８の構成要素を視認可能とするために、誘電体基板５６、誘電体基板５７および誘電体基板５８が透明に記載されている。誘電体基板５６は、一方の面に地板５３が設けられ、地板５３が設けられた面とは反対側の面上に誘電体基板５７が積層される。誘電体基板５７には、さらに誘電体基板５８がＺ方向に積層される。
一対の第１の偏波素子４９は、誘電体基板５６上に設けられた直線状の金属薄膜である。第１の給電部５１は、第１の偏波素子４９に給電する。一対の第２の偏波素子５０は、誘電体基板５６の第１の偏波素子４９が設けられた面とは反対側の面に設けられた直線状の金属薄膜である。第２の給電部５２は、第２の偏波素子５０に給電する。第１の偏波素子４９と第２の偏波素子５０を同一面に投影した場合、両者は互いに直交する。
複数の直交二偏波アンテナ４８は、図３２に示すＸＹＺ座標のＸ－Ｙ面に平行な面に設けられる。誘電体基板５６におけるＸ－Ｙ面に平行な一方の面に設けられる地板５３は、複数の直交二偏波アンテナ４８で共通の反射板として機能する導体板であり、アレーアンテナ装置１Ｈのグラウンド電位を形成する。第１の金属板５４は、Ｚ－Ｙ面に平行な面に設けられ、第２の金属板５５は、Ｚ－Ｘ面に平行な面に設けられる。アレーアンテナ装置１Ｈにおける主放射方向は、＋Ｚ方向である。第１の給電部５１によって第１の偏波素子４９に給電された電波は、第１の偏波素子４９、地板５３および第１の金属板５４を介して自由空間に放射される。さらに、第２の給電部５２によって第２の偏波素子５０に給電された電波は、第２の偏波素子５０、地板５３および第２の金属板５５を介して自由空間に放射される。
第１の金属板５４は、図３２に示すように、地板５３からの高さＨが、誘電体基板５６における第１の偏波素子４９を設けた位置よりも高い平板状の導体部材であり、素子アンテナ列における第１の偏波素子４９の配列方向に沿った両方の端部に設けられる。第１の偏波素子４９の配列方向は、複数の第１の偏波素子４９からなる素子アンテナ列に形成されるアンテナ開口の電界方向（Ｘ方向）である。すなわち、第１の金属板５４は、素子アンテナ列に形成されるアンテナ開口の電界方向（Ｘ方向）に直交し、地板５３に直交している。
第２の金属板５５は、図３２に示すように、地板５３からの高さＨが、誘電体基板５６における第２の偏波素子５０を設けた位置よりも高い平板状の導体部材であり、素子アンテナ列における第２の偏波素子５０の配列方向に沿った両方の端部に設けられる。第２の偏波素子５０の配列方向は、複数の第２の偏波素子５０からなる素子アンテナ列に形成されるアンテナ開口の電界方向（Ｙ方向）である。すなわち、第２の金属板５５は、素子アンテナ列に形成されるアンテナ開口の電界方向（Ｙ方向）に直交し、地板５３に直交している。
高さが直交二偏波アンテナ４８よりも高い金属板５４および金属板５５によって、素子アンテナ列の鏡像が実像の両側に形成される。アレーアンテナ装置１Ｈは、実像のアンテナ開口長よりも鏡像のアンテナ開口長の分だけ大きいアンテナ開口長を有したアレーアンテナとなるので、第１の偏波素子４９または第２の偏波素子５０のいずれの偏波においても動作周波数帯域の低域側（長波長側）でインピーダンス整合をとることが可能である。
また、金属板５４は、Ｙ方向に長い平板形状を有しており、複数の素子アンテナ列（図３２においては、第１の偏波素子４９によって構成される４個の素子アンテナ列）における第１の偏波素子４９の配列方向に沿った両方の端部に一枚ずつ設けられる。すなわち、複数の素子アンテナ列にそれぞれ形成されるアンテナ開口の両方の端部には、共通の金属板５４が設けられる。共通の金属板５４によって複数の素子アンテナ列のそれぞれの実像の隣に鏡像が形成される。第２の偏波素子５０によって構成される４個の素子アンテナ列においても同様に、共通の金属板５５によって複数の素子アンテナ列のそれぞれの実像の隣に鏡像が形成される。実際のアンテナ開口よりも大きな開口が仮想的に形成されるので、動作周波数帯域の低域側においてインピーダンス整合を図ることが可能となる。これにより、アレーアンテナ装置１Ｈは、アンテナ開口が小さくても動作周波数帯域の低域側の反射特性を改善することができる。
実施の形態１、実施の形態２および実施の形態３において、アレーアンテナ装置が備える導体部材は、以下に示すものであってもよい。
図３３は、四角柱状の導体部材７Ａ（以下、四角柱導体部材７Ａと記載する。）を備えたアレーアンテナ装置１Ｉを示す斜視図である。図３３において、図１と同一の構成要素には同一の符号を付して重複した説明を省略する。アレーアンテナ装置１Ｉは、複数のテーパスロットアンテナ２を備える。テーパスロットアンテナ２は、アレーアンテナ装置１Ｉを構成する素子アンテナであり、一対のテーパ状導体板３、給電部４および整合スタブ５を備える。
四角柱導体部材７Ａは、図３３に示すように、地板６からの高さＨがテーパスロットアンテナ２よりも高い四角柱状の導体部材であり、素子アンテナ列におけるテーパスロットアンテナ２の配列方向に沿った両方の端部に設けられる。すなわち、四角柱導体部材７Ａは、素子アンテナ列に形成されるアンテナ開口の電界方向に直交し、地板６に直交する。給電部４によりテーパ状導体板３に給電された電波は、テーパ状導体板３、地板６および四角柱導体部材７Ａを介して、自由空間に放射される。
四角柱導体部材７Ａの高さＨ（Ｚ方向の高さ）は、アレーアンテナ装置１Ｉの動作周波数帯域の下限周波数における自由空間波長λＬの４分の１の奇数倍となる高さである。
アレーアンテナ装置１Ｉにおいては、高さＨがテーパスロットアンテナ２よりも高い四角柱導体部材７Ａによって、素子アンテナ列の実像の両側に鏡像が電気的に形成される。
実際のアンテナ開口よりも大きな開口が仮想的に形成されるので、動作周波数帯域の低域側においてインピーダンス整合を図ることが可能となる。これにより、アレーアンテナ装置１Ｉは、アンテナ開口が小さくても、動作周波数帯域の低域側の反射特性を改善することができる。なお、四角柱導体部材７Ａの代わりに、三角柱を含む多角柱状の導体部材を使用してもよい。
図３４は、円柱状の導体部材７Ｂ（以下、円柱導体部材７Ｂと記載する。）を備えたアレーアンテナ装置１Ｊを示す斜視図である。図３４において、図１と同一の構成要素には同一の符号を付して重複した説明を省略する。アレーアンテナ装置１Ｊは、複数のテーパスロットアンテナ２を備える。テーパスロットアンテナ２は、アレーアンテナ装置１Ｊを構成する素子アンテナであり、一対のテーパ状導体板３、給電部４および整合スタブ５を備える。
円柱導体部材７Ｂは、図３４に示すように、地板６からの高さＨがテーパスロットアンテナ２よりも高い円柱状の導体部材であり、素子アンテナ列におけるテーパスロットアンテナ２の配列方向に沿った両方の端部に設けられる。すなわち、円柱導体部材７Ｂは、素子アンテナ列に形成されるアンテナ開口の電界方向に直交し、地板６に直交する。給電部４によりテーパ状導体板３に給電された電波は、テーパ状導体板３、地板６および円柱導体部材７Ｂを介して、自由空間に放射される。
円柱導体部材７Ｂの高さＨ（Ｚ方向の高さ）は、例えば、テーパスロットアンテナ２よりも高く、かつ、アレーアンテナ装置１Ｊの動作周波数帯域の下限周波数における自由空間波長λＬの４分の１の奇数倍となる高さである。アレーアンテナ装置１Ｊにおいては、円柱導体部材７Ｂによって、素子アンテナ列の実像の両側に鏡像が電気的に形成される。実際のアンテナ開口よりも大きな開口が仮想的に形成されるので、動作周波数帯域の低域側においてインピーダンス整合を図ることが可能となる。これにより、アレーアンテナ装置１Ｊは、アンテナ開口が小さくても、動作周波数帯域の低域側の反射特性を改善することができる。
図３５は、金属メッキが施された樹脂部材からなる導体部材７Ｃ（以下、メッキ導体部材７Ｃと記載する。）を備えたアレーアンテナ装置１Ｋを示す斜視図である。図３５において、図１と同一の構成要素には同一の符号を付して重複した説明を省略する。アレーアンテナ装置１Ｋは、複数のテーパスロットアンテナ２を備える。テーパスロットアンテナ２は、アレーアンテナ装置１Ｋを構成する素子アンテナであり、一対のテーパ状導体板３、給電部４および整合スタブ５を備える。
メッキ導体部材７Ｃは、金属メッキなどによって、平板状の樹脂部材の表面に金属箔が設けられた導体部材であり、図３５に示すように、地板６からの高さがテーパスロットアンテナ２よりも高い部材である。なお、メッキ導体部材７Ｃは、平板状の樹脂部材の代わりに三角柱を含む多角柱状の樹脂部材または円柱状の樹脂部材の表面に金属メッキを施したものであってもよい。
メッキ導体部材７Ｃは、素子アンテナ列におけるテーパスロットアンテナ２の配列方向に沿った両方の端部に設けられ、素子アンテナ列に形成されるアンテナ開口の電界方向に直交し、地板６に直交する。給電部４によりテーパ状導体板３に給電された電波は、テーパ状導体板３、地板６およびメッキ導体部材７Ｃを介して、自由空間に放射される。
メッキ導体部材７Ｃの高さＨ（Ｚ方向の高さ）は、アレーアンテナ装置１Ｋの動作周波数帯域の下限周波数における自由空間波長λＬの４分の１の奇数倍となる高さである。アレーアンテナ装置１Ｋにおいては、高さＨがテーパスロットアンテナ２よりも高いメッキ導体部材７Ｃによって、素子アンテナ列の実像の両側に鏡像が電気的に形成される。
実際のアンテナ開口よりも大きな開口が仮想的に形成されるので、動作周波数帯域の低域側においてインピーダンス整合を図ることが可能となる。これにより、アレーアンテナ装置１Ｋは、アンテナ開口が小さくても、動作周波数帯域の低域側の反射特性を改善することができる。
これまでの説明では、図１に示したアレーアンテナ装置が備える金属板７の代わりに、四角柱導体部材７Ａ、円柱導体部材７Ｂおよびメッキ導体部材７Ｃを設けた構成を示したが、素子アンテナは、テーパスロットアンテナ２に限定されるものではない。例えば、図７および図２７から図３２に示した素子アンテナを有するアレーアンテナ装置に対して、四角柱導体部材７Ａ、円柱導体部材７Ｂおよびメッキ導体部材７Ｃを設けてもよい。
実施の形態１、実施の形態２および実施の形態３において、アレーアンテナ装置が備える素子アンテナの配列は、以下に示すものであってもよい。
図３６は、素子アンテナであるダイポールアンテナ１０が直線状に配列されたアレーアンテナ装置１Ｌを示す上面図である。図３６において、ダイポールアンテナ１０は、一対のダイポール素子１１および給電部１２を有する。アレーアンテナ装置１Ｌにおいて、複数のダイポールアンテナ１０は、地板１４上で、ダイポールアンテナ１０の電界方向（Ｙ方向）に沿って直線状に配置された素子アンテナ列を構成する。
また、素子アンテナ列に形成されたアンテナ開口の電界方向に沿った両方の端部には、金属板１５が設けられる。金属板１５によって素子アンテナ列の実像の両側に鏡像が電気的に形成される。実際のアンテナ開口よりも大きな開口が仮想的に形成されるので、動作周波数帯域の低域側においてインピーダンス整合を図ることが可能となる。これにより、アレーアンテナ装置１Ｌは、アンテナ開口が小さくても、動作周波数帯域の低域側の反射特性を改善することができる。
図３７は、素子アンテナであるダイポールアンテナ１０が四角配列されたアレーアンテナ装置１Ｍを示す上面図である。図３７において、ダイポールアンテナ１０は、一対のダイポール素子１１および給電部１２を有する。アレーアンテナ装置１Ｍは、４個のダイポールアンテナ１０が電界方向（Ｙ方向）に沿って直線状に配置された４個の素子アンテナ列（１）～（４）を有する。
４個の素子アンテナ列（１）～（４）に形成されたアンテナ開口の電界方向に沿った両方の端部には、金属板１５が設けられる。４個の素子アンテナ列（１）～（４）は、地板１４上で四角形の頂点にダイポールアンテナ１０が位置する四角配列になっている。
金属板１５によって素子アンテナ列の実像の両側に鏡像が電気的に形成される。実際のアンテナ開口よりも大きな開口が仮想的に形成されるので、動作周波数帯域の低域側においてインピーダンス整合を図ることが可能となる。これにより、アレーアンテナ装置１Ｍは、アンテナ開口が小さくても、動作周波数帯域の低域側の反射特性を改善することができる。
図３８は、素子アンテナであるダイポールアンテナ１０が三角配列されたアレーアンテナ装置１Ｎを示す上面図である。図３８において、ダイポールアンテナ１０は、一対のダイポール素子１１および給電部１２を有する。アレーアンテナ装置１Ｎは、４個のダイポールアンテナ１０が電界方向（Ｙ方向）に沿って直線状に配置された４個の素子アンテナ列（１）～（４）を有する。
４個の素子アンテナ列（１）～（４）に形成されたアンテナ開口の電界方向に沿った両方の端部には、金属板１５が設けられる。４個の素子アンテナ列（１）～（４）は、地板１４上で三角形の頂点にダイポールアンテナ１０が位置する三角配列になっている。
金属板１５によって素子アンテナ列の実像の両側に鏡像が電気的に形成される。実際のアンテナ開口よりも大きな開口が仮想的に形成されるので、動作周波数帯域の低域側においてインピーダンス整合を図ることが可能となる。これにより、アレーアンテナ装置１Ｎは、アンテナ開口が小さくても、動作周波数帯域の低域側の反射特性を改善することができる。
図３９は、素子アンテナであるダイポールアンテナ１０が非周期配列されたアレーアンテナ装置１Ｏを示す上面図である。図３９において、ダイポールアンテナ１０は、一対のダイポール素子１１および給電部１２を有する。アレーアンテナ装置１Ｏは、２個のダイポールアンテナ１０が電界方向に沿って直線状に配置された２個の素子アンテナ列、３個のダイポールアンテナ１０が電界方向に沿って直線状に配置された２個の素子アンテナ列、および、４個のダイポールアンテナ１０が電界方向に沿って直線状に配置された１個の素子アンテナ列を有する。これらの素子アンテナ列に形成されたアンテナ開口の電界方向に沿った両方の端部には、金属板１５が設けられる。
アレーアンテナ装置１Ｏにおいて、前述した５個の素子アンテナ列は、図３９に示すように、地板１４上で非周期に配列されている。アレーアンテナ装置１Ｏにおいても、金属板１５によって素子アンテナ列の実像の両側に鏡像が電気的に形成される。実際のアンテナ開口よりも大きな開口が仮想的に形成されるので、動作周波数帯域の低域側においてインピーダンス整合を図ることが可能となる。これにより、アレーアンテナ装置１Ｏは、アンテナ開口が小さくても、動作周波数帯域の低域側の反射特性を改善することができる。
図４０は、素子アンテナであるダイポールアンテナ１０の数が異なる複数の素子アンテナ配列を有したアレーアンテナ装置１Ｐを示す上面図である。図４０において、ダイポールアンテナ１０は、一対のダイポール素子１１および給電部１２を有する。アレーアンテナ装置１Ｐは、ダイポールアンテナ１０と金属板１５とからなるユニット（１ａ）から（７ａ）を有する。
ユニット（１ａ）および（７ａ）は、１個のダイポールアンテナ１０と当該ダイポールアンテナ１０の電界方向に沿った両方の端部に設けられた金属板１５とからなるユニット（１ａ）である。ユニット（２ａ）および（６ａ）は、２個のダイポールアンテナ１０が電界方向に沿って直線状に配置された素子アンテナ列と当該素子アンテナ列の電界方向に沿った両方の端部に設けられた金属板１５とからなるユニットである。ユニット（３ａ）および（５ａ）は、３個のダイポールアンテナ１０が電界方向に沿って直線状に配置された素子アンテナ列と当該素子アンテナ列の電界方向に沿った両方の端部に設けられた金属板１５とからなるユニットである。ユニット（４ａ）は、４個のダイポールアンテナ１０が電界方向に沿って直線状に配置された素子アンテナ列と当該素子アンテナ列の電界方向に沿った両方の端部に設けられた金属板１５とからなるユニット（４ａ）である。
アレーアンテナ装置１Ｐにおいて、前述した７個のユニットは、図４０に示すように、地板１４上で、ダイポールアンテナ１０の数がＸ方向に沿って順に増えていき、ユニット（４ａ）を境としてダイポールアンテナ１０の数がＸ方向に沿って減っていく周期で配列されている。アレーアンテナ装置１Ｐにおいても、金属板１５によって素子アンテナ列の実像の両側に鏡像が電気的に形成される。実際のアンテナ開口よりも大きな開口が仮想的に形成されるので、動作周波数帯域の低域側においてインピーダンス整合を図ることが可能となる。これにより、アレーアンテナ装置１Ｐは、アンテナ開口が小さくても、動作周波数帯域の低域側の反射特性を改善することができる。
これまでの説明では、図７に示したダイポールアンテナ１０の配列について示したが、これに限定されるものではない。例えば、図７および図２７から図３２に示した素子アンテナの配列に対して、図３６から図４０に示した配列を採用してもよい。
実施の形態１、実施の形態２および実施の形態３に係るアレーアンテナ装置のそれぞれが備える素子アンテナ列は、以下のように給電されてもよい。
図４１は、同軸線路９０を概略的に示す斜視図である。また、図４２は、＋Ｙ方向からみた図４１の同軸線路９０を示す側面図である。図４３は、＋Ｚ方向からみた図４１の同軸線路９０を示す上面図である。図４１、図４２および図４３に示すように、同軸線路９０は、内導体９１、外導体９２および誘電体９３を備える。内導体９１は、同軸線路９０を構成する芯線であり、外導体９２は、誘電体９３を介して内導体９１の外周に設けられた導体である。誘電体９３は、空気であってもよいし、誘電体樹脂であってもよい。
実施の形態１に係るアレーアンテナ装置１が備える素子アンテナ列は、同軸線路９０によって給電されてもよい。例えば、素子アンテナ列を構成する部材に対して同軸線路９０の内導体９１を物理的に接続して給電を行う。また、実施の形態３に係るアレーアンテナ装置１Ｂが備えるダイポール素子対６１は、マイクロストリップ線路６２から平行二線線路６４に対して電磁結合により物理的な接続なしに給電が行われる。このように構成しても、アレーアンテナ装置が備える素子アンテナ列に給電を行うことが可能である。
図４４は、マーチャンドバラン１００を示す斜視図である。また、図４５は、＋Ｙ方向からみた図４４のマーチャンドバラン１００を示す側面図である。図４６は、＋Ｚ方向からみた図４４のマーチャンドバラン１００を示す上面図である。図４４、図４５および図４６に示すマーチャンドバラン１００は、誘電体基板１０４に形成され、１２、図１３および図１４に示した給電部である。図１４に示したマイクロストリップ線路６２は、マーチャンドバラン１００のマイクロストリップ線路１０１である。図１３に示した平行二線線路６４は、マーチャンドバラン１００の平行二線線路１０２である。さらに、図１３に示した整合スタブ６３は、マーチャンドバラン１００における整合スタブ１０３である。マイクロストリップ線路１０１、平行二線線路１０２および整合スタブ１０３は、ダイポール素子対６１の給電部として機能する。
図４７は、シュペルトップバランを示す斜視図である。また、図４８は、＋Ｙ方向からみた図４７のシュペルトップバランの断面を概略的に示す断面図である。図４９は、＋Ｚ方向からみた図４７のシュペルトップバランを示す上面図である。図４７、図４８および図４９に示すシュペルトップバランは同軸線路９０である。シュペルトップバランを構成する同軸線路９０は、内導体９１、外導体９２、誘電体９３、および外導体９４を備えて構成される。内導体９１は、同軸線路９０を構成する芯線であり、外導体９２は、誘電体９３を介して内導体９１の外周に設けられた導体である。誘電体９３は、空気であってもよいし、誘電体樹脂であってもよい。また、外導体９４は、外導体９２の外周に設けられた導体であり、外導体９２と外導体９４は電気的に接続されている。
内導体９１と外導体９２は、平行二線線路９５として機能する。例えば、実施の形態３に係るアレーアンテナ装置１Ｂが備えるダイポール素子対６１に対して平行二線線路９５を接続することにより、シュペルトップバランが給電を行う。このように構成しても、アレーアンテナ装置１Ｂが備える素子アンテナ列に給電を行うことが可能である。
図５０は、テーパバラン１１０を示す斜視図である。また、図５１は、＋Ｙ方向からみた図５０のテーパバラン１１０を示す側面図である。図５２は、＋Ｚ方向からみた図５０のテーパバラン１１０を示す上面図である。図５０、図５１および図５２に示すテーパバラン１１０は、マイクロストリップ線路１１１、テーパ導体１１２および誘電体基板１１３を備える。例えば、実施の形態３に係るアレーアンテナ装置１Ｂが備えるダイポール素子対６１に対してテーパバラン１１０を接続することにより、テーパバラン１１０が給電を行う。このように構成しても、アレーアンテナ装置１Ｂが備える素子アンテナ列に給電を行うことが可能である。
図５３は、＋Ｙ方向からみた実施の形態１、実施の形態２および実施の形態３に係るアレーアンテナ装置１，１Ａ～１Ｐの第６変形例を示す側面図である。図５４は、＋Ｚ方向からみたアレーアンテナ装置１，１Ａ～１Ｐの第６変形例のＧ－Ｇ線で切った断面を示す断面図である。図５３および図５４に示すように、アレーアンテナ装置１，１Ａ～１Ｐにおいて、アンテナ基板６０は、二つのダイポール素子対６１からなる素子アンテナ列ごとに導体壁７０が設けられている。素子アンテナ列は、二つ以上のダイポール素子対６１からなる素子アンテナ列であってもよい。また、導体壁７０の代わりに、金属板を設けてもよい。これにより、アレーアンテナ装置１，１Ａ～１Ｐの第６変形例は、素子アンテナ列の単位で鏡像の効果が得られる。
図５５は、＋Ｚ方向からみた実施の形態１、実施の形態２および実施の形態３に係るアレーアンテナ装置１，１Ａ～１Ｐの第７変形例を示す上面図である。図５６は、＋Ｘ方向からみたアレーアンテナ装置１，１Ａ～１Ｐの第７変形例のＨ－Ｈ線で切った断面を示す断面図である。図５５および図５６に示すように、アレーアンテナ装置１，１Ａ～１Ｐの第７変形例は、複数の誘電体が積層された基板に構成される。複数の誘電体が積層された基板は、アンテナ基板２００である。アンテナ基板２００は、例えば、Ｚ方向に積層された誘電体層２００－１～２００－３を有する基板である。アンテナ基板２００において、誘電体層２００－１の一方の面には地板２０４が設けられ、誘電体層２００－１の他方の面上に誘電体層２００－２が積層され、誘電体層２００－２の面上に誘電体層２００－３が積層されている。アンテナ基板２００の誘電体層２００－２における誘電体層２００－３側の面には、複数のダイポール素子対２０１が形成され、ダイポール素子対２０１は、給電部２０２により給電が行われる。誘電体層２００－２における誘電体層２００－１側の面には、結合素子２０３が形成されている。
結合素子２０３は、各ダイポール素子対２０１の相互結合を調整して整合をとるための導体である。誘電体層２００－２における誘電体層２００－１側の面において、結合素子２０３は、誘電体層２００－２における誘電体層２００－３側の面上で隣り合ったダイポール素子対２０１の一方のダイポール素子と他方のダイポール素子との間に対応する位置に設けられる。すなわち、誘電体層２００－２における誘電体層２００－３側の面に投影した結合素子２０３は、図５５に示すように、隣り合ったダイポール素子対２０１において互いに隣り合ったダイポール素子同士の間に配置される。また、アンテナ基板２００の両方の端部側に配置されたダイポール素子において、誘電体層２００－２における誘電体層２００－３側の面に投影した結合素子２０３は、当該ダイポール素子と導体壁２０５との間に配置される。図５５に示すように、ダイポール素子対２０１同士の幅Ｄ１は、ダイポールアンテナの電界方向（Ｙ方向）の間隔である。隣り合う素子アンテナ列同士の間隔Ｄ２は、素子アンテナ列に形成されたアンテナ開口の磁界方向（Ｘ方向）の間隔である。
アンテナ基板２００の両方の端部には、導体壁２０５がそれぞれ設けられている。導体壁２０５は、誘電体層２００－３の表側面上に設けられた銅箔２０６および地板２０４と銅箔２０６とを電気的に接続して短絡するスルーホール２０７を備える。このように、導体壁２０５は、誘電体層２００－１の裏側面上に設けられた地板２０４と誘電体層２００－３の表側面上に形成された銅箔２０６とをスルーホール２０７で接続して構成される。また、ダイポール素子対２０１は誘電体層２００－２に形成されている。すなわち、導体壁２０５は、ダイポール素子対２０１よりもＺ方向に高い位置にある。これにより、アレーアンテナ装置１，１Ａ～１Ｐの第７変形例においても、鏡像の効果が得られ、アンテナ開口が小さくても動作周波数帯域の低域側の反射特性を改善することができる。
図５７は、＋Ｚ方向からみた実施の形態１、実施の形態２および実施の形態３に係るアレーアンテナ装置１，１Ａ～１Ｐの第８変形例を示す上面図である。図５８は、＋Ｘ方向からみたアレーアンテナ装置１，１Ａ～１Ｐの第８変形例のＩ－Ｉ線で切った断面を示す断面図である。図５７および図５８に示すように、アレーアンテナ装置１，１Ａ～１Ｐの第８変形例は、図５５および図５６に示したアンテナ基板２００を４枚用いて構成され、４枚のアンテナ基板２００が共通の平面上に並べられた構造を有する。なお、アンテナ基板の枚数は、二枚以上であればよい。
また、アレーアンテナ装置１，１Ａ～１Ｐの第８変形例においては、導体壁２０５が、素子アンテナ列が設けられた基板ごと、すなわち、アンテナ基板２００ごとに設けられている。これにより、アレーアンテナ装置１，１Ａ～１Ｐの第８変形例では、アンテナ基板２００ごとに鏡像の効果が得られ、アンテナ開口が小さくても動作周波数帯域の低域側の反射特性を改善することができる。
なお、各実施の形態の組み合わせまたは実施の形態のそれぞれの任意の構成要素の変形もしくは実施の形態のそれぞれにおいて任意の構成要素の省略が可能である。
本開示に係るアレーアンテナ装置は、例えば、レーダまたは移動体通信機器に利用可能である。
１，１Ａ～１Ｐ アレーアンテナ装置、２ テーパスロットアンテナ、３ テーパ状導体板、４，１２，２３，２９，３４，３９，４４，６９，２０２ 給電部、５，６３，１０３ 整合スタブ、６，１４，２５，３０，３５，４０，４６，５３，６７，２０４ 地板、７，１５，２６，３１，３６，４１，４７ 金属板、７Ａ 四角柱導体部材、７Ｂ 円柱導体部材、７Ｃ メッキ導体部材、８，１９ 実像、９，２０ 鏡像、１０ ダイポールアンテナ、１１ ダイポール素子、１３，６５，２０３ 結合素子、１６～１８，２４，４５，５６～５８，６８，１０４，１１３ 誘電体基板、２１ パッチアンテナ、２２ パッチ素子、２７ スロットアンテナ、２８ スロット、３２ 八木宇田アンテナ、３３ 放射素子、３７ ホーンアンテナ、３８ ホーン素子、４２ ボウタイアンテナ、４３ 導体素子、４８ 直交二偏波アンテナ、４９ 第１の偏波素子、５０ 第２の偏波素子、５１ 第１の給電部、５２ 第２の給電部、５４ 第１の金属板、５５ 第２の金属板、６０，６０－１～６０－Ｎ，２００ アンテナ基板、６１，２０１ ダイポール素子対、６２，１０１，１１１ マイクロストリップ線路、６４，９５，１０２ 平行二線線路、７０，２０５ 導体壁、７１，２０６ 銅箔、７２，２０７ スルーホール、７３ 金具、７４ ネジ、７５ ナット、９０ 同軸線路、９１ 内導体、９２，９４ 外導体、９３ 誘電体、１００ マーチャンドバラン、１１０ テーパバラン、１１２ テーパ導体、２００－１～２００－３ 誘電体層。

Claims (31)

  1. 平板状の導体である地板と、
    前記地板の上に複数の素子アンテナが電界方向に沿って直線状に配列された素子アンテナ列と、
    前記地板の上に配列された前記素子アンテナ列に形成されるアンテナ開口の電界方向に沿った両方の端部のみまたは一方の端部のみに設けられ、前記地板からの高さが前記素子アンテナよりも高い導体部材と、を備えた
    ことを特徴とするアレーアンテナ装置。
  2. 複数の前記素子アンテナ列が四角配列されている
    ことを特徴とする請求項１に記載のアレーアンテナ装置。
  3. 複数の前記素子アンテナ列が三角配列されている
    ことを特徴とする請求項１に記載のアレーアンテナ装置。
  4. 複数の前記素子アンテナ列が非周期配列されている
    ことを特徴とする請求項１に記載のアレーアンテナ装置。
  5. 前記導体部材は、前記地板の上に前記素子アンテナ列の電界方向に直交して設けられた平板状の導体である
    ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のアレーアンテナ装置。
  6. 前記導体部材は、前記地板の上で前記素子アンテナ列の電界方向に直交して設けられた多角柱状の導体である
    ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のアレーアンテナ装置。
  7. 前記導体部材は、前記地板の上で前記素子アンテナ列の電界方向に直交して設けられた円柱状の導体である
    ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のアレーアンテナ装置。
  8. 前記導体部材は、前記素子アンテナ列の電界方向に沿った端部にある前記素子アンテナの中心位置から当該素子アンテナの幅の半分の距離だけ離れた位置に設けられている
    ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のアレーアンテナ装置。
  9. 前記導体部材は、動作周波数帯域の下限周波数における自由空間波長の４分の１の奇数倍となる高さを有する
    ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のアレーアンテナ装置。
  10. 前記導体部材は、動作周波数帯域の下限周波数における、前記素子アンテナが形成された誘電体の実効波長の４分の１の奇数倍となる高さを有する
    ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のアレーアンテナ装置。
  11. 前記素子アンテナは、テーパスロットアンテナである
    ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のアレーアンテナ装置。
  12. 前記素子アンテナは、パッチアンテナである
    ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のアレーアンテナ装置。
  13. 前記素子アンテナは、ダイポールアンテナである
    ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のアレーアンテナ装置。
  14. 前記素子アンテナは、スロットアンテナである
    ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のアレーアンテナ装置。
  15. 前記素子アンテナは、八木宇田アンテナである
    ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のアレーアンテナ装置。
  16. 前記素子アンテナは、ホーンアンテナである
    ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のアレーアンテナ装置。
  17. 前記素子アンテナは、同軸線路で給電が行われる
    ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のアレーアンテナ装置。
  18. 前記素子アンテナは、電磁結合により物理的な接続なしに給電が行われる
    ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のアレーアンテナ装置。
  19. 前記素子アンテナは、シュペルトップバランを用いて給電が行われる
    ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のアレーアンテナ装置。
  20. 前記素子アンテナは、マーチャンドバランを用いて給電が行われる
    ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のアレーアンテナ装置。
  21. 前記素子アンテナは、テーパバランを用いて給電が行われる
    ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のアレーアンテナ装置。
  22. 前記素子アンテナは、複数の偏波を放射するアンテナであり、
    前記導体部材は、前記素子アンテナ列に形成されるアンテナ開口の各偏波の電界方向に沿った両方の端部または一方の端部に設けられている
    ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のアレーアンテナ装置。
  23. 前記導体部材は、誘電体基板の表面に金属箔を設けた部材である
    ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のアレーアンテナ装置。
  24. 前記素子アンテナは、導体によって構成されたアンテナまたは誘電体基板に設けられた金属薄膜によって構成されたアンテナである
    ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のアレーアンテナ装置。
  25. 前記素子アンテナは、前記地板の上に配置された基板の面上に設けられ、
    前記導体部材は、前記素子アンテナが設けられた基板に形成されている
    ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のアレーアンテナ装置。
  26. 前記導体部材は、前記素子アンテナが設けられた基板における両方の端部または一方の端部の表側面と裏側面に形成された金属薄膜と、前記表側面に形成された前記金属薄膜と前記裏側面に形成された前記金属薄膜とを電気的に接続して短絡するスルーホールとを備える
    ことを特徴とする請求項２５に記載のアレーアンテナ装置。
  27. 前記素子アンテナが設けられた基板は、複数の誘電体が積層された基板であり、
    前記導体部材は、積層された複数の前記誘電体の層のうち、少なくとも一つの前記誘電体の層に形成されている
    ことを特徴とする請求項２５に記載のアレーアンテナ装置。
  28. 前記導体部材は、積層された複数の前記誘電体の層のうち、少なくとも二つ以上の層に形成され、
    前記二つ以上の層に形成された前記導体部材の間を電気的に接続して短絡する少なくとも一つのスルーホールを備えた
    ことを特徴とする請求項２７に記載のアレーアンテナ装置。
  29. 前記素子アンテナが設けられた基板を前記地板の上に固定して前記導体部材を短絡するＬ字状の固定部材を備えた
    ことを特徴とする請求項２５に記載のアレーアンテナ装置。
  30. 前記素子アンテナが設けられた基板は、二つ以上の前記素子アンテナからなる前記素子アンテナ列が設けられた基板であり、
    前記素子アンテナ列が設けられた基板は、前記地板の上に複数設けられ、
    前記導体部材は、基板ごとに設けられた
    ことを特徴とする請求項２５に記載のアレーアンテナ装置。
  31. 前記導体部材は、前記素子アンテナ列ごとに設けられた
    ことを特徴とする請求項２５に記載のアレーアンテナ装置。
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