JP7843423B2 - サブアレイアンテナ装置 - Google Patents

Description

本発明は、サブアレイアンテナ装置に関する。
本願は、２０２３年７月６日に日本に出願された特願２０２３－１１１７９５号について優先権を主張し、その内容をここに援用する。

高速無線通信の分野において、ビームフォーミング可能に設けられたアンテナ装置が用いられている。例えば、特許文献１には、指向制御可能な指向性ビームを形成するアレイアンテナ装置が開示されている。アレイアンテナ装置は、例えば、天井、壁などに設置される。

日本国特開２０２３－３９３１０号公報

前記アレイアンテナ装置では、傾斜が大きいビームの放射方向の設定が難しい場合がある。

本発明の一態様は、傾斜が大きいビームの放射方向の設定が可能なサブアレイアンテナ装置を提供することを目的とする。

本発明の第１の態様に係るサブアレイアンテナ装置は、複数の放射素子を有する複数のサブアレイで構成されるアンテナアレイと、複数の前記サブアレイにＲＦ信号を供給するＩＣと、前記複数の前記サブアレイおよび前記ＩＣが設けられる基板と、を備え、前記アンテナアレイから放射される電磁波のピーク方向を、前記基板に直交する方向に対して傾けることが可能である。

本発明の第１の態様によれば、アンテナアレイから放射される電磁波のピーク方向は、基板に直交する方向に対して傾いた方向となる。そのため、サブアレイアンテナ装置は、被設置面と平行に設置した場合でも、十分な角度で傾斜したビームを放射することができる。したがって、サブアレイアンテナ装置の使用環境、使用形態などに応じて、ビームの放射方向の傾斜角度を広い範囲で任意に設定することができる。

本発明の第２の態様は、第１の態様のサブアレイアンテナ装置において、前記ＩＣから、前記サブアレイを構成する複数の前記放射素子のうち２以上の前記放射素子に供給されるＲＦ信号の位相は異なっていてもよい。

本発明の第３の態様は、第２の態様のサブアレイアンテナ装置において、前記複数の前記サブアレイを構成する複数の前記放射素子は、第１の信号線路及び第２の信号線路を介して前記ＩＣと電気的に接続され、前記第１の信号線路の長さと前記第２の信号線路の長さとが異なっていてもよい。

本発明の第４の態様は、第１から第３の態様のうちいずれか１つのサブアレイアンテナ装置において、前記複数の前記サブアレイは、第１サブアレイと、前記サブアレイと異なる第２サブアレイとを有してもよい。前記第１サブアレイは、前記ＩＣから複数の前記放射素子のうち２以上の前記放射素子に供給される前記ＲＦ信号の位相が異なっていてもよい。前記第２サブアレイは、前記ＩＣから複数の前記放射素子のうち２以上の前記放射素子に供給される前記ＲＦ信号の位相が同じであってもよい。

本発明の第５の態様は、第４の態様のサブアレイアンテナ装置において、前記複数の前記サブアレイは、矩形格子状に配列され、前記第２サブアレイは複数あり、矩形格子状の前記アンテナアレイの対角線に沿って配列されていてもよい。

本発明の一態様は、傾斜が大きいビームの放射方向の設定が可能なサブアレイアンテナ装置を提供する。

第１実施形態に係るサブアレイアンテナ装置の平面図である。 第１実施形態に係るサブアレイアンテナ装置のサブアレイの第１の例を示す模式図である。 第１実施形態に係るサブアレイアンテナ装置のサブアレイの第２の例を示す模式図である。 第１実施形態に係るサブアレイアンテナ装置の第１の設置例を示す模式図である。 第１実施形態に係るサブアレイアンテナ装置の第２の設置例を示す模式図である。 比較例のサブアレイアンテナ装置の放射パターンを示す図である。 実施例のサブアレイアンテナ装置の放射パターンを示す図である。 第２実施形態に係るサブアレイアンテナ装置の平面図である。 第２実施形態に係るサブアレイアンテナ装置のサブアレイを示す模式図である。 第２実施形態に係るサブアレイアンテナ装置の設置例を示す模式図である。 第３実施形態に係るサブアレイアンテナ装置の平面図である。 第３実施形態に係るサブアレイアンテナ装置の第１サブアレイを示す模式図である。 第３実施形態に係るサブアレイアンテナ装置の第２サブアレイを示す模式図である。 第３実施形態に係るサブアレイアンテナ装置の設置例を示す模式図である。

以下、本発明の実施形態に係るサブアレイアンテナ装置について図面に基づいて説明する。

［サブアレイアンテナ装置］（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係るサブアレイアンテナ装置１００の構成図である。以下、「サブアレイアンテナ装置」を単に「アンテナ装置」ということがある。

図１に示すように、アンテナ装置１００は、複数のサブアレイ１０と、複数のＩＣ２０と、基板３０と、を備える。
以下の説明において、Ｘ方向およびＹ方向は、基板３０の第１主面３０ａと平行である。Ｘ方向とＹ方向とは互いに直交する。Ｚ方向は、Ｘ方向およびＹ方向に直交する。平面視は、Ｚ方向に見ることである。Ｙ方向は、第１の方向の一例である。Ｘ方向は、第２の方向の一例である。

＋Ｘは、Ｘ方向に沿う一方の向きであり、図１における右方である。－Ｘは、＋Ｘと反対の向きである。＋Ｙは、Ｙ方向に沿う一方の向きであり、図１における上方である。－Ｙは、＋Ｙと反対の向きである。＋Ｚは、Ｚ方向に沿う一方の向きであり、図１における紙面手前側の向きである。－Ｚは、＋Ｚと反対の向きである。

サブアレイ１０は、基板３０の第１主面３０ａに、予め決められた配列パターンに基づいてパターニングされている。これにより、サブアレイ１０は、基板３０に設けられている。サブアレイ１０は、金属（銅など）等の導電性材料で形成されている。サブアレイ１０は、例えば、アディティブ法、サブトラクティブ法などによって形成されている。

複数のサブアレイ１０は、Ｘ方向およびＹ方向に並ぶ矩形格子状（マトリクス状）に配列されて、アンテナアレイ１１を構成している。Ｙ方向に並ぶ複数のサブアレイ１０は、Ｙ方向に間隔をおいて形成されている。Ｘ方向に並ぶ複数のサブアレイ１０は、Ｘ方向に間隔をおいて形成されている。

図１に示す例では、アンテナアレイ１１は、Ｙ方向に４つ、Ｘ方向に８つが並んだ計３２個のサブアレイ１０によって構成されている。すなわち、アンテナアレイ１１は、４行かつ８列の矩形格子状（マトリクス状）に配列されたサブアレイ１０から構成される。Ｙ方向に並ぶ４つのサブアレイ１０は、サブアレイ列１０Ｙを構成する。アンテナアレイ１１は、８つのサブアレイ列１０Ｙを有する。Ｘ方向に並ぶ８つのサブアレイ１０は、サブアレイ行１０Ｘを構成する。アンテナアレイ１１は、４つのサブアレイ行１０Ｘを有する。

複数のサブアレイ１０は、第１サブアレイ群１０Ａと、第２サブアレイ群１０Ｂと、第３サブアレイ群１０Ｃと、第４サブアレイ群１０Ｄと、を有する。

第１サブアレイ群１０Ａは、中央より＋Ｙ側かつ中央より－Ｘ側に位置する複数のサブアレイ１０を含む。すなわち、第１サブアレイ群１０Ａは、図１において上から２つのサブアレイ行１０Ｘ、かつ左から４つのサブアレイ列１０Ｙに含まれる８つのサブアレイ１０から構成される。

第２サブアレイ群１０Ｂは、中央より＋Ｙ側かつ中央より＋Ｘ側に位置する複数のサブアレイ１０を含む。すなわち、第２サブアレイ群１０Ｂは、図１において上から２つのサブアレイ行１０Ｘ、かつ右から４つのサブアレイ列１０Ｙに含まれる８つのサブアレイ１０から構成される。

第３サブアレイ群１０Ｃは、中央より－Ｙ側かつ中央より－Ｘ側に位置する複数のサブアレイ１０を含む。すなわち、第３サブアレイ群１０Ｃは、図１において下から２つのサブアレイ行１０Ｘ、かつ左から４つのサブアレイ列１０Ｙに含まれる８つのサブアレイ１０から構成される。

第４サブアレイ群１０Ｄは、中央より－Ｙ側かつ中央より＋Ｘ側に位置する複数のサブアレイ１０を含む。すなわち、第４サブアレイ群１０Ｄは、図１において下から２つのサブアレイ行１０Ｘ、かつ右から４つのサブアレイ列１０Ｙに含まれる８つのサブアレイ１０から構成される。

ＩＣ２０は、ＲＦ（Radio Frequency）信号を処理する集積回路（Integrated Circuit）である。ＩＣ２０は、例えば、基板３０の第１主面３０ａと反対の面に実装されている。これにより、ＩＣ２０は、基板３０に設けられている。ＩＣ２０は、信号線路１３（図２参照）を介して放射素子１２にＲＦ信号を供給する。ＩＣ２０は、例えば、ＢＦＩＣ（Beam Forming IC）である。

図１に示す例では、アンテナ装置１００は、４つのＩＣ２０を備える。４つのＩＣ２０は、Ｙ方向に２つ、Ｘ方向に２つが並んだ矩形格子状（マトリクス状）に配列されている。４つのＩＣ２０は、それぞれ第１～第４ＩＣ２０Ａ～ＩＣ２０Ｄである。第１ＩＣ２０Ａは、第１サブアレイ群１０Ａに含まれる複数のサブアレイ１０にそれぞれ電気的に接続されている。第２ＩＣ２０Ｂは、第２サブアレイ群１０Ｂに含まれる複数のサブアレイ１０にそれぞれ電気的に接続されている。第３ＩＣ２０Ｃは、第３サブアレイ群１０Ｃに含まれる複数のサブアレイ１０にそれぞれ電気的に接続されている。第４ＩＣ２０Ｄは、第４サブアレイ群１０Ｄに含まれる複数のサブアレイ１０にそれぞれ電気的に接続されている。

図２は、サブアレイ１０の第１の例を示す模式図である。図２に示すように、この例では、サブアレイ１０は、Ｙ方向に並ぶ２つの放射素子１２と、信号線路１３と、を備える。

放射素子１２は、矩形状に形成されている。放射素子１２は、Ｘ方向に沿う一対の辺と、Ｙ方向に沿う一対の辺とを有する。サブアレイ１０を構成する２つの放射素子１２は、Ｙ方向に間隔をおいて隣り合って形成されている。２つの放射素子１２の一方は、第１放射素子１２Ａである。２つの放射素子１２の他方は、第２放射素子１２Ｂである。第２放射素子１２Ｂは、第１放射素子１２Ａに対して＋Ｙ側に位置する。

信号線路１３は、基線路１４と、第１分岐線路（第１の信号線路）１５と、第２分岐線路（第２の信号線路）１６と、を備える。基線路１４の基端１４ａ（第１端）は、ＩＣ２０に電気的に接続されている。第１分岐線路１５および第２分岐線路１６は、基線路１４の先端１４ｂ（第１端と反対側の端である第２端）から分岐する分岐線路である。基線路１４の先端１４ｂは、Ｙ方向において、第１放射素子１２Ａと第２放射素子１２Ｂとの中点に位置しない。図２に示す例では、基線路１４の先端１４ｂは、第１放射素子１２Ａと第２放射素子１２Ｂとの中点よりも－Ｙ側に位置する。

第１分岐線路１５は、基線路１４の先端１４ｂから延び、第１放射素子１２Ａに達している。第１放射素子１２Ａは、基線路１４および第１分岐線路１５によってＩＣ２０に電気的に接続されている。
第１分岐線路１５は、Ｙ方向に沿う第１線路１５Ａと、Ｘ方向に沿う第２線路１５Ｂとを有するＬ字形状である。第１線路１５Ａは、基線路１４の先端１４ｂから－Ｙ側に直線状に延びる。第２線路１５Ｂは、第１線路１５Ａの－Ｙ側の先端から－Ｘ側に直線状に延びる。Ｌ１は、第１分岐線路１５の長さである。

第２分岐線路１６は、基線路１４の先端１４ｂから延び、第２放射素子１２Ｂに達している。第２放射素子１２Ｂは、基線路１４および第２分岐線路１６によってＩＣ２０に電気的に接続されている。
第２分岐線路１６は、Ｙ方向に沿う第１線路１６Ａと、Ｘ方向に沿う第２線路１６Ｂとを有するＬ字形状である。第１線路１６Ａは、基線路１４の先端１４ｂから＋Ｙ側に直線状に延びる。第２線路１６Ｂは、第１線路１６Ａの＋Ｙ側の先端から－Ｘ側に直線状に延びる。Ｌ２は、第２分岐線路１６の長さである。

第２分岐線路１６は、第１分岐線路１５より長い。すなわち、長さＬ２＞長さＬ１である。そのため、ＩＣ２０から第２放射素子１２Ｂに至る信号線路は、ＩＣ２０から第１放射素子１２Ａに至る信号線路より長くなる。これにより、ＩＣ２０から第１放射素子１２Ａに供給されるＲＦ信号の位相と、ＩＣ２０から第２放射素子１２Ｂに供給されるＲＦ信号の位相とは異なる。言い換えれば、ＩＣ２０から２つの放射素子１２に供給されるＲＦ信号の位相は互いに異なる。

第１分岐線路１５と第２分岐線路１６との長さの差（Ｌ２－Ｌ１）は、例えば、設計上のＲＦ信号の波長の１／８～１／２（例えば、１／４～１／２）に相当する位相差が生じるように定めることができる。ＩＣ２０から第１放射素子１２Ａに供給されるＲＦ信号の位相と、ＩＣ２０から第２放射素子１２Ｂに供給されるＲＦ信号の位相との差は、例えば、４５度～１８０度（好ましくは６０度～１８０度）である。言い換えれば、ＩＣ２０から２つの放射素子１２（１２Ａ，１２Ｂ）に供給されるＲＦ信号の位相の差は、例えば、４５度～１８０度（好ましくは６０度～１８０度）である。

放射素子１２（１２Ａ，１２Ｂ）は、信号線路１３から供給されたＲＦ信号を受けて電磁波を放射する。

図３は、サブアレイ１０の第２の例を示す模式図である。図３に示すように、この例では、サブアレイ１０は、Ｙ方向に並ぶ２つの放射素子１２と、信号線路２３と、を備える。第１の例（図２参照）と共通の構成については同じ符号を付して説明を省略する。

信号線路２３は、基線路１４と、第１分岐線路２５（第１の信号線路）と、第２分岐線路（第２の信号線路）２６と、を備える。第１分岐線路２５および第２分岐線路２６は、基線路１４の先端１４ｂ（第１端と反対側の端である第２端）から分岐する分岐線路である。基線路１４の先端１４ｂは、Ｙ方向において、第１放射素子１２Ａと第２放射素子１２Ｂとの中点に位置する。

第１分岐線路２５は、基線路１４の先端１４ｂから延び、第１放射素子１２Ａに達している。第１放射素子１２Ａは、基線路１４および第１分岐線路２５によってＩＣ２０に電気的に接続されている。
第１分岐線路２５は、Ｙ方向に沿う第１線路２５Ａと、Ｘ方向に沿う第２線路２５Ｂとを有するＬ字形状である。第１線路２５Ａは、基線路１４の先端１４ｂから－Ｙ側に直線状に延びる。第２線路２５Ｂは、第１線路２５Ａの－Ｙ側の先端から－Ｘ側に直線状に延びる。Ｌ３は、第１分岐線路２５の長さである。

第２分岐線路２６は、基線路１４の先端１４ｂから延び、第２放射素子１２Ｂに達している。第２放射素子１２Ｂは、基線路１４および第２分岐線路２６によってＩＣ２０に電気的に接続されている。
第２分岐線路２６は、第１線路２６Ａと、第２線路２６Ｂと、第３線路２６Ｃと、第４線路２６Ｄと、を有する。第１線路２６Ａは、基線路１４の先端１４ｂから＋Ｙ側に直線状に延びる。第２線路２６Ｂは、第１線路２６Ａの＋Ｙ側の先端から＋Ｘ側に直線状に延びる。第３線路２６Ｃは、第２線路２６Ｂの＋Ｘ側の先端から＋Ｙ側に直線状に延びる。第４線路２６Ｄは、第３線路２６Ｃの＋Ｙ側の先端から－Ｘ側に直線状に延びる。Ｌ４は、第２分岐線路２６の長さである。

第２分岐線路２６は、第１分岐線路２５より長い。すなわち、長さＬ４＞長さＬ３である。そのため、ＩＣ２０から第２放射素子１２Ｂに至る信号線路は、ＩＣ２０から第１放射素子１２Ａに至る信号線路より長くなる。これにより、ＩＣ２０から第１放射素子１２Ａに供給されるＲＦ信号の位相と、ＩＣ２０から第２放射素子１２Ｂに供給されるＲＦ信号の位相とは異なる。言い換えれば、ＩＣ２０から２つの放射素子１２に供給されるＲＦ信号の位相は互いに異なる。

第１分岐線路２５と第２分岐線路２６との長さの差（Ｌ４－Ｌ３）は、例えば、設計上のＲＦ信号の波長の１／８～１／２（例えば、１／４～１／２）に相当する位相差が生じるように定めることができる。ＩＣ２０から第１放射素子１２Ａに供給されるＲＦ信号の位相と、ＩＣ２０から第２放射素子１２Ｂに供給されるＲＦ信号の位相との差は、例えば、４５度～１８０度（好ましくは６０度～１８０度）である。言い換えれば、ＩＣ２０から２つの放射素子１２（１２Ａ，１２Ｂ）に供給されるＲＦ信号の位相の差は、例えば、４５度～１８０度（好ましくは６０度～１８０度）である。

放射素子１２（１２Ａ，１２Ｂ）は、信号線路２３から供給されたＲＦ信号を受けて電磁波を放射する。

図４は、アンテナ装置１００の第１の設置例を示す模式図である。図４は、アンテナ装置１００を天井に設置した例を示す。図４に示すように、アンテナ装置１００は、天井１の天面１ａ（被設置面）に設置されている。天面１ａは、例えば、水平面である。基板３０は天面１ａと平行な姿勢をとる。Ｖ１は、天面１ａおよび基板３０（第１主面３０ａ）に直交する垂直線である。１０１は、アンテナアレイ１１から放射される電磁波である。Ｒ１は、電磁波１０１のピーク方向（最も利得が高くなる方向）を示す。電磁波１０１のピーク方向は、例えば、電磁波１０１の中心軸の方向である。

アンテナ装置１００では、サブアレイ１０を構成する２つの放射素子１２に供給されるＲＦ信号の位相が互いに異なる（図２および図３参照）。そのため、放射素子１２から放射される電磁波１０１のピーク方向Ｒ１は、垂直線Ｖ１に対して傾斜した方向となる。垂直線Ｖ１に対するピーク方向Ｒ１の傾斜角度Ａ１は、例えば、０度を超え、６０度以下である。傾斜角度Ａ１は、１０度以上、５０度以下であってもよい。

図５は、アンテナ装置１００の第２の設置例を示す模式図である。図５は、アンテナ装置１００を壁に設置した例を示す。図５に示すように、アンテナ装置１００は、壁２の壁面２ａ（被設置面）に設置されている。壁面２ａは、例えば、水平面に対して垂直である。基板３０は壁面２ａと平行な姿勢をとる。Ｖ２は、壁面２ａおよび基板３０に直交する垂直線である。Ｒ２は、電磁波１０１のピーク方向（最も利得が高くなる方向）を示す。

アンテナ装置１００では、サブアレイ１０を構成する２つの放射素子１２に供給されるＲＦ信号の位相が互いに異なる（図２および図３参照）。そのため、放射素子１２から放射される電磁波１０１のピーク方向Ｒ２は、垂直線Ｖ２に対して傾斜した方向となる。垂直線Ｖ２に対するピーク方向Ｒ２の傾斜角度Ａ２は、例えば、０度を超え、６０度以下である。傾斜角度Ａ２は、１０度以上、５０度以下であってもよい。

（比較例）
アンテナ装置１００の作用効果を明らかにするために、比較形態に係るアンテナ装置を想定した。比較形態のアンテナ装置では、ＩＣを起点として、サブアレイ１０を構成する２つの放射素子に至る信号線路の長さは互いに等しい。そのため、ＩＣから２つの放射素子に供給されるＲＦ信号は同位相である。

比較形態のアンテナ装置の放射パターンを取得した。被設置面および基板に垂直な垂直線に対する電磁波のピーク方向の傾斜角度は、０度（例１）、１０度（例２）、２０度（例３）、３０度（例４）、および４０度（例５）とした。結果を図６に示す。図６は、比較形態に係るアンテナ装置の放射パターンを示す図である。図６に示すＣ１は、例１～例５の放射パターンのピークを通る傾向線である。

（実施例）
図１に示すアンテナ装置１００では、ＩＣ２０を起点として、サブアレイ１０を構成する２つの放射素子１２（１２Ａ，１２Ｂ）に至る信号線路の長さは互いに異なる。この実施例において、ＩＣ２０から２つの放射素子１２（１２Ａ，１２Ｂ）に供給されるＲＦ信号の位相の差は１８０度である。

アンテナ装置１００の放射パターンを取得した。被設置面および基板３０に垂直な垂直線に対する電磁波のピーク方向の傾斜角度は、０度（例６）、１０度（例７）、２０度（例８）、３０度（例９）、および４０度（例１０）とした。結果を図７に示す。図７は、アンテナ装置１００の放射パターンを示す図である。図７に示すＣ２は、例６～例１０の放射パターンのピークを通る傾向線である。図７には、比較のため、比較例の傾向線Ｃ１を併せて示す。

図６に示すように、比較例における放射パターンは、電磁波のピーク方向の傾斜角度が大きくなると利得が低下している（傾向線Ｃ１を参照）。
これに対し、図７に示す実施例における放射パターンは、電磁波のピーク方向の傾斜角度が大きくなっても利得は、比較例における放射パターンと比較して、低下しなかった（傾向線Ｃ２を参照）。
この結果より、アンテナ装置１００では、利得の低下を抑制しつつ、ピーク方向Ｒ１，Ｒ２の傾斜角度を大きく設定できることがわかった。

アンテナ装置１００は、電磁波の送受信に使用できる。アンテナ装置１００は、送信と受信のうち一方に使用してもよい。アンテナ装置１００は、ＩｏＴ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ ｏｆ Ｔｈｉｎｇｓ）分野における通信、あるいはＷｉＧｉｇ（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ Ｇｉｇａｂｉｔ）などの高速無線通信などにおけるアンテナ装置として用いることができる。

［第１実施形態のサブアレイアンテナ装置が奏する効果］
本実施形態のアンテナ装置１００は、複数のサブアレイ１０と、サブアレイ１０にＲＦ信号を供給するＩＣ２０と、サブアレイ１０およびＩＣ２０が設けられる基板３０と、を備える。アンテナアレイ１１から放射される電磁波１０１のピーク方向Ｒ１，Ｒ２は、垂直線Ｖ１，Ｖ２に対して傾いた方向となる（図４および図５参照）。そのため、アンテナ装置１００は、被設置面と平行に設置した場合でも、十分な角度で傾斜したビームを放射することができる。よって、アンテナ装置１００の使用環境、使用形態などに応じて、ビームの放射方向の傾斜角度を広い範囲で任意に設定することができる。

アンテナ装置１００では、サブアレイ１０を構成する２つの放射素子１２に供給されるＲＦ信号の位相が互いに異なることによって、電磁波１０１のピーク方向Ｒ１，Ｒ２は、垂直線Ｖ１，Ｖ２に対して傾斜した方向となる（図４および図５参照）。そのため、サブアレイ１０を構成する２つの放射素子１２に供給されるＲＦ信号の位相を調整することによって、電磁波１０１のピーク方向Ｒ１，Ｒ２を任意に設定できる。よって、電磁波１０１のピーク方向Ｒ１，Ｒ２の設定は容易となる。

アンテナ装置１００では、サブアレイを構成する２つの放射素子１２への信号線路の長さが互いに異なることによって、２つの放射素子１２に供給されるＲＦ信号の位相が互いに異なる。この構成によれば、簡略な構造で、２つの放射素子１２に供給されるＲＦ信号の位相を調整できる。よって、アンテナ装置１００の小型化および低コスト化を図ることができる。

［サブアレイアンテナ装置］（第２実施形態）
図８は、第２実施形態に係るアンテナ装置２００の構成図である。図９は、サブアレイ２１０を示す模式図である。図１に示すアンテナ装置１００との共通構成については、同じ符号を付して説明を省略する。

図８に示すように、アンテナ装置２００は、複数のサブアレイ２１０と、複数のＩＣ２２０と、基板３０と、を備える。
図８および図９に示すように、サブアレイ２１０は、第１実施形態におけるＸ方向に隣り合う２つのサブアレイ１０（図１参照）が互いに電気的に接続された構成である。

詳しくは、図８において、各行における左から１列目のサブアレイ１０（図１参照）と、各行における２列目のサブアレイ１０（図１参照）とは、信号線路１３どうしが連絡線路１７によって電気的に接続されている。これにより、サブアレイ２１０が形成されている。
同様に、各行における左から３，５，７列目のサブアレイ１０（図１参照）の各々と、各行においてこれに対して＋Ｘ側に隣り合うサブアレイ１０（すなわち、４，６，８列目のサブアレイ１０の各々）（図１参照）とは、信号線路１３どうしが連絡線路１７によって電気的に接続されている。これにより、サブアレイ２１０が形成されている。

複数のサブアレイ２１０は、Ｘ方向およびＹ方向に並ぶ矩形格子状（マトリクス状）に配列されて、アンテナアレイ２１１を構成している。アンテナアレイ２１１は、Ｙ方向に４つ、Ｘ方向に４つが並んだ計１６個のサブアレイ２１０によって構成されている。

複数のサブアレイ２１０は、第１サブアレイ群２１０Ａと、第２サブアレイ群２１０Ｂと、第３サブアレイ群２１０Ｃと、第４サブアレイ群２１０Ｄと、を有する。

第１サブアレイ群２１０Ａは、中央より＋Ｙ側かつ中央より－Ｘ側に位置する４つのサブアレイ２１０を含む。第２サブアレイ群２１０Ｂは、中央より＋Ｙ側かつ中央より＋Ｘ側に位置する４つのサブアレイ２１０を含む。第３サブアレイ群２１０Ｃは、中央より－Ｙ側かつ中央より－Ｘ側に位置する４つのサブアレイ２１０を含む。第４サブアレイ群２１０Ｄは、中央より－Ｙ側かつ中央より＋Ｘ側に位置する４つのサブアレイ２１０を含む。

図８に示す例では、アンテナ装置２００は、４つのＩＣ２２０を備える。４つのＩＣ２２０は、Ｙ方向に２つ、Ｘ方向に２つが並んだ矩形格子状（マトリクス状）に配列されている。４つのＩＣ２２０は、それぞれ第１～第４ＩＣ２２０Ａ～ＩＣ２２０Ｄである。

第１ＩＣ２２０Ａは、第１サブアレイ群２１０Ａに含まれる複数のサブアレイ２１０にそれぞれ電気的に接続されている。第２ＩＣ２２０Ｂは、第２サブアレイ群２１０Ｂに含まれる複数のサブアレイ２１０にそれぞれ電気的に接続されている。第３ＩＣ２２０Ｃは、第３サブアレイ群２１０Ｃに含まれる複数のサブアレイ２１０にそれぞれ電気的に接続されている。第４ＩＣ２２０Ｄは、第４サブアレイ群２１０Ｄに含まれる複数のサブアレイ２１０にそれぞれ電気的に接続されている。

図９に示すように、サブアレイ２１０は、第１放射素子群１２Ｃと、第２放射素子群１２Ｄとを有する。第１放射素子群１２Ｃと第２放射素子群１２ＤとはＸ方向に隣り合う。 第１放射素子群１２Ｃは、Ｙ方向に並ぶ２つの放射素子１２（第１放射素子１２Ａ１および第２放射素子１２Ｂ１）を有する。第２放射素子群１２Ｄは、Ｙ方向に並ぶ２つの放射素子１２（第１放射素子１２Ａ２および第２放射素子１２Ｂ２）を有する。

第１放射素子群１２Ｃにおいて、ＩＣ２２０（図８参照）から第１放射素子１２Ａ１に至る信号線路と、ＩＣ２２０（図８参照）から第２放射素子１２Ｂ１に至る信号線路との長さは異なる。これにより、ＩＣ２２０から２つの放射素子１２Ａ１，１２Ｂ１に供給されるＲＦ信号の位相は互いに異なる。ＩＣ２２０から２つの放射素子１２Ａ１，１２Ｂ１に供給されるＲＦ信号の位相の差は、例えば、４５度～１８０度（好ましくは６０度～１８０度）である。

第２放射素子群１２Ｄにおいて、ＩＣ２２０（図８参照）から第１放射素子１２Ａ２に至る信号線路と、ＩＣ２２０（図８参照）から第２放射素子１２Ｂ２に至る信号線路との長さは異なる。これにより、ＩＣ２２０から２つの放射素子１２Ａ２，１２Ｂ２に供給されるＲＦ信号の位相は互いに異なる。ＩＣ２２０から２つの放射素子１２Ａ２，１２Ｂ２に供給されるＲＦ信号の位相の差は、例えば、４５度～１８０度（好ましくは６０度～１８０度）である。

Ｘ方向に隣り合う第１放射素子１２Ａ１，１２Ａ２に供給されるＲＦ信号の位相は互いに異なる。ＩＣ２２０から２つの放射素子１２Ａ１，１２Ａ２に供給されるＲＦ信号の位相の差は、例えば、４５度～１８０度（好ましくは６０度～１８０度）である。
Ｘ方向に隣り合う第２放射素子１２Ｂ１，１２Ｂ２に供給されるＲＦ信号の位相は互いに異なる。ＩＣ２２０から２つの放射素子１２Ｂ１，１２Ｂ２に供給されるＲＦ信号の位相の差は、例えば、４５度～１８０度（好ましくは６０度～１８０度）である。

具体的には、第１放射素子群１２Ｃにおいて２つの放射素子１２Ａ１，１２Ｂ１に供給されるＲＦ信号の位相の差が１８０度であり、第２放射素子群１２Ｄにおいて２つの放射素子１２Ａ２，１２Ｂ２に供給されるＲＦ信号の位相の差が１８０度である例を挙げることができる。
Ｘ方向に隣り合う第１放射素子１２Ａ１，１２Ａ２に供給されるＲＦ信号の位相の差は、例えば、１８０度である。Ｘ方向に隣り合う第２放射素子１２Ｂ１，１２Ｂ２に供給されるＲＦ信号の位相の差は、例えば、１８０度である。

図１０は、アンテナ装置２００の設置例を示す模式図である。図１０に示す例では、アンテナ装置２００は、天井１の天面１ａ（被設置面）に設置されている。
図１０に示すように、アンテナ装置２００では、複数の方向に電磁波１０１を放射することができる。

本実施形態のアンテナ装置２００は、第１実施形態のアンテナ装置１００（図１参照）と同様の効果を奏する。
さらに、アンテナ装置２００は、サブアレイ２１０が複数の放射素子群１２Ｃ，１２Ｄを有するため、多方向に電磁波１０１を放射することができるという利点がある。

［サブアレイアンテナ装置］（第３実施形態）
図１１は、第３実施形態に係るアンテナ装置３００の構成図である。図１２は、第１サブアレイ２１０を示す模式図である。図１３は、第２サブアレイ３１０を示す模式図である。図１４は、アンテナ装置３００の設置例を示す模式図である。他の実施形態との共通構成については、同じ符号を付して説明を省略する。

図１１に示すように、アンテナ装置３００は、複数の第１サブアレイ２１０と、複数の第２サブアレイ３１０と、複数のＩＣ２２０と、基板３０と、を備える。
図１２に示すように、第１サブアレイ２１０は、第２実施形態におけるサブアレイ２１０（図９参照）と同じ構成である。

図１３に示すように、第２サブアレイ３１０では、ＩＣ２２０（図１１参照）は、信号線路３１３を介して放射素子１２にＲＦ信号を供給する。
第２サブアレイ３１０では、第１放射素子群１２Ｃにおいて、ＩＣ２２０（図１１参照）から第１放射素子１２Ａ１に至る信号線路と、ＩＣ２２０から第２放射素子１２Ｂ１に至る信号線路との長さは同じである。これにより、ＩＣ２２０から２つの放射素子１２Ａ１，１２Ｂ１に供給されるＲＦ信号の位相は互いに同じとなる。

第２サブアレイ３１０では、第２放射素子群１２Ｄにおいて、ＩＣ２２０（図１１参照）から第１放射素子１２Ａ２に至る信号線路と、ＩＣ２２０から第２放射素子１２Ｂ２に至る信号線路との長さは同じである。これにより、ＩＣ２２０から２つの放射素子１２Ａ２，１２Ｂ２に供給されるＲＦ信号の位相は互いに同じとなる。

図１１に示すように、複数の第１サブアレイ２１０および複数の第２サブアレイ３１０は全体として、Ｘ方向およびＹ方向に並ぶ矩形格子状（マトリクス状）に配列されて、アンテナアレイ３１１を構成している。アンテナアレイ３１１は、Ｙ方向に４つ、Ｘ方向に４つが並んだ計１６個のサブアレイ２１０，３１０によって構成されている。

アンテナアレイ３１１を構成する１６個のサブアレイのうち、１つの対角線に沿って並ぶ４個のサブアレイは、第２サブアレイ３１０である。詳しくは、図１１において、右から１列目かつ上から１行目のサブアレイは第２サブアレイ３１０である。右から２列目かつ上から２行目のサブアレイも第２サブアレイ３１０である。右から３列目かつ上から３行目のサブアレイも第２サブアレイ３１０である。右から４列目かつ上から４行目のサブアレイも第２サブアレイ３１０である。残りの１２個のサブアレイは、第１サブアレイ２１０である。

アンテナ装置３００では、アンテナアレイ３１１を構成する複数のサブアレイが、第１サブアレイ２１０と、第２サブアレイ３１０とを備える。
第１サブアレイ２１０では、ＩＣ２２０から複数の放射素子１２に供給されるＲＦ信号の位相は異なる。
第２サブアレイ３１０では、ＩＣ２２０から複数の放射素子１２に供給されるＲＦ信号の位相は同じである。

図１４は、アンテナ装置３００の設置例を示す模式図である。図１４に示す例では、アンテナ装置３００は、天井１の天面１ａ（被設置面）に設置されている。
図１４に示すように、アンテナ装置３００では、１２個の第１サブアレイ２１０によって電磁波１０１が放射される。４つの第２サブアレイ３１０によって、電磁波１０２が放射される。

本実施形態のアンテナ装置３００は、第２実施形態のアンテナ装置２００（図８参照）と同様の効果を奏する。
さらに、アンテナ装置３００は、第２サブアレイ３１０によって、垂直線Ｖ１の方向にも電磁波を放射できるため、広い範囲に電磁波を放射することができる。

第２サブアレイ３１０は、矩形格子状のアンテナアレイ３１１の対角線に沿って一列に配列されている。そのため、第２サブアレイ３１０は、アンテナアレイ３１１の中央に対して回転対称となるように配置される。このように、第２サブアレイ３１０は、アンテナアレイ３１１内で偏りなく配置されるため、第２サブアレイ３１０からの電磁波１０２の放射方向の偏りを小さくできる。

本発明の技術的範囲は前記実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、図１および図８に示すアンテナ装置１００，２００では、サブアレイ１０，２１０を構成する放射素子１２の数は２または４であるが、サブアレイを構成する放射素子の数はこれに限定されない。サブアレイを構成する放射素子の数は、２以上の任意の数であってよい。

サブアレイを構成する放射素子の数が３以上の場合は、複数の放射素子のうち２つ以上について、ＩＣから放射素子に供給されるＲＦ信号の位相が互いに異なっていればよい。

図２および図３に示すように、アンテナ装置１００では、信号線路の長さが異なることによって、２つの放射素子１２に供給されるＲＦ信号の位相が異なるが、２つの放射素子１２に供給されるＲＦ信号の位相が異なるようにする手法はこれに限定されない。例えば、ＩＣから第１放射素子までの経路と、ＩＣから第２放射素子までの経路とのうちいずれか一方のみに、ＲＦ信号の位相を変える機器（例えば、位相器）を設けてもよい。これにより、ＩＣから２つの放射素子への信号線路の長さが互いに等しい場合でも、２つの放射素子に供給されるＲＦ信号の位相が互いに異なるようにすることができる。

その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記した実施形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、上記した実施形態や変形例を適宜組み合わせてもよい。

本発明の一態様は、傾斜が大きいビームの放射方向の設定が可能なサブアレイアンテナ装置を提供する。

１ａ…天面（被設置面） ２ａ…壁面（被設置面） １０，２１０…サブアレイ １１，２１１，３１１…アンテナアレイ １２…放射素子 １２Ａ，１２Ａ１，１２Ａ２…第１放射素子（放射素子） １２Ｂ，１２Ｂ１，１２Ｂ２…第２放射素子（放射素子） １３，２３…信号線路 ２０，２２０…ＩＣ ３０…基板 １００，２００，３００…アンテナ装置（サブアレイアンテナ装置） １０１，１０２…電磁波 ２１０…第１サブアレイ ３１０…第２サブアレイ Ｒ１…電磁波のピーク方向 Ｖ１…基板に直交する垂直線

Claims (3)

1. 複数の放射素子を有する複数のサブアレイで構成されるアンテナアレイと、
   複数の前記サブアレイにＲＦ信号を供給するＩＣと、
   複数の前記サブアレイおよび前記ＩＣが設けられる基板と、を備え、
   前記アンテナアレイから放射される電磁波のピーク方向を、前記基板に直交する方向に対して傾けることが可能であり、
   前記ＩＣから、前記サブアレイを構成する複数の前記放射素子のうち２以上の前記放射素子に供給されるＲＦ信号の位相は互いに異なり、
   複数の前記サブアレイを構成する複数の前記放射素子は、各前記放射素子から並列に分岐された第１の信号線路及び第２の信号線路に接続され、前記第１の信号線路及び前記第２の信号線路を介して前記ＩＣと電気的に接続され、
   前記第１の信号線路の長さと前記第２の信号線路の長さとが異なる、
   サブアレイアンテナ装置。
2. 複数の放射素子を有する複数のサブアレイで構成されるアンテナアレイと、
   複数の前記サブアレイにＲＦ信号を供給するＩＣと、
   複数の前記サブアレイおよび前記ＩＣが設けられる基板と、を備え、
   前記アンテナアレイから放射される電磁波のピーク方向を、前記基板に直交する方向に対して傾けることが可能であり、
   複数の前記サブアレイは、第１サブアレイと、前記第１サブアレイと異なる第２サブアレイとを有し、
   前記第１サブアレイは、前記ＩＣから複数の前記放射素子のうち２以上の前記放射素子に供給される前記ＲＦ信号の位相が互いに異なり、
   前記第２サブアレイは、前記ＩＣから複数の前記放射素子のうち２以上の前記放射素子に供給される前記ＲＦ信号の位相が同じである、
   サブアレイアンテナ装置。
3. 複数の前記サブアレイは、矩形格子状に配列され、
   前記第２サブアレイは複数あり、矩形格子状の前記アンテナアレイの対角線に沿って配列されている、
   請求項２記載のサブアレイアンテナ装置。