JPWO2008142900A1 - アレーアンテナ - Google Patents

Abstract

【課題】基板や大きさなどを変更せずに、周波数が変化した場合においても指向特性及び軸比特性のいずれも良好なアレーアンテナを提供すること。【解決手段】左端部から中央部にかけてシーケンシャルに配列した第１のシーケンシャル配列部Ｓ１と、右端部から中央部にかけてシーケンシャルに配列した第２のシーケンシャル配列部Ｓ２とを左右対称に配列する。【選択図】図６

Description

本発明は、複数個の摂動付き平面アンテナ素子をリニアに配列したアレーアンテナに関するものである。

従来、摂動付きの平面アンテナに代表されるアンテナは、軸比帯域が狭く、設計周波数付近では軸比を良好に保てるが、周波数がずれると軸比の特性が極端に悪くなる特徴がある。その様子を図１５に示しており、（ａ）は軸比特性を示すグラフであり、（ｂ）はそれぞれの周波数における偏波状態を示している。これらグラフから設計周波数、すなわち中心周波数ｆ０付近では軸比はほとんど０ｄＢであり良好であるが、この中心周波数に対し−側にずれたｆ−、＋側にずれたｆ＋においては軸比特性が極端に悪くなっている。また、偏波状態においても、中心周波数ｆ０においては、円形偏波となるが、ｆ−及びｆ＋においては左右に傾斜する楕円偏波となり軸比が極端に悪くなっている。

また、近年、この摂動付きの平面アンテナをシーケンシャルに配列したシーケンシャルアレーアンテナも開発されている（例えば、特許文献１の段落番号００２７欄参照）。このシーケンシャルアレーアンテナは、アンテナ素子を複数個配列し、各アンテナ素子を１８０／ｎ（ｎ＝１、２、３、・・・）度回転させ、位相も１８０／ｎ（ｎ＝１、２、３、・・・）度変えて励振する。例えば、図１６に示すように、給電点が１つで、かつ対向する切り欠き（摂動）を有するアンテナ素子を３個リニアに配列してシーケンシャルアレーアンテナとする場合には、各アンテナ素子が次の式、 φ_ｎ＝（ｎ−１）π／Ｎ（ｎ：ｎ番目のアンテナ素子、Ｎ：アンテナ素子の数、３個のアンテナ素子の場合はＮ＝３）に従って機械的に回転させられた上で配列されている。

このように、Ｎ素子からなるシーケンシャルアレーアンテナにおいて、ｎ番目のアンテナ素子に上記式φ_ｎ＝（ｎ−１）π／Ｎの回転と位相偏移を与えると、ブロードサイド方向（アンテナ素子の配列方向に対し直交する方向）にはアンテナ素子の偏波に関係なく、完全な円偏波を放射するので、広帯域にわたって良好な円偏波とインピーダンス特性が保てる。

しかしながら、中心周波数からずれた周波数（通信チャンネル）を使用するとき、シーケンシャルアレーアンテナの指向特性が図１７のようになり、周波数により指向特性が変化するという問題がある。特に、移相器と組み合わせてフェーズドアレイアンテナとして指向方向を制御する場合、周波数によりビーム方向が変化する。ＲＦＩＤのように通信相手が直線偏波の場合、特に顕著であり周波数により受信エリアが変化してしまう。図１７は、シーケンシャルアレーアンテナの指向特性及び軸比特性を示しており、（ａ）、（ｂ）は周波数ｆ＋、（ｃ）、（ｄ）は周波数ｆ−をそれぞれ使用した場合の、ビームの状態を示している。Ｅ_θは円偏波の水平成分、Ｅ_φは垂直成分をそれぞれ示すが、周波数ｆ＋と周波数ｆ−の場合では、Ｅ_θ、Ｅ_φで利得に変化がなく軸比特性に変化はないものの、ビーム方向は左右正反対となっており、更に、移相器を組み合わせてビームシフトした際には、図１７（ｂ）、（ｄ）に示すように、Ｅ_θ、Ｅ_φで変化している。

一方、図１８に示すようなアンテナ方向を同一とした摂動付きのアンテナ素子をリニアに配列した一般的なフェーズドアレーアンテナの場合には、指向特性は周波数に依存しないものの利得の変動が図１９に示すように大きくなる。図１９は、フェーズドアレーアンテナの指向特性を示しており、（ａ）、（ｂ）は周波数ｆ＋、（ｃ）、（ｄ）は周波数ｆ−をそれぞれ使用した場合の、ビームの状態を示している。周波数ｆ＋と周波数ｆ−の場合では、Ｅ_θ、Ｅ_φで共に正面方向を向いており指向特性には変化がないものの、利得は正反対となっている。上記同様ビームシフトした際にも、Ｅ_θ、Ｅ_φで変化している。

すなわち、個々のアンテナ軸比帯域が低い平面アンテナ素子を用いてシーケンシャルアレーアンテナあるいはフェーズドアレーアンテナを構成した場合には、シーケンシャルアレーアンテナにおいては、周波数の変化によらず、ブロードサイド方向は広帯域に良好な軸比特性を保つが、指向方向は周波数の変化により変動する。他方、フェーズドアレーアンテナにおいては、指向方向は周波数の変化により変動しないが、軸比は周波数の変化により変動してしまう。このように、それぞれのアレーアンテナでは指向特性及び軸比帯域において一長一短がある。

このような従来の問題点を解決する方法として、以下のような方法がある。軸比帯域改善の１つの手法としては、アレーアンテナを構成する基板の厚さを厚くしたり、基板誘電率を低くするという手法がある。しかしながら、この手法を用いるとアンテナのサイズが大きくなりコンパクト化が図れない、製造コストがアップするなど別の問題が生じてしまう。また、軸比帯域改善の他の手法として、給電点を２箇所にするという手法があるが、この手法でも、給電回路が複雑化するという他の問題点が生じてしまう。その他にも、シーケンシャルアレーアンテナにおいて、横列だけでなく縦列にもアンテナ素子を増やし、いわゆるシーケンシャルサブアレー構成とする方法もあるが、やはりこの方法によっても、アンテナサイズが大きくなってしまうという別の問題が生じてしまう。このように、従来の方法により、上記問題を解決した場合には、いずれもアンテナサイズの大型化や複雑化という別の問題が発生してしまい、未だ満足する解決方法が提案されていない。

特開平０９―９８０１６号公報

本発明は、上述した問題を解決するためになされたものであり、その目的は、複数個の摂動付き平面アンテナ素子をリニアに配列したアレーアンテナにおいて、基板や大きさなどを変更せずに、周波数が変化した場合においても指向特性及び軸比特性のいずれも良好なアレーアンテナを提供することにある。

本発明は、複数個の摂動付き平面アンテナ素子をリニアすなわち直線状に配列したアレーアンテナであって、左端部から中央部にかけてシーケンシャルに配列した第１のシーケンシャル配列部と、右端部から中央部にかけてシーケンシャルに配列した第２のシーケンシャル配列部と、からなり、上記第１のシーケンシャル配列部と上記第２のシーケンシャル配列部とは左右対称であることを特徴とする。

平面アンテナ素子に摂動を加える手法としては、例えば、直線偏波用パッチアンテナに切り欠き（スリット）などによる縮退分離素子を装荷する手法がある。この縮退分離素子を装荷することにより平面アンテナは円偏波を発生させる。「シーケンシャルに配列した」とは、アンテナ素子がφ_ｎ＝（ｎ−１）π／Ｎ（ｎ：ｎ番目のアンテナ素子、Ｎ：アンテナ素子の数）を満たすように配列されていることを意味する。ここで、上記「左右対称」とは、第１のシーケンシャル配列部を１８０度回転して第２のシーケンシャル配列部に重ねた場合に一致するような状態を意味する。

上記複数個の摂動付き平面アンテナ素子は、偶数個あるいは奇数個からなるように構成してもよい。奇数個からなる場合には、中央部に位置する平面アンテナ素子は、第１のシーケンシャル配列部と第２のシーケンシャル配列部とで共用することとなる。

上記摂動付き平面アンテナ素子は、円形パッチアンテナあるいは方形パッチアンテナであるように構成してもよい。

上記第１のシーケンシャル配列部及び上記第２のシーケンシャル配列部を構成する摂動付き平面アンテナ素子のそれぞれの間隔は、等間隔あるいは不等間隔であるように構成してもよい。各アンテナ素子の間隔は、等間隔あるいは不等間隔のいずれであってもよいが、第１のシーケンシャル配列部を１８０度回転して第２のシーケンシャル配列部に重ねた場合に一致するような左右対称の関係は満たす必要がある。

以上説明したように本発明によれば、複数個の摂動付き平面アンテナ素子をリニアに配列したアレーアンテナであって、左端部から中央部にかけてシーケンシャルに配列した第１のシーケンシャル配列部と、右端部から中央部にかけてシーケンシャルに配列した第２のシーケンシャル配列部と、からなり、上記第１のシーケンシャル配列部と上記第２のシーケンシャル配列部とは左右対称であるように構成した。これにより、基板や大きさなどを変更せずに、周波数が変化した場合においても指向特性及び軸比特性のいずれもが良好である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

本発明のアレーアンテナは、端的に言えば、下記理論に基づき、従来のシーケンシャルアレーアンテナにおけるアンテナ素子の配列を改良し、使用チャンネルが変化しても指向特性及び軸比特性の双方を良好としたものである。

本発明者らは、下記推測のもと本発明のアレーアンテナを発明するに至った。以下詳細に説明する。

まず、図１に示すように、複数（Ｎ個）のアンテナ素子（アンテナ１、アンテナ２・・・アンテナＮ）をリニアに配列したアレーアンテナにおいて、下記条件のもと、ブロードサイド方向にビームを向けたときのθ＋方向、θ−方向の電界強度を示す。

図１（ａ）はθ＋方向の電界を表しており、その条件は以下の通りである。すなわち、各アンテナ素子のθ（Ｔｈｅｔａ）方向の励振振幅をＥ_θｎ（１番目のアンテナ素子はＥ_θ１）、θ+方向の合成電界をＥ_θ+、各アンテナ素子の指向性利得をＤ（θ）、波数をｋ＝２π／λ、アンテナ素子の間隔をｄとする。各アンテナ素子の励振位相（φ）を同一とする。この場合、合成電界Ｅ_θ＋は下記＜数式１＞で示される。

＜数式１＞
Ｅ_θ＋＝Ｄ（θ）・ΣＥ_θｎ｛ｊ［φ＋ｋｄ・ｓｉｎθ・（Ｎ−ｎ）］｝・・・［１］

Σの項を展開すると、
Ｅ_θ１｛ｊ［φ＋ｋｄ・ｓｉｎθ・（Ｎ−１）］｝＋Ｅ_θ２｛ｊ［φ＋ｋｄ・ｓｉｎθ・（Ｎ−２）］｝＋・・・＋Ｅ_θＮ（ｊφ）・・・［２］

他方、図１（ｂ）はθ−方向にビームを向けた場合であり、その条件は以下の通りである。すなわち、各アンテナ素子のθ（Ｔｈｅｔａ）方向の励振振幅をＥ_θｎ（１番目のアンテナ素子はＥ_θ１）、θ−方向の合成電界をＥ_θ−、各アンテナ素子の指向性利得をＤ（θ）、波数をｋ＝２π／λ、アンテナ素子の間隔をｄとする。各アンテナ素子の励振位相（φ）を同一とする。この場合、合成電界Ｅ_θ−は下記＜数式２＞で示される。

＜数式２＞
Ｅ_θ−＝Ｄ（θ）・ΣＥ_θｎ｛ｊ［φ＋ｋｄ・ｓｉｎθ・（ｎ−１）］｝・・・［３］

Σの項を展開すると、
Ｅ_θＮ｛ｊ［φ＋ｋｄ・ｓｉｎθ・（Ｎ−１）］｝＋Ｅ_{θ（ｎ−１）}｛ｊ［φ＋ｋｄ・ｓｉｎθ・（Ｎ−２）］｝＋・・・＋Ｅ_θ１（ｊφ）・・・［４］

なお上記［４］においては、分かり易いようにＮ項から展開している。

ここで、左右対称のビームパターンであるということは、Ｅ_θ＋＝Ｅ_θ−の条件が成立する必要がある。この場合、個々のアンテナ素子の指向特性Ｄ（θ）はＤ（θ＋）＝Ｄ（θ−）であるので、上記式［２］、［４］がイコールである必要がある。すなわち、下記式[５]を満たす必要がある。

上記式[５]より、
Ｅ_θ１＝Ｅ_θＮかつＥ_θ２＝Ｅ_{θ（ｎ―１）}かつ・・・ ・・・[６]
を満たす必要がある。つまり、
Ｅ_θｎ＝Ｅ_{θ（Ｎ−ｎ＋１）}・・・[７]
を満たす必要がある。この条件式[７]を模式的に示したのが図２である。この場合、左端部から中央部にかけての励振振幅と右端部から中央部にかけての励振振幅と順々に対応している。

ここで、アレーアンテナを構成する各アンテナ素子の軸比が図３（ａ）に示すように、ａ：ｂであるとすると、Ｘ方向の振幅はａ・ｓｉｎ（ωｔ）で励振されていることとなる。また、アンテナ素子の配列により図３（ｂ）に示すようにγだけ傾いているとすると、Ｘ方向の振幅ｃは、次の数式で示される。

一方、各アンテナ素子がシーケンシャルに配列されている場合には、各アンテナ素子の配列は、以下の条件式を満たすものとなる。

＜条件式＞
φ_ｎ＝（ｎ−１）π／Ｎ（ｎ：ｎ番目のアンテナ素子、Ｎ：アンテナ素子の数）

ここで、１番目のアンテナ素子に対する、２番目のアンテナ素子の配列（傾き）をΓとすると、
Γ＝γ_２−γ_１＝π／Ｎ・・・［９］
であり、ｎ番目のアンテナ素子の配列（傾き）は、 （ｎ−１）・Γ と表せる。

上記式［８］より、ｎ番目のアンテナ素子のＸ方向（Ｅθ）の振幅は、

と表せ、式［７］より、Ｅ_θｎ＝Ｅ_{θ（Ｎ−ｎ＋１）} が成り立つ必要があるが、式［１０］において、１番目のアンテナ素子とＮ番目のアンテナ素子の振幅を一致させるには、
（Ｎ−１）・Γ＝０、π，２π，・・・・・・となる必要、すなわち、
一般式（Ｎ-1）・Γ＝ｍ・π（ｍは、整数倍を表す）を満たす必要がある。そして、この式を変形すると、Γ＝ｍ・π／（Ｎ−１）となるが、この式は上記式［９］と一致しない。よって、このような従来のシーケンシャル配列では指向方向にずれが生じ、指向方向は左右対称とはならない。

一方、以下のような特殊なシーケンシャル配列により各アンテナ素子を配列した場合には、以下に説明する通り、指向方向が左右対称となる。

すなわち、この特殊なシーケンシャル配列を用いたアレーアンテナにおいては、図２に示すようにアンテナ素子がリニアに配列されるとともに、左端部から中央部にかけてアンテナ素子をシーケンシャルに配列、すなわち、上記式φ_ｎ＝（ｎ−１）π／Ｎ（ｎ：ｎ番目のアンテナ素子、Ｎ：アンテナ素子の数）に従って機械的に回転させられた上で配列し、同様に、右端部から中央部にかけてもアンテナ素子をシーケンシャルに配列し、左側と右側とでアンテナ素子の方向が左右対称に配列されるように構成している。このようにアンテナ素子が配列されていることを本発明では「特殊なシーケンシャル配列」と称している。

そのための条件として、以下の式
γ１＝γＮ、γ２＝γ（Ｎ−ｎ）、γ３＝γ（Ｎ−２）、・・・・すなわち、
γｎ＝γ（Ｎ-ｎ+1）・・・式［１１］
を満たす必要がある。
ここで、この式［１１］と式［１０］より、
Ｅθ_１＝Ｅθ_Ｎ、Ｅθ_２＝Ｅθ_{（Ｎ−１）}、Ｅθ_３＝Ｅθ_{（Ｎ−２）}、・・・・
となり、この式を一般式に変形すると、
Ｅθｎ＝Ｅθ（Ｎ-ｎ+1）となり、この式は式［７］と一致する。
この式［７］は、アレーアンテナにおいて、左右対称のビームパターンであることの条件式であったので、よって、アンテナ素子を上記式［１１］を満たすような特殊なシーケンシャル配列とすることにより、指向方向が左右対称となるという結果が得られた。このことは、Ｅφ方向でも同一の理論であり、周波数による軸比特性が変化しても、式［７］の条件を必ず満たす。

以上がアレーアンテナにおいてアンテナ素子を上記特殊なシーケンシャル配列とすることにより、指向方向が左右対称となり、指向特性が良好であることを証明するものである。

次に、このような特殊なシーケンシャル配列とすることにより、軸比が改善されることについての証明を行う。

まず、１個のアンテナ素子の軸比特性が図４に示す通り、ａ：ｂとし、この図４におけるｃをある角度θの振幅とすると、

となる。このアンテナ素子によりアレーアンテナを構成した際の、最大電界方向をＥ（φＭＡＸ）、最小電界方向をＥ（φＭＩＮ）とすると、軸比は、Ｅ（φＭＡＸ）＝Ｅ（φＭＩＮ）で表される。なお、アンテナ素子１個では、ａ：ｂとなる（ここで言うφは、アンテナ座標系でθ＝０ｄｅｇの回転とする）。

各アンテナ素子の偏波が図５（ａ）のような状態であるとした場合に、アンテナ１の角度φの電界強度をＥ１（φ）、アンテナｎの角度φの電界強度をＥｎ（φ）とする。Ｎ個のアンテナ素子が同一方向と配列（ノーマルアレー）とすると、合成電界Ｅ（φ）は以下で表される。

Ｅ（φ）＝ΣＥn（φ） （Σの補足 ：ｎ＝１からＮの合計）
ここで、Ｅ１（φ）＝Ｅ２（φ）＝・・・・＝ＥＮ（φ） であるため、
Ｅ（φ）＝Ｎ・Ｅ１（φ）

したがって、Ｅ（φＭＡＸ）＝ａ・Ｎ （φ＝０°）、Ｅ（φＭＩＮ）＝b・Ｎ （φ＝９０°）
よって、ノーマルアレーの軸比はa：bである。

一方、あるアンテナ素子がγ_ｎだけ傾いている場合、各アンテナ素子の偏波は図５（ｂ）のような状態となる。この場合、

と表される。なお、特殊なシーケンシャル配列の場合は、γｎ＝γ（Ｎ-ｎ+1）である。

従って、φ方向の合成電界は、
Ｅ（φ）＝Ｅ１（φ）＋Ｅ２（φ）＋・・・＋ＥＮ（φ）・・・［１４］
ここで、Ｅ（φＭＡＸ）となるのは、式［１３］より、
φ＝γ１ ｏｒ γ２ ｏｒ ・・・・ γＮ の場合である。ただし、中心のアンテナ素子の傾きをγｔとすると、特殊なシーケンシャル配列の場合、γｎ＝γ（Ｎ−ｎ＋１)であり、Ｅ（γ１）＞Ｅ（γｔ）となる。そのため、上式は、γｔを除く、
Ｅ１（γ１）＝Ｅ２（γ２）・・・・ＥＮ（γＮ）となり、
φ＝γ１とすると、

となる。
（１番目のアンテナ素子とＮ番目のアンテナ素子は同一方向の傾きのため、最初と最後の項は、ａとなる。）
また、γ１−γ２＜０あるいはγ１−γ２＞０ かつ、ａ＞ｂ であるため、

である。したがって、Ｅ（φｍａｘ）＜ａ・Ｎとなる。

同様に、Ｅ（φＭＩＮ）となるのは、φ＝γ１±９０° ｏｒ γ２±９０° ｏｒ ・・・・ γN±９０° の場合である。ただし、中心のアンテナ素子の傾きをγｔとすると、特殊なシーケンシャル配列の場合、γn＝γ（N−n＋１)であり、Ｅ（γ１±９０）＜Ｅ（γｔ±９０） となるため、上式は、γｔを除く、
Ｅ１（γ１±９０）＝Ｅ２（γ２ ±９０ ）・・・・ＥＮ（γＮ±９０ ）となり、
φ＝γ１±９０°とすると、

（１番目の素子とＮ番目の素子は同一方向の傾きのため、最初と最後の項は、ｂとなる。）
また、γ１−γ２＜０あるいはγ１−γ２＞０ かつ、ａ＞ｂ であるため、

である。したがって、Ｅ（φＭＩＮ） ＞ｂ・Ｎとなる。

以上より、 Ｅ（φＭＡＸ）：Ｅ（φＭＩＮ） ＜ ａ ： ｂ となり、この結果より、特殊なシーケンシャル配列とすることにより、軸比の劣化が軽減されるということが証明された。このように特殊なシーケンシャル配列とすることにより、特に、ＲＦＩＤのように、使用チャンネルにより、使用周波数が中心周波数からずれた場合でも、指向方向の差および、軸比の劣化が改善される。この特殊なシーケンシャル配列によりアレーアンテナを構成したものが本発明のアレーアンテナである。

次に、本発明のアレーアンテナの具体的な構成について図６を参照しながら説明する。図６は本発明のアレーアンテナの配列構成を模式的に表した図であり、（ａ）はアンテナ素子の個数が奇数個から構成されている場合であり、（ｂ）は偶数個で構成されている場合である。

本発明の１の実施形態に係るアレーアンテナは、図６（ａ）のように構成されている。すなわち、このアレーアンテナは複数のアンテナ素子１０（１）、１０（２）、・・・、２０（１）、２０（２）、・・・がリニアに配列されてなり、各アンテナ素子は、１個の給電点１１あるいは２１と、対向する切り欠き１２あるいは２２を摂動とした円形状のパッチアンテナからなる。なお、各アンテナ素子の構造は全て同一であり、そのアンテナ方向のみが異なるものである。また、給電点１１あるいは２１、切り欠き１２あるいは２２は、代表的な部分のみ符号を付してある。

このアレーアンテナは、左端部から中央部にかけて複数のアンテナ素子１０（１）、１０（２）・・・がシーケンシャルに配列された第１のシーケンシャル配列部Ｓ１と、右端部から中央部にかけて複数のアンテナ素子２０（１）、２０（２）・・・がシーケンシャルに配列された第２のシーケンシャル配列部Ｓ２とからなり、全体のアンテナ素子の個数は奇数個からなる。この場合、図示中央部のアンテナ素子１０（ｎ）あるいは２０（ｎ）は、第１のシーケンシャル配列部Ｓ１と第２のシーケンシャル配列部Ｓ２とで共用することとなる。また、第１のシーケンシャル配列部Ｓ１と、第２のシーケンシャル配列部Ｓ２と、とは、左右対称の関係にある。すなわち、この左右対称の関係とは、第１のシーケンシャル配列部Ｓ１を１８０度回転して、第２のシーケンシャル配列部Ｓ２に重ねた場合に一致するような関係を意味する。なお、各アンテナ素子がシーケンシャル配列されるとは、各アンテナが次式φ_ｎ＝（ｎ−１）π／Ｎ（ｎ：ｎ番目のアンテナ素子、Ｎ：アンテナ素子の数）を満たすように機械的に回転されて配列されていることを意味する。

また、他の実施形態として、図６（ｂ）のように、本発明のアレーアンテナは、偶数個のアンテナ素子から構成されており、各アンテナ素子の構造は、図６（ａ）に示すアンテナ素子の構造と同様である。この場合においても、左端部から中央部にかけて複数のアンテナ素子１０（１）、１０（２）・・・がシーケンシャルに配列された第１のシーケンシャル配列部Ｓ１０と、右端部から中央部にかけて複数のアンテナ素子２０（１）、２０（２）・・・がシーケンシャルに配列された第２のシーケンシャル配列部Ｓ２０とからなり、第１のシーケンシャル配列部Ｓ１０と、第２のシーケンシャル配列部Ｓ２０と、とは、左右対称の関係にある点については、上記と同様である。

このようにアレーアンテナにおいて、特殊なシーケンシャル配列によりアンテナ素子を配列してアレーアンテナを構成すると、周波数により指向方向が変動せず、軸比帯域も改善される。例えば、図７に示すように３個のアンテナ素子を特殊なシーケンシャル配列により配列して本発明のアレーアンテナを構成した場合の指向特性及び軸比帯域を調べてみると、図８に示すようになる。この図８は図１７に対応するものであり、図７に示す本発明のアレーアンテナの指向特性を示している。図１７と異なり、周波数ｆ＋でも周波数ｆ−でも共に、ビーム方向が図８（ａ）、（ｃ）に示すように、ほぼ正面方向を向いており、指向特性は周波数の変化により変動していない。また、利得に関しても、周波数ｆ＋、ｆ−とで、ほぼ変化がない状態となっており、軸比帯域も改善されている。このことは、移相器を組合わせてビームシフトした際においても、図８（ｂ）、（ｄ）に示すように、周波数の変化により指向方向が変動しておらず、軸比帯域も改善されている。

更に、本発明者らは、アンテナ素子を３個〜６個と変えて、このアンテナ素子を従来のシーケンシャル配列により配列した場合と、本発明のように特殊なシーケンシャル配列により配列した場合とで、比較実験を行った。その結果を図９〜図１２に示す。いずれの図においても、左側が周波数ｆ−の場合で右側が周波数ｆ＋の場合であり、縦軸が利得で横軸が角度である。特殊Ｅtheta及び特殊Ｅphiが本発明のアレーアンテナであり、シーケンシャルＥtheta及びシーケンシャルＥphiが従来のシーケンシャルアレーアンテナである。これら図を参照すると、シーケンシャルアレーアンテナの場合、左右非対称であり、かつ+ｆMHzと−ｆMHzで、Ｅtheta，Ｅｐｈiの特性が反転しているが、本発明のアレーアンテナ、すなわち、アンテナ素子を特殊なシーケンシャル配列により配列した場合には、左右対称であり、上記シーケンシャルアレーアンテナに比べ軸比特性が改善されている。

また、上記構成の本発明のアレーアンテナは、いずれも各アンテナ素子の間隔は、等間隔に設定している。但し、このアンテナ素子の間隔は必ずしも等間隔でなくてもよい。本発明者らは、このことを証明すべく、各アンテナ素子の間隔を変化させてシミュレーションを実施した。このシミュレーションを実施するにあたり、アンテナ素子の配列を図１３（ａ）、（ｂ）のように配列した。（ａ）は、５個のアンテナ素子を１５０ｍｍごとに等間隔に配列した場合である。他方、（ｂ）は５個のアンテナ素子を、左端部のアンテナ素子１０（１）とアンテナ素子１０（２）との間及び右端部のアンテナ素子２０（１）とアンテナ素子２０（２）との間においては、１８０ｍｍにそれぞれ配列している。そして、アンテナ素子１０（２）と中央部のアンテナ素子１０（３）との間及びアンテナ素子２０（２）と中央部のアンテナ素子２０（３）との間においては、１６０ｍｍにそれぞれ配列し、全体としては、アンテナ素子を不等間隔に配列している。

なお、図１３（ａ）、（ｂ）に示すいずれの場合であっても、第１のシーケンシャル配列部Ｓ１１あるいは１２を１８０度回転して第２のシーケンシャル配列部２１あるいは２２に重ねた場合に一致するような左右対称の関係は満たす必要がある。

この図１３（ａ）、（ｂ）のように構成された本発明のアレーアンテナのシミュレーション結果を図１４に示す。特殊Ｅｔｈｅｔａ及び特殊Ｅｐｈｉが図１３（ａ）、特殊Ｅｔｈｅｔａ不等及び特殊Ｅｐｈｉ不等が図１３（ｂ）のそれぞれのシミュレーション結果である。このシミュレーション結果を参照すると、アンテナ素子間隔は不等間隔であっても、軸比特性が改善されていることが分かる。

本発明のアレーアンテナの指向方向は左右対称であることを説明するための図であり、（ａ）は右側の指向性を示し、（ｂ）は左側の指向性を示す図である。 本発明のアレーアンテナの指向方向が左右対称であることを説明するための図であり、そのための条件を模式的に示す図である。 本発明のアレーアンテナの指向方向が左右対称であることを説明するための図である。 本発明のアレーアンテナは、軸比の劣化が改善されていることを説明するための図である。 本発明のアレーアンテナは、軸比の劣化が改善されていることを説明するための図である。 本発明のアレーアンテナの配列構造を示す模式図であり、（ａ）は奇数個の配列、（ｂ）は偶数個の配列である。 本発明のアレーアンテナの配列構造を示す模式図である。 図７に示す本発明のアレーアンテナにおける指向特性を示すグラフである。 本発明のアレーアンテナを３素子のアンテナ素子から構成した場合における軸比特性を従来のシーケンシャルアレーアンテナの軸比特性と比較して示したグラフである。 本発明のアレーアンテナを４素子のアンテナ素子から構成した場合における軸比特性を従来のシーケンシャルアレーアンテナの軸比特性と比較して示したグラフである。 本発明のアレーアンテナを５素子のアンテナ素子から構成した場合における軸比特性を従来のシーケンシャルアレーアンテナの軸比特性と比較して示したグラフである。 本発明のアレーアンテナを６素子のアンテナ素子から構成した場合における軸比特性を従来のシーケンシャルアレーアンテナの軸比特性と比較して示したグラフである。 本発明のアレーアンテナを構成するアンテナ素子の配列を模式的に示した図であり、（ａ）は等間隔に配列した場合、（ｂ）は不等間隔に配列した場合を示すものである。 図１３（ａ）及び（ｂ）の場合の軸比特性を比較したグラフである。 従来の摂動付き平面アンテナにおいて周波数が変化したときの軸比特性及び偏波状態を示す図であり、（ａ）は軸比特性を示すグラフ、（ｂ）はそれぞれの周波数における偏波状態を示す図である。 従来のシーケンシャルアレーアンテナの構成を示す説明図である。 図１６に示すシーケンシャルアレーアンテナにおける指向特性及び利得の変動を示すグラフである。 従来のフェーズドアレーアンテナの構成を示す説明図である。 図１８に示すフェーズドアレーアンテナにおける指向特性及び利得の変動を示すグラフである。

符号の説明

Ｓ１、Ｓ１０、Ｓ１１、Ｓ１２ 第１のシーケンシャル配列部
Ｓ２、Ｓ２０、Ｓ２１、Ｓ２２ 第２のシーケンシャル配列部
１０（１）、１０（２）・・・、１０（ｎ）、２０（１）、２０（２）・・・、２０（ｎ） アンテナ素子
１１、２１ 給電点
１２、２２ 切り欠き（摂動）

Claims (5)

1. 複数個の摂動付き平面アンテナ素子をリニアに配列したアレーアンテナであって、
   左端部から中央部にかけてシーケンシャルに配列した第１のシーケンシャル配列部と、
   右端部から中央部にかけてシーケンシャルに配列した第２のシーケンシャル配列部と、からなり、
   上記第１のシーケンシャル配列部と上記第２のシーケンシャル配列部とは左右対称である
   ことを特徴とするアレーアンテナ。
2. 上記複数個の摂動付き平面アンテナ素子は、偶数個あるいは奇数個からなることを特徴とする請求項１に記載のアレーアンテナ。
3. 上記摂動付き平面アンテナ素子は、円形パッチアンテナあるいは方形パッチアンテナであることを特徴とする請求項１あるいは２に記載のアレーアンテナ。
4. 上記第１のシーケンシャル配列部及び上記第２のシーケンシャル配列部を構成する摂動付き平面アンテナ素子のそれぞれの間隔は、等間隔あるいは不等間隔であることを特徴とする請求項１あるいは２に記載のアレーアンテナ。
5. 上記第１のシーケンシャル配列部及び上記第２のシーケンシャル配列部を構成する摂動付き平面アンテナ素子のそれぞれの間隔は、等間隔あるいは不等間隔であることを特徴とする請求項３に記載のアレーアンテナ。

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