WO2020021594A1 - アンテナ装置 - Google Patents

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WO2020021594A1
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antenna device
length
conductor
parallel
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PCT/JP2018/027488
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French (fr)
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渡辺　光
成洋 中本
深沢　徹
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q13/00—Waveguide horns or mouths; Slot antennas; Leaky-waveguide antennas; Equivalent structures causing radiation along the transmission path of a guided wave
    • H01Q13/10—Resonant slot antennas
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/06—Arrays of individually energised antenna units similarly polarised and spaced apart

Definitions

  • the present invention relates to an antenna device.
  • TSA Tapered Slot Antenna
  • Patent Literature 1 describes a parallel plate-loaded TSA.
  • the parallel plate-loaded TSA can easily match with the power supply system even if the antenna aperture is reduced to a half wavelength or less at the upper limit frequency of the frequency band used for transmission and reception.
  • radio waves are re-emitted from adjacent element antennas, and a radiation pattern obtained when each of a plurality of element antennas constituting the array antenna is excited by one element, that is, a beam of the array element pattern
  • the width becomes narrow.
  • the beam width of the array element pattern is reduced, there is a problem in that the gain decrease during beam scanning becomes large depending on the area covered by the array antenna.
  • the present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide an antenna device that can suppress radio wave leakage between element antennas straddling a parallel plate when used as an element antenna of an array antenna.
  • the antenna device has a parallel plate, which is a pair of conductor plates arranged in parallel with each other, and a first surface to which both the pair of conductor plates are electrically connected.
  • the length from the first surface to the end of the parallel plate along the direction normal to the first surface of the conductor short-circuit plate is the first length along the direction normal to the first surface. It is longer than the length from the first surface to the end of the tapered conductor plate. This makes it possible to suppress the leakage of radio waves between the element antennas straddling the parallel plate.
  • FIG. 2 is a perspective view showing a configuration of the antenna device according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a perspective view showing a configuration of an element antenna in the antenna device according to Embodiment 1.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating the antenna device as viewed in the + y direction in FIG. 1.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating the antenna device as viewed in the ⁇ x direction of FIG. 1.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating the antenna device as viewed in the ⁇ z direction of FIG. 1. It is a graph which shows the average value of all elements of a radiation pattern of a radio wave.
  • FIG. 7 is a perspective view showing a configuration of a modification of the antenna device according to Embodiment 1.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a configuration of a modification of the antenna device according to Embodiment 1.
  • FIG. 9 is a perspective view illustrating a configuration of an antenna device according to a second embodiment.
  • FIG. 13 is a perspective view showing a configuration of a modification of the antenna device according to the second embodiment.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating a configuration of an antenna device according to a third embodiment.
  • FIG. 14 is a diagram illustrating a configuration of a modification of the antenna device according to the third embodiment.
  • FIG. 14 is a diagram illustrating a configuration of another modification of the antenna device according to the third embodiment.
  • FIG. 14 is a front view showing an element antenna array in the antenna device according to Embodiment 4.
  • FIG. 15 is a front view showing an element antenna array in a modification of the antenna device according to the fourth embodiment.
  • FIG. 21 is a front view showing an element antenna array in another modification of the antenna device according to Embodiment 4.
  • FIG. 21 is a front view showing an element antenna array in still another modification of the antenna device according to Embodiment 4.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a configuration of the antenna device 1 according to the first embodiment, and shows a case where the antenna device 1 is an array antenna.
  • FIG. 2 is a perspective view showing a configuration of the element antenna 1a in the antenna device 1.
  • the antenna device 1 is an array antenna, but the antenna device 1 may be a single element antenna 1a shown in FIG. 1 and 2, the uppermost conductive plate 2a is shown transparent so that the tapered conductive plate 4 provided on the parallel plate 2 can be seen.
  • FIG. 3 is a diagram showing the antenna device 1 as viewed in the + y direction of FIG.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating the antenna device 1 as viewed in the ⁇ x direction of FIG. In FIG.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating the antenna device 1 as viewed in the ⁇ z direction of FIG.
  • the antenna device 1 includes a plurality of parallel flat plates 2, a conductor short-circuit plate 3, and a plurality of tapered conductive plates 4.
  • the parallel flat plate 2 is a pair of conductive flat plates 2a, 2a arranged in parallel with each other. 1, 3, 4, and 5, among the plurality of conductive flat plates 2 a arranged in parallel, the adjacent conductive flat plate 2 a and the conductive flat plate 2 a are all parallel flat plates 2.
  • the conductor short-circuit plate 3 is a conductor plate member at a ground potential, and the surface 3a of the conductor short-circuit plate 3 is a first surface to which both the pair of conductor flat plates 2a, 2a are electrically connected.
  • the tapered conductive plate 4 is provided between the pair of conductive flat plates 2a, 2a and along a plane parallel to the normal direction of the surface 3a and the normal direction of the conductive flat plate 2a. It has a shape in which the conductor width decreases along the direction (x direction). 1 to 5, the flat plate surface of the conductive flat plate 2a is provided in parallel with the yz plane, and the flat plate surface of the tapered conductive plate 4 is provided in parallel with the zx plane.
  • the radiation direction is the + z direction.
  • the normal direction in the first embodiment may be a direction in an angle range in which an angle with respect to the surface can be approximated to a direction orthogonal to the surface, in addition to the direction perpendicular to the surface.
  • the respective end faces 2a-1 of the pair of conductor flat plates 2a, 2a, which are the parallel flat plates 2, are end faces facing the surface 3a of the conductor short-circuit plate 3.
  • the end face 2a-1 is electrically connected to the face 3a as shown in FIG.
  • the parallel flat plate 2, which is a pair of conductive flat plates 2 a, 2 a, is short-circuited on the surface 3 a of the conductive short-circuit plate 3.
  • the end surface 4-1 of the tapered conductive plate 4 is an end surface facing the flat surface of the conductive flat plate 2a.
  • the end surface 4-1 is electrically connected to the flat plate surface of the conductive flat plate 2a.
  • the tapered conductor plate 4 is fed by the inner conductor 6 of the coaxial line 5, and the conductor short-circuit plate 3 is fed by the outer conductor 7 of the coaxial line 5.
  • L1 is a length from the surface 3 a along the normal direction (z direction) of the surface 3 a of the conductor short-circuit plate 3 to the end of the parallel plate 2. Is longer than L2 which is the length from the surface 3a along the z direction to the end of the tapered conductive plate 4.
  • L1 is a length that is an odd multiple of 1/4 of the free space wavelength at the lower limit frequency of the operating frequency band of the antenna device 1. In the following description, it is assumed that L1 is a length of three quarters of the free space wavelength at the lower limit frequency of the operating frequency band.
  • the element antenna 1a includes a pair of conductor plates 2a, 2a, a conductor short-circuit plate 3 to which both the pair of conductor plates 2a, 2a are electrically connected, and a pair of conductor plates 2a, 2a. It is configured to include one tapered conductive plate 4 provided therebetween.
  • the antenna device 1 is, for example, an array antenna in which a plurality of element antennas 1a are arranged in a triangular arrangement, as shown in FIG. For example, when the parallel plate 2 at the end in the ⁇ x direction shown in FIG. 5 is the first row, and the parallel plate 2 adjacent in the + x direction is the second row, the triangular arrangement is an odd row.
  • the parallel flat plates 2 arranged in even rows are arranged such that the interval between the adjacent tapered conductive plates 4 and 4 is shifted by half.
  • the size of the displacement between the adjacent tapered conductor plates 4 and 4 may be strictly half of these intervals, but may be any size as long as the size can be approximated to half.
  • Radio waves fed from the coaxial line 5 are in opposite phases between the tapered conductor plate 4 to which the inner conductor 6 of the coaxial line 5 is connected and the conductor short-circuit plate 3 to which the outer conductor 7 of the coaxial line 5 is connected.
  • the electric wave fed from the coaxial line 5 is fed in opposite phase between the conductor short-circuit plate 3 and the tapered conductor plate 4, so that an electric field is generated between the conductor short-circuit plate 3 and the tapered conductor plate 4.
  • This electric field propagates from a slot line formed by the conductor short-circuit plate 3 and the tapered conductor plate 4 to a tapered slot line formed by the tapered conductor plate 4 and the parallel plate 2, and is free from the parallel plate 2. Radiated into space.
  • the length L1 from the surface 3a along the normal direction (z direction) of the surface 3a of the conductor short-circuit plate 3 to the end of the parallel flat plate 2 is changed from the surface 3a along the z direction to the tapered conductor. It is longer than the length L2 to the end of the plate 4.
  • L1 is the length of three quarters of the free space wavelength at the lower limit frequency of the operating frequency band of the antenna device 1. Since the length L1 to the end of the parallel flat plate 2 is higher than the length L2 to the end of the tapered conductor 4, a part of the radio wave reflected at the end of the tapered conductor plate 4 is coaxial. It does not return to the line 5 but leaks to the parallel plate 2 and can maintain good reflection characteristics.
  • the plurality of conductor plates 2a, 2a electrically connected to the conductor short-circuit plate 3 and arranged in parallel can be regarded as a corrugated structure having a groove depth L1 as shown in FIG.
  • L1 is, for example, three-quarters of the free-space wavelength
  • the conductor short-circuiting plate 3 at the bottom of the groove is short-circuited
  • the opening of the groove is open to an electric field. That is, a high impedance boundary condition is established for the polarization perpendicular to the groove, that is, the polarization in the x direction, and the opening surface of the groove becomes a magnetic wall. Therefore, the radio wave of the polarization component traveling in the x-direction hardly propagates on the surface of the opening of the groove.
  • length is compared with the array element pattern of the antenna device (1) is 0.47Ramuda L same as the length of the tapered conductor plate.
  • ⁇ L is a free space wavelength at the lower limit frequency of the operating frequency band.
  • the length of the parallel plate is a length from the above-mentioned surface along the normal direction of the surface of the conductor short-circuit plate to which both of the pair of conductor plates which are parallel plates are electrically connected to the end of the parallel plate. It is. Further, the length of the tapered conductor plate is determined from the above-mentioned surface along the normal direction of the surface of the conductor short-circuit plate to which both of the pair of conductor flat plates which are parallel plates are electrically connected. Length.
  • the antenna device 1 is an array antenna in which a plurality of element antennas 1a are arranged in a triangular arrangement.
  • a plurality of parallel plate 2 is the distance L3 of the tapered conductor plate 4 in the x-direction arranged 0.141 ⁇ L, y-direction spacing L4 of the tapered conductor plate 4 which are arranged in the same parallel plate 2 is 0 it is a .155 ⁇ L.
  • the x direction corresponds to the direction of the electric field of the antenna device 1
  • the y direction corresponds to the direction of the magnetic field of the antenna device 1.
  • FIG. 6 is a graph showing the average value of all the elements in the array element pattern.
  • the average value of all elements of the array element pattern shown in FIG. 6 is the average value of all elements of the array element pattern on the zx plane of the antenna device 1 and the antenna device (1).
  • the average value of all elements of the array element pattern is calculated on the assumption that a plurality of element antennas of the array antenna are fed one by one.
  • the horizontal axis in the graph of FIG. 6 indicates the angle formed by the tapered conductor plate 4 from the z axis to the x axis, and the vertical axis indicates the level in the boresight direction (z direction) of the array element pattern of the antenna device (1). It shows the normalized gain.
  • the dashed curve (A) is the average value of all the array element patterns on the zx plane for the antenna device (1).
  • FIG. 7 is a perspective view showing a configuration of an antenna device 1A which is a modification of the antenna device 1.
  • the uppermost conductive plate 2a is shown transparent so that the tapered conductive plate 4 provided on the parallel plate 2 can be seen.
  • the same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.
  • a plurality of parallel flat plates 2 are arranged along the x direction, and a plurality of dielectric substrates 8 are provided between the pair of conductive flat plates 2a, 2a which are the parallel flat plates 2. They are arranged along the y direction.
  • the plurality of dielectric substrates 8 are provided between the conductor plates 2a, 2a, and along a plane parallel to the normal direction of the conductor short-circuit plate 3 and the normal direction of the conductor plate 2a.
  • One dielectric substrate 8 is formed with a pair of tapered conductor plates 4a, 4a in which the direction in which the conductor width decreases is reversed.
  • the dielectric substrate 8 is formed with a tapered conductor plate 4a whose conductor width decreases in the + x direction and a taper conductor plate 4a whose conductor width decreases in the -x direction shown in FIG.
  • the antenna device 1A includes a pair of conductive flat plates 2a, 2a, a parallel flat plate 2, a conductor short-circuit plate 3, and a single dielectric substrate 8 on which a pair of tapered conductive plates 4a, 4a are formed.
  • a single element antenna may be used.
  • the length L1 from the surface 3a along the normal direction (z direction) of the surface 3a of the conductor short-circuit plate 3 to the end of the parallel flat plate 2 is tapered from the surface 3a along the z direction. It is longer than the length L2 to the end of the conductor plate 4a.
  • L1 is, for example, three quarters of the free space wavelength at the lower limit frequency of the operating frequency band of the antenna device 1A.
  • the antenna device 1A With this configuration, in the antenna device 1A, a part of the radio wave reflected at the end of the tapered conductor plate 4a leaks to the parallel plate 2 without returning to the coaxial line 5, so that good reflection characteristics are maintained. can do. Furthermore, since the antenna device 1A can be regarded as a corrugated structure having a groove depth of L1 similarly to the antenna device 1, the beam width of the array element pattern on the zx plane is enlarged.
  • the length L1 from the surface 3a along the normal direction (z-direction) of the surface 3a of the conductor short-circuit plate 3 to the end of the parallel plate 2 is free at the lower limit frequency of the operating frequency band of the antenna device 1 or 1A. is not limited to the length of three quarters of the spatial wavelength lambda L, it may be a first length of an odd multiple of a quarter of the free space wavelength lambda L. For example, even in L1 is (1/4) ⁇ L or (5/4) ⁇ L, since regarded as opened corrugated structure with respect to the electric field at the opening of the groove is shorted at the bottom of the groove, and the Similar effects can be obtained.
  • the length L1 from the surface 3a along the normal direction (z direction) of the surface 3a of the conductor short-circuit plate 3 to the end of the parallel plate 2 is at a specific frequency in the operating frequency band of the antenna device 1 or 1A.
  • the length may be an odd multiple of a quarter of the free space wavelength.
  • the specific frequency is a frequency at which L1 is an odd multiple of 1/4 of the free space wavelength at frequencies other than the lower limit frequency of the operating frequency band.
  • the beam width of the array element pattern is widened, so that a decrease in gain during beam scanning can be reduced.
  • the length L1 from the surface 3a along the z direction to the end of the parallel plate 2 is a length at which the minimum value of the gain within the coverage area at each frequency of the operating frequency band of the antenna device 1 or 1A is the largest. is there. For example, if L1 is an odd multiple of one-fourth of the free space wavelength at a specific frequency in the operating frequency band of the antenna device 1 or 1A, the frequency of each of the operating frequency bands of the antenna device 1 or 1A The minimum value of the gain in the covered area at is the largest.
  • the length L1 from the surface 3a along the normal direction of the surface 3a of the conductor short-circuit plate 3 to the end of the parallel plate 2 is the surface 3a. Is longer than the length L2 from the surface 3a along the normal direction to the end of the tapered conductive plate 4 or 4a. With such a configuration, the antenna device 1 can suppress the leakage of radio waves between the element antennas 1a straddling the parallel flat plate 2.
  • the length L1 of the parallel plate 2 is the length of 3/4 of the free space wavelength lambda L at the lower limit frequency of the operating frequency band.
  • FIG. 8 is a perspective view showing a configuration of an antenna device 1B according to the second embodiment.
  • the uppermost conductive plate 2a and the dielectric 9 are shown transparent so that the tapered conductive plate 4 provided on the parallel flat plate 2 can be seen.
  • the same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.
  • the dielectric 9 is entirely filled between the pair of conductive flat plates 2a, 2a arranged in parallel with each other until the tapered conductive plate 4 is completely filled.
  • the length L1 from the surface 3a along the normal direction (z direction) of the surface 3a of the conductor short-circuiting plate 3 to the end of the parallel flat plate 2 is from the surface 3a along the z direction to the tapered conductor. It is longer than the length L2 to the end of the plate 4a.
  • L1 is the length at which the minimum value of the gain within the coverage area at each frequency of the operating frequency band of the antenna device 1B is the largest.
  • L1 is the dielectric material at the lower limit frequency of the operating frequency band of the antenna device 1B.
  • 9 is an odd multiple of one-fourth of the propagation wavelength of the radio wave in FIG.
  • the wavelength of the radio wave propagating between the conductor plates 2a, 2a is reduced by the dielectric material 9 filled between the conductor plates 2a, 2a.
  • the beam width is increased as in the first embodiment.
  • ⁇ r is the relative dielectric constant of the dielectric 9. Therefore, in the antenna device 1B, while maintaining the condition that L1 is longer than L2, the length of the element antenna constituting the array antenna is reduced by shortening L1 by an amount corresponding to the reduction of the wavelength of the radio wave by the dielectric material 9. Can be lowered.
  • FIG. 9 is a perspective view illustrating a configuration of an antenna device 1B ′, which is a modification of the antenna device 1B.
  • the uppermost conductor plate 2a and the dielectric 9 are shown transparent so that the tapered conductor plate 4 provided on the parallel plate 2 can be seen.
  • the same components as those in FIG. 8 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.
  • the dielectric 9 is partially filled between the pair of conductive flat plates 2a, 2a arranged in parallel to each other to such an extent that a part of the tapered conductive plate 4 is exposed.
  • the length L1 from the surface 3a along the z direction to the end of the parallel flat plate 2 is longer than the length L2 from the surface 3a along the z direction to the end of the tapered conductive plate 4a. Is also long.
  • L1 is a length at which the minimum value of the gain in the coverage area at each frequency of the operating frequency band of the antenna device 1B 'is the largest.
  • the dielectric material 9 at the lower limit frequency of the operating frequency band of the antenna device 1B' is used.
  • the length is an odd multiple of one-fourth of the propagation wavelength of the electric wave in the inside.
  • the antenna device 1B ’ has a smaller filling amount of the dielectric material 9 than the antenna device 1B, but the radio wave propagating between the pair of conductor plates 2a, 2a has the wavelength shortened by the dielectric material 9. For this reason, even if L1 is shortened by an amount corresponding to the reduction of the wavelength of the radio wave by the dielectric material 9, the beam width is increased as in the first embodiment. Therefore, also in the antenna device 1B ', while maintaining the condition that L1 is longer than L2, L1 is shortened by an amount corresponding to the shortening of the wavelength of the radio wave by the dielectric 9, so that the element antenna of the array antenna is reduced. It is possible to reduce the height.
  • FIG. Embodiment 3 describes an antenna device that has the same effects as Embodiment 1 and can be housed in a radome.
  • FIG. 10 is a diagram showing a configuration of the antenna device 1C according to the third embodiment, and shows the antenna device 1C viewed in the ⁇ x direction.
  • description of the conductor flat plate 2 a arranged in the + x direction is omitted so that the tapered conductive plate 4 provided on the parallel flat plate 2 can be seen. .
  • the end 2a-2 of the conductor flat plate 2a of the antenna device 1C which is opposite to the surface 3a of the conductor short-circuit plate 3, is a curved side as shown in FIG.
  • the length from the surface 3a along the normal direction (z direction) of the surface 3a to the end of the conductor plate 2a is the shortest at the side end in the y direction with the length L1 ', and goes to the center in the y direction.
  • the center in the y direction is the longest at the length L1.
  • the length L1 'of the side end of the conductive plate 2a is longer than the length L2 from the surface 3a along the z direction to the end of the tapered conductive plate 4.
  • the y direction corresponds to the magnetic field direction of the antenna device 1C.
  • L1 is the length of three quarters of the free space wavelength at the lower limit frequency of the operating frequency band of the antenna device 1.
  • the beam width of the array element pattern increases.
  • the antenna device 1C the beam width of the array element pattern is increased in the element antenna at the center in the y direction where the length from the surface 3a to the end of the conductor plate 2a is L1. Since the end side 2a-2 of the conductor plate 2a is a curved side, the antenna device 1C can be housed in a curved radome.
  • the length of the curved side 2a-2 from the surface 3a along the z direction to the end of the conductive plate 2a is such that the minimum value of the gain within the coverage at each frequency of the operating frequency band is the largest. It has a curvature of a given length.
  • the antenna device 1C becomes an antenna having a high minimum value of the gain in the coverage area over all frequencies of the operating frequency band.
  • FIG. 11 is a diagram showing a configuration of an antenna device 1C ′ which is a modification of the antenna device 1C, and shows the antenna device 1C ′ as viewed in the ⁇ x direction.
  • the description of the conductor flat plate 2a arranged in the + x direction among the pair of conductive flat plates 2a, 2a, which are the parallel flat plates 2, is omitted so that the tapered conductive plate 4 provided on the parallel flat plate 2 can be seen. ing.
  • an end 2a-2 of the conductor flat plate 2a of the ’antenna device 1C ' which is opposite to the surface 3a of the conductor short-circuit plate 3, is an irregular side.
  • the length from the surface 3a along the normal direction (z direction) of the surface 3a to the end of the conductor plate 2a is such that the side end in the y direction is the length L1 'and the center in the y direction is the length. L1.
  • the length L1 'of the side end of the conductive plate 2a is longer than the length L2 from the surface 3a along the z direction to the end of the tapered conductive plate 4.
  • the beam width of the array element pattern is increased in the element antenna at the center in the y direction where the length from the surface 3a to the end of the conductor plate 2a is L1.
  • the uneven side 2a-2 has the largest length from the surface 3a along the z direction to the end of the conductor plate 2a, and the largest value of the gain within the coverage area at each frequency of the operating frequency band. It has an unevenness amount to be a length.
  • the antenna device 1C By having the side 2a-2, the antenna device 1C 'becomes an antenna having a high minimum value of the gain in the coverage area over all frequencies of the operating frequency band.
  • FIG. 12 is a diagram showing a configuration of an antenna device 1C "which is a modification of the antenna device 1C, and shows the antenna device 1C" viewed in the + y direction.
  • each of the plurality of parallel flat plates 2 arranged along the normal direction (x direction) of the conductive flat plate 2 a is in the normal direction (z direction) of the surface 3 a of the conductive short circuit plate 3.
  • From the surface 3a gradually changes along the arrangement direction (x direction) of the plurality of parallel flat plates 2.
  • the x direction corresponds to the electric field direction of the antenna device 1C.
  • the length from the surface 3a along the z direction to the end of the conductor plate 2a is equal to the length of the conductor plate 2a at the end in the x direction among the plurality of conductor plates 2a arranged in the x direction.
  • L1 ' is the shortest, and the length of the conductor plate 2a gradually increases toward the center in the x direction.
  • the length of the conductor plate 2a at the center in the x direction is the longest at L1.
  • L1 ' is longer than the length L2 from the surface 3a along the z direction to the end of the tapered conductive plate 4.
  • the antenna device 1C " since the length of the conductor flat plate 2a at the center in the x direction is L1, the beam width of the array element pattern in the element antenna at the center in the x direction is increased.
  • a line connecting ends of the plurality of conductor flat plates 2a arranged in the x direction in the + z direction becomes a curved line when viewed from the y direction. This allows the antenna device 1C ′′ to be housed in a radome curved in the x direction.
  • the end side of the conductor plate 2a is a curved side in the y direction
  • the length of the plurality of conductor plate 2a arranged in the x direction is changed in the x direction.
  • FIG. 13 is a front view showing an element antenna array in an antenna device 1D according to the fourth embodiment.
  • the element antenna includes a pair of conductor flat plates 2a, 2a, a parallel flat plate 2, a conductor short-circuiting plate 3, and one tapered conductive plate 4.
  • a plurality of tapered conductive plates 4 are arranged one-dimensionally in the y direction on a pair of conductive flat plates 2a, 2a.
  • FIG. 14 is a front view showing an element antenna array in an antenna device 1E which is a modification of the fourth embodiment.
  • the element antenna includes a pair of conductor flat plates 2a, 2a, a parallel flat plate 2, a conductor short-circuit plate 3, and one tapered conductive plate 4.
  • a plurality of parallel flat plates 2 each having one tapered conductive plate 4 are arranged one-dimensionally in the x direction.
  • the length L1 from the surface 3a along the normal direction (z direction) of the surface 3a of the conductor short-circuit plate 3 to the end of the parallel flat plate 2 is the surface along the z direction. It is longer than the length L2 from 3a to the end of the tapered conductor plate 4a. L1 is the length of three quarters of the free space wavelength at the lower limit frequency of the operating frequency band.
  • the same effect as that of the first embodiment can be obtained.
  • the same effect as in the second embodiment can be obtained by partially or entirely filling the dielectric 9 between the pair of conductor flat plates 2a, 2a arranged in parallel with each other. Is obtained.
  • the parallel plate 2 provided in the antenna device 1D has a structure in which L1 is changed along the antenna magnetic field direction, or the parallel plate 2 provided in the antenna device 1E has a structure in which L1 is changed in the antenna electric field direction. The same effect as in the third embodiment can be obtained.
  • FIG. 15 is a front view showing an element antenna array in an antenna device 1F according to a modification of the fourth embodiment.
  • the element antenna in the antenna device 1F, includes a pair of conductor flat plates 2a, 2a, a parallel flat plate 2, a conductor short-circuiting plate 3, and a single tapered conductive plate 4, and includes a plurality of conductive flat plates.
  • the element antennas are arranged in a square. In the square arrangement, a plurality of element antennas form a square in which the adjacent conductor flat plates 2a, 2a and the adjacent tapered conductor plates 4, 4 form sides when viewed from the normal direction of the conductor short-circuit plate 3. Are arranged in a two-dimensional manner.
  • FIG. 16 is a front view showing an element antenna array in an antenna device 1G according to a modification of the fourth embodiment.
  • the element antenna in the antenna device 1 ⁇ / b> G, the element antenna includes a pair of conductor flat plates 2 a, a parallel flat plate 2, a conductor short-circuit plate 3, and a single tapered conductive plate 4.
  • the element antennas are arranged aperiodically.
  • the length L1 from the surface 3a along the normal direction (z direction) of the surface 3a of the conductor short-circuit plate 3 to the end of the parallel plate 2 is the surface along the z direction. It is longer than the length L2 from 3a to the end of the tapered conductor plate 4a. L1 is, for example, three-quarters of the free space wavelength at the lower limit frequency of the operating frequency band. In the antenna device 1F and the antenna device 1G having this configuration, the same effect as in the first embodiment can be obtained.
  • the same effect as in the first embodiment can be obtained.
  • the same effect as in the second embodiment can be obtained by partially or entirely filling the dielectric 9 between the pair of conductor flat plates 2a, 2a arranged in parallel with each other. Is obtained.
  • the same effect as in the third embodiment can be obtained by forming the parallel plate 2 provided in the antenna device 1F into a structure in which L1 is changed in the antenna magnetic field direction or a structure in which L1 is changed in the antenna electric field direction.
  • the antenna device can suppress radio wave leakage between element antennas straddling a parallel flat plate, so that the beam width of an array antenna can be widened, and can be used for radar or mobile communication equipment, for example. It is.

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Abstract

アンテナ装置（１）において、導体短絡板（３）の面（３ａ）の法線方向に沿った面（３ａ）から平行平板（２）の端部までの長さ（Ｌ１）が、面（３ａ）の法線方向に沿った面（３ａ）からテーパ状導体板（４）の端部までの長さ（Ｌ２）よりも長い。

Description

アンテナ装置
　本発明は、アンテナ装置に関する。
　超広帯域アンテナの一種として、テーパスロットアンテナ（Ｔａｐｅｒｅｄ　Ｓｌｏｔ　Ａｎｔｅｎｎａ；以下、ＴＳＡと略して記載する）が知られている。例えば、特許文献１には、平行平板装荷ＴＳＡが記載されている。平行平板装荷ＴＳＡは、アンテナ開口を、送受信に使用される周波数帯域の上限周波数における半波長以下まで小型化しても容易に給電系との整合をとることができる。
特開２０１１－２５００９４号公報
　超広帯域特性が必要なアレーアンテナとして平行平板装荷ＴＳＡを使用した場合、周波数帯域の低域側では、波長に換算したときの複数の素子アンテナ間の間隔が高域側よりも非常に狭くなる。このため、各々の素子アンテナが励振されたときに放射される電波が、平行平板を跨いで近接する他の素子アンテナに漏洩することがある。
　前述した電波の漏洩が発生すると、近接する素子アンテナから電波の再放射が起こり、アレーアンテナを構成する複数の素子アンテナを各々１素子だけ励振したときに得られる放射パターン、すなわちアレー素子パターンのビーム幅が狭くなる。アレー素子パターンのビーム幅が狭くなると、アレーアンテナとしての覆域によっては、ビーム走査したときの利得低下が大きくなってしまうという課題があった。
　本発明は上記課題を解決するものであり、アレーアンテナの素子アンテナとして用いた場合、平行平板を跨いだ素子アンテナ同士の電波の漏洩を抑圧することができるアンテナ装置を得ることを目的とする。
　本発明に係るアンテナ装置は、互いに平行に配置された一対の導体平板である平行平板と、一対の導体平板の両方が電気的に接続された第１の面を有し、第１の面にて平行平板を短絡する導体短絡板と、一対の導体平板の間で、かつ、第１の面の法線方向と導体平板の法線方向とに平行な平面に沿って設けられ、導体平板の法線方向に導体幅が減少する形状を有したテーパ状導体板とを備え、第１の面の法線方向に沿った第１の面から平行平板の端部までの長さは、第１の面の法線方向に沿った第１の面からテーパ状導体板の端部までの長さよりも長いことを特徴とする。
　本発明によれば、導体短絡板の第１の面の法線方向に沿った、第１の面から平行平板の端部までの長さは、第１の面の法線方向に沿った第１の面からテーパ状導体板の端部までの長さよりも長い。これにより、平行平板を跨いだ素子アンテナ同士の電波の漏洩を抑圧することができる。
実施の形態１に係るアンテナ装置の構成を示す斜視図である。 実施の形態１に係るアンテナ装置における素子アンテナの構成を示す斜視図である。 図１の＋ｙ方向に見たアンテナ装置を示す図である。 図１の－ｘ方向に見たアンテナ装置を示す図である。 図１の－ｚ方向に見たアンテナ装置を示す図である。 電波の放射パターンの全素子平均値を示すグラフである。 実施の形態１に係るアンテナ装置の変形例の構成を示す斜視図である。 実施の形態２に係るアンテナ装置の構成を示す斜視図である。 実施の形態２に係るアンテナ装置の変形例の構成を示す斜視図である。 実施の形態３に係るアンテナ装置の構成を示す図である。 実施の形態３に係るアンテナ装置の変形例の構成を示す図である。 実施の形態３に係るアンテナ装置の別の変形例の構成を示す図である。 実施の形態４に係るアンテナ装置における素子アンテナ配列を示す正面図である。 実施の形態４に係るアンテナ装置の変形例における素子アンテナ配列を示す正面図である。 実施の形態４に係るアンテナ装置の別の変形例における素子アンテナ配列を示す正面図である。 実施の形態４に係るアンテナ装置のさらに別の変形例における素子アンテナ配列を示す正面図である。
実施の形態１．
　図１は、実施の形態１に係るアンテナ装置１の構成を示す斜視図であり、アンテナ装置１がアレーアンテナである場合を示している。図２は、アンテナ装置１における素子アンテナ１ａの構成を示す斜視図である。なお、以降では、アンテナ装置１がアレーアンテナである場合について説明するが、アンテナ装置１は、図２に示した素子アンテナ１ａ単体であってもよい。図１および図２において、平行平板２に設けられたテーパ状導体板４が見えるように、最上段の導体平板２ａを透明に記載している。図３は、図１の＋ｙ方向に見たアンテナ装置１を示す図である。図４は、図１の－ｘ方向に見たアンテナ装置１を示す図である。図４において、平行平板２に設けられたテーパ状導体板４が見えるように、平行平板２である一対の導体平板２ａ，２ａのうち、＋ｘ方向に配置される導体平板２ａの記載を省略している。図５は、図１の－ｚ方向に見たアンテナ装置１を示す図である。
　図１において、アンテナ装置１は、複数の平行平板２、導体短絡板３および複数のテーパ状導体板４を備える。平行平板２は、互いに平行に配置された一対の導体平板２ａ，２ａである。図１、図３、図４および図５において、各々が平行に配置された複数の導体平板２ａのうち、隣接している導体平板２ａと導体平板２ａがいずれも平行平板２である。導体短絡板３は、接地電位とされた導体板部材であり、導体短絡板３の面３ａは、一対の導体平板２ａ，２ａの両方が電気的に接続される第１の面である。
　テーパ状導体板４は、一対の導体平板２ａ，２ａの間で、かつ、面３ａの法線方向と導体平板２ａの法線方向に平行な平面に沿って設けられ、導体平板２ａの法線方向（ｘ方向）に沿って導体幅が減少する形状を有している。図１から図５において、導体平板２ａの平板面がｙ－ｚ面に平行に設けられ、テーパ状導体板４の平板面がｚ－ｘ面に平行に設けられ、アンテナ装置１における電波の主放射方向は、＋ｚ方向である。
　なお、実施の形態１における法線方向は、面に直交した方向に加え、面に対する角度が面に直交した方向に近似され得る角度範囲の方向であってもよい。
　平行平板２である一対の導体平板２ａ，２ａのそれぞれの端面２ａ－１は、導体短絡板３の面３ａに対向する端面である。端面２ａ－１は、図２に示すように面３ａに電気的に接続されている。一対の導体平板２ａ，２ａである平行平板２は、導体短絡板３の面３ａにて短絡される。テーパ状導体板４の端面４－１は、導体平板２ａの平板面に対向する端面である。端面４－１は、導体平板２ａの平板面に電気的に接続されている。テーパ状導体板４は、同軸線路５における内部導体６によって給電され、導体短絡板３は、同軸線路５の外部導体７によって給電される。
　図１、図２、図３および図４に示すように、導体短絡板３の面３ａの法線方向（ｚ方向）に沿った面３ａから平行平板２の端部までの長さであるＬ１は、ｚ方向に沿った面３ａからテーパ状導体板４の端部までの長さであるＬ２よりも長い。Ｌ１は、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の４分の１の奇数倍の長さである。以降の説明では、Ｌ１を、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３の長さであるものとする。
　素子アンテナ１ａは、図２に示すように、一対の導体平板２ａ，２ａ、一対の導体平板２ａ，２ａの両方が電気的に接続された導体短絡板３、および一対の導体平板２ａ，２ａの間に設けられた一枚のテーパ状導体板４を備えて構成されている。アンテナ装置１は、例えば、図５に示すように、複数の素子アンテナ１ａが三角配列されたアレーアンテナである。三角配列は、例えば、図５に示した－ｘ方向の最も端部にある平行平板２を１行目とし、これに＋ｘ方向に隣接する平行平板２を２行目とした場合に、奇数行に配列された平行平板２と偶数行に配列された平行平板２とで、隣接したテーパ状導体板４，４の間隔が半分ずつずれている配列である。なお、隣接したテーパ状導体板４，４がずれる大きさは、厳密にこれらの間隔の半分であってもよいが、半分と近似し得る範囲の大きさであればよい。
　次に動作について説明する。
　同軸線路５から給電された電波は、同軸線路５の内部導体６が接続されたテーパ状導体板４と、同軸線路５の外部導体７が接続された導体短絡板３との間で逆相で給電される。同軸線路５から給電された電波が、導体短絡板３とテーパ状導体板４との間で逆相で給電されることにより、導体短絡板３とテーパ状導体板４との間には電界が生じる。この電界は、導体短絡板３とテーパ状導体板４とで形成されるスロット線路から、テーパ状導体板４と平行平板２とで形成されるテーパスロット線路を伝搬して、平行平板２から自由空間に放射される。
　アンテナ装置１では、導体短絡板３の面３ａの法線方向（ｚ方向）に沿った面３ａから平行平板２の端部までの長さＬ１が、ｚ方向に沿った面３ａからテーパ状導体板４の端部までの長さＬ２よりも長い。Ｌ１は、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の４分の３の長さである。平行平板２の端部までの長さＬ１がテーパ状導体４の端部までの長さＬ２よりも高い位置にあるため、テーパ状導体板４の端部で反射される電波の一部は同軸線路５に戻らずに平行平板２に漏れ出し、良好な反射特性を維持することができる。
　導体短絡板３に電気的に接続され、各々が平行に配置された複数の導体平板２ａ，２ａは、図３に示すように溝の深さがＬ１であるコルゲート構造とみなすことができる。この構造において、Ｌ１は、例えば、自由空間波長の４分の３の長さであり、溝の底部である導体短絡板３は短絡され、溝の開口部では電界に対して開放されている。すなわち、溝に対して垂直な偏波、すなわち、ｘ方向の偏波について高インピーダンス境界条件となり、溝の開口部表面は磁気壁となる。従って、溝の開口部表面ではｘ方向に進行する偏波成分の電波は伝搬しにくくなる。
　従来の平行平板装荷ＴＳＡでは、自由空間を伝搬してきた電波が平行平板の配列方向（ｘ方向）に近接した素子アンテナに伝搬した場合、アレーアンテナを構成する複数の素子アンテナをそれぞれ１素子だけ励振したときに得られる放射パターン、すなわち、アレー素子パターンのビーム幅が狭くなる。これに対し、アンテナ装置１では、自由空間を伝搬してきた電波がｘ方向に近接した素子アンテナに伝搬することが抑圧されるので、導体平板２ａを跨いだ素子アンテナからの電波の再放射成分が抑えられる。このため、ｚ－ｘ面におけるアレー素子パターンのビーム幅が拡大される。
　次に、アンテナ装置１の利点を説明するため、Ｌ１がＬ２よりも長く、Ｌ１が（３／４）λＬ（＝０．７５λＬ）であるアンテナ装置１のアレー素子パターンと、平行平板の長さがテーパ状導体板の長さと同一の０．４７λＬであるアンテナ装置（１）のアレー素子パターンとを比較する。ただし、λＬは、動作周波数帯域の下限周波数における自由空間波長である。なお、平行平板の長さとは、平行平板である一対の導体平板の両方が電気的に接続された導体短絡板の面の法線方向に沿った上記面から平行平板の端部までの長さである。さらに、テーパ状導体板の長さは、平行平板である一対の導体平板の両方が電気的に接続された導体短絡板の面の法線方向に沿った上記面からテーパ状導体板の端部までの長さである。
　アンテナ装置１として複数の素子アンテナ１ａが三角配列されたアレーアンテナを想定する。複数の平行平板２が配列されたｘ方向のテーパ状導体板４の間隔Ｌ３が０．１４１λＬであり、同一の平行平板２に配列されたテーパ状導体板４のｙ方向の間隔Ｌ４が０．１５５λＬである。ｘ方向は、アンテナ装置１の電界方向に相当し、ｙ方向は、アンテナ装置１の磁界方向に相当する。
　図６は、アレー素子パターンの全素子平均値を示すグラフである。図６に示すアレー素子パターンの全素子平均値は、アンテナ装置１とアンテナ装置（１）のｚ－ｘ面におけるアレー素子パターンの全素子平均値である。アレー素子パターンの全素子平均値は、アレーアンテナが備える複数の素子アンテナを１つずつ給電したと仮定して算出される。図６のグラフにおける横軸はテーパ状導体板４がｚ軸からｘ軸になす角度を示しており、縦軸はアンテナ装置（１）のアレー素子パターンのボアサイト方向（ｚ方向）のレベルで規格化された利得を示している。
　破線の曲線（Ａ）は、アンテナ装置（１）についてのｚ－ｘ面のアレー素子パターンの全素子平均値である。実線の曲線（Ｂ）は、Ｌ１が（３／４）λＬ（＝０．７５λＬ）であるアンテナ装置１についてのｚ－ｘ面のアレー素子パターンの全素子平均値を示している。両者を比較すると、アンテナ装置（１）よりもアンテナ装置１の方が、ｚ－ｘ面におけるアレー素子パターンのビーム幅が広い。これにより、アンテナ装置１では、アレーアンテナとしてビーム走査する場合に、ビーム走査における利得の低下を小さくすることが可能である。
　次に、実施の形態１に係るアンテナ装置の変形例について説明する。
　図７は、アンテナ装置１の変形例であるアンテナ装置１Ａの構成を示す斜視図である。図７において、平行平板２に設けられたテーパ状導体板４が見えるように、最上段の導体平板２ａを透明に記載している。また、図１と同一の構成要素には、同一の符号を付して説明を省略する。
　図７に示すように、アンテナ装置１Ａにおいて、複数の平行平板２がｘ方向に沿って配列され、平行平板２である一対の導体平板２ａ，２ａの間には、複数の誘電体基板８がｙ方向に沿って配列されている。複数の誘電体基板８は、導体平板２ａ，２ａの間で、かつ導体短絡板３の法線方向と導体平板２ａの法線方向とに平行な平面に沿って設けられる。
　また、一つの誘電体基板８には、導体幅の減少する方向が逆である一対のテーパ状導体板４ａ，４ａが形成されている。例えば、誘電体基板８には、図７に示す＋ｘ方向に導体幅が減少するテーパ状導体板４ａと、－ｘ方向に導体幅が減少するテーパ状導体板４ａとが形成されている。なお、アンテナ装置１Ａは、一対の導体平板２ａ，２ａである平行平板２、導体短絡板３、および一対のテーパ状導体板４ａ，４ａが形成された一枚の誘電体基板８を備えて構成された素子アンテナ単体であってもよい。
　アンテナ装置１Ａにおいても、導体短絡板３の面３ａの法線方向（ｚ方向）に沿った面３ａから平行平板２の端部までの長さＬ１は、ｚ方向に沿った面３ａからテーパ状導体板４ａの端部までの長さＬ２よりも長い。Ｌ１は、例えば、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の４分の３の長さである。
　この構成を有することにより、アンテナ装置１Ａにおいて、テーパ状導体板４ａの端部で反射される電波の一部は、同軸線路５に戻らず平行平板２に漏れ出すため、良好な反射特性を維持することができる。さらに、アンテナ装置１Ａは、アンテナ装置１と同様に、溝の深さがＬ１であるコルゲート構造とみなせるので、ｚ－ｘ面におけるアレー素子パターンのビーム幅が拡大される。
　また、導体短絡板３の面３ａの法線方向（ｚ方向）に沿った面３ａから平行平板２の端部までの長さＬ１は、アンテナ装置１または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４分の３の長さに限られず、自由空間波長λＬの４分の１の奇数倍の長さであればよい。例えば、Ｌ１が（１／４）λＬまたは（５／４）λＬであっても、溝の底部で短絡され溝の開口部で電界に対して開放されたコルゲート構造とみなせるので、上記と同様の効果が得られる。
　さらに、導体短絡板３の面３ａの法線方向（ｚ方向）に沿った面３ａから平行平板２の端部までの長さＬ１は、アンテナ装置１または１Ａの動作周波数帯域の特定の周波数における自由空間波長の４分の１の奇数倍の長さであってもよい。なお、特定の周波数とは、動作周波数帯域の下限周波数以外の周波数においてＬ１が自由空間波長の４分の１の奇数倍の長さとなる周波数である。このように構成されたアンテナ装置１または１Ａでは、アレー素子パターンのビーム幅が広くなるので、ビーム走査するときの利得の低下を小さくすることができる。
　ｚ方向に沿った面３ａから平行平板２の端部までの長さＬ１は、アンテナ装置１または１Ａの動作周波数帯域の各々の周波数における、覆域内の利得の最小値が最も大きくなる長さである。例えば、Ｌ１が、アンテナ装置１または１Ａの動作周波数帯域の特定の周波数における自由空間波長の４分の１の奇数倍の長さであると、アンテナ装置１または１Ａの動作周波数帯域の各々の周波数における覆域内の利得の最小値は最も大きくなる。
　以上のように、実施の形態１に係るアンテナ装置１または１Ａにおいて、導体短絡板３の面３ａの法線方向に沿った面３ａから平行平板２の端部までの長さＬ１が、面３ａの法線方向に沿った面３ａからテーパ状導体板４または４ａの端部までの長さＬ２よりも長い。このような構成を有することで、アンテナ装置１は、平行平板２を跨いだ素子アンテナ１ａ同士の電波の漏洩を抑圧することができる。
　実施の形態１に係るアンテナ装置１において、平行平板２の長さＬ１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の長さである。このように構成することにより、アレー素子パターンのビーム幅が広くなるので、ビーム走査するときの利得の低下を小さくすることができる。
実施の形態２．
　実施の形態２では、実施の形態１と同様の効果が得られ、かつ、アレーアンテナとした場合に素子アンテナの高さを低くすることができるアンテナ装置について説明する。
　図８は、実施の形態２に係るアンテナ装置１Ｂの構成を示す斜視図である。図８において、平行平板２に設けられたテーパ状導体板４が見えるように、最上段の導体平板２ａと誘電体９を透明に記載している。図１と同一の構成要素には、同一の符号を付して説明を省略する。アンテナ装置１Ｂにおいて、互いに平行に配置された一対の導体平板２ａ，２ａの間には、テーパ状導体板４が完全に埋まるまで全体的に誘電体９が充填されている。
　アンテナ装置１Ｂにおいて、導体短絡板３の面３ａの法線方向（ｚ方向）に沿った面３ａから平行平板２の端部までの長さＬ１は、ｚ方向に沿った面３ａからテーパ状導体板４ａの端部までの長さＬ２よりも長い。Ｌ１は、アンテナ装置１Ｂの動作周波数帯域の各々の周波数における覆域内の利得の最小値が最も大きくなる長さであり、例えば、Ｌ１は、アンテナ装置１Ｂの動作周波数帯域の下限周波数における、誘電体９内の電波の伝搬波長の４分の１の奇数倍の長さである。
　導体平板２ａ，２ａの間を伝搬する電波は、導体平板２ａ，２ａの間に充填された誘電体９によって波長が短縮される。一方、平行平板２の長さＬ１を、誘電体９における電波の波長の短縮分（１／√εｒ）だけ短くしても、実施の形態１と同様に、ビーム幅は拡大する。なお、εｒは、誘電体９の比誘電率である。そこで、アンテナ装置１Ｂにおいて、Ｌ１がＬ２よりも長いという条件を維持しつつ、誘電体９によって電波の波長が短縮された分だけＬ１を短くすることで、アレーアンテナを構成する素子アンテナの高さを低くすることができる。
　次に、実施の形態２に係るアンテナ装置の変形例について説明する。
　図９は、アンテナ装置１Ｂの変形例である、アンテナ装置１Ｂ’の構成を示す斜視図である。図９において、平行平板２に設けられたテーパ状導体板４が見えるように、最上段の導体平板２ａおよび誘電体９を透明に記載している。また、図８と同一の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。アンテナ装置１Ｂ’において、互いに平行に配置された一対の導体平板２ａ，２ａの間には、テーパ状導体板４の一部が露出する程度に部分的に誘電体９が充填されている。
　アンテナ装置１Ｂ’においても、ｚ方向に沿った面３ａから平行平板２の端部までの長さＬ１は、ｚ方向に沿った面３ａからテーパ状導体板４ａの端部までの長さＬ２よりも長い。Ｌ１は、アンテナ装置１Ｂ’の動作周波数帯域の各々の周波数における覆域内の利得の最小値が最も大きくなる長さであり、例えば、アンテナ装置１Ｂ’の動作周波数帯域の下限周波数における、誘電体９内の電波の伝搬波長の４分の１の奇数倍の長さである。
　アンテナ装置１Ｂ’は、アンテナ装置１Ｂに比べて誘電体９の充填量が少ないが、一対の導体平板２ａ，２ａの間を伝搬する電波は、誘電体９によって波長が短縮される。このため、誘電体９によって電波の波長が短縮された分だけＬ１を短くしても、実施の形態１と同様にビーム幅が拡大する。そこで、アンテナ装置１Ｂ’においても、Ｌ１がＬ２よりも長いという条件を維持しつつ、誘電体９によって電波の波長が短縮された分だけＬ１を短くすることで、アレーアンテナを構成する素子アンテナの高さを低くすることが可能である。
実施の形態３．
　実施の形態３は、実施の形態１と同様の効果が得られ、かつ、レドームに収納することができるアンテナ装置について説明する。
　図１０は、実施の形態３に係るアンテナ装置１Ｃの構成を示す図であって、－ｘ方向に見たアンテナ装置１Ｃを示している。図１０において、平行平板２に設けられたテーパ状導体板４が見えるように、平行平板２である導体平板２ａ，２ａのうち、＋ｘ方向に配置された導体平板２ａの記載を省略している。
　アンテナ装置１Ｃが備える導体平板２ａにおける導体短絡板３の面３ａとは反対側の端辺２ａ－２は、図１０に示すように、曲線状の辺である。面３ａの法線方向（ｚ方向）に沿った面３ａから導体平板２ａの端部までの長さは、ｙ方向の側端部が長さＬ１’で最も短く、ｙ方向の中央部に向かうにつれて徐々に長くなり、ｙ方向の中央部が長さＬ１で最も長い。ただし、導体平板２ａの側端部の長さＬ１’は、ｚ方向に沿った面３ａからテーパ状導体板４の端部までの長さＬ２よりも長い。なお、ｙ方向は、アンテナ装置１Ｃの磁界方向に相当する。
　Ｌ１は、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の４分の３の長さである。面３ａから導体平板２ａの端部までの長さがＬ１である素子アンテナでは、アレー素子パターンのビーム幅が拡大する。このため、アンテナ装置１Ｃでは、面３ａから導体平板２ａの端部までの長さがＬ１であるｙ方向の中央部の素子アンテナにおいて、アレー素子パターンのビーム幅が拡大する。導体平板２ａの端辺２ａ－２が曲線状の辺であるので、アンテナ装置１Ｃを曲面状のレドームに収納することができる。
　また、曲線状の端辺２ａ－２は、ｚ方向に沿った面３ａから導体平板２ａの端部までの長さが、動作周波数帯域の各々の周波数における覆域内の利得の最小値が最も大きくなる長さとなる曲率を有する。この端辺２ａ－２を有することで、アンテナ装置１Ｃは、動作周波数帯域の全周波数に亘って覆域内の利得の最小値が高いアンテナとなる。
　次に、実施の形態３に係るアンテナ装置の変形例について説明する。
　図１１はアンテナ装置１Ｃの変形例であるアンテナ装置１Ｃ’の構成を示す図であり、－ｘ方向に見たアンテナ装置１Ｃ’を示している。図１１において、平行平板２に設けられたテーパ状導体板４が見えるように、平行平板２である一対の導体平板２ａ，２ａのうち、＋ｘ方向に配置された導体平板２ａの記載を省略している。
　アンテナ装置１Ｃ’が備える導体平板２ａにおける導体短絡板３の面３ａとは反対側の端辺２ａ－２は、図１１に示すように、凹凸状の辺である。面３ａの法線方向（ｚ方向）に沿った面３ａから導体平板２ａの端部までの長さは、ｙ方向の側端部が長さＬ１’であり、ｙ方向の中央部が長さＬ１である。ただし、導体平板２ａの側端部の長さＬ１’は、ｚ方向に沿った面３ａからテーパ状導体板４の端部までの長さＬ２よりも長い。アンテナ装置１Ｃ’では、面３ａから導体平板２ａの端部までの長さがＬ１であるｙ方向の中央部の素子アンテナにおいて、アレー素子パターンのビーム幅が拡大する。
　また、凹凸状の端辺２ａ－２は、ｚ方向に沿った面３ａから導体平板２ａの端部までの長さが、動作周波数帯域の各々の周波数における覆域内の利得の最小値が最も大きくなる長さとなる凹凸量を有する。この端辺２ａ－２を有することで、アンテナ装置１Ｃ’は、動作周波数帯域の全周波数に亘って覆域内の利得の最小値が高いアンテナとなる。
　図１２はアンテナ装置１Ｃの変形例であるアンテナ装置１Ｃ”の構成を示す図であり、＋ｙ方向に見たアンテナ装置１Ｃ”を示している。アンテナ装置１Ｃ”において、導体平板２ａの法線方向（ｘ方向）に沿って配列された複数の平行平板２のそれぞれの導体平板２ａは、導体短絡板３の面３ａの法線方向（ｚ方向）に沿った面３ａからの長さが複数の平行平板２の配列方向（ｘ方向）に沿って徐々に変化している。ｘ方向は、アンテナ装置１Ｃの電界方向に相当する。
　例えば、ｚ方向に沿った面３ａから導体平板２ａの端部までの長さは、ｘ方向に配列された複数の導体平板２ａのうち、ｘ方向の端部にある導体平板２ａの長さがＬ１’で最も短く、ｘ方向の中央部に向かうにつれて導体平板２ａの長さが徐々に長くなり、ｘ方向の中央部にある導体平板２ａの長さがＬ１で最も長い。ただし、Ｌ１’は、ｚ方向に沿った面３ａからテーパ状導体板４の端部までの長さＬ２よりも長い。
　アンテナ装置１Ｃ”では、ｘ方向の中央部にある導体平板２ａの長さがＬ１であることから、ｘ方向の中央部にある素子アンテナにおいてアレー素子パターンのビーム幅が拡大する。また、アンテナ装置１Ｃ”では、ｘ方向に並んだ複数の導体平板２ａの＋ｚ方向の端部を結んだ線が、ｙ方向から見て曲線状の線になる。これにより、アンテナ装置１Ｃ”は、ｘ方向に曲面状のレドームに収納することができる。
　さらに、図１１に示したように導体平板２ａの端辺をｙ方向に曲線状の辺とし、図１２に示したように、ｘ方向に配列された複数の導体平板２ａの長さをｘ方向に沿って曲線状に変化させたアンテナ装置であれば、ｙ方向とｘ方向に曲面状のレドームに収納することが可能である。
実施の形態４．
　実施の形態４では、三角配列以外の素子アンテナの配列について説明する。
　図１３は、実施の形態４に係るアンテナ装置１Ｄにおける素子アンテナ配列を示す正面図である。図１３において、素子アンテナは、一対の導体平板２ａ，２ａである平行平板２、導体短絡板３および一枚のテーパ状導体板４を備えて構成される。アンテナ装置１Ｄでは、一対の導体平板２ａ，２ａにおいて複数のテーパ状導体板４がｙ方向に沿って一次元に配列されている。
　図１４は、実施の形態４の変形例であるアンテナ装置１Ｅにおける素子アンテナ配列を示す正面図である。図１４において、素子アンテナは、一対の導体平板２ａ，２ａである平行平板２、導体短絡板３および一枚のテーパ状導体板４を備えて構成される。アンテナ装置１Ｅは、一枚のテーパ状導体板４を有する複数の平行平板２が、ｘ方向に沿って一次元に配列されている。
　アンテナ装置１Ｄおよびアンテナ装置１Ｅにおいても、導体短絡板３の面３ａの法線方向（ｚ方向）に沿った面３ａから平行平板２の端部までの長さＬ１は、ｚ方向に沿った面３ａからテーパ状導体板４ａの端部までの長さＬ２よりも長い。Ｌ１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３の長さである。このように構成されたアンテナ装置１Ｄおよびアンテナ装置１Ｅにおいても実施の形態１と同様の効果が得られる。
　また、アンテナ装置１Ｄまたはアンテナ装置１Ｅの素子アンテナが、図７に示した一対のテーパ状導体板４ａ，４ａを備える構成であっても、実施の形態１と同様の効果が得られる。さらに、アンテナ装置１Ｄまたはアンテナ装置１Ｅにおいて、互いに平行に配置された一対の導体平板２ａ，２ａの間に部分的または全体的に誘電体９を充填することで、実施の形態２と同様の効果が得られる。さらに、アンテナ装置１Ｄが備える平行平板２をアンテナ磁界方向に沿ってＬ１を変化させた構造、あるいは、アンテナ装置１Ｅが備える平行平板２をアンテナ電界方向にＬ１を変化させた構造にすることにより、実施の形態３と同様の効果が得られる。
　図１５は、実施の形態４の変形例であるアンテナ装置１Ｆにおける素子アンテナ配列を示す正面図である。図１５に示すように、アンテナ装置１Ｆにおいて、素子アンテナは、一対の導体平板２ａ，２ａである平行平板２、導体短絡板３および一枚のテーパ状導体板４を備えて構成され、複数の素子アンテナが四角配列されている。なお、四角配列では、導体短絡板３の法線方向から見て、複数の素子アンテナが、隣接した導体平板２ａ，２ａと隣接したテーパ状導体板４，４がそれぞれ辺をなす四角形を形成するように二次元配列されている。
　図１６は、実施の形態４の変形例であるアンテナ装置１Ｇにおける素子アンテナ配列を示す正面図である。図１６に示すように、アンテナ装置１Ｇにおいて、素子アンテナが、一対の導体平板２ａ，２ａである平行平板２、導体短絡板３および一枚のテーパ状導体板４を備えて構成され、複数の素子アンテナが非周期配列されている。
　アンテナ装置１Ｆおよびアンテナ装置１Ｇにおいても、導体短絡板３の面３ａの法線方向（ｚ方向）に沿った面３ａから平行平板２の端部までの長さＬ１は、ｚ方向に沿った面３ａからテーパ状導体板４ａの端部までの長さＬ２よりも長い。Ｌ１は、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の４分の３の長さである。この構成を有するアンテナ装置１Ｆおよびアンテナ装置１Ｇにおいても、実施の形態１と同様の効果が得られる。
　また、アンテナ装置１Ｆまたはアンテナ装置１Ｇの素子アンテナが、図７に示したように一対のテーパ状導体板４ａ，４ａを備える構成であっても、実施の形態１と同様の効果が得られる。さらに、アンテナ装置１Ｆまたはアンテナ装置１Ｇにおいて、互いに平行に配置された一対の導体平板２ａ，２ａの間に部分的または全体的に誘電体９を充填することで、実施の形態２と同様の効果が得られる。さらに、アンテナ装置１Ｆが備える平行平板２を、アンテナ磁界方向にＬ１を変化させた構造、あるいはアンテナの電界方向にＬ１を変化させた構造にすることにより、実施の形態３と同様の効果が得られる。
　なお、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内において、実施の形態のそれぞれの自由な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。
　本発明に係るアンテナ装置は、平行平板を跨いだ素子アンテナ同士の電波の漏洩を抑圧することができるので、アレーアンテナのビーム幅を広くすることができ、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，１Ｂ，１Ｂ'，１Ｃ，１Ｃ'，１Ｃ”，１Ｄ，１Ｅ，１Ｆ，１Ｇ　アンテナ装置、１ａ　素子アンテナ、２　平行平板、２ａ導体平板、２ａ－１，４－１　端面、２ａ－２　端辺、３　導体短絡板、３ａ　面、４，４ａ　テーパ状導体板、５　同軸線路、６　内部導体、７　外部導体、８　誘電体基板、９　誘電体。

Claims (16)

  1. 　互いに平行に配置された一対の導体平板である平行平板と、
    　前記一対の前記導体平板の両方が電気的に接続された第１の面を有し、前記第１の面にて前記平行平板を短絡する導体短絡板と、
    　前記一対の前記導体平板の間で、かつ、前記第１の面の法線方向と前記導体平板の法線方向とに平行な平面に沿って設けられ、前記導体平板の法線方向に沿って導体幅が減少する形状を有したテーパ状導体板とを備え、
    　前記第１の面の法線方向に沿った前記第１の面から前記平行平板の端部までの長さは、前記第１の面の法線方向に沿った前記第１の面から前記テーパ状導体板の端部までの長さよりも長いこと
    　を特徴とするアンテナ装置。
  2. 　前記一対の前記導体平板の間に部分的または全体的に充填された誘電体を備えること
    　を特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
  3. 　前記第１の面の法線方向に沿った前記第１の面から前記平行平板の端部までの長さは、動作周波数帯域の各々の周波数における覆域内の利得の最小値が最も大きくなる長さであること
    　を特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
  4. 　前記第１の面の法線方向に沿った前記第１の面から前記平行平板の端部までの長さは、動作周波数帯域の特定の周波数における自由空間波長の４分の１の奇数倍の長さであること
    　を特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
  5. 　前記第１の面の法線方向に沿った前記第１の面から前記平行平板の端部までの長さは、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の奇数倍の長さであること
    　を特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
  6. 　前記第１の面の法線方向に沿った前記第１の面から前記平行平板の端部までの長さは、動作周波数帯域の下限周波数における前記誘電体内の電波の伝搬波長の４分の１の奇数倍の長さであること
    　を特徴とする請求項２記載のアンテナ装置。
  7. 　前記導体平板における前記第１の面とは反対側の端辺は、曲線状の辺であること
    　を特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
  8. 　前記曲線状の辺は、前記第１の面の法線方向に沿った前記平行平板の前記第１の面からの長さが、動作周波数帯域の各々の周波数における覆域内の利得の最小値が最も大きくなる長さとなる曲率を有すること
    　を特徴とする請求項７記載のアンテナ装置。
  9. 　前記導体平板における前記第１の面とは反対側の端辺は、凹凸状の辺であること
    　を特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
  10. 　前記凹凸状の辺は、前記第１の面の法線方向に沿った前記平行平板の前記第１の面からの長さが、動作周波数帯域の各々の周波数における覆域内の利得の最小値が最も大きくなる長さとなる凹凸量を有すること
    　を特徴とする請求項９記載のアンテナ装置。
  11. 　複数の前記平行平板が前記導体平板の法線方向に沿って配列されている場合、前記第１の面の法線方向に沿った前記第１の面から前記導体平板の端部までの長さは、複数の前記平行平板の配列方向に沿った端部から中央部に向けて徐々に長くなっていること
    　を特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
  12. 　素子アンテナは、前記一対の前記導体平板である前記平行平板、前記導体短絡板および一枚の前記テーパ状導体板を備えて構成され、
    　複数の前記素子アンテナは、アンテナ電界方向またはアンテナ磁界方向に沿って配列されていること
    　を特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
  13. 　素子アンテナは、前記一対の前記導体平板である前記平行平板、前記導体短絡板および一枚の前記テーパ状導体板を備えて構成され、
    　複数の前記素子アンテナは、二次元配列されていること
    　を特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
  14. 　複数の前記素子アンテナは、四角配列されていること
    　を特徴とする請求項１３記載のアンテナ装置。
  15. 　複数の前記素子アンテナは、三角配列されていること
    　を特徴とする請求項１３記載のアンテナ装置。
  16. 　複数の前記素子アンテナは、非周期配列されていること
    　を特徴とする請求項１３記載のアンテナ装置。
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