WO2022014053A1 - アンテナ装置及びアレーアンテナ装置 - Google Patents

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    • 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
    • H01Q21/08—Arrays of individually energised antenna units similarly polarised and spaced apart the units being spaced along or adjacent to a rectilinear path

Definitions

  • the present disclosure relates to an antenna device and an array antenna device including a plurality of microstrip antennas.
  • Non-Patent Document 1 discloses an antenna device including a plurality of microstrip antennas.
  • the microstrip antenna is an antenna that operates in TM10 mode. Assuming that the direction orthogonal to the plane on which each microstrip antenna is placed is 0 degrees and the direction parallel to the plane is 90 degrees, the radiation direction of the electromagnetic waves from each microstrip antenna is 30 to 45 degrees. Is the direction of.
  • Non-Patent Document 1 has a problem that electromagnetic waves cannot be radiated in a direction parallel to the plane on which each microstrip antenna is arranged.
  • the present disclosure has been made to solve the above-mentioned problems, and an object of the present disclosure is to obtain an antenna device capable of radiating electromagnetic waves in a direction parallel to a plane in which each microstrip antenna is arranged. do.
  • the antenna device has a first plane and a second plane, and is aligned with a dielectric substrate having a ground conductor on the second plane and a first plane on the dielectric substrate. It is arranged in and is equipped with a plurality of microstrip antennas operating in TM20 mode.
  • electromagnetic waves can be radiated in a direction parallel to the plane in which each microstrip antenna is arranged.
  • FIG. 6A is an explanatory diagram showing the electromagnetic field simulation result of the radiation pattern on the yz plane
  • FIG. 6B is an explanatory diagram showing the electromagnetic field simulation result of the radiation pattern on the xz plane.
  • FIG. 1 It is a top view which shows the antenna device 1 which concerns on Embodiment 2.
  • FIG. 1 is a plan view showing the antenna device 1 according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing a cross section of C1-C2 in the antenna device 1 shown in FIG.
  • the antenna device 1 shown in FIG. 1 is arranged on a plane parallel to the xz plane in a three-dimensional space represented by the xyz coordinate axes.
  • the dielectric substrate 11 has a first plane 11a and a second plane 11b.
  • a ground conductor is provided on the second plane 11b of the dielectric substrate 11.
  • Four microstrip antennas 12-1 to 12-4 are arranged on the first plane 11a of the dielectric substrate 11.
  • four microstrip antennas 12-1 to 12-4 are arranged.
  • this is only an example, and it is sufficient that two or more microstrip antennas 12 are arranged.
  • the term “microstrip antenna 12” is used.
  • the microstrip antennas 12-1 to 12-4 are arranged in a row on the first plane 11a of the dielectric substrate 11.
  • the microstrip antennas 12-1 to 12-4 are antennas that operate in the TM20 mode, and emit electromagnetic waves in a direction parallel to the first plane 11a.
  • the electromagnetic wave from the microstrip antenna 12 is radiated in a direction parallel to the direction in which the microstrip antennas 12-1 to 12-4 are lined up in a row.
  • the intervals D2, D3, and D4 of the respective arrangements in the microstrip antennas 12-1 to 12-4 are the lengths of the wavelength ⁇ of the electromagnetic wave.
  • the intervals D2, D3, and D4 are not limited to those that exactly match the length of the wavelength ⁇ of the electromagnetic wave, and may be different from the length of the wavelength ⁇ within a range that does not cause a practical problem.
  • the feeding unit 13-n feeds electromagnetic waves to the microstrip antenna 12-n via the feeding line 14-n.
  • One end of the feeding line 14-n is connected to the feeding section 13-n, and the other end of the feeding line 14-n is connected to the microstrip antenna 12-n.
  • the electromagnetic wave output from the feeding unit 13-n propagates in the feeding line 14-n.
  • the slit 15-n is a gap between the microstrip antenna 12-n and the feeding line 14-n.
  • the slit 16-n is a gap between the microstrip antenna 12-n and the feeding line 14-n.
  • the conductor wall 17 is arranged in the direction in which the microstrip antennas 12-1 to 12-4 are arranged in a row, and reflects the electromagnetic waves radiated from each of the microstrip antennas 12-1 to 12-4.
  • the position where the conductor wall 17 is arranged is one-fourth of the wavelength ⁇ from the center of the microstrip antenna 12-1 arranged at the end of the microstrip antennas 12-1 to 12-4. It is a position separated by the sum of the length and the length that is an integral multiple of the length of half of the wavelength ⁇ . That is, the distance D1 from the center of the microstrip antenna 12-1 to the conductor wall 17 is expressed by the following equation (1).
  • m is an integer of 1 or more.
  • the conductor wall 18 is provided to prevent electromagnetic waves radiated from each of the microstrip antennas 12-1 to 12-4 from leaking in the + x direction, which is a direction parallel to the x-axis.
  • the conductor wall 19 is provided to prevent electromagnetic waves radiated from each of the microstrip antennas 12-1 to 12-4 from leaking in the ⁇ x direction, which is a direction parallel to the x-axis.
  • the conductor wall 20 is provided to prevent electromagnetic waves radiated from each of the microstrip antennas 12-1 to 12-4 from leaking in the + y direction, which is a direction parallel to the y-axis.
  • the conductor wall 21 is provided to operate each of the microstrip antennas 12-1 to 12-4 as a patch antenna.
  • the conductor walls 17 to 21 form a space including the dielectric substrate 11 and the microstrip antennas 12-1 to 12-4.
  • the opening 22 is a boundary surface with the external space of the antenna device 1, and electromagnetic waves radiated from each of the microstrip antennas 12-1 to 12-4 are radiated to the outside from the opening 22.
  • D5 is the distance from the center of the microstrip antenna 12-4 to the opening 22, and the distance D5 may be any distance.
  • a slit 15-n and a slit 16-n are provided.
  • the resistance value which is the actual part of the input impedance of the antenna device 1 can be adjusted.
  • the reactance value, which is an imaginary part of the input impedance of the antenna device 1 can be adjusted. .. Therefore, in the antenna device 1 shown in FIG. 1, the reflected wave returning to the feeding unit 13-n can be reduced by adjusting the respective sizes of the slit 15-n and the slit 16-n. Adjusting the size means adjusting the dimension in the x direction and the dimension in the z direction.
  • the microstrip antenna 12-n is an antenna that operates in the TM20 mode, and when an electromagnetic wave is supplied from the feeding unit 13-n via the feeding line 14-n, the microstrip antenna 12-n is in a direction parallel to the first plane 11a. It emits electromagnetic waves. That is, the microstrip antenna 12-n radiates electromagnetic waves in the + z direction and the ⁇ z direction.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram showing an operation image of the microstrip antenna 12-n operating in the TM20 mode.
  • the microstrip antenna 12-n receives an electromagnetic wave from the feeding unit 13-n via the feeding line 14-n, electric field vectors 31 and 32 are generated at both ends of the microstrip antenna 12-n.
  • the electric field vector 31 and the electric field vector 32 are electric field vectors having the same phase, and the directions of the electric field vectors 31 and 32 are the + y direction.
  • an electric field vector 33 having a phase opposite to that of the electric field vectors 31 and 32 is generated in the central portion of the microstrip antenna 12-n.
  • the direction of the electric field vector 33 is the ⁇ y direction.
  • an electric field vector 34 and an electric field vector 35 are generated as axis-symmetrical electric field vectors with respect to the central axis 12a of the microstrip antenna 12-n.
  • the electromagnetic wave radiated in the radial direction 36 from each microstrip antenna 12-n is radiated to the outside through the opening 22.
  • the electromagnetic wave radiated from each microstrip antenna 12-n in the radial direction 37 is reflected by the conductor wall 17.
  • the electromagnetic wave after reflection by the conductor wall 17 is radiated to the outside from the opening 22. Since the distance D1 from the center of the microstrip antenna 12-1 to the conductor wall 17 is the distance represented by the equation (1), the electromagnetic wave after reflection by the conductor wall 17 and the microstrip antenna 12 are according to the principle of the mirror image.
  • the electromagnetic wave radiated from the opening 22 to the outside is strengthened without the electromagnetic wave radiated from ⁇ n in the radial direction 36 weakening each other.
  • the conductor walls 18 to 20 are provided to make the surrounding environment of the antenna device 1 less susceptible to the influence of electromagnetic waves, and to reflect the electromagnetic waves radiated from the microstrip antenna 12-n toward the opening 22 side. It is not provided. Therefore, the conductor walls 18 to 20 do not necessarily have to be provided in the antenna device 1.
  • FIG. 4 is an explanatory diagram showing an electromagnetic field simulation result of the reflection characteristic in the antenna device 1 shown in FIG.
  • the relative permittivity of the dielectric substrate 11 is 3.0
  • the thickness of the dielectric substrate 11 is 0.026 ⁇
  • the distance D1 is 3 ⁇ / 4.
  • electromagnetic field simulation is performed assuming that electromagnetic waves are supplied to each of the microstrip antennas 12-1 to 12-4 from one feeding unit 41 via the feeding line 42. Is going.
  • FIG. 5 is a plan view showing an antenna device 1 in which an electromagnetic field simulation of reflection characteristics is performed. In FIG.
  • the horizontal axis represents the normalized frequency and the vertical axis represents the amplitude of the reflectance coefficient.
  • the curve 51 shown in FIG. 4 shows the reflection characteristics of the antenna device 1, and there is a specific band of 1% or more in which the amplitude of the reflection coefficient is ⁇ 10 dB or less.
  • FIG. 6 is an explanatory diagram showing an electromagnetic field simulation result of a radiation pattern at the center frequency of the antenna device 1 shown in FIG.
  • FIG. 6A shows the electromagnetic field simulation result of the radiation pattern on the yz plane
  • FIG. 6B shows the electromagnetic field simulation result of the radiation pattern on the xz plane.
  • the horizontal axis represents an angle and the vertical axis represents a gain.
  • the curve 52 shows the main polarization in the yz plane, and the main polarization in the yz plane represents the y-direction component.
  • the curve 53 shows the cross-polarized wave in the yz plane, and the cross-polarized wave in the yz plane represents the x-direction component.
  • the curve 54 shows the main polarization in the xz plane, and the main polarization in the xz plane represents the y-direction component.
  • the curve 55 shows the cross-polarized wave in the xz plane, and the cross-polarized wave in the xz plane represents the x-direction component.
  • the cross-polarized wave in the yz plane is ⁇ 20 dB or less with respect to the peak gain of the main polarized wave within the range of ⁇ 90 degrees.
  • the crossed polarization in the xz plane is ⁇ 20 dB or less with respect to the peak gain of the main polarization within the range of ⁇ 90 degrees. Therefore, it can be seen that the antenna device 1 shown in FIG. 1 can radiate an electromagnetic wave in a direction parallel to the first plane 11a of the dielectric substrate 11.
  • the dielectric substrate 11 having the first plane 11a and the second plane 11b and having the ground conductor provided on the second plane 11b, and the first in the dielectric substrate 11.
  • the antenna device 1 is configured to include a plurality of microstrip antennas 12-1 to 12-4 which are arranged in a row on the plane 11a of 1 and operate in the TM20 mode. Therefore, the antenna device 1 can radiate electromagnetic waves in a direction parallel to the plane in which each microstrip antenna is arranged.
  • the microstrip antennas 12-1 to 12-4 are shown to have a square shape. However, this is only an example, and the shape of the microstrip antennas 12-1 to 12-4 may be, for example, an ellipse or a polygon other than a square.
  • the corner portions of the slits 15-1 to 15-4 and the slits 16-1 to 16-4 are shown to be at right angles. However, this is only an example, and each corner portion of the slits 15-1 to 15-4 and the slits 16-1 to 16-4 may be slightly rounded.
  • the minute roundness at the corner portion is applied by, for example, etching or drilling.
  • each of the microstrip antennas 12-1 to 12-4 radiates electromagnetic waves.
  • Polarizers may be arranged in the + z direction of the microstrip antennas 12-1 to 12-4. By arranging the polarizer, the antenna device 1 shown in FIG. 1 can be operated as a circularly polarized wave antenna.
  • the feeding unit 13-n may directly feed the electromagnetic wave to the microstrip antenna 12-n by using the RF connector.
  • the feeding line 14-n, the slit 15-n and the slit 16-n are unnecessary.
  • the electromagnetic wave may be supplied to the microstrip antenna 12-n by electromagnetic coupling to the microstrip antenna 12-n.
  • Another dielectric substrate is arranged on the second plane 11b side of the dielectric substrate 11, and the electromagnetic wave propagates to the microstrip line formed on the other dielectric substrate, whereby the microstrip line and the microstrip line are formed.
  • a configuration is conceivable in which the microstrip antenna 12-n is electromagnetically coupled.
  • the intervals D2, D3, and D4 of the respective arrangements in the microstrip antennas 12-1 to 12-4 are the lengths of the wavelength ⁇ of the electromagnetic wave.
  • FIG. 1 illustrates an example in which the antenna device 1 operates as a transmitting antenna. However, this is only an example, and the antenna device 1 can also operate as a receiving antenna.
  • each of the microstrip antennas 12-1 to 12-4 and the feeding portions 13-1 to 13-4 are formed on the first flat surface 11a of the dielectric substrate 11 as conductor patterns. I am assuming what you are doing. However, this is only an example, and each of the microstrip antennas 12-1 to 12-4 and the feeding portions 13-1 to 13-4 is formed of a metal conductor, and a spacer is used instead of the dielectric substrate 11. You may.
  • Embodiment 2 In the second embodiment, an antenna device 1 including a feeding line 14 for feeding electromagnetic waves to any one of the microstrip antennas 12-1 to 12-4 will be described.
  • FIG. 7 is a plan view showing the antenna device 1 according to the second embodiment.
  • the microstrip antennas 61-1 to 61-3 are antennas that operate in the TM20 mode.
  • the microstrip antennas 12-1 and the microstrip antennas 61-1 to 61-3 are arranged in a row on the first plane 11a of the dielectric substrate 11.
  • the electromagnetic waves from the microstrip antennas 12-1 and the microstrip antennas 61-1 to 61-3 are in a direction parallel to the direction in which the microstrip antennas 12-1 and the microstrip antennas 61-1 to 61-3 are lined up in a row. Is radiated to.
  • the distance between the arrangements of the microstrip antenna 12-1 and the microstrip antenna 61-1 is D2, and the distance between the arrangements of the microstrip antenna 61-1 and the microstrip antenna 61-2 is D3.
  • the distance between the microstrip antenna 61-2 and the microstrip antenna 61-3 is D4. Since the feeding line is not connected to the microstrip antennas 61-1 to 61-3, the microstrip antennas 61-1 to 61-3 are not excited.
  • the microstrip antennas 61-1 to 61-3 are interconnected with the microstrip antenna 12-1 between the elements. Therefore, the microstrip antennas 61-1 to 61-3 are excited by the excitation of the microstrip antenna 12-1. When the microstrip antennas 61-1 to 61-3 are excited, they emit electromagnetic waves in a direction parallel to the first plane 11a.
  • the intervals between the arrangements are D2, D3, and D4, and the intervals D2, D3, and D4 may be the length of the wavelength ⁇ of the electromagnetic wave, but the wavelength ⁇ of the electromagnetic wave. It may be shorter than the length. If the intervals D2, D3, and D4 are shorter than the length of the wavelength ⁇ of the electromagnetic wave, the mutual coupling between the elements of the microstrip antenna 12-1 and the microstrip antennas 61-1 to 61-3 can be strengthened.
  • the microstrip antenna 12-1 is arranged at the position farthest from the opening 22. ..
  • the microstrip antenna 12-1 may be arranged at a position other than the position farthest from the opening 22, for example, as shown in FIG.
  • FIG. 8 is a plan view showing another antenna device 1 according to the second embodiment.
  • the microstrip antenna 61-1 is arranged at a position other than the position farthest from the opening 22. Has been done.
  • the microstrip antenna 12-1 is located at the second farthest position from the opening 22.
  • Embodiment 3 an array antenna device in which a plurality of antenna devices 1 shown in FIGS. 1, 7 or 8 are arranged on the same plane will be described.
  • FIG. 9 is a plan view showing the array antenna device according to the third embodiment.
  • a plurality of antenna devices 1 are arranged in a row on the same plane.
  • a plurality of antenna devices 1 may be arranged so that the radiation directions of the electromagnetic waves radiated from each of the plurality of antenna devices 1 are the same, or the electromagnetic waves radiated from each of the plurality of antenna devices 1 may be arranged.
  • a plurality of antenna devices 1 may be arranged so that the radial directions are different.
  • FIG. 10 is a plan view showing another array antenna device according to the third embodiment.
  • any combination of the embodiments can be freely combined, any component of the embodiment can be modified, or any component can be omitted in each embodiment.
  • the present disclosure is suitable for an antenna device and an array antenna device having a plurality of microstrip antennas.
  • 1 antenna device 11 dielectric substrate, 11a first plane, 11b second plane, 12-1 to 12-4 microstrip antenna, 12a central axis, 13-1 to 13-4 feeding part, 14-1 to 14-4 power supply line, 15-1 to 15-4 slit, 16-1 to 16-4 slit, 17 to 21 conductor wall, 22 opening, 31 to 35 electric field vector, 36, 37 radial direction, 41 power supply part, 42 power supply line, 51-55 curve, 61-1-61-3 microstrip antenna.

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Abstract

第１の平面（１１ａ）及び第２の平面（１１ｂ）を有しており、第２の平面（１１ｂ）に接地導体が施されている誘電体基板（１１）と、誘電体基板（１１）における第１の平面（１１ａ）に一列に配置されており、ＴＭ２０モードで動作する複数のマイクロストリップアンテナ（１２－１）～（１２－４）とを備えるように、アンテナ装置（１）を構成した。

Description

アンテナ装置及びアレーアンテナ装置
　本開示は、複数のマイクロストリップアンテナを備えるアンテナ装置及びアレーアンテナ装置に関するものである。
　以下の非特許文献１には、複数のマイクロストリップアンテナを備えるアンテナ装置が開示されている。当該マイクロストリップアンテナは、ＴＭ１０モードで動作するアンテナである。それぞれのマイクロストリップアンテナが配置されている平面と直交する方向が０度、当該平面と平行な方向が９０度であるとすると、それぞれのマイクロストリップアンテナからの電磁波の放射方向は、３０～４５度の方向である。
G. R. DeJean and M. M. Tentzeris, "A New High-Gain Microstrip Yagi Array Antenna With a High Front-to-Back (F/B) Ratio for WLAN and Millimeter-Wave Applications," IEEE Trans. on Antennas and Propagat., Vol. 55, No. 2, 2007.
　非特許文献１に開示されているアンテナ装置では、それぞれのマイクロストリップアンテナが配置されている平面と平行な方向に電磁波を放射することができないという課題があった。
　本開示は、上記のような課題を解決するためになされたもので、それぞれのマイクロストリップアンテナが配置されている平面と平行な方向に電磁波を放射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。
　本開示に係るアンテナ装置は、第１の平面及び第２の平面を有しており、第２の平面に接地導体が施されている誘電体基板と、誘電体基板における第１の平面に一列に配置されており、ＴＭ２０モードで動作する複数のマイクロストリップアンテナとを備えるものである。
　本開示によれば、それぞれのマイクロストリップアンテナが配置されている平面と平行な方向に電磁波を放射することができる。
実施の形態１に係るアンテナ装置１を示す平面図である。 図１に示すアンテナ装置１におけるＣ１－Ｃ２断面を示す断面図である。 ＴＭ２０モードで動作するマイクロストリップアンテナ１２－ｎの動作イメージを示す説明図である。 図１に示すアンテナ装置１における反射特性の電磁界シミュレーション結果を示す説明図である。 反射特性の電磁界シミュレーションが行われたアンテナ装置１を示す平面図である。 図６Ａは、ｙｚ面における放射パターンの電磁界シミュレーション結果を示す説明図、図６Ｂは、ｘｚ面における放射パターンの電磁界シミュレーション結果を示す説明図である。 実施の形態２に係るアンテナ装置１を示す平面図である。 実施の形態２に係る他のアンテナ装置１を示す平面図である。 実施の形態３に係るアレーアンテナ装置を示す平面図である。 実施の形態３に係る他のアレーアンテナ装置を示す平面図である。
　以下、本開示をより詳細に説明するために、本開示を実施するための形態について、添付の図面に従って説明する。
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を示す平面図である。
　図２は、図１に示すアンテナ装置１におけるＣ１－Ｃ２断面を示す断面図である。
　図１に示すアンテナ装置１は、ｘ－ｙ－ｚの座標軸によって表される３次元空間において、ｘｚ面と平行な平面に配置されている。
　誘電体基板１１は、第１の平面１１ａ及び第２の平面１１ｂを有している。
　誘電体基板１１の第２の平面１１ｂには、接地導体が施されている。
　誘電体基板１１の第１の平面１１ａには、４つのマイクロストリップアンテナ１２－１～１２－４が配置されている。
　図１に示すアンテナ装置１は、４つのマイクロストリップアンテナ１２－１～１２－４が配置されている。しかし、これは一例に過ぎず、２つ以上のマイクロストリップアンテナ１２が配置されていればよい。
　以下、マイクロストリップアンテナ１２－１～１２－４を区別しない場合は、マイクロストリップアンテナ１２のように表記する。
　マイクロストリップアンテナ１２－１～１２－４は、誘電体基板１１における第１の平面１１ａに一列に配置されている。
　マイクロストリップアンテナ１２－１～１２－４は、ＴＭ２０モードで動作するアンテナであり、第１の平面１１ａと平行な方向に電磁波を放射する。
　マイクロストリップアンテナ１２からの電磁波は、マイクロストリップアンテナ１２－１～１２－４が一列に並んでいる方向と平行な方向に放射される。
　マイクロストリップアンテナ１２－１～１２－４におけるそれぞれの配置の間隔Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４は、電磁波の波長λの長さである。
　間隔Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４は、電磁波の波長λの長さと厳密に一致しているものに限るものではなく、実用上問題のない範囲で波長λの長さと異なっていてもよい。
　給電部１３－ｎ（ｎ＝１，２，３，４）は、給電線路１４－ｎを介して、マイクロストリップアンテナ１２－ｎと接続されている。
　給電部１３－ｎは、給電線路１４－ｎを介して、マイクロストリップアンテナ１２－ｎに電磁波を給電する。
　給電線路１４－ｎの一端は、給電部１３－ｎと接続され、給電線路１４－ｎの他端は、マイクロストリップアンテナ１２－ｎと接続されている。
　給電線路１４－ｎは、給電部１３－ｎから出力された電磁波が伝搬する。
　スリット１５－ｎは、マイクロストリップアンテナ１２－ｎと給電線路１４－ｎとの間の隙間である。
　スリット１６－ｎは、マイクロストリップアンテナ１２－ｎと給電線路１４－ｎとの間の隙間である。
　導体壁１７は、マイクロストリップアンテナ１２－１～１２－４が一列に並んでいる方向に配置されており、マイクロストリップアンテナ１２－１～１２－４のそれぞれから放射された電磁波を反射させる。
　導体壁１７が配置されている位置は、マイクロストリップアンテナ１２－１～１２－４のうち、端部に配置されているマイクロストリップアンテナ１２－１の中心から、波長λの４分の１の長さと、波長λの２分の１の長さの整数倍の長さとの和の距離だけ離れている位置である。
　即ち、マイクロストリップアンテナ１２－１の中心から導体壁１７までの距離Ｄ１は、以下の式（１）のように表される。

Figure JPOXMLDOC01-appb-I000001
　式（１）において、ｍは、１以上の整数である。
　導体壁１８は、マイクロストリップアンテナ１２－１～１２－４のそれぞれから放射された電磁波が、ｘ軸と平行な方向である＋ｘ方向に漏れ出るのを防ぐために設けられている。
　導体壁１９は、マイクロストリップアンテナ１２－１～１２－４のそれぞれから放射された電磁波が、ｘ軸と平行な方向である－ｘ方向に漏れ出るのを防ぐために設けられている。
　導体壁２０は、マイクロストリップアンテナ１２－１～１２－４のそれぞれから放射された電磁波が、ｙ軸と平行な方向である＋ｙ方向に漏れ出るのを防ぐために設けられている。
　導体壁２１は、マイクロストリップアンテナ１２－１～１２－４のそれぞれをパッチアンテナとして動作させるために設けられている。
　導体壁１７～２１によって、誘電体基板１１及びマイクロストリップアンテナ１２－１～１２－４を含む空間が形成されている。
　開口部２２は、アンテナ装置１の外部空間との境界面であり、開口部２２から、マイクロストリップアンテナ１２－１～１２－４のそれぞれから放射された電磁波が外部に放射される。
　Ｄ５は、マイクロストリップアンテナ１２－４の中心から開口部２２までの距離であり、距離Ｄ５は、どのような距離でもよい。
　次に、図１に示すアンテナ装置１の動作について説明する。
　ここでは、アンテナ装置１が、送信アンテナとして動作する例を説明する。
　給電部１３－ｎ（ｎ＝１，２，３，４）は、給電線路１４－ｎを介して、マイクロストリップアンテナ１２－ｎに電磁波を給電する。
　即ち、給電部１３－ｎから給電された電磁波は、給電線路１４－ｎをｚ軸と平行な方向である＋ｚ方向に伝搬し、マイクロストリップアンテナ１２－ｎに到達する。
　マイクロストリップアンテナ１２－ｎに到達した電磁波のうち、一部の電磁波は、マイクロストリップアンテナ１２－ｎから放射される。
　マイクロストリップアンテナ１２－ｎから放射されていない電磁波は、給電線路１４－ｎを介して、給電部１３－ｎに反射波として戻る。
　なお、給電部１３－ｎから給電された電磁波の一部の電力は、給電線路１４－ｎ、あるいは、マイクロストリップアンテナ１２－ｎにおいて、熱損となる。
　図１に示すアンテナ装置１では、スリット１５－ｎ及びスリット１６－ｎが設けられている。
　スリット１５－ｎのｚ方向の長さ及びスリット１６－ｎのｚ方向の長さのそれぞれを調整することによって、アンテナ装置１の入力インピーダンスの実部である抵抗値を調整することができる。
　また、スリット１５－ｎのｘ方向の長さ及びスリット１６－ｎのｘ方向の長さのそれぞれを調整することによって、アンテナ装置１の入力インピーダンスの虚部であるリアクタンス値を調整することができる。
　したがって、図１に示すアンテナ装置１では、スリット１５－ｎ及びスリット１６－ｎにおけるそれぞれのサイズを調整することによって、給電部１３－ｎに戻る反射波を低減することができる。サイズの調整は、ｘ方向の寸法と、ｚ方向の寸法との調整を意味する。
　マイクロストリップアンテナ１２－ｎは、ＴＭ２０モードで動作するアンテナであり、給電部１３－ｎから、給電線路１４－ｎを介して、電磁波の給電を受けると、第１の平面１１ａと平行な方向に電磁波を放射する。
　即ち、マイクロストリップアンテナ１２－ｎは、＋ｚ方向と－ｚ方向とに電磁波を放射する。
　図３は、ＴＭ２０モードで動作するマイクロストリップアンテナ１２－ｎの動作イメージを示す説明図である。
　マイクロストリップアンテナ１２－ｎは、給電部１３－ｎから、給電線路１４－ｎを介して、電磁波の給電を受けると、マイクロストリップアンテナ１２－ｎの両端に電界ベクトル３１，３２が生じる。
　電界ベクトル３１と電界ベクトル３２とは、同相の電界ベクトルであり、電界ベクトル３１，３２の向きは、＋ｙ方向である。
　また、マイクロストリップアンテナ１２－ｎの中央部に、電界ベクトル３１，３２と逆相の電界ベクトル３３が生じる。電界ベクトル３３の向きは、－ｙ方向である。
　さらに、マイクロストリップアンテナ１２－ｎの上部である＋ｙ方向には、マイクロストリップアンテナ１２－ｎの中心軸１２ａに関して、軸対称の電界ベクトルとして、電界ベクトル３４と電界ベクトル３５とが生じる。
　電界ベクトル３１～３５が生じる結果、マイクロストリップアンテナ１２－ｎから、アンテナ正面方向である＋ｙ方向には電磁波が放射されず、＋ｘ方向と－ｘ方向とに電磁波が放射される。
　図３において、３６は、マイクロストリップアンテナ１２－ｎからの電磁波の放射方向であり、放射方向３６は、＋ｘ方向である。
　３７は、マイクロストリップアンテナ１２－ｎからの電磁波の放射方向であり、放射方向３７は、－ｘ方向である。
　それぞれのマイクロストリップアンテナ１２－ｎから、放射方向３６に放射された電磁波は、開口部２２から外部に放射される。
　それぞれのマイクロストリップアンテナ１２－ｎから、放射方向３７に放射された電磁波は、導体壁１７に反射される。
　導体壁１７による反射後の電磁波は、開口部２２から外部に放射される。
　マイクロストリップアンテナ１２－１の中心から導体壁１７までの距離Ｄ１が、式（１）によって表される距離であるため、鏡像の原理によって、導体壁１７による反射後の電磁波と、マイクロストリップアンテナ１２－ｎから放射方向３６に放射された電磁波とが、互いに弱め合う等の影響を及ぼすことなく、開口部２２から外部に放射される電磁波が強められる。開口部２２から電磁波が外部に放射されることにより、放射方向３６にビームが形成される。
　導体壁１８～２０は、アンテナ装置１の周囲の環境に電磁波の影響を受け難くするために設けられており、マイクロストリップアンテナ１２－ｎから放射された電磁波を開口部２２側に反射させるために設けられているものではない。したがって、導体壁１８～２０は、必ずしも、アンテナ装置１に設けられていなくてもよい。
　次に、図１に示すアンテナ装置１の有用性を示すために、アンテナ装置１の特性を説明する。
　図４は、図１に示すアンテナ装置１における反射特性の電磁界シミュレーション結果を示す説明図である。
　反射特性の電磁界シミュレーションでは、誘電体基板１１の比誘電率が３．０、誘電体基板１１の厚さが０．０２６λ、距離Ｄ１が３λ／４としている。
　また、マイクロストリップアンテナ１２－１～１２－４のそれぞれには、図５に示すように、１つの給電部４１から、給電線路４２を介して、電磁波が給電されるものとして、電磁界シミュレーションを行っている。図５は、反射特性の電磁界シミュレーションが行われたアンテナ装置１を示す平面図である。
　図４において、横軸は、正規化周波数を示し、縦軸は、反射係数の振幅を示している。
　図４に示す曲線５１は、アンテナ装置１の反射特性を示しており、反射係数の振幅が－１０ｄＢ以下となる比帯域が１％以上存在している。
　図６は、図１に示すアンテナ装置１の中心周波数における放射パターンの電磁界シミュレーション結果を示す説明図である。
　図６Ａは、ｙｚ面における放射パターンの電磁界シミュレーション結果を示し、図６Ｂは、ｘｚ面における放射パターンの電磁界シミュレーション結果を示している。
　図６Ａ及び図６Ｂにおいて、横軸は、角度を示し、縦軸は、利得を示している。
　曲線５２は、ｙｚ面における主偏波を示しており、ｙｚ面における主偏波は、ｙ方向成分を表している。
　曲線５３は、ｙｚ面における交差偏波を示しており、ｙｚ面における交差偏波は、ｘ方向成分を表している。
　曲線５４は、ｘｚ面における主偏波を示しており、ｘｚ面における主偏波は、ｙ方向成分を表している。
　曲線５５は、ｘｚ面における交差偏波を示しており、ｘｚ面における交差偏波は、ｘ方向成分を表している。
　図６Ａの曲線５２が示すように、ｙｚ面における主偏波は、誘電体基板１１の第１の平面１１ａと平行な方向である＋ｚ方向、即ち、Ａｎｇｌｅ＝０（ｄｅｇｒｅｅ）を指向していることが分かる。
　図６Ａの曲線５３が示すように、ｙｚ面における交差偏波は、±９０度の範囲内で主偏波のピーク利得に対して、－２０ｄＢ以下である。
　図６Ｂの曲線５４が示すように、ｘｚ面における主偏波は、誘電体基板１１の第１の平面１１ａと平行な方向である＋ｚ方向、即ち、Ａｎｇｌｅ＝０（ｄｅｇｒｅｅ）を指向していることが分かる。
　図６Ｂの曲線５５が示すように、ｘｚ面における交差偏波は、±９０度の範囲内で主偏波のピーク利得に対して、－２０ｄＢ以下である。
　したがって、図１に示すアンテナ装置１は、誘電体基板１１の第１の平面１１ａと平行な方向に電磁波を放射できることが分かる。
　以上の実施の形態１では、第１の平面１１ａ及び第２の平面１１ｂを有しており、第２の平面１１ｂに接地導体が施されている誘電体基板１１と、誘電体基板１１における第１の平面１１ａに一列に配置されており、ＴＭ２０モードで動作する複数のマイクロストリップアンテナ１２－１～１２－４とを備えるように、アンテナ装置１を構成した。したがって、アンテナ装置１は、それぞれのマイクロストリップアンテナが配置されている平面と平行な方向に電磁波を放射することができる。
　図１に示すアンテナ装置１では、マイクロストリップアンテナ１２－１～１２－４の形状が方形であるものを示している。しかし、これは一例に過ぎず、マイクロストリップアンテナ１２－１～１２－４の形状が、例えば、楕円形、又は、方形以外の多角形であってもよい。
　図１に示すアンテナ装置１では、スリット１５－１～１５－４及びスリット１６－１～１６－４におけるそれぞれのコーナー部分が直角であるものを示している。しかし、これは一例に過ぎず、スリット１５－１～１５－４及びスリット１６－－１～１６－４におけるそれぞれのコーナー部分に、微小の丸みが施されていてもよい。コーナー部分における微小の丸みは、例えば、エッチング加工、又は、ドリル加工によって施される。
　図１に示すアンテナ装置１では、マイクロストリップアンテナ１２－１～１２－４のそれぞれが電磁波を放射している。マイクロストリップアンテナ１２－１～１２－４の＋ｚ方向に、ポラライザが配置されていてもよい。ポラライザが配置されることによって、図１に示すアンテナ装置１を円偏波アンテナとして動作させることが可能である。
　図１に示すアンテナ装置１では、給電部１３－ｎ（ｎ＝１，２，３，４）が、給電線路１４－ｎを介して、マイクロストリップアンテナ１２－ｎに電磁波を給電している。しかし、これは一例に過ぎず、例えば、給電部１３－ｎが、ＲＦコネクタを用いて、マイクロストリップアンテナ１２－ｎに電磁波を直接給電するようにしてもよい。この場合、給電線路１４－ｎ、スリット１５－ｎ及びスリット１６－ｎは、不要である。
　また、マイクロストリップアンテナ１２－ｎに対する電磁結合によって、マイクロストリップアンテナ１２－ｎに電磁波を給電するようにしてもよい。
　即ち、誘電体基板１１における第２の平面１１ｂ側に、別の誘電体基板を配置し、別の誘電体基板に形成されているマイクロストリップ線路に電磁波が伝搬することによって、当該マイクロストリップ線路と、マイクロストリップアンテナ１２－ｎとが電磁結合する構成が考えられる。
　図１に示すアンテナ装置１では、マイクロストリップアンテナ１２－１～１２－４におけるそれぞれの配置の間隔Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４が、電磁波の波長λの長さである。しかし、これは一例に過ぎず、隣り合う２つのマイクロストリップアンテナ１２同士が物理的に干渉しなければよく、それぞれの配置の間隔Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４が、電磁波の波長λの長さに限るものではない。
　図１では、アンテナ装置１が、送信アンテナとして動作する例を説明している。しかし、これは一例に過ぎず、アンテナ装置１が、受信アンテナとして動作することもできる。
　図１に示すアンテナ装置１では、マイクロストリップアンテナ１２－１～１２－４及び給電部１３－１～１３－４のそれぞれが、導体パターンとして、誘電体基板１１の第１の平面１１ａに形成されているものを想定している。しかし、これは一例に過ぎず、マイクロストリップアンテナ１２－１～１２－４及び給電部１３－１～１３－４のそれぞれを金属導体によって形成し、誘電体基板１１の代わりにスペーサを用いるようにしてもよい。
実施の形態２．
　実施の形態２では、マイクロストリップアンテナ１２－１～１２－４のうち、いずれか１つのマイクロストリップアンテナ１２に電磁波を給電するための給電線路１４を備えるアンテナ装置１について説明する。
　図７は、実施の形態２に係るアンテナ装置１を示す平面図である。図７において、図１と同一符号は同一又は相当部分を示すので説明を省略する。
　マイクロストリップアンテナ６１－１～６１－３は、ＴＭ２０モードで動作するアンテナである。
　マイクロストリップアンテナ１２－１及びマイクロストリップアンテナ６１－１～６１－３は、誘電体基板１１における第１の平面１１ａに一列に配置されている。
　マイクロストリップアンテナ１２－１及びマイクロストリップアンテナ６１－１～６１－３からの電磁波は、マイクロストリップアンテナ１２－１及びマイクロストリップアンテナ６１－１～６１－３が一列に並んでいる方向と平行な方向に放射される。
　マイクロストリップアンテナ１２－１とマイクロストリップアンテナ６１－１との配置の間隔はＤ２であり、マイクロストリップアンテナ６１－１とマイクロストリップアンテナ６１－２との配置の間隔はＤ３である。また、マイクロストリップアンテナ６１－２とマイクロストリップアンテナ６１－３との配置の間隔はＤ４である。
　マイクロストリップアンテナ６１－１～６１－３には、給電線路が接続されていないため、マイクロストリップアンテナ６１－１～６１－３は、励振しない。
　マイクロストリップアンテナ６１－１～６１－３は、マイクロストリップアンテナ１２－１と素子間相互結合される。したがって、マイクロストリップアンテナ６１－１～６１－３は、マイクロストリップアンテナ１２－１が励振することによって励起される。
　マイクロストリップアンテナ６１－１～６１－３は、励起されることによって、第１の平面１１ａと平行な方向に電磁波を放射する。
　図７に示すアンテナ装置１では、それぞれの配置の間隔がＤ２，Ｄ３，Ｄ４であり、間隔Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４は、電磁波の波長λの長さであってもよいが、電磁波の波長λの長さよりも短くてもよい。間隔Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４が電磁波の波長λの長さよりも短ければ、マイクロストリップアンテナ１２－１とマイクロストリップアンテナ６１－１～６１－３との素子間相互結合を強めることができる。
　図７に示すアンテナ装置１では、マイクロストリップアンテナ１２－１及びマイクロストリップアンテナ６１－１～６１－３の中で、マイクロストリップアンテナ１２－１が、開口部２２から最も遠い位置に配置されている。しかし、これは一例に過ぎず、マイクロストリップアンテナ１２－１は、例えば、図８に示すように、開口部２２から最も遠い位置以外の位置に配置されていてもよい。
　図８は、実施の形態２に係る他のアンテナ装置１を示す平面図である。
　図８に示すアンテナ装置１では、マイクロストリップアンテナ１２－１及びマイクロストリップアンテナ６１－１～６１－３の中で、マイクロストリップアンテナ６１－１が、開口部２２から最も遠い位置以外の位置に配置されている。マイクロストリップアンテナ１２－１は、開口部２２から、２番目に遠い位置に配置されている。
実施の形態３．
　実施の形態３では、図１、図７又は図８に示すアンテナ装置１が同一の平面上に複数配置されているアレーアンテナ装置について説明する。
　図９は、実施の形態３に係るアレーアンテナ装置を示す平面図である。
　図９に示すアレーアンテナ装置では、複数のアンテナ装置１が同一の平面上に一列に配置されている。
　複数のアンテナ装置１のそれぞれから放射される電磁波の放射方向が同一方向になるように、複数のアンテナ装置１が配置されていてもよいし、複数のアンテナ装置１のそれぞれから放射される電磁波の放射方向が異なる方向になるように、複数のアンテナ装置１が配置されていてもよい。
　図９に示すアレーアンテナ装置では、複数のアンテナ装置１が同一の平面上に一列に配置されている。しかし、これは一例に過ぎず、例えば、図１０に示すように、複数のアンテナ装置１が同一の平面上に格子状に配置されていてもよい。
　図１０は、実施の形態３に係る他のアレーアンテナ装置を示す平面図である。
　なお、本開示は、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。
　本開示は、複数のマイクロストリップアンテナを備えるアンテナ装置及びアレーアンテナ装置に適している。
　１　アンテナ装置、１１　誘電体基板、１１ａ　第１の平面、１１ｂ　第２の平面、１２－１～１２－４　マイクロストリップアンテナ、１２ａ　中心軸、１３－１～１３－４　給電部、１４－１～１４－４　給電線路、１５－１～１５－４　スリット、１６－１～１６－４　スリット、１７～２１　導体壁、２２　開口部、３１～３５　電界ベクトル、３６，３７　放射方向、４１　給電部、４２　給電線路、５１～５５　曲線、６１－１～６１－３　マイクロストリップアンテナ。

Claims (5)

  1. 　第１の平面及び第２の平面を有しており、前記第２の平面に接地導体が施されている誘電体基板と、
    　前記誘電体基板における前記第１の平面に一列に配置されており、ＴＭ２０モードで動作する複数のマイクロストリップアンテナと
    　を備えたアンテナ装置。
  2. 　前記複数のマイクロストリップアンテナが一列に並んでいる方向に配置されている導体壁を備え、
    　前記導体壁が配置されている位置は、
    　前記複数のマイクロストリップアンテナのうち、端部に配置されているマイクロストリップアンテナの中心から、前記波長の４分の１の長さと、前記波長の２分の１の長さの整数倍の長さとの和の距離だけ離れている位置であることを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
  3. 　それぞれのマイクロストリップアンテナに電磁波を給電するための複数の給電線路を備えたことを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
  4. 　前記複数のマイクロストリップアンテナのうち、いずれか１つのマイクロストリップアンテナに電磁波を給電するための給電線路を備えたことを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
  5. 　請求項１から請求項４のうちのいずれか１項記載のアンテナ装置が同一の平面上に複数配置されていることを特徴とするアレーアンテナ装置。
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