WO2022049951A1 - アンテナ装置 - Google Patents

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WO2022049951A1
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antenna
antenna device
substrate
ground portions
antenna elements
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Inventor
太樹 五十嵐
大輔 高井
幸夫 大瀧
Original Assignee
アルプスアルパイン株式会社
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q17/00—Devices for absorbing waves radiated from an antenna; Combinations of such devices with active antenna elements or systems
    • 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
    • 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 invention relates to an antenna device.
  • the antenna used in the conventional method for measuring the direction of the incoming radio wave does not equalize the phase difference of the received radio wave between the antennas.
  • an object of the present invention to provide an antenna device capable of equalizing the phase difference of received radio waves.
  • the antenna device of the embodiment of the present invention includes N (N ⁇ 2) antenna elements arranged in an array at predetermined intervals and the N antenna elements in the arrangement direction of the N antenna elements. Includes a plurality of first ground portions arranged on both outer sides of the above.
  • FIG. 1 is a diagram showing an antenna device 100 of an embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram showing a cross section taken along the line AA in FIG.
  • the XYZ coordinate system will be defined and described.
  • the ⁇ Z direction side is referred to as a lower side or a lower side
  • the + Z direction side is referred to as an upper side or an upper side, but does not represent a universal hierarchical relationship.
  • the plan view means an XY face view.
  • the antenna device 100 includes a substrate 110, a ground layer 120, a substrate 130, and an antenna element 140.
  • the antenna device 100 receives a beacon signal of a smartphone or the like in the AOA (Angle Of Arrival) format, and outputs the received signal to a positioning device that performs positioning by RTLS (Real Time Location System).
  • the antenna device 100 may include N (N ⁇ 2) antenna elements 140, but here, a mode including three antenna elements 140 will be described.
  • the frequency band of the beacon signal is, for example, the 2.4 GHz band.
  • FIG. 3 is an enlarged view showing the substrate 130 and the antenna element 140.
  • the board 110 is an example of the first board.
  • the ground layer 120 at the end on the ⁇ Y direction side and the ground layer 120 at the end on the + Y direction side are examples of the first ground portion, and the three central grounds in the Y direction.
  • the layer 120 (ground layer 120 in which the substrate 130 and the antenna element 140 are arranged on the + Z direction side) is an example of the second ground portion.
  • the number of ground layers 120 as the second ground portion is equal to the number (N) of antenna elements 140.
  • the substrate 130 is an example of the second substrate.
  • the Y direction in which the three antenna elements 140 are arranged is an example of the arrangement direction
  • the X direction is an example of an orthogonal direction orthogonal to the arrangement direction in a plan view.
  • the substrate 110 is made of an insulator, and a glass epoxy substrate (FR4 (Flame Retardant type 4) substrate) can be used as an example.
  • the substrate 110 has a longitudinal direction in the Y direction, and five ground layers 120 are provided on the upper surface of the substrate 110 at equal intervals in the Y direction.
  • the ground layer 120 is provided on the upper surface of the substrate 110.
  • the ground layer 120 is made of copper foil as an example, is connected to a ground potential point by a wiring (not shown) of the substrate 110, and is held at the ground potential.
  • the ground layer 120 may be made of a metal other than copper.
  • the substrate 130 is made of an insulator, and an FR4 substrate can be used as an example.
  • the substrate 130 is provided for arranging the antenna element 140 on the three ground layers 120 in the center of the five ground layers 120 arranged in the Y direction.
  • the substrate 130 is smaller than the ground layer 120 in a plan view, and the substrate 130 and the ground layer 120 are arranged so that they are centered in a plan view and the directions of the four sides are aligned.
  • An antenna element 140 is provided on the upper surface of the substrate 130.
  • the antenna element 140 is made of copper foil as an example, and is provided on the upper surface of the substrate 130.
  • the antenna element 140 is provided on the ground layer 120 via the substrate 130. Therefore, the antenna element 140 and the ground layer 120 form a patch antenna.
  • the length of the antenna element 140 in the X direction is a length corresponding to 1/4 of the electrical length of the wavelength at the resonance frequency.
  • the antenna element 140 has a feeding point 141 at a position offset in the + X direction from the center in a plan view.
  • the antenna element 140 is fed by a coaxial cable, a microstrip line, or the like connected to the feeding point 141.
  • the excitation direction of the antenna element 140 is the X direction. Further, the pitch between the antenna elements 140 adjacent to each other in the Y direction (the distance between the centers of the antenna elements 140 in the Y direction) is less than 1/2 of the electrical length of the wavelength at the resonance frequency.
  • FIG. 4 is a characteristic diagram showing how the phase of the antenna device 100 changes with respect to an angle in the YZ plane.
  • the angle on the horizontal axis is the arrival direction of the received radio wave, and 0 degree represents the + Z direction, ⁇ 90 degree represents the ⁇ Y direction, and +90 degree represents the + Y direction.
  • Antennas 1 to 3 are three patch antennas composed of three antenna elements 140 and three ground layers 120, the antenna 1 is on the ⁇ Y direction side, the antenna 2 is in the middle, and the antenna 3 is on the + Y direction side.
  • the phase on the vertical axis is a phase calculated based on the radio waves received by the antennas 1 to 3, the phase of the received radio wave of the antenna 1 is a solid line, the phase of the received radio wave of the antenna 2 is a broken line, and the phase of the received radio wave of the antenna 3 is The phase is indicated by a chain line.
  • FIG. 4 it can be seen that the phases of the received radio waves of the antennas 1 to 3 are almost the same with respect to the change in the angle of the horizontal axis, and good characteristics are obtained.
  • the maximum error in the phase of the received radio waves of the antennas 1 to 3 is, for example, about 10 degrees, which is a sufficiently small value.
  • FIG. 5 is a characteristic diagram showing a state of phase change with respect to an angle in the YZ plane of the antenna device for comparison.
  • the horizontal axis and the vertical axis are the same as in FIG.
  • the antenna device for comparison has a ground layer of the same size as the substrate 110 instead of the five ground layers 120 in the antenna device 100.
  • the alternate long and short dash line, the broken line, and the solid line indicate the phase calculated from the received radio waves of the antenna 1, the antenna 2, and the antenna 3, as in FIG.
  • the phases of the received radio waves of the antennas 1 to 3 are almost aligned with respect to the change in the angle of the horizontal axis up to about ⁇ 60 degrees, but the angles are about -60 degrees or less and about +60 degrees or more.
  • the maximum phase error of the received radio waves of the antennas 1 to 3 is, for example, about 100 degrees, which is a very large value.
  • the phases of the received radio waves of the three antenna elements 140 are aligned and equalized.
  • the antenna device 100 of the embodiment has ground layers 120 arranged on both outer sides of the three antenna elements 140.
  • the phase of the received radio waves of the three antenna elements 140 was equalized for the two antenna elements 140 on both sides except the center of the three antenna elements 140, as in the case of the central antenna element 140. It is considered that the impedance balance in the Y direction was improved by arranging the ground layers 120 on both sides in the direction.
  • the number of antenna elements 140 may be two.
  • the number of ground layers 120 may be four. This is because the ground layers 120 can be arranged on both sides of the two antenna elements 140.
  • the antenna device 100 may include an antenna other than the patch antenna.
  • a dipole antenna, a monopole antenna, or the like may be included as the antenna element 140 without including three of the five ground layers 120 near the center.
  • the antenna device 100 includes the substrate 130 and the three ground layers 120 provided between the substrate 130 and the substrate 110 has been described.
  • a plurality of antenna elements 140 are directly formed on the surface of the substrate 110, and two ground layers 120 (two ground layers 120 at both ends in the Y direction in FIG. 1) are formed on the substrate 110.
  • the configuration may be provided directly on the surface.
  • FIG. 6 is a diagram showing an antenna device 100A of the first modification of the embodiment.
  • the antenna device 100A is different from the antenna device 100 shown in FIG. 1 in that the antenna device 100A further includes a connection portion 120A connecting between the five ground layers 120.
  • Four connecting portions 120A are provided to connect between the five ground layers 120.
  • the connection portion 120A is made of copper foil as an example.
  • connection portion 120A connects the center of the ground layer 120 in the X direction. Both ends of the connecting portion 120A in the X direction may be located inside the both ends of the antenna element 140 in the X direction. Since the antenna element 140 excites in the X direction, the polarization direction of the radio wave transmitted or received by the antenna element 140 is in the X direction. In order not to impair the radiation characteristics of the antenna element 140, both ends of the connecting portion 120A in the X direction may be positioned inside the both ends of the antenna element 140 in the X direction.
  • FIGS. 7 and 8 are characteristic diagrams showing the state of the phase change with respect to the angle in the YZ plane of the antenna device 100A.
  • the horizontal axis is the same as in FIG. 4, the vertical axis is the phase calculated based on the radio waves received by the antennas 1 to 3 of the antenna device 100A, the phase of the received radio wave of the antenna 1 is a solid line, and the antenna 2 The phase of the received radio wave of is shown by a broken line, and the phase of the received radio wave of the antenna 3 is shown by a one-point chain line.
  • the widths of the connecting portions 120A in the X direction are different.
  • the width of the connection portion 120A is about 1 ⁇ 2 of the length of the antenna element 140 in the X direction in FIG.
  • both ends of the connection portion 120A in the X direction are inside the both ends of the ground layer 120 in the X direction, but in the case of FIG. 8, both ends of the connection portion 120A in the X direction are the ground layer 120. It is outside of both ends in the X direction.
  • the maximum error in the phase of the received radio waves of the antennas 1 to 3 is, for example, It was about 15 degrees.
  • the maximum error in the phase of the received radio waves of the antennas 1 to 3 is, for example, It was about 30 degrees.
  • the antenna device 100A has a good impedance balance and a good radiation characteristic balance if both ends of the connection portion 120A in the X direction are inside the both ends of the ground layer 120 in the X direction. Be done. Therefore, it is possible to provide an antenna device 100A capable of equalizing the phase difference of received radio waves.
  • FIG. 9 is a diagram showing an antenna device 100B of the second modification of the embodiment.
  • the antenna device 100B differs from the antenna device 100 shown in FIG. 1 in that two dummy antennas 140B are provided on the two ground layers 120 at both ends.
  • the dummy antenna 140B is provided on the upper surface of the substrate 130B, and the substrate 130B is provided on the two ground layers 120 at both ends.
  • the substrate 130B is an example of the third substrate and is the same as the substrate 130.
  • the dummy antenna 140B is a metal plate made of copper foil having the same size as the antenna element 140, but does not have a feeding point 141 (see FIG. 1).
  • the dummy antenna 140B is electrically connected to the ground layer 120 via a 50 ⁇ resistor provided in the substrate 130B.
  • the three antenna elements 140 are time-division-multiplexed by a switch when receiving radio waves for AOA, and only one of the three is connected to the receiving circuit. At this time, two of the three that are not connected to the receiving circuit are connected to the 50 ⁇ resistor. That is, the dummy antenna 140B is held in the same state as two of the three antenna elements 140 that are not connected to the receiving circuit. Therefore, when any one of the three antenna elements 140 is connected to the receiving circuit by a switch, the antenna connected to the ground layer 120 via 50 ⁇ resistors on both sides of the antenna element 140 connected to the receiving circuit. The element 140 or the dummy antenna 140B will be present.
  • the dummy antenna 140B is connected to the ground layer 120 via the 50 ⁇ resistor provided in the substrate 130B. If the unused port is open, the dummy antenna 140B may also be opened.
  • FIG. 10 is a characteristic diagram showing a state of phase change with respect to an angle in the YZ plane of the antenna device 100B.
  • the horizontal axis is the same as in FIG. 4, the vertical axis is the phase calculated based on the radio waves received by the antennas 1 to 3 of the antenna device 100B, the phase of the received radio wave of the antenna 1 is a solid line, and the antenna 2
  • the phase of the received radio wave of is shown by a broken line, and the phase of the received radio wave of the antenna 3 is shown by a one-point chain line.
  • the maximum error in the phase of the received radio waves of the antennas 1 to 3 is, for example, about 5 degrees, which is a sufficiently small value.
  • the antenna device 100B of the second modification it is considered that the balance of impedance around the antenna element 140 is further improved and the balance of radiation characteristics is further improved by further including the dummy antenna 140B. Therefore, it is possible to provide the antenna device 100B capable of equalizing the phase difference of the received radio wave.
  • FIG. 11 is a diagram showing the antenna device 100C of the third modification of the embodiment.
  • the antenna device 100C of the third modification has a configuration in which the configuration of the antenna device 100A of the first modification and the configuration of the antenna device 100B of the second modification are combined.
  • the antenna device 100C of the third modification is different from the antenna device 100 shown in FIG. 1 in that it includes both the connection portion 120A and the dummy antenna 140B.
  • FIG. 12 is a characteristic diagram showing how the phase of the antenna device 100C changes with respect to an angle in the YZ plane.
  • the horizontal axis is the same as in FIG. 4, the vertical axis is the phase calculated based on the radio waves received by the antennas 1 to 3 of the antenna device 100C, the phase of the received radio wave of the antenna 1 is a solid line, and the antenna 2
  • the phase of the received radio wave of is shown by a broken line, and the phase of the received radio wave of the antenna 3 is shown by a one-point chain line.
  • FIG. 12 is a characteristic diagram showing how the phase of the antenna device 100C changes with respect to an angle in the YZ plane.
  • the horizontal axis is the same as in FIG. 4, the vertical axis is the phase calculated based on the radio waves received by the antennas 1 to 3 of the antenna device 100C, the phase of the received radio wave of the antenna 1 is a solid line, and the antenna 2
  • the phase of the received radio wave of is shown by a broken line
  • the phase of the received radio waves of the antennas 1 to 3 with respect to the change in the angle of the horizontal axis. are almost complete, and it can be seen that good characteristics are obtained.
  • the maximum error in the phase of the received radio waves of the antennas 1 to 3 is, for example, about 5 degrees, which is a sufficiently small value.
  • the balance of impedance around the antenna element 140 is further improved and the balance of radiation characteristics is further improved by further including the connection portion 120A and the dummy antenna 140B. Conceivable. Therefore, it is possible to provide the antenna device 100C capable of equalizing the phase difference of the received radio wave.
  • the antenna device according to the exemplary embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to the specifically disclosed embodiments, and various aspects are not deviated from the scope of claims. It can be transformed and changed.

Landscapes

  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)

Abstract

受信電波の位相差を均等化できるアンテナ装置を提供する。　アンテナ装置は、所定間隔をおいてアレイ状に配列されるＮ（Ｎ≧２）個のアンテナ素子を有すると、前記Ｎ個のアンテナ素子の配列方向において、前記Ｎ個のアンテナ素子の両外側に配置される複数の第１グランド部とを含む。

Description

アンテナ装置
　本発明は、アンテナ装置に関する。
　従来、四個のアンテナを、異なった一定距離を各一辺の長さとする長方形、または平行四辺形の頂点にそれぞれ配設して、到来電波を受信信号として検出し、到来時間差に基づいて電波が到来する方位を計算する到来電波方位計測方法がある（例えば、特許文献１参照）。
特開平０６－３０８２１２号公報
　ところで、従来の到来電波方位計測方法に用いられるアンテナは、アンテナ同士の間における受信電波の位相差を均等化するものではない。
　そこで、受信電波の位相差を均等化できるアンテナ装置を提供することを目的とする。
　本発明の実施形態のアンテナ装置は、所定間隔をおいてアレイ状に配列されるＮ（Ｎ≧２）個のアンテナ素子と、前記Ｎ個のアンテナ素子の配列方向において、前記Ｎ個のアンテナ素子の両外側に配置される複数の第１グランド部とを含む。
　受信電波の位相差を均等化できるアンテナ装置を提供することができる。
実施形態のアンテナ装置１００を示す図である。 図１におけるＡ－Ａ矢視断面を示す図である。 基板１３０及びアンテナ素子１４０を拡大して示す図である。 アンテナ装置１００のＹＺ平面内における角度に対する位相の変化の様子を示す特性図である。 比較用のアンテナ装置のＹＺ平面内における角度に対する位相の変化の様子を示す特性図である。 実施形態の第１変形例のアンテナ装置１００Ａを示す図である。 アンテナ装置１００ＡのＹＺ平面内における角度に対する位相の変化の様子を示す特性図である。 アンテナ装置１００ＡのＹＺ平面内における角度に対する位相の変化の様子を示す特性図である。 実施形態の第２変形例のアンテナ装置１００Ｂを示す図である。 アンテナ装置１００ＢのＹＺ平面内における角度に対する位相の変化の様子を示す特性図である。 実施形態の第３変形例のアンテナ装置１００Ｃを示す図である。 アンテナ装置１００ＣのＹＺ平面内における角度に対する位相の変化の様子を示す特性図である。
　以下、本発明のアンテナ装置を適用した実施形態について説明する。以下では、同様の構成要素には同一符号を付し、その説明を省略する場合がある。
　＜実施形態＞
　図１は、実施形態のアンテナ装置１００を示す図である。図２は、図１におけるＡ－Ａ矢視断面を示す図である。以下では、ＸＹＺ座標系を定義して説明する。また、以下では、説明の便宜上、－Ｚ方向側を下側又は下、＋Ｚ方向側を上側又は上と称すが、普遍的な上下関係を表すものではない。また、平面視とはＸＹ面視をいう。
　アンテナ装置１００は、基板１１０、グランド層１２０、基板１３０、アンテナ素子１４０を含む。アンテナ装置１００は、一例としてＡＯＡ(Angle Of Arrival)形式でスマートフォン等のビーコン信号を受信し、ＲＴＬＳ(Real Time Location System)での測位を行う測位装置に受信信号を出力する。アンテナ装置１００は、Ｎ（Ｎ≧２）個の（複数の）アンテナ素子１４０を含んでいればよいが、ここでは３つのアンテナ素子１４０を含む形態について説明する。なお、ビーコン信号の周波数帯は、一例として２．４ＧＨｚ帯である。以下では、基板１３０及びアンテナ素子１４０については図１及び図２に加えて図３を用いて説明する。図３は、基板１３０及びアンテナ素子１４０を拡大して示す図である。
　基板１１０は第１基板の一例である。５つのグランド層１２０のうち、－Ｙ方向側の端にあるグランド層１２０と、＋Ｙ方向側の端にあるグランド層１２０とは第１グランド部の一例であり、Ｙ方向における中央の３つのグランド層１２０（基板１３０及びアンテナ素子１４０が＋Ｚ方向側に配置されるグランド層１２０）は、第２グランド部の一例である。第２グランド部としてのグランド層１２０の数は、アンテナ素子１４０の数（Ｎ）と等しい。基板１３０は第２基板の一例である。３つのアンテナ素子１４０が配列されるＹ方向は、配列方向の一例であり、Ｘ方向は、平面視で配列方向に直交する直交方向の一例である。
　基板１１０は、絶縁体製であり、一例としてガラスエポキシ基板（ＦＲ４(Flame Retardant type 4)基板）を用いることができる。基板１１０は、Ｙ方向に長手方向を有し、基板１１０の上面には５つのグランド層１２０がＹ方向に等間隔で設けられている。
　グランド層１２０は、基板１１０の上面に設けられている。グランド層１２０は、一例として銅箔で構成され、基板１１０の図示しない配線によってグランド電位点に接続されてグランド電位に保持される。なお、グランド層１２０は、銅以外の金属製であってもよい。
　基板１３０は、絶縁体製であり、一例としてＦＲ４基板を用いることができる。基板１３０は、Ｙ方向に５つ配列されるグランド層１２０のうちの中央の３つのグランド層１２０の上にアンテナ素子１４０を配置するために設けられている。基板１３０は、平面視でグランド層１２０よりも小さく、基板１３０とグランド層１２０とは、平面視で中心を合わせるとともに、四辺の方向の揃えた状態で配置されている。基板１３０の上面にはアンテナ素子１４０が設けられている。
　アンテナ素子１４０は、一例として銅箔製であり、基板１３０の上面に設けられている。アンテナ素子１４０は、基板１３０を介してグランド層１２０の上に設けられている。このため、アンテナ素子１４０及びグランド層１２０は、パッチアンテナを構成する。アンテナ素子１４０のＸ方向の長さは、共振周波数における波長の電気長の１／４に相当する長さである。アンテナ素子１４０は、平面視における中心から＋Ｘ方向にオフセットした位置に給電点１４１を有する。アンテナ素子１４０は、給電点１４１に接続される同軸ケーブル又はマイクロストリップライン等によって給電される。アンテナ素子１４０の励振方向は、Ｘ方向である。また、Ｙ方向において隣り合うアンテナ素子１４０同士のピッチ（アンテナ素子１４０のＹ方向の中心同士の間隔）は、共振周波数における波長の電気長の１／２未満の長さである。
　図４は、アンテナ装置１００のＹＺ平面内における角度に対する位相の変化の様子を示す特性図である。横軸の角度は、受信電波の到来方向であり、０度が＋Ｚ方向、－９０度が－Ｙ方向、＋９０度が＋Ｙ方向を表す。アンテナ１～３は、３つのアンテナ素子１４０及び３つのグランド層１２０で構成される３つのパッチアンテナであり、アンテナ１は－Ｙ方向側,アンテナ２は真ん中,アンテナ３が＋Ｙ方向側である。縦軸の位相は、アンテナ１～３が受信する電波に基づいて算出される位相であり、アンテナ１の受信電波の位相を実線、アンテナ２の受信電波の位相を破線、アンテナ３の受信電波の位相を一点鎖線で示す。図４に示すように、横軸の角度の変化に対してアンテナ１～３の受信電波の位相は殆ど揃っており、良好な特性が得られていることが分かる。アンテナ１～３の受信電波の位相の最大の誤差は、例えば、約１０度と十分に小さい値である。
　図５は、比較用のアンテナ装置のＹＺ平面内における角度に対する位相の変化の様子を示す特性図である。横軸と縦軸は、図４と同様である。比較用のアンテナ装置は、アンテナ装置１００における５つのグランド層１２０に代えて、基板１１０と同一サイズのグランド層を有するものである。一点鎖線、破線、実線は、図４と同様に、アンテナ１、アンテナ２、アンテナ３の受信電波から算出された位相を示す。図５に示すように、横軸の角度の変化に対してアンテナ１～３の受信電波の位相は約±６０度までは殆ど揃っているが、約－６０度以下と約＋６０度以上の角度領域では、３つの受信電波の誤差は大きくなり、アンテナ３の受信電波は値が大きく変動している。アンテナ１～３の受信電波の最大の位相誤差は、例えば、約１００度と非常に大きい値である。
　以上のように、実施形態のアンテナ装置１００は、３つのアンテナ素子１４０の受信電波の位相が揃っており、均等化されている。アンテナ素子１４０を３つ並べると、中央のアンテナ素子１４０から見ると２つのアンテナ素子１４０が両側にあるが、両側のアンテナ素子１４０から見ると片側に１つのアンテナ素子１４０があるだけである。このような３つのアンテナ素子１４０の放射特性を均等化するために、実施形態のアンテナ装置１００は、３つのアンテナ素子１４０のさらに両外側にグランド層１２０を配置している。３つのアンテナ素子１４０の受信電波の位相が均等化されたのは、３つのアンテナ素子１４０のうちの中央を除いた両側の２つのアンテナ素子１４０についても、中央のアンテナ素子１４０と同様に、Ｙ方向における両側にグランド層１２０が配置されたことによってＹ方向におけるインピーダンスのバランスが改善されたためと考えられる。
　したがって、受信電波の位相差を均等化できるアンテナ装置１００を提供することができる。なお、以上では、アンテナ装置１００が３つのアンテナ素子１４０を含む形態について説明したが、アンテナ素子１４０の数は２つであってもよい。アンテナ装置１００が２つのアンテナ素子１４０を含む場合は、グランド層１２０の数は４つでよい。２つのアンテナ素子１４０の両側にグランド層１２０を配置できるからである。
　また、以上では、アンテナ素子１４０とグランド層１２０がパッチアンテナを構成する形態について説明したが、アンテナ装置１００は、パッチアンテナ以外のアンテナを含んでもよい。例えば、５つのグランド層１２０のうちの中央寄りの３つを含まずに，アンテナ素子１４０としてダイポールアンテナやモノポールアンテナ等を含んでもよい。
　また、以上では、アンテナ装置１００が基板１３０と、基板１３０と基板１１０との間に設けられる３つのグランド層１２０とを含む形態について説明した。しかしながら、アンテナ装置１００は、基板１１０の表面に直接的に複数のアンテナ素子１４０が形成されていて、２つのグランド層１２０（図１におけるＹ方向の両端の２つのグランド層１２０）が基板１１０の表面に直接的に設けられている構成であってもよい。
　＜第１変形例＞
　図６は、実施形態の第１変形例のアンテナ装置１００Ａを示す図である。アンテナ装置１００Ａは、５つのグランド層１２０の間を接続する接続部１２０Ａをさらに含む点が図１に示すアンテナ装置１００と異なる。５つのグランド層１２０の間を接続するために、４つの接続部１２０Ａが設けられている。接続部１２０Ａは、グランド層１２０と同様に、一例として銅箔製である。
　接続部１２０Ａは、グランド層１２０のＸ方向の中心を接続している。接続部１２０ＡのＸ方向の両端は、アンテナ素子１４０のＸ方向の両端よりも内側に位置していればよい。アンテナ素子１４０は、Ｘ方向に励振するため、アンテナ素子１４０が送信又は受信する電波の偏波方向はＸ方向である。このようなアンテナ素子１４０の放射特性を阻害しないようにするために、接続部１２０ＡのＸ方向の両端をアンテナ素子１４０のＸ方向の両端よりも内側に位置させればよい。
　図７及び図８は、アンテナ装置１００ＡのＹＺ平面内における角度に対する位相の変化の様子を示す特性図である。横軸は図４と同様であり、縦軸の位相は、アンテナ装置１００Ａのアンテナ１～３が受信する電波に基づいて算出される位相であり、アンテナ１の受信電波の位相を実線、アンテナ２の受信電波の位相を破線、アンテナ３の受信電波の位相を一点鎖線で示す。図７及び図８では、接続部１２０ＡのＸ方向の幅が異なる。接続部１２０Ａの幅は、図７ではアンテナ素子１４０のＸ方向の長さの約１／２、図８ではアンテナ素子１４０のＸ方向の長さよりも少し長い。すべての場合において接続部１２０ＡのＸ方向の幅の中心は、グランド層１２０のＸ方向の中心と一致している。なお、図７の場合の接続部１２０ＡのＸ方向の両端は、グランド層１２０のＸ方向の両端よりも内側にあるが、図８の場合は接続部１２０ＡのＸ方向の両端は、グランド層１２０のＸ方向の両端よりも外側にある。
　図７に示すように、接続部１２０ＡのＸ方向の両端がグランド層１２０のＸ方向の両端よりも内側にある場合には、アンテナ１～３の受信電波の位相の最大の誤差は、例えば、約１５度であった。また図８に示すように、接続部１２０ＡのＸ方向の両端がグランド層１２０のＸ方向の両端よりも外側にある場合には、アンテナ１～３の受信電波の位相の最大の誤差は、例えば、約３０度であった。
　以上より、アンテナ装置１００Ａは、接続部１２０ＡのＸ方向の両端がグランド層１２０のＸ方向の両端よりも内側にあれば、インピーダンスのバランスが良好で、放射特性のバランスが良好になるものと考えられる。したがって、受信電波の位相差を均等化できるアンテナ装置１００Ａを提供することができる。
　＜第２変形例＞
　図９は、実施形態の第２変形例のアンテナ装置１００Ｂを示す図である。アンテナ装置１００Ｂは、両端の２つのグランド層１２０の上に、２つのダミーアンテナ１４０Ｂを設けた点が図１に示すアンテナ装置１００と異なる。ダミーアンテナ１４０Ｂは、基板１３０Ｂの上面に設けられており、基板１３０Ｂは、両端の２つのグランド層１２０の上に設けられている。基板１３０Ｂは、第３基板の一例であり、基板１３０と同一のものである。ダミーアンテナ１４０Ｂは、アンテナ素子１４０と同一サイズを有する銅箔製の金属板であるが、給電点１４１（図１参照）を有しない。ダミーアンテナ１４０Ｂは、基板１３０Ｂ内に設けられた５０Ω抵抗を介してグランド層１２０に電気的に接続されている。
　３つのアンテナ素子１４０は、ＡＯＡ用の電波を受信するときにスイッチによって時分割で切り替えられ、３つのうちの１つのみが受信回路に接続される。このときに３つのうちの受信回路に接続されない２つは、５０Ω抵抗に接続される。すなわち、ダミーアンテナ１４０Ｂは、３つのアンテナ素子１４０のうちの受信回路に接続されない２つと同様の状態に保持されている。このため、３つのアンテナ素子１４０のうちのいずれか１つがスイッチによって受信回路に接続されるときには、受信回路に接続されるアンテナ素子１４０の両側に５０Ω抵抗を介してグランド層１２０に接続されるアンテナ素子１４０又はダミーアンテナ１４０Ｂが存在することになる。なお、ここでは、３つのアンテナ素子１４０の接続を切り替えるスイッチの未使用ポートが５０Ω終端されているためにダミーアンテナ１４０Ｂを基板１３０Ｂ内に設けられた５０Ω抵抗を介してグランド層１２０に接続したが、未使用ポートがオープンの場合は、ダミーアンテナ１４０Ｂもオープにすればよい。
　図１０は、アンテナ装置１００ＢのＹＺ平面内における角度に対する位相の変化の様子を示す特性図である。横軸は図４と同様であり、縦軸の位相は、アンテナ装置１００Ｂのアンテナ１～３が受信する電波に基づいて算出される位相であり、アンテナ１の受信電波の位相を実線、アンテナ２の受信電波の位相を破線、アンテナ３の受信電波の位相を一点鎖線で示す。図１０に示すように、横軸の角度の変化に対してアンテナ１～３の受信電波の位相は殆ど揃っており、良好な特性が得られていることが分かる。アンテナ１～３の受信電波の位相の最大の誤差は、例えば、約５度と十分に小さい値である。
　このように、第２変形例のアンテナ装置１００Ｂでは、ダミーアンテナ１４０Ｂをさらに含むことにより、アンテナ素子１４０の周囲におけるインピーダンスのバランスがより改善され、放射特性のバランスがより改善されたと考えられる。したがって、受信電波の位相差を均等化できるアンテナ装置１００Ｂを提供することができる。
　＜第３変形例＞
　図１１は、実施形態の第３変形例のアンテナ装置１００Ｃを示す図である。第３変形例のアンテナ装置１００Ｃは、第１変形例のアンテナ装置１００Ａの構成と、第２変形例のアンテナ装置１００Ｂの構成とを合わせた構成を有する。具体的には、第３変形例のアンテナ装置１００Ｃは、接続部１２０Ａとダミーアンテナ１４０Ｂとの両方を含む点が図１に示すアンテナ装置１００と異なる。
　図１２は、アンテナ装置１００ＣのＹＺ平面内における角度に対する位相の変化の様子を示す特性図である。横軸は図４と同様であり、縦軸の位相は、アンテナ装置１００Ｃのアンテナ１～３が受信する電波に基づいて算出される位相であり、アンテナ１の受信電波の位相を実線、アンテナ２の受信電波の位相を破線、アンテナ３の受信電波の位相を一点鎖線で示す。なお、接続部１２０Ａの幅は、アンテナ素子１４０のＸ方向の長さの約１／２である図１２に示すように、横軸の角度の変化に対してアンテナ１～３の受信電波の位相は殆ど揃っており、良好な特性が得られていることが分かる。アンテナ１～３の受信電波の位相の最大の誤差は、例えば、約５度と十分に小さい値である。
　このように、第３変形例のアンテナ装置１００Ｃでは、接続部１２０Ａとダミーアンテナ１４０Ｂをさらに含むことにより、アンテナ素子１４０の周囲におけるインピーダンスのバランスがより改善され、放射特性のバランスがより改善されたと考えられる。したがって、受信電波の位相差を均等化できるアンテナ装置１００Ｃを提供することができる。
　以上、本発明の例示的な実施形態のアンテナ装置について説明したが、本発明は、具体的に開示された実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。
　なお、本国際出願は、２０２０年９月２日に出願した日本国特許出願２０２０－１４７３６６に基づく優先権を主張するものであり、その全内容は本国際出願にここでの参照により援用されるものとする。
　１００、１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃ　アンテナ装置
　１１０　基板
　１２０　グランド層
　１２０Ａ　接続部
　１３０　基板
　１４０　アンテナ素子
　１４０Ｂ　ダミーアンテナ
　１４１　給電点

Claims (9)

  1. 　所定間隔をおいてアレイ状に配列されるＮ（Ｎ≧２）個のアンテナ素子と、
    　前記Ｎ個のアンテナ素子の配列方向において、前記Ｎ個のアンテナ素子の両外側に配置される複数の第１グランド部と
    　を含む、アンテナ装置。
  2. 　第１基板と、第２基板とをさらに含み、
    　前記複数の第１グランド部は、前記第１基板上に設けられ、
    　前記第２基板は、前記第１基板の前記複数の第１グランド部が設けられた面側に配置され、
    　前記Ｎ個のアンテナ素子は、前記第２基板上に設けられる、請求項１に記載のアンテナ装置。
  3. 　前記第１基板上に設けられたＮ個の第２グランド部をさらに含み、
    　前記Ｎ個のアンテナ素子と、前記Ｎ個の第２グランド部とは、それぞれパッチアンテナを構成する、請求項２に記載のアンテナ装置。
  4. 　前記複数の第１グランド部と、前記Ｎ個の第２グランド部とは、前記配列方向において等間隔で配置される、請求項３に記載のアンテナ装置。
  5. 　前記Ｎ個のアンテナ素子の励振方向は、前記配列方向に平面視で直交する直交方向である、請求項３又は４に記載のアンテナ装置。
  6. 　前記複数の第１グランド部と、前記Ｎ個の第２グランド部とを前記配列方向において接続する複数の接続線路をさらに含み、
    　前記複数の接続線路の前記直交方向における寸法は、前記アンテナ素子の前記直交方向における寸法よりも短く、かつ、前記複数の接続線路の前記直交方向における両端は、前記アンテナ素子の前記直交方向における両端よりも内側にある、請求項５に記載のアンテナ装置。
  7. 　前記複数の第１グランド部上にそれぞれ設けられた複数の第３基板と、
    　前記複数の第３基板上にそれぞれ設けられた複数のダミーアンテナと
    　をさらに含む、請求項２乃至６のいずれか１項に記載のアンテナ装置。
  8. 　第１基板をさらに含み、
    　前記Ｎ個のアンテナ素子と、前記複数の第１グランド部とは、前記第１基板の同じ面上に設けられる、請求項１に記載のアンテナ装置。
  9. 　第１基板をさらに含み、
    　前記Ｎ個のアンテナ素子と、前記複数の第１グランド部とは、前記第１基板の異なる面上に設けられる、請求項１に記載のアンテナ装置。
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