WO2022123708A1 - アレーアンテナ装置 - Google Patents

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array antenna
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光 渡辺
一成 紀平
徹 深沢
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三菱電機株式会社
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Definitions

  • This disclosure relates to an array antenna device.
  • an array antenna in which a plurality of element antennas are arranged, it is necessary to closely arrange the plurality of element antennas so that a grating lobe does not occur in the visible region when performing beam scanning.
  • the size of the antenna in order to achieve good reflection characteristics by achieving impedance matching on the low frequency side of the operating frequency band, the size of the antenna operates at the longest lower limit frequency. Antenna opening is required.
  • the parallel plate loading STSA is an array antenna having a structure in which a tapered conductor plate is sandwiched between parallel plates, and the width of the electrical element antenna is regarded as about twice the width of the physical element antenna by the mirror image theory. Is done. Therefore, even if the width of the actual element antenna is physically small, good reflection characteristics can be realized on the low frequency side of the operating frequency band.
  • the actual antenna opening is smaller than the antenna opening required to improve the reflection characteristics on the low frequency side of the operating frequency band, and if the difference between the two is large, the electrical element Even if the width of the antenna is considered to be about twice the width of the physical element antenna, there is a problem that the reflection characteristics on the low frequency side of the operating frequency band are not sufficiently improved.
  • the present disclosure solves the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to obtain an array antenna device capable of improving the reflection characteristics on the low frequency side of the operating frequency band even if the antenna opening is small.
  • the array antenna device includes a main plate which is a flat conductor, an element antenna array in which a plurality of element antennas are linearly arranged along the electric field direction on the main plate, and an arrangement on the main plate. It is provided at both ends or one end along the electric field direction of the antenna opening formed in the element antenna train, and includes a conductor member whose height from the main plate is higher than that of the element antenna.
  • the antenna openings formed in the element antenna array arranged on the main plate are provided at both ends or one end along the electric field direction, and the height from the main plate is higher than that of the element antenna. Also equipped with a tall conductor member. A mirror image of the element antenna array is formed adjacent to the real image of the element antenna array between the conductor members, and an aperture larger than the actual antenna aperture is virtually formed. Therefore, impedance matching is performed on the low frequency side of the operating frequency band. It becomes possible to plan. Thereby, the array antenna device according to the present disclosure can improve the reflection characteristics on the low frequency side of the operating frequency band even if the antenna opening is small.
  • FIG. 1 It is a perspective view which shows the array antenna apparatus which concerns on Embodiment 1.
  • FIG. 2 is a side view which shows the array antenna apparatus which concerns on Embodiment 1.
  • FIG. It is a top view which shows the array antenna device which concerns on Embodiment 1.
  • FIG. It is a figure which shows the outline of the real image and the mirror image of the element antenna row in the array antenna apparatus which concerns on Embodiment 1.
  • FIG. It is a top view which shows the arrangement of a plurality of element antenna rows in the array antenna apparatus which concerns on Embodiment 1.
  • FIG. It is a graph which shows the calculation result of the reflection characteristic in various array antenna configurations.
  • It is a perspective view which shows the array antenna apparatus which concerns on Embodiment 2.
  • FIG. 2 shows the array antenna apparatus which concerns on Embodiment 2.
  • FIG. It is a side view which shows the array antenna apparatus which concerns on Embodiment 2.
  • FIG. It is a top view which shows the array antenna device which concerns on Embodiment 2.
  • FIG. It is a figure which shows the outline of the real image and the mirror image of the element antenna row in the array antenna apparatus which concerns on Embodiment 2.
  • FIG. It is a graph which shows the calculation result of the reflection characteristic in various array antenna configurations.
  • FIG. 1 is a perspective view showing the array antenna device 1 according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a side view showing the array antenna device 1.
  • FIG. 3 is a top view showing the array antenna device 1.
  • the array antenna device 1 includes a plurality of tapered slot antennas 2.
  • the tapered slot antenna 2 is an element antenna constituting the array antenna device 1, and includes a pair of tapered conductor plates 3, a feeding unit 4, and a matching stub 5.
  • the plurality of tapered slot antennas 2 are configured on a plane parallel to the YYZ plane of the XYZ coordinates shown in FIGS. 1, 2 and 3.
  • the main plate 6 is configured as a plane parallel to the XY plane.
  • the metal plate 7 is configured as a plane parallel to the ZX plane.
  • the main radiation direction in the array antenna device 1 is the + Z direction.
  • the radio wave fed to the tapered conductor plate 3 by the feeding unit 4 is radiated into a free space via the tapered conductor plate 3, the main plate 6, and the metal plate 7.
  • the plurality of tapered slot antennas 2 are provided on the main plate 6 which is a flat plate-shaped conductor, and form an "element antenna array" which is linearly arranged along the electric field direction (Y direction).
  • the tapered conductor plate 3 included in each tapered slot antenna 2 is a conductor plate provided in pairs and having a tapered shape whose width becomes narrower in a direction away from the main plate 6.
  • the pair of tapered conductor plates 3 are arranged so as to be spaced apart from each other in the direction away from the main plate 6, as shown in FIGS. 1 and 2.
  • the feeding unit 4 is a feeding unit having a coaxial line structure, and supplies power to a pair of tapered conductor plates 3 included in the tapered slot antenna 2.
  • the outer conductor of the coaxial line of the feeding unit 4 is electrically connected to the main plate 6, and the inner conductor of the coaxial line of the feeding unit 4 is electrically connected to the tapered conductor plate 3.
  • the tapered conductor plate 3 is fed via the inner conductor of the coaxial line of the feeding portion 4.
  • the matching stub 5 is a conductor for matching the feeding unit 4.
  • the matching stub 5 provides a desired feed impedance in the feed section 4.
  • the main plate 6 is a conductor plate that functions as a reflector common to a plurality of tapered slot antennas 2, and forms a ground potential in the array antenna device 1.
  • the bottom surface portion of the tapered conductor plate 3, the outer conductor of the coaxial line of the feeding portion 4, the main plate 6 and the metal plate 7 are electrically grounded.
  • the metal plate 7 is a flat plate-shaped conductor member whose height H from the main plate 6 is higher than that of the tapered slot antenna 2, and both along the arrangement direction of the tapered slot antennas 2 in the element antenna row. It is provided at the end of the.
  • the arrangement direction of the tapered slot antennas 2 is the electric field direction (Y direction) of the antenna openings formed in the element antenna train. That is, the metal plate 7 is orthogonal to the electric field direction of the antenna opening formed in the element antenna train as shown in FIG. 3, and is orthogonal to the main plate 6 as shown in FIG.
  • the height H (height in the Z direction) of the metal plate 7 is a height that is an odd multiple of a quarter of the free space wavelength ⁇ L at the lower limit frequency of the operating frequency band of the array antenna device 1.
  • the metal plate 7 has a height that is 3/4 of the free space wavelength ⁇ L at the lower limit frequency of the operating frequency band.
  • the array antenna device 1 has a height from the main plate 6 higher than that of the tapered slot antenna 2, for example, a metal plate 7 having a height that is 3/4 of the free space wavelength ⁇ L at the lower limit frequency of the operating frequency band. It is equipped with.
  • the metal plate 7 is arranged at both ends along the electric field direction of the antenna opening formed in the element antenna row. As a result, the real image of the element antenna row is electrically mirrored on both sides of the metal plate 7 via the metal plate 7.
  • FIG. 4 is a diagram showing an outline of a real image 8 and a mirror image 9 of an element antenna row in the array antenna device 1.
  • the actual physical structure of the element antenna array is only the real image 8.
  • a metal plate 7 higher than the tapered slot antenna 2 forms mirror images 9 of the element antenna train on both sides of the real image 8, as shown by the broken line in FIG.
  • the array antenna device 1 is an array antenna having an antenna opening length L2 that is larger than the antenna opening length L1 of the real image 8 by the antenna opening length of the mirror image 9, the low frequency side (long wavelength side) of the operating frequency band. Impedance matching can be achieved with.
  • the metal plate 7 is separated from the center position of the tapered slot antenna 2 at the end along the electric field direction of the element antenna train by a distance D2 which is half the width D1 of each tapered slot antenna 2. It is installed at the above position. Since the array antenna device 1 is considered to have a periodic continuous structure in which a plurality of tapered slot antennas 2 including the mirror image 9 are arranged at equal intervals D1, variations in the reflection characteristics of each tapered slot antenna 2 are suppressed. To.
  • the metal plate 7 having a height H higher than that of the tapered slot antenna 2 and having a height H which is an odd multiple of a quarter of the free space wavelength ⁇ L is short-circuited on the main plate 6, and the tip of the metal plate 7 is formed. It is electrically open.
  • a part of the electric field component generated in the tapered slot antenna 2 leaks outward from the end of the antenna opening of the element antenna train. Suppress coming out. Therefore, the array antenna device 1 can obtain a sufficient mirror image effect.
  • FIG. 5 is a top view showing an arrangement of a plurality of element antenna rows in the array antenna device 1.
  • each of the eight element antenna rows is composed of eight tapered slot antennas 2, and the eight element antenna rows are arranged in a square along the X direction.
  • the width D1 of the tapered slot antenna 2 which is an element antenna is an interval in the electric field direction (Y direction) of the tapered slot antenna 2.
  • the distance D3 between adjacent element antenna rows is the distance between the antenna openings formed in the element antenna rows in the magnetic field direction (X direction).
  • the lower limit frequency of the operating frequency band is set to f L
  • the upper limit frequency f H is set to 10 f L , which is set to a 10-fold band.
  • the width D1 and the interval D3 are set to a distance of 0.5 times the free space wavelength ⁇ H at the upper limit frequency of the operating frequency band, and set to a distance of 0.05 times the free space wavelength ⁇ L at the lower limit frequency. ..
  • the metal plate 7 included in the array antenna device 1 shown in FIG. 5 has a height that is 3/4 of the free space wavelength ⁇ L , and this is defined as the array antenna configuration (1).
  • the array antenna configuration (2) is obtained by excluding the metal plate 7 from the array antenna device 1 shown in FIG.
  • a metal plate 7 is provided between all the tapered slot antennas 2 constituting the element antenna row, which is referred to as an array antenna configuration (3).
  • the state in which the element antenna rows are periodically and infinitely arranged at the infinite periodic boundary is simulated as the array antenna configuration (4).
  • FIG. 6 is a graph showing the calculation results of the reflection characteristics in various array antenna configurations, and shows the relationship between the active reflection coefficient and the standardized frequency for the array antenna configurations (1) to (4).
  • the active reflectance coefficient is the average value of all the elements of the active reflectance coefficient when all the tapered slot antennas 2 constituting the eight element antenna trains are fed in the array antenna configurations (1) to (4).
  • the normalized frequency indicates a frequency standardized by the lower limit frequency f L of the operating frequency band.
  • the broken line A1 shows the relationship between the active reflection coefficient of the array antenna configuration (1) and the standardized frequency
  • the broken line A2 shows the relationship between the active reflection coefficient of the array antenna configuration (2) and the standardized frequency.
  • the broken line A3 shows the relationship between the active reflectance coefficient of the array antenna configuration (3) and the standardized frequency
  • the broken line A4 shows the relationship between the active reflection coefficient of the array antenna configuration (4) and the standardized frequency.
  • the array antenna configurations (2) and (3) corresponding to the broken lines A2 and A3 have an array antenna configuration (4) in which the active reflectance coefficient in the range of the standardized frequency of 1.0 to 2.0 corresponds to the broken lines A4. It becomes a large value and deteriorates.
  • the array antenna device 1 having the array antenna configuration (1) corresponding to the broken line A1 has an active reflection coefficient in the range of 1.0 to 2.0, which is the low frequency side of the operating frequency band. The value is smaller than that of the array antenna configuration (2) corresponding to the broken line A2 or the array antenna configuration (3) corresponding to the broken line A3. Further, in the array antenna device 1, the active reflection coefficient at the standardized frequency 1.0 corresponding to the lower limit frequency of the operating frequency band is obtained to be the same value as the array antenna configuration (4) corresponding to the broken line A4. There is.
  • the array antenna device 1 is not limited to the configuration in which the metal plates 7 are provided at both ends of the antenna openings in the element antenna row.
  • the metal plate 7 is used at one end of the element antenna row. It may be provided only in. In this case as well, since the metal plate 7 forms a mirror image of the element antenna row in the array antenna device 1, it is possible to improve the reflection characteristics on the low frequency side of the operating frequency band even if the antenna opening is small.
  • the height from the main plate 6 is provided on the main plate 6 at both ends of the antenna openings formed in the element antenna train along the electric field direction.
  • a metal plate 7 having a height H higher than that of the tapered slot antenna 2 is provided.
  • a mirror image 9 of the element antenna array is formed adjacent to the real image 8 of the element antenna array between the metal plates 7, and an opening larger than the actual antenna opening is virtually formed, so that the operating frequency band is low. Impedance matching can be achieved on the frequency side. As a result, the array antenna device 1 can improve the reflection characteristics on the low frequency side of the operating frequency band even if the antenna opening is small.
  • FIG. 7 is a perspective view showing the array antenna device 1A according to the second embodiment.
  • FIG. 8 is a side view showing the array antenna device 1A.
  • FIG. 9 is a top view showing the array antenna device 1A.
  • the array antenna device 1A includes a plurality of dipole antennas 10. Further, the dipole antenna 10 is an element antenna constituting the array antenna device 1A, and includes a pair of dipole elements 11, a feeding unit 12, and a coupling element 13.
  • the array antenna device 1A includes a dielectric substrate 16, a dielectric substrate 17, and a dielectric substrate 18.
  • the dielectric substrate 16, the dielectric substrate 17, and the dielectric substrate 18 are transparently described in order to make the components of the dipole antenna 10 visible.
  • the dielectric substrate 16 is provided with a main plate 14 on one surface, and the dielectric substrate 17 is laminated on a surface opposite to the surface on which the main plate 14 is provided.
  • a dielectric substrate 18 is further laminated on the dielectric substrate 17 in the Z direction.
  • the plurality of dipole antennas 10 are provided on the main plate 14 via the dielectric substrate 16 and the dielectric substrate 17 and form an "element antenna array" linearly arranged along the electric field direction (Y direction). ..
  • the pair of dipole elements 11 are metal thin films provided on the dielectric substrate 17.
  • the feeding unit 12 supplies power to the dipole element 11.
  • the coupling element 13 is provided on the surface of the dielectric substrate 16 opposite to the surface on which the main plate 6 is provided, and is a conductor for adjusting the mutual coupling of each dipole element 11 for matching.
  • the plurality of dipole antennas 10 are provided on a plane parallel to the XY plane of the XYZ coordinates shown in FIGS. 7, 8 and 9.
  • the main plate 14 provided on one surface of the dielectric substrate 16 parallel to the XY plane is a conductor plate that functions as a common reflector for the plurality of dipole antennas 10, and forms the ground potential of the array antenna device 1A. do.
  • the metal plate 15 is provided on a plane parallel to the ZX plane of the main plate 14.
  • the main radiation direction in the array antenna device 1A is the + Z direction.
  • the radio wave fed to the dipole element 11 by the feeding unit 12 is radiated into the free space via the dipole element 11, the main plate 14, and the metal plate 15.
  • the metal plate 15 is a conductor member whose height H from the main plate 14 is higher than the position where the dipole antenna 10 is provided on the dielectric substrate 17. Further, the metal plate 15 has a flat plate shape long in the X direction, and both along the arrangement direction of the dipole antennas 10 in the plurality of element antenna rows (four element antenna rows in FIGS. 7 and 9). It is provided one by one at the end of the. That is, a common metal plate 15 is provided at both ends of the antenna openings formed in the plurality of element antenna rows. A common metal plate 15 forms a mirror image next to each real image of the plurality of element antenna rows.
  • the arrangement direction of the dipole antennas 10 is the electric field direction (Y direction) of the antenna openings formed in the element antenna train. That is, as shown in FIG. 9, the metal plate 15 is orthogonal to the electric field direction (Y direction) of the antenna openings formed in the element antenna train, and is orthogonal to the main plate 14 as shown in FIG.
  • the height H (height in the Z direction) of the metal plate 15 is a height that is 0.1 times the free space wavelength ⁇ L at the lower limit frequency of the operating frequency band of the array antenna device 1A.
  • each of the four element antenna rows is composed of four dipole antennas 10, and the four element antenna rows are arranged in a square along the X direction. ..
  • the width D1 of the dipole antenna 10 is an interval in the electric field direction (Y direction) of the dipole antenna 10.
  • the distance D3 between adjacent element antenna rows is the distance between the antenna openings formed in the element antenna rows in the magnetic field direction (X direction).
  • FIG. 10 is a diagram showing an outline of a real image 19 and a mirror image 20 of an element antenna row in the array antenna device 1A.
  • the actual physical structure of the element antenna array is only the real image 19.
  • a metal plate 15 having a height H higher than that of the dipole antenna 10 forms mirror images 20 of the element antenna train on both sides of the real image 19, as shown by a broken line in FIG.
  • the array antenna device 1A is an array antenna having an antenna opening length L2 that is larger than the antenna opening length L1 of the real image 19 by the antenna opening length of the mirror image 20, impedance matching is performed on the low frequency side of the operating frequency band. be able to.
  • the metal plate 15 is separated from the center position of the dipole antennas 10 at both ends along the electric field direction of the element antenna train by a distance D2 which is half the width D1 of each dipole antenna 10. It is provided at the position. Since the array antenna device 1A is considered to have a periodic continuous structure in which a plurality of dipole antennas 10 including the mirror image 20 are arranged at equal intervals D1, variations in the reflection characteristics of each dipole antenna 10 are suppressed.
  • the array antenna device 1 includes a metal plate 7 having a height H higher than that of the element antenna and an odd multiple of a quarter of the free space wavelength ⁇ L.
  • the array antenna device 1A is provided in a structure in which a plurality of dipole antennas 10 are laminated with a dielectric substrate 16, a dielectric substrate 17, and a dielectric substrate 18. Therefore, due to the wavelength shortening effect of the dielectric, the height H of the metal plate 15 from the main plate 14 is 0.1 times the free space wavelength ⁇ L , which is lower than a quarter of the free space wavelength ⁇ L. Even so, it is suppressed that a part of the electric field component generated in the dipole antenna 10 leaks to the outside from the antenna opening end portion of the element antenna train. As a result, the array antenna device 1A can obtain a sufficient mirror image effect.
  • the lower limit frequency of the operating frequency band is set to f L
  • the upper limit frequency f H is set to 4.5 f L , which is set to a 4.5 times band.
  • the width D1 in the Y direction (electric field direction of the antenna) and the interval D3 in the X direction (magnetic field direction of the antenna) of the element antenna train of the dipole antenna 10 are set to 0. Set the distance to 5 times, and set the distance to 0.11 times the free space wavelength ⁇ L at the lower limit frequency.
  • the metal plate 15 included in the array antenna device 1A shown in FIG. 9 having a height that is 0.1 times the free space wavelength ⁇ L is defined as the array antenna configuration (1a).
  • the array antenna configuration (2a) is defined by excluding the metal plate 15 from the array antenna device 1A shown in FIG. In the array antenna device 1A shown in FIG. 9, the state in which the element antenna rows are periodically and infinitely arranged at the infinite periodic boundary is simulated as the array antenna configuration (3a).
  • FIG. 11 is a graph showing the calculation results of the reflection characteristics in various array antenna configurations, and shows the relationship between the active reflection coefficient and the standardized frequency for the array antenna configurations (1a) to (3a).
  • the active reflectance coefficient is the average value of all the elements of the active reflectance coefficient when all the dipole antennas 10 constituting the four element antenna trains are fed in the array antenna configurations (1a) to (3a).
  • the normalized frequency indicates a frequency standardized by the lower limit frequency f L of the operating frequency band.
  • the broken line B1 shows the relationship between the active reflectance coefficient of the array antenna configuration (1a) and the standardized frequency
  • the broken line B2 shows the relationship between the active reflection coefficient of the array antenna configuration (2a) and the standardized frequency.
  • the polygonal line B3 shows the relationship between the active reflectance coefficient and the normalized frequency of the array antenna configuration (3a).
  • the array antenna configuration (2a) corresponding to the broken line B2 has an active reflectance coefficient in the range of 1.5 to 2.0 of the normalized frequency, which is larger than that of the array antenna configuration (3a) corresponding to the broken line B3. It has deteriorated.
  • the array antenna device 1A having the array antenna configuration (1a) corresponding to the broken line B1 has an active reflection coefficient in the range of 1.0 to 1.5, which is the low frequency side of the operating frequency band.
  • the value is smaller than that of the array antenna configuration (2a) corresponding to the broken line B2, which is improved.
  • the array antenna device 1A can be regarded as having a plurality of dipole antennas 10 arranged electrically continuously by the mirror image 20 formed by the metal plate 15. Therefore, the active reflection coefficient at the normalized frequency 1.0 corresponding to the lower limit frequency of the operating frequency band can be obtained to have the same value as the array antenna configuration (3a) corresponding to the broken line B3.
  • the array antenna device 1A is not limited to the configuration in which the metal plates 15 are provided at both ends of the antenna openings in the element antenna row.
  • the metal plate 15 is used at one end of the element antenna row. It may be provided only in. In this case as well, in the array antenna device 1A, since the mirror image of the element antenna array is formed by the metal plate 15, even if the antenna opening is small, the reflection characteristics on the low frequency side of the operating frequency band can be improved.
  • the array antenna device 1A is provided on the main plate 14 at both ends of the antenna openings formed in the element antenna train along the electric field direction, and is provided from the main plate 14.
  • a metal plate 15 having a height H higher than that of the dipole antenna 10 is provided.
  • a mirror image 20 of the element antenna array is formed adjacent to the real image 19 of the element antenna array between the metal plates 15, and an opening larger than the actual antenna opening is virtually formed, so that the operating frequency band is low. Impedance matching can be achieved on the frequency side.
  • the array antenna device 1A can improve the reflection characteristics on the low frequency side of the operating frequency band even if the antenna opening is small.
  • FIG. 12 is a perspective view showing an array antenna device 1B in which the element antenna is a patch antenna 21.
  • the array antenna device 1B includes a plurality of patch antennas 21.
  • the patch antenna 21 is an element antenna constituting the array antenna device 1B, and includes a patch element 22 and a feeding unit 23.
  • the array antenna device 1B includes a dielectric substrate 24.
  • the patch element 22 is a metal thin film provided on the dielectric substrate 24.
  • the feeding unit 23 supplies power to the patch element 22.
  • the dielectric substrate 24 is provided with a main plate 25 on one surface, and a patch element 22 is provided on a surface opposite to the surface on which the main plate 25 is provided.
  • the plurality of patch antennas 21 are provided on a plane parallel to the XY plane of the XYZ coordinates.
  • the main plate 25 provided on one surface of the dielectric substrate 24 parallel to the XY plane is a conductor plate that functions as a common reflector for the plurality of patch antennas 21 and forms the ground potential of the array antenna device 1B. do.
  • the metal plate 26 is provided on a plane parallel to the ZX plane of the main plate 25.
  • the main radiation direction in the array antenna device 1B is the + Z direction.
  • the radio wave fed to the patch element 22 by the feeding unit 23 is radiated into the free space via the patch element 22, the main plate 25, and the metal plate 26.
  • the plurality of patch antennas 21 are provided on the main plate 25 via the dielectric substrate 24, and form an "element antenna array" linearly arranged along the electric field direction (Y direction).
  • the metal plate 26 is a flat plate-shaped conductor member whose height H from the main plate 25 is higher than the position where the patch antenna 21 is provided on the dielectric substrate 24, and is a patch antenna in the element antenna row. It is provided at both ends along the arrangement direction of 21. That is, as shown in FIG. 12, the metal plate 26 is orthogonal to the electric field direction (Y direction) of the antenna openings formed in the element antenna train and is orthogonal to the main plate 25.
  • a mirror image of the element antenna row is formed on both sides of the real image by the metal plate 26 whose height is higher than that of the patch antenna 21. Since the array antenna device 1B is an array antenna having an antenna opening length that is larger than the antenna opening length of the real image by the antenna opening length of the mirror image, impedance matching is performed on the low frequency side (long wavelength side) of the operating frequency band. Can be taken.
  • the metal plate 26 has a flat plate shape long in the X direction, and both ends of the patch antennas 21 in a plurality of element antenna rows (four element antenna rows in FIG. 12) along the arrangement direction. It is provided one by one. That is, a common metal plate 26 is provided at both ends of the antenna openings formed in the plurality of element antenna rows. A common metal plate 26 forms a mirror image next to each real image of the plurality of element antenna rows. Since an aperture larger than the actual antenna aperture is virtually formed, impedance matching can be achieved on the low frequency side of the operating frequency band. As a result, the array antenna device 1B can improve the reflection characteristics on the low frequency side of the operating frequency band even if the antenna opening is small.
  • FIG. 13 is a perspective view showing an array antenna device 1C in which the element antenna is a slot antenna 27.
  • the array antenna device 1C includes a plurality of slot antennas 27.
  • the slot antenna 27 is an element antenna constituting the array antenna device 1C, and includes a slot 28 and a feeding unit 29.
  • the slot 28 is a slit provided in the main plate 30.
  • the power feeding unit 29 supplies power to the slot 28.
  • the plurality of slot antennas 27 are provided on a plane parallel to the XY plane of the XYZ coordinates.
  • the main plate 30 provided on one surface parallel to the XY plane is a conductor plate that functions as a common reflector for the plurality of slot antennas 27, and forms the ground potential of the array antenna device 1C.
  • the metal plate 31 is provided on a plane parallel to the ZX plane of the main plate 30.
  • the main radiation direction in the array antenna device 1C is the + Z direction.
  • the radio wave fed to the slot 28 by the feeding unit 29 is radiated into the free space through the slot 28, the main plate 30, and the metal plate 31.
  • the plurality of slot antennas 27 are provided on the main plate 30 and form an "element antenna array" arranged linearly along the electric field direction (Y direction).
  • the metal plate 31 is a flat plate-shaped conductor member whose height H from the main plate 30 is higher than the position where the slot antenna 27 is provided, and is in the arrangement direction of the slot antennas 27 in the element antenna row. Provided at both ends along. That is, as shown in FIG. 13, the metal plate 31 is orthogonal to the electric field direction (Y direction) of the antenna openings formed in the element antenna train and is orthogonal to the main plate 30.
  • a mirror image of the element antenna row is formed on both sides of the real image by the metal plate 31 whose height is higher than that of the slot antenna 27. Since the array antenna device 1C is an array antenna having an antenna opening length that is larger than the antenna opening length of the real image by the antenna opening length of the mirror image, impedance matching is performed on the low frequency side (long wavelength side) of the operating frequency band. Can be taken.
  • the metal plate 31 has a flat plate shape long in the X direction, and both ends of the slot antennas 27 in a plurality of element antenna rows (four element antenna rows in FIG. 13) along the arrangement direction. It is provided one by one. That is, a common metal plate 31 is provided at both ends of the antenna openings formed in the plurality of element antenna rows. A common metal plate 31 forms a mirror image next to each real image of the plurality of element antenna rows. Since an aperture larger than the actual antenna aperture is virtually formed, impedance matching can be achieved on the low frequency side of the operating frequency band. As a result, the array antenna device 1C can improve the reflection characteristics on the low frequency side of the operating frequency band even if the antenna opening is small.
  • FIG. 14 is a perspective view showing an array antenna device 1D in which the element antenna is the Yagi-Uda antenna 32.
  • the array antenna device 1D includes a plurality of Yagi-Uda antennas 32.
  • the Yagi-Uda antenna 32 is an element antenna constituting the array antenna device 1D, and includes a radiation element 33 and a feeding unit 34.
  • the radiating element 33 is provided on the main plate 35.
  • the feeding unit 34 supplies power to the radiating element 33.
  • the plurality of Yagi-Uda antennas 32 are provided on a plane parallel to the XY plane of the XYZ coordinates shown in FIG.
  • the main plate 35 provided on one surface parallel to the XY plane is a conductor plate that functions as a common reflector for the plurality of Yagi-Uda antennas 32, and forms the ground potential of the array antenna device 1D.
  • the metal plate 36 is provided on a plane parallel to the ZX plane of the main plate 35.
  • the main radiation direction in the array antenna device 1D is the + Z direction.
  • the radio wave fed to the radiating element 33 by the feeding unit 34 is radiated into the free space via the radiating element 33, the main plate 35, and the metal plate 36.
  • the plurality of Yagi-Uda antennas 32 are provided on the main plate 35 and form an "element antenna array" arranged linearly along the electric field direction (Y direction).
  • the metal plate 36 is a flat plate-shaped conductor member whose height H from the main plate 35 is higher than that of the Yagi-Uda antenna 32, and both along the arrangement direction of the Yagi-Uda antenna 32 in the element antenna row. It is provided at the end of the. That is, as shown in FIG. 14, the metal plate 36 is orthogonal to the electric field direction (Y direction) of the antenna openings formed in the element antenna train and is orthogonal to the main plate 35.
  • a mirror image of the element antenna row is formed on both sides of the real image by the metal plate 36 whose height is higher than that of the Yagi-Uda antenna 32. Since the array antenna device 1D is an array antenna having an antenna opening length that is larger than the antenna opening length of the real image by the antenna opening length of the mirror image, impedance matching is performed on the low frequency side (long wavelength side) of the operating frequency band. Can be taken.
  • the metal plate 36 has a flat plate shape long in the X direction, and both ends along the arrangement direction of the Yagi-Uda antenna 32 in a plurality of element antenna rows (four element antenna rows in FIG. 14). It is provided one by one in the part. That is, a common metal plate 36 is provided at both ends of the antenna openings formed in the plurality of element antenna rows. A common metal plate 36 forms a mirror image next to each real image of the plurality of element antenna rows. Since an aperture larger than the actual antenna aperture is virtually formed, impedance matching can be achieved on the low frequency side of the operating frequency band. As a result, the array antenna device 1D can improve the reflection characteristics on the low frequency side of the operating frequency band even if the antenna opening is small.
  • FIG. 15 is a perspective view showing an array antenna device 1E in which the element antenna is a horn antenna 37.
  • the array antenna device 1E includes a plurality of horn antennas 37.
  • the horn antenna 37 is an element antenna constituting the array antenna device 1E, and includes a horn element 38 and a feeding unit 39.
  • the horn element 38 is provided on the main plate 40.
  • the feeding unit 39 supplies power to the horn element 38.
  • the plurality of horn antennas 37 are provided on a plane parallel to the XY plane of the XYZ coordinates shown in FIG.
  • the main plate 40 provided on one surface parallel to the XY plane is a conductor plate that functions as a common reflector for the plurality of horn antennas 37, and forms the ground potential of the array antenna device 1E.
  • the metal plate 41 is provided on a plane parallel to the ZX plane of the main plate 40.
  • the main radiation direction in the array antenna device 1E is the + Z direction.
  • the radio wave fed to the horn element 38 by the feeding unit 39 is radiated into the free space via the horn element 38, the main plate 40, and the metal plate 41.
  • the plurality of horn antennas 37 are provided on the main plate 40 and form an "element antenna array" arranged linearly along the electric field direction (Y direction).
  • the metal plate 41 is a flat plate-shaped conductor member whose height H from the main plate 40 is higher than that of the horn antenna 37, and both ends of the element antenna train along the arrangement direction of the horn antenna 37. It is provided in the section. That is, as shown in FIG. 15, the metal plate 41 is orthogonal to the electric field direction (Y direction) of the antenna openings formed in the element antenna train and is orthogonal to the main plate 40.
  • a mirror image of the element antenna row is formed on both sides of the real image by the metal plate 41 whose height is higher than that of the horn antenna 37. Since the array antenna device 1E is an array antenna having an antenna opening length that is larger than the antenna opening length of the real image by the antenna opening length of the mirror image, impedance matching is performed on the low frequency side (long wavelength side) of the operating frequency band. Can be taken.
  • the metal plate 41 has a flat plate shape long in the X direction, and both ends along the arrangement direction of the horn antennas 37 in a plurality of element antenna rows (four element antenna rows in FIG. 15). It is provided one by one. That is, a common metal plate 41 is provided at both ends of the antenna openings formed in the plurality of element antenna rows. A common metal plate 41 forms a mirror image next to each real image of the plurality of element antenna rows. Since an aperture larger than the actual antenna aperture is virtually formed, impedance matching can be achieved on the low frequency side of the operating frequency band. As a result, the array antenna device 1E can improve the reflection characteristics on the low frequency side of the operating frequency band even if the antenna opening is small.
  • FIG. 16 is a perspective view showing an array antenna device 1F in which the element antenna is a bowtie antenna 42.
  • the array antenna device 1F includes a plurality of bowtie antennas 42.
  • the bowtie antenna 42 is an element antenna constituting the array antenna device 1F, and includes a conductor element 43 and a feeding unit 44.
  • the array antenna device 1F includes a dielectric substrate 45.
  • the conductor element 43 is a metal thin film provided on the dielectric substrate 45.
  • the feeding unit 44 feeds the conductor element 43.
  • the dielectric substrate 45 is provided with a main plate 46 on one surface, and a conductor element 43 is provided on a surface opposite to the surface on which the main plate 46 is provided.
  • the plurality of bowtie antennas 42 are provided on a plane parallel to the XY plane of the XYZ coordinates shown in FIG.
  • the main plate 46 provided on one surface of the dielectric substrate 45 parallel to the XY plane is a conductor plate that functions as a common reflector for the plurality of bow tie antennas 42, and forms the ground potential of the array antenna device 1F. do.
  • the metal plate 47 is provided on a plane parallel to the ZX plane of the main plate 46.
  • the main radiation direction in the array antenna device 1F is the + Z direction.
  • the radio wave fed to the conductor element 43 by the feeding unit 44 is radiated into the free space via the conductor element 43, the main plate 46, and the metal plate 47.
  • the plurality of bow tie antennas 42 are provided on the main plate 46 via the dielectric substrate 45, and form an "element antenna array" arranged linearly along the electric field direction (Y direction).
  • the metal plate 47 is a flat plate-shaped conductor member whose height H from the main plate 46 is higher than the position where the bow tie antenna 42 is provided on the dielectric substrate 45, and the bow tie antenna in the element antenna array. It is provided at both ends along the arrangement direction of 42. That is, as shown in FIG. 16, the metal plate 47 is orthogonal to the electric field direction (Y direction) of the antenna openings formed in the element antenna train and is orthogonal to the main plate 46.
  • a mirror image of the element antenna row is formed on both sides of the real image by the metal plate 47 whose height is higher than that of the bowtie antenna 42. Since the array antenna device 1F is an array antenna having an antenna opening length that is larger than the antenna opening length of the real image by the antenna opening length of the mirror image, impedance matching is performed on the low frequency side (long wavelength side) of the operating frequency band. Can be taken.
  • the metal plate 47 has a flat plate shape long in the X direction, and both ends along the arrangement direction of the bow tie antenna 42 in a plurality of element antenna rows (four element antenna rows in FIG. 16). It is provided one by one. That is, a common metal plate 47 is provided at both ends of the antenna openings formed in the plurality of element antenna rows. A common metal plate 47 forms a mirror image next to each real image of the plurality of element antenna rows. Since an aperture larger than the actual antenna aperture is virtually formed, impedance matching can be achieved on the low frequency side of the operating frequency band. As a result, the array antenna device 1F can improve the reflection characteristics on the low frequency side of the operating frequency band even if the antenna opening is small.
  • FIG. 17 is a perspective view showing an array antenna device 1G in which the element antenna is an orthogonal bipolar antenna 48.
  • the array antenna device 1G includes a plurality of orthogonal bipolar antennas 48.
  • the orthogonal dipolar antenna 48 is an element antenna constituting the array antenna device 1G, and is a pair of first polarization elements 49, a pair of second polarization elements 50, a first feeding unit 51, and a first.
  • the feeding unit 52 of 2 is provided.
  • the array antenna device 1G includes a dielectric substrate 56, a dielectric substrate 57, and a dielectric substrate 58.
  • the dielectric substrate 56, the dielectric substrate 57, and the dielectric substrate 58 are transparently shown in order to make the components of the orthogonal bipolar antenna 48 visible.
  • the dielectric substrate 56 is provided with a main plate 53 on one surface, and the dielectric substrate 57 is laminated on a surface opposite to the surface on which the main plate 53 is provided.
  • a dielectric substrate 58 is further laminated on the dielectric substrate 57 in the Z direction.
  • the pair of first polarization elements 49 are linear metal thin films provided on the dielectric substrate 56.
  • the first feeding unit 51 feeds the first polarization element 49.
  • the pair of second polarization elements 50 are linear metal thin films provided on the surface of the dielectric substrate 56 opposite to the surface on which the first polarization element 49 is provided.
  • the second feeding unit 52 feeds the second polarization element 50.
  • the plurality of orthogonal bipolar antennas 48 are provided on a plane parallel to the XY plane of the XYZ coordinates shown in FIG.
  • the main plate 53 provided on one surface parallel to the XY planes of the dielectric substrate 56 is a conductor plate that functions as a common reflection plate for a plurality of orthogonal bipolar antennas 48, and is a ground potential of the array antenna device 1G.
  • the first metal plate 54 is provided on a plane parallel to the ZZ plane
  • the second metal plate 55 is provided on a plane parallel to the ZZ plane.
  • the main radiation direction in the array antenna device 1G is the + Z direction.
  • the radio wave fed to the first polarization element 49 by the first feeding unit 51 is radiated into the free space through the first polarization element 49, the main plate 53, and the first metal plate 54. Further, the radio wave fed to the second polarization element 50 by the second feeding unit 52 is radiated into the free space through the second polarization element 50, the main plate 53, and the second metal plate 55.
  • the first metal plate 54 is a flat plate-shaped conductor member whose height H from the main plate 53 is higher than the position where the first polarization element 49 is provided on the dielectric substrate 56. , Provided at both ends of the first polarization element 49 in the element antenna array along the arrangement direction.
  • the arrangement direction of the first polarization element 49 is the electric field direction (X direction) of the antenna opening formed in the element antenna array including the plurality of first polarization elements 49. That is, the first metal plate 54 is orthogonal to the electric field direction (X direction) of the antenna opening formed in the element antenna row and is orthogonal to the main plate 53.
  • the second metal plate 55 is a flat plate-shaped conductor member whose height H from the main plate 53 is higher than the position where the second polarization element 50 is provided on the dielectric substrate 56. , Provided at both ends of the second polarization element 50 in the element antenna array along the arrangement direction.
  • the arrangement direction of the second polarization element 50 is the electric field direction (Y direction) of the antenna opening formed in the element antenna array including the plurality of second polarization elements 50. That is, the second metal plate 55 is orthogonal to the electric field direction (Y direction) of the antenna opening formed in the element antenna row and is orthogonal to the main plate 53.
  • a mirror image of the element antenna row is formed on both sides of the real image by the metal plate 54 and the metal plate 55 whose height is higher than that of the orthogonal bipolar antenna 48. Since the array antenna device 1G is an array antenna having an antenna opening length that is larger by the antenna opening length of the mirror image than the antenna opening length of the real image, the first polarization element 49 or the second polarization element 50 In any polarization, it is possible to achieve impedance matching on the low frequency side (long wavelength side) of the operating frequency band.
  • the metal plate 54 has a flat plate shape long in the Y direction, and is the first in a plurality of element antenna rows (in FIG. 17, four element antenna rows composed of the first polarization element 49). One is provided at both ends of one of the polarization elements 49 along the arrangement direction. That is, a common metal plate 54 is provided at both ends of the antenna openings formed in the plurality of element antenna rows. A common metal plate 54 forms a mirror image next to each real image of the plurality of element antenna rows. Similarly, in the four element antenna trains composed of the second polarization element 50, a mirror image is formed next to each real image of the plurality of element antenna trains by the common metal plate 55.
  • the array antenna device 1G can improve the reflection characteristics on the low frequency side of the operating frequency band even if the antenna opening is small.
  • FIG. 18 is a perspective view showing an array antenna device 1H provided with a quadrangular prism conductor member 7A (hereinafter, referred to as a quadrangular prism conductor member 7A).
  • the array antenna device 1H includes a plurality of tapered slot antennas 2.
  • the tapered slot antenna 2 is an element antenna constituting the array antenna device 1H, and includes a pair of tapered conductor plates 3, a feeding unit 4, and a matching stub 5.
  • the quadrangular prism conductor member 7A is a quadrangular prismatic conductor member whose height H from the main plate 6 is higher than that of the tapered slot antenna 2, and is along the arrangement direction of the tapered slot antennas 2 in the element antenna row. It is provided at both ends. That is, the quadrangular prism conductor member 7A is orthogonal to the electric field direction of the antenna opening formed in the element antenna row and orthogonal to the main plate 6.
  • the radio waves fed to the tapered conductor plate 3 by the feeding portion 4 are radiated into free space via the tapered conductor plate 3, the main plate 6, and the prismatic conductor member 7A.
  • the height H (height in the Z direction) of the square pillar conductor member 7A is a height that is an odd multiple of a quarter of the free space wavelength ⁇ L at the lower limit frequency of the operating frequency band of the array antenna device 1H.
  • mirror images are electrically formed on both sides of the real image of the element antenna row by the square pillar conductor member 7A having a height H higher than that of the tapered slot antenna 2.
  • the array antenna device 1H can improve the reflection characteristics on the low frequency side of the operating frequency band even if the antenna opening is small.
  • a polygonal prismatic conductor member including a triangular prism may be used instead of the square prism conductor member 7A.
  • FIG. 19 is a perspective view showing an array antenna device 1I provided with a cylindrical conductor member 7B (hereinafter, referred to as a cylindrical conductor member 7B).
  • the array antenna device 1I includes a plurality of tapered slot antennas 2.
  • the tapered slot antenna 2 is an element antenna constituting the array antenna device 1I, and includes a pair of tapered conductor plates 3, a feeding unit 4, and a matching stub 5.
  • the cylindrical conductor member 7B is a cylindrical conductor member whose height H from the main plate 6 is higher than that of the tapered slot antenna 2, and is along the arrangement direction of the tapered slot antennas 2 in the element antenna row. Provided at both ends. That is, the cylindrical conductor member 7B is orthogonal to the electric field direction of the antenna opening formed in the element antenna row and is orthogonal to the main plate 6.
  • the radio wave fed to the tapered conductor plate 3 by the feeding unit 4 is radiated into a free space via the tapered conductor plate 3, the main plate 6, and the cylindrical conductor member 7B.
  • the height H (height in the Z direction) of the cylindrical conductor member 7B is higher than, for example, the tapered slot antenna 2, and is a quarter of the free space wavelength ⁇ L at the lower limit frequency of the operating frequency band of the array antenna device 1I.
  • the height is an odd multiple of 1.
  • mirror images are electrically formed on both sides of the real image of the element antenna row by the cylindrical conductor member 7B. Since an aperture larger than the actual antenna aperture is virtually formed, impedance matching can be achieved on the low frequency side of the operating frequency band. As a result, the array antenna device 1I can improve the reflection characteristics on the low frequency side of the operating frequency band even if the antenna opening is small.
  • FIG. 20 is a perspective view showing an array antenna device 1J provided with a conductor member 7C (hereinafter, referred to as a plated conductor member 7C) made of a metal-plated resin member.
  • a conductor member 7C hereinafter, referred to as a plated conductor member 7C
  • the array antenna device 1J includes a plurality of tapered slot antennas 2.
  • the tapered slot antenna 2 is an element antenna constituting the array antenna device 1J, and includes a pair of tapered conductor plates 3, a feeding unit 4, and a matching stub 5.
  • the plated conductor member 7C is a conductor member in which a metal foil is provided on the surface of a flat plate-shaped resin member by metal plating or the like, and as shown in FIG. 20, the height from the main plate 6 is higher than that of the tapered slot antenna 2. It is a high member.
  • the plated conductor member 7C may be a polygonal columnar resin member including a triangular prism or a columnar resin member whose surface is metal-plated instead of the flat plate-shaped resin member.
  • the plated conductor member 7C is provided at both ends of the element antenna array along the arrangement direction of the tapered slot antennas 2, is orthogonal to the electric field direction of the antenna opening formed in the element antenna array, and is orthogonal to the main plate 6.
  • the radio wave fed to the tapered conductor plate 3 by the feeding unit 4 is radiated into a free space via the tapered conductor plate 3, the main plate 6, and the plated conductor member 7C.
  • the height H (height in the Z direction) of the plated conductor member 7C is a height that is an odd multiple of a quarter of the free space wavelength ⁇ L at the lower limit frequency of the operating frequency band of the array antenna device 1J.
  • mirror images are electrically formed on both sides of the real image of the element antenna row by the plated conductor member 7C having a height H higher than that of the tapered slot antenna 2. Since an aperture larger than the actual antenna aperture is virtually formed, impedance matching can be achieved on the low frequency side of the operating frequency band. As a result, the array antenna device 1J can improve the reflection characteristics on the low frequency side of the operating frequency band even if the antenna opening is small.
  • a square column conductor member 7A, a columnar conductor member 7B, and a plated conductor member 7C are provided instead of the metal plate 7 provided in the array antenna device shown in FIG. 1, a square column conductor member 7A, a columnar conductor member 7B, and a plated conductor member 7C are provided.
  • the taper slot antenna 2 is not limited to the taper slot antenna 2.
  • the square column conductor member 7A, the columnar conductor member 7B, and the plated conductor member 7C may be provided for the array antenna device having the element antennas shown in FIGS. 7 and 12 to 17.
  • FIG. 21 is a top view showing an array antenna device 1K in which dipole antennas 10 which are element antennas are linearly arranged.
  • the dipole antenna 10 has a pair of dipole elements 11 and a feeding unit 12.
  • the plurality of dipole antennas 10 form an element antenna array linearly arranged along the electric field direction (Y direction) of the dipole antenna 10 on the main plate 14.
  • metal plates 15 are provided at both ends of the antenna openings formed in the element antenna row along the electric field direction. Mirror images are electrically formed on both sides of the real image of the element antenna row by the metal plate 15. Since an aperture larger than the actual antenna aperture is virtually formed, impedance matching can be achieved on the low frequency side of the operating frequency band. As a result, the array antenna device 1K can improve the reflection characteristics on the low frequency side of the operating frequency band even if the antenna opening is small.
  • FIG. 22 is a top view showing an array antenna device 1L in which dipole antennas 10 which are element antennas are arranged in a square.
  • the dipole antenna 10 has a pair of dipole elements 11 and a feeding unit 12.
  • the array antenna device 1L has four element antenna rows (1) to (4) in which four dipole antennas 10 are linearly arranged along the electric field direction (Y direction).
  • Metal plates 15 are provided at both ends of the antenna openings formed in the four element antenna rows (1) to (4) along the electric field direction.
  • the four element antenna rows (1) to (4) are in a square arrangement in which the dipole antenna 10 is located at the apex of the quadrangle on the main plate 14.
  • Mirror images are electrically formed on both sides of the real image of the element antenna row by the metal plate 15. Since an aperture larger than the actual antenna aperture is virtually formed, impedance matching can be achieved on the low frequency side of the operating frequency band. As a result, the array antenna device 1L can improve the reflection characteristics on the low frequency side of the operating frequency band even if the antenna opening is small.
  • FIG. 23 is a top view showing an array antenna device 1M in which dipole antennas 10 which are element antennas are arranged in a triangular array.
  • the dipole antenna 10 has a pair of dipole elements 11 and a feeding unit 12.
  • the array antenna device 1M has four element antenna rows (1) to (4) in which four dipole antennas 10 are linearly arranged along the electric field direction (Y direction).
  • Metal plates 15 are provided at both ends of the antenna openings formed in the four element antenna rows (1) to (4) along the electric field direction.
  • the four element antenna rows (1) to (4) have a triangular array in which the dipole antenna 10 is located at the apex of the triangle on the main plate 14.
  • Mirror images are electrically formed on both sides of the real image of the element antenna row by the metal plate 15. Since an aperture larger than the actual antenna aperture is virtually formed, impedance matching can be achieved on the low frequency side of the operating frequency band. As a result, the array antenna device 1M can improve the reflection characteristics on the low frequency side of the operating frequency band even if the antenna opening is small.
  • FIG. 24 is a top view showing an array antenna device 1N in which dipole antennas 10 which are element antennas are arranged in an aperiodic manner.
  • the dipole antenna 10 has a pair of dipole elements 11 and a feeding unit 12.
  • the array antenna device 1N two element antenna rows in which two dipole antennas 10 are arranged linearly along the electric field direction and three dipole antennas 10 are arranged linearly along the electric field direction 2
  • It has an element antenna array and one element antenna array in which four dipole antennas 10 are arranged linearly along the electric field direction.
  • Metal plates 15 are provided at both ends of the antenna openings formed in these element antenna rows along the electric field direction.
  • the above-mentioned five element antenna rows are arranged aperiodically on the main plate 14 as shown in FIG. 24.
  • mirror images are electrically formed on both sides of the real image of the element antenna row by the metal plate 15. Since an aperture larger than the actual antenna aperture is virtually formed, impedance matching can be achieved on the low frequency side of the operating frequency band. As a result, the array antenna device 1N can improve the reflection characteristics on the low frequency side of the operating frequency band even if the antenna opening is small.
  • FIG. 25 is a top view showing an array antenna device 1O having a plurality of element antenna arrangements in which the number of dipole antennas 10 which are element antennas is different.
  • the dipole antenna 10 has a pair of dipole elements 11 and a feeding unit 12.
  • the array antenna device 1O has units (1a) to (7a) including a dipole antenna 10 and a metal plate 15.
  • the units (1a) and (7a) are units (1a) composed of one dipole antenna 10 and metal plates 15 provided at both ends of the dipole antenna 10 along the electric field direction.
  • the units (2a) and (6a) are provided at both ends of the element antenna array in which the two dipole antennas 10 are linearly arranged along the electric field direction and the element antenna array along the electric field direction. It is a unit composed of a metal plate 15.
  • the units (3a) and (5a) are provided at both ends of the element antenna array in which the three dipole antennas 10 are linearly arranged along the electric field direction and the element antenna array along the electric field direction. It is a unit composed of a metal plate 15.
  • the unit (4a) includes an element antenna array in which four dipole antennas 10 are linearly arranged along the electric field direction and a metal plate 15 provided at both ends of the element antenna array along the electric field direction. It is a unit (4a) composed of.
  • the number of dipole antennas 10 increases in order on the main plate 14 along the X direction, and the dipoles are separated by the unit (4a).
  • the number of antennas 10 is arranged in a cycle of decreasing along the X direction.
  • mirror images are electrically formed on both sides of the real image of the element antenna row by the metal plate 15. Since an aperture larger than the actual antenna aperture is virtually formed, impedance matching can be achieved on the low frequency side of the operating frequency band. As a result, the array antenna device 1O can improve the reflection characteristics on the low frequency side of the operating frequency band even if the antenna opening is small.
  • the arrangement of the dipole antenna 10 shown in FIG. 7 has been shown, but the present invention is not limited to this.
  • the arrangement shown in FIGS. 21 to 25 may be adopted for the arrangement of the element antennas shown in FIGS. 7 and 12 to 17.
  • the array antenna device according to the present disclosure can be used for, for example, a radar or a mobile communication device.
  • 1,1A-1O array antenna device 2 tapered slot antenna, 3 tapered conductor plate, 4,12,23,29,34,39,44 feeding part, 5 matching stub, 6,14,25,30,35, 40,46,53 main plate, 7,15,26,31,36,41,47 metal plate, 7A square pillar conductor member, 7B columnar conductor member, 7C plated conductor member, 8,19 real image, 9,20 mirror image, 10 Dipole antenna, 11 dipole element, 13 coupling element, 16-18, 24, 45, 56-58 dielectric substrate, 21 patch antenna, 22 patch element, 27 slot antenna, 28 slot, 32 Yagi Uda antenna, 33 radiation element, 37 horn antenna, 38 horn element, 42 bow tie antenna, 43 conductor element, 48 orthogonal bipolar antenna, 49 first polarization element, 50 second polarization element, 51 first feeding part, 52 second Power supply unit, 54 first metal plate, 55 second metal plate.

Abstract

アレーアンテナ装置（１）は、平板状の導体である地板（６）と、地板（６）の上に複数のテーパスロットアンテナ（２）が電界方向に沿って直線状に配列された素子アンテナ列と、地板（６）の上に配列された素子アンテナ列に形成されるアンテナ開口の電界方向に沿った両方の端部または一方の端部に設けられ、地板（６）からの高さがテーパスロットアンテナ（２）よりも高い金属板（７）を備える。

Description

アレーアンテナ装置
　本開示は、アレーアンテナ装置に関する。
　複数の素子アンテナを配列するアレーアンテナにおいては、ビーム走査を行う場合に、可視領域にグレーティングローブが生じないように、複数の素子アンテナを密に配列する必要がある。また、超広帯域な周波数帯域で動作する超広帯域アレーアンテナにおいて、動作周波数帯域の低域側のインピーダンス整合を図って良好な反射特性を得るためには、最も波長が長い下限周波数で動作する大きさのアンテナ開口が必要である。
　可視領域にグレーティングローブが生じず、かつ動作周波数帯域の低域側で反射特性を改善させた従来の超広帯域アレーアンテナとして、例えば、特許文献１に記載される平行平板装荷シングルテーパスロットアンテナ（以下、平行平板装荷ＳＴＳＡと記載する。）が知られている。
　平行平板装荷ＳＴＳＡは、テーパ状の導体板が平行平板で挟まれた構造を有するアレーアンテナであり、鏡像理論によって電気的な素子アンテナの幅が物理的な素子アンテナの幅の約２倍とみなされる。このため、実際の素子アンテナの幅が物理的に小さくても、動作周波数帯域の低域側で良好な反射特性を実現することができる。
特開２００８－２２７７２３号公報
　しかしながら、従来の超広帯域アレーアンテナは、動作周波数帯域の低域側の反射特性を改善するために求められるアンテナ開口に比べて実際のアンテナ開口が小さく、両者の差が大きいと、電気的な素子アンテナの幅が物理的な素子アンテナの幅の約２倍とみなされても、動作周波数帯域の低域側の反射特性が十分に改善されないという課題があった。
　本開示は上記課題を解決するものであり、アンテナ開口が小さくても動作周波数帯域の低域側の反射特性を改善することができるアレーアンテナ装置を得ることを目的とする。
　本開示に係るアレーアンテナ装置は、平板状の導体である地板と、地板の上に複数の素子アンテナが電界方向に沿って直線状に配列された素子アンテナ列と、地板の上に配列された素子アンテナ列に形成されるアンテナ開口の電界方向に沿った両方の端部または一方の端部に設けられ、地板からの高さが素子アンテナよりも高い導体部材を備える。
　本開示によれば、地板の上に配列された素子アンテナ列に形成されるアンテナ開口の電界方向に沿った両方の端部または一方の端部に設けられ、地板からの高さが素子アンテナよりも高い導体部材を備える。導体部材間の素子アンテナ列の実像に隣り合って当該素子アンテナ列の鏡像が形成され、実際のアンテナ開口よりも大きな開口が仮想的に形成されるので、動作周波数帯域の低域側においてインピーダンス整合を図ることが可能となる。これにより、本開示に係るアレーアンテナ装置は、アンテナ開口が小さくても動作周波数帯域の低域側の反射特性を改善することができる。
実施の形態１に係るアレーアンテナ装置を示す斜視図である。 実施の形態１に係るアレーアンテナ装置を示す側面図である。 実施の形態１に係るアレーアンテナ装置を示す上面図である。 実施の形態１に係るアレーアンテナ装置における素子アンテナ列の実像と鏡像との概要を示す図である。 実施の形態１に係るアレーアンテナ装置における複数の素子アンテナ列の配列を示す上面図である。 様々なアレーアンテナ構成における反射特性の計算結果を示すグラフである。 実施の形態２に係るアレーアンテナ装置を示す斜視図である。 実施の形態２に係るアレーアンテナ装置を示す側面図である。 実施の形態２に係るアレーアンテナ装置を示す上面図である。 実施の形態２に係るアレーアンテナ装置における素子アンテナ列の実像と鏡像との概要を示す図である。 様々なアレーアンテナ構成における反射特性の計算結果を示すグラフである。 素子アンテナがパッチアンテナであるアレーアンテナ装置を示す斜視図である。 素子アンテナがスロットアンテナであるアレーアンテナ装置を示す斜視図である。 素子アンテナが八木宇田アンテナであるアレーアンテナ装置を示す斜視図である。 素子アンテナがホーンアンテナであるアレーアンテナ装置を示す斜視図である。 素子アンテナがボウタイアンテナであるアレーアンテナ装置を示す斜視図である。 素子アンテナが直交二偏波アンテナであるアレーアンテナ装置を示す斜視図である。 四角柱状の導体部材を備えたアレーアンテナ装置を示す斜視図である。 円柱状の導体部材を備えたアレーアンテナ装置を示す斜視図である。 金属メッキが施された樹脂部材からなる導体部材を備えたアレーアンテナ装置を示す斜視図である。 素子アンテナが直線状に配列されたアレーアンテナ装置を示す上面図である。 素子アンテナが四角配列されたアレーアンテナ装置を示す上面図である。 素子アンテナが三角配列されたアレーアンテナ装置を示す上面図である。 素子アンテナが非周期配列されたアレーアンテナ装置を示す上面図である。 素子アンテナの数が異なる複数の素子アンテナ配列を有したアレーアンテナ装置を示す上面図である。
実施の形態１．
　図１は、実施の形態１に係るアレーアンテナ装置１を示す斜視図である。図２は、アレーアンテナ装置１を示す側面図である。図３は、アレーアンテナ装置１を示す上面図である。アレーアンテナ装置１は、複数のテーパスロットアンテナ２を備える。テーパスロットアンテナ２は、アレーアンテナ装置１を構成する素子アンテナであり、一対のテーパ状導体板３、給電部４および整合スタブ５を備えている。
　複数のテーパスロットアンテナ２は、図１、図２および図３に示すＸＹＺ座標のＹ－Ｚ面に平行な面に構成される。地板６は、Ｘ－Ｙ面に平行な面に構成される。金属板７は、Ｚ－Ｘ面に平行な面に構成される。アレーアンテナ装置１における主放射方向は、＋Ｚ方向である。給電部４によりテーパ状導体板３に給電された電波は、テーパ状導体板３、地板６および金属板７を介して、自由空間に放射される。
　複数のテーパスロットアンテナ２は、平板状の導体である地板６上に設けられて、電界方向（Ｙ方向）に沿って直線状に配列された「素子アンテナ列」を構成する。各テーパスロットアンテナ２が備えるテーパ状導体板３は、二枚一組で設けられ、地板６から離れる方向にその幅が狭くなるテーパ形状を有した導体板である。テーパスロットアンテナ２において、一対のテーパ状導体板３は、図１および図２に示すように、地板６から離れる方向に互いの間隔が広くなるように配置される。
　給電部４は、同軸線路構造を有した給電部であり、テーパスロットアンテナ２が備える一対のテーパ状導体板３に給電する。給電部４の同軸線路の外導体は、地板６と導通し、給電部４の同軸線路の内導体は、テーパ状導体板３と電気的に接続されている。テーパ状導体板３は、給電部４の同軸線路の内導体を介して給電される。
　整合スタブ５は、給電部４の整合をとるための導体である。整合スタブ５によって、給電部４において所望の給電インピーダンスが得られる。地板６は、複数のテーパスロットアンテナ２で共通の反射板として機能する導体板であり、アレーアンテナ装置１におけるグラウンド電位を形成する。なお、テーパ状導体板３の底面部分、給電部４の同軸線路の外導体、地板６および金属板７は、電気的に接地されている。
　金属板７は、図２に示すように、地板６からの高さＨがテーパスロットアンテナ２よりも高い平板状の導体部材であり、素子アンテナ列におけるテーパスロットアンテナ２の配列方向に沿った両方の端部に設けられる。テーパスロットアンテナ２の配列方向は、素子アンテナ列に形成されるアンテナ開口の電界方向（Ｙ方向）である。すなわち、金属板７は、図３に示すように、素子アンテナ列に形成されるアンテナ開口の電界方向に直交し、図２に示すように、地板６に直交している。金属板７の高さＨ（Ｚ方向の高さ）は、アレーアンテナ装置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λＬの４分の１の奇数倍となる高さである。例えば、金属板７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となる高さを有する。
　アレーアンテナ装置１は、地板６からの高さがテーパスロットアンテナ２よりも高い、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λＬの４分の３となる高さを有した金属板７を備えている。金属板７は、素子アンテナ列に形成されたアンテナ開口の電界方向に沿った両方の端部に配置されている。これにより、素子アンテナ列の実像は、金属板７を介した両側に鏡像が電気的に形成される。
　図４は、アレーアンテナ装置１における、素子アンテナ列の実像８と鏡像９との概要を示す図である。図４において実線で示すように、素子アンテナ列についての実際の物理的な構造は、実像８のみである。テーパスロットアンテナ２よりも高い金属板７によって、図４において破線で示すように、素子アンテナ列の鏡像９が実像８の両側に形成される。アレーアンテナ装置１は、実像８のアンテナ開口長Ｌ１よりも鏡像９のアンテナ開口長の分だけ大きいアンテナ開口長Ｌ２を有したアレーアンテナとなるので、動作周波数帯域の低域側（長波長側）でインピーダンス整合をとることができる。
　金属板７は、図４に示すように、素子アンテナ列の電界方向に沿った端部にあるテーパスロットアンテナ２の中心位置から、個々のテーパスロットアンテナ２の幅Ｄ１の半分の距離Ｄ２だけ離れた位置に設けられる。アレーアンテナ装置１は、鏡像９を含めて複数のテーパスロットアンテナ２が等間隔Ｄ１に配置された周期的な連続構造であるとみなされるので、各テーパスロットアンテナ２の反射特性のばらつきが抑圧される。
　テーパスロットアンテナ２よりも高くかつ自由空間波長λＬの４分の１の奇数倍となる高さＨを有した金属板７は、地板６の上で短絡され、金属板７の先端部は、電気的に開放されている。例えば、高さＨが自由空間波長λＬの４分の３である金属板７は、テーパスロットアンテナ２に生じた電界成分の一部が、素子アンテナ列のアンテナ開口の端部から外側に漏れ出ることを抑圧する。このため、アレーアンテナ装置１は、十分な鏡像の効果が得られる。
　図５は、アレーアンテナ装置１における複数の素子アンテナ列の配列を示す上面図である。図５において、アレーアンテナ装置１は、８個の素子アンテナ列のそれぞれが８個のテーパスロットアンテナ２によって構成され、８個の素子アンテナ列が、Ｘ方向に沿って四角配列されている。また、素子アンテナであるテーパスロットアンテナ２の幅Ｄ１は、テーパスロットアンテナ２の電界方向（Ｙ方向）の間隔である。隣り合う素子アンテナ列同士の間隔Ｄ３は、素子アンテナ列に形成されたアンテナ開口の磁界方向（Ｘ方向）の間隔である。
　動作周波数帯域の下限周波数をｆＬとし、上限周波数ｆＨを１０ｆＬとした１０倍帯域に設定する。また、幅Ｄ１および間隔Ｄ３を、動作周波数帯域の上限周波数における自由空間波長λＨの０．５倍の距離に設定し、下限周波数における自由空間波長λＬの０．０５倍の距離に設定する。
　上記設定条件において、図５に示すアレーアンテナ装置１が備える金属板７を自由空間波長λＬの４分の３となる高さとしたものを、アレーアンテナ構成（１）とする。図５に示すアレーアンテナ装置１から金属板７を除外したものを、アレーアンテナ構成（２）とする。図５に示すアレーアンテナ装置１において素子アンテナ列を構成する全てのテーパスロットアンテナ２間に金属板７を設けたものを、アレーアンテナ構成（３）とする。図５に示すアレーアンテナ装置１において無限周期境界で素子アンテナ列が周期的に無限に並んでいる状態を模擬したものを、アレーアンテナ構成（４）とする。
　図６は、様々なアレーアンテナ構成における反射特性の計算結果を示すグラフであり、アレーアンテナ構成（１）から（４）についてのアクティブ反射係数と規格化周波数との関係を示している。図６において、アクティブ反射係数は、アレーアンテナ構成（１）から（４）において、８個の素子アンテナ列を構成する全てのテーパスロットアンテナ２を給電したときのアクティブ反射係数の全素子平均値である。規格化周波数は、動作周波数帯域の下限周波数ｆＬで規格化した周波数を示している。
　図６において、折れ線Ａ１は、アレーアンテナ構成（１）のアクティブ反射係数と規格化周波数との関係を示しており、折れ線Ａ２は、アレーアンテナ構成（２）のアクティブ反射係数と規格化周波数との関係を示している。折れ線Ａ３は、アレーアンテナ構成（３）のアクティブ反射係数と規格化周波数との関係を示しており、折れ線Ａ４は、アレーアンテナ構成（４）のアクティブ反射係数と規格化周波数との関係を示している。折れ線Ａ２およびＡ３に対応するアレーアンテナ構成（２）および（３）は、規格化周波数が１．０～２．０の範囲でのアクティブ反射係数が、折れ線Ａ４に対応するアレーアンテナ構成（４）に比べて大きな値となって劣化している。
　また、折れ線Ａ１に対応するアレーアンテナ構成（１）を有したアレーアンテナ装置１は、動作周波数帯域の低域側である規格化周波数が１．０～２．０の範囲でのアクティブ反射係数が、折れ線Ａ２に対応するアレーアンテナ構成（２）または折れ線Ａ３に対応するアレーアンテナ構成（３）に比べて小さな値となって改善している。
　さらに、アレーアンテナ装置１は、動作周波数帯域の下限周波数に対応する規格化周波数１．０でのアクティブ反射係数が、折れ線Ａ４に対応するアレーアンテナ構成（４）と同程度の値が得られている。
　なお、アレーアンテナ装置１は、素子アンテナ列におけるアンテナ開口の両方の端部に金属板７を設けた構成に限定されるものではない。例えば、アレーアンテナ装置１を配置するプラットフォームのスペースの関係上、素子アンテナ列におけるアンテナ開口の両方の端部に金属板７が設けられない場合、金属板７を、素子アンテナ列の一方の端部のみに設けてもよい。この場合も、アレーアンテナ装置１は、金属板７によって素子アンテナ列の鏡像が形成されるので、アンテナ開口が小さくても動作周波数帯域の低域側の反射特性を改善することができる。
　アレーアンテナ装置１は、素子アンテナ列のアンテナ開口長が短く、例えば、アンテナの電界方向の開口長が下限周波数の自由空間波長λＬ以下であるほど、動作周波数帯域の低域における反射特性が改善する。
　以上のように、実施の形態１に係るアレーアンテナ装置１において、地板６上で、素子アンテナ列に形成されるアンテナ開口の電界方向に沿った両方の端部に設けられ、地板６からの高さＨがテーパスロットアンテナ２よりも高い金属板７を備える。金属板７同士の間の素子アンテナ列の実像８に隣り合って当該素子アンテナ列の鏡像９が形成され、実際のアンテナ開口よりも大きな開口が仮想的に形成されるので、動作周波数帯域の低域側においてインピーダンス整合を図ることが可能となる。これにより、アレーアンテナ装置１は、アンテナ開口が小さくても動作周波数帯域の低域側の反射特性を改善することができる。
実施の形態２．
　図７は、実施の形態２に係るアレーアンテナ装置１Ａを示す斜視図である。図８は、アレーアンテナ装置１Ａを示す側面図である。図９は、アレーアンテナ装置１Ａを示す上面図である。アレーアンテナ装置１Ａは、複数のダイポールアンテナ１０を備える。また、ダイポールアンテナ１０は、アレーアンテナ装置１Ａを構成する素子アンテナであって、一対のダイポール素子１１、給電部１２および結合素子１３を備えている。
　アレーアンテナ装置１Ａは、誘電体基板１６、誘電体基板１７および誘電体基板１８を備えている。図７および図９において、ダイポールアンテナ１０の構成要素を視認可能とするために、誘電体基板１６、誘電体基板１７および誘電体基板１８が透明に記載されている。誘電体基板１６は、一方の面に地板１４が設けられ、地板１４が設けられた面とは反対側の面上に誘電体基板１７が積層される。誘電体基板１７には、さらに誘電体基板１８がＺ方向に積層される。複数のダイポールアンテナ１０は、誘電体基板１６および誘電体基板１７を介した地板１４上に設けられて、電界方向（Ｙ方向）に沿って直線状に配列された「素子アンテナ列」を構成する。
　一対のダイポール素子１１は、図８に示すように、誘電体基板１７上に設けられた金属薄膜である。給電部１２は、ダイポール素子１１に給電する。結合素子１３は、誘電体基板１６における地板６が設けられた面とは反対側の面に設けられ、各ダイポール素子１１の相互結合を調整して整合をとるための導体である。
　複数のダイポールアンテナ１０は、図７、図８および図９に示すＸＹＺ座標のＸ－Ｙ面に平行な面に設けられる。誘電体基板１６におけるＸ－Ｙ面に平行な一方の面に設けられた地板１４は、複数のダイポールアンテナ１０で共通の反射板として機能する導体板であり、アレーアンテナ装置１Ａのグラウンド電位を形成する。金属板１５は、地板１４のＺ－Ｘ面に平行な面に設けられる。アレーアンテナ装置１Ａにおける主放射方向は、＋Ｚ方向である。給電部１２によってダイポール素子１１に給電された電波は、ダイポール素子１１、地板１４および金属板１５を介して自由空間に放射される。
　金属板１５は、図８に示すように、地板１４からの高さＨが、誘電体基板１７におけるダイポールアンテナ１０を設けた位置よりも高い導体部材である。また、金属板１５は、Ｘ方向に長い平板形状を有しており、複数の素子アンテナ列（図７および図９においては４個の素子アンテナ列）におけるダイポールアンテナ１０の配列方向に沿った両方の端部に一枚ずつ設けられる。すなわち、複数の素子アンテナ列にそれぞれ形成されるアンテナ開口の両方の端部には、共通の金属板１５が設けられる。共通の金属板１５によって複数の素子アンテナ列のそれぞれの実像の隣に鏡像が形成される。
　ダイポールアンテナ１０の配列方向は、素子アンテナ列に形成されるアンテナ開口の電界方向（Ｙ方向）である。すなわち、金属板１５は、図９に示すように、素子アンテナ列に形成されるアンテナ開口の電界方向（Ｙ方向）に直交し、図８に示すように、地板１４に直交している。金属板１５の高さＨ（Ｚ方向の高さ）は、アレーアンテナ装置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λＬの０．１倍となる高さである。
　図７および図９において、アレーアンテナ装置１Ａは、４個の素子アンテナ列のそれぞれが４個のダイポールアンテナ１０によって構成され、４個の素子アンテナ列が、Ｘ方向に沿って四角配列されている。図９に示すように、ダイポールアンテナ１０の幅Ｄ１は、ダイポールアンテナ１０の電界方向（Ｙ方向）の間隔である。隣り合う素子アンテナ列同士の間隔Ｄ３は、素子アンテナ列に形成されたアンテナ開口の磁界方向（Ｘ方向）の間隔である。
　図１０は、アレーアンテナ装置１Ａにおける素子アンテナ列の実像１９と鏡像２０との概要を示す図である。図１０において実線で示すように、素子アンテナ列についての実際の物理的な構造は、実像１９のみである。高さＨがダイポールアンテナ１０よりも高い金属板１５によって、図１０において破線で示すように、素子アンテナ列の鏡像２０が実像１９の両側に形成される。アレーアンテナ装置１Ａは、実像１９のアンテナ開口長Ｌ１よりも鏡像２０のアンテナ開口長の分だけ大きいアンテナ開口長Ｌ２を有したアレーアンテナとなるので、動作周波数帯域の低域側でインピーダンス整合をとることができる。
　金属板１５は、図１０に示すように、素子アンテナ列の電界方向に沿った両方の端部にあるダイポールアンテナ１０の中心位置から、各ダイポールアンテナ１０の幅Ｄ１の半分の距離Ｄ２だけ離れた位置に設けられる。アレーアンテナ装置１Ａは、鏡像２０を含めて複数のダイポールアンテナ１０が等間隔Ｄ１に配置された周期的な連続構造であるとみなされるので、各ダイポールアンテナ１０の反射特性のばらつきが抑圧される。
　アレーアンテナ装置１は、素子アンテナよりも高く、かつ自由空間波長λＬの４分の１の奇数倍となる高さＨを有した金属板７を備える。これに対し、アレーアンテナ装置１Ａは、複数のダイポールアンテナ１０が誘電体基板１６、誘電体基板１７および誘電体基板１８を積層した構造体に設けられる。このため、誘電体の波長短縮効果によって、金属板１５の地板１４からの高さＨが、自由空間波長λＬの４分の１よりも低い自由空間波長λＬの０．１倍となる高さであっても、ダイポールアンテナ１０に生じた電界成分の一部が、素子アンテナ列のアンテナ開口端部から外側に漏れ出ることが抑圧される。これにより、アレーアンテナ装置１Ａは、十分な鏡像の効果が得られる。
　動作周波数帯域の下限周波数をｆＬとし、上限周波数ｆＨを４．５ｆＬとした４．５倍帯域に設定する。また、ダイポールアンテナ１０の素子アンテナ列のＹ方向（アンテナの電界方向）の幅Ｄ１およびＸ方向（アンテナの磁界方向）の間隔Ｄ３を、動作周波数帯域の上限周波数における自由空間波長λＨの０．５倍の距離に設定し、下限周波数における自由空間波長λＬの０．１１倍の距離に設定する。
　上記設定条件において、図９に示すアレーアンテナ装置１Ａが備える金属板１５を自由空間波長λＬの０．１倍となる高さとしたものを、アレーアンテナ構成（１ａ）とする。図９に示すアレーアンテナ装置１Ａから金属板１５を除外したものを、アレーアンテナ構成（２ａ）とする。図９に示すアレーアンテナ装置１Ａにおいて無限周期境界で素子アンテナ列が周期的に無限に並んでいる状態を模擬したものを、アレーアンテナ構成（３ａ）とする。
　図１１は、様々なアレーアンテナ構成における反射特性の計算結果を示すグラフであり、アレーアンテナ構成（１ａ）から（３ａ）についてのアクティブ反射係数と規格化周波数との関係を示している。図１１において、アクティブ反射係数は、アレーアンテナ構成（１ａ）から（３ａ）において、４個の素子アンテナ列を構成する全てのダイポールアンテナ１０を給電したときのアクティブ反射係数の全素子平均値である。規格化周波数は、動作周波数帯域の下限周波数ｆＬで規格化した周波数を示している。
　図１１において、折れ線Ｂ１は、アレーアンテナ構成（１ａ）のアクティブ反射係数と規格化周波数との関係を示し、折れ線Ｂ２は、アレーアンテナ構成（２ａ）のアクティブ反射係数と規格化周波数との関係を示している。折れ線Ｂ３は、アレーアンテナ構成（３ａ）のアクティブ反射係数と規格化周波数との関係を示している。折れ線Ｂ２に対応するアレーアンテナ構成（２ａ）は、規格化周波数が１．５～２．０の範囲でのアクティブ反射係数が、折れ線Ｂ３に対応するアレーアンテナ構成（３ａ）に比べて大きな値となって劣化している。
　また、折れ線Ｂ１に対応するアレーアンテナ構成（１ａ）を有したアレーアンテナ装置１Ａは、動作周波数帯域の低域側である規格化周波数が１．０～１．５の範囲でのアクティブ反射係数が、折れ線Ｂ２に対応するアレーアンテナ構成（２ａ）に比べて小さな値となって改善している。さらに、アレーアンテナ装置１Ａは、金属板１５によって形成される鏡像２０によって電気的に連続して複数のダイポールアンテナ１０が配列されているとみなせる。このため、動作周波数帯域の下限周波数に対応する規格化周波数１．０におけるアクティブ反射係数が、折れ線Ｂ３に対応するアレーアンテナ構成（３ａ）と同程度の値が得られる。
　なお、アレーアンテナ装置１Ａは、素子アンテナ列におけるアンテナ開口の両方の端部に金属板１５を設けた構成に限定されるものではない。例えば、アレーアンテナ装置１Ａを配置するプラットフォームのスペースの関係上、素子アンテナ列におけるアンテナ開口の両方の端部に金属板１５が設けられない場合、金属板１５を、素子アンテナ列の一方の端部のみに設けてもよい。この場合も、アレーアンテナ装置１Ａは、金属板１５によって素子アンテナ列の鏡像が形成されるので、アンテナ開口が小さくても動作周波数帯域の低域側の反射特性を改善することができる。
　アレーアンテナ装置１Ａは、素子アンテナ列のアンテナ開口長が短く、例えば、アンテナの電界方向の開口長が下限周波数の自由空間波長λＬ以下であるほど、動作周波数帯域の低域における反射特性が改善する。
　以上のように、実施の形態２に係るアレーアンテナ装置１Ａにおいて、地板１４上で、素子アンテナ列に形成されるアンテナ開口の電界方向に沿った両方の端部に設けられて、地板１４からの高さＨがダイポールアンテナ１０よりも高い金属板１５を備える。金属板１５同士の間の素子アンテナ列の実像１９に隣り合って当該素子アンテナ列の鏡像２０が形成され、実際のアンテナ開口よりも大きな開口が仮想的に形成されるので、動作周波数帯域の低域側においてインピーダンス整合を図ることが可能となる。これにより、アレーアンテナ装置１Ａは、アンテナ開口が小さくても、動作周波数帯域の低域側の反射特性を改善することができる。
　実施の形態１または実施の形態２において、アレーアンテナ装置が備える素子アンテナは、以下に示すものであってもよい。
　図１２は、素子アンテナがパッチアンテナ２１であるアレーアンテナ装置１Ｂを示す斜視図である。図１２に示すように、アレーアンテナ装置１Ｂは、複数のパッチアンテナ２１を備える。パッチアンテナ２１は、アレーアンテナ装置１Ｂを構成する素子アンテナであり、パッチ素子２２および給電部２３を備える。さらに、アレーアンテナ装置１Ｂは、誘電体基板２４を備える。パッチ素子２２は、図１２に示すように、誘電体基板２４上に設けられた金属薄膜である。給電部２３は、パッチ素子２２に給電する。誘電体基板２４は、一方の面に地板２５が設けられ、地板２５が設けられた面とは反対側の面上にパッチ素子２２が設けられる。
　複数のパッチアンテナ２１は、ＸＹＺ座標のＸ－Ｙ面に平行な面に設けられる。誘電体基板２４におけるＸ－Ｙ面に平行な一方の面に設けられた地板２５は、複数のパッチアンテナ２１で共通の反射板として機能する導体板であり、アレーアンテナ装置１Ｂのグラウンド電位を形成する。金属板２６は、地板２５のＺ－Ｘ面に平行な面に設けられる。アレーアンテナ装置１Ｂにおける主放射方向は、＋Ｚ方向である。給電部２３によってパッチ素子２２に給電された電波は、パッチ素子２２、地板２５および金属板２６を介して自由空間に放射される。
　複数のパッチアンテナ２１は、誘電体基板２４を介した地板２５上に設けられて、電界方向（Ｙ方向）に沿って直線状に配列された「素子アンテナ列」を構成する。金属板２６は、図１２に示すように、地板２５からの高さＨが、誘電体基板２４におけるパッチアンテナ２１を設けた位置よりも高い平板状の導体部材であり、素子アンテナ列におけるパッチアンテナ２１の配列方向に沿った両方の端部に設けられる。すなわち、金属板２６は、図１２に示すように、素子アンテナ列に形成されるアンテナ開口の電界方向（Ｙ方向）に直交し、地板２５に直交している。
　高さがパッチアンテナ２１よりも高い金属板２６によって、素子アンテナ列の鏡像が実像の両側に形成される。アレーアンテナ装置１Ｂは、実像のアンテナ開口長よりも鏡像のアンテナ開口長の分だけ大きいアンテナ開口長を有したアレーアンテナとなるので、動作周波数帯域の低域側（長波長側）でインピーダンス整合をとることができる。
　また、金属板２６は、Ｘ方向に長い平板形状を有しており、複数の素子アンテナ列（図１２においては４個の素子アンテナ列）におけるパッチアンテナ２１の配列方向に沿った両方の端部に一枚ずつ設けられる。すなわち、複数の素子アンテナ列にそれぞれ形成されるアンテナ開口の両方の端部には、共通の金属板２６が設けられる。共通の金属板２６によって複数の素子アンテナ列のそれぞれの実像の隣に鏡像が形成される。実際のアンテナ開口よりも大きな開口が仮想的に形成されるので、動作周波数帯域の低域側においてインピーダンス整合を図ることが可能となる。これにより、アレーアンテナ装置１Ｂは、アンテナ開口が小さくても、動作周波数帯域の低域側の反射特性を改善することができる。
　図１３は、素子アンテナがスロットアンテナ２７であるアレーアンテナ装置１Ｃを示す斜視図である。図１３に示すように、アレーアンテナ装置１Ｃは、複数のスロットアンテナ２７を備える。スロットアンテナ２７は、アレーアンテナ装置１Ｃを構成する素子アンテナであり、スロット２８および給電部２９を備える。スロット２８は、図１３に示すように、地板３０に設けられたスリットである。給電部２９は、スロット２８に給電する。
　複数のスロットアンテナ２７は、ＸＹＺ座標のＸ－Ｙ面に平行な面に設けられる。Ｘ－Ｙ面に平行な一方の面に設けられた地板３０は、複数のスロットアンテナ２７で共通の反射板として機能する導体板であり、アレーアンテナ装置１Ｃのグラウンド電位を形成する。金属板３１は、地板３０のＺ－Ｘ面に平行な面に設けられる。アレーアンテナ装置１Ｃにおける主放射方向は、＋Ｚ方向である。給電部２９によってスロット２８に給電された電波は、スロット２８、地板３０および金属板３１を介して自由空間に放射される。
　複数のスロットアンテナ２７は、地板３０に設けられ、電界方向（Ｙ方向）に沿って直線状に配列された「素子アンテナ列」を構成する。金属板３１は、図１３に示すように、地板３０からの高さＨが、スロットアンテナ２７を設けた位置よりも高い平板状の導体部材であり、素子アンテナ列におけるスロットアンテナ２７の配列方向に沿った両方の端部に設けられる。すなわち、金属板３１は、図１３に示すように、素子アンテナ列に形成されるアンテナ開口の電界方向（Ｙ方向）に直交し、地板３０に直交している。
　高さがスロットアンテナ２７よりも高い金属板３１によって、素子アンテナ列の鏡像が実像の両側に形成される。アレーアンテナ装置１Ｃは、実像のアンテナ開口長よりも鏡像のアンテナ開口長の分だけ大きいアンテナ開口長を有したアレーアンテナとなるので、動作周波数帯域の低域側（長波長側）でインピーダンス整合をとることができる。
　また、金属板３１は、Ｘ方向に長い平板形状を有しており、複数の素子アンテナ列（図１３においては４個の素子アンテナ列）におけるスロットアンテナ２７の配列方向に沿った両方の端部に一枚ずつ設けられる。すなわち、複数の素子アンテナ列にそれぞれ形成されるアンテナ開口の両方の端部には、共通の金属板３１が設けられる。共通の金属板３１によって複数の素子アンテナ列のそれぞれの実像の隣に鏡像が形成される。実際のアンテナ開口よりも大きな開口が仮想的に形成されるので、動作周波数帯域の低域側においてインピーダンス整合を図ることが可能となる。これにより、アレーアンテナ装置１Ｃは、アンテナ開口が小さくても、動作周波数帯域の低域側の反射特性を改善することができる。
　図１４は、素子アンテナが八木宇田アンテナ３２であるアレーアンテナ装置１Ｄを示す斜視図である。図１４に示すように、アレーアンテナ装置１Ｄは、複数の八木宇田アンテナ３２を備える。八木宇田アンテナ３２は、アレーアンテナ装置１Ｄを構成する素子アンテナであり、放射素子３３および給電部３４を備える。放射素子３３は、図１４に示すように、地板３５に設けられている。給電部３４は、放射素子３３に給電する。
　複数の八木宇田アンテナ３２は、図１４に示すＸＹＺ座標のＸ－Ｙ面に平行な面に設けられる。Ｘ－Ｙ面に平行な一方の面に設けられた地板３５は、複数の八木宇田アンテナ３２で共通の反射板として機能する導体板であり、アレーアンテナ装置１Ｄのグラウンド電位を形成する。金属板３６は、地板３５のＺ－Ｘ面に平行な面に設けられる。アレーアンテナ装置１Ｄにおける主放射方向は、＋Ｚ方向である。給電部３４によって放射素子３３に給電された電波は、放射素子３３、地板３５および金属板３６を介して自由空間に放射される。
　複数の八木宇田アンテナ３２は、地板３５に設けられ、電界方向（Ｙ方向）に沿って直線状に配列された「素子アンテナ列」を構成する。金属板３６は、図１４に示すように、地板３５からの高さＨが八木宇田アンテナ３２よりも高い平板状の導体部材であり、素子アンテナ列における八木宇田アンテナ３２の配列方向に沿った両方の端部に設けられる。すなわち、金属板３６は、図１４に示すように、素子アンテナ列に形成されるアンテナ開口の電界方向（Ｙ方向）に直交し、地板３５に直交している。
　高さが八木宇田アンテナ３２よりも高い金属板３６によって、素子アンテナ列の鏡像が実像の両側に形成される。アレーアンテナ装置１Ｄは、実像のアンテナ開口長よりも鏡像のアンテナ開口長の分だけ大きいアンテナ開口長を有したアレーアンテナとなるので、動作周波数帯域の低域側（長波長側）でインピーダンス整合をとることができる。
　また、金属板３６は、Ｘ方向に長い平板形状を有しており、複数の素子アンテナ列（図１４においては４個の素子アンテナ列）における八木宇田アンテナ３２の配列方向に沿った両方の端部に一枚ずつ設けられる。すなわち、複数の素子アンテナ列にそれぞれ形成されるアンテナ開口の両方の端部には、共通の金属板３６が設けられる。共通の金属板３６によって複数の素子アンテナ列のそれぞれの実像の隣に鏡像が形成される。実際のアンテナ開口よりも大きな開口が仮想的に形成されるので、動作周波数帯域の低域側においてインピーダンス整合を図ることが可能となる。これにより、アレーアンテナ装置１Ｄは、アンテナ開口が小さくても、動作周波数帯域の低域側の反射特性を改善することができる。
　図１５は、素子アンテナがホーンアンテナ３７であるアレーアンテナ装置１Ｅを示す斜視図である。図１５に示すように、アレーアンテナ装置１Ｅは、複数のホーンアンテナ３７を備える。ホーンアンテナ３７は、アレーアンテナ装置１Ｅを構成する素子アンテナであり、ホーン素子３８および給電部３９を備える。ホーン素子３８は、図１５に示すように、地板４０に設けられている。給電部３９は、ホーン素子３８に給電する。
　複数のホーンアンテナ３７は、図１５に示すＸＹＺ座標のＸ－Ｙ面に平行な面に設けられる。Ｘ－Ｙ面に平行な一方の面に設けられた地板４０は、複数のホーンアンテナ３７で共通の反射板として機能する導体板であり、アレーアンテナ装置１Ｅのグラウンド電位を形成する。金属板４１は、地板４０のＺ－Ｘ面に平行な面に設けられる。アレーアンテナ装置１Ｅにおける主放射方向は、＋Ｚ方向である。給電部３９によってホーン素子３８に給電された電波は、ホーン素子３８、地板４０および金属板４１を介して自由空間に放射される。
　複数のホーンアンテナ３７は、地板４０に設けられ、電界方向（Ｙ方向）に沿って直線状に配列された「素子アンテナ列」を構成する。金属板４１は、図１５に示すように、地板４０からの高さＨがホーンアンテナ３７よりも高い平板状の導体部材であり、素子アンテナ列におけるホーンアンテナ３７の配列方向に沿った両方の端部に設けられる。すなわち、金属板４１は、図１５に示すように、素子アンテナ列に形成されるアンテナ開口の電界方向（Ｙ方向）に直交し、地板４０に直交している。
　高さがホーンアンテナ３７よりも高い金属板４１によって、素子アンテナ列の鏡像が実像の両側に形成される。アレーアンテナ装置１Ｅは、実像のアンテナ開口長よりも鏡像のアンテナ開口長の分だけ大きいアンテナ開口長を有したアレーアンテナとなるので、動作周波数帯域の低域側（長波長側）でインピーダンス整合をとることができる。
　また、金属板４１は、Ｘ方向に長い平板形状を有しており、複数の素子アンテナ列（図１５においては４個の素子アンテナ列）におけるホーンアンテナ３７の配列方向に沿った両方の端部に一枚ずつ設けられる。すなわち、複数の素子アンテナ列にそれぞれ形成されるアンテナ開口の両方の端部には、共通の金属板４１が設けられる。共通の金属板４１によって複数の素子アンテナ列のそれぞれの実像の隣に鏡像が形成される。実際のアンテナ開口よりも大きな開口が仮想的に形成されるので、動作周波数帯域の低域側においてインピーダンス整合を図ることが可能となる。これにより、アレーアンテナ装置１Ｅは、アンテナ開口が小さくても、動作周波数帯域の低域側の反射特性を改善することができる。
　図１６は、素子アンテナがボウタイアンテナ４２であるアレーアンテナ装置１Ｆを示す斜視図である。図１６に示すように、アレーアンテナ装置１Ｆは、複数のボウタイアンテナ４２を備える。ボウタイアンテナ４２は、アレーアンテナ装置１Ｆを構成する素子アンテナであり、導体素子４３および給電部４４を備える。さらに、アレーアンテナ装置１Ｆは、誘電体基板４５を備える。導体素子４３は、図１６に示すように、誘電体基板４５上に設けられた金属薄膜である。給電部４４は、導体素子４３に給電する。誘電体基板４５は、一方の面に地板４６が設けられ、地板４６が設けられた面とは反対側の面上に導体素子４３が設けられる。
　複数のボウタイアンテナ４２は、図１６に示すＸＹＺ座標のＸ－Ｙ面に平行な面に設けられる。誘電体基板４５におけるＸ－Ｙ面に平行な一方の面に設けられた地板４６は、複数のボウタイアンテナ４２で共通の反射板として機能する導体板であり、アレーアンテナ装置１Ｆのグラウンド電位を形成する。金属板４７は、地板４６のＺ－Ｘ面に平行な面に設けられる。アレーアンテナ装置１Ｆにおける主放射方向は＋Ｚ方向である。給電部４４によって導体素子４３に給電された電波は、導体素子４３、地板４６および金属板４７を介して自由空間に放射される。
　複数のボウタイアンテナ４２は、誘電体基板４５を介した地板４６上に設けられ、電界方向（Ｙ方向）に沿って直線状に配列された「素子アンテナ列」を構成する。金属板４７は、図１６に示すように、地板４６からの高さＨが、誘電体基板４５におけるボウタイアンテナ４２を設けた位置よりも高い平板状の導体部材であり、素子アンテナ列におけるボウタイアンテナ４２の配列方向に沿った両方の端部に設けられる。すなわち、金属板４７は、図１６に示すように、素子アンテナ列に形成されるアンテナ開口の電界方向（Ｙ方向）に直交し、地板４６に直交している。
　高さがボウタイアンテナ４２よりも高い金属板４７によって、素子アンテナ列の鏡像が実像の両側に形成される。アレーアンテナ装置１Ｆは、実像のアンテナ開口長よりも鏡像のアンテナ開口長の分だけ大きいアンテナ開口長を有したアレーアンテナとなるので、動作周波数帯域の低域側（長波長側）でインピーダンス整合をとることができる。
　また、金属板４７は、Ｘ方向に長い平板形状を有しており、複数の素子アンテナ列（図１６においては４個の素子アンテナ列）におけるボウタイアンテナ４２の配列方向に沿った両方の端部に一枚ずつ設けられる。すなわち、複数の素子アンテナ列にそれぞれ形成されるアンテナ開口の両方の端部には、共通の金属板４７が設けられる。共通の金属板４７によって複数の素子アンテナ列のそれぞれの実像の隣に鏡像が形成される。実際のアンテナ開口よりも大きな開口が仮想的に形成されるので、動作周波数帯域の低域側においてインピーダンス整合を図ることが可能となる。これにより、アレーアンテナ装置１Ｆは、アンテナ開口が小さくても、動作周波数帯域の低域側の反射特性を改善することができる。
　図１７は、素子アンテナが直交二偏波アンテナ４８であるアレーアンテナ装置１Ｇを示す斜視図である。図１７において、アレーアンテナ装置１Ｇは、複数の直交二偏波アンテナ４８を備える。また、直交二偏波アンテナ４８は、アレーアンテナ装置１Ｇを構成する素子アンテナであり、一対の第１の偏波素子４９、一対の第２の偏波素子５０、第１の給電部５１および第２の給電部５２を備える。
　アレーアンテナ装置１Ｇは、誘電体基板５６、誘電体基板５７および誘電体基板５８を備える。図１７において、直交二偏波アンテナ４８の構成要素を視認可能とするために、誘電体基板５６、誘電体基板５７および誘電体基板５８が透明に記載されている。誘電体基板５６は、一方の面に地板５３が設けられ、地板５３が設けられた面とは反対側の面上に誘電体基板５７が積層される。誘電体基板５７には、さらに誘電体基板５８がＺ方向に積層される。
　一対の第１の偏波素子４９は、誘電体基板５６上に設けられた直線状の金属薄膜である。第１の給電部５１は、第１の偏波素子４９に給電する。一対の第２の偏波素子５０は、誘電体基板５６の第１の偏波素子４９が設けられた面とは反対側の面に設けられた直線状の金属薄膜である。第２の給電部５２は、第２の偏波素子５０に給電する。第１の偏波素子４９と第２の偏波素子５０を同一面に投影した場合、両者は互いに直交する。
　複数の直交二偏波アンテナ４８は、図１７に示すＸＹＺ座標のＸ－Ｙ面に平行な面に設けられる。誘電体基板５６におけるＸ－Ｙ面に平行な一方の面に設けられる地板５３は、複数の直交二偏波アンテナ４８で共通の反射板として機能する導体板であり、アレーアンテナ装置１Ｇのグラウンド電位を形成する。第１の金属板５４は、Ｚ－Ｙ面に平行な面に設けられ、第２の金属板５５は、Ｚ－Ｘ面に平行な面に設けられる。アレーアンテナ装置１Ｇにおける主放射方向は、＋Ｚ方向である。第１の給電部５１によって第１の偏波素子４９に給電された電波は、第１の偏波素子４９、地板５３および第１の金属板５４を介して自由空間に放射される。さらに、第２の給電部５２によって第２の偏波素子５０に給電された電波は、第２の偏波素子５０、地板５３および第２の金属板５５を介して自由空間に放射される。
　第１の金属板５４は、図１７に示すように、地板５３からの高さＨが、誘電体基板５６における第１の偏波素子４９を設けた位置よりも高い平板状の導体部材であり、素子アンテナ列における第１の偏波素子４９の配列方向に沿った両方の端部に設けられる。第１の偏波素子４９の配列方向は、複数の第１の偏波素子４９からなる素子アンテナ列に形成されるアンテナ開口の電界方向（Ｘ方向）である。すなわち、第１の金属板５４は、素子アンテナ列に形成されるアンテナ開口の電界方向（Ｘ方向）に直交し、地板５３に直交している。
　第２の金属板５５は、図１７に示すように、地板５３からの高さＨが、誘電体基板５６における第２の偏波素子５０を設けた位置よりも高い平板状の導体部材であり、素子アンテナ列における第２の偏波素子５０の配列方向に沿った両方の端部に設けられる。第２の偏波素子５０の配列方向は、複数の第２の偏波素子５０からなる素子アンテナ列に形成されるアンテナ開口の電界方向（Ｙ方向）である。すなわち、第２の金属板５５は、素子アンテナ列に形成されるアンテナ開口の電界方向（Ｙ方向）に直交し、地板５３に直交している。
　高さが直交二偏波アンテナ４８よりも高い金属板５４および金属板５５によって、素子アンテナ列の鏡像が実像の両側に形成される。アレーアンテナ装置１Ｇは、実像のアンテナ開口長よりも鏡像のアンテナ開口長の分だけ大きいアンテナ開口長を有したアレーアンテナとなるので、第１の偏波素子４９または第２の偏波素子５０のいずれの偏波においても動作周波数帯域の低域側（長波長側）でインピーダンス整合をとることが可能である。
　また、金属板５４は、Ｙ方向に長い平板形状を有しており、複数の素子アンテナ列（図１７においては、第１の偏波素子４９によって構成される４個の素子アンテナ列）における第１の偏波素子４９の配列方向に沿った両方の端部に一枚ずつ設けられる。すなわち、複数の素子アンテナ列にそれぞれ形成されるアンテナ開口の両方の端部には、共通の金属板５４が設けられる。共通の金属板５４によって複数の素子アンテナ列のそれぞれの実像の隣に鏡像が形成される。第２の偏波素子５０によって構成される４個の素子アンテナ列においても同様に、共通の金属板５５によって複数の素子アンテナ列のそれぞれの実像の隣に鏡像が形成される。実際のアンテナ開口よりも大きな開口が仮想的に形成されるので、動作周波数帯域の低域側においてインピーダンス整合を図ることが可能となる。これにより、アレーアンテナ装置１Ｇは、アンテナ開口が小さくても動作周波数帯域の低域側の反射特性を改善することができる。
　実施の形態１または実施の形態２において、アレーアンテナ装置が備える導体部材は、以下に示すものであってもよい。
　図１８は、四角柱状の導体部材７Ａ（以下、四角柱導体部材７Ａと記載する。）を備えたアレーアンテナ装置１Ｈを示す斜視図である。図１８において、図１と同一の構成要素には同一の符号を付して重複した説明を省略する。アレーアンテナ装置１Ｈは、複数のテーパスロットアンテナ２を備える。テーパスロットアンテナ２は、アレーアンテナ装置１Ｈを構成する素子アンテナであり、一対のテーパ状導体板３、給電部４および整合スタブ５を備える。
　四角柱導体部材７Ａは、図１８に示すように、地板６からの高さＨがテーパスロットアンテナ２よりも高い四角柱状の導体部材であり、素子アンテナ列におけるテーパスロットアンテナ２の配列方向に沿った両方の端部に設けられる。すなわち、四角柱導体部材７Ａは、素子アンテナ列に形成されるアンテナ開口の電界方向に直交し、地板６に直交する。給電部４によりテーパ状導体板３に給電された電波は、テーパ状導体板３、地板６および四角柱導体部材７Ａを介して、自由空間に放射される。
　四角柱導体部材７Ａの高さＨ（Ｚ方向の高さ）は、アレーアンテナ装置１Ｈ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１の奇数倍となる高さである。
　アレーアンテナ装置１Ｈにおいては、高さＨがテーパスロットアンテナ２よりも高い四角柱導体部材７Ａによって、素子アンテナ列の実像の両側に鏡像が電気的に形成される。
　実際のアンテナ開口よりも大きな開口が仮想的に形成されるので、動作周波数帯域の低域側においてインピーダンス整合を図ることが可能となる。これにより、アレーアンテナ装置１Ｈは、アンテナ開口が小さくても、動作周波数帯域の低域側の反射特性を改善することができる。なお、四角柱導体部材７Ａの代わりに、三角柱を含む多角柱状の導体部材を使用してもよい。
　図１９は、円柱状の導体部材７Ｂ（以下、円柱導体部材７Ｂと記載する。）を備えたアレーアンテナ装置１Ｉを示す斜視図である。図１９において、図１と同一の構成要素には同一の符号を付して重複した説明を省略する。アレーアンテナ装置１Ｉは、複数のテーパスロットアンテナ２を備える。テーパスロットアンテナ２は、アレーアンテナ装置１Ｉを構成する素子アンテナであり、一対のテーパ状導体板３、給電部４および整合スタブ５を備える。
　円柱導体部材７Ｂは、図１９に示すように、地板６からの高さＨがテーパスロットアンテナ２よりも高い円柱状の導体部材であり、素子アンテナ列におけるテーパスロットアンテナ２の配列方向に沿った両方の端部に設けられる。すなわち、円柱導体部材７Ｂは、素子アンテナ列に形成されるアンテナ開口の電界方向に直交し、地板６に直交する。給電部４によりテーパ状導体板３に給電された電波は、テーパ状導体板３、地板６および円柱導体部材７Ｂを介して、自由空間に放射される。
　円柱導体部材７Ｂの高さＨ（Ｚ方向の高さ）は、例えば、テーパスロットアンテナ２よりも高く、かつ、アレーアンテナ装置１Ｉ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１の奇数倍となる高さである。アレーアンテナ装置１Ｉにおいては、円柱導体部材７Ｂによって、素子アンテナ列の実像の両側に鏡像が電気的に形成される。実際のアンテナ開口よりも大きな開口が仮想的に形成されるので、動作周波数帯域の低域側においてインピーダンス整合を図ることが可能となる。これにより、アレーアンテナ装置１Ｉは、アンテナ開口が小さくても、動作周波数帯域の低域側の反射特性を改善することができる。
　図２０は、金属メッキが施された樹脂部材からなる導体部材７Ｃ（以下、メッキ導体部材７Ｃと記載する。）を備えたアレーアンテナ装置１Ｊを示す斜視図である。図２０において、図１と同一の構成要素には同一の符号を付して重複した説明を省略する。アレーアンテナ装置１Ｊは、複数のテーパスロットアンテナ２を備える。テーパスロットアンテナ２は、アレーアンテナ装置１Ｊを構成する素子アンテナであり、一対のテーパ状導体板３、給電部４および整合スタブ５を備える。
　メッキ導体部材７Ｃは、金属メッキなどによって、平板状の樹脂部材の表面に金属箔が設けられた導体部材であり、図２０に示すように、地板６からの高さがテーパスロットアンテナ２よりも高い部材である。なお、メッキ導体部材７Ｃは、平板状の樹脂部材の代わりに三角柱を含む多角柱状の樹脂部材または円柱状の樹脂部材の表面に金属メッキを施したものであってもよい。
　メッキ導体部材７Ｃは、素子アンテナ列におけるテーパスロットアンテナ２の配列方向に沿った両方の端部に設けられ、素子アンテナ列に形成されるアンテナ開口の電界方向に直交し、地板６に直交する。給電部４によりテーパ状導体板３に給電された電波は、テーパ状導体板３、地板６およびメッキ導体部材７Ｃを介して、自由空間に放射される。
　メッキ導体部材７Ｃの高さＨ（Ｚ方向の高さ）は、アレーアンテナ装置１Ｊ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１の奇数倍となる高さである。アレーアンテナ装置１Ｊにおいては、高さＨがテーパスロットアンテナ２よりも高いメッキ導体部材７Ｃによって、素子アンテナ列の実像の両側に鏡像が電気的に形成される。
　実際のアンテナ開口よりも大きな開口が仮想的に形成されるので、動作周波数帯域の低域側においてインピーダンス整合を図ることが可能となる。これにより、アレーアンテナ装置１Ｊは、アンテナ開口が小さくても、動作周波数帯域の低域側の反射特性を改善することができる。
　これまでの説明では、図１に示したアレーアンテナ装置が備える金属板７の代わりに、四角柱導体部材７Ａ、円柱導体部材７Ｂおよびメッキ導体部材７Ｃを設けた構成を示したが、素子アンテナは、テーパスロットアンテナ２に限定されるものではない。例えば、図７および図１２から図１７に示した素子アンテナを有するアレーアンテナ装置に対して、四角柱導体部材７Ａ、円柱導体部材７Ｂおよびメッキ導体部材７Ｃを設けてもよい。
　実施の形態１または実施の形態２において、アレーアンテナ装置が備える素子アンテナの配列は、以下に示すものであってもよい。
　図２１は、素子アンテナであるダイポールアンテナ１０が直線状に配列されたアレーアンテナ装置１Ｋを示す上面図である。図２１において、ダイポールアンテナ１０は、一対のダイポール素子１１および給電部１２を有する。アレーアンテナ装置１Ｋにおいて、複数のダイポールアンテナ１０は、地板１４上で、ダイポールアンテナ１０の電界方向（Ｙ方向）に沿って直線状に配置された素子アンテナ列を構成する。
　また、素子アンテナ列に形成されたアンテナ開口の電界方向に沿った両方の端部には、金属板１５が設けられる。金属板１５によって素子アンテナ列の実像の両側に鏡像が電気的に形成される。実際のアンテナ開口よりも大きな開口が仮想的に形成されるので、動作周波数帯域の低域側においてインピーダンス整合を図ることが可能となる。これにより、アレーアンテナ装置１Ｋは、アンテナ開口が小さくても、動作周波数帯域の低域側の反射特性を改善することができる。
　図２２は、素子アンテナであるダイポールアンテナ１０が四角配列されたアレーアンテナ装置１Ｌを示す上面図である。図２２において、ダイポールアンテナ１０は、一対のダイポール素子１１および給電部１２を有する。アレーアンテナ装置１Ｌは、４個のダイポールアンテナ１０が電界方向（Ｙ方向）に沿って直線状に配置された４個の素子アンテナ列（１）～（４）を有する。
　４個の素子アンテナ列（１）～（４）に形成されたアンテナ開口の電界方向に沿った両方の端部には、金属板１５が設けられる。４個の素子アンテナ列（１）～（４）は、地板１４上で四角形の頂点にダイポールアンテナ１０が位置する四角配列になっている。
　金属板１５によって素子アンテナ列の実像の両側に鏡像が電気的に形成される。実際のアンテナ開口よりも大きな開口が仮想的に形成されるので、動作周波数帯域の低域側においてインピーダンス整合を図ることが可能となる。これにより、アレーアンテナ装置１Ｌは、アンテナ開口が小さくても、動作周波数帯域の低域側の反射特性を改善することができる。
　図２３は、素子アンテナであるダイポールアンテナ１０が三角配列されたアレーアンテナ装置１Ｍを示す上面図である。図２３において、ダイポールアンテナ１０は、一対のダイポール素子１１および給電部１２を有する。アレーアンテナ装置１Ｍは、４個のダイポールアンテナ１０が電界方向（Ｙ方向）に沿って直線状に配置された４個の素子アンテナ列（１）～（４）を有する。
　４個の素子アンテナ列（１）～（４）に形成されたアンテナ開口の電界方向に沿った両方の端部には、金属板１５が設けられる。４個の素子アンテナ列（１）～（４）は、地板１４上で三角形の頂点にダイポールアンテナ１０が位置する三角配列になっている。
　金属板１５によって素子アンテナ列の実像の両側に鏡像が電気的に形成される。実際のアンテナ開口よりも大きな開口が仮想的に形成されるので、動作周波数帯域の低域側においてインピーダンス整合を図ることが可能となる。これにより、アレーアンテナ装置１Ｍは、アンテナ開口が小さくても、動作周波数帯域の低域側の反射特性を改善することができる。
　図２４は、素子アンテナであるダイポールアンテナ１０が非周期配列されたアレーアンテナ装置１Ｎを示す上面図である。図２４において、ダイポールアンテナ１０は、一対のダイポール素子１１および給電部１２を有する。アレーアンテナ装置１Ｎは、２個のダイポールアンテナ１０が電界方向に沿って直線状に配置された２個の素子アンテナ列、３個のダイポールアンテナ１０が電界方向に沿って直線状に配置された２個の素子アンテナ列、および、４個のダイポールアンテナ１０が電界方向に沿って直線状に配置された１個の素子アンテナ列を有する。これらの素子アンテナ列に形成されたアンテナ開口の電界方向に沿った両方の端部には、金属板１５が設けられる。
　アレーアンテナ装置１Ｎにおいて、前述した５個の素子アンテナ列は、図２４に示すように、地板１４上で非周期に配列されている。アレーアンテナ装置１Ｎにおいても、金属板１５によって素子アンテナ列の実像の両側に鏡像が電気的に形成される。実際のアンテナ開口よりも大きな開口が仮想的に形成されるので、動作周波数帯域の低域側においてインピーダンス整合を図ることが可能となる。これにより、アレーアンテナ装置１Ｎは、アンテナ開口が小さくても、動作周波数帯域の低域側の反射特性を改善することができる。
　図２５は、素子アンテナであるダイポールアンテナ１０の数が異なる複数の素子アンテナ配列を有したアレーアンテナ装置１Ｏを示す上面図である。図２５において、ダイポールアンテナ１０は、一対のダイポール素子１１および給電部１２を有する。アレーアンテナ装置１Ｏは、ダイポールアンテナ１０と金属板１５とからなるユニット（１ａ）から（７ａ）を有する。
　ユニット（１ａ）および（７ａ）は、１個のダイポールアンテナ１０と当該ダイポールアンテナ１０の電界方向に沿った両方の端部に設けられた金属板１５とからなるユニット（１ａ）である。ユニット（２ａ）および（６ａ）は、２個のダイポールアンテナ１０が電界方向に沿って直線状に配置された素子アンテナ列と当該素子アンテナ列の電界方向に沿った両方の端部に設けられた金属板１５とからなるユニットである。ユニット（３ａ）および（５ａ）は、３個のダイポールアンテナ１０が電界方向に沿って直線状に配置された素子アンテナ列と当該素子アンテナ列の電界方向に沿った両方の端部に設けられた金属板１５とからなるユニットである。ユニット（４ａ）は、４個のダイポールアンテナ１０が電界方向に沿って直線状に配置された素子アンテナ列と当該素子アンテナ列の電界方向に沿った両方の端部に設けられた金属板１５とからなるユニット（４ａ）である。
　アレーアンテナ装置１Ｏにおいて、前述した７個のユニットは、図２５に示すように、地板１４上で、ダイポールアンテナ１０の数がＸ方向に沿って順に増えていき、ユニット（４ａ）を境としてダイポールアンテナ１０の数がＸ方向に沿って減っていく周期で配列されている。アレーアンテナ装置１Ｏにおいても、金属板１５によって素子アンテナ列の実像の両側に鏡像が電気的に形成される。実際のアンテナ開口よりも大きな開口が仮想的に形成されるので、動作周波数帯域の低域側においてインピーダンス整合を図ることが可能となる。これにより、アレーアンテナ装置１Ｏは、アンテナ開口が小さくても、動作周波数帯域の低域側の反射特性を改善することができる。
　これまでの説明では、図７に示したダイポールアンテナ１０の配列について示したが、これに限定されるものではない。例えば、図７および図１２から図１７に示した素子アンテナの配列に対して、図２１から図２５に示した配列を採用してもよい。
　なお、各実施の形態の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。
　本開示に係るアレーアンテナ装置は、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～１Ｏ　アレーアンテナ装置、２　テーパスロットアンテナ、３　テーパ状導体板、４，１２，２３，２９，３４，３９，４４　給電部、５　整合スタブ、６，１４，２５，３０，３５，４０，４６，５３　地板、７，１５，２６，３１，３６，４１，４７　金属板、７Ａ　四角柱導体部材、７Ｂ　円柱導体部材、７Ｃ　メッキ導体部材、８，１９　実像、９，２０　鏡像、１０　ダイポールアンテナ、１１　ダイポール素子、１３　結合素子、１６～１８，２４，４５，５６～５８　誘電体基板、２１　パッチアンテナ、２２　パッチ素子、２７　スロットアンテナ、２８　スロット、３２　八木宇田アンテナ、３３　放射素子、３７　ホーンアンテナ、３８　ホーン素子、４２　ボウタイアンテナ、４３　導体素子、４８　直交二偏波アンテナ、４９　第１の偏波素子、５０　第２の偏波素子、５１　第１の給電部、５２　第２の給電部、５４　第１の金属板、５５　第２の金属板。

Claims (18)

  1. 　平板状の導体である地板と、
    　前記地板の上に複数の素子アンテナが電界方向に沿って直線状に配列された素子アンテナ列と、
    　前記地板の上に配列された前記素子アンテナ列に形成されるアンテナ開口の電界方向に沿った両方の端部または一方の端部に設けられ、前記地板からの高さが前記素子アンテナよりも高い導体部材と、
    　を備えたことを特徴とするアレーアンテナ装置。
  2. 　複数の前記素子アンテナ列が四角配列されていること
    　を特徴とする請求項１に記載のアレーアンテナ装置。
  3. 　複数の前記素子アンテナ列が三角配列されていること
    　を特徴とする請求項１に記載のアレーアンテナ装置。
  4. 　複数の前記素子アンテナ列が非周期配列されていること
    　を特徴とする請求項１に記載のアレーアンテナ装置。
  5. 　前記導体部材は、前記地板の上に前記素子アンテナ列の電界方向に直交して設けられた平板状の導体であること
    　を特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のアレーアンテナ装置。
  6. 　前記導体部材は、前記地板の上で前記素子アンテナ列の電界方向に直交して設けられた多角柱状の導体であること
    　を特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のアレーアンテナ装置。
  7. 　前記導体部材は、前記地板の上で前記素子アンテナ列の電界方向に直交して設けられた円柱状の導体であること
    　を特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のアレーアンテナ装置。
  8. 　前記導体部材は、前記素子アンテナ列の電界方向に沿った端部にある前記素子アンテナの中心位置から当該素子アンテナの幅の半分の距離だけ離れた位置に設けられていること
    　を特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のアレーアンテナ装置。
  9. 　前記導体部材は、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の奇数倍となる高さを有すること
    　を特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のアレーアンテナ装置。
  10. 　前記素子アンテナは、テーパスロットアンテナであること
    　を特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のアレーアンテナ装置。
  11. 　前記素子アンテナは、パッチアンテナであること
    　を特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のアレーアンテナ装置。
  12. 　前記素子アンテナは、ダイポールアンテナであること
    　を特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のアレーアンテナ装置。
  13. 　前記素子アンテナは、スロットアンテナであること
    　を特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のアレーアンテナ装置。
  14. 　前記素子アンテナは、八木宇田アンテナであること
    　を特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のアレーアンテナ装置。
  15. 　前記素子アンテナは、ホーンアンテナであること
    　を特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のアレーアンテナ装置。
  16. 　前記素子アンテナは、複数の偏波を放射するアンテナであり、
    　前記導体部材は、前記素子アンテナ列に形成されるアンテナ開口の各偏波の電界方向に沿った両方の端部または一方の端部に設けられていること
    　を特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のアレーアンテナ装置。
  17. 　前記導体部材は、誘電体基板の表面に金属箔を設けた部材であること
    　を特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のアレーアンテナ装置。
  18. 　前記素子アンテナは、導体によって構成されたアンテナまたは誘電体基板に設けられた金属薄膜によって構成されたアンテナであること
    　を特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のアレーアンテナ装置。
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