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WO2019064430A1 - アレーアンテナ装置 - Google Patents

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WO2019064430A1
WO2019064430A1 PCT/JP2017/035232 JP2017035232W WO2019064430A1 WO 2019064430 A1 WO2019064430 A1 WO 2019064430A1 JP 2017035232 W JP2017035232 W JP 2017035232W WO 2019064430 A1 WO2019064430 A1 WO 2019064430A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
dielectric substrate
conductor
ground plane
conductor ground
patch antennas
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/JP2017/035232
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
佳 横川
成洋 中本
深沢　徹
智宏 高橋
大塚　昌孝
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Priority to PCT/JP2017/035232 priority Critical patent/WO2019064430A1/ja
Priority to PCT/JP2018/019225 priority patent/WO2019064683A1/ja
Priority to KR1020207007963A priority patent/KR102218801B1/ko
Priority to JP2018557058A priority patent/JP6516939B1/ja
Priority to US16/638,715 priority patent/US11183771B2/en
Priority to EP18863538.7A priority patent/EP3667821B1/en
Publication of WO2019064430A1 publication Critical patent/WO2019064430A1/ja
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Ceased legal-status Critical Current

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    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q3/00—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
    • H01Q3/26—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
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    • H01Q21/0006—Particular feeding systems
    • H01Q21/0075—Stripline fed arrays
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    • H01Q9/00—Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
    • H01Q9/04—Resonant antennas
    • H01Q9/0407—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna
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    • H01Q9/04—Resonant antennas
    • H01Q9/0407—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna
    • H01Q9/0464—Annular ring patch

Definitions

  • the present invention relates to an array antenna apparatus provided with a plurality of patch antennas.
  • an array antenna apparatus used for wireless communication has a high gain when scanning a beam in the wide angle direction and a high axial ratio in order to enable wireless communication over wide angles even with weak radio waves.
  • the wide angle direction is the transmission / reception direction of radio waves at the end of the beam width.
  • the decrease in gain and the decrease in axial ratio when scanning the beam in the wide angle direction are caused by surface waves generated in the dielectric substrate on which the patch antenna is formed, and vertical polarization and horizontal polarization in the wide angle direction The difference in amplitude between them is a factor.
  • the array antenna device disclosed in Patent Document 1 below has a low dielectric constant characteristic such as foam as a dielectric substrate in order to suppress a decrease in gain and a decrease in axial ratio when scanning a beam in a wide angle direction.
  • the substrate is used.
  • the difference in amplitude between vertical polarization and horizontal polarization in the wide-angle direction can be changed by adjusting the thickness of a substrate with low dielectric constant characteristics such as foam.
  • a screw is used. To adjust the thickness of the substrate.
  • the thickness of the substrate can be adjusted by the screws.
  • the amount of adjustment of the thickness of the substrate is in proportion to the amount of rotation of the screw, and the amount of rotation of the screw depends on the pitch of the thread or the like.
  • substrate can be raised, so that the pitch of a screw thread is narrow and uses a screw.
  • the frequency band of the beam is a high frequency band such as Ka (Kurz Above) band or millimeter wave band, it is necessary to use a screw with a thread pitch on the order of micrometers in order to achieve the desired adjustment accuracy. There is.
  • the thickness of the substrate can not be adjusted with high accuracy, and the thickness of the substrate can not be adjusted to a desired thickness. There is. As a result, there has been a problem that the decrease in gain and the decrease in axial ratio when scanning the beam in the wide angle direction can not be suppressed.
  • the present invention has been made to solve the above problems, and it is an object of the present invention to obtain an array antenna device capable of suppressing a decrease in gain and a decrease in axial ratio when scanning a beam in the wide angle direction. .
  • a first dielectric substrate having a first conductor ground plate on the front or back surface, a plurality of patch antennas provided on the first conductor ground plate, and a plurality of patches A plurality of conducting members connected at one end to the first conductor base plate and a second conducting base plate connected at each other end of the plurality of conducting members so as to surround each of the antennas; If the first conductor ground plane is applied to the surface of the first dielectric substrate, a part of the plurality of conducting members penetrates the first dielectric substrate, and the remaining parts of the plurality of conducting members are: If the first conductor base plate is applied to the back surface of the first dielectric substrate, it functions as a spacer providing an air layer between the first dielectric substrate and the second conductor base plate, a plurality of conductions A member for providing an air layer between the first conductor ground plane and the second conductor ground plane In which it was to function as a support.
  • the first conductor ground plate is applied to the surface of the first dielectric substrate, a part of the plurality of conductive members penetrate the first dielectric substrate, and the plurality of conductive members are conducted.
  • the remaining portion of the member functions as a spacer for providing an air layer between the first dielectric substrate and the second conductor base plate, and the first conductor base plate is applied to the back surface of the first dielectric substrate Therefore, since the plurality of conductive members function as a spacer for providing an air layer between the first conductor ground plane and the second conductor ground plane, gain of the beam scanning in the wide angle direction can be obtained. There is an effect that it is possible to suppress the drop and the drop of the axial ratio.
  • FIG. 7 is an explanatory view showing a positional relationship between the first strip line 13, the second strip line 15, and the slot 17.
  • FIG. 7 is an explanatory view showing a positional relationship between the first strip line 13, the second strip line 15, and the slot 17.
  • FIG. 1 is a plan view showing an array antenna apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing an array antenna apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
  • the first dielectric substrate 1 is a dielectric substrate on which the first conductor ground plane 2 is applied.
  • the surface of the first dielectric substrate 1 is a plane on the upper side of the drawing sheet of FIG. 2 among two planes of the first dielectric substrate 1, and the back surface of the first dielectric substrate 1 is a surface of FIG. , The lower plane of the paper.
  • the first conductor ground plane 2 is a ground plane of copper foil provided on the surface of the first dielectric substrate 1.
  • the patch antennas 3-1 to 3-9 are circular patch antennas provided on the first conductor ground plane 2.
  • patch antennas 3-1 to 3-9 are not distinguished, they may be referred to as the patch antenna 3.
  • patch antennas 3-1 to 3-9 are formed by scraping the first conductor ground plane 2 into an annular shape.
  • the conductor elimination portion 2 a indicates an annular elimination portion in the first conductor base plate 2.
  • nine patch antennas 3 are illustrated in FIG. 1 and FIG. 2, the number of patch antennas 3 may be plural, and is not limited to nine.
  • patch antennas 3-7 to 3-9 are typically illustrated to simplify the drawing.
  • each of the patch antennas 3-1 to 3-9 is a patch antenna having a circular shape, but the shape is not limited to a circular shape, and is, for example, a polygon. May be
  • the conductive member 4 includes the first connection conductor 4a and the second connection conductor 4b, and one end thereof is connected to the first conductor ground plane 2 so as to surround each of the patch antennas 3-1 to 3-9.
  • the first connection conductor 4a which is a part of the conductive member 4 is provided to penetrate the first dielectric substrate 1 and has one end at a position surrounding any of the patch antennas 3-1 to 3-9. It is a connection conductor connected to the first conductor ground plane 2.
  • the second connection conductor 4b which is the remaining part of the conduction member 4, is a copper core ball that conducts between the other end of the first connection conductor 4a and the second conductor ground plane 5.
  • the second connection conductor 4 b functions as a spacer for providing the air layer 6 between the first dielectric substrate 1 and the second conductor ground plane 5.
  • the second connection conductor 4b is a copper core ball
  • the second connection conductor 4b is not limited to a sphere, and for example, it may be a cube, a rectangular parallelepiped, etc. Good.
  • the land 4c is a portion where the first connection conductor 4a and the second connection conductor 4b are connected by solder.
  • the second conductor ground plane 5 is a ground plane of copper foil connected to each of the other ends of the second connection conductors 4 b in the plurality of conduction members 4.
  • the air layer 6 is a layer between the first dielectric substrate 1 and the second conductor ground plane 5 formed by the second connection conductor 4 b.
  • patch antennas 3-1 to 3-9 are formed by removing the first conductor ground plane 2 in an annular shape as in the conductor removal portion 2a shown in FIG. Be done. Further, the plurality of conductive members 4 are provided on the first dielectric substrate 1 such that one ends of the plurality of conductive members 4 surround each of the patch antennas 3-1 to 3-9.
  • the plurality of conductive members 4 include the first connection conductor 4 a and the second connection conductor 4 b, and the first connection conductor 4 a passes through the first dielectric substrate 1.
  • One end is connected to the first conductor ground plane 2 at a position surrounding one of the patch antennas 3-1 to 3-9.
  • One end of the second connection conductor 4 b is connected to the other end of the first connection conductor 4 a, and the other end is connected to the second conductor ground plane 5.
  • the second connection conductor 4 b functions as a spacer for providing the air layer 6 between the first dielectric substrate 1 and the second conductor ground plane 5.
  • the size of the air layer 6, which is the distance between the first dielectric substrate 1 and the second conductor base plate 5, corresponds to the diameter of the second connection conductor 4b which is a copper core sphere.
  • the air layer 6 between the first dielectric substrate 1 and the second conductor ground plane 5
  • a low dielectric constant substrate can be equivalently realized.
  • the amplitude difference between the vertical polarization and the horizontal polarization in the wide angle direction can be reduced by adjusting the size of the air layer 6.
  • the size of the air layer 6 is set so that the amplitude difference between vertical polarization and horizontal polarization in the wide-angle direction is reduced. You can adjust it.
  • the second connection conductor 4b Since the size of the air layer 6 corresponds to the diameter of the second connection conductor 4b, the second connection conductor 4b having a diameter that reduces the difference in amplitude between vertical polarization and horizontal polarization in the wide-angle direction is used. Just do it.
  • the frequency band of the beam is a high frequency band such as, for example, Ka band or millimeter wave band
  • the size of the air layer 6 needs to be adjusted in the micrometer order, so It is necessary to use the second connection conductor 4b. It is easy to produce copper nuclei with an accuracy on the order of micrometers, as it is easier to produce copper nuclei with high precision compared to producing screws with a narrow thread pitch. It is possible to use a second connection conductor 4b having a diameter of.
  • the patch antennas 3-1 to 3-9 are formed, but among the patch antennas 3-1 to 3-9, three adjacent patch antennas 3 are provided.
  • the center-to-center distance of each of the three patch antennas 3 be arranged to be approximately half the wavelength of the frequency of the beam to be transmitted and received.
  • a line connecting the centers of the respective lines is an equilateral triangle A, A patch antenna 3-2, a patch antenna 3-3 and a patch antenna 3-6 are arranged.
  • the distance between the center of patch antenna 3-2 and the center of patch antenna 3-3 is approximately half the wavelength of the beam frequency, and the center of patch antenna 3-3 and patch antenna 3-6 The distance to the center is approximately one-half wavelength of the frequency of the beam. The distance between the center of the patch antenna 3-6 and the center of the patch antenna 3-2 is approximately half the wavelength of the beam frequency.
  • the radius r of the patch antennas 3-1 to 3-9 is expressed as the following equation (1) using the equivalent dielectric constant .epsilon. R calculated from the first dielectric substrate 1 and the air layer 6. .
  • c is the speed of light and f is the frequency of the beam.
  • the equivalent dielectric constant ⁇ r is such that the thickness of the first dielectric substrate 1 is t 1 , the dielectric constant of the first dielectric substrate 1 is ⁇ r 1, the thickness of the air layer 6 is t 2 , and the dielectric constant of the air layer 6 is If it is ⁇ r 2, it is expressed as the following equation (2).
  • Conducting members 4 are disposed at positions surrounding each of the patch antennas 3-1 to 3-9. As one of the positions where the conductive member 4 is disposed, for example, the barycentric position of the equilateral triangle A, which is a position equidistant from the patch antenna 3-2, the patch antenna 3-3, and the patch antenna 3-6, can be considered.
  • the diameter of the conductor elimination portion 2a existing around the patch antennas 3-1 to 3-9 is the equivalent patch radius from the center of the patch antennas 3-1 to 3-9 (hereinafter referred to as “equivalent radius” Is determined so that the axial ratio characteristic is approximately 0 dB at approximately the target beam scanning maximum angle.
  • the equivalent radius is a radius of the electrical patch antenna 3 in consideration of the spread of the electric field B generated in the patch antenna 3 at the time of feeding as shown in FIG.
  • FIG. 3 is an explanatory view showing the equivalent radius.
  • the patch antennas 3-1 to 3-9 can be adjusted in axial ratio by the equivalent radius. Specifically, when the equivalent dielectric constant r r is about 1.3, and when the equivalent radius of the patch antennas 3-1 to 3-9 is about 0.26 ⁇ , the axial ratio becomes 0 dB in the wide angle direction, and the beam The resonance characteristic is obtained at the frequency of ⁇ is the wavelength at the frequency of the beam used. Therefore, the first conductor ground plane 2 between the position about 0.26 ⁇ away from the center of the patch antennas 3-1 to 3-9 and the position on the outer periphery of the patch antennas 3-1 to 3-9 has an annular shape. To be deleted.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing another array antenna apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
  • the same reference numerals as those in FIGS. Although the conduction member 4 shown in FIG. 2 includes the first connection conductor 4 a and the second connection conductor 4 b, the conduction member 4 shown in FIG. 4 includes only the first connection conductor 4 d.
  • the first connection conductor 4 d is connected to the first conductor ground plate 2 at a position surrounding any of the patch antennas 3-1 to 3-9 and the other end is connected to the second conductor ground plate 5. Copper nuclei.
  • the first connection conductor 4 d functions as a spacer for providing the air layer 6 between the first conductor ground plane 2 and the second conductor ground plane 5.
  • the first embodiment shows the array antenna apparatus including the first dielectric substrate 1
  • the second embodiment includes an array including the first dielectric substrate 1 and the second dielectric substrate 7. The antenna device will be described.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing an array antenna apparatus according to Embodiment 2 of the present invention.
  • a plan view of the array antenna device of the second embodiment is FIG. 1 as in the first embodiment.
  • the second dielectric substrate 7 is a dielectric substrate disposed between the first dielectric substrate 1 and the second conductor ground plane 5.
  • the conductive member 4 includes a first connection conductor 4a, a second connection conductor 4e, and a third connection conductor 4f, and one end is a first end so as to surround each of the patch antennas 3-1 to 3-9. Is a member connected to the conductor ground plane 2 of FIG.
  • the second connection conductor 4 e which is a part of the conduction member 4 is a connection conductor which is provided so as to penetrate the second dielectric substrate 7 and whose one end is connected to the second conductor ground plane 5.
  • the third connection conductor 4f which is the remaining part of the conduction member 4, is a copper nuclear sphere that conducts between the other end of the first connection conductor 4a and the other end of the second connection conductor 4e.
  • the third connection conductor 4 f functions as a spacer for providing the air layer 6 between the first dielectric substrate 1 and the second dielectric substrate 7.
  • the third connection conductor 4f is a copper nucleus sphere
  • the third connection conductor 4f is not limited to a sphere, and for example, even a cube, a rectangular parallelepiped, etc. Good.
  • the land 4g is a portion where the second connection conductor 4e and the third connection conductor 4f are connected by solder.
  • the second dielectric substrate 7 is provided in addition to the first dielectric substrate 1 in the second embodiment, since the air layer 6 is provided, the second dielectric substrate 7 is equivalent as in the first embodiment. Low dielectric constant substrate can be realized. Thus, as in the first embodiment, it is possible to suppress a decrease in gain and a decrease in axial ratio when scanning the beam in the wide-angle direction.
  • the equivalent dielectric constant ⁇ r is equal to that of the first dielectric substrate 1 or the second dielectric substrate 1.
  • the dielectric substrate 7 and the air layer 6 are calculated.
  • the equivalent dielectric constant ⁇ r is such that the thickness of the first dielectric substrate 1 is t 1 , the dielectric constant of the first dielectric substrate 1 is ⁇ r 1, the thickness of the air layer 6 is t 2 , and the dielectric constant of the air layer 6 is Assuming that ⁇ r2 , the thickness of the second dielectric substrate 7 is t 3 , and the dielectric constant of the second dielectric substrate 7 is ⁇ r 3, the following equation (3) is given.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view showing another array antenna apparatus according to Embodiment 2 of the present invention.
  • the conductive member 4 shown in FIG. 5 includes the first connection conductor 4a, the second connection conductor 4e, and the third connection conductor 4f.
  • the conductive member 4 shown in FIG. 6 is the first connection conductor 4h.
  • the second connection conductor 4e is the first connection conductor 4e.
  • the first connection conductor 4 h is a copper nuclear ball whose one end is connected to the first conductor ground plane 2 at a position surrounding any of the patch antennas 3-1 to 3-9.
  • the first connection conductor 4 h functions as a spacer for providing an air layer 6 between the first conductor ground plane 2 and the second dielectric substrate 7.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view showing an array antenna apparatus according to a third embodiment of the present invention.
  • a plan view of the array antenna apparatus of the third embodiment is FIG. 1 as in the first embodiment.
  • the second dielectric substrate 11 is a dielectric substrate disposed on the side opposite to the plane to which the conduction member 4 is connected among the two planes of the second conductor ground plane 5.
  • the third conductor ground plane 12 is a ground plane of copper foil disposed on the side opposite to the plane on which the second conductor ground plane 5 is disposed among the two planes in the second dielectric substrate 11 is there.
  • the first strip line 13 is a strip line provided at a position facing the patch antenna 3 of any one of the patch antennas 3-1 to 3-9 inside the second dielectric substrate 11. is there.
  • the second strip line 15 is a strip line provided at a position facing the patch antenna 3 of any one of the patch antennas 3-1 to 3-9 inside the second dielectric substrate 11. is there.
  • the vias 14 are connection members for electrically connecting the first strip line 13 to, for example, an adjustment circuit that adjusts the phase and amplitude of the signal.
  • the via 16 is a connection member that electrically connects the second strip line 15 to, for example, an adjustment circuit that adjusts the phase and amplitude of the signal.
  • the slot 17 is provided on the second conductor ground plane 5 at a position facing one of the patch antennas 3 among the patch antennas 3-1 to 3-9.
  • the slot 17 excites the patch antenna 3 at the opposite position when fed from the first strip line 13 and the second strip line 15.
  • FIG. 8 is an explanatory view showing the positional relationship between the first strip line 13, the second strip line 15, and the slot 17 in the array antenna apparatus shown in FIG.
  • the explanatory view of FIG. 8 is a view in which the first strip line 13, the second strip line 15, and the slot 17 are viewed transparently from the lower side of the drawing of FIG.
  • FIG. 7 in order to simplify the drawing, the positions where the vias 14 and 16 are drawn are schematic, and the exact positions of the vias 14 and 16 are shown in FIG.
  • the first strip line 13 is connected to the via 14.
  • the first strip line 13 is branched into two on the way, and the two branch lines 13 a of the first strip line 13 are arranged in parallel so as to maintain the symmetry of the first strip line 13. It is done.
  • One end of the second strip line 15 is connected to the via 16.
  • the second strip line 15 is branched into two on the way, and the two branch lines 15 a of the second strip line 15 are arranged in parallel so as to maintain the symmetry of the second strip line 15. It is done.
  • the shape of the slot 17 is generally cruciform, and the center 17 a of the slot 17 substantially coincides with the center of the patch antenna 3 at the opposite position.
  • the length from the midpoint 13b at a position overlapping the slot 17 to the tip 13c is approximately four minutes at the beam frequency to enhance the feeding efficiency of the slot 17. It is one wavelength long.
  • the length from the midpoint 15b at a position overlapping the slot 17 to the tip 15c is approximately a quarter wavelength at the beam frequency to improve the feeding efficiency of the slot 17. The length of
  • the first strip line 13 in the feed line portion 10 is fed with, for example, a first polarization
  • the second strip line 15 is fed with a second polarization orthogonal to the first polarization.
  • Ru The slot 17 in the feed line portion 10 has a cross slot structure in which orthogonal polarized waves can be excited, and from the first strip line 13 and the second strip line 15, the first polarized wave and the second polarized wave are generated. Contactless power is supplied.
  • the slot 17 is coupled to the patch antenna 3 in the opposite position when the first polarization and the second polarization are contactlessly fed from the first strip line 13 and the second strip line 15, and the slot 17 is opposed
  • the patch antenna 3 at the desired position is excited. Thereby, the slot 17 and the patch antenna 3 operate as an antenna.
  • the patch antenna 3 is excited using the slot 17, it is possible to realize an array antenna apparatus in which cross polarization is suppressed. Further, since orthogonal polarized waves are fed to the first strip line 13 and the second strip line 15, circularly polarized waves can be radiated from the patch antenna 3.
  • FIG. 9 is a cross sectional view showing another array antenna apparatus according to the third embodiment of the present invention.
  • the same reference numerals as in FIGS. 1, 4 and 7 denote the same or corresponding parts.
  • the slot 17 can excite the patch antenna 3 at the opposite position.
  • FIG. 10 is an explanatory view showing the positional relationship between the first strip line 13, the second strip line 15, and the slot 17. As shown in FIG.
  • the first stripline 13 and the second strip are arranged such that each of the midpoint 13b of the first stripline 13 and the midpoint 15b of the second stripline 15 overlaps the center 17a of the slot 17.
  • positioned is shown. However, this is only an example, and for example, as shown in FIG. 11, each of the midpoint 13 b of the first strip line 13 and the midpoint 15 b of the second strip line 15 is offset from the center 17 a of the slot 17.
  • the first strip line 13 and the second strip line 15 may be arranged at the position where FIG. 11 is an explanatory view showing the positional relationship between the first strip line 13, the second strip line 15, and the slot 17. As shown in FIG.
  • an array antenna apparatus including a first strip line 23, a second strip line 24, and a slot 17 as a feed line portion will be described.
  • FIG. 12 is a cross sectional view showing an array antenna apparatus according to a fourth embodiment of the present invention.
  • a plan view of the array antenna device of the fourth embodiment is FIG. 1 as in the first embodiment.
  • the third dielectric substrate 21 is a dielectric substrate disposed on the side opposite to the plane to which the conduction member 4 is connected among the two planes of the second conductor ground plane 5.
  • the third conductor ground plane 22 is a ground plane of copper foil disposed on the plane side opposite to the plane on which the second conductor ground plane 5 is disposed among the two planes in the third dielectric substrate 21. is there.
  • the first strip line 23 has patch antennas 3-1 to 3-3 on the side opposite to the plane on which the second conductor ground plane 5 is disposed.
  • 9 is a strip line provided at a position facing one of the patch antennas 3.
  • the second strip line 24 is a strip line provided at a position facing the patch antenna 3 among the patch antennas 3-1 to 3-9 in the third dielectric substrate 21. is there.
  • FIG. 8 The positional relationship between the first strip line 23, the second strip line 24, and the slot 17 in the array antenna apparatus shown in FIG. 12 is represented by FIG. 8, FIG. 10 or FIG. 11 as in the third embodiment. Position relationship.
  • the first strip line 23 in the feed line portion is fed with a first polarization
  • the second strip line 24 is fed with a second polarization orthogonal to the first polarization.
  • the slot 17 in the feed line portion has a cross slot structure in which orthogonal polarization can be excited, and from the first strip line 23 and the second strip line 24, the first polarization and the second polarization are not Contact power is supplied.
  • the slot 17 is coupled to the patch antenna 3 in the opposite position when the first polarization and the second polarization are contactlessly fed from the first strip line 23 and the second strip line 24, and are opposed to each other.
  • the patch antenna 3 at the desired position is excited. Thereby, the slot 17 and the patch antenna 3 operate as an antenna.
  • the patch antenna 3 is excited using the slot 17, it is possible to realize an array antenna apparatus in which cross polarization is suppressed. Further, since orthogonal polarized waves are fed to the first strip line 23 and the second strip line 24, it is possible to radiate circularly polarized waves from the patch antenna 3.
  • FIG. 13 is a cross sectional view showing another array antenna apparatus according to the fourth embodiment of the present invention.
  • the same reference numerals as in FIGS. 1, 6 and 12 denote the same or corresponding parts.
  • Embodiment 5 In the fifth embodiment, an array antenna apparatus will be described which includes an adjustment circuit 32 for adjusting the phase and amplitude of signals transmitted or received by patch antennas 3-1 to 3-9.
  • FIG. 14 is a cross sectional view showing an array antenna apparatus according to a fifth embodiment of the present invention.
  • a plan view of the array antenna apparatus of the fifth embodiment is FIG. 1 as in the first embodiment.
  • the third dielectric substrate 31 is a dielectric substrate disposed on the side opposite to the plane on which the second dielectric substrate 11 is disposed among the two planes on the third conductor ground plane 12 is there.
  • Adjustment circuit 32 is disposed on the surface opposite to the surface on which third conductor ground plane 12 is disposed among the two planes in third dielectric substrate 31, and the first adjustment circuit 32 is formed via via via 14. It is electrically connected to the strip line 13 and electrically connected to the second strip line 15 via the via 16.
  • the adjustment circuit 32 is an IC (Integrated Circuit) for adjusting the phase and amplitude of a signal transmitted or received by any one of the patch antennas 3-1 to 3-9 which are provided at opposing positions. It is.
  • FIG. 14 shows an example in which the first conductor ground plane 2 is applied to the surface of the first dielectric substrate 1, but as shown in FIG.
  • the adjustment circuit 32 may be applied to an array antenna device provided on the back surface of the dielectric substrate 1 of FIG. Further, as shown in FIGS. 12 and 13, the adjustment circuit 32 is applied to an array antenna apparatus provided with the first strip line 23, the second strip line 24, and the slot 17 as a feed line portion. It is also good. Since the array antenna device shown in FIGS. 12 and 13 includes the first dielectric substrate 1, the second dielectric substrate 7 and the third dielectric substrate 21, the third dielectric shown in FIG. The substrate 31 is treated as a fourth dielectric substrate. Further, the adjustment circuit 32 is electrically connected to the first strip line 23 via the via 14 and is electrically connected to the second strip line 24 via the via 16.
  • the array antenna device can realize an array antenna device capable of beam scanning in a desired direction.
  • the present invention allows free combination of each embodiment, or modification of any component of each embodiment, or omission of any component in each embodiment. .
  • the present invention is suitable for an array antenna apparatus provided with a plurality of patch antennas.
  • SYMBOLS 1 1st dielectric substrate, 2 1st conductor ground plane, 2a Conductor deletion part, 3-1 to 3-9 patch antenna, 4 conduction member, 4a 1st connection conductor, 4b 2nd connection conductor, 4c land , 4d first connection conductor, 4e second connection conductor, 4f third connection conductor, 4g land, 4h first connection conductor, 5 second conductor ground plane, 6 air layer, 7 second dielectric substrate , 10 feed line portion, 11 second dielectric substrate, 12 third conductor ground plane, 13 first strip line, 13 a branch line, 13 b middle point, 13 c tip, 14, 16 vias, 15 second strip line , 15a branch line, 15b middle point, 15c tip, 17 slots, 17a slot center, 21 third dielectric substrate, 22 third conductor ground plane, 23 first strip line , 24 second strip line, 31 a third dielectric substrate, 32 adjusting circuit.

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Abstract

第１の導体地板（２）が表面又は裏面に施されている第１の誘電体基板（１）と、第１の導体地板（２）に施されている複数のパッチアンテナ（３）と、複数のパッチアンテナ（３）のそれぞれを囲むように、一端が第１の導体地板（２）と接続されている複数の導通部材（４）と、複数の導通部材（４）の他端のそれぞれと接続されている第２の導体地板（５）とを備え、第１の導体地板（２）が、第１の誘電体基板（１）の表面に施されていれば、複数の導通部材（４）の一部が、第１の誘電体基板（１）を貫通し、複数の導通部材（４）の残りの部分が、第１の誘電体基板（１）と第２の導体地板（５）との間に空気層（６）を設けるスペーサとして機能し、第１の導体地板（２）が、第１の誘電体基板（１）の裏面に施されていれば、複数の導通部材（４）が、第１の導体地板（２）と第２の導体地板（５）との間に空気層（６）を設けるスペーサとして機能する。

Description

アレーアンテナ装置
　この発明は、複数のパッチアンテナを備えているアレーアンテナ装置に関するものである。
　例えば、無線通信に用いられるアレーアンテナ装置は、微弱な電波でも、広角に亘って無線通信できるようにするためには、広角方向にビームを走査したときの利得が高く、かつ、軸比が高いことが望まれる。広角方向は、ビーム幅における端部での電波の送受信方向である。
　広角方向にビームを走査する際の利得の低下及び軸比の低下は、パッチアンテナが形成される誘電体基板中に生じる表面波が要因となるほか、広角方向の垂直偏波と水平偏波との間の振幅差が要因となる。
　以下の特許文献１に開示されているアレーアンテナ装置は、広角方向にビームを走査する際の利得の低下及び軸比の低下を抑えるため、誘電体基板として、発泡体などの低誘電率特性を有する基板を用いている。
　広角方向の垂直偏波と水平偏波との間の振幅差は、発泡体などの低誘電率特性を有する基板の厚みを調整することで変えることができ、このアレーアンテナ装置では、ネジを用いて、基板の厚みを調整できるようにしている。
特開２００９－１８８８９５号公報
　従来のアレーアンテナ装置は以上のように構成されているので、ネジによって、基板の厚みを調整することができる。
　このとき、基板の厚みの調整量は、ネジの回転量に比例し、ネジの回転量は、ネジ山のピッチなどに依存する。このため、ネジ山のピッチが狭いネジを用いるほど、基板の厚みの調整精度を高めることができる。
　例えば、ビームの周波数帯域が、Ｋａ（Ｋｕｒｚ　Ａｂｏｖｅ）帯又はミリ波帯などの高い周波数帯域である場合、所望の調整精度を実現するには、ネジ山のピッチがマイクロメートルオーダーのネジを用いる必要がある。
　しかし、ネジ山のピッチがマイクロメートルオーダーのネジを製造することは困難であるため、基板の厚みを高精度に調整することができず、基板の厚みを所望の厚みに調整することができないことがある。その結果、広角方向にビームを走査する際の利得の低下及び軸比の低下を抑えることができないことがあるという課題があった。
　この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、広角方向にビームを走査する際の利得の低下及び軸比の低下を抑え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。
　この発明に係るアレーアンテナ装置は、第１の導体地板が表面又は裏面に施されている第１の誘電体基板と、第１の導体地板に施されている複数のパッチアンテナと、複数のパッチアンテナのそれぞれを囲むように、一端が第１の導体地板と接続されている複数の導通部材と、複数の導通部材の他端のそれぞれと接続されている第２の導体地板とを備え、第１の導体地板が、第１の誘電体基板の表面に施されていれば、複数の導通部材の一部が、第１の誘電体基板を貫通し、複数の導通部材の残りの部分が、第１の誘電体基板と第２の導体地板との間に空気層を設けるスペーサとして機能し、第１の導体地板が、第１の誘電体基板の裏面に施されていれば、複数の導通部材が、第１の導体地板と第２の導体地板との間に空気層を設けるスペーサとして機能するようにしたものである。
　この発明によれば、第１の導体地板が、第１の誘電体基板の表面に施されていれば、複数の導通部材の一部が、第１の誘電体基板を貫通し、複数の導通部材の残りの部分が、第１の誘電体基板と第２の導体地板との間に空気層を設けるスペーサとして機能し、第１の導体地板が、第１の誘電体基板の裏面に施されていれば、複数の導通部材が、第１の導体地板と第２の導体地板との間に空気層を設けるスペーサとして機能するように構成したので、広角方向にビームを走査する際の利得の低下及び軸比の低下を抑えることができる効果がある。
この発明の実施の形態１によるアレーアンテナ装置を示す平面図である。 この発明の実施の形態１によるアレーアンテナ装置を示す断面図である。 等価半径を示す説明図である。 この発明の実施の形態１による他のアレーアンテナ装置を示す断面図である。 この発明の実施の形態２によるアレーアンテナ装置を示す断面図である。 この発明の実施の形態２による他のアレーアンテナ装置を示す断面図である。 この発明の実施の形態３によるアレーアンテナ装置を示す断面図である。 図７に示すアレーアンテナ装置における第１のストリップ線路１３と第２のストリップ線路１５とスロット１７との位置関係を示す説明図である。 この発明の実施の形態３による他のアレーアンテナ装置を示す断面図である。 第１のストリップ線路１３と第２のストリップ線路１５とスロット１７との位置関係を示す説明図である。 第１のストリップ線路１３と第２のストリップ線路１５とスロット１７との位置関係を示す説明図である。 この発明の実施の形態４によるアレーアンテナ装置を示す断面図である。 この発明の実施の形態４による他のアレーアンテナ装置を示す断面図である。 この発明の実施の形態５によるアレーアンテナ装置を示す断面図である。
　以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための形態について、添付の図面に従って説明する。
実施の形態１．
　図１は、この発明の実施の形態１によるアレーアンテナ装置を示す平面図である。
　図２は、この発明の実施の形態１によるアレーアンテナ装置を示す断面図である。
　図１及び図２において、第１の誘電体基板１は、第１の導体地板２が表面に施されている誘電体基板である。
　第１の誘電体基板１の表面は、第１の誘電体基板１における２つの平面のうち、図２中、紙面上側の平面であり、第１の誘電体基板１の裏面は、図２中、紙面下側の平面である。
　第１の導体地板２は、第１の誘電体基板１の表面に施されている銅箔の地板である。
　パッチアンテナ３－１～３－９は、第１の導体地板２に施されている円形のパッチアンテナである。
　以下、パッチアンテナ３－１～３－９を区別しない場合は、パッチアンテナ３と表記することがある。
　図１及び図２では、第１の導体地板２が、円環状に削られることで、パッチアンテナ３－１～３－９が形成されている。導体削除部２ａは、第１の導体地板２における円環状の削除部位を示している。
　図１及び図２では、９つのパッチアンテナ３を例示しているが、パッチアンテナ３の数は複数であればよく、９つに限るものではない。
　また、図２では、図面の簡単化のため、代表的に、パッチアンテナ３－７～３－９を例示している。
　この実施の形態１では、パッチアンテナ３－１～３－９のそれぞれが、形状が円形のパッチアンテナである例を示しているが、形状は円形に限るものではなく、例えば、多角形であってもよい。
　導通部材４は、第１の接続導体４ａ及び第２の接続導体４ｂを備えており、パッチアンテナ３－１～３－９のそれぞれを囲むように、一端が第１の導体地板２と接続されている部材である。
　導通部材４の一部である第１の接続導体４ａは、第１の誘電体基板１を貫通するように設けられ、パッチアンテナ３－１～３－９のいずれかを囲む位置で、一端が第１の導体地板２と接続されている接続導体である。
　導通部材４の残りの部分である第２の接続導体４ｂは、第１の接続導体４ａの他端と第２の導体地板５との間を導通する銅核球である。
　第２の接続導体４ｂは、第１の誘電体基板１と第２の導体地板５との間に空気層６を設けるスペーサとして機能する。
　ここでは、第２の接続導体４ｂが銅核球である例を示しているが、第２の接続導体４ｂは、球体であるものに限るものではなく、例えば、立方体、直方体などであってもよい。
　ランド４ｃは、第１の接続導体４ａと第２の接続導体４ｂがハンダで接続される部分である。
　第２の導体地板５は、複数の導通部材４における第２の接続導体４ｂの他端のそれぞれと接続されている銅箔の地板である。
　空気層６は、第２の接続導体４ｂによって形成されている第１の誘電体基板１と第２の導体地板５との間の層である。
　次に動作について説明する。
　この実施の形態１のアレーアンテナ装置は、図１に示す導体削除部２ａのように、第１の導体地板２が円環状に削除されることで、パッチアンテナ３－１～３－９が形成される。
　また、複数の導通部材４の一端がパッチアンテナ３－１～３－９のそれぞれを囲むように、複数の導通部材４が第１の誘電体基板１に設けられる。
　具体的には、複数の導通部材４は、第１の接続導体４ａ及び第２の接続導体４ｂを備えており、第１の接続導体４ａは、第１の誘電体基板１を貫通するように設けられ、パッチアンテナ３－１～３－９のいずれかを囲む位置で、一端が第１の導体地板２と接続される。
　第２の接続導体４ｂは、一端が第１の接続導体４ａの他端と接続され、他端が第２の導体地板５と接続される。
　このとき、第２の接続導体４ｂは、第１の誘電体基板１と第２の導体地板５との間に空気層６を設けるスペーサとして機能する。
　第１の誘電体基板１と第２の導体地板５との間隔の長さである空気層６のサイズは、銅核球である第２の接続導体４ｂの直径に相当する。
　第１の誘電体基板１と第２の導体地板５との間に空気層６を設けることで、等価的に低誘電率基板を実現することができる。
　また、広角方向の垂直偏波と水平偏波との間の振幅差は、空気層６のサイズを調整することで低減することができる。
　広角方向にビームを走査する際の利得の低下及び軸比の低下を抑えるには、広角方向の垂直偏波と水平偏波との間の振幅差が小さくなるように、空気層６のサイズを調整すればよい。
　空気層６のサイズは、第２の接続導体４ｂの直径に相当するため、広角方向の垂直偏波と水平偏波との間の振幅差が小さくなる直径を有する第２の接続導体４ｂを用いればよい。
　ただし、ビームの周波数帯域が、例えば、Ｋａ帯又はミリ波帯などの高い周波数帯域である場合、空気層６のサイズをマイクロメートルオーダーで調整する必要があるため、マイクロメートルオーダーの精度で製作された第２の接続導体４ｂを用いる必要がある。
　ネジ山のピッチが狭いネジを製造することと比べて、精度の高い銅核球を製造することは容易であるため、精度がマイクロメートルオーダーの銅核球を製造することは容易であり、所望の直径を有する第２の接続導体４ｂを用いることは可能である。
　この実施の形態１では、パッチアンテナ３－１～３－９が形成されている例を示しているが、パッチアンテナ３－１～３－９のうち、隣接している３つのパッチアンテナ３に着目すると、３つのパッチアンテナ３における各々の中心間距離が、概ね、送受信するビームの周波数の２分の１波長の長さになるように配置されることが望ましい。
　例えば、隣接している３つのパッチアンテナ３として、パッチアンテナ３－２、パッチアンテナ３－３及びパッチアンテナ３－６に着目すると、各々の中心を結んだ線が正三角形Ａとなるように、パッチアンテナ３－２、パッチアンテナ３－３及びパッチアンテナ３－６が配置されている。
　パッチアンテナ３－２の中心とパッチアンテナ３－３の中心との間隔は、概ねビームの周波数の２分の１波長の長さであり、パッチアンテナ３－３の中心とパッチアンテナ３－６の中心との間隔は、概ねビームの周波数の２分の１波長の長さである。また、パッチアンテナ３－６の中心とパッチアンテナ３－２の中心との間隔は、概ねビームの周波数の２分の１波長の長さである。
　パッチアンテナ３－１～３－９の半径ｒは、第１の誘電体基板１及び空気層６から計算される等価誘電率εｒを用いると、以下の式（１）のように表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000001
　式（１）において、ｃは光速、ｆはビームの周波数である。
　等価誘電率εｒは、第１の誘電体基板１の厚みがｔ１、第１の誘電体基板１の誘電率がεｒ１、空気層６の厚みがｔ２、空気層６の誘電率がεｒ２であるとすると、以下の式（２）のように表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000002
　パッチアンテナ３－１～３－９のそれぞれを囲む位置には、導通部材４がそれぞれ配置されている。
　導通部材４が配置される位置の１つとして、例えば、パッチアンテナ３－２、パッチアンテナ３－３及びパッチアンテナ３－６から等距離の位置である正三角形Ａの重心位置が考えられる。
　パッチアンテナ３－１～３－９の周囲に存在している導体削除部２ａの径は、パッチアンテナ３－１～３－９の中心からの等価的なパッチ半径（以下、「等価半径」と称する）が、概ね目標のビーム走査最大角度において、軸比特性が０ｄＢとなるように決定される。目標のビーム走査最大角度としては、例えば、±６０度のビーム走査角度が考えられる。
　等価半径は、図３に示すように、給電時のパッチアンテナ３に生じる電界Ｂの広がりを考慮した電気的なパッチアンテナ３の半径である。
　図３は、等価半径を示す説明図である。
　パッチアンテナ３－１～３－９は、等価半径によって軸比調整が可能であることが知られている。
　具体的には、等価誘電率εｒが約１．３である場合、パッチアンテナ３－１～３－９の等価半径が約０．２６λであるとき、広角方向で軸比が０ｄＢとなり、ビームの周波数で共振特性が得られる。λは、使用するビームの周波数での波長である。
　したがって、パッチアンテナ３－１～３－９の中心から約０．２６λ離れた位置と、パッチアンテナ３－１～３－９の外周上の位置との間の第１の導体地板２が円環状に削除される。
　なお、隣接しているパッチアンテナ３の半径ｒが大きいために、隣接しているパッチアンテナ３の配置間隔が狭くなり、隣接しているパッチアンテナ３のそれぞれの導体削除部２ａが互いに重なってしまうことがある。隣接しているパッチアンテナ３が互いに重なっていなければよいため、隣接しているパッチアンテナ３のそれぞれの導体削除部２ａが互いに重なっていてもよい。
　以上で明らかなように、この実施の形態１によれば、複数の導通部材４の一部が、第１の誘電体基板１を貫通し、複数の導通部材４の残りの部分が、第１の誘電体基板１と第２の導体地板５との間に空気層６を設けるスペーサとして機能するように構成したので、広角方向にビームを走査する際の利得の低下及び軸比の低下を抑えることができる効果を奏する。
　スペーサとして機能する導通部材４の残りの部分は、マイクロメートルオーダーの精度で製作可能な第２の接続導体４ｂであるため、空気層６のサイズをマイクロメートルオーダーで調整することができ、広角方向にビームを走査する際の利得の低下及び軸比の低下を抑えることができる。
　この実施の形態１では、第１の導体地板２が、第１の誘電体基板１の表面に施されている例を示しているが、図４に示すように、第１の導体地板２が、第１の誘電体基板１の裏面に施されていてもよい。
　図４は、この発明の実施の形態１による他のアレーアンテナ装置を示す断面図である。図４において、図１及び図２と同一符号は同一又は相当部分を示すので説明を省略する。
　図２に示す導通部材４は、第１の接続導体４ａ及び第２の接続導体４ｂを備えているが、図４に示す導通部材４は、第１の接続導体４ｄだけを備えている。
　第１の接続導体４ｄは、パッチアンテナ３－１～３－９のいずれかを囲む位置で、一端が第１の導体地板２と接続され、他端が第２の導体地板５と接続されている銅核球である。
　第１の接続導体４ｄは、第１の導体地板２と第２の導体地板５との間に空気層６を設けるスペーサとして機能する。
　図４に示すアレーアンテナ装置でも、空気層６を設けているので、図１及び図２に示すアレーアンテナ装置と同様に、等価的に低誘電率基板を実現することができる。
　このため、図４に示すアレーアンテナ装置でも、図１及び図２に示すアレーアンテナ装置と同様に、広角方向にビームを走査する際の利得の低下及び軸比の低下を抑えることができる。
実施の形態２．
　上記実施の形態１では、第１の誘電体基板１を備えるアレーアンテナ装置について示しているが、この実施の形態２では、第１の誘電体基板１及び第２の誘電体基板７を備えるアレーアンテナ装置について説明する。
　図５は、この発明の実施の形態２によるアレーアンテナ装置を示す断面図である。
　この実施の形態２のアレーアンテナ装置の平面図は、上記実施の形態１と同様に、図１である。
　図５において、図１及び図２と同一符号は同一又は相当部分を示すので説明を省略する。
　第２の誘電体基板７は、第１の誘電体基板１と第２の導体地板５との間に配置されている誘電体基板である。
　導通部材４は、第１の接続導体４ａ、第２の接続導体４ｅ及び第３の接続導体４ｆを備えており、パッチアンテナ３－１～３－９のそれぞれを囲むように、一端が第１の導体地板２と接続されている部材である。
　導通部材４の一部である第２の接続導体４ｅは、第２の誘電体基板７を貫通するように設けられ、一端が第２の導体地板５と接続されている接続導体である。
　導通部材４の残りの部分である第３の接続導体４ｆは、第１の接続導体４ａの他端と第２の接続導体４ｅの他端との間を導通する銅核球である。
　第３の接続導体４ｆは、第１の誘電体基板１と第２の誘電体基板７との間に空気層６を設けるスペーサとして機能する。
　ここでは、第３の接続導体４ｆが銅核球である例を示しているが、第３の接続導体４ｆは、球体であるものに限るものではなく、例えば、立方体、直方体などであってもよい。
　ランド４ｇは、第２の接続導体４ｅと第３の接続導体４ｆがハンダで接続される部分である。
　この実施の形態２では、第１の誘電体基板１のほかに、第２の誘電体基板７を備えているが、空気層６を設けているので、上記実施の形態１と同様に、等価的に低誘電率基板を実現することができる。
　これにより、上記実施の形態１と同様に、広角方向にビームを走査する際の利得の低下及び軸比の低下を抑えることができる。
　ただし、この実施の形態２では、第１の誘電体基板１のほかに、第２の誘電体基板７を備えているので、等価誘電率εｒは、第１の誘電体基板１、第２の誘電体基板７及び空気層６から計算される。
　等価誘電率εｒは、第１の誘電体基板１の厚みがｔ１、第１の誘電体基板１の誘電率がεｒ１、空気層６の厚みがｔ２、空気層６の誘電率がεｒ２、第２の誘電体基板７の厚みがｔ３、第２の誘電体基板７の誘電率がεｒ３であるとすると、以下の式（３）のように表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000003
　この実施の形態２では、第１の導体地板２が、第１の誘電体基板１の表面に施されている例を示しているが、図６に示すように、第１の導体地板２が、第１の誘電体基板１の裏面に施されていてもよい。
　図６は、この発明の実施の形態２による他のアレーアンテナ装置を示す断面図である。図６において、図１及び図５と同一符号は同一又は相当部分を示すので説明を省略する。
　図５に示す導通部材４は、第１の接続導体４ａ、第２の接続導体４ｅ及び第３の接続導体４ｆを備えているが、図６に示す導通部材４は、第１の接続導体４ｈ及び第２の接続導体４ｅだけを備えている。
　第１の接続導体４ｈは、パッチアンテナ３－１～３－９のいずれかを囲む位置で、一端が第１の導体地板２と接続されている銅核球である。
　第１の接続導体４ｈは、第１の導体地板２と第２の誘電体基板７との間に空気層６を設けるスペーサとして機能する。
　図６に示すアレーアンテナ装置でも、空気層６を設けているので、図５に示すアレーアンテナ装置と同様に、等価的に低誘電率基板を実現することができる。
　このため、図６に示すアレーアンテナ装置でも、図５に示すアレーアンテナ装置と同様に、広角方向にビームを走査する際の利得の低下及び軸比の低下を抑えることができる。
実施の形態３．
　この実施の形態３では、給電線路部１０として、第１のストリップ線路１３、第２のストリップ線路１５及びスロット１７を備えているアレーアンテナ装置について説明する。
　図７は、この発明の実施の形態３によるアレーアンテナ装置を示す断面図である。
　この実施の形態３のアレーアンテナ装置の平面図は、上記実施の形態１と同様に、図１である。
　図７において、図１及び図２と同一符号は同一又は相当部分を示すので説明を省略する。
　第２の誘電体基板１１は、第２の導体地板５における２つの平面のうち、導通部材４が接続されている平面と反対側の平面側に配置されている誘電体基板である。
　第３の導体地板１２は、第２の誘電体基板１１における２つの平面のうち、第２の導体地板５が配置されている平面と反対側の平面側に配置されている銅箔の地板である。
　第１のストリップ線路１３は、第２の誘電体基板１１の内部において、パッチアンテナ３－１～３－９のうち、いずれか１つのパッチアンテナ３と対向する位置に設けられているストリップ線路である。
　第２のストリップ線路１５は、第２の誘電体基板１１の内部において、パッチアンテナ３－１～３－９のうち、いずれか１つのパッチアンテナ３と対向する位置に設けられているストリップ線路である。
　ビア１４は、第１のストリップ線路１３と、例えば信号の位相及び振幅を調整する調整回路との間を電気的に接続する接続部材である。
　ビア１６は、第２のストリップ線路１５と、例えば信号の位相及び振幅を調整する調整回路との間を電気的に接続する接続部材である。
　スロット１７は、第２の導体地板５において、パッチアンテナ３－１～３－９のうち、いずれか１つのパッチアンテナ３と対向する位置に施されている。
　スロット１７は、第１のストリップ線路１３及び第２のストリップ線路１５から給電されると、対向する位置のパッチアンテナ３を励振させる。
　図８は、図７に示すアレーアンテナ装置における第１のストリップ線路１３と第２のストリップ線路１５とスロット１７との位置関係を示す説明図である。
　図８の説明図は、第１のストリップ線路１３と第２のストリップ線路１５とスロット１７とを、図７の紙面下側から紙面上側を透過的に見ている図である。
　図７では、図面の簡単化のため、ビア１４、１６が描画されている位置は概略的であり、ビア１４、１６の正確な位置は、図８に示している。
　第１のストリップ線路１３は、一端がビア１４と接続されている。
　第１のストリップ線路１３は、途中で、２つに分岐されており、第１のストリップ線路１３の２つの分岐線路１３ａは、第１のストリップ線路１３の対称性を保つように、平行に配置されている。
　第２のストリップ線路１５は、一端がビア１６と接続されている。
　第２のストリップ線路１５は、途中で、２つに分岐されており、第２のストリップ線路１５の２つの分岐線路１５ａは、第２のストリップ線路１５の対称性を保つように、平行に配置されている。
　スロット１７の形状は、概ね十字型であり、スロット１７の中心１７ａは、対向する位置のパッチアンテナ３の中心と概ね一致している。
　また、２つの分岐線路１３ａの中間点のうち、スロット１７と重なる位置の中間点１３ｂから先端１３ｃに至るまでの長さは、スロット１７の給電効率を高めるため、概ねビームの周波数で４分の１波長の長さである。
　２つの分岐線路１５ａの中間点のうち、スロット１７と重なる位置の中間点１５ｂから先端１５ｃに至るまでの長さは、スロット１７の給電効率を高めるため、概ねビームの周波数で４分の１波長の長さである。
　次に動作について説明する。
　給電線路部１０における第１のストリップ線路１３は、例えば、第１の偏波が給電され、第２のストリップ線路１５は、第１の偏波と直交している第２の偏波が給電される。
　給電線路部１０におけるスロット１７は、直交する偏波が励振可能なクロススロット構造であり、第１のストリップ線路１３及び第２のストリップ線路１５から、第１の偏波及び第２の偏波が非接触給電される。
　スロット１７は、第１のストリップ線路１３及び第２のストリップ線路１５から第１の偏波及び第２の偏波が非接触給電されると、対向する位置のパッチアンテナ３と結合して、対向する位置のパッチアンテナ３を励振させる。
　これにより、スロット１７とパッチアンテナ３は、アンテナとして動作する。
　この実施の形態３では、スロット１７を用いて、パッチアンテナ３を励振させているため、交差偏波を抑えたアレーアンテナ装置を実現することが可能である。
　また、第１のストリップ線路１３と第２のストリップ線路１５に、直交している偏波が給電されているため、パッチアンテナ３から円偏波を放射することが可能である。
　この実施の形態３では、第１の導体地板２が、第１の誘電体基板１の表面に施されている例を示しているが、図９に示すように、第１の導体地板２が、第１の誘電体基板１の裏面に施されていてもよい。
　図９は、この発明の実施の形態３による他のアレーアンテナ装置を示す断面図である。
　図９において、図１、図４及び図７と同一符号は同一又は相当部分を示している。
　第１の導体地板２が、第１の誘電体基板１の裏面に施されている場合でも、第１の導体地板２が、第１の誘電体基板１の表面に施されている場合と同様に、スロット１７が、対向する位置のパッチアンテナ３を励振させることができる。
　この実施の形態３では、第１のストリップ線路１３及び第２のストリップ線路１５が、途中で、２つに分岐されている例を示しているが、２つに分岐されているものに限るものではなく、例えば、図１０に示すように、第１のストリップ線路１３及び第２のストリップ線路１５が、直線状の線路であってもよい。
　図１０は、第１のストリップ線路１３と第２のストリップ線路１５とスロット１７との位置関係を示す説明図である。
　図１０では、第１のストリップ線路１３の中間点１３ｂ及び第２のストリップ線路１５の中間点１５ｂのそれぞれが、スロット１７の中心１７ａと重なるように、第１のストリップ線路１３及び第２のストリップ線路１５が配置されている例を示している。
　しかし、これは一例に過ぎず、例えば、図１１に示すように、第１のストリップ線路１３の中間点１３ｂ及び第２のストリップ線路１５の中間点１５ｂのそれぞれが、スロット１７の中心１７ａからオフセットされる位置に、第１のストリップ線路１３及び第２のストリップ線路１５が配置されていてもよい。
　図１１は、第１のストリップ線路１３と第２のストリップ線路１５とスロット１７との位置関係を示す説明図である。
実施の形態４．
　この実施の形態４では、給電線路部として、第１のストリップ線路２３、第２のストリップ線路２４及びスロット１７を備えているアレーアンテナ装置について説明する。
　図１２は、この発明の実施の形態４によるアレーアンテナ装置を示す断面図である。
　この実施の形態４のアレーアンテナ装置の平面図は、上記実施の形態１と同様に、図１である。
　図１２において、図１及び図５と同一符号は同一又は相当部分を示すので説明を省略する。
　第３の誘電体基板２１は、第２の導体地板５における２つの平面のうち、導通部材４が接続されている平面と反対側の平面側に配置されている誘電体基板である。
　第３の導体地板２２は、第３の誘電体基板２１における２つの平面のうち、第２の導体地板５が配置されている平面と反対側の平面側に配置されている銅箔の地板である。
　第１のストリップ線路２３は、第２の誘電体基板７における２つの平面のうち、第２の導体地板５が配置されている平面と反対側の平面側において、パッチアンテナ３－１～３－９のうち、いずれか１つのパッチアンテナ３と対向する位置に設けられているストリップ線路である。
　第２のストリップ線路２４は、第３の誘電体基板２１の内部において、パッチアンテナ３－１～３－９のうち、いずれか１つのパッチアンテナ３と対向する位置に設けられているストリップ線路である。
　図１２に示すアレーアンテナ装置における第１のストリップ線路２３と第２のストリップ線路２４とスロット１７との位置関係は、上記実施の形態３と同様に、図８、図１０又は図１１で表される位置関係である。
　次に動作について説明する。
　給電線路部における第１のストリップ線路２３は、例えば、第１の偏波が給電され、第２のストリップ線路２４は、第１の偏波と直交している第２の偏波が給電される。
　給電線路部におけるスロット１７は、直交する偏波が励振可能なクロススロット構造であり、第１のストリップ線路２３及び第２のストリップ線路２４から、第１の偏波及び第２の偏波が非接触給電される。
　スロット１７は、第１のストリップ線路２３及び第２のストリップ線路２４から第１の偏波及び第２の偏波が非接触給電されると、対向する位置のパッチアンテナ３と結合して、対向する位置のパッチアンテナ３を励振させる。
　これにより、スロット１７とパッチアンテナ３は、アンテナとして動作する。
　この実施の形態４では、スロット１７を用いて、パッチアンテナ３を励振させているため、交差偏波を抑えたアレーアンテナ装置を実現することが可能である。
　また、第１のストリップ線路２３と第２のストリップ線路２４に、直交している偏波が給電されているため、パッチアンテナ３から円偏波を放射することが可能である。
　この実施の形態４では、第１の導体地板２が、第１の誘電体基板１の表面に施されている例を示しているが、図１３に示すように、第１の導体地板２が、第１の誘電体基板１の裏面に施されていてもよい。
　図１３は、この発明の実施の形態４による他のアレーアンテナ装置を示す断面図である。
　図１３において、図１、図６及び図１２と同一符号は同一又は相当部分を示している。　第１の導体地板２が、第１の誘電体基板１の裏面に施されている場合でも、第１の導体地板２が、第１の誘電体基板１の表面に施されている場合と同様に、スロット１７が、対向する位置のパッチアンテナ３を励振させることができる。
実施の形態５．
　この実施の形態５では、パッチアンテナ３－１～３－９が送信又は受信する信号の位相及び振幅を調整する調整回路３２を備えているアレーアンテナ装置について説明する。
　図１４は、この発明の実施の形態５によるアレーアンテナ装置を示す断面図である。
　この実施の形態５のアレーアンテナ装置の平面図は、上記実施の形態１と同様に、図１である。
　図１４において、図１、図２及び図７と同一符号は同一又は相当部分を示すので説明を省略する。
　第３の誘電体基板３１は、第３の導体地板１２における２つの平面のうち、第２の誘電体基板１１が配置されている平面と反対側の平面側に配置されている誘電体基板である。
　調整回路３２は、第３の誘電体基板３１における２つの平面のうち、第３の導体地板１２が配置されている面と反対側の面に配置されており、ビア１４を介して第１のストリップ線路１３と電気的に接続され、ビア１６を介して第２のストリップ線路１５と電気的に接続されている。
　調整回路３２は、パッチアンテナ３－１～３－９のうち、対向する位置に設けられているいずれか１つのパッチアンテナ３が送信又は受信する信号の位相及び振幅を調整するＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　Ｃｉｒｃｕｉｔ）である。
　図１４は、第１の導体地板２が、第１の誘電体基板１の表面に施されている例を示しているが、図９に示すように、第１の導体地板２が、第１の誘電体基板１の裏面に施されているアレーアンテナ装置に、調整回路３２が適用されていてもよい。
　また、図１２及び図１３に示すように、給電線路部として、第１のストリップ線路２３、第２のストリップ線路２４及びスロット１７を備えているアレーアンテナ装置に、調整回路３２が適用されていてもよい。
　図１２及び図１３に示すアレーアンテナ装置は、第１の誘電体基板１、第２の誘電体基板７及び第３の誘電体基板２１を備えているので、図１４に示す第３の誘電体基板３１は、第４の誘電体基板として扱われる。
　また、調整回路３２は、ビア１４を介して第１のストリップ線路２３と電気的に接続され、ビア１６を介して第２のストリップ線路２４と電気的に接続される。
　アレーアンテナ装置が調整回路３２を備えることで、所望の方向にビーム走査が可能なアレーアンテナ装置を実現することができる。
　なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。
　この発明は、複数のパッチアンテナを備えているアレーアンテナ装置に適している。
　１　第１の誘電体基板、２　第１の導体地板、２ａ　導体削除部、３－１～３－９　パッチアンテナ、４　導通部材、４ａ　第１の接続導体、４ｂ　第２の接続導体、４ｃ　ランド、４ｄ　第１の接続導体、４ｅ　第２の接続導体、４ｆ　第３の接続導体、４ｇ　ランド、４ｈ　第１の接続導体、５　第２の導体地板、６　空気層、７　第２の誘電体基板、１０　給電線路部、１１　第２の誘電体基板、１２　第３の導体地板、１３　第１のストリップ線路、１３ａ　分岐線路、１３ｂ　中間点、１３ｃ　先端、１４，１６　ビア、１５　第２のストリップ線路、１５ａ　分岐線路、１５ｂ　中間点、１５ｃ　先端、１７　スロット、１７ａ　スロットの中心、２１　第３の誘電体基板、２２　第３の導体地板、２３　第１のストリップ線路、２４　第２のストリップ線路、３１　第３の誘電体基板、３２　調整回路。

Claims (11)

  1. 　第１の導体地板が表面又は裏面に施されている第１の誘電体基板と、
    　前記第１の導体地板に施されている複数のパッチアンテナと、
    　前記複数のパッチアンテナのそれぞれを囲むように、一端が前記第１の導体地板と接続されている複数の導通部材と、
    　前記複数の導通部材の他端のそれぞれと接続されている第２の導体地板とを備え、
    　前記第１の導体地板が、前記第１の誘電体基板の表面に施されていれば、前記複数の導通部材の一部が、前記第１の誘電体基板を貫通し、前記複数の導通部材の残りの部分が、前記第１の誘電体基板と前記第２の導体地板との間に空気層を設けるスペーサとして機能し、
    　前記第１の導体地板が、前記第１の誘電体基板の裏面に施されていれば、前記複数の導通部材が、前記第１の導体地板と前記第２の導体地板との間に空気層を設けるスペーサとして機能することを特徴とするアレーアンテナ装置。
  2. 　前記第１の導体地板が、前記第１の誘電体基板の表面に施されていれば、前記第１の誘電体基板と前記第２の導体地板との間に配置され、前記第１の導体地板が、前記第１の誘電体基板の裏面に施されていれば、前記第１の導体地板と前記第２の導体地板との間に配置されている第２の誘電体基板を備え、
    　前記第１の導体地板が、前記第１の誘電体基板の表面に施されていれば、前記複数の導通部材の一部が、前記第１及び第２の誘電体基板を貫通し、前記複数の導通部材の残りの部分が、前記第１の誘電体基板と前記第２の誘電体基板との間に空気層を設けるスペーサとして機能し、
    　前記第１の導体地板が、前記第１の誘電体基板の裏面に施されていれば、前記複数の導通部材の一部が、前記第２の誘電体基板を貫通し、前記複数の導通部材の残りの部分が、前記第１の導体地板と前記第２の誘電体基板との間に空気層を設けるスペーサとして機能することを特徴とする請求項１記載のアレーアンテナ装置。
  3. 　前記第１の導体地板が、前記第１の誘電体基板の表面に施されており、
    　前記複数の導通部材のそれぞれは、
    　前記第１の誘電体基板を貫通するように設けられ、前記複数のパッチアンテナのいずれかを囲む位置で、一端が前記第１の導体地板と接続されている第１の接続導体と、
    　前記第１の接続導体の他端と前記第２の導体地板との間を導通する第２の接続導体とを備え、
    　前記第２の接続導体は、前記第１の誘電体基板と前記第２の導体地板との間に空気層を設けるスペーサとして機能することを特徴とする請求項１記載のアレーアンテナ装置。
  4. 　前記第１の導体地板が、前記第１の誘電体基板の裏面に施されており、
    　前記複数の導通部材のそれぞれは、
    　前記複数のパッチアンテナのいずれかを囲む位置で、一端が前記第１の導体地板と接続され、他端が前記第２の導体地板と接続されている第１の接続導体であり、
    　前記第１の接続導体は、前記第１の導体地板と前記第２の導体地板との間に空気層を設けるスペーサとして機能することを特徴とする請求項１記載のアレーアンテナ装置。
  5. 　前記第１の導体地板が、前記第１の誘電体基板の表面に施されており、
    　前記複数の導通部材のそれぞれは、
    　前記第１の誘電体基板を貫通するように設けられ、前記複数のパッチアンテナのいずれかを囲む位置で、一端が前記第１の導体地板と接続されている第１の接続導体と、
    　前記第２の誘電体基板を貫通するように設けられ、一端が前記第２の導体地板と接続されている第２の接続導体と、
    　前記第１の接続導体の他端と前記第２の接続導体の他端との間を導通する第３の接続導体とを備え、
    　前記第３の接続導体は、前記第１の誘電体基板と前記第２の誘電体基板との間に空気層を設けるスペーサとして機能することを特徴とする請求項２記載のアレーアンテナ装置。
  6. 　前記第１の導体地板が、前記第１の誘電体基板の裏面に施されており、
    　前記複数の導通部材のそれぞれは、
    　前記複数のパッチアンテナのいずれかを囲む位置で、一端が前記第１の導体地板と接続されている第１の接続導体と、
    　前記第２の誘電体基板を貫通するように設けられ、一端が前記第２の導体地板と接続されている第２の接続導体とを備え、
    　前記第１の接続導体は、前記第１の導体地板と前記第２の誘電体基板との間に空気層を設けるスペーサとして機能することを特徴とする請求項２記載のアレーアンテナ装置。
  7. 　前記第２の導体地板における２つの平面のうち、前記複数の導通部材が接続されている平面と反対側の平面側に配置されている第２の誘電体基板と、
    　前記第２の誘電体基板における２つの平面のうち、前記第２の導体地板が配置されている平面と反対側の平面側に配置されている第３の導体地板と、
    　前記第２の誘電体基板の内部において、前記複数のパッチアンテナのそれぞれと対向する位置に設けられている複数の第１及び第２のストリップ線路と、
    　前記第２の導体地板において、前記複数のパッチアンテナのそれぞれと対向する位置に施されている複数のスロットとを備え、
    　前記複数のスロットのそれぞれは、前記第１のストリップ線路及び前記第２のストリップ線路のそれぞれから給電されると、対向する位置に設けられている前記パッチアンテナを励振させることを特徴とする請求項１記載のアレーアンテナ装置。
  8. 　前記第３の導体地板における２つの平面のうち、前記第２の誘電体基板が配置されている平面と反対側の平面側に配置されている第３の誘電体基板と、
    　前記第３の誘電体基板における２つの平面のうち、前記第３の導体地板が配置されている面と反対側の面に配置されて、前記複数のパッチアンテナのいずれかと対向する位置に設けられている前記第１及び第２のストリップ線路のそれぞれと電気的に接続されており、前記いずれかのパッチアンテナが送信又は受信する信号の位相及び振幅を調整する複数の調整回路とを備えていることを特徴とする請求項７記載のアレーアンテナ装置。
  9. 　前記第２の導体地板における２つの平面のうち、前記第２の誘電体基板が配置されている平面と反対側の平面側に配置されている第３の誘電体基板と、
    　前記第３の誘電体基板における２つの平面のうち、前記第２の導体地板が配置されている平面と反対側の平面側に配置されている第３の導体地板と、
    　前記第２の誘電体基板における２つの平面のうち、前記第２の導体地板が配置されている平面と反対側の平面側において、前記複数のパッチアンテナのそれぞれと対向する位置に設けられている複数の第１のストリップ線路と、
    　前記第３の誘電体基板の内部において、前記複数のパッチアンテナのそれぞれと対向する位置に設けられている複数の第２のストリップ線路と、
    　前記第２の導体地板において、前記複数のパッチアンテナのそれぞれと対向する位置に施されている複数のスロットとを備え、
    　前記複数のスロットのそれぞれは、前記第１のストリップ線路及び前記第２のストリップ線路のそれぞれから給電されると、対向する位置に設けられている前記パッチアンテナを励振させることを特徴とする請求項２記載のアレーアンテナ装置。
  10. 　前記第３の導体地板における２つの平面のうち、前記第３の誘電体基板が配置されている平面と反対側の平面側に配置されている第４の誘電体基板と、
    　前記第４の誘電体基板における２つの平面のうち、前記第３の導体地板が配置されている面と反対側の面に配置されて、前記複数のパッチアンテナのいずれかと対向する位置に設けられている前記第１及び第２のストリップ線路のそれぞれと電気的に接続されており、前記いずれかのパッチアンテナが送信又は受信する信号の位相及び振幅を調整する複数の調整回路とを備えていることを特徴とする請求項９記載のアレーアンテナ装置。
  11. 　前記複数のパッチアンテナのそれぞれは、形状が円形のパッチアンテナであることを特徴とする請求項１記載のアレーアンテナ装置。
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