アンテナ装置
【課題】アンテナ自身を傾けることなく、ビーム指向方向を広帯域かつ非対称にすることが可能なアンテナ装置を得る。
【解決手段】誘電体基板１と、誘電体基板１にテーパスロット線路４を構成するために、誘電体基板１の中央線６に対して対称な関係を保つように、対向して誘電体基板１上に設けられた第１および第２の導体２，３と、第１の導体２と第２の導体３とで挟まれた領域として誘電体基板１上に構成され、線路幅が誘電体基板１の中央線６に対して対称な関係を保って漸次広がり、その先端が開放端であるテーパスロット線路４と、テーパスロット線路４の他端に設けられた給電点５に対して設けられ、給電点５に給電する給電手段とを備えたアンテナ装置であって、テーパスロット線路４を構成する第１および第２の導体２，３のどちらか一方に対して切り込み７を設けたことを特徴とする。
【解決手段】誘電体基板１と、誘電体基板１にテーパスロット線路４を構成するために、誘電体基板１の中央線６に対して対称な関係を保つように、対向して誘電体基板１上に設けられた第１および第２の導体２，３と、第１の導体２と第２の導体３とで挟まれた領域として誘電体基板１上に構成され、線路幅が誘電体基板１の中央線６に対して対称な関係を保って漸次広がり、その先端が開放端であるテーパスロット線路４と、テーパスロット線路４の他端に設けられた給電点５に対して設けられ、給電点５に給電する給電手段とを備えたアンテナ装置であって、テーパスロット線路４を構成する第１および第２の導体２，３のどちらか一方に対して切り込み７を設けたことを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明はアンテナ装置に関し、特に、テーパスロット線路を有するアンテナ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、レーダやセンサ用アンテナとしては、探知、識別性能の向上を図るために広帯域性を有するものが選定されている。その一つに、テーパスロットアンテナが挙げられる（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
図６に特許文献１を参考とした一般的なテーパスロットアンテナの構造を示す。図において、４１は誘電体基板、４２は誘電体基板４１の一方の面上にパターニングされた第１の導体、４３は同じく誘電体基板４１の一方の面上にパターニングされた第２の導体、４４は第１の導体４２と第２の導体４３との間に構成され、テーパ状に端部が広がったテーパスロット線路、４５はマイクロストリップ線路、４６はマイクロストリップ線路４５の端部に設けられ第１の導体４２に導通しているスルーホールである。
【０００４】
次に動作に関して説明する。入力信号はマイクロストリップ線路４５を介してテーパスロット線路４４に電磁結合される。この際、マイクロストリップ線路４５はテーパスロット線路４４と交差した直後で誘電体基板４１中に設けたスルーホール４６にて第１の導体４２と導通される。このため、入力信号は広帯域に亘って効率的にテーパスロット線路４４に電磁結合される。テーパスロット線路４４に伝わった信号はテーパスロット線路４４の開口端に向かって伝搬し、所望の位置から放射する。なお、低周波数域では開口端に近い側から放射し、高周波数域では逆に給電側から放射する。すなわち、このアンテナはスロット線路幅を開口端に向かうにつれて漸次広げた構造をしているので、空間との整合を広帯域に亘って実現できる特徴がある。なお、本説明ではマイクロストリップ線路４５による給電方式を示したが、テーパスロット線路４４への給電方式は別形式でも良い。例えば、同軸線路を用いた方式もある。
【０００５】
さて、レーダやセンサでは、その使用状況によって周囲環境からの反射の影響を受けることが考えられる。例えば、地上用レーダでは地面、艦船搭載用レーダでは海面からの影響を出来るだけ軽減したい要求がある。このため、地面、海面方向への放射を減らし、覆域方向にのみ放射するアレーアンテナ素子が有効と考えられる。加えて、一般的に、垂直偏波は地面、海面からの影響を受けにくいといわれており、従来から各種レーダ等に用いられている。
【０００６】
上述のテーパスロットアンテナの場合、通常、図６にも示すように理想的な放射方向はアンテナ正面となる。このため、地面や海面方向へも放射量が多く、影響を受けやすいこととなる。なお、アンテナを最初から覆域方向に傾けて配置する方法が考えられるが、この場合、構造上複雑となることが予想される。
【０００７】
【特許文献１】特開平１１−１６３６２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述の従来技術の説明にて示したように、一般的なテーパスロットアンテナでの放射方向はアンテナ正面となり、且つ、放射パターン形状もほぼ対称となる。しかしながら、レーダやセンサでは、使用環境によっては地面や海面方向への放射を避け、非対称の覆域が求められるが、上述したような従来技術では対応できないという問題点があった。
【０００９】
なお、特許文献１において、そのような場合への対応策として、非対称パターン形状を有するテーパスロットアンテナを説明しているが、当該文献においては、非対称なパターンを得る手法として、アンテナ両側部の誘電体基板にコルゲート構造を設け、その寸法が両者で異なるようにしているため、製造工程が難しく、また、ビーム指向方向に可変にすることができないという問題点があった。
【００１０】
この発明はかかる問題点を解決するためになされたものであり、アンテナ自身を傾けることなく、ビーム指向方向を広帯域かつ非対称にすることが可能なアンテナ装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この発明は、誘電体基板と、前記誘電体基板にテーパスロット線路を構成するために、前記誘電体基板の中央線に対して対称な関係を保つように、対向して前記誘電体基板上に設けられた第１および第２の導体と、前記第１の導体と前記第２の導体とで挟まれた領域として前記誘電体基板上に構成され、線路幅が前記誘電体基板の中央線に対して対称な関係を保って漸次広がり、その先端が開放端であるテーパスロット線路と、前記テーパスロット線路の他端に設けられた給電点に対して設けられ、前記給電点に給電する給電手段とを備えたアンテナ装置であって、前記テーパスロット線路を構成する前記第１および第２の導体のどちらか一方に対して切り込みを設けたことを特徴とするアンテナ装置である。
【発明の効果】
【００１２】
この発明は、誘電体基板と、前記誘電体基板にテーパスロット線路を構成するために、前記誘電体基板の中央線に対して対称な関係を保つように、対向して前記誘電体基板上に設けられた第１および第２の導体と、前記第１の導体と前記第２の導体とで挟まれた領域として前記誘電体基板上に構成され、線路幅が前記誘電体基板の中央線に対して対称な関係を保って漸次広がり、その先端が開放端であるテーパスロット線路と、前記テーパスロット線路の他端に設けられた給電点に対して設けられ、前記給電点に給電する給電手段とを備えたアンテナ装置であって、前記テーパスロット線路を構成する前記第１および第２の導体のどちらか一方に対して切り込みを設けたことを特徴とするアンテナ装置であるので、アンテナ自身を傾けることなく、ビーム指向方向を広帯域かつ非対称にすることが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、この発明の実施の形態に係るアンテナ装置について説明する。以下に説明する実施の形態では、送信にも受信にも対応できるアンテナ構造を例に挙げて説明する。
【００１４】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１を示すアンテナ装置の基本構成を示すものである。図において、１は略々矩形の板状形状を有する誘電体基板、２は誘電体基板１のどちらか一方の面（主面）に形成された第１の導体、３は第１の導体２と同一面内に形成された第２の導体、４は第１の導体２と第２の導体３とで挟まれた領域として構成されるテーパスロット線路、５は給電点であり便宜上基準点とする。６は基準点５を通るテーパスロット線路の中央線、７はテーパスロット線路途中の導体部分に設けられた切り欠きである。第１の導体２および第２の導体３は、それぞれ、楕円形を長軸と短軸に沿って切ったときの１／４の形状に似た形を有している。そのため、それらの間に形成されたテーパスロット線路４は、基準点５に近い部分では直線を描き、開口端に向かって、曲線を描きながら徐々にテーパ状に開いた形状となっている。従って、直線部と曲線部とに分かれている。
【００１５】
次に、動作について送信系を想定して説明する。基準（給電）点５にてスロット線路に入力された信号はテーパ状スロット線路４を伝搬し、周波数帯によって異なるがテーパスロット線路４の所望の位置から放射される。なお、低周波数域では開口端に近い側から放射し、高周波数域では逆に給電側から放射する。テーパスロット線路４への給電方法は特に問わないので、用途、あるいは後段に接続されるモジュール等への接続の容易なものを選択できる。
【００１６】
ここで、切り欠き７が設けられていない場合を想定すると、テーパスロット線路４を構成する第１の導体２と第２の導体３それぞれの曲線部が中央線６に対して対称な構造をしていることになる。そのとき、テーパスロット線路４の端部、すなわち、第１の導体２および第２の導体３の曲線部近傍であって、基準点５から等距離の位置に、等振幅で逆相の電流が流れる。この電流に起因して発生する電界も中央線６近傍ではそれに直交したベクトル方向を維持しつつテーパスロット線路４内を伝搬し、アンテナ正面方向、すなわち、中央線６に平行な水平方向に直交した偏波方向をもって放射される。
【００１７】
この発明の本実施の形態１に係るアンテナ装置では、図１のように、第１の導体２の曲線部の所望の位置にて導体に切り欠き７を設けている。これにより、切り欠き７部分にて電流経路が迂回していることとなり、そこで位相が遅れる。この結果、切り欠き７以降で、かつ、基準点５からの等距離にある第１の導体２および第２の導体３の曲線部の位置の電流は逆相の関係ではなくなっている。故に、テーパスロット線路４内を伝搬する電界は、中央線６とは直交でない傾きを持って伝搬し、所望の位置で放射される。結果として、図１に示すようにある傾きをもった方向に放射がなされ、ビーム指向方向がアンテナ正面からチルト（非対称パターン形状のこと）する。このように、本実施の形態１においては、アンテナ装置自体を傾けずにビーム指向方向をチルトできるので、機構的負担が小さい利点がある。
【００１８】
また、切り欠き７を設ける位置を基準点５側に近づけることで、広帯域に亘ってビーム指向方向がチルト可能である。
【００１９】
さらに、図１では、切り欠き７を中央線６に対して直交する方向に設けているが、この方向は任意でもよく、その形状も矩形に限ったものではない。
【００２０】
加えて、切り欠き７を設ける導体は第１の導体２でなく第２の導体３でもかまわない。その場合は、ビーム指向方向が中央線６を対称軸とした反対側にチルトする。
【００２１】
以上のように、本実施の形態１においては、誘電体基板１の中央線に対して対称な関係を保って漸次広がるように形成された第１の導体２および第２の導体３と、それらに挟まれた領域として構成されて、先端が開放端であるテーパスロット線路４と、テーパスロット線路４の他端に設けられ、テーパスロット線路に給電するための基準（給電）点５とを備えたテーパスロットアンテナであって、テーパスロット線路４を形成する第１の導体２および第２の導体３のどちらか一方の導体において、基準（給電）点５から開放端までの間に切り込み７を設けるようにしたので、アンテナ装置自体を傾けずにビーム指向方向をチルトできるので、製造工程が容易であるとともに、機構的負担が小さい。また、広帯域のチルトも可能である。
【００２２】
実施の形態２．
上述の実施の形態１では、誘電体基板１の一方の面にテーパスロット線路４の片側端部曲線内に切り欠き７が構成されたアンテナ装置に関して説明したが、本実施の形態２においては、誘電体基板１の表裏面にパターニングされた導体を一対とみなして、テーパスロット線路の片側端部曲線内に切り欠きが構成されるアンテナ装置に関して説明する。
【００２３】
図２は、この発明の実施の形態２に係るアンテナ装置の構成を示すものである。図において、１１は誘電体基板、１２は誘電体基板１１の表面に構成された第１の導体、１３は誘電体基板１１の裏面に構成された第２の導体、１４は第１の導体１２及び第２の導体１３の一部を一対とみなして構成された平行２線、１５は第１の導体１２及び第２の導体１３の対向する曲線部にて構成されるテーパスロット線路、１６は第１の導体１２の一部で構成されるストリップ線路と第２の導体１３の一部で構成される地導体とを組み合わせて構成されたマイクロストリップ線路、１７は平行２線１４とマイクロストリップ線路１６とを繋ぐ平衡−不平衡変換部（テーパバラン）、１８はテーパスロット線路１５途中に設けられた切り欠きである。
【００２４】
すなわち、本実施の形態２においては、図２に示すように、誘電体基板の表面および裏面に、幅が等しく、かつ、お互いが重なるように導体線を配置して平行２線１４を構成し、この平行２線１４の先端（開放端）は、互いに逆の方向に向かうように曲線上に曲がって延びており、その延長部分が、第１の導体１２および第２の導体１３となっている。第１の導体１２は、図中左上方向に向かって曲がっており、第２の導体１３は図中左下方向に向かって曲がっている。また、第１の導体１２および第２の導体１３は、それぞれ、その延長方向に対して漸次広がるように、第１の導体１２および第２の導体１３部分の幅を漸次変化させながら延長させた構造としてパターニングした放射部となっている。このように、第１の導体１２および第２の導体１３が誘電基板１１上に設けられているので、これらの導体に囲まれた部分は、テーパスロット線路１５が形成される。また、テーパスロット線路１５を構成する第１の導体１２および第２の導体１３のどちらか一方の導体線内側における平行２線１４の給電点から開放端までの間の所望位置にて、所望の長さを持つ切込み１８を設けられている。図２の例では、第２の導体１３内に、切込み１８が形成されている。また、図示は省略しているが、マイクロストリップ線路１６の他方の先端（給電点）には、マイクロストリップ線路１６への給電手段（給電点）が設けられている。
【００２５】
次に動作について説明する。上述したように、平行２線１４のアンテナ開口側端部（開口端）は、第１の導体１２と第２の導体１３とがそれぞれ重ならない方向に曲線を描きつつ、且つ、導体幅を変化させてパターニングされている。これにより、図に示すように、第１の導体１２と第２の導体１３とを対にしてテーパスロット線路１５が構成される。一方、平行２線１４の給電側端部（給電点）は、第１の導体１２および第２の導体１３を一対とみなしてテーパバラン１７、さらに、マイクロストリップ線路１６へと繋がっている。この構造を取ることにより、マイクロストリップ線路１６の給電側端部から入力された信号（図の紙面に垂直な方向の電界）は、マイクロストリップ線路１６からテーパバラン１７を介して効率的に平行２線１４に伝搬する。続いて、平行２線１４から第１の導体１２及び第２の導体１３が徐々に広がりをもってテーパスロット線路１５を構成しているため、途中で電磁結合させることなくスムーズにテーパスロット線路１５に給電が可能である。テーパスロット線路１５内を伝搬するにつれて、電界は徐々に回転し、図の紙面にほぼ平行な方向となる。その後、さらにテーパスロット線路１５内を伝搬し所望の位置から放射がなされ、図の紙面にほぼ平行な方向の直線偏波を発生するテーパスロットアンテナとして動作する。
【００２６】
ここで、図２のように第２の導体１３の曲線部の所望の位置にて導体に切り欠き１８を設けているので、これにより、切り欠き１８部分にて電流経路が迂回していることとなり、そこでテーパスロット端部を流れる位相が遅れる。この結果、切り欠き１８以降で、かつ、平行２線１４からの等距離にある第１の導体１２および第２の導体１３の曲線部の位置の電流は逆相の関係ではなくなる。故に、テーパスロット線路１５内を伝搬する電界は、テーパスロット線路１５の中央線とは直交でない傾きを持って伝搬し、所望の位置で放射される。結果として、図１と同様に、ある傾きをもった方向に放射がなされ、ビーム指向方向がアンテナ正面からチルトする。以上より、アンテナ自体を傾けずにビーム指向方向をチルトできるので、機構的負担が小さいという利点がある。
【００２７】
また、切り欠き１８を設ける位置を平行２線１４側に近づけることで、広帯域に亘ってビーム指向方向がチルト可能である。
【００２８】
さらに、切り欠き１８を設ける方向、形状共に、図２に限定するものではない。加えて、切り欠き１８を設ける導体は、第２の導体１３でなく、第１の導体１２でもかまわない。その場合は、ビーム指向方向がテーパスロット線路１５の中央線を伸長した線分を軸として先ほどとは反対側にチルトする。
【００２９】
マイクロストリップ線路１６からテーパスロット線路１５までを誘電体基板による導体のパターニングのみの構成で容易に製造できる利点もある。また、マイクロストリップ線路による給電であるので、アンテナ後段に接続されるモジュール等への接続が容易であり、アンテナ基板へのモジュール一体実装も可能である。
【００３０】
以上のように、本実施の形態においては、誘電体基板１１の表面および裏面に、幅が等しく、かつ、（上から見たときの）お互いの位置が重なるように導体線を配置して平行２線１４を構成し、この平行２線１４の先端部分であって、その延長方向に対して漸次幅が広がるように、表面および裏面内の導体部分をその幅を漸次変化させながら延長させて構成された第１および第２の導体１２、１３と、平行２線１４、第１および第２の導体１２、１３とで挟まれた領域として構成され、線路幅が誘電体基板１の中央線に対して対称な関係を保って漸次広がり、その先端が放射部（開口端）であるテーパスロット線路１５を設け、テーパスロット線路１５への給電手段（給電点）を平行２線１４の端部に備えたテーパスロットアンテナであって、テーパスロット線路１５を構成する第１および第２の導体１２および１３のどちらか一方の導体線内側において、平行２線１４の給電点から開放端までの間に切込み１８を設けるようにしたので、アンテナ装置自体を傾けずにビーム指向方向をチルトできるので、製造工程が容易であるとともに、機構的負担が小さい。また、広帯域のチルトも可能である。
【００３１】
実施の形態３．
上述の実施の形態２では、誘電体基板の表面および裏面にパターニングされた導体を一対とみなしてテーパスロット線路を構成し、その一方の導体途中に切り欠きを構成しているアンテナ装置に関して述べたが、本実施の形態３においては、テーパスロット線路を構成する両導体に切り欠きおよびこの切り欠きの短絡／開放を切り替えるスイッチを設けた構造のアンテナ装置について説明する。
【００３２】
図３は、本実施の形態３を示すテーパスロットアンテナの構造を示すものである。図において、２１は誘電体基板、２２は誘電体基板２１の裏面に構成された第１の導体、２３は誘電体基板２１の表面に構成された第２の導体、２４はスロット線路途中の第１の導体２２内に設けられた切り欠き、２５は切り欠き２４上に装荷されたスイッチ、２６はスロット線路途中の第２の導体２３内に設けられた切り欠き、２７は切り欠き２６上に装荷されたスイッチである。なお、第１の導体２２および第２の導体２３の形状は、基本的に、図２に示した第１の導体１２および第２の導体１３の形状と同じであるため、ここでは詳細な説明は省略する。
【００３３】
次に、動作について説明する。マイクロストリップ線路により給電するタイプのテーパスロットアンテナとしての基本的な動作は実施の形態２にて説明しているので、ここでは省略する。ここで、図３のように、第１の導体２２および第２の導体２３の曲線部の所望の位置において、それぞれ切り欠き２４および切り欠き２６を設けている。これら切り欠きの効果は、上述の実施の形態２にて説明した通り、切り欠き部にて電流経路が迂回しており、テーパスロット端部を流れる位相が遅れる。この現象により、テーパスロット線路内を伝搬する電界に傾きが生じ、放射した際にビーム指向方向がチルトする。ところで、切り欠き２４および切り欠き２６には、それぞれ切り欠き部の短絡／開放を切り替えるためのスイッチ２５およびスイッチ２７が装荷されており、これらは交互にＯＮ／ＯＦＦ状態を切り替える。この動作で、切り欠き２４が開放のとき、切り欠き２６は短絡、逆に、切り欠き２４が短絡のとき、切り欠き２６は開放となる。従って、スイッチを装荷したことで、第１の導体２２と第２の導体２３で切り欠きの効果を切り替えることが可能なため、ビーム指向方向を切り替えることが可能となる。アンテナ自体を傾けずに、かつ、素子単体にてビーム指向方向を切り替えられるので、機構的負担が小さく、省スペースで実現できるという効果も有する。
【００３４】
また、スイッチとしては、半導体スイッチやＭＥＭＳスイッチの適用が考えられる。図３では各切り欠きにスイッチを２個ずつ設けているが、スイッチの個数に制限はなく、任意の個数を設けることが可能である。
【００３５】
さらに、図３では、第１の導体２２と第２の導体２３の両方に、切り欠き２４およびスイッチ２５と、切り欠き２６およびスイッチ２７とを備えているが、例えば、第１の導体２２にのみ切り欠き２４とスイッチ２５を設け、第２の導体２３には設けない構造としても、スイッチ２５のＯＮ／ＯＦＦ状態切り替えにより放射パターンを対称形状と非対称形状としたものとに切り替えられる。また、第２の導体２３側にのみ設けた場合は、チルトする方向が前記とは異なる放射パターンの切り替えが可能である。
【００３６】
また、図４は、本実施の形態３の変形例を示したものであり、スイッチを装荷した切り欠き部を各導体内に複数設けたテーパスロットアンテナの構造を示すものである。図において、２８は、開口端に近い位置に形成されて、低周波数帯で効果のある切り欠きおよびスイッチ、２９は、２８よりも給電点に近い位置に形成されて、高周波数帯で効果のある切り欠きおよびスイッチである。
【００３７】
図４の動作について説明する。マイクロストリップ線路により給電し、ビーム指向方向の切り替えが可能なテーパスロットアンテナとしての基本的な動作は前記にて説明しているので、ここでは省略する。この変形例においては、図４に示すように、切り欠きおよびスイッチ２８はアンテナ開口側に設けられているので、低周波数帯にて動作し、切り欠きおよびスイッチ２９は逆に給電側に設けられているので、高周波数帯にて動作するものである。これにより、２８または２９のいずれかを用いるように切り替えることにより、広帯域に亘ってビーム指向方向を切り替えられる利点がある。なお、切り欠きおよびスイッチの個数に限りはなく、設けた数が多いほど広帯域性が増すことになる。
【００３８】
なお、上述の説明においては、２８か２９のいずれかを用いるように切り替える例について説明したが、その場合に限らず、第１の導体側の切り込みを全てＯＮにし、第２の導体側の切り込みを全てＯＦＦにする（または、その逆）ように切り替えを行ってもよい。
【００３９】
また、切り込みの長さは適宜変更可能であり、また、装荷する個数も、第１の導体側と第２導体側で異なっていてもよく、長さおよび装荷する個数の異なる切り込みおよびスイッチの任意の組み合わせを適用してもよい。
【００４０】
以上のように、本実施の形態においては、実施の形態２と同様に、誘電体基板２１の表面および裏面に、幅が等しく、かつ、お互いが重なるように導体線を配置して平行２線を構成し、この平行２線の先端は、その延長方向に対して漸次広がるように、表面および裏面内の第１の導体２２および第２の導体２３部分をその幅を漸次変化させながら延長させた構造としてパターニングした放射部（開口端）を有するとともに、他の先端に、テーパスロット線路への給電手段（給電点）を備えたテーパスロットアンテナであって、テーパスロット線路を構成する第１の導体２２および第２の導体２３の導体線それぞれの内側において、平行２線の給電点から開放端までの間に切込みを設け、両切り込み部分に短絡／開放状態の切り替え手段を備えるようにしたので、上述の実施の形態２と同様の効果が得られるとともに、さらに、本実施の形態においては、スイッチを装荷したことで、第１の導体２２と第２の導体２３で切り欠きの効果を切り替えることが可能なため、ビーム指向方向を切り替えることが可能となる。
【００４１】
なお、本実施の形態３においては、実施の形態２と同様の構成に対してスイッチを設ける例について説明したが、その場合に限らず、図１に示した実施の形態１の構成に本実施の形態３で説明したスイッチを適用してもよい。
【００４２】
実施の形態４．
上述の実施の形態３では、切り欠きおよびスイッチを設けたテーパスロットアンテナにより放射方向を切り替えることが可能な構造のアンテナ装置について述べたが、本実施の形態では、実施の形態３で述べた、ビームチルトを可能にするテーパスロットアンテナを素子とするアレーアンテナに関して説明する。
【００４３】
図５は、本実施の形態４を示すものであり、テーパスロットアンテナを素子アンテナとするアレーアンテナの概念構造を示すものである。図において、３１は反射板、３２は素子アンテナ、３３はアレーパターン指向方向である。図５に示すように、素子アンテナ３２が、反射板３１の片側の面に略々格子状に複数個配置されている。但し、縦１列おきに、その高さ位置がずれるように配置されているため、隣接する素子アンテナ同士は、高さ方向に部分的に重なるように配置されている。
【００４４】
次に、動作について説明する。反射板３１の後段にはアンプ、移相器等が組み込まれたモジュールや分配／合成回路等が配置され、アクティブフェーズドアレーアンテナを構成する。素子アンテナ３２における給電からビームチルトする放射機構、およびビームチルト方向を可変する機構に関しては、前記の実施の形態にて説明しているので省略する。各素子アンテナはビーム指向方向が地面より斜め上方にチルトした放射を実現できるので、指向性合成によるアレーパターンも、その方向で従来に比べて利得の上昇が図れる。また、さらに上方にビーム走査を行っても従来に比べて利得低下を減らすことができる。さらに、地面への不要放射も低減でき、反射波等による性能劣化を防ぐことも可能である。
【００４５】
図５では、反射板３１のような平面上に素子アンテナ３２を配置しているが、これに限ったものではなく、用途に寄っては、例えば曲面上や多面体上に３次元的に配置しても良い。また、簡易形として１次元に配列しても問題ない。
【００４６】
また、図５において、平行２線に給電する機構は、反射板３１の裏面側に構成されている。この場合、反射板には、平行２線と導通しないように適度な大きさの穴が設けられている。この穴形状は任意で良く、例えば素子アンテナ３２を反射板３１の全面から抜き差しできるようにスロット状に形成しても良い。
【００４７】
さらに、水平偏波を放射するように素子アンテナ３２を地面に対して水平に配置することで、ビームチルト方向を水平面内で切り替えることも可能となる。
【００４８】
以上のように、本実施の形態においては、実施の形態３で示したテーパスロットアンテナを素子アンテナとして、それらを複数配置してアレーアンテナを構成するようにしたので、上記の実施の形態３と同様の効果が得られ、各素子アンテナはビーム指向方向が地面より斜め上方にチルトした放射を実現できるので、指向性合成によるアレーパターンも、同方向において、従来に比べ、利得の上昇が図れる。また、さらに上方にビーム走査を行っても、従来に比べ、利得低下を減らすことができる。さらに、地面への不要放射も低減でき、反射波等による性能劣化を防ぐことも可能である。
【００４９】
なお、本実施の形態においては、実施の形態３で示したテーパスロットアンテナを素子アンテナとして、それらを複数配置してアレーアンテナを構成するようにした例について説明したが、実施の形態１および２のテーパスロットアンテナを素子アンテナとして、それらを複数配置してアレーアンテナを構成するようにしてもよく、その場合も同様の効果が得られることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】この発明の実施の形態１に係るアンテナ装置の構成を示した平面図である。
【図２】この発明の実施の形態２に係るアンテナ装置の構成を示した平面図である。
【図３】この発明の実施の形態３に係るアンテナ装置の構成を示した平面図である。
【図４】この発明の実施の形態３に係るアンテナ装置の変形例の構成を示した平面図である。
【図５】この発明の実施の形態４に係るアンテナ装置の構成を示した平面図である。
【図６】従来の一般的なテーパスロットアンテナの構造を示した説明図である。
【符号の説明】
【００５１】
１，１１，２１，４１ 誘電体基板、２，１２，２２，４２ 第１の導体、３，１３，２３，４３ 第２の導体、４，１５，４４ テーパスロット線路、５ 基準点（給電点）、６ 中央線、７，１８，２４，２６ 切り欠き、１４ 平行２線、２５，２７ スイッチ、３１ 反射板、３２ 素子アンテナ、３３ ビーム、４５ マイクロストリップ線路、４６ スルーホール。
【技術分野】
【０００１】
この発明はアンテナ装置に関し、特に、テーパスロット線路を有するアンテナ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、レーダやセンサ用アンテナとしては、探知、識別性能の向上を図るために広帯域性を有するものが選定されている。その一つに、テーパスロットアンテナが挙げられる（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
図６に特許文献１を参考とした一般的なテーパスロットアンテナの構造を示す。図において、４１は誘電体基板、４２は誘電体基板４１の一方の面上にパターニングされた第１の導体、４３は同じく誘電体基板４１の一方の面上にパターニングされた第２の導体、４４は第１の導体４２と第２の導体４３との間に構成され、テーパ状に端部が広がったテーパスロット線路、４５はマイクロストリップ線路、４６はマイクロストリップ線路４５の端部に設けられ第１の導体４２に導通しているスルーホールである。
【０００４】
次に動作に関して説明する。入力信号はマイクロストリップ線路４５を介してテーパスロット線路４４に電磁結合される。この際、マイクロストリップ線路４５はテーパスロット線路４４と交差した直後で誘電体基板４１中に設けたスルーホール４６にて第１の導体４２と導通される。このため、入力信号は広帯域に亘って効率的にテーパスロット線路４４に電磁結合される。テーパスロット線路４４に伝わった信号はテーパスロット線路４４の開口端に向かって伝搬し、所望の位置から放射する。なお、低周波数域では開口端に近い側から放射し、高周波数域では逆に給電側から放射する。すなわち、このアンテナはスロット線路幅を開口端に向かうにつれて漸次広げた構造をしているので、空間との整合を広帯域に亘って実現できる特徴がある。なお、本説明ではマイクロストリップ線路４５による給電方式を示したが、テーパスロット線路４４への給電方式は別形式でも良い。例えば、同軸線路を用いた方式もある。
【０００５】
さて、レーダやセンサでは、その使用状況によって周囲環境からの反射の影響を受けることが考えられる。例えば、地上用レーダでは地面、艦船搭載用レーダでは海面からの影響を出来るだけ軽減したい要求がある。このため、地面、海面方向への放射を減らし、覆域方向にのみ放射するアレーアンテナ素子が有効と考えられる。加えて、一般的に、垂直偏波は地面、海面からの影響を受けにくいといわれており、従来から各種レーダ等に用いられている。
【０００６】
上述のテーパスロットアンテナの場合、通常、図６にも示すように理想的な放射方向はアンテナ正面となる。このため、地面や海面方向へも放射量が多く、影響を受けやすいこととなる。なお、アンテナを最初から覆域方向に傾けて配置する方法が考えられるが、この場合、構造上複雑となることが予想される。
【０００７】
【特許文献１】特開平１１−１６３６２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述の従来技術の説明にて示したように、一般的なテーパスロットアンテナでの放射方向はアンテナ正面となり、且つ、放射パターン形状もほぼ対称となる。しかしながら、レーダやセンサでは、使用環境によっては地面や海面方向への放射を避け、非対称の覆域が求められるが、上述したような従来技術では対応できないという問題点があった。
【０００９】
なお、特許文献１において、そのような場合への対応策として、非対称パターン形状を有するテーパスロットアンテナを説明しているが、当該文献においては、非対称なパターンを得る手法として、アンテナ両側部の誘電体基板にコルゲート構造を設け、その寸法が両者で異なるようにしているため、製造工程が難しく、また、ビーム指向方向に可変にすることができないという問題点があった。
【００１０】
この発明はかかる問題点を解決するためになされたものであり、アンテナ自身を傾けることなく、ビーム指向方向を広帯域かつ非対称にすることが可能なアンテナ装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この発明は、誘電体基板と、前記誘電体基板にテーパスロット線路を構成するために、前記誘電体基板の中央線に対して対称な関係を保つように、対向して前記誘電体基板上に設けられた第１および第２の導体と、前記第１の導体と前記第２の導体とで挟まれた領域として前記誘電体基板上に構成され、線路幅が前記誘電体基板の中央線に対して対称な関係を保って漸次広がり、その先端が開放端であるテーパスロット線路と、前記テーパスロット線路の他端に設けられた給電点に対して設けられ、前記給電点に給電する給電手段とを備えたアンテナ装置であって、前記テーパスロット線路を構成する前記第１および第２の導体のどちらか一方に対して切り込みを設けたことを特徴とするアンテナ装置である。
【発明の効果】
【００１２】
この発明は、誘電体基板と、前記誘電体基板にテーパスロット線路を構成するために、前記誘電体基板の中央線に対して対称な関係を保つように、対向して前記誘電体基板上に設けられた第１および第２の導体と、前記第１の導体と前記第２の導体とで挟まれた領域として前記誘電体基板上に構成され、線路幅が前記誘電体基板の中央線に対して対称な関係を保って漸次広がり、その先端が開放端であるテーパスロット線路と、前記テーパスロット線路の他端に設けられた給電点に対して設けられ、前記給電点に給電する給電手段とを備えたアンテナ装置であって、前記テーパスロット線路を構成する前記第１および第２の導体のどちらか一方に対して切り込みを設けたことを特徴とするアンテナ装置であるので、アンテナ自身を傾けることなく、ビーム指向方向を広帯域かつ非対称にすることが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、この発明の実施の形態に係るアンテナ装置について説明する。以下に説明する実施の形態では、送信にも受信にも対応できるアンテナ構造を例に挙げて説明する。
【００１４】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１を示すアンテナ装置の基本構成を示すものである。図において、１は略々矩形の板状形状を有する誘電体基板、２は誘電体基板１のどちらか一方の面（主面）に形成された第１の導体、３は第１の導体２と同一面内に形成された第２の導体、４は第１の導体２と第２の導体３とで挟まれた領域として構成されるテーパスロット線路、５は給電点であり便宜上基準点とする。６は基準点５を通るテーパスロット線路の中央線、７はテーパスロット線路途中の導体部分に設けられた切り欠きである。第１の導体２および第２の導体３は、それぞれ、楕円形を長軸と短軸に沿って切ったときの１／４の形状に似た形を有している。そのため、それらの間に形成されたテーパスロット線路４は、基準点５に近い部分では直線を描き、開口端に向かって、曲線を描きながら徐々にテーパ状に開いた形状となっている。従って、直線部と曲線部とに分かれている。
【００１５】
次に、動作について送信系を想定して説明する。基準（給電）点５にてスロット線路に入力された信号はテーパ状スロット線路４を伝搬し、周波数帯によって異なるがテーパスロット線路４の所望の位置から放射される。なお、低周波数域では開口端に近い側から放射し、高周波数域では逆に給電側から放射する。テーパスロット線路４への給電方法は特に問わないので、用途、あるいは後段に接続されるモジュール等への接続の容易なものを選択できる。
【００１６】
ここで、切り欠き７が設けられていない場合を想定すると、テーパスロット線路４を構成する第１の導体２と第２の導体３それぞれの曲線部が中央線６に対して対称な構造をしていることになる。そのとき、テーパスロット線路４の端部、すなわち、第１の導体２および第２の導体３の曲線部近傍であって、基準点５から等距離の位置に、等振幅で逆相の電流が流れる。この電流に起因して発生する電界も中央線６近傍ではそれに直交したベクトル方向を維持しつつテーパスロット線路４内を伝搬し、アンテナ正面方向、すなわち、中央線６に平行な水平方向に直交した偏波方向をもって放射される。
【００１７】
この発明の本実施の形態１に係るアンテナ装置では、図１のように、第１の導体２の曲線部の所望の位置にて導体に切り欠き７を設けている。これにより、切り欠き７部分にて電流経路が迂回していることとなり、そこで位相が遅れる。この結果、切り欠き７以降で、かつ、基準点５からの等距離にある第１の導体２および第２の導体３の曲線部の位置の電流は逆相の関係ではなくなっている。故に、テーパスロット線路４内を伝搬する電界は、中央線６とは直交でない傾きを持って伝搬し、所望の位置で放射される。結果として、図１に示すようにある傾きをもった方向に放射がなされ、ビーム指向方向がアンテナ正面からチルト（非対称パターン形状のこと）する。このように、本実施の形態１においては、アンテナ装置自体を傾けずにビーム指向方向をチルトできるので、機構的負担が小さい利点がある。
【００１８】
また、切り欠き７を設ける位置を基準点５側に近づけることで、広帯域に亘ってビーム指向方向がチルト可能である。
【００１９】
さらに、図１では、切り欠き７を中央線６に対して直交する方向に設けているが、この方向は任意でもよく、その形状も矩形に限ったものではない。
【００２０】
加えて、切り欠き７を設ける導体は第１の導体２でなく第２の導体３でもかまわない。その場合は、ビーム指向方向が中央線６を対称軸とした反対側にチルトする。
【００２１】
以上のように、本実施の形態１においては、誘電体基板１の中央線に対して対称な関係を保って漸次広がるように形成された第１の導体２および第２の導体３と、それらに挟まれた領域として構成されて、先端が開放端であるテーパスロット線路４と、テーパスロット線路４の他端に設けられ、テーパスロット線路に給電するための基準（給電）点５とを備えたテーパスロットアンテナであって、テーパスロット線路４を形成する第１の導体２および第２の導体３のどちらか一方の導体において、基準（給電）点５から開放端までの間に切り込み７を設けるようにしたので、アンテナ装置自体を傾けずにビーム指向方向をチルトできるので、製造工程が容易であるとともに、機構的負担が小さい。また、広帯域のチルトも可能である。
【００２２】
実施の形態２．
上述の実施の形態１では、誘電体基板１の一方の面にテーパスロット線路４の片側端部曲線内に切り欠き７が構成されたアンテナ装置に関して説明したが、本実施の形態２においては、誘電体基板１の表裏面にパターニングされた導体を一対とみなして、テーパスロット線路の片側端部曲線内に切り欠きが構成されるアンテナ装置に関して説明する。
【００２３】
図２は、この発明の実施の形態２に係るアンテナ装置の構成を示すものである。図において、１１は誘電体基板、１２は誘電体基板１１の表面に構成された第１の導体、１３は誘電体基板１１の裏面に構成された第２の導体、１４は第１の導体１２及び第２の導体１３の一部を一対とみなして構成された平行２線、１５は第１の導体１２及び第２の導体１３の対向する曲線部にて構成されるテーパスロット線路、１６は第１の導体１２の一部で構成されるストリップ線路と第２の導体１３の一部で構成される地導体とを組み合わせて構成されたマイクロストリップ線路、１７は平行２線１４とマイクロストリップ線路１６とを繋ぐ平衡−不平衡変換部（テーパバラン）、１８はテーパスロット線路１５途中に設けられた切り欠きである。
【００２４】
すなわち、本実施の形態２においては、図２に示すように、誘電体基板の表面および裏面に、幅が等しく、かつ、お互いが重なるように導体線を配置して平行２線１４を構成し、この平行２線１４の先端（開放端）は、互いに逆の方向に向かうように曲線上に曲がって延びており、その延長部分が、第１の導体１２および第２の導体１３となっている。第１の導体１２は、図中左上方向に向かって曲がっており、第２の導体１３は図中左下方向に向かって曲がっている。また、第１の導体１２および第２の導体１３は、それぞれ、その延長方向に対して漸次広がるように、第１の導体１２および第２の導体１３部分の幅を漸次変化させながら延長させた構造としてパターニングした放射部となっている。このように、第１の導体１２および第２の導体１３が誘電基板１１上に設けられているので、これらの導体に囲まれた部分は、テーパスロット線路１５が形成される。また、テーパスロット線路１５を構成する第１の導体１２および第２の導体１３のどちらか一方の導体線内側における平行２線１４の給電点から開放端までの間の所望位置にて、所望の長さを持つ切込み１８を設けられている。図２の例では、第２の導体１３内に、切込み１８が形成されている。また、図示は省略しているが、マイクロストリップ線路１６の他方の先端（給電点）には、マイクロストリップ線路１６への給電手段（給電点）が設けられている。
【００２５】
次に動作について説明する。上述したように、平行２線１４のアンテナ開口側端部（開口端）は、第１の導体１２と第２の導体１３とがそれぞれ重ならない方向に曲線を描きつつ、且つ、導体幅を変化させてパターニングされている。これにより、図に示すように、第１の導体１２と第２の導体１３とを対にしてテーパスロット線路１５が構成される。一方、平行２線１４の給電側端部（給電点）は、第１の導体１２および第２の導体１３を一対とみなしてテーパバラン１７、さらに、マイクロストリップ線路１６へと繋がっている。この構造を取ることにより、マイクロストリップ線路１６の給電側端部から入力された信号（図の紙面に垂直な方向の電界）は、マイクロストリップ線路１６からテーパバラン１７を介して効率的に平行２線１４に伝搬する。続いて、平行２線１４から第１の導体１２及び第２の導体１３が徐々に広がりをもってテーパスロット線路１５を構成しているため、途中で電磁結合させることなくスムーズにテーパスロット線路１５に給電が可能である。テーパスロット線路１５内を伝搬するにつれて、電界は徐々に回転し、図の紙面にほぼ平行な方向となる。その後、さらにテーパスロット線路１５内を伝搬し所望の位置から放射がなされ、図の紙面にほぼ平行な方向の直線偏波を発生するテーパスロットアンテナとして動作する。
【００２６】
ここで、図２のように第２の導体１３の曲線部の所望の位置にて導体に切り欠き１８を設けているので、これにより、切り欠き１８部分にて電流経路が迂回していることとなり、そこでテーパスロット端部を流れる位相が遅れる。この結果、切り欠き１８以降で、かつ、平行２線１４からの等距離にある第１の導体１２および第２の導体１３の曲線部の位置の電流は逆相の関係ではなくなる。故に、テーパスロット線路１５内を伝搬する電界は、テーパスロット線路１５の中央線とは直交でない傾きを持って伝搬し、所望の位置で放射される。結果として、図１と同様に、ある傾きをもった方向に放射がなされ、ビーム指向方向がアンテナ正面からチルトする。以上より、アンテナ自体を傾けずにビーム指向方向をチルトできるので、機構的負担が小さいという利点がある。
【００２７】
また、切り欠き１８を設ける位置を平行２線１４側に近づけることで、広帯域に亘ってビーム指向方向がチルト可能である。
【００２８】
さらに、切り欠き１８を設ける方向、形状共に、図２に限定するものではない。加えて、切り欠き１８を設ける導体は、第２の導体１３でなく、第１の導体１２でもかまわない。その場合は、ビーム指向方向がテーパスロット線路１５の中央線を伸長した線分を軸として先ほどとは反対側にチルトする。
【００２９】
マイクロストリップ線路１６からテーパスロット線路１５までを誘電体基板による導体のパターニングのみの構成で容易に製造できる利点もある。また、マイクロストリップ線路による給電であるので、アンテナ後段に接続されるモジュール等への接続が容易であり、アンテナ基板へのモジュール一体実装も可能である。
【００３０】
以上のように、本実施の形態においては、誘電体基板１１の表面および裏面に、幅が等しく、かつ、（上から見たときの）お互いの位置が重なるように導体線を配置して平行２線１４を構成し、この平行２線１４の先端部分であって、その延長方向に対して漸次幅が広がるように、表面および裏面内の導体部分をその幅を漸次変化させながら延長させて構成された第１および第２の導体１２、１３と、平行２線１４、第１および第２の導体１２、１３とで挟まれた領域として構成され、線路幅が誘電体基板１の中央線に対して対称な関係を保って漸次広がり、その先端が放射部（開口端）であるテーパスロット線路１５を設け、テーパスロット線路１５への給電手段（給電点）を平行２線１４の端部に備えたテーパスロットアンテナであって、テーパスロット線路１５を構成する第１および第２の導体１２および１３のどちらか一方の導体線内側において、平行２線１４の給電点から開放端までの間に切込み１８を設けるようにしたので、アンテナ装置自体を傾けずにビーム指向方向をチルトできるので、製造工程が容易であるとともに、機構的負担が小さい。また、広帯域のチルトも可能である。
【００３１】
実施の形態３．
上述の実施の形態２では、誘電体基板の表面および裏面にパターニングされた導体を一対とみなしてテーパスロット線路を構成し、その一方の導体途中に切り欠きを構成しているアンテナ装置に関して述べたが、本実施の形態３においては、テーパスロット線路を構成する両導体に切り欠きおよびこの切り欠きの短絡／開放を切り替えるスイッチを設けた構造のアンテナ装置について説明する。
【００３２】
図３は、本実施の形態３を示すテーパスロットアンテナの構造を示すものである。図において、２１は誘電体基板、２２は誘電体基板２１の裏面に構成された第１の導体、２３は誘電体基板２１の表面に構成された第２の導体、２４はスロット線路途中の第１の導体２２内に設けられた切り欠き、２５は切り欠き２４上に装荷されたスイッチ、２６はスロット線路途中の第２の導体２３内に設けられた切り欠き、２７は切り欠き２６上に装荷されたスイッチである。なお、第１の導体２２および第２の導体２３の形状は、基本的に、図２に示した第１の導体１２および第２の導体１３の形状と同じであるため、ここでは詳細な説明は省略する。
【００３３】
次に、動作について説明する。マイクロストリップ線路により給電するタイプのテーパスロットアンテナとしての基本的な動作は実施の形態２にて説明しているので、ここでは省略する。ここで、図３のように、第１の導体２２および第２の導体２３の曲線部の所望の位置において、それぞれ切り欠き２４および切り欠き２６を設けている。これら切り欠きの効果は、上述の実施の形態２にて説明した通り、切り欠き部にて電流経路が迂回しており、テーパスロット端部を流れる位相が遅れる。この現象により、テーパスロット線路内を伝搬する電界に傾きが生じ、放射した際にビーム指向方向がチルトする。ところで、切り欠き２４および切り欠き２６には、それぞれ切り欠き部の短絡／開放を切り替えるためのスイッチ２５およびスイッチ２７が装荷されており、これらは交互にＯＮ／ＯＦＦ状態を切り替える。この動作で、切り欠き２４が開放のとき、切り欠き２６は短絡、逆に、切り欠き２４が短絡のとき、切り欠き２６は開放となる。従って、スイッチを装荷したことで、第１の導体２２と第２の導体２３で切り欠きの効果を切り替えることが可能なため、ビーム指向方向を切り替えることが可能となる。アンテナ自体を傾けずに、かつ、素子単体にてビーム指向方向を切り替えられるので、機構的負担が小さく、省スペースで実現できるという効果も有する。
【００３４】
また、スイッチとしては、半導体スイッチやＭＥＭＳスイッチの適用が考えられる。図３では各切り欠きにスイッチを２個ずつ設けているが、スイッチの個数に制限はなく、任意の個数を設けることが可能である。
【００３５】
さらに、図３では、第１の導体２２と第２の導体２３の両方に、切り欠き２４およびスイッチ２５と、切り欠き２６およびスイッチ２７とを備えているが、例えば、第１の導体２２にのみ切り欠き２４とスイッチ２５を設け、第２の導体２３には設けない構造としても、スイッチ２５のＯＮ／ＯＦＦ状態切り替えにより放射パターンを対称形状と非対称形状としたものとに切り替えられる。また、第２の導体２３側にのみ設けた場合は、チルトする方向が前記とは異なる放射パターンの切り替えが可能である。
【００３６】
また、図４は、本実施の形態３の変形例を示したものであり、スイッチを装荷した切り欠き部を各導体内に複数設けたテーパスロットアンテナの構造を示すものである。図において、２８は、開口端に近い位置に形成されて、低周波数帯で効果のある切り欠きおよびスイッチ、２９は、２８よりも給電点に近い位置に形成されて、高周波数帯で効果のある切り欠きおよびスイッチである。
【００３７】
図４の動作について説明する。マイクロストリップ線路により給電し、ビーム指向方向の切り替えが可能なテーパスロットアンテナとしての基本的な動作は前記にて説明しているので、ここでは省略する。この変形例においては、図４に示すように、切り欠きおよびスイッチ２８はアンテナ開口側に設けられているので、低周波数帯にて動作し、切り欠きおよびスイッチ２９は逆に給電側に設けられているので、高周波数帯にて動作するものである。これにより、２８または２９のいずれかを用いるように切り替えることにより、広帯域に亘ってビーム指向方向を切り替えられる利点がある。なお、切り欠きおよびスイッチの個数に限りはなく、設けた数が多いほど広帯域性が増すことになる。
【００３８】
なお、上述の説明においては、２８か２９のいずれかを用いるように切り替える例について説明したが、その場合に限らず、第１の導体側の切り込みを全てＯＮにし、第２の導体側の切り込みを全てＯＦＦにする（または、その逆）ように切り替えを行ってもよい。
【００３９】
また、切り込みの長さは適宜変更可能であり、また、装荷する個数も、第１の導体側と第２導体側で異なっていてもよく、長さおよび装荷する個数の異なる切り込みおよびスイッチの任意の組み合わせを適用してもよい。
【００４０】
以上のように、本実施の形態においては、実施の形態２と同様に、誘電体基板２１の表面および裏面に、幅が等しく、かつ、お互いが重なるように導体線を配置して平行２線を構成し、この平行２線の先端は、その延長方向に対して漸次広がるように、表面および裏面内の第１の導体２２および第２の導体２３部分をその幅を漸次変化させながら延長させた構造としてパターニングした放射部（開口端）を有するとともに、他の先端に、テーパスロット線路への給電手段（給電点）を備えたテーパスロットアンテナであって、テーパスロット線路を構成する第１の導体２２および第２の導体２３の導体線それぞれの内側において、平行２線の給電点から開放端までの間に切込みを設け、両切り込み部分に短絡／開放状態の切り替え手段を備えるようにしたので、上述の実施の形態２と同様の効果が得られるとともに、さらに、本実施の形態においては、スイッチを装荷したことで、第１の導体２２と第２の導体２３で切り欠きの効果を切り替えることが可能なため、ビーム指向方向を切り替えることが可能となる。
【００４１】
なお、本実施の形態３においては、実施の形態２と同様の構成に対してスイッチを設ける例について説明したが、その場合に限らず、図１に示した実施の形態１の構成に本実施の形態３で説明したスイッチを適用してもよい。
【００４２】
実施の形態４．
上述の実施の形態３では、切り欠きおよびスイッチを設けたテーパスロットアンテナにより放射方向を切り替えることが可能な構造のアンテナ装置について述べたが、本実施の形態では、実施の形態３で述べた、ビームチルトを可能にするテーパスロットアンテナを素子とするアレーアンテナに関して説明する。
【００４３】
図５は、本実施の形態４を示すものであり、テーパスロットアンテナを素子アンテナとするアレーアンテナの概念構造を示すものである。図において、３１は反射板、３２は素子アンテナ、３３はアレーパターン指向方向である。図５に示すように、素子アンテナ３２が、反射板３１の片側の面に略々格子状に複数個配置されている。但し、縦１列おきに、その高さ位置がずれるように配置されているため、隣接する素子アンテナ同士は、高さ方向に部分的に重なるように配置されている。
【００４４】
次に、動作について説明する。反射板３１の後段にはアンプ、移相器等が組み込まれたモジュールや分配／合成回路等が配置され、アクティブフェーズドアレーアンテナを構成する。素子アンテナ３２における給電からビームチルトする放射機構、およびビームチルト方向を可変する機構に関しては、前記の実施の形態にて説明しているので省略する。各素子アンテナはビーム指向方向が地面より斜め上方にチルトした放射を実現できるので、指向性合成によるアレーパターンも、その方向で従来に比べて利得の上昇が図れる。また、さらに上方にビーム走査を行っても従来に比べて利得低下を減らすことができる。さらに、地面への不要放射も低減でき、反射波等による性能劣化を防ぐことも可能である。
【００４５】
図５では、反射板３１のような平面上に素子アンテナ３２を配置しているが、これに限ったものではなく、用途に寄っては、例えば曲面上や多面体上に３次元的に配置しても良い。また、簡易形として１次元に配列しても問題ない。
【００４６】
また、図５において、平行２線に給電する機構は、反射板３１の裏面側に構成されている。この場合、反射板には、平行２線と導通しないように適度な大きさの穴が設けられている。この穴形状は任意で良く、例えば素子アンテナ３２を反射板３１の全面から抜き差しできるようにスロット状に形成しても良い。
【００４７】
さらに、水平偏波を放射するように素子アンテナ３２を地面に対して水平に配置することで、ビームチルト方向を水平面内で切り替えることも可能となる。
【００４８】
以上のように、本実施の形態においては、実施の形態３で示したテーパスロットアンテナを素子アンテナとして、それらを複数配置してアレーアンテナを構成するようにしたので、上記の実施の形態３と同様の効果が得られ、各素子アンテナはビーム指向方向が地面より斜め上方にチルトした放射を実現できるので、指向性合成によるアレーパターンも、同方向において、従来に比べ、利得の上昇が図れる。また、さらに上方にビーム走査を行っても、従来に比べ、利得低下を減らすことができる。さらに、地面への不要放射も低減でき、反射波等による性能劣化を防ぐことも可能である。
【００４９】
なお、本実施の形態においては、実施の形態３で示したテーパスロットアンテナを素子アンテナとして、それらを複数配置してアレーアンテナを構成するようにした例について説明したが、実施の形態１および２のテーパスロットアンテナを素子アンテナとして、それらを複数配置してアレーアンテナを構成するようにしてもよく、その場合も同様の効果が得られることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】この発明の実施の形態１に係るアンテナ装置の構成を示した平面図である。
【図２】この発明の実施の形態２に係るアンテナ装置の構成を示した平面図である。
【図３】この発明の実施の形態３に係るアンテナ装置の構成を示した平面図である。
【図４】この発明の実施の形態３に係るアンテナ装置の変形例の構成を示した平面図である。
【図５】この発明の実施の形態４に係るアンテナ装置の構成を示した平面図である。
【図６】従来の一般的なテーパスロットアンテナの構造を示した説明図である。
【符号の説明】
【００５１】
１，１１，２１，４１ 誘電体基板、２，１２，２２，４２ 第１の導体、３，１３，２３，４３ 第２の導体、４，１５，４４ テーパスロット線路、５ 基準点（給電点）、６ 中央線、７，１８，２４，２６ 切り欠き、１４ 平行２線、２５，２７ スイッチ、３１ 反射板、３２ 素子アンテナ、３３ ビーム、４５ マイクロストリップ線路、４６ スルーホール。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体基板と、
前記誘電体基板にテーパスロット線路を構成するために、前記誘電体基板の中央線に対して対称な関係を保つように、対向して前記誘電体基板上に設けられた第１および第２の導体と、
前記第１の導体と前記第２の導体とで挟まれた領域として前記誘電体基板上に構成され、線路幅が前記誘電体基板の中央線に対して対称な関係を保って漸次広がり、その先端が開放端であるテーパスロット線路と、
前記テーパスロット線路の他端に設けられた給電点に対して設けられ、前記給電点に給電する給電手段と
を備えたアンテナ装置であって、
前記テーパスロット線路を構成する前記第１および第２の導体のどちらか一方に対して切り込みを設けたことを特徴とするアンテナ装置。
【請求項２】
誘電体基板と、
前記誘電体基板の第１の面および前記第１の面に対向する第２の面に、線路幅が等しく、かつ、お互いの位置が重なるように配置された導体線から構成された平行２線と、
前記平行２線の先端部分であって、前記誘電体基板の中央線に対して対称な関係を保ちながらその延長方向に対して漸次広がるように前記第１および第２の面の前記導体線の幅を漸次変化させながら延長させて構成された第１および第２の導体と、
前記平行２線、前記第１の導体、および、前記第２の導体とで挟まれた領域として前記誘電基板上に構成され、線路幅が前記誘電体基板の中央線に対して対称な関係を保って漸次広がり、その先端が開放端であるテーパスロット線路と、
前記テーパスロット線路の他端に設けられた給電点に対して設けられ、前記給電点に給電する給電手段と
を備えたアンテナ装置であって、
前記テーパスロット線路を構成する前記第１および第２の導体のどちらか一方に対して切り込みを設けたことを特徴とするアンテナ装置。
【請求項３】
前記切り込みに対して設けられ、前記切り込みの短絡／開放の状態の切り替えを行う切り替え手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１または２に記載のアンテナ装置。
【請求項４】
前記切り込みは複数個設けられていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載のアンテナ装置。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか１項に記載のアンテナ装置を素子アンテナとして、それらを複数個配置したことを特徴とするアンテナ装置。
【請求項１】
誘電体基板と、
前記誘電体基板にテーパスロット線路を構成するために、前記誘電体基板の中央線に対して対称な関係を保つように、対向して前記誘電体基板上に設けられた第１および第２の導体と、
前記第１の導体と前記第２の導体とで挟まれた領域として前記誘電体基板上に構成され、線路幅が前記誘電体基板の中央線に対して対称な関係を保って漸次広がり、その先端が開放端であるテーパスロット線路と、
前記テーパスロット線路の他端に設けられた給電点に対して設けられ、前記給電点に給電する給電手段と
を備えたアンテナ装置であって、
前記テーパスロット線路を構成する前記第１および第２の導体のどちらか一方に対して切り込みを設けたことを特徴とするアンテナ装置。
【請求項２】
誘電体基板と、
前記誘電体基板の第１の面および前記第１の面に対向する第２の面に、線路幅が等しく、かつ、お互いの位置が重なるように配置された導体線から構成された平行２線と、
前記平行２線の先端部分であって、前記誘電体基板の中央線に対して対称な関係を保ちながらその延長方向に対して漸次広がるように前記第１および第２の面の前記導体線の幅を漸次変化させながら延長させて構成された第１および第２の導体と、
前記平行２線、前記第１の導体、および、前記第２の導体とで挟まれた領域として前記誘電基板上に構成され、線路幅が前記誘電体基板の中央線に対して対称な関係を保って漸次広がり、その先端が開放端であるテーパスロット線路と、
前記テーパスロット線路の他端に設けられた給電点に対して設けられ、前記給電点に給電する給電手段と
を備えたアンテナ装置であって、
前記テーパスロット線路を構成する前記第１および第２の導体のどちらか一方に対して切り込みを設けたことを特徴とするアンテナ装置。
【請求項３】
前記切り込みに対して設けられ、前記切り込みの短絡／開放の状態の切り替えを行う切り替え手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１または２に記載のアンテナ装置。
【請求項４】
前記切り込みは複数個設けられていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載のアンテナ装置。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか１項に記載のアンテナ装置を素子アンテナとして、それらを複数個配置したことを特徴とするアンテナ装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００８−２９４７３２（Ｐ２００８−２９４７３２Ａ）
【公開日】平成２０年１２月４日（２００８．１２．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１３７９０１（Ｐ２００７−１３７９０１）
【出願日】平成１９年５月２４日（２００７．５．２４）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１２月４日（２００８．１２．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年５月２４日（２００７．５．２４）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
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