特開 2023-106730 アレイアンテナ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023106730

(43)【公開日】2023-08-02

(54)【発明の名称】アレイアンテナ

(51)【国際特許分類】

   H01Q 21/06 20060101AFI20230726BHJP

   H01Q 21/24 20060101ALI20230726BHJP

   H01Q 1/52 20060101ALI20230726BHJP

   H01Q 21/28 20060101ALI20230726BHJP

   H01Q 13/08 20060101ALI20230726BHJP

   H01Q 19/22 20060101ALI20230726BHJP

【ＦＩ】

H01Q21/06

H01Q21/24

H01Q1/52

H01Q21/28

H01Q13/08

H01Q19/22

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022007633

(22)【出願日】2022-01-21

(71)【出願人】

【識別番号】000004547

【氏名又は名称】日本特殊陶業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100110881

【弁理士】

【氏名又は名称】首藤 宏平

(72)【発明者】

【氏名】山下 大輔

(72)【発明者】

【氏名】岩田 宗之

(72)【発明者】

【氏名】杉本 康宏

【テーマコード（参考）】

5J020

5J021

5J045

5J046

【Ｆターム（参考）】

5J020AA00

5J020BC04

5J020BC13

5J020DA02

5J021AA05

5J021AA09

5J021AA11

5J021AB06

5J021BA00

5J021DB03

5J021HA05

5J021JA05

5J045AA05

5J045AA12

5J045CA01

5J045DA10

5J045FA02

5J045MA07

5J046AB03

5J046AB13

5J046UA03

(57)【要約】

【課題】複数のサブアレイを並べて構成され、アンテナ特性の劣化を防止しつつ拡張性に優れたアレイアンテナを実現する。
【解決手段】 アレイアンテナ１はＮ個の誘電体基板を用いたＮ個のサブアレイ１０を有し、各々のサブアレイ１０は、誘電体基板の導体層に形成され、Ｘ方向及びＹ方向のそれぞれに沿って配列される複数のアンテナ素子１０と、複数のアンテナ素子１０を１つずつ取り囲むように配置されるグランド導体２１を備えている。Ｎ個のサブアレイ１０は、隙間Ｇを介して隣接し、互いの平面領域の各辺を対向させて順次並べた外形線に囲まれた拡張平面領域を構成し、それぞれ他のサブアレイと対向する端部においてグランド導体２１が設けられていないか、又は他の領域のグランド導体２１より細くなっており、全てのアンテナ素子１０は、Ｘの方向に一定間隔で配列されるとともにＹ方向に一定間隔で配列される。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

それぞれ誘電体層と導体層とを積層してなるＮ（Ｎは２以上の整数）個の誘電体基板を用いた互いに同一形状のＮ個のサブアレイを有するアレイアンテナであって、
各々の前記サブアレイは、
上面視で前記サブアレイの外形線に囲まれた平面領域において、前記誘電体基板の第１の導体層に形成され、互いに直交する第１の方向及び第２の方向のそれぞれに沿って配列される複数のアンテナ素子と、
前記複数のアンテナ素子を１つずつ取り囲むように配置されるグランド導体と、
を備えて構成され、
前記Ｎ個のサブアレイは、互いの間に隙間を設けながら隣接し、前記サブアレイの互いの前記平面領域の各辺を対向させて順次並べることで、上面視で前記Ｎ個のサブアレイを隣接して並べた外形線に囲まれた拡張平面領域を構成し、
前記Ｎ個のサブアレイのそれぞれは、他のサブアレイと対向する端部において、前記グランド導体が設けられていないか、又は他の領域のグランド導体より細くなっており、
前記Ｎ個のサブアレイの全ての前記アンテナ素子は、前記拡張平面領域において前記第１の方向に一定間隔で配列されるとともに前記第２の方向に一定間隔で配列される、
ことを特徴とするアレイアンテナ。

【請求項2】

各々の前記誘電体基板には、前記複数のアンテナ素子とそれぞれ接続される複数のビア導体を含む給電構造が形成されていることを特徴とする請求項１に記載のアレイアンテナ。

【請求項3】

前記給電構造は、各々の前記アンテナ素子に接続される１対の第１給電端子及び第２給電端子を含み、
前記複数のアンテナ素子は、それぞれの前記第１給電端子を介して前記第１の方向の偏波を励振し、それぞれの前記第２給電端子を介して前記第２の方向の偏波を励振する、
ことを特徴とする請求項２に記載のアレイアンテナ。

【請求項4】

前記第１の方向の偏波及び前記第２の方向の偏波のうち、一方が水平偏波であり、他方が垂直偏波であることを特徴とする請求項３に記載のアレイアンテナ。

【請求項5】

前記複数のアンテナ素子は、互いに同一の形状及び同一のサイズで形成されることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のアレイアンテナ。

【請求項6】

前記複数のアンテナ素子は、前記誘電体基板の内部に埋設されていることを特徴とする請求項５に記載のアレイアンテナ。

【請求項7】

各々の前記誘電体基板の第２の導体層には、前記複数のアンテナ素子とは接続されない複数の無給電素子が更に形成され、各々の前記無給電素子は対応する前記アンテナ素子と上面視で重なる位置に配置されることを特徴とする請求項６に記載のアレイアンテナ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、誘電体基板を用いて複数のアンテナ素子を構成したアレイアンテナに関するものである。

【背景技術】

【0002】

近年、無線通信の多様化に伴い、多数のアンテナ素子をアレイ状に並べて配置したアレイアンテナが広く用いられている。一般に、アレイアンテナを採用する場合、必要なアンテナ利得に応じた多数のアンテナ素子を高密度に配置する構成が求められる。例えば、特許文献１には、基板上に構成した複数のサブアレイをタイル状に配置したアレイアンテナが開示されている。特許文献１のタイル化アレイアンテナは、平面領域内で直交する２方向に自在にサブアレイを接続することができ、所望の個数のアンテナ素子を高い密度で自在に並べることができるので、アレイアンテナ全体のサイズの縮小と性能の確保に適している。ここで、複数のアンテナ素子を含むサブアレイを構成する場合、並び方向に隣接するアンテナ素子同士の素子間結合によってアンテナ特性が劣化する恐れがある。このようなアンテナ特性の劣化を抑制するために、サブアレイにおける個々のアンテナ素子をグランド導体で取り囲む配置が有効である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

特表２０１０－５０７９２９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

通常、上述のサブアレイの平面領域内に含まれる複数のアンテナ素子は、所定方向に沿って使用波長に応じた一定の間隔で配列する必要がある。この場合、複数のサブアレイを配置してアレイアンテナを構成する場合、隣接するサブアレイの間に隙間が存在するため、サブアレイを跨って隣接するアンテナ素子の間の距離が長くなることになると、それによりアンテナ特性が確保できなくなる懸念がある。これを回避するには、上述の隙間の分だけサブアレイの外形を小さくした上で、外周付近のアンテナ素子が外形線の近傍のグランド導体に接近した配置を採用せざるを得ない。しかし、このような配置では、サブアレイの外周付近のアンテナ素子がグランド導体に接近することでアンテナ特性を劣化させるという問題がある。

【0005】

本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、複数のサブアレイを用いて拡張されたアレイアンテナを構成する場合、複数のアンテナ素子を並び方向に沿って一定の間隔で配列しつつ、グランド導体の影響によるアンテナ特性の劣化を抑制し得るアレイアンテナを実現するものである。

【0006】

上記課題を解決するために、本発明のアレイアンテナは、それぞれ誘電体層と導体層とを積層してなるＮ（Ｎは２以上の整数）個の誘電体基板を用いた互いに同一形状のＮ個のサブアレイ（１０）を有するアレイアンテナ（１）であって、各々の前記サブアレイは、上面視で前記サブアレイの外形線に囲まれた平面領域において、前記誘電体基板の第１の導体層（Ｌ）に形成され、互いに直交する第１の方向（Ｘ）及び第２の方向（Ｙ）のそれぞれに沿って配列される複数のアンテナ素子（２０）と、前記複数のアンテナ素子を１つずつ取り囲むように配置されるグランド導体（２１）とを備えて構成される。そして、前記Ｎ個のサブアレイは、互いの間に隙間（Ｇ）を設けながら隣接し、前記サブアレイの互いの前記平面領域の各辺を対向させて順次並べることで、上面視で前記Ｎ個のサブアレイを隣接して並べた外形線に囲まれた拡張平面領域を構成し、前記Ｎ個のサブアレイのそれぞれは、他のサブアレイと対向する端部において、前記グランド導体が設けられていないか、又は他の領域のグランド導体より細くなっており、前記Ｎ個のサブアレイの全ての前記アンテナ素子は、前記拡張平面領域において前記第１の方向に一定間隔（Ｄｘ）で配列されるとともに前記第２の方向に一定間隔（Ｄｙ）で配列される。

【0007】

本発明のアレイアンテナによれば、平面領域内に規則的に配列される複数のアンテナ素子をそれぞれ備えた複数のサブアレイを順次並べてアレイアンテナを構成する場合、複数のアンテナ素子の全体を第１及び第２の方向にそれぞれ一定間隔で配列した上で、隙間を挟んで所定方向に対向するサブアレイの間の端部のグランド導体を設けない（又は他のグランド導体より細くする）配置を採用した。これにより、サブアレイの外周付近におけるアンテナ素子とグランド導体の接近に起因するアンテナ性能の劣化を防止しつつ、複数のサブアレイを自在に並べてアレイアンテナの拡張性を高めることができる。

【0008】

本発明において、各々の誘電体基板には、複数のアンテナ素子とそれぞれ接続される複数のビア導体を含む給電構造を形成することができる。この場合、給電構造は、各々のアンテナ素子に接続される１対の第１給電端子及び第２給電端子を含む構成とし、複数のアンテナ素子が、それぞれの第１給電端子を介して第１の方向の偏波を励振し、それぞれの第２給電端子を介して第２の方向の偏波を励振するようにしてもよい。例えば、第１の方向の偏波及び第２の方向の偏波のうち、一方を水平偏波とし、他方を垂直偏波とすることができる。これにより、本発明のアレイアンテナは、水平偏波と垂直偏波の一方又は両方を自在に放射可能となる。

【0009】

本発明において、複数のアンテナ素子については多様な構造や形状を採用することができる。例えば、複数のアンテナ素子を互いに同一の形状及び同一のサイズで形成してもよい。また例えば、複数のアンテナ素子が誘電体基板の内部に埋設される構造としてもよい。この場合において、各々の誘電体基板の第２の導体層に、複数のアンテナ素子とは接続されない複数の無給電素子を更に形成し、各々の無給電素子は対応するアンテナ素子と上面視で重なる位置に配置してもよい。各々の無給電素子は、対向するアンテナ素子を強化することで、アンテナ利得を向上させる役割がある。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、複数のサブアレイからなるアレイアンテナにおいて、サブアレイの端部において部分的にグランド導体が除去されている構造を採用したので、隣接するサブアレイ間の隙間の近傍でアンテナ素子とグランド導体が接近することによるアンテナ特性の劣化を防止しつつ、複数のサブアレイを自在に並べることでアレイアンテナの拡張性を高めることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本実施形態のアレイアンテナ１の一構造例を上方から見た平面図である。

【図2】アレイアンテナ１に含まれるサブアレイ１０の平面図である。

【図3】図２のサブアレイ１０のＡ－Ａ断面における断面構造図である。

【図4】本実施形態のアレイアンテナ１との対比のため、比較例の平面構造及び本実施形態の平面構造をそれぞれ示す図である。

【図5】比較例のアレイアンテナ１によるアンテナ利得の周波数特性を示す図である。

【図6】本実施形態のアレイアンテナ１によるアンテナ利得の周波数特性を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、本発明の好適な実施形態について、図１～図６を参照しながら説明する。本実施形態では、本発明を具体化したアレイアンテナについて説明を行う。ただし、以下に述べる実施形態は本発明を適用した形態の一例であって、本発明が本実施形態の内容により限定されることはない。なお、以下の実施形態では、説明の便宜のため、互いに直交するＸ方向（本発明の第１の方向）、Ｙ方向（本発明の第２の方向）、Ｚ方向をそれぞれ矢印にて示している。

【0013】

図１は、本実施形態に係るアレイアンテナ１の一構造例を上方（Ｚ方向）から見た平面図である。図１に示すアレイアンテナ１は、それぞれ誘電体基板からなる４個のサブアレイ１０を接続して構成される。すなわち、図１において、サブアレイ１０（１）に対してＸ方向に隣接するサブアレイ１０（２）が配置され、これら２個のサブアレイ１０（１）、１０（２）に対してＹ方向に隣接する２個のサブアレイ１０（３）、１０（４）が配置され、全体のアレイアンテナ１を構成している。そして、Ｘ方向又はＹ方向に隣接するサブアレイ１０同士は、互いの間に設けられた隙間Ｇを挟んで対向している。図１では、アレイアンテナ１が４個のサブアレイ１０を有する例を示すが、同一形状のサブアレイ１０を組み合わせて全体のアレイアンテナ１を拡張できることを前提に、サブアレイ１０の個数Ｎは自在に変更することができる。

【0014】

ここで、図２及び図３を用いて、図１のアレイアンテナ１に含まれる１個のサブアレイ１０の構造を説明する。図２は、サブアレイ１０を上面から見た平面図を示すとともに、図３は、図２のサブアレイ１０のＡ－Ａ断面における断面構造図を示している。なお、図２及び図３に関しては、図１の４個のサブアレイ１０（１）、１０（２）、１０（３）、１０（４）のそれぞれに対して共通の構造であることを前提に説明する。

【0015】

図２において、サブアレイ１０の外形線に囲まれた平面領域には、Ｘ方向とＹ方向に沿ってそれぞれ４個ずつ配列された全部で１６個のアンテナ素子２０と、Ｘ方向及びＹ方向に延びる格子状に配置されたグランド導体２１（２１ｘ、２１ｙ）とが形成されている。１６個のアンテナ素子２０の各々は、いずれも上面視で同一の形状及び同一のサイズの矩形状の導体パターンにより形成されている。また、各々のアンテナ素子２０は、サブアレイ１０のＸ方向の両端部を除き、Ｘ方向に延びるグランド導体２１ｘとＹ方向に延びるグランド導体２１ｙとにより取り囲まれている。これら１６個のアンテナ素子２０とグランド導体２１ｘ、２１ｙは、サブアレイ１０を構成する誘電体基板に含まれる後述の導体層に形成されている、また、前述の平面領域のうち１６個のアンテナ素子２０及びグランド導体２１ｘ、２１ｙと上面視で重ならない領域には、誘電体層２２が形成されている。すなわち、１６個のアンテナ素子２０とグランド導体２１ｘ、２１ｙとは誘電体層２２を介して電気的に分離されている。

【0016】

なお、本実施形態では１個のサブアレイ１０に１６個のアンテナ素子２０が含まれる例を示しているが、サブアレイ１０のサイズを増減させることで、１個のサブアレイ１０に含まれるアンテナ素子２０の個数を自在に設定することができる。また、各々のアンテナ素子２０は、矩形の平面形状には限られず、かつ形状やサイズが互いに同一には限られないが、一定間隔で並べることができる多様な平面形状に設定することができる。

【0017】

以下、図２のグランド導体２１ｘ、２１ｙの方向による配置の相違について説明する。図２の平面領域内において、Ｘ方向に沿って直線状に延びるグランド導体２１ｘは、Ｙ方向に隣接するアンテナ素子２０の間に配置される３本と、サブアレイ１０のＹ方向の両端に配置される２本とを含む５本が並列して配置される。これに対し、Ｙ方向に沿って直線状に延びるグランド導体２１ｙは、Ｘ方向に隣接するアンテナ素子２０の間に配置される３本のみが配置される。すなわち、本実施形態の特徴は、サブアレイ１０の平面領域のうち、Ｘ方向の両端部にはグランド導体２１ｙが配置されていない点である。このような配置を採用する理由は、特に複数のサブアレイ１０を用いて構成されるアレイアンテナ１におけるアンテナ性能と実装との両方に関わるが、詳細については後述する。

【0018】

サブアレイ１０のうち１６個のアンテナ素子２０を含む平面領域においては、Ｘ方向に隣接するアンテナ素子２０は一定の間隔Ｄｘで配列され、Ｙ方向に沿って隣接するアンテナ素子２０は一定の間隔Ｄｙで配列されている。そして、１個のサブアレイ１０のみならず、Ｘ方向あるいはＹ方向に隙間Ｇを介して隣接する他のサブアレイ１０においても、Ｘ方向に対向するアンテナ素子２０ｘは前述の間隔Ｄｘで配列されるとともに、Ｙ方向に対向するアンテナ素子２０ｙは前述の間隔Ｄｙで配列される。すなわち、図１の４個のサブアレイ１０を並べたときの外形線に囲まれた拡張平面領域において、全部で６４個のアンテナ素子２０の全てが、Ｘ方向に一定間隔で配列され、かつＹ方向にも一定間隔で配列されている必要がある。

【0019】

図２において、Ｘ方向の間隔ＤｘとＹ方向の間隔Ｄｙについては、互いに等しい値（Ｄｘ＝Ｄｙ）に設定してもよいが、互いに若干異なる値に設定してもよい。ただし、間隔Ｄｘ、Ｄｙは、使用波長に応じた適切な範囲に設定することが望ましい。例えば、アレイアンテナ１の用途として５Ｇ通信を想定すると、間隔Ｄｘ、Ｄｙとしては５ｍｍ前後の値に設定することができる。

【0020】

一方、図３の断面構造図に示されるように、サブアレイ１０を構成する誘電体基板は、Ｚ方向に誘電体層２２と導体層Ｌとを交互に積層した多層構造を有している。そして、図２の１６個のアンテナ素子２０は、略中央の導体層Ｌに形成され、誘電体基板の内部に埋設されている。各々のアンテナ素子２０に関し、誘電体層２２を貫くビア導体３１の所定の給電位置（給電端子）から、ビア導体３１の下端のパッドＰに至る給電経路を含む給電構造となっている。パッドＰは、サブアレイ１０の底面に露出しており、外部からの信号を入力可能となっている。一方、上部の導体層Ｌには、１６個のアンテナ素子２０と上面視で重なる位置に１６個の無給電素子２３が形成されている。それぞれの無給電素子２３の導体パターンは、アンテナ素子２０やグランド導体２１ｘ、２１ｙとは非接触であって互いに絶縁されている。無給電素子２３の役割は、対向するアンテナ素子２０を強化して利得向上を図ることにある。

【0021】

また、サブアレイ１０の下部の導体層Ｌには、前述の複数のパッドＰが形成されない領域にグランド導体２４が形成されている。グランド導体２４は、多層の誘電体層２２を貫く複数のビア導体３１を介して図２のグランド導体２１ｘ、２１ｙと接続されている。サブアレイ１０の全体では上部のグランド導体２１と下部のグランド導体２４とを合せた十分な面積を確保することで、サブアレイ１０における一体的なグランドとしての機能を高めることができる。

【0022】

本実施形態のアレイアンテナ１においては、各々のアンテナ素子２０の給電位置に応じた方向の偏波を放射することができる。すなわち、アンテナ素子２０に対し、アンテナ素子２０の中央部からＸ方向に偏移した給電位置（本発明の第１給電端子）を設定すると、Ｘ方向の電界成分を有する偏波が放射されるが、アンテナ素子２０の中央部からＹ方向に偏移した給電位置（本発明の第２給電端子）を設定すると、Ｙ方向の電界成分を有する偏波が放射される。ここで、アレイアンテナ１の設置に際し、大地に対して水平方向をＸ方向に合致させ、かつ垂直方向をＹ方向に合致させることを想定すると、Ｘ方向の偏波は水平偏波となり、Ｙ方向の偏波は垂直偏波となる。また、図３の例では、各々のアンテナ素子２０に関し、１系統の給電経路のみが設けられているが、例えば、２つの給電位置に対応する２個の給電経路を設けることで、水平偏波と垂直偏波の一方又は両方を放射可能とすることができる。

【0023】

また、アレイアンテナ１からは、主に前述の拡張平面領域の上方に向けて電波が放射されるが、複数のアンテナ素子２０に給電される信号に対して位相差を付与することにより、電波の放射方向を制御することができる。すなわち、全てのアンテナ素子２０に対し、同位相の信号を給電した場合、アレイアンテナ１の拡張平面領域に対してＺ方向の上方（アレイアンテナ１の正面方向）に電波が放射される。これに対し、複数のアンテナ素子２０に対し、Ｘ方向又はＹ方向に沿って順次位相をずらした信号を給電した場合、電波の放射方向をＺ方向から所定の角度だけ傾斜した方向に制御することができる。この場合、前述の水平偏波と垂直偏波のいずれについても信号の位相を適切に制御することで、電波の放射方向を制御可能である。

【0024】

以下、図４～図６を用いて、本実施形態のアレイアンテナ１のアンテナ特性について説明する。図４においては、本実施形態のアレイアンテナ１との対比のために、比較例の平面構造を図４（Ａ）に示すとともに、本実施形態のアレイアンテナ１の平面構造を図４（Ｂ）に示している。図４は、図１のうちの４個のサブアレイ１０（１）、１０（２）、１０（３）、１０（４）が中央近傍で接近している部分的な領域に相当する。図１の中央近傍を拡大した構造の図４（Ｂ）と対比すると、図４（Ａ）の比較例には４個のサブアレイ１０がＸ方向に対向する各端部にグランド導体２１ａ、２１ｂを設けた点で異なっている。具体的には、図４（Ａ）の比較例の平面構造においては、４個のサブアレイ１０のうちＹ方向に延びる隙間Ｇを挟んだ端部領域に、Ｙ方向に延びる前述のグランド導体２１ｙの一部である１対のグランド導体２１ａ、２１ｂが対向配置されている。

【0025】

ここで、図４（Ａ）の比較例において、隙間Ｇを挟んでＸ方向に隣接する２個のサブアレイ１０（１）、１０（２）のうちＸ方向に対向する１対のアンテナ素子２０ａ、２０ｂに着目する。この場合、他の全てのアンテナ素子２０と同様、アンテナ素子２０ａ、２０ｂはＸ方向に前述の間隔Ｄｘに保たれている。よって、隙間Ｇの幅を考慮すると、アンテナ素子２０ａとグランド導体２１ａの間の距離、及びアンテナ素子２０ｂとグランド導体２１ｂとの間の距離は、いずれも他のアンテナ素子２０とグランド導体２１ｙとの間の距離に比べると、相対的に小さくなることがわかる。これに対し、本実施形態の構造は、図４（Ｂ）に示すように、１対のアンテナ素子２０ａ、２０ｂの間にはグランド導体２１ｙが設けられないため、１対のアンテナ素子２０ａ、２０ｂの間には誘電体層２２と隙間Ｇのみが存在する点で図４（Ａ）の比較例とは異なる。

【0026】

図５及び図６には、上述の構造上の相違を踏まえ、図４（Ａ）の比較例及び図４（Ｂ）の本実施形態についてのアンテナ特性を検証した結果を示している。図５は、比較例のアレイアンテナ１によるアンテナ利得の周波数特性を示し、図６は、本実施形態のアレイアンテナ１によるアンテナ利得の周波数特性を示している。図５及び図６では、周波数帯域Ｂが２６．５～２９．５ＧＨｚの範囲の信号を入力し、水平偏波と垂直偏波をそれぞれ用いる場合のアンテナ利得についてシミュレーションにより検証を行った。また、図５及び図６では、アレイアンテナ１の放射方向として、アレイアンテナ１の拡張平面領域の正面方向（Ｚ方向の上方）を向く場合の特性（実線）と、正面方向からＸ方向又はＹ方向に－６０°だけ傾いた傾斜方向を向く場合の特性（破線）とを重ねて示している。

【0027】

まず、比較例については、図５（Ａ）の水平偏波と図５（Ｂ）の垂直偏波のいずれの場合も、周波数帯域Ｂの範囲内で正面方向のアンテナ利得は概ね２０ｄＢを超え、傾斜方向のアンテナ利得は概ね１５～１８ｄＢの範囲にある。これに対し、本実施形態については、図６（Ａ）の水平偏波と図６（Ｂ）の垂直偏波のいずれの場合も、周波数帯域Ｂの範囲内で正面方向のアンテナ利得は概ね比較例と同程度であるが、傾斜方向のアンテナ利得は１７～１８ｄＢの範囲であって比較例よりも増加する傾向にある。すなわち、比較例に比べて本実施形態の方が相対的に傾斜方向のアンテナ利得が大きいことから、アレイアンテナ１の傾斜角度に応じた電波強度の低下が抑制されることになる。

【0028】

例えば、アレイアンテナ１の実際の使用態様を想定すると、放射方向が正面方向からある程度傾斜したとき、電界強度が小さくなり過ぎることは好ましくない。よって、本実施形態の図６の特性は、比較例の図５の特性に比べると、アレイアンテナ１が正面方向から傾斜したときでも電界強度をある程度維持できるので、実際の使用態様に適したアンテナ特性を実現することができる。このようなアンテナ特性は、図４（Ｂ）の構造ではアンテナ素子２０ａ、２０ｂの間にグランド導体２１ｙを設けない構造を採用したため、図４（Ａ）の比較例のようにアンテナ素子２０ａ、２０ｂがグランド導体２１ａ、２１ｂに接近し過ぎることに起因する悪影響を防止した効果であると推察される。

【0029】

本実施形態において、アレイアンテナ１を拡張するために複数のサブアレイ１０を並べて配置する際、実装面から隙間Ｇの幅をある程度確保する必要がある。例えば、前述の間隔Ｄｘが５ｍｍ程度に設定される場合、隙間Ｇの幅として１ｍｍ程度が想定される。この点からもアンテナ素子２０ａ、２０ｂとグランド導体２１ｙの接近を避けるためには図４（Ｂ）の構造が望ましい。一方、Ｘ方向に対向するアンテナ素子２０ａ、２０ｂの間に誘電体層２２のみが存在する場合には、アンテナ素子２０ａ、２０ｂ同士の素子間結合が問題となるが、本実施形態では、隙間Ｇに誘電体層２２よりも誘電率の十分に低い空気層が存在するので、アンテナ素子２０ａ、２０ｂ同士の素子間結合も抑制することができる。

【0030】

本実施形態では、Ｘ方向に隣接するサブアレイ１０の各端部にグランド導体２１ｙを設けない構造について説明したが、これに限らず、Ｙ方向に隣接するサブアレイ１０の各端部にグランド導体２１ｘを設けない構造を採用してもよい。あるいは、Ｘ方向及びＹ方向の両方に隣接するサブアレイ１０の各端部にグランド導体２１ｘ、２１ｙを設けない構造を採用してもよい。いずれの構造を採用する場合であってもアンテナ性能として得られる効果の度合は異なるが、使用する水平偏波と垂直偏波の使用状況やアレイアンテナ１で必要な傾斜角度などに応じて適宜に選択することが望ましい。

【0031】

また、本実施形態では、隣接するサブアレイ１０の対向する各端部にグランド導体２１が設けられない構造を説明したが、これに限られず、隣接するサブアレイ１０の対向する各端部にグランド導体２１を設けつつ、他の領域のグランド導体２１と比べ十分に細い幅に設定する場合であっても、本発明の効果を得ることができる。この場合におけるグランド導体２１の幅は、アンテナ素子２０とグランド導体２１との接近に起因する悪影響を抑制できる程度の値に設定することが望ましい。

【0032】

以上、本実施形態に基づき本発明の内容を具体的に説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で変更を施すことができる。すなわち、図１～図３を用いて説明したアレイアンテナ１の基本構造は、本発明の作用効果を得られる限り、他の構造や材料を用いた多様なアレイアンテナ１に対して広く本発明を適用することができる。例えば、アンテナ素子２０の種類、平面形状、給電方法、サイズなどについては、本発明の作用効果を得られる限り、多様な変更を施すことができる。

【符号の説明】

【0033】

１…アレイアンテナ
１０…サブアレイ
２０、２０ｘ、２０ｙ、２０ａ、２０ｂ…アンテナ素子
２１、２１ｘ、２１ｙ、２１ａ、２１ｂ、２４…グランド導体
２２…誘電体層
２３…無給電素子
３０、３１…ビア導体
Ｌ…導体層
Ｐ…パッド

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】