特開 2023-131711 偏波共用アンテナ

(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】P2023131711

(43)【公開日】2023-09-22

(54)【発明の名称】偏波共用アンテナ

(51)【国際特許分類】

   H01Q 21/24 20060101AFI20230914BHJP

   H01Q 21/08 20060101ALI20230914BHJP

   H01Q 9/16 20060101ALI20230914BHJP

   H01P 5/10 20060101ALI20230914BHJP

   H01Q 13/06 20060101ALN20230914BHJP

【ＦＩ】

H01Q21/24

H01Q21/08

H01Q9/16

H01P5/10 Z

H01Q13/06

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022036610

(22)【出願日】2022-03-09

(71)【出願人】

【識別番号】000006220

【氏名又は名称】ミツミ電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002952

【氏名又は名称】弁理士法人鷲田国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】西薗 雅人

(72)【発明者】

【氏名】鹿山 英則

(72)【発明者】

【氏名】マンソア クーチャキ

(72)【発明者】

【氏名】ムハマド レザ ネザード アマディ

【テーマコード（参考）】

5J021

5J045

【Ｆターム（参考）】

5J021AA05

5J021AA07

5J021AA11

5J021AB03

5J021AB07

5J021DB02

5J021DB03

5J021HA10

5J021JA05

5J021JA07

5J045AA12

5J045AB05

5J045AB06

5J045EA08

5J045MA07

5J045NA01

(57)【要約】

【課題】アンテナの交差偏波識別度が高い偏波共用アンテナを提供する。
【解決手段】一列に配列された複数のアンテナユニットを有し、第１方向に振動する第１偏波及び第１方向と直交する第２方向に振動する第２偏波を送受信可能な偏波共用アンテナであって、複数のアンテナユニットは、それぞれ、第１偏波用の第１アンテナ素子と、第２偏波用の第２アンテナ素子と、を備える。隣り合うアンテナユニットにおいて、第１アンテナ素子は、いずれも、第１入力信号の位相に対し、所定の第１位相遅れた位相にて第１偏波を放射し、第２アンテナ素子の一方は、第２入力信号の位相に対し、所定の第２位相遅れた位相にて第２偏波を放射し、第２アンテナ素子の他方は、第２入力信号位相に対し、第２位相遅れた位相の逆位相で第２偏波を放射する。
【選択図】図６

【特許請求の範囲】

【請求項1】

一列に配列された複数のアンテナユニットを有し、第１方向に振動する第１偏波及び第１方向と直交する第２方向に振動する第２偏波を送受信可能な偏波共用アンテナであって、
複数の前記アンテナユニットは、それぞれ、
前記第１偏波用の第１アンテナ素子と、
前記第２偏波用の第２アンテナ素子と、を備え、
隣り合う前記アンテナユニットにおいて、
前記第１アンテナ素子は、いずれも、第１入力信号の位相に対し、所定の第１位相遅れた位相にて前記第１偏波を放射し、
前記第２アンテナ素子の一方は、第２入力信号の位相に対し、所定の第２位相遅れた位相にて前記第２偏波を放射し、前記第２アンテナ素子の他方は、前記第２入力信号の位相に対し、前記第２位相遅れた位相の逆位相で前記第２偏波を放射する、
偏波共用アンテナ。

【請求項2】

前記第２アンテナ素子は、シングルエンド信号を作動信号に変換する信号変換部を有し、
隣り合う前記アンテナユニットの前記信号変換部は、前記シングルエンド信号の給電方向が逆向きである、
請求項１に記載の偏波共用アンテナ。

【請求項3】

前記信号変換部は、非接触で電磁結合する中継線路及びスロットを有し、
隣り合う前記アンテナユニットの前記信号変換部は、前記スロットに対する前記中継線路の延在方向が逆向きである、
請求項２に記載の偏波共用アンテナ。

【請求項4】

前記第１アンテナ素子に第１入力信号を伝送する第１伝送線路と、
前記第２アンテナ素子に第２入力信号を伝送する第２伝送線路と、を備え、
前記第１伝送線路及び前記第２伝送線路は、マイクロストリップラインである、
請求項１から３のいずれか一項に記載の偏波共用アンテナ。

【請求項5】

伝送線路ごとの位相の調整を行う制御部を備え、
前記制御部は、隣り合う前記アンテナユニットの前記第２アンテナ素子に対して、逆位相の入力信号を伝送する、
請求項１から４のいずれか一項に記載の偏波共用アンテナ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、垂直偏波及び水平偏波を送受信可能な偏波共用アンテナに関する。

【背景技術】

【0002】

ミリ波帯を使用した５Ｇ通信では、互いに直交する垂直偏波及び水平偏波を利用して、２つの情報チャネルを一つの搬送周波数で多重化して通信することが可能である。従来、垂直偏波及び水平偏波を送受信可能な偏波共用アンテナとして、基板集積導波管（ＳＩＷ：Substrate Integrated Waveguide）を利用したアンテナが知られている（例えば、特許文献１参照）。

【0003】

特許文献１等に開示されているＳＩＷを利用した偏波共用アンテナは、基板面と平行な方向に電磁波を放射する。この種のアンテナは、「エンドファイア型」と呼ばれる。これに対して、基板面と垂直な方向に電磁波を放射するアンテナは、「ブロードサイド型」と呼ばれる。

【0004】

エンドファイア型の偏波共用アンテナは、例えば、車両のルーフに設置して、周囲３６０°に対してビームサーチを行いながら通信するユースケースに好適である。このとき、車両デザインの観点で、ルーフ上の突起をなるべく小さくするために、低背で小型のアレイアンテナであることが望ましい。ＳＩＷを利用した偏波共用アンテナは、製造が容易であり、アンテナの低背化、小型化にも適している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特表２０２１－５１７７６０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、偏波共用アンテナでは、アンテナの低背化、小型化に伴い、垂直偏波及び水平偏波用の伝送線路の離間幅が狭くなる傾向にある。この場合、一方の伝送線路（例えば、垂直偏波用の伝送線路）から他方の伝送線路（例えば、水平偏波用の伝送線路）へ、交差偏波成分が漏れやすくなり、通信品質が低下する虞がある。

【0007】

本発明の目的は、アンテナの交差偏波識別度が高い偏波共用アンテナを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の一態様に係る偏波共用アンテナは、
一列に配列された複数のアンテナユニットを有し、第１方向に振動する第１偏波及び第１方向と直交する第２方向に振動する第２偏波を送受信可能な偏波共用アンテナであって、
複数の前記アンテナユニットは、それぞれ、
前記第１偏波用の第１アンテナ素子と、
前記第２偏波用の第２アンテナ素子と、を備え、
隣り合う前記アンテナユニットにおいて、
前記第１アンテナ素子は、いずれも、第１入力信号の位相に対し、所定の第１位相遅れた位相にて前記第１偏波を放射し、
前記第２アンテナ素子の一方は、第２入力信号の位相に対し、所定の第２位相遅れた位相にて前記第２偏波を放射し、前記第２アンテナ素子の他方は、前記第２入力信号の位相に対し、前記第２位相遅れた位相の逆位相で前記第２偏波を放射する。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、アンテナの交差偏波識別度が高い偏波共用アンテナが提供される。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】図１は、本発明の一実施の形態に係るアンテナ装置を示す外観斜視図である。

【図2】図２は、アンテナ装置の分解斜視図である。

【図3】図３は、Ｘ軸方向の正側から見たアンテナ装置の正面図である。

【図4】図４は、Ｙ軸方向の負側から見たアンテナ装置の側面図である。

【図5】図５Ａ、図５Ｂは、アンテナ本体におけるアンテナ構造を示す平面図である。

【図6】図６は、アンテナ本体におけるアンテナ構造を示す斜視図である。

【図7】図７は、アンテナ本体の積層構造を示す図である。

【図8】図８は、隣り合うアンテナ部に対する入力信号の位相を示す図である。

【図9】図９は、線路間でカップリングがない場合のアンテナ出力を示す図である。

【図10】図１０は、垂直偏波用の入力信号に水平偏波成分がカップリングした場合のアンテナ出力における水平偏波成分を示す図である。

【図11】図１１は、水平偏波用の入力信号に垂直偏波成分がカップリングした場合のアンテナ出力における垂直偏波成分を示す図である。

【図12】図１２Ａ、図１２Ｂは、放射方向における主偏波成分と交差偏波成分の強度を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本発明の実施の形態に係るアンテナ装置Ａについて、図面を参照して詳細に説明する。

【0012】

アンテナ装置Ａは、互いに直交する第１偏波及び第２偏波を放射可能な偏波共用アンテナである。アンテナ装置Ａは、例えば、５Ｇミリ波帯（２８ＧＨｚ）の垂直偏波及び水平偏波の送信を行う。アンテナ装置Ａは、主放射方向が基板面に平行なエンドファイア型のアンテナである。

【0013】

本開示では、第１偏波の振動方向である第１方向を「垂直方向」、第２偏波の振動方向である第２方向を「水平方向」として説明する。また、基板面に垂直な方向をＺ軸の正方向、第１偏波及び第２偏波の主放射方向をＸ軸の正方向とする右手直交座標系を使用して説明する。以下において、「Ｘ軸方向」、「Ｙ軸方向」、「Ｚ軸方向」とは、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸の正方向を意味する。

【0014】

図１は、本発明の一実施の形態に係るアンテナ装置Ａを示す外観斜視図である。図２は、アンテナ装置Ａの分解斜視図である。図３は、Ｘ軸方向の正側から見たアンテナ装置Ａの正面図である。図４は、Ｙ軸方向の負側から見たアンテナ装置Ａの側面図である。

【0015】

図１～図４に示すように、アンテナ装置Ａは、アンテナ本体１及びアンテナカバー５を備える。図３及び図４では、アンテナ本体１の内部が透過して示されている。

【0016】

アンテナ本体１は、Ｙ軸方向に一列に配置された８個のアンテナユニット１Ａ～１Ｈを有するアレイアンテナである。アンテナ本体１には、制御部６１、６２が実装される。制御部６１、６２は、例えば、ビームフォーミングＩＣであり、伝送線路を介して接続されるアンテナごとの位相及びゲインの調整、並びに伝送信号の増幅等を行う。制御部６１は、アンテナユニット１Ａ～１Ｄの給電制御を行い、制御部６２は、アンテナユニット１Ｅ～１Ｈの給電制御を行う。

【0017】

アンテナカバー５は、アンテナ本体１のＸ軸方向における正側の端部に配置される補助部材である。アンテナカバー５は、金属等の導体材料で形成される。アンテナカバー５は、第１カバー体５１、第２カバー体５２及び第３カバー体５３を有する。第１カバー体５１及び第２カバー体５２は、Ｚ軸方向に対向して配置され、第３カバー体５３によって連結されている。すなわち、アンテナカバー５は、ＸＺ断面において、Ｘ軸方向の正側が開口した略Ｕ字形状を有している。

【0018】

例えば、第３カバー体５３に設けられた開口５３ａに、アンテナ本体１のＸ軸方向における正側の端部が挿入され、固定されることにより、アンテナカバー５は、アンテナ本体１に取り付けられる。アンテナカバー５は、アンテナ本体１のグランドパターン（符号略）と電気的に接続される。アンテナカバー５は、例えば、はんだ付けや導電性接着剤などにより、アンテナ本体１のグランドと直流的な導通を確保した形態で固定される。なお、アンテナカバー５は、取付部分の開口５３ａがアンテナ本体１のグランドと十分に近接していれば、ねじ止めのような直流的な導通を伴わない形態で固定されてもよい。アンテナカバー５を設けることにより、アンテナ装置Ａのアンテナ利得が向上する。

【0019】

図５Ａ、図５Ｂは、アンテナ本体１におけるアンテナ構造を示す平面図である。図６は、アンテナ本体１におけるアンテナ構造を示す斜視図である。図５Ｂ及び図６では、アンテナユニット１Ａ、１Ｂの部分が拡大して示されている。また、図６では、アンテナ構造の内部が透過して示されている。

【0020】

図５Ａ、図５Ｂに示すように、アンテナユニット１Ａ～１Ｈは、それぞれ、第１アンテナ部１０及び第２アンテナ部２０を有する。第１アンテナ部１０は、垂直偏波用のアンテナ構造を有する。第２アンテナ部２０は、水平偏波用のアンテナ構造を有する。アンテナユニット１Ａ～１Ｈは、例えば、多層プリント配線基板で形成される。

【0021】

アンテナユニット１Ａ～１Ｈは、例えば、多層プリント配線基板で形成される。プリント配線基板の回路形成技術を利用して、アンテナユニット１Ａ～１Ｈを利用容易に製造することができる。また、第１アンテナ部１０及び第２アンテナ部２０におけるアンテナ素子の大きさ、形状及び位置等を容易に制御でき、素子精度が向上する。

【0022】

アンテナ本体１の積層構造を図７に示す。アンテナ本体１は、例えば、図７に示すように、第１導体層Ｍ１～第６導体層Ｍ６を有する。第１導体層Ｍ１～第６導体層Ｍ６は、銅箔等の金属箔で形成される。第１導体層Ｍ１～第６導体層Ｍ６のそれぞれの層間には、樹脂材料等で形成される誘電体層Ｄが介在する。アンテナカバー５は、例えば、第１導体層Ｍ１及び第６導体層Ｍ６のグランドパターン（符号略）と電気的に接続される。

【0023】

第１アンテナ部１０は、第１伝送線路１１及び第１アンテナ素子１２を含む。第１伝送線路１１は、垂直偏波用の信号を伝送する部分である。第１アンテナ素子１２は、垂直偏波を放射する部分である。

【0024】

第１伝送線路１１は、第１導体層Ｍ１により基板表層に形成されるマイクロストリップラインである。

【0025】

第１アンテナ素子１２は、垂直偏波を伝搬する導波部３０を含む。導波部３０は、例えば、基板集積導波管（ＳＩＷ）構造を有する。導波部３０は、側面ビア群３１Ｇ、３２Ｇ、背面ビア群３３Ｇ、上板３４、下板３５によって形成される。

【0026】

側面ビア群３１Ｇ、３２Ｇは、それぞれ、Ｘ軸方向に配列された複数の側面ビア３１、３２で形成される。背面ビア群３３Ｇは、Ｙ軸方向に配列された複数の背面ビア３３で形成される。側面ビア３１、３２及び背面ビア３３は、第１導体層Ｍ１に形成されたグランドパターン（符号略）と第６導体層Ｍ６のグランドパターン（符号略）を連結するスルーホールであり、第２導体層Ｍ２～第５導体層Ｍ５を貫通する。側面ビア３１、３２及び背面ビア３３は、第２導体層Ｍ２、第４導体層Ｍ４及び第５導体層Ｍ５と電気的に接続され、第３導体層Ｍ３とは電気的に絶縁される。

【0027】

上板３４は、第２導体層Ｍ２のグランドプレーンで形成される。なお、第２導体層Ｍ２のグランドプレーンは、基板表層に形成された伝送線路（例えば、第１伝送線路１１）のリターン経路を形成する。下板３５は、第５導体層Ｍ５のグランドプレーンで形成される。

【0028】

側面ビア群３１Ｇ、３２Ｇ、背面ビア群３３Ｇ、上板３４及び下板３５により、Ｘ軸方向の正側に開口を有する方形導波管が形成される。背面ビア群３３Ｇの近くに、第１伝送線路１１に接続された第１ビア３６が挿入される。

【0029】

第１ビア３６は、第１導体層Ｍ１と第６導体層Ｍ６を連結するスルーホールであり、第２導体層Ｍ２～第５導体層Ｍ５を貫通する。第１ビア３６は、第２導体層Ｍ２～第５導体層Ｍ５と、電気的に絶縁される。第１ビア３６の周囲に電磁界が誘起され、導波部３０内を伝搬する。そして、導波部３０の開口から垂直偏波として放射される。

【0030】

第２アンテナ部２０は、第２伝送線路２１及び第２アンテナ素子２２を含む。第２伝送線路２１は、水平偏波用の信号を伝送する部分である。第２アンテナ素子２２は、水平偏波を放射する部分である。

【0031】

第２伝送線路２１は、第１導体層Ｍ１により基板表層に形成されるマイクロストリップラインである。第２伝送線路２１は、第１伝送線路１１に近接して、略平行に配置される。

【0032】

第２アンテナ素子２２は、放射部２３及び信号変換部２４を含む。放射部２３は、例えば、ダイポールアンテナ構造を有する。信号変換部２４は、第２伝送線路２１からのシングルエンド信号を差動信号に変換する。

【0033】

放射部２３は、第４導体層Ｍ４によって形成される。放射部２３は、直線形状を有し、第４導体層Ｍ４に形成されたスロット２４Ｂを挟んでＹ軸方向の正側及び負側に延在する。

【0034】

信号変換部２４は、第３導体層Ｍ３に形成された中継線路２４Ａ及び第４導体層Ｍ４に形成されたスロット２４Ｂにより構成される。中継線路２４Ａは、マイクロストリップラインであり、第２ビア２５を介して、第２伝送線路２１と接続される。第２ビア２５は、第１導体層Ｍ１と第３導体層Ｍ３を連結するスルーホールであり、第２導体層Ｍ２を貫通する。第２ビア２５は、第２導体層Ｍ２と電気的に絶縁される。

【0035】

中継線路２４Ａは、略Ｌ字形状を有し、第２ビア２５との接続部からＸ軸方向の正側に延在するとともに、Ｙ軸方向に屈曲して延在する。図６において、アンテナユニット１Ａの中継線路２４Ａは、Ｙ軸方向の正側に屈曲して延在し、アンテナユニット１Ｂの中継線路２４Ａは、Ｙ軸方向の負側に屈曲して延在している。すなわち、隣り合うアンテナユニット１Ａ、１Ｂにおいて、中継線路２４Ａの屈曲方向は逆向きである。スロット２４Ｂは、第４導体層Ｍ４の端縁（放射部２３の離間部分）からＸ軸方向に沿って形成される。

【0036】

隣り合うアンテナユニット１Ａ、１Ｂにおいて、中継線路２４Ａの屈曲方向を逆向きにしない場合、シングルエンド信号から差動信号への変換が完全ではないため、ダイポール構造を有する第２アンテナ素子２２の左右のアームに流れる電流に若干の偏りが生じる。そして、給電の向きが一方に偏ることにより、対称性が悪くなり、アレーアンテナのビームが傾いてしまう。そこで、本実施の形態では、隣り合うアンテナユニット１Ａ、１Ｂにおいて、中継線路２４Ａの屈曲方向は逆向きになっている。

【0037】

中継線路２４Ａ及びスロット２４Ｂは、Ｚ軸方向から見た平面視において、直交するように配置され、非接触で電磁結合する。信号変換部２４は、マイクロストリップ－スロット変換器であり、隣り合うアンテナユニット１Ａ、１Ｂの信号変換部２４では、給電方向が逆になっている。

【0038】

中継線路２４Ａの周囲に形成される電磁界によって、第４導体層Ｍ４のグランドパターンのスロット２４Ｂに電磁界が誘起される。これにより、第２伝送線路２１からのシングルエンド信号が差動信号に変換されて放射部２３に伝送される。そして、放射部２３から水平偏波として放射される。

【0039】

アンテナ装置Ａでは、入力信号の位相が同じである場合、隣り合うアンテナユニット１Ａ～１Ｈ（例えば、第１アンテナユニット１Ａと第２アンテナユニット１Ｂ）から放射される水平偏波は、逆位相となる。一方、入力信号の位相が同じである場合、隣り合うアンテナユニット１Ａ～１Ｈから放射される垂直偏波は、同位相となる。すなわち、アンテナユニット１Ａ、１Ｂにおいて、第１アンテナ素子１２は、いずれも、入力信号の位相に対し、所定の位相（第１位相）遅れた位相にて垂直偏波を放射する。第２アンテナ素子２２の一方は、入力信号の位相に対し、所定の位相（第２位相）遅れた位相にて水平偏波を放射し、第２アンテナ素子２２の他方は、入力信号の位相に対し、所定の位相（第２位相）遅れた位相の逆位相で水平偏波を放射する。

【0040】

そのため、例えば、アンテナ利得のピークをＸ方向(正面)に設定する場合、隣り合うアンテナユニット１Ａ～１Ｈにおける水平偏波用の入力信号（第２入力信号）は、交互に反転させて逆位相となるように制御される（図８参照）。また、隣り合うアンテナユニット１Ａ～１Ｈにおける垂直偏波用の入力信号（第１入力信号）は、同位相となるように制御される。これにより、隣り合うアンテナユニット１Ａ～１Ｈから放射される水平偏波及び垂直偏波は、いずれも、放射方向で同位相となり、隣り合うアンテナ出力との間で強め合ってアンテナ利得が向上する。

【0041】

以下に、アンテナ利得のピークを＋Ｘ方向に設定する場合を例に、制御部６１によって第１アンテナユニット１Ａ～第４アンテナユニット１Ｄへの伝送制御が行われた場合のアンテナ出力について具体的に説明する。それぞれのアンテナユニット１Ａ～１Ｄにおいて、垂直偏波用の第１伝送線路１１及び水平偏波用の第２伝送線路２１はマイクロストリップラインで形成され、互いに近接して配置されている。第１伝送線路１１及び第２伝送線路２１は、伝送モードが同じであるため、線路間の伝送モードが異なる場合に比較して、アイソレーションが低くなる。

【0042】

図９～図１１では、第１アンテナユニット１Ａ～第４アンテナユニット１Ｄの垂直偏波Ｖ１～Ｖ４及び水平偏波Ｈ１～Ｈ４の位相として、制御部６１から出力されるＢＦＩＣ出力（入力信号）、伝送経路における伝送信号、及びアンテナ素子からのアンテナ出力（出力信号）の位相を示している。

【0043】

図９は、線路間でカップリングがない場合のアンテナ出力を示す図である。

【0044】

図９に示すように、垂直偏波Ｖ１～Ｖ４は、ＢＦＩＣ出力（第１入力信号）、伝送信号及びアンテナ出力がいずれも同位相である。アンテナ出力が同位相となることにより、放射方向で高いアンテナ利得が得られる。

【0045】

一方、水平偏波Ｈ１～Ｈ４は、隣り合うアンテナユニット１Ａ～１Ｈ（例えば、第１アンテナユニット１Ａ及び第２アンテナユニット１Ｂ）において、ＢＦＩＣ出力（第２入力信号）が逆位相となるように制御される。伝送線路では、そのまま伝送されるので、逆位相が保持される。最終的に、隣り合うアンテナユニット１Ａ～１Ｈでは、第２アンテナ素子２２によって、一方は同位相のまま保持され、他方は反転されて逆位相に変換されるので、アンテナ出力は同位相となる。アンテナ出力が同位相となることにより、放射方向で高いアンテナ利得が得られる。

【0046】

図１０は、垂直偏波用の入力信号に水平偏波成分がカップリングした場合のアンテナ出力における水平偏波成分を示す図である。

【0047】

図１０に示すように、アンテナユニット１Ａ～１Ｄでは、垂直偏波用の第１伝送線路１１と水平偏波用の第２伝送線路２１との線間で、水平偏波用の信号が漏洩して、垂直偏波用の信号に水平偏波成分がカップリングすることがありうる。水平偏波Ｈ１～Ｈ４のＢＦＩＣ出力は逆位相であるため、第１伝送線路１１において、カップリングした水平偏波成分の位相は逆位相である。垂直偏波用の第１アンテナ素子１２では、伝送信号の位相がそのまま保持されるので、隣り合うアンテナユニット１Ａ～１Ｈのアンテナ出力は、逆位相となる。したがって、アンテナ出力に含まれる水平偏波成分は、放射方向において、隣り合うアンテナユニット１Ａ～１Ｈ間で打ち消されることとなり、放射方向の交差偏波成分の利得が低下し、結果として交差偏波識別度が向上する。

【0048】

図１１は、水平偏波用の入力信号に垂直偏波成分がカップリングした場合のアンテナ出力における垂直偏波成分を示す図である。

【0049】

図１１に示すように、アンテナユニット１Ａ～１Ｄでは、垂直偏波用の第１伝送線路１１と水平偏波用の第２伝送線路２１との線間で、垂直偏波用の信号が漏洩して、水平偏波用の信号に垂直偏波成分がカップリングすることがありうる。垂直偏波Ｖ１～Ｖ４のＢＦＩＣ出力は同位相であるため、第２伝送線路２１において、カップリングした垂直偏波成分の位相は同位相である。隣り合うアンテナユニット１Ａ～１Ｈでは、水平偏波用の第２アンテナ素子２２によって、一方は同位相のまま保持され、他方は反転されて逆位相に変換されるので、アンテナ出力は逆位相となる。したがって、アンテナ出力に含まれる垂直偏波成分は、隣り合うアンテナユニット１Ａ～１Ｈ間で打ち消されることとなり、放射方向の交差偏波成分の利得が低下し、結果として交差偏波識別度が向上する。

【0050】

図１２Ａ、図１２Ｂは、放射方向における交差偏波成分の強度を示す図である。図１２Ａは、実施の形態に係るアンテナ装置Ａの計測結果を示し、図１２Ｂは、従来のアンテナ装置の計測結果を示す。

【0051】

図１２Ａに示すように、アンテナ装置Ａでは、主放射方向（０［ｄｅｇ］）において、交差偏波成分の強度が低減されている。従来のアンテナ装置では、交差偏波成分も同位相で出力されるため、偏波成分と同様に、主放射方向で強度が高くなっている。

【0052】

このように、本発明の一態様に係るアンテナ装置Ａは、以下の特徴事項を単独で、又は、適宜組み合わせて備えている。

【0053】

すなわち、アンテナ装置Ａ（偏波共用アンテナ）は、一列に配列された複数のアンテナユニット１Ａ～１Ｈを有し、垂直方向（第１方向）に振動する垂直偏波（第１偏波）及び垂直方向と直交する水平方向（第２方向）に振動する水平偏波（第２偏波）を送受信可能な偏波共用アンテナである。複数のアンテナユニット１Ａ～１Ｈは、それぞれ、垂直偏波用の第１アンテナ素子１２と、水平偏波用の第２アンテナ素子２２と、を備える。隣り合うアンテナユニット１Ａ～１Ｈにおいて、第１アンテナ素子１２は、いずれも、第１入力信号の位相に対し、所定の第１位相遅れた位相にて垂直偏波を放射し、第２アンテナ素子２２の一方は、第２入力信号の位相に対し、所定の第２位相遅れた位相にて水平偏波を放射し、第２アンテナ素子２２の他方は、第２入力信号の位相に対し、第２位相遅れた位相に対し逆位相で水平偏波を放射する。

【0054】

アンテナ装置Ａによれば、水平偏波の入力信号が逆位相となるように制御することで、伝送線路間で交差偏波成分がカップリングしても、当該交差偏波成分による放射特性の影響を低減でき、交差識別精度が向上する。また、第１アンテナ素子１２及び第２アンテナ素子２２までの伝送線路をマイクロストリップラインで形成することができるので、伝送線路の単純化及び実装面積の低減を図ることができる。また、エンドファイア型であることにより、容易に小型化及び低背化を図ることができ、特に、車両のルーフのような金属部材に近接して設置される場合に有用である。

【0055】

また、アンテナ装置Ａにおいて、第２アンテナ素子２２は、シングルエンド信号を作動信号に変換する信号変換部２４を有し、隣り合うアンテナユニット１Ａ～１Ｈの信号変換部２４は、シングルエンド信号の給電方向が逆向きである。
具体的には、信号変換部２４は、非接触で電磁結合する中継線路２４Ａ及びスロット２４Ｂを有し、隣り合うアンテナユニット１Ａ～１Ｈの信号変換部２４は、スロット２４Ｂに対する中継線路２４Ａの延在方向が逆向きである。
これにより、隣り合うアンテナユニット１Ａ～１Ｈにおいて、第２アンテナ素子２２の一方は、入力信号と同位相で水平偏波を放射し、第２アンテナ素子２２の他方は、入力信号と逆位相で水平偏波を放射する構成を容易に実現することができる。

【0056】

また、アンテナ装置Ａは、第１アンテナ素子１２に第１入力信号を伝送する第１伝送線路１１と、第２アンテナ素子２２に第２入力信号を伝送する第２伝送線路２１と、を備え、第１伝送線路１１及び第２伝送線路１２は、マイクロストリップラインである。これにより、偏波共用アンテナの小型化を図ることができる。線路間アイソレーションは低下するが、高い交差偏波識別度は確保される。

【0057】

また、アンテナ装置Ａは、伝送線路ごとの位相の調整を行う制御部６１、６２を備え、制御部６１、６２は、隣り合うアンテナユニット１Ａ～１Ｈの第２アンテナ素子２２に対して、逆位相の第２入力信号を出力する。制御部６１、６２は、例えば、アンテナゲインが任意の角度でピークを持つように、アンテナユニット１Ａ～１Ｈのそれぞれの入力信号に対して位相を設定する。このとき、隣り合うアンテナユニット１Ａ～１Ｈでは、第２アンテナ素子２２に対して、ピークを持たせる角度から計算される設定位相の逆位相の入力信号が出力される。これにより、隣り合うアンテナユニット１Ａ～１Ｈから放射される水平偏波及び垂直偏波は、いずれも、設定した角度方向で同位相となり、隣り合うアンテナ出力との間で強め合ってアンテナ利得が向上する。

【0058】

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づいて具体的に説明したが、本発明は上記実施の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可能である。

【0059】

例えば、実施の形態では、第１伝送線路１１及び第２伝送線路２１をマイクロストリップラインで形成しているが、第１伝送線路１１及び第２伝送線路２１は、その他のストリップ線路やコプレーナー線路であってもよい。

【0060】

また、実施の形態では、水平偏波用の第２アンテナ素子２２にダイポールアンテナを適用しているが、第２アンテナ素子２２には、八木アンテナ等の別のアンテナ構造を適用してもよい。また、垂直偏波用の第１アンテナ素子１２には、実施の形態で示した基板集積導波管の他、ビアを用いて垂直方向に形成されたダイポールアンテナ等の別のアンテナ構造を適用してもよい。

【0061】

また、実施の形態では、水平偏波及び垂直偏波を放射する送信用アンテナを例に挙げて説明したが、本発明の偏波共用アンテナは、水平偏波及び垂直偏波の送信、受信、又はそれら両方の機能を有するアンテナのいずれにも適用できる。

【0062】

また、本発明の偏波共用アンテナは、アンテナユニットを複数備えていればよく、その数は特に制限されない。

【0063】

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

【符号の説明】

【0064】

１ アンテナ本体
１Ａ～１Ｈ アンテナユニット
１１ 第１伝送線路
１２ 第１アンテナ素子
２１ 第２伝送線路
２２ 第２アンテナ素子
Ａ アンテナ装置（偏波共用アンテナ）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】