(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】P2023160572
(43)【公開日】2023-11-02
(54)【発明の名称】アレイアンテナ装置
(51)【国際特許分類】
H01Q 13/08 20060101AFI20231026BHJP
H01Q 21/06 20060101ALI20231026BHJP
【ＦＩ】
H01Q13/08
H01Q21/06
【審査請求】有
【請求項の数】6
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022071014
(22)【出願日】2022-04-22
(11)【特許番号】
(45)【特許公報発行日】2023-01-24
(71)【出願人】
【識別番号】000005186
【氏名又は名称】株式会社フジクラ
(74)【代理人】
【識別番号】100141139
【弁理士】
【氏名又は名称】及川 周
(74)【代理人】
【識別番号】100169764
【弁理士】
【氏名又は名称】清水 雄一郎
(74)【代理人】
【識別番号】100206081
【弁理士】
【氏名又は名称】片岡 央
(74)【代理人】
【識別番号】100188891
【弁理士】
【氏名又は名称】丹野 拓人
(72)【発明者】
【氏名】長谷川 雄大
【テーマコード（参考）】
5J021
5J045
【Ｆターム（参考）】
5J021AA04
5J021AA05
5J021AA07
5J021AA09
5J021AB06
5J021CA03
5J021GA08
5J045DA10
5J045EA08
5J045FA02
5J045HA03
(57)【要約】
【課題】アレイアンテナ装置のアンテナ特性の向上を目的とする。
【解決手段】アレイアンテナ装置１は、給電配線層４においてＸ軸方向に延伸する第３給電線２３を分岐させ、第１枝線４１、第２枝線４２を第１スロット３１、第２スロット３２を通りすぎるようにあえて少し遠回りをさせてから折り返すことで、第３給電線２３の引き回しを簡易にして、等距離かつ同一方向から第１スロット３１、第２スロット３２に給電する。
【選択図】図４
【解決手段】アレイアンテナ装置１は、給電配線層４においてＸ軸方向に延伸する第３給電線２３を分岐させ、第１枝線４１、第２枝線４２を第１スロット３１、第２スロット３２を通りすぎるようにあえて少し遠回りをさせてから折り返すことで、第３給電線２３の引き回しを簡易にして、等距離かつ同一方向から第１スロット３１、第２スロット３２に給電する。
【選択図】図４
【特許請求の範囲】
【請求項1】
アンテナ層、グランド層、給電配線層が、この順に、間に誘電体層を挟んで積層され、
前記アンテナ層には、第１アンテナ素子、第２アンテナ素子、第３アンテナ素子、第４アンテナ素子が、この順に、平面視で第１方向に配置されたアンテナ素子列が形成され、
前記第１アンテナ素子と前記第２アンテナ素子が、前記第１方向に延びる第１給電線で接続され、
前記第３アンテナ素子と前記第４アンテナ素子が、前記第１方向に延びる第２給電線で接続され、
前記グランド層には、平面視で前記第１給電線と重なり、且つ、前記第１アンテナ素子及び前記第２アンテナ素子と等距離に形成された第１スロットと、平面視で前記第２給電線と重なり、且つ、前記第３アンテナ素子及び前記第４アンテナ素子と等距離に形成された第２スロットと、が形成され、
前記給電配線層には、前記第１スロット及び前記第２スロットを介して前記第１給電線及び前記第２給電線に電磁結合し、前記アンテナ素子列の各アンテナ素子に給電する第３給電線が形成され、
前記第３給電線は、前記アンテナ素子列に沿って前記第１方向に延伸する延伸部と、前記延伸部から分岐すると共に、平面視で、前記第１スロットに重なる第１枝線と、前記第２スロットに重なる第２枝線と、を有し、
前記第１枝線の前記第１スロットまでの長さと、前記第２枝線の前記第２スロットまでの長さは、等しく、
さらに、
平面視で、前記第１枝線の先端部が前記第１スロットに進入する方向と、前記第２枝線の先端部が前記第２スロットに進入する方向は、前記第１方向において前記延伸部が延伸する方向と逆方向である、
アレイアンテナ装置。
前記アンテナ層には、第１アンテナ素子、第２アンテナ素子、第３アンテナ素子、第４アンテナ素子が、この順に、平面視で第１方向に配置されたアンテナ素子列が形成され、
前記第１アンテナ素子と前記第２アンテナ素子が、前記第１方向に延びる第１給電線で接続され、
前記第３アンテナ素子と前記第４アンテナ素子が、前記第１方向に延びる第２給電線で接続され、
前記グランド層には、平面視で前記第１給電線と重なり、且つ、前記第１アンテナ素子及び前記第２アンテナ素子と等距離に形成された第１スロットと、平面視で前記第２給電線と重なり、且つ、前記第３アンテナ素子及び前記第４アンテナ素子と等距離に形成された第２スロットと、が形成され、
前記給電配線層には、前記第１スロット及び前記第２スロットを介して前記第１給電線及び前記第２給電線に電磁結合し、前記アンテナ素子列の各アンテナ素子に給電する第３給電線が形成され、
前記第３給電線は、前記アンテナ素子列に沿って前記第１方向に延伸する延伸部と、前記延伸部から分岐すると共に、平面視で、前記第１スロットに重なる第１枝線と、前記第２スロットに重なる第２枝線と、を有し、
前記第１枝線の前記第１スロットまでの長さと、前記第２枝線の前記第２スロットまでの長さは、等しく、
さらに、
平面視で、前記第１枝線の先端部が前記第１スロットに進入する方向と、前記第２枝線の先端部が前記第２スロットに進入する方向は、前記第１方向において前記延伸部が延伸する方向と逆方向である、
アレイアンテナ装置。
【請求項2】
前記第３給電線の前記延伸部は、前記アンテナ素子列に対し、平面視で前記第１方向と交差する第２方向の一方側に配置されている、
請求項１に記載のアレイアンテナ装置。
請求項１に記載のアレイアンテナ装置。
【請求項3】
前記第１枝線は、前記第２枝線との分岐位置から前記延伸部と同じ前記第１方向の一方側に延伸する第１直線部と、前記第１直線部に対し前記第２方向の他方側に屈曲して延伸する第２直線部と、前記第２直線部から前記第１方向の他方側に屈曲して延伸する第３直線部と、を有し、
前記第２枝線は、前記分岐位置から前記延伸部に対し前記第２方向の他方側に屈曲して延伸する第４直線部と、前記第４直線部から前記第１方向の他方側に屈曲して延伸する第５直線部と、を有する、
請求項２に記載のアレイアンテナ装置。
前記第２枝線は、前記分岐位置から前記延伸部に対し前記第２方向の他方側に屈曲して延伸する第４直線部と、前記第４直線部から前記第１方向の他方側に屈曲して延伸する第５直線部と、を有する、
請求項２に記載のアレイアンテナ装置。
【請求項4】
前記第２直線部の長さと、前記第４直線部の長さは、等しく、
前記第１直線部と前記第３直線部の合計の長さと、前記第５直線部の長さは、等しい、
請求項３に記載のアレイアンテナ装置。
前記第１直線部と前記第３直線部の合計の長さと、前記第５直線部の長さは、等しい、
請求項３に記載のアレイアンテナ装置。
【請求項5】
平面視で、前記第１枝線の先端部は前記第１スロットを横切って延伸し、前記第２枝線の先端部は前記第２スロットを横切って延伸し、
前記第１枝線の前記第１スロットを横切った先の長さと、前記第２枝線の前記第２スロットを横切った先の長さは、等しい、
請求項１～４のいずれか一項に記載のアレイアンテナ装置。
前記第１枝線の前記第１スロットを横切った先の長さと、前記第２枝線の前記第２スロットを横切った先の長さは、等しい、
請求項１～４のいずれか一項に記載のアレイアンテナ装置。
【請求項6】
前記アンテナ素子列、前記第１給電線、前記第２給電線、前記第１スロット、前記第２スロット、及び、前記第３給電線を含む、複数のアンテナ列構造が、平面視で、並列に配置されている、
請求項１～４のいずれか一項に記載のアレイアンテナ装置。
請求項１～４のいずれか一項に記載のアレイアンテナ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、アレイアンテナ装置に関するものである。
【背景技術】
【0002】
下記特許文献１には、複数のアンテナ素子が誘電体基板の平面方向に配列されたアレイアンテナ基板が開示されている。このアレイアンテナ基板は、各アンテナ素子に給電する分波配線（給電線）を備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２０１９－５７８９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
ところで、給電線を直線状に延ばし、各アンテナ素子を直列に接続する場合、各アンテナ素子に給電される位相が周波数により変化するため、一番強く放射される方向が周波数に依存して変化してしまう。また、給電線を分岐させて折り曲げ、各アンテナ素子を並列に接続する場合、給電線の引き回しが混雑してしまうと、給電線を折り曲げたことにより近接した自分の給電線、あるいは隣の列の給電線と電磁的に干渉してしまう場合がある。
このようにアレイアンテナ装置では、給電線のレイアウトによるアンテナ特性の低下が課題となっている。
このようにアレイアンテナ装置では、給電線のレイアウトによるアンテナ特性の低下が課題となっている。
【0005】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、アレイアンテナ装置のアンテナ特性の向上を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明の第１の態様に係るアレイアンテナ装置は、アンテナ層、グランド層、給電配線層が、この順に、間に誘電体層を挟んで積層され、前記アンテナ層には、第１アンテナ素子、第２アンテナ素子、第３アンテナ素子、第４アンテナ素子が、この順に、平面視で第１方向に配置されたアンテナ素子列が形成され、前記第１アンテナ素子と前記第２アンテナ素子が、前記第１方向に延びる第１給電線で接続され、前記第３アンテナ素子と前記第４アンテナ素子が、前記第１方向に延びる第２給電線で接続され、前記グランド層には、平面視で前記第１給電線と重なり、且つ、前記第１アンテナ素子及び前記第２アンテナ素子と等距離に形成された第１スロットと、平面視で前記第２給電線と重なり、且つ、前記第３アンテナ素子及び前記第４アンテナ素子と等距離に形成された第２スロットと、が形成され、前記給電配線層には、前記第１スロット及び前記第２スロットを介して前記第１給電線及び前記第２給電線に電磁結合し、前記アンテナ素子列の各アンテナ素子に給電する第３給電線が形成され、前記第３給電線は、前記アンテナ素子列に沿って前記第１方向に延伸する延伸部と、前記延伸部から分岐すると共に、平面視で、前記第１スロットに重なる第１枝線と、前記第２スロットに重なる第２枝線と、を有し、前記第１枝線の前記第１スロットまでの長さと、前記第２枝線の前記第２スロットまでの長さは、等しく、さらに、平面視で、前記第１枝線の先端部が前記第１スロットに進入する方向と、前記第２枝線の先端部が前記第２スロットに進入する方向は、前記第１方向において前記延伸部が延伸する方向と逆方向である。
この構成によれば、給電配線層においてアンテナ素子列に沿って第１方向に延伸する第３給電線を分岐させ、各スロットを通りすぎるようにあえて少し遠回りをさせてから折り返すことで、給電線の引き回しを簡易にして、等距離かつ同一方向から各スロットに給電できる。そして、アンテナ層において各スロットからの分岐で逆方向に別々のアンテナ素子に給電することで、全てのアンテナ素子に並列で給電されるため、全ての周波数において同一の位相で給電でき、アンテナ特性が向上する。
この構成によれば、給電配線層においてアンテナ素子列に沿って第１方向に延伸する第３給電線を分岐させ、各スロットを通りすぎるようにあえて少し遠回りをさせてから折り返すことで、給電線の引き回しを簡易にして、等距離かつ同一方向から各スロットに給電できる。そして、アンテナ層において各スロットからの分岐で逆方向に別々のアンテナ素子に給電することで、全てのアンテナ素子に並列で給電されるため、全ての周波数において同一の位相で給電でき、アンテナ特性が向上する。
【0007】
本発明の第２の態様は、第１の態様のアレイアンテナ装置において、前記第３給電線の前記延伸部は、前記アンテナ素子列に対し、平面視で前記第１方向と交差する第２方向の一方側に配置されていてもよい。
【0008】
本発明の第３の態様は、第２の態様のアレイアンテナ装置において、前記第１枝線は、前記第２枝線との分岐位置から前記延伸部と同じ前記第１方向の一方側に延伸する第１直線部と、前記第１直線部に対し前記第２方向の他方側に屈曲して延伸する第２直線部と、前記第２直線部から前記第１方向の他方側に屈曲して延伸する第３直線部と、を有し、前記第２枝線は、前記分岐位置から前記延伸部に対し前記第２方向の他方側に屈曲して延伸する第４直線部と、前記第４直線部から前記第１方向の他方側に屈曲して延伸する第５直線部と、を有してもよい。
【0009】
本発明の第４の態様は、第３の態様のアレイアンテナ装置において、前記第２直線部の長さと、前記第４直線部の長さは、等しく、前記第１直線部と前記第３直線部の合計の長さと、前記第５直線部の長さは、等しくてもよい。
【0010】
本発明の第５の態様は、第１から第４の態様のいずれか一つのアレイアンテナ装置において、平面視で、前記第１枝線の先端部は前記第１スロットを横切って延伸し、前記第２枝線の先端部は前記第２スロットを横切って延伸し、前記第１枝線の前記第１スロットを横切った先の長さと、前記第２枝線の前記第２スロットを横切った先の長さは、等しくてもよい。
【0011】
本発明の第６の態様は、第１から第５の態様のいずれか一つのアレイアンテナ装置において、前記アンテナ素子列、前記第１給電線、前記第２給電線、前記第１スロット、前記第２スロット、及び、前記第３給電線を含む、複数のアンテナ列構造が、平面視で、並列に配置されていてもよい。
【発明の効果】
【0012】
上記本発明の一態様によれば、アレイアンテナ装置のアンテナ特性を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【図1】一実施形態に係るアレイアンテナ装置のアンテナ層の平面図である。
【図2】一実施形態に係るアレイアンテナ装置の給電配線層の平面図である。
【図4】一実施形態に係る第３給電線を拡大した平面図である。
【図5】比較例に係るアレイアンテナ装置のアンテナ層の平面図である。
【図6】一実施形態に係るアレイアンテナ装置のアンテナ特性を示すグラフである。
【図7】比較例に係るアレイアンテナ装置のアンテナ特性を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0014】
以下では、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、一実施形態に係るアレイアンテナ装置１のアンテナ層２の平面図である。図２は、一実施形態に係るアレイアンテナ装置１の給電配線層４の平面図である。図３は、図１に示す矢視ＩＩＩ－ＩＩＩ断面図である。
図３に示すように、アレイアンテナ装置１は、アンテナ層２、グランド層３、給電配線層４が、この順に、間に誘電体層５を挟んで積層された構造を有している。
図１は、一実施形態に係るアレイアンテナ装置１のアンテナ層２の平面図である。図２は、一実施形態に係るアレイアンテナ装置１の給電配線層４の平面図である。図３は、図１に示す矢視ＩＩＩ－ＩＩＩ断面図である。
図３に示すように、アレイアンテナ装置１は、アンテナ層２、グランド層３、給電配線層４が、この順に、間に誘電体層５を挟んで積層された構造を有している。
【0015】
以下では、アンテナ層２とグランド層３との間に挟まれた誘電体層５を、第１誘電体層５Ａという。また、グランド層３と給電配線層４との間に挟まれた誘電体層５を、第２誘電体層５Ｂという。
また、アレイアンテナ装置１の各層の積層方向をＺ軸方向とし、Ｚ軸方向に直交しかつ互いに直交する２軸方向をＸ軸方向（第１方向）、Ｙ軸方向（第２方向）という。
また、アレイアンテナ装置１の各層の積層方向をＺ軸方向とし、Ｚ軸方向に直交しかつ互いに直交する２軸方向をＸ軸方向（第１方向）、Ｙ軸方向（第２方向）という。
【0016】
Ｘ軸方向には、特に説明の無い限り、Ｘ軸に沿う互いに逆向きの二方向が含まれる。Ｘ軸方向のうち、図中矢印の方向を示す場合は、「＋Ｘ方向」と称する。Ｘ軸方向のうち、図中矢印と逆方向を示す場合は、「－Ｘ方向」と称する。なお、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向においても同様に、特に説明の無い限り、各軸に沿う互いに逆向きの二方向が含まれ、図中矢印の方向を示す場合は、「＋Ｙ方向」または「＋Ｚ方向」とし、図中矢印と逆方向を示す場合は、「－Ｙ方向」または「－Ｚ方向」と称する。
【0017】
アレイアンテナ装置１の積層構造は、例えば、以下のようにして製造される。
まず、第２誘電体層５Ｂの＋Ｚ方向を向く面と－Ｚ方向を向く面に、それぞれ導体膜を形成した後、例えば、エッチングなどによって、グランド層３、給電配線層４をパターニングする。さらに、グランド層３上に、第１誘電体層５Ａを樹脂接着剤等で貼り合わせる。この後、第１誘電体層５Ａの＋Ｚ方向を向く面に、導体膜を形成した後、例えば、エッチングなどによって、アンテナ層２をパターニングする。
なお、第１誘電体層５Ａにアンテナ層２をパターニングしてから、第１誘電体層５Ａとグランド層３を貼り合わせてもよい。
また、アンテナ層２の上に図示しない誘電体層及び寄生素子層をこの順に積層したり、給電配線層４の下に図示しない誘電体層及びグランド層をこの順にさらに積層したりしてもよい。
まず、第２誘電体層５Ｂの＋Ｚ方向を向く面と－Ｚ方向を向く面に、それぞれ導体膜を形成した後、例えば、エッチングなどによって、グランド層３、給電配線層４をパターニングする。さらに、グランド層３上に、第１誘電体層５Ａを樹脂接着剤等で貼り合わせる。この後、第１誘電体層５Ａの＋Ｚ方向を向く面に、導体膜を形成した後、例えば、エッチングなどによって、アンテナ層２をパターニングする。
なお、第１誘電体層５Ａにアンテナ層２をパターニングしてから、第１誘電体層５Ａとグランド層３を貼り合わせてもよい。
また、アンテナ層２の上に図示しない誘電体層及び寄生素子層をこの順に積層したり、給電配線層４の下に図示しない誘電体層及びグランド層をこの順にさらに積層したりしてもよい。
【0018】
上記の製造方法に限らず、例えば、第１誘電体層５Ａの＋Ｚ方向を向く面と－Ｚ方向を向く面に、それぞれ導体膜を形成した後、例えば、エッチングなどによって、アンテナ層２と、グランド層３をパターニングしてもよい。さらに、グランド層３の下に第２誘電体層５Ｂを張り付けてから、第２誘電体層５Ｂの－Ｚ方向を向く面に、導体膜を形成した後、例えば、エッチングなどによって、給電配線層４をパターニングしてもよい。
また上記同様、アンテナ層２の上に誘電体層及び寄生素子層をこの順に積層したり、給電配線層４の下に誘電体層及びグランド層をこの順にさらに積層したりしてもよい。
また上記同様、アンテナ層２の上に誘電体層及び寄生素子層をこの順に積層したり、給電配線層４の下に誘電体層及びグランド層をこの順にさらに積層したりしてもよい。
【0019】
アンテナ層２の上に誘電体層及び寄生素子層をこの順に積層したり、給電配線層４の下に誘電体層及びグランド層をこの順にさらに積層したりすることにより、アンテナ特性の向上や不要放射の抑圧が期待できる。
【0020】
第１誘電体層５Ａは、必要なアンテナ特性に応じて誘電率、層厚が規定された平板状部材である。第１誘電体層５Ａは、単層の誘電体で構成されてもよいし、複数の誘電体が貼り合わされて構成されてもよい。単層とするか、複数層とするかは、例えば、材料コストなどを考慮して決められてもよい。
【0021】
第２誘電体層５Ｂは、後述する給電配線層４から第１スロット３１（第２スロット３２）を通してアンテナ層２に電磁給電できるように、グランド層３と給電配線層４とを一定の絶縁距離だけ離すために設けられた平板状部材である。第２誘電体層５Ｂも、単層の誘電体で構成されてもよいし、複数の誘電体が貼り合わされて構成されてもよい。なお、給電効率を向上するため、第２誘電体層５Ｂの誘電正接はなるべく小さいことが好ましい。
【0022】
アンテナ層２は、第１誘電体層５Ａの＋Ｚ方向を向く面に形成されている。アンテナ層２は、給電配線層４との電磁結合により給電される平面アンテナを形成している。アンテナ層２には、図１に示すように、第１アンテナ素子１１、第２アンテナ素子１２、第３アンテナ素子１３、第４アンテナ素子１４が、この順に、平面視でＸ軸方向（第１方向）に配置されたアンテナ素子列１０が形成されている。
【0023】
本実施形態では、アンテナ素子列１０を含むアンテナ列構造６がＹ軸方向に間隔をあけて４列形成されている。なお、アンテナ列構造６には、アンテナ素子列１０だけでなく、後述する第１給電線２１、第２給電線２２、第１スロット３１、第２スロット３２、及び、第３給電線２３が含まれる。アンテナ素子は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に並ぶ４×４の正方格子状に１６個配列されている。なお、アンテナ素子の個数、配列は一例であってこの構成に限定されない。また、アンテナ素子は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向にそれぞれ延びる辺を有する方形状に形成されているが、この形状も一例であってこの構成に限定されない。
また、第１アンテナ素子１１、第２アンテナ素子１２、第３アンテナ素子１３、第４アンテナ素子１４の＋Ｚ方向にそれぞれ図示しない寄生素子を形成してもよい。これにより、比帯域を増加させることができる。
また、第１アンテナ素子１１、第２アンテナ素子１２、第３アンテナ素子１３、第４アンテナ素子１４の＋Ｚ方向にそれぞれ図示しない寄生素子を形成してもよい。これにより、比帯域を増加させることができる。
【0024】
第１アンテナ素子１１と第２アンテナ素子１２は、Ｘ軸方向に延びる第１給電線２１で互いに接続されている。第１給電線２１は、第１アンテナ素子１１と第２アンテナ素子１２の互いに対向する辺の、Ｙ軸方向の中間位置を接続している。また、第３アンテナ素子１３と第４アンテナ素子１４は、Ｘ軸方向に延びる第２給電線２２で互いに接続されている。第２給電線２２は、第３アンテナ素子１３と第４アンテナ素子１４の互いに対向する辺の、Ｙ軸方向の中間位置を接続している。
【0025】
グランド層３は、図３に示すように、第１誘電体層５Ａと第２誘電体層５Ｂとの間に配設されている。グランド層３は、第２誘電体層５Ｂの＋Ｚ方向を向く面にパターニングされ、第１誘電体層５Ａの－Ｚ方向を向く面と接合されている。グランド層３は、電気的に接地されている。第１スロット３１（第２スロット３２も同様）は、グランド層３における無導体部である。第１スロット３１（第２スロット３２も同様）は、図示しないが樹脂接着剤等で充填されていてもよい。
【0026】
グランド層３には、図１に示すように、平面視で第１給電線２１と重なり、且つ、Ｘ軸方向において第１アンテナ素子１１及び第２アンテナ素子１２と等距離に形成された第１スロット３１と、平面視で第２給電線２２と重なり、且つ、Ｘ軸方向において第３アンテナ素子１３及び第４アンテナ素子１４と等距離に形成された第２スロット３２と、が形成されている。
【0027】
第１スロット３１及び第２スロット３２の開口形状は、平面視で、Ｙ軸方向に延びる長方形状に形成されている。なお、第１スロット３１及び第２スロット３２の開口形状は、アンテナ層２のインピーダンスと給電配線層４とのインピーダンス整合をとるための形状とされていれば、この形状に限定されない。
【0028】
図２に示すように、給電配線層４には、第１スロット３１及び第２スロット３２を介して第１給電線２１及び第２給電線２２に電磁結合し、アンテナ素子列１０の各アンテナ素子に給電する第３給電線２３が形成されている。第３給電線２３は、各アンテナ列構造６に含まれ、本実施形態では４列形成されている。各第３給電線２３は、トーナメント式に分岐した第４給電線７によって、給電点７ａに対し等距離かつ並列に接続されている。なお、フェーズドアレイアンテナを構成する場合などにおいて、給電点７ａは、各第３給電線２３に対応して個別に設けられていても構わない。この場合、並列に配置したアンテナ素子列１０に任意の位相差を与えてビーム方向を可変とすることができる。
【0029】
第３給電線２３は、アンテナ素子列１０に沿ってＸ軸方向に延伸する延伸部４０から分岐すると共に、平面視で、第１スロット３１に重なる第１枝線４１と、第２スロット３２に重なる第２枝線４２と、を有している。
【0030】
図４は、一実施形態に係る第３給電線２３を拡大した平面図である。
図４に示すように、第３給電線２３の延伸部４０は、アンテナ素子列１０に対し、平面視でＸ軸方向と交差するＹ軸方向（第２方向）の一方側（－Ｙ方向）に配置されている。延伸部４０は、平面視でアンテナ素子列１０に重ならず、アンテナ素子列１０と平行にＸ軸方向に延びている。
図４に示すように、第３給電線２３の延伸部４０は、アンテナ素子列１０に対し、平面視でＸ軸方向と交差するＹ軸方向（第２方向）の一方側（－Ｙ方向）に配置されている。延伸部４０は、平面視でアンテナ素子列１０に重ならず、アンテナ素子列１０と平行にＸ軸方向に延びている。
【0031】
この延伸部４０から分岐する第１枝線４１の第１スロット３１までの長さと、第２枝線４２の第２スロット３２までの長さは、等しく、さらに、平面視で、第１枝線４１の先端部が第１スロット３１に進入する方向と、第２枝線４２の先端部が第２スロット３２に進入する方向は、Ｘ軸方向において延伸部４０が延伸する方向（－Ｘ方向）と逆方向（＋Ｘ方向）となっている。
【0032】
ここで、第１枝線４１の第１スロット３１までの長さとは、第２枝線４２との分岐位置Ｐ０から第１スロット３１の中心位置Ｐ１４までの長さをいう。また、第２枝線４２の第２スロット３２までの長さとは、分岐位置Ｐ０から第２スロット３２の中心位置Ｐ２３までの長さをいう。つまり、第１枝線４１の分岐位置Ｐ０から中心位置Ｐ１４までの長さと、第２枝線４２の分岐位置Ｐ０から中心位置Ｐ２３までの長さは、等しい。
【0033】
なお、第１枝線４１の第１スロット３１までの長さを、分岐位置Ｐ０から第１スロット３１の入口位置Ｐ１３または出口位置Ｐ１５までの長さで規定しても構わない。また、第２枝線４２の第２スロット３２までの長さを、分岐位置Ｐ０から第２スロット３２の入口位置Ｐ２２または出口位置Ｐ２４までの長さで規定しても構わない。いずれの位置を基準としても、第１枝線４１の第１スロット３１までの長さと、第２枝線４２の第２スロット３２までの長さは、等しくなっている。
【0034】
第１枝線４１は、第２枝線４２との分岐位置Ｐ０から延伸部４０と同じＸ軸方向の一方側（－Ｘ方向）に延伸する第１直線部４１ａと、第１直線部４１ａに対しＹ軸方向の他方側（＋Ｙ方向）に屈曲して延伸する第２直線部４１ｂと、第２直線部４１ｂからＸ軸方向の他方側（＋Ｘ方向）に屈曲して延伸する第３直線部４１ｃと、を有している。
【0035】
第１直線部４１ａ及び第２直線部４１ｂは、平面視で第１スロット３１と重ならず、第３直線部４１ｃが、平面視で第１スロット３１と重なっている。第１直線部４１ａと第２直線部４１ｂのなす角度は、９０°である。また、第２直線部４１ｂと第３直線部４１ｃのなす角度は、９０°である。
【0036】
一方、第２枝線４２は、分岐位置Ｐ０から延伸部４０に対しＹ軸方向の他方側（＋Ｙ方向）に屈曲して延伸する第４直線部４２ａと、第４直線部４２ａからＸ軸方向の他方側（＋Ｘ方向）に屈曲して延伸する第５直線部４２ｂと、を有している。
【0037】
第４直線部４２ａは、平面視で第２スロット３２と重ならず、第５直線部４２ｂが、平面視で第２スロット３２と重なっている。延伸部４０と第１直線部４１ａとのなす角度は、９０°である。また、第４直線部４２ａと第５直線部４２ｂのなす角度は、９０°である。
【0038】
本実施形態では、第２直線部４１ｂの長さと、第４直線部４２ａの長さは、等しく、第１直線部４１ａと第３直線部４１ｃの合計の長さと、第５直線部４２ｂの長さは、等しくなっている。ここで、第１直線部４１ａの長さとは、分岐位置Ｐ０から第１枝線４１の第１屈曲位置Ｐ１１までの長さをいう。また、第２直線部４１ｂの長さとは、第１屈曲位置Ｐ１１から第１枝線４１の第２屈曲位置Ｐ１２までの長さをいう。
【0039】
第３直線部４１ｃの長さとは、第２屈曲位置Ｐ１２から第１枝線４１の先端位置Ｐ１６までの長さをいう。また、第４直線部４２ａの長さとは、分岐位置Ｐ０から第２枝線４２の屈曲位置Ｐ２１までの長さをいう。また、第５直線部４２ｂの長さとは、第２枝線４２の屈曲位置Ｐ２１から第２枝線４２の先端位置Ｐ２５までの長さをいう。
【0040】
つまり、第１枝線４１の第１屈曲位置Ｐ１１から第２屈曲位置Ｐ１２までの長さと、第２枝線４２の分岐位置Ｐ０から第２枝線４２の屈曲位置Ｐ２１までの長さは、等しい。また、第１枝線４１の分岐位置Ｐ０から第１屈曲位置Ｐ１１までの長さと、第１枝線４１の第２屈曲位置Ｐ１２から先端位置Ｐ１６までの長さの合計は、第２枝線４２の屈曲位置Ｐ２１から先端位置Ｐ２５までの長さと等しくなっている。
【0041】
さらに、第１枝線４１の先端部は第１スロット３１を横切って延伸し、第２枝線４２の先端部は第２スロット３２を横切って延伸し、第１枝線４１の第１スロット３１を横切った先の長さと、第２枝線４２の第２スロット３２を横切った先の長さは、等しくなっている。ここで、第１枝線４１の第１スロット３１を横切った先の長さとは、第１スロット３１の出口位置Ｐ１５から第１枝線４１の先端位置Ｐ１６までの長さをいう。また、第２枝線４２の第２スロット３２を横切った先の長さとは、第２スロット３２の出口位置Ｐ２４から第２枝線４２の先端位置Ｐ２５までの長さをいう。
【0042】
次に、本実施形態のアレイアンテナ装置１の作用について説明する。
図５は、比較例に係るアレイアンテナ装置１００のアンテナ層２の平面図である。図６は、一実施形態に係るアレイアンテナ装置１のアンテナ特性を示すグラフである。図７は、比較例に係るアレイアンテナ装置１００のアンテナ特性を示すグラフである。なお、図６、図７において、横軸はＸＹ面に対する仰角θ（度）、縦軸はゲイン（ｄＢｉ）である。また、図６、図７においては、各アレイアンテナ装置１，１００の１列のアンテナ列構造６のアンテナ特性を示している。
図５は、比較例に係るアレイアンテナ装置１００のアンテナ層２の平面図である。図６は、一実施形態に係るアレイアンテナ装置１のアンテナ特性を示すグラフである。図７は、比較例に係るアレイアンテナ装置１００のアンテナ特性を示すグラフである。なお、図６、図７において、横軸はＸＹ面に対する仰角θ（度）、縦軸はゲイン（ｄＢｉ）である。また、図６、図７においては、各アレイアンテナ装置１，１００の１列のアンテナ列構造６のアンテナ特性を示している。
【0043】
先ず、アレイアンテナ装置１と対比して説明するための比較例のアレイアンテナ装置１００について説明する。
図５に示すように、比較例のアレイアンテナ装置１００では、アンテナ素子列１０がＸ軸方向に延びる１本の給電線２０で直列に接続されている。また、比較例のアレイアンテナ装置１００では、第２アンテナ素子１２と第３アンテナ素子１３との間に、平面視で給電線２０と重なる１つのスロット３０を備えている。このスロット３０には、図示しないが、給電配線層４において、平面視で１本の分岐しない第３給電線２３が重なって配置されている。
図５に示すように、比較例のアレイアンテナ装置１００では、アンテナ素子列１０がＸ軸方向に延びる１本の給電線２０で直列に接続されている。また、比較例のアレイアンテナ装置１００では、第２アンテナ素子１２と第３アンテナ素子１３との間に、平面視で給電線２０と重なる１つのスロット３０を備えている。このスロット３０には、図示しないが、給電配線層４において、平面視で１本の分岐しない第３給電線２３が重なって配置されている。
【0044】
図６に示すように、本実施形態のアレイアンテナ装置１によれば、少なくとも５７ＧＨｚから７１ＧＨｚの間で、図７に示す比較例のアレイアンテナ装置１００と比較して、サイドローブが低減され、安定したゲインが得られていることが分かる。これは、図４に示すように、給電配線層４においてＸ軸方向に延伸する第３給電線２３を分岐させ、第１枝線４１、第２枝線４２を第１スロット３１、第２スロット３２を通りすぎるようにあえて少し遠回りをさせてから折り返すことで、第３給電線２３の引き回しを簡易にして、等距離かつ同一方向から第１スロット３１、第２スロット３２に給電することに起因するものである。これにより、図１に示すアンテナ層２において第１スロット３１、第２スロット３２からの分岐で逆方向に別々のアンテナ素子に給電することができ、全てのアンテナ素子に並列で給電されるため、全ての周波数において同一の位相で給電でき、アンテナ特性が向上する。
【0045】
このように、本実施形態に係るアレイアンテナ装置１によれば、アンテナ層２、グランド層３、給電配線層４が、この順に、間に誘電体層５を挟んで積層され、アンテナ層２には、第１アンテナ素子１１、第２アンテナ素子１２、第３アンテナ素子１３、第４アンテナ素子１４が、この順に、平面視でＸ軸方向（第１方向）に配置されアンテナ素子列１０が形成され、第１アンテナ素子１１と第２アンテナ素子１２が、Ｘ軸方向に延びる第１給電線２１で接続され、第３アンテナ素子１３と第４アンテナ素子１４が、Ｘ軸方向に延びる第２給電線２２で接続され、グランド層３には、平面視で第１給電線２１と重なり、且つ、Ｘ軸方向において第１アンテナ素子１１及び第２アンテナ素子１２と等距離に形成された第１スロット３１と、平面視で第２給電線２２と重なり、且つ、Ｘ軸方向において第３アンテナ素子１３及び第４アンテナ素子１４と等距離に形成された第２スロット３２と、が形成され、給電配線層４には、第１スロット３１及び第２スロット３２を介して第１給電線２１及び第２給電線２２に電磁結合し、アンテナ素子列１０の各アンテナ素子に給電する第３給電線２３が形成され、第３給電線２３は、アンテナ素子列１０に沿ってＸ軸方向に延伸する延伸部４０から分岐すると共に、平面視で、第１スロット３１に重なる第１枝線４１と、第２スロット３２に重なる第２枝線４２と、を有し、第１枝線４１の第１スロット３１までの長さと、第２枝線４２の第２スロット３２までの長さは、等しく、さらに、平面視で、第１枝線４１の先端部が第１スロット３１に進入する方向と、第２枝線４２の先端部が第２スロット３２に進入する方向は、Ｘ軸方向において延伸部４０が延伸する方向（－Ｘ方向）と逆方向（＋Ｘ方向）である。
この構成によれば、図６に示すように、アレイアンテナ装置１のアンテナ特性を向上できる。
この構成によれば、図６に示すように、アレイアンテナ装置１のアンテナ特性を向上できる。
【0046】
また、本実施形態のアレイアンテナ装置１では、図２に示すように、第３給電線２３の延伸部４０は、アンテナ素子列１０に対し、平面視でＸ軸方向と交差するＹ軸方向（第２方向）の一方側に配置されている。この構成によれば、第３給電線２３を含むアンテナ列構造６がＹ軸方向に間隔をあけて並列に配置されている場合であっても、隣り合う第３給電線２３同士が近接しないようにレイアウトすることができる。これにより、第３給電線２３同士の電磁的な干渉を抑制することができる。
【0047】
また、本実施形態のアレイアンテナ装置１では、図４に示すように、第１枝線４１は、第２枝線４２との分岐位置Ｐ０から延伸部４０と同じＸ軸方向の一方側（－Ｘ方向）に延伸する第１直線部４１ａと、第１直線部４１ａに対しＹ軸方向の他方側（＋Ｙ方向）に屈曲して延伸する第２直線部４１ｂと、第２直線部４１ｂからＸ軸方向の他方側（＋Ｘ方向）に屈曲して延伸する第３直線部４１ｃと、を有し、第２枝線４２は、分岐位置Ｐ０から延伸部４０に対しＹ軸方向の他方側（＋Ｙ方向）に屈曲して延伸する第４直線部４２ａと、第４直線部４２ａからＸ軸方向の他方側（＋Ｘ方向）に屈曲して延伸する第５直線部４２ｂと、を有する。この構成によれば、第１枝線４１、第２枝線４２の屈曲回数を最低限に抑えつつ、等距離かつ同一方向から第１スロット３１、第２スロット３２に給電することができる。
【0048】
また、本実施形態のアレイアンテナ装置１では、図４に示すように、第２直線部４１ｂの長さと、第４直線部４２ａの長さは、等しく、第１直線部４１ａと第３直線部４１ｃの合計の長さと、第５直線部４２ｂの長さは、等しい。この構成によれば、第１枝線４１、第２枝線４２のＹ軸方向の幅が同じになるため、アンテナ列構造６のＹ軸方向の間隔を過剰に広げなくてすむ。
【0049】
また、本実施形態のアレイアンテナ装置１では、平面視で、第１枝線４１の先端部は第１スロット３１を横切って延伸し、第２枝線４２の先端部は第２スロット３２を横切って延伸し、第１枝線４１の第１スロット３１を横切った先の長さと、第２枝線４２の第２スロット３２を横切った先の長さは、等しい。この構成によれば、第１枝線４１と第２枝線４２の第１スロット３１、第２スロット３２を横切った先の長さまでが同じになるため、先の長さが違う場合と比較して反射損失が低減される。
【0050】
また、本実施形態のアレイアンテナ装置１では、アンテナ素子列１０、第１給電線２１、第２給電線２２、第１スロット３１、第２スロット３２、及び、第３給電線２３を含む、複数のアンテナ列構造６が、平面視で、並列に配置されている。この構成によれば、アンテナ素子を平面状に配列して、アンテナ指向性の制御を容易に行える。
【0051】
以上、本発明の好ましい実施形態を記載し説明してきたが、これらは本発明の例示的なものであり、限定するものとして考慮されるべきではないことを理解すべきである。追加、省略、置換、及びその他の変更は、本発明の範囲から逸脱することなく行うことができる。従って、本発明は、前述の説明によって限定されていると見なされるべきではなく、特許請求の範囲によって制限されている。
【符号の説明】
【0052】
１…アレイアンテナ装置、２…アンテナ層、３…グランド層、４…給電配線層、５…誘電体層、５Ａ…第１誘電体層、５Ｂ…第２誘電体層、６…アンテナ列構造、７…第４給電線、７ａ…給電点、１０…アンテナ素子列、１１…第１アンテナ素子、１２…第２アンテナ素子、１３…第３アンテナ素子、１４…第４アンテナ素子、２０…給電線、２１…第１給電線、２２…第２給電線、２３…第３給電線、３０…スロット、３１…第１スロット、３２…第２スロット、４０…延伸部、４１…第１枝線、４１ａ…第１直線部、４１ｂ…第２直線部、４１ｃ…第３直線部、４２…第２枝線、４２ａ…第４直線部、４２ｂ…第５直線部、１００…アレイアンテナ装置、Ｐ０…分岐位置、Ｐ１１…第１屈曲位置、Ｐ１２…第２屈曲位置、Ｐ１３…入口位置、Ｐ１４…中心位置、Ｐ１５…出口位置、Ｐ１６…先端位置、Ｐ２１…第２枝線の屈曲位置、Ｐ２２…入口位置、Ｐ２３…中心位置、Ｐ２４…出口位置、Ｐ２５…先端位置
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【手続補正書】
【提出日】2022-10-11
【手続補正1】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
アンテナ層、グランド層、給電配線層が、この順に、間に誘電体層を挟んで積層され、
前記アンテナ層には、第１アンテナ素子、第２アンテナ素子、第３アンテナ素子、第４アンテナ素子が、この順に、平面視で第１方向に配置されたアンテナ素子列が形成され、 前記第１アンテナ素子と前記第２アンテナ素子が、前記第１方向に延びる第１給電線で接続され、
前記第３アンテナ素子と前記第４アンテナ素子が、前記第１方向に延びる第２給電線で接続され、
前記グランド層には、平面視で前記第１給電線と重なり、且つ、前記第１アンテナ素子及び前記第２アンテナ素子と等距離に形成された第１スロットと、平面視で前記第２給電線と重なり、且つ、前記第３アンテナ素子及び前記第４アンテナ素子と等距離に形成された第２スロットと、が形成され、
前記給電配線層には、前記第１スロット及び前記第２スロットを介して前記第１給電線及び前記第２給電線に電磁結合し、前記アンテナ素子列の各アンテナ素子に給電する第３給電線が形成され、
前記第３給電線は、前記アンテナ素子列に沿って前記第１方向に延伸する延伸部と、前記延伸部から分岐すると共に、当該分岐する分岐位置から前記延伸部と同じ前記第１方向の一方側に延伸した後、前記第１方向の他方側に折り返し、平面視で前記第１スロットに重なる第１枝線と、前記分岐位置から平面視で前記第１方向と交差する第２方向のいずれか一方側に延伸した後、前記第１方向の他方側に延伸し、平面視で前記第２スロットに重なる第２枝線と、を有し、
前記第１枝線の前記第１スロットまでの長さと、前記第２枝線の前記第２スロットまでの長さは、等しく、
さらに、
平面視で、前記第１枝線の先端部が前記第１スロットに進入する方向と、前記第２枝線の先端部が前記第２スロットに進入する方向は、前記第１方向において前記延伸部が延伸する方向と逆方向である、
アレイアンテナ装置。
前記アンテナ層には、第１アンテナ素子、第２アンテナ素子、第３アンテナ素子、第４アンテナ素子が、この順に、平面視で第１方向に配置されたアンテナ素子列が形成され、 前記第１アンテナ素子と前記第２アンテナ素子が、前記第１方向に延びる第１給電線で接続され、
前記第３アンテナ素子と前記第４アンテナ素子が、前記第１方向に延びる第２給電線で接続され、
前記グランド層には、平面視で前記第１給電線と重なり、且つ、前記第１アンテナ素子及び前記第２アンテナ素子と等距離に形成された第１スロットと、平面視で前記第２給電線と重なり、且つ、前記第３アンテナ素子及び前記第４アンテナ素子と等距離に形成された第２スロットと、が形成され、
前記給電配線層には、前記第１スロット及び前記第２スロットを介して前記第１給電線及び前記第２給電線に電磁結合し、前記アンテナ素子列の各アンテナ素子に給電する第３給電線が形成され、
前記第３給電線は、前記アンテナ素子列に沿って前記第１方向に延伸する延伸部と、前記延伸部から分岐すると共に、当該分岐する分岐位置から前記延伸部と同じ前記第１方向の一方側に延伸した後、前記第１方向の他方側に折り返し、平面視で前記第１スロットに重なる第１枝線と、前記分岐位置から平面視で前記第１方向と交差する第２方向のいずれか一方側に延伸した後、前記第１方向の他方側に延伸し、平面視で前記第２スロットに重なる第２枝線と、を有し、
前記第１枝線の前記第１スロットまでの長さと、前記第２枝線の前記第２スロットまでの長さは、等しく、
さらに、
平面視で、前記第１枝線の先端部が前記第１スロットに進入する方向と、前記第２枝線の先端部が前記第２スロットに進入する方向は、前記第１方向において前記延伸部が延伸する方向と逆方向である、
アレイアンテナ装置。
【請求項2】
前記第３給電線の前記延伸部は、前記アンテナ素子列に対し、前記第２方向の一方側に配置されている、
請求項１に記載のアレイアンテナ装置。
請求項１に記載のアレイアンテナ装置。
【請求項3】
前記第１枝線は、前記分岐位置から前記延伸部と同じ前記第１方向の一方側に延伸する第１直線部と、前記第１直線部に対し前記第２方向の他方側に屈曲して延伸する第２直線部と、前記第２直線部から前記第１方向の他方側に屈曲して延伸する第３直線部と、を有し、
前記第２枝線は、前記分岐位置から前記延伸部に対し前記第２方向の他方側に屈曲して延伸する第４直線部と、前記第４直線部から前記第１方向の他方側に屈曲して延伸する第５直線部と、を有する、
請求項２に記載のアレイアンテナ装置。
前記第２枝線は、前記分岐位置から前記延伸部に対し前記第２方向の他方側に屈曲して延伸する第４直線部と、前記第４直線部から前記第１方向の他方側に屈曲して延伸する第５直線部と、を有する、
請求項２に記載のアレイアンテナ装置。
【請求項4】
前記第２直線部の長さと、前記第４直線部の長さは、等しく、
前記第１直線部と前記第３直線部の合計の長さと、前記第５直線部の長さは、等しい、 請求項３に記載のアレイアンテナ装置。
前記第１直線部と前記第３直線部の合計の長さと、前記第５直線部の長さは、等しい、 請求項３に記載のアレイアンテナ装置。
【請求項5】
平面視で、前記第１枝線の先端部は前記第１スロットを横切って延伸し、前記第２枝線の先端部は前記第２スロットを横切って延伸し、
前記第１枝線の前記第１スロットを横切った先の長さと、前記第２枝線の前記第２スロットを横切った先の長さは、等しい、
請求項１～４のいずれか一項に記載のアレイアンテナ装置。
前記第１枝線の前記第１スロットを横切った先の長さと、前記第２枝線の前記第２スロットを横切った先の長さは、等しい、
請求項１～４のいずれか一項に記載のアレイアンテナ装置。
【請求項6】
前記アンテナ素子列、前記第１給電線、前記第２給電線、前記第１スロット、前記第２スロット、及び、前記第３給電線を含む、複数のアンテナ列構造が、平面視で、並列に配置されている、
請求項１～４のいずれか一項に記載のアレイアンテナ装置。
請求項１～４のいずれか一項に記載のアレイアンテナ装置。