特開 2024-107876 平面アレーアンテナ

(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】P2024107876

(43)【公開日】2024-08-09

(54)【発明の名称】平面アレーアンテナ

(51)【国際特許分類】

   H01Q 15/10 20060101AFI20240802BHJP

   H01Q 21/06 20060101ALI20240802BHJP

   H01Q 13/08 20060101ALN20240802BHJP

【ＦＩ】

H01Q15/10

H01Q21/06

H01Q13/08

【審査請求】未請求

【請求項の数】2

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023012044

(22)【出願日】2023-01-30

(71)【出願人】

【識別番号】000004330

【氏名又は名称】日本無線株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100126561

【弁理士】

【氏名又は名称】原嶋 成時郎

(72)【発明者】

【氏名】須賀 智文

(72)【発明者】

【氏名】夏原 啓一

(72)【発明者】

【氏名】野呂 崇徳

【テーマコード（参考）】

5J020

5J021

5J045

【Ｆターム（参考）】

5J020AA02

5J020BA01

5J020BB03

5J020BC04

5J020BC13

5J020BD01

5J020DA02

5J020DA03

5J020DA04

5J021AA05

5J021AA09

5J021AA11

5J021AB06

5J021BA01

5J021BA03

5J021GA05

5J021GA08

5J021JA07

5J045AA03

5J045AA26

5J045AB01

5J045AB05

5J045DA10

5J045EA08

5J045FA02

5J045FA09

5J045HA02

5J045JA04

5J045MA07

(57)【要約】

【課題】平面アレーアンテナにおいて、厚みや重量を大幅に増加させずに、広角サイドローブやグレーティングローブを軽減する。
【解決手段】信号を送信するための複数の送信パッチ２３ｂがマトリクス状に配列された給電素子基板２３と、給電素子基板２３の上方に積層され、信号を多重反射させてビーム幅を絞る複数の多重反射素子４２ａが周期的に配列された多重反射シート４２と、を備え、多重反射シート４２が複数積層されている。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

信号を送信または受信するための複数の給電素子がマトリクス状に配列された給電素子基板と、
前記給電素子基板の上方に積層され、前記信号を多重反射させてビーム幅を絞る複数の多重反射素子が周期的に配列された多重反射基板と、
を備える、
ことを特徴とする平面アレーアンテナ。

【請求項2】

前記多重反射基板が複数積層されている、
ことを特徴とする請求項１に記載の平面アレーアンテナ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、給電素子が複数配設された平面アレーアンテナに関する。

【背景技術】

【0002】

例えば、従来の送信用平面アレーアンテナは、図８に示すように、下層から順に、グランド板１０１、誘電体１０２、送信基板１０３、誘電体１０４およびスロット板１０５が積層されている。また、送信基板１０３は、絶縁性を有する給電基板１０３ａ上に、導電箔からなる略矩形の送信パッチ（給電素子）１０３ｂが、マトリクス状に複数配列されている。

【0003】

このような平面アレーアンテナでは、広角サイドローブが発生する問題があるとともに、給電素子の励振方向における配列間隔が波長よりも大きい場合に、グレーティングローブが発生して正面利得が低下する、という問題があった。

【0004】

一方、各送受共用平面アンテナ素子に対して金属製のフレア（ホーン）を設けることにより、グレーティングローブのレベルを軽減させる、という技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１２－１７５６８０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、特許文献１の技術では、送受共用平面アレーアンテナの厚みや重量が大幅に増加してしまう、という問題がある。

【0007】

そこで本発明は、平面アレーアンテナにおいて、厚みや重量を大幅に増加させずに、広角サイドローブやグレーティングローブを軽減することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、信号を送信または受信するための複数の給電素子がマトリクス状に配列された給電素子基板と、前記給電素子基板の上方に積層され、前記信号を多重反射させてビーム幅を絞る複数の多重反射素子が周期的に配列された多重反射基板と、を備える、ことを特徴とする平面アレーアンテナである。

【0009】

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の平面アレーアンテナにおいて、前記多重反射基板が複数積層されている、ことを特徴とする。

【発明の効果】

【0010】

請求項１に記載の発明によれば、周期的に配列されている多重反射素子によって、信号が多重反射されてビーム幅が絞られるため、平面アレーアンテナにおいて広角サイドローブやグレーティングローブを軽減・抑制し、正面利得を向上させることが可能となる。また、多重反射素子が配列された多重反射基板が積層されているだけであるため、厚みや重量を大幅に増加させることがない。

【0011】

請求項２に記載の発明によれば、多重反射基板が複数積層され、重なった複数の多重反射素子によって、信号がより多重反射されてビーム幅がより絞られるため、平面アレーアンテナにおいて広角サイドローブやグレーティングローブをより軽減することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】この発明の実施の形態に係る平面アレーアンテナの積層構造を示す分解斜視図である。

【図2】図１の平面アレーアンテナの多重反射素子を示す平面図である。

【図3】図１の平面アレーアンテナの単素子の指向性のカット面を示す図（ａ）と、このカット面における、従来の平面アレーアンテナの単素子の指向性と、図１の平面アレーアンテナの単素子の指向性を示す図（ｂ）である。

【図4】この発明の実施の形態において、１６×１６素子の平面アレーアンテナの指向性のカット面を示す図である。

【図5】図４のカット面における、素子間隔が波長よりも小さい場合の従来の平面アレーアンテナ全体の指向性特性と、図１の平面アレーアンテナ全体の指向性特性を示す図である。

【図6】図４のカット面における、素子間隔が波長よりも大きい場合の従来の平面アレーアンテナ全体の指向性特性と、図１の平面アレーアンテナ全体の指向性特性を示す図である。

【図7】図５および図６の場合における利得を示す図である。

【図8】従来の平面アレーアンテナの積層構造を示す分解斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、この発明を図示の実施の形態に基づいて説明する。

【0014】

図１は、この発明の実施の形態に係る平面アレーアンテナ１の積層構造を示す分解斜視図である。この平面アレーアンテナ１は、信号を送信または受信するための複数の給電素子が平面状に配設されたアンテナであり、送信アンテナでも受信アンテナでもよいが、この実施の形態では、送信アンテナの場合について説明する。

【0015】

平面アレーアンテナ１は、下層から順に、第１の積層部２、第２の積層部３および第３の積層部４が積層されている。

【0016】

第１の積層部２は、下層から順に、グランド板２１、発泡シート（誘電体）２２および給電素子基板２３が積層されている。グランド板２１は、シールド用の遮蔽板で導電性を有する薄板、例えば、アルミニウム板で構成されている。発泡シート２２は、発泡ポリエチレンや発泡ポリプロピレンなどのシート材で構成され、後述する他の発泡シート３１、４１についても同様である。

【0017】

給電素子基板２３は、信号を送信するための複数の送信パッチ（給電素子）２３ｂがマトリクス状に配列された基板である。すなわち、フレキシブル基板などの絶縁性を有する薄い給電基板２３ａと、給電基板２３ａ上に所定間隔で配列された複数の略矩形の送信パッチ２３ｂと、この送信パッチ２３ｂに給電を行う給電線路２３ｃとを備える。送信パッチ２３ｂおよび給電線路２３ｃは、銅、アルミニウム、金などの導電箔によって形成されている。また、給電線路２３ｃは、所定の方向に沿って延び、給電基板２３ａ上で共通の給電幹線に接続されている。

【0018】

第２の積層部３は、下層から順に、発泡シート３１およびスロット板３２が積層されている。スロット板３２は、シールド用の遮蔽板で導電性を有する薄板、例えば、アルミニウム板で構成され、各送信パッチ２３ｂに対面する位置に、略矩形のスロット開口３２ａが設けられている。

【0019】

第３の積層部４は、下層から順に、発泡シート４１および多重反射シート（多重反射基板）４２が積層されている。多重反射シート４２は、多重反射素子４２ａがマトリクス状に配列された基板であり、各多重反射素子４２ａは、周期的に配列されている。

【0020】

この多重反射素子４２ａは、信号を多重反射させてビーム幅を絞る素子であり、ファブリーペロー共振（FPC, Fabry-Perot cavity）アンテナと同様な構成となっている。具体的には、図２に示すように、導電性の大小２つのリング・円環が同心に配設されて二重リング共振器が構成され、２つのリングの直径、幅、リング間隔は、信号を多重反射させて共振させ、ビーム幅を絞れるように設定されている。

【0021】

そして、このような第３の積層部４つまり多重反射シート４２が複数、この実施の形態では、３層積層されている。

【0022】

このような構成の平面アレーアンテナ１によれば、周期的に配列されている多重反射素子４２ａによって、信号が多重反射されてビーム幅が絞られるため、平面アレーアンテナ１において広角サイドローブやグレーティングローブを軽減・抑制し、正面利得を向上させることが可能となる。しかも、第３の積層部４つまり多重反射シート４２が複数積層され、重なった複数の多重反射素子４２ａによって、信号がより多重反射されてビーム幅がより絞られるため、平面アレーアンテナ１において広角サイドローブやグレーティングローブをより軽減することが可能となる。

【0023】

また、多重反射素子４２ａが配列された多重反射シート４２が積層されているだけであるため、厚みや重量を大幅に増加させることがない。

【0024】

ここで、多重反射素子４２ａおよび多重反射シート４２による効果を検証した結果について説明する。まず、１つの送信パッチ２３ｂを単素子とし、図３（ａ）に示す矢印方向でのカット面における単素子の指向性を検証した。その結果、図３（ｂ）に示すように、多重反射素子４２ａつまり多重反射シート４２がない場合には、広角サイドローブが発生するのに対して、多重反射シート４２がある（３層）場合には、広角サイドローブが抑制され指向性が向上することが確認された。

【0025】

また、図４に示すように、送信パッチ２３ｂを縦横に１６素子ずつ配列し、図４の矢印方向でのカット面における平面アレーアンテナ全体の指向性を検証した。その結果、素子間隔（励振方向における送信パッチ２３ｂ間の距離）が波長λよりも小さい場合、図５に示すように、多重反射素子４２ａつまり多重反射シート４２がない場合に比べて、多重反射シート４２がある場合の方が良好な指向性が得られることが確認された。

【0026】

さらに、素子間隔が波長λよりも大きい場合、図６に示すように、多重反射素子４２ａつまり多重反射シート４２がない場合には、グレーティングローブGが発生することが確認された。これに対して、多重反射シート４２がある場合には、グレーティングローブGが発生せずに良好な指向性が得られることが確認された。

【0027】

図７は、図５および図６の場合における利得を比較した結果である。この結果、素子間隔が波長λよりも小さい場合でも大きい場合でもともに、多重反射シート４２がない場合に比べて多重反射シート４２がある場合の方が、利得が上昇することが確認された。特に、素子間隔が波長λよりも大きい場合、多重反射シート４２を設けることで利得が大きく上昇することが確認された。

【0028】

以上、この発明の実施の形態について説明したが、具体的な構成は、上記の実施の形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても、この発明に含まれる。例えば、上記の実施の形態では、平面アレーアンテナ１が送信アンテナの場合について説明したが、受信アンテナであってもよく、また、互いに直交する２つの偏波信号を送受信する送受共用平面アレーアンテナにも適用することができる。送受共用平面アレーアンテナに適用する場合、例えば、送信パッチ２３ｂと同位置に（重なって）受信パッチがマトリクス状に配列された受信基板を、給電素子基板２３つまり送信基板の下側に積層し、受信基板の上側と送信基板の上側のそれぞれに多重反射シート４２を積層したり、送信基板の上側のみに多重反射シート４２を積層したりする。

【符号の説明】

【0029】

１ 平面アレーアンテナ
２ 第１の積層部
２１ グランド板
２２ 発泡シート
２３ 給電素子基板
２３ｂ 送信パッチ（給電素子）
３ 第２の積層部
３１ 発泡シート
３２ スロット板
４ 第３の積層部
４１ 発泡シート
４２ 多重反射シート（多重反射基板）
４２ａ 多重反射素子

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】