特開 2024-120273 フェーズドアレイアンテナ装置

(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】P2024120273

(43)【公開日】2024-09-05

(54)【発明の名称】フェーズドアレイアンテナ装置

(51)【国際特許分類】

   H01Q 3/30 20060101AFI20240829BHJP

   H01Q 1/52 20060101ALI20240829BHJP

   H01Q 21/06 20060101ALI20240829BHJP

【ＦＩ】

H01Q3/30

H01Q1/52

H01Q21/06

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023026947

(22)【出願日】2023-02-24

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）令和４年度「電波資源拡大のための研究開発」のうち「テラヘルツ波による超大容量無線ＬＡＮ伝送技術の研究開発」（ＪＰＪ０００２５４）委託研究、産業技術力強化法第１７条の適用を受ける特許出願

(71)【出願人】

【識別番号】304021277

【氏名又は名称】国立大学法人 名古屋工業大学

(74)【代理人】

【識別番号】110000291

【氏名又は名称】弁理士法人コスモス国際特許商標事務所

(72)【発明者】

【氏名】榊原 久二男

【テーマコード（参考）】

5J021

5J046

【Ｆターム（参考）】

5J021AA02

5J021AA04

5J021AA05

5J021AA09

5J021AB06

5J021CA03

5J021DB03

5J021FA06

5J021FA29

5J021GA02

5J021JA07

5J046AA07

5J046AB13

5J046UA02

(57)【要約】

【課題】アンテナを高密度に配置できるフェーズドアレイアンテナ装置を提供すること。
【解決手段】本開示技術に係るフェーズドアレイアンテナ装置は、複数個のアンテナ２を配列してなるアンテナ群と、アンテナ群に含まれるアンテナの送受信を操作する複数個の送受信回路とを有する装置であって、複数個の送受信回路に、アンテナの送受信信号を第１の位相にする第１送受信回路５１と、アンテナの送受信信号を第２の位相にする第２送受信回路５２とが含まれ、アンテナ群に、第１送受信回路５１による位相操作を受ける第１操作アンテナ２１と、第２送受信回路５２による位相操作を受ける第２操作アンテナ２２と、第１操作アンテナ２１と第２操作アンテナ２２との間に配置された第１寄生アンテナ２０１とが含まれ、第１寄生アンテナ２０１と第１操作アンテナ２１および第２操作アンテナ２２との間にそれぞれ、電磁波を相互に通す結合構造を設けたものである。
【選択図】図６

【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数個のアンテナを配列してなるアンテナ群と、前記アンテナ群に含まれるアンテナの送受信を操作する複数個の送受信回路とを有するフェーズドアレイアンテナ装置であって、 前記複数個の送受信回路に、前記アンテナの送受信信号を第１の位相にする第１送受信回路と、前記アンテナの送受信信号を第２の位相にする第２送受信回路とが含まれ、
前記アンテナ群に、
前記第１送受信回路による位相操作を受ける第１操作アンテナと、
前記第２送受信回路による位相操作を受ける第２操作アンテナと、
前記第１操作アンテナと前記第２操作アンテナとの間に配置された第１寄生アンテナとが含まれ、
前記第１操作アンテナと前記第１寄生アンテナとの間、および
前記第２操作アンテナと前記第１寄生アンテナとの間にはそれぞれ、電磁波を相互に通す結合構造が設けられているフェーズドアレイアンテナ装置。

【請求項2】

請求項１に記載のフェーズドアレイアンテナ装置であって、
前記複数個の送受信回路に、前記アンテナの送受信信号を第３の位相にする第３送受信回路と、前記アンテナの送受信信号を第４の位相にする第４送受信回路とがさらに含まれ、
前記アンテナ群に、
前記第３送受信回路による位相操作を受ける第３操作アンテナと、
前記第４送受信回路による位相操作を受ける第４操作アンテナと、
前記第３操作アンテナと前記第４操作アンテナとの間に配置された第２寄生アンテナと、
前記第１操作アンテナと前記第３操作アンテナとの間に配置された第３寄生アンテナと、
前記第２操作アンテナと前記第４操作アンテナとの間に配置された第４寄生アンテナとが含まれ、
前記第３操作アンテナと前記第２寄生アンテナとの間、
前記第４操作アンテナと前記第２寄生アンテナとの間、
前記第１操作アンテナと前記第３寄生アンテナとの間、
前記第３操作アンテナと前記第３寄生アンテナとの間、
前記第２操作アンテナと前記第４寄生アンテナとの間、および
前記第４操作アンテナと前記第４寄生アンテナとの間にもそれぞれ、電磁波を相互に通す結合構造が設けられており、
前記第１操作アンテナと前記第２操作アンテナとを結ぶ方向と前記第３操作アンテナと前記第４操作アンテナとを結ぶ方向とが平行であるとともに、前記第１操作アンテナと前記第２操作アンテナとの間隔と前記第３操作アンテナと前記第４操作アンテナとの間隔とが等しく、
前記第１の位相と前記第２の位相との位相差と、前記第３の位相と前記第４の位相との位相差とが等しいフェーズドアレイアンテナ装置。

【請求項3】

請求項２に記載のフェーズドアレイアンテナ装置であって、
前記アンテナ群にさらに、前記第１寄生アンテナと前記第２寄生アンテナとの間に配置された第５寄生アンテナが含まれ、
前記第１寄生アンテナと前記第５寄生アンテナとの間、
前記第２寄生アンテナと前記第５寄生アンテナとの間、
前記第３寄生アンテナと前記第５寄生アンテナとの間、および
前記第４寄生アンテナと前記第５寄生アンテナとの間にもそれぞれ、電磁波を相互に通す結合構造が設けられているフェーズドアレイアンテナ装置。

【請求項4】

請求項１に記載のフェーズドアレイアンテナ装置であって、
前記第１寄生アンテナが、
前記第１操作アンテナ側のものと、
前記第２操作アンテナ側のものとを含む複数の寄生アンテナで構成されており、
前記第１寄生アンテナを構成する複数の寄生アンテナ同士の間の各箇所に、電磁波を相互に通す結合構造が設けられているフェーズドアレイアンテナ装置。

【請求項5】

請求項１から請求項４までのいずれか１つに記載のフェーズドアレイアンテナ装置であって、
前記アンテナ群に、前記第１操作アンテナと前記第２操作アンテナとを結ぶ線上における前記第１操作アンテナから前記第２操作アンテナまでの範囲の外に配置された外側寄生アンテナが含まれ、
前記外側寄生アンテナとその内隣のアンテナとの間にも、電磁波を相互に通す結合構造が設けられているフェーズドアレイアンテナ装置。

【請求項6】

請求項１から請求項４までのいずれか１つに記載のフェーズドアレイアンテナ装置であって、
多層配線板を有しており、
前記アンテナ群の各アンテナの位置には、前記多層配線板に含まれる複数の導電層に形成されたウィンドウパターンが配置されており、
前記アンテナ群の各操作アンテナの位置には、前記多層配線板に含まれる導電層のうち少なくとも１つに形成され、前記複数個の送受信回路のいずれか１つに接続されたアンテナパターンが配置されているフェーズドアレイアンテナ装置。

【請求項7】

請求項６に記載のフェーズドアレイアンテナ装置であって、
前記アンテナ群の各寄生アンテナの位置では、前記多層配線板に含まれる前記導電層のうち前記結合構造よりも下層の少なくとも１つがベタパターンとされているフェーズドアレイアンテナ装置。

【請求項8】

請求項２または請求項３に記載のフェーズドアレイアンテナ装置であって、
多層配線板を有しており、
前記アンテナ群の各アンテナの位置には、前記多層配線板に含まれる複数の導電層に形成されたウィンドウパターンが配置されており、
前記アンテナ群の各操作アンテナの位置には、前記多層配線板に含まれる導電層のうち少なくとも１つに形成され、前記複数個の送受信回路のいずれか１つに接続されたアンテナパターンが配置されており、
前記複数の導電層に形成されたウィンドウパターンのうち少なくとも最上層のものが、前記第１操作アンテナと前記第２操作アンテナとを結ぶ第１方向と、前記第１操作アンテナと前記第３操作アンテナとを結ぶ第２方向とのいずれの方向に対しても線対称な形状のものであり、
前記第１方向に隣り合うアンテナ間に形成されている結合構造は、前記複数の導電層のうち２層間にて電磁波を相互に通す層間結合構造であり、
前記第２方向に隣り合うアンテナ間に形成されている結合構造は、前記複数の導電層のうち少なくとも１つのものにおけるスリットにて電磁波を相互に通すスリット結合構造であるフェーズドアレイアンテナ装置。

【請求項9】

請求項８に記載のフェーズドアレイアンテナ装置であって、
前記第１方向は、送受信される電磁波の電界の方向と平行な方向であり、
前記第２方向は、送受信される電磁波の電界の方向と垂直な方向であるフェーズドアレイアンテナ装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示技術は、フェーズドアレイアンテナ装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来のフェーズドアレイアンテナ装置の一例として、特許文献１に開示されているものを挙げることができる。特許文献１の装置は、複数のアンテナ素子と、複数の能動回路とを有している。同装置では、電源回路から各能動回路に電力を供給して、各能動回路により、各アンテナ素子を介した信号の送受信動作を行うようになっている。同文献では、送受信動作の開始時または終了時の電源電圧の立ち上がりおよび立ち下がりに発生するリンギングおよびなまりの抑制に着目している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開2021-9083号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

この種のフェーズドアレイアンテナ装置では、アンテナ配置の高密度化を図るに際して、各アンテナ（特許文献１では「アンテナ素子」）を操作する送受信回路（特許文献１では「能動回路」）のサイズが問題となる。送受信回路は集積回路であり、必要な機能を持たせるための最低限のサイズが必要となる。そのことと、各アンテナに対してそれぞれ送受信回路を要することが、アンテナ配置の高密度化に対する制約要因となる。このため、ある程度以上の高集積化は困難であった。

【0005】

本開示技術の課題とするところは、アンテナを高密度に配置できるフェーズドアレイアンテナ装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示技術の一態様におけるフェーズドアレイアンテナ装置は、複数個のアンテナを配列してなるアンテナ群と、アンテナ群に含まれるアンテナの送受信を操作する複数個の送受信回路とを有する装置であって、複数個の送受信回路に、アンテナの送受信信号を第１の位相にする第１送受信回路と、アンテナの送受信信号を第２の位相にする第２送受信回路とが含まれ、アンテナ群に、第１送受信回路による位相操作を受ける第１操作アンテナと、第２送受信回路による位相操作を受ける第２操作アンテナと、第１操作アンテナと第２操作アンテナとの間に配置された第１寄生アンテナとが含まれ、第１操作アンテナと第１寄生アンテナとの間、および第２操作アンテナと第１寄生アンテナとの間にはそれぞれ、電磁波を相互に通す結合構造が設けられているものである。

【0007】

上記態様におけるフェーズドアレイアンテナ装置では、アンテナ群に含まれるアンテナのうち第１操作アンテナは第１送受信回路による位相操作を受け、第２操作アンテナは第２送受信回路による位相操作を受ける。第１寄生アンテナと第１操作アンテナとの間、および第１寄生アンテナと第２操作アンテナとの間にはそれぞれ、結合構造による電磁波の漏れがある。このため第１寄生アンテナは、第１送受信回路および第２送受信回路のいずれからも直接には位相操作を受けないが、第１操作アンテナの送受信信号の位相と第２操作アンテナの送受信信号の位相との中間の位相で送受信を行うことになる。このため、第１操作アンテナと第２操作アンテナとの間の位相差を操作することで、アンテナ群全体としての指向性を操作することができる。ここで、送受信回路の総数がアンテナの総数より少ないので、アンテナの配置間隔を、送受信回路のサイズより小さくすることができる。このため、アンテナを高密度に配置してグレーティングローブ放射の影響を受けにくくしたフェーズドアレイアンテナ装置とすることができる。

【0008】

上記態様におけるフェーズドアレイアンテナ装置では、複数個の送受信回路に、アンテナの送受信信号を第３の位相にする第３送受信回路と、アンテナの送受信信号を第４の位相にする第４送受信回路とがさらに含まれ、アンテナ群に、第３送受信回路による位相操作を受ける第３操作アンテナと、第４送受信回路による位相操作を受ける第４操作アンテナと、第３操作アンテナと第４操作アンテナとの間に配置された第２寄生アンテナと、第１操作アンテナと第３操作アンテナとの間に配置された第３寄生アンテナと、第２操作アンテナと第４操作アンテナとの間に配置された第４寄生アンテナとが含まれ、第３操作アンテナと第２寄生アンテナとの間、第４操作アンテナと第２寄生アンテナとの間、第１操作アンテナと第３寄生アンテナとの間、第３操作アンテナと第３寄生アンテナとの間、第２操作アンテナと第４寄生アンテナとの間、第４操作アンテナと第４寄生アンテナとの間にもそれぞれ、電磁波を相互に通す結合構造が設けられており、第１操作アンテナと第２操作アンテナと結ぶ方向と第３操作アンテナと第４操作アンテナとを結ぶ方向とが平行であるとともに、第１操作アンテナと第２操作アンテナとの間隔と第３操作アンテナと第４操作アンテナとの間隔とが等しく、第１の位相と第２の位相との位相差と、第３の位相と第４の位相との位相差とが等しいものとすることができる。このように２次元配列になっていると、アンテナ群全体としての指向性の操作を２次元で行うことができる。

【0009】

２次元配列の態様におけるフェーズドアレイアンテナ装置では、アンテナ群にさらに、第１寄生アンテナと第２寄生アンテナとの間に配置された第５寄生アンテナが含まれ、第１寄生アンテナと第５寄生アンテナとの間、第２寄生アンテナと第５寄生アンテナとの間、第３寄生アンテナと第５寄生アンテナとの間、および第４寄生アンテナと第５寄生アンテナとの間にもそれぞれ、電磁波を相互に通す結合構造が設けられているものとすることができる。このようになっていると、第５寄生アンテナも２次元の指向性操作に寄与する。この場合における第５寄生アンテナが設けられる位置は、第３寄生アンテナと第４寄生アンテナとの間でもある。

【0010】

上記のいずれかの態様におけるフェーズドアレイアンテナ装置では、第１寄生アンテナが、第１操作アンテナ側のものと、第２操作アンテナ側のものとを含む複数の寄生アンテナで構成されており、第１寄生アンテナを構成する複数の寄生アンテナ同士の間の各箇所に、電磁波を相互に通す結合構造が設けられているものとすることができる。この構成により、寄生アンテナの個数をさらに増やすことができる。

【0011】

上記のいずれかの態様におけるフェーズドアレイアンテナ装置では、アンテナ群に、第１操作アンテナと第２操作アンテナとを結ぶ線上における第１操作アンテナから第２操作アンテナまでの範囲の外に配置された外側寄生アンテナが含まれ、外側寄生アンテナとその内隣のアンテナとの間にも、電磁波を相互に通す結合構造が設けられているものとすることができる。この構成により、操作アンテナの外側にも寄生アンテナを配置し、アンテナの総数をさらに増やすことができる。

【0012】

上記のいずれかの態様におけるフェーズドアレイアンテナ装置では、多層配線板を有しており、アンテナ群の各アンテナの位置には、多層配線板に含まれる複数の導電層に形成されたウィンドウパターンが配置されており、アンテナ群の各操作アンテナの位置には、多層配線板に含まれる複数の導電層のうち少なくとも１つに形成され、複数個の送受信回路のいずれか１つに接続されたアンテナパターンとが配置されているものとすることができる。このような構成では、多層配線板の各導電層のパターンによりアンテナ群の各アンテナを実現できる。

【0013】

多層配線板により構成される態様のフェーズドアレイアンテナ装置では、アンテナ群の各寄生アンテナの位置では、多層配線板に含まれる導電層のうち結合構造よりも下層の少なくとも１つがベタパターンとされているものとすることができる。このような構成では、ベタパターンでの電磁波の反射により、送受信の効率が向上する。

【0014】

２次元配列の態様におけるフェーズドアレイアンテナ装置では、多層配線板を有しており、アンテナ群の各アンテナの位置には、多層配線板に含まれる複数の導電層に形成されたウィンドウパターンが配置されており、アンテナ群の各操作アンテナの位置には、多層配線板に含まれる複数の導電層のうち少なくとも１つに形成され、複数個の送受信回路のいずれか１つに接続されたアンテナパターンとが配置されており、複数の導電層に形成されたウィンドウパターンのうち少なくとも最上層のものが、第１操作アンテナと第２操作アンテナとを結ぶ第１方向と、第１操作アンテナと第３操作アンテナとを結ぶ第２方向とのいずれの方向に対しても線対称な形状のものであり、第１方向に隣り合うアンテナ間に形成されている結合構造が、複数の導電層のうち２層間にて電磁波を相互に通す層間結合構造であり、第２方向に隣り合うアンテナ間に形成されている結合構造が、複数の導電層のうち少なくとも１つのものにおけるスリットにて電磁波を相互に通すスリット結合構造であるものとすることができる。このようになっていると、ウィンドウパターンにおけるいずれの方向においても、アンテナ間の結合動作の効率がよい。第１方向は送受信される電磁波の電界の方向と平行な方向であり、第２方向は、送受信される電磁波の電界の方向と垂直な方向であることが望ましい。

【発明の効果】

【0015】

本開示技術構成によれば、アンテナを高密度に配置できるフェーズドアレイアンテナ装置が提供されている。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】実施の形態に係るフェーズドアレイアンテナ装置の斜視図である。

【図2】図１のフェーズドアレイアンテナ装置の平面図である。

【図3】ＩＣチップにおける送受信回路の配列を示す平面図である。

【図4】フェーズドアレイアンテナ装置におけるアンテナと送受信回路との接続関係を示す模式図（その１）である。

【図5】フェーズドアレイアンテナ装置におけるアンテナと送受信回路との接続関係を示す模式図（その２）である。

【図6】図１のフェーズドアレイアンテナ装置における多層配線板（６層構成）の構成例を示す断面図である。

【図7】図６に電磁波の送受信状況を書き加えた断面図である。

【図8】フェーズドアレイアンテナ装置による送受信動作を説明する模式図である。

【図9】グレーティングローブ放射について説明する模式図である。

【図10】実施の形態に係るフェーズドアレイアンテナ装置の指向性を示すグラフである。

【図11】比較例のフェーズドアレイアンテナ装置の指向性を示すグラフである。

【図12】フェーズドアレイアンテナ装置の多層配線板（８層構成）における第１導電層のパターンの例を示す平面図である。

【図13】フェーズドアレイアンテナ装置の多層配線板（８層構成）における第２導電層のパターンの例を示す平面図である。

【図14】フェーズドアレイアンテナ装置の多層配線板（８層構成）における第３導電層のパターンの例を示す平面図である。

【図15】フェーズドアレイアンテナ装置の多層配線板（８層構成）における第４導電層のパターンの例を示す平面図である。

【図16】フェーズドアレイアンテナ装置の多層配線板（８層構成）における第５導電層のパターンの例を示す平面図である。

【図17】フェーズドアレイアンテナ装置の多層配線板（８層構成）における第６導電層のパターンの例を示す平面図である。

【図18】フェーズドアレイアンテナ装置の多層配線板（８層構成）における第７導電層のパターンの例を示す平面図である。

【図19】フェーズドアレイアンテナ装置の多層配線板（８層構成）における第８導電層のパターンの例を示す平面図である。

【図20】アンテナの総数が４９個である場合のフェーズドアレイアンテナ装置の平面図である。

【図21】アンテナの総数は２５個でそのうち操作アンテナの総数が４個である場合のフェーズドアレイアンテナ装置の平面図である。

【図22】２個の操作アンテナの間に複数個の寄生アンテナを配置した場合を示す模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

本開示技術を具体化した実施の形態に係るフェーズドアレイアンテナ装置１の全体の外観を図１に示す。図１のフェーズドアレイアンテナ装置１は、複数個のアンテナ２からなるアンテナ群を有している。フェーズドアレイアンテナ装置１は、多層配線板３により構成されている。各アンテナ２は、多層配線板３における導電層のパターンとして構成されている。多層配線板３における図１中での裏面側には、ＩＣチップ４が取り付けられている。ＩＣチップ４には後述する送受信回路が内蔵されている。

【0018】

フェーズドアレイアンテナ装置１を上方から見た平面図を図２に示す。図２に示されるように、本形態のフェーズドアレイアンテナ装置１には、９個のアンテナ２が含まれている。これらのアンテナ２は、３行×３列の２次元の形で多層配線板３の中に配列されている。以下、９個のアンテナ２を区別するときは、別々の符号（アンテナ２１～アンテナ２４、アンテナ２０１～アンテナ２０５）を付けて言及する。

【0019】

図１中のＩＣチップ４には、図３に示すように４個の送受信回路５が内蔵されている。図３は、多層配線板３と一体化する前の段階でのＩＣチップ４を示している。図３中のＩＣチップ４の全体の縦横寸法は、図２中の多層配線板３の全体の縦横寸法とほぼ同じである。しかしながら、図２中のアンテナ２の個数と、図３中の送受信回路５の個数とは異なっている。送受信回路５の個数はアンテナ２の個数より少ない。また、それぞれの図中における個々のアンテナ２の縦横寸法と個々の送受信回路５の縦横寸法とも異なっている。図３中の送受信回路５は図２中のアンテナ２より大きい。以下、４個の送受信回路５を区別するときは、別々の符号（送受信回路５１～送受信回路５４）を付けて言及する。

【0020】

送受信回路５は、アンテナ２の送受信を操作する回路である。ただし、１個の送受信回路５が操作するアンテナ２は１つだけである。したがって、９個のアンテナ２には、送受信回路５による操作を受ける４個のものと操作を受けない５個のものとがある。具体的には、アンテナ２１は送受信回路５１により、アンテナ２２は送受信回路５２により、アンテナ２３は送受信回路５３により、アンテナ２４は送受信回路５４により、それぞれ操作を受ける。つまり、９個のアンテナ２のうち四隅に位置するものが、それぞれの最近接に位置する送受信回路５により操作される。

【0021】

残り５つのアンテナ２０１～アンテナ２０５は、いずれの送受信回路５による操作も受けない。以下、送受信回路５による操作を受けるアンテナ２１～アンテナ２４を「操作アンテナ」と呼び、送受信回路５による操作を受けないアンテナ２０１～アンテナ２０５を「寄生アンテナ」という。操作アンテナ２１（第１操作アンテナ）と操作アンテナ２２（第２操作アンテナ）との間に寄生アンテナ２０１（第１寄生アンテナ）が配置され、操作アンテナ２３（第３操作アンテナ）と操作アンテナ２４（第４操作アンテナ）との間に寄生アンテナ２０２（第２寄生アンテナ）が配置されている。

【0022】

また、操作アンテナ２１と操作アンテナ２３との間に寄生アンテナ２０３（第３寄生アンテナ）が配置され、操作アンテナ２２と操作アンテナ２４との間に寄生アンテナ２０４（第４寄生アンテナ）が配置されている。さらに、寄生アンテナ２０３と寄生アンテナ２０４との間に寄生アンテナ２０５（第５寄生アンテナ）が配置されている。寄生アンテナ２０５は、寄生アンテナ２０１と寄生アンテナ２０２との間に配置されているということもできる。

【0023】

図４に、フェーズドアレイアンテナ装置１におけるアンテナ２と送受信回路５との接続関係の概要を示す。図４には、図２および図３中のＡ－Ａ線上の３つのアンテナ２および２つの送受信回路５が描かれている。ただしＡ－Ａ線上に限らず、Ｂ－Ｂ線上、Ｃ－Ｃ線上、Ｄ－Ｄ線上でも同様である。図４中ではアンテナ２を模式的に描いている。

【0024】

図４には、機器６も記載されている。機器６は、図１のフェーズドアレイアンテナ装置１に含まれるものではないが、フェーズドアレイアンテナ装置１とともに使用されるものである。機器６は、送信用途の場合には制御回路であり、受信用途の場合にはデジタルシグナルプロセッサである。機器６について以下、送信用途に特化した記述では「制御回路６」と称し、受信用途に特化した記述では「デジタルシグナルプロセッサ６」と称することがある。図４中の送受信回路５１、５２は、機器６に従いアンテナ２を特定の位相で操作する回路である。送受信回路５１、５２は、送信用途では送信機であり、受信用途では受信機である。

【0025】

図４に示すように、両端の操作アンテナ２１、２２は送受信回路５１、５２を介して機器６と繋がっているが、中央の寄生アンテナ２０１は送受信回路５にも機器６にも繋がっていない。図２、図３中のＥ－Ｅ線上、Ｆ－Ｆ線上について図４のような図を書けば、送受信回路５が存在せず、３つの寄生アンテナ２がいずれも機器６と繋がらずに存在している図となる。

【0026】

フェーズドアレイアンテナ装置１は、図４に示した構成および接続関係に替えて図５の構成および接続関係で使用することもできるものである。図５中の送受信回路５１、５２は、図４中のものと異なり移相器である。図５における、図４中の機器６の位置には、機器７が配置されている。機器７は、送信用途の場合には分配器であり、受信用途の場合には高周波合成器である。機器７はさらに、送受信機８に接続されている。図５でも３つのアンテナ２の接続状況は図４と同様である。両端の操作アンテナ２１、２２は送受信回路（移相器）５１、５２を介して機器７に繋がっているが、中央の寄生アンテナ２０１は送受信回路５にも機器７にも繋がっていない。図４の構成でも図５の構成でも、図１中の多層配線板３の構成は共通である。以下の説明では特記しない限り図４の構成を前提とするが、図５の構成の場合でも同様のことがいえる。

【0027】

多層配線板３の内部構造について説明する。図６に、図２中のＡ－Ａ位置における多層配線板３の断面構造の例を示す。図６では、多層配線板３における導電層の層数が６である場合の例を示している。図６では、多層配線板３に含まれる６層の導電層に、入出射側、つまりＩＣチップ４とは反対の側（図６中で上方）から順に、３１、３２、３３、３４、３５、３６の符号を付けて示している。図６に示されているのは、操作アンテナ２１、寄生アンテナ２０１、操作アンテナ２２、送受信回路５１、送受信回路５２を横切る断面である。図２中のＢ－Ｂ位置の断面も図６と同様である。

【0028】

図６中に示すように、６層の導電層のうち最もＩＣチップ４寄りのものを除く導電層３１～３５にはいずれも、操作アンテナ２１、寄生アンテナ２０１、操作アンテナ２２の位置に、導電体が除去されたウィンドウパターン８が配置されている。ウィンドウパターン８の間の位置は導電体が残されて遮蔽パターン９とされている。各層の遮蔽パターン９同士は、一部を除いてビアホール１０により相互に接続されている。

【0029】

各層の各ウィンドウパターン８はいずれも、上方から見て方形形状（長方形または正方形）である。これは、図２等における左右方向と上下方向とのいずれの方向に対しても線対称な形状の一例である。この構造により、多層配線板３における各アンテナ２の位置には、断面形状が方形である導波領域１１が形成されている。これにより各アンテナ２がアンテナとして機能しうるようになっている。導波領域１１の中は、誘電体で充填されている。図１の例では空洞であるように描いているが、これは理解のしやすさのためである。ただし、導波領域１１の中が空洞であってもよい。

【0030】

６層の導電層のうち図６中で最も下のもの、つまり最もＩＣチップ４寄りの導電層３６には、操作アンテナ２１、操作アンテナ２２の位置に、アンテナパターン１２が形成されている。アンテナパターン１２は、バンプ１３により送受信回路５１または送受信回路５２と接続されている。アンテナパターン１２はまた、導電層３６におけるアンテナパターン１２以外の部分から分離されている。これにより送受信回路５１、５２は、アンテナパターン１２を介して、操作アンテナ２１、２２の導波領域１１に対して電磁波を送信しまたは受信することができる。アンテナパターン１２は、図２中の各操作アンテナ２１～２４における短辺方向に電界を印加するものである。図６中のアンテナパターン１２はシングルエンド給電で動作するシングルアーム型のものであるが、これに限らず差動給電で動作するツインアーム型でもよいしパッチ型でもよい。図２における操作アンテナ２３、２４の箇所も、図６中の操作アンテナ２１、２２の箇所と同様の構造である。

【0031】

図６では、導電層３６における寄生アンテナ２０１の位置は、他の部分から分離されておらず、送受信回路５に繋がってもいない。したがってここに、アンテナパターンとして機能するものはない。図２における寄生アンテナ２０２～２０５の箇所も、図６中の寄生アンテナ２０１の箇所と同様の構造である。

【0032】

つまり、導波領域１１が形成されておりそこにアンテナパターン１２が配置されている箇所が操作アンテナであり、導波領域１１は形成されているがそこにアンテナパターン１２が配置されていない箇所が寄生アンテナである。送受信回路５に繋がっていない導体パターンが導波領域１１の箇所に配置されていたとしても、その箇所は操作アンテナではなく寄生アンテナである。アンテナパターン１２は、導電層３６以外の別の導電層に形成されていてもよい。

【0033】

図６についてのここまでの説明からは、図１のフェーズドアレイアンテナ装置１の９個のアンテナ２のうち４個の操作アンテナ２１～２４のみがアンテナとして機能し、５個の寄生アンテナ２０１～２０５は送受信に寄与しないように思えるかもしれない。しかし実際には、５個の寄生アンテナ２０１～２０５を含めた９個のアンテナ２のすべてが送受信に寄与する。このことを図７により説明する。図７では送信の場合を示している。

【0034】

送信時で考えると、図７に示すように、操作アンテナ２１から電磁波Ｗ１が、操作アンテナ２２から電磁波Ｗ２が、それぞれ出射される。これらはむろん、アンテナパターン１２の作用による。図７には示していないが、送信または受信の動作時には、送受信回路５１、５２は図４に示したように機器６と接続される。送信用途の用語で言えば、制御回路６が送受信回路５１、５２を介してアンテナパターン１２への電気信号を操作することにより、電磁波Ｗ１、Ｗ２の出射が行われる。操作アンテナ２３、２４、送受信回路５３、５４についても同様である。

【0035】

図７ではそれだけでなく、寄生アンテナ２０１からも電磁波Ｗ０１が出射される。これは、多層配線板３の内部で、操作アンテナ２１から寄生アンテナ２０１への漏れ電磁波Ｌ１および操作アンテナ２２から寄生アンテナ２０１への漏れ電磁波Ｌ２が存在するからである。このため寄生アンテナ２０１は、送受信回路５による直接的な操作を受けないにもかかわらず、漏れ電磁波Ｌ１と漏れ電磁波Ｌ２との合成による電磁波Ｗ０１を出射するのである。

【0036】

受信時には逆に、寄生アンテナ２０１で受信した電磁波が、操作アンテナ２１、２２に分配される。そしてそれぞれ、操作アンテナ２１、２２自身で受信した電磁波と合成されてデジタルシグナルプロセッサ６に入力される。つまり、操作アンテナ２１と寄生アンテナ２０１とは結合されているのである。操作アンテナ２２と寄生アンテナ２０１とも結合されている。

【0037】

図６、図７では、最上層の導電層３１とそのすぐ下の導電層３２との間には前述のビアホール１０が描かれていない。これは、隣り合うアンテナ２間に、電磁波を相互に通す結合構造が形成されていることを表現しているものである。この結合構造は、複数の導電層のうち隣り合う２層間にて電磁波を相互に通す構造であり、層間結合構造１５ということとする。

【0038】

ただし、導電層３１と導電層３２との間にビアホール１０が全く存在しないというわけではなく、層間結合構造１５として機能しうる程度にビアホール１０同士の間隔が広ければ、ビアホール１０があってもよい。層間結合構造１５を、上下の導電層と左右のビアホールによる方形断面の導波管と見なすことができる。層間結合構造１５の箇所のビアホール１０同士の間隔は、送受信の対象の周波数が当該導波管におけるカットオフ周波数以上とならない程度に広ければよい。

【0039】

層間結合構造１５は、導電層３１と導電層３２との間に限らず、他の２層間に形成されていてもよい。隣り合う２層間には限られない。例えば、導電層３１と導電層３３との間に形成されていてもよい。層間結合構造１５が２箇所以上の２層間（例えば、導電層３１と導電層３２との間および導電層３３と導電層３４との間）に形成されていてもよい。

【0040】

図２中における寄生アンテナ２０２とその両隣の操作アンテナ２３、２４との間にも、図６、図７で説明したのと同様の層間結合構造１５が設けられている。結合構造は、図２における左右方向（第１方向）ばかりでなく上下方向（第２方向）に隣接するアンテナ２間にも形成されている。ただし上下方向の結合構造は、図６、図７で説明した層間結合構造１５とは別の構造である。これについては後述する。上下方向の結合構造は、寄生アンテナ２０３とその両隣の操作アンテナ２１、２３との間、寄生アンテナ２０４とその両隣の操作アンテナ２２、２４との間、寄生アンテナ２０５とその両隣の寄生アンテナ２０１、２０２との間に設けられている。さらに、寄生アンテナ２０５とその左右方向両隣の寄生アンテナ２０３、２０４との間には、図６、図７で説明したのと同様の層間結合構造１５が設けられている。これによりフェーズドアレイアンテナ装置１では、９個のアンテナ２のすべてが送受信を行うようになっている。

【0041】

フェーズドアレイアンテナ装置１の送受信動作を図８により説明する。ここでは送信時の例で説明する。図８には、図２のＡ－Ａ線上の３個のアンテナ２による、位相差がないときおよびあるときの電磁波の出射状況を示している。操作アンテナ２１、２２を送受信回路５１、５２により位相差なしで駆動しているときには、層間結合構造１５を介して駆動される寄生アンテナ２０１も含めて３個のアンテナ２が揃って同一の位相および同一の振幅にて電磁波を放出する。このため３個のアンテナ２の全体としては、図中垂直な方向に電磁波Ｒ１を送信する。このとき図２中のＢ－Ｂ線上の３個のアンテナ２も同様に位相差なしかつ同一振幅で駆動される。

【0042】

操作アンテナ２１と操作アンテナ２２との間に駆動の位相差φがあるときには、寄生アンテナ２０１の位相はその中間となる。すなわち、操作アンテナ２１と寄生アンテナ２０１との位相差と寄生アンテナ２０１と操作アンテナ２２との位相差とが等しい（φ／２）こととなる。振幅は同一とする。このため３個のアンテナ２の全体としては、操作アンテナ２１と操作アンテナ２２との間の光路差が位相差φと一致するような傾斜した方向に電磁波Ｒ２を送信する。このときＢ－Ｂ線上の３個のアンテナ２も同様に同じ位相差φかつ同一振幅で駆動される。このようにして、操作アンテナ２１、２３と、操作アンテナ２２、２４との間の位相差により、図２中の左右方向について送信方向を走査することができる。

【0043】

同様のことを図２中の上下方向についても行うことができる。すなわち、操作アンテナ２１、２２と、操作アンテナ２３、２４との間の位相差により、図２中の上下方向について送信方向を走査することができる。この２方向の組み合わせによりフェーズドアレイアンテナ装置１では、２次元の送信方向走査を行うことができる。また、受信についても同様に、受信感度を有する方向を２次元で走査することができる。

【0044】

ここでグレーティングローブについて図９により説明する。図９は、図８と似ているが、位相差なしでの駆動時の状態を示すものである。ここで、図９中に描かれている寄生アンテナ２０１が存在しない場合を考える。この場合、位相差なしでの駆動時には、前述の電磁波Ｒ１が送信されるが、それだけではない。図９に示されるように、電磁波Ｒ１に対して所定の角度差の電磁波Ｇ１、Ｇ２も送信される。電磁波Ｇ１、Ｇ２は、操作アンテナ２１と操作アンテナ２２との間での光路差が波長λ（もしくはその整数倍）と一致する角度の方向に、条件によっては不可避的に送信されるものである。

【0045】

電磁波Ｇ１、Ｇ２をグレーティングローブ放射という。これに対して本来の電磁波Ｒ１をメインローブ放射という。グレーティングローブ放射があると、送信エネルギーの一部の損失となる。受信の場合にもグレーティングローブはあり、これはノイズ増大の要因となる。このためグレーティングローブは、フェーズドアレイアンテナ装置１の指向性を低下させる要因であり、好ましくないものである。図９では位相差なしで電磁波Ｒ１を垂直に送信しようとする場合を描いているが、位相差を付けて傾斜した方向に電磁波Ｒ２を送信しようとする場合であっても、グレーティングローブ放射は発生しうる。

【0046】

図９から、グレーティングローブが発生しているとき、電磁波の波長λは、操作アンテナ２１と操作アンテナ２２との配置間隔ｄより小さいことが分かる。このことは、グレーティングローブを伴わずに送受信を行おうとする場合に、波長λの下限値が存在することを意味する。寄生アンテナを持たず操作アンテナのみを持ち既定の配置間隔ｄを持つフェーズドアレイアンテナ装置１の場合、上記の配置間隔ｄに一致する波長λが下限である。それより短い波長の電磁波を送受信しようとするとグレーティングローブが発生する。

【0047】

したがって、波長の短い高周波の電磁波を送受信しようとする場合に、グレーティングローブが問題となりやすい。そのため、配置間隔ｄをなるべく小さくしておくことが、グレーティングローブを発生させないためには有用である。なお、図２中の左右方向と上下方向とで配置間隔ｄが一致するとは限らない。

【0048】

もし、フェーズドアレイアンテナ装置１のすべてのアンテナ２に１つずつ送受信回路５が備えられていた（つまりすべてのアンテナ２が操作アンテナ）とすると、送受信回路５のサイズが、配置間隔ｄを小さくすることに対する制約要因となる。例えば送受信回路５のサイズが数ミリ角程度で、配置間隔ｄもその程度であったとする。この場合、３００ＧＨｚの電磁波を送受信しようとすると、グレーティングローブが発生する。波長が約１ミリで配置間隔ｄより小さいからである。しかし、送受信回路５のサイズより小さい配置間隔ｄを実現することは容易ではない。

【0049】

しかし図９では実際には、操作アンテナ２１と操作アンテナ２２との間に寄生アンテナ２０１が配置されている。このため、寄生アンテナ２０１を含めて考えれば、隣接するアンテナ間の間隔は（ｄ／２）である。したがってその分、グレーティングローブを伴わずに送受信を行うことができる波長λの下限値が低い。

【0050】

上記のように本形態のフェーズドアレイアンテナ装置１では、アンテナ同士の配置間隔を、送受信回路５のサイズより小さくすることができる。前述のように送受信回路５の個数がアンテナ２の個数より少ないからである。このため、高周波領域の電磁波の送受信について、本形態のフェーズドアレイアンテナ装置１は、グレーティングローブの悪影響をあまり受けずに電磁波の送受信を行う上で有用性が高い。

【0051】

図１０、図１１により、フェーズドアレイアンテナ装置１の指向性を、比較例と比較して説明する。図１０、図１１のグラフにおける縦軸は、信号強度（ｄＢｉ）であり、横軸は出射角度である。図１０は本形態のフェーズドアレイアンテナ装置１のグラフであり、図１１は比較例のグラフである。図１１の比較例では、図２中の寄生アンテナ２０１～アンテナ２０５の位置をすべて導体のベタパターンとしたアンテナ装置を使用した。つまり、図２中の４つの操作アンテナ２１～２４のみがアンテナとして機能するものを使用した。アンテナの配置間隔ｄは、図１０の本形態のものが０．６ミリ、図１１の比較例のものがその倍で１．２ミリである。

【0052】

図１０、図１１ともに、位相差なしで垂直出射狙いにした場合の信号強度分布Ｐと、位相差を付けて狙いの出射方向を右に約３０°傾けた場合の信号強度分布Ｑとの２通りを示している。これらはいずれも、３００ＧＨｚの電磁波を送信した場合の信号強度分布である。

【0053】

図１０における信号強度分布Ｐを見ると、傾斜角０°を中心とする大きなピークがあり、これがメインローブ放射に相当する。そしてその両側の傾斜角約±６０°近辺の所に小さなピークがある。これがグレーティングローブ放射に相当する。図１０における信号強度分布Ｑでは、メインローブ放射に相当する大きなピークは、傾斜角約３０°の辺りにある。それよりも左側に、グレーティングローブ放射に相当する小さなピークがある。

【0054】

一方、図１１では各ピークの位置は図１０の場合とあまり変わらない。しかしながら、グレーティングローブ放射に相当するピークがいずれも、メインローブ放射に相当するピークとほぼ同じくらいの信号強度となっている。つまり、グレーティングローブ放射による信号強度がかなり強く、指向性はあまり良くないといわざるを得ないものである。

【0055】

図１１との対比の上で図１０を見ると、本形態のフェーズドアレイアンテナ装置１の指向性が優れていることがよく分かる。メインローブ放射のピーク強度の、グレーティングローブ放射のピーク強度に対する比率が圧倒的に高いからである。メインローブ放射のピーク強度の絶対値も、図１１中よりも図１０中の方が高い。本形態のフェーズドアレイアンテナ装置１のこのような優れた指向性は、多層配線板３に操作アンテナ２１～２４だけでなく寄生アンテナ２０１～アンテナ２０５も配置することでアンテナの配置間隔ｄを縮小したことによるものである。このためにグレーティングローブ放射が効果的に抑制されているのである。

【0056】

以下、本形態のフェーズドアレイアンテナ装置１の種々のバリエーションを説明する。まず、多層配線板３における各導電層のパターンについてのバリエーションの例を示す。図１２～図１９に、８層構成の場合の多層配線板における導電層３０１～３０８の各パターンを示す。図１２～図１９に示すもの（以下、「８層構成例」という。）は、４個の操作アンテナ２１～２４と５個の寄生アンテナ２０１～２０５とを３行×３列の形に配列したものであるという点で、図６に示した６層構成のものと共通する。このため、上方から見た平面図は図２と同様のものとなる。また、図３の４個の送受信回路５１～５４を有するＩＣチップ４と接続されるものであるという点でも、図６のものと共通する。

【0057】

図１２の導電層３０１は、ＩＣチップ４とは反対側の、多層配線板における最も上層の導電層である。図１９の導電層３０８は、最もＩＣチップ４寄りの、多層配線板における最も下層の導電層である。図１３～図１８の導電層３０２～３０７は、それらの中間に位置する導電層である。

【0058】

この８層構成例では、最下層の導電層３０８（図１９）における操作アンテナ２１～２４に相当する位置に、アンテナパターン１６が形成されている。この例におけるアンテナパターン１６は、差動給電で動作するツインアーム型のものであり、図１９中で左右方向（図１２における短辺方向）に電界を印加するものである。最下層の導電層３０８以外の別の導電層にアンテナパターン１６が形成されていてもよい。

【0059】

下から２番目の導電層３０７（図１８）における操作アンテナ２１～２４に相当する位置には、ウィンドウパターン８とその中のパッチパターン１７とが形成されている。ウィンドウパターン８は誘電体で占められているので、下のアンテナパターン１６と上方の導波領域１１（図６参照）との間での電磁波の伝達が可能である。パッチパターン１７は、導電層３０７に限らず、前述の結合構造（層間結合構造またはスリット結合構造）より下層側のどの導電層に設けられていてもよい。

【0060】

導電層３０７、３０８における寄生アンテナ２０１～２０５に相当する位置はいずれもベタパターン１４とされている。寄生アンテナ２０１～２０５では、送受信に関わる導波領域１１内の電磁波が、ベタパターン１４により反射される。このため、導波領域１１における下方側への電磁波の漏れがなく、送受信の効率が高い。ベタパターン１４は１層だけでもよい。ベタパターン１４は、前述の結合構造（層間結合構造またはスリット結合構造）より下層側のどの導電層に設けられていてもよい。図６に示した６層構成のものにもパッチパターン１７およびベタパターン１４を備えることができる。

【0061】

導電層３０７、３０８を除いた上方６層の導電層３０１～３０６（図１２～図１７）ではいずれも、操作アンテナ２１～２４に相当する位置および寄生アンテナ２０１～２０５に相当する位置の計９箇所に、ウィンドウパターン８が形成されている。これにより８層構成例の多層配線板でも、図６で説明した導波領域が９箇所に形成されている。

【0062】

そのうち最上層の導電層３０１（図１２）では、各ウィンドウパターン８の形状が、図中で縦長の長方形となっている。これは、図１９の導電層３０８におけるアンテナパターン１６の配置上、送受信される電磁波の電界方向となる方向を短辺とし、それと垂直な方向を長辺としたものである。ただし内層の導電層３０２～３０６（図１３～図１７）においては、各ウィンドウパターン８の形状は最上層の導電層３０１と同じでなくてもよい。正方形でもよいし、横長の長方形でもよい。

【0063】

導電層３０３（図１４）および導電層３０４（図１５）では、遮蔽パターン９の一部にスリット１８が形成されている。スリット１８が設けられているのは、寄生アンテナ２０３とその両隣の操作アンテナ２１、２３との間、寄生アンテナ２０４とその両隣の操作アンテナ２２、２４との間、寄生アンテナ２０５とその両隣の寄生アンテナ２０１、２０２との間の計６箇所である。これらはすべて、図中で上下方向に隣り合うアンテナ２の間の位置である。

【0064】

スリット１８は、送受信される電磁波の電界方向と垂直な方向に隣接するアンテナ２間で電磁波を相互に通す結合構造である。これをスリット結合構造という。この８層構成例では、上から３層目および４層目の導電層３０３、３０４にスリット結合構造を設けているが、別の内層導電層にスリット結合構造を設けてもよい。１つの導電層にのみスリット結合構造を設けてもよいし、３つ以上の導電層にスリット結合構造を設けてもよい。

【0065】

図中の左右方向と上下方向とで結合構造の種類が異なるのは、電界の方向に応じて、結合構造内での電界の方向が異なるからである。図中の左右方向は、送受信される電磁波の電界の方向と平行な方向である。この方向に隣接するアンテナ同士の間では、多層配線板３の厚み方向の電界が通過できる構造が、結合構造として優れている。それが前述の層間結合構造である。この方向に設けられた層間結合構造では、導電層と導電層との間に発生する電界がアンテナ間で伝達され、両アンテナは結合される。

【0066】

図中の上下方向は、送受信される電磁波の電界の方向と垂直な方向である。この方向に隣接するアンテナ同士の間では、多層配線板３の導電層の面内方向の電界が通過できる構造が、結合構造として優れている。それが前述のスリット結合構造である。この方向に設けられたスリット結合構造では、スリットの両側の導電パターン間に発生する電界がアンテナ間で伝達され、両アンテナは結合される。スリットの幅がスリット結合構造の伝送経路としての特性インピーダンスに影響し、結合の程度を左右する。

【0067】

図中の左右方向、すなわち送受信される電磁波の電界方向と平行な方向についての結合構造は、図６、図７で説明した層間結合構造である。この８層構成例における層間結合構造は、最上層の導電層３０１（図１２）とその直下の導電層３０２（図１３）との間に設けられている。層間結合構造が設けられている面内位置は、図６、図７の説明の箇所で図２の配置例に対して述べたのと同じである。ただし、層間結合構造をどの層間に設けるかについては、最上層とその直下の層との間には限られない。他の層間に層間結合構造を設けてもよい。以上が図１２～図１９の８層構成例についての説明である。

【0068】

次に、フェーズドアレイアンテナ装置１におけるアンテナ２および送受信回路５の総数についてのバリエーションを説明する。ここまでの説明で述べたものは、アンテナ２の総数が９個、そのうち操作アンテナが４個、寄生アンテナが５個、送受信回路５の総数が４個、というものであった。むろんこれに限られものではなく、アンテナ２および送受信回路５の総数はもっと多くてもよい。

【0069】

例えば図２０に示すのは、アンテナの総数が４９個、そのうち操作アンテナが１６個、寄生アンテナが３３個、送受信回路５の総数が１６個、というものである。これ以外にも、アンテナの総数が２５個、そのうち操作アンテナが９個、寄生アンテナが１６個、送受信回路５の総数が９個、というものでもよいし、図２０のものよりもっと多くてもよい。行数と列数が異なっていてもよい。例えば、アンテナの総数が３５個、そのうち操作アンテナが１２個、寄生アンテナが２３個、送受信回路５の総数が１２個、というようなものでもよい。基本的には、アンテナ群における１行当たりもしくは１列当たりで見れば、アンテナの総数は奇数である。そのうち、操作アンテナが寄生アンテナより１個多い行または列と、すべてが寄生アンテナである行または列とが存在する。

【0070】

アンテナ２および送受信回路５の配列が１次元だけのものも可能である。アンテナ２は２次元配列されているが指向性走査は１次元のみ、というものも可能である。

【0071】

図２１に示すのは、アンテナの総数は２５個であるが、操作アンテナ２０の総数および送受信回路５の総数は４個、というものである。これは、図２等に示した９個配列の外側に１列ずつ寄生アンテナ２００を追加したものである。追加した外側の寄生アンテナ２００を外側アンテナという。外側アンテナとその内隣のアンテナとの間にも、前述の結合構造（層間結合構造またはスリット結合構造）が設けられる。このため外側アンテナも、その内側のアンテナ２との間の漏れ電磁波により送受信に寄与する。図２１に示した例では外側アンテナの総数は１６個であるが、そのうち四隅を除いた１２個としてもよい。さらに、操作アンテナ２０の外隣のもののみ（８個）としてもよい。

【0072】

操作アンテナ２０の外隣の外側アンテナとは、例えば、操作アンテナ２１と操作アンテナ２２とを結ぶ線上における操作アンテナ２１から操作アンテナ２２までの範囲の外に配置されたアンテナのことである。外側アンテナと操作アンテナとをいずれも有する行または列では、アンテナの総数はやはり奇数であり、操作アンテナより寄生アンテナが１個多い。

【0073】

ここまでの説明では、２個の操作アンテナの間に配置される寄生アンテナの個数は１個であった（図４等）。しかしこれに限らず、２個の操作アンテナの間に複数個の寄生アンテナを配置することも可能である。図２２はその例である。図２２の例では、２個の操作アンテナ２１、２２の間に、２個の寄生アンテナ２０１、２１０が配置されている。寄生アンテナ２０１は操作アンテナ２１側に、寄生アンテナ２１０は操作アンテナ２２側に位置している。この場合に多層配線板３の構成としては、操作アンテナ２１と寄生アンテナ２０１との間、操作アンテナ２２と寄生アンテナ２１０との間、寄生アンテナ２０１と寄生アンテナ２１０との間、の３箇所のいずれにも前述の結合構造（層間結合構造またはスリット結合構造）が設けられる。

【0074】

この場合、操作アンテナ２１と寄生アンテナ２０１との間の漏れ電磁波Ｌ１、操作アンテナ２２と寄生アンテナ２１０との間の漏れ電磁波Ｌ２に加えてさらに、寄生アンテナ２０１、２１０間にも相互の漏れ電磁波Ｌ３、Ｌ４がある。結局、寄生アンテナ２０１は漏れ電磁波Ｌ１、Ｌ４の合成により、寄生アンテナ２１０は漏れ電磁波Ｌ２、Ｌ３の合成により、動作することになる。

【0075】

結果として、寄生アンテナ２０１、２１０の送受信の位相は、いずれも操作アンテナ２１の位相と操作アンテナ２２の位相との中間であるが、寄生アンテナ２０１の位相は操作アンテナ２１寄りで寄生アンテナ２１０の位相は操作アンテナ２２寄りとなる。このため図２２のような配置でも、操作アンテナ２１、２２の間の位相差により、フェーズドアレイアンテナ装置の全体としてグレーティングローブ放射を発生させずに指向性走査が可能である。図２等に示した２次元のアンテナ配置においては、一方向のみ図２２のような配置として他の一方向については図４のような配置とすることもできるし、二方向ともに図２２のような配置とすることもできる。

【0076】

また、２個の操作アンテナの間の寄生アンテナの個数は、３個以上でもよい。この場合、寄生アンテナ同士の間の各箇所にも前述の結合構造（層間結合構造またはスリット結合構造）が設けられる。アンテナの配列が、外側アンテナを除いて５行以上×５列以上の多数であってもそのうちの操作アンテナは４個だけ、という構成も可能である。このように２個の操作アンテナの間に複数の寄生アンテナが配置されているアンテナ群の場合には、１列当たりまたは１行当たりのアンテナの総数が偶数であることもありうる。

【0077】

以上詳細に説明したように本実施の形態のフェーズドアレイアンテナ装置１では、アンテナ群に、送受信回路５による直接的な位相操作を受ける操作アンテナ（２１等）ばかりでなく、送受信回路５による直接的な位相操作を受けない寄生アンテナ（２０１等）も含めている。そして寄生アンテナが、その両隣のアンテナの送受信位相の中間の位相で送受信を行うようにしている。このようにすることで、アンテナ同士の配置間隔ｄを、送受信回路５のサイズより小さくして高密度に配置することができるようにしている。これにより、高周波の電磁波を送受信しようとする場合でも、グレーティングローブ放射の影響をあまり受けずもっぱらメイングローブ配合による高指向性な送受信が可能なフェーズドアレイアンテナ装置１が実現されている。

【0078】

本実施の形態は単なる例示にすぎず、本開示技術を何ら限定するものではない。したがって本開示技術は当然に、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能である。例えば、前述の説明では寄生アンテナと寄生アンテナとに挟まれる位置にもアンテナを配置し、これも寄生アンテナとして送受信に利用することとした。しかしこのようなものに限らず、操作アンテナと操作アンテナとに挟まれる寄生アンテナ（図２２のようなものを含む。）は送受信に利用するが、寄生アンテナと寄生アンテナとに挟まれる位置にはアンテナを配置しないこととしてもよい。

【0079】

また、図１２では、層間結合構造を構成している箇所（操作アンテナ２１と寄生アンテナ２０１との間の箇所等）には全くビアホール１０が存在しないように描いているが、当該箇所にビアホール１０が存在してもよい。ただし、層間結合構造として機能するため、当該箇所におけるビアホール１０間の間隔は、他の箇所におけるビアホール１０間の間隔より広くしておく必要がある。また、各層の各ウィンドウパターン８は、上方から見て方形形状であることとしたが、これには限らない。ただし、図２等における左右方向と上下方向とのいずれの方向に対しても線対称な形状であることが望ましい。したがって、円形、楕円形等でもよい。

【0080】

［予備請求項１］
請求項２に記載のフェーズドアレイアンテナ装置であって、
前記第１寄生アンテナが、
前記第１操作アンテナ側のものと、
前記第２操作アンテナ側のものとを含む複数の寄生アンテナで構成されており、
前記第２寄生アンテナが、
前記第３操作アンテナ側のものと、
前記第４操作アンテナ側のものとを含む複数の寄生アンテナで構成されており、
前記第３寄生アンテナが、
前記第１操作アンテナ側のものと、
前記第３操作アンテナ側のものとを含む複数の寄生アンテナで構成されており、
前記第４寄生アンテナが、
前記第２操作アンテナ側のものと、
前記第４操作アンテナ側のものとを含む複数の寄生アンテナで構成されており、
前記第１寄生アンテナを構成する複数の寄生アンテナ同士の間の各箇所、
前記第２寄生アンテナを構成する複数の寄生アンテナ同士の間の各箇所、
前記第３寄生アンテナを構成する複数の寄生アンテナ同士の間の各箇所、および
前記第４寄生アンテナを構成する複数の寄生アンテナ同士の間の各箇所のそれぞれに、電磁波を相互に通す結合構造が設けられているフェーズドアレイアンテナ装置。

【0081】

［予備請求項２］
請求項２、請求項３、予備請求項１のいずれか１つに記載のフェーズドアレイアンテナ装置であって、
前記アンテナ群に、
前記第１操作アンテナと前記第２操作アンテナとを結ぶ線上における前記第１操作アンテナから前記第２操作アンテナまでの範囲の外、
前記第３操作アンテナと前記第４操作アンテナとを結ぶ線上における前記第３操作アンテナから前記第４操作アンテナまでの範囲の外、
前記第１操作アンテナと前記第３操作アンテナとを結ぶ線上における前記第１操作アンテナから前記第３操作アンテナまでの範囲の外、および
前記第２操作アンテナと前記第４操作アンテナとを結ぶ線上における前記第２操作アンテナから前記第４操作アンテナまでの範囲の外
に配置された外側寄生アンテナが含まれ、
前記外側寄生アンテナとその内隣のアンテナとの間にも、電磁波を相互に通す結合構造が設けられているフェーズドアレイアンテナ装置。

【0082】

［予備請求項３］
請求項８または請求項９に記載のフェーズドアレイアンテナ装置であって、
前記アンテナ群の各寄生アンテナの位置では、前記多層配線板に含まれる前記導電層のうち前記結合構造よりも下層の少なくとも１つがベタパターンとされているフェーズドアレイアンテナ装置。

【符号の説明】

【0083】

１ フェーズドアレイアンテナ装置 ３１ 導電層
２ アンテナ ３２ 導電層
３ 多層配線板 ３３ 導電層
４ ＩＣチップ ３４ 導電層
５ 送受信回路 ３５ 導電層
８ ウィンドウパターン ３６ 導電層
１２ アンテナパターン ５１ 送受信回路
１５ 層間結合構造 ５２ 送受信回路
１６ アンテナパターン ５３ 送受信回路
１７ パッチパターン ５４ 送受信回路
１８ スリット ２００ 寄生アンテナ
２０ 操作アンテナ ２０１ 寄生アンテナ
２１ 操作アンテナ ２０２ 寄生アンテナ
２２ 操作アンテナ ２０３ 寄生アンテナ
２３ 操作アンテナ ２０４ 寄生アンテナ
２４ 操作アンテナ ２０５ 寄生アンテナ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】