特開 2024-130071 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】P2024130071

(43)【公開日】2024-09-30

(54)【発明の名称】アレーアンテナ

(51)【国際特許分類】

   H01Q 21/06 20060101AFI20240920BHJP

   H01Q 3/30 20060101ALI20240920BHJP

【ＦＩ】

H01Q21/06

H01Q3/30

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023039575

(22)【出願日】2023-03-14

(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】100119677

【弁理士】

【氏名又は名称】岡田 賢治

(74)【代理人】

【識別番号】100160495

【弁理士】

【氏名又は名称】畑 雅明

(74)【代理人】

【識別番号】100173716

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 真理

(74)【代理人】

【識別番号】100115794

【弁理士】

【氏名又は名称】今下 勝博

(72)【発明者】

【氏名】小▲濱▼ 臣将

【テーマコード（参考）】

5J021

【Ｆターム（参考）】

5J021AA05

5J021AA09

5J021AB06

5J021DB03

5J021GA05

(57)【要約】

【課題】本開示は、複数のサブアレーを備えるアレーアンテナにおいて、サブアレー同士の各々の隙間によるグレーティングローブを抑圧することを目的とする。
【解決手段】本開示は、複数のアンテナ素子を備えるサブアレーＳ１、Ｓ２を複数備えるアレーアンテナＡであって、サブアレーＳ１、Ｓ２同士の間に、各々の隙間δが設けられ、アンテナ素子同士の間に、各々のチョーク構造Ｃ１、Ｃ２が設けられ、アンテナ素子同士の間の各々のチョーク構造Ｃ１、Ｃ２は、サブアレーＳ１、Ｓ２同士の間の各々の隙間δとともに、各々のアンテナ素子に対する各々の二次放射源となり、各々のアンテナ素子の配列方向に沿った、二次放射源同士の間の各々の間隔ｄは、各々のアンテナ素子の励振波長λより狭いことを特徴とするアレーアンテナＡである。
【選択図】図８

【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数のアンテナ素子を備えるサブアレーを複数備えるアレーアンテナであって、
前記サブアレー同士の間に、各々の隙間が設けられ、
前記アンテナ素子同士の間に、各々のチョーク構造が設けられ、
前記アンテナ素子同士の間の各々のチョーク構造は、前記サブアレー同士の間の各々の隙間とともに、各々の前記アンテナ素子に対する各々の二次放射源となり、
各々の前記アンテナ素子の配列方向に沿った、前記二次放射源同士の間の各々の間隔は、各々の前記アンテナ素子の励振波長より狭いことを特徴とするアレーアンテナ。

【請求項2】

各々の前記アンテナ素子の偏波方向（直交方向のうちの一方向又は両方向）に沿った、前記二次放射源同士の間の各々の間隔は、各々の前記アンテナ素子の励振波長より狭い
ことを特徴とする、請求項１に記載のアレーアンテナ。

【請求項3】

前記アンテナ素子同士の間の各々のチョーク構造の放射電力は、前記サブアレー同士の間の各々の隙間の放射電力と比べて等しいオーダーであり、各々の前記二次放射源の放射電力は、各々の前記アンテナ素子の放射電力と比べて低いオーダーであり、
前記アンテナ素子同士の間の各々のチョーク構造の放射パターンは、前記サブアレー同士の間の各々の隙間の放射パターンと比べてほぼ等しい形状である
ことを特徴とする、請求項１又は２に記載のアレーアンテナ。

【請求項4】

各々の前記サブアレーの端部にも、各々のチョーク構造が設けられる
ことを特徴とする、請求項１又は２に記載のアレーアンテナ。

【請求項5】

各々の前記アンテナ素子は、多層基板に形成されるパッチアンテナ素子であり、
前記アンテナ素子同士の間の各々のチョーク構造は、前記多層基板内部に形成される
ことを特徴とする、請求項１又は２に記載のアレーアンテナ。

【請求項6】

各々の前記アンテナ素子の励振位相を設定する各々の移相器をさらに備える
ことを特徴とする、請求項１又は２に記載のアレーアンテナ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、複数のサブアレーを備えるアレーアンテナに関する。

【背景技術】

【0002】

複数のサブアレーを備えるアレーアンテナが、特許文献１～３等に開示されている。アレーアンテナは、理想的には、複数のサブアレーに分割されない全体アレーを備えたいが、製作の都合等により、複数のサブアレーに分割される全体アレーを備えている。

【0003】

第１従来技術（特許文献１、２）のアレーアンテナの構成を図１に示す。アレーアンテナＡは、複数のアンテナ素子を備えるサブアレーＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４を備える。アンテナ素子同士の各々の間隔ｄは、各々のアンテナ素子の励振波長λより狭い。サブアレーＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４同士の各々の隙間ｄ’は、電波望遠鏡等におけるパラボラアンテナ等のように、各々のアンテナ素子の励振波長λの１倍のオーダーである。

【0004】

すると、各々のサブアレーＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４は、各々に１素子とみなされる。そして、みなし１素子同士の各々の間隔Ｄは、各々のアンテナ素子の励振波長λより広くなる。よって、アレーアンテナＡは、グレーティングローブを発生させてしまう。そこで、特許文献１では、サブアレーＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４同士の各々の隙間において、電磁波的結合素子を備える。そして、特許文献２では、各々のサブアレーＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４において、グレーティングローブの発生角度でのヌル点を生じさせる。

【0005】

第２従来技術（特許文献３）のアレーアンテナの構成を図２に示す。アレーアンテナＡは、複数のアンテナ素子を備えるサブアレーＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４と、各々のサブアレーＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４の励振位相を設定する各々の移相器Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４と、を備える。アンテナ素子同士の各々の間隔ｄは、各々のアンテナ素子の励振波長λより狭い。サブアレーＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４同士の各々の隙間は、ほぼ空いていない。

【0006】

アレーアンテナＡは、理想的には、各々のアンテナ素子の励振位相を設定する各々の移相器を備えたいが、部品の削減等により、各々のサブアレーＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４の励振位相を設定する各々の移相器Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４を備えている。

【0007】

すると、各々のサブアレーＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４は、各々に１素子とみなされる。そして、みなし１素子同士の各々の間隔Ｄ’は、各々のアンテナ素子の励振波長λより広くなる。よって、アレーアンテナＡは、グレーティングローブを発生させてしまう。そこで、特許文献３では、各々のサブアレーＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４を非周期的に配置する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】特開平０９－２６０９３７号公報

【特許文献2】特開２００３－１６８９１２号公報

【特許文献3】特開２００８－０６６９３６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

解決課題のアレーアンテナの構成を図３に示す。図３に示した解決課題では、図１、２に示した第１、２従来技術（特許文献１～３）を踏まえ、以下の構成を考える。

【0010】

図３の左欄では、アレーアンテナＡは、複数のアンテナ素子を備えるサブアレーＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４と、各々のアンテナ素子の励振位相を設定する各々の移相器Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４と、を備える。アンテナ素子同士の各々の間隔ｄは、各々のアンテナ素子の励振波長λより狭い。サブアレーＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４同士の各々の隙間は、ほぼ空いていない。つまり、図３の左欄は、後述する図３の右欄と同等であると考えられる。

【0011】

図３の右欄では、アレーアンテナＡは、複数のアンテナ素子を備えるが複数のサブアレーに分割されない全体アレーと、各々のアンテナ素子の励振位相を設定する各々の移相器Ｐと、を備える。アンテナ素子同士の各々の間隔ｄは、各々のアンテナ素子の励振波長λより狭い。つまり、図３の右欄は、前述した図３の左欄と同等であると考えられる。

【0012】

よって、図３の左欄では、図３の右欄と同様に、各々のサブアレーＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４は、各々に１素子とみなされず、アンテナ素子同士の各々の間隔ｄは、各々のアンテナ素子の励振波長λより狭く、アレーアンテナＡは、グレーティングローブを発生させないと考えられる。しかし、図３の左欄では、図３の右欄と異なり、シミュレーション結果として、アレーアンテナＡは、グレーティングローブを発生させてしまう。

【0013】

解決課題のアレーアンテナの放射パターンを図４、５に示す。図４、５では、各々のアンテナ素子は、Ｈポート及びＶポートを備える偏波共用パッチであり、アレーアンテナの放射パターンは、垂直面内の放射パターンである。そして、「隙間なし」の場合では、全体アレーは、垂直方向に１６個又は３２個のアンテナ素子を備え、水平方向にｎ個のアンテナ素子を備える（図３の右欄において、水平方向にｎ周期分の周期境界を設ける。）。一方で、「隙間あり」の場合では、各々のサブアレーは、垂直方向に４個のアンテナ素子を備え、水平方向にｎ個のアンテナ素子を備え、４つ又は８つのサブアレーは、垂直方向に並ぶ（図３の左欄において、水平方向にｎ周期分の周期境界を設ける。）。

【0014】

すると、「隙間なし」の場合では、アレーアンテナＡは、水平偏波を放射するときには、グレーティングローブを発生させず、垂直偏波を放射するときにも、グレーティングローブを発生させない。そして、アレーアンテナＡは、振幅テーパ（Ｔａｙｌоｒ窓等）をかけたときには、サイドローブを抑圧するとともに、振幅テーパ（Ｔａｙｌоｒ窓等）をかける以前から、グレーティングローブを相変わらず発生していない。

【0015】

一方で、「隙間あり」の場合では、アレーアンテナＡは、水平偏波を放射するときには、グレーティングローブを発生させず、垂直偏波を放射するときには、グレーティングローブを発生させる。そして、アレーアンテナＡは、振幅テーパ（Ｔａｙｌоｒ窓等）をかけたときには、サイドローブを抑圧するものの、グレーティングローブを抑圧しない。

【0016】

なお、図３の左欄において、アレーアンテナＡは、垂直方向に沿って「隙間」を配列したときには、垂直偏波のグレーティングローブを発生させるが、水平方向に沿って「隙間」を配列したときには、水平偏波のグレーティングローブを発生させる。また、図２において、アレーアンテナＡは、「隙間」によるグレーティングローブを発生させる可能性があるが、「多素子対１移相器」によるグレーティングローブをより大きく発生させる。

【0017】

そこで、前記課題を解決するために、本開示は、複数のサブアレーを備えるアレーアンテナにおいて、サブアレー同士の各々の隙間によるグレーティングローブを抑圧することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0018】

前記課題を解決するために、サブアレー同士の各々の隙間によるグレーティングローブの発生原理を追究した。すると、サブアレー同士の各々の隙間が、二次放射源となるとともに、これらの隙間同士の各々の間隔が、各々のアンテナ素子の励振波長より広くなることが判明した。そこで、サブアレー同士の各々の隙間を模擬する構造として、複数のチョーク構造をアンテナ素子同士の間に備えることとした。そして、複数のチョーク構造も、二次放射源となるとともに、これらの二次放射源（前述の隙間及びチョーク構造）同士の各々の間隔が、各々のアンテナ素子の励振波長より狭くなるように工夫した。よって、サブアレー同士の各々の隙間によるグレーティングローブを抑圧することができる。

【0019】

具体的には、本開示は、複数のアンテナ素子を備えるサブアレーを複数備えるアレーアンテナであって、前記サブアレー同士の間に、各々の隙間が設けられ、前記アンテナ素子同士の間に、各々のチョーク構造が設けられ、前記アンテナ素子同士の間の各々のチョーク構造は、前記サブアレー同士の間の各々の隙間とともに、各々の前記アンテナ素子に対する各々の二次放射源となり、各々の前記アンテナ素子の配列方向に沿った、前記二次放射源同士の間の各々の間隔は、各々の前記アンテナ素子の励振波長より狭いことを特徴とするアレーアンテナである。

【0020】

この構成によれば、サブアレー同士の各々の隙間によるグレーティングローブを抑圧することができる。

【0021】

また、本開示は、各々の前記アンテナ素子の偏波方向（直交方向のうちの一方向又は両方向）に沿った、前記二次放射源同士の間の各々の間隔は、各々の前記アンテナ素子の励振波長より狭いことを特徴とするアレーアンテナである。

【0022】

この構成によれば、各々のアンテナ素子の偏波方向を考慮したうえで、サブアレー同士の各々の隙間によるグレーティングローブを抑圧することができる。

【0023】

また、本開示は、前記アンテナ素子同士の間の各々のチョーク構造の放射電力は、前記サブアレー同士の間の各々の隙間の放射電力と比べて等しいオーダーであり、各々の前記二次放射源の放射電力は、各々の前記アンテナ素子の放射電力と比べて低いオーダーであり、前記アンテナ素子同士の間の各々のチョーク構造の放射パターンは、前記サブアレー同士の間の各々の隙間の放射パターンと比べてほぼ等しい形状であることを特徴とするアレーアンテナである。

【0024】

この構成によれば、サブアレー同士の各々の隙間によるグレーティングローブを抑圧するとともに、放射パターンに対する二次放射源の影響を低減することができる。

【0025】

また、本開示は、各々の前記サブアレーの端部にも、各々のチョーク構造が設けられることを特徴とするアレーアンテナである。

【0026】

この構成によれば、サブアレー背面の電気回路への電波漏洩を抑圧することができる。

【0027】

また、本開示は、各々の前記アンテナ素子は、多層基板に形成されるパッチアンテナ素子であり、前記アンテナ素子同士の間の各々のチョーク構造は、前記多層基板内部に形成されることを特徴とするアレーアンテナである。

【0028】

この構成によれば、パッチアンテナ素子が形成される多層基板において、グランド層及び金属ビア壁等を形成することにより、複数のチョーク構造を備えることができる。

【0029】

また、本開示は、各々の前記アンテナ素子の励振位相を設定する各々の移相器をさらに備えることを特徴とするアレーアンテナである。

【0030】

この構成によれば、サブアレー同士の各々の隙間によるグレーティングローブを抑圧するとともに、多素子対１移相器によるグレーティングローブも抑圧することができる。

【0031】

なお、上記各開示の発明は、可能な限り組み合わせることができる。

【発明の効果】

【0032】

このように、本開示は、複数のサブアレーを備えるアレーアンテナにおいて、サブアレー同士の各々の隙間によるグレーティングローブを抑圧することができる。

【図面の簡単な説明】

【0033】

【図1】第１従来技術のアレーアンテナの構成を示す図である。

【図2】第２従来技術のアレーアンテナの構成を示す図である。

【図3】解決課題のアレーアンテナの構成を示す図である。

【図4】解決課題のアレーアンテナの放射パターンを示す図である。

【図5】解決課題のアレーアンテナの放射パターンを示す図である。

【図6】解決課題のグレーティングローブの発生原理を示す図である。

【図7】解決課題のグレーティングローブの発生原理を示す図である。

【図8】第１実施形態のアレーアンテナの構成を示す図である。

【図9】第１実施形態のチョーク構造の構成を示す図である。

【図10】第１実施形態の２次元アレーアンテナの構成を示す図である。

【図11】第１実施形態のアレーアンテナの放射パターンを示す図である。

【図12】第２実施形態のアレーアンテナの構成を示す図である。

【図13】第２実施形態のチョーク構造の構成を示す図である。

【図14】第２実施形態の２次元アレーアンテナの構成を示す図である。

【図15】第２実施形態のアレーアンテナの放射パターンを示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0034】

添付の図面を参照して本開示の実施形態を説明する。以下に説明する実施形態は本開示の実施の例であり、本開示は以下の実施形態に制限されるものではない。

【0035】

（解決課題のグレーティングローブの発生原理）
解決課題のグレーティングローブの発生原理を図６、７に示す。アレーアンテナＡは、複数のアンテナ素子を備えるサブアレーＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４と、各々のアンテナ素子の励振位相を設定する各々の移相器Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４と、を備える。アンテナ素子同士の各々の間隔ｄは、各々のアンテナ素子の励振波長λより狭い。サブアレーＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４同士の各々の隙間δは、ほぼ空いておらず、各々のアンテナ素子の励振波長λの１０^－２又は１０^－１（０．００５以上、０．２以下等）倍のオーダーである。

【0036】

各々のアンテナ素子は、Ｈポート及びＶポートを備える偏波共用パッチである。各々のサブアレーＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４は、垂直方向に４個のアンテナ素子を備え、水平方向に１個のアンテナ素子を備える。この条件下で、シミュレーションを実行した。

【0037】

図６では、アレーアンテナＡは、水平偏波を放射する。すると、サブアレーＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４同士の各々の隙間は、電界を集中させない。よって、これらの隙間同士の各々の間隔Ｄ’は、各々のアンテナ素子の励振波長λより広くなるものの、これらの隙間は、二次放射源とならないことが判明した。そして、アレーアンテナＡは、これらの隙間によるグレーティングローブを発生させない（図４、５の右上欄を参照）。

【0038】

図７では、アレーアンテナＡは、垂直偏波を放射する。すると、サブアレーＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４同士の各々の隙間は、電界を集中させる。よって、これらの隙間は、二次放射源となるとともに、これらの隙間同士の各々の間隔Ｄ’は、各々のアンテナ素子の励振波長λより広くなることが判明した。そして、アレーアンテナＡは、これらの隙間によるグレーティングローブを発生させる（図４、５の右下欄を参照）。

【0039】

サブアレーＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４同士の各々の隙間によるグレーティングローブは、Ｄ’／λｓｉｎθ＝ｎ（±１、±２、±３、・・・）を満たす角度θにおいて発生する。図４の右下欄では、ｄ＝３０．３ｍｍ、Ｄ’＝１２１．２ｍｍ、励振周波数ｆ＝５．３３５ＧＨｚ、λ＝５６ｍｍ、ｎ＝±２において、θ＝±６８．０°となる。

【0040】

（第１実施形態のアレーアンテナの構成）
第１実施形態のアレーアンテナの構成を図８に示す。図８の上段では、解決課題のアレーアンテナの構成を示す。図８の下段では、第１実施形態のアレーアンテナの構成を示す。第１実施形態では、サブアレー同士の各々の隙間を模擬する構造として、複数のチョーク構造をアンテナ素子同士の間に備えることとした。そして、複数のチョーク構造も、二次放射源となるとともに、これらの二次放射源（前述の隙間及びチョーク構造）同士の各々の間隔が、各々のアンテナ素子の励振波長より狭くなるように工夫した。

【0041】

第１実施形態のアレーアンテナＡは、複数のアンテナ素子を備えるサブアレーＳ１、Ｓ２と、各々のアンテナ素子の励振位相を設定する各々の移相器Ｐ１、Ｐ２と、を備える。サブアレーＳ１、Ｓ２は、サブアレーＳ１、Ｓ２同士の各々の隙間とともに二次放射源となる、アンテナ素子同士の間のチョーク構造Ｃ１、Ｃ２を備える。

【0042】

アンテナ素子同士の各々の間隔ｄは、各々のアンテナ素子の励振波長λより狭い。サブアレーＳ１、Ｓ２同士の各々の隙間δは、ほぼ空いておらず、各々のアンテナ素子の励振波長λの１０^－２又は１０^－１（０．００５以上、０．２以下等）倍のオーダーである。各々のアンテナ素子の配列方向に沿った、二次放射源（前述の隙間及びチョーク構造Ｃ１、Ｃ２）同士の各々の間隔ｄは、各々のアンテナ素子の励振波長λより狭い。

【0043】

ここで、アンテナ素子同士の各々の間隔ｄが、各々のアンテナ素子の励振波長λの半分（＝λ／２）より広い場合には、二次放射源同士の各々の間隔は、アンテナ素子同士の各々の間隔ｄと等しいときに、各々のアンテナ素子の励振波長λより狭くなる。しかし、アンテナ素子同士の各々の間隔ｄが、各々のアンテナ素子の励振波長λの半分（＝λ／２）より狭い場合には、二次放射源同士の各々の間隔は、アンテナ素子同士の各々の間隔ｄの２倍（＝２ｄ）と等しくても、各々のアンテナ素子の励振波長λより狭くなる。

【0044】

このように、サブアレー同士の各々の隙間（各々のアンテナ素子の励振波長の１０^－２倍又は１０^－１倍のオーダー）によるグレーティングローブを抑圧することができる。

【0045】

第１実施形態のチョーク構造の構成を図９に示す。各々のアンテナ素子Ｅは、多層基板に形成されるパッチアンテナ素子である。アンテナ素子Ｅ同士の間の各々のチョーク構造Ｃは、多層基板内部に形成される。多層基板は、図９の下側から数えて、グランド層Ｇ、誘電体層Ｄ（金属ビア壁Ｂを形成される）、グランド層Ｇ及び誘電体層Ｄを備える。

【0046】

アンテナ素子Ｅ同士の間の各々のチョーク構造Ｃは、以下の構成を備える：（１）上側の誘電体層Ｄの厚さ方向の往復伝搬経路、（２）上側のグランド層Ｇの切れ目の開口部、（３）下側の誘電体層Ｄの基板面内の往復伝搬経路、（４）往復伝搬経路（３）の周縁をなす、上側及び下側のグランド層Ｇ並びに金属ビア壁Ｂ（下側の誘電体層Ｄに形成される）。

【0047】

各々のアンテナ素子Ｅの放射電力は、大部分が空間中に放射されるが、一部分がアンテナ素子Ｅ同士の間の各々のチョーク構造Ｃに結合したうえで、二次的に空間中に放射される。そして、各々の二次放射源（前述の隙間及びチョーク構造Ｃ）の放射電力は、各々のアンテナ素子Ｅの放射電力と比べて低いオーダー（数十ｄＢの差程度等）である。

【0048】

アンテナ素子Ｅ同士の間の各々のチョーク構造Ｃの放射電力は、サブアレーＳ同士の間の各々の隙間の放射電力と比べて等しいオーダー（数ｄＢの差程度等）である。ここで、チョーク構造Ｃの溝の長さｌは、λ_ｇ／４（λ_ｇは誘電体層Ｄでの伝搬波長）に限られず、チョーク構造Ｃ及び隙間の放射電力が等しいオーダーとなるように設計される。

【0049】

アンテナ素子Ｅ同士の間の各々のチョーク構造Ｃの放射パターンは、サブアレーＳ同士の間の各々の隙間の放射パターンと比べてほぼ等しい形状である。これは、チョーク構造Ｃが多層基板内部に形成されるとともに、隙間が多層基板間に形成されるため、チョーク構造Ｃ及び隙間の配置面内がほぼ同様であるからであると考えられる。

【0050】

このように、サブアレー同士の各々の隙間によるグレーティングローブを抑圧するとともに、放射パターンに対する二次放射源の影響を低減することができる。

【0051】

第１実施形態の１次元アレーアンテナの構成を図８に示す。各々のサブアレーＳ１、Ｓ２は、水平方向に４個のアンテナ素子を備え、垂直方向に１個のアンテナ素子を備え、水平方向に４－１＝３個のチョーク構造Ｃ１、Ｃ２をアンテナ素子間に備える。各々のアンテナ素子の偏波方向（水平方向）に沿った、二次放射源（前述の隙間及びチョーク構造Ｃ１、Ｃ２）同士の各々の間隔ｄは、各々のアンテナ素子の励振波長λより狭い。

【0052】

第１実施形態の２次元アレーアンテナの構成を図１０に示す。図１０では、第１実施形態の２次元アレーアンテナの透視上面図を示す。各々のサブアレーＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４は、水平方向に４個のアンテナ素子を備え、垂直方向に２個のアンテナ素子を備え、水平方向に（４－１）×２＝６個のチョーク構造Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４をアンテナ素子間に備え、垂直方向に（２－１）×４＝４個のチョーク構造Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４をアンテナ素子間に備える。水平方向に並ぶ６個のチョーク構造Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４は、斜線で示した開口部（長辺が垂直方向となる）及び砂地で示したチョーク部を備える。垂直方向に並ぶ４個のチョーク構造Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４は、斜線で示した開口部（長辺が水平方向となる）及び砂地で示したチョーク部を備える。各々のアンテナ素子の偏波方向（水平方向及び垂直方向）に沿った、二次放射源（前述の隙間及びチョーク構造Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４）同士の各々の間隔ｄは、各々のアンテナ素子の励振波長λより狭い。

【0053】

第１実施形態のアレーアンテナの放射パターンを図１１に示す。各々のアンテナ素子は、Ｈポート及びＶポートを備える偏波共用パッチであり、アレーアンテナの放射パターンは、垂直面内の放射パターンである。そして、各々のサブアレーは、垂直方向に４個のアンテナ素子を備え、水平方向に１個のアンテナ素子を備え、垂直方向に３０台を並べる。さらに、「隙間ありかつチョークなし」と「隙間ありかつ素子間にチョークあり」とを比較する。なお、シミュレーション解析では、垂直方向に周期境界を設ける。

【0054】

すると、「隙間ありかつチョークなし」の場合では、アレーアンテナＡは、垂直偏波を放射するときには、垂直面内の放射パターンのグレーティングローブを発生させる。しかし、「隙間ありかつ素子間にチョークあり」の場合では、アレーアンテナＡは、垂直偏波を放射するときにも、垂直面内の放射パターンのグレーティングローブを抑圧できている。

【0055】

このように、各々のアンテナ素子の偏波方向を考慮したうえで、サブアレー同士の各々の隙間によるグレーティングローブを抑圧することができる。そして、パッチアンテナ素子が形成される多層基板において、グランド層及び金属ビア壁等を形成することにより、複数のチョーク構造をサブアレー同士の各々の隙間と同一面内に備えることができる。

【0056】

（第２実施形態のアレーアンテナの構成）
第２実施形態のアレーアンテナの構成を図１２に示す。図１２の上段では、解決課題のアレーアンテナの構成を示す。図１２の下段では、第２実施形態のアレーアンテナの構成を示す。第２実施形態では、第１実施形態に加えて、サブアレー背面の電気回路への電波漏洩を抑圧する構造として、別個のチョーク構造をサブアレー端部に備えることとした。

【0057】

第２実施形態のサブアレーＳ１、Ｓ２は、第１実施形態のサブアレーＳ１、Ｓ２に加えて、サブアレーＳ１、Ｓ２の背面の電気回路（図１２に不図示）への電波漏洩を抑圧する構造として、サブアレーＳ１、Ｓ２の端部のチョーク構造ＣＥを備える。

【0058】

第２実施形態のチョーク構造の構成を図１３に示す。図１３では、第２実施形態のチョーク構造の構成が、第１実施形態のチョーク構造の構成と比べて異なる点を説明する。

【0059】

サブアレーＳの端部の各々のチョーク構造ＣＥは、以下の構成を備える：（１）下側の誘電体層Ｄの基板面内の往復伝搬経路、（２）往復伝搬経路（１）の周縁をなす、上側及び下側のグランド層Ｇ並びに金属ビア壁Ｂ（下側の誘電体層Ｄに形成される）。

【0060】

各々のアンテナ素子Ｅの放射電力は、大部分が空間中に放射されるが、一部分がサブアレーＳの端部の各々のチョーク構造ＣＥに結合したうえで、二次的に空間中に放射される。そして、各々の二次放射源（前述の隙間及びチョーク構造Ｃ）の放射電力は、各々のアンテナ素子Ｅの放射電力と比べて低いオーダー（数十ｄＢの差程度等）である。

【0061】

ここで、チョーク構造ＣＥの溝の長さｌ’は、ほぼλ_ｇ／４（λ_ｇは誘電体層Ｄでの伝搬波長）であり、サブアレーＳの背面の電気回路（図１３に不図示）への電波漏洩を抑圧するように設計される。よって、第２実施形態のサブアレーＳ同士の間の各々の隙間の放射電力は、第１実施形態のサブアレーＳ同士の間の各々の隙間の放射電力と比べて、サブアレーＳの端部の各々のチョーク構造ＣＥにより、高くなることに留意する必要がある。

【0062】

第２実施形態の１次元アレーアンテナの構成を図１２に示す。第２実施形態では、第１実施形態に加えて、各々のサブアレーＳ１、Ｓ２は、水平方向に２個のチョーク構造ＣＥを各々のサブアレーの端部に備える。各々のアンテナ素子の偏波方向（水平方向）に沿った、二次放射源（前述のチョーク構造ＣＥを形成された隙間及びチョーク構造Ｃ１、Ｃ２）同士の各々の間隔ｄは、各々のアンテナ素子の励振波長λより狭い。

【0063】

第２実施形態の２次元アレーアンテナの構成を図１４に示す。図１４では、第２実施形態の２次元アレーアンテナの透視上面図を示す。第２実施形態では、第１実施形態に加えて、各々のサブアレーＳ１～Ｓ４は、水平方向に２×２＝４個のチョーク構造ＣＥを各々のサブアレーの端部に備え、垂直方向に２×４＝８個のチョーク構造ＣＥを各々のサブアレーの端部に備える。水平方向に並ぶ４個のチョーク構造ＣＥは、砂地で示したチョーク部及び基板側面にある開口部（図１４では図示されない）を備える。垂直方向に並ぶ８個のチョーク構造ＣＥも、砂地で示したチョーク部及び基板側面にある開口部（図１４では図示されない）を備える。各々のアンテナ素子の偏波方向（水平方向及び垂直方向）に沿った、二次放射源（前述のチョーク構造ＣＥを形成された隙間及びチョーク構造Ｃ１～Ｃ４）同士の各々の間隔ｄは、各々のアンテナ素子の励振波長λより狭い。

【0064】

第２実施形態のアレーアンテナの放射パターンを図１５に示す。各々のアンテナ素子は、Ｈポート及びＶポートを備える偏波共用パッチであり、アレーアンテナの放射パターンは、垂直面内の放射パターンである。そして、各々のサブアレーは、垂直方向に４個のアンテナ素子を備え、水平方向に１個のアンテナ素子を備え、垂直方向に３０台を並べる。さらに、「隙間ありかつチョークなし」と「隙間ありかつ端部のみチョークあり（素子間はチョークなし）」と「隙間ありかつ素子間もチョークあり（端部もチョークあり）」とを比較する。なお、シミュレーション解析では、垂直方向に周期境界を設ける。

【0065】

すると、「隙間ありかつチョークなし」の場合では、アレーアンテナＡは、垂直偏波を放射するときには、垂直面内の放射パターンのグレーティングローブを発生させる。そして、「隙間ありかつ端部のみチョークあり」の場合では、アレーアンテナＡは、垂直偏波を放射するときには、垂直面内の放射パターンのグレーティングローブを増大させる。しかし、「隙間ありかつ素子間もチョークあり」の場合では、アレーアンテナＡは、垂直偏波を放射するときにも、垂直面内の放射パターンのグレーティングローブを抑圧できている。

【0066】

（変形例のアレーアンテナの構成）
第２実施形態では、アレーアンテナＡは、アンテナ素子Ｅ同士の間の各々のチョーク構造Ｃと、サブアレーＳの端部の各々のチョーク構造ＣＥと、を備えている（図１２～１４を参照）。変形例として、アレーアンテナＡは、サブアレーＳの端部の各々のチョーク構造ＣＥのみを備えてもよい（図１２～１４からチョーク構造Ｃのみ削除）。

【0067】

第１、２実施形態では、アレーアンテナは、各々のアンテナ素子の励振位相を設定する各々の移相器を備えている（図８、１２を参照）。よって、サブアレー同士の各々の隙間によるグレーティングローブを抑圧するとともに、アレーアンテナが正面方向以外に放射するときにも、多素子対１移相器によるグレーティングローブも抑圧することができる。

【0068】

変形例として、アレーアンテナは、各々のサブアレーの励振位相を設定する各々の移相器を備えてもよい（図２を参照）。よって、サブアレー同士の各々の隙間によるグレーティングローブを抑圧するとともに、アレーアンテナが正面方向のみに放射するときには、多素子対１移相器によるグレーティングローブを考慮する必要がない。

【0069】

第１、２実施形態では、各々のアンテナ素子Ｅは、多層基板に形成されるパッチアンテナ素子である。アンテナ素子Ｅ同士の間の各々のチョーク構造Ｃは、多層基板内部に形成されている。変形例として、各々のアンテナ素子Ｅは、ヘリカルアンテナ素子、ダイポールアンテナ素子、モノポールアンテナ素子又はスロットアンテナ素子等でもよい。アンテナ素子Ｅ同士の間の各々のチョーク構造Ｃは、多層基板を用いず形成されてもよい。

【産業上の利用可能性】

【0070】

本開示のアレーアンテナは、サブアレー同士の各々の隙間がほぼ空いていない場合において、気象レーダ等のアンテナを含む様々な用途のアンテナに適用することができる。

【符号の説明】

【0071】

Ａ：アレーアンテナ
Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ：サブアレー
Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４、Ｐ：移相器
Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ：チョーク構造
ＣＥ：チョーク構造
Ｅ：アンテナ素子
Ｄ：誘電体層
Ｇ：グランド層
Ｂ：金属ビア壁

【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】