JP5918874B1 - アレイアンテナ - Google Patents

Abstract

【課題】複数のパスを有しつつ、給電回路を簡易な構成にできるアレイアンテナを提供する。【解決手段】アレイアンテナ１は、水平方向と垂直方向とのそれぞれにおいて偶数となるようにマトリクス状に配列された複数の放射素子１０をそれぞれ有するグループＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄを、備え、グループＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄのそれぞれは、互いに異なる系統の信号が給電され、グループＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ間で重複することなく、グループＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄのそれぞれの複数の放射素子１０は、隣接する放射素子１０対において、信号が給電される給電位相が同じか、水平方向と垂直方向とのいずれか一方又は両方において給電位相が逆か、に設定されている。【選択図】図２

Description

本発明は、アレイアンテナに関する。

ＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）通信技術では、複数のアンテナを用いることにより形成される送受信間の複数のパスを用いて通信が行われる。

特許文献１には、複数のアンテナと、前記複数のアンテナにそれぞれ対応して設けられ、信号の振幅を調整する振幅調整手段と、前記複数のアンテナにそれぞれ接続され、信号の位相を調整する移相調整手段と、前記振幅調整手段および前記移相調整手段を制御し、前記複数のアンテナから送信される送信信号の振幅および位相を調整して、前記送信信号の相関係数を制御する制御手段と、を備える無線通信装置が記載されている。

特開２０１３−９３６５８号公報

ところで、複数のアンテナを用いる場合、アンテナの設置場所の確保が必要となる。このため、電波（ビーム）を複数の方向に放射できるマルチビームアンテナが求められている。マルチビームアンテナは、複数の放射素子を備えたアレイアンテナである。そして、マルチビームアンテナでは、複数の放射素子を複数のグループに分け、グループごとに異なる系統の信号を給電するとともに、系統ごとに信号に移相差を設けている。このため、移相差を設定する複雑な給電回路が必要とされていた。
本発明の目的は、複数のパスを有しつつ、給電回路を簡易な構成にできるアレイアンテナを提供することにある。

かかる目的のもと、本発明が適用されるアレイアンテナは、第１の方向と第１の方向に交差する第２の方向とのそれぞれにおいて偶数となるようにマトリクス状に配列された複数の放射素子をそれぞれ有する複数のグループを、備え、複数のグループを構成する各グループは、互いに異なる系統の信号が給電され、各グループ間で重複することなく、各グループの複数の放射素子は、隣接する放射素子対において、信号が給電される給電方向が同じか、第１の方向と第２の方向とのいずれか一方又は両方において給電方向が互いに逆か、に設定されていることを特徴とする。
このようなアレイアンテナにおいて、各グループの複数の放射素子において、給電方向が互いに逆に設定される放射素子対は、一方の放射素子が他方の放射素子に対して放射する電波の位相を１８０°変えるように配置されることを特徴とすることができる。

また、各グループの複数の放射素子は、２つ以上のグループ間で交互に配置されることを特徴とすることができる。
これにより、交互に配置しない場合に比べ、アレイアンテナを小さくできる。

そして、各グループの少なくとも一つのグループにおける複数の放射素子は、偏波共用であって、偏波によって互いに異なる系統の信号が給電されることを特徴とする。
これにより、偏波共用のアレイアンテナにできる。

さらに、このようなアレイアンテナにおいて、各グループの複数の放射素子に給電する給電回路と、各グループの複数の放射素子の電波を放射する側と反対側に設けられ、各グループの複数の放射素子及び給電回路を収容する筐体と、各グループの複数の放射素子の電波を放射する側に設けられ、筐体と組み合わされて、各グループの複数の放射素子及び給電回路を保護するカバーとをさらに備えることを特徴とすることができる。

本発明によれば、複数のパスを有しつつ、給電回路を簡易な構成にできるアレイアンテナが提供できる。

第１の実施の形態におけるアレイアンテナの一例を説明する図である。 アレイアンテナの複数の放射素子を４つのグループに分けて配置した図である。 隣接させた２個の放射素子の給電位相と電波（ビーム）の放射方向との関係を説明する図である。（ａ）は、給電位相が同相（０°）の場合、（ｂ）は給電位相が逆相（０°と１８０°）の場合である。 図２に示したアレイアンテナにおけるメインローブの放射方向を示す図である。 ペアの放射素子に位相差を設けて給電する場合の給電回路を説明する図である。（ａ）はハイブリッド回路を用いて位相差を設ける場合の概念図、（ｂ）は遅延線（ディレイライン）を用いて位相差を設ける場合の図、（ｃ）はペアの放射素子の給電方向を逆にした場合の図である。 放射素子の一例としてのダイポールアンテナの平面図である。（ａ）は一方の面の平面図、（ｂ）は他方の面の平面図である。 ８ペアの放射素子において、ペア間で異なる位相の信号を給電する場合に、ハイブリッド回路を用いて位相差を設ける場合の図である。 ８ペアの放射素子において、ペア間で異なる位相の信号を給電する場合に、遅延線（ディレイライン）を用いて位相差を設ける場合の図である。 ８ペアの放射素子において、ペア間で放射素子の給電方向を逆にした場合の給電回路を説明する図である。 第２の実施の形態におけるアレイアンテナの一例である。 垂直方向０°における水平方向（水平面内）の電波の利得［ｄＢ］を示す図である。（ａ）は、電波の方向を説明する図、（ｂ）は垂直偏波、（ｃ）は水平偏波である。 垂直方向１９°に傾いた面内における電波の利得［ｄＢ］を示す図である。（ａ）は、電波の方向を説明する図、（ｂ）は垂直偏波、（ｃ）は水平偏波である。 水平方向０°における垂直方向（垂直面内）の電波の利得［ｄＢ］を示す図である。（ａ）は、電波の方向を説明する図、（ｂ）は垂直偏波、（ｃ）は水平偏波である。 水平方向１９°に傾いた面内における電波の利得［ｄＢ］を示す図である。（ａ）は、電波の方向を説明する図、（ｂ）は垂直偏波、（ｃ）は水平偏波である。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
［第１の実施の形態］
図１は、第１の実施の形態におけるアレイアンテナ１の一例を説明する図である。
アレイアンテナ１は、複数の放射素子１０と、給電回路２０と、筐体３０と、カバー４０とを備えている。
ここでは、複数の放射素子１０のそれぞれは、一例としてダイポールアンテナである。そして、放射素子１０は、一例として、水平方向に８個、垂直方向に８個の計６４個が並べられている。なお、アレイアンテナ１に沿った方向を、第１の方向の一例としての水平方向及び第２の方向の一例としての垂直方向とし、アレイアンテナ１に垂直な方向を、放射方向とする。
なお、これらの放射素子１０は、後述するように４つのグループに分けられている。そして、各グループの放射素子１０が、水平方向及び垂直方向に交互に並んでいる。よって、グループごとの放射素子１０は、水平方向及び垂直方向において、間隔Ｐで配列されている。
この場合、水平方向の第１の方向と垂直方向の第２の方向とは直交することになるが、第１の方向と第２の方向とが直交せず、交差していてもよい。以下では、第１の方向を水平方向とし、第２の方向を垂直方向として説明する。

それぞれの放射素子１０は、２個の放射用の導体（後述する図６における導体１２Ａ、１２Ｂ参照）が、水平方向に並んでいる。よって、これらの放射素子１０は、水平偏波を送受信する。つまり、アレイアンテナ１は、水平偏波を送受信する単偏波のアレイアンテナである。
なお、それぞれの放射素子１０の２個の放射用の導体が、垂直方向に並んでいてもよい。この場合は、これらの放射素子１０は、垂直偏波を送受信する。つまり、アレイアンテナ１は、垂直偏波を送受信する単偏波のアレイアンテナとなる。

給電回路２０は、例えば、誘電体基板の両面に導体膜（金属箔）が設けられたＰＣＢ（Printed Circuit Board）を用いて形成される。このとき、一方の面の導体膜は、基準電位（接地電位）が供給される基準導体として残され、他方の面の導体膜は、信号導体が形成される。そして、誘電体基板を挟んで設けられた基準導体と信号導体とで、マイクロストリップラインを構成する。
このとき、基準導体は、反射板としても働く。
なお、アレイアンテナ１は、給電回路２０の裏面（放射方向と反対側）に金属材料で形成された反射板を備えてもよい。

筐体３０は、放射方向と反対側に設けられ、複数の放射素子１０と給電回路２０とを収容する。筐体３０は、例えば、鉄、ＳＵＳ、アルミニウム、銅などの金属材料、樹脂材料又はＦＲＰ（Fiber Reinforced Plastics）等で形成されている。
カバー４０は、放射方向の側に設けられ、筐体３０と組み合わされて、複数の放射素子１０及び給電回路２０を保護する。カバー４０は、例えば、樹脂材料やＦＲＰ等の電波を透過し易い低誘電率で低誘電損失の材料で形成されている。

図２は、アレイアンテナ１の複数の放射素子１０を４つのグループに分けて配置した図である。ここでは、４つのグループをＡグループ、Ｂグループ、Ｃグループ、Ｄグループと表記する。なお、４つのグループをＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄと表記することがある。そして、グループごとに異なる信号が送信される。すなわち、アレイアンテナ１には、４系統の異なる信号が送信され、４つの異なる信号の電波が放射される。
そして、図２では、それぞれの放射素子１０の給電位相を“＋”と“−”とで示している。“＋”は給電位相が０°、“−”は給電位相が１８０°である。つまり、同じグループに属する放射素子１０でも、給電位相が異なる信号が給電される。同じ給電位相の場合を同相、１８０°異なる給電位相の場合を逆相と表記する。

図２では、アレイアンテナ１の複数の放射素子１０の配列を、行（Ｒ）と列（Ｃ）とで区別する。すなわち、水平方向の放射素子１０の配列を行（Ｒ）とし、垂直方向において、上から行Ｒ１、行Ｒ２、…、行Ｒ８と表記する。また、垂直方向の放射素子１０の配列を列（Ｃ）とし、水平方向において、左から列Ｃ１、列Ｃ２、…、列Ｃ８と表記する。
そして、行Ｒ１の列Ｃ１（Ｒ１Ｃ１の位置）に配置された放射素子１０をＲ１Ｃ１の放射素子１０と表記する。

図２に破線で囲んで示すように、行（Ｒ）方向に４個（行Ｒ１〜行Ｒ４）、列（Ｃ）方向に４個（列Ｃ１〜列Ｃ４）が基本単位となっている。すなわち、１６個の放射素子１０が基本単位となり、水平方向、垂直方向及び斜め４５°方向に繰り返されている。
以下では、この基本単位において、グループＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄを説明する。

グループＡの放射素子１０は、Ｒ１Ｃ１、Ｒ１Ｃ３、Ｒ３Ｃ１、Ｒ３Ｃ３に４個配列されている。すなわち、水平方向及び垂直方向に一つ置きに配置されている。つまり、グループＡの放射素子１０は、水平方向及び垂直方向にそれぞれ対（ペア）となっている。そして、グループＡの放射素子１０の給電位相は、すべて０°（同相）である。

グループＢの放射素子１０は、Ｒ２Ｃ１、Ｒ２Ｃ３、Ｒ４Ｃ１、Ｒ４Ｃ３に４個配列されている。すなわち、水平方向及び垂直方向に一つ置きに配置されている。つまり、グループＢの放射素子１０は、水平方向及び垂直方向にそれぞれ対となっている。そして、グループＢの放射素子１０の給電位相は、Ｒ２Ｃ１、Ｒ２Ｃ３が０°であって、Ｒ４Ｃ１、Ｒ４Ｃ３が１８０°である。すなわち、垂直方向に隣接する対となる放射素子１０間（放射素子対）で給電位相が逆相になっている。

グループＣの放射素子１０は、Ｒ１Ｃ２、Ｒ１Ｃ４、Ｒ３Ｃ２、Ｒ３Ｃ４に４個配列されている。すなわち、水平方向及び垂直方向に一つ置きに配置されている。つまり、グループＢの放射素子１０は、水平方向及び垂直方向にそれぞれ対となっている。そして、グループＣの放射素子１０の給電位相は、Ｒ１Ｃ２、Ｒ３Ｃ２が０°であって、Ｒ１Ｃ４、Ｒ３Ｃ４が１８０°である。すなわち、水平方向に隣接する対となる放射素子１０間（隣接する放射素子対）で給電位相が逆相になっている。

グループＤの放射素子１０は、Ｒ２Ｃ２、Ｒ２Ｃ４、Ｒ４Ｃ２、Ｒ４Ｃ４に４個配列されている。すなわち、水平方向及び垂直方向に一つ置きに配置されている。つまり、グループＢの放射素子１０は、水平方向及び垂直方向にそれぞれ対となっている。そして、グループＤの放射素子１０の給電位相は、Ｒ２Ｃ２、Ｒ４Ｃ４が０°であって、Ｒ２Ｃ４、Ｒ４Ｃ２が１８０°である。すなわち、水平方向及び垂直方向に隣接する対となる放射素子１０間（隣接する放射素子対）で給電位相が逆相になっている。

以上説明したように、アレイアンテナ１では、グループＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄは、互いに重複することなく、隣接する放射素子対において、給電方向が同じか、水平方向又は垂直方向のいずれか一方又は両方において給電方向が互いに逆かに設定されている。そして、グループＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄを構成する放射素子１０が交互に入れ込んで配置されている。これにより、アレイアンテナ１の大きさが小さくなっている。

図３は、隣接する２個の放射素子１０の給電位相と電波（ビーム）の放射方向との関係を説明する図である。図３（ａ）は、給電位相が同相（０°）の場合、図３（ｂ）は給電位相が逆相（０°と１８０°）の場合である。
図３（ａ）に示すように、給電位相が同相（０°）の場合、電波（ビーム）のメインローブ２は、放射方向に沿って放射される。
一方、給電位相が逆相（０°と１８０°）の場合、図３（ｂ）に示すメインローブ２Ａ、２Ｂのように、２個の放射素子１０が並んだ方向に二つに分かれて、それぞれが放射方向に対して斜めに放射される。なお、メインローブ２Ａ、２Ｂをそれぞれ区別しないときは、メインローブ２と表記する。

よって、アレイアンテナ１において、給電位相が同相（０°）である放射素子１０のグループ（図２では、グループＡ）と、給電位相が逆相（０°と１８０°）である放射素子１０のグループ（図２では、グループＢ、Ｃ、Ｄ）とを混在させ、グループごとに異なる系統で信号を給電すると、異なる方向に異なる信号の電波（ビーム）を放射させることができる。すなわち、マルチビームアンテナとなる。

図４は、図２に示したアレイアンテナ１におけるメインローブ２の方向を示す図である。図４は、アレイアンテナ１を放射方向から見た図である。グループＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄの放射素子１０から放射されるメインローブ２の放射される方向を、それぞれＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄの符号を付して示している。なお、アレイアンテナ１を放射方向から見ているので、グループＢ、Ｃ、Ｄのメインローブ２は、水平方向、垂直方向、及び、水平方向と垂直方向とに対して±４５°方向に放射されたように見えるが、放射方向に対して斜めに放射されている。

グループＡの放射素子１０は、給電位相が同相であるので、メインローブ２は、放射方向に沿って放射される。
グループＢの放射素子１０は、給電位相が垂直方向で逆相であるので、メインローブ２は、垂直方向に二つに分かれて放射方向に対して斜めに放射される。
グループＣの放射素子１０は、給電位相が水平方向で逆相であるので、メインローブ２は、水平方向に二つに分かれて放射方向に対して斜めに放射される。
グループＤの放射素子１０は、給電位相が水平方向及び垂直方向で逆相であるので、メインローブ２は、水平方向及び垂直方向に対して±４５°方向に四つに分かれて、放射方向に対して斜めに放射される。

アレイアンテナ１において、複数の放射素子１０に同相で給電する場合、放射素子１０を同じ向きでアレイ状に並べ、給電回路２０により、信号をそれぞれの放射素子１０に分配して給電すればよい。すなわち、給電回路２０は、分配器として機能させればよい。
次に、ペアの放射素子１０に給電位相を逆相で給電する場合の給電回路２０を説明する。

図５は、ペアの放射素子１０Ａ、１０Ｂに位相差を設けて給電する場合の給電回路２０を説明する図である。図５（ａ）はハイブリッド回路を用いて位相差を設ける場合の概念図、図５（ｂ）は遅延線（ディレイライン）２２を用いて位相差を設ける場合の図、図５（ｃ）はペアの放射素子１０Ａ、１０Ｂの給電方向を逆にした場合の図である。ここでは、放射素子１０Ａ、１０Ｂの給電方向を矢印で示している。
二つの放射素子１０Ａ、１０Ｂにおいて給電方向が同じとは、同じ信号を給電すると、同じ位相の電波が給電される場合をいい、給電方向が異なるとは、同じ信号を給電すると、異なる位相の電波が給電される場合をいう。

図５（ａ）に示すように、ペアの放射素子１０Ａ、１０Ｂに位相差を設けて給電する場合、例えば、ハイブリッド回路（図５（ａ）ではＨＹＢと表記する。）２１を用いる。ハイブリッド回路２１は、高周波回路において位相差を設ける回路である。ここでは、ペアの放射素子１０Ａ、１０Ｂは、給電方向が同じ向きに配置されている。
１８０°の位相差を発生させるためのハイブリッド回路としては、ラットレース回路などが知られている。

図５（ｂ）は、１８０°の位相差を発生させる方法の一つとして遅延線２２を用いた場合を示している。ここでも、ペアの放射素子１０Ａ、１０Ｂは、給電方向が同じ向きに配置されている。
位相差を１８０°とする場合、左側に配置した放射素子１０Ａに対して、右側に配置した放射素子１０Ｂに給電される信号の移相を１８０°遅らせることが必要となる。よって、右側の放射素子１０Ｂに給電する経路に遅延線２２を設け、位相を遅らせている。遅延線２２の長さは、放射素子１０Ａに入力される信号と放射素子１０Ｂに入力される信号との位相差が１８０°となるように設定されている。すなわち、遅延線２２の長さは、給電回路２０上での信号を波長λとすると、信号伝搬時間がλ／２となるように設定されている。

しかし、ペアの放射素子１０Ａ、１０Ｂにおいて１８０°の位相差を設ける場合、図５（ｃ）に示すように、給電方向を逆にすればよい。このようにすることで、ハイブリッド回路２１や遅延線２２を用いなくとも、放射素子１０Ａと放射素子１０Ｂとで、１８０°の位相差とできる。すなわち、給電回路２０は、複数の放射素子１０に同相で信号を給電する場合と同様に、簡易な構成にできる。

次に、放射素子１０の一例として、ダイポールアンテナで、給電方向を逆にすることを説明する。
図６は、放射素子１０の一例としてのダイポールアンテナの平面図である。図６（ａ）は一方の面の平面図、図６（ｂ）は他方の面の平面図である。
放射素子１０の一例であるダイポールアンテナは、例えば、誘電体基板１１の両面に導体膜（金属箔）が設けられたＰＣＢを用いて形成される。
そして、一方の面の導体膜は、２個の放射用の導体１２Ａ、１２Ｂと、２個の放射用の導体１２Ａ、１２Ｂが対向する部分からそれぞれ延びた２個の導体１２Ｃ、１２Ｄと、２個の導体１２Ｃ、１２Ｄを接続する導体１２Ｅに加工されている。なお、２個の導体１２Ｃ、１２Ｄは、放射用の導体１２Ａ、１２Ｂと反対側において、導体１２Ｅで接続されている。導体１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄ、１２Ｅを区別しないときは、導体１２と表記する。

また、他方の面の導体膜は、Ｕ字状に曲げられた導体１３に加工されている。導体１３は、Ｕ字状の部分が、一方の面の２個の導体１２Ｃ、１２Ｄと重なるように配置されている。
そして、放射素子１０は、導体１２と導体１３とで構成されたマイクロストリップラインで給電されることで、電波（ビーム）を放射する。

さて、図６（ｂ）に示すように、導体１３は、Ｕ字状であって、左右非対称である。よって、放射素子１０の一例であるダイポールアンテナは、図６（ａ）の向きで給電した場合と、図６（ｂ）の向きで給電した場合とで、放射する電波の位相が１８０°異なることになる。このように、非対称性を有する放射素子１０では、向きを反転して（裏返して）配置することで、放射する電波の位相を１８０°変えることができる。ここでは、向きを反転して（裏返して）配置することを、放射素子１０の給電方向を反転すると表記する。そして、ペアの放射素子１０Ａ、１０Ｂにおいて一方の放射素子１０Ａの給電方向が他方の放射素子１０Ｂに対して反転している場合、ペアの放射素子１０Ａ、１０Ｂの給電方向が逆であると表記する。
なお、放射素子１０の向きを反転した場合、誘電体基板１１に対する導体１２と導体１３の位置を逆方向としてもよい。このようにすることで、給電回路２０をさらに簡易な構成とすることができる。

次に、アレイアンテナ１の複数の放射素子１０に信号を給電する給電回路２０を説明する。
図７は、８ペアの放射素子１０において、ペア間で異なる位相の信号を給電する場合に、ハイブリッド回路２１を用いて位相差を設ける場合を説明する図である。これは、図２のグループＣに含まれる放射素子１０を例として示している。給電位相は、列Ｃ２と列Ｃ６とに含まれる放射素子１０が０°、列Ｃ４と列Ｃ８に含まれる放射素子１０が１８０°である。
ここでは、放射素子１０の給電方向（矢印の向き）を同じに配列すると、図５（ａ）で説明したように、位相差を設定するためのハイブリッド回路２１が必要となる。
すると、図７に示すように、信号入力と放射素子１０との間に、ハイブリッド回路２１を設けなければならない。このため、給電回路２０が大きくなってしまう。しかも、放射素子１０間の間隔Ｐ（図１参照）は、電波の特性によって設定されるため、放射素子１０間の間隔Ｐを任意に広げることは難しい。このため、給電回路２０は、複数のＰＣＢで構成するなど、複雑になってしまう。
また、他のグループ（グループＡ、Ｂ、Ｄ）の放射素子１０にもハイブリッド回路２１が必要となるため、給電回路２０がさらに複雑になってしまう。

図８は、８ペアの放射素子１０において、ペア間で異なる位相の信号を給電する場合に、遅延線（ディレイライン）２２を用いて位相差を設ける場合の図である。
放射素子１０の給電方向（矢印の向き）を同じとすると、図５（ｂ）で説明したように、位相を遅らせるための遅延線２２を設けている。
すると、図８に示すように、信号入力と放射素子１０との間に、遅延線２２を設けなければならない。ＰＣＢ上の導体の幅は、必要とされるインピーダンスで設定される。また、導体の間隔を狭めると、導体間のカップリングが強くなる。よって、遅延線２２を設けるためにＰＣＢ上の導体の幅や間隔を小さく設定することが難しいため、導体を配置する空間が必要となる。しかも、放射素子１０間の間隔Ｐ（図１参照）は、電波の特性によって設定されるため、放射素子１０間の間隔Ｐを任意に広げることは難しい。このため、給電回路２０は、複数のＰＣＢで構成するなど、複雑になってしまう。
また、他のグループ（グループＡ、Ｂ、Ｄ）の放射素子１０に給電するための導体及び遅延線２２が必要となるため、給電回路２０がさらに複雑になってしまう。

図９は、８ペアの放射素子１０において、ペア間で放射素子１０の給電方向を逆にした場合の給電回路２０を説明する図である。
放射素子１０の給電方向をペア間で逆にしているため、ハイブリッド回路２１や遅延線２２を用いる必要がない。よって、給電回路２０が複雑になることが抑制される。
また、図９は、図２のグループＣを示している。そして、図９に示すように左側に給電線を集線して信号入力に接続している。逆に、グループＡについては、給電線を右側に集線して信号入力に接続できる。このとき、それぞれの放射素子１０に接続される給電線が交差することがない。すなわち、グループＡの放射素子１０に接続される給電線とグループＣの放射素子１０に接続される給電線とが、一枚のＰＣＢで構成できる。
同様に、グループＢの放射素子１０に接続される給電線とグループＤの放射素子１０に接続される給電線とが、他の一枚のＰＣＢに構成できる。
よって、給電回路２０は多くても２枚のＰＣＢで構成できる。

［第２の実施の形態］
第１の実施の形態におけるアレイアンテナ１は、単一偏波であった。第２の実施の形態におけるアレイアンテナ１は、それぞれの放射素子１０を偏波共用とした。
図１０は、第２の実施の形態におけるアレイアンテナ１の一例である。
それぞれの放射素子１０が、偏波共用であることを除いて、第１の実施の形態と同様であるので、同じ符号を付して、説明を省略する。
放射素子１０が一例としてダイポールアンテナである場合、第１の実施の形態における図６において説明したダイポールアンテナを２個組み合わせて、クロスダイポールとすればよい。
このようにすると、第１の実施の形態では４系統の信号を扱ったが、第２の実施の形態では８系統の信号が扱えるようになる。
この場合も、給電回路２０は多くとも２枚のＰＣＢで構成できる。
なお、アレイアンテナ１の全ての放射素子１０を偏波共用にすることなく、グループＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄの一つ又は複数における放射素子１０を偏波共用にしてもよい。

以下では、アレイアンテナ１の放射方向に対する利得についての実施例を説明する。ここでは、周波数を５．２５ＧＨｚとし、自由空間での波長λに対して、放射素子１０間の間隔Ｐを１．５３λとした。
放射素子１０間の間隔Ｐが１λ以上になると、メインローブ２に加えてグレーティングローブが出現する。この場合、メインローブ２に加え、グレーティングローブがパスとして利用できる。なお、グレーティングローブを利用しない場合は、放射素子１０間の間隔Ｐを１λ未満にすればよい。
以下では、アレイアンテナ１に垂直な方向（放射方向）を０°とし、水平方向及び垂直方向の傾き角を角度［°］として表記している。なお、水平方向３０°などと表記する。

図１１は、垂直方向０°における水平方向（水平面内）の利得［ｄＢ］を示す図である。図１１（ａ）は、電波の方向を説明する図、図１１（ｂ）は垂直偏波における角度毎の利得を示し、図１１（ｃ）は水平偏波における角度毎の利得を示す。
図１１（ａ）に示すように、アレイアンテナ１の垂直方向０°において、水平方向（水平面内）の利得をシミュレーションによって求めた。
図４で説明したように、アレイアンテナ１に垂直な方向（放射方向）（垂直方向０°、水平方向０°）には、グループＡの放射素子１０からの電波が強く出る。図１１（ｂ）、（ｃ）に示すように、垂直偏波及び水平偏波とも、アレイアンテナ１に垂直な方向（放射方向）には、グループＡの放射素子１０からの電波が強く出ている。また、水平方向４０°には、グレーティングローブが表れている。

そして、図４で説明したように、アレイアンテナ１に垂直な方向（放射方向）から水平方向に傾いた方向には、グループＣの放射素子１０からの電波が強く出る。図１１（ｂ）、（ｃ）に示すように、垂直偏波及び水平偏波とも、アレイアンテナ１に垂直な方向（放射方向）に対して水平方向２０°には、グループＣの放射素子１０からの電波が強く出ている。
このグループＣの放射素子１０からの電波は、グループＡの放射素子１０からの電波が弱い角度の範囲（ヌル）に表れている。また、グループＢ、Ｄからの電波は、図１１（ａ）に示すように、垂直方向においてヌルの位置にあたるため、図中には記載されていない。
すなわち、グループＡの放射素子１０からの電波とグループＢ、Ｃ、Ｄの放射素子１０からの電波とは、相関が低い。

図１２は、垂直方向１９°に傾いた面内における利得［ｄＢ］を示す図である。図１２（ａ）は、電波の方向を説明する図、図１２（ｂ）は垂直偏波における角度毎の利得を示し、図１２（ｃ）は水平偏波における角度毎の利得を示す。
図１２（ａ）に示すように、アレイアンテナ１に垂直な方向から、垂直方向１９°に傾いた面内における水平方向の利得をシミュレーションによって求めた。
図４で説明したように、アレイアンテナ１に垂直な方向（放射方向）から垂直方向に傾いた方向には、グループＢの放射素子１０からの電波が強く出る。図１２（ｂ）、（ｃ）に示すように、垂直偏波及び水平偏波とも、アレイアンテナ１に垂直な方向（放射方向）から、垂直方向１９°傾いた方向に、グループＢの放射素子１０からの電波が強く出ている。また、水平方向４０°には、グレーティングローブが表れている。

そして、図４で説明したように、アレイアンテナ１に垂直な方向（放射方向）から水平方向及び垂直方向のいずれに対しても４５°方向には、グループＤの放射素子１０からの電波が強く出る。図１２（ｂ）、（ｃ）に示すように、垂直偏波及び水平偏波とも、アレイアンテナ１に垂直な方向（放射方向）から、垂直方向１９°傾き、さらに水平方向±１９°傾いた方向には、グループＤの放射素子１０からの電波が強く出ている。
このグループＤの放射素子１０からの電波は、グループＢの放射素子１０からの電波が弱い角度の範囲（ヌル）に表れている。また、グループＡ、Ｃからの電波は、図１２（ａ）に示すように、垂直方向においてヌルの位置にあたるため、図中には記載されていない。
すなわち、グループＢの放射素子１０からの電波とグループＡ、Ｃ、Ｄの放射素子１０からの電波とは、相関が低い。

図１３は、水平方向０°における垂直方向（垂直面内）の利得［ｄＢ］を示す図である。図１３（ａ）は、電波の方向を説明する図、図１３（ｂ）は垂直偏波における角度毎の利得を示し、図１３（ｃ）は水平偏波における角度毎の利得を示す。
図１３（ａ）に示すように、アレイアンテナ１の水平方向０°において、垂直方向（垂直面内）の電波の利得をシミュレーションによって求めた。
図４で説明したように、アレイアンテナ１に垂直な方向（放射方向）には、グループＡの放射素子１０からの電波が強く出る。図１３（ｂ）、（ｃ）に示すように、垂直偏波及び水平偏波とも、アレイアンテナ１に垂直な方向（放射方向）には、グループＡの放射素子１０からの電波が強く出ている。また、水平方向４０°には、グレーティングローブが表れている。

そして、図４で説明したように、アレイアンテナ１に垂直な方向（放射方向）から垂直方向に傾いた方向には、グループＢの放射素子１０からの電波が強く出る。図１３（ｂ）、（ｃ）に示すように、垂直偏波及び水平偏波とも、アレイアンテナ１に垂直な方向（放射方向）に対して垂直方向２０°には、グループＢの放射素子１０からの電波が強く出ている。
このグループＢの放射素子１０からの電波は、グループＡの放射素子１０からの電波が弱い角度の範囲（ヌル）に表れている。また、グループＣ、Ｄからの電波は、図１３（ａ）に示すように、水平方向においてヌルの位置にあたるため、図中には記載されていない。
すなわち、グループＡの放射素子１０からの電波とグループＢ、Ｃ、Ｄの放射素子１０からの電波とは、相関が低い。

図１４は、水平方向１９°に傾いた面内における利得［ｄＢ］を示す図である。図１４（ａ）は、電波の方向を説明する図、図１４（ｂ）は垂直偏波における角度毎の利得を示し、図１４（ｃ）は水平偏波における角度毎の利得を示す。
図１４（ａ）に示すように、アレイアンテナ１に垂直な方向（放射方向）から、水平方向１９°に傾いた面内における垂直方向の電波の利得をシミュレーションによって求めた。
図４で説明したように、アレイアンテナ１に垂直な方向（放射方向）から水平方向に傾いた方向には、グループＣの放射素子１０からの電波が強く出る。図１４（ｂ）、（ｃ）に示すように、垂直偏波及び水平偏波とも、アレイアンテナ１に垂直な方向（放射方向）から、水平方向１９°傾いた方向（垂直方向０°）に、グループＣの放射素子１０からの電波が強く出ている。また、垂直方向４０°には、グレーティングローブが表れている。

そして、図４で説明したように、アレイアンテナ１に垂直な方向（放射方向）から水平方向及び垂直方向のいずれに対しても４５°方向には、グループＤの放射素子１０からの電波が強く出る。図１４（ｂ）、（ｃ）に示すように、垂直偏波及び水平偏波とも、アレイアンテナ１に垂直な方向（放射方向）から、水平方向１９°傾き、さらに垂直方向±１９°傾いた方向には、グループＤの放射素子１０からの電波が強く出ている。
このグループＤの放射素子１０からの電波は、グループＣの放射素子１０からの電波が弱い角度の範囲（ヌル）に表れている。また、グループＡ、Ｂからの電波は、図１４（ａ）に示すように水平方向においてヌルの位置にあたるため、図中には記載されていない。
すなわち、グループＣの放射素子１０からの電波とグループＡ、Ｂ、Ｄの放射素子１０からの電波とは、相関が低い。

以上説明したように、グループＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄからの電波は、互いに相関が低く、独立したパスとして使用することができる。すなわち、アレイアンテナ１は、偏波を加えると、８系統の信号入力による電波を放射できる。

第１の実施の形態及び第２の実施の形態で説明したように、放射素子１０の給電方向を逆相にすることで、位相を１８０°変えることができる。よって、給電回路２０を簡易に構成することができる。

また、第１の実施の形態及び第２の実施の形態では、アレイアンテナ１は、グループＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄの放射素子１０を用いた。しかし、アレイアンテナ１は、グループＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄの放射素子１０の少なくとも二つを用いて構成してもよい。
すなわち、アレイアンテナ１は、それぞれが、互いに交差する方向（ここでは、水平方向及び垂直方向）において偶数となるようにマトリクス状に配置された放射素子１０が含まれる複数のグループであって、複数のグループに互いに異なる系統の信号が給電され、複数のグループにおいて重複することなく、それぞれにおける放射素子１０が、給電方向が同じか、水平方向、垂直方向のいずれか一方又は両方において隣接する放射素子１０間で給電方向が異なるかに設定されていればよい。
よって、アレイアンテナ１の放射素子１０は、８×８でなくとも、２×４、４×２、４×４、４×６、６×４、６×６などとすることができる。

また、給電回路２０が、誘電体基板１１の両面に導体膜（金属箔）が形成されるＰＣＢで構成されるとしたが、２枚のＰＣＢ上の場合、導体膜が３層に設けられたＰＣＢで構成してもよい。中央の導体膜を基準導体とし、両面の導体膜で、放射素子１０に給電する導体を構成すればよい。

さらに、第２の実施の形態で示した数値は、一例であって、使用する電波の波長に合わせて変更すればよい。
また、第１の実施の形態及び第２の実施の形態では、放射素子１０の偏波を垂直偏波及び水平偏波としたが、偏波の方向はこれらに限らず、例えば±４５°偏波や円偏波としても良い。
その他、本発明の趣旨に反しない限りにおいて様々な変形例の組み合わせを行っても構わない。

１…アレイアンテナ、２、２Ａ、２Ｂ…メインローブ、１０、１０Ａ、１０Ｂ…放射素子、１１…誘電体基板、１２、１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄ、１２Ｅ、１３…導体、２０…給電回路、２１…ハイブリッド回路、２２…遅延線、３０…筐体、４０…カバー

Claims (5)

1. 第１の方向と当該第１の方向に交差する第２の方向とのそれぞれにおいて偶数となるようにマトリクス状に配列された複数の放射素子をそれぞれ有する複数のグループを、備え、
   前記複数のグループを構成する各グループは、互いに異なる系統の信号が給電され、
   前記各グループ間で重複することなく、当該各グループの前記複数の放射素子は、隣接する放射素子対において、信号が給電される給電方向が同じか、前記第１の方向と前記第２の方向とのいずれか一方又は両方において給電方向が互いに逆か、に設定されていることを特徴とするアレイアンテナ。
2. 前記各グループの前記複数の放射素子において、給電方向が互いに逆に設定される放射素子対は、一方の放射素子が他方の放射素子に対して放射する電波の位相を１８０°変えるように配置されることを特徴とする請求項１に記載のアレイアンテナ。
3. 前記各グループの前記複数の放射素子は、２つ以上のグループ間で交互に配置されることを特徴とする請求項１又は２に記載のアレイアンテナ。
4. 前記各グループの少なくとも一つのグループにおける前記複数の放射素子は、偏波共用であって、偏波によって互いに異なる系統の信号が給電されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のアレイアンテナ。
5. 前記各グループの前記複数の放射素子に給電する給電回路と、
   前記各グループの前記複数の放射素子の電波を放射する側と反対側に設けられ、当該各グループの当該複数の放射素子及び前記給電回路を収容する筐体と、
   前記各グループの前記複数の放射素子の電波を放射する側に設けられ、前記筐体と組み合わされて、当該各グループの当該複数の放射素子及び前記給電回路を保護するカバーとをさらに備えることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のアレイアンテナ。

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