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公開番号2024120273
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-09-05
出願番号2023026947
出願日2023-02-24
発明の名称フェーズドアレイアンテナ装置
出願人国立大学法人名古屋工業大学
代理人弁理士法人コスモス国際特許商標事務所
主分類H01Q 3/30 20060101AFI20240829BHJP(基本的電気素子)
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。
続きを表示（約 2,400 文字）【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。
続きを表示（約 2,600 文字）【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】以降は省略されています）

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