WO2024257350A1 - アンテナ装置および電波制御板 - Google Patents

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WO2024257350A1
WO2024257350A1 PCT/JP2023/022478 JP2023022478W WO2024257350A1 WO 2024257350 A1 WO2024257350 A1 WO 2024257350A1 JP 2023022478 W JP2023022478 W JP 2023022478W WO 2024257350 A1 WO2024257350 A1 WO 2024257350A1
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transmission
radio wave
phased array
array antenna
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信樹 平松
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Kyocera Corp
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q19/00—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic
    • H01Q19/06—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic using refracting or diffracting devices, e.g. lens
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/06—Arrays of individually energised antenna units similarly polarised and spaced apart
    • H01Q21/08—Arrays of individually energised antenna units similarly polarised and spaced apart the units being spaced along or adjacent to a rectilinear path
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q3/00—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
    • H01Q3/44—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the electric or magnetic characteristics of reflecting, refracting, or diffracting devices associated with the radiating element
    • H01Q3/46—Active lenses or reflecting arrays

Definitions

  • This disclosure relates to an antenna device and a radio wave control board.
  • the antenna device disclosed herein includes a phased array antenna including multiple antenna elements, and a control unit that is disposed in the transmission direction of radio waves transmitted by the phased array antenna, and that controls the transmission radio waves so that the transmission phase differs depending on the position at which the transmission radio waves are incident, and a predetermined beam pattern is formed, and the multiple antenna elements are arranged at intervals wider than half the wavelength of the transmission radio waves.
  • the radio wave control plate disclosed herein is provided in the transmission direction of radio waves transmitted by a phased array antenna including multiple antenna elements, and includes multiple unit structures arranged two-dimensionally, and the phases of the multiple unit structures have a distribution of transmission phases that diffuse the transmission radio waves according to the wavelength of the transmission radio waves.
  • FIG. 1 is a diagram for explaining an overview of a phased array antenna.
  • FIG. 2 is a diagram for explaining the signal level of the transmission radio wave transmitted by the phased array antenna.
  • FIG. 3 is a diagram for explaining a configuration example of the phased array antenna according to the first embodiment.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining the signal level of the transmission radio wave transmitted by the phased array antenna according to the first embodiment.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating an example of the configuration of the antenna device according to the first embodiment.
  • FIG. 6 is a diagram showing an example of the configuration of the radio wave control plate according to the first embodiment.
  • FIG. 7 is a diagram for explaining the transmission direction of radio waves transmitted by a phased array antenna according to a comparative example.
  • FIG. 1 is a diagram for explaining an overview of a phased array antenna.
  • FIG. 2 is a diagram for explaining the signal level of the transmission radio wave transmitted by the phased array antenna.
  • FIG. 3 is a diagram for explaining a configuration example
  • FIG. 8 is a diagram for explaining the transmission direction of the transmission radio wave of the antenna device according to the first embodiment.
  • FIG. 9 is a diagram for explaining simulation conditions for the antenna device according to the first embodiment.
  • FIG. 10 is a diagram for explaining the simulation conditions of the antenna device according to the first embodiment.
  • FIG. 11 is a diagram for explaining the conditions for calculating the transmission coefficient of the radio wave control plate according to the first embodiment.
  • FIG. 12 is a diagram for explaining simulation conditions for the antenna device according to the first comparative example of the first embodiment.
  • FIG. 13 is a diagram showing a simulation result of a transmission wave of an antenna device according to a first comparative example of the first embodiment.
  • FIG. 14 is a diagram for explaining simulation conditions for the antenna device according to the second comparative example of the first embodiment. In FIG. FIG. FIG.
  • FIG. 15 is a diagram showing a simulation result of a transmission wave of an antenna device according to a second comparative example of the first embodiment.
  • FIG. 16 is a diagram for explaining simulation conditions for the antenna device according to the first embodiment.
  • FIG. 17 is a diagram for explaining a method of setting the phase distribution of the unit structure of the radio wave control plate according to the first embodiment.
  • FIG. 18 is a diagram showing a simulation result of a transmission wave of the antenna device according to the first embodiment.
  • FIG. 19 is a diagram illustrating an example of the configuration of an antenna device according to the second embodiment.
  • an XYZ Cartesian coordinate system is set, and the positional relationship of each part is explained with reference to this XYZ Cartesian coordinate system.
  • the direction parallel to the X-axis in a horizontal plane is defined as the X-axis direction
  • the direction parallel to the Y-axis in the horizontal plane perpendicular to the X-axis is defined as the Y-axis direction
  • the direction parallel to the Z-axis perpendicular to the horizontal plane is defined as the Z-axis direction.
  • the plane containing the X-axis and Y-axis will be appropriately referred to as the XY plane
  • the plane containing the X-axis and Z-axis will be appropriately referred to as the XZ plane
  • the plane containing the Y-axis and Z-axis will be appropriately referred to as the YZ plane.
  • the XY plane is parallel to the horizontal plane.
  • the XY plane, XZ plane, and YZ plane are perpendicular to each other.
  • Fig. 1 is a diagram for explaining the overview of a phased array antenna.
  • the phased array antenna 10a includes a substrate 11, a plurality of antenna elements 12, and a plurality of phase shifters 13.
  • the substrate 11 is, for example, a dielectric substrate on which multiple antenna elements 12 are arranged.
  • the multiple antenna elements 12 are arranged in a one-dimensional or two-dimensional array at equal intervals on the substrate 11 in the XY plane.
  • the multiple antenna elements 12 transmit radio waves in a predetermined direction in the +Z axis direction.
  • the multiple antenna elements 12 receive radio waves arriving from a predetermined direction in the +Z axis direction.
  • the spacing D1 between the antenna elements 12 is ⁇ /2, where ⁇ is the wavelength of the radio waves transmitted and received by the antenna elements 12.
  • 32 antenna elements 12 are arranged one-dimensionally at ⁇ /2 intervals along the X axis direction.
  • the multiple phase shifters 13 are provided for each antenna element 12. Each of the multiple phase shifters 13 controls the phase of the corresponding antenna element 12. By controlling the phase of the corresponding antenna element 12, the multiple phase shifters 13 can change the directivity of the radio waves being transmitted and received. In the example shown in FIG. 1, for example, the phase difference between adjacent antenna elements 12 is controlled to 90°.
  • FIG. 2 is a diagram for explaining the signal level of the transmission radio waves transmitted by the phased array antenna.
  • the horizontal axis indicates the direction in which the transmission radio waves are transmitted (deg (degrees)), and the vertical axis indicates the array factor (dB (decibels)) normalized by the maximum value.
  • Waveform 201 indicates the signal level of the transmission radio waves transmitted by the phased array antenna 10a shown in FIG. 1.
  • phased array antenna 10a is controlled to adjust the phase of each antenna element 12 and transmit the transmission radio waves in a direction of 30°. Therefore, waveform 201 has a main lobe 201a in the direction of 30°.
  • Fig. 3 is a diagram for explaining a configuration example of the phased array antenna according to the first embodiment.
  • the phased array antenna 10 includes a substrate 11, a plurality of antenna elements 12, and a plurality of RFIC chips 14.
  • the plurality of phase shifters 13 are omitted.
  • the physical length of half the wavelength of the radio waves decreases. For example, when the frequency of the radio waves is 300 GHz (gigahertz), the half wavelength of the radio waves is 0.5. Therefore, when considering a phased array antenna with the same number of antenna elements 12, the area becomes smaller as the frequency increases.
  • the phased array antenna 10 usually has an RFIC (Radio-Frequency Integrated Circuits) chip 14 on the side opposite to the side on which the antenna elements 12 are provided. It is difficult to miniaturize the RFIC chip 14 in proportion to the wavelength even if the frequency becomes higher. Therefore, if the elements are arranged according to the size of the RFIC chip 14, the spacing between the antenna elements 12 exceeds ⁇ /2. In the example shown in FIG. 3, the spacing D2 between the antenna elements 12 is ⁇ . Specifically, in the example shown in FIG. 3, 32 antenna elements 12 are arranged one-dimensionally at ⁇ intervals along the X-axis direction, and the phase difference between adjacent antenna elements 12 is controlled to 180°.
  • RFIC Radio-Frequency Integrated Circuits
  • FIG. 4 is a diagram for explaining the signal level of the transmission radio wave transmitted by the phased array antenna according to the first embodiment.
  • the horizontal axis indicates the direction in which the transmission radio wave is transmitted (deg (degrees)), and the vertical axis indicates the array factor (dB (decibels)) normalized by the maximum value.
  • a waveform 202 indicates the signal level of the transmission radio wave transmitted by the phased array antenna 10 shown in FIG. 3.
  • the phased array antenna 10 is controlled to adjust the phase of each antenna element 12 and transmit the transmission radio wave in a direction of 30°.
  • a grating lobe 202b occurs in the direction of -30° in addition to the main lobe 202a in the direction of 30°.
  • the present disclosure provides a phased array antenna that has good characteristics even when the spacing between antenna elements 12 of the phased array antenna 10 exceeds ⁇ /2.
  • FIG. 5 is a diagram showing a configuration example of the antenna device according to the first embodiment.
  • the antenna device 100 includes a phased array antenna 10 and a radio wave control plate 20.
  • the radio wave control plate 20 is provided in the transmission direction of the radio waves transmitted by the phased array antenna 10.
  • the radio wave control plate 20 is configured to refract the radio waves transmitted by the phased array antenna 10 in a predetermined direction.
  • the radio wave control plate 20 is a type of control unit that refracts the radio waves transmitted from the phased array antenna 10.
  • the radio wave control plate 20 comprises a substrate 21 and a number of unit structures 30.
  • FIG. 6 is a diagram showing an example of the configuration of the radio wave control plate according to the first embodiment.
  • the radio wave control plate 20 is a plate-shaped member configured to transmit the radio waves transmitted by the phased array antenna 10 and enable the formation of a specific beam. For example, when the radio wave control plate 20 receives the radio waves transmitted by the phased array antenna 10, it refracts the transmitted radio waves at a predetermined angle.
  • the radio wave control plate 20 can be configured, for example, with a metasurface having an array of resonators that change the phase of the incident wave.
  • the radio wave control plate 20 may include, for example, a substrate 21, a unit structure 30a, a unit structure 30b, a unit structure 30c, and a unit structure 30d.
  • unit structures 30 When there is no need to distinguish between unit structures 30a to 30d, they are collectively referred to as unit structures 30.
  • the unit structure 30a, the unit structure 30b, the unit structure 30c, and the unit structure 30d may be formed on the substrate 2.
  • the substrate 21 may be, for example, a dielectric substrate formed of a dielectric material.
  • the substrate 21 may have, for example, a rectangular shape, but is not limited to this.
  • the unit structure 30a, the unit structure 30b, the unit structure 30c, and the unit structure 30d may be arranged two-dimensionally.
  • a plurality of unit structures 30a are arranged along the X-axis direction on one level.
  • a plurality of unit structures 30b are arranged along the X-axis direction, for example.
  • a plurality of unit structures 30c are arranged along the X-axis direction, for example.
  • a plurality of unit structures 30d are arranged along the X-axis direction, for example.
  • the unit structures 30a, 30b, 30c, and 30d are arranged periodically along the Y-axis direction.
  • Unit structure 30a, unit structure 30b, unit structure 30c, and unit structure 30d each have a different size.
  • unit structure 30a is the largest, followed by unit structure 30b, unit structure 30c, and unit structure 30d in order of size.
  • radio wave control plate 20 has a structure in which multiple unit structures 30 of different sizes are periodically arranged.
  • the unit structures 30a to 30d each have a different amount of phase change when radio waves pass through them. That is, the unit structures 30a to 30d are periodically arranged so that there is a gradient in the amount of phase change.
  • the unit structures 30a to 30d each have a rectangular shape, but are not limited to this. By changing the size and shape of the unit structures 30a to 30d, the amount of phase change of the passing radio waves can be adjusted. In other words, the radio wave control plate 20 can refract the transmitted radio waves from the phased array antenna 10 in a desired direction or form a desired beam shape by changing the arrangement method and size of the unit structures 30a to 30d.
  • FIG. 7 is a diagram for explaining the transmission direction of the transmission radio waves of a phased array antenna according to a comparative example.
  • the phased array antenna 10 transmits transmission radio waves 40 from each antenna element 12, for example, in a direction of 30°.
  • the spacing between the antenna elements 12 is ⁇
  • the spacing D3 of the transmission radio waves 40 is ⁇ .
  • grating lobes occur in the transmission radio waves 40 in the direction of -30°.
  • the antenna device 100 is configured to refract the transmission radio wave 40 transmitted by the phased array antenna 10, in which the spacing between the antenna elements 12 is ⁇ , and emit the transmitted wave 50 in a direction of 30°.
  • the phased array antenna 10 transmits the transmission radio wave 40 to the radio wave control plate 20 based on the phase gradient of the unit structure 30 of the radio wave control plate 20 so that the radio wave control plate 20 emits the transmitted wave 50 in a direction of 30°.
  • the phased array antenna 10 controls the direction in which the transmission radio wave 40 is transmitted according to the phase gradient of the unit structure 30 of the radio wave control plate 20. In the example shown in FIG.
  • the spacing D4 of the transmitted wave 50 is ⁇ /2. That is, by including the radio wave control plate 20, the antenna device 100 can transmit transmission radio waves in which the spacing between the antenna elements 12 of the phased array antenna 10 can be considered to be ⁇ /2. As a result, even if the spacing between the antenna elements 12 is ⁇ , grating lobes can be suppressed.
  • the phased array antenna 10 includes a first antenna element 121 , a second antenna element 122 , a third antenna element 123 , a fourth antenna element 124, a fifth antenna element 125 , a sixth antenna element 126 , a seventh antenna element 127 , and an eighth antenna element 128.
  • the antenna elements 12 are arranged one-dimensionally at equal intervals along the X-axis direction.
  • the interval D between the antenna elements 12 is ⁇ .
  • the Y coordinate of the center of the phased array antenna 10 is set to 0.
  • the radio wave control plate 20 is disposed at a position zm from the phased array antenna 10 in the transmission direction of the transmitted radio wave from the phased array antenna 10. zm is 10 ⁇ .
  • the X and Y coordinates of the radio wave control plate 20 are set to 0.
  • a reception point P indicates a reception position of a radio wave transmitted by the antenna device 100.
  • the reception point P is set on a circle C at a distance d2,k from the origin in the ZX plane, where d2,k is 100 m.
  • the calculation conditions for the characteristics of the antenna device 100 will be described.
  • the phased array antenna 10 is port 1.
  • the receiving point P is port 2.
  • the angle between the line connecting the origin and the receiving point P and the Z axis is ⁇ .
  • the transmission coefficient S21( ⁇ ) of the radio wave control plate 20 at this time is calculated using the following formula (1), and the radiation pattern is calculated by changing ⁇ .
  • s i,k represents the transmission coefficient of a path that passes from the i-th antenna element 12 of the phased array antenna 10 through the k-th unit structure 30 of the radio wave control plate 20 to the reception point P.
  • s i,k is calculated by the following formula (2).
  • FIG. 11 is a diagram for explaining the conditions for calculating the transmission coefficient of the radio wave control plate according to the first embodiment.
  • the transmission point P1 indicates the position of the antenna element 12 that transmits the transmission radio wave.
  • the reception point P2 indicates the reception position of the transmission wave emitted from the radio wave control plate 20.
  • the unit structure 30 is a square with one side of ⁇ A.
  • A is the area of the unit structure 30.
  • ⁇ i,k is the angle between the direction of the i-th antenna element 12 as seen from the k-th unit structure 30 k and the Z axis.
  • ⁇ 2,k is the angle between the direction of the reception point P as seen from the k-th unit structure 30 and the Z axis.
  • d i,k is the distance between the k-th unit structure 30 k and the i-th antenna element 12 i .
  • d 2,k is the distance between the k-th unit structure 30 k and the reception point P.
  • ⁇ k indicates the phase change of the k-th unit structure.
  • ⁇ is the wavelength of the transmission radio wave transmitted by the phased array antenna 10.
  • FIG. 12 is a diagram for explaining a simulation condition of an antenna device according to a first comparative example of the first embodiment.
  • Fig. 13 is a diagram showing a calculation result of
  • the antenna device 100A includes a phased array antenna 10A and a radio wave control plate 20A.
  • the phased array antenna 10A includes a substrate 11, a first antenna element 121 to an eighth antenna element 128 , and a plurality of phase shifters 13.
  • the first antenna element 121 to the eighth antenna element 128 are arranged at equal intervals along the X-axis direction.
  • the interval D5 between adjacent antenna elements 12 among the first antenna element 121 to the eighth antenna element 128 is ⁇ /2.
  • the phase difference between each antenna element 12 is ⁇ 90°.
  • the plurality of phase shifters 13 are provided for each of the first antenna element 121 to the eighth antenna element 128 .
  • the transmission phases of the unit structures 30 arranged on the radio wave control plate 20A are all equal. Therefore, although the unit structures 30 are actually arranged on the radio wave control plate 20A, they are omitted in FIG. 12.
  • Waveform 211 indicates the signal level of the transmission radio wave transmitted by antenna device 100A shown in FIG. 12.
  • antenna device 100A is controlled to adjust the phase of each antenna element 12 and transmit the transmission radio wave in a direction of 30°.
  • Fig. 14 is a diagram for explaining the simulation conditions of the antenna device according to the second comparative example of the first embodiment.
  • Fig. 15 is a diagram showing a simulation result of the transmission wave of the antenna device according to the second comparative example of the first embodiment.
  • the antenna device 100B includes a phased array antenna 10B and a radio wave control plate 20B.
  • the phased array antenna 10B differs from the phased array antenna 10A shown in Fig. 12 in that the interval D6 between adjacent antenna elements 12 from the first antenna element 121 to the eighth antenna element 128 is ⁇ . Also, in the phased array antenna 10B, the phase difference between each antenna element 12 is -180°.
  • the configuration of the radio wave control plate 20B is the same as that of the radio wave control plate 20A shown in Fig. 12.
  • Waveform 212 indicates the signal level of the transmission radio wave transmitted by antenna device 100B shown in FIG. 14.
  • antenna device 100B is controlled to adjust the phase of each antenna element 12 and transmit the transmission radio wave in a 30° direction.
  • waveform 212 there is a main lobe 212a in the 30° direction, and a grating lobe 212b in the -30° direction.
  • Fig. 16 is a diagram for explaining the simulation conditions of the antenna device according to the first embodiment.
  • the antenna device 100C includes a phased array antenna 10C and a radio wave control plate 20C.
  • the configuration of the phased array antenna 10C is the same as that of the phased array antenna 10B shown in FIG. 14.
  • the radio wave control plate 20C comprises a substrate 21 and a plurality of unit structures 30.
  • the plurality of unit structures 30 have a distribution of transmission phases that diffuse the radio waves transmitted from the phased array antenna 10C.
  • the phase distribution of the transmission phases of the plurality of unit structures 30 is set according to the wavelength of the transmitted radio waves.
  • FIG. 17 is a diagram for explaining a method for setting the phase distribution of the unit structures of the radio wave control plate according to the first embodiment.
  • the distance between the phased array antenna 10C and the radio wave control plate 20C is zm .
  • the position of the focal point P3 is set at a position 2zm away from the radio wave control plate 20C.
  • zm is, for example, 10m.
  • the phase distribution of each unit structure 30 is set according to the following formula (3).
  • Equation (3) is an equation for setting a phase distribution in which the focal point of the unit structure 30 as a concave lens is ⁇ 2z m .
  • the radio wave control plate 20C diffuses radio waves from a distant place toward the phased array antenna 10C, and conversely, it is possible to control the radio waves from the phased array antenna 10C to form a beam in a predetermined direction.
  • the presence of the radio wave control plate 20C allows an antenna device including the phased array antenna 10C and the radio wave control plate 20C to operate equivalently in the same manner as a phased array antenna with a narrow spacing.
  • Waveform 213 indicates the signal level of the transmission radio waves transmitted by the antenna device 100C shown in FIG. 17.
  • the antenna device 100C is controlled to adjust the phase of each antenna element 12 and transmit the transmission radio waves in a 30° direction.
  • the antenna device 100C can suppress the grating lobes 212b that were generated in FIG. 15.
  • the first embodiment combines a phased array antenna with a radio wave control plate to suppress grating lobes that occur when the spacing between antenna elements of a phased array antenna is equal to or greater than half the wavelength of the transmitted radio wave.
  • the antenna device 100 has been described as including a radio wave control plate 20 that refracts the transmission radio wave transmitted by the phased array antenna 10, but the present disclosure is not limited thereto.
  • a dielectric dielectric lens
  • a dielectric plate having a dielectric constant distribution dielectric constant near the center is lower than the periphery.
  • the phased array antenna 10C and the antenna device including the dielectric lens can operate in the same manner as a phased array antenna with a narrow spacing equivalently, as in the first embodiment.
  • Fig. 19 illustrates an example of the configuration of an antenna device according to the second embodiment.
  • Fig. 19 is a diagram illustrating an example of the configuration of an antenna device according to the second embodiment.
  • the antenna device 100D includes a phased array antenna 10D, a radio wave control plate 20D, and a substrate 60.
  • the substrate 60 is, for example, a dielectric substrate.
  • the substrate 60 has three regions: a first dielectric layer 61, a second dielectric layer 62, and a third dielectric layer 63.
  • the phased array antenna 10D comprises a plurality of antenna elements 12, a plurality of phase shifters 13, and a third dielectric layer 63.
  • the third dielectric layer 63 can be regarded as a dielectric substrate on which the plurality of antenna elements 12 are arranged.
  • the configuration of the phased array antenna 10D is the same as the configuration of the phased array antenna 10C shown in FIG. 16.
  • the radio wave control plate 20D comprises a plurality of unit structures 30 and a first dielectric layer 61.
  • the first dielectric layer 61 can be regarded as a dielectric substrate on which the plurality of unit structures 30 are arranged.
  • the configuration of the radio wave control plate 20D is the same as that of the radio wave control plate 20C shown in FIG. 16.
  • the second dielectric layer 62 is located between the first dielectric layer 61 and the third dielectric layer 63.
  • the first dielectric layer 61, the second dielectric layer 62, and the third dielectric layer 63 can be considered to be an integrally formed dielectric substrate.
  • the antenna device 100D is configured by integrating the phased array antenna 10D and the radio wave control plate 20D.
  • the distance between the phased array antenna 10D and the radio wave control plate 20D is stabilized, so that grating lobes can be appropriately suppressed.
  • the antenna device 100 includes a phased array antenna 10 including a plurality of antenna elements 12, and a control unit that is provided in the transmission direction of radio waves transmitted by the phased array antenna 10 and that controls the transmission radio waves so that a predetermined beam pattern is formed by forming the transmission phase to differ depending on the position of incidence of the transmission radio waves, and the plurality of antenna elements 12 are arranged at intervals wider than half the wavelength of the transmission radio waves.
  • a control unit in the transmission direction of the transmission radio waves of the phased array antenna 10, it is possible to suppress grating lobes.
  • the antenna device 100 according to the second aspect of the present disclosure is the antenna device 100 according to the first aspect, in which the control unit is a radio wave control plate 20 including a plurality of unit structures 30 arranged two-dimensionally, and the plurality of unit structures 30 have a distribution of transmission phases that diffuse the transmitted radio waves. According to the present disclosure, grating lobes can be appropriately suppressed.
  • the antenna device 100 according to the third aspect of the present disclosure is the antenna device 100 according to the first or second aspect, in which the distribution of the transmission phase of the multiple unit structures 30 is set according to the wavelength of the transmitted radio wave. According to the present disclosure, grating lobes can be appropriately suppressed.
  • control section is a dielectric material having a concave lens shape. According to the present disclosure, grating lobes can be appropriately suppressed.
  • the phased array antenna 10 and the control unit are integrally configured.
  • the antenna device 100 can be configured as a single device.
  • the radio wave control plate 20 is provided in the transmission direction of radio waves transmitted by a phased array antenna 10 including a plurality of antenna elements 12, and includes a plurality of unit structures 30 arranged two-dimensionally, and the phases of the plurality of unit structures 30 have a distribution of transmission phases that diffuse the transmitted radio waves according to the wavelength of the transmitted radio waves. According to the present disclosure, it is possible to suppress grating lobes that occur in the transmitted radio waves of the phased array antenna 10.

Landscapes

  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)

Abstract

アンテナ装置は、複数のアンテナ素子を含むフェーズドアレイアンテナと、フェーズドアレイアンテナが送信する送信電波の送信方向に設けられ、送信電波が入射した位置によって透過位相が異なるように形成され、所定のビームパターンが形成されるように送信電波を制御する制御部と、を含む。複数のアンテナ素子は、送信電波の半波長よりも広い間隔で配列されている。

Description

アンテナ装置および電波制御板
　本開示は、アンテナ装置および電波制御板に関する。
　特許文献１に記載されているように、複数のサブアレイを有するフェーズドアレイアンテナが知られている。
特表２０１９－５０３６２１号公報
　本開示のアンテナ装置は、複数のアンテナ素子を含むフェーズドアレイアンテナと、前記フェーズドアレイアンテナが送信する送信電波の送信方向に設けられ、前記送信電波が入射した位置によって透過位相が異なるように形成され、所定のビームパターンが形成されるように前記送信電波を制御する制御部と、を含み、複数の前記アンテナ素子は、前記送信電波の半波長よりも広い間隔で配列されている。
　本開示の電波制御板は、複数のアンテナ素子を含むフェーズドアレイアンテナが送信する送信電波の送信方向に設けられ、２次元状に配列された複数の単位構造を含み、複数の前記単位構造の位相は、前記送信電波の波長に応じた、前記送信電波を拡散させる透過位相の分布を有する。
図１は、フェーズドアレイアンテナの概要を説明するための図である。 図２は、フェーズドアレイアンテナが送信する送信電波の信号レベルを説明するための図である。 図３は、第１実施形態に係るフェーズドアレイアンテナの構成例を説明するための図である。 図４は、第１実施形態に係るフェーズドアレイアンテナが送信する送信電波の信号レベルを説明するための図である。 図５は、第１実施形態に係るアンテナ装置の構成例を示す図である。 図６は、第１実施形態に係る電波制御板の構成例を示す図である。 図７は、比較例に係るフェーズドアレイアンテナの送信電波の送信方向を説明するための図である。 図８は、第１実施形態に係るアンテナ装置の送信電波の送信方向を説明するための図である。 図９は、第１実施形態に係るアンテナ装置のシミュレーション条件を説明するための図である。 図１０は、第１実施形態に係るアンテナ装置のシミュレーション条件を説明するための図である。 図１１は、第１実施形態に係る電波制御板の透過係数を算出する条件を説明するための図である。 図１２は、第１実施形態の第１比較例に係るアンテナ装置のシミュレーション条件を説明するための図である。 図１３は、第１実施形態の第１比較例に係るアンテナ装置の送信電波のシミュレーション結果を示す図である。 図１４は、第１実施形態の第２比較例に係るアンテナ装置のシミュレーション条件を説明するための図である。 図１５は、第１実施形態の第２比較例に係るアンテナ装置の送信電波のシミュレーション結果を示す図である。 図１６は、第１実施形態に係るアンテナ装置のシミュレーション条件を説明するための図である。 図１７は、第１実施形態に係る電波制御板の単位構造の位相分布を設定する方法を説明するための図である。 図１８は、第１実施形態に係るアンテナ装置の送信電波のシミュレーション結果を示す図である。 図１９は、第２実施形態に係るアンテナ装置の構成例を示す図である。
　以下、添付図面を参照して、本発明に係る実施形態を詳細に説明する。なお、この実施形態により本発明が限定されるものではなく、また、以下の実施形態において、同一の部位には同一の符号を付することにより重複する説明を省略する。
　以下の説明においては、ＸＹＺ直交座標系を設定し、このＸＹＺ直交座標系を参照しつつ各部の位置関係について説明する。水平面内のＸ軸と平行な方向をＸ軸方向とし、Ｘ軸と直交する水平面内のＹ軸と平行な方向をＹ軸方向とし、水平面と直交するＺ軸と平行な方向をＺ軸方向とする。また、Ｘ軸およびＹ軸を含む平面を適宜ＸＹ平面と称し、Ｘ軸およびＺ軸を含む平面を適宜ＸＺ平面と称し、Ｙ軸およびＺ軸を含む平面を適宜ＹＺ平面と称する。ＸＹ平面は、水平面と平行である。ＸＹ平面とＸＺ平面とＹＺ平面とは直交する。
［概要］
（フェーズドアレイアンテナ）
　図１を用いて、フェーズドアレイアンテナの概要について説明する。図１は、フェーズドアレイアンテナの概要を説明するための図である。
　図１に示すように、フェーズドアレイアンテナ１０ａは、基板１１と、複数のアンテナ素子１２と、複数の移相器１３と、を含む。
　基板１１は、例えば、複数のアンテナ素子１２が配置される誘電体基板である。
　複数のアンテナ素子１２は、ＸＹ平面において、基板１１上に等間隔で１次元または２次元のアレイ状に配置されている。複数のアンテナ素子１２は、＋Ｚ軸方向の所定の方向に向かって送信電波を送信する。複数のアンテナ素子１２は、＋Ｚ軸方向の所定の方向から到来する受信電波を受信する。アンテナ素子１２間の間隔Ｄ１は、アンテナ素子１２が送受信する電波の波長をλとするとλ／２である。図１に示す例では、例えば、３２個のアンテナ素子１２がＸ軸方向に沿ってλ／２間隔で１次元状に配列されている。
　複数の移相器１３は、アンテナ素子１２ごとに設けられている。複数の移相器１３は、それぞれ、対応するアンテナ素子１２の位相を制御する。複数の移相器１３は、対応するアンテナ素子１２の位相を制御することで、送受信する電波の指向性を変化させることができる。図１に示す例では、例えば、隣接するアンテナ素子１２の位相差が９０°に制御されている。
　図２は、フェーズドアレイアンテナが送信する送信電波の信号レベルを説明するための図である。図２は、横軸が送信電波を送信する方向（ｄｅｇ（度））を示し、縦軸が最大値で規格化したアレイファクタ（ｄＢ（デシベル））を示す。波形２０１は、図１に示すフェーズドアレイアンテナ１０ａが送信する送信電波の信号レベルを示す。図２に示す例では、波形２０１に示すように、フェーズドアレイアンテナ１０ａは、各アンテナ素子１２の位相を調整し、３０°の方向に送信電波を送信するように制御されている。そのため、波形２０１は、３０°の方向にメインローブ２０１ａを有する。
［第１実施形態］
　図３を用いて、第１実施形態に係るフェーズドアレイアンテナの構成例について説明する。図３は、第１実施形態に係るフェーズドアレイアンテナの構成例を説明するための図である。
　図３に示すように、フェーズドアレイアンテナ１０は、基板１１と、複数のアンテナ素子１２と、複数のＲＦＩＣチップ１４と、を含む。図３においては、複数の移相器１３は省略されている。
　フェーズドアレイアンテナ１０が送受信する電波の周波数が高くなると、電波の半波長の物理的な長さは小さくなる。例えば、電波の周波数が３００ＧＨｚ（ギガヘルツ）である場合には、電波の半波長は０．５となる。そのため、アンテナ素子１２の数が同じ数のフェーズドアレイアンテナを考えると、周波数が高くなるほど面積が小さくなる。
　フェーズドアレイアンテナ１０は、通常、アンテナ素子１２が設けられている反対の面にＲＦＩＣ（Radio-Frequency　Integrated　Circuits）チップ１４を備えている。ＲＦＩＣチップ１４は、周波数が高くなっても波長に比例して小型化することは困難である。そのため、ＲＦＩＣチップ１４のサイズに合わせて素子を配列すると、アンテナ素子１２間の間隔はλ／２を超えてしまう。図３に示す例では、アンテナ素子１２間の間隔Ｄ２は、λである。具体的には、図３に示す例では、３２個のアンテナ素子１２がＸ軸方向に沿ってλ間隔で１次元状に配列され、隣接するアンテナ素子１２の位相差が１８０°に制御されている。
　図４は、第１実施形態に係るフェーズドアレイアンテナが送信する送信電波の信号レベルを説明するための図である。図４は、横軸が送信電波を送信する方向（ｄｅｇ（度））を示し、縦軸が最大値で規格化したアレイファクタ（ｄＢ（デシベル））を示す。波形２０２は、図３に示すフェーズドアレイアンテナ１０が送信する送信電波の信号レベルを示す。図４に示す例では、波形２０２に示すように、フェーズドアレイアンテナ１０は、各アンテナ素子１２の位相を調整し、３０°の方向に送信電波を送信するように制御されている。しかしながら、アンテナ素子１２間の間隔がλ／２を超えると、３０°の方向のメインローブ２０２ａの他に－３０°の方向にグレーティングローブ２０２ｂが発生してしまう。
　そこで、本開示は、フェーズドアレイアンテナ１０のアンテナ素子１２間の間隔が、λ／２を超える場合であっても、良好な特性を有するフェーズドアレイアンテナを構成する。
［アンテナ装置］
　図５を用いて、第１実施形態に係るアンテナ装置の構成例について説明する。図５は、第１実施形態に係るアンテナ装置の構成例を示す図である。
　図５に示すように、アンテナ装置１００は、フェーズドアレイアンテナ１０と、電波制御板２０と、を含む。
　電波制御板２０は、フェーズドアレイアンテナ１０が送信する送信電波の送信方向に設けられている。電波制御板２０は、フェーズドアレイアンテナ１０が送信する送信電波を所定の方向に屈折させるように構成されている。電波制御板２０は、フェーズドアレイアンテナ１０からの送信電波を屈折させる制御部の一種である。
　電波制御板２０は、基板２１と、複数の単位構造３０とを備える。
［電波制御板］
　図６を用いて、第１実施形態に係る電波制御板の構成例について説明する。図６は、第１実施形態に係る電波制御板の構成例を示す図である。
　電波制御板２０は、フェーズドアレイアンテナ１０が送信した送信電波を透過し、特定のビーム形成を可能にするよう構成された板状の部材である。電波制御板２０は、例えば、フェーズドアレイアンテナ１０が送信した送信電波を受けると、その送信電波を所定の角度に屈折させるように構成されている。電波制御板２０は、例えば、入射波の位相を変化させる共振器を配列したメタサーフェスなどで構成され得る。
　図６に示すように、電波制御板２０は、例えば、基板２１と、単位構造３０ａと、単位構造３０ｂと、単位構造３０ｃと、単位構造３０ｄとを含み得る。単位構造３０ａから単位構造３０ｄを区別する必要のない場合には、単位構造３０と総称する。
　単位構造３０ａと、単位構造３０ｂと、単位構造３０ｃと、単位構造３０ｄとは、基板２上に形成され得る。基板２１は、例えば、誘電体で形成された誘電体基板であり得る。基板２１は、例えば、矩形形状を有し得るが、これに限定されない。単位構造３０ａと、単位構造３０ｂと、単位構造３０ｃと、単位構造３０ｄとは、２次元状に配列され得る。
　電波制御板２０には、例えば、１つの段には複数の単位構造３０ａがＸ軸方向に沿って配列されている。単位構造３０ａが配置されている段の上の段には、例えば、複数の単位構造３０ｂがＸ軸方向に沿って配列されている。単位構造３０ｂが配置されている段の上の段には、例えば、複数の単位構造３０ｃがＸ軸方向に沿って配置されている。単位構造３０ｃが設置されている段の上の段には、例えば、複数の単位構造３０ｄがＸ軸方向に沿って配列されている。図６に示す例では、単位構造３０ａと、単位構造３０ｂと、単位構造３０ｃと、単位構造３０ｄとが、Ｙ軸方向に沿って、周期的に配列されている。
　単位構造３０ａと、単位構造３０ｂと、単位構造３０ｃと、単位構造３０ｄとは、それぞれ、サイズが異なる。図６に示す例では、単位構造３０ａのサイズが最も大きく、単位構造３０ｂ、単位構造３０ｃ、単位構造３０ｄの順にサイズが小さい。すなわち、電波制御板２０は、サイズの異なる複数の単位構造３０が周期的に配列された構造を有する。
　単位構造３０ａから単位構造３０ｄは、それぞれ、電波が通過する際の位相変化量が異なる。すなわち、単位構造３０ａから単位構造３０ｄは、位相変化量に勾配を持つように周期的に配列されている。単位構造３０ａから単位構造３０ｄは、それぞれ矩形形状を有しているが、これに限定されない。単位構造３０ａから単位構造３０ｄの大きさおよび形状を変化させることで、透過する電波の位相変化量を調整することができる。言い換えれば、電波制御板２０は、単位構造３０ａから単位構造３０ｄの配列方法および大きさなどを変更することで、フェーズドアレイアンテナ１０からの送信電波を所望の方向に屈折させたり所望のビーム形状を形成することができる。
　図７は、比較例に係るフェーズドアレイアンテナの送信電波の送信方向を説明するための図である。図７に示すように、フェーズドアレイアンテナ１０は、各アンテナ素子１２から、例えば、３０°の方向に送信電波４０を送信する。アンテナ素子１２間の間隔がλである場合には、送信電波４０の間隔Ｄ３はλである。この場合、上述したように、送信電波４０には、－３０°の方向には、グレーティングローブが発生してしまう。
　図８は、第１実施形態に係るアンテナ装置の送信電波の送信方向を説明するための図である。アンテナ装置１００は、アンテナ素子１２間の間隔がλであるフェーズドアレイアンテナ１０が送信した送信電波４０を屈折させて、透過波５０を３０°の方向に出射するように構成されている。この場合、フェーズドアレイアンテナ１０は、電波制御板２０の単位構造３０の位相勾配に基づいて、電波制御板２０が透過波５０を３０°の方向に出射するように、電波制御板２０に対して送信電波４０を送信する。言い換えれば、フェーズドアレイアンテナ１０は、電波制御板２０の単位構造３０の位相勾配に応じて、送信電波４０を送信する方向を制御する。図８に示す例では、透過波５０の間隔Ｄ４はλ／２である。すなわち、アンテナ装置１００は、電波制御板２０を備えることで、フェーズドアレイアンテナ１０のアンテナ素子１２の間隔がλ／２とみなせる、送信電波を送信することができる。これにより、アンテナ素子１２の間隔がλであってもグレーティングローブを抑圧することができる。
［シミュレーション］
（シミュレーション条件）
　第１実施形態では、アンテナ装置１００についてシミュレーションを実施して、特性を確認した。図９と、図１０は、第１実施形態に係るアンテナ装置のシミュレーション条件を説明するための図である。
　図９と、図１０とに示す例では、フェーズドアレイアンテナ１０は、第１アンテナ素子１２１と、第２アンテナ素子１２２と、第３アンテナ素子１２３と、第４アンテナ素子１２４と、第５アンテナ素子１２５と、第６アンテナ素子１２６と、第７アンテナ素子１２７と、第８アンテナ素子１２８と、を備える。第１アンテナ素子１２１から第８アンテナ素子１２８を区別する必要のない場合には、アンテナ素子１２と総称する。すなわち、フェーズドアレイアンテナ１０は、アンテナ素子１２をＭ＝８個備える（Ｍはフェーズドアレイアンテナの素子数）。各アンテナ素子１２は、Ｘ軸方向に沿って等間隔に１次元状に配列されている。アンテナ素子１２間の間隔Ｄはλである。フェーズドアレイアンテナ１０の中心のＹ座標を０としている。
　電波制御板２０は、フェーズドアレイアンテナ１０の送信電波の送信方向において、フェーズドアレイアンテナ１０からｚｍの位置に設けられている。ｚｍは１０λである。電波制御板２０には、Ｎ＝３２×３２＝１０２４個の単位構造３０が２次元状に等間隔で配列されている（Ｎはメタサーフェスの素子数）。単位構造３０間の間隔はλ／２である。電波制御板２０のＸ座標およびＹ座標を０としている。
　受信点Ｐは、図１０に示すように、アンテナ装置１００が送信する送信電波の受信位置を示す。受信点Ｐは、ＺＸ平面において、原点から距離ｄ２，ｋの円Ｃ上に設定される。ｄ２，ｋは１００ｍである。
（計算条件）
　アンテナ装置１００の特性の計算条件について説明する。フェーズドアレイアンテナ１０をポート１とする。受信点Ｐをポート２とする。原点と受信点Ｐを結ぶ直線と、Ｚ軸とのなす角度をθとする。このときの、電波制御板２０の透過係数Ｓ２１（θ）を以下の式（１）で計算し、θを変化させて放射パターンを計算する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　ここで、ｓｉ，ｋは、フェーズドアレイアンテナ１０のｉ番目のアンテナ素子１２から電波制御板２０のｋ番目の単位構造３０を通過して受信点Ｐに到達する経路の透過係数を表す。ｓｉ，ｋを以下の式（２）で算出する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　図１１は、第１実施形態に係る電波制御板の透過係数を算出する条件を説明するための図である。送信点Ｐ１は、送信電波を送信するアンテナ素子１２の位置を示す。受信点Ｐ２は、電波制御板２０から出射する透過波の受信位置を示す。単位構造３０は、１辺が√Ａの正方形としている。ここで、Ａは単位構造３０の面積である。φｉ，ｋはｋ番目の単位構造３０ｋからみたｉ番目のアンテナ素子１２方向とＺ軸とのなす角度である。φ２，ｋは、ｋ番目の単位構造３０からみた受信点Ｐの方向とＺ軸とのなす角度である。ｄｉ，ｋは、ｋ番目の単位構造３０ｋとｉ番目のアンテナ素子１２ｉとの間の距離である。ｄ２，ｋは、ｋ番目の単位構造３０ｋと受信点Ｐとの間の距離である。Φｋは、ｋ番目の単位構造の位相変化を示す。λはフェーズドアレイアンテナ１０が送信する送信電波の波長である。
（計算結果）
＜第１比較例＞
　第１比較例に係るアンテナ装置の送信電波のシミュレーション結果について説明する。図１２は、第１実施形態の第１比較例に係るアンテナ装置のシミュレーション条件を説明するための図である。図１３は、第１実施形態の第１比較例に係るアンテナ装置の｜Ｓ２１｜の計算結果を示す図である。
　図１２に示すように、アンテナ装置１００Ａは、フェーズドアレイアンテナ１０Ａと、電波制御板２０Ａと、を含む。
　フェーズドアレイアンテナ１０Ａは、基板１１と、第１アンテナ素子１２１から第８アンテナ素子１２８と、複数の移相器１３と、を含む。第１アンテナ素子１２１から第８アンテナ素子１２８は、Ｘ軸方向に沿って等間隔に配列されている。第１アンテナ素子１２１から第８アンテナ素子１２８の隣接するアンテナ素子１２間の間隔Ｄ５はλ／２である。各アンテナ素子１２間の位相差は、－９０°である。複数の移相器１３は、第１アンテナ素子１２１から第８アンテナ素子１２８ごとに設けられている。
　電波制御板２０Ａには、Ｎ＝３２×３２＝１０２４個の単位構造３０が２次元状に等間隔で配列されている。第１比較例では、電波制御板２０Ａに配置されている単位構造３０の透過位相は全て等しい。そのため、電波制御板２０Ａには、実際には単位構造３０が配列されているが、図１２では省略して示している。
　図１３は、横軸が送信電波を送信する方向（ｄｅｇ）を示し、縦軸が式（１）で計算したＳ２１の振幅（ｄＢ）を示す。波形２１１は、図１２に示すアンテナ装置１００Ａが送信する送信電波の信号レベルを示す。図１３に示す例では、波形２１１に示すように、アンテナ装置１００Ａは、各アンテナ素子１２の位相を調整し、３０°の方向に送信電波を送信するように制御されている。波形２１１が示すように、３０°方向にメインローブ２１１ａがあるが、グレーティングローブは発生していない。
＜第２比較例＞
　第２比較例に係るアンテナ装置の送信電波のシミュレーション結果について説明する。図１４は、第１実施形態の第２比較例に係るアンテナ装置のシミュレーション条件を説明するための図である。図１５は、第１実施形態の第２比較例に係るアンテナ装置の送信電波のシミュレーション結果を示す図である。
　図１４に示すように、アンテナ装置１００Ｂは、フェーズドアレイアンテナ１０Ｂと、電波制御板２０Ｂと、を含む。
　フェーズドアレイアンテナ１０Ｂは、第１アンテナ素子１２１から第８アンテナ素子１２８の隣接するアンテナ素子１２間の間隔Ｄ６がλである点で、図１２に示すフェーズドアレイアンテナ１０Ａと異なる。また、フェーズドアレイアンテナ１０Ｂにおいては、各アンテナ素子１２間の位相差は、－１８０°である。電波制御板２０Ｂの構成は、図１２に示す電波制御板２０Ａと同じである。
　図１５は、横軸が送信電波を送信する方向（ｄｅｇ）を示し、縦軸が式（１）で計算したＳ２１の振幅（ｄＢ）を示す。波形２１２は、図１４に示すアンテナ装置１００Ｂが送信する送信電波の信号レベルを示す。図１５に示す例では、波形２１２に示すように、アンテナ装置１００Ｂは、各アンテナ素子１２の位相を調整し、３０°の方向に送信電波を送信するように制御されている。波形２１２が示すように、３０°方向にメインローブ２１２ａがあり、－３０°の方向にグレーティングローブ２１２ｂがある。
＜第１実施形態＞
　第１実施形態に係るアンテナ装置の送信電波のシミュレーション結果について説明する。図１６は、第１実施形態に係るアンテナ装置のシミュレーション条件を説明するための図である。
　図１６に示すように、アンテナ装置１００Ｃは、フェーズドアレイアンテナ１０Ｃと、電波制御板２０Ｃと、を含む。フェーズドアレイアンテナ１０Ｃの構成は、図１４に示すフェーズドアレイアンテナ１０Ｂと同じである。
　電波制御板２０Ｃは、基板２１と、複数の単位構造３０と、を備える。電波制御板２０Ｃにおいて、複数の単位構造３０は、フェーズドアレイアンテナ１０Ｃからの送信電波を拡散させる透過位相の分布を有する。具体的には、複数の単位構造３０の透過位相の位相分布は、送信電波の波長に応じて設定されている。
　図１７は、第１実施形態に係る電波制御板の単位構造の位相分布を設定する方法を説明するための図である。フェーズドアレイアンテナ１０Ｃと、電波制御板２０Ｃとの間の距離をｚｍとする。このとき、焦点Ｐ３の位置を電波制御板２０Ｃから２ｚｍの位置に設定する。ｚｍは、例えば、１０ｍである。この場合、各単位構造３０の位相分布は、以下の式（３）に従って設定されている。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　ここで、ｘｍは、単位構造３０のＸ座標である。ｙｍは、単位構造３０のＹ座標である。式（３）は、凹レンズとしての焦点が－２ｚｍとなる位相分布を設定するための式である。このような位相分布により、電波制御板２０Ｃは、遠方からの電波をフェーズドアレイアンテナ１０Ｃに向けて拡散することになり、逆にフェーズドアレイアンテナ１０Ｃからの電波を所定の方向にビームが形成されるように制御することができる。すなわち、電波制御板２０Ｃが存在することにより、フェーズドアレイアンテナ１０Ｃと、電波制御板２０Ｃとを備えたアンテナ装置は、等価的に間隔の狭いフェーズドアレイアンテナと同様の動作をさせることができる。
　図１８は、第１実施形態に係るアンテナ装置の送信電波のシミュレーション結果を示す図である。図１８は、横軸が送信電波を送信する方向（ｄｅｇ）を示し、縦軸が式（１）で計算したＳ２１の振幅（ｄＢ）を示す。波形２１３は、図１７に示すアンテナ装置１００Ｃが送信する送信電波の信号レベルを示す。図１７に示す例では、波形２１３に示すように、アンテナ装置１００Ｃは、各アンテナ素子１２の位相を調整し、３０°の方向に送信電波を送信するように制御されている。波形２１３が示すように、３０°方向にメインローブ２１３ａがあるが、グレーティングローブは発生していない。すなわち、アンテナ装置１００Ｃは、図１５で発生していた、グレーティングローブ２１２ｂを抑圧することができる。
　上述のとおり、第１実施形態は、フェーズドアレイアンテナと、電波制御板とを組み合わせることで、フェーズドアレイアンテナのアンテナ素子の間隔が送信電波の半波長以上になったときに発生するグレーティングローブを抑圧することができる。
［第１実施形態の変形例］
　第１実施形態の変形例について説明する。図５に示すように、第１実施形態では、アンテナ装置１００は、フェーズドアレイアンテナ１０が送信する送信電波を屈折させる電波制御板２０を含むものとして説明したが、本開示はこれに限定されない。本開示は、電波制御板の代わりに、周囲に比べて中心付近の厚さが薄い凹型のレンズ形状を有する誘電体（誘電体レンズ）であってもよい。または誘電率に分布（周囲に比べて中心付近の誘電率が低い）を持たせた誘電体板であってもよい。第１実施形態の変形例では、このような凹型のレンズ形状の誘電体により、フェーズドアレイアンテナ１０Ｃと、当該誘電体レンズとを備えたアンテナ装置は、上記第１実施形態と同様に、等価的に間隔の狭いフェーズドアレイアンテナと同様の動作をさせることができる。
　これにより、第１実施形態の変形例では、フェーズドアレイアンテナのアンテナ素子の間隔が送信電波の半波長以上になったときに発生するグレーティングローブを抑制することができる。
［第２実施形態］
　図１９は、第２実施形態に係るアンテナ装置の構成例について説明する。図１９は、第２実施形態に係るアンテナ装置の構成例を示す図である。
　図１９に示すように、アンテナ装置１００Ｄは、フェーズドアレイアンテナ１０Ｄと、電波制御板２０Ｄと、基板６０と、を含む。
　基板６０は、例えば、誘電体基板である。基板６０は、第１誘電体層６１と、第２誘電体層６２と、第３誘電体層６３との３つの領域を有する。
　フェーズドアレイアンテナ１０Ｄは、複数のアンテナ素子１２と、複数の移相器１３と、第３誘電体層６３と、を備える。第３誘電体層６３は、複数のアンテナ素子１２が配置される誘電体基板とみなせる。フェーズドアレイアンテナ１０Ｄの構成は、図１６に示すフェーズドアレイアンテナ１０Ｃの構成と同じである。
　電波制御板２０Ｄは、複数の単位構造３０と、第１誘電体層６１と、を備える。第１誘電体層６１は、複数の単位構造３０が配列される誘電体基板とみなせる。電波制御板２０Ｄの構成は、図１６に示す電波制御板２０Ｃと同じである。
　第２誘電体層６２は、第１誘電体層６１と、第３誘電体層６３との間に位置する。第１誘電体層６１と、第２誘電体層６２と、第３誘電体層６３とは、一体に構成された誘電体基板とみなせる。
　すなわち、アンテナ装置１００Ｄは、フェーズドアレイアンテナ１０Ｄと、電波制御板２０Ｄとが一体に構成されている。フェーズドアレイアンテナ１０Ｄと、電波制御板２０Ｄとを一体に構成することで、フェーズドアレイアンテナ１０Ｄと、電波制御板２０Ｄとの間の距離が安定するので、グレーティングローブを適切に抑圧することができる。
　本開示の第１態様に係るアンテナ装置１００は、複数のアンテナ素子１２を含むフェーズドアレイアンテナ１０と、フェーズドアレイアンテナ１０が送信する送信電波の送信方向に設けられ、送信電波が入射した位置によって透過位相が異なるように形成され、所定のビームパターンが形成されるように送信電波を制御する制御部と、を含み、複数のアンテナ素子１２は、送信電波の半波長よりも広い間隔で配列されている。本開示によれば、フェーズドアレイアンテナ１０の送信電波の送信方向に制御部を設けることで、グレーティングローブを抑圧することができる。
　本開示の第２態様に係るアンテナ装置１００は、第１態様に係るアンテナ装置１００であって、制御部は、２次元状に配列された複数の単位構造３０を含む電波制御板２０であり、複数の単位構造３０は、送信電波を拡散させる透過位相の分布を有する。本開示によれば、グレーティングローブを適切に抑圧することができる。
　本開示の第３態様に係るアンテナ装置１００は、第１態様または第２態様に係るアンテナ装置１００であって、複数の単位構造３０の透過位相の分布は、送信電波の波長に応じて設定されている。本開示によれば、グレーティングローブを適切に抑圧することができる。
　本開示の第４態様に係るアンテナ装置１００は、制御部は、凹型のレンズ形状を有する誘電体である。本開示によれば、グレーティングローブを適切に抑圧することができる。
　本開示の第５態様に係るアンテナ装置１００は、フェーズドアレイアンテナ１０と、制御部とは、一体に構成されている。本開示によれば、アンテナ装置１００を、１つの装置として構成することができる。
　本開示の第６態様に係る電波制御板２０は、複数のアンテナ素子１２を含むフェーズドアレイアンテナ１０が送信する送信電波の送信方向に設けられ、２次元状に配列された複数の単位構造３０を含み、複数の単位構造３０の位相は、送信電波の波長に応じた、送信電波を拡散させる透過位相の分布を有する。本開示によれば、フェーズドアレイアンテナ１０の送信電波に生じる、グレーティングローブを抑圧することができる。
　以上、本開示の実施形態を説明したが、これら実施形態の内容により本開示が限定されるものではない。また、前述した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。さらに、前述した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。さらに、前述した実施形態の要旨を逸脱しない範囲で構成要素の種々の省略、置換又は変更を行うことができる。
　１０，１０ａ，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ　フェーズドアレイアンテナ
　１１，２１，６０　基板
　１２　アンテナ素子
　１３　移相器
　２０，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄ　電波制御板
　３０　単位構造
　４０　送信電波
　５０　透過波
　６１　第１誘電体層
　６２　第２誘電体層
　６３　第３誘電体層
　１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄ　アンテナ装置

Claims (6)

  1. 　複数のアンテナ素子を含むフェーズドアレイアンテナと、
    　前記フェーズドアレイアンテナが送信する送信電波の送信方向に設けられ、前記送信電波が入射した位置によって透過位相が異なるように形成され、所定のビームパターンが形成されるように前記送信電波を制御する制御部と、を含み、
    　複数の前記アンテナ素子は、前記送信電波の半波長よりも広い間隔で配列されている、
    　アンテナ装置。
  2. 　前記制御部は、２次元状に配列された複数の単位構造を含む電波制御板であり、
    　複数の前記単位構造は、前記送信電波を拡散させる透過位相の分布を有する、
    　請求項１に記載のアンテナ装置。
  3. 　複数の単位構造の透過位相の分布は、前記送信電波の波長に応じて設定されている、
    　請求項２に記載のアンテナ装置。
  4. 　前記制御部は、凹型のレンズ形状を有する誘電体である、
    　請求項１に記載のアンテナ装置。
  5. 　前記フェーズドアレイアンテナと、前記制御部とは、一体に構成されている、
    　請求項１に記載のアンテナ装置。
  6. 　複数のアンテナ素子を含むフェーズドアレイアンテナが送信する送信電波の送信方向に設けられ、２次元状に配列された複数の単位構造を含み、
    　複数の前記単位構造の位相は、前記送信電波の波長に応じた、前記送信電波を拡散させる透過位相の分布を有する、
    　電波制御板。
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