JP7214673B2 - 分配器、アンテナ装置、および無線通信装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、分配器、アンテナ装置、および無線通信装置に関する。

アンテナ素子に給電するために、入力された高周波信号の電力を分配する分配器が知られている。この分配器が高周波信号をＮ個（Ｎは２以上の整数）に分配する際、分配されたＮ個の信号のそれぞれの位相には２π／Ｎに応じたずれが生じ、偏波の共用が困難である。このため、偏波の共用が可能な分配器が望まれる。

特開２００９－１７１３２６号公報

本発明の実施形態が解決しようとする課題は、偏波の共用が可能な分配器、アンテナ装置、および無線通信装置を提供することである。

上記課題を解決するために、実施形態の分配器は、閉じた構造を有する第１伝送線路と、前記第１伝送線路に沿って互いに前記第１伝送線路の長さの略４分の１離れた位置で接続された第１入力伝送線路および第２入力伝送線路と、前記第１伝送線路の長さを略等分する位置で接続された複数の出力伝送線路を備える。

第１の実施形態における分配器１００の構成図。 第１の実施形態における伝送線路１０１、１０２ａ～１０２ｆの配置図。 第１の実施形態における分配器１００’の構成図。 規格化特性インピーダンスｚ１、位相差θ、および内積［ｓ_１］［ｓ_２］^Ｈ の関係を表す図。 位相差θに応じた振幅｜Ｓ_３１｜、｜Ｓ_４１｜、｜Ｓ_５１｜、｜Ｓ_５１｜の計算結果を表す図。 規格化特性インピーダンスｚ_１に応じた成分Ｓ_ｍ１の振幅｜Ｓ_ｍ１｜の計算結果を表す図。 規格化特性インピーダンスｚ_２に応じた振幅｜Ｓ_１１｜、｜Ｓ_３１｜、｜Ｓ_５１｜の計算結果を表す図。 第１の実施形態の変形例における伝送線路１０１、１０２ａ～１０２ｆの配置図。 第１の実施形態の変形例における規格化特性インピーダンスｚ_１と、振幅｜Ｓ_ｍ１｜または内積［ｓ_１］［ｓ_２］^Ｈ の関係を表す図。 第１の実施形態に適用可能な分配器１１０および１２０の構成図。 第１の実施形態に適用可能な分配器１３０および１３０’の構成図。 第１の実施形態に適用可能な分配器１４０および１５０の構成図。 第１の実施形態に適用可能な分配器１６０の構成図。 第１の実施形態に適用可能な分配器１６０’の構成図。 第１の実施形態に適用可能な分配器１７０および１７０’の構成図。 第２の実施形態におけるアンテナ装置２００の構成図。 第２の実施形態に適用可能なアンテナ装置２００’の構成図。 第２の実施形態に適用可能なアンテナ装置２００”の構成図。 第２の実施形態に適用可能なアンテナ装置２１０の構成図。 第３の実施形態におけるアンテナ装置３００の構成図。 第３の実施形態におけるアンテナ装置３００’の構成図。 第３の実施形態に適用可能なアンテナ装置２１０の構成図。 第４の実施形態におけるアンテナ装置４００の構成図。 第４の実施形態に適用可能なアンテナ装置４１０の構成図。 第５の実施形態におけるアンテナ装置５００の構成図。 第６の実施形態におけるアンテナ装置６００の構成図。 第７の実施形態における無線通信装置７００の構成図。

以下、発明を実施するための実施形態について図面を参照して説明する。開示はあくまで一例にすぎず、以下の実施形態に記載した内容により発明が限定されるものではない。当業者が容易に想到し得る変形は、当然に開示の範囲に含まれる。説明をより明確にするため、図面において、各部分のサイズ、形状等を実際の実施態様に対して変更して模式的に表す場合もある。複数の図面において、対応する要素には同じ参照数字を付して、詳細な説明を省略する場合もある。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態における分配器１００の構成を表す図である。図１（Ａ）は分配器１００の立体図であり、図１（Ｂ）は分配器１００のｘｙ平面図である。分配器は、閉じた構造の伝送線路１０１、伝送線路１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ、１０２ｄ、１０２ｅ、１０２ｆを備える。伝送線路１０２ａおよび１０２ｂは高周波信号が入力される伝送線路である。実施形態において高周波信号とは、例えば無線通信の搬送波に使用される周波数の電気信号である。以降、伝送線路１０２ａおよび１０２ｂを、入力伝送線路とも称する。伝送線路１０２ａまたは１０２ｂに入力された高周波信号は、伝送線路１０１を経由して、伝送線路１０２ｃ、１０２ｄ、１０２ｅ、１０２ｆの少なくとも２本へ出力される。以降、伝送線路１０２ｃ、１０２ｄ、１０２ｅ、１０２ｆを出力伝送線路とも称する。第１の実施形態では、分配器１００は伝送線路１０２ａに入力された高周波信号を、出力伝送線路のうち、Ｎ本（Ｎは少なくとも２本）の伝送線路へ分配して出力する（以降、高周波信号ａとも称する）。同様に、分配器１００は、伝送線路１０２ｂに入力された高周波信号を、出力伝送線路のうち、Ｎ本の伝送線路へ分配して出力する（以降、高周波信号ｂとも称する）。

伝送線路１０１は閉じた構造の伝送線路である。伝送線路１０１は高周波信号が伝搬する、任意の伝送線路が適用可能である。例えば、マイクロストリップ線路、コプレーナ線路、ストリップ線路、平行二線、同軸線路、ポスト壁導波路、導波管などである。伝送線路１０１の閉じた構造とは、一筆書きで一周できる形状を表す。例えば、円形、楕円形、正方形、長方形、多角形、直線および／または曲線を組み合わせた形状などであり、ループ状の伝送線路を含む。伝送線路１０１の形状は平面形状に限定されず、立体形状でもよい。伝送線路１０１は図１（Ｂ）では一例として円形に表されている。

伝送線路１０２ａ～１０２ｆは高周波信号が伝搬する線路である。伝送線路１０２ａは伝送線路１０１と接続部１０３ａで接続され、伝送線路１０２ｂは伝送線路１０１と接続部１０３ｂで接続され、伝送線路１０２ｃは伝送線路１０１と接続部１０３ｃで接続され、伝送線路１０２ｄは伝送線路１０１と接続部１０３ｄで接続され、伝送線路１０２ｅは伝送線路１０１と接続部１０３ｅで接続され、伝送線路１０２ｆは伝送線路１０１と接続部１０３ｆで接続される。伝送線路１０２ａ～１０２ｆは、伝送線路１０１と同様の伝送線路が適用可能である。伝送線路１０１、伝送線路１０２ａ～１０２ｆは複数の種類の伝送線路を用いてもよいが、入力伝送線路（伝送線路１０２ａ、１０２ｂ）は同じ種類の伝送線路であり、出力伝送線路（伝送線路１０２ｃ～１０２ｆ）は同じ種類の伝送線路であることが好ましい。

接続部１０３ａ～１０３ｆは伝送線路１０１と対応する伝送線路１０２ａ～１０２ｆを接続する。接続部１０３ａ～１０３ｆは伝送線路１０１と対応する伝送線路１０２ａ～１０２ｆを接続できれば任意である。例えばコネクタ、半田、導体ビアなどが適用可能である。伝送線路１０１と、伝送線路１０２ａ～１０２ｆの少なくとも１本が一体として形成される場合がある。この場合でも、伝送線路１０１は一体として形成される伝送線路１０２ａ～１０２ｆの少なくとも１本は対応する接続部１０３ａ～１０３ｆを介して接続されるとする。この場合、接続部１０３ａ～１０３ｆは伝送線路１０１または対応する伝送線路１０２ａ～１０２ｆの一部であってもよい。

接続部１０３ａおよび１０３ｂは、伝送線路１０１に沿って、伝送線路１０１の長さの約４分の１だけ離れている。伝送線路１０１の長さの約４分の１は、伝送線路１０１、接続部１０３ａおよび１０３ｂの製造誤差または加工誤差を許容する程度である。接続部１０３ｃ、１０３ｄ、１０３ｅ、１０３ｆは伝送線路１０１の長さをおおよそ等分する。すなわち、接続部１０３ｃから１０３ｄまで、接続部１０３ｄから１０３ｅまで、接続部１０３ｅから１０３ｆ、接続部１０３ｆから１０３ｃまでは、それぞれ伝送線路１０１に沿って、伝送線路１０１の約４分の１の長さだけ離れている。伝送線路１０１の長さのおおよその等分は、伝送線路１０１、接続部１０３ｃ、１０３ｄ、１０３ｅ、１０３ｆの製造誤差または加工誤差を許容する程度である。

接続部１０３ａ～１０３ｆを、以上説明した配置とすることで、伝送線路１０２ａに入力され、出力伝送線路へ出力される高周波信号ａの成分と、伝送線路１０２ｂに入力され、出力伝送線路へ出力される高周波信号ｂの成分を直交させることができる。高周波信号ａおよびｂの成分が直交することで、分配された高周波信号が放射されるアンテナにおいて、高周波信号ａに基づく偏波および高周波信号ａに基づく偏波と直交する、高周波信号ｂに基づく偏波が放射される。すなわち、偏波の共用が可能となる。

接続部１０３ａ～１０３ｆを、以上説明した配置とすることで、伝送線路１０２ａに入力され、出力伝送線路へ出力される高周波信号ａの成分と、伝送線路１０２ｂに入力されて出力伝送線路へ出力される高周波信号ｂの成分が直交することを、図２から図４、および数式を用いて説明する。図２は、本実施形態の伝送線路１０１、１０２ａ～１０２ｆの配置および特性インピーダンスを表す図である。伝送線路１０１の長さはＬ_１、特性インピーダンスはＺ_１で表される。伝送線路１０２ａおよび１０２ｂの特性インピーダンスはそれぞれＺ_０で表される。伝送線路１０２ａおよび１０２ｂは入力伝送線路である。伝送線路１０２ａには高周波信号の入力ポートＰｏｒｔ１が割り当てられ、伝送線路１０２ｂには高周波信号の入力ポートＰｏｒｔ２が割り当てられる。接続部１０３ａから接続部１０３ｂまでの伝送線路１０１に沿った距離はｄ_１２で表されている。伝送線路１０２ｃ、１０２ｄ、１０２ｅ、および１０２ｆの特性インピーダンスはそれぞれＺ_２で表される。伝送線路１０２ｃ、１０２ｄ、１０２ｅ、および１０２ｆは出力伝送線路である。伝送線路１０２ｃには高周波信号の出力ポートＰｏｒｔ３が割り当てられ、伝送線路１０２ｄには高周波信号の出力ポートＰｏｒｔ４が割り当てられ、伝送線路１０２ｅには高周波信号の出力ポートＰｏｒｔ５が割り当てられ、伝送線路１０２ｆには高周波信号の出力ポートＰｏｒｔ６が割り当てられる。伝送線路１０１、１０２ａ～１０２ｆの特性インピーダンスを、伝送線路１０２ａおよび１０２ｂの特性インピーダンスＺ_０で規格化すると、伝送線路１０１の規格化特性インピーダンスｚ_１＝Ｚ_１／Ｚ_０、伝送線路１０２ａおよび１０２ｂの規格化特性インピーダンスｚ_０＝Ｚ_０／Ｚ_０＝１、伝送線路１０２ｃ、１０２ｄ、１０２ｅ、および１０２ｆの規格化特性インピーダンスｚ_２＝Ｚ_２／Ｚ_０となる。

接続部１０３ａから接続部１０３ｃまでの伝送線路１０１に沿った距離はｄ_１３で表され、接続部１０３ｃから接続部１０３ｄまでの伝送線路１０１に沿った距離はｄ_３４で表され、接続部１０３ｄから接続部１０３ｅまでの伝送線路１０１に沿った距離はｄ_４５で表され、接続部１０３ｅから接続部１０３ｆまでの伝送線路１０１に沿った距離はｄ_５６で表され、接続部１０３ｆから接続部１０３ｃまでの伝送線路１０１に沿った距離はｄ_６３で表される。簡略化のため、伝送線路１０１の長さＬ_１を、伝送線路１０１の管内波長λとする。接続部１０３ａおよび１０３ｂは、伝送線路１０１に沿って伝送線路１０１の長さの４分の１離れているとする。接続部１０３ｃ、１０３ｄ、１０３ｅ、１０３ｆは伝送線路１０１の長さを等分するものとする。この場合、管内波長λ、距離ｄ_１２、距離ｄ_３４、距離ｄ_４５、距離ｄ_５６、距離ｄ_６３の関係は、以下の式（１）で表される。

入力伝送線路の接続点から出力伝送線路の接続点までの伝送線路１０１に沿った長さに応じて、入力伝送線路に入力される高周波信号の位相と、出力伝送線路へ出力される高周波信号の位相には位相差θが生じる。位相差θは伝送線路１０２ａに入力される高周波信号ａと伝送線路１０２ｂに入力される高周波信号ｂにともに生じる。位相差θは、以下の式（２）で表される。

本実施形態では、位相差θは接続部１０３ａから接続部１０３ｃまでの伝送線路１０１に沿った距離から変換されている。このとき、伝送線路１０２ａ～１０２ｆのそれぞれにおける電流と電圧の比に関する行列である、分配器１００の規格化アドミッタンス行列［ｙ］は、以下の式（３）で表される。

伝送線路１０２ａ～１０２ｂに高周波信号を入力した場合に、伝送線路１０２ａ～１０２ｆへ出力される高周波信号の複素振幅に関する行列である、分配器１００のＳパラメータ行列［Ｓ］は、分配器１００の規格化アドミッタンス行列［ｙ］を用いて以下の式（４）で表される。入力伝送線路である伝送線路１０２ａおよび１０２ｂへも高周波信号が出力される場合があるため、Ｓパラメータ行列［Ｓ］は伝送線路１０２ａおよび伝送線路１０２ｂへ出力される高周波信号の複素振幅に関する行列成分を含んでいる。なお、高周波信号の複素振幅は、高周波信号の電力に関連する。

［ｇ_ｒｅｆ］は以下の式（５）、［ｚ_ｒｅｆ］は以下の式（６）で表される。また、［Ｉ］は単位行列を表す。

以下、さらなる式の簡略化のために、θ＝０°の場合を説明する。θ＝０°の場合とは、接続部１０３ａと接続部１０３ｃが一致する場合である。図３は、接続部１０３ａと１０３ｃが一致する分配器１００’の構成を表す図である。図３（Ａ）は分配器１００’の立体図であり、図３（Ｂ）は分配器１００’のｘｙ平面図である。分配器１００’では、接続部１０３ｂと１０３ｄも一致している。ここで、入力伝送線路である伝送線路１０２ａに高周波信号を入力した場合における、伝送線路１０２ａ～１０２ｆのそれぞれへ出力される高周波信号の複素振幅に関するＳパラメータ行列［Ｓ］の成分Ｓ_ｍ１（ｍ＝１、２、…、６）は式（７）で表される。伝送線路１０２ａに高周波信号ａが入力された場合において、成分Ｓ_１１は伝送線路１０２ａへ出力される高周波信号の複素振幅を表し、成分Ｓ_２１は伝送線路１０２ｂへ出力される高周波信号の複素振幅を表し、成分Ｓ_３１は伝送線路１０２ｃへ出力される高周波信号の複素振幅を表し、成分Ｓ_４１は伝送線路１０２ｄへ出力される高周波信号の複素振幅を表し、成分Ｓ_５１は伝送線路１０２ｅへ出力される高周波信号の複素振幅を表し、成分Ｓ_６１は伝送線路１０２ｆへ出力される高周波信号の複素振幅を表す。

Ｓ_１１は入力元の伝送線路１０２ａへ出力される信号の複素振幅を表すので、高周波信号ａの一部が伝送線路１０２ａへ出力される場合があることを表す。Ｓ_２１は、入力伝送線路のもう一方である伝送線路１０２ｂへも、伝送線路１０２ａに入力された高周波信号の一部が出力される場合があることを表している。入力元である伝送線路へ高周波信号が出力されることを、反射とも呼ぶ。なお、入力伝送線路へ出力される高周波信号はロスとなるので、入力伝送線路へ出力される高周波信号は抑制されることが望ましい。ここで、Δ_０は以下の式（８）で表される。

また、もう一方の入力伝送線路である伝送線路１０２ｂに高周波信号を入力した場合における、Ｓパラメータ行列［Ｓ］の成分Ｓ_ｍ２（ｍ＝１、２、…、６）は式（９）で表される。伝送線路１０２ｂに高周波信号ｂが入力された場合において、成分Ｓ_１２は伝送線路１０２ａへ出力される高周波信号の複素振幅を表し、成分Ｓ_２２は伝送線路１０２ｂへ出力される高周波信号の複素振幅を表し、成分Ｓ_３２は伝送線路１０２ｃへ出力される高周波信号の複素振幅を表し、成分Ｓ_４２は伝送線路１０２ｄへ出力される高周波信号の複素振幅を表し、成分Ｓ_５２は伝送線路１０２ｅへ出力される高周波信号の複素振幅を表し、成分Ｓ_６２は伝送線路１０２ｆへ出力される高周波信号の複素振幅を表す。

Ｓ_２１は、入力伝送線路のもう一方である伝送線路１０２ａに伝送線路１０２ｂへ入力された高周波信号の一部が出力される場合があることを表し、Ｓ_２２は入力元の伝送線路１０２ｂへ出力される信号の複素振幅を表すので、入力された高周波信号が反射する場合があることを表す。伝送線路１０２ａに高周波信号を入力した場合において、伝送線路１０２ｃ～１０２ｆへ出力される高周波信号のベクトルを［ｓ_１］、伝送線路１０２ｂに高周波信号を入力した場合において、伝送線路１０２ｃ～１０２ｆへ出力される高周波信号のベクトルを［ｓ_２］とすると、ベクトル［ｓ_１］およびベクトル［ｓ_２］は式（１０）で表される。ベクトル［ｓ_１］は式（７）の成分Ｓ_３１、成分Ｓ_４１、成分Ｓ_５１、成分Ｓ_６１を含み、ベクトル［ｓ_２］は式（９）の成分Ｓ_３２、成分Ｓ_４２、成分Ｓ_５２、成分Ｓ_６２を含む。

このとき、ベクトル［ｓ_１］とベクトル［ｓ_２］の内積［ｓ_１］［ｓ_２］^Ｈ は、式（１１）で表される。なお、［ ］^Ｈ はエルミート転置を表す。

式（１１）で表されるように、位相差θ＝０°であれば、出力伝送線路の規格化特性インピーダンスｚ_２によらず、内積［ｓ_１］［ｓ_２］^Ｈ は０となる。すなわち、伝送線路１０２ａに入力され、出力伝送線路の少なくとも２本へ出力される高周波信号ａの成分と、伝送線路１０２ｂに入力され、出力伝送線路の少なくとも２本へ出力される高周波信号ｂの成分は直交する。

成分Ｓ_ｍ１および成分Ｓ_ｍ２の記載の簡略化のため、θ＝０°の場合を説明したが、伝送線路１０１の規格化特性インピーダンスｚ_１＝０であれば、内積［ｓ_１］［ｓ_２］^Ｈ は０となる。これは出力伝送線路の規格化特性インピーダンスｚ_２、位相差θによらず成立する。図４は、伝送線路１０１の規格化特性インピーダンスｚ_１、位相差θ、および内積［ｓ_１］［ｓ_２］^Ｈ の関係を表している。図４から、位相差θ＝０°、または９０°に近づくと内積［ｓ_１］［ｓ_２］^Ｈ ＝０に近づき、伝送線路１０１の規格化特性インピーダンスｚ_１が０に近づくと、内積［ｓ_１］［ｓ_２］^Ｈ ＝０に近づくことが表されている。

以上の説明では、位相差θ＝０°の場合について説明してきた。伝送線路１０１の規格化特性インピーダンスｚ_１＝０であれば内積［ｓ_１］［ｓ_２］^Ｈ は０となるが、出力伝送線路の規格化特性インピーダンスｚ_２が所定の値である場合、出力伝送線路へ出力される高周波信号の成分は、位相差θによって変動する。図５は、ｚ_１＝０、ｚ_２＝２において高周波信号ａが入力された場合、位相差θに応じた振幅｜Ｓ_３１｜、｜Ｓ_４１｜、｜Ｓ_５１｜、｜Ｓ_６１｜を計算した結果を表す図である。なお、この場合、式（７）より振幅｜Ｓ_１１｜、｜Ｓ_２１｜は位相差θによらず０となる。図５から、位相差θが０°から４５°までは、振幅｜Ｓ_３１｜、｜Ｓ_５１｜が振幅｜Ｓ_４１｜、｜Ｓ_６１｜よりも大きい。この場合、高周波信号ａは伝送線路１０２ｃおよび１０２ｅへ主に出力されることを表している。位相差θが約４５°では、振幅｜Ｓ_３１｜、｜Ｓ_４１｜、｜Ｓ_５１｜、｜Ｓ_６１｜が同程度である。この場合、高周波信号ａは伝送線路１０２ｃ～１０２ｆへそれぞれ等振幅の高周波信号として出力される。なお、等振幅とは厳密に等しい場合に限定されず、同程度の振幅（電力レベル）であればよい。位相差θが４５°から９０°までは、振幅｜Ｓ_３１｜、｜Ｓ_５１｜が振幅｜Ｓ_４１｜、｜Ｓ_６１｜よりも小さい。この場合、高周波信号ａは伝送線路１０２ｄおよび１０２ｆへ主に出力されることを表している。

以上説明したように、位相差θによって、高周波信号ａの出力先ごとの振幅が変化する。よって、出力伝送線路へ出力される高周波信号の成分は、位相差θによって変動する。また、高周波信号ｂも位相差θによって、高周波信号ｂの出力先ごとの振幅が変化し、変化の傾向は高周波信号ａと反対となる。すなわち、位相差θが０°から４５°までは、振幅｜Ｓ_４２｜、｜Ｓ_６２｜が振幅｜Ｓ_３２｜、｜Ｓ_５２｜よりも大きい。この場合、高周波信号ｂは伝送線路１０２ｄおよび１０２ｆへ主に出力されることを表している。位相差θが約４５°では、振幅｜Ｓ_３２｜、｜Ｓ_４２｜、｜Ｓ_５２｜、｜Ｓ_６２｜が同程度である。高周波信号ｂは伝送線路１０２ｃ～１０２ｆへそれぞれ等振幅の高周波信号として出力される。位相差θが４５°から９０°までは、振幅｜Ｓ_４２｜、｜Ｓ_６２｜が振幅｜Ｓ_３２｜、｜Ｓ_５２｜よりも小さい。高周波信号ａは伝送線路１０２ｃおよび１０２ｅへ主に出力されることを表している。なお、式（９）から、振幅｜Ｓ_１２｜、｜Ｓ_２２｜は位相差θによらず０となる。

また、式（７）および式（９）にも示されているように、ｚ_１＝０の場合、振幅｜Ｓ_１１｜、｜Ｓ_１２｜、｜Ｓ_２１｜、｜Ｓ_２２｜は０となるので、入力伝送線路へ出力される高周波信号は抑制される。高周波信号ａおよび高周波信号ｂは、出力伝送線路へ出力されることとなり、高周波信号の分配の効率を向上させることができる。

伝送線路１０１の規格化特性インピーダンスｚ_１＝Ｚ_１／Ｚ_０であるため、ｚ_１＝０の場合Ｚ_１＝０となる。しかし、Ｚ_１は伝送線路１０１の特性インピーダンスであるため、実際に０とすることはできない。ｚ_１＝０とすることはできないが、ｚ_１を小さくすることで、内積［ｓ_１］［ｓ_２］^Ｈ を０に近づけることができる。内積［ｓ_１］［ｓ_２］^Ｈ が０に近い場合でも、伝送線路１０２ａに入力され、出力伝送線路の少なくとも２本へ出力される高周波信号ａの成分と、伝送線路１０２ｂに入力され、出力伝送線路の少なくとも２本へ出力される高周波信号ｂの成分は直交するとみなす。高周波信号ａの成分と、高周波信号ｂの成分が直交するとみなせる内積［ｓ_１］［ｓ_２］^Ｈ は、分配器１００が適用されるアプリケーションによっても異なる。一例として、内積［ｓ_１］［ｓ_２］^Ｈ が０．３程度であれば、高周波信号ａの分配と高周波信号ｂの分配がそれぞれに及ぼす干渉（以降、この干渉をモード間干渉とも称する）を低減させることができ、高周波信号ａの成分と高周波信号ｂの成分が直交するとみなせる。図４では、内積［ｓ_１］［ｓ_２］^Ｈ は０．１以下であり、高周波信号ａの成分と、高周波信号ｂの成分が直交する。

以上から、接続部１０３ａおよび１０３ｂが伝送線路１０１に沿って伝送線路１０１の長さの約４分の１だけ離れており、接続部１０３ｃ、１０３ｄ、１０３ｅ、１０３ｆが伝送線路１０１の長さをおおよそ等分するように配置されることで、偏波の共用が可能となる。

さらに、位相差θ＝０°の場合において、伝送線路１０１の規格化特性インピーダンスｚ_１＝０、出力伝送線路の規格化特性インピーダンスｚ_２＝２とすることで、伝送線路１０２ａに入力された高周波信号ａと、伝送線路１０２ｂに入力された高周波信号ｂを、それぞれ異なる出力伝送線路へ出力させることができる。なお、異なる出力伝送線路へ出力させる場合とは、図３で説明した、接続部１０３ａと接続部１０３ｃが一致し、接続部１０３ｂと接続部１０３ｄが一致する位相差θ＝０°の場合である。

異なる入力伝送線路に入力された高周波信号が、それぞれ異なる出力伝送線路へ出力されることで、高周波信号の分配においてそれぞれに及ぼす干渉をさらに低減させることができる。また、伝送線路１０２ａに入力された高周波信号ａと、伝送線路１０２ｂに入力された高周波信号ｂが、伝送線路１０２ａおよび伝送線路１０２ｂの少なくとも一方へ出力される高周波信号を低減させることができる。出力伝送線路の規格化特性インピーダンスｚ_２＝２とすることは、出力伝送線路の特性インピーダンスＺ_２が、入力伝送線路の特性インピーダンスＺ_０の２倍になることを表す。以下、数式にて説明する。式（７）から、ｚ_１＝０、ｚ_２＝２における成分Ｓ_ｍ１は式（１２）となる。

式（１２）から、ｚ_１＝０、ｚ_２＝２の場合、伝送線路１０２ａに入力された高周波信号ａは、伝送線路１０２ｃおよび１０２ｅへ出力され、伝送線路１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｄ、１０２ｆへは出力されないことが表されている。また、式（１２）から、伝送線路１０２ｃへ出力される高周波信号と、伝送線路１０２ｅへ出力される高周波信号は、逆相であることが表されている。なお、出力されないとは、高周波信号が一切出力されないことを表すものではなく、高周波信号が出力されるとする伝送線路へ出力される高周波信号の振幅と比較して小さいこと、すなわち出力されにくいことを意味する。この場合、高周波信号ａは、伝送線路１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｄ、１０２ｆへ出力される場合もあるが、伝送線路１０２ｃ、１０２ｅへ出力される振幅よりも小さい。また、逆相とは、完全に逆であることに限定されるわけではなく、おおむね逆相であればよい。

また、式（９）から、ｚ_１＝０、ｚ_２＝２における成分Ｓ_ｍ２は式（１３）となる。

式（１３）から、ｚ_１＝０、ｚ_２＝２の場合、伝送線路１０２ｂに入力された高周波信号ｂは、伝送線路１０２ｄおよび１０２ｆへ出力され、伝送線路１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ、１０２ｅへは出力されないことが表されている。また、式（１３）から、伝送線路１０２ｄへ出力される高周波信号と、伝送線路１０２ｆへ出力される高周波信号は、逆相であることが表されている。式（１２）での説明と同様に、高周波信号ｂは、伝送線路１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ、１０２ｅへ出力される場合もあるが、伝送線路１０２ｄ、１０２ｆへ出力される振幅よりも小さい。式（１２）、式（１３）から高周波信号ａおよび高周波信号ｂが異なる出力伝送線路へ出力されるとして説明したが、高周波信号ａおよび高周波信号ｂの一切が異なる出力伝送線路へ出力される場合に限定されるものではない。例えば、高周波信号ａは、伝送線路１０２ｄ、１０２ｆへも出力される場合がありうるが、高周波信号ｂが伝送線路１０２ｄ、１０２ｆへ出力された信号よりも振幅は小さい。このような場合も、高周波信号ａおよび高周波信号ｂが異なる出力伝送線路に出力されるとする。

以上の説明から、位相差θ＝０°、伝送線路１０１の規格化特性インピーダンスｚ_１＝０、出力伝送線路の規格化特性インピーダンスｚ_２＝２とする場合、伝送線路１０２ａに入力された高周波信号ａは伝送線路１０２ｃおよび１０２ｅへ出力され、伝送線路１０２ｂに入力された高周波信号ｂは伝送線路１０２ｄおよび１０２ｆへ出力されることが示された。すなわち、分配器１００は、伝送線路１０２ａに入力された高周波信号ａと、伝送線路１０２ｂに入力された高周波信号ｂを、それぞれ異なる出力伝送線路へ出力させることができる。分配器１００は、伝送線路１０２ａに入力された高周波信号ａが入力伝送線路へ出力されることを抑制し、伝送線路１０２ｂに入力された高周波信号ｂが入力伝送線路へ出力されることを抑制することができる。

伝送線路１０１の規格化特性インピーダンスｚ_１は、実際に０とすることはできない。ｚ_１を小さくすることで、伝送線路１０２ａまたは１０２ｂに入力された高周波信号が、伝送線路１０２ａおよび１０２ｂへ出力されることを抑制することができる。図６は、位相差θ＝０°、出力伝送線路の規格化特性インピーダンスｚ_２＝２において、ｚ_１に応じた成分Ｓ_ｍ１の振幅｜Ｓ_ｍ１｜を計算した結果を表す。図６から、ｚ_１を小さくして０に近づけていくことで、振幅｜Ｓ_１１｜、｜Ｓ_２１｜、｜Ｓ_４１｜、｜Ｓ_６１｜が小さくなる。すなわち、ｚ_１を小さくして０に近づけていくことで、伝送線路１０２ａに入力された高周波信号が、伝送線路１０２ａおよび１０２ｂへ出力されることを抑制することができる。また、ｚ_１を小さくして０に近づけていくことで、振幅｜Ｓ_４１｜、｜Ｓ_６１｜が小さくなるため、伝送線路１０２ａに入力された高周波信号ａが、伝送線路１０２ｄおよび１０２ｆへ出力されることを抑制することができ、式（１２）の説明と一致する。一方、ｚ_１を小さくして０に近づけても、｜Ｓ_３１｜、｜Ｓ_５１｜の変動は小さいため、伝送線路１０２ａに入力された高周波信号ａが、伝送線路１０２ｃおよび１０２ｅへ出力されることとなり、式（１２）の説明と一致する。

同様に、伝送線路１０２ｂに高周波信号ｂが入力された場合は、ｚ_１を小さくして０に近づけていくことで、振幅｜Ｓ_１２｜、｜Ｓ_２２｜、｜Ｓ_３２｜、｜Ｓ_５２｜が小さくなる。すなわち、ｚ_１を小さくして０に近づけていくことで、伝送線路１０２ｂに入力された高周波信号ｂが、伝送線路１０２ａおよび１０２ｂへ出力されることを抑制することができる。振幅｜Ｓ_３２｜、｜Ｓ_５２｜が小さくなるため、伝送線路１０２ｂに入力された高周波信号ｂが、伝送線路１０２ｃおよび１０２ｅへ出力されることを抑制することができ、式（１３）の説明と一致する。一方、ｚ_１を小さくして０に近づけても、｜Ｓ_４２｜、｜Ｓ_６２｜の変動は小さいため、伝送線路１０２ｂに入力された高周波信号ｂが、伝送線路１０２ｄおよび１０２ｆへ出力されることとなり、式（１３）の説明と一致する。

ｚ_１＝０にどれほど近づけるかは、分配器１００が適用されるアプリケーションにも依存する。一例として、ｚ_１＝１とした場合、図６から、振幅｜Ｓ_１１｜＝－２７ｄＢ、振幅｜Ｓ_２１｜＝－１９ｄＢ、振幅｜Ｓ_４１｜＝－２２ｄＢ、振幅｜Ｓ_６１｜＝－１３ｄＢ、となり、振幅｜Ｓ_３１｜＝－３ｄＢ、振幅｜Ｓ_５１｜＝－５ｄＢと比較して最低でも１０ｄＢ以上小さい。したがって、ｚ_１＝１程度であっても、伝送線路１０２ａに入力された高周波信号ａと、伝送線路１０２ｂに入力された高周波信号ｂとをそれぞれ異なる出力伝送線路へ出力させることができ、入力伝送線路へ出力させることを抑制することができる。

ｚ_１＝０．５とした場合、振幅｜Ｓ_１１｜＝－３９ｄＢ、振幅｜Ｓ_２１｜＝－２４ｄＢ、振幅｜Ｓ_４１｜＝－２７ｄＢ、振幅｜Ｓ_６１｜＝－１７ｄＢ、となり、振幅｜Ｓ_３１｜＝－３ｄＢ、振幅｜Ｓ_５１｜＝－３ｄＢと比較して最低でも１４ｄＢ以上小さい。ｚ_１＝１の例と比較すると、ｚ_１＝０に近づけることで、より高周波信号ａと高周波信号ｂとをそれぞれ異なる出力伝送線路へ出力させることができ、入力伝送線路へ出力させることを抑制することができる。

以上の説明では、θ＝０°、ｚ_１＝０、ｚ_２＝２の場合を中心に説明した。以下、ｚ_２＝２でなくとも、ｚ_２＝２に近づけることで、反射を抑えることができることを説明する。図７は、伝送線路１０２ａに高周波信号ａが入力された場合において、ｚ_２に応じた振幅｜Ｓ_１１｜、｜Ｓ_３１｜、｜Ｓ_５１｜を計算した結果を表す。振幅｜Ｓ_１１｜は、反射された高周波信号ａの振幅を表す。図７から、ｚ_２＝２に近づけることで、振幅｜Ｓ_１１｜が小さくなるため、伝送線路１０２ａに入力された高周波信号ａが反射して伝送線路１０２ａへ出力されることを抑制することができる。一方、ｚ_２＝２に近づけても、振幅｜Ｓ_３１｜、｜Ｓ_５１｜の変動は小さいため、伝送線路１０２ａに入力された高周波信号ａが、伝送線路１０２ｃおよび１０２ｅへ出力されることとなり、式（１２）の説明と一致する。

同様に、伝送線路１０２ｂに高周波信号ｂが入力された場合は、ｚ_２＝２に近づけていくことで、振幅｜Ｓ_２２｜が小さくなる。すなわち、伝送線路１０２ｂに入力された高周波信号ｂが反射して伝送線路１０２ｂへ出力されることを抑制することができる。一方、ｚ_２＝２に近づけても、振幅｜Ｓ_４２｜、｜Ｓ_６２｜の変動は小さいため、伝送線路１０２ｂに入力された高周波信号ｂが、伝送線路１０２ｄおよび１０２ｆへ出力されることとなり、式（１３）の説明と一致する。

なお、出力伝送線路の規格化特性インピーダンスｚ_２は、抑える必要がある反射に応じて決定される。例えば図７では、振幅｜Ｓ_１１｜を－１０ｄＢ以下とする場合は、ｚ_２の範囲は１．１～３．５倍である。すなわち、出力伝送線路の特性インピーダンスＺ_２が、入力伝送線路の特性インピーダンスＺ_０の１．１～３．５倍であればよい。振幅｜Ｓ_１１｜を－２０ｄＢ以下とする場合は、ｚ_２の範囲は１．６３～２．４５倍である。すなわち、出力伝送線路の特性インピーダンスＺ_２が、入力伝送線路の特性インピーダンスＺ_０の１．６３～２．４５倍であればよい。振幅｜Ｓ_１１｜を－３０ｄＢ以下とする場合は、ｚ_２の範囲は１．８７～２．１４倍である。すなわち、出力伝送線路の特性インピーダンスＺ_２が、入力伝送線路の特性インピーダンスＺ_０の１．８７～２．１４倍であればよい。

以上、本実施形態における分配器１００を説明した。本実施形態で説明した分配器１００は一例であり、変形例は様々に実装、実行可能である。以下に本実施形態の変形例を説明する。変形例は、本実施形態の説明と組み合わせて用いることができる。

（変形例１）
本実施形態では、位相差θ＝０°の場合において、伝送線路１０１の規格化特性インピーダンスｚ_１＝０、出力伝送線路の規格化特性インピーダンスｚ_２＝２の場合について説明した。変形例として、位相差θ＝４５°の場合を説明する。図８は、位相差θ＝４５°の場合の分配器１００”における、伝送線路１０１、１０２ａ～１０２ｆの配置および特性インピーダンスを表す図である。伝送線路１０１、１０２ａ～１０２ｆの特性インピーダンスは、本実施形態と同様である。位相差θ＝４５°の場合、接続部１０３ａは、接続部１０３ｃおよび１０３ｄの伝送線路１０１に沿った中点に位置し、接続部１０３ｂは、接続部１０３ｄおよび１０３ｅの伝送線路１０１に沿った中点に位置する。すなわち、接続部１０３ａから接続部１０３ｃ～１０３ｆまでの伝送線路１０１に沿った長さは、伝送線路１０１の長さの約８分の１の整数倍となる。同様に、接続部１０３ｂから接続部１０３ｃ～１０３ｆまでの伝送線路１０１に沿った長さは、伝送線路１０１の長さの約８分の１の整数倍となる。

図４で説明したように、ｚ_１＝０であれば、ｚ_２、位相差θによらず内積［ｓ_１］［ｓ_２］^Ｈ＝０となり、伝送線路１０２ａに入力され、出力伝送線路のうち少なくとも２本へ出力される高周波信号ａの成分と、伝送線路１０２ｂに入力され、出力伝送線路のうち少なくとも２本へ出力される高周波信号ｂの成分は直交する。本変形例の配置では、ｚ_１＝０、ｚ_２＝２であれば、位相差θによらず式（１４）が成立する。

式（１４）から、伝送線路１０２ａに入力された高周波信号ａは、入力伝送線路へは出力されず、伝送線路１０２ｃ～１０２ｆへそれぞれ等振幅で出力される。この場合、伝送線路１０２ｃおよび１０２ｄへ出力される高周波信号と、伝送線路１０２ｅおよび伝送線路ｆへ出力される高周波信号は逆相である。伝送線路１０２ｂに入力される高周波信号ｂは、入力伝送線路へは出力されず、伝送線路１０２ｃ～１０２ｆへそれぞれ等振幅で出力される。この場合、伝送線路１０２ｃおよび１０２ｆへ出力される高周波信号と、伝送線路１０２ｄおよび伝送線路ｅへ出力される高周波信号は逆相である。

本実施形態と同様に、伝送線路１０１の規格化特性インピーダンスｚ_１は現実的には０とならないが、ｚ_１＝０に近づけることで、内積［ｓ_１］［ｓ_２］^Ｈ＝０に近づき、伝送線路１０２ａに入力され、出力伝送線路のうち少なくとも２本へ出力される高周波信号ａの成分と、伝送線路１０２ｂに入力され、出力伝送線路のうち少なくとも２本へ出力される高周波信号ｂの成分は直交するとみなすことができる。

図９は、位相差θ＝４５°、出力伝送線路の規格化特性インピーダンスｚ_２＝２において、ｚ_１と伝送線路１０２ａに入力される高周波信号ａに応じて伝送線路１０２ａ～１０２ｆへ出力される高周波信号の振幅｜Ｓ_ｍ１｜の関係を表す図（図９（Ａ））と、ｚ_１と内積［ｓ_１］［ｓ_２］^Ｈ の関係を表す図（図９（Ｂ））である。

図９（Ａ）から、ｚ_１＝０に近づくことで、振幅｜Ｓ_１１｜および｜Ｓ_２１｜が小さくなることが表されている。一方、振幅｜Ｓ_３１｜～｜Ｓ_６１｜については、ｚ_１の影響は小さく、同程度である。高周波信号ａが入力伝送線路へ出力されないとみなせる振幅は、分配器１００”が適用されるアプリケーションにもよる。一例として、ｚ_１＝１では、振幅｜Ｓ_１１｜＝－１７ｄＢ、振幅｜Ｓ_２１｜＝－１９ｄＢであり、－５～－７ｄＢ程度の振幅｜Ｓ_３１｜～｜Ｓ_６１｜よりも１０ｄＢ以上低く、高周波信号ａが入力伝送線路へ出力されないとみなせる。ｚ_１＝０．５では、振幅｜Ｓ_１１｜＝－２４ｄＢ、振幅｜Ｓ_２１｜＝－２４ｄＢであり、－６ｄＢ程度の振幅｜Ｓ_３１｜～｜Ｓ_６１｜よりも１８ｄＢ以上低い。図９（Ａ）から、ｚ_１＝０に近づけると、より高周波信号ａが入力伝送線路へ出力されにくくなることが表されている。高周波信号ｂについても同様に、ｚ_１＝０に近づけると、入力伝送線路へ出力されにくくなる。

図９（Ｂ）から、ｚ_１＝０に近づくことで、内積［ｓ_１］［ｓ_２］^Ｈ＝０に近くなることが表されている。図９（Ｂ）は、図４の位相差θ＝４５°について表した図である。図９（Ｂ）では、内積［ｓ_１］［ｓ_２］^Ｈ は０．１以下であり、伝送線路１０２ａに入力され、出力伝送線路のうち少なくとも２本へ出力される高周波信号ａの成分と、伝送線路１０２ｂに入力され、出力伝送線路のうち少なくとも２本へ出力される高周波信号ｂの成分は直交するとみなすことができる。

以上説明したように、変形例１では、位相差θ＝４５°でも偏波の共用が可能であり、入力伝送線路への出力を抑えた分配器１００”を提供することができる。また、分配器１００”は、それぞれの出力伝送線路へ出力される高周波信号の振幅を同程度とすることができる。

（変形例２）
変形例２では、分配器１００の伝送線路１０１の形や、伝送線路１０２ａ～１０２ｆの接続に関する変形例を説明する。

本実施形態の伝送線路１０１は、円形であったが、一筆書きで一周できるような形状であれば任意の形でよい。図１０は、伝送線路１０１の形が異なる分配器を表している。図１０（Ａ）は、四角形である伝送線路１０１’を有する分配器１１０のｘｙ平面図であり、図１０（Ｂ）は、楕円形である伝送線路１０１”のｘｙ平面図である。

本実施形態の伝送線路１０２ｃ～１０２ｆは、伝送線路１０１と同一平面上に配置され、伝送線路１０２ａおよび１０２ｂは、この平面に交わる方向に伸びて伝送線路１０１と接続する。伝送線路１０２ａ～１０２ｆが伸びる方向は、本実施形態の場合に限定されない。伝送線路１０２ａ～１０２ｆの少なくとも一部は伝送線路１０１と同一平面上に配置されてもよいし、この平面に交わる方向に配置されてもよい。例えば、図１１は伝送線路１０２ａ～１０２ｆが接続される方向の変形例を表す。図１１（Ａ）は、分配器１００の変形例である分配器１３０のｘｙ平面図である。分配器１３０では、伝送線路１０２ａおよび１０２ｂが伝送線路１０１と同一平面上に配置され、伝送線路１０１の内側から接続される。図１１（Ｂ）は、分配器１００の変形例である分配器１３０’のｘｙ平面図である。分配器１３０’では、伝送線路１０２ａおよび１０２ｂが伝送線路１０１と同一平面上に配置され、伝送線路１０１の外側から接続される。分配器１３０’では、伝送線路１０２ｃ～１０２ｆは、伝送線路１０１の内側から接続される。

本実施形態では、出力伝送線路が４本の場合を説明したが、４本の場合に限定されない。出力伝送線路は複数本であればよく、例えば、３本や６本であってもよい。図１２は、出力伝送線路の本数が異なる分配器を表す。図１２（Ａ）は、出力伝送線路が３本の分配器１４０のｘｙ平面図であり、図１２（Ｂ）は、出力伝送線路が６本の分配器１５０のｘｙ平面図である。

（変形例３）
本変形例では、分配器１００の実装に関する変形例を説明する。
図１３は、分配器１００の実装として、誘電体基板に形成された分配器１６０の立体図である。伝送線路１０１、伝送線路１０２ｃ～１０２ｆは誘電体基板１０５上に形成されている。誘電体基板は、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、エポキシなどの樹脂基板、樹脂を発泡した発泡プラスチック、液晶ポリマーなどのフィルム基板などの絶縁体で形成される。

伝送線路１０１はマイクロストリップ線路であり、一例として環状で表されている。分配器１６０では、伝送線路１０１、伝送線路１０２ｃ～１０２ｆが一体として形成されているが、伝送線路１０１は一体として形成される伝送線路１０２ｃ～１０２ｆと、対応する接続部１０３ｃ～１０３ｆを介して接続されるとする。この場合、接続部１０３ｃ～１０３ｆは伝送線路１０１の一部としてもよいし、対応する伝送線路１０２ｃ～１０２ｆの一部としてもよい。接続部１０３ｃ～１０３ｆは、伝送線路１０１の幾何中心から伝送線路１０２ｃ～１０２ｆに伸びる一点鎖線部の任意の部分としてもよい。

分配器１６０では、伝送線路１０２ａおよび伝送線路１０２ｂは同軸線路として表されている。この同軸線路は内導体を含んでおり、一例として図１３では、内導体は誘電体基板１０５に形成されており、伝送線路１０１に接続されている。同軸線路の内導体としては例えば、誘電体基板１０５に形成された導体ビアである。接続部１０３ａおよび１０３ｂは、内導体と伝送線路１０１が接続する部分である。

伝送線路１０１、１０２ａ～１０２ｆは、すべて誘電体基板上に形成されてもよい。図１４は、伝送線路１０１、１０２ａ～１０２ｆは、すべて誘電体基板１０５上に形成された分配器１６０’の立体図である。分配器１６０’では、伝送線路１０１、１０２ｃ～１０２ｆに加え、伝送線路１０２ａおよび１０２ｂが誘電体基板１０５上に形成されている。伝送線路１０１、１０２ａ～１０２ｆは一体として形成されているが、伝送線路１０１は一体として形成される伝送線路１０２ａ～１０２ｆと、対応する接続部１０３ａ～１０３ｆを介して接続されるとする。この場合、接続部１０３ａ～１０３ｆは伝送線路１０１の一部としてもよいし、対応する伝送線路１０２ａ～１０２ｆの一部としてもよい。接続部１０３ａ～１０３ａは、伝送線路１０１の幾何中心から伝送線路１０２ａ～１０２ｆに伸びる一点鎖線部の任意の部分としてもよい。

以上、分配器１００の実装として、誘電体基板１０５上への形成を説明したが、伝送線路１０１、１０２ａ～１０２ｆの少なくとも一部は、誘電体基板１０５上または内部に形成されなくてもよいし、誘電体基板１０５が複数存在し、伝送線路１０１、１０２ａ～１０２ｆの少なくとも一部が異なる誘電体基板に形成されてもよい。分配器を誘電体基板に形成することで、量産性を向上させることができ、製造コストを下げることができる。

（変形例４）
図１５は、伝送線路１０１の内側に、伝送線路１０１と複数箇所で接続される伝送線路１０４を有する分配器を表す図である。一例として分配器１７０および１７０’は、本実施形態で説明した分配器１００’に伝送線路１０４または１０４’をさらに備えているが、本実施形態、変形例の分配器に適用可能である。図１５（Ａ）は、伝送線路１０１の内側で交差する伝送線路１０４を有する分配器１７０のｘｙ平面図である。分配器１７０では、伝送線路１０４は接続部１０３ａ（１０３ｃ）、１０３ｂ（１０３ｄ）、１０３ｅ、１０３ｆで伝送線路１０１と接続される。

図１５（Ｂ）は、伝送線路１０１の内側に、互いに接続された伝送線路と線状の伝送線路を組み合わせた伝送線路１０４’を備える分配器１７０’のｘｙ平面図である。このように、伝送線路１０４および１０４’は、伝送線路１０１の内側に存在し、伝送線路１０１と複数箇所で接続されていれば、本数、形状などは任意である。なお、伝送線路１０１の内側とは、伝送線路１０１の同一平面上の内側に限定されない。例えば、伝送線路１０４および１０４’は立体的に形成されてもよい。伝送線路１０１と交わる方向から見た平面において、伝送線路１０４および１０４’が伝送線路１０１の内側に存在していればよい。

伝送線路１０４または１０４’を設けることで、不要な伝送線路（高周波信号の出力をしないように設計される伝送線路）への高周波信号の出力を抑制することができる。不要な伝送線路への高周波信号の出力を抑制することで、内積［ｓ_１］［ｓ_２］^Ｈ を０に近づけることができ、偏波の共用性を向上させることができる。

以上、本実施形態の変形例を説明した。本実施形態の分配器は、入力伝送線路の接続点１０３ａおよび１０３ｂを、伝送線路１０１に沿って伝送線路１０１の長さの約４分の１離れるように配置し、出力伝送線路の接続点１０３ｃ～１０３ｆを、伝送線路１０１に沿って伝送線路１０１の長さを等分するように配置する。これにより、本実施形態の分配器は、伝送線路１０２ａに入力された高周波信号ａの成分と、伝送線路１０２ｂに入力された高周波信号ｂの成分とを直交させて出力することができ、偏波の共用が可能となる。また、本実施形態の分配器は、接続点１０３ａおよび１０３ｂの位置によって、入力伝送線路へ高周波信号が出力されることを低減させることや、高周波信号ａと高周波信号ｂとをそれぞれ異なる出力伝送線路へ出力させることができる。

（第２の実施形態）
図１６は、第２の実施形態におけるアンテナ装置２００の構成を表す図である。図１６（Ａ）はアンテナ装置２００の立体図であり、図１６（Ｂ）はアンテナ装置２００のｙｚ平面図である。アンテナ装置２００は、第１の実施形態で説明した分配器にアンテナ素子２０１をさらに備える。これにより、出力伝送線路へ出力された高周波信号を電磁波として放射するアンテナ装置とすることができる。図１６のアンテナ装置２００は一例として、分配器１００’（位相差θ＝０°）にアンテナ素子２０１を備えている。

アンテナ素子２０１は、出力伝送線路へ出力された高周波信号の振幅および位相に応じた電磁波を放射する。（アンテナ素子２０１が放射する電磁波の設定を、モードとも称する）。アンテナ素子２０１は、少なくとも２つのモードについて電磁波を放射することができる。例えば、アンテナ素子２０１は、偏波面が直交する２つの直線偏波、伝搬方向に対して旋回する方向（以降、センスとも称する）が異なる２つの円偏波、モード次数が異なるＯＡＭモードを放射する。アンテナ素子２０１は、出力伝送線路へ出力された高周波信号を放射できれば、構成は任意である。例えば、アンテナ素子２０１には、パッチアンテナ、ダイポールアンテナ、ループアンテナ、誘電体共振器アンテナ、スロットアンテナ、導波管、反射鏡アンテナ、レンズアンテナ、メタ表面を用いたアンテナなどが適用可能である。本実施形態では一例として、図１６には円形のパッチアンテナが表されている。

図１６（Ｂ）では、アンテナ装置２００は出力伝送線路とアンテナ素子２０１が直接接続されていないが、電磁界結合によって出力伝送線路からアンテナ素子２０１に高周波信号が供給される。出力伝送線路とアンテナ素子２０１とは、少なくとも一部の伝送線路が直接接続するようにしてもよい。

アンテナ装置２００が２つのモードについて電磁波を放射することを説明する。アンテナ装置２００は、アンテナ素子２０１と伝送線路１０２ｃ～１０２ｆが回転対称である。この場合、アンテナ装置２００は２つの直交する偏波の電磁波を放射する。第１の実施形態で説明したように、分配器１００’において、伝送線路１０２ａに入力された高周波信号ａは、伝送線路１０２ｃおよび１０２ｅへ等振幅で逆相の高周波信号として出力される。伝送線路１０２ｃおよび１０２ｅへ出力された等振幅で逆相の高周波信号は、アンテナ素子２０１によってｙ軸方向に平行な偏波の電磁波として放射される。一方、分配器１００’において、伝送線路１０２ｂに入力された高周波信号ｂは、伝送線路１０２ｄおよび１０２ｆへ等振幅で逆相の高周波信号として出力される。伝送線路１０２ｄおよび１０２ｆへ出力された等振幅で逆相の高周波信号は、アンテナ素子２０１によってｘ軸方向に平行な偏波の電磁波として放射される。以上により、アンテナ装置２００は２つの直交する偏波の電磁波を放射する。また、アンテナ素子２０１は、伝送線路１０２ｃおよび１０２ｅから逆相の信号が給電（以降、差動給電とも称する）され、伝送線路１０２ｄおよび１０２ｆからも差動給電されるため、広い周波数範囲にわたり交さ偏波識別度（ＸＰＤ，Ｃｒｏｓｓ－Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ Ｄｉｓｃｒｉｍｉｎａｔｉｏｎ）の劣化を抑制することができる。

アンテナ装置２００はセンスが異なる２つの円偏波の電磁波を放射することもできる。伝送線路１０２ｃ～１０２ｆへ出力された高周波信号がそれぞれ等振幅であり、伝送線路１０２ｃへ出力される高周波信号の位相を基準として、伝送線路１０２ｄ～１０２ｆへ出力される高周波信号の位相が９０°ずつ遅れている場合、アンテナ素子２０１は左旋円偏波を放射する。例えば、伝送線路１０２ｃへ出力される高周波信号の位相を基準（０°）として、伝送線路１０２ｄへ出力される高周波信号の位相が－９０°、伝送線路１０２ｅへ出力される高周波信号の位相が－１８０°、伝送線路１０２ｆへ出力される高周波信号の位相が－２７０°の場合である。

一方、伝送線路１０２ｃ～１０２ｆへ出力された高周波信号がそれぞれ等振幅であり、伝送線路１０２ｃへ出力される高周波信号の位相を基準として、伝送線路１０２ｄ～１０２ｆへ出力される高周波信号の位相が９０°ずつ進んでいる場合、アンテナ素子２０１は右旋円偏波を放射する。例えば、伝送線路１０２ｃへ出力される高周波信号の位相を基準（０°）として、伝送線路１０２ｄへ出力される高周波信号の位相が９０°、伝送線路１０２ｅへ出力される高周波信号の位相が１８０°、伝送線路１０２ｆへ出力される高周波信号の位相が２７０°の場合である。伝送線路１０２ｃ～１０２ｆの高周波信号の位相を設定する例については第３の実施形態で後述する。以上により、アンテナ装置２００はセンスが異なる２つの円偏波の電磁波を放射する。なお、等振幅の左旋円偏波と右旋円偏波は同時に放射されると、直線偏波として放射される。なお、同時とは完全に同時刻であることに限定されず、おおよそ同時であればよい。また、直線偏波は、完全な直線偏波に限定されるものではなく、楕円偏波を含む。

説明の一例として、本実施形態ではθ＝０°の場合を説明したが、第１の実施形態で説明したように、伝送線路１０１の規格化特性インピーダンスｚ_１＝０であれば、伝送線路１０２ａに入力された高周波信号ａと、伝送線路１０２ｂに入力された高周波信号ｂの成分が直交する。また、第１の実施形態で説明したように、ｚ_１≠０であっても、ｚ_１＝０に近づけることで、高周波信号ａおよび高周波信号ｂの成分が直交するとみなせる。すなわち、アンテナ装置２００は少なくとも２つのモードについて電磁波を放射することができる。

以上に、本実施形態のアンテナ装置２００を説明した。第１の実施形態と同様に、変形例は様々に実装・実行可能である。例えば、アンテナ装置２００には、第１の実施形態の変形例が適用可能である。以下、第２の実施形態の変形例を説明する。

（変形例）
以下、アンテナ装置２００の構成の変形例を説明する。
アンテナ素子２０１は、切り欠きを有するパッチアンテナであってもよい。図１７は、切り欠きを有するパッチアンテナ２０１’を備えるアンテナ装置２００’の構成図である。図１７（Ａ）はアンテナ装置２００’の立体図、図１７（Ｂ）はアンテナ装置２００’のｙｚ平面図である。アンテナ装置２００’は、パッチアンテナ２０１’以外は本実施形態のアンテナ装置２００と同様である。アンテナ装置２００’も、２つのモードについて電磁波を放射することができる。

アンテナ素子２０１’は、切り欠きにより、高周波信号を円偏波として放射することができる。高周波信号ａが伝送線路１０２ａに入力され、等振幅で逆相の高周波信号が伝送線路１０２ｃおよび１０２ｅへ出力された場合、アンテナ素子２０１’は右旋円偏波を放射する。一方、高周波信号ｂが伝送線路１０２ｂに入力され、等振幅で逆相の高周波信号が伝送線路１０２ｄおよび１０２ｆへ出力された場合、アンテナ素子２０１’は左旋円偏波を放射する。以上から、アンテナ装置２００’は、２つの直交する偏波の電磁波を放射することができる。なお、この場合、アンテナ装置２００’はセンスが異なり、互いに直交する２つの偏波の電磁波を放射する。

アンテナ装置２００’は、２つの異なる直線偏波を放射することもできる。伝送線路１０２ｃ～１０２ｆへ出力された高周波信号がそれぞれ等振幅であり、伝送線路１０２ｃへ出力される高周波信号の位相を基準として、伝送線路１０２ｄ～１０２ｆへ出力される高周波信号の位相が９０°ずつ遅れている場合、アンテナ素子２０１は直線偏波Ａを放射する。例えば、伝送線路１０２ｃへ出力される高周波信号の位相を基準（０°）として、伝送線路１０２ｄへ出力される高周波信号の位相が－９０°、伝送線路１０２ｅへ出力される高周波信号の位相が－１８０°、伝送線路１０２ｆへ出力される高周波信号の位相が－２７０°の場合である。この場合、直線偏波Ａのｚ軸正方向から見た直線偏波の偏波面は、ｘ軸から４５°時計回りに傾く。

一方、伝送線路１０２ｃ～１０２ｆへ出力された高周波信号がそれぞれ等振幅であり、伝送線路１０２ｃへ出力される高周波信号の位相を基準として、伝送線路１０２ｄ～１０２ｆへ出力される高周波信号の位相が９０°ずつ進んでいる場合、アンテナ素子２０１は直線偏波Ｂを放射する。例えば、伝送線路１０２ｃへ出力される高周波信号の位相を基準（０°）として、伝送線路１０２ｄへ出力される高周波信号の位相が９０°、伝送線路１０２ｅへ出力される高周波信号の位相が１８０°、伝送線路１０２ｆへ出力される高周波信号の位相が２７０°の場合である。この場合、直線偏波Ｂのｚ軸正方向から見た直線偏波の偏波面は、ｘ軸から４５°反時計回りに傾く。以上、アンテナ装置２００’は、２つの異なる直線偏波を放射することができる。なお、直線偏波Ａと、直線偏波Ｂの偏波面は直交する。

以上、アンテナ素子が切り欠きを有するパッチアンテナが本実施形態のアンテナ装置２００に適用可能であることを表した。

本実施形態のアンテナ装置２００は、出力伝送線路とアンテナ素子が直接接続されてもよい。図１８は、伝送線路１０２ｃ～１０２ｆが、アンテナ素子２０１と直接接続されるアンテナ装置２００”の構成図である。図１８（Ａ）はアンテナ装置２００”の立体図、図１８（Ｂ）はアンテナ装置２００”のｙｚ平面図である。アンテナ素子２０１は、出力伝送線路から直接高周波信号を供給されてもよいし、本実施形態で説明した電磁界結合によって高周波信号を供給されてもよい。アンテナ装置２００”の高周波信号の放射に関する説明は、本実施形態と同様である。

本実施形態のアンテナ装置２００は、複数のアンテナ素子を有してもよい。図１９は、アンテナ素子を複数有するアンテナ装置２１０の構成図である。図１９（Ａ）はアンテナ装置２１０の立体図、図１９（Ｂ）はアンテナ装置２１０のｙｚ平面図である。アンテナ装置２１０は複数のアンテナ素子を有するアンテナ素子部２０１”を備える。アンテナ素子部２０１”は、伝送線路１０２ｃに接続されるアンテナ素子２０１ｃ、伝送線路１０２ｄに接続されるアンテナ素子２０１ｄ、伝送線路１０２ｅに接続されるアンテナ素子２０１ｅ、伝送線路１０２ｆに接続されるアンテナ素子２０１ｆを有する。アンテナ素子２０１ｃは伝送線路１０２ｃへ出力された高周波信号から電磁波を放射し、アンテナ素子２０１ｄは伝送線路１０２ｄへ出力された高周波信号から電磁波を放射し、アンテナ素子２０１ｅは伝送線路１０２ｅへ出力された高周波信号から電磁波を放射し、アンテナ素子２０１ｆは伝送線路１０２ｆへ出力された高周波信号から電磁波を放射する。この場合でも、アンテナ素子部２０１”として、本実施形態と同様に２つのモードについて電磁波を放射することができる。

以上、アンテナ装置２００の変形例について説明した。本実施形態のアンテナ装置は、第１の実施形態で説明した分配器にアンテナ素子をさらに備えることで、出力伝送線路へ出力された高周波信号を電磁波として放射するアンテナ装置とすることができる。第１の実施形態で説明した分配器により、少なくとも２つのモードについて電磁波を放射することができる。

（第３の実施形態）
図２０は、第３の実施形態におけるアンテナ装置３００の構成を表す図である。図２０（Ａ）はアンテナ装置３００の立体図であり、図２０（Ｂ）はアンテナ装置３００のｙｚ平面図である。アンテナ装置３００は、第２の実施形態で説明したアンテナ装置にハイブリッドカプラ３０１をさらに備える。これにより、入力伝送線路にそれぞれ入力される高周波信号の位相差を、ハイブリッドカプラ３０１に入力される高周波信号の入力元に応じた所定の値にすることができる。これにより、出力伝送線路へ出力された高周波信号の位相差は所定の値となり、アンテナ装置３００から放射される電磁波を、所定のモードの電磁波とすることができる。図２０のアンテナ装置３００は一例として、アンテナ装置２００にハイブリッドカプラ３０１を備えている。なお、アンテナ装置３００においても、少なくとも２つのモードについて電磁波を放射することができる。

ハイブリッドカプラ３０１は、入力された高周波信号を、高周波信号の入力元に応じた位相差をつけて分配し、入力伝送線路に入力する。アンテナ装置３００はハイブリッドカプラ３０１を用いて、２つのモードについて電磁波を放射することができる。本実施形態では一例として、ハイブリッドカプラ３０１は１８０°ハイブリッドカプラの場合を説明する。

ハイブリッドカプラ３０１には、伝送線路３０２ａおよび３０２ｂから高周波信号が入力され、伝送線路１０２ａおよび１０２ｂへ出力される。ハイブリッドカプラ３０１は、１８０°ハイブリッドカプラであれば任意である。例えば、ラットレース型の１８０°ハイブリッドカプラでもよいし、マジックＴ、方向性結合器などで１８０°ハイブリッドカプラを構成してもよい。図２０では一例として、ラットレース型の１８０°ハイブリッドカプラを表している。以下、アンテナ装置３００の動作について説明する。

ハイブリッドカプラ３０１は、伝送線路３０２ａから高周波信号が入力されると、伝送線路１０２ａおよび１０２ｂへ等振幅で同相の高周波信号を出力する。すなわち、伝送線路１０２ａに入力される高周波信号ａと伝送線路１０２ｂに入力される高周波信号ｂは等振幅で同相である。高周波信号ａは伝送線路１０２ｃおよび伝送線路１０２ｅへ等振幅で逆相の高周波信号として出力される。高周波信号ｂは伝送線路１０２ｄおよび伝送線路１０２ｆへ等振幅で逆相の高周波信号として出力される。すなわち、伝送線路１０２ｃ～１０２ｆへ出力される高周波信号はそれぞれ等振幅である。伝送線路１０２ｃおよび１０２ｄへ出力される高周波信号は同相であり、伝送線路１０２ｅおよび１０２ｆへ出力される高周波信号は同相であるが、伝送線路１０２ｃ（１０２ｄ）へ出力される高周波信号と、伝送線路１０２ｅ（１０２ｆ）へ出力される高周波信号は逆相である。アンテナ素子２０１は、伝送線路１０２ｃ～１０２ｆから供給された高周波信号から、偏波面がｚ軸正方向から見てｘ軸からｙ軸方向に－４５°傾いた直線偏波を放射する。

ハイブリッドカプラ３０１は、伝送線路３０２ｂから高周波信号が入力されると、伝送線路１０２ａおよび１０２ｂへ等振幅で逆相の高周波信号を出力する。すなわち、伝送線路１０２ａに入力される高周波信号ａと伝送線路１０２ｂに入力される高周波信号ｂは等振幅で逆相である。高周波信号ａは伝送線路１０２ｃおよび伝送線路１０２ｅへ等振幅で逆相の高周波信号として出力される。高周波信号ｂは伝送線路１０２ｄおよび伝送線路１０２ｆへ等振幅で逆相の高周波信号として出力される。すなわち、伝送線路１０２ｃ～１０２ｆへ出力される高周波信号はそれぞれ等振幅である。伝送線路１０２ｃおよび１０２ｆへ出力される高周波信号は同相であり、伝送線路１０２ｄおよび１０２ｅへ出力される高周波信号は同相であるが、伝送線路１０２ｃ（１０２ｆ）へ出力される高周波信号と、伝送線路１０２ｄ（１０２ｅ）へ出力される高周波信号は逆相である。アンテナ素子２０１は、伝送線路１０２ｃ～１０２ｆから供給された高周波信号から、偏波面がｚ軸正方向から見てｘ軸からｙ軸方向に４５°傾いた直線偏波を放射する。

以上から、アンテナ装置３００は、高周波信号の入力元である伝送線路３０２ａおよび３０２ｂに応じて、互いに直交する直線偏波を放射する。なお、アンテナ素子２０１から放射される直線偏波の偏波面は、それぞれｚ軸正方向から見てｘ軸から４５°傾いている。ハイブリッドカプラ３０１を備えることにより、アンテナ装置を機械的に回転させることなく、直線偏波の偏波面を４５°傾けることができる。

以上に、本実施形態のアンテナ装置３００を説明した。第１および第２の実施形態と同様に、変形例は様々に実装・実行可能である。例えば、アンテナ装置３００には、第１および第２の実施形態の変形例が適用可能である。以下、第３の実施形態の変形例を説明する。

（変形例１）
本実施形態では、１８０°ハイブリッドカプラの場合について説明したが、９０°ハイブリッドカプラでもよい。９０°ハイブリッドカプラの場合、アンテナ素子２０１が放射する偏波の電磁波が異なる。図２１は、ハイブリッドカプラ３０１’を備えるアンテナ装置３００’を表す図である。図２１（Ａ）はアンテナ装置３００’の立体図であり、図２１（Ｂ）はアンテナ装置３００’のｙｚ平面図である。アンテナ装置３００’はハイブリッドカプラ３０１’を用いて、２つのモードについて電磁波を放射することができる。また、ハイブリッドカプラ３０１’を用いることで、伝送線路１０２ｃ～１０２ｆからアンテナ素子２０１に供給される高周波信号に、９０°ずつ位相差をつけることができる。

ハイブリッドカプラ３０１’は、９０°ハイブリッドカプラである。ハイブリッドカプラ３０１’には、伝送線路３０２ａ’および３０２ｂ’から高周波信号が入力され、伝送線路１０２ａおよび１０２ｂへ出力される。以下、アンテナ装置３００’の動作について説明する。

ハイブリッドカプラ３０１’は、伝送線路３０２ａ’から高周波信号が入力されると、伝送線路１０２ａおよび１０２ｂへ等振幅の高周波信号を出力する。伝送線路１０２ｂに入力される高周波信号ｂの位相は、伝送線路１０２ａに入力される高周波信号ａの位相よりも９０°遅れている。高周波信号ａは伝送線路１０２ｃおよび伝送線路１０２ｅへ等振幅で逆相の高周波信号として出力される。高周波信号ｂは伝送線路１０２ｄおよび伝送線路１０２ｆへ等振幅で逆相の高周波信号として出力される。すなわち、伝送線路１０２ｃ～１０２ｆへ出力される高周波信号はそれぞれ等振幅であり、伝送線路１０２ｃ～１０２ｆへそれぞれ出力される高周波信号の位相は、伝送線路１０２ｃへ出力される高周波信号の位相を基準として９０°ずつ遅れている。例えば、伝送線路１０２ｃへ出力される高周波信号の位相を基準（０°）とすると、伝送線路１０２ｄへ出力される高周波信号の位相が－９０°、伝送線路１０２ｅへ出力される高周波信号の位相が－１８０°、伝送線路１０２ｆへ出力される高周波信号の位相が－２７０°となる。この場合、第２の実施形態で説明したように、伝送線路１０２ｃ～１０２ｆから高周波信号を供給されるアンテナ素子２０１は、左旋円偏波を放射する。

一方、ハイブリッドカプラ３０１’は、伝送線路３０２ｂ’から高周波信号が入力されると、伝送線路１０２ａおよび１０２ｂへ等振幅の高周波信号を出力する。伝送線路１０２ｂに入力される高周波信号ｂの位相は、伝送線路１０２ａに入力される高周波信号ａの位相よりも９０°進んでいる。高周波信号ａは伝送線路１０２ｃおよび伝送線路１０２ｅへ等振幅で逆相の高周波信号として出力される。高周波信号ｂは伝送線路１０２ｄおよび伝送線路１０２ｆへ等振幅で逆相の高周波信号として出力される。すなわち、伝送線路１０２ｃ～１０２ｆへ出力される高周波信号はそれぞれ等振幅であり、伝送線路１０２ｃ～１０２ｆへそれぞれ出力される高周波信号の位相は、伝送線路１０２ｃへ出力される高周波信号の位相を基準として９０°ずつ進んでいる。例えば、伝送線路１０２ｃへ出力される高周波信号の位相を基準（０°）とすると、伝送線路１０２ｄへ出力される高周波信号の位相が９０°、伝送線路１０２ｅへ出力される高周波信号の位相が１８０°、伝送線路１０２ｆへ出力される高周波信号の位相が２７０°となる。この場合、第２の実施形態で説明したように、伝送線路１０２ｃ～１０２ｆから高周波信号を供給されるアンテナ素子２０１は、右旋円偏波を放射する。

以上から、アンテナ装置３００’は、伝送線路３０２ａ’および３０２ｂ’からの高周波信号の入力に応じて、互いに直交し、センスが異なる円偏波を放射する。

（変形例２）
本変形例では、アンテナ装置の実装に関する変形例を説明する。図２２は、アンテナ装置の実装として、複数の誘電体基板に形成されたアンテナ装置３１０を表す図である。図２２（Ａ）はアンテナ装置３１０の立体図であり、図２２（Ｂ）はアンテナ装置３１０のｙｚ平面図である。本変形例では一例として、アンテナ装置３００’が複数の誘電体基板に形成された場合をアンテナ装置３１０として表している。アンテナ装置３１０の構成要素は、誘電体基板１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃの表面または内部にそれぞれ分かれて形成されている。図２２（Ａ）の立体図は、各誘電体基板の構造の理解のために誘電体基板１０５ａ、１０５ｂ、および１０５ｃを離した立体図としている。実際には、図２２（Ｂ）のｙｚ平面図のように、誘電体基板１０５ａ、１０５ｂ、および１０５ｃは重ね合わされている。誘電体基板１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃは、第１の実施形態で説明した誘電体基板１０５と同様の誘電体基板が適用可能である。

誘電体基板１０５ａには、伝送線路１０１、伝送線路１０２ｃ１、１０２ｄ１、１０２ｅ１、１０２ｆ１が形成されている。伝送線路１０２ｃ１は伝送線路１０２ｃの一部であり、伝送線路１０２ｄ１は伝送線路１０２ｄの一部であり、伝送線路１０２ｅ１は伝送線路１０２ｅの一部であり、伝送線路１０２ｆ１は伝送線路１０２ｆの一部である。

誘電体基板１０５ｂには、アンテナ素子２０１、伝送線路１０２ｃ２、１０２ｄ２、１０２ｅ２、１０２ｆ２が形成されている。伝送線路１０２ｃ２は伝送線路１０２ｃのもう一部であり、伝送線路１０２ｄ２は伝送線路１０２ｄのもう一部であり、伝送線路１０２ｅ２は伝送線路１０２ｅのもう一部であり、伝送線路１０２ｆ２は伝送線路１０２ｆのもう一部である。

誘電体基板１０５ｃには、ハイブリッドカプラ３０１’、伝送線路１０２ａ、１０２ｂ、３０２ａ’、３０２ｂ’が形成されている。

誘電体基板１０５ａ、１０５ｂ、および１０５ｃの間は、導体ビア３０３ａ～３０３ｆによって電気的に接続されている。例えば、誘電体基板１０５ａの伝送線路１０１と誘電体基板１０５ｃの伝送線路１０２ａとは導体ビア３０３ａによって電気的に接続されており、伝送線路１０１と誘電体基板１０５ｃの伝送線路１０２ｂとは導体ビア３０３ｂによって電気的に接続されている。誘電体基板１０５ａの伝送線路１０２ｃ１と誘電体基板１０５ｂの伝送線路１０２ｃ２とは導体ビア３０３ｃによって電気的に接続され、誘電体基板１０５ａの伝送線路１０２ｄ１と誘電体基板１０５ｂの伝送線路１０２ｄ２とは導体ビア３０３ｄによって電気的に接続され、誘電体基板１０５ａの伝送線路１０２ｅ１と誘電体基板１０５ｂの伝送線路１０２ｅ２とは導体ビア３０３ｅによって電気的に接続され、誘電体基板１０５ａの伝送線路１０２ｆ１と誘電体基板１０５ｂの伝送線路１０２ｆ２とは導体ビア３０３ｆによって電気的に接続される。

誘電体基板１０５ａ、１０５ｂ、および１０５ｃを重ね合わせる方法は任意である。例えば、プリプレグやボンディングフィルムなどにより接着し、化学的に重ね合わせてもよいし、ネジ止めなどで機械的に重ね合わせてもよいし、加熱など熱的に重ね合わせてもよい。また、本変形例では３つの誘電体基板に形成されたアンテナ装置３１０を説明したが、アンテナ装置３１０を形成する誘電体基板の枚数は３枚に限定されず、任意である。また、本変形例ではアンテナ装置３１０の構成要素は誘電体基板１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃの内部に形成されるものと、表面に形成されるものがあるが、誘電体基板１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃの表面または内部に適宜形成可能である。

以上、アンテナ装置の実装に関する変形例を説明した。アンテナ装置を誘電体基板に形成することで、アンテナ装置の薄型化することができ、量産性を向上させることができる。量産性が向上することで、アンテナ装置を低コスト化することができる。

以上、変形例を説明した。本実施形態のアンテナ装置は、ハイブリッドカプラを有することにより、入力伝送線路に入力される高周波信号に所定の位相差をつけることができる。これにより、アンテナ装置は、少なくとも２つのモードについて、所定の電磁波を放射することができる。また、アンテナ素子２０１は、伝送線路１０２ｃおよび１０２ｅにより差動給電され、伝送線路１０２ｄおよび１０２ｆに差動給電されるため、広い周波数範囲にわたり交さ偏波識別度の劣化を抑制することができる。また、アンテナ装置を誘電体基板に実装することにより、アンテナ装置を薄型化することができ、アンテナ装置の量産性を向上させることができる。

（第４の実施形態）
図２３は、第４の実施形態におけるアンテナ装置４００の構成を表す立体図である。アンテナ装置４００は、第３の実施形態で説明したアンテナ装置に移相器４０１ａ、４０１ｂ、電力分配器４０２をさらに備える。これにより、アンテナ装置４００は、機械的に回転させることなく任意の偏波角τの直線偏波を放射することができる。本実施形態では一例として、アンテナ装置４００はアンテナ装置３００’に移相器４０１ａ、４０１ｂ、電力分配器４０２をさらに備える。

移相器４０１ａおよび４０１ｂは、入力された高周波信号の位相を、設定された移相量だけ変化（以下、シフトとも称する）させる。移相器４０１ａは、一方は伝送線路３０２ａと接続され、他方は電力分配器４０２と接続される。移相器４０１ｂは、一方は伝送線路３０２ｂと接続され、他方は電力分配器４０２と接続される。

電力分配器４０２は、伝送線路４０３から入力された高周波信号を、電力を２分配して移相器４０１ａおよび４０１ｂへ出力する。すなわち、移相器４０１ａおよび移相器４０１ｂへ出力された高周波信号は、それぞれ等振幅である。電力分配器４０４は高周波信号の電力を２分配して出力できれば任意である。例えば、ウィルキンソン分配器、Ｔ分岐などである。

以下、アンテナ装置４００の動作を説明する。伝送線路４０３に入力された高周波信号は、電力分配器４０２で２分配され、移相器４０１ａおよび４０１ｂへ出力する。移相器４０１ａは電力分配器４０２から入力された高周波信号を、設定された移相量（例えば、φ１とする）シフトさせて伝送線路３０２ａに入力する。移相器４０１ｂは電力分配器４０２から入力された高周波信号を、設定された移相量（例えば、φ２とする）シフトさせて伝送線路３０２ｂに入力する。

第３の実施形態で説明したように、伝送線路３０２ａに入力された高周波信号は、左旋円偏波としてアンテナ素子２０１から放射される。本実施形態の場合、アンテナ素子２０１はφ_１移相された左旋円偏波を放射する。一方、伝送線路３０２ｂに入力された高周波信号は、右旋円偏波としてアンテナ素子２０１から放射される。本実施形態の場合、アンテナ素子２０１はφ_２移相された右旋円偏波を放射する。すなわち、アンテナ素子２０１は左旋円偏波と右旋円偏波を、直線偏波として放射する。この直線偏波の偏波角τは、移相量φ_１および移相量φ_２の差に応じた角度となる。移相器４０１ａの移相量φ_１および４０１ｂの移相量φ_２の設定によって、任意の偏波角τの直線偏波が放射される。

以上、本実施形態のアンテナ装置４００を説明した。第１から第３の実施形態と同様に、変形例は様々に実装・実行可能である。例えば、アンテナ装置４００には、第１から第３の実施形態の変形例が適用可能である。以下、第４の実施形態の変形例を説明する。

（変形例）
電力分配器４０２は、ハイブリッドカプラであってもよい。図２４は、アンテナ装置４００の電力分配器４０２を、ハイブリッドカプラ４０４に置き換えたアンテナ装置４１０の立体図である。ハイブリッドカプラ４０４は、第３の実施形態で説明したハイブリッドカプラ３０１でもよいし、ハイブリッド３０１’でもよい。図２４では、ハイブリッドカプラ４０４はブロックとして表されている。ハイブリッドカプラ４０４は、入力された高周波信号を、入力元に応じた位相差をつけて分配する。移相器４０１ａの移相量φ_１および４０１ｂの移相量φ_２は、移相量４０１ａおよび４０１ｂに入力される高周波信号がハイブリッドカプラ４０４によって位相差がついていることを考慮した値に設定される。これにより、本実施形態と同様に任意の偏波角τの直線偏波が放射される。すなわち変形例の偏波角τは、移相量φ_１、φ_２、およびハイブリッドカプラ４０４によって移相器４０１ａおよび４０１ｂに入力される高周波信号につけられる位相差に応じた角度となる。

以上から、ハイブリッドカプラ４０４を用いることにより、アンテナ装置４１０は、移相器４０１ａの移相量φ_１および移相器４０１ｂの移相量φ_２を動かさなくとも、伝送線路４０３ａまたは４０３ｂに応じて、直交する２つの直線偏波を放射することができる。また、アンテナ装置４１０は、移相量φ_１およびφ_２の変化に応じて、２つの直線偏波の直交を保ったまま、直交偏波の偏波角τを変化させることができる。

以上、変形例を説明した。本実施形態のアンテナ装置は、移相器および電力分配器、または移相器およびハイブリッドカプラをさらに備える。これにより、本実施形態のアンテナ装置は、機械的に回転させることなく任意の偏波角τの直線偏波を放射することができる。

（第５の実施形態）
図２５は、第５の実施形態におけるアンテナ装置５００の構成を表す立体図である。アンテナ装置５００は、第２の実施形態で説明したアンテナ装置に振幅調整回路５０１ａ、５０１ｂ、電力分配器４０２をさらに備える。これにより、アンテナ装置４００は、機械的に回転させることなく任意の偏波角τの直線偏波を放射することができる。本実施形態では一例として、アンテナ装置４００はアンテナ装置２００に振幅調整回路５０１ａ、５０１ｂ、電力分配器４０２をさらに備える。

振幅調整回路５０１ａおよび５０１ｂは、電力分配器４０２から入力された高周波信号の振幅を変化させる。高周波信号の振幅の変化は、増幅でもよいし、減衰でもよい。振幅調整回路５０１ａおよび５０１ｂは、高周波信号の振幅を変化させることができれば任意である。例えば、可変減衰器でもよいし、増幅器でもよい。可変減衰器は、ハイブリッドカプラと移相器を組み合わせて構成してもよい。

以下、アンテナ装置５００の動作を説明する。伝送線路４０３に入力された高周波信号は、電力分配器４０２で２分配され、振幅調整回路５０１ａおよび５０１ｂへ出力する。振幅調整回路５０１ａは電力分配器４０２から入力された高周波信号の振幅を、設定された変化量（例えば、振幅をａ_１倍する）変化させて伝送線路１０２ａに入力する。この信号が高周波信号ａとなる。振幅調整回路５０１ｂは電力分配器４０２から入力された高周波信号を、設定された変化量（例えば、振幅をａ_２倍する）変化させて伝送線路１０２ｂに入力する。この信号が高周波信号ｂとなる。

本実施形態では、高周波信号ａは、最終的にアンテナ素子２０１から振幅がａ_１倍されたｙ軸方向の直線偏波Ａとしてアンテナ素子２０１から放射される。高周波信号ｂは、最終的にアンテナ素子２０１から振幅がａ_２倍されたｘ軸方向の直線偏波Ｂとしてアンテナ素子２０１から放射される。直線偏波Ａと直線偏波Ｂとが同時に放射されると、直線偏波Ａおよび直線偏波Ｂが合成された直線偏波Ｃとなる。すなわち、アンテナ素子２０１は、直線偏波Ａおよび直線偏波Ｂを、直線偏波Ｃとして放射する。直線偏波Ｃの偏波角τは、振幅調整回路５０１ａの変化量ａ_１および振幅調整回路５０１ｂの変化量ａ_２に応じた角度となる。偏波角τは、式（１５）に表される。

式（１５）に表されるように、振幅調整回路５０１ａの変化量ａ_１および振幅調整回路５０１ｂの変化量ａ_２の設定によって、任意の偏波角τの直線偏波が放射される。

以上、本実施形態のアンテナ装置５００を説明した。第１から第２の実施形態と同様に、変形例は様々に実装・実行可能である。例えば、アンテナ装置５００には、第１から第２の実施形態の変形例が適用可能である。また、アンテナ装置５００には、第４の実施形態で説明した移相器４０１ａおよび４０１ｂをさらに備えてもよい。これにより、振幅調整回路５０１ａおよび５０１ｂの振幅を変化させたことによる、高周波信号の位相の変動を補償することができ、交さ偏波識別度を向上させることができる。

本実施形態のアンテナ装置は、第２の実施形態で説明したアンテナ装置に、電力分配器および振幅調整回路をさらに備える。これにより、本実施形態のアンテナ装置は、機械的に回転させることなく任意の偏波角τの直線偏波を放射することができる。

（第６の実施形態）
図２６は、第２から第５の実施形態におけるアンテナ装置のいずれかを複数並べ、アレーアンテナとしたアンテナ装置６００の構成を表す図である。アンテナ装置６００は、構成するそれぞれのアンテナ装置が電磁波を放射することで、１つ以上の方向に指向性を有するビームを放射することができる。ビームの中でも、所定の強度以上のビームを主ビームと称し、主ビームが指向する方向を主ビーム方向と称する。主ビーム方向は１つに限定されず、複数あってもよい。また、アンテナ装置６００を構成するそれぞれのアンテナ装置は、少なくとも一部が異なるアンテナ装置であってもよい。

アンテナ装置６００は、構成するそれぞれのアンテナ装置において、アンテナ素子２０１に供給する高周波信号の位相および振幅の少なくとも一方を変化させることで、アンテナ装置６００を機械的に回転させることなく、主ビーム方向を変化させることができ、所定の方向への放射を低減させることができる。それぞれのアンテナ装置における高周波信号の位相および振幅の少なくとも一方の変化は、既に説明した実施形態と同様の方法が適用可能であるため、説明を省略する。

（第７の実施形態）
図２７は、第２から第６のいずれかの実施形態におけるアンテナ装置Ａに、信号回路７０１をさらに備える無線通信装置７００を表す図である。無線通信装置７００は、アンテナ装置Ａを通じて電磁波を放射および受信し、他の無線通信装置（例えば、無線通信装置Ｗとする）と通信を行う。

信号回路７０１は、無線通信に用いる信号の生成や変調、アンテナ装置Ａから送られる高周波信号の復調や復調した信号に含まれる情報の抽出や処理を行う回路である。

無線通信装置７００の動作を説明する。信号回路７０１は、無線通信に用いる信号を生成および変調し、高周波信号としてアンテナ装置Ａに供給する。無線通信に用いる信号は、例えば通信に用いるフレーム等が含まれている。アンテナ装置Ａは、信号回路７０１から入力された高周波信号を、電磁波として無線通信装置Ｗに放射（送信）する。アンテナ装置Ａは、無線通信装置Ｗから電磁波を受信し、高周波信号として信号回路７０１に伝送する。信号回路は、アンテナ装置Ａから受け取った高周波信号を復調し、復調した信号に含まれる情報の抽出や処理を行う。

以上、本実施形態の無線通信装置７００を説明した。本実施形態の無線通信装置は、第２から第６のいずれかの実施形態におけるアンテナ装置Ａに、信号回路７０１をさらに備える。これにより、通信相手の無線通信装置と、アンテナ装置Ａの少なくとも２つのモードを用いた電磁波の放射および受信（多重モード伝送）により、通信容量を増やすことができる。また、アンテナ装置Ａによっては、放射する偏波や、電磁波の主ビーム方向を変化させることができるため、通信相手の無線通信装置の位置や用いる偏波に応じた偏波および主ビーム方向とすることができる。

以上、いくつかの実施形態および変形例を説明したが、これらの実施形態および変形例は、組み合わせることが可能である。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規の実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１００、１００’、１００”：分配器
１０１、１０１’、１０１”：伝送線路
１０２ａ～１０２ｆ：伝送線路
１０２ｃ１、１０２ｃ２～１０２ｆ１、１０２ｆ２：伝送線路
１０３ａ～１０３ｆ：接続部
１０４、１０４’：伝送線路
１０５、１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃ：誘電体基板
１１０、１２０、１３０、１３０’、１４０、１５０、１６０、１６０’、１７０、１７０’：分配器（変形例）
２００、２００’、２００”：アンテナ装置
２０１、２０１’、２０１”、２０１ｃ、２０１ｄ、２０１ｅ、２０１ｆ：アンテナ素子
２１０：アンテナ装置
３００：アンテナ装置
３０１、３０１’：ハイブリッドカプラ
３０２ａ、３０２ｂ、３０２ａ’、３０２ｂ’：伝送線路
３０３ａ～３０３ｆ：導体ビア
３１０：アンテナ装置
４００：アンテナ装置
４０１ａ、４０１ｂ：移相器
４０２：電力分配器
４０３、４０３ａ、４０３ｂ：伝送線路
４０４：ハイブリッドカプラ
４１０：アンテナ装置
５００：アンテナ装置
５０１ａ、５０１ｂ：振幅調整回路
６００：アンテナ装置
７００：無線通信装置
７０１：信号回路

Claims (18)

1. 閉じた構造を有する第１伝送線路と、
   前記第１伝送線路に沿って互いに前記第１伝送線路の長さの略４分の１離れた位置で接続された第１入力伝送線路および第２入力伝送線路と、
   前記第１伝送線路の長さを略等分する位置で接続された複数の出力伝送線路と、
   を備え、
   前記第１伝送線路の長さは、前記第１伝送線路の管内波長と略等しい、
   分配器。
2. 閉じた構造を有する第１伝送線路と、
   前記第１伝送線路に沿って互いに前記第１伝送線路の長さの略４分の１離れた位置で接続された第１入力伝送線路および第２入力伝送線路と、
   前記第１伝送線路の長さを略等分する位置で接続された複数の出力伝送線路と、
   を備え、
   前記出力伝送線路の特性インピーダンスは、前記第１入力伝送線路および前記第２入力伝送線路の特性インピーダンスの１．６３倍～２．４５倍の範囲である、
   分配器。
3. 閉じた構造を有する第１伝送線路と、
   前記第１伝送線路に沿って互いに前記第１伝送線路の長さの略４分の１離れた位置で接続された第１入力伝送線路および第２入力伝送線路と、
   前記第１伝送線路の長さを略等分する位置で接続された複数の出力伝送線路と、
   を備え、
   前記第１伝送線路の内側に、前記第１伝送線路と複数の位置で接続される第２伝送線路
   をさらに備える、
   分配器。
4. 前記第１入力伝送線路が前記第１伝送線路と接続された位置から前記複数の出力伝送線路のうち１本が前記第１伝送線路と接続された位置までは、前記第１伝送線路に沿って前記第１伝送線路の長さの８分の１の略整数倍離れている、
   請求項１乃至３のいずれか一項に記載の分配器。
5. 前記第１入力伝送線路に入力され、前記複数の出力伝送線路のうち少なくとも２本へ出力される第１信号の成分と、
   前記第２入力伝送線路に入力され、前記複数の出力伝送線路のうち少なくとも２本へ出力される第２信号の成分は略直交する、
   請求項１乃至４のいずれか一項に記載の分配器。
6. 前記複数の出力伝送線路は４本である、
   請求項１乃至５のいずれか一項に記載の分配器。
7. 前記第１伝送線路の長さは、前記第１伝送線路の管内波長と略等しい、
   請求項２乃至６のいずれか一項に記載の分配器。
8. 前記出力伝送線路の特性インピーダンスは、前記第１入力伝送線路および前記第２入力伝送線路の特性インピーダンスの１．６３倍～２．４５倍の範囲である、
   請求項１および３乃至７のいずれか一項に記載の分配器。
9. 前記出力伝送線路の特性インピーダンスは、前記第１入力伝送線路および前記第２入力伝送線路の特性インピーダンスの１．８７倍～２．１４倍の範囲である、
   請求項２または８に記載の分配器。
10. 前記第１伝送線路の内側に、前記第１伝送線路と複数の位置で接続される第２伝送線路をさらに備える、
    請求項１、２および４乃至９のいずれか一項に記載の分配器。
11. 前記第１伝送線路が表面に形成される誘電体基板をさらに備え、
    前記第１入力伝送線路、前記第２入力伝送線路、および前記出力伝送線路は、前記誘電体基板の表面または内部に形成される、
    請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の分配器。
12. 請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の分配器と、
    前記複数の出力伝送線路から信号を受け取り、放射する放射素子と、
    を備える、
    アンテナ装置。
13. 前記第１入力伝送線路に入力され、前記複数の出力伝送線路のうち少なくとも２本から前記放射素子に出力され、前記放射素子から放射される第１信号の電磁波と、
    前記第２入力伝送線路に入力され、前記複数の出力伝送線路のうち少なくとも２本から前記放射素子に出力され、前記放射素子から放射される第２信号の電磁波は略直交する、
    請求項１２に記載のアンテナ装置。
14. 受け取った信号を、位相差をつけて分配し、前記第１入力伝送線路および前記第２入力伝送線路に入力するハイブリッドカプラをさらに備える、
    請求項１２または１３に記載のアンテナ装置。
15. 前記ハイブリッドカプラに入力する信号の位相を調整する移相器および前記ハイブリッドカプラに入力する信号の振幅を調整する振幅調整回路のうち、少なくとも一方をさらに備える、
    請求項１４に記載のアンテナ装置。
16. 前記アンテナ装置を複数備え、１つ以上の方向に指向性を有するビームを放射し、
    前記ビームの指向性は、前記第１入力伝送線路に入力され、前記複数の出力伝送線路のうち少なくとも２本へ出力される第１信号の成分と、前記第２入力伝送線路に入力され、前記複数の出力伝送線路のうち少なくとも２本へ出力される第２信号の成分に応じた指向性である、
    請求項１２乃至１５のいずれか一項に記載のアンテナ装置。
17. 前記分配器および前記放射素子が、表面または内部に形成される少なくとも１枚の誘電体基板をさらに備える、
    請求項１２乃至１６のいずれか一項に記載のアンテナ装置。
18. 請求項１２乃至１７のいずれか一項に記載のアンテナ装置と、
    前記分配器に対して信号を供給する信号回路と、
    を備える、
    無線通信装置。

Images