JP7716779B2 - アレーアンテナ及びアンテナ素子 - Google Patents

Description

本発明は、アレーアンテナ及びアンテナ素子に関する。

移動通信の発展に伴い、波長の短い準ミリ波帯以上の周波数帯域の電波が用いられるようになってきた。マイクロストリップライン（ＭＳＬ）を給電線路として給電されるマイクロストリップアンテナ（ＭＳＡ）は、プリント基板を加工することにより、小形・軽量で安価に製作でき、アレー化することで様々な指向性のアレーアンテナが設計できる。

非特許文献１には、２８．０ＧＨｚサブミリ波帯に適用される、無給電素子を有するパッチ素子を用いた、直列給電方式で給電されるリニアアレーアンテナが記載されている。

Pilip Ayiku Dzagbletey, Kwang-Seon Kim, Woo-Jin Byun, Young-Bae Jung, "Stacked microstorip linear array with highly suppressed side-lobe levels and wide bandwidth", IET Microw． Antennas Propag． 2017, Vol．11, Iss 1, pp．17-22

ところで、アレー化された各アンテナへの給電方式として、アンテナの数だけ並列に分岐した給電線路を用いる並列給電方式と、１本の給電線路で給電する直列給電方式とがある。準ミリ波帯以上の周波数帯域においては、アレー間隔を小さくできる直列給電方式が用いられることが多い。しかし、直列給電方式を用いたアレーアンテナは、使用周波数比帯域が数％程度と狭く、５Ｇなどの高速通信への活用や製作誤差における特性劣化の抑制などのために、広帯域化が求められている。
本発明は、広帯域な直列給電方式のアレーアンテナなどを提供することを目的とする。

本発明が適用されるアレーアンテナは、電波を送受信する第１のアンテナ素子と第２のアンテナ素子と、第１のアンテナ素子と第２のアンテナ素子とに直列に給電する給電線路と、を備え、第１のアンテナ素子と第２のアンテナ素子とは、それぞれが給電線路から給電される給電素子と、給電素子と対向して設けられた、無給電素子を含む無給電素子部とを有し、第１のアンテナ素子が有する無給電素子部における無給電素子と、第２のアンテナ素子が有する無給電素子部における無給電素子とは、数が異なることを特徴とする。

このようなアレーアンテナにおいて、第１のアンテナ素子が有する無給電素子部と第２のアンテナ素子が有する無給電素子部とが設けられた、誘電性材料で構成された基板を有し、第１のアンテナ素子が有する給電素子と第２のアンテナ素子が有する給電素子とは、基板の裏面側に設けられ、又は基板の裏面側に接して設けられていることを特徴とすることができる。また、基板は、厚さが一定であることを特徴とすることができる。

そして、このようなアレーアンテナにおいて、第１のアンテナ素子及び第２のアンテナ素子の少なくともいずれか一方の無給電素子部は、給電素子の中央部におけるＨ面を境に分離して設けられ、基本モードで同相にて励振される１組の無給電素子を含む、複数の無給電素子を備えることを特徴とすることができる。さらに、複数の無給電素子は、Ｈ面を境に分離されていない無給電素子を含むことを特徴とすることができる。

さらに、このようなアレーアンテナにおいて、複数の無給電素子は、給電素子との間の容積が、無給電素子が１個の場合の容積に比べて大きいことを特徴とすることができる。

このようなアレーアンテナにおいて、第１のアンテナ素子が有する無給電素子部及び第２のアンテナ素子が有する無給電素子部は、平面視において、給電線路と重なっていることを特徴とすることができる。

また、このようなアレーアンテナにおいて、誘電性材料で構成された他の基板を有し、給電素子が他の基板の表面側に設けられ、基板と他の基板とは、基板の裏面側と、他の基板の表面側とが重ね合わされていることを特徴とすることができる。

このようなアレーアンテナにおいて、給電線路は、アンテナ素子が配列されたアレーの一端部から給電される片隅給電、又はアレーの中央部から互いに反対方向に給電される中央給電であることを特徴とすることができる。また、給電線路が中央給電であって、アレー方向に沿った偏波、又はアレー方向から４５度ずれた偏波を放射する場合、中央部から互いに反対方向に給電される電力の位相が１８０度ずれていることを特徴とすることができる。

そして、このようなアレーアンテナにおいて、給電素子は、スロット又はパッチであることを特徴とすることができる。

他の観点から捉えると、本発明が適用されるアンテナ素子は、給電素子と、給電素子と対向して設けられた複数の無給電素子と、を備え、複数の無給電素子は、給電素子の中央部におけるＨ面を境に分離され、基本モードで同相にて励振される、少なくとも１組の無給電素子を含むことを特徴とすることができる。また、複数の無給電素子は、給電素子の中央部におけるＨ面を境に分離されていない無給電素子を含むことを特徴とすることができる。

そして、このようなアンテナ素子において、複数の無給電素子が表面側に設けられた基板を備え、給電素子は、基板の裏面側に設けられ、又は裏面側に接して設けられていることを特徴とすることができる。

さらに、このようなアンテナ素子において、給電素子が表面側に設けられた他の基板を備え、基板と他の基板とは、基板の裏面側と他の基板の表面側とが重ね合わせられていることを特徴とすることができる。

そしてまた、このようなアンテナ素子において、給電素子は、スロット又はパッチであることを特徴とすることができる。

本発明によれば、広帯域な直列給電方式のアレーアンテナなどを提供することができる。

本実施の形態が適用されるアレーアンテナの応用例の一例としての平面アンテナを説明する図である。（ａ）は、平面図、（ｂ）は、電波の放射方向を説明する図である。 アレーアンテナの給電方式について説明する図である。（ａ）は、直列給電方式のアレーアンテナ、（ｂ）は、並列給電方式のアレーアンテナである。 本実施の形態が適用されるアレーアンテナの一例を説明する図である。（ａ）は、斜視図、（ｂ）は、（ａ）において一点鎖線で囲んだ部分の断面図である。 本実施の形態が適用されるアレーアンテナが備えるアンテナ素子の無給電素子部が有する無給電素子の形状及び寸法を説明する図である。（ａ）は、１個の無給電素子を有する無給電素子部の平面形状、（ｂ）は、５個の無給電素子を有する無給電素子部の平面形状、（ｃ）は、４個の無給電素子を有する無給電素子部の平面形状、（ｄ）は、無給電素子の寸法を示す。 比較のために示す、本実施の形態が適用されないアレーアンテナを示す図である。（ａ）は、斜視図、（ｂ）は、（ａ）において一点鎖線で囲んだ部分の断面図である。 本実施の形態が適用されないアレーアンテナが備えるアンテナ素子の無給電素子部が有する無給電素子の形状及び寸法を説明する図である。（ａ）は、無給電素子を有する無給電素子部の平面形状、図６（ｂ）は、無給電素子の寸法を示す。 アレーアンテナのアンテナ素子に設定された相対放射電力量と放射性能を説明する図である。 アレーアンテナの放射特性（設計値）と、反射特性とを示す図である。（ａ）は、放射特性（設計値）、（ｂ）は、反射特性である。 本実施の形態が適用されるアレーアンテナの垂直（Ｅ）面内における指向性特性である。（ａ）は、周波数が２７．５ＧＨｚ、（ｂ）は、周波数が２８．５ＧＨｚ、（ｃ）は、周波数が２９．５ＧＨｚの場合である。 本実施の形態が適用されるアレーアンテナの水平（Ｈ）面内における指向性特性である。（ａ）は、周波数が２７．５ＧＨｚ、（ｂ）は、周波数が２８．５ＧＨｚ、（ｃ）は、周波数が２９．５ＧＨｚの場合である。 無給電素子部が１個の無給電素子を有するアンテナ素子における反射特性を説明する図である。（ａ）は、アンテナ素子の斜視図、（ｂ）は、（ａ）において一点鎖線で囲んだ部分の断面図、（ｃ）は、異なる放射性能による反射特性である。 無給電素子部が４個の無給電素子を有するアンテナ素子における反射特性を説明する図である。（ａ）は、アンテナ素子の斜視図、（ｂ）は、（ａ）において一点鎖線で囲んだ部分の断面図、（ｃ）は、放射性能が１００％の場合の反射特性である。 複数の無給電素子を有する無給電素子部の電界分布を説明する図である。（ａ）は、無給電素子が２個の場合、（ｂ）は、無給電素子が５個の場合である。 無給電素子部を説明する図である。（ａ）は、１個の無給電素子を有する場合、（ｂ）は、５個の無給電素子を有する場合、（ｃ）は、４個の無給電素子を有する場合、（ｄ）は、２個の無給電素子を有する場合である。 本実施の形態が適用されるアレーアンテナが備えるアンテナ素子の反射特性を説明する図である。 給電素子（スロット）の形状について説明する図である。（ａ）は、長方形型、（ｂ）は、ダンベル型、（ｃ）は、ボウタイ（蝶ネクタイ）型、（ｄ）は、Ｈ字型である。 本実施の形態が適用される４５度偏波のアンテナ素子を説明する図である。（ａ）は、アンテナ素子の斜視図、（ｂ）は、（ａ）において一点鎖線で囲んだ部分の断面図であって、（ｃ）のＸＶＩＩＢ－ＸＶＩＩＢ線での断面図、（ｃ）は、無給電素子部側から平面視した図である。 本実施の形態が適用される水平偏波のアンテナ素子を説明する図である。（ａ）は、アンテナ素子の斜視図、（ｂ）は、（ａ）において一点鎖線で囲んだ部分の断面図であって、（ｃ）のＸＶＩＩＩＢ－ＸＶＩＩＩＢ線での断面図、（ｃ）は、無給電素子部側から平面視した図である。 本実施の形態の変形例１である、コプレーナ型の給電線路が適用されるアンテナ素子の一例を説明する図である。（ａ）は、アンテナ素子の斜視図、（ｂ）は、（ａ）において一点鎖線で囲んだ部分の断面図である。 本実施の形態の変形例２である、給電素子（パッチ）が適用されるアンテナ素子の一例を説明する図である。（ａ）は、アンテナ素子の斜視図、（ｂ）は、（ａ）において一点鎖線で囲んだ部分の断面図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態（実施例）について詳細に説明する。なお、同様な機能を有する部材については、同じ符号を用いることがある。また、一部の構成に符号を付して、同様の構成については、符号を付さないことがある。以下では、アンテナ（アレーアンテナ及びアンテナ素子）は、電波を放射、つまり送信するとして説明するが、アンテナの可逆性により、電波を受信することができる。

（平面アンテナ１００）
図１は、本実施の形態が適用されるアレーアンテナ１の応用例の一例としての平面アンテナ１００を説明する図である。図１（ａ）は、平面図、図１（ｂ）は、電波の放射方向を説明する図である。図１（ａ）において、紙面の右方向をｘ方向、紙面の上方向をｙ方向、紙面の表面方向をｚ方向とする。図１（ｂ）において、紙面の右方向をｘ方向、紙面の下方向をｚ方向、紙面の表面方向をｙ方向とする。図１（ａ）には、平面アンテナ１００に加え、平面アンテナ１００を制御する制御部２００を図示している。

図１（ａ）に示すように、平面アンテナ１００は、複数のアレーアンテナ１（図１（ａ）では、８個）を備える。複数のアレーアンテナ１は、ｘ方向に並列に配置されている。アレーアンテナ１は、複数のアンテナ素子１０（図１（ａ）では、７個）と給電線路５０とを備える。アレーアンテナ１において、複数のアンテナ素子１０は、ｙ方向に直線状に配列されている。そして、給電線路５０は、複数のアンテナ素子１０に直列に接続されている。ここでは、一例として、アンテナ素子１０の給電素子１３（後述する図３参照）はスロットであって、給電線路５０は、スロットに給電するように、アンテナ素子１０と平面視において重なって設けられている。給電線路５０は、－ｙ方向側の端部において制御部２００に接続されている。制御部２００は、給電線路５０に対して、白抜き矢印で示すように、アレーアンテナ１の備えるアンテナ素子１０に電波を放射するための電力を供給する。つまり、アレーアンテナ１の複数のアンテナ素子１０は、給電線路５０により直列給電方式で給電されている。なお、平面視とは、ｚ方向から構成要素（図１（ａ）では、アンテナ素子１０と給電線路５０と）を透視して見ることをいう。他の場合においても同様とする。

アンテナ素子１０は、単体であっても電波を放射することからアンテナと表記してもよい。本明細書では、アレーアンテナ１と区別するために、アンテナ素子１０と表記する。アンテナ素子１０は、放射素子と呼ばれることがある。

アレーアンテナ１は、１本の給電線路５０で給電される複数のアンテナ素子１０が直線状に配列されているので、リニアアレーアンテナ又はリニアアレーと呼ばれることがある。アレーアンテナ１において、アンテナ素子１０が配列されている方向（図１においては、＋ｙ方向）をアレー方向と表記する。図１（ａ）では、複数のアンテナ素子１０は、ｙ方向に一直線に配列されているが、一部のアンテナ素子１０が＋ｘ方向又は－ｘ方向にずれて配列されていてもよい。例えば、複数のアンテナ素子１０は、ジグザグに配列されていてもよい。さらに、複数のアンテナ素子１０は、弧状に配列されていてもよい。

図１（ｂ）に示すように、複数のアレーアンテナ１が同相（位相差を設けない）で給電されると、平面アンテナ１００は、ｚ方向に電波３００を放射する。一方、アレーアンテナ１間において位相差を設けて給電すると、電波３００が放射される方向を、矢印で示すように、－ｘ方向側に傾け（チルトさせ）たり、＋ｘ方向側に傾け（チルトさせ）たりできる。

複数のアレーアンテナ１を並列に配列した平面アンテナ１００を、アレーアンテナ１を用いる応用例として説明した。アレーアンテナ１は、単体で用いられてもよい。以下では、アレーアンテナ１について説明する。

（直列給電方式）
図２は、アレーアンテナ１の給電方式について説明する図である。図２（ａ）は、直列給電方式のアレーアンテナ１、図２（ｂ）は、並列給電方式のアレーアンテナ１′である。ｘ、ｙ、ｚ方向は、図１（ａ）と同じである。以下では、アレーアンテナ１、１′などを、アレーアンテナと符号を付さないで表記することがある。同様に、アンテナ素子１０などを、アンテナ素子と符号を付さないで表記することがある。他の用語についても同様とする。

図２（ａ）では、並列に配置された２個の直列給電方式のアレーアンテナ１を示している。アレーアンテナ１は、複数のアンテナ素子１０（図２（ａ）では、アンテナ素子１０－１～１０－４）と、給電線路５０とを備える。前述したように、複数のアンテナ素子１０は、給電線路５０上に、給電線路５０に沿って配置されている。白抜き矢印で示すように、給電線路５０は、－ｙ方向側の端部からｙ方向に給電される。

直列給電方式では、１本の給電線路５０により複数のアンテナ素子１０が給電される。具体的には、後述する図４に示すように、給電された電力は、給電線路５０に沿って、アンテナ素子１０に順に分配されていく。アンテナ素子１０－１に給電された電力の内、アンテナ素子１０－１で電波として放射された後の残りの電力がアンテナ素子１０－２側に供給される。次に、アンテナ素子１０－２で電波として放射された後の残りの電力がアンテナ素子１０－３側に供給される。つまり、給電線路５０に直列に接続されているアンテナ素子１０においては、電力が供給される上流側のアンテナ素子１０で電波として放射された後の残りの電力が下流側のアンテナ素子１０に供給される。このように、給電線路５０に接続された全てのアンテナ素子１０に順に電力が供給される。

並列に配置された２個のアレーアンテナ１の間隔（距離）を間隔Ｐ１とする。直列給電では、アレーアンテナ１を構成するアンテナ素子１０の数が多くなっても、間隔Ｐ１は変わらない。例えば、間隔Ｐ１は、中心波長をλとした場合、０．５λ～１．０λに設定される。周波数が２８ＧＨｚである場合、間隔Ｐ１は、５．４ｍｍ～１０．７ｍｍになる。また、周波数が６０ＧＨｚである場合、間隔Ｐ１は、２．５ｍｍ～５ｍｍになる。

図２（ｂ）では、並列に配置された２個の並列給電方式のアレーアンテナ１′を示している。並列給電方式のアレーアンテナ１′は、複数のアンテナ素子１０′（図２（ｂ）では、アンテナ素子１０′－１～１０′－４）と、給電線路５０′とを備える。給電線路５０′は、トーナメント方式で分岐されている。そして、トーナメント方式で分岐された端部にアンテナ素子１０′が接続されている。白抜き矢印で示すように、給電線路５０′は、－ｙ方向側の端部から電力が供給される。

並列給電方式において、給電線路５０′は、電力が供給される端部からアンテナ素子１０′までの長さが同じになるように設定される。よって、並列給電では、複数のアンテナ素子１０′に並列に電力が供給される。

並列に配置された２個のアレーアンテナ１′の間隔（距離）を間隔Ｐ２とする。並列給電方式では、給電線路５０′はトーナメント方式で分岐されるので、給電線路５０′は、アレーアンテナ１′間の間隙に設けられる。このため、間隔Ｐ２は、図２（ａ）に示した直列給電方式における２個のアレーアンテナ１の間隔Ｐ１より大きくなる（Ｐ１＜Ｐ２）。そして、アレーアンテナ１′を構成するアンテナ素子１０′の数が増えるほど、給電線路５０′の規模が大きくなり、間隔Ｐ２が大きくなる。

以上説明したように、例えば図１に示した平面アンテナ１００のように複数のアレーアンテナを並列に配置する場合には、直列給電方式の給電線路５０は、並列給電方式の給電線路５０′に比べ規模が小さくなる。言い換えれば、直列給電方式のアレーアンテナ１間の間隔Ｐ１は、並列給電方式のアレーアンテナ１′間の間隔Ｐ２より小さくなって、平面アンテナ１００が小型になる。

なお、直列給電方式では、アレーアンテナ１におけるアンテナ素子１０の励振方法として、進行波型と定在波型とがある。定在波型は、アレーアンテナ１を全体としてアンテナ素子１０を設計する方式である。これに対して、進行波型は、アレーアンテナ１のアンテナ素子１０を単位として設計する方式である。進行波型では、アンテナ素子１０毎に特性の調整が可能であるので、アレーアンテナ１が設計しやすい。以下では、アレーアンテナ１は、進行波型であるとして説明する。

（アレーアンテナ１）
図３は、本実施の形態が適用されるアレーアンテナ１の一例を説明する図である。図３（ａ）は、斜視図、図３（ｂ）は、図３（ａ）において一点鎖線で囲んだ部分の断面図である。図３（ａ）では、アレーアンテナ１の短手方向をｘ方向、長手方向をｙ方向、ｘ－ｙ平面に垂直な方向をｚ方向とする。図３（ｂ）において、紙面の右方向をｙ方向、紙面の上方向をｚ方向、紙面の表面方向をｘ方向とする。アレーアンテナ１を実施例と表記することがある。ｙ方向が地表に垂直な方向（垂直方向）であり、ｘ方向が地表に水平な方向（水平方向）である。

図３（ａ）に示すように、アレーアンテナ１は、１０個のアンテナ素子１０（アンテナ素子１０－１Ｕ～１０－５Ｕ、１０－１Ｄ～１０－５Ｄ）と、給電線路５０（給電線路５０Ｕ、５０Ｄ）とを備える。アンテナ素子１０－１Ｕ～１０－５Ｕ、１０－１Ｄ～１０－５Ｄ）のそれぞれは、誘電性材料で構成された基板１１と、導電性材料で構成された接地導体１２と、給電素子１３－１Ｕ～１３－５Ｕ、１３－１Ｄ～１３－５Ｄと、誘電性材料で構成された基板１４と、導電性材料で構成された無給電素子部１５－１Ｕ～１５－５Ｕ、１５－１Ｄ～１５－５Ｄとをそれぞれ備える。例えば、アンテナ素子１０－１Ｕは、基板１１と、接地導体１２と、給電素子１３－１Ｕと、基板１４、無給電素子部１５－１Ｕを備える。なお、給電素子１３－１Ｕ～１３－５Ｕ、１３－１Ｄ～１３－５Ｄをそれぞれ区別しない場合は、給電素子１３と表記し、無給電素子部１５－１Ｕ～１５－５Ｕ、１５－１Ｄ～１５－５Ｄをそれぞれ区別しない場合は、無給電素子部１５と表記する。

アレーアンテナ１は、図３（ａ）に示すように、１０個のアンテナ素子１０がアンテナ素子１０－５Ｄからアンテナ素子１０－５Ｕの順に、＋ｙ方向（アレー方向）に配列されている。アレーアンテナ１は、アレー方向（＋ｙ方向）の中央部を境にして±ｙ方向で対称に構成されている。そして、給電線路５０Ｕは、アレー方向（＋ｙ方向）の中央部から＋ｙ方向（アレー方向側）に給電し、給電線路５０Ｄは、アレー方向（＋ｙ方向）の中央部から－ｙ方向（逆アレー方向側）に給電する。つまり、給電線路５０Ｕと給電線路５０Ｄとは、互いに反対方向に給電する。そして、一例として、給電線路５０Ｕと給電線路５０Ｄとは、位相が反転した（１８０度ずれた）電力を供給する。図３（ａ）において、給電線路５０Ｕには、白抜き矢印において＋１と表記し、給電線路５０Ｄには、白抜き矢印において－１と表記する。これを、中央給電と表記する。上述したように、＋ｙ方向側にＵを付し、－ｙ方向側にＤを付して区別する。

接地導体１２は、基板１１の表面（＋ｚ方向側の面）側に設けられている。接地導体１２は、基準電位（例えば、接地電位）に設定される。給電素子１３は、接地導体１２を除去して設けられた開口（スロット）である。以下では、給電素子１３を給電素子（スロット）１３と表記する。給電線路５０は、基板１１の裏面（－ｚ方向側の面）側に設けられている。給電線路５０Ｕは、平面視において、給電素子１３－１Ｕ～１３－５Ｕと重なるように設けられている。給電線路５０Ｄは、平面視において給電素子１３－１Ｄ～１３－５Ｄと重なるように設けられている。なお、給電素子１３－１Ｕ～１３－４Ｕ、１３－１Ｄ～１３－４Ｄは、ｘ方向が長手、ｙ方向が短手である長方形型のスロット、給電素子１３－５Ｕ、１３－５Ｄは、長方形の両端部に、ｙ方向が長手、ｘ方向が短手である長方形が設けられたＨ字型のスロットである。複数の給電素子１３は、基板１１上に一括して製造される。なお、基板１１の表面側とは、基板１１の表面であってもよく、基板１１の表面に他の部材が設けられた場合において、他の部材の表面であってもよいことを意味する。裏面側についても同様である。

無給電素子部１５は、基板１４の表面（＋ｚ方向側の面）側に設けられている。無給電素子部１５－１Ｕ、１５－２Ｕ、１５－１Ｄ、１５－２Ｄ、は、１個の無給電素子を有する。無給電素子部１５－３Ｕ、１５－４Ｕ、１５－３Ｄ、１５－４Ｄは、５個の無給電素子を有する。無給電素子部１５－５Ｕ、１５－５Ｄは、４個の無給電素子を有する。複数の無給電素子部１５は、基板１４上に一括して製造される。なお、基板１４の表面側とは、基板１４の表面でもよく、基板１４の表面に設けられた他の部材の表面でもよい。そして、無給電素子部１５とは、複数の無給電素子を含む場合には、複数の無給電素子が設けられた領域をいい、より具体的には、後述する図４（ａ）に破線で示すように、複数の無給電素子の外縁を囲った領域をいう。

図３（ａ）の斜視図では、基板１１の表面側に設けられた接地導体１２（給電素子１３）と無給電素子部１５を設けた基板１４との間に空間を設けて示している。これは構造を説明するためであって、図３（ｂ）に示すように、基板１１の表面側に設けられた接地導体１２と基板１４との間に空間は設けられていない。つまり、アレーアンテナ１は、二つの基板１１、１４が重ね合わされて構成されている。よって、準ミリ波帯以上の周波数帯域に用いられるアレーアンテナ１は、低姿勢化されるとともに、構造がシンプルで製造しやすい。なお、基板１１の表面側とは、基板１１の表面でもよく、基板１１の表面に設けられた他の部材の表面でもよい。

図３（ｂ）に例として示すアンテナ素子１０－１Ｕでは、基板１１の裏面（－ｚ方向側の面）側に給電線路５０Ｕが設けられ、基板１１の表面（＋ｚ方向側の面）側に接地導体１２が設けられている。接地導体１２に給電素子１３－１Ｕとして機能するスロットが設けられている。前述したように、給電線路５０Ｕと給電素子（スロット）１３－１Ｕとが基板１１を挟んで対向する。基板１４の表面（＋ｚ方向側の面）側に無給電素子部１５－１Ｕが設けられている。そして、基板１１の表面側に設けられた接地導体１２側と基板１４の裏面側とが絶縁性の接着シート（ボンディングシート）１６により貼り合わせてある。これにより、給電素子１３－１Ｕと無給電素子部１５－１Ｕとが基板１４を挟んで対向する。つまり、無給電素子部１５－１Ｕが設けられた基板１４の裏面側に給電素子１３－１Ｕが接して設けられている。ここでは、接着シート１６を用いたが、表面側に給電素子（スロット）１３が設けられた基板１１と、表面側に無給電素子部１５が設けられた基板１４とは、基板１１の表面側と基板１４の裏面側とが空間（空隙）がないように、重ね合わされていればよい。つまり、無給電素子部１５－１Ｕが設けられた基板１４の裏面側（図３（ｂ）では、接着シート１６側）に接するように給電素子（スロット）１３－１Ｕが設けられていればよい。なお、接地導体１２は、基板１４の裏面側に設けられていてもよい。

以上説明したように、平面視において、給電線路５０Ｕと、給電素子（スロット）１３－１Ｕ～１３－５Ｕと、無給電素子部１５－１Ｕ～１５－５Ｕとが、重なるように設けられている。また、平面視において、給電線路５０Ｄと、給電素子（スロット）１３－１Ｄ～１３－５Ｄと、無給電素子部１５－１Ｄ～１５－５Ｄとが重なるように設けられている。つまり、平面視において、給電線路５０、給電素子（スロット）１３及び無給電素子部１５は、重なるように設けられている。給電素子（スロット）１３は、給電線路５０から給電され、無給電素子部１５における無給電素子は、給電素子１３と電磁界的に結合することにより励振される。

上記においては、基板１１、接地導体１２、及び基板１４は、アレーアンテナ１において、アンテナ素子１０間で連続している。ここでは、アンテナ素子１０は、基板１１、接地導体１２、及び基板１４がアンテナ素子１０毎に設けられているとする。

基板１１の裏面側に給電線路５０が設けられ、基板１１の表面側に接地導体１２が設けられている。給電線路５０は、マイクロストリップライン（ＭＳＬ）を構成する。また、給電素子１３はスロットであることから、アンテナ素子１０は、マイクロストリップアンテナ（ＭＳＡ）である。なお、アンテナ素子１０は、無給電素子を有する無給電素子部１５を備えることから、アンテナ素子１０は、無給電素子付きマイクロストリップアンテナ（ＭＳＡ）と呼ばれることがある。マイクロストリップアンテナ（ＭＳＡ）は、無給電素子を備えることで、広帯域化が図れる。

アレーアンテナ１では、給電線路５０の形状、給電素子（スロット）１３の形状、及び無給電素子部１５における無給電素子の数を、アンテナ素子１０毎に変更している。これは、同一構成のアンテナ素子を配列したアレーアンテナでは、広帯域化が図れないことによる。

本実施の形態が適用されるアレーアンテナ１では、アンテナ素子１０における無給電素子部１５が有する無給電素子の数が、アンテナ素子１０間で異なっている。無給電素子を１個有するアンテナ素子１０－１Ｕ～１０－２Ｕ、１０－１Ｄ～１０－２Ｄのいずれかが第１のアンテナ素子の一例、無給電素子を５個有するアンテナ素子１０－３Ｕ～１０－４Ｕ、１０－３Ｄ～１０－４Ｄ及び無給電素子を４個有するアンテナ素子１０－５Ｕ、１０－５Ｄのいずれかが第２のアンテナ素子の一例である。また、無給電素子を５個有するアンテナ素子１０－３Ｕ～１０－４Ｕ、１０－３Ｄ～１０－４Ｄのいずれかを第１のアンテナ素子の一例、無給電素子を４個有するアンテナ素子１０－５Ｕ、１０－５Ｄを第２のアンテナ素子の一例としてもよい。無給電素子部１５における無給電素子の数が互いに異なる２つのアンテナ素子１０の一方が第１のアンテナ素子の一例、他方が第２のアンテナ素子の一例である。また、基板１４が基板の一例、基板１１が他の基板の一例である。

図４は、本実施の形態が適用されるアレーアンテナ１が備えるアンテナ素子１０の無給電素子部１５が有する無給電素子の形状及び寸法を説明する図である。図４（ａ）は、１個の無給電素子を有する無給電素子部１５－１Ｕ、１５－２Ｕ、１５－１Ｄ、１５－２Ｄの平面形状、図４（ｂ）は、５個の無給電素子を有する無給電素子部１５－３Ｕ、１５－４Ｕ、１５－３Ｄ、１５－４Ｄの平面形状、図４（ｃ）は、４個の無給電素子を有する無給電素子部１５－５Ｕ、１５－５Ｄの平面形状、図４（ｄ）は、無給電素子の寸法を示す。図４（ａ）～（ｃ）において、紙面の横方向がｘ方向、紙面の上方向がｙ方向、紙面の表面方向がｚ方向である。図４（ｄ）において、無給電素子の寸法の単位は、ｍｍである。ここでは、アレーアンテナ１は、設計中心周波数が２８．５ＧＨｚに設定されている。

基板１１は、例えば厚さｔ_１が０．１２７ｍｍ、比誘電率が２．１９のプリント基板である。基板１４は、例えば厚さｔ_２が０．７６ｍｍ、比誘電率が３．３の高周波用のプリント基板である。導電性材料は、例えば銅（Ｃｕ）である。導電性材料は、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）又はこれらを含む合金であってよい。

図４（ａ）は、１個の無給電素子を示す。無給電素子は、平面形状が長方形であって、ｘ方向の幅を幅Ｗ_Ｈ、ｙ方向の幅を幅Ｗ_Ｅとする。なお、図４（ｂ）、（ｃ）における無給電素子についても同様である。なお、Ｈは磁界方向、Ｅは電界方向であることを示す。そして、図４（ｄ）に、無給電素子部１５－１Ｕ、１５－２Ｕ、１５－１Ｄ、１５－２Ｄが有する１個の無給電素子（１無給電素子と表記）の寸法（素子寸法（ｍｍ））を示す。

図４（ｂ）は、５個の無給電素子を示す。ｙ方向に配列された２個の無給電素子の２組が±ｘ方向の端部に配置され、ｘ方向の中央に１個の無給電素子が配置されている。±ｘ方向の端部に配置された４個の無給電素子を四隅素子と呼び、ｘ方向の中央に配置された無給電素子を中央素子と呼ぶ。４個の四隅素子の平面形状は同じである。ｙ方向に配列された２個の無給電素子間のｙ方向の距離を間隙Ｇ_Ｅとし、ｙ方向に配列された２個の２組の間のｘ方向の距離を間隙Ｇ_Ｈとする。そして、図４（ｄ）に、５個の無給電素子を有する１５－３Ｕ、１５－４Ｕ、１５－３Ｄ、１５－４Ｄが有する５個の無給電素子（複数無給電素子）について、四隅素子の寸法（四隅素子寸法（ｍｍ））、中央素子の寸法（中央素子寸法（ｍｍ））、間隙Ｇ_Ｈ、Ｇ_Ｅ（間隙（ｍｍ））を示す。

図４（ｃ）は、４個の無給電素子を示す。ｙ方向に配列された２個の無給電素子が２組ｘ方向に配置されている。これらの４個の無給電素子を四隅素子と呼ぶ。４個の四隅素子の平面形状は同じである。無給電素子間のｙ方向の距離を間隙Ｇ_Ｅとし、無給電素子間のｘ方向の距離を間隙Ｇ_Ｈとする。そして、図４（ｄ）に、４個の無給電素子を有する１５－５Ｕ、１５－５Ｄが有する４個の無給電素子（複数無給電素子）について、四隅素子の寸法（四隅素子寸法（ｍｍ））、間隙Ｇ_Ｈ、Ｇ_Ｅ（間隙（ｍｍ））を示す。

図５は、比較のために示す、本実施の形態が適用されないアレーアンテナ２を示す図である。図５（ａ）は、斜視図、図５（ｂ）は、図５（ａ）において一点鎖線で囲んだ部分の断面図である。アレーアンテナ２を比較例と表記することがある。図５（ａ）、（ｂ）のｘｙｚ方向は、図３（ａ）、（ｂ）と同じである。

図５（ａ）に示すように、アレーアンテナ２は、１０個のアンテナ素子２０（アンテナ素子２０－１Ｕ～２０－５Ｕ、２０－１Ｄ～２０－５Ｄ）と、給電線路６０（給電線路６０Ｕ、６０Ｄ）を備える。アンテナ素子２０－１Ｕ～２０－５Ｕ、２０－１Ｄ～２０－５Ｄ）のそれぞれは、誘電性材料で構成された基板１１と、導電性材料で構成された接地導体１２と、給電素子２３－１Ｕ～２３－５Ｕ、２３－１Ｄ～２３－５Ｄと、誘電性材料で構成された基板１４と、導電性材料で構成された無給電素子部２５－１Ｕ～２５－５Ｕ、２５－１Ｄ～２５－５Ｄとをそれぞれ備える。なお、給電素子２３－１Ｕ～２３－５Ｕ、２３－１Ｄ～２３－５Ｄをそれぞれ区別しない場合は、給電素子２３と表記し、無給電素子部２５－１Ｕ～２５－５Ｕ、２５－１Ｄ～２５－５Ｄをそれぞれ区別しない場合は、無給電素子部２５と表記する。

アレーアンテナ２は、図５（ａ）に示すように、１０個のアンテナ素子２０がアンテナ素子２０－５Ｄからアンテナ素子２０－５Ｕの順に、＋ｙ方向（アレー方向）に配列されている。アレーアンテナ２は、アレー方向（＋ｙ方向）の中央部を境にして±ｙ方向で対称に構成されている。

接地導体１２は、基板１１の表面（＋ｚ方向側の面）側に設けられている。アンテナ素子２０（アンテナ素子２０－１Ｕ～２０－５Ｕ、２０－１Ｄ～２０－５Ｄ）の給電素子２３は、接地導体１２を除去して設けられた開口（スロット）である。給電線路６０は、基板１１の裏面（－ｚ方向側の面）側に設けられている。給電素子（スロット）２３及び給電線路６０は、アレーアンテナ１の給電素子（スロット）１３及び給電線路５０と同様であるが、一部において寸法が異なっている。

アンテナ素子２０（アンテナ素子２０－１Ｕ～２０－５Ｕ、２０－１Ｄ～２０－５Ｄ）の無給電素子部２５は、基板１４の表面（＋ｚ方向側の面）側に設けられている。そして、無給電素子部２５は、アレーアンテナ１におけるアンテナ素子１０の無給電素子部１５と異なっている。無給電素子部２５－１Ｕ～２５－５Ｕ、２５－１Ｄ～２５－５Ｄは、１個の無給電素子を有する。

図６は、本実施の形態が適用されないアレーアンテナ２が備えるアンテナ素子２０の無給電素子部２５が有する無給電素子の形状及び寸法を説明する図である。図６（ａ）は、無給電素子を有する無給電素子部２５の平面形状、図６（ｂ）は、無給電素子の寸法を示す。図６（ａ）のｘｙｚ方向は、図４（ａ）と同じである。図６（ｂ）において、無給電素子の寸法を、ｍｍで示す。ここでも、アレーアンテナ２は、設計中心周波数が２８．５ＧＨｚに設定されている。

前述したように、アレーアンテナ２におけるアンテナ素子２０の無給電素子部２５が有する無給電素子は、それぞれ１個である。なお、無給電素子部２５－１Ｕ、２５－２Ｕ、２５－１Ｄ、２５－２Ｄの有する無給電素子は、アレーアンテナ１におけるアンテナ素子１０の無給電素子部１５－１Ｕ、１５－２Ｕ、１５－１Ｄ、１５－２Ｄの有する無給電素子と同じ寸法である。

図７は、アレーアンテナ１のアンテナ素子１０（アンテナ素子１０－１Ｕ～１０－５Ｕ、１０－１Ｄ～１０－５Ｄ）及びアレーアンテナ２のアンテナ素子２０（アンテナ素子２０－１Ｕ～２０－５Ｕ、２０－１Ｄ～２０－５Ｄ）に設定された相対放射電力量と放射性能とを説明する図である。相対放射電力量は、サイドローブレベルＳ．Ｌ．Ｌ．（Side Lobe Level）が－２５ｄＢ程度に設定されている。なお、相対放射電力量は、入力電力を１とした場合の相対量である。

図７において、相対放射電力量は、アレーアンテナ１において、中央部（アンテナ素子１０－１Ｕ、１０－１Ｄ）が大きく、端部側（アンテナ素子１０－５Ｕ、１０－５Ｄ）に向かって小さくなるように設定されている。つまり、相対放射電力量は、アンテナ素子１０－１Ｕ、１０－１Ｄが３７％、アンテナ素子１０－２Ｕ、１０－２Ｄが３０％、残りのアンテナ素子１０－３Ｕ～１０－５Ｕ、１０－３Ｄ～１０－５Ｄが３３％を放射するように設定されている。そして、アレーアンテナ１において、Ｕが付されたアンテナ素子１０とＤが付されたアンテナ素子１０とで、対称に設定されている。また、アレーアンテナ２においても、同様である。

一方、放射性能は、アンテナ素子１０、２０が入力された電力の内、電波として放射する電力の割合である。アレーアンテナ１のＵが付されたアンテナ素子１０にて、相対電力量と放射性能とを説明する。入力された１００％の電力の内、アンテナ素子１０－１Ｕは相対電力量である３７％を放射する。よって、アンテナ素子１０－１Ｕの放射性能は、３７％である。アンテナ素子１０－１Ｕが放射した後の残りの電力は、６３％である。アンテナ素子１０－２Ｕは、６３％の電力から４７％を放射する。よって、アンテナ素子１０－２Ｕが放射する相対放射電力量は、入力電力を１として、１×０．６３×０．４７となり、０．３となる。このようにして、アンテナ素子１０－３Ｕ～１０－５Ｕの放射性能が設定される。なお、アンテナ素子１０－５Ｕは、相対放射電力量は０．０６であって、入力された電力のすべてを放射するので放射性能が１００％である。

図８は、アレーアンテナ１、２の放射特性（設計値）と、反射特性とを示す図である。図８（ａ）は、放射特性（設計値）、図８（ｂ）は、反射特性である。図８（ａ）の放射特性（設計値）は、図３（ａ）のアレーアンテナ１のｙ方向の中央部におけるｘ－ｚ面での放射特性である。横軸がｚ方向を０度とした角度［ｄｅｇ．］、縦軸が相対強度［ｄＢ］である。図８（ｂ）は、ｚ方向における反射特性であって、横軸は周波数［ＧＨｚ］、縦軸はＳパラメータのＳ１１［ｄＢ］である。なお、Ｓ１１は、リターンロスと呼ばれることがある。

図８（ａ）に示すように、アレーアンテナ１及びアレーアンテナ２は、上述したように、サイドローブレベルＳ．Ｌ．Ｌ．が－２５ｄＢ程度に設計されている。

図８（ｂ）に示すように、アレーアンテナ１における反射特性は、アレーアンテナ２に比べ、２８．５ＧＨｚを挟んで低周波数側（２７ＧＨｚ側）及び高周波数側（３０ＧＨｚ側）において、Ｓ１１が小さくなっている。そして、２７ＧＨｚから３０ＧＨｚの範囲において、Ｓ１１が－１０ｄＢ以下に抑えられている。この周波数範囲から周波数比帯域を求めると、周波数比帯域は、１０％以上であることが分かる。なお、周波数比帯域とは、リターンロスが－１０ｄＢ以下となる最小の周波数と最大の周波数との差の、最小の周波数と最大の周波数との平均値に対する割合である。

アレーアンテナ１は、アレーアンテナ２に比べ、広帯域になっている。これは、アレーアンテナ１において、無給電素子部１５が有する無給電素子の数が、アンテナ素子１０間において異なっていることによる。つまり、アレーアンテナ１は、図３に示した無給電素子部１５－３Ｕ、１５－４Ｕ、１５－５Ｕ、１５－３Ｄ、１５－４Ｄ、１５－５Ｄのように、複数の無給電素子を有する無給電素子部１５を備えている。

図９は、本実施の形態が適用されるアレーアンテナ１の垂直（Ｅ）面内における指向性特性である。図９（ａ）は、周波数が２７．５ＧＨｚ、図９（ｂ）は、周波数が２８．５ＧＨｚ、図９（ｃ）は、周波数が２９．５ＧＨｚの場合である。ここで、垂直面とは、図３におけるｙ－ｚ面であって、地表に対して垂直な方向である。アレーアンテナ１が放射する電波は、垂直偏波である。なお、交差偏波は、－６０ｄＢ以下であるので示していない。交差偏波とは、垂直偏波に交差する水平偏波である。図９（ａ）～（ｃ）において、横軸は、ｚ方向を０度とした角度［ｄｅｇ．］、縦軸は、相対強度［ｄＢ］である。

図９（ａ）～（ｃ）に示すように、いずれの周波数に対してもアレーアンテナ１のサイドローブは、－２５ｄＢ程度に抑制されている。

図１０は、本実施の形態が適用されるアレーアンテナ１の水平（Ｈ）面内における指向性特性である。図１０（ａ）は、周波数が２７．５ＧＨｚ、図１０（ｂ）は、周波数が２８．５ＧＨｚ、図１０（ｃ）は、周波数が２９．５ＧＨｚの場合である。ここで、水平面とは、図３におけるｘ－ｚ面であって、地表に対して平行な面である。なお、交差偏波は、－６０ｄＢ以下であるので示していない。図１０（ａ）～（ｃ）において、横軸は、ｚ方向を０度とした角度［ｄｅｇ．］、縦軸は、相対強度［ｄＢ］である。

－３ｄＢでビーム幅を定義すると、図１０（ａ）～（ｃ）に示すように、いずれの周波数に対しても、ビーム幅は、概ね７５度が得られている。

（アンテナ素子１０）
アレーアンテナ１におけるアンテナ素子１０は、無給電素子部１５が有する無給電素子の数が異なっている。アレーアンテナ１は、１個の無給電素子を有する無給電素子部２５のアンテナ素子２０を備えるアレーアンテナ２に比べて、広帯域である。以下では、アレーアンテナ１に用いるアンテナ素子１０について説明する。
まず、１個の無給電素子を有する無給電素子部２５のアンテナ素子２０を備えるアレーアンテナ２を説明する。

図１１は、無給電素子部２５が１個の無給電素子を有するアンテナ素子２０における反射特性を説明する図である。図１１（ａ）は、アンテナ素子２０の斜視図、図１１（ｂ）は、図１１（ａ）において一点鎖線で囲んだ部分の断面図、図１１（ｃ）は、異なる放射性能による反射特性である。図１１（ａ）では、アンテナ素子２０の横方向がｘ方向、アンテナ素子２０の縦方向がｙ方向、ｘ－ｙ平面に垂直な方向がｚ方向である。図１１（ｂ）では、紙面の左方向がｚ方向、紙面の上方がｙ方向、紙面の表面方向がｘ方向である。図１１（ｃ）では、横軸が周波数［ＧＨｚ］、縦軸がＳパラメータのＳ１１［ｄＢ］である。

図１１（ａ）の斜視図では、基板１１の表面側に設けられた接地導体１２と無給電素子部２５が設けられた基板１４との間に空間を設けて示しているが、これは構造を説明するためであって、図１１（ｂ）の断面図に示すように、空間は設けられていない。ここでは、基板１１の表面側に設けられた接地導体１２側と基板１４の裏面側とが絶縁性の接着シート（ボンディングシート）１６により貼り合わせてある。図１１（ｃ）には、基板１４の厚さｔ_２が０．７６ｍｍであって、放射性能が３７％、４７％、５５％、５９％、１００％の場合（図７参照）と、基板１４の厚さｔ_２が１ｍｍであって、放射性能が１００％の場合とを示す。基板１４の厚さｔ_２が０．７６ｍｍの放射性能（％）は、図７に示したように、図５におけるアンテナ素子２０に対応する。３７％は、アンテナ素子２０－１Ｕ、２０－１Ｄに、４７％は、アンテナ素子２０－２Ｕ、２０－２Ｄに、５５％は、アンテナ素子２０－３Ｕ、２０－３Ｄに、５９％は、アンテナ素子２０－４Ｕ、２０－４Ｄに、１００％は、アンテナ素子２０－５Ｕ、２０－５Ｄに対応する。

図１１（ｃ）に示すように、基板１４の厚さｔ_２が０．７６ｍｍの場合、Ｓ１１は、２８．５ＧＨｚを挟んで低周波数側（２７ＧＨｚ側）及び高周波数側（３０ＧＨｚ側）において、放射性能が３７％から１００％へと大きくなるにしたがい、Ｓ１１が大きくなっている。広帯域なアレーアンテナを構成する場合には、各アンテナ素子のＳ１１が小さいことが好ましい。放射性能が３７％のＳ１１は、２７ＧＨｚから３０ＧＨｚの周波数範囲の全体において、Ｓ１１が小さい。しかし、放射性能が４７％、５５％、５９％、１００％のＳ１１は、設計周波数である２８．５ＧＨｚ近傍では、放射性能が３７％に比べて小さいが、低周波数側（２７ＧＨｚ側）及び高周波数側（３０ＧＨｚ側）において、放射性能が３７％に比べて大きい。したがって、アレーアンテナ２は、図８（ｂ）に示すように、Ｓ１１が、低周波数側（２７ＧＨｚ側）及び高周波数側（３０ＧＨｚ側）において、アレーアンテナ１に比べ大きい。

図１１（ｃ）に示した、基板１４の厚さｔ_２が１ｍｍの場合には、放射性能が１００％であっても、Ｓ１１は、基板１４の厚さｔ_２が０．７６ｍｍの場合に比べ、小さくなっている。これは、図１１（ｂ）に一点鎖線で囲んで示す、給電素子１３と無給電素子部２５との間の容積Ｖが、異なるためである。すなわち、基板１４の厚さｔ_２が１ｍｍの場合が基板１４の厚さｔ_２が０．７６ｍｍの場合より容積Ｖが大きく、広帯域になる。ここでは、便宜的に容積Ｖと呼ぶが、容積Ｖは、無給電素子部２５（無給電素子）の面積と、給電素子１３と無給電素子部２５との間の誘電性材料（誘電体）の厚さとで求めた積ではない。つまり、容積Ｖは、給電素子１３と無給電素子部２５（無給電素子）との間における電界強度を考慮して求められる量である。容積Ｖは、体積又は容量と表記されてもよい。

一般に、アレーアンテナは、同じ構成のアンテナ素子が用いられる。このようなアンテナ素子は、給電素子に対向して設けられた１個の無給電素子（無給電素子部）を有している。アンテナ素子の反射特性は、前述したように、給電素子と無給電素子との間の容積Ｖで決まる。そして、放射性能（図７参照）が異なると、適切な容積Ｖが異なる。小さな容積Ｖを必要とするアンテナ素子に合わせて基板１４の厚さｔ２を選んだ場合、大きな容積Ｖを必要するアンテナ素子には、容積Ｖを増やすことが求められる。この際、無給電素子の面積を大きくするか、基板１４の厚さｔ２を大きくするかになる。しかし、無給電素子の面積は、無給電素子における励振条件によって制限される。このため、無給電素子の面積を、必要な容積Ｖに対応させて大きくすることは容易でない。一方、広帯域化が必要とされるアンテナ素子の部分の基板１４の厚さｔ２を他の部分と異ならせると、基板１４の製造が複雑になる。

図１２は、無給電素子部１５が４個の無給電素子を有するアンテナ素子１０における反射特性を説明する図である。図１２（ａ）は、アンテナ素子１０の斜視図、図１２（ｂ）は、図１２（ａ）において一点鎖線で囲んだ部分の断面図、図１２（ｃ）は、放射性能が１００％の場合の反射特性である。ここでは、図３に示したアンテナ素子１０－５Ｕで説明する。図１２（ａ）、（ｂ）のｘｙｚ方向は、図１１（ａ）、（ｂ）と同様であり、図１２（ｃ）の横軸、縦軸は、図１１（ｃ）と同様である。なお、図１２（ｂ）では、図１２（ａ）において一点鎖線で囲んだ部分に含まれない無給電素子部１５を破線で示している。また、図１２（ｃ）には、無給電素子部２５が１個の無給電素子を有するアンテナ素子２０における放射性能が１００％の場合（図５におけるアンテナ素子２０－５Ｕに対応）を合わせて示す。

図１２（ａ）の斜視図では、基板１１の表面側に設けられた接地導体１２と無給電素子部１５が設けられた基板１４との間に空間を設けて示しているが、これは構造を説明するためであって、図１２（ｂ）の断面図に示すように、空間は設けられていない。ここでは、基板１１の表面側に設けられた接地導体１２側と基板１４の裏面側とが絶縁性の接着シート（ボンディングシート）１６により貼り合わせてある。基板１４の厚さｔ_２は、０．７６ｍｍである。

図１２（ｃ）に示すように、４個の無給電素子を有するアンテナ素子１０－５Ｕ（４無給電素子と表記）は、１個の無給電素子を有するアンテナ素子２０（１無給電素子と表記）に比べ、２７ＧＨｚから３０ＧＨｚの周波数帯域において、Ｓ１１が小さくなっている。これは、無給電素子を４個としたアンテナ素子１０－５Ｕは、無給電素子が１個であるアンテナ素子２０（アンテナ素子２０－５Ｕ）に比べ、給電素子１３と無給電素子部１５－５Ｕとの間の容積Ｖが大きくなったことによる。よって、容積Ｖを大きくして広帯域化を図るために、基板１４の厚さｔ_２を大きくすることを要しない。すなわち、基板１４の厚さｔ_２は、アンテナ素子１０に対して変更せず、一定でよい。つまり、基板１４は、表面が平坦でよい。このため、複数のアンテナ素子１０を配置したアレーアンテナ１の製造が容易になる。

図１３は、複数の無給電素子を有する無給電素子部１５の電圧分布を説明する図である。図１３（ａ）は、無給電素子が２個の場合、図１３（ｂ）は、無給電素子が５個の場合である。図１３（ａ）、（ｂ）とも、紙面の右方向がｘ方向、紙面の上方向がｙ方向、紙面の表面方向がｚ方向である。色の濃淡により、電圧分布を示している。

図１３（ａ）に示す無給電素子部１５は、２個の無給電素子１５ａ、１５ｂを備える。ｙ方向が電界（Ｅ）方向、ｘ方向が磁界（Ｈ）方向である。２個の無給電素子１５ａ、１５ｂは、破線で示す給電素子１３のｙ方向における中央のＨ面（ｘ－ｚ面）を境に分けられて設けられている。図１３（ａ）には、Ｈ面がｘ－ｙ平面と交差する線を一点鎖線で示している。そして、２個の無給電素子１５ａ、１５ｂは、基本モードのみが励振されるように設定されている。

無給電素子１５ａ、１５ｂはそれぞれのｙ方向の中心が電圧の節となり、＋ｙ方向の端部が＋（又は－）の電圧の腹になり、－ｙ方向の端部が－（又は＋）の電圧の腹になっている。そして、無給電素子１５ａ、１５ｂは、同相で励振されている。つまり、無給電素子１５ａ、１５ｂのｙ方向（Ｅ方向）の長さは、基本モードの励振条件、概ね１／２波長に設定されている。ただし、無給電素子１５ａ、１５ｂのｙ方向（Ｅ方向）の長さは、短縮効果のため、１／２波長よりやや短く設定されている。一方、ｘ方向（Ｈ方向）の幅は、任意であるが、広げすぎると高次モードが発生し、指向特性を劣化させてしまう。その上限値は、１個の無給電素子を用いる場合と同じである。よって、無給電素子部１５が２個の無給電素子を有する場合に設定できる無給電素子の最大面積は、無給電素子部１５が１個の無給電素子を有する場合の最大値の２倍になる。なお、上記の波長は、誘電体中の電磁波の波長（実効波長）であって、自由空間における波長を、誘電体の比誘電率の平方根で割った値である（実効波長＝自由空間における波長／√比誘電率）。

給電素子１３のｙ方向における中央のＨ面で分けられ、基本モードのみが同相で励振される無給電素子１５ａ、１５ｂを設けると、放射特性を損なうことなく、無給電素子部１５における無給電素子の面積（合計面積）が、１個の無給電素子を設ける場合に比べ大きくなる。よって、給電素子１３と２個の無給電素子１５ａ、１５ｂを設けた無給電素子部１５との間の容積Ｖ（図１２参照）は、１個の無給電素子を設ける場合に比べ大きくなる。

図１３（ｂ）に示す無給電素子部１５は、５個の無給電素子１５ｃ、１５ｄ、１５ｅ、１５ｆ、１５ｇを備える。ここでも、ｙ方向が電界（Ｅ）方向、ｘ方向が磁界（Ｈ）方向である。無給電素子１５ｃ、１５ｄは、破線で示す給電素子１３のｙ方向における中央のＨ面を境に分けられている。同様に、無給電素子１５ｆ、１５ｇは、給電素子１３のｙ方向における中央のＨ面を境に分けられて設けられている。そして、無給電素子１５ｃ、１５ｄ、１５ｆ、１５ｇのそれぞれは、基本モードのみが同相で励振されるように設定されている。一方、無給電素子１５ｅは、Ｈ面で分けられていない。ただし、無給電素子１５ｅは、基本モードのみが励振されるように設定されている。このように、Ｈ面で分けられ、基本モードのみが励振される無給電素子１５ｃ、１５ｄ、１５ｆ、１５ｇに加えて、Ｈ面で分けられていない、基本モードのみが励振される無給電素子１５ｅを備えてもよい。なお、ｘ方向（Ｈ方向）の幅の合計の上限値は、１個の無給電素子を用いる場合の幅の上限値に近い値に設定される。この場合であっても、放射特性を損なうことなく、無給電素子部１５における無給電素子の面積（合計）が、１個の無給電素子を設ける場合に比べ大きくなり、給電素子１３と無給電素子部１５との間の容積Ｖ（図１２参照）が大きくなる。Ｈ面で分けられていない無給電素子１５ｅを備えることで、容積の調整範囲が広げられる。ここでは、無給電素子部１５が有する無給電素子の数は、７個など他の値であってもよい。

図１３（ａ）、（ｂ）では、無給電素子部１５が有する複数の無給電素子は、ｘ方向において対称に設けられている。なお、電波の放射方向をｘ－ｚ面において、ｚ方向から傾ける（チルトさせる）場合には、無給電素子部１５が有する複数の無給電素子を、ｘ方向において非対称に設けてもよい。同様に、無給電素子部１５が有する複数の無給電素子は、ｙ方向において対称に設けられている。なお、電波の放射方向をｙ－ｚ面において、ｚ方向から傾ける（チルトさせる）場合には、無給電素子部１５が有する複数の無給電素子を、ｙ方向において非対称に設けてもよい。

図１４は、無給電素子部１５を説明する図である。図１４（ａ）は、１個の無給電素子を有する場合、図１４（ｂ）は、５個の無給電素子を有する場合、図１４（ｃ）は、４個の無給電素子を有する場合、図１４（ｄ）は、２個の無給電素子を有する場合である。
無給電素子部１５と給電素子１３との間の容積Ｖは、図１４（ａ）の１個の無給電素子を有する場合の容積Ｖを１とした場合、図１４（ｄ）の２個の無給電素子を有する場合の容積Ｖが概ね２倍になる。そして、容積Ｖは、図１４（ａ）の１個の無給電素子を有する場合から、図１４（ｂ）の５個の無給電素子を有する場合、図１４（ｃ）の４個の無給電素子を有する場合、そして図１４（ｄ）の２個の無給電素子を有する場合の順に大きくなる。よって、無給電素子部１５がＨ面で分けられた複数の無給電素子を有することで、給電素子１３と無給電素子部１５との間の容積Ｖは、１倍（１個の無給電素子を有する場合）から２倍（２個の無給電素子を有する場合）の範囲で設定が可能である。

容積Ｖは、基板１４の厚さｔ_２に比例する。このことから、１個の無給電素子の無給電素子部１５を有するアンテナ素子１０に適切な基板１４の厚さｔ_０を算出すれば、基板１４の厚さｔ_２として、ｔ_０／２＜ｔ_２＜ｔ_０の範囲の基板１４を選べばよいことになる。つまり、厚さｔ_２の選択の範囲が広がることで、入手しやすい厚さｔ_２の基板１４が選択できる。

図１５は、本実施の形態が適用されるアレーアンテナ１が備えるアンテナ素子１０の反射特性を説明する図である。横軸、縦軸は、図１１（ｃ）と同じである。基板１４は、厚さｔ_２が０．７６ｍｍ、比誘電率が３．３である。図１５には、放射性能（％）が、３７％、４７％、５５％、５９％、１００％の場合を示している。これらの放射性能（％）は、図３におけるアンテナ素子１０に対応する。３７％は、１個の無給電素子（１無給電素子）のアンテナ素子１０－１Ｕ、１０－１Ｄに、４７％は、１個の無給電素子（１無給電素子）のアンテナ素子１０－２Ｕ、１０－２Ｄに、５５％は、５個の無給電素子（５無給電素子）のアンテナ素子１０－３Ｕ、１０－３Ｄに、５９％は、５個の無給電素子（５無給電素子）のアンテナ素子１０－４Ｕ、１０－４Ｄに、１００％は、４個の無給電素子（４無給電素子）のアンテナ素子１０－５Ｕ、１０－５Ｄに対応する。

図１５に示すように、放射性能が５５％、５９％、１００％のアンテナ素子１０は、無給電素子部１５に複数の無給電素子を有する。よって、図１２（ａ）で説明したように、これらのアンテナ素子１０のＳ１１は、図１１（ｂ）に示した１個の無給電素子を有する無給電素子部２５のアンテナ素子２０に比べて小さくなっている。よって、図８（ｂ）に示したように、アレーアンテナ１は、アレーアンテナ２に比べて、Ｓ１１が小さくなっている。

図１６は、給電素子（スロット）１３の形状について説明する図である。図１６（ａ）は、長方形型、図１６（ｂ）は、ダンベル型、図１６（ｃ）は、ボウタイ（蝶ネクタイ）型、図１６（ｄ）は、Ｈ字型である。
図３に示したアレーアンテナ１では、図７（ａ）に示したアンテナ素子１０の放射電力及び放射性能に応じて、給電素子（スロット）１３の形状・寸法、無給電素子部１５における無給電素子の数、及び給電線路５０の形状が設定される。よって、給電素子（スロット）１３の形状として、図１６（ａ）～（ｄ）に示した形状が用いられてもよい。

（他の偏波を放射するアンテナ素子１０）
上記においては、アレー方向（図３では、ｙ方向）に電界方向が向いた垂直偏波のアンテナ素子１０を説明した。ここでは、アレー方向に給電線路５０が設けられたアレーアンテナ１において、アレー方向から４５度傾いた偏波（４５度偏波と表記する。）のアンテナ素子１０Ａと、アレー方向から９０度傾いた偏波（水平偏波と表記する。）のアンテナ素子１０Ｂとを説明する。

図１７は、本実施の形態が適用される４５度偏波のアンテナ素子１０Ａを説明する図である。図１７（ａ）は、アンテナ素子１０Ａの斜視図、図１７（ｂ）は、図１７（ａ）において一点鎖線で囲んだ部分の断面図であって、図１７（ｃ）のＸＶＩＩＢ－ＸＶＩＩＢ線での断面図、図１７（ｃ）は、無給電素子部１５Ａ側から平面視した図である。図１７（ａ）、（ｂ）のｘｙｚ方向は、図１１（ａ）、（ｂ）と同様である。図１７（ｃ）では、紙面の右方向がｘ方向、紙面の上方向がｙ方向、紙面の表面方向がｚ方向である。

アンテナ素子１０Ａは、基板１１と、接地導体１２と、給電素子１３Ａと、基板１４と、無給電素子部１５Ａとを備える。基板１１、接地導体１２、基板１４は、アンテナ素子１０と同様であるので、同じ符号を付して説明を省略する。また、給電線路５０は、図１１に記載した給電線路５０と同様である。図１７（ａ）の斜視図では、接地導体１２が設けられた基板１１と、無給電素子部１５Ａが設けられた基板１４との間に空間を設けて示しているが、これは構造を説明するためであって、図１７（ｂ）の断面図に示すように、空間は設けられていない。無給電素子部１５Ａが設けられた基板１４の裏面側に接して給電素子１３Ａが設けられている。ここでは、基板１１の表面側に設けられた接地導体１２側と基板１４の裏面側とが絶縁性の接着シート（ボンディングシート）１６により貼り合わせてある。これにより、給電素子１３Ａと無給電素子部１５Ａとが基板１４を挟んで対向する。つまり、無給電素子部１５－１Ｕが設けられた基板１４の裏面側に給電素子１３－１Ｕが接して設けられている。無給電素子部１５Ａは、図１４（ｂ）に示した５個の無給電素子を有するとしているが、他の個数の無給電素子を備えてもよい。

図１７（ａ）、（ｃ）に示す、４５度偏波のアンテナ素子１０Ａでは、給電素子１３Ａは、アレー方向（＋ｙ方向）から時計回りに４５度方向に長手方向を有する長方形型のスロットである。そして、無給電素子部１５Ａは、図１４（ｂ）の無給電素子部１５をアレー方向（＋ｙ方向）から反時計回りに４５度回転させたものである。アンテナ素子１０の代わりにアンテナ素子１０Ａを用いると、アレーアンテナ１は、アレー方向（＋ｙ方向）から反時計回りに４５度傾いた４５度偏波を放射する。

図１７（ｃ）に示すように、アンテナ素子１０と同様に、アンテナ素子１０Ａにおいても、平面視において、給電線路５０が無給電素子部１５Ａと重なって配置される。よって、アンテナ素子１０の代わりにアンテナ素子１０Ａを配置したアレーアンテナ１を複数並列に配列した場合において、アレーアンテナ１間の間隔（図２（ａ）の間隔Ｐ１）を広げることを要せず、小さくできる。よって、複数のアレーアンテナ１を並列配置したアンテナ（図１（ａ）の平面アンテナ１００に類似したアンテナ）を小型化できる。

４５度偏波のアンテナ素子１０Ａを用いたアレーアンテナ１を中央給電で給電する場合、アレー方向の中央からアレー方向と逆アレー方向とで位相を１８０度異ならせることがよい。

図１８は、本実施の形態が適用される水平偏波のアンテナ素子１０Ｂを説明する図である。図１８（ａ）は、アンテナ素子１０Ｂの斜視図、図１８（ｂ）は、図１８（ａ）において一点鎖線で囲んだ部分の断面図であって、図１８（ｃ）のＸＶＩＩＩＢ－ＸＶＩＩＩＢ線での断面図、図１８（ｃ）は、無給電素子部１５Ｂ側から平面視した図である。図１８（ａ）、（ｂ）、（ｃ）のｘｙｚ方向は、図１７（ａ）、（ｂ）、（ｃ）と同様である。

アンテナ素子１０Ｂは、基板１１と、接地導体１２と、給電素子１３Ｂと、基板１４と、無給電素子部１５Ｂとを備える。基板１１、接地導体１２、基板１４は、アンテナ素子１０と同様であるので、同じ符号を付して説明を省略する。図１８（ａ）の斜視図では、接地導体１２が設けられた基板１１と、無給電素子部１５Ｂが設けられた基板１４との間に空間を設けて示しているが、これは構造を説明するためであって、図１８（ｂ）の断面図に示すように、空間は設けられていない。ここでは、基板１１の表面側に設けられた接地導体１２側と基板１４の裏面側とが絶縁性の接着シート（ボンディングシート）１６により貼り合わせてある。これにより、給電素子１３Ｂと無給電素子部１５Ｂとが基板１４を挟んで対向する。つまり、無給電素子部１５Ｂが設けられた基板１４の裏面側に給電素子１３Ｂが接して設けられている。無給電素子部１５Ｂは、図１４（ｂ）に示した５個の無給電素子を有するとしているが、他の個数の無給電素子を備えてもよい。

図１８（ａ）、（ｃ）に示すように、水平偏波のアンテナ素子１０Ｂでは、給電素子１３Ｂは、アレー方向（＋ｙ方向）に長手方向を有する長方形型のスロットである。そして、無給電素子部１５Ｂは、図１４（ｂ）に示した無給電素子部１５をアレー方向（＋ｙ方向）から時計回りに９０度回転させたものである。給電線路５０は、ｙ方向に延びる幹部５１と、幹部５１からｘ方向に分岐する枝部５２とを備える。幹部５１は、給電素子１３Ｂから－ｘ方向側にずれて設けられ、平面視において、枝部５２は、給電素子１３Ｂと重なるように＋ｘ方向に伸びている。このアンテナ素子１０Ｂを用いると、水平偏波を放射するアレーアンテナ１となる。

図１８（ｃ）に示すように、水平偏波のアンテナ素子１０Ｂにおいても、平面視において、給電線路５０が無給電素子部１５Ｂに重なって配置される。よって、アンテナ素子１０の代わりにアンテナ素子１０Ｂを用いたアレーアンテナ１を複数並列に配列した場合において、アレーアンテナ１間の間隔（図２（ａ）の間隔Ｐ１）を広げることを要せず、小さくできる。よって、複数のアレーアンテナ１を並列配置したアンテナ（図１（ａ）の平面アンテナ１００に類似したアンテナ）を小型化できる。

なお、水平偏波のアンテナ素子１０Ｂを用いたアレーアンテナ１を中央給電で給電する場合には、アレー方向の中央からアレー方向と逆アレー方向とで位相を異ならせることを要しない。

（アンテナ素子１０の変形例１）
アンテナ素子１０では給電素子１３としてスロットを用いた。スロットを給電素子１３として用いる場合、給電線路５０をコプレーナ（ＣＰＷ：コプレーナウエーブ）型としてもよい。

図１９は、本実施の形態の変形例１である、コプレーナ型の給電線路７０が適用されるアンテナ素子３０の一例を説明する図である。図１９（ａ）は、アンテナ素子３０の斜視図、図１９（ｂ）は、図１９（ａ）において一点鎖線で囲んだ部分の断面図である。図１９（ａ）、（ｂ）のｘｙｚ方向は、図１１（ａ）、（ｂ）と同様である。

アンテナ素子３０は、基板１４と、接地導体３２と、給電素子３３と、無給電素子部１５とを備える。基板１４、無給電素子部１５は、アンテナ素子１０と同様であるので、同じ符号を付して説明を省略する。なお、無給電素子部１５は、５個の無給電素子を有するとしているが、他の個数の無給電素子を備えてもよい。

アンテナ素子３０では、無給電素子部１５は、アンテナ素子１０と同様に、基板１４の表面側に設けられているが、接地導体３２及び給電素子３３は、基板１４の裏面側に設けられている。そして、給電線路７０も、基板１４の裏面側に設けられている。図１９（ａ）の斜視図では、接地導体３２、給電素子３３及び給電線路７０を、無給電素子部１５が設けられた基板１４と別に記載しているが、これは構造を説明するためであって、図１９（ｂ）の断面図に示すように、接地導体３２、給電素子３３及び給電線路７０は、基板１４の裏面側に設けられている。

接地導体３２、給電素子３３及び給電線路７０は、基板１４の裏面側に設けられた導電性材料により形成されている。つまり、図１９（ａ）に示すように、基板１４の裏面側のｘ方向における中央部に給電線路７０が設けられ、接地導体３２が給電線路７０を挟んで基板１１の±ｘ方向の両側に分けて設けられている。給電素子３３は、接地導体３２を±ｘ方向に広げるように除去して設けられた開口（スロット）であって、アレー方向（＋ｙ方向）に直交する方向（＋ｘ方向）が長手、アレー方向（＋ｙ方向）が短手である長方形である。そして、開口（スロット）の中心に、給電線路７０が設けられている。そして、給電素子３３と無給電素子部１５とが基板１４を挟んで対向する。つまり、無給電素子部１５が設けられた基板１４の裏面側に給電素子（スロット）３３が設けられている。

アンテナ素子３０では、基板１４の裏面側に設けた１層の導電性材料の層により、接地導体３２、給電素子（スロット）３３及び給電線路７０が構成されている。よって、両面（表面及び裏面）に導電性材料の層が設けられた基板１４により、表面側に無給電素子部１５を設け、裏面側に接地導体３２、給電素子（スロット）３３及び給電線路７０を設ければよい。よって、アンテナ素子１０が基板１１、１４を用いるのに対して、アンテナ素子３０は、基板１１を要しない。つまり、アンテナ素子３０は、基板の数が少ない。

なお、給電線路７０の端部に配置されるアンテナ素子３０（図３（ａ）のアンテナ素子１０－５Ｕ、１０－５Ｄに相当する。）では、給電線路７０は、接地導体３２に接続されている。

図１９（ａ）、（ｂ）に示すように、アンテナ素子３０においても、アンテナ素子１０と同様に、平面視において、給電線路７０が無給電素子部１５に重なって配置される。よって、アンテナ素子１０の代わりにアンテナ素子３０を配置したアレーアンテナ１を複数並列に配列した場合において、アレーアンテナ１間の間隔（図２（ａ）の間隔Ｐ１）を広げることを要せず、小さくできる。よって、複数のアレーアンテナ１を並列配置したアンテナ（図１（ａ）の平面アンテナ１００に類似したアンテナ）を小型化できる。

アンテナ素子１０及び給電線路５０の代わりに、アンテナ素子３０及び給電線路７０を用いたアレーアンテナ１は、アレー方向（＋ｙ方向）の偏波（垂直偏波）を放射する。

（アンテナ素子１０の変形例２）
アンテナ素子１０の給電素子１３及びアンテナ素子３０の給電素子３３として、スロットを用いた。給電素子として、パッチを用いてもよい。以下では、給電素子（パッチ）４３と表記する。

図２０は、本実施の形態の変形例２である、給電素子（パッチ）４３が適用されるアンテナ素子４０の一例を説明する図である。図２０（ａ）は、アンテナ素子４０の斜視図、図２０（ｂ）は、図２０（ａ）において一点鎖線で囲んだ部分の断面図である。図２０（ａ）、（ｂ）のｘｙｚ方向は、図１１（ａ）、（ｂ）と同様である。

アンテナ素子４０は、基板１１と、接地導体４２と、給電素子（パッチ）４３と、基板１４と、無給電素子部１５とを備える。基板１１、基板１４、無給電素子部１５は、アンテナ素子１０と同様であるので、同じ符号を付して説明を省略する。図２０（ａ）の斜視図では、給電素子（パッチ）４３が設けられた基板１１と、無給電素子部１５が設けられた基板１４との間に空間を設けて示しているが、これは構造を説明するためであって、図２０（ｂ）の断面図に示すように、空間は設けられていない。ここでは、基板１１の表面側に設けられた給電素子（パッチ）４３側と基板１４の裏面側とが絶縁性の接着シート（ボンディングシート）１６により貼り合わせてある。無給電素子部１５は、５個の無給電素子を有するとしているが、他の個数の無給電素子を備えてもよい。

給電素子（パッチ）４３は、基板１１の表面側に導電性材料で構成されている。給電素子（パッチ）４３は、外形が長方形であって、基板１４に設けられた無給電素子部１５と対向する。接地導体３２は、基板１１の裏面側に導電性材料で構成されている。ここでは、接地導体３２は、基板１１の裏面側の全面を覆うように設けられている。ただし、接地導体３２は、必ずしも基板１１の裏面側の全面を覆うことを要せず、基板１１の裏面側において、表面側に設けられる給電素子（パッチ）４３及び後述する給電線路８０に対向するように設けられればよい。なお、給電素子（パッチ）４３を用いたアンテナ素子４０は、マイクロストリップアンテナ（ＭＳＡ）である。そして、給電素子４３と無給電素子部１５とが基板１４を挟んで対向する。つまり、無給電素子部１５が設けられた基板１４の裏面側に給電素子１３－１Ｕが接して設けられている。なお、給電素子（パッチ）４３及び給電線路８０は、基板１４の裏面側に設けられてもよい。

給電線路８０は、基板１１の表面側において導電性材料で構成され、給電素子（パッチ）４３に接続されている。つまり、給電線路８０及び給電素子（パッチ）４３は、基板１１の表面側に設けた１層の導電性材料の層により構成されている。図２０では、１個のアンテナ素子４０が表記されているが、複数のアンテナ素子４０を配列したアレーアンテナとする場合、給電線路８０は、複数の給電素子（パッチ）４３間を直列に接続するように設けられる。なお、給電線路８０は、端部に配置されるアンテナ素子４０（図３（ａ）のアンテナ素子１０－５Ｕ、１０－５Ｄに相当する。）で終端される。

アンテナ素子１０の代わりに、アンテナ素子４０を用いたアレーアンテナ１は、アレー方向（＋ｙ方向）に電界が向いた垂直偏波を放射する。

図２０（ａ）、（ｂ）に示すように、アンテナ素子４０においても、アンテナ素子１０と同様に、平面視において、給電線路８０が無給電素子部１５に重なって配置される。よって、アンテナ素子１０の代わりにアンテナ素子４０を配置したアレーアンテナ１を複数並列に配列した場合において、アレーアンテナ１間の間隔（図２（ａ）の間隔Ｐ１）を広げることを要せず、小さくできる。よって、複数のアレーアンテナ１を並列配置したアンテナ（図１（ａ）の平面アンテナ１００に類似したアンテナ）を小型化できる。

なお、パッチを給電素子４３に用いる場合、給電線路８０が設けられる方向（ここでは、ｙ方向）に対して、４５度傾けた偏波（４５度偏波）や９０度傾けた偏波（水平偏波）のアレーアンテナは構成しづらい。４５度偏波のアレーアンテナ又は水平偏波のアレーアンテナを構成するには、インピーダンス整合回路などを介して給電線路８０から分岐した給電線路を設けて給電することを要するためである。このため、隣接するアレーアンテナ間の間隔（図２（ａ）の間隔Ｐ１）が大きくなるおそれがある。よって、パッチを給電素子４３に用いる場合には、給電線路８０が設けられる方向の偏波を用いることがよい。

以上説明したように、本実施の形態が適用されるアレーアンテナ１は、中央給電によりアレー方向（＋ｙ方向側）のアンテナ素子１０（図３では、アンテナ素子１０－１Ｕ～１０－５Ｕ）と、逆アレー方向（－ｙ方向側）のアンテナ素子１０（図３では、アンテナ素子１０－１Ｄ～１０－５Ｄ）が給電される直列給電方式として説明した。しかし、アンテナ素子１０が配置された一方の端（片隅）から給電する片隅給電を用いてもよい。

なお、中央給電では、アンテナ素子１０の数の半分にそれぞれ電力を供給すればよく、図７に示したように、相対放射電力量が大きいアンテナ素子１０から給電される。一方、片隅給電では、アンテナ素子１０の全てに電力を供給するとともに、相対放射電力量が小さいアンテナ素子１０から給電を始めることになる。

本実施の形態が適用されるアンテナ素子１０では、無給電素子部１５に含まれる無給電素子の平面形状を長方形としたが、無給電素子の平面形状は、長方形以外の四角形や、角を取った四角形であってもよく、円形、楕円形、多角形など他の形状であってもよい。

以上説明したように、本実施の形態が適用されるアレーアンテナ１では、アンテナ素子１０の無給電素子部１５が有する無給電素子の数を異ならせることで、アンテナ素子１０の反射特性を制御している。そして、無給電素子部１５が給電素子１３の中心におけるＨ面で分けられた複数の無給電素子を有するようにして、給電素子１３と無給電素子部１５との容積Ｖを調整可能としている。無給電素子部１５が複数の無給電素子を有することにより、無給電素子部１５が１個の無給電素子を有する場合に比べて、給電素子１３と無給電素子部１５との間の容積Ｖが大きくなる。よって、基板１４の厚さを大きくすることなく、容積Ｖを大きくすることができる。複数の無給電素子は、それぞれが基本モードで励振されるように設定されている。よって、アンテナ素子１０の放射特性が劣化することを抑制しつつ、リターンロスであるＳ１１を抑制して、アンテナ素子１０を広帯域化している。

給電素子をスロット（給電素子１３、３３）、又は給電素子をパッチ（給電素子４３）とすると、給電線路（給電線路５０、７０、８０）は、平面視において、アンテナ素子（アンテナ素子１０、３０、４０）の無給電素子部１５に重なって配置される。つまり、平面視において、給電線路は、アンテナ素子と重なる。よって、複数のアンテナ素子を備えるアレーアンテナ１を並列に配置した場合、アレーアンテナ１間の間隔（図２（ａ）の間隔Ｐ１）を小さくできる。このため、複数のアレーアンテナ１を並列配置したアンテナ（図１（ａ）の平面アンテナ１００に類似したアンテナ）を小型化できる。

さらに、本発明の趣旨に反しない限りにおいて様々な変形を行っても構わない。

１、１′、２…アレーアンテナ、１０、１０′、２０、３０、４０…アンテナ素子、１１、１４…基板、１２、３２、４２…接地導体、１３、２３、３３、４３…給電素子、１５、２５…無給電素子、１６…接着シート（ボンディングシート）、５０、５０′、６０、７０、８０…給電線路、１００…平面アンテナ、２００…制御部、３００…電波、Ｇ_Ｅ、Ｇ_Ｈ…間隙、Ｐ１、Ｐ２…間隔、Ｖ…容積、Ｗ_Ｅ、Ｗ_Ｈ…幅

Claims (15)

1. 電波を送受信する第１のアンテナ素子と第２のアンテナ素子と、
   前記第１のアンテナ素子と前記第２のアンテナ素子とに直列に給電する給電線路と、を備え、
   前記第１のアンテナ素子と前記第２のアンテナ素子とは、それぞれが前記給電線路から給電される給電素子と、当該給電素子と対向して設けられた、無給電素子を含む無給電素子部とを有し、当該第１のアンテナ素子が有する無給電素子部における無給電素子と、当該第２のアンテナ素子が有する無給電素子部における無給電素子とは、数が異なることを特徴とするアレーアンテナ。
2. 前記第１のアンテナ素子が有する無給電素子部と前記第２のアンテナ素子が有する無給電素子部とが表面側に設けられた、誘電性材料で構成された基板を有し、
   前記第１のアンテナ素子が有する給電素子と前記第２のアンテナ素子が有する給電素子とは、前記基板の裏面側に設けられ、又は当該基板の裏面側に接して設けられていることを特徴とする請求項１に記載のアレーアンテナ。
3. 前記基板は、厚さが一定であることを特徴とする請求項２に記載のアレーアンテナ。
4. 前記第１のアンテナ素子及び前記第２のアンテナ素子の少なくともいずれか一方の無給電素子部は、前記給電素子の中央部におけるＨ面を境に分離して設けられ、基本モードで同相にて励振される１組の無給電素子を含む、複数の無給電素子を備えることを特徴とする請求項１に記載のアレーアンテナ。
5. 前記複数の無給電素子は、前記Ｈ面を境に分離されていない無給電素子を含むことを特徴とする請求項４に記載のアレーアンテナ。
6. 前記複数の無給電素子は、前記給電素子との間の容積が、無給電素子が１個の場合の容積に比べて大きいことを特徴とする請求項４又は５に記載のアレーアンテナ。
7. 前記第１のアンテナ素子が有する無給電素子部及び前記第２のアンテナ素子が有する無給電素子部は、平面視において、前記給電線路と重なっていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のアレーアンテナ。
8. 誘電性材料で構成された他の基板を有し、
   前記給電素子が前記他の基板の表面側に設けられ、
   前記基板と前記他の基板とは、当該基板の裏面側と、当該他の基板の表面側とが重ね合わされていることを特徴とする請求項２又は３に記載のアレーアンテナ。
9. 前記給電線路は、アンテナ素子が配列されたアレーの一端部から給電される片隅給電、又はアレーの中央部から互いに反対方向に給電される中央給電であることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載のアレーアンテナ。
10. 前記給電線路が中央給電であって、アレー方向に沿った偏波、又はアレー方向から４５度ずれた偏波を放射する場合、中央部から互いに反対方向に給電される電力の位相が１８０度ずれていることを特徴とする請求項９に記載のアレーアンテナ。
11. 前記給電素子は、スロット又はパッチであることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載のアレーアンテナ。
12. スロットである給電素子と、
    前記給電素子と対向して設けられた複数の無給電素子と、を備え、
    前記複数の無給電素子は、前記給電素子の中央部におけるＨ面を境に分離され、基本モードで同相にて励振される、少なくとも１組の無給電素子を含み、
    前記複数の無給電素子は、前記給電素子の中央部におけるＨ面を境に分離されていない無給電素子を含む
    ことを特徴とするアンテナ素子。
13. 前記複数の無給電素子が表面側に設けられた基板を備え、
    前記給電素子は、前記基板の裏面側に設けられ、又は裏面側に接して設けられていることを特徴とする請求項１２に記載のアンテナ素子。
14. スロットである給電素子と、
    前記給電素子と対向して設けられた複数の無給電素子と、
    前記複数の無給電素子が表面側に設けられた基板と、を備え、
    前記複数の無給電素子は、前記給電素子の中央部におけるＨ面を境に分離され、基本モードで同相にて励振される、少なくとも１組の無給電素子を含み、
    前記給電素子は、前記基板の裏面側に設けられ、又は裏面側に接して設けられていることを特徴とするアンテナ素子。
15. 前記給電素子が表面側に設けられた他の基板を備え、
    前記基板と前記他の基板とは、当該基板の裏面側と当該他の基板の表面側とが重ね合わせられていることを特徴とする請求項１３又は１４に記載のアンテナ素子。