(57)【要約】  各無給電素子アレー（６）において、無給電素子５は、ダイポールアンテナ（４）の長手方向に実質的に平行なストリップ形状を有し、所定の間隔（Ｌ５）で形成される。間隔（Ｌ５）は、給電線路（２０）に給電される高周波信号の波長λの１／８以下に設定される。無給電素子アレー（６）は、ダイポールアンテナ（４）からの電波を磁流として伝搬させる複数の擬似スロット開口（Ｓ６）を形成するように配置される。
2012164782.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１及び第２の面を有する誘電体基板と、
上記誘電体基板の第１の面に形成されかつ給電線路に接続された第１の給電素子と、上記誘電体基板の第２の面に形成されかつ接地導体に接続された第２の給電素子とを備え、放射すべき高周波信号の波長の実質的に１／２の電気長を有するダイポールアンテナと、
上記誘電体基板の第１の面に形成された複数の第１の無給電素子をそれぞれ備えた少なくとも３個の第１の無給電素子アレーとを備えたアンテナ装置であって、
上記各第１の無給電素子アレーにおいて、上記複数の第１の無給電素子は、上記ダイポールアンテナの長手方向に実質的に平行なストリップ形状をそれぞれ有し、互いに電磁的に結合するように所定の第１の間隔で配置され、
上記少なくとも３個の第１の無給電素子アレーは、隣接する１対の第１の無給電素子アレー間においてそれぞれ、上記ダイポールアンテナからの電波を磁流として伝搬させる第１の擬似スロット開口を形成するように、所定の第２の間隔で実質的に互いに平行に配置されたことを特徴とするアンテナ装置。
【請求項２】
上記第１の間隔は、上記波長の実質的に１／８以下に設定されたことを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
【請求項３】
隣接する１対の上記第１の無給電素子アレーのうちの一方の第１の無給電素子アレーの各第１の無給電素子は、他方の第１の無給電素子アレーの対応する各第１の無給電素子にそれらの互いに隣接する各端部で対向することを特徴とする請求項１又は２記載のアンテナ装置。
【請求項４】
隣接する１対の上記第１の無給電素子アレーのうちの一方の第１の無給電素子アレーの各第１の無給電素子は、他方の第１の無給電素子アレーの各第１の無給電素子に対して、上記ダイポールアンテナの長手方向と直交する方向で所定の距離だけシフトさせて配置されたことを特徴とする請求項１又は２記載のアンテナ装置。
【請求項５】
上記アンテナ装置は、
上記誘電体基板の第２の面に形成された複数の第２の無給電素子をそれぞれ備えた少なくとも３個の第２の無給電素子アレーをさらに備え、
上記各第２の無給電素子アレーにおいて、上記複数の第２の無給電素子は、上記ダイポールアンテナの長手方向に実質的に平行なストリップ形状をそれぞれ有し、互いに電磁的に結合するように所定の第３の間隔で配置され、
上記少なくとも３個の第２の無給電素子アレーは、隣接する１対の第２の無給電素子アレー間においてそれぞれ、上記ダイポールアンテナからの電波を磁流として伝搬させる第２の擬似スロット開口を形成するように、所定の第４の間隔で実質的に互いに平行に配置され、
上記ダイポールアンテナは、
上記第１の給電素子に対向するように上記第２の面に形成された第３の無給電素子と、
上記第２の給電素子に対向するように上記第１の面に形成された第４の無給電素子とをさらに備えたことを特徴とする請求項１から４のうちのいずれか１つの請求項記載のアンテナ装置。
【請求項６】
上記第３の間隔は、上記波長の実質的に１／８以下に設定されたことを特徴とする請求項５記載のアンテナ装置。
【請求項７】
上記第１の給電素子の電気長と上記第２の給電素子の電気長とは、互いに異なるように設定されたことを特徴とする請求項１から６のうちのいずれか１つの請求項記載のアンテナ装置。
【請求項８】
上記第１の給電素子の電気長と上記第２の給電素子の電気長とは、実質的に互いに等しいように設定されたことを特徴とする請求項１から６のうちのいずれか１つの請求項記載のアンテナ装置。
【請求項９】
上記第１及び第２の面のうちの少なくとも一方に形成され反射器として動作する２つの無給電素子を備えた少なくとも１対の無給電素子ペアをさらに備え、
上記２つの無給電素子はストリップ形状を有し、上記ダイポールアンテナの長手方向に平行でありかつ上記ダイポールアンテナに関して上記少なくとも３個の第１の無給電素子アレーと反対側に位置する直線上に、上記ダイポールアンテナに対向しかつ電磁的に結合するように形成されたことを特徴とする請求項１から８のうちのいずれか１つの請求項記載のアンテナ装置。
【請求項１０】
請求項１から９のうちのいずれか１つの請求項記載のアンテナ装置を備えたことを特徴とする無線通信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ダイポールアンテナを備えたアンテナ装置及び当該アンテナ装置を備えた無線通信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来技術に係るエンドファイアアンテナとして、誘電体基板の表面に形成された接地導体のエッジに、当該エッジに直交するスロットを形成し、誘電体基板の裏面にスロットと交差する給電線路を形成したスロットアンテナが知られている。給電線路はスロットと電磁的に結合し、給電線路を介して伝送される高周波信号はスロットを励振する。このときスロットに現れる電界はスロットに沿って誘電体基板のエッジ方向に導波され、エンドファイア方向に放射される。【０００３】
エンドファイアアンテナの多くは進行波型のアンテナであるため、一般に、広帯域化を図ることが容易である。例えば、特許文献１は、給電線路の形状を工夫してスロットアンテナの広帯域化を図っている。また、複数のスロットを備えたアレー構造を有するアンテナ又はテーパ形状を有するテーパスロットを備えたテーパスロットアンテナ（特許文献２参照。）により、エンドファイアアンテナを高利得化する技術が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２８３２５１号公報
【特許文献２】特開２００９−５０８６号公報
【特許文献３】米国特許出願公開第２００９／０１９５４６０号明細書
【特許文献４】米国特許出願公開第２００９／００４６０１９号明細書
【特許文献５】米国特許出願公開第２００９／０２０７０８８号明細書
【特許文献６】米国特許第６２８１８４３号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、誘電体基板のエッジ方向に電波を放射するスロットアンテナを、ミリ波帯などの非常に高い周波数帯の電波に適用する場合、以下の２つの課題があった。まず始めに、一般的なプリント配線基板のエッチングプロセスでは、スロットに給電するための給電部をミリ波帯の電波の波長に応じて小さく形成することが困難であるという課題があった。また、スロットに沿って流れるグランド電流の損失が比較的大きくなるという課題があった。グランド電流の損失は放射効率の低下に直結するため、上述したアレー構造を有するアンテナ又はテーパスロットアンテナでもこの課題を解決できなかった。【０００６】
本発明の目的は以上の問題点を解決し、従来技術に比較して小型でありかつ高利得特性を有するアンテナ装置及び当該アンテナ装置を備えた無線通信装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１の発明に係るアンテナ装置は、
第１及び第２の面を有する誘電体基板と、
上記誘電体基板の第１の面に形成されかつ給電線路に接続された第１の給電素子と、上記誘電体基板の第２の面に形成されかつ接地導体に接続された第２の給電素子とを備え、放射すべき高周波信号の波長の実質的に１／２の電気長を有するダイポールアンテナと、
上記誘電体基板の第１の面に形成された複数の第１の無給電素子をそれぞれ備えた少なくとも３個の第１の無給電素子アレーとを備えたアンテナ装置であって、
上記各第１の無給電素子アレーにおいて、上記複数の第１の無給電素子は、上記ダイポールアンテナの長手方向に実質的に平行なストリップ形状をそれぞれ有し、互いに電磁的に結合するように所定の第１の間隔で配置され、
上記少なくとも３個の第１の無給電素子アレーは、隣接する１対の第１の無給電素子アレー間においてそれぞれ、上記ダイポールアンテナからの電波を磁流として伝搬させる第１の擬似スロット開口を形成するように、所定の第２の間隔で実質的に互いに平行に配置されたことを特徴とする。【０００８】
上記アンテナ装置において、上記第１の間隔は、上記波長の実質的に１／８以下に設定されたことを特徴とする。【０００９】
また、上記アンテナ装置において、隣接する１対の上記第１の無給電素子アレーのうちの一方の第１の無給電素子アレーの各第１の無給電素子は、他方の第１の無給電素子アレーの対応する各第１の無給電素子にそれらの互いに隣接する各端部で対向することを特徴とする。【００１０】
さらに、上記アンテナ装置において、隣接する１対の上記第１の無給電素子アレーのうちの一方の第１の無給電素子アレーの各第１の無給電素子は、他方の第１の無給電素子アレーの各第１の無給電素子に対して、上記ダイポールアンテナの長手方向と直交する方向で所定の距離だけシフトさせて配置されたことを特徴とする。【００１１】
またさらに、上記アンテナ装置において、
上記誘電体基板の第２の面に形成された複数の第２の無給電素子をそれぞれ備えた少なくとも３個の第２の無給電素子アレーをさらに備え、
上記各第２の無給電素子アレーにおいて、上記複数の第２の無給電素子は、上記ダイポールアンテナの長手方向に実質的に平行なストリップ形状をそれぞれ有し、互いに電磁的に結合するように所定の第３の間隔で配置され、
上記少なくとも３個の第２の無給電素子アレーは、隣接する１対の第２の無給電素子アレー間においてそれぞれ、上記ダイポールアンテナからの電波を磁流として伝搬させる第２の擬似スロット開口を形成するように、所定の第４の間隔で実質的に互いに平行に配置され、
上記ダイポールアンテナは、
上記第１の給電素子に対向するように上記第２の面に形成された第３の無給電素子と、
上記第２の給電素子に対向するように上記第１の面に形成された第４の無給電素子とをさらに備えたことを特徴とする。【００１２】
また、上記アンテナ装置において、上記第３の間隔は、上記波長の実質的に１／８以下に設定されたことを特徴とする。【００１３】
さらに、上記アンテナ装置において、上記第１の給電素子の電気長と上記第２の給電素子の電気長とは、互いに異なるように設定されたことを特徴とする。【００１４】
またさらに、上記アンテナ装置において、上記第１の給電素子の電気長と上記第２の給電素子の電気長とは、実質的に互いに等しいように設定されたことを特徴とする。【００１５】
また、上記アンテナ装置において、上記第１及び第２の面のうちの少なくとも一方に形成され反射器として動作する２つの無給電素子を備えた少なくとも１対の無給電素子ペアをさらに備え、
上記２つの無給電素子はストリップ形状を有し、上記ダイポールアンテナの長手方向に平行でありかつ上記ダイポールアンテナに関して上記少なくとも３個の第１の無給電素子アレーと反対側に位置する直線上に、上記ダイポールアンテナに対向しかつ電磁的に結合するように形成されたことを特徴とする。【００１６】
第２の発明に係る無線通信装置は、上記アンテナ装置を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係るアンテナ装置及び無線通信装置によれば、誘電体基板の第１の面に形成された複数の第１の無給電素子をそれぞれ備えた少なくとも３個の第１の無給電素子アレーを備えて構成される。ここで、各第１の無給電素子アレーにおいて、複数の第１の無給電素子は、ダイポールアンテナの長手方向に実質的に平行なストリップ形状をそれぞれ有し、互いに電磁的に結合するように所定の第１の間隔で配置され、少なくとも３個の第１の無給電素子アレーは、隣接する１対の第１の無給電素子アレー間においてそれぞれ、ダイポールアンテナからの電波を磁流として伝搬させる第１の擬似スロット開口を形成するように、所定の第２の間隔で実質的に互いに平行に配置される。従って、従来技術に比較して小型でありかつ高利得特性を有するアンテナ装置及び無線通信装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るアンテナ装置１００の表面図である。
【図２】図１のアンテナ装置１００の裏面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態の変形例に係るアンテナ装置１００Ａの表面図である。
【図４】図３のアンテナ装置１００Ａの裏面図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係るアンテナ装置１００Ｂの表面図である。
【図６】図５のアンテナ装置１００Ｂの裏面図である。
【図７】本発明の第３の実施形態に係るアンテナ装置１００Ｃの表面図である。
【図８】図７のアンテナ装置１００Ｃの裏面図である。
【図９】本発明の第４の実施形態に係るアンテナ装置１００Ｄの表面図である。
【図１０】図９のアンテナ装置１００Ｄの裏面図である。
【図１１】本発明の第５の実施形態に係るアンテナ装置１００Ｅの表面図である。
【図１２】図１１のアンテナ装置１００Ｅの裏面図である。
【図１３】本発明の第６の実施形態に係る無線通信装置２００の表面図である。
【図１４】図１のアンテナ装置１００において、無給電素子アレー６の個数を５に設定し、各無給電素子アレー６に含まれる無給電素子５の個数を２０に設定したときのＸＹ平面における放射パターンを示すグラフである。
【図１５】図１のアンテナ装置１００において、無給電素子アレー６の個数を５に設定し、各無給電素子アレー６に含まれる無給電素子５の個数を２０に設定し、給電素子４ｂの長さを給電素子４ａの長さより短くしたときのＸＹ平面における放射パターンを示すグラフである。
【図１６】図１のアンテナ装置１００において、無給電素子アレー６の個数を５に設定し、各無給電素子アレー６に含まれる無給電素子５の個数を２０に設定し、給電素子４ｂの長さを給電素子４ａの長さより短くしたときのＸＺ平面における放射パターンを示すグラフである。
【図１７】図１のアンテナ装置１００において、無給電素子アレー６の個数を５に設定し、各無給電素子アレー６に含まれる無給電素子５の個数を２０に設定し、給電素子４ｂの長さを給電素子４ａの長さより短くし、偶数列目の無給電素子アレー６をＬ５／２だけＸ軸方向にシフトさせたときのＸＹ平面における放射パターンを示すグラフである。
【図１８】図１のアンテナ装置１００において、無給電素子アレー６の個数を５に設定し、各無給電素子アレー６に含まれる無給電素子５の個数を２０に設定し、給電素子４ｂの長さを給電素子４ａの長さより短くし、偶数列目の無給電素子アレー６をＬ５／２だけＸ軸方向にシフトさせたときのＸＺ平面における放射パターンを示すグラフである。
【図１９】図１のアンテナ装置１００において、無給電素子アレー６の個数を５に設定し、各無給電素子アレー６に含まれる無給電素子５の個数を２０に設定し、給電素子４ｂの長さを給電素子４ａの長さより短くし、無給電素子４ｃ及び４ｄを追加したときのＸＹ平面における放射パターンを示すグラフである。
【図２０】図１のアンテナ装置１００において、無給電素子アレー６の個数を５に設定し、各無給電素子アレー６に含まれる無給電素子５の個数を２０に設定し、給電素子４ｂの長さを給電素子４ａの長さより短くし、無給電素子４ｃ及び４ｄを追加したときのＸＺ平面における放射パターンを示すグラフである。
【図２１】図１のアンテナ装置１００において、無給電素子アレー６の個数を５に設定し、各無給電素子アレー６に含まれる無給電素子５の個数を２０に設定し、給電素子４ｂの長さを給電素子４ａの長さより短くし、無給電素子４ｃ及び４ｄを追加し、無給電素子ペア１３及び１４を追加したときのＸＹ平面における放射パターンを示すグラフである。
【図２２】図１のアンテナ装置１００において、無給電素子アレー６の個数を５に設定し、各無給電素子アレー６に含まれる無給電素子５の個数を２０に設定し、給電素子４ｂの長さを給電素子４ａの長さより短くし、無給電素子４ｃ及び４ｄを追加し、無給電素子ペア１３及び１４を追加したときのＸＺ平面における放射パターンを示すグラフである。
【図２３】図１１のアンテナ装置１００Ｅにおいて、無給電素子アレー６間の間隔Ｌ６をλ／１０に設定したときの無給電素子５間の間隔Ｌ５と主ビームのピーク利得との関係を示すグラフである。
【図２４】図１１のアンテナ装置１００Ｅにおいて、無給電素子５間の間隔Ｌ５をλ／２５に設定したときの無給電素子アレー６間の間隔Ｌ６と主ビームのピーク利得との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明に係る実施形態について図面を参照して説明する。なお、同様の構成要素については同一の符号を付している。
【００２０】
第１の実施形態．
図１は、本発明の第１の実施形態に係るアンテナ装置１００の表面図であり、図２は、図１のアンテナ装置１００の裏面図である。本実施形態に係るアンテナ装置１００は、マイクロ波帯又はミリ波帯などの高周波帯で無線通信を行う無線通信装置のためのエンドファイアアンテナ装置である。
【００２１】
図１において、アンテナ装置１００は、誘電体基板１と、接地導体１０，１１，１２と、ストリップ導体２，３０，３１と、８個の無給電素子５をそれぞれ含む６個の無給電素子アレー６とを備えて構成される。なお、本実施形態及び以下の各実施形態及び変形例において、図１に示すようにＸＹＺ座標系を定義する。このとき、図１の右方向をＸ軸方向といい、上方向をＹ軸方向という。また、Ｘ軸方向と反対方向を−Ｘ軸方向といい、Ｙ軸と反対方向を−Ｙ軸方向という。
【００２２】
図１において、誘電体基板１は、例えばガラスエポキシ基板である。また、接地導体１０，１１と、ストリップ導体２，３０と、給電素子４ａと、無給電素子アレー６とは、誘電体基板１の表面上に形成され、接地導体１２と、ストリップ導体３１と、給電素子４ｂとは誘電体基板１の裏面上に形成される。ここで、接地導体１２は、図１の誘電体基板１の左端部に形成される。ストリップ導体２は、接地導体１２に対向しかつ誘電体基板１の左端部からＸ軸方向に延在するように形成される。接地導体１０及び１１は、接地導体１２に対向するように、ストリップ導体２との間に所定の間隔を有して、ストリップ導体２の両側に形成される。なお、接地導体１０，１１及び１２は互いに電気的に接続されている。図１及び図２において、誘電体基板１を挟設する接地導体１０，１１及びストリップ導体２と、接地導体１２とはグランデッドコプレーナ線路を構成し、給電線路２０として用いられる。
【００２３】
また、図１において、ストリップ導体３０は電気長Ｌ３０を有し、図１のストリップ導体２の右端部に接続された一端と他端とを有し、Ｘ軸方向に延在するように形成される。さらに、給電素子４ａは、ストリップ導体３０の他端に接続された一端と、開放端である他端とを有し、ストリップ導体３０の他端からＹ軸方向に延在する。図２において、ストリップ導体３１は、接地導体２に接続された一端と、給電素子４ｂの一端に接続された他端とを有し、ストリップ導体３０に対向するように形成される。また、給電素子４ｂは、ストリップ導体３１の他端に接続された一端と、開放端である他端とを有し、ストリップ導体３０の他端から−Ｙ軸方向に延在する。上述したように形成された給電素子４ａと４ｂとは、給電素子４ａの開放端から給電素子４ｂの開放端までの電気長Ｌ４を有する半波長プリントダイポールアンテナ（以下、ダイポールアンテナという。）４として動作し、主にＸ軸方向に電波を放射する。以下、Ｘ軸方向をエンドファイア方向ともいう。
【００２４】
図１において、各無給電素子アレー６は、誘電体基板１の表面上に形成された８個の無給電素子５を備えて構成される。ここで、各無給電素子５は、ダイポールアンテナ４の長手方向（Ｙ軸方向）に実質的に平行に延在するストリップ形状を有する。さらに、各無給電素子アレー６において、無給電素子５は互いに電磁的に結合するように、Ｘ軸に平行な直線上に所定の間隔Ｌ５で配置される。
【００２５】
また、図１において、６個の無給電素子アレー６は、Ｙ軸方向で隣接する１対の無給電素子アレー６が所定の幅Ｌ６を有する擬似的なスロット開口（以下、擬似スロット開口という。）Ｓ６を形成するように、互いに実質的に平行に形成される。図１の場合、６個の無給電素子アレー６により、Ｘ軸方向に延在する５個の擬似スロット開口Ｓ６が形成されている。なお、Ｙ軸方向で隣接する１対の無給電素子アレー６のうちの一方の無給電素子アレー６の各無給電素子５は、他方の無給電素子アレー６の対応する各無給電素子５に、それらの互いに隣接する各端部で間隔Ｌ６を有して対向する。従って、６個の無給電素子アレー６の互いに対応する各６個の無給電素子は、Ｙ軸に平行な一直線上に配置されている。
【００２６】
ここで、ダイポールアンテナ４の電気長Ｌ４は、給電線路２０に給電される高周波信号の波長λの１／２に実質的に等しいように設定される。これにより、ダイポールアンテナ４から効率よく電波を放射できる。また、給電素子４ａ及び４ｂの各電気長は実質的に互いに等しいように設定される。さらに、間隔Ｌ５は、隣接する無給電素子５が互いに電磁的に結合するように、例えばλ／８以下に設定される。またさらに、幅Ｌ６（間隔Ｌ６）は、例えばλ／１０に設定される。さらに、ダイポールアンテナ４に最も近い無給電素子５と、ダイポールアンテナ４との間の間隔Ｌ４５は、ダイポールアンテナ４に最も近い無給電素子５とダイポールアンテナ４とが互いに電磁的に結合するように設定され、好ましくは、間隔Ｌ５と等しい値に設定される。電気長Ｌ３０は、例えば、間隔Ｌ５に等しいように設定される。
【００２７】
図１及び図２において、マイクロ波帯又はミリ波帯などの高周波帯の周波数成分を有する高周波信号を出力する高周波回路からの高周波信号は、給電線路２０と、誘電体基板１を挟設するストリップ導体３０及び３１からなる伝送線路とを介して伝送され、ダイポールアンテナ４に給電され、ダイポールアンテナ４からエンドファイア方向に放射される。一方、各無給電素子アレー６において、Ｘ軸方向で隣接する無給電素子５は互いにＸ軸方向で電磁的に結合し、各無給電素子アレー６はＸ軸方向に延在する電気壁として動作する。そして、Ｙ軸方向で隣接する１対の無給電素子アレー６間に擬似スロット開口Ｓ６が形成される。このため、各擬似スロット開口Ｓ６においてＹ軸方向に平行な電界が発生し、これに伴い、擬似スロット開口Ｓ６にＸ軸方向に平行な磁流が流れる。従って、ダイポールアンテナ４から放射された電波は、各無給電素子アレー６間の各擬似スロット開口Ｓ６に沿って誘電体基板１の表面をＸ軸方向に導波されて伝送され、誘電体基板１の右側の縁端部１ａ（図１参照。）からエンドファイア方向に放射される。すなわち、アンテナ１００は、擬似スロット開口Ｓ６を磁流源として動作する。このとき、誘電体基板１の縁端部１ａにおいて、電波の位相が揃って等位相面が生じる。なお、Ｙ軸方向で隣接する１対の無給電素子アレー６のうちの一方の無給電素子アレー６の無給電素子５と、他方の無給電素子アレー６の無給電素子５とは、Ｙ軸方向で電磁的に結合せず、共振しない。
【００２８】
以上説明したように、アンテナ装置１００は、誘電体基板１と、誘電体基板１の表面に形成されかつ給電線路２０に接続された給電素子４ａと、誘電体基板１の裏面に形成されかつ接地導体１２に接続された給電素子４ｂとを備え、放射すべき高周波信号の波長λの実質的に１／２の電気長を有するダイポールアンテナ４と、誘電体基板１の表面に形成された複数の無給電素子５をそれぞれ備えた６個の無給電素子アレー６とを備えて構成される。ここで、各無給電素子アレー６において、複数の無給電素子５は、ダイポールアンテナ４の長手方向に実質的に平行なストリップ形状をそれぞれ有し、互いに電磁的に結合するように所定の間隔Ｌ５で配置され、６個の無給電素子アレー６は、隣接する１対の無給電素子アレー６間においてそれぞれ、ダイポールアンテナ４からの電波を磁流として伝搬させる擬似スロット開口Ｓ６を形成するように、所定の間隔Ｌ６で実質的に互いに平行に配置されたことを特徴としている。
【００２９】
従って、本実施形態に係るアンテナ装置１００によれば、各無給電素子アレー６は電気壁として動作し、Ｙ軸方向で隣接する２つの無給電素子アレー６間に擬似スロット開口Ｓ６が形成される。すなわち、アンテナ装置１００は、例えば、Ｘ軸方向に延在する導体を複数の無給電素子５に分断した構成を有するので導体長が短くなり、擬似スロット開口Ｓ６に沿って流れる電流を小さくできる。
【００３０】
また、間隔Ｌ５をできるだけ小さく設定することにより、Ｘ軸方向で隣接する無給電素子５どうしが誘電体基板１の表面上の自由空間を介して強く電磁的に結合し、誘電体基板１内の電気力線の密度を低下させることができるので、誘電体基板１による誘電体損の影響を小さくできる。このため、従来技術に比較して、高利得特性を得ることができる。
【００３１】
さらに、本実施形態に係るアンテナ装置１００によれば、無給電素子５をより小さく形成することで、無給電素子５上に生じる電流を小さくできる。また、無給電素子５間の間隔Ｌ５を狭くすることで、誘電体基板１による誘電体損を緩和できる。これにより、アンテナ装置１００を小型化でき、高利得特性を得ることができる。
【００３２】
また、誘電体基板１の縁端部１ａで等位相面が生じるので、垂直面内のビーム幅及び水平面内のビーム幅を従来技術に比較して狭くできる。
【００３３】
さらに、アンテナ装置１００は擬似スロット開口Ｓ６に流れる磁流を利用して動作するので、アンテナ装置１００と、アンテナ装置１００の近傍に配置される導体との間の干渉が利得に与える影響は比較的小さい。
【００３４】
またさらに、本実施形態によれば、給電線路２０はグランデッドコプレーナ線路であるので、接地導体１０及び１１はダイポールアンテナ４から−Ｘ軸方向に放射された電波をＸ軸方向に反射する反射器として動作する。従って、ダイポールアンテナ４からの電波を効率的に無給電素子アレー６に向けることができ、利得を上げることができる。
【００３５】
従って、本実施形態に係るアンテナ装置１００によれば、空間での伝搬損失が比較的大きいミリ波帯などの高周波帯で通信する無線通信装置の電力効率を上げることができる。
【００３６】
また、本実施形態に係るアンテナ装置１００は、ダイポールアンテナ４を備えたので、ミリ波帯などの高周波信号を送受信するためのアンテナ装置を比較的容易に実現できる。
【００３７】
なお、本実施形態において、アンテナ装置１００は６個の無給電素子アレー６を備えたが、本発明はこれに限られず、複数の擬似スロット開口Ｓ６を形成するように配置された３個以上の無給電素子アレー６を備えればよい。なお、各無給電素子アレー６のエンドファイア方向の長さを長くするほど（無給電素子５の個数を増やすほど）、垂直面（ＸＺ平面）内のビーム幅は狭くなる。また、無給電素子アレー６の数を増やすほど、水平面（ＸＹ平面）内のビーム幅は狭くなる。すなわち、無給電素子アレー６の長さ及び個数によって、垂直面及び水平面内のビーム幅を独立に制御できる。
【００３８】
第１の実施形態の変形例．
第１の実施形態において、各無給電素子アレー６のＸ軸方向の長さ（すなわち、各無給電素子アレー６内の無給電素子５の数）は互いに同一であったが、本発明はこれに限られず、互いに異なってもよい。また、第１の実施形態において、各無給電素子アレー６において、無給電素子５は等しい間隔Ｌ５で配置された。しかしながら、本発明はこれに限られず、各無給電素子アレー６において、無給電素子５は互いにＸ軸方向で電磁的に結合するように、不等間隔で配置されてもよい。ただし、各無給電素子アレー６内の無給電素子５間の各間隔の最大値はλ／８以下であることが好ましい。
【００３９】
図３は、本発明の第１の実施形態の変形例に係るアンテナ装置１００Ａの表面図であり、図４は、図３のアンテナ装置１００Ａの裏面図である。アンテナ装置１００Ａは、アンテナ装置１００に比較して、６個の無給電素子アレー６に代えて無給電素子アレー６１〜６７を備えた点が異なる。本変形例において、第１の実施形態との相違点のみを説明する。
【００４０】
図３において、無給電素子アレー６１，６２，６３，６４，６５，６６及び６７は、それぞれ９，８，８，７，８，８及び９個の無給電素子５を備えて構成される。各無給電素子アレー６１〜６７において、無給電素子５は第１の実施形態に係る無給電素子アレー６内の無給電素子５と同様に形成されて配置される。また、図３において、無給電素子アレー６１，６２，６３，６４，６５，６６及び６７は、Ｙ軸方向で隣接する１対の無給電素子アレーが所定の幅Ｌ６０を有する擬似スロット開口Ｓ６０を形成するように、互いに実質的に平行に形成される。図３の場合、７個の無給電素子アレー６１〜６７により、Ｘ軸方向に延在する６個の擬似スロット開口Ｓ６０が形成されている。
【００４１】
なお、無給電素子アレー６１〜６７において、Ｙ軸方向で隣接する１対の無給電素子アレーのうちの一方の無給電素子アレーの各無給電素子５は、他方の無給電素子アレーの各無給電素子５に対して、ダイポールアンテナ４の長手方向と直交する方向で所定の距離Ｄだけシフトさせて配置される。さらに、図３において、間隔Ｌ５、間隔Ｌ４５及び幅Ｌ６０はそれぞれ、第１の実施形態における間隔Ｌ５、間隔Ｌ４５及び幅Ｌ６と同様に設定される。
【００４２】
図３及び図４において、ダイポールアンテナ４から放射された電波は、各無給電素子アレー６１〜６７間の各擬似スロット開口Ｓ６０に沿って誘電体基板１の表面をＸ軸方向に導波されて伝送され、誘電体基板１の右側の縁端部１ａからエンドファイア方向に放射される。アンテナ装置１００Ａは、第１の実施形態に係るアンテナ装置１００と同様の効果を奏する。
【００４３】
第２の実施形態．
図５は、本発明の第２の実施形態に係るアンテナ装置１００Ｂの表面図であり、図６は、図５のアンテナ装置１００Ｂの裏面図である。本実施形態に係るアンテナ装置１００Ｂは、第１の実施形態に係るアンテナ装置１００に比較して、ダイポールアンテナ４に代えてダイポールアンテナ４Ａを備え、８個の無給電素子７をそれぞれ含む６個の無給電素子アレー８をさらに備えたことを特徴としている。本実施形態において、第１の実施形態との相違点のみを説明する。
【００４４】
図５及び図６において、ダイポールアンテナ４Ａは、給電素子４ａ及び４ｂと、無給電素子４ｃ及び４ｄとを備えて構成される。ここで、無給電素子４ｃは、誘電体基板１の表面に、給電素子４ｂに対向しかつ給電素子４ａとの間に所定の間隔を有するように形成される。また、無給電素子４ｄは、誘電体基板１の裏面に、給電素子４ａと対向しかつ給電素子４ｂとの間に所定の間隔を有するように形成される。
【００４５】
また、図６において、各無給電素子アレー８は、誘電体基板１の裏面上に形成された８個の無給電素子７を備えて構成される。ここで、無給電素子７は、ダイポールアンテナ４Ａの長手方向（Ｙ軸方向）に実質的に平行に延在するストリップ形状を有する。さらに、各無給電素子アレー８において、無給電素子７は互いに電磁的に結合するように、Ｘ軸に平行な直線上に所定の間隔Ｌ７で配置される。
【００４６】
また、図６において、６個の無給電素子アレー８は、Ｙ軸方向で隣接する１対の無給電素子アレー８が所定の幅Ｌ８を有する擬似スロット開口Ｓ８を形成するように、互いに実質的に平行に形成される。図６の場合、６個の無給電素子アレー８により、Ｘ軸方向に延在する５個の擬似スロット開口Ｓ８が形成されている。なお、Ｙ軸方向で隣接する１対の無給電素子アレー８のうちの一方の無給電素子アレー８の無給電素子７は、他方の無給電素子アレー８の無給電素子７に、それらの互いに隣接する各端部で間隔Ｌ７を有して互いに対向する。
【００４７】
なお、本実施形態において、間隔Ｌ７は間隔Ｌ５と等しいように設定され、幅Ｌ８は幅Ｌ６と等しいように設定され、無給電素子７はそれぞれ無給電素子５に対向するように形成される。
【００４８】
各無給電素子アレー８において、Ｘ軸方向で隣接する無給電素子７は互いにＸ軸方向で電磁的に結合し、各無給電素子アレー８はＸ軸方向に延在する電気壁として動作する。そして、Ｙ軸方向で隣接する１対の無給電素子アレー８間に擬似スロット開口Ｓ８が形成される。このため、各擬似スロット開口Ｓ８においてＹ軸方向に平行な電界が発生し、これに伴い、擬似スロット開口Ｓ８にＸ軸方向に平行な磁流が流れる。従って、ダイポールアンテナ４Ａから放射された電波は、各無給電素子アレー８間の各擬似スロット開口Ｓ８に沿って誘電体基板１の裏面をＸ軸方向に導波されて伝送され、誘電体基板１の右側の縁端部１ａからエンドファイア方向に放射される。すなわち、アンテナ１００Ｂは、擬似スロット開口Ｓ８を磁流源として動作する。このとき、誘電体基板１の縁端部１ａにおいて、電波の位相が揃って等位相面が生じる。なお、Ｙ軸方向で隣接する１対の無給電素子アレー８のうちの一方の無給電素子アレー８の無給電素子７と、他方の無給電素子アレー８の無給電素子７とは、Ｙ軸方向で電磁的に結合せず、共振しない。
【００４９】
以上説明したように、図５及び図６において、ダイポールアンテナ４Ａから放射された電波は、各擬似スロット開口Ｓ６に沿って誘電体基板１の表面を磁流として伝搬するともに、各擬似スロット開口Ｓ８に沿って誘電体基板１の裏面を磁流として伝搬し、誘電体基板１の縁端部１ａからエンドファイア方向に放射される。
【００５０】
本実施形態に係るダイポールアンテナ４Ａによれば、無給電素子４ｃが給電素子４ｂと電磁的に結合し、無給電素子４ｄが給電素子４ａと電磁的に結合するので、上述したダイポールアンテナ４に比較して、効率よく電波を放射できる。さらに、無給電素子アレー８をさらに備えたので、上述した実施形態及び変形例に比較して、放射効率及び開口効率を上げることができる。
【００５１】
なお、本実施形態において、間隔Ｌ７は間隔Ｌ５と等しいように設定され、幅Ｌ８は幅Ｌ６と等しいように設定さたが、本発明はこれに限られない。また、間隔Ｌ７は間隔Ｌ５と等しくなくてもよいが、好ましくはλ／８以下である。また、幅Ｌ８は幅Ｌ６と等しくなくてもよいが、例えばλ／１０に設定される。さらに、誘電体基板１の表面の無給電素子アレー６の配置形状と、裏面の無給電素子アレー８の配置形状とは同一である必要はない。
【００５２】
また、本実施形態において、アンテナ装置１００Ｂは無給電素子アレー６及び８を備えたが、本発明はこれに限られず、無給電素子アレー６及び８のうちの一方のみを備えてもよい。
【００５３】
第３の実施形態．
図７は、本発明の第３の実施形態に係るアンテナ装置１００Ｃの表面図であり、図８は、図７のアンテナ装置１００Ｃの裏面図である。本実施形態に係るアンテナ装置１００Ｃは、第２の実施形態に係るアンテナ装置１００Ｂに比較して、無給電素子１３ａ，１３ｂを備えた無給電素子ペア１３と、無給電素子１４ａ，１４ｂを備えた無給電素子ペア１４とをさらに備えて構成される。本実施形態において、第２の実施形態との相違点のみを説明する。
【００５４】
図７及び図８において、無給電素子１３ａ及び１３ｂはストリップ形状を有し、誘電体基板１の表面に形成される。無給電素子１３ａ及び１３ｂは、ダイポールアンテナ４Ａの長手方向に平行でありかつダイポールアンテナ４Ａに関して無給電素子アレー６と反対側に位置する直線上に、ダイポールアンテナ４Ａに対向しかつ電磁的に結合するように形成され、反射器として動作する。また、無給電素子１４ａ及び１４ｂはストリップ形状を有し、誘電体基板１の裏面に形成される。無給電素子１４ａ及び１４ｂは、ダイポールアンテナ４Ａの長手方向に平行でありかつダイポールアンテナ４Ａに関して無給電素子アレー６と反対側に位置する直線上に、ダイポールアンテナ４Ａに対向しかつ電磁的に結合するように形成され、反射器として動作する。
【００５５】
また、図７において、無給電素子１３ａは、誘電体基板１の表面であって給電素子４ａと接地導体１１との間の領域に、Ｙ軸方向に延在するように形成される。また、無給電素子１３ｂは、誘電体基板１の表面であって無給電素子４ｃと接地導体１０との間の領域に、Ｙ軸方向に延在するように形成される。さらに、無給電素子１４ａ及び１４ｂは、誘電体基板１の裏面に、無給電素子１３ａ及び１３ｂとそれぞれ対向するように形成される。無給電素子１３ａは給電素子４ａと電磁的に結合し、無給電素子１３ｂは無給電素子４ｃと電磁的に結合し、無給電素子１４ａは無給電素子４ｄと電磁的に結合し、無給電素子１４ｂは給電素子４ｂと電磁的に結合する。
【００５６】
本実施形態によれば、ダイポールアンテナ４Ａに関してダイポールアンテナ４Ａからの電波の放射方向と反対側の位置に、反射器として動作する無給電素子ペア１３及び１４を設けたので、第２の実施形態に比較して、ダイポールアンテナ４から放射される電波を効率よくエンドファイア方向に向けることができ、ＦＢ（Front to Back）比を向上できる。特に、無給電素子アレー６及び８の個数が増えてアンテナ装置１００ＣのＹ軸方向のサイズが大きくなった場合、無給電素子ペア１３及び１４の効果は大きくなる。また、給電線路２０がマイクロストリップ線路などの、反射器として動作する接地導体１０及び１１を備えない場合、無給電素子ペア１３及び１４の効果は大きくなる。
【００５７】
なお、本実施形態において、アンテナ装置１００Ｃは２つの無給電素子ペア１３及び１４を備えたが、本発明はこれに限られず、無給電素子ペア１３及び１４のうちの一方のみを備えてもよい。
【００５８】
また、本実施形態において、アンテナ装置１００Ｃは無給電素子アレー６及び８を備えたが、本発明はこれに限られず、無給電素子アレー６及び８のうちの一方のみを備えてもよい。
【００５９】
第４の実施形態．
図９は、本発明の第４の実施形態に係るアンテナ装置１００Ｄの表面図であり、図１０は、図９のアンテナ装置１００Ｄの裏面図である。本実施形態に係るアンテナ装置１００Ｄは、第１の実施形態の変形例に係るアンテナ装置１００Ａに比較して、給電素子４ｂに代えて、給電素子４ｅを備えたことを特徴としている。本実施形態において、第１の実施形態の変形例との相違点のみを説明する。上述した各実施形態及び変形例において、給電素子４ａ及び４ｂの各電気長は互いに等しい値に設定されたが、本実施形態において、給電素子４ｅの電気長は給電素子４ｂの電気長より短いように設定される。また、給電素子４ａと４ｅとは、給電素子４ａの開放端から給電素子４ｅの開放端までの電気長Ｌ４を有するダイポールアンテナ４Ｂとして動作する。
【００６０】
本実施形態及び上述した各実施形態において、給電線路２０は不平衡伝送線路であるため、給電線路２０に平衡型のダイポールアンテナ４を接続すると、給電素子４ａに流れる電流と、給電素子４ｂに流れる電流がアンバランスになり、水平面内のビームがエンドファイア方向を向かないことがある。上述した各実施形態及び変形例に係るアンテナ装置１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃは、従来技術に比較して小さいビーム幅を有するため、ビームの向きがアンテナ装置１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃの正面（エンドファイア方向である。）を向かないと、ユーザにとって使い勝手が悪くなってしまう。
【００６１】
本実施形態に係るアンテナ装置１００Ｃによれば、給電素子４ｅの電気長を給電素子４ａの電気長より短いように設定することで、上述した電流のアンバランスを調整してビームをエンドファイア方向に向けることができる。また、ダイポールアンテナ４Ｂからの電波の放射方向をエンドファイア方向に向けるので、上述した各実施形態及び変形例に比較して、無給電素子アレー６での導波効率が向上する。
【００６２】
なお、給電素子４ｅの電気長を給電素子４ａの電気長より短く設定したが、本発明はこれに限られず、ダイポールアンテナ４Ｂからの電波の放射方向をエンドファイア方向などの所望の方向に向けるように、給電素子４ａの電気長と給電素子４ｅの電気長とを互いに異なるように設定すればよい。
【００６３】
また、本実施形態において、誘電体基板１の裏面に無給電素子アレーを設けなかったが、本発明はこれに限られない。誘電体基板１の裏面に、例えば無給電素子アレー６１〜６７と同様の少なくとも３個の無給電素子アレーを設けてもよい。この場合、各無給電素子アレーにおいて、複数の無給電素子（例えば、図８の無給電素子７である。）は、ダイポールアンテナ４Ｂの長手方向に実質的に平行なストリップ形状をそれぞれ有し、互いに電磁的に結合するように所定の間隔で配置される。また、上記少なくとも３個の無給電素子アレーは、隣接する１対の無給電素子アレー間においてそれぞれ、ダイポールアンテナ４Ｂからの電波を磁流として伝搬させる擬似スロット開口（例えば、図８の擬似スロット開口Ｓ８である。）を形成するように、所定の間隔で実質的に互いに平行に配置される。
【００６４】
第５の実施形態．
図１１は、本発明の第５の実施形態に係るアンテナ装置１００Ｅの表面図であり、図１２は、図１１のアンテナ装置１００Ｅの裏面図である。本実施形態に係るアンテナ装置１００Ｅは、第３の実施形態の変形例に係るアンテナ装置１００Ｃに比較して、給電素子４ｂに代えて、給電素子４ｅを備えたことを特徴としている。本実施形態において、第３の実施形態との相違点のみを説明する。
【００６５】
本実施形態において、給電素子４ｅの電気長は、第４の実施形態に係るアンテナ装置１００Ｄと同様に、給電素子４ｂの電気長より短いように設定される。また、給電素子４ａ，４ｃ，４ｄ，４ｅは、給電素子４ａの開放端から給電素子４ｅの開放端までの電気長Ｌ４を有するダイポールアンテナ４Ｃとして動作する。
【００６６】
本実施形態によれば、第４の実施形態と同様に、給電素子４ｅの電気長を給電素子４ａの電気長より短いように設定することで、ビームをエンドファイア方向に向けることができる。また、ダイポールアンテナ４Ｃからの電波の放射方向をエンドファイア方向に向けるので、第３の実施形態に比較して、無給電素子アレー６及び８での導波効率が向上する。
【００６７】
なお、給電素子４ｅの電気長を給電素子４ａの電気長より短く設定したが、本発明はこれに限られず、ダイポールアンテナ４Ｃからの電波の放射方向をエンドファイア方向などの所望の方向に向けるように、給電素子４ａの電気長と給電素子４ｅの電気長とを互いに異なるように設定すればよい。
【００６８】
また、本実施形態において、無給電素子４ｃの電気長を給電素子４ｅの電気長より長いように設定したが、本発明はこれに限られず、無給電素子４ｃの電気長を給電素子４ｅの電気長と実質的に等しいように設定してもよい。
【００６９】
さらに、本実施形態において、アンテナ装置１００Ｅは無給電素子アレー６及び８を備えたが、本発明はこれに限られず、無給電素子アレー６及び８のうちの一方のみを備えてもよい。またさらに、アンテナ装置１００Ｅは無給電素子ペア１３及び１４を備えたが、本発明はこれに限られず、無給電素子ペア１３及び１４のうちの一方のみを備えてもよい。
【００７０】
第６の実施形態．
図１３は、本発明の第６の実施形態に係る無線通信装置２００の表面図である。図１３において、無線通信装置２００は、無線モジュール基板などの無線通信装置であって、第１の実施形態に係るアンテナ装置１００と、上位層回路５０１と、ベースバンド回路５０２と、高周波回路５０３とを備えて構成される。ここで、上位層回路５０１と、ベースバンド回路５０２と、高周波回路５０３とは、誘電体基板１の表面上に設けられる。なお、各回路５０１〜５０３は、ダイポールアンテナ４に関して−Ｘ軸方向に設けられる。
【００７１】
図１３において、上位層回路５０１は、ＭＡＣ（Media Access Control）層及びアプリケーション層などの物理層より上位の層の回路であって、例えば通信回路及びホスト処理回路を含む。上位層回路５０１は、所定のデータ信号をベースバンド回路５０２に出力する一方、ベースバンド回路５０２からのベースバンド信号に対して所定の信号処理を行ってデータ信号に変換する。また、ベースバンド回路５０２は、上位層回路５０１からのデータ信号に対して波形成形処理を行った後に、所定の搬送波信号を処理後のデータ信号に従って変調して高周波信号に変換し高周波回路５０３に出力する。さらに、ベースバンド回路５０２は、高周波回路５０３からの高周波信号をベースバンド信号に復調して上位層回路５０１に出力する。
【００７２】
また、図１３において、高周波回路５０３は、ベースバンド回路５０２からの高周波信号に対して無線周波数帯での電力増幅処理及び波形整形処理を行い、給電線路２を介してダイポールアンテナ４に出力する。さらに、高周波回路５０３は、ダイポールアンテナ４により無線受信された高周波信号に対して周波数変換などの所定の処理を行った後にベースバンド回路５０２に出力する。
【００７３】
なお、高周波回路５０３とアンテナ装置１００とは、高周波伝送線路を介して接続される。また、必要に応じて、高周波回路５０３とアンテナ装置１００Ｃとの間にインピーダンス整合回路を設ける。以上説明したように構成された無線通信装置２００は、アンテナ装置１００を用いて高周波信号を無線送受信するので、従来技術に比較して小型かつ高利得の無線通信装置を実現できる。
【００７４】
なお、本実施形態に係る無線通信装置２００はアンテナ装置１００を備えたが、本発明はこれに限られず、アンテナ装置１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄ又は１００Ｅを備えてもよい。
【００７５】
また、本実施形態に係る無線通信装置２００は無線送受信を行ったが、本発明はこれに限られず、無線送信のみ又は無線受信のみを行ってもよい。
【実施例】
【００７６】
図１４〜図２２を参照して、図１のアンテナ装置１００に対して３次元電磁界解析を行った結果を説明する。なお、図１４〜図２２において、無給電素子アレー６の個数を５に設定し、各無給電素子アレー６に含まれる無給電素子５の個数を２０に設定した。さらに、誘電体基板１の厚さを０．２ｍｍに設定し、ダイポールアンテナ４に給電される高周波信号の周波数を６０ＧＨｚに設定した。【００７７】
図１４は、図１のアンテナ装置１００のＸＹ平面における放射パターンを示すグラフである。図１４に示すように、ＸＹ平面において、比較的狭いビーム幅が得られることがわかる。また、図１５及び図１６はそれぞれ、図１のアンテナ装置１００において、給電素子４ｂの長さを給電素子４ａの長さより短くしたときのＸＹ平面及びＸＺ平面における放射パターンを示すグラフである。図１５及び図１６に示すように、給電素子４ｂの長さを給電素子４ａの長さより短くすることにより、ビーム幅は変わらないが、ビーム方向がＸ軸方向（エンドファイア方向）に向くことがわかる。【００７８】
図１７及び図１８は、図１のアンテナ装置１００において、給電素子４ｂの長さを給電素子４ａの長さより短くし、偶数列目の無給電素子アレー６をＬ５／２だけＸ軸方向にシフトさせたときのＸＹ平面及びＸＺ平面における放射パターンを示すグラフである。図１７及び図１８を、図１５及び図１６と比較すると、無給電素子アレー６の配置方法が変化しても放射特性は実質的に変化しないことがわかる。【００７９】
図１９及び図２０は、図１のアンテナ装置１００において、給電素子４ｂの長さを給電素子４ａの長さより短くし、無給電素子４ｃ及び４ｄ（例えば、図５及び図６参照。）を追加したときのＸＹ平面及びＸＺ平面における放射パターンを示すグラフである。図１９及び図２０を図１５及び図１６と比較すると、無給電素子４ｃ及び４ｄを追加することにより放射パターンの形状は実質的に変化しないが、利得が上昇することがわかる。【００８０】
図２１及び図２２は、図１のアンテナ装置１００において、給電素子４ｂの長さを給電素子４ａの長さより短くし、無給電素子４ｃ及び４ｄを追加し、無給電素子ペア１３及び１４（例えば、図７及び図８参照。）を追加したときのＸＹ平面及びＸＺ平面における放射パターンを示すグラフである。図２１及び図２２を、図１５〜図１８と比較すると、無給電素子ペア１３及び１４を追加することにより放射パターンの形状は実質的に変化しないが、利得が上昇することがわかる。【００８１】
次に、図２３及び図２４を参照して、図１１のアンテナ装置１００Ｅにおいて、給電素子５間の間隔及び無給電素子アレー６間の間隔Ｌ６の最適値を検討した結果を説明する。なお、ダイポールアンテナ４Ｃに給電される高周波信号の周波数を６２ＧＨｚに設定した。また、給電素子４ｅの長さを、ダイポールアンテナ４Ｃからの電波をエンドファイア方向に向けるように給電素子４ａの長さより短く設定した。さらに、無給電素子５のＸ軸方向の幅をλ／２５に設定し、Ｙ軸方向の長さをＸ軸方向の幅の約３倍に設定した。【００８２】
図２３は、図１１のアンテナ装置１００Ｅにおいて、無給電素子アレー６間の間隔Ｌ６をλ／１０に設定したときの無給電素子５間の間隔Ｌ５と主ビームのピーク利得との関係を示すグラフである。図２３に示すように、間隔Ｌ５を小さく設定するほどピーク利得は上昇し、特に、間隔Ｌ５を８／λ以下に設定することにより、９．５ｄＢｉ以上の高いピーク利得を得ることができる。また、図２４は、図１１のアンテナ装置１００Ｅにおいて、無給電素子５間の間隔Ｌ５をλ／２５に設定したときの無給電素子アレー６間の間隔Ｌ６と主ビームのピーク利得との関係を示すグラフである。図２４に示すように、間隔Ｌ６を小さく設定するほどピーク利得は上昇し、特に間隔Ｌ６を０．４λ以下に設定することにより、９．５ｄＢｉ以上の高いピーク利得を得ることができる。【００８３】
なお、上記各実施形態及び変形例において、無給電素子アレー６，６１〜６７，８は等間隔で配置されたが、本発明はこれに限られず、無給電素子アレー６，６１〜６７，８は不等間隔で配置されてもよい。ただし、複数の無給電素子間の各間隔の最大値は０．４λ以下であることが好ましい。また、上記各実施形態及び変形例において、無給電素子アレー６，６１〜６７，８は直線状に配置されたが、本発明はこれに限られず、曲線状に配置されてもよい。さらに、上記各実施形態及び変形例において、各無給電素子アレー６，６１〜６７，８において、無給電素子５，７は等間隔で配置されたが、本発明はこれに限られず、不等間隔で配置されてもよい。ただし、各無給電素子アレー６，６１〜６７，８内の無給電素子５，７間の各間隔の最大値はλ／８以下であることが好ましい。【００８４】
また、上述した各実施形態及び変形例において、グランデッドコプレーナ線路を、高周波信号を伝送するための給電線路２０として用いたが、本発明はこれに限られず、マイクロストリップ線路などの不平衡伝送線路又は平衡伝送線路を給電線路２０として用いればよい。【００８５】
以上、本発明に係るアンテナ装置及び無線通信装置に係る実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記各実施形態に限定はされず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良および変更を行ってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００８６】
以上説明したように、本発明に係るアンテナ装置及び無線通信装置によれば、誘電体基板の第１の面に形成された複数の第１の無給電素子をそれぞれ備えた少なくとも３個の第１の無給電素子アレーを備えて構成される。ここで、各第１の無給電素子アレーにおいて、複数の第１の無給電素子は、ダイポールアンテナの長手方向に実質的に平行なストリップ形状をそれぞれ有し、互いに電磁的に結合するように所定の第１の間隔で配置され、少なくとも３個の第１の無給電素子アレーは、隣接する１対の第１の無給電素子アレー間においてそれぞれ、ダイポールアンテナからの電波を磁流として伝搬させる第１の擬似スロット開口を形成するように、所定の第２の間隔で実質的に互いに平行に配置される。従って、従来技術に比較して小型でありかつ高利得特性を有するアンテナ装置及び無線通信装置を提供できる。【００８７】
本発明に係るアンテナ装置及び無線通信装置は、高周波通信などの分野のためのアンテナ装置及び無線通信装置として有用である。
【符号の説明】
【００８８】
１…誘電体基板、
２，３０，３１…ストリップ導体、
４，４Ａ，４Ｂ，４Ｃ…ダイポールアンテナ、
４ａ，４ｂ，４ｅ…給電素子、
４ｃ，４ｄ，５，７，１３ａ，１３ｂ，１４ａ，１４ｂ…無給電素子、
６，８，６１〜６７…無給電素子アレー、
１３，１４…無給電素子ペア、
１０，１１，１２…接地導体、
２０…給電線路、
１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄ，１００Ｅ…アンテナ装置、
２００…無線通信装置、
Ｓ６，Ｓ８，Ｓ６０…擬似スロット開口。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【手続補正書】
【提出日】平成24年9月27日(2012.9.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ダイポールアンテナを備えたアンテナ装置及び当該アンテナ装置を備えた無線通信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来技術に係るエンドファイアアンテナとして、誘電体基板の表面に形成された接地導体のエッジに、当該エッジに直交するスロットを形成し、誘電体基板の裏面にスロットと交差する給電線路を形成したスロットアンテナが知られている。給電線路はスロットと電磁的に結合し、給電線路を介して伝送される高周波信号はスロットを励振する。このときスロットに現れる電界はスロットに沿って誘電体基板のエッジ方向に導波され、エンドファイア方向に放射される。
【０００３】
エンドファイアアンテナの多くは進行波型のアンテナであるため、一般に、広帯域化を図ることが容易である。例えば、特許文献１は、給電線路の形状を工夫してスロットアンテナの広帯域化を図っている。また、複数のスロットを備えたアレー構造を有するアンテナ又はテーパ形状を有するテーパスロットを備えたテーパスロットアンテナ（特許文献２参照。）により、エンドファイアアンテナを高利得化する技術が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２８３２５１号公報
【特許文献２】特開２００９−５０８６号公報
【特許文献３】米国特許出願公開第２００９／０１９５４６０号明細書
【特許文献４】米国特許出願公開第２００９／００４６０１９号明細書
【特許文献５】米国特許出願公開第２００９／０２０７０８８号明細書
【特許文献６】米国特許第６２８１８４３号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、誘電体基板のエッジ方向に電波を放射するスロットアンテナを、ミリ波帯などの非常に高い周波数帯の電波に適用する場合、以下の２つの課題があった。まず始めに、一般的なプリント配線基板のエッチングプロセスでは、スロットに給電するための給電部をミリ波帯の電波の波長に応じて小さく形成することが困難であるという課題があった。また、スロットに沿って流れるグランド電流の損失が比較的大きくなるという課題があった。グランド電流の損失は放射効率の低下に直結するため、上述したアレー構造を有するアンテナ又はテーパスロットアンテナでもこの課題を解決できなかった。
【０００６】
本発明の目的は以上の問題点を解決し、従来技術に比較して小型でありかつ高利得特性を有するアンテナ装置及び当該アンテナ装置を備えた無線通信装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１の発明に係るアンテナ装置は、
第１及び第２の面を有する誘電体基板と、
上記誘電体基板の第１の面に形成されかつ給電線路に接続された第１の給電素子と、上記誘電体基板の第２の面に形成されかつ接地導体に接続された第２の給電素子とを備え、放射すべき高周波信号の波長の実質的に１／２の電気長を有するダイポールアンテナと、
上記誘電体基板の第１の面に形成された複数の第１の無給電素子をそれぞれ備えた少なくとも３個の第１の無給電素子アレーとを備えたアンテナ装置であって、
上記各第１の無給電素子アレーにおいて、上記複数の第１の無給電素子は、上記ダイポールアンテナの長手方向に実質的に平行なストリップ形状をそれぞれ有し、互いに電磁的に結合するように所定の第１の間隔で配置され、
上記少なくとも３個の第１の無給電素子アレーは、隣接する１対の第１の無給電素子アレー間においてそれぞれ、上記ダイポールアンテナからの電波を磁流として伝搬させる第１の擬似スロット開口を形成するように、所定の第２の間隔で実質的に互いに平行に配置されたことを特徴とする。
【０００８】
上記アンテナ装置において、上記第１の間隔は、上記波長の実質的に１／８以下に設定されたことを特徴とする。
【０００９】
また、上記アンテナ装置において、隣接する１対の上記第１の無給電素子アレーのうちの一方の第１の無給電素子アレーの各第１の無給電素子は、他方の第１の無給電素子アレーの対応する各第１の無給電素子にそれらの互いに隣接する各端部で対向することを特徴とする。
【００１０】
さらに、上記アンテナ装置において、隣接する１対の上記第１の無給電素子アレーのうちの一方の第１の無給電素子アレーの各第１の無給電素子は、他方の第１の無給電素子アレーの各第１の無給電素子に対して、上記ダイポールアンテナの長手方向と直交する方向で所定の距離だけシフトさせて配置されたことを特徴とする。
【００１１】
またさらに、上記アンテナ装置において、
上記誘電体基板の第２の面に形成された複数の第２の無給電素子をそれぞれ備えた少なくとも３個の第２の無給電素子アレーをさらに備え、
上記各第２の無給電素子アレーにおいて、上記複数の第２の無給電素子は、上記ダイポールアンテナの長手方向に実質的に平行なストリップ形状をそれぞれ有し、互いに電磁的に結合するように所定の第３の間隔で配置され、
上記少なくとも３個の第２の無給電素子アレーは、隣接する１対の第２の無給電素子アレー間においてそれぞれ、上記ダイポールアンテナからの電波を磁流として伝搬させる第２の擬似スロット開口を形成するように、所定の第４の間隔で実質的に互いに平行に配置され、
上記ダイポールアンテナは、
上記第１の給電素子に対向するように上記第２の面に形成された第３の無給電素子と、
上記第２の給電素子に対向するように上記第１の面に形成された第４の無給電素子とをさらに備えたことを特徴とする。
【００１２】
また、上記アンテナ装置において、上記第３の間隔は、上記波長の実質的に１／８以下に設定されたことを特徴とする。
【００１３】
さらに、上記アンテナ装置において、上記第１の給電素子の電気長と上記第２の給電素子の電気長とは、互いに異なるように設定されたことを特徴とする。
【００１４】
またさらに、上記アンテナ装置において、上記第１の給電素子の電気長と上記第２の給電素子の電気長とは、実質的に互いに等しいように設定されたことを特徴とする。
【００１５】
また、上記アンテナ装置において、上記第１及び第２の面のうちの少なくとも一方に形成され反射器として動作する２つの無給電素子を備えた少なくとも１対の無給電素子ペアをさらに備え、
上記２つの無給電素子はストリップ形状を有し、上記ダイポールアンテナの長手方向に平行でありかつ上記ダイポールアンテナに関して上記少なくとも３個の第１の無給電素子アレーと反対側に位置する直線上に、上記ダイポールアンテナに対向しかつ電磁的に結合するように形成されたことを特徴とする。
【００１６】
第２の発明に係る無線通信装置は、上記アンテナ装置を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係るアンテナ装置及び無線通信装置によれば、誘電体基板の第１の面に形成された複数の第１の無給電素子をそれぞれ備えた少なくとも３個の第１の無給電素子アレーを備えて構成される。ここで、各第１の無給電素子アレーにおいて、複数の第１の無給電素子は、ダイポールアンテナの長手方向に実質的に平行なストリップ形状をそれぞれ有し、互いに電磁的に結合するように所定の第１の間隔で配置され、少なくとも３個の第１の無給電素子アレーは、隣接する１対の第１の無給電素子アレー間においてそれぞれ、ダイポールアンテナからの電波を磁流として伝搬させる第１の擬似スロット開口を形成するように、所定の第２の間隔で実質的に互いに平行に配置される。従って、従来技術に比較して小型でありかつ高利得特性を有するアンテナ装置及び無線通信装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るアンテナ装置１００の表面図である。
【図２】図１のアンテナ装置１００の裏面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態の変形例に係るアンテナ装置１００Ａの表面図である。
【図４】図３のアンテナ装置１００Ａの裏面図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係るアンテナ装置１００Ｂの表面図である。
【図６】図５のアンテナ装置１００Ｂの裏面図である。
【図７】本発明の第３の実施形態に係るアンテナ装置１００Ｃの表面図である。
【図８】図７のアンテナ装置１００Ｃの裏面図である。
【図９】本発明の第４の実施形態に係るアンテナ装置１００Ｄの表面図である。
【図１０】図９のアンテナ装置１００Ｄの裏面図である。
【図１１】本発明の第５の実施形態に係るアンテナ装置１００Ｅの表面図である。
【図１２】図１１のアンテナ装置１００Ｅの裏面図である。
【図１３】本発明の第６の実施形態に係る無線通信装置２００の表面図である。
【図１４】図１のアンテナ装置１００において、無給電素子アレー６の個数を５に設定し、各無給電素子アレー６に含まれる無給電素子５の個数を２０に設定したときのＸＹ平面における放射パターンを示すグラフである。
【図１５】図１のアンテナ装置１００において、無給電素子アレー６の個数を５に設定し、各無給電素子アレー６に含まれる無給電素子５の個数を２０に設定し、給電素子４ｂの長さを給電素子４ａの長さより短くしたときのＸＹ平面における放射パターンを示すグラフである。
【図１６】図１のアンテナ装置１００において、無給電素子アレー６の個数を５に設定し、各無給電素子アレー６に含まれる無給電素子５の個数を２０に設定し、給電素子４ｂの長さを給電素子４ａの長さより短くしたときのＸＺ平面における放射パターンを示すグラフである。
【図１７】図１のアンテナ装置１００において、無給電素子アレー６の個数を５に設定し、各無給電素子アレー６に含まれる無給電素子５の個数を２０に設定し、給電素子４ｂの長さを給電素子４ａの長さより短くし、偶数列目の無給電素子アレー６をＬ５／２だけＸ軸方向にシフトさせたときのＸＹ平面における放射パターンを示すグラフである。
【図１８】図１のアンテナ装置１００において、無給電素子アレー６の個数を５に設定し、各無給電素子アレー６に含まれる無給電素子５の個数を２０に設定し、給電素子４ｂの長さを給電素子４ａの長さより短くし、偶数列目の無給電素子アレー６をＬ５／２だけＸ軸方向にシフトさせたときのＸＺ平面における放射パターンを示すグラフである。
【図１９】図１のアンテナ装置１００において、無給電素子アレー６の個数を５に設定し、各無給電素子アレー６に含まれる無給電素子５の個数を２０に設定し、給電素子４ｂの長さを給電素子４ａの長さより短くし、無給電素子４ｃ及び４ｄを追加したときのＸＹ平面における放射パターンを示すグラフである。
【図２０】図１のアンテナ装置１００において、無給電素子アレー６の個数を５に設定し、各無給電素子アレー６に含まれる無給電素子５の個数を２０に設定し、給電素子４ｂの長さを給電素子４ａの長さより短くし、無給電素子４ｃ及び４ｄを追加したときのＸＺ平面における放射パターンを示すグラフである。
【図２１】図１のアンテナ装置１００において、無給電素子アレー６の個数を５に設定し、各無給電素子アレー６に含まれる無給電素子５の個数を２０に設定し、給電素子４ｂの長さを給電素子４ａの長さより短くし、無給電素子４ｃ及び４ｄを追加し、無給電素子ペア１３及び１４を追加したときのＸＹ平面における放射パターンを示すグラフである。
【図２２】図１のアンテナ装置１００において、無給電素子アレー６の個数を５に設定し、各無給電素子アレー６に含まれる無給電素子５の個数を２０に設定し、給電素子４ｂの長さを給電素子４ａの長さより短くし、無給電素子４ｃ及び４ｄを追加し、無給電素子ペア１３及び１４を追加したときのＸＺ平面における放射パターンを示すグラフである。
【図２３】図１１のアンテナ装置１００Ｅにおいて、無給電素子アレー６間の間隔Ｌ６をλ／１０に設定したときの無給電素子５間の間隔Ｌ５と主ビームのピーク利得との関係を示すグラフである。
【図２４】図１１のアンテナ装置１００Ｅにおいて、無給電素子５間の間隔Ｌ５をλ／２５に設定したときの無給電素子アレー６間の間隔Ｌ６と主ビームのピーク利得との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明に係る実施形態について図面を参照して説明する。なお、同様の構成要素については同一の符号を付している。
【００２０】
第１の実施形態．
図１は、本発明の第１の実施形態に係るアンテナ装置１００の表面図であり、図２は、図１のアンテナ装置１００の裏面図である。本実施形態に係るアンテナ装置１００は、マイクロ波帯又はミリ波帯などの高周波帯で無線通信を行う無線通信装置のためのエンドファイアアンテナ装置である。
【００２１】
図１において、アンテナ装置１００は、誘電体基板１と、接地導体１０，１１，１２と、ストリップ導体２，３０，３１と、８個の無給電素子５をそれぞれ含む６個の無給電素子アレー６とを備えて構成される。なお、本実施形態及び以下の各実施形態及び変形例において、図１に示すようにＸＹＺ座標系を定義する。このとき、図１の右方向をＸ軸方向といい、上方向をＹ軸方向という。また、Ｘ軸方向と反対方向を−Ｘ軸方向といい、Ｙ軸と反対方向を−Ｙ軸方向という。
【００２２】
図１において、誘電体基板１は、例えばガラスエポキシ基板である。また、接地導体１０，１１と、ストリップ導体２，３０と、給電素子４ａと、無給電素子アレー６とは、誘電体基板１の表面上に形成され、接地導体１２と、ストリップ導体３１と、給電素子４ｂとは誘電体基板１の裏面上に形成される。ここで、接地導体１２は、図１の誘電体基板１の左端部に形成される。ストリップ導体２は、接地導体１２に対向しかつ誘電体基板１の左端部からＸ軸方向に延在するように形成される。接地導体１０及び１１は、接地導体１２に対向するように、ストリップ導体２との間に所定の間隔を有して、ストリップ導体２の両側に形成される。なお、接地導体１０，１１及び１２は互いに電気的に接続されている。図１及び図２において、誘電体基板１を挟設する接地導体１０，１１及びストリップ導体２と、接地導体１２とはグランデッドコプレーナ線路を構成し、給電線路２０として用いられる。
【００２３】
また、図１において、ストリップ導体３０は電気長Ｌ３０を有し、図１のストリップ導体２の右端部に接続された一端と他端とを有し、Ｘ軸方向に延在するように形成される。さらに、給電素子４ａは、ストリップ導体３０の他端に接続された一端と、開放端である他端とを有し、ストリップ導体３０の他端からＹ軸方向に延在する。図２において、ストリップ導体３１は、接地導体２に接続された一端と、給電素子４ｂの一端に接続された他端とを有し、ストリップ導体３０に対向するように形成される。また、給電素子４ｂは、ストリップ導体３１の他端に接続された一端と、開放端である他端とを有し、ストリップ導体３０の他端から−Ｙ軸方向に延在する。上述したように形成された給電素子４ａと４ｂとは、給電素子４ａの開放端から給電素子４ｂの開放端までの電気長Ｌ４を有する半波長プリントダイポールアンテナ（以下、ダイポールアンテナという。）４として動作し、主にＸ軸方向に電波を放射する。以下、Ｘ軸方向をエンドファイア方向ともいう。
【００２４】
図１において、各無給電素子アレー６は、誘電体基板１の表面上に形成された８個の無給電素子５を備えて構成される。ここで、各無給電素子５は、ダイポールアンテナ４の長手方向（Ｙ軸方向）に実質的に平行に延在するストリップ形状を有する。さらに、各無給電素子アレー６において、無給電素子５は互いに電磁的に結合するように、Ｘ軸に平行な直線上に所定の間隔Ｌ５で配置される。
【００２５】
また、図１において、６個の無給電素子アレー６は、Ｙ軸方向で隣接する１対の無給電素子アレー６が所定の幅Ｌ６を有する擬似的なスロット開口（以下、擬似スロット開口という。）Ｓ６を形成するように、互いに実質的に平行に形成される。図１の場合、６個の無給電素子アレー６により、Ｘ軸方向に延在する５個の擬似スロット開口Ｓ６が形成されている。なお、Ｙ軸方向で隣接する１対の無給電素子アレー６のうちの一方の無給電素子アレー６の各無給電素子５は、他方の無給電素子アレー６の対応する各無給電素子５に、それらの互いに隣接する各端部で間隔Ｌ６を有して対向する。従って、６個の無給電素子アレー６の互いに対応する各６個の無給電素子は、Ｙ軸に平行な一直線上に配置されている。
【００２６】
ここで、ダイポールアンテナ４の電気長Ｌ４は、給電線路２０に給電される高周波信号の波長λの１／２に実質的に等しいように設定される。これにより、ダイポールアンテナ４から効率よく電波を放射できる。また、給電素子４ａ及び４ｂの各電気長は実質的に互いに等しいように設定される。さらに、間隔Ｌ５は、隣接する無給電素子５が互いに電磁的に結合するように、例えばλ／８以下に設定される。またさらに、幅Ｌ６（間隔Ｌ６）は、例えばλ／１０に設定される。さらに、ダイポールアンテナ４に最も近い無給電素子５と、ダイポールアンテナ４との間の間隔Ｌ４５は、ダイポールアンテナ４に最も近い無給電素子５とダイポールアンテナ４とが互いに電磁的に結合するように設定され、好ましくは、間隔Ｌ５と等しい値に設定される。電気長Ｌ３０は、例えば、間隔Ｌ５に等しいように設定される。
【００２７】
図１及び図２において、マイクロ波帯又はミリ波帯などの高周波帯の周波数成分を有する高周波信号を出力する高周波回路からの高周波信号は、給電線路２０と、誘電体基板１を挟設するストリップ導体３０及び３１からなる伝送線路とを介して伝送され、ダイポールアンテナ４に給電され、ダイポールアンテナ４からエンドファイア方向に放射される。一方、各無給電素子アレー６において、Ｘ軸方向で隣接する無給電素子５は互いにＸ軸方向で電磁的に結合し、各無給電素子アレー６はＸ軸方向に延在する電気壁として動作する。そして、Ｙ軸方向で隣接する１対の無給電素子アレー６間に擬似スロット開口Ｓ６が形成される。このため、各擬似スロット開口Ｓ６においてＹ軸方向に平行な電界が発生し、これに伴い、擬似スロット開口Ｓ６にＸ軸方向に平行な磁流が流れる。従って、ダイポールアンテナ４から放射された電波は、各無給電素子アレー６間の各擬似スロット開口Ｓ６に沿って誘電体基板１の表面をＸ軸方向に導波されて伝送され、誘電体基板１の右側の縁端部１ａ（図１参照。）からエンドファイア方向に放射される。すなわち、アンテナ１００は、擬似スロット開口Ｓ６を磁流源として動作する。このとき、誘電体基板１の縁端部１ａにおいて、電波の位相が揃って等位相面が生じる。ここで、磁流は、電界と磁界との関係と同じように、電流とある所定の関係で一対一に対応するものである。アンペアの法則にて、磁界は電流を波源として定式化されるのと同様に、電界は磁流を波源として定式化される。なお、Ｙ軸方向で隣接する１対の無給電素子アレー６のうちの一方の無給電素子アレー６の無給電素子５と、他方の無給電素子アレー６の無給電素子５とは、Ｙ軸方向で電磁的に結合せず、共振しない。
【００２８】
以上説明したように、アンテナ装置１００は、誘電体基板１と、誘電体基板１の表面に形成されかつ給電線路２０に接続された給電素子４ａと、誘電体基板１の裏面に形成されかつ接地導体１２に接続された給電素子４ｂとを備え、放射すべき高周波信号の波長λの実質的に１／２の電気長を有するダイポールアンテナ４と、誘電体基板１の表面に形成された複数の無給電素子５をそれぞれ備えた６個の無給電素子アレー６とを備えて構成される。ここで、各無給電素子アレー６において、複数の無給電素子５は、ダイポールアンテナ４の長手方向に実質的に平行なストリップ形状をそれぞれ有し、互いに電磁的に結合するように所定の間隔Ｌ５で配置され、６個の無給電素子アレー６は、隣接する１対の無給電素子アレー６間においてそれぞれ、ダイポールアンテナ４からの電波を磁流として伝搬させる擬似スロット開口Ｓ６を形成するように、所定の間隔Ｌ６で実質的に互いに平行に配置されたことを特徴としている。
【００２９】
従って、本実施形態に係るアンテナ装置１００によれば、各無給電素子アレー６は電気壁として動作し、Ｙ軸方向で隣接する２つの無給電素子アレー６間に擬似スロット開口Ｓ６が形成される。すなわち、アンテナ装置１００は、例えば、Ｘ軸方向に延在する導体を複数の無給電素子５に分断した構成を有するので導体長が短くなり、擬似スロット開口Ｓ６に沿って流れる電流を小さくできる。
【００３０】
また、間隔Ｌ５をできるだけ小さく設定することにより、Ｘ軸方向で隣接する無給電素子５どうしが誘電体基板１の表面上の自由空間を介して強く電磁的に結合し、誘電体基板１内の電気力線の密度を低下させることができるので、誘電体基板１による誘電体損の影響を小さくできる。このため、従来技術に比較して、高利得特性を得ることができる。
【００３１】
さらに、本実施形態に係るアンテナ装置１００によれば、無給電素子５をより小さく形成することで、無給電素子５上に生じる電流を小さくできる。また、無給電素子５間の間隔Ｌ５を狭くすることで、誘電体基板１による誘電体損を緩和できる。これにより、アンテナ装置１００を小型化でき、高利得特性を得ることができる。
【００３２】
また、誘電体基板１の縁端部１ａで等位相面が生じるので、垂直面内のビーム幅及び水平面内のビーム幅を従来技術に比較して狭くできる。
【００３３】
さらに、アンテナ装置１００は擬似スロット開口Ｓ６に流れる磁流を利用して動作するので、アンテナ装置１００と、アンテナ装置１００の近傍に配置される導体との間の干渉が利得に与える影響は比較的小さい。
【００３４】
またさらに、本実施形態によれば、給電線路２０はグランデッドコプレーナ線路であるので、接地導体１０及び１１はダイポールアンテナ４から−Ｘ軸方向に放射された電波をＸ軸方向に反射する反射器として動作する。従って、ダイポールアンテナ４からの電波を効率的に無給電素子アレー６に向けることができ、利得を上げることができる。
【００３５】
従って、本実施形態に係るアンテナ装置１００によれば、空間での伝搬損失が比較的大きいミリ波帯などの高周波帯で通信する無線通信装置の電力効率を上げることができる。
【００３６】
また、本実施形態に係るアンテナ装置１００は、ダイポールアンテナ４を備えたので、ミリ波帯などの高周波信号を送受信するためのアンテナ装置を比較的容易に実現できる。
【００３７】
なお、本実施形態において、アンテナ装置１００は６個の無給電素子アレー６を備えたが、本発明はこれに限られず、複数の擬似スロット開口Ｓ６を形成するように配置された３個以上の無給電素子アレー６を備えればよい。なお、各無給電素子アレー６のエンドファイア方向の長さを長くするほど（無給電素子５の個数を増やすほど）、垂直面（ＸＺ平面）内のビーム幅は狭くなる。また、無給電素子アレー６の数を増やすほど、水平面（ＸＹ平面）内のビーム幅は狭くなる。すなわち、無給電素子アレー６の長さ及び個数によって、垂直面及び水平面内のビーム幅を独立に制御できる。
【００３８】
第１の実施形態の変形例．
第１の実施形態において、各無給電素子アレー６のＸ軸方向の長さ（すなわち、各無給電素子アレー６内の無給電素子５の数）は互いに同一であったが、本発明はこれに限られず、互いに異なってもよい。また、第１の実施形態において、各無給電素子アレー６において、無給電素子５は等しい間隔Ｌ５で配置された。しかしながら、本発明はこれに限られず、各無給電素子アレー６において、無給電素子５は互いにＸ軸方向で電磁的に結合するように、不等間隔で配置されてもよい。ただし、各無給電素子アレー６内の無給電素子５間の各間隔の最大値はλ／８以下であることが好ましい。
【００３９】
図３は、本発明の第１の実施形態の変形例に係るアンテナ装置１００Ａの表面図であり、図４は、図３のアンテナ装置１００Ａの裏面図である。アンテナ装置１００Ａは、アンテナ装置１００に比較して、６個の無給電素子アレー６に代えて無給電素子アレー６１〜６７を備えた点が異なる。本変形例において、第１の実施形態との相違点のみを説明する。
【００４０】
図３において、無給電素子アレー６１，６２，６３，６４，６５，６６及び６７は、それぞれ９，８，８，７，８，８及び９個の無給電素子５を備えて構成される。各無給電素子アレー６１〜６７において、無給電素子５は第１の実施形態に係る無給電素子アレー６内の無給電素子５と同様に形成されて配置される。また、図３において、無給電素子アレー６１，６２，６３，６４，６５，６６及び６７は、Ｙ軸方向で隣接する１対の無給電素子アレーが所定の幅Ｌ６０を有する擬似スロット開口Ｓ６０を形成するように、互いに実質的に平行に形成される。図３の場合、７個の無給電素子アレー６１〜６７により、Ｘ軸方向に延在する６個の擬似スロット開口Ｓ６０が形成されている。
【００４１】
なお、無給電素子アレー６１〜６７において、Ｙ軸方向で隣接する１対の無給電素子アレーのうちの一方の無給電素子アレーの各無給電素子５は、他方の無給電素子アレーの各無給電素子５に対して、ダイポールアンテナ４の長手方向と直交する方向で所定の距離Ｄだけシフトさせて配置される。さらに、図３において、間隔Ｌ５、間隔Ｌ４５及び幅Ｌ６０はそれぞれ、第１の実施形態における間隔Ｌ５、間隔Ｌ４５及び幅Ｌ６と同様に設定される。
【００４２】
図３及び図４において、ダイポールアンテナ４から放射された電波は、各無給電素子アレー６１〜６７間の各擬似スロット開口Ｓ６０に沿って誘電体基板１の表面をＸ軸方向に導波されて伝送され、誘電体基板１の右側の縁端部１ａからエンドファイア方向に放射される。アンテナ装置１００Ａは、第１の実施形態に係るアンテナ装置１００と同様の効果を奏する。
【００４３】
第２の実施形態．
図５は、本発明の第２の実施形態に係るアンテナ装置１００Ｂの表面図であり、図６は、図５のアンテナ装置１００Ｂの裏面図である。本実施形態に係るアンテナ装置１００Ｂは、第１の実施形態に係るアンテナ装置１００に比較して、ダイポールアンテナ４に代えてダイポールアンテナ４Ａを備え、８個の無給電素子７をそれぞれ含む６個の無給電素子アレー８をさらに備えたことを特徴としている。本実施形態において、第１の実施形態との相違点のみを説明する。
【００４４】
図５及び図６において、ダイポールアンテナ４Ａは、給電素子４ａ及び４ｂと、無給電素子４ｃ及び４ｄとを備えて構成される。ここで、無給電素子４ｃは、誘電体基板１の表面に、給電素子４ｂに対向しかつ給電素子４ａとの間に所定の間隔を有するように形成される。また、無給電素子４ｄは、誘電体基板１の裏面に、給電素子４ａと対向しかつ給電素子４ｂとの間に所定の間隔を有するように形成される。
【００４５】
また、図６において、各無給電素子アレー８は、誘電体基板１の裏面上に形成された８個の無給電素子７を備えて構成される。ここで、無給電素子７は、ダイポールアンテナ４Ａの長手方向（Ｙ軸方向）に実質的に平行に延在するストリップ形状を有する。さらに、各無給電素子アレー８において、無給電素子７は互いに電磁的に結合するように、Ｘ軸に平行な直線上に所定の間隔Ｌ７で配置される。
【００４６】
また、図６において、６個の無給電素子アレー８は、Ｙ軸方向で隣接する１対の無給電素子アレー８が所定の幅Ｌ８を有する擬似スロット開口Ｓ８を形成するように、互いに実質的に平行に形成される。図６の場合、６個の無給電素子アレー８により、Ｘ軸方向に延在する５個の擬似スロット開口Ｓ８が形成されている。なお、Ｙ軸方向で隣接する１対の無給電素子アレー８のうちの一方の無給電素子アレー８の無給電素子７は、他方の無給電素子アレー８の無給電素子７に、それらの互いに隣接する各端部で間隔Ｌ７を有して互いに対向する。
【００４７】
なお、本実施形態において、間隔Ｌ７は間隔Ｌ５と等しいように設定され、幅Ｌ８は幅Ｌ６と等しいように設定され、無給電素子７はそれぞれ無給電素子５に対向するように形成される。
【００４８】
各無給電素子アレー８において、Ｘ軸方向で隣接する無給電素子７は互いにＸ軸方向で電磁的に結合し、各無給電素子アレー８はＸ軸方向に延在する電気壁として動作する。そして、Ｙ軸方向で隣接する１対の無給電素子アレー８間に擬似スロット開口Ｓ８が形成される。このため、各擬似スロット開口Ｓ８においてＹ軸方向に平行な電界が発生し、これに伴い、擬似スロット開口Ｓ８にＸ軸方向に平行な磁流が流れる。従って、ダイポールアンテナ４Ａから放射された電波は、各無給電素子アレー８間の各擬似スロット開口Ｓ８に沿って誘電体基板１の裏面をＸ軸方向に導波されて伝送され、誘電体基板１の右側の縁端部１ａからエンドファイア方向に放射される。すなわち、アンテナ１００Ｂは、擬似スロット開口Ｓ８を磁流源として動作する。このとき、誘電体基板１の縁端部１ａにおいて、電波の位相が揃って等位相面が生じる。なお、Ｙ軸方向で隣接する１対の無給電素子アレー８のうちの一方の無給電素子アレー８の無給電素子７と、他方の無給電素子アレー８の無給電素子７とは、Ｙ軸方向で電磁的に結合せず、共振しない。
【００４９】
以上説明したように、図５及び図６において、ダイポールアンテナ４Ａから放射された電波は、各擬似スロット開口Ｓ６に沿って誘電体基板１の表面を磁流として伝搬するともに、各擬似スロット開口Ｓ８に沿って誘電体基板１の裏面を磁流として伝搬し、誘電体基板１の縁端部１ａからエンドファイア方向に放射される。
【００５０】
本実施形態に係るダイポールアンテナ４Ａによれば、無給電素子４ｃが給電素子４ｂと電磁的に結合し、無給電素子４ｄが給電素子４ａと電磁的に結合するので、上述したダイポールアンテナ４に比較して、効率よく電波を放射できる。さらに、無給電素子アレー８をさらに備えたので、上述した実施形態及び変形例に比較して、放射効率及び開口効率を上げることができる。
【００５１】
なお、本実施形態において、間隔Ｌ７は間隔Ｌ５と等しいように設定され、幅Ｌ８は幅Ｌ６と等しいように設定さたが、本発明はこれに限られない。また、間隔Ｌ７は間隔Ｌ５と等しくなくてもよいが、好ましくはλ／８以下である。また、幅Ｌ８は幅Ｌ６と等しくなくてもよいが、例えばλ／１０に設定される。さらに、誘電体基板１の表面の無給電素子アレー６の配置形状と、裏面の無給電素子アレー８の配置形状とは同一である必要はない。
【００５２】
また、本実施形態において、アンテナ装置１００Ｂは無給電素子アレー６及び８を備えたが、本発明はこれに限られず、無給電素子アレー６及び８のうちの一方のみを備えてもよい。
【００５３】
第３の実施形態．
図７は、本発明の第３の実施形態に係るアンテナ装置１００Ｃの表面図であり、図８は、図７のアンテナ装置１００Ｃの裏面図である。本実施形態に係るアンテナ装置１００Ｃは、第２の実施形態に係るアンテナ装置１００Ｂに比較して、無給電素子１３ａ，１３ｂを備えた無給電素子ペア１３と、無給電素子１４ａ，１４ｂを備えた無給電素子ペア１４とをさらに備えて構成される。本実施形態において、第２の実施形態との相違点のみを説明する。
【００５４】
図７及び図８において、無給電素子１３ａ及び１３ｂはストリップ形状を有し、誘電体基板１の表面に形成される。無給電素子１３ａ及び１３ｂは、ダイポールアンテナ４Ａの長手方向に平行でありかつダイポールアンテナ４Ａに関して無給電素子アレー６と反対側に位置する直線上に、ダイポールアンテナ４Ａに対向しかつ電磁的に結合するように形成され、反射器として動作する。また、無給電素子１４ａ及び１４ｂはストリップ形状を有し、誘電体基板１の裏面に形成される。無給電素子１４ａ及び１４ｂは、ダイポールアンテナ４Ａの長手方向に平行でありかつダイポールアンテナ４Ａに関して無給電素子アレー６と反対側に位置する直線上に、ダイポールアンテナ４Ａに対向しかつ電磁的に結合するように形成され、反射器として動作する。
【００５５】
また、図７において、無給電素子１３ａは、誘電体基板１の表面であって給電素子４ａと接地導体１１との間の領域に、Ｙ軸方向に延在するように形成される。また、無給電素子１３ｂは、誘電体基板１の表面であって無給電素子４ｃと接地導体１０との間の領域に、Ｙ軸方向に延在するように形成される。さらに、無給電素子１４ａ及び１４ｂは、誘電体基板１の裏面に、無給電素子１３ａ及び１３ｂとそれぞれ対向するように形成される。無給電素子１３ａは給電素子４ａと電磁的に結合し、無給電素子１３ｂは無給電素子４ｃと電磁的に結合し、無給電素子１４ａは無給電素子４ｄと電磁的に結合し、無給電素子１４ｂは給電素子４ｂと電磁的に結合する。
【００５６】
本実施形態によれば、ダイポールアンテナ４Ａに関してダイポールアンテナ４Ａからの電波の放射方向と反対側の位置に、反射器として動作する無給電素子ペア１３及び１４を設けたので、第２の実施形態に比較して、ダイポールアンテナ４から放射される電波を効率よくエンドファイア方向に向けることができ、ＦＢ（Front to Back）比を向上できる。特に、無給電素子アレー６及び８の個数が増えてアンテナ装置１００ＣのＹ軸方向のサイズが大きくなった場合、無給電素子ペア１３及び１４の効果は大きくなる。また、給電線路２０がマイクロストリップ線路などの、反射器として動作する接地導体１０及び１１を備えない場合、無給電素子ペア１３及び１４の効果は大きくなる。
【００５７】
なお、本実施形態において、アンテナ装置１００Ｃは２つの無給電素子ペア１３及び１４を備えたが、本発明はこれに限られず、無給電素子ペア１３及び１４のうちの一方のみを備えてもよい。
【００５８】
また、本実施形態において、アンテナ装置１００Ｃは無給電素子アレー６及び８を備えたが、本発明はこれに限られず、無給電素子アレー６及び８のうちの一方のみを備えてもよい。
【００５９】
第４の実施形態．
図９は、本発明の第４の実施形態に係るアンテナ装置１００Ｄの表面図であり、図１０は、図９のアンテナ装置１００Ｄの裏面図である。本実施形態に係るアンテナ装置１００Ｄは、第１の実施形態の変形例に係るアンテナ装置１００Ａに比較して、給電素子４ｂに代えて、給電素子４ｅを備えたことを特徴としている。本実施形態において、第１の実施形態の変形例との相違点のみを説明する。上述した各実施形態及び変形例において、給電素子４ａ及び４ｂの各電気長は互いに等しい値に設定されたが、本実施形態において、給電素子４ｅの電気長は給電素子４ｂの電気長より短いように設定される。また、給電素子４ａと４ｅとは、給電素子４ａの開放端から給電素子４ｅの開放端までの電気長Ｌ４を有するダイポールアンテナ４Ｂとして動作する。
【００６０】
本実施形態及び上述した各実施形態において、給電線路２０は不平衡伝送線路であるため、給電線路２０に平衡型のダイポールアンテナ４を接続すると、給電素子４ａに流れる電流と、給電素子４ｂに流れる電流がアンバランスになり、水平面内のビームがエンドファイア方向を向かないことがある。上述した各実施形態及び変形例に係るアンテナ装置１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃは、従来技術に比較して小さいビーム幅を有するため、ビームの向きがアンテナ装置１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃの正面（エンドファイア方向である。）を向かないと、ユーザにとって使い勝手が悪くなってしまう。
【００６１】
本実施形態に係るアンテナ装置１００Ｃによれば、給電素子４ｅの電気長を給電素子４ａの電気長より短いように設定することで、上述した電流のアンバランスを調整してビームをエンドファイア方向に向けることができる。また、ダイポールアンテナ４Ｂからの電波の放射方向をエンドファイア方向に向けるので、上述した各実施形態及び変形例に比較して、無給電素子アレー６での導波効率が向上する。
【００６２】
なお、給電素子４ｅの電気長を給電素子４ａの電気長より短く設定したが、本発明はこれに限られず、ダイポールアンテナ４Ｂからの電波の放射方向をエンドファイア方向などの所望の方向に向けるように、給電素子４ａの電気長と給電素子４ｅの電気長とを互いに異なるように設定すればよい。
【００６３】
また、本実施形態において、誘電体基板１の裏面に無給電素子アレーを設けなかったが、本発明はこれに限られない。誘電体基板１の裏面に、例えば無給電素子アレー６１〜６７と同様の少なくとも３個の無給電素子アレーを設けてもよい。この場合、各無給電素子アレーにおいて、複数の無給電素子（例えば、図８の無給電素子７である。）は、ダイポールアンテナ４Ｂの長手方向に実質的に平行なストリップ形状をそれぞれ有し、互いに電磁的に結合するように所定の間隔で配置される。また、上記少なくとも３個の無給電素子アレーは、隣接する１対の無給電素子アレー間においてそれぞれ、ダイポールアンテナ４Ｂからの電波を磁流として伝搬させる擬似スロット開口（例えば、図８の擬似スロット開口Ｓ８である。）を形成するように、所定の間隔で実質的に互いに平行に配置される。
【００６４】
第５の実施形態．
図１１は、本発明の第５の実施形態に係るアンテナ装置１００Ｅの表面図であり、図１２は、図１１のアンテナ装置１００Ｅの裏面図である。本実施形態に係るアンテナ装置１００Ｅは、第３の実施形態の変形例に係るアンテナ装置１００Ｃに比較して、給電素子４ｂに代えて、給電素子４ｅを備えたことを特徴としている。本実施形態において、第３の実施形態との相違点のみを説明する。
【００６５】
本実施形態において、給電素子４ｅの電気長は、第４の実施形態に係るアンテナ装置１００Ｄと同様に、給電素子４ｂの電気長より短いように設定される。また、給電素子４ａ，４ｃ，４ｄ，４ｅは、給電素子４ａの開放端から給電素子４ｅの開放端までの電気長Ｌ４を有するダイポールアンテナ４Ｃとして動作する。
【００６６】
本実施形態によれば、第４の実施形態と同様に、給電素子４ｅの電気長を給電素子４ａの電気長より短いように設定することで、ビームをエンドファイア方向に向けることができる。また、ダイポールアンテナ４Ｃからの電波の放射方向をエンドファイア方向に向けるので、第３の実施形態に比較して、無給電素子アレー６及び８での導波効率が向上する。
【００６７】
なお、給電素子４ｅの電気長を給電素子４ａの電気長より短く設定したが、本発明はこれに限られず、ダイポールアンテナ４Ｃからの電波の放射方向をエンドファイア方向などの所望の方向に向けるように、給電素子４ａの電気長と給電素子４ｅの電気長とを互いに異なるように設定すればよい。
【００６８】
また、本実施形態において、無給電素子４ｃの電気長を給電素子４ｅの電気長より長いように設定したが、本発明はこれに限られず、無給電素子４ｃの電気長を給電素子４ｅの電気長と実質的に等しいように設定してもよい。
【００６９】
さらに、本実施形態において、アンテナ装置１００Ｅは無給電素子アレー６及び８を備えたが、本発明はこれに限られず、無給電素子アレー６及び８のうちの一方のみを備えてもよい。またさらに、アンテナ装置１００Ｅは無給電素子ペア１３及び１４を備えたが、本発明はこれに限られず、無給電素子ペア１３及び１４のうちの一方のみを備えてもよい。
【００７０】
第６の実施形態．
図１３は、本発明の第６の実施形態に係る無線通信装置２００の表面図である。図１３において、無線通信装置２００は、無線モジュール基板などの無線通信装置であって、第１の実施形態に係るアンテナ装置１００と、上位層回路５０１と、ベースバンド回路５０２と、高周波回路５０３とを備えて構成される。ここで、上位層回路５０１と、ベースバンド回路５０２と、高周波回路５０３とは、誘電体基板１の表面上に設けられる。なお、各回路５０１〜５０３は、ダイポールアンテナ４に関して−Ｘ軸方向に設けられる。
【００７１】
図１３において、上位層回路５０１は、ＭＡＣ（Media Access Control）層及びアプリケーション層などの物理層より上位の層の回路であって、例えば通信回路及びホスト処理回路を含む。上位層回路５０１は、所定のデータ信号をベースバンド回路５０２に出力する一方、ベースバンド回路５０２からのベースバンド信号に対して所定の信号処理を行ってデータ信号に変換する。また、ベースバンド回路５０２は、上位層回路５０１からのデータ信号に対して波形成形処理を行った後に、所定の搬送波信号を処理後のデータ信号に従って変調して高周波信号に変換し高周波回路５０３に出力する。さらに、ベースバンド回路５０２は、高周波回路５０３からの高周波信号をベースバンド信号に復調して上位層回路５０１に出力する。
【００７２】
また、図１３において、高周波回路５０３は、ベースバンド回路５０２からの高周波信号に対して無線周波数帯での電力増幅処理及び波形整形処理を行い、給電線路２を介してダイポールアンテナ４に出力する。さらに、高周波回路５０３は、ダイポールアンテナ４により無線受信された高周波信号に対して周波数変換などの所定の処理を行った後にベースバンド回路５０２に出力する。
【００７３】
なお、高周波回路５０３とアンテナ装置１００とは、高周波伝送線路を介して接続される。また、必要に応じて、高周波回路５０３とアンテナ装置１００Ｃとの間にインピーダンス整合回路を設ける。以上説明したように構成された無線通信装置２００は、アンテナ装置１００を用いて高周波信号を無線送受信するので、従来技術に比較して小型かつ高利得の無線通信装置を実現できる。
【００７４】
なお、本実施形態に係る無線通信装置２００はアンテナ装置１００を備えたが、本発明はこれに限られず、アンテナ装置１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄ又は１００Ｅを備えてもよい。
【００７５】
また、本実施形態に係る無線通信装置２００は無線送受信を行ったが、本発明はこれに限られず、無線送信のみ又は無線受信のみを行ってもよい。
【実施例】
【００７６】
図１４〜図２２を参照して、図１のアンテナ装置１００に対して３次元電磁界解析を行った結果を説明する。なお、図１４〜図２２において、無給電素子アレー６の個数を５に設定し、各無給電素子アレー６に含まれる無給電素子５の個数を２０に設定した。さらに、誘電体基板１の厚さを０．２ｍｍに設定し、ダイポールアンテナ４に給電される高周波信号の周波数を６０ＧＨｚに設定した。
【００７７】
図１４は、図１のアンテナ装置１００のＸＹ平面における放射パターンを示すグラフである。図１４に示すように、ＸＹ平面において、比較的狭いビーム幅が得られることがわかる。また、図１５及び図１６はそれぞれ、図１のアンテナ装置１００において、給電素子４ｂの長さを給電素子４ａの長さより短くしたときのＸＹ平面及びＸＺ平面における放射パターンを示すグラフである。図１５及び図１６に示すように、給電素子４ｂの長さを給電素子４ａの長さより短くすることにより、ビーム幅は変わらないが、ビーム方向がＸ軸方向（エンドファイア方向）に向くことがわかる。
【００７８】
図１７及び図１８は、図１のアンテナ装置１００において、給電素子４ｂの長さを給電素子４ａの長さより短くし、偶数列目の無給電素子アレー６をＬ５／２だけＸ軸方向にシフトさせたときのＸＹ平面及びＸＺ平面における放射パターンを示すグラフである。図１７及び図１８を、図１５及び図１６と比較すると、無給電素子アレー６の配置方法が変化しても放射特性は実質的に変化しないことがわかる。
【００７９】
図１９及び図２０は、図１のアンテナ装置１００において、給電素子４ｂの長さを給電素子４ａの長さより短くし、無給電素子４ｃ及び４ｄ（例えば、図５及び図６参照。）を追加したときのＸＹ平面及びＸＺ平面における放射パターンを示すグラフである。図１９及び図２０を図１５及び図１６と比較すると、無給電素子４ｃ及び４ｄを追加することにより放射パターンの形状は実質的に変化しないが、利得が上昇することがわかる。
【００８０】
図２１及び図２２は、図１のアンテナ装置１００において、給電素子４ｂの長さを給電素子４ａの長さより短くし、無給電素子４ｃ及び４ｄを追加し、無給電素子ペア１３及び１４（例えば、図７及び図８参照。）を追加したときのＸＹ平面及びＸＺ平面における放射パターンを示すグラフである。図２１及び図２２を、図１５〜図１８と比較すると、無給電素子ペア１３及び１４を追加することにより放射パターンの形状は実質的に変化しないが、利得が上昇することがわかる。
【００８１】
次に、図２３及び図２４を参照して、図１１のアンテナ装置１００Ｅにおいて、給電素子５間の間隔及び無給電素子アレー６間の間隔Ｌ６の最適値を検討した結果を説明する。なお、ダイポールアンテナ４Ｃに給電される高周波信号の周波数を６２ＧＨｚに設定した。また、給電素子４ｅの長さを、ダイポールアンテナ４Ｃからの電波をエンドファイア方向に向けるように給電素子４ａの長さより短く設定した。さらに、無給電素子５のＸ軸方向の幅をλ／２５に設定し、Ｙ軸方向の長さをＸ軸方向の幅の約３倍に設定した。
【００８２】
図２３は、図１１のアンテナ装置１００Ｅにおいて、無給電素子アレー６間の間隔Ｌ６をλ／１０に設定したときの無給電素子５間の間隔Ｌ５と主ビームのピーク利得との関係を示すグラフである。図２３に示すように、間隔Ｌ５を小さく設定するほどピーク利得は上昇し、特に、間隔Ｌ５を８／λ以下に設定することにより、９．５ｄＢｉ以上の高いピーク利得を得ることができる。また、図２４は、図１１のアンテナ装置１００Ｅにおいて、無給電素子５間の間隔Ｌ５をλ／２５に設定したときの無給電素子アレー６間の間隔Ｌ６と主ビームのピーク利得との関係を示すグラフである。図２４に示すように、間隔Ｌ６を小さく設定するほどピーク利得は上昇し、特に間隔Ｌ６を０．４λ以下に設定することにより、９．５ｄＢｉ以上の高いピーク利得を得ることができる。
【００８３】
なお、上記各実施形態及び変形例において、無給電素子アレー６，６１〜６７，８は等間隔で配置されたが、本発明はこれに限られず、無給電素子アレー６，６１〜６７，８は不等間隔で配置されてもよい。ただし、複数の無給電素子間の各間隔の最大値は０．４λ以下であることが好ましい。また、上記各実施形態及び変形例において、無給電素子アレー６，６１〜６７，８は直線状に配置されたが、本発明はこれに限られず、曲線状に配置されてもよい。さらに、上記各実施形態及び変形例において、各無給電素子アレー６，６１〜６７，８において、無給電素子５，７は等間隔で配置されたが、本発明はこれに限られず、不等間隔で配置されてもよい。ただし、各無給電素子アレー６，６１〜６７，８内の無給電素子５，７間の各間隔の最大値はλ／８以下であることが好ましい。
【００８４】
また、上述した各実施形態及び変形例において、グランデッドコプレーナ線路を、高周波信号を伝送するための給電線路２０として用いたが、本発明はこれに限られず、マイクロストリップ線路などの不平衡伝送線路又は平衡伝送線路を給電線路２０として用いればよい。
【００８５】
以上、本発明に係るアンテナ装置及び無線通信装置に係る実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記各実施形態に限定はされず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良および変更を行ってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００８６】
以上説明したように、本発明に係るアンテナ装置及び無線通信装置によれば、誘電体基板の第１の面に形成された複数の第１の無給電素子をそれぞれ備えた少なくとも３個の第１の無給電素子アレーを備えて構成される。ここで、各第１の無給電素子アレーにおいて、複数の第１の無給電素子は、ダイポールアンテナの長手方向に実質的に平行なストリップ形状をそれぞれ有し、互いに電磁的に結合するように所定の第１の間隔で配置され、少なくとも３個の第１の無給電素子アレーは、隣接する１対の第１の無給電素子アレー間においてそれぞれ、ダイポールアンテナからの電波を磁流として伝搬させる第１の擬似スロット開口を形成するように、所定の第２の間隔で実質的に互いに平行に配置される。従って、従来技術に比較して小型でありかつ高利得特性を有するアンテナ装置及び無線通信装置を提供できる。
【００８７】
本発明に係るアンテナ装置及び無線通信装置は、高周波通信などの分野のためのアンテナ装置及び無線通信装置として有用である。
【符号の説明】
【００８８】
１…誘電体基板、
２，３０，３１…ストリップ導体、
４，４Ａ，４Ｂ，４Ｃ…ダイポールアンテナ、
４ａ，４ｂ，４ｅ…給電素子、
４ｃ，４ｄ，５，７，１３ａ，１３ｂ，１４ａ，１４ｂ…無給電素子、
６，８，６１〜６７…無給電素子アレー、
１３，１４…無給電素子ペア、
１０，１１，１２…接地導体、
２０…給電線路、
１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄ，１００Ｅ…アンテナ装置、
２００…無線通信装置、
Ｓ６，Ｓ８，Ｓ６０…擬似スロット開口。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１及び第２の面を有する誘電体基板と、
上記誘電体基板の第１の面に形成されかつ給電線路に接続された第１の給電素子と、上記誘電体基板の第２の面に形成されかつ接地導体に接続された第２の給電素子とを備え、放射すべき高周波信号の波長の実質的に１／２の電気長を有するダイポールアンテナと、
上記誘電体基板の第１の面に形成された複数の第１の無給電素子をそれぞれ備えた少なくとも３個の第１の無給電素子アレーとを備えたアンテナ装置であって、
上記各第１の無給電素子アレーにおいて、上記複数の第１の無給電素子は、上記ダイポールアンテナの長手方向に実質的に平行なストリップ形状をそれぞれ有し、互いに電磁的に結合するように所定の第１の間隔で配置され、
上記少なくとも３個の第１の無給電素子アレーは、隣接する１対の第１の無給電素子アレー間においてそれぞれ、上記ダイポールアンテナからの電波を磁流として伝搬させる第１の擬似スロット開口を形成するように、所定の第２の間隔で実質的に互いに平行に配置されたことを特徴とするアンテナ装置。
【請求項２】
上記第１の間隔は、上記波長の実質的に１／８以下に設定されたことを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
【請求項３】
隣接する１対の上記第１の無給電素子アレーのうちの一方の第１の無給電素子アレーの各第１の無給電素子は、他方の第１の無給電素子アレーの対応する各第１の無給電素子にそれらの互いに隣接する各端部で対向することを特徴とする請求項１又は２記載のアンテナ装置。
【請求項４】
隣接する１対の上記第１の無給電素子アレーのうちの一方の第１の無給電素子アレーの各第１の無給電素子は、他方の第１の無給電素子アレーの各第１の無給電素子に対して、上記ダイポールアンテナの長手方向と直交する方向で所定の距離だけシフトさせて配置されたことを特徴とする請求項１又は２記載のアンテナ装置。
【請求項５】
上記アンテナ装置は、
上記誘電体基板の第２の面に形成された複数の第２の無給電素子をそれぞれ備えた少なくとも３個の第２の無給電素子アレーをさらに備え、
上記各第２の無給電素子アレーにおいて、上記複数の第２の無給電素子は、上記ダイポールアンテナの長手方向に実質的に平行なストリップ形状をそれぞれ有し、互いに電磁的に結合するように所定の第３の間隔で配置され、
上記少なくとも３個の第２の無給電素子アレーは、隣接する１対の第２の無給電素子アレー間においてそれぞれ、上記ダイポールアンテナからの電波を磁流として伝搬させる第２の擬似スロット開口を形成するように、所定の第４の間隔で実質的に互いに平行に配置され、
上記ダイポールアンテナは、
上記第１の給電素子に対向するように上記第２の面に形成された第３の無給電素子と、
上記第２の給電素子に対向するように上記第１の面に形成された第４の無給電素子とをさらに備えたことを特徴とする請求項１から４のうちのいずれか１つの請求項記載のアンテナ装置。
【請求項６】
上記第３の間隔は、上記波長の実質的に１／８以下に設定されたことを特徴とする請求項５記載のアンテナ装置。
【請求項７】
上記第１の給電素子の電気長と上記第２の給電素子の電気長とは、互いに異なるように設定されたことを特徴とする請求項１から６のうちのいずれか１つの請求項記載のアンテナ装置。
【請求項８】
上記第１の給電素子の電気長と上記第２の給電素子の電気長とは、実質的に互いに等しいように設定されたことを特徴とする請求項１から６のうちのいずれか１つの請求項記載のアンテナ装置。
【請求項９】
上記第１及び第２の面のうちの少なくとも一方に形成され反射器として動作する２つの無給電素子を備えた少なくとも１対の無給電素子ペアをさらに備え、
上記２つの無給電素子はストリップ形状を有し、上記ダイポールアンテナの長手方向に平行でありかつ上記ダイポールアンテナに関して上記少なくとも３個の第１の無給電素子アレーと反対側に位置する直線上に、上記ダイポールアンテナに対向しかつ電磁的に結合するように形成されたことを特徴とする請求項１から８のうちのいずれか１つの請求項記載のアンテナ装置。
【請求項１０】
請求項１から９のうちのいずれか１つの請求項記載のアンテナ装置を備えたことを特徴とする無線通信装置。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2012164782.tif 000027
【図２】
2012164782.tif 000028
【図３】
2012164782.tif 000029
【図４】
2012164782.tif 000030
【図５】
2012164782.tif 000031
【図６】
2012164782.tif 000032
【図７】
2012164782.tif 000033
【図８】
2012164782.tif 000034
【図９】
2012164782.tif 000035
【図１０】
2012164782.tif 000036
【図１１】
2012164782.tif 000037
【図１２】
2012164782.tif 000038
【図１３】
2012164782.tif 000039
【図１４】
2012164782.tif 000040
【図１５】
2012164782.tif 000041
【図１６】
2012164782.tif 000042
【図１７】
2012164782.tif 000043
【図１８】
2012164782.tif 000044
【図１９】
2012164782.tif 000045
【図２０】
2012164782.tif 000046
【図２１】
2012164782.tif 000047
【図２２】
2012164782.tif 000048
【図２３】
2012164782.tif 000049
【図２４】
2012164782.tif 000050
【手続補正書】
【提出日】平成25年11月21日(2013.11.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１及び第２の面を有する誘電体基板と、
上記誘電体基板の第１の面に形成されかつ給電線路に接続された第１の給電素子と、上記誘電体基板の第２の面に形成されかつ接地導体に接続された第２の給電素子とを備え、
放射すべき高周波信号の波長の実質的に１／２の電気長を有するダイポールアンテナと、
上記誘電体基板の第１の面に形成された複数の第１の無給電素子をそれぞれ備えた少なくとも３個の第１の無給電素子アレーとを備えたアンテナ装置であって、
上記各第１の無給電素子アレーにおいて、上記複数の第１の無給電素子は、上記ダイポールアンテナの長手方向に実質的に平行なストリップ形状をそれぞれ有し、互いに電磁的に結合するように所定の第１の間隔でかつ上記複数の第１の無給電素子の配列方向が上記ダイポールアンテナの長手方向と直交する方向となるように配置され、
上記少なくとも３個の第１の無給電素子アレーは、隣接する１対の第１の無給電素子アレー間においてそれぞれ、上記各第１の無給電素子アレーを上記第１の間隔よりも小さい所定の第２の間隔で配置することにより上記ダイポールアンテナからの電波を磁流として伝搬させる第１の擬似スロット開口を形成し、かつ当該各第１の無給電素子アレーの配列方向が上記ダイポールアンテナの長手方向と平行な方向となるように、互いに平行に配置されたことを特徴とするアンテナ装置。
【請求項２】
上記第１の間隔は、上記波長の実質的に１／８以下に設定されたことを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
【請求項３】
隣接する１対の上記第１の無給電素子アレーのうちの一方の第１の無給電素子アレーの各第１の無給電素子は、他方の第１の無給電素子アレーの対応する各第１の無給電素子にそれらの互いに隣接する各端部で対向することを特徴とする請求項１又は２記載のアンテナ装置。
【請求項４】
隣接する１対の上記第１の無給電素子アレーのうちの一方の第１の無給電素子アレーの各第１の無給電素子は、他方の第１の無給電素子アレーの各第１の無給電素子に対して、上記ダイポールアンテナの長手方向と直交する方向で所定の距離だけシフトさせて配置されたことを特徴とする請求項１又は２記載のアンテナ装置。
【請求項５】
上記アンテナ装置は、
上記誘電体基板の第２の面に形成された複数の第２の無給電素子をそれぞれ備えた少なくとも３個の第２の無給電素子アレーをさらに備え、
上記各第２の無給電素子アレーにおいて、上記複数の第２の無給電素子は、上記ダイポールアンテナの長手方向に実質的に平行なストリップ形状をそれぞれ有し、互いに電磁的に結合するように所定の第３の間隔でかつ上記複数の第２の無給電素子の配列方向が上記ダイポールアンテナの長手方向と直交する方向となるように配置され、
上記少なくとも３個の第２の無給電素子アレーは、隣接する１対の第２の無給電素子アレー間においてそれぞれ、上記各第２の無給電素子アレーを上記第３の間隔よりも小さい第４の間隔で配置することにより上記ダイポールアンテナからの電波を磁流として伝搬させる第２の擬似スロット開口を形成し、かつ当該各第２の無給電素子アレーの配列方向が上記ダイポールアンテナの長手方向と平行な方向となるように、互いに平行に配置され、
上記ダイポールアンテナは、
上記第１の給電素子に対向するように上記第２の面に形成された第３の無給電素子と、
上記第２の給電素子に対向するように上記第１の面に形成された第４の無給電素子とをさらに備えたことを特徴とする請求項１から４のうちのいずれか１つの請求項記載のアンテナ装置。
【請求項６】
上記第３の間隔は、上記波長の実質的に１／８以下に設定されたことを特徴とする請求項５記載のアンテナ装置。
【請求項７】
上記第１の給電素子の電気長と上記第２の給電素子の電気長とは、互いに異なるように設定されたことを特徴とする請求項１から６のうちのいずれか１つの請求項記載のアンテナ装置。
【請求項８】
上記第１の給電素子の電気長と上記第２の給電素子の電気長とは、実質的に互いに等しいように設定されたことを特徴とする請求項１から６のうちのいずれか１つの請求項記載のアンテナ装置。
【請求項９】
上記第１及び第２の面のうちの少なくとも一方に形成され反射器として動作する２つの無給電素子を備えた少なくとも１対の無給電素子ペアをさらに備え、
上記２つの無給電素子はストリップ形状を有し、上記ダイポールアンテナの長手方向に平行でありかつ上記ダイポールアンテナに関して上記少なくとも３個の第１の無給電素子アレーと反対側に位置する直線上に、上記ダイポールアンテナに対向しかつ電磁的に結合するように形成されたことを特徴とする請求項１から８のうちのいずれか１つの請求項記載のアンテナ装置。
【請求項１０】
請求項１から９のうちのいずれか１つの請求項記載のアンテナ装置を備えたことを特徴とする無線通信装置。
【国際調査報告】
2012164782.tif 000051
2012164782.tif 000052