(57)【要約】【課題】アンテナの広帯域化を目的とする。【解決手段】アンテナ１は、積層順に、給電線路２３及び導体張出部２４と、第１の誘電体層１１と、地導体層３０と、第２の誘電体層１２と、導電性のランド部４１ｅ、上部給電線路４１ｃ及び放射素子４１ａと、を備える。放射素子４１ａとランド部４１ｅが上部給電線路４１ｃによって電気的に接続され、地導体層３０のうち平面視でランド部４１ｅと重なる部分にスロット３１が形成され、給電線路２３が平面視でランド部４１ｅ及びスロット３１の下を横切って、導体張出部２４が給電線路２３から側方に張り出し、導体張出部２４が平面視でランド部４１ｅ及びスロット３１と重なっている部分に形成されている。【選択図】図１
2020088499.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
積層順に、給電線路及び導体張出部と、第１の誘電体層と、地導体層と、第２の誘電体層と、導電性のランド部、上部給電線路及び放射素子と、を備え、
前記放射素子と前記ランド部が前記上部給電線路によって電気的に接続され、
前記地導体層のうち平面視で前記ランド部と重なる部分にスロットが形成され、
前記給電線路が平面視で前記ランド部及び前記スロットを横切って、
前記導体張出部が前記給電線路から張り出し、
前記導体張出部が、平面視で前記ランド部及び前記スロットと重なっている部分に形成されている
アンテナ。
【請求項２】
積層順に、給電線路及び導体張出部と、第１の誘電体層と、地導体層と、第２の誘電体層と、導電性のランド部、上部給電線路及び放射素子と、を備え、
前記放射素子と前記ランド部が前記上部給電線路によって電気的に接続され、
前記地導体層のうち平面視で前記ランド部と重なる部分にスロットが形成され、
前記給電線路が平面視で前記ランド部及び前記スロットを横切って、
前記導体張出部が前記給電線路から張り出し、
前記導体張出部が、平面視で前記地導体層と重なっている部分に形成されている
アンテナ。
【請求項３】
積層順に、給電線路及び導体張出部と、第１の誘電体層と、地導体層と、第２の誘電体層と、導電性のランド部、上部給電線路及び放射素子と、を備え、
前記放射素子と前記ランド部が前記上部給電線路によって電気的に接続され、
前記地導体層のうち平面視で前記ランド部と重なる部分にスロットが形成され、
前記給電線路が平面視で前記ランド部及び前記スロットを横切って、
前記導体張出部が前記給電線路から張り出し、
前記導体張出部が、平面視で前記ランド部及び前記スロットと重なっている部分及び平面視で前記地導体層と重なっている部分に形成されている
アンテナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アンテナに関する。
【背景技術】
【０００２】
平面アンテナ（例えば、非特許文献１参照）の代表例として、マイクロストリップアンテナがある。マイクロストリップアンテナは、下層から順に、地導体層と、誘電体層と、放射素子と、を備える。マイクロストリップアンテナの給電方式、つまり送受信機から放射素子までの高周波信号の伝送方式としては、電磁結合給電方式及び直結給電方式等がある。電磁結合給電方式としては、スロット結合方式及び近接結合給電方式があり、直結給電方式としては、背面同軸給電方式及び共平面給電方式がある。更に、これらの給電方式を組み合わせて、送受信機から放射素子まで高周波信号を伝送することもある。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】佐藤 洋介、“平面アンテナを素子に用いた小型ビームフォーミングアンテナに関する研究”、［online］、2015 年 9 月 16 日公開、東北大学機関リポジトリ TOUR、［2018 年 9 月 25日検索］、インターネット〈URL：https://tohoku.repo.nii.ac.jp/?action=pages#view#main&active#action=repository#view#main#item#detail&item#id=71474&item#no=1&page#id=33&block#id=38〉、Permalink〈URL：http://hdl.handle.net/10097/60894〉
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、送受信機から放射素子までの伝送経路における損失を低減するとともに、広帯域で使用可能なアンテナの開発が望まれる。送受信機から放射素子までの伝送経路の中途部にスロットが存在する場合でも、広帯域化が望まれる。
そこで、本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、アンテナの広帯域化を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するための主たる発明は、積層順に、給電線路及び導体張出部と、第１の誘電体層と、地導体層と、第２の誘電体層と、導電性のランド部、上部給電線路及び放射素子と、を備え、前記放射素子と前記ランド部が前記上部給電線路によって電気的に接続され、前記地導体層のうち平面視で前記ランド部と重なる部分にスロットが形成され、前記給電線路が平面視で前記ランド部及び前記スロットを横切って、前記導体張出部が前記給電線路から張り出しているアンテナである。前記導体張出部が、平面視で前記ランド部及び前記スロットと重なっている部分に形成されている。或いは、前記導体張出部が、平面視で前記地導体層と重なっている部分に形成されている。或いは、前記導体張出部が、平面視で前記ランド部及び前記スロットと重なっている部分及び平面視で前記地導体層と重なっている部分に形成されている。
【０００６】
本発明の他の特徴については、後述する明細書及び図面の記載により明らかにする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の実施態様によれば、アンテナで使用できる周波数帯域を広げることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１実施形態のアンテナの平面図である。
【図２】図１において切断箇所をII−IIにより示した断面図である。
【図３】第１実施形態のアンテナのアンテナパターン層の平面図である。
【図４】第１実施形態のアンテナの地導体層の平面図である。
【図５】第１実施形態のアンテナの導体パターン層の平面図である。
【図６】第１実施形態のアンテナの導体パターン層の拡大平面図である。
【図７】第１実施形態のアンテナの導体パターン層の拡大平面図である。
【図８】第１実施形態のアンテナの導体パターン層の拡大平面図である。
【図９】第１実施形態のアンテナの導体パターン層の拡大平面図である。
【図１０】第１実施形態のアンテナの導体パターン層の拡大平面図である。
【図１１】第１実施形態のアンテナのスロット近傍の等価回路図である。
【図１２】第１実施形態のアンテナのＶＳＷＲ特性のグラフである。
【図１３】第１実施形態のアンテナ及び比較例のアンテナにおける周波数と反射係数との関係を示したグラフである。
【図１４】第２実施形態のアンテナの導体パターン層の拡大平面図である。
【図１５】第２実施形態のアンテナのスロット近傍の等価回路図である。
【図１６】第２実施形態のアンテナ及び比較例のアンテナにおける周波数と反射係数との関係を示したグラフである。
【図１７】第３実施形態のアンテナの導体パターン層の拡大平面図である。
【図１８】第３実施形態のアンテナのスロット近傍の等価回路図である。
【図１９】第３実施形態のアンテナ及び比較例のアンテナにおける周波数と反射係数との関係を示したグラフである。
【図２０】第４実施形態のアンテナのアンテナパターン層の平面図である。
【図２１】第４実施形態のアンテナの地導体層の平面図である。
【図２２】第４実施形態のアンテナの導体パターン層の平面図である。
【図２３】第５実施形態のアンテナの導体パターン層の平面図である。
【図２４】第６実施形態のアンテナの導体パターン層の平面図である。
【図２５】応用例のアンテナの平面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
後述する明細書及び図面の記載から、少なくとも以下の事項が明らかとなる。
【００１０】
積層順に、給電線路及び導体張出部と、第１の誘電体層と、地導体層と、第２の誘電体層と、導電性のランド部、上部給電線路及び放射素子と、を備え、前記放射素子と前記ランド部が前記上部給電線路によって電気的に接続され、前記地導体層のうち平面視で前記ランド部と重なる部分にスロットが形成され、前記給電線路が平面視で前記ランド部及び前記スロットを横切って、前記導体張出部が前記給電線路から張り出しているアンテナが明らかとなる。
前記導体張出部が、平面視で前記ランド部及び前記スロットと重なっている部分に形成されていることによってキャパシタが構成されている。或いは、前記導体張出部が、平面視で前記地導体層と重なっている部分に形成されていることによってキャパシタが構成されている。或いは、両方のキャパシタが構成されていてもよい。
【００１１】
上記キャパシタが構成されることによって共振点の数が増え、共振点の数の増加は給電線路とランド部のインピーダンス整合を取るための要素の数の増加に繋がる。それゆえ、給電線路とランド部は広い帯域でインピーダンス整合が取れるようになり、放射素子で使用できる帯域が広くなる。
【００１２】
＝＝＝実施の形態＝＝＝
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。但し、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲を以下の実施形態及び図示例に限定するものではない。
【００１３】
＜第１の実施の形態＞
図１は、第１実施形態のアンテナ１の平面図である。図２は、図１において切断箇所をII−IIにより表した断面図である。
【００１４】
このアンテナ１は、マイクロ波又はミリ波の周波数帯の電波の送信若しくは受信又はこれらの両方に利用される。アンテナ１はシート状又は薄板状の積層体２からなる。その積層体２は下層から順に導体パターン層２０、第１の誘電体層１１、地導体層３０、第２の誘電体層１２及びアンテナパターン層４０を有する。
【００１５】
第１の誘電体層１１と第２の誘電体層１２が、これらの間に導電性の地導体層３０を挟み込んで、互いに接合されている。第１の誘電体層１１及び第２の誘電体層１２は例えば液晶ポリマーからなる。
第１の誘電体層１１に関して地導体層３０の反対側において、導体パターン層２０が第１の誘電体層１１の表面に形成されている。
第２の誘電体層１２に関して地導体層３０の反対側において、導電性のアンテナパターン層４０が第２の誘電体層１２の表面に形成されている。
以上のような積層体２の表面には、つまり第１の誘電体層１１又は第２の誘電体層１２の表面には、送受信機としてのＲＦＩＣ（Radio Frequency Integrated Circuit）が実装される。
【００１６】
図３はアンテナパターン層４０の平面図である。図３に示すように、アンテナパターン層４０がアディティブ法又はサブトラクティブ法等によって形状加工されており、これによりアンテナパターン層４０には、素子列４１が形成されている。これら素子列４１が形成された面が放射面となる。
【００１７】
素子列４１はパッチ型の放射素子４１ａ，４１ｂ、上部給電線路４１ｃ，４１ｄ及びランド部４１ｅを有する。
順に放射素子４１ａとランド部４１ｅと放射素子４１ｂが間隔を置いて一直線状に配列されている。放射素子４１ａとランド部４１ｅとの間の領域では上部給電線路４１ｃがランド部４１ｅから放射素子４１ａまで直線状に延びており、ランド部４１ｅが上部給電線路４１ｃの一端に電気的に接続され、放射素子４１ａが上部給電線路４１ｃの他端に電気的に接続されている。放射素子４１ｂとランド部４１ｅとの間の領域では上部給電線路４１ｄがランド部４１ｅから放射素子４１ｂまで直線状に延びており、ランド部４１ｅが上部給電線路４１ｄの一端に電気的に接続され、放射素子４１ｂが上部給電線路４１ｄの他端に電気的に接続されている。上部給電線路４１ｃ，４１ｄの電気長は互いに等しい。ランド部４１ｅが上部給電線路４１ｃ，４１ｄよりも幅広く形成されており、ランド部４１ｅが上部給電線路４１ｃ，４１ｄの一端よりも側方に張り出している。
【００１８】
図４は地導体層３０の平面図である。図４に示すように、地導体層３０がアディティブ法又はサブトラクティブ法等によって形状加工されており、これにより地導体層３０にはスロット３１が形成されている。スロット３１がＩ字型又はＨ字型に形成されている。つまり、スロット３１は、互いに並列された横部３１ａ，３１ｂと、横部３１ａの中央部から横部３１ｂの中央部に縦に続いた縦部３１ｃと、からなる。
【００１９】
図３においてスロット３１が破線で示されている。図３に示すように、スロット３１は平面視で、素子列４１の中央つまりランド部４１ｅと重なる部分に配置されている。スロット３１は平面視で、ランド部４１ｅの外形の内側に配置されているか、ランド部４１ｅの外形と外接するように配置されている。平面視とは、アンテナ１等の対象物を、積層体２の積層方向に、つまり第１の誘電体層１１又は第２の誘電体層１２の表面に対して垂直な方向に平行投影的に見ることをいう。
【００２０】
図５は導体パターン層２０の平面図である。図５において、放射素子４１ａ，４１ｂ及びスロット３１が二点鎖線で示されている。図５に示すように、導体パターン層２０がアディティブ法又はサブトラクティブ法等によって形状加工されており、これにより導体パターン層２０には、給電部２１、変成器２２、給電線路２３及び導体張出部２４が形成されている。平面視で、給電部２１は、放射素子４１ａを基準として放射素子４１ｂとは反対側に放射素子４１ａから離れた位置に配置されている。この給電部２１には、ＲＦＩＣの端子が電気的に接続される。変成器２２は、給電部２１と給電線路２３を電気的に接続する伝送線路である。平面視で、変成器２２は給電部２１から放射素子４１ａの方へ延びており、変成器２２の線路長は中心波長の４分の１に設定されている。中心波長とは、このアンテナ１の使用帯域の中心周波数に対応する波長である。平面視で、給電線路２３は変成器２２から放射素子４１ａに向かって延びて、順に放射素子４１ａ、ランド部４１ｅを横切っている。給電線路２３は、放射素子４１ａ、ランド部４１ｅ及び放射素子４１ｂの配列方向に対して平行である。給電線路２３と給電部２１との間に変成器２２が設けられることによって、中心周波数において給電線路２３と給電部２１のインピーダンス整合が取れている。
【００２１】
給電線路２３とランド部４１ｅがスロット３１を介して電磁界的に互いに結合されている。以下、図６を参照して、そのスロット結合構造について具体的に説明する。図６はスロット３１の近傍における給電線路２３の拡大平面図である。
【００２２】
平面視で、給電線路２３はスロット３１の幾何中心３１ｄを通る。平面視で給電線路２３のうちスロット３１の縦部３１ｃを横切る部分の上層には、順に第１の誘電体層１１、第２の誘電体層１２、ランド部４１ｅが積み重なっている。従って、給電線路２３のうち平面視でスロット３１の縦部３１ｃを横切る部分が、スロット３１を通じてランド部４１ｅに電磁界的に結合されている。
【００２３】
平面視でスロット３１及びその近傍と重なる部分において、導体張出部２４が給電線路２３から側方に張り出している。具体的には、平面視で、導体張出部２４は、給電線路２３のうちスロット３１の縦部３１ｃよりも給電部２１に近位の部分からスロット３１の横部３１ｂまで、スロット３１の縦部３１ｃに沿って側方へ張り出している。そのため、平面視で、導体張出部２４はスロット３１の幾何中心３１ｄを基準として給電部２１寄りに配置されている。また、平面視で、導体張出部２４の一部がスロット３１の外形の内側にあり、残りがスロット３１の外形の外側にある。
導体張出部２４のうち平面視でランド部４１ｅ及びスロット３１と重なる部分では、導体張出部２４が第１の誘電体層１１、第２の誘電体層１２を介して、積層方向（上下方向）にランド部４１ｅと対向しているため、キャパシタ３が構成されている。
導体張出部２４のうち平面視で地導体層３０と重なる部分では、導体張出部２４が第１の誘電体層１１を介して、積層方向に地導体層３０と対向しているため、キャパシタ４が構成されている。
【００２４】
図７は別例の拡大平面図である。図７に示すように、平面視で、導体張出部２４は、給電線路２３のうちスロット３１の縦部３１ｃよりも給電部２１から遠位の部分からスロット３１の横部３１ｂまで、スロット３１の縦部３１ｃに沿って側方へ張り出してもよい。この場合、平面視で、導体張出部２４がスロット３１の幾何中心３１ｄを基準として給電部２１の反対寄りに配置されている。導体張出部２４のうち平面視でランド部４１ｅ及びスロット３１と重なる部分では、導体張出部２４が第１の誘電体層１１、第２の誘電体層１２を介して、積層方向にランド部４１ｅと対向しているため、キャパシタ３が構成されている。導体張出部２４のうち平面視で地導体層３０と重なる部分では、導体張出部２４が第１の誘電体層１１を介して、積層方向に地導体層３０と対向しているため、キャパシタ４が構成されている。
【００２５】
図８は別例の拡大平面図である。図８に示すように、平面視で、導体張出部２４は、給電線路２３のうちスロット３１の縦部３１ｃ の部分からスロット３１の横部３１ｂ まで、スロット３１の縦部３１ｃに沿って側方へ張り出してもよい。この場合、平面視で導体張出部２４の全体がスロット３１の外形の内側にあり、導体張出部２４は平面視でランド部４１ｅ及びスロット３１と重なる部分しかない。つまり、導体張出部２４が平面視で地導体層３０に重ならないため、キャパシタ３のみが構成されている。
【００２６】
図９は別例の拡大平面図である。図９に示すように、平面視で、導体張出部２４は、給電線路２３のうちスロット３１の縦部３１ｃよりも給電部２１に近位の部分からスロット３１の横部３１ｂの手前 （横部３１ｂの手前とは、横部３１ｂよりも給電線路２３に近位のことをいう。） まで、スロット３１の縦部３１ｃに沿って側方へ張り出してもよい。この場合、平面視で導体張出部２４の全体がスロット３１の外形の外側にあり、導体張出部２４は平面視で地導体層３０と重なる部分しかない。つまり、導体張出部２４が平面視でランド部４１ｅに重ならないため、キャパシタ４のみが構成されている。
【００２７】
図１０は別例の拡大平面図である。図１０に示すように、平面視で、導体張出部２４は、給電線路２３のうちスロット３１の縦部３１ｃよりも給電部２１から遠位の部分からスロット３１の横部３１ｂの手前 まで、スロット３１の縦部３１ｃに沿って側方へ張り出してもよい。この場合も、導体張出部２４は平面視で地導体層３０と重なる部分しかない。従って、キャパシタ４のみが構成されている。
【００２８】
導体張出部２４が図６〜図１０の何れのように張り出している場合でも、平面視で、導体張出部２４の外形がスロット３１の外形に部分的に重なっていてもよいし、導体張出部２４の外形がスロット３１の外形に重なっていなくてもよい。
導体張出部２４が図６〜図１０の何れのように張り出している場合でも、気中の高周波の電磁波が放射素子４１ａにて捕捉されることによって放射素子４１ａにて高周波信号が発生し、高周波信号が上部給電線路４１ｃ，ランド部４１ｅ、スロット３１、給電線路２３、変成器２２及び給電部２１を通じてＲＦＩＣに伝送される。放射素子４１ｂにて発生した高周波信号についても同様にＲＦＩＣに伝送される。
【００２９】
一方、ＲＦＩＣによって生成された高周波信号が給電部２１、変成器２２、給電線路２３、スロット３１、ランド部４１ｅ及び上部給電線路４１ｃを通じて放射素子４１ａに伝送される。同様に放射素子４１ｂにも高周波信号が伝送される。これにより高周波の電磁波が放射素子４１ａ，４１ｂから気中に放射される。
【００３０】
高周波信号によって上部給電線路４１ｃに生成される電流成分と上部給電線路４１ｄに生成される電流成分は逆向きであるので、放射素子４１ａにおける高周波信号と放射素子４１ｂにおける高周波信号は逆位相の関係にある。
【００３１】
導体張出部２４が図６又は図７のように張り出している場合のスロット３１近傍の等価回路図を図１１に示す。誘導性リアクタンスＬ１と誘導性リアクタンスＬ２の組合せは、スロット３１近傍において給電線路２３に形成される単位長さ当たりのインダクタンス成分である。誘導性リアクタンスＬ３は、ランド部４１ｅに起因した寄生インダクタンス成分である。容量性リアクタンスＣ１，Ｃ２は、給電線路２３と地導体層３０との間に形成される単位長さ当たりのキャパシタンス成分である。
【００３２】
導体張出部２４が形成されることによって、容量性リアクタンスＣ３からなるキャパシタ３が給電線路２３とランド部４１ｅとの間に形成される。更に、容量性リアクタンスＣ４からなるキャパシタ４が給電線路２３と地導体層３０との間に形成される。キャパシタ３，４が形成されることによって、給電線路２３のインダクタンス成分が誘導性リアクタンスＬ１と誘導性リアクタンスＬ２に分割されている。
【００３３】
以上のような実施形態では、導体張出部２４が形成されることによってキャパシタ３，４が形成されている。これにより、上述のように給電線路２３のインダクタンス成分が誘導性リアクタンスＬ１と誘導性リアクタンスＬ２に分割される。そうすると、給電線路２３のインピーダンスが低下するとともに、ＬＣ共振回路等のように共振を発生させる要素（以下、共振要素という）が生成される（図１１参照）。つまり、キャパシタ３，４が形成されることによって共振要素の数が増え、共振要素の数の増加は給電線路２３とランド部４１ｅのインピーダンス整合を取るための要素（マッチングファクター）の数の増加に繋がる。それゆえ、給電線路２３とランド部４１ｅは広い周波数帯域でインピーダンス整合が取れるようになり、放射素子４１ａ，４１ｂで使用できる周波数帯域が広くなる。特にスロット３１の近傍では、給電線路２３やランド部４１ｅにおける電流密度が高いため、キャパシタ３，４による電流成分の低減の影響が高周波信号の反射に影響を及ぼしにくい。
【００３４】
ここで、容量性リアクタンスＣ３からなるキャパシタ３は、放射素子４１ａ，４１ｂで使用できる周波数帯域を高域側に広げる要因となる。図６の拡大図に示すように、平面視で導体張出部２４がスロット３１の幾何中心３１ｄよりも給電部２１の近くに配置されている場合、容量性リアクタンスＣ４からなるキャパシタ４は、放射素子４１ａ，４１ｂで使用できる周波数帯域を低域側に広げる要因となる。逆に、図７の拡大図に示すように、平面視で導体張出部２４がスロット３１の幾何中心３１ｄよりも給電部２１から遠くに配置されている場合、容量性リアクタンスＣ４からなるキャパシタ４は、放射素子４１ａ，４１ｂで使用できる周波数帯域を高域側に広げる要因となる。 具体的には、以下の通りである。
【００３５】
仮に導体張出部２４が設けられていないとした場合、給電部２１から放射素子４１ａまでの伝送線路を考慮して、放射素子４１ａのＶＳＷＲ特性曲線は図１２の実線αで示されるとする。ＶＳＷＲ特性曲線とは、放射素子４１ａの電圧定在波比と周波数との関係を表したものである。
【００３６】
容量性リアクタンスＣ３からなるキャパシタ３が形成されることによって、共振周波数Ａの共振点ができ、そのＶＳＷＲ特性曲線は図１２の破線βで示される。共振周波数Ａは、導体張出部２４が無い場合の放射素子４１ａのＶＳＷＲ特性曲線の極小点の周波数よりも高い。このような共振点が出来ると、放射素子４１ａのＶＳＷＲ特性曲線は二点鎖線γで示すように高域側に広がる。
平面視で容量性リアクタンスＣ４からなるキャパシタ４がスロット３１の幾何中心３１ｄを基準として給電部２１寄りに形成されることによって（図６参照）、共振周波数Ｂの共振点ができ、そのＶＳＷＲ特性曲線は図１２の破線δで示される。共振周波数Ｂは、導体張出部２４が無い場合の放射素子４１ａのＶＳＷＲ特性曲線の極小点の周波数よりも低い。このような共振点が出来ると、放射素子４１ａのＶＳＷＲ特性曲線は二点鎖線εで示すように低域側に広がる。一方、平面視でキャパシタ４がスロット３１の幾何中心３１ｄを基準として給電部２１の反対寄りに形成された場合には（図７参照）、放射素子４１ａのＶＳＷＲ特性曲線は二点鎖線γで示すように高域側に広がる。
【００３７】
なお、導体張出部２４が図８のように張り出している場合、図１１に示す容量性リアクタンスＣ４が形成されていない。導体張出部２４が図９又は図１０のように張り出している場合、図１１に示す容量性リアクタンスＣ３が形成されていない。
【００３８】
続いて、図６に示すように導体張出部２４がスロット３１の幾何中心３１ｄよりも給電部２１の近くに設けられることによってアンテナ１で使用できる周波数帯域が広がることについて、シミュレーションによって検証した。そのシミュレーション結果を図１３に示す。図１３に示すグラフの横軸は周波数を表す。縦軸は、横軸で表された周波数の信号波を給電部２１に供給した場合における反射係数を表す。図１３において、実線は、導体張出部２４が設けられたアンテナ１をシミュレーション対象とした結果を示す。破線は、導体張出部が設けられていないアンテナをシミュレーション対象とした結果を示す。
【００３９】
図１３から明らかなように、導体張出部が設けられていないアンテナの場合、反射係数-10 [dB] 以下となる周波数帯域は7.7〜7.9 [GHz] であり、そのアンテナで使用できる波長帯域が狭い。それに対して、導体張出部２４が設けられているアンテナ１の場合、反射係数-10 [dB] 以下となる周波数帯域は8.0〜9.3 [GHz] であり、そのアンテナ１で使用できる周波数帯域が広い。
【００４０】
＜第２の実施の形態＞
続いて、図１４を参照して、第２実施形態のアンテナについて説明する。図１４は第２実施形態のアンテナにおけるスロット近傍の導体パターン層の平面図である。
以下では、第２実施形態のアンテナと第１実施形態のアンテナ１との間で互いに相当する構成要素には同一の符号を付して、第２実施形態のアンテナと第１実施形態のアンテナ１の相違する点について主に説明する。
【００４１】
第２実施形態では、平面視でスロット３１及びその近傍と重なる部分において、導体張出部２４Ａ，２４Ｂが給電線路２３から側方に張り出している。導体張出部２４Ａ，２４Ｂは互いに反対方向に張り出している。
導体張出部２４Ａ，２４Ｂは、第１実施形態の導体張出部２４よりも給電線路２３に沿う方向に幅広であって、スロット３１の縦部３１ｃを給電線路２３に沿う方向に跨ぐように形成されている。また、平面視で、導体張出部２４Ａ，２４Ｂの外形は、スロット３１の外形に外接する最小面積の外接四角形状である。
導体張出部２４Ａのうち平面視でスロット３１と重なる部分において、導体張出部２４Ａが第１の誘電体層１１、第２の誘電体層１２を介して、積層方向にランド部４１ｅと対向しているため、キャパシタ１０３Ａが構成される。導体張出部２４Ａのうち平面視で地導体層３０と重なる部分において、導体張出部２４Ａが第１の誘電体層１１を介して、積層方向に地導体層３０と対向しているため、キャパシタ１０４Ａが構成されている。
同様にして、導体張出部２４Ｂとランド部４１ｅとの間にキャパシタ１０３Ｂが形成され、導体張出部２４Ｂと地導体層３０との間にキャパシタ１０４Ｂが形成されている。
【００４２】
スロット３１近傍の等価回路図を図１５に示す。誘導性リアクタンスＬ３１〜Ｌ３４は、ランド部４１ｅに起因した寄生インダクタンス成分である。容量性リアクタンスＣ１，Ｃ２は、給電線路２３と地導体層３０との間に形成される単位長さ当たりのキャパシタンス成分である。
【００４３】
導体張出部２４Ａが形成されることによって、容量性リアクタンスＣ３１，Ｃ３２が導体張出部２４Ａとランド部４１ｅとの間に形成される。容量性リアクタンスＣ３１，Ｃ３２を合成したものがキャパシタ１０３Ａであり、容量性リアクタンスＣ３１は、導体張出部２４Ａのうちスロット３１の幾何中心３１ｄを基準として給電部２１寄りの部分に起因したものであり、容量性リアクタンスＣ３２は、導体張出部２４Ａのうちスロット３１の幾何中心３１ｄを基準として給電部２１の反対寄りの部分に起因したものである。また、容量性リアクタンスＣ４１，Ｃ４２が導体張出部２４Ａと地導体層３０との間に形成される。容量性リアクタンスＣ４１，Ｃ４２を合成したものがキャパシタ１０４Ａであり、容量性リアクタンスＣ４１は、導体張出部２４Ａのうちスロット３１の幾何中心３１ｄを基準として給電部２１寄りの部分に起因したものであり、容量性リアクタンスＣ４２は、導体張出部２４Ａのうちスロット３１の幾何中心３１ｄを基準として給電部２１の反対寄りの部分に起因したものである。
【００４４】
導体張出部２４Ｂが形成されることによって、容量性リアクタンスＣ３３，Ｃ３４が導体張出部２４Ｂとランド部４１ｅとの間に形成される。容量性リアクタンスＣ３３，Ｃ３４を合成したものがキャパシタ１０３Ｂであり、容量性リアクタンスＣ３３は、導体張出部２４Ｂのうちスロット３１の幾何中心３１ｄを基準として給電部２１寄りの部分に起因したものであり、容量性リアクタンスＣ３４は、導体張出部２４Ｂのうちスロット３１の幾何中心３１ｄを基準として給電部２１の反対寄りの部分に起因したものである。また、容量性リアクタンスＣ４３，Ｃ４４が導体張出部２４Ｂと地導体層３０との間に形成される。容量性リアクタンスＣ４３，Ｃ４４を合成したものがキャパシタ１０４Ｂであり、容量性リアクタンスＣ４３，Ｃ４４からなるキャパシタ１０４Ｂが導体張出部２４Ｂと地導体層３０との間に形成される。容量性リアクタンスＣ４３は、導体張出部２４Ｂのうちスロット３１の幾何中心３１ｄを基準として給電部２１寄りの部分に起因したものであり、容量性リアクタンスＣ４４は、導体張出部２４Ｂのうちスロット３１の幾何中心３１ｄを基準として給電部２１の反対寄りの部分に起因したものである。
【００４５】
以上のように容量性リアクタンスＣ４１〜Ｃ４４からなるキャパシタ１０４Ａ，１０４Ｂが形成されることによって、給電線路２３のインダクタンス成分が誘導性リアクタンスＬ１１，Ｌ１２，Ｌ１３，Ｌ１４に分割されている。
【００４６】
容量性リアクタンスＣ３１〜Ｃ３４，Ｃ４１〜Ｃ４４からなるキャパシタ１０３Ａ，１０３Ｂ，１０４Ａ，１０４Ｂが形成されることによって、アンテナで使用できる周波数帯域が広がる。アンテナの広帯域化について、シミュレーションによって検証した。そのシミュレーション結果を図１６に示す。図１６に示すグラフの横軸は周波数を表す。縦軸は、横軸で表された周波数の信号波を給電部２１に供給した場合における反射係数を表す。図１６において、実線は、導体張出部２４Ａ，２４Ｂが設けられたアンテナをシミュレーション対象とした結果を示す。破線は、導体張出部が設けられていないアンテナをシミュレーション対象とした結果を示す。
【００４７】
図１６から明らかなように、導体張出部２４Ａ，２４Ｂが設けられているアンテナの場合、反射係数-10 [dB] 以下となる周波数帯域は7.7〜8.2 [GHz]、8.8〜9.2 [GHz] であり、そのアンテナで使用できる周波数帯域が広い。
【００４８】
＜第３の実施の形態＞
続いて、図１７を参照して、第３実施形態のアンテナについて説明する。図１７は第３実施形態のアンテナにおけるスロット近傍の導体パターン層の平面図である。
以下では、第３実施形態のアンテナと第２実施形態のアンテナとの間で互いに相当する構成要素には同一の符号を付して、第３実施形態のアンテナと第２実施形態のアンテナの相違する点について主に説明する。
【００４９】
第２実施形態では、平面視で、導体張出部２４Ａ ，２４Ｂ の外形はスロット３１の外形に外接する最小面積の外接四角形状であり、ランド部４１ｅの外形のスロット３１の外形に外接する最小面積の外接四角形状である。
それに対して、第３実施形態では、平面視で、第２実施形態の導体張出部２４Ａ，２４Ｂにそれぞれ相当する導体張出部２４Ａ２，２４Ｂ２の外形はスロット３１の外形に外接する最小面積の外接四角形状よりも大きく、スロット３１の外形が導体張出部２４Ａ２，２４Ｂ２の外形よりも内側にある。つまり、第３実施形態の導体張出部２４Ａ２，２４Ｂ２の外形は第２実施形態の導体張出部２４Ａ，２４Ｂの外形よりも大きい。従って、平面視で導体張出部２４Ａ２がスロット３１と重なる部分では、導体張出部２４Ａ２とランド部４１ｅとの間にキャパシタ１０３Ａが形成されるとともに、導体張出部２４Ｂ２とランド部４１ｅとの間にキャパシタ１０３Ｂが形成される。平面視で導体張出部２４Ａ２が地導体層３０と重なる部分では、導体張出部２４Ａ２と地導体層３０との間にキャパシタ１０４Ｂ２が形成され、導体張出部２４Ｂ２と地導体層３０との間にキャパシタ１０４Ｂ２が形成されている。平面視で、導体張出部２４Ａ２，２４Ｂ２とスロット３１の外形に外接する最小面積の外接四角形状とが重ならない部分を導体張出部２４Ａ２，２４Ｂ２の周縁部とする。
【００５０】
図１８の等価回路図に示すように、前述した容量性リアクタンスＣ３１〜Ｃ３４及び容量性リアクタンスＣ４１〜Ｃ４４に加えて、容量性リアクタンスＣ７１，Ｃ７２及び容量性リアクタンスＣ７３，Ｃ７４が各々、導体張出部２４Ａ２，２４Ｂ２の周縁部と地導体層３０との間に形成される。容量性リアクタンスＣ３１，Ｃ３２を合成したものがキャパシタ１０３Ａであり、容量性リアクタンスＣ３３，Ｃ３４を合成したものがキャパシタ１０３Ｂであり、容量性リアクタンスＣ４１，Ｃ４２，Ｃ７１，Ｃ７２を合成したものがキャパシタ１０４Ａ２であり、容量性リアクタンスＣ４３，Ｃ４４，Ｃ７３，Ｃ７４を合成したものがキャパシタ１０４Ｂ２である。容量性リアクタンスＣ７１，Ｃ７３は各々、導体張出部２４Ａ２，２４Ｂ２の周縁部のうちスロット３１の幾何中心３１ｄを基準として給電部２１寄りの部分に起因したものであり、容量性リアクタンスＣ７２，Ｃ７４は各々、導体張出部２４Ａ２，２４Ｂ２の周縁部のうちスロット３１の幾何中心３１ｄを基準として給電部２１の反対寄りの部分に起因したものである。また、容量性リアクタンスＣ７１，Ｃ７２は、導体張出部２４Ａ２の周縁部に起因したものであり、容量性リアクタンスＣ７３，Ｃ７４は、導体張出部２４Ｂ２の周縁部に起因したものである。
【００５１】
誘導性リアクタンスＬ１２，Ｌ１３，Ｌ１４，Ｌ１５がそれぞれ容量性リアクタンスＣ７１，Ｃ７３，Ｃ７２，Ｃ７４によって分割され、共振要素の数が更に増える。そのため、給電線路２３とランド部４１ｅは広い周波数帯域でインピーダンス整合が取れるようになり、アンテナで使用できる周波数帯域が広がる。アンテナの広帯域化について、シミュレーションによって検証した。そのシミュレーション結果を図１９に示す。図１９に示すグラフの横軸は周波数を表す。縦軸は、横軸で表された周波数の信号波を給電部２１に供給した場合における反射係数を表す。図１９において、実線は、導体張出部２４Ａ２，２４Ｂ２が設けられたアンテナをシミュレーション対象とした結果を示す。破線は、導体張出部が設けられていないアンテナをシミュレーション対象とした結果を示す。
【００５２】
図１９から明らかなように、導体張出部２４Ａ２，２４Ｂ２が設けられているアンテナの場合、反射係数-10 [dB] 以下となる周波数帯域は7.6〜9.3 [GHz] であり、そのアンテナで使用できる周波数帯域が広い。
【００５３】
＜第４の実施の形態＞
続いて、図２０〜図２２を参照して、第４実施形態のアンテナについて説明する。図２０は第４実施形態のアンテナのアンテナパターン層の平面図である。図２１は第４実施形態のアンテナの地導体層の平面図である。図２２は第４実施形態のアンテナの導体パターン層の平面図である。
以下では、第４実施形態のアンテナと第１実施形態のアンテナ１との間で互いに相当する構成要素には同一の符号を付して、第４実施形態のアンテナと第１実施形態のアンテナ１の相違する点について主に説明する。
【００５４】
第４実施形態では、素子列４１のみならず素子列４２がアンテナパターン層４０に形成されている。素子列４１の形状と素子列４２の形状は合同である。そのため、素子列４１と同様に、素子列４２はパッチ型の放射素子４２ａ，４２ｂ、上部給電線路４２ｃ，４２ｄ及びランド部４２ｅを有する。放射素子４２ａ、ランド部４２ｅ及び放射素子４２ｂは放射素子４１ａ、ランド部４１ｅ及び放射素子４１ｂの列に続いて配列されており、順に放射素子４１ａ、ランド部４１ｅ、放射素子４１ｂ、放射素子４２ａ、ランド部４２ｅ及び放射素子４２ｂが一直線上に配列されている。
【００５５】
第４実施形態では、スロット３１のみならずスロット３２が地導体層３０に形成されている。スロット３１の形状とスロット３２の形状は合同である。そのため、スロット３１と同様に、スロット３２は互いに並列された横部３２ａ，３２ｂと、横部３２ａの中央部から横部３２ｂの中央部に縦に続いた縦部３２ｃと、からなる。スロット３２は平面視で、ランド部４２ｅの外形の内側に配置されているか、ランド部４２ｅの外形と外接するように配置されている。
【００５６】
第４実施形態では、給電線路２３が第１実施形態の場合よりも更に延びており、給電線路２３とランド部４２ｅがスロット３２を介して電磁界的に互いに結合されている。以下、そのスロット結合構造について具体的に説明する。
【００５７】
給電線路２３はスロット３２のうち縦部３２ｃの下を横切っている。給電線路２３のうちスロット３２の縦部３２ｃの下を横切る部分の上には、順に第１の誘電体層１１、第２の誘電体層１２、ランド部４２ｅが積み重なっている。従って、給電線路２３のうちスロット３２の縦部３２ｃの下を横切る部分が、スロット３２を通じてランド部４２ｅに電磁界的に結合されている。給電線路２３のうちスロット３１の縦部３１ｃの下を横切る部分から、スロット３２の縦部３２ｃの下を横切る部分までの線路長は、中心波長の２分の１に設定されている。そのため、スロット３２を通過する信号波の位相は、スロット３１を通過する信号波の位相に対して１８０°遅れている。
【００５８】
平面視でランド部４２ｅ及びスロット３２と重なる部分において、導体張出部２５が給電線路２３から側方に張り出している。ここで、前述の導体張出部２４が図６又は図７のように張り出している場合には、それと同様に導体張出部２５が張り出している。従って、導体張出部２５のうち平面視でランド部４２ｅ及びスロット３２と重なる部分では、導体張出部２５が第１の誘電体層１１、第２の誘電体層１２を介して、積層方向にランド部４２ｅと対向し、これによりキャパシタ５が構成されている。導体張出部２５のうち平面視で地導体層３０と重なる部分では、導体張出部２５が第１の誘電体層１１を介して、積層方向に地導体層３０と対向し、これによりキャパシタ６が構成されている。
【００５９】
導体張出部２４が図８のように張り出している場合には、それと同様に導体張出部２５が張り出している。従って、導体張出部２５のうち平面視でランド部４２ｅ及びスロット３２と重なる部分において、導体張出部２５が第１の誘電体層１１、第２の誘電体層１２を介して、積層方向にランド部４２ｅと対向し、これによりキャパシタ５が構成されている。
導体張出部２４が図９又は図１０のように張り出している場合には、それと同様に導体張出部２５が張り出している。そのため、導体張出部２５のうち平面視で地導体層３０と重なる部分において、導体張出部２５が第１の誘電体層１１を介して、積層方向に地導体層３０と対向し、これによりキャパシタ６が構成されている。
【００６０】
上記では、導体張出部２４と導体張出部２５が同じ形であり同じ位置に形成された例を示したが、導体張出部２４と導体張出部２５は形状が異なっていてもよいし、異なる位置に形成されてもよい。
【００６１】
第４実施形態においても、キャパシタ５若しくはキャパシタ６又はこれらの両方が形成されているため、給電線路２３とランド部４２ｅは広い周波数帯域でインピーダンス整合が取れるようになり、放射素子４２ａ，４２ｂで使用できる周波数帯域が広くなる。
【００６２】
＜第５の実施の形態＞
続いて、図２３を参照して、第５実施形態のアンテナについて説明する。図２３は第５実施形態のアンテナの導体パターン層の平面図である。
以下では、第５実施形態のアンテナと第２実施形態のアンテナとの間で互いに相当する構成要素には同一の符号を付し、第５実施形態のアンテナと第４実施形態のアンテナとの間で互いに相当する構成要素には同一の符号を付して、第５実施形態のアンテナと第２，第４実施形態のアンテナの相違する点について主に説明する。
【００６３】
第４実施形態の場合と同様に、第５実施形態においても、素子列４２がアンテナパターン層４０に形成され、スロット３２が地導体層３０に形成されている。
【００６４】
第２実施形態の場合と同様に、第５実施形態においても、平面視でスロット３１及びその近傍と重なる部分おいて、導体張出部２４Ａ，２４Ｂが給電線路２３から側方に張り出している。更に、平面視でスロット３２及びその近傍と重なる部分において、導体張出部２５Ａ，２５Ｂが給電線路２３から側方に張り出している。導体張出部２５Ａ，２５Ｂは互いに反対方向に張り出している。導体張出部２５Ａ，２５Ｂは、第４実施形態の導体張出部２５よりも給電線路２３に沿う方向に幅広であって、スロット３２の縦部３２ｃを給電線路２３に沿う方向に跨ぐように形成されている。また、平面視で、導体張出部２５Ａ，２５Ｂの外形は、スロット３２の外形に外接する最小面積の外接四角形状である。導体張出部２５Ａとランド部４２ｅとの間に第１の誘電体層１１及び第２の誘電体層１２が介在しているため、キャパシタ１０５Ａが構成され、導体張出部２５Ａと地導体層３０との間には第１の誘電体層１１が介在するため、キャパシタ１０６Ａが構成されている。同様に、導体張出部２５Ｂとランド部４１ｅとの間にキャパシタ１０５Ｂが形成され、導体張出部２５Ｂと地導体層３０との間にキャパシタ１０６Ｂが形成されている。
【００６５】
上記では、導体張出部２４Ａ，２４Ｂと導体張出部２５Ａ，２５Ｂが同じ形であり同じ位置に形成された例を示したが、導体張出部２４Ａ，２４Ｂと導体張出部２５Ａ，２５Ｂは形状が異なっていてもよいし、異なる位置に形成されてもよい。
【００６６】
第５実施形態においても、図１５に示すように容量性リアクタンスＣ３１〜Ｃ３４，Ｃ４１〜Ｃ４４からなるキャパシタ１０３Ａ，１０３Ｂ，１０４Ａ，１０４Ｂが形成されているのと同様に、キャパシタ１０５Ａ，１０５Ｂ，１０６Ａ，１０６Ｂが形成されている。そのため、給電線路２３とランド部４２ｅは広い周波数帯域でインピーダンス整合が取れるようになり、放射素子４２ａ，４２ｂで使用できる周波数帯域が広くなる。
【００６７】
＜第６の実施の形態＞
続いて、図２４を参照して、第６実施形態のアンテナについて説明する。図２４は第６実施形態のアンテナの導体パターン層の平面図である。
以下では、第６実施形態のアンテナと第３実施形態のアンテナとの間で互いに相当する構成要素には同一の符号を付し、第６実施形態のアンテナと第５実施形態のアンテナとの間で互いに相当する構成要素には同一の符号を付し、第６実施形態のアンテナと第３及び第５実施形態のアンテナの相違する点について主に説明する。
【００６８】
第３実施形態の場合と同様に、第６実施形態でも、平面視で、導体張出部２４Ａ２，２４Ｂ２の外形はスロット３１の外形に外接する最小面積の外接四角形状よりも大きく、スロット３１の外形が導体張出部２４Ａ２，２４Ｂ２の外形よりも内側にある。
【００６９】
また、第６実施形態では、平面視で、第５実施形態の導体張出部２５Ａ，２５Ｂにそれぞれ相当する導体張出部２５Ａ２，２５Ｂ２の外形はスロット３２の外形に外接する最小面積の外接四角形状よりも大きく、スロット３２の外形が導体張出部２５Ａ２，２５Ｂ２の外形よりも内側にある。平面視で導体張出部２５Ａ２がスロット３２と重なる部分では、導体張出部２５Ａ２とランド部４２ｅとの間にキャパシタ１０５Ａが形成され平面視で導体張出部２５Ｂ２がスロット３２と重なる部分では、導体張出部２５Ｂ２とランド部４２ｅとの間にキャパシタ１０５Ｂが形成される。平面視で導体張出部２５Ａ２が地導体層３０と重なる部分では、導体張出部２５Ａ２と地導体層３０との間にキャパシタ１０６Ａ２が形成され、平面視で導体張出部２５Ｂ２が地導体層３０と重なる部分では、導体張出部２５Ｂ２と地導体層３０との間にキャパシタ１０６Ｂ２が形成されている。
【００７０】
上記では、導体張出部２４Ａ２，２４Ｂ２と導体張出部２５Ａ２，２５Ｂ２が同じ形であり同じ位置に形成された例を示したが、導体張出部２４Ａ２，２４Ｂ２と導体張出部２５Ａ２，２５Ｂ２は形状が異なっていてもよいし、異なる位置に形成されてもよい。
【００７１】
第６実施形態においても、キャパシタ１０５Ａ，キャパシタ１０５Ｂ，１０６Ａ２，１０６Ｂ２が形成されているため、給電線路２３とランド部４２ｅは広い周波数帯域でインピーダンス整合が取れるようになり、放射素子４２ａ，４２ｂで使用できる周波数帯域が広くなる。
【００７２】
＜応用例＞
図２５に示すように、素子列４１，４２（図２０参照）、スロット３１，３２（図２１参照）、給電部２１（図２２参照）、変成器２２（図２２参照）、給電線路２３（図２２参照）、導体張出部２４（図２２参照）及び導体張出部２５（図２２参照）からなる複数組（例えば、１６組）のグループＧが素子列４１，４２の列方向の直交方向に所定ピッチで配列されていてもよい。導体張出部２４，２５の代わりに導体張出部２４Ａ，２４Ｂ，２５Ａ，２５Ｂを採用した場合（図２３参照）、導体張出部２４Ａ２，２４Ｂ２，２５Ａ２，２５Ｂ２を採用した場合（図２４参照）についても同様である。
【００７３】
複数の導体張出部において、同じ形状及び同じ位置に形成される必要はない。
【００７４】
複数組のグループＧが配列されている場合、各素子列４１の放射素子４１ａは列方向の位置が揃っていて、これら放射素子４１ａが列方向の直交方向に一列に配列されている。各素子列４１の放射素子４１ｂについても同様である。各素子列４２の放射素子４２ａ，４２ｂについても同様である。
【００７５】
ＲＦＩＣが各給電線路２３の信号波の位相を制御することによって、アンテナの指向性が制御されて広角化する。具体的には、ＲＦＩＣが各給電線路２３に同位相の信号波を供給すると、アンテナパターン層４０の表面の法線方角への電波の指向性が高い。隣り合う給電線路２３の信号波の位相差が大きくなるにつれて、電波の指向性の高い方角が法線方角に対してより傾斜する。なお、各給電線路２３の信号波の位相を制御することによってアンテナの指向性を制御することをビームフォーミングという。
【符号の説明】
【００７６】
１…アンテナ
３，５，１０３Ａ，１０３Ｂ，１０５Ａ，１０５Ｂ…キャパシタ
４，６、１０４Ａ，１０４Ａ２，１０４Ｂ，１０４Ｂ２，１０６Ａ，１０６Ａ２，１０６Ｂ，１０６Ｂ２…キャパシタ
１１…第１の誘電体層
１２…第２の誘電体層
２３…給電線路
２４，２４Ａ，２４Ｂ，２４Ａ２，２４Ｂ２，２５，２５Ａ，２５Ｂ，２５Ａ２，２５Ｂ２…導体張出部
３０…地導体層
３１，３２…スロット
４１ａ，４１ｂ，４２ａ，４２ｂ…放射素子
４１ｃ，４１ｄ，４２ｃ，４２ｄ…上部給電線路
４１ｅ，４２ｅ…ランド部
【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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【図２５】
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