(57)【要約】【課題】アレイアンテナの特性劣化の要因となる給電線からの不要輻射を排除する。【解決手段】アンテナを微小面状導体要素の集合で実現し、アレイアンテナが使用される無線システムの波長を周期とする該微小面状導体要素の密度分布を、特定の方位角に関する所定の長さ方向に形成する。【選択図】図１
2010081334.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
面内に分布する複数の微小面状導体要素の集合からなり、
該面の有する法線を基準とする特定の方位角に関する所定の長さ方向において、前記微小面状導体の分布密度の変化が周期性を持ち、
前記微小面状導体の一部が給電点を構成する
ことを特徴とする平板アレイアンテナ。
【請求項２】
請求項１において、
前記各微小面状導体がアンテナの放射導体と給電路の機能を備えている
ことを特徴とする平板アレイアンテナ。
【請求項３】
請求項１において、
前記特定の方位角に関する所定の長さ方向が単一であり、
前記微小面状導体の存在の有無によって生じる一次元の濃淡パタンを有する
ことを特徴とする平板アレイアンテナ。
【請求項４】
請求項１において、
前記特定の方位角に関する所定の長さ方向が二つであり、互いに直交しており、
前記微小面状導体の存在の有無によって生じる二次元の濃淡パタンを有する
ことを特徴とする平板アレイアンテナ。
【請求項５】
請求項１において、
動作波長をλとしたとき、前記微小面状導体の分布密度の変化の周期が、ｎ×λ／２（但し、ｎは自然数）の関係にある
ことを特徴とする平板アレイアンテナ。
【請求項６】
請求項１において、
前記分布密度の変化が濃淡パタンの周期的な繰り返しであり、
前記濃淡パタンの濃の部分に対応する導体の存在は対応する離散化された領域の８０％程度であり、淡の部分に対応する導体の存在は対応する離散化された領域の４０％程度である
ことを特徴とする平板アレイアンテナ。
【請求項７】
請求項１において、
前記各微小面状導体の平面形状は、矩形もしくは正多角形であることを特徴とする平板アレイアンテナ。
【請求項８】
請求項２において、
前記各微小面状導体の平面形状が矩形もしくは正方形であり、
前記微小面状導体要素は、隣接する前記微小面状導体と少なくとも１つの共通する辺を介して接することにより前記給電路を構成する
ことを特徴とする平板アレイアンテナ。
【請求項９】
請求項１において、
前記各微小面状導体が、金属材料、導電性ペーストもしくは導電性インク等の導電材料からなる薄膜で構成されている
ことを特徴とする平板アレイアンテナ。
【請求項１０】
請求項２において、
面内に分布する複数の微小面状導体要素であって、前記給電点を構成する微小面状導体要素を除く他の全ての微小面状導体要素が、１つの前記微小面状導体もしくは複数の前記微小面状導体からなる部分集合のいずれかと該微小面状導体の少なくとも１つ辺を共有することにより、前記給電路を構成している
ことを特徴とする平板アレイアンテナ。
【請求項１１】
請求項１において、
前記給電点を構成する前記微小面状導体が、他の前記微小面状導体で構成される短絡閉路によって直流的に短絡されている
ことを特徴とする平板アレイアンテナ。
【請求項１２】
請求項１において、
一体の平板導体に前記微小面状導体に相当する矩形もしくは正多角形を基本単位とする複数の穴が不規則に開けられた構造を有する
ことを特徴とする平板アレイアンテナ。
【請求項１３】
請求項１において、
前記複数の微小面状導体からなる導体パタンが１つの誘電体シートの上に形成されている
ことを特徴とする平板アレイアンテナ。
【請求項１４】
請求項１において、
誘電体で裏打ちされた平面状の一体の導体が、科学的あるいは物理的に、その一部の領域が前記微小面状導体に相当する矩形もしくは正多角形を基本単位として剥離された構造を有する
ことを特徴とする平板アレイアンテナ。
【請求項１５】
請求項７において、
前記各微小面状導体の各辺の長さは、動作波長の１／５０以下の長さを有する
ことを特徴とする平板アレイアンテナ。
【請求項１６】
平板アレイアンテナと半導体チップを具備して成り、
前記平板アレイアンテナは、
面内に分布する複数の微小面状導体要素の集合からなり、
該面の有する法線を基準とする特定の方位角に関する所定の長さ方向において、前記微小面状導体の分布密度の変化が周期性を持ち、
前記微小面状導体の一部が給電点を構成する
ことを特徴とする通信端末。
【請求項１７】
請求項１６において、
前記平板アレイアンテナの給電点に前記半導体チップを直接結合したインレットを有する
ことを特徴とする通信端末。
【請求項１８】
請求項１６において、
前記半導体チップは、無線通信機能とＲＯＭ機能を有するＲＦＩＤタグである
ことを特徴とする通信端末。
【請求項１９】
平板アレイアンテナを積層構造の表面層に具備して成り、
前記平板アレイアンテナは、
面内に分布する複数の微小面状導体要素の集合からなり、
該面の有する法線を基準とする特定の方位角に関する所定の長さ方向において、前記微小面状導体の分布密度の変化が周期性を持ち、
前記微小面状導体の一部が給電点を構成する
ことを特徴とする無線モジュール。
【請求項２０】
請求項１９において、
誘電体基層の表層に前記平板アレイアンテナの前記微小面状導体の集合である導体パタンが形成され、
前記誘電体基層の裏層を構成する高周波回路形成層に、送信回路、受信回路、周波数シンセサイザ、及び分波器が形成され、
前記表層に設けられた前記平板アレイアンテナの給電点が前記誘電体基層に設けられた結合孔を貫通し前記裏層の前記分波器と給電線によって結合されている
ことを特徴とする無線モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、平板アレイアンテナ及びそれを用いた通信端末に係り、特に、特定の方向に電磁波を集中させて、アンテナの指向性を向上させる面状アレイアンテナ及びそれを用いた通信端末並びに無線モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
アンテナは、その最大寸法を用いられるシステムの使用波長の数倍以上の寸法とすることで、特定の方向に電磁波を集中させて放射することかできる。このような構造は、単一の電磁波放射の最大方向を有する、１／２波長以下のアンテナを複数並べて、該アンテナが放射する電磁波の位相を調整することにより、該特定の方向に電磁波を集中させる、一種のアンテナシステムと考えることができ、アンテナを並べていることから、一般にアレイアンテナと呼称される。
【０００３】
特許文献１には、使用条件の変更に応じて、基板を作成後でも特性を簡便に可変できるスロットを作成可能な高周波基板を提供するために、導体層を構成する導体セルが、同一平面上に周期的に配列されているパタン構成、及び、マイクロストリップ線路による給電方法が開示されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−２４５９１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
図１２に、従来のアレイアンテナの構成例を示す。アレイアンテナは、複数の放射素子（アンテナ素子）７０が給電線７１で給電点７２に接続して構成されており、複数の放射素子７０が給電線を介して同相励振される。
【０００６】
アレイアンテナは、仮想的な複数のアンテナ素子から放射される位相の選択によって、特定の方向に電磁波を強く放射させる特性の他に、特定の方向に電磁波を放射させない特性を実現することもできる。電磁波の集中の度合いは、仮想的なアンテナ素子の数量で決定されるから、より強い集中を得るためには、より多くの仮想的なアンテナ素子が必要となる。また、このように複数の仮想的なアンテナ素子に電磁波のエネルギを供給するために、アレイアンテナのシステムは電力の分配回路として給電線を具備する必要がある。
【０００７】
従来技術のアレイアンテナが具備する給電線は、該アレイアンテナを構成する仮想的の複数アンテナ素子に電磁波のエネルギを供給するために、導体が用いられる。該仮想的アンテナ素子を複数並べて、これらアンテナ素子にエネルギを供給するためには、給電線はひとつのアンテナ素子への電力の供給口である給電点から複数のアンテナ素子への電気的結合を果たすために、一般に直交する２軸に張られた二次元構造を有する。アレイアンテナの目的は電磁波の集中的放射であるから、該アレイアンテナを構成する仮想的な複数のアンテナ素子は特定の一軸への電磁波の放射方向を有することが望まれる。しかしながら、本質的に該給電線は２軸へ広がった構造を持つために、該仮想的なアンテナ素子が期待される電磁波の一軸への放射方向とは異なった方向へ、該給電線は電磁波を放射してしまう問題があった。この問題を回避するべく、給電線からの電磁波放射を抑制するために、新たにシールド構造を導入することも考えられるが、アレイアンテナの構造が複雑になり製造コストが上がるのみならず、該シールド構造は電磁波の放射に寄与しないから、アンテナ動作とは無関係な体積が加わり、結果としてアレイアンテナ自体が大型化する問題も生じていた。
【０００８】
本発明の目的は、アレイアンテナの性能劣化、あるいは製造コストおよび構造的不利益を引き起こす給電線を等価的に排除することで、アレイアンテナの電気的・構造的特性向上を図ることのできる、アレイアンテナ及びそれを用いた無線端末並びに無線モジュールを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の代表的なものの一例を示せば以下の通りである。即ち、本発明の平板アレイアンテナは、面内に分布する複数の微小面状導体要素の集合からなり、該面の有する法線を基準とする特定の方位角に関する所定の長さ方向において、前記微小面状導体の分布密度の変化が周期性を持ち、前記微小面状導体の一部が給電点を構成することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、アレイアンテナの特性劣化の要因となる給電線からの不要輻射を排除することができ、給電線による所望方向以外の方向への電磁波放射によるアレイアンテナの特性劣化は解消され、且つ、給電線を遮蔽するための構造も不要となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
アンテナの設計手法の一つに、微小な導体要素を複数配置し、これら複数の導体要素の電磁気的相互作用の結果としてアンテナ動作をさせるという手法がある。近年の発達著しい計算機力を用いて、該複数の導体要素を平面あるいは空間に発生させ、得られた二次元あるいは三次元の微小面状導体の集合の電磁気特性をそのまま計算機で計算する。きわめて多数の種類で該発生を行い、該電磁気特性の計算結果による篩い分けを行うことで、所望のアンテナ特性を有する該微小面状導体の集合を見出そうとするものである。この手法をアレイアンテナに適用し、特定の方位角方向に対応する所定の長さ方向に、該アレイアンテナが適用されるシステムが用いる電磁波の波長を周期とする、該複数の微小面状導体の存在密度の大小を生成することで、給電線を構造内に明確に含まない、特定方向に電磁波を集中して放射することの出来るアンテナ構造を得ることができる。
【００１２】
得られるアンテナ構造は、複数の微小面状導体を周期性を持つ存在の密度関係だけを用いて、発生させるため、アレイアンテナの電磁波を特定方向に集中して放射させるための、アンテナ構造は仮想的な複数アンテナの周期性を明瞭に示しており、このため該特定方向に電磁波は強く放射される。一方、アンテナ構造を構成する複数の微小面状導体は、お互いの電磁気的相互作用を唯一の判断基準として、平面的あるいは空間的に配置されるため、該微小面状導体自身が電磁波の放射に寄与する放射素子のみならず、電力を受け取る給電路の作用も果たしている。このため、専ら該仮想的な複数のアンテナに電力を供給する役割を担う給電線は、該アレイアンテナは構造として含むことはない。このため、給電線による所望方向以外の方向への電磁波放射によるアレイアンテナの特性劣化は解消され、且つ、給電線を遮蔽するための構造も不要となる。
【００１３】
本発明を実施するために、二次元領域を微小領域によって離散化し、該離散化された個々の領域に便宜的に０と１の二状態を割り振る。０が割り当てられた領域には導体が存在せず１が割り当てられた領域には導体が存在するとする。該離散化された領域に番地を割り当て、各番地に０と１を対応させる。該二次元領域を包含する面の有する法線を基準とする特定の方位角に関する所定の長さ方向に沿って、番地を順次割り付ける。二次元領域の該所定の長さ方向の始点となる一点より始めて、該所定の長さ方向に沿って該番地を一つずつ繰り上げて行き、該所定の長さ方向の終点となる一点に該番地がたどり着いたら、二次元領域の該所定の長さ方向の該始点と隣接する次の該所定の長さ方向の始点となる一点に戻り、同様の番地付けを順次行う。このような番地付けを該二次元領域のすべてについて行う。
【００１４】
離散化された領域すべてに番地が付与された二次元領域において、該特定の方位角に関する所定の長さ方向に一定の周期によって領域を分割する。該周期に従って、二次元領域に１の存在する密度分布が生じるように、一周期の該長さ方向の中心を最大値とする対称凸型分布を有するような乱数の分布を発生させる。一方、一周期の該長さ方向と直交する二次元領域内の方向には一様分布を有するような乱数を発生させる。このような操作により、離散化された領域には二つの異なる種類の乱数が割り当てられる。
【００１５】
適当な閾値を設けて、これら二つの乱数から同一の関数によって得られる値が該閾値を超えた場合は１を超えない場合は０を該領域に割り当てる。該関数としては、例えば単純和あるいは単純積等が挙げられる。
【００１６】
以上の操作をすべての該離散化された領域に対して行った後に、適当な製造方法で何もない状態から１が割り当てられた該領域に導体を生成するか、該領域のすべてに導体が存在する状態から０が割り当てられた該領域に対して導体を除去することにより、本発明の平板アレイアンテナは実現される。
【００１７】
以下、図を参照しつつ、本発明の実施例を詳細に説明する。
【実施例１】
【００１８】
図１乃至図３により、本発明の第１の実施例を説明する。図１の（Ａ）は、本発明からなる平板アレイアンテナの遠方俯瞰図、図１（Ｂ）は特定の方位角に関する所定の長さ方向（Ｘ軸方向）に沿った４周期分の導体パタンを拡大して示した図、図１Ｃは、本実施例の平板アレイアンテナの形状を説明する斜視図である。図２、図３、本実施例の平板アレイアンテナの設計手順を説明する図である。
【００１９】
本実施例の平板アレイアンテナ（面状アンテナ）１は、細い幅で長手方向に伸びた線状アレイアンテナ、すなわち、特定の方位角（θ）に関する所定の長さ方向（Ｘ軸方向）が単一である。本実施例の平板アレイアンテナ１は、単一の方位角（θ）方向に電磁波を一次元的に集中して放射させるべく設計されたもので、該平板アレイアンテナの平板構造面内の同方位角（θ）に直交する方向には該電磁波の集中は意図していない。
【００２０】
平板アレイアンテナ１は、複数の微小面状導体（アンテナ素子）１００の集合からなり、そのうちの隣り合う少なくとも二つの微小面状導体が給電点９を形成する。すなわち、平板アレイアンテナ１は、図に示したＸ軸、Ｙ軸方向成分を有する平面内に面状に分布する微小面状導体要素１００の多数の集合体からなり、アンテナ面の有する法線（Ｚ軸方向）を基準とする特定の方位角（θ）に関する所定の長さ方向（Ｘ軸方向）に、これら微小面状導体の密度変化が周期性を持ち、かつ微小面状導体が放射導体と給電路を兼ねている。なお、本発明における微小面状導体１００の平面形状は、矩形に限定されるものではなく、正方形、正三角形、正六角などの正多角形を含んでいるものとする。正方形や矩形にすると、導体パタンの計算が容易であり、かつ、電流も流れやすいという利点がある。
【００２１】
本実施例では、図１（Ｂ）に拡大して示したように、多数の微小面状導体要素１００の中から選ばれた、特定の隣り合う二つの微小面状導体１００ａ、１００ｂが給電点９を形成している。さらに、１つの微小面状導体１００の少なくとも１つの辺が隣接する他の微小面状導体１００の辺と接する（少なくとも１つの辺を他の微小面状導体と共有する）ことで、隣接する２つの微小面状導体間での電力の送受を行う給電路としの機能を果たしている。給電点９から離れた位置にあるいずれかの微小面状導体１００は、給電点９から給電経路すなわち他の微小面状導体を経由して電力が供給されることで、電磁波の放射に寄与する放射素子として機能する。換言すると、いずれの辺も他の微小面状導体の辺と接しない微小面状導体１００は、給電点９との間で給電経路が形成されず、電磁波の放射に寄与する放射素子としての寄与は小さい。
【００２２】
微小面状導体要素１００の分布、換言すると導体パタンの分布、はランダムではあるものの、全体として平板アレイアンテナ１の長さ方向に、密（濃）領域と、中間領域と、疎（淡）領域が繰り返し存在している。したがって、これら複数の微小面状導体の個々が判別できないほど十分に遠方から平板アレイアンテナ１を俯瞰すると、図１（Ａ）に示したように、この平板アレイアンテナが用いられる無線システムの波長（動作波長）λに比例した周期を有する、該微小面状導体の存在の有無によって生じる、一次元の濃淡パタンが観測される。すなわち、平板アレイアンテナ１はその長さ方向にＬ（Ｌ１＝Ｌ２…＝Ｌ）の幅で濃淡パタン（密度）が周期的に変化している。このとき、Ｌ＝ｎ×λ／２の関係にある（ｎは自然数）。すなわち、微小面状導体の分布密度が、半波長の倍数の間隔で周期的に高低を繰り返している。各アンテナ素子（微小面状導体要素）に供給される電流、ひいては各アンテナ素子から放射される電磁波も、この濃淡のパタンに対応する。平板アレイアンテナの全体の面内における導体の割合は、５０％程度である。
【００２３】
なお、図１（Ｂ）では、分かり易くするために、各微小面状導体１００間に仕切り線を表示しているが、実際には、平板アレイアンテナ１は、均一な薄膜、換言すると薄いシート状の抵抗を有する導体層、が給電点９を中心にしてＸ，Ｙ軸方向にランダムに伸びることで各微小面状導体毎に分割されること無く一体的に形成された構成となっていることはいうまでもない。微小面状導体の具体的な形状は、Ｘ，Ｙ軸方向の各辺の長さが数ｍｍ以下の矩形であり、厚みは、数μｍ〜数十μｍである。好ましくは、微小面状導体１００は、銅などのように電気的抵抗の小さい金属材料、導電性ペースト、導電性インク等の導電材料の薄膜で構成されている。
【００２４】
すなわち、平板アレイアンテナ１は、図１Ｃに示したように、より具体的な構成例として、厚みが１７μｍ〜３０μｍであり、長手方向に数ｍｍ乃至数ｃｍの長さを有する面状の平板である。そして、アレイアンテナ構造の中に、給電点９が形成されている。本実施例の微小面状導体１００は、導電材料（金属材料、導電性ペースト、導電性インク等）の成膜や塗布などの方法で形成される。
【００２５】
電磁気学が教えるところによれば、導体上を流れる電流の向きと、同電流が生成する電磁波の電界の向きは遠方では同じ向きとなるので、アンテナを構成する細幅導体線路（微小面状導体）の集合を同一平面に形成し、該導体線路の集合の一点を給電点としたときに、該各導体線路を波長に比べて十分に小さく（１／５０以下）分割した各点における誘起電流の複素ベクトルの該同一平面上に設定された任意の直交する２軸に対する射影の総和を夫々の軸についてとると、各総和の振幅の該２軸に関する和がアンテナの利得に対応する。
【００２６】
次に、本発明のアンテナの設計手法について説明する。  
本新原理に基づく具体的なアンテナ構造を生成する設計アルゴリズムは種々考えられるが、最も簡単なアルゴリズムとして、アンテナが占めるべき領域を予め与え、該領域を小領域（例えば矩形領域）に再分割し、その分割した領域に導体が存在するか否かの状態をランダムに計算機で決定し、得られる細幅導体線路（小領域の寸法が細幅に対応）の集合に対応する導体分布パタンの上で、更にランダムに給電点を選ぶことにより新原理による、アレイアンテナの候補を作成し、同候補のアンテナが実際要求された利得を実現するかを随時検証してゆけばよい。
【００２７】
このような新原理アンテナのランダム検索によって、図１に示すような矩形領域内に板状アレイアンテナが得られる。
【００２８】
次に、本発明の一実施の形態を、図１〜図３を用いてさらに説明する。  
本実施例の分布位相型アレイアンテナの構造は図１に示した通りであり、仮想平面上に、給電点９と細幅導体線路（微小面状導体）の集合が形成されている。図２は、第１の実施例における平板アレイアンテナ探索のための分割平面図である。
【００２９】
本構造の探索は、図２のように仮想平面１１０を、正方小領域１２１を用いて分割（ｗ×ｈ＝９×９＝８１）した分割平面１２０の、各正方小領域を分割平面１２０上に残存させるか除去するかの２状態を計算機によってランダムに決定しアンテナの候補パタンを生成する。
【００３０】
この候補パタンごとに、給電の候補点１２３を正方小領域の内辺について一通りすべて設定し、候補パタンのアンテナ特性（給電点でのインピーダンス整合状態と遠方放射界の利得）を計算し、整合・利得共に許容範囲にあるものを分布位相型アンテナとして採用する。このようにして、高い利得を確保しつつ、所望の指向性を有するアレイアンテナを得ることができる。
【００３１】
本実施例のパタン生成法を、図３フローチャートとして示す。  
先ず、微小領域残存率（Ｒ）の読込み（Ｓ１）、微小平面寸法（Ｗ×Ｈ）の読込み（Ｓ２）、微小領域寸法（ｗ×ｈ）の読込み（Ｓ３）、最大利得許容値（ＴG）の読込み（Ｓ５）をそれぞれ行ってこれらを設定値とする。    
分割平面１２０上の正方小領域の残存率（Ｒ）はランダム除去操作の際に予め決定しておく。
【００３２】
次に、分割平面１２０の微小領域をインデックス化（Ｓ４）を行う。このインデックス化は、図２に示した正方小領域１２１を順次１からＮ（＝Ｗ／ｗ × Ｈ／ｈ）まで番号付けを行うと共にこれをインクリメントする。
【００３３】
微小領域ランダム計算（Ｓ６）では、ステップＳ４でインデックス化された微小領域のそれぞれについて、ｒ（ｉ）＝０ｏｒ１（１は残存領域、０は除去領域）かを判断し、残存領域（ｒ（ｉ）＝１）の総数Ｍ＝ＮＵＭ（ｉ）を求め、残存率Ｒ＝Ｍ／Ｎを計算する。
【００３４】
このＳ５とＳ６のステップで、微小平面寸法（Ｗ×Ｈ）で、設定の残存率Ｒのアンテナの候補パタンがランダムに生成される。
【００３５】
次に、この候補パタンの微小領域に給電点の候補点１２３、すなわち給電点（ｆｊ）を順次設定（Ｓ７）する。給電点（ｆｊ）は、１からＬ（Ｌ＝（Ｗ／ｗ−１）×Ｈ／ｈ＋Ｗ／ｗ×（Ｈ／ｈ−１））まで、順次設定していく。
【００３６】
給電点の設定により、各微小領域に誘起する電流分布が求まるため、給電点反射係数（ｒｅｆ）からのアンテナ特性の計算を行い（Ｓ８）、さらに、次のステップ（Ｓ９）で微小領域の複素電流を計算し、微小領域毎に縦方向Ｉｈ（ｒ（ｉ））、横方向Ｉｗ（ｒ（ｉ））を求める。
【００３７】
この微小領域毎の複素電流を求めた後、次のステップ（Ｓ１０）で複素電流ベクトル和の計算を行う。
【００３８】
この計算は、まず、直交する二方向（ｗ方向とｈ方向）の利得和
Ｇ＝｜ΣＩｈ（ｒ（ｉ））｜＋｜ΣＩｗ（ｒ（ｉ））｜）
を計算する。
【００３９】
更に、設定した給電点に誘起する電流値の逆数（Ｉｅ-１）と、想定しているアンテナと結合する高周波回路の特性インピーダンス（Ｚｏ）を用いて、反射係数の振幅ｒｅｆを計算する。
【００４０】
ｒｅｆ＝｜（Ｉｅ-１−Ｚｏ）／（Ｉｅ-１＋Ｚｏ）｜
次に、ステップＳ１１において、ステップＳ１０で求めた複素ベクトルの加算値が、振幅において概略等しく、位相において概略９０度の位相差があるかどうかの判断を行う。
【００４１】
この判断では、ステップＳ４で読み込んだ許容値以内かどうか、すなわち反射係数の振幅ｒｅｆが反射係数許容値（Ｔref ）か、最大利得許容値（ＴG）かの条件を満たしているかどうか、
ｒｅｆ ＜Ｔref，  Ｇ＞ ＴG
を判断する。
【００４２】
このステップ１１の判断で、上記の条件を満たしていない場合（Ｎｏ）には、ステップＳ７に戻り、給電点の候補点１２３を変えて、上記のフローを繰り返し、上記の条件を満たした場合（Ｙｅｓ）には、終了する。
【００４３】
本実施例においては、周期の寸法において濃淡パタンの内、濃の部分に対応する導体の存在は対応する離散化された領域の８０％程度であり、淡の部分に対応する導体の存在は対応する離散化された領域の４０％程度である。また、導体パタンの設計に関する乱数発生の分布は正規分布を用いた。該平板アレイアンテナを該微小面状導体の個々を判別できる近傍で眺めると、局所的には該微小面状導体の分布はランダムであり、隣り合う電気的に直接結合していない二つの該微小面状導体によって給電点９が形成されている。
【００４４】
なお、本実施例のアレイアンテナ１は、長さや幅に比べて極めて薄い構造であるため、アンテナ単体では本来の線状の形状を維持する機械的な強度が不足している場合がある。そのため、本実施例のアレイアンテナは、他の部材や物品、例えば各種機器の表面、機器の収納容器や包装部材あるいは機器の搬送容器等の表面上に貼り付け、印刷あるいは埋め込むなどして機械的な強度を確保し、その本来の形状を維持できる状態で使用されるのが望ましい。
【００４５】
図１より明らかなように、本実施例のアレイアンテナには、給電点９から各々放射素子として機能する各微小面状導体（アンテナ素子）に電力を分配する枝構造（給電線）が該周期の寸法において存在しない。
【００４６】
従って、本実施例によれば、従来技術のアレイアンテナの問題点であった給電線からの電磁波の不要放射によるアンテナ利得の低下、給電線から放射される電磁波と放射導体から放射される電磁波の干渉による特定放射方向における利得の落ち込みの問題を解決できる。
【００４７】
すなわち、本実施例によれば、アレイアンテナに給電線が存在しないため、所望方向以外の方向への電磁波放射によるアレイアンテナの特性劣化は解消され、且つ、給電線を遮蔽するための構造も不要となる。
【実施例２】
【００４８】
図４により、本発明の第２の実施例を説明する。図４は、本発明の第２の実施例になる平板アレイアンテナの遠方俯瞰図と、二次元的周期構造の特定の一周期分の寸法における導体パタンを示した図である。
【００４９】
本実施例の平板アレイアンテナ１は、面状アレイアンテナ、すなわち、特定の方位角（θ）に関する所定の長さ方向が二つ（Ｘ軸方向、Ｙ軸方向）であり、互いに直交している。本実施例の平板アレイアンテナは、単一の方位角（θ）方向に電磁波を二次元的に集中して放射させるべく設計されたものである。平板アレイアンテナ１は、右側に拡大して示したように、微小面状導体１００の集合からなり、該微小面状導体の個々が判別できないほど十分に遠方から俯瞰すると、該平板アレイアンテナが用いられる無線システムの波長λを周期とする、該微小面状導体の存在の有無によって生じる、二次元の濃淡パタンが、矩形平面の左上から右下方向に伸びる対角線に沿って、観測される。図中、Ｗは淡、Ｇは（中間）、Ｂは濃のパタンを示している。
【００５０】
本実施例においては、周期の寸法において濃淡パタンの内濃の部分に対応する導体の存在は対応する離散化された領域の８０％程度であり、淡の部分に対応する導体の存在は対応する離散化された領域の２０％程度である。また、設計に使用した乱数の分布は正規分布である。該平板アレイアンテナを該微小面状導体の個々を判別できる近傍で眺めると、局所的には該微小面状導体の分布はランダムであり、隣り合う電気的に直接結合していない二つの該微小面状導体によって給電点９が形成されている。
【００５１】
給電点９から離れた位置にあるいずれかの微小面状導体１００は、給電点９から給電経路すなわち他の微小面状導体を経由して電力が供給されることで、電磁波の放射に寄与する放射素子として機能する。換言すると、いずれの辺も他の微小面状導体の辺と接しない微小面状導体１００は、給電点９との間で給電経路が形成されず、電磁波の放射に寄与する放射素子として機能しない。
【００５２】
なお、平板アレイアンテナ１は、図に示した矩形状に限らず、円板状のものであっても良い。この場合、二次元の濃淡パタンは同心円状に拡大する。
【００５３】
本実施例によれば、従来技術のアレイアンテナの問題点であった給電線からの電磁波の不要放射によるアンテナ利得の低下、給電線から放射される電磁波と放射導体から放射される電磁波の干渉による特定放射方向における利得の落ち込みの問題を、二次元アレイアンテナの動作下において解決できる。
【００５４】
すなわち、本実施例によれば、アレイアンテナに給電線が存在しないため、所望方向以外の方向への電磁波放射によるアレイアンテナの特性劣化は解消され、且つ、給電線を遮蔽するための構造も不要となる。
【実施例３】
【００５５】
図５により、本発明の第３の実施例を説明する。図５は、本発明の第３の実施例になる平板アレイアンテナの遠方俯瞰図（Ａ）と、特定の方位角に関する所定の長さ方向に沿った４周期分の導体パタンを示した図（Ｂ）である。
【００５６】
本実施例の平板アレイアンテナの設計においては、図１の実施例の平板アレイアンテナの設計と同様の考え方を用いている。本実施例の平板アレイアンテナは、該微小面状導体からなる部分集合が、必ず辺を介して他の部分集合と電気的に接触しており、他の部分集合と電気的に接触しない構造を有しない。すなわち、図１の実施例との違いは、平板アレイアンテナの構成要素である微小面状導体１００あるいは同微小面状導体の集合が、他の微小面状導体あるいは同微小面状導体の集合と共通辺を有しない構造、いわゆる浮島構造を持たないことである。
【００５７】
浮島構造はアンテナの給電点に対して絶対電位を持たないから、アンテナの周囲に導体・誘電体・磁性体が近接した場合に、該浮島構造の電位が容易に変化するため、同周囲環境に対するアンテナ特性の依存度が大きい。
【００５８】
本実施例によれば、アレイアンテナに給電線が存在しないため、所望方向以外の方向への電磁波放射によるアレイアンテナの特性劣化は解消され、且つ、給電線を遮蔽するための構造も不要となる。また、本実施例によれば、平板アレイアンテナの、同アンテナの置かれる周囲環境に対する特性変化を抑制出来、同平板アレイアンテナを用いた無線システムの動作を安定化させる効果がある。
【実施例４】
【００５９】
図６により、本発明の第４の実施例を説明する。図６は、本発明の第４の実施例になる平板アレイアンテナの遠方俯瞰図（Ａ）と、特定の方位角に関する所定の長さ方向に沿った４周期分の導体パタンを示した図（Ｂ）である。
【００６０】
本実施例の平板アレイアンテナの設計においては、図１の実施例の平板アレイアンテナの設計と同様の考え方を用いている。図１の実施例との違いは、給電点９が閉路１０によって直流的に短絡されていることである。すなわち、給電点９が２つの微小面状導体１００の各一辺が接する位置に設けられており、給電点を構成するこれら２つの微小面状導体の各々において１辺が隣接する他の微小面状導体１００の辺と接しており（少なくとも１つの辺を他の微小面状導体と共有する）、さらに、隣接する２つの微小面状導体が辺で接触しながら全体として経路長の短い閉ループすなわち短絡閉路５を形成している。
【００６１】
本実施例によれば、アレイアンテナに給電線が存在しないため、所望方向以外の方向への電磁波放射によるアレイアンテナの特性劣化は解消され、且つ、給電線を遮蔽するための構造も不要となる。また、給電点９にサージ電力が印加されたとしても、給電点には高い電圧が発生しないので、平板アレイアンテナに接続される高周波回路および半導体チップを静電破壊より守る効果がある。
【実施例５】
【００６２】
図７により、本発明の第５の実施例を説明する。図７は、本発明の第５の実施例になる平板アレイアンテナの遠方俯瞰図（Ａ）と、特定の方位角に関する所定の長さ方向に沿った４周期分の導体パタンを示した図（Ｂ）である。
【００６３】
本実施例の平板アレイアンテナの設計においては、図１の実施例の平板アレイアンテナの設計と同様の考え方を用いている。図１の実施例との違いは、平板アレイアンテナの構成要素である微小面状導体あるいは同微小面状導体の集合が、他の微小面状導体あるいは同微小面状導体の集合と共通辺を有しない構造、いわゆる浮島構造を持たず、且つ、給電点９が短絡閉路５によって直流的に短絡されていることである。
【００６４】
本実施例によれば、図５の実施例と図６の実施例の効果を両立させることができる。
【実施例６】
【００６５】
図８（図８Ａ、図８Ｂ）により、本発明の第６の実施例を説明する。図８Ａは、平板アレイアンテナ１を製造するための導体板１０を示した図、図８Ｂは、本発明の第６の実施例になる平板アレイアンテナの導体パタンを示した図である。
【００６６】
本実施例の平板アレイアンテナの設計においては、図１の実施例の平板アレイアンテナの設計と同様の考え方を用いている。図１の実施例との違いは、平板アレイアンテナの構成要素である微小面状導体１００あるいは同微小面状導体の集合が、全て、他の微小面状導体あるいは同微小面状導体の集合と共通辺を有していることである。換言すると、平板アレイアンテナ１が、他の微小面状導体あるいは同微小面状導体の集合と共通辺を有しない構造、いわゆる浮島構造を持たないのみならず、同微小面状導体が角のみで他の同微小面状導体と結合する構造を有しないことである。なお、給電点９は経路長のより短い短絡閉路５によって直流的に短絡されているように構成しても良い。
【００６７】
本実施例の平板アレイアンテナ１は、一体の平板導体（導体板）１０に各微小面状導体に相当する矩形もしくは正多角形を単位とする複数の穴、換言すると微小面状導体１００の存在しない領域、が不規則に開けられた構造と表現することもできる。
【００６８】
本実施例によれば、平板アレイアンテナ１を、導体板１０から打ち抜きプロセスで作成した場合、いずれかの微小面状導体１００が分離脱落することが無く、全体として、平板アレイアンテナ１の平面形状は維持される。このように、平板アレイアンテナ１を、導体板１０からの打ち抜きプロセスで実現できるので、実施例１等の効果に加えて、アンテナの製造コストを低減できる効果がある。
【実施例７】
【００６９】
図９（図９Ａ、図９Ｂ）により、本発明の第７の実施例を説明する。図９Ａは、平板アレイアンテナ１を製造するための誘電体シート及び導体シートを示し、図９Ｂは、本発明の第７の実施例になる平板アレイアンテナの導体パタンを示した図である。
【００７０】
本実施例の平板アレイアンテナの設計においては、図１の実施例の平板アレイアンテナの設計と同様の考え方を用いている。図９Ａに示すように、平板アレイアンテナ用の素材として、誘電体シート３０に導体シート２０が接着されたものを使用する。そして、エッチングプロセスにより、該導体シート２０は第１の実施例などで述べた濃淡パタンのようにパターンニングされ、結果として複数の微小面状導体１００からなる導体パタンが該誘電体シート３０の上に形成される。なお、給電点９は経路長のより短い短絡閉路５によって直流的に短絡されているように構成しても良い。
【００７１】
本実施例の平板アレイアンテナ１は、誘電体（誘電体シート３０）で裏打ちされた一体平面状の導体（導体シート２０）が、科学的あるいは物理的に、各微小面状導体に相当する矩形もしくは正多角形を単位としてその一部の領域が剥離された、換言すると微小面状導体１００の存在しない領域を有する、構造と表現することもできる。
【００７２】
本実施例によれば、実施例１等の効果に加えて、平板アレイアンテナ１を、製造精度の高く、量産に富む化学光学的加工プロセスで実現できるので、量産効果および歩留まり向上により該アンテナの製造コストを低減する効果がある。
【実施例８】
【００７３】
図１０（図１０Ａ、図１０Ｂ）により、本発明の第８の実施例を説明する。図１０Ａは、本発明の第８の実施例になる平板アレイアンテナを用いたインレットの構造を示した図である。インレットは、例えば、図９の実施例で製作された平板アレイアンテナ１の給電点９に、半導体チップ４０を直接結合して実装することにより、形成される。
【００７４】
図１０Ｂに、半導体チップ４０の一例として、ＲＦＩＤタグを示す。ＲＦＩＤタグは、例えば０.４mm角のICチップで構成され、無線通信機能とＲＯＭ機能しか持たないチップである。ＲＦＩＤタグ４０のＲＯＭに記憶されている固有のＩＤ番号を基地局のリーダに送信するため、ＲＦＩＤタグ４０を平板アレイアンテナ１に接合することで、インレットとして使用する。このＲＦＩＤタグ４０は、平板アレイアンテナ１により基地局から送信された電磁波のエネルギが取り込まれ整流回路４２にて直流電源に変換される。さらにこの直流電源で動作するマイクロプロセッサ４４が変調回路４３を駆動し、アンテナ１の負荷インピーダンスに変調が施され、受信波の振幅が変調された電磁波がアンテナ１から放射される。このようにして、ＲＦＩＤタグ４０は、基地局に対して自分のＩＤ番号を知らせる機能を有している。
【００７５】
本実施例によれば、アレイアンテナ１に給電線が存在しないため、所望方向以外の方向への電磁波放射によるアレイアンテナの特性劣化は解消され、且つ、給電線を遮蔽するための構造も不要となる。また、本実施例による平板アレイアンテナおよび半導体チップは共に、大量生産可能であるために、ＲＦＩＤタグ等の無線システムの端末局を安価に実現する効果がある。
【実施例９】
【００７６】
図１１により、本発明の第９の実施例を説明する。図１１は、本発明の第８の実施例になる平板アレイアンテナを用いた無線モジュールの構造を示した図である。本実施例は、平板アレイアンテナ１を積層構造の表面層に具備する無線モジュールである。誘電体基層３の表層に平板アレイアンテナ１の微小面状導体１００の集合である導体パタンが形成され、該誘電体基層３の裏層（高周波回路形成層）４には、送信回路３１、受信回路３２、周波数シンセサイザ３３、分波器３４が設置される。表層に設けられた平板アレイアンテナ１の給電点は誘電体基層３に設けられた結合孔４２を貫通し裏層の分波器３４と極短い給電線４１によって結合される。平板アレイアンテナ１及び高周波回路形成層４には、電源回路（図示略）から電力が供給される。
【００７７】
高周波回路形成層４の送信回路３１と受信回路３２には、周波数シンセサイザ３３より所望の周波数有する正弦波信号が供給される。送信回路３１と受信回路３２は分波器３４に結合し、該分波器３４に電気的に結合したアンテナ１の受信信号を受信回路３２に伝達し、送信回路３１の出力をアンテナ１に供給する。
【００７８】
本実施例において、誘電体基層３の表層の平板アレイアンテナ構造と裏層（高周波回路形成層）４に設置された高周波回路の配線構造は、誘電体基層３の表面及び裏面に形成される導体パタンであるから、容易に一連の多層基板プロセスで実現可能である。そのため、本実施例に拠れば、ＲＦＩＤリーダ等の無線システムのアンテナ内蔵高周波モジュールを安価に実現することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】本発明の第１の実施例になる平板アレイアンテナの構成を示す図であり、（Ａ）は平板アレイアンテナの遠方俯瞰図、（Ｂ）は導体パタンを拡大して示した図、（Ｃ）は斜視図である。
【図２】第１の実施例における平板アレイアンテナ探索のための分割平面図である。
【図３】第１の実施例におけるパタン生成法を示すフローチャートである。
【図４】本発明の第２の実施例になる平板アレイアンテナの遠方俯瞰図と、二次元的周期構造の特定の一周期分の寸法における導体パタンを示した図である。
【図５】本発明の第３の実施例になる平板アレイアンテナの遠方俯瞰図（Ａ）と、特定の方位角に関する所定の長さ方向に沿った４周期分の導体パタンを示した図（Ｂ）である。
【図６】本発明の第４の実施例になる平板アレイアンテナの遠方俯瞰図（Ａ）と、特定の方位角に関する所定の長さ方向に沿った４周期分の導体パタンを示した図（Ｂ）である。
【図７】本発明の第５の実施例になる平板アレイアンテナの遠方俯瞰図（Ａ）と、特定の方位角に関する所定の長さ方向に沿った４周期分の導体パタンを示した図（Ｂ）である。
【図８Ａ】本発明の第６の実施例になる平板アレイアンテナを製造するための導体板を示す図である。
【図８Ｂ】本発明の第６の実施例になる平板アレイアンテナの導体パタンを示した図である。
【図９Ａ】本発明の第７の実施例になる平板アレイアンテナを製造するための誘電体シート及び導体シートを示す図である。
【図９Ｂ】本発明の第７の実施例になる平板アレイアンテナの導体パタンを示した図である。
【図１０Ａ】本発明の第８の実施例になる平板アレイアンテナを用いたインレットの構造を示した図である。
【図１０Ｂ】第８の実施例における半導体チップの一例としてのＲＦＩＤタグを示す図である。
【図１１】本発明の第９の実施例になる平板アレイアンテナを用いた無線モジュールの構造を示した図である。
【図１２】従来のアレイアンテナの構成例を示す図である。
【符号の説明】
【００８０】
１…平板アレイアンテナ、２…平板アレイアンテナ、３…誘電体基層、４…高周波回路形成層、５…短絡閉路、９…給電点、１０…導体板、２０…導体シート、３０…誘電体シート、３１…送信回路、３２…受信回路、３３…周波数シンセサイザ、３４…分波器、４０…半導体チップ、４１…給電線、４２…結合孔、１００…微小面状導体、１００ａ…給電点を構成する微小面状導体、１００ｂ…給電点を構成する微小面状導体。
【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８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１】
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【図１２】
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