(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１導体と、
前記第１導体に少なくとも一部が対向している第２導体と、
前記第１導体に設けられた複数の第１開口と、
前記第１開口の中にそれぞれ設けられ、一端が前記第１導体に接続しており、他端は開放端である複数の配線と、
前記第１導体又は前記第２導体に接続している給電線と、
を備え、
前記第１開口及び前記配線を含む単位セルが繰り返し配列されている共振器アンテナ。
【請求項２】
請求項１に記載の共振器アンテナにおいて、
前記配線、前記第１開口、及び前記第１導体は、一体的に形成されている共振器アンテナ。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の共振器アンテナにおいて、
前記配線と前記第２導体のうち前記配線に対向する部分が伝送線路を形成している共振器アンテナ。
【請求項４】
請求項３に記載の共振器アンテナにおいて、
前記伝送線路はマイクロストリップ線路である共振器アンテナ。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一つに記載の共振器アンテナにおいて、
前記第１開口内に位置し、前記配線から分岐している分岐配線を備える共振器アンテナ。
【請求項６】
第１導体と、
前記第１導体に少なくとも一部が対向している第２導体と、
前記第１導体に設けられた、形状が正方形又は長方形の複数の第１開口と、
前記第１開口の中に設けられ、一端が前記第１導体に接続している複数の配線と、
前記第１導体又は前記第２導体に接続している給電線と、
を備え、
前記第１開口及び前記配線を含む単位セルが繰り返し配列されており、
前記第１導体及び前記第２導体のいずれか一方は、正方形又は長方形であり、かつ各辺の長さが前記第１開口の配列周期の整数倍である共振器アンテナ。
【請求項７】
請求項６に記載の共振器アンテナにおいて、
前記第１開口の中に前記第１導体から分離して設けられ、前記配線の他端が接続している島状の第３導体を備える共振器アンテナ。
【請求項８】
請求項７に記載の共振器アンテナにおいて、
前記第１導体、前記第１開口、前記配線、及び前記第３導体は一体的に形成されている共振器アンテナ。
【請求項９】
請求項７又は８に記載の共振器アンテナにおいて、
前記第１開口内に複数の前記第３導体を有しており、かつ、前記複数の第３導体毎に前記配線を有している共振器アンテナ。
【請求項１０】
請求項７〜９のいずれか一つに記載の共振器アンテナにおいて、
前記第２導体に設けられ、平面視において前記配線と重なっている第２開口を備える共振器アンテナ。
【請求項１１】
第１導体と、
前記第１導体に少なくとも一部が対向している第２導体と、
前記第１導体に設けられた複数の第１開口と、
前記第１開口の中にそれぞれ設けられ、一端が前記第１導体に接続している複数の配線と、
前記第１導体又は前記第２導体に接続している給電線と、
前記複数の第１開口のそれぞれの中に前記第１導体から分離して設けられ、前記配線の他端が接続している島状の第３導体と、
前記第２導体に設けられ、平面視において互いに異なる前記配線に重なっている複数の第２開口と、
を備える共振器アンテナ。
【請求項１２】
請求項１１に記載の共振器アンテナにおいて、
前記第１導体、前記第１開口、前記配線、及び前記第３導体は一体的に形成されている共振器アンテナ。
【請求項１３】
請求項１１又は１２に記載の共振器アンテナにおいて、
前記第１開口内に複数の前記第３導体を有しており、かつ、前記複数の第３導体毎に前記配線を有している共振器アンテナ。
【請求項１４】
請求項１１〜１３のいずれか一つに記載の共振器アンテナにおいて、
前記第１開口及び前記配線は複数設けられ、
前記第１開口及び前記配線を含む単位セルが繰り返し配列されている共振器アンテナ。
【請求項１５】
請求項１〜１０、および１４のいずれか一つに記載の共振器アンテナにおいて、
前記複数の配線の長さが互いに等しい共振器アンテナ。
【請求項１６】
請求項１〜１０、１４、および１５のいずれか一つに記載の共振器アンテナにおいて、
前記複数の配線は、前記一端が周期的な配列を有している共振器アンテナ。
【請求項１７】
請求項１〜１０、および１４〜１６のいずれか一つに記載の共振器アンテナにおいて、
前記複数の第１開口は互いに同一の形状を有していて同じ向きを向いており、かつ周期的に配置されている共振器アンテナ。
【請求項１８】
請求項１７に記載の共振器アンテナにおいて、
前記単位セルは互いに同一の構成を有しており、かつ同じ向きを向いている共振器アンテナ。
【請求項１９】
請求項１〜１０、および１４〜１８のいずれか一つに記載の共振器アンテナにおいて、
前記複数の単位セルが２次元配列を有している共振器アンテナ。
【請求項２０】
請求項１〜１０、および１４〜１９のいずれか一つに記載の共振器アンテナにおいて、
前記複数の単位セルが１次元配列を有している共振器アンテナ。
【請求項２１】
請求項１〜２０のいずれか一つに記載の共振器アンテナにおいて、
前記配線は直線状又は折れ線形状に延伸している共振器アンテナ。
【請求項２２】
共振器アンテナと、
前記共振器アンテナに接続している通信処理部と、
を備え、
前記共振器アンテナは、
第１導体と、
前記第１導体に少なくとも一部が対向している第２導体と、
前記第１導体に設けられた複数の第１開口と、
前記第１開口の中にそれぞれ設けられ、一端が前記第１導体に接続しており、他端は開放端である複数の配線と、
前記第１導体又は前記第２導体に接続している給電線と、
を備え、
前記第１開口及び前記配線を含む単位セルが繰り返し配列されている通信装置。
【請求項２３】
共振器アンテナと、
前記共振器アンテナに接続している通信処理部と、
を備え、
前記共振器アンテナは、
第１導体と、
前記第１導体に少なくとも一部が対向している第２導体と、
前記第１導体に設けられた、形状が正方形又は長方形の複数の第１開口と、
前記第１開口の中に設けられ、一端が前記第１導体に接続している複数の配線と、
前記第１導体又は前記第２導体に接続している給電線と、
を備え、
前記第１開口及び前記配線を含む単位セルが繰り返し配列されており、
前記第１導体及び前記第２導体のいずれか一方は、正方形又は長方形であり、かつ各辺の長さが前記第１開口の配列周期の整数倍である通信装置。
【請求項２４】
共振器アンテナと、
前記共振器アンテナに接続している通信処理部と、
を備え、
前記共振器アンテナは、
第１導体と、
前記第１導体に少なくとも一部が対向している第２導体と、
前記第１導体に設けられた複数の第１開口と、
前記第１開口の中にそれぞれ設けられ、一端が前記第１導体に接続している複数の配線と、
前記第１導体又は前記第２導体に接続している給電線と、
前記複数の第１開口のそれぞれの中に前記第１導体から分離して設けられ、前記配線の他端が接続している島状の第３導体と、
前記第２導体に設けられ、平面視において互いに異なる前記配線に重なっている複数の第２開口と、
を備える通信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロ波及びミリ波用に好適な共振器アンテナ及び通信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、無線通信機器等において、アンテナの小型化・薄型化が望まれている。パッチアンテナ及びワイヤアンテナなどの共振器アンテナは、そのエレメントサイズが誘電体などの媒質中を伝播する電磁波の波長の１／２に相当するときに動作する。電磁波の波長と周波数の関係には媒質固有の分散関係が存在し、この媒質は通常の絶縁性媒質においては誘電率及び透磁率に依存する。このため、動作帯域と使用する基板材が決まると、共振器アンテナのサイズも決まる。例えば真空中における波長をλ０、基板材の誘電率をεｒとし、透磁率をμｒとすると、共振器アンテナの一辺の長さｄは以下の式で表される。
ｄ＝λ０／（２×（εｒ×μｒ）１／２）【０００３】
上記した式から明らかなように、通常の共振器アンテナのサイズを大幅に小型化するためには極めて高い誘電率及び透磁率を有する基板材を用いる必要があり、共振器アンテナの製造コストが高くなってしまう。【０００４】
一方、近年は導体パターンや導体構造を周期的に配列させることで、構造中を伝播する電磁波の分散関係を人工的に制御するメタマテリアルが提案されている。そして、メタマテリアルを使用することにより、共振器アンテナが小型化する、と期待されている。【０００５】
例えば特許文献１には、導体プレーン、導体プレーンと平行に配置された導体パッチ、及び導体パッチを導体プレーンに接続する導体ビアによりメタマテリアルを形成し、このメタマテリアルを利用してアンテナを作製することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】ＵＳ２００７／０１７６８２７Ａ１号（Ｆｉｇ．６）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、特許文献１に記載の技術では、導体パッチを導体プレーンに接続する導体ビアを形成する必要がある。このため、製造コストが高くなってしまう。【０００８】
本発明の目的は、導体ビアを形成する必要がなく、かつメタマテリアルを使用することにより小型化することができる共振器アンテナ及びこの共振器アンテナを使用した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】
【０００９】
本発明によれば、第１導体と、
前記第１導体に少なくとも一部が対向している第２導体と、
前記第１導体に設けられた第１開口と、
前記第１開口の中に設けられ、一端が前記第１導体に接続している配線と、
前記第１導体又は前記第２導体に接続している給電線と、
を備える共振器アンテナが提供される。【００１０】
本発明によれば、第１導体と、
前記第１導体に少なくとも一部が対向している第２導体と、
前記第１導体に設けられた第１開口と、
前記第１開口の中に前記第１導体から分離して設けられている島状の第３導体と、
前記第３導体に設けられ、前記第３導体を前記第１導体に接続するチップインダクタと、
前記第１導体又は前記第２導体に接続している給電線と、
を備える共振器アンテナが提供される。【００１１】
本発明によれば、共振器アンテナと、
前記共振器アンテナに接続している通信処理部と、
を備え、
前記共振器アンテナは、
第１導体と、
前記第１導体に少なくとも一部が対向している第２導体と、
前記第１導体に設けられた第１開口と、
前記第１開口の中に設けられ、一端が前記第１導体に接続している配線と、
前記第１導体又は前記第２導体に接続している給電線と、
を備える通信装置が提供される。【００１２】
本発明によれば、共振器アンテナと、
前記共振器アンテナに接続している通信処理部と、
を備え、
前記共振器アンテナは、
第１導体と、
前記第１導体に少なくとも一部が対向している第２導体と、
前記第１導体に設けられた第１開口と、
前記第１開口の中に前記第１導体から分離して設けられている島状の第３導体と、
前記第３導体に設けられ、前記第３導体を前記第１導体に接続するチップインダクタと、
前記第１導体又は前記第２導体に接続している給電線と、
を備える通信装置が提供される。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、導体ビアを形成する必要がなく、かつメタマテリアルを使用することにより小型化することができる共振器アンテナ及びこの共振器アンテナを利用した通信装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】（ａ）は第１の実施形態に係る共振器アンテナの斜視図であり、（ｂ）は共振器アンテナの断面図であり、（ｃ）は共振器アンテナの平面図である。
【図２】（ａ）は図１に示した共振器アンテナに用いられる第１導体パターンが形成されている層の平面図であり、（ｂ）は（ａ）に示した層の各構成を分解して示した図である。
【図３】単位セルの等価回路を示す図である。
【図４】図１に示した単位セルが無限個周期配列されている媒質及び平行平板導波路の電磁波伝播特性を比較した分散曲線を示すグラフである。
【図５】図１の変形例を説明する図である。
【図６】図１の変形例を説明する図である。
【図７】（ａ）は第２の実施形態に係る共振器アンテナの斜視図であり、（ｂ）は（ａ）に示した共振器アンテナの構成を示す断面図である。
【図８】（ａ）は図７（ａ）に示した共振器アンテナの第２導体パターンの平面図であり、（ｂ）は図７（ａ）に示した共振器アンテナの単位セルを上面から透視した平面図であり、（ｃ）はこの単位セルの斜視図である。
【図９】図７の変形例を説明する図である。
【図１０】第１及び第２の実施形態の変形例を説明する図である。
【図１１】第３の実施形態に係る共振器アンテナの斜視図である
【図１２】（ａ）は図１１に示した共振器アンテナの断面図であり、（ｂ）は第１導体パターンが設けられている層の平面図である。
【図１３】（ａ）は図１２に示した単位セルの等価回路図であり、（ｂ）は図１２に示した単位セルを図１２におけるｘ方向に半周期ａ／２だけずらした場合の単位セルの等価回路図である。
【図１４】第３の実施形態に係る共振器アンテナの変形例を説明するための図である。
【図１５】第３の実施形態に係る共振器アンテナの変形例を説明するための図である。
【図１６】第３の実施形態に係る共振器アンテナの変形例を説明するための図である。
【図１７】第３の実施形態に係る共振器アンテナの変形例を説明するための図である。
【図１８】第３の実施形態に係る共振器アンテナの変形例を説明するための図である。
【図１９】第３の実施形態に係る共振器アンテナの変形例を説明するための図である。
【図２０】第３の実施形態に係る共振器アンテナの変形例を説明するための図である。
【図２１】第３の実施形態に係る共振器アンテナの変形例を説明するための図である。
【図２２】第３の実施形態に係る共振器アンテナの変形例を説明するための図である。
【図２３】第４の実施形態に係る共振器アンテナの構成を示す平面図である。
【図２４】第４の実施形態に係る共振器アンテナの変形例を説明するための平面図である。
【図２５】第５の実施形態に係る共振器アンテナの構成を説明するための図である。
【図２６】第６の実施形態に係る共振器アンテナの構成を説明するための図である。
【図２７】（ａ）は第７の実施形態に係る共振器アンテナの構成を示す斜視図であり、（ｂ）は（ａ）に示した共振器アンテナの断面図である。
【図２８】（ａ）は図２７に示した共振器アンテナの変形例を示す斜視図であり、（ｂ）は（ａ）に示した共振器アンテナの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００１６】
（第１の実施形態）
図１（ａ）は、第１の実施形態に係る共振器アンテナ１１０の斜視図であり、図１（ｂ）は共振器アンテナ１１０の断面図であり、図１（ｃ）は共振器アンテナ１１０の平面図である。図２（ａ）は図１に示した共振器アンテナ１１０に用いられる第１導体パターン１２１が形成されている層の平面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）に示した層の各構成を分解して示した図である。
【００１７】
この共振器アンテナ１１０は、誘電層（例えば誘電体板）を介して対向している２層の導体層により構成されており、第１導体としての第１導体パターン１２１、第２導体としての第２導体パターン１１１、複数の第１開口１０４、複数の配線１０６、及び給電線１１５を備えている。第１導体パターン１２１は、例えばシート状である。第２導体パターン１１１は、例えばシート状であり、第１導体パターン１２１に少なくとも一部（ただしほぼ全体であってもよい）が対向している。複数の第１開口１０４は第１導体パターン１２１に設けられている。配線１０６は、複数の第１開口１０４それぞれの中に設けられており、一端１１９が第１導体パターン１２１に接続している。給電線１１５は第１導体パターン１２１に接続している。そして第１開口１０４及び配線１０６を含む単位セル１０７が繰り返し、例えば周期的に配置されている。単位セル１０７が繰り返し配置されることにより、共振器アンテナ１１０の給電線１１５以外の部分はメタマテリアルとして機能する。
【００１８】
第１導体パターン１２１が形成された導体層と第２導体パターン１１１が形成された導体層の間には、誘電層１１６が位置している。誘電層１１６は、例えばエポキシ樹脂基板、又はセラミック基板などの誘電体板である。この場合、第１導体パターン１２１、配線１０６、及び給電線１１５は誘電体板の第１の面に形成され、第２導体パターン１１１は誘電層１１６の第２の面に形成される。そして平面視において、単位セル１０７が設けられている領域は、第２導体パターン１１１の外縁より内側に位置している。また第１開口１０４は正方形又は長方形であり、第１導体パターン１２１は、正方形又は長方形であり、かつ各辺の長さが第１開口１０４の配列周期の整数倍である。
【００１９】
ここで「繰り返し」単位セル１０７を配置する場合、互いに隣り合う単位セル１０７において、同一のビアの間隔（中心間距離）が、ノイズとして想定している電磁波の波長λの１／２以内となるようにするのが好ましい。また「繰り返し」には、いずれかの単位セル１０７において構成の一部が欠落している場合も含まれる。また単位セル１０７が２次元配列を有している場合には、「繰り返し」には単位セル１０７が部分的に欠落している場合も含まれる。また「周期的」には、一部の単位セル１０７において構成要素の一部がずれている場合や、一部の単位セル１０７そのものの配置がずれている場合も含まれる。すなわち厳密な意味での周期性が崩れた場合においても、単位セル１０７が繰り返し配置されている場合には、メタマテリアルとしての特性を得ることができるため、「周期性」にはある程度の欠陥が許容される。なおこれらの欠陥が生じる要因としては、単位セル１０７の間に配線やビアを通す場合、既存の配線レイアウトにメタマテリアル構造を追加する場合において既存のビアやパターンによって単位セル１０７が配置できない場合、製造誤差、及び既存のビアやパターンを単位セル１０７の一部として用いる場合などが考えられる。
【００２０】
本実施形態に係る共振器アンテナ１１０の単位セル１０７は、さらに第３導体としての第３導体パターン１０５を有している。第３導体パターン１０５は、第１開口１０４の中に第１導体パターン１２１から分離して設けられている島状のパターンであり、配線１０６の他端１２９が接続している。そして単位セル１０７は、第１導体パターン１２１、第１開口１０４、配線１０６、及び第３導体パターン１０５、並びに第２導体パターン１１１のうちこれらに対向する領域それぞれを含む直方体の空間によって構成されている。
【００２１】
本実施形態において単位セル１０７は、２次元配列を有している。より詳細には、単位セル１０７は、格子定数がａである正方形の格子の格子点それぞれに配置されている。このため複数の第１開口１０４は、中心間距離が互いに同一となっている。これは、後述する図５（ａ）〜図５（ｄ）並びに図６（ａ）及び図６（ｂ）に示す例においても同様である。ただし、単位セル１０７は一次元配列であっても良い。複数の単位セル１０７は、互いに同一の構造を有しており、同一の向きに配置されている。本実施形態において、第１開口１０４及び第３導体パターン１０５は正方形であり、中心が互いに重なるように、かつ同一の向きに配置されている。そして配線１０６は、一端１１９が第１開口１０４の一辺の中央に接続しており、この一辺に対して垂直に直線状に延伸している。配線１０６はインダクタンス要素として機能する。
【００２２】
本実施形態において単位セル１０７の配列が構成する格子の一辺は、単位セル１０７を整数個有している。図１に示す例では、単位セル１０７は３×３の２次元に配列されている。給電線１１５は、この一辺の中心に位置する単位セル１０７に接続している。そして給電線１１５を用いて共振器アンテナ１１０へ給電する方法は、マイクロストリップアンテナにおける給電方法と同様である。すなわち給電線１１５と第２導体パターン１１１によりマイクロストリップ線路が形成されている。なお、他の給電方法を採用することもできる。そして給電線１１５を通信処理部１４０に接続することにより、通信装置を構成することができる。
【００２３】
このような構造により、第３導体パターン１０５と第２導体パターン１１１との間に容量Ｃが生じる。また、第３導体パターン１０５と第１導体パターン１２１との間には、平面型のインダクタンス要素としての配線１０６（インダクタンスＬ）が電気的に接続されている。このため、第２導体パターン１１１と第１導体パターン１２１との間に直列共振回路１１８がシャントされた構造となり、回路的には図３に示した構造と等価になる。
【００２４】
図４は、図１に示した単位セルが無限個周期配列されている媒質及び平行平板導波路の電磁波伝播特性を比較した分散曲線を示す。図４において、実線は図１に示した共振器アンテナ１１０において単位セル１０７が無限個周期配列されている場合の分散関係を示している。また破線は図１における第１導体パターン１２１を第１開口１０４及び配線１０６がない導体パターンに置き換えることにより形成される平行平板導波路における分散関係を示している。 
【００２５】
破線で示される平行平板導波路の場合、波数と周波数は比例関係にあるため直線で表され、その傾きは以下の（１）式で表される。 
ｆ／β＝ｃ／（２π・（εｒ・μｒ）１／２）・・・（１） 
【００２６】
一方、図１に示した共振器アンテナ１１０の場合、周波数が上がるにつれて、破線で示される平行平板導波路に比べ波数が急激に増加し、波数がπ／ａに達すると、それ以上の周波数帯にバンドギャップが現れる。そしてさらに周波数が上がると再びパスパンドが現れる。一番低周波側で現れるパスバンドについてはその位相速度が点線で示される平行平板導波路の位相速度に比べ小さくなっている。このため、共振器アンテナ１１０を小型化することができる。
【００２７】
ここで、ストップバンド（バンドギャップ）の周波数帯はインダクタンスと容量による直列共振回路１１８の直列共振周波数によって決まる。直列共振周波数をある特定の値に設定したい場合には、配線１０６を設けることによりインダクタンスが大幅に増加するため、容量を小さく抑えることが可能となる。よって、第３導体パターン１０５の小型化が可能となるため、結果として開口１０４及び単位セル１０７の長さａを小さくすることが可能となり、共振器アンテナ１１０を小型化することができる。
【００２８】
さらに、直列共振回路１１８の直列共振周波数を低下させることにより、バンドギャップが低周波側にシフトし、最も低周波側で現れるパスバンドにおける位相速度が小さくなる。
【００２９】
また共振器アンテナ１１０においては、必要な導体層数が２層で済み、且つ、ビアを用いないため、構造の簡単化及び薄型化ができ、かつ製造コストを抑えることが可能となる。また、共振器アンテナ１１０においては配線１０６を用いるため、ビアによりインダクタンスを形成する場合と比べてインダクタンスを大幅に増大することができる。
【００３０】
なお、図２の例では配線１０６を直線状にしているが、配線１０６を、図５（ａ）に示すようにミアンダ形状にしてもよいし、図５（ｂ）に示すようにスパイラル形状にしても良い。更には、図５（ｃ），（ｄ）に示すように配線１０６を折れ線状にしてもよい。
【００３１】
図２には、各第１開口１０４内に１つの第３導体パターン１０５と１つの配線１０６を形成した例を示したが、各第１開口１０４内に２つ以上の第３導体パターン１０５と配線１０６を形成することも可能である。図６（ａ）に示す例は、第１開口１０４内に２つの第３導体パターン１０５と２つの配線１０６を形成した場合の第１導体パターン１２１のレイアウトを示す平面図である。この図において、２組の第３導体パターン１０５及び配線１０６は、線対称となるように第１開口１０４の中に配置されている。第１開口１０４は正方形であり、２つの第３導体パターン１０５は長方形である。第１開口１０４及び第３導体パターン１０５は、辺が互いに平行である。２つの第３導体パターン１０５は、第１開口１０４の中心と第１開口１０４の一辺の中心を結ぶ直線を軸に、互いに線対象に配置されている。そして配線１０６は、一端１１９が第１開口１０４の一辺の中央からこの一辺に対して垂直に直線状に延伸しており、他端１２９が第３導体パターン１０５の長辺の中央に接続している。
【００３２】
また、図６（ｂ）に示す例は、第１開口１０４内に４つの第３導体パターン１０５と４つの配線１０６を形成した場合の第１導体パターン１２１のレイアウトを示す平面図である。この図において、４組の第３導体パターン１０５及び配線１０６は、第１開口１０４の中心を軸に点対称となるように第１開口１０４の中に９０°間隔で配置されている。第１開口１０４は正方形であり、４つの第３導体パターン１０５も正方形である。第１開口１０４及び第３導体パターン１０５は、辺が互いに平行である。４つの第３導体パターン１０５は、第１開口１０４の中心を軸に点対象に配置されている。そして配線１０６は、一端１１９が第１開口１０４の角から第１開口１０４の一辺に対して４５°の向きに直線状に延伸しており、他端１２９が第３導体パターン１０５の角に接続している。
【００３３】
図６（ａ）及び図６（ｂ）に示した共振器アンテナ１１０において、単位セル１０７当たりの等価回路は図６（ｃ）に示す通り、直列共振回路１１８が複数個並列に接続されたことになる。
【００３４】
ここで、複数の直列共振回路１１８が互いに等しい場合は、図３に示す回路と等価になるため、各第１開口１０４内に１つの第３導体パターン１０５と１つの配線１０６が形成されている場合と同じ特性が得られる。一方、複数個並列に接続された直列共振回路１１８が互いに異なるようにすると、ストップバンドを広帯域化させたり、マルチバンド化させることができる。
【００３５】
なお、図２（ａ）は正方形の第１開口１０４を正方格子状に周期配列する例を示しているが、第１開口１０４のレイアウトは図２（ａ）の正方形に限ることはない。例えば、正方形の第１開口１０４を正六角形のような多角形にしたり円形にすることも可能である。また第１開口１０４を三角格子状に配置しても良い。
【００３６】
次に、共振器アンテナ１１０の製造方法の一例を説明する。まず、シート状の誘電体層の両面に導電膜を形成する。そして一方の導電膜上にマスクパターンを形成し、このマスクパターンをマスクとして導電膜をエッチングする。これにより導電膜が選択的に除去され、第１導体パターン１２１、複数の第１開口１０４、複数の配線１０６、及び給電線１１５が一体的に形成される。また他方の導電膜は、そのまま第２導体パターン１１１として使用することができる。
【００３７】
また、共振器アンテナ１１０は、ガラス基板やシリコン基板等に第１導体パターン１２１、シリコン酸化膜等の誘電体膜、第２導体パターン１１１を薄膜プロセスに用いて順次形成することにより作製することも可能である。或いは、第２導体パターン１１１と第１導体パターン１２１の層が対向する空間には何も設けなくてもよい（空気でもよい）。
【００３８】
（第２の実施形態）
図７（ａ）は第２の実施形態に係る共振器アンテナ１１０の斜視図であり、図７（ｂ）は図７（ａ）に示した共振器アンテナ１１０の構成を示す断面図である。本実施形態に係る共振器アンテナ１１０は、第２導体パターン１１１が複数の第２開口１１４を有している点を除いて、第１の実施形態に係る共振器アンテナ１１０と同様の構成である。第２開口１１４は、平面視において複数の配線１０６それぞれと重なっている。第２開口１１４を設けることにより、配線１０６と第２導体パターン１１１の間を鎖交する磁束が増加するため、これによって配線１０６の単位長さ当たりのインダクタンスが増加する。また第２開口１１４は正方形又は長方形である。そして第１導体パターン１２１は、正方形又は長方形であり、かつ各辺の長さが第１開口１０４の配列周期の整数倍である。
【００３９】
図８（ａ）は図７（ａ）に示した共振器アンテナ１１０の第２導体パターン１１１の平面図である。第２開口１１４は第２導体パターン１１１に周期的に配列されている。第２開口１１４の周期はａであり、単位セル１０７の一辺の長さ及び第１開口１０４の周期と等しい。
【００４０】
図８（ｂ）は図７（ａ）に示した共振器アンテナ１１０の単位セル１０７を上面から透視した平面図であり、図８（ｃ）はこの単位セル１０７の斜視図である。これらの図において、配線１０６は、平面視において全て第２開口１１４の中に位置している。これにより、配線１０６の単位長さ当たりのインダクタンスを増加させることが可能となる。従って所望のインダクタンス値に設計する上で、配線１０６を小型にすることが可能となるため、配線１０６の占有する面積を減らすことが可能となり、結果として単位セル１０７の小型化が可能となる。
【００４１】
図８（ｂ）は単位セル１０７を上面から透視したときに配線１０６の全てが第２開口１１４に含まれている例を示しているが、配線１０６の一部が平面視において第２開口１１４の中に位置するように設計することも可能である。図９（ａ）及び図９（ｂ）は単位セル１０７を上面から透視したときに配線１０６の一部が第２開口１１４に含まれている例を示す平面図である。このような構造は、第２開口１１４の小型化とインダクタンスの増加を両立させる際に有効である。
【００４２】
なお、第１及び第２の実施形態に示した各例において、図１０（ａ）の平面図及び図１０（ｂ）の断面図に示すように、配線１０６の代わりにチップインダクタ５００を用いても良い。
【００４３】
（第３の実施形態）
図１１は、第３の実施形態に係る共振器アンテナ１１０の斜視図であるが、給電線１１５の図示は省略している。図１２（ａ）は、図１１に示した共振器アンテナ１１０の断面図であり、図１２（ｂ）は第１導体パターン１２１が設けられている層の平面図である。この共振器アンテナ１１０は、第３導体パターン１０５を有しておらず、配線１０６の他端１２９が開放端になっている点を除いて、第１の実施形態に係る共振器アンテナ１１０と同様の構成である。そして本実施形態では、配線１０６はオープンスタブとして機能しており、第２導体パターン１１１のうち配線１０６に対向する部分及び配線１０６が、伝送線路１０１、例えばマイクロストリップ線路を形成している。本実施形態に係る共振器アンテナ１１０の製造方法は、第１の実施形態と同様である。
【００４４】
本図に示す例において、第１開口１０４及び配線１０６、並びに第２導体パターン１１１のうちこれらに対向する領域を含む単位セル１０７が構成されている。図１１及び図１２に示す例では、単位セル１０７は、平面視において２次元配列を有している。より詳細には、単位セル１０７は、格子定数がａである正方形の格子の格子点それぞれに配置されている。このため複数の第１開口１０４は、中心間距離が互いに同一となるように配置されている。
【００４５】
複数の単位セル１０７は、互いに同一の構造を有しており、同一の向きに配置されている。本実施形態において、第１開口１０４は正方形である。そして配線１０６は、第１開口１０４の一辺の中央からこの一辺に対して垂直に直線状に延伸している。
【００４６】
図１３（ａ）は、図１２に示した単位セル１０７の等価回路図である。本図に示すように、第１導体パターン１２１と第２導体パターン１１１の間には寄生容量ＣＲが形成される。また第１導体パターン１２１にはインダクタンスＬＲが形成される。本図に示す例では、単位セル１０７で見た場合に第１導体パターン１２１は第１開口１０４によって２等分され、かつ配線１０６が第１開口１０４の中心に配置されているため、インダクタンスＬＲも配線１０６を中心に２等分されている。
【００４７】
また上記したように、配線１０６はオープンスタブとして機能しており、第２導体パターン１１１のうち配線１０６に対向する部分と配線１０６とが伝送線路１０１、例えばマイクロストリップ線路を形成している。伝送線路１０１の他端は開放端になっている。
【００４８】
図１３（ｂ）は、図１２に示した単位セル１０７を図１２におけるｘ方向に半周期ａ／２だけずらした場合の単位セル１０７の等価回路図である。本図に示す例において、単位セル１０７の取り方が違うため、インダクタンスＬＲは配線１０６によっては分断されていない。ただし単位セル１０７は複数周期的に配置されているため、単位セル１０７の取り方の違いによって、図１１に示した共振器アンテナ１１０の特性は変化しない。
【００４９】
そして共振器アンテナ１１０を伝播する電磁波の特性は、インダクタンスＬＲに基づいた直列インピーダンスＺと、伝送線路１０１及び寄生容量ＣＲに基づいたアドミタンスによって決まる。
【００５０】
図１３（ａ）および図１３（ｂ）に示した単位セル１０７の等価回路図において、伝送線路１０１の線路長を長くすることにより、バンドギャップが低周波側にシフトする。一般に、単位セル１０７を小型化するとバンドギャップ帯域は高周波側にシフトするが、伝送線路１０１の線路長を長くすることにより、バンドギャップの下限周波数を変えずに単位セル１０７を小型化することが可能となる。 
【００５１】
また、伝送線路１０１の線路長を長くすることにより、バンドギャップが低周波側にシフトするのに伴い、一番低周波側で現れるパスバンドにおける位相速度も小さくなる。この一番低周波側で現れるパスバンドにおいては、同一周波数である場合、平行平板導波路における電磁波の波数よりも図１２に示した単位セル１０７が無限個周期配列されている媒質中を伝播する電磁波の波数の方が大きくなるという条件が満たされる。このため、平行平板導波路における電磁波の波長よりも図１１に示した共振器アンテナ１１０における電磁波の波長の方が短くなる。つまり、図１１に示した共振器アンテナ１１０を使用することにより、共振器の小型化が可能になる。 
【００５２】
ここで、アドミタンスＹは伝送線路１０１の入力アドミタンスと容量ＣＲから決まる。伝送線路１０１の入力アドミタンスは、伝送線路１０１の線路長（すなわち配線１０６の長さ）および伝送線路１０１の実効誘電率により決まる。ある周波数における伝送線路１０１の入力アドミタンスは伝送線路１０１の線路長および実効誘電率により、容量性もしくは誘導性となる。通常、伝送線路１０１の実効誘電率は、導波路を構成する誘電体材料により決まってしまう。これに対して伝送線路１０１の線路長には自由度があり、所望の帯域においてアドミタンスＹが誘導性となるように伝送線路１０１の線路長を設計することが可能になる。この場合、図１１に示した共振器アンテナ１１０が、上記した所望の帯域においてバンドギャップを有するように振舞う。 
【００５３】
よって図１３（ａ）又は図１３（ｂ）に示した等価回路で記述される構造を実現するためには、各第１開口１０４内の配線１０６の線路長が等しく、また配線１０６の一端１１９と第１導体パターン１２１との接続部が繰返し、例えば周期的に配置されており、各単位セル１０７の中において一端１１９の位置が同じであれば良い。
【００５４】
なお、伝送線路１０１の線路長、すなわち配線１０６の長さは、配線１０６の延伸形状を適宜変更することにより調節することができる。例えば図１４に示す例では、配線１０６はミアンダを形成するように延伸している。図１５に示す例では、配線１０６は、第１開口１０４の縁に沿ったループを形成するように延伸している。図１６に示す例では、配線１０６はスパイラルを形成するように延伸している。
【００５５】
また図１１、図１２、及び図１４〜図１６に示すように、第１開口１０４内の配線１０６の形状、大きさ、向きが全て同じ単位構造の周期配列であれば設計が容易になる。ただし、図１７の変形例で示すように、複数の配線１０６の少なくとも一つは他とは異なっていてもよい。図１７においては、配線１０６の形状は互いに異なっており、そのうち一つは折れ線形状である。ただし配線１０６の長さは互いに等しい。また各単位セル１０７の中において配線１０６の一端１１９の位置が同じになっているため、一端１１９の位置は周期性を保っている。
【００５６】
また、第１開口１０４は正方形である必要はなく、他の多角形であってもよい。例えば第１開口１０４は、図１８に示すように長方形であってもよいし、図１９に示すように正六角形であってもよい。図１９に示す例では、配線１０６は第１開口１０４の角から、第１開口１０４の辺に対し６０°の向きに延伸している。
【００５７】
また図２０に示すように、配線１０６の一端１１９は正方形の第１開口１０４の角に接続していても良い。本図に示す例において、配線１０６は第１開口１０４の角から、第１開口１０４の辺に対して４５°の向きに延伸している。
【００５８】
また図２１に示すように、配線１０６は途中で幅が変わっていてもよい。例えば図２１（ａ）に示す例では、配線１０６のち第１導体パターン１２１に接続している一端１１９が、開放端である他端１２９より幅が太い。また図２１（ｂ）に示す例では、一端１１９が他端１２９より幅が狭い。
【００５９】
また図２２（ａ）に示すように、第１開口１０４内に複数の配線１０６を有していても良い。この場合、同一の第１開口１０４内に位置する配線１０６は、互いに長さが異なっているのが好ましい。また図２２（ｂ）に示すように、第１開口１０４内に配線１０６から分岐している分岐配線１０９を有していても良い。この場合において、配線１０６の一端から分岐配線１０９の開放端までの長さと、配線１０６の長さは互いに異なっているのが好ましい。なお、図２２（ａ），（ｂ）のいずれの場合においても、単位セル１０７は同一の構成を有しており、かつ同一の向きを向いているのが好ましい。
【００６０】
なお上記した各例において、複数の第１開口１０４の形状は互いに異なっていても良い。ただし、配線１０６の一端１１９の位置は周期性を有している必要がある。
【００６１】
以上、本実施形態によれば、ビアを必要とせず、導体２層で構成することができ、かつ単位セル１０７を小型化することができる共振器アンテナ１１０を提供することができる。
【００６２】
また図２２に示すように、第１開口１０４内に長さが異なる複数の配線１０６を設けたり、分岐配線１０９を設けると、単位セル１０７の等価回路は、長さが異なる複数の伝送経路を並列に有することになる。このため、共振器アンテナ１１０は、各伝送経路の長さに対応する周波数帯にバンドギャップを有することになるため、複数のバンドギャップを有すること（マルチバンド化）ができる。
【００６３】
（第４の実施形態）
図２３は、第４の実施形態に係る共振器アンテナ１１０の構成を示す平面図である。本実施形態において、共振器アンテナ１１０は単位セル１０７が直線状に一次元に配列されている点を除いて、第１〜第３の実施形態のいずれかに示した共振器アンテナ１１０と同様の構成である。なお図２３は、単位セル１０７の構成が第１の実施形態と同様の場合を示している。
【００６４】
なお図２４に示すように、共振器アンテナ１１０は単位セル１０７を一つのみ有していても良い。
【００６５】
本実施形態によっても、第１〜第３の実施形態のいずれかと同様の効果を得ることができる。
【００６６】
（第５の実施形態）
図２５は、第５の実施形態に係る共振器アンテナ１１０の構成を説明するための図である。本実施形態に係る共振器アンテナ１１０は、以下の点を除いて第１〜第３の実施形態のいずれかと同様である。なお図２５は第１の実施形態と同様の場合を示している。
【００６７】
まず単位セル１０７の配列を示す格子は格子欠陥を有している。この格子欠陥は、格子のうち給電線１１５が接続している辺の中央に位置している。そして給電線１１５は、この格子欠陥の中を延伸し、最外周より内側に位置する単位セル１０７に接続している。
【００６８】
本実施形態によっても、第１〜３の実施形態のいずれかと同様の効果を得ることができる。また格子欠陥の位置及び数を調節することにより、共振器アンテナ１１０のインピーダンスを調節することができる。このため、給電線１１５のインピーダンスと共振器アンテナ１１０のインピーダンスを整合させて共振器アンテナ１１０の放射効率を向上させることができる。
【００６９】
（第６の実施形態）
図２６は、第６の実施形態に係る共振器アンテナ１１０の構成を説明するための図である。本実施形態に係る共振器アンテナ１１０は、給電方法を除いて第１〜第３の実施形態のいずれかと同様である。なお図２６は第１の実施形態と同様の場合を示している。
【００７０】
本実施形態において給電線１１５は設けられておらず、その代わりに同軸ケーブル１１７が設けられている。同軸ケーブル１１７は、共振器アンテナ１１０のうち第２導体パターン１１１が設けられている面に接続している。詳細には、第２導体パターン１１１には開口が設けられており、この開口に同軸ケーブル１１７が取り付けられている。同軸ケーブル１１７の内部導体は、開口と重なる領域に設けられた貫通ビアを介して、第１導体パターン１２１に接続している。また同軸ケーブル１１７の外部導体は、第２導体パターン１１１に接続している。
【００７１】
本実施形態によっても、第１〜第３の実施形態と同様の効果を得ることができる。また汎用性の高い同軸ケーブル１１７を用いて共振器アンテナ１１０に給電することができる。
【００７２】
（第７の実施形態）
図２７（ａ）は第７の実施形態に係る共振器アンテナ１１０の構成を示す斜視図であり、図２７（ｂ）は図２７（ａ）に示した共振器アンテナ１１０の断面図である。本実施形態に係る共振器アンテナ１１０は、第１導体パターン１２１ではなく第２導体パターン１１１に第１開口１０４、第３導体パターン１０５、及び配線１０６が形成されている点を除いて、第１〜第６の実施形態のいずれかと同様である。図２７は、第１の実施形態と同様の場合を図示している。
【００７３】
図２８（ａ）は図２７（ａ）に示した共振器アンテナ１１０の変形例を示す斜視図であり、図２８（ｂ）は図２８（ａ）に示した共振器アンテナ１１０の断面図である。この変形例にかかる共振器アンテナ１１０は、第１導体パターン１２１に第２開口１１４が設けられている点を除いて、図２７（ａ） に示した共振器アンテナ１１０と同様の構成である。第２開口１１４の構成は、第２の実施形態と同様である。
【００７４】
本実施形態に係る共振器アンテナ１１０は、層構造が上下逆になっている点を除いて、等価回路も含めて第１〜第６の実施形態のいずれかと同様である。このため、第１〜第６の実施形態のいずれかと同様の効果を得ることができる。
【００７５】
以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。
以下、参考形態の例を付記する。
１．
第１導体と、
前記第１導体に少なくとも一部が対向している第２導体と、
前記第１導体に設けられた第１開口と、
前記第１開口の中に設けられ、一端が前記第１導体に接続している配線と、
前記第１導体又は前記第２導体に接続している給電線と、
を備える共振器アンテナ。
２．
１．に記載の共振器アンテナにおいて、
前記配線の他端は開放端である共振器アンテナ。
３．
２．に記載の共振器アンテナにおいて、
前記配線、前記第１開口、及び前記第１導体は、一体的に形成されている共振器アンテナ。
４．
２．又は３．に記載の共振器アンテナにおいて、
前記配線と前記第２導体のうち前記配線に対向する部分が伝送線路を形成している共振器アンテナ。
５．
４．に記載の共振器アンテナにおいて、
前記伝送線路はマイクロストリップ線路である共振器アンテナ。
６．
１．〜５．のいずれか一つに記載の共振器アンテナにおいて、
前記第１開口内に位置し、前記配線から分岐している分岐配線を備える共振器アンテナ。
７．
１．に記載の共振器アンテナにおいて、
前記第１開口の中に前記第１導体から分離して設けられ、前記配線の他端が接続している島状の第３導体を備える共振器アンテナ。
８．
７．に記載の共振器アンテナにおいて、
前記第１導体、前記第１開口、前記配線、及び前記第３導体は一体的に形成されている共振器アンテナ。
９．
７．又は８．に記載の共振器アンテナにおいて、
前記第１開口内に複数の前記第３導体を有しており、かつ、前記複数の第３導体毎に前記配線を有している共振器アンテナ。
１０．
７．〜９．のいずれか一つに記載の共振器アンテナにおいて、
前記第２導体に設けられ、平面視において前記配線と重なっている第２開口を備える共振器アンテナ。
１１．
１．〜１０．のいずれか一つに記載の共振器アンテナにおいて、
前記第１開口及び前記配線は複数設けられ、
前記第１開口及び前記配線を含む単位セルが繰り返し配列されている共振器アンテナ。
１２．
１１．に記載の共振器アンテナにおいて、
前記複数の配線の長さが互いに等しい共振器アンテナ。
１３．
１１．又は１２．に記載の共振器アンテナにおいて、
前記複数の配線は、前記一端が周期的な配列を有している共振器アンテナ。
１４．
１１．〜１３．のいずれか一つに記載の共振器アンテナにおいて、
前記複数の第１開口は互いに同一の形状を有していて同じ向きを向いており、かつ周期的に配置されている共振器アンテナ。
１５．
１４．に記載の共振器アンテナにおいて、
前記単位セルは互いに同一の構成を有しており、かつ同じ向きを向いている共振器アンテナ。
１６．
１１．〜１５．のいずれか一つに記載の共振器アンテナにおいて、
前記第１開口は正方形又は長方形であり、
前記第１導体及び前記第２導体のいずれか一方は、正方形又は長方形であり、かつ各辺の長さが前記第１開口の配列周期の整数倍である共振器アンテナ。
１７．
１１．〜１６．のいずれか一つに記載の共振器アンテナにおいて、
前記複数の単位セルが２次元配列を有している共振器アンテナ。
１８．
１１．〜１６．のいずれか一つに記載の共振器アンテナにおいて、
前記複数の単位セルが１次元配列を有している共振器アンテナ。
１９．
１．〜１８．のいずれか一つに記載の共振器アンテナにおいて、
前記配線は直線状又は折れ線形状に延伸している共振器アンテナ。
２０．
１．〜１９．のいずれか一つに記載の共振器アンテナにおいて、
前記配線はミアンダ、ループ、又はスパイラルを形成するように延伸している共振器アンテナ。
２１．
第１導体と、
前記第１導体に少なくとも一部が対向している第２導体と、
前記第１導体に設けられた第１開口と、
前記第１開口の中に前記第１導体から分離して設けられている島状の第３導体と、
前記第３導体に設けられ、前記第３導体を前記第１導体に接続するチップインダクタと、
前記第１導体又は前記第２導体に接続している給電線と、
を備える共振器アンテナ。
２２．
１．〜２１．のいずれか一つに記載の共振器アンテナにおいて、
前記開口は、多角形を有している共振器アンテナ。
２３．
共振器アンテナと、
前記共振器アンテナに接続している通信処理部と、
を備え、
前記共振器アンテナは、
第１導体と、
前記第１導体に少なくとも一部が対向している第２導体と、
前記第１導体に設けられた第１開口と、
前記第１開口の中に設けられ、一端が前記第１導体に接続している配線と、
前記第１導体又は前記第２導体に接続している給電線と、
を備える通信装置。
２４．
共振器アンテナと、
前記共振器アンテナに接続している通信処理部と、
を備え、
前記共振器アンテナは、
第１導体と、
前記第１導体に少なくとも一部が対向している第２導体と、
前記第１導体に設けられた第１開口と、
前記第１開口の中に前記第１導体から分離して設けられている島状の第３導体と、
前記第３導体に設けられ、前記第３導体を前記第１導体に接続するチップインダクタと、
前記第１導体又は前記第２導体に接続している給電線と、
を備える通信装置。
【００７６】
この出願は、２００９年３月６日に出願された日本特許出願特願２００９−５４００７号を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
【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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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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