(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
導体部を備え、前記導体部は、電磁波を放射または入射するテーパー状スロット部を有し、前記テーパー状スロット部は、電磁波が放射または入射する側に開口する開口部を有し、前記開口部に向かってスロットラインのスロット幅が広くなるように形成されたテーパードスロットアンテナにおいて、
前記導体部は、さらに電磁波の放射方向に平行な両側端の導体を周期的に矩形状に取り除いた複数の溝からなるコルゲート構造を備え、
前記導体部における前記テーパー状スロット部の開口部の端部から前記導体部の端部までの長さは、前記テーパー状スロット部の開口部の端部から前記導体部の端部までの長さをＤ、自由空間での電磁波の波長をλ0とした場合に、Ｄ≦２λ0の関係で形成され、
前記コルゲート構造の溝の深さは、前記コルゲート構造の溝の深さをＣＬとした場合に、０．０５λ0≦ＣＬの関係で形成されること、
を特徴とするテーパードスロットアンテナ。
【請求項２】
前記コルゲート構造の溝の深さは、さらに０．０５λ0 ≦ＣＬ≦０．１５λ0 の関係で形成されることを特徴とする請求項１に記載のテーパードスロットアンテナ。
【請求項３】
前記導体部における前記テーパー状スロット部の開口部の端部から前記導体部の端部までの長さおよび前記コルゲート構造の溝の深さは、さらにＤ−ＣＬ≧０．１λ0 の関係で形成されることを特徴とする請求項１または２に記載のテーパードスロットアンテナ。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一つに記載のテーパードスロットアンテナを同一平面上に複数配列して構成したことを特徴とするアンテナアレイ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は移動体通信機器や小型情報端末、その他平面アンテナを内蔵する無線装置へ応用可能なテーパードスロットアンテナおよびアンテナアレイに関し、より詳細には、テーパードスロットアンテナの指向性の向上と小型化とを容易に達成することができるようにすると共に、テーパードスロットアンテナのＥ面およびＨ面の指向性を独立に、かつ、連続的に変化させることができるようにしたテーパードスロットアンテナおよびアンテナアレイに関する。
【０００２】
【従来の技術】
平面アンテナの一形態であるテーパードスロットアンテナは、スロットラインのスロット幅が傾きを持って（テーパー状に）広くなる構造を備え、アンテナ面に対して平行な方向（スロットラインの進行方向）に電磁波を放射するものである。以下では、テーパードスロットアンテナのことを単に平面アンテナと記述することにする。
【０００３】
図１８は、従来の平面アンテナの一例を示す上面図である。図１８に示す平面アンテナ９０は、誘電体からなる基板１１と、基板１１上に形成され、電磁波を放射または入射するテーパー状スロット部１３を有する導体部１２とを用いて構成されている。テーパー状スロット部１３は、入力部１３ａと、曲線部１３ｂと、開口部１３ｃとから構成される。この平面アンテナ１０のアンテナ長は４波長、開口部１３ｃの幅は１波長、開口部１３ｃの端部（アンテナ開口端）とアンテナ端との間の長さＤ1 ，Ｄ2 はそれぞれ２波長である。なお、図１８において、１６は、コプレーナー線路の給電線１７にモード変換するバランを示している。
【０００４】
この平面アンテナ９０は、構造がスロットラインと同様であるため、マイクロストリップラインのように裏面に接地導体を必要とせず、ユニプレーナー構造の給電線や整合回路と容易に一体化させることができるという特徴を有している。
【０００５】
ところが、平面アンテナ９０は、アンテナの大きさ、特にアンテナの幅について次のような制限がある。一般に、平面アンテナ９０の開口部１３ｃの幅は１波長程度であるが、開口部１３ｃの端部からアンテナ端部までの長さＤ1 ，Ｄ2 はそれぞれ２波長程度必要であるといわれている。もし、開口部１３ｃの端部からアンテナ端部までの長さＤ1 ，Ｄ2 を２波長より短くした場合には、平面アンテナ９０の指向性が劣化するといわれている。
【０００６】
例えば、Ramakrishna Janaswamy and Daniel H. Schaubert,“Analysis of the Tapered Slot Antenna IEEE" Trans on Antennas and Propagation, Vol. AP-35, No.9, 1987 p.1058-1065には、上述したように、開口部１３ｃの端部からアンテナ端までの長さを短くしていくと、平面アンテナ９０の指向性が劣化するという例が開示されている。また、この論文によれば、開口部１３ｃの端部からアンテナ端までの長さを一定に保った状態で、アンテナの中心からアンテナ端までの長さが３波長以上あれば、アンテナ端の影響は無視でき、アンテナの指向性を良好に保つことができる旨が開示されている。
【０００７】
このように、従来の平面アンテナでは、開口部１３ｃの幅は１波長程度であるが、開口部１３ｃの端部からアンテナ端部までの長さＤ1 ，Ｄ2 はそれぞれ２波長程度必要であるため、平面アンテナ全体の幅が５波長程度と大きなものになっていた。換言すれば、指向性を維持することを考慮すると、平面アンテナの小型化を図ることは困難であった。
【０００８】
そのため、導体部１２の電磁波の放射方向に平行な両側端にコルゲート構造を設けた平面アンテナが提案されている(Satoru Sugawara, Yutaka Maita, Kazuhiko Adachi, Koji Mori, and Koji Mizuno,“A MM-WAVE TAPERED SLOT ANTENNA WITH IMPROVED RADIATION PATTERN" IEEE 1997 MTT-S IMS Digest pp.959)。このように、導体部１２にコルゲート構造を設けることにより、平面アンテナの開口部１３ｃの端部からアンテナ端までの長さＤ1 ，Ｄ2 を短くした場合であっても、指向性が劣化しないアンテナが実現可能となる。
【０００９】
以上では、平面アンテナのサイズと指向性との関係について説明したが、以下では、平面アンテナの指向性を制御するための従来の方法について説明する。平面アンテナの指向性を変える（制御する）ための方法としては以下の３つが知られている。
【００１０】
第１の方法は、平面アンテナのテーパー状スロット部の形状を変えることにより指向性を変えるというものである。標準的な平面アンテナとして知られている図１９に示すＬＴＳＡ(Linearly Tapered Slot Antenna) と比較した場合、図２０に示すｖｉｖａｌｄｉ(exponentially tapered slot antenna)はより広い指向性を持つ傾向があることが知られており、また、図２１に示すＣＷＳＡ(Constant Width Slot Antenna) はより狭い指向性を持つ傾向があることが知られている。
【００１１】
また、第２の方法は、平面アンテナのアンテナ長を変えることにより指向性を変えるというものである。平面アンテナのアンテナ長を変えることにより指向性を変えるということは、平面アンテナが進行波型のアンテナであることに由来するものである。
【００１２】
さらに、第３の方法は、平面アンテナの基板幅を短くすることにより、指向性を変えるというものである。すなわち、この第３の方法は、平面アンテナの基板幅を短くすると、Ｅ面の指向性が狭くなるという傾向を利用するものである。なお、平面アンテナの基板幅とＥ面の指向性との関係については、上記論文において、ＪａｎａｓｗａｍｙおよびＳｃｈａｕｂｅｒｔによって指摘されている。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記コルゲート構造を有する平面アンテナにおいては、平面アンテナの開口部の端部からアンテナ端までの長さをそれぞれ短くした場合であっても、指向性が劣化しないアンテナが実現可能であるというものの、どのようなコルゲート構造を形成すれば指向性の劣化を効果的に防止することができるのかが未だ明らかにされていないため、コルゲート構造を有する平面アンテナを容易に製造することができず、平面アンテナの小型化を図ることは困難であるという問題点があった。そのため、複数の平面アンテナを配列して構成したアンテナアレイについても、コルゲート構造を設けて小型化を図ることは困難であった。
【００１４】
また、平面アンテナの指向性を変えるための第１の方法にあっては、大まかに指向性を変えることができるものの、指向性を連続的に変化させることは非常に困難であるため、所望の指向性を有する平面アンテナを得ることは困難であるという問題点があった。
【００１５】
また、平面アンテナの指向性を変えるための第２の方法にあっては、指向性を連続的に変化させることは可能であるが、Ｅ面およびＨ面の指向性が同時に変化してしまうため、Ｅ面およびＨ面のいずれか一方の指向性を独立して制御することはできないという問題点があった。加えて、指向性を狭くするためには平面アンテナのアンテナ長を長くしなければならないため、平面アンテナの小型化を図ることが困難となるという問題点があった。
【００１６】
さらに、平面アンテナの指向性を変えるための第３の方法にあっては、基板幅を狭くすることによってＥ面のみの指向性を狭くすることができるものの、それに伴ってＥ面およびＨ面のサイドロブレベルが高くなるため、この方法を実際に利用することは困難であるという問題点があった。
【００１７】
本発明は上記に鑑みてなされたものであって、指向性の劣化を効果的に防止することができるコルゲート構造がどのようなものかを明らかにすることにより、平面アンテナおよびアンテナアレイの小型化を容易に達成し、小型の平面アンテナおよびアンテナアレイを容易に製造することができるようにすることを第１の目的とする。
【００１８】
また、本発明は上記に鑑みてなされたものであって、平面アンテナのテーパードスロット部の形状や平面アンテナ自身の大きさを変化させることなく、平面アンテナのＥ面およびＨ面の指向性を独立に、かつ、連続的に変化させることができるようにして、所望の指向性を有する平面アンテナおよびアンテナアレイを容易に製造することができるようにすることを第２の目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１にかかる発明は、導体部を備え、前記導体部は、電磁波を放射または入射するテーパー状スロット部を有し、前記テーパー状スロット部は、電磁波が放射または入射する側に開口する開口部を有し、前記開口部に向かってスロットラインのスロット幅が広くなるように形成されたテーパードスロットアンテナにおいて、前記導体部は、さらに電磁波の放射方向に平行な両側端の導体を周期的に矩形状に取り除いた複数の溝からなるコルゲート構造を備え、前記導体部における前記テーパー状スロット部の開口部の端部から前記導体部の端部までの長さは、前記テーパー状スロット部の開口部の端部から前記導体部の端部までの長さをＤ、自由空間での電磁波の波長をλ0とした場合に、Ｄ≦２λ0の関係で形成され、前記コルゲート構造の溝の深さは、前記コルゲート構造の溝の深さをＣＬとした場合に、０．０５λ0≦ＣＬの関係で形成されること、を特徴とする。
【００２０】
また、請求項２にかかる発明は、請求項１に記載のテーパードスロットアンテナにおいて、前記コルゲート構造の溝の深さは、さらに０．０５λ0 ≦ＣＬ≦０．１５λ0 の関係で形成されることを特徴とする。
【００２１】
また、請求項３にかかる発明は、請求項１または２に記載のテーパードスロットアンテナにおいて、前記導体部における前記テーパー状スロット部の開口部の端部から前記導体部の端部までの長さおよび前記コルゲート構造の溝の深さは、さらにＤ−ＣＬ≧０．１λ0 の関係で形成されることを特徴とする。
【００２２】
さらに、請求項４にかかる発明は、請求項１〜３のいずれか一つに記載のテーパードスロットアンテナを同一平面上に複数配列して構成したことを特徴とする。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るテーパードスロットアンテナおよびアンテナアレイの実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００２４】
〔実施の形態１〕
実施の形態１においては、平面アンテナについて説明する。図１は、実施の形態１に係る平面アンテナの上面図である。図１に示す平面アンテナ１０は、誘電体からなる基板１１と、基板１１上に形成され、電磁波を放射または入射するテーパー状スロット部１３を有する導体部１２とを用いて構成されている。テーパー状スロット部１３は、入力部１３ａと、曲線部１３ｂと、開口部１３ｃとから構成される。また、導体部１２の電磁波の放射方向に平行な両側端には、導体部１２を周期的に矩形状に取り除いて形成された複数の溝からなるコルゲート構造部１４が設けられている。なお、図１において、１６は、コプレーナー線路の給電線１７にモード変換するバランを示している。
【００２５】
図２は、図１中の領域Ａの拡大図であり、コルゲート構造部１４を説明するためのものである。図２において、２０は基板１１上の導体部１２を周期的に矩形状に取り除くことによって形成されたコルゲート構造部１４を構成する溝を示し、ＣＬ(Corrugation Length)は溝２０の深さを、ＣＷ(Corrugation Width) は溝２０の幅をそれぞれ示している。
【００２６】
つぎに、コルゲート構造部１４をどのように構成するかについて詳細に説明する。本発明の発明者は、コルゲート構造部１４をどのように構成することが平面アンテナ１０の指向性の向上を図るために効果的かを確認するため、コルゲート構造部１４を構成する溝２０の深さＣＬおよび幅ＣＷの寸法がそれぞれ異なる複数の平面アンテナ１０を作製し、それぞれの特性を調べる実験を行った。以下に、（１）溝２０の深さＣＬを変化させた場合の実験結果，（２）溝２０の幅ＣＷを変化させた場合の実験結果，（３）結論の順で本発明の発明者が行った実験について詳細に説明することにより、コルゲート構造部１４の構成について説明する。
【００２７】
（１）溝２０の深さＣＬを変化させた場合の実験結果
▲１▼  ＣＬ実験１
本実験に使用した平面アンテナは、図１および図２に示したものと同様の形状であり、厚さ５０μｍのポリイミド（カプトン）からなる基板１１と、基板１１上に積層された厚さ５μｍの銅のパターン（導体部１２）とで形成されている。寸法については、設計周波数６０ＧＨｚの自由空間での波長５ｍｍをλ0 とし、平面アンテナ全体の長さを５λ0 ，幅を２λ0 とし、テーパー状スロット部１３の長さを４λ0 ，開口部１３ｃの幅をλ0 ，開口端から基板端までの長さＤ1 およびＤ2 をそれぞれ０．５λ0 とした（この場合において、λ0 は５ｍｍに該当する）。なお、以下の説明において、平面アンテナの寸法について特に明示しない寸法は上記寸法と同一である。
【００２８】
ここでは、コルゲート構造部１４における溝２０の幅ＣＷを０．０４λ0 とし、溝２０の深さＣＬについて自由空間での波長λ0 の０〜０．４倍の範囲で異なるように作製した各平面アンテナの指向性をそれぞれ測定し、溝２０の深さＣＬを自由空間での波長λ0 の０〜０．４（一部０〜０．２５倍）倍に変化させた場合のＥ面およびＨ面における１０ｄＢビーム幅の変化について検討した。なお、ＣＬが自由空間での波長λ0 の０倍の平面アンテナとは、コルゲート構造部１４がない平面アンテナを意味する。
【００２９】
図３〜図６は、アンテナ指向性についての測定結果の例を示すグラフである。ここで、図３はＣＬ＝０λ0 の場合を、図４はＣＬ＝０．０２λ0 の場合を、図５はＣＬ＝０．０８λ0 の場合を、図６はＣＬ＝０．２λ0 の場合をそれぞれ示し、各図において、（ａ）はＥ面についての測定結果を、（ｂ）はＨ面についての測定結果をそれぞれ示している。
【００３０】
図７は、指向性の測定結果から得たＥ面およびＨ面における１０ｄＢビーム幅の変化の様子を示すグラフである。この図７より、０．１５λ0 ≦ＣＬでは１０ｄＢビーム幅はほぼ一定の値となり、一方、ＣＬ≦０．１５λ0 ではＥ面の１０ｄＢビーム幅が大きく変化しており、ＣＬの寸法を変化させることによりＥ面の指向性を制御することが可能であることがわかる。
【００３１】
▲２▼  ＣＬ実験２
ここでは、コルゲート構造部１４における溝２０の幅ＣＷを０．０８λ0 とし、溝２０の深さＣＬについて自由空間での波長λ0 の０〜０．４倍の範囲で異なるように作製した各平面アンテナの指向性をそれぞれ測定し、溝２０の深さＣＬを自由空間での波長λ0 の０〜０．４倍に変化させた場合のＥ面およびＨ面における１０ｄＢビーム幅の変化について検討した。
【００３２】
図８は、ＣＬ実験２のＥ面およびＨ面における１０ｄＢビーム幅の変化の様子を示すグラフである。この図８においても、図７の場合と同様に、０．１５λ0 ≦ＣＬでは１０ｄＢビーム幅はほぼ一定の値となり、一方、ＣＬ≦０．１５λ0 ではＥ面の１０ｄＢビーム幅が大きく変化しており、ＣＬの寸法を変化させることによりＥ面の指向性を制御することが可能であることがわかる。
【００３３】
▲３▼  ＣＬ実験３
ここでは、平面アンテナの開口端から基板端までの長さＤ1 およびＤ2 をそれぞれ０．４λ0 、コルゲート構造部１４における溝２０の幅ＣＷを０．０４λ0 とし、溝２０の深さＣＬについて自由空間での波長λ0 の０〜０．２５倍の範囲で異なるように作製した各平面アンテナの指向性をそれぞれ測定し、溝２０の深さＣＬを自由空間での波長λ0 の０〜０．２５倍に変化させた場合のＥ面およびＨ面における１０ｄＢビーム幅の変化について検討した。
【００３４】
図９は、ＣＬ実験３のＥ面およびＨ面における１０ｄＢビーム幅の変化の様子を示すグラフである。この図９においても、図７および図８の場合と同様に、０．１５λ0 ≦ＣＬでは１０ｄＢビーム幅はほぼ一定の値となり、一方、ＣＬ≦０．１５λ0 ではＥ面の１０ｄＢビーム幅が大きく変化しており、ＣＬを変化させることによりＥ面の指向性を制御することが可能であることがわかる。また、平面アンテナの開口端から基板端までの長さＤ1 およびＤ2 の寸法を変化させても、Ｅ面およびＨ面における１０ｄＢビーム幅の変化に対する影響がほとんどないことがわかる。
【００３５】
▲４▼  ＣＬ実験４
ここでは、平面アンテナのテーパー状スロット部１３の長さを５λ0 、コルゲート構造部１４の溝２０の幅ＣＷを０．０４λ0 とし、溝２０の深さＣＬについて自由空間での波長λ0 の０〜０．４倍の範囲で異なるように作製した各平面アンテナの指向性をそれぞれ測定し、溝２０の深さＣＬを自由空間での波長λ0 の０〜０．４倍に変化させた場合におけるＥ面およびＨ面における１０ｄＢビーム幅の変化について検討した。
【００３６】
図１０は、ＣＬ実験４のＥ面およびＨ面における１０ｄＢビーム幅の変化の様子を示すグラフである。この図１０においても、図７〜図９の場合と同様に、０．１５λ0 ≦ＣＬでは１０ｄＢビーム幅はほぼ一定の値となり、一方、ＣＬ≦０．１５λ0 ではＥ面の１０ｄＢビーム幅が大きく変化しており、ＣＬを変化させることによりＥ面の指向性を制御することが可能であることがわかる。また、平面アンテナのテーパー状スロット部１３の長さの寸法を変化させても、Ｅ面およびＨ面における１０ｄＢビーム幅の変化に対する影響がほとんどないことがわかる。
【００３７】
▲５▼  ＣＬ実験１〜４のまとめ
ＣＬ実験１〜４において、様々な条件の下、溝２０の深さＣＬの寸法を変化させてＥ面およびＨ面における１０ｄＢビーム幅の変化を検討した結果、いずれの場合においてもほぼ同様の変化を示し、Ｅ面およびＨ面における１０ｄＢビーム幅の変化は溝２０の深さＣＬの寸法に依存することがわかった。
【００３８】
また、図１１は、上記実験に用いた平面アンテナの指向性のサイドロブレベルをまとめて示したグラフであり、図１１（ａ）はＥ面におけるサイドロブレベルを、図１１（ｂ）はＨ面におけるサイドロブレベルをそれぞれ示している。この図１１より、ＣＬ≦０．０５λ0 の場合、Ｅ面のサイドロブレベルが非常に高くなることがわかる。
【００３９】
したがって、以上の実験結果より、
▲１▼  ＣＬ≦０．０５λ0 
Ｅ面のサイドロブレベルが非常に高くなってしまう領域
▲２▼  ０．０５λ0 ≦ＣＬ≦０．１５λ0 
Ｅ面のサイドロブレベルが低く、Ｅ面の指向性をＣＬにより制御可能である領域
▲３▼  ０．１５λ0 ≦ＣＬ
Ｅ面のサイドロブレベルが低く、Ｅ面の指向性がほぼ一定の領域
ということがわかる。
【００４０】
（２）溝２０の幅ＣＷを変化させた場合の実験結果
▲１▼  ＣＷ実験１
ここでは、コルゲート構造部１４の溝２０の深さＣＬをＣＬ＝０．２λ0 とし、溝２０の幅ＣＷについて自由空間での波長λ0 の０．０４〜０．２倍の範囲で異なるように作製した各平面アンテナの指向性を測定し、溝２０の幅ＣＷを自由空間での波長λ0 の０．０４〜０．２倍に変化させた場合のＥ面およびＨ面における１０ｄＢビーム幅の変化について検討した。
【００４１】
図１２は、ＣＷ実験１のＥ面およびＨ面における１０ｄＢビーム幅の変化の様子を示すグラフである。この図１２により、溝２０の幅ＣＷに対するＥ面およびＨ面における１０ｄＢビーム幅の依存性はほとんど認められないことがわかる。
【００４２】
▲２▼  ＣＷ実験２
ここでは、コルゲート構造部１４の溝２０の深さＣＬをＣＬ＝０．１５λ0 とし、溝２０の幅ＣＷについて自由空間での波長λ0 の０．０４〜０．２倍の範囲で異なるように作製した各平面アンテナの指向性を測定し、溝２０の幅ＣＷを自由空間での波長λ0 の０．０４〜０．２倍に変化させた場合のＥ面およびＨ面における１０ｄＢビーム幅の変化について検討した。
【００４３】
図１３は、ＣＷ実験２のＥ面およびＨ面における１０ｄＢビーム幅の変化の様子を示すグラフである。この図１３においても、図１２と同様に、溝２０の幅ＣＷに対するＥ面およびＨ面における１０ｄＢビーム幅の依存性はほとんど認められないことがわかる。
【００４４】
▲３▼  ＣＷ実験３
ここでは、平面アンテナの開口端から基板端までの長さＤ1 およびＤ2 をそれぞれ０．４λ0 、コルゲート構造部１４の溝２０の深さＣＬをＣＬ＝０．２λ0 とし、溝２０の幅ＣＷについて自由空間での波長λ0 の０．０４〜０．２倍の範囲で異なるように作製した各平面アンテナの指向性を測定し、溝２０の幅ＣＷを自由空間での波長λ0 の０．０４〜０．２倍に変化させた場合のＥ面およびＨ面における１０ｄＢビーム幅の変化について検討した。
【００４５】
図１４は、ＣＷ実験３のＥ面およびＨ面における１０ｄＢビーム幅の変化の様子を示すグラフである。この図１４においても、図１２および図１３と同様に、溝２０の幅ＣＷに対するＥ面およびＨ面における１０ｄＢビーム幅の依存性はほとんど認められないことがわかる。
【００４６】
▲４▼  ＣＷ実験４
ここでは、平面アンテナのテーパー状スロット部１３の長さを５λ0 、コルゲート構造部１４の溝２０の深さＣＬをＣＬ＝０．２λ0 とし、溝２０の幅ＣＷについて自由空間での波長λ0 の０．０４〜０．２倍の範囲で異なるように作製した各平面アンテナの指向性を測定し、溝２０の幅ＣＷを自由空間での波長λ0 の０．０４〜０．２倍に変化させた場合のＥ面およびＨ面における１０ｄＢビーム幅の変化について検討した。
【００４７】
図１５は、ＣＷ実験４のＥ面およびＨ面における１０ｄＢビーム幅の変化の様子を示すグラフである。この図１５においても、図１２〜図１５と同様に、溝２０の幅ＣＷに対するＥ面およびＨ面における１０ｄＢビーム幅の依存性はほとんど認められないことがわかる。
【００４８】
▲５▼  ＣＷ実験１〜４のまとめ
図１６は、ＣＷ実験１〜４で用いた平面アンテナの指向性のサイドロブレベルをまとめて示したグラフであり、図１６（ａ）はＥ面におけるサイドロブレベルを、図１６（ｂ）はＨ面におけるサイドロブレベルをそれぞれ示している。図１２〜図１５に示した１０ｄＢビーム幅および図１６に示したサイドロブレベルともに、溝２０の幅ＣＷに依存して変化するという明らかな傾向は認められないことがわかった。
【００４９】
（３）結論
以上の実験結果より、溝２０の深さＣＬを（１）０．０５λ0 ≦ＣＬ（より好ましくは０．１５λ0 ≦ＣＬ）とすることにより、Ｅ面のサイドロブレベルを低く抑えることができ、また、（２）０．０５λ0 ≦ＣＬ≦０．１５λ0 とすることにより、Ｅ面のサイドロブレベルを低く押さえつつ、Ｅ面の指向性をＣＬにより制御することが可能であるという結論を得ることができた。この（２）の結論は、図５（ａ）および図６（ａ）を比較すると良く理解することができる。ここで図５（ａ）はＣＬ＝０．０８λ0 、図６（ａ）はＣＬ＝０．２λ0 の場合の平面アンテナのＥ面における指向性をそれぞれ示しており、図５（ａ）の場合が上記（２）の結論を満たす平面アンテナに該当する。両方の図を比較すると、ＣＬ＝０．０８λ0 （図５（ａ））にした平面アンテナのＥ面の指向性は、ＣＬ＝０．２λ0 （図６（ａ））のものと比べて狭くなっており、ＣＬでＥ面の指向性を制御可能であることが明確に理解できる。また、平面アンテナの指向性はＣＬのみに依存し、平面アンテナの他の部分の寸法には影響を受けないという結論も得ることができた。
【００５０】
ただし、溝２０の深さＣＬの寸法は、平面アンテナ本来の機能を考えると、当然のことながら開口端から基板端までの長さＤ1 およびＤ2 より長くすることはできない。そのため、溝２０がアンテナ本来の機能を妨げないようにするためには、少なくともＤ−ＣＬ≧０．１λ0 （ＤはＤ1 およびＤ2 を指す）程度の寸法的な余裕が必要となる。
【００５１】
このように、実施の形態１に係る平面アンテナによれば、コルゲート構造部１４における溝２０の深さＣＬを０．０５λ0 ≦ＣＬとすることにより、Ｅ面のサイドロブレベルを低く抑えることができるため、平面アンテナ１０の指向性の劣化を防止することができる。換言すれば、コルゲート構造部１４における溝２０の深さＣＬが０．０５λ0 ≦ＣＬとなるように平面アンテナ１０を作製することにより、指向性を劣化させることなく平面アンテナ１０の開口部１３ｃからアンテナ端の長さＤ1 ，Ｄ2 を短くして小型化した平面アンテナ１０を容易に製造することができる。
【００５２】
また、コルゲート構造部１４における溝２０の深さＣＬを０．０５λ0 ≦ＣＬ≦０．１５λ0 とすることにより、Ｈ面の指向性に影響を与えることなく、Ｅ面の指向性のみを連続的に変化させることができる。したがって、所望の指向性を有する平面アンテナを容易に製造することができる。加えて、コルゲート構造部１４における溝２０の深さＣＬを０．０５λ0 ≦ＣＬ≦０．１５λ0 とすることにより、Ｅ面のサイドロブレベルを低く抑えることができるため、平面アンテナ１０の指向性の劣化を防止することができる。
【００５３】
なお、上述した実施の形態１に係る平面アンテナ１０において、コルゲート構造部１４における溝２０の深さＣＬは、アンテナ両側端で同一でなくても良い。すなわち、コルゲート構造部１４の形状は、非対象的な関係であっても良い。こうすることにより、様々な特性を有する平面アンテナ１０を得ることができる。
【００５４】
〔実施の形態２〕
本発明の実施の形態２においては、実施の形態１で説明したコルゲート構造部を有する平面アンテナ１０を適用したアンテナアレイについて説明する。
【００５５】
図１７は、実施の形態２に係るアンテナアレイの上面図である。図１７に示すアンテナアレイ８０は、同一基板上に実施の形態１で説明したコルゲート構造部を有する平面アンテナ１０が複数形成されたものである。すなわち、誘電体からなる基板８１と、基板８１上に形成され、電磁波を放射または入射する複数のテーパー状スロット部８２を有する導体部８２とによって、複数の平面アンテナ１０が形成されたものである。また、導体部８２における各平面アンテナ１０の間には、コルゲート構造部８４が設けられたスリット８３が形成されている。
【００５６】
図１７に示すアンテナアレイ８０は、厚さ５０μｍのカプトンからなる基板８１と、基板８１上に積層された厚さ５μｍの銅からなる導体部８２とを用いて形成されている。各平面アンテナ１０の設計周波数を６０ＧＨｚとし、アンテナ長は２０ｍｍ（４λ0 ）、開口部８５の幅は５ｍｍ（λ0 ）、隣接する平面アンテナの開口部８５の端部間の長さＤ3 は５ｍｍ（λ0 ）である。さらに、各平面アンテナ１０間に設けられたスリット８３は、幅が２００μｍ（０．０４λ0 ）、長さが２０ｍｍ（４λ0 ）であって、スリット８３の両側に設けられたコルゲート構造部８４は、幅ＣＷが０．２ｍｍ（０．０４λ0 ）で深さＣＬが０．４ｍｍ（０．０８λ0 ）の溝を０．４ｍｍ（０．０８λ0 ）周期で配列することによって構成されている。
【００５７】
なお、図１７中のアンテナアレイ８０が備える平面アンテナ１０は４つであるが、平面アンテナの数を３つに限定するものではない。また、上記アンテナアレイの寸法は一例を示すものであって、実施の形態１で説明したコルゲート構造部の寸法の条件に従ってアンテナアレイ８０の寸法を変化させることが可能である。
【００５８】
このように、実施の形態２に係るアンテナアレイ８０によれば、実施の形態１に係る平面アンテナ１０を用いたことにより、隣接する平面アンテナ１０の開口部８５の端部間の長さＤ3 を短くした場合であっても、各平面アンテナ１０の指向性が劣化することを防止することができる。すなわち、コルゲート構造部８４の溝の深さＣＬが０．０５λ0 ≦ＣＬとなるようにアンテナアレイ８０を形成することにより、隣接する平面アンテナ１０の開口部８５の端部間の長さＤ3 を短くした場合であっても、各平面アンテナ１０の指向性が劣化しないようにすることができ、アンテナアレイの小型化を容易に達成することができる。
【００５９】
また、コルゲート構造部８４における溝の深さＣＬを０．０５λ0 ≦ＣＬ≦０．１５λ0 の範囲で変化させることにより、各平面アンテナ１０について、Ｈ面の指向性に影響を与えることなく、Ｅ面の指向性をのみを制御することができる。したがって、所望の指向性を有するアンテナアレイを容易に製造することができる。
【００６０】
なお、本発明に係る平面アンテナおよびアンテナアレイは、実施の形態１および２で説明した構成に限定されるものではなく、アンテナ形状や材質、動作周波数等、用途によって適宜変更可能なものである。また、実施の形態１および２においては、矩形の溝でコルゲート構造部を構成することにしているが、指向性の劣化を防止する機能を有する形状であれば、矩形以外の形状の溝でコルゲート構造部を構成しても良いことは明らかである。
【００６１】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１にかかる発明によれば、導体部におけるテーパー状スロット部の開口部の端部から導体部の端部までの長さは、テーパー状スロット部の開口部の端部から導体部の端部までの長さをＤ、自由空間での電磁波の波長をλ0とした場合に、Ｄ≦２λ0の関係で形成され、コルゲート構造の溝の深さは、コルゲート構造の溝の深さをＣＬとした場合に、０．０５λ0≦ＣＬの関係で形成されることにより、テーパードスロットアンテナの開口部からアンテナ端の長さを短くしてもテーパードスロットアンテナの指向性の劣化を防止することができるため、小型のテーパードスロットアンテナを容易に製造することができる。
【００６２】
また、請求項２にかかる発明によれば、コルゲート構造の溝の深さは、さらに０．０５λ0 ≦ＣＬ≦０．１５λ0 の関係で形成されることにより、Ｈ面の指向性に影響を与えることなく、Ｅ面の指向性のみを連続的に変化させることができるため、所望の指向性を有するテーパードスロットアンテナを容易に製造することができ、また、テーパードスロットアンテナの開口部からアンテナ端の長さを短くしてもテーパードスロットアンテナの指向性の劣化を防止することができるため、小型のテーパードスロットアンテナを容易に製造することができる。
【００６３】
また、請求項３にかかる発明によれば、導体部におけるテーパー状スロット部の開口部の端部から導体部の端部までの長さおよびコルゲート構造の溝の深さは、さらにＤ−ＣＬ≧０．１λ0 の関係で形成されることにより、コルゲート構造を設けたことを原因としてアンテナ本来の機能を妨げることを防止することができる。
【００６４】
さらに、請求項４にかかる発明によれば、請求項１〜３のいずれか一つに記載のテーパードスロットアンテナを同一平面上に複数配列して構成したことにより、小型のアンテナアレイを容易に製造することができると共に、各テーパードスロットアンテナについて、Ｈ面の指向性に影響を与えることなく、Ｅ面の指向性をのみを変化させたアンテナアレイを容易に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に係る平面アンテナの上面図である。
【図２】図１中の領域Ａの拡大図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係る平面アンテナのコルゲート構造の構成を特定するために行ったＣＬ実験１におけるアンテナ指向性についての測定結果の例を示すグラフである（ＣＬ＝０λ0 ）。
【図４】本発明の実施の形態１に係る平面アンテナのコルゲート構造の構成を特定するために行ったＣＬ実験１におけるアンテナ指向性についての測定結果の例を示すグラフである（ＣＬ＝０．０２λ0 ）。
【図５】本発明の実施の形態１に係る平面アンテナのコルゲート構造の構成を特定するために行ったＣＬ実験１におけるアンテナ指向性についての測定結果の例を示すグラフである（ＣＬ＝０．０８λ0 ）。
【図６】本発明の実施の形態１に係る平面アンテナのコルゲート構造の構成を特定するために行ったＣＬ実験１におけるアンテナ指向性についての測定結果の例を示すグラフである（ＣＬ＝０．２λ0 ）。
【図７】本発明の実施の形態１に係る平面アンテナのコルゲート構造の構成を特定するために行ったＣＬ実験１において、溝の深さＣＬを自由空間での波長λ0 の０〜０．４倍に変化させた場合のＥ面およびＨ面における１０ｄＢビーム幅の変化の様子を示すグラフである。
【図８】本発明の実施の形態１に係る平面アンテナのコルゲート構造の構成を特定するために行ったＣＬ実験２において、溝の深さＣＬを自由空間での波長λ0 の０〜０．４倍に変化させた場合のＥ面およびＨ面における１０ｄＢビーム幅の変化の様子を示すグラフである。
【図９】本発明の実施の形態１に係る平面アンテナのコルゲート構造の構成を特定するために行ったＣＬ実験３において、溝の深さＣＬを自由空間での波長λ0 の０〜０．２５倍に変化させた場合のＥ面およびＨ面における１０ｄＢビーム幅の変化の様子を示すグラフである。
【図１０】本発明の実施の形態１に係る平面アンテナのコルゲート構造の構成を特定するために行ったＣＬ実験４において、溝の深さＣＬを自由空間での波長λ0 の０〜０．４倍に変化させた場合のＥ面およびＨ面における１０ｄＢビーム幅の変化の様子を示すグラフである。
【図１１】本発明の実施の形態１に係る平面アンテナのコルゲート構造の構成を特定するために行ったＣＬ実験１〜４で用いた各平面アンテナの指向性のサイドロブレベルを示すグラフである。
【図１２】本発明の実施の形態１に係る平面アンテナのコルゲート構造の構成を特定するために行ったＣＷ実験１において、溝の深さＣＷを自由空間での波長λ0 の０．０４〜０．２倍に変化させた場合のＥ面およびＨ面における１０ｄＢビーム幅の変化の様子を示すグラフである。
【図１３】本発明の実施の形態１に係る平面アンテナのコルゲート構造の構成を特定するために行ったＣＷ実験２において、溝の深さＣＷを自由空間での波長λ0 の０．０４〜０．２倍に変化させた場合のＥ面およびＨ面における１０ｄＢビーム幅の変化の様子を示すグラフである。
【図１４】本発明の実施の形態１に係る平面アンテナのコルゲート構造の構成を特定するために行ったＣＷ実験３において、溝の深さＣＷを自由空間での波長λ0 の０．０４〜０．２倍に変化させた場合のＥ面およびＨ面における１０ｄＢビーム幅の変化の様子を示すグラフである。
【図１５】本発明の実施の形態１に係る平面アンテナのコルゲート構造の構成を特定するために行ったＣＷ実験４において、溝の深さＣＷを自由空間での波長λ0 の０．０４〜０．２倍に変化させた場合のＥ面およびＨ面における１０ｄＢビーム幅の変化の様子を示すグラフである。
【図１６】本発明の実施の形態１に係る平面アンテナのコルゲート構造の構成を特定するために行ったＣＷ実験１〜４で用いた各平面アンテナの指向性のサイドロブレベルを示すグラフである。
【図１７】本発明の実施の形態２に係るアンテナアレイの上面図である。
【図１８】従来の平面アンテナの一例を示す上面図である。
【図１９】従来の平面アンテナ（ＬＴＳＡ）の上面図である。
【図２０】従来の平面アンテナ（ｖｉｖａｌｄｉ）の上面図である。
【図２１】従来の平面アンテナ（ＣＷＳＡ）の上面図である。
【符号の説明】
１０，９０    平面アンテナ
１１，８１    基板
１２，８２    導体部
１３      テーパー状スロット部
１３ｃ    開口部
１４，８４    コルゲート構造部
２０      溝
８０      アンテナアレイ
８３      スリット
【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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