(57)【要約】  多層基板（２）には、絶縁層（４），（５）間に位置して内部接地層（１１）を設けると共に、絶縁層（３），（４）間に位置して放射素子（１３）を設ける。放射素子（１３）のＸ軸方向の途中位置には、第１のコプレーナ線路（７）を接続し、放射素子（１３）のＹ軸方向の途中位置には、第２のコプレーナ線路（９）を接続する。放射素子（１３）の上面には、絶縁層（３）を介して無給電素子（１６）を積層する。無給電素子（１６）は、Ｘ軸方向に延びる第１のパッチ（１６Ａ）と、Ｙ軸方向に延びる第２のパッチ（１６Ｂ）とが直交した十字形状に形成する。
2014045966.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部接地層と、
該内部接地層の上面に絶縁層を介して積層された放射素子と、
該放射素子の上面に絶縁層を介して積層された無給電素子とを有し、
前記無給電素子は、第１のパッチと第２のパッチとが交差してなり、
前記放射素子のうち前記第１のパッチに対して給電する第１の給電線路と、前記放射素子のうち前記第２のパッチに対して給電する第２の給電線路とが設けられた偏波共用アンテナ。
【請求項２】
前記無給電素子は、前記第１のパッチと前記第２のパッチとが直交した十字形状に形成してなる請求項１に記載の偏波共用アンテナ。
【請求項３】
前記第１の給電線路および前記第２の給電線路は、マイクロストリップ線路、コプレーナ線路またはトリプレーナ線路によって構成してなる請求項１に記載の偏波共用アンテナ。
【請求項４】
前記第１の給電線路および前記第２の給電線路は、互いに並行に延びる構成としてなる請求項１に記載の偏波共用アンテナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば２つの偏波に共用可能な偏波共用アンテナに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、例えば波長に比べて薄い誘電体を挟んで互いに対向する放射素子と接地層を設けると共に、放射素子の放射面側に無給電素子を設けたマイクロストリップアンテナ（パッチアンテナ）が開示されている。また、特許文献２，３には、放射素子を略正方形状に形成すると共に、互いに直交する軸に対して給電点を設けた偏波共用アンテナが開示されている。特許文献４には、十字型に形成したストリップ線路によってパッチアンテナを給電した偏波共用アンテナが開示されている。さらに、特許文献５には、十字型に形成したパッチアンテナによって高次モードを低減させた単一方向偏波用の平面アンテナが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭５５−９３３０５号公報
【特許文献２】特開昭６３−６９３０１号公報
【特許文献３】特開２００４−２６６４９９号公報
【特許文献４】特開２００７−１４２８７６号公報
【特許文献５】特開平５−１２９８２５号公報
【発明の概要】
【０００４】
ところで、特許文献２，３による偏波共用アンテナでは、無給電素子を備えたスタック型パッチアンテナであり、無給電素子を省いたパッチアンテナに比べて広帯域化が可能である。しかし、特許文献２，３による偏波共用アンテナでは、２つの偏波方向に対して対称性を有する構成となっているため、放射素子や無給電素子は略正方形状に形成されている。このため、放射素子と無給電素子との間の電磁界結合量の調整ができず、広帯域化には限界がある。
【０００５】
また、特許文献４による偏波共用アンテナは、単層パッチアンテナであり、広帯域化には適していない。さらに、特許文献４による平面アンテナは、単層の単一方向偏波用であるため、２つの偏波に共用することができない。
【０００６】
本発明は上述した従来技術の問題に鑑みなされたもので、本発明の目的は、広帯域化が可能な偏波共用アンテナを提供することにある。
【０００７】
（１）．上述した課題を解決するために、本発明による偏波共用アンテナは、内部接地層と、該内部接地層の上面に絶縁層を介して積層された放射素子と、該放射素子の上面に絶縁層を介して積層された無給電素子とを有し、前記無給電素子は、第１のパッチと第２のパッチとが交差してなり、前記放射素子のうち前記第１のパッチに対して給電する第１の給電線路と、前記放射素子のうち前記第２のパッチに対して給電する第２の給電線路とが設けられた構成としている。
【０００８】
本発明によれば、無給電素子は、第１のパッチと第２のパッチとが交差した形状に形成され、放射素子のうち第１のパッチに対して給電する第１の給電線路と、放射素子のうち第２のパッチに対して給電する第２の給電線路とが設けられる構成とした。このため、第１の給電線路からの給電によって放射素子に電流が流れるときに、この電流と平行な第１のパッチの長さ寸法によって、共振周波数を設定することができると共に、電流と直交する第１のパッチの幅寸法によって、放射素子と無給電素子との間の電磁界結合量を調整することができる。同様に、第２の給電線路からの給電によって放射素子に電流が流れるときに、この電流と平行な第２のパッチの長さ寸法によって、共振周波数を設定することができると共に、電流と直交する第２のパッチの幅寸法によって、放射素子と無給電素子との間の電磁界結合量を調整することができる。このため、アンテナの整合が取れる帯域を広げることが可能になる。このとき、第１，第２の給電線路によって、放射素子には、互いに異なる方向の電流が流れるから、交差した第１のパッチと第２のパッチは、長さ寸法と幅寸法を互いに別個に調整することができる。この結果、広帯域化を図りつつ、２つの偏波に共用可能なアンテナを構成することができる。
【０００９】
（２）．本発明では、前記無給電素子は、前記第１のパッチと前記第２のパッチとが直交した十字形状に形成している。
【００１０】
本発明によれば、無給電素子は、第１のパッチと第２のパッチとが直交した十字形状に形成したから、２つの偏波を互いに直交させることができ、放射効率を高めることができる。また、放射素子、無給電素子等は、互いに直交した方向に対称性をもって形成することができるから、斜めに傾斜して形成した場合に比べて、対称な指向性をもったアンテナを形成することができる。
【００１１】
（３）．本発明では、前記第１の給電線路および前記第２の給電線路は、マイクロストリップ線路、コプレーナ線路またはトリプレーナ線路によって構成している。
【００１２】
本発明によれば、第１の給電線路および第２の給電線路は、マイクロストリップ線路、コプレーナ線路またはトリプレーナ線路によって構成したから、高周波回路で一般的に用いられる線路を用いて放射素子に給電を行うことができ、高周波回路とアンテナとの接続が容易になる。
【００１３】
（４）．本発明では、前記第１の給電線路および前記第２の給電線路は、互いに並行に延びる構成としている。
【００１４】
本発明によれば、第１の給電線路および第２の給電線路は、互いに並行に延びる構成としたから、アンテナから高周波回路に向けて２本の給電線路を並行に延ばすことによって、アンテナと高周波回路とを接続することができる。このため、２本の給電線路が異なる方向に延びる場合に比べて、高周波回路とアンテナとの間の容易に接続することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】第１の実施の形態による偏波共用アンテナを示す分解斜視図である。
【図２】（ａ）は図１中の偏波共用アンテナを示す平面図であり、（ｂ）は図１中の無給電素子を示す平面図である。
【図３】偏波共用アンテナを図２（ａ）中の矢示III−III方向からみた断面図である。
【図４】偏波共用アンテナを図２（ａ）中の矢示IV−IV方向からみた断面図である。
【図５】偏波共用アンテナの共振モードを図３と同じ位置で示す説明図である。
【図６】偏波共用アンテナの他の共振モードを図３と同じ位置で示す説明図である。
【図７】第１の実施の形態および比較例において、アンテナ利得の周波数特性を示す特性線図である。
【図８】第１の実施の形態および比較例において、リターンロスの周波数特性を示す特性線図である。
【図９】第２の実施の形態による偏波共用アンテナを示す分解斜視図である。
【図１０】第２の実施の形態による偏波共用アンテナを図３と同様位置からみた断面図である。
【図１１】第２の実施の形態による偏波共用アンテナを図４と同様位置からみた断面図である。
【図１２】第３の実施の形態による偏波共用アンテナを示す分解斜視図である。
【図１３】第３の実施の形態による偏波共用アンテナを図３と同様位置からみた断面図である。
【図１４】第３の実施の形態による偏波共用アンテナを図４と同様位置からみた断面図である。
【図１５】第４の実施の形態による偏波共用アンテナを示す平面図である。
【図１６】第１の変形例による偏波共用アンテナを示す平面図である。
【図１７】第２の変形例による偏波共用アンテナを示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態による偏波共用アンテナとして例えば６０ＧＨｚ帯用の偏波共用アンテナを例に挙げて、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００１７】
図１ないし図４は第１の実施の形態による偏波共用アンテナ１を示している。この偏波共用アンテナ１は、後述する多層基板２、第１，第２のコプレーナ線路７，９、内部接地層１１、放射素子１３、無給電素子１６等によって構成されている。
【００１８】
多層基板２は、互いに直交するＸ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向のうち例えばＸ軸方向およびＹ軸方向に対して平行に広がる平板状に形成されている。この多層基板２は、Ｙ軸方向に対して例えば数ｍｍ程度の長さ寸法を有し、Ｘ軸方向に対して例えば数ｍｍ程度の長さ寸法を有すると共に、厚さ方向となるＺ軸方向に対して例えば数百μｍ程度の厚さ寸法を有している。
【００１９】
また、多層基板２は、例えば低温同時焼成セラミックス多層基板（ＬＴＣＣ多層基板）によって形成され、上面２Ａ側から下面２Ｂ側に向けてＺ軸方向に積層した３層の絶縁層３〜５を有している。各絶縁層３〜５は、１０００℃以下の低温で焼成可能な絶縁性のセラミックス材料からなり、薄い層状に形成されている。
【００２０】
なお、多層基板２は、絶縁性のセラミックス材料を用いたセラミックス多層基板に限らず、絶縁性の樹脂材料を用いた樹脂多層基板を用いて形成してもよい。
【００２１】
下面部接地層６は、例えば銅、銀等の導電性の金属薄膜によって形成され、グランドに接続されている。この下面部接地層６は、多層基板２の下面２Ｂに位置して多層基板２の略全面を覆っている。
【００２２】
第１のコプレーナ線路７は、放射素子１３に対する給電を行う給電線路を構成している。図１および図２に示すように、コプレーナ線路７は、絶縁層４と絶縁層５との間に設けられた導体パターンとしてのストリップ導体８と、ストリップ導体８を挟んで幅方向（Ｙ軸方向）の両側に設けられた後述の内部接地層１１とによって構成されている。ストリップ導体８は、例えば下面部接地層６と同様の導電性金属材料からなり、Ｘ軸方向に延びる細長い帯状に形成されている。また、ストリップ導体８の先端は、放射素子１３のうちＸ軸方向の中心位置と端部位置との間の途中位置に接続されている。そして、第１のコプレーナ線路７は、第１の高周波信号ＲＦ1を伝送すると共に、放射素子１３のうち後述する第１のパッチ１６Ａに対応したＸ軸方向に電流Ｉ1が流れるように、放射素子１３に給電する。
【００２３】
第２のコプレーナ線路９は、放射素子１３に対する給電を行う給電線路を構成している。第２のコプレーナ線路９は、第１のコプレーナ線路７と同様に、絶縁層４と絶縁層５との間に設けられた導体パターンとしてのストリップ導体１０と、ストリップ導体１０を挟んで幅方向（Ｘ軸方向）の両側に設けられた後述の内部接地層１１とによって構成されている。ストリップ導体１０は、例えば下面部接地層６と同様の導電性金属材料からなり、Ｙ軸方向に延びる細長い帯状に形成されている。また、ストリップ導体１０の先端は、放射素子１３のうちＹ軸方向の中心位置と端部位置との間の途中位置に接続されている。そして、第２のコプレーナ線路９は、第２の高周波信号ＲＦ2を伝送すると共に、放射素子１３のうち後述する第２のパッチ１６Ｂに対応したＹ軸方向に電流Ｉ2が流れるように、放射素子１３に給電する。
【００２４】
なお、第１の高周波信号ＲＦ1と第２の高周波信号ＲＦ2とは、互いに同じ周波数でもよく、異なる周波数でもよい。
【００２５】
内部接地層１１は、絶縁層４と絶縁層５との間に設けられている。この内部接地層１１は、例えば導電性の金属薄膜によって形成され、下面部接地層６と対面し、後述する複数のビア１２によって下面部接地層６に電気的に接続されている。このため、内部接地層１１は、下面部接地層６と同様にグランドに接続されている。また、内部接地層１１には、ストリップ導体８，１０を取囲んで空隙部１１Ａ，１１Ｂが設けられている。この空隙部１１Ａ，１１Ｂによって、内部接地層１１とストリップ導体８，１０との間は絶縁されている。
【００２６】
ビア１２は、多層基板２の絶縁層５を貫通した内径が数十〜数百μｍ程度の貫通孔に例えば銅、銀等の導電性金属材料を設けることによって柱状の導体として形成されている。また、ビア１２は、Ｚ軸方向に延びて、その両端が下面部接地層６と内部接地層１１にそれぞれ接続されている。このとき、隣合う２つのビア１２の間隔寸法は、電気長で例えば使用する高周波信号ＲＦ1，ＲＦ2の１／４波長よりも小さい値に設定されている。そして、複数のビア１２は、空隙部１１Ａ，１１Ｂを取囲むと共に、空隙部１１Ａ，１１Ｂの縁部に沿って配置されている。
【００２７】
放射素子１３は、例えば内部接地層１１と同様の導電性金属材料を用いて略四角形状に形成され、内部接地層１１と間隔をもって対向している。具体的には、放射素子１３は、絶縁層３と絶縁層４との間に配置されている。即ち、放射素子１３は、内部接地層１１の上面に絶縁層４を介して積層されている。このため、放射素子１３は、内部接地層１１と絶縁された状態で、内部接地層１１と対面している。
【００２８】
図２に示すように、放射素子１３は、Ｘ軸方向に例えば数百μｍから数ｍｍ程度の長さ寸法Ｌ1を有すると共に、Ｙ軸方向に例えば数百μｍから数ｍｍ程度の長さ寸法Ｌ2を有している。放射素子１３のＸ軸方向の長さ寸法Ｌ1は、電気長で例えば第１の高周波信号ＲＦ1の半波長となる値に設定されている。一方、放射素子１３のＹ軸方向の長さ寸法Ｌ2は、電気長で例えば第２の高周波信号ＲＦ2の半波長となる値に設定されている。このため、第１の高周波信号ＲＦ1と第２の高周波信号ＲＦ2が互いに同じ周波数や同じ帯域となる場合には、放射素子１３は、略正方形状に形成される。
【００２９】
さらに、放射素子１３には、Ｘ軸方向の途中位置に後述のビア１４が接続されると共に、ビア１４を介して第１のコプレーナ線路７が接続されている。即ち、ストリップ導体８の端部は、接続線路としてのビア１４を介して放射素子１３に接続されている。そして、放射素子１３には、第１のコプレーナ線路７からの給電によって、Ｘ軸方向に向けて電流Ｉ1が流れる。
【００３０】
一方、放射素子１３には、Ｙ軸方向の途中位置にビア１５が接続されると共に、ビア１５を介して第２のコプレーナ線路９が接続されている。即ち、ストリップ導体１０の端部は、接続線路としてのビア１５を介して放射素子１３に接続されている。そして、放射素子１３には、第２のコプレーナ線路９からの給電によって、Ｙ軸方向に向けて電流Ｉ2が流れる。
【００３１】
ビア１４，１５は、ビア１２とほぼ同様に柱状の導体として形成されている。また、ビア１４，１５は、絶縁層４を貫通して形成され、Ｚ軸方向に延び、その両端が放射素子１３とストリップ導体８，１０にそれぞれ接続されている。
【００３２】
ビア１４は、放射素子１３と第１のコプレーナ線路７との間を接続する第１の接続線路を構成している。ビア１４は、放電素子１３のうちＸ軸方向の中心位置と端部位置との間の途中位置に接続されている。このとき、ビア１４は、無給電素子１６のパッチ１６Ｂとは対向せず、パッチ１６Ａと対向する位置に配置されている。このため、ビア１４は、無給電素子１６のパッチ１６Ａ，１６Ｂが重複する中央部分を避けて、この中央部分よりもパッチ１６Ａの端部に近い位置に配置されている。
【００３３】
また、ビア１５は、放射素子１３と第２のコプレーナ線路９との間を接続する第２の接続線路を構成している。ビア１５は、放電素子１３のうちＹ軸方向の中心位置と端部位置との間の途中位置に接続されている。このとき、ビア１５は、無給電素子１６のパッチ１６Ａとは対向せず、パッチ１６Ｂと対向する位置に配置されている。このため、ビア１５は、無給電素子１６のパッチ１６Ａ，１６Ｂが重複する中央部分を避けて、この中央部分よりもパッチ１６Ｂの端部に近い位置に配置されている。
【００３４】
無給電素子１６は、例えば内部接地層１１と同様の導電性金属材料を用いて略十字形状に形成され、放射素子１３からみて内部接地層１１と反対側に位置して、多層基板２の上面２Ａ（絶縁層３の上面）に配置されている。即ち、無給電素子１６は、放射素子１３の上面に絶縁層３を介して積層されている。このため、無給電素子１６は、放射素子１３および内部接地層１１と絶縁された状態で、放射素子１３と間隔をもって対面している。
【００３５】
図２に示すように、無給電素子１６は、２本のパッチ１６Ａ，１６Ｂが互いに直交した状態で交差している。このとき、第１のパッチ１６ＡはＸ軸方向に延びて略長方形状に形成され、第２のパッチ１６ＢはＹ軸方向に延びて略長方形状に形成される。そして、無給電素子１６は、パッチ１６Ａ，１６Ｂの中心部分が互いに重なり合った状態で、一体的に形成されている。
【００３６】
ここで、第１のパッチ１６Ａは、Ｙ軸方向に例えば数百μｍ程度の幅寸法ａ1を有すると共に、Ｘ軸方向に例えば数百μｍから数ｍｍ程度の長さ寸法ｂ1を有している。また、第２のパッチ１６Ｂは、Ｘ軸方向に例えば数百μｍ程度の幅寸法ａ2を有すると共に、Ｙ軸方向に例えば数百μｍから数ｍｍ程度の長さ寸法ｂ2を有している。
【００３７】
そして、第１のコプレーナ線路７からの給電によって放射素子１３が励振するときには、第１のパッチ１６Ａと放射素子１３とが電磁界結合する。一方、第２のコプレーナ線路９からの給電によって放射素子１３が励振するときには、第２のパッチ１６Ｂと放射素子１３とが電磁界結合する。
【００３８】
また、第１のパッチ１６Ａの幅寸法ａ1は、例えば放射素子１３の長さ寸法Ｌ2よりも小さくなり、第１のパッチ１６Ａの長さ寸法ｂ1は、例えば放射素子１３の長さ寸法Ｌ1よりも大きくなっている。同様に、第２のパッチ１６Ｂの幅寸法ａ2は、例えば放射素子１３の長さ寸法Ｌ1よりも小さくなり、第２のパッチ１６Ｂの長さ寸法ｂ2は、例えば放射素子１３の長さ寸法Ｌ2よりも大きくなっている。
【００３９】
なお、無給電素子１６および放射素子１３の大小関係やこれらの具体的な形状は、上述のものに限らず、偏波共用アンテナ１の放射パターン等を考慮して適宜設定されるものである。
【００４０】
本実施の形態による偏波共用アンテナ１は上述の如き構成を有するもので、次にその作動について説明する。
【００４１】
まず、第１のコプレーナ線路７から放射素子１３に向けて給電を行うと、放射素子１３には、Ｘ軸方向に向けて電流Ｉ1が流れる。これにより、偏波共用アンテナ１は、放射素子１３の長さ寸法Ｌ1に応じた第１の高周波信号ＲＦ1を送信または受信する。
【００４２】
このとき、放射素子１３と無給電素子１６の第１のパッチ１６Ａとは、互いに電磁界結合すると共に、互いに共振周波数が異なる２つの共振モードを有する（図５、図６参照）。これら２つの共振周波数では高周波信号ＲＦ1のリターンロスが低下するのに加え、これら２つの共振周波数の間の周波数帯域でも高周波信号ＲＦ1のリターンロスが低下する。このため、無給電素子１６を省いた場合に比べて、使用可能な第１の高周波信号ＲＦ1の帯域が広がる。
【００４３】
一方、第２のコプレーナ線路９から放射素子１３に向けて給電を行うと、放射素子１３には、Ｙ軸方向に向けて電流Ｉ2が流れる。これにより、偏波共用アンテナ１は、放射素子１３の長さ寸法Ｌ2に応じた第２の高周波信号ＲＦ2を送信または受信する。
【００４４】
このとき、放射素子１３と無給電素子１６の第２のパッチ１６Ｂとは、互いに電磁界結合すると共に、前述と同様に、互いに共振周波数が異なる２つの共振モードを有する。このため、無給電素子１６を省いた場合に比べて、使用可能な第２の高周波信号ＲＦ2の帯域が広がる。
【００４５】
また、特許文献２，３のように四角形の無給電素子を用いた場合には、無給電素子のＸ軸方向の長さ寸法によって、第１の高周波信号に対する無給電素子と放射素子との間の２つの共振周波数が決まる。また、無給電素子のＹ軸方向の長さ寸法によって、第２の高周波信号に対する無給電素子と放射素子との間の２つの共振周波数が決まる。このため、無給電素子の形状を変更して無給電素子と放射素子との間の結合量を調整すると、共振周波数も変化するから、共振周波数とは別個に結合量を調整するのが難しいという問題がある。
【００４６】
これに対し、本実施の形態では、無給電素子１６を２本のパッチ１６Ａ，１６Ｂが交差した十字形状に形成した。このため、パッチ１６Ａ，１６Ｂの長さ寸法ｂ1，ｂ2によって共振周波数を設定することができると共に、パッチ１６Ａ，１６Ｂの幅寸法ａ1，ａ2によって結合量を調整することができる。このため、第１，第２の高周波信号ＲＦ1，ＲＦ2に対して、共振周波数とは別個に、放射素子１３と無給電素子１６との間の結合量を別個に調整することができ、広帯域化を図ることができる。
【００４７】
このような無給電素子１６による効果を確認するために、無給電素子１６を十字形状に形成した場合（第１の実施の形態）と、四角形状に形成した場合（比較例）について、アンテナ利得とリターンロスの周波数特性を測定した。その結果を図７および図８に示す。なお、多層基板２の絶縁層３〜５の比誘電率εrは３．５とし、絶縁層３の厚さ寸法は０．１ｍｍ、絶縁層４の厚さ寸法は０．２ｍｍ、絶縁層５の厚さ寸法は０．０７５ｍｍとした。放射素子１３の長さ寸法Ｌ1，Ｌ2はいずれも１．１ｍｍとした。無給電素子１６の第１，第２のパッチ１６Ａ，１６Ｂの幅寸法ａ1，ａ2はいずれも０．５ｍｍとし、長さ寸法ｂ1，ｂ2はいずれも１．２ｍｍとした。また、放射素子１３の端部から第１，第２のコプレーナ線路７，９の給電点となるビア１４，１５までの距離ｑ1，ｑ2は、いずれも０．１６ｍｍとした。一方、比較例の場合には、無給電素子は、一辺の長さ寸法が１．２ｍｍの正方形に形成するものとした。
【００４８】
図７に示すように、第１の実施の形態と比較例とでは、アンテナ利得はほぼ同じ特性となる。アンテナ利得が０ｄＢ以上の範囲で比較すると、比較例では２０ＧＨｚ程度の帯域となるのに対し、第１の実施の形態では２２ＧＨｚ程度の帯域となり、第１の実施の形態の方が比較例に比べて２ＧＨｚ程度広がっている。
【００４９】
一方、図８に示すように、比較例では、リターンロスが−１０ｄＢよりも低下する帯域が１０ＧＨｚ程度となる。これに対し、第１の実施の形態では、リターンロスが−１０ｄＢよりも低下する帯域が１４ＧＨｚ程度となり、帯域が広がることが分かる。
【００５０】
かくして、本実施の形態では、無給電素子１６は、２本のパッチ１６Ａ，１６Ｂが交差した形状に形成され、放射素子１３には、２本のパッチ１６Ａ，１６Ｂに対応して２本のコプレーナ線路７，９を接続する構成とした。このため、パッチ１６Ａ，１６Ｂの長さ寸法ｂ1，ｂ2によって、共振周波数を設定することができると共に、パッチ１６Ａ，１６Ｂの幅寸法ａ1，ａ2によって、放射素子１３と無給電素子１６との間の電磁界結合量を調整することができ、アンテナ１の整合が取れる帯域を広げることが可能になる。このとき、２本のコプレーナ線路７，９によって、放射素子１３には、互いに異なる方向の電流Ｉ1，Ｉ2が流れるから、交差した２本のパッチ１６Ａ，１６Ｂは、長さ寸法ｂ1，ｂ2と幅寸法ａ1，ａ2を互いに別個に調整することができる。この結果、広帯域化を図りつつ、２つの偏波に共用可能なアンテナ１を構成することができる。
【００５１】
また、無給電素子１６は、２本のパッチ１６Ａ，１６Ｂが直交した十字形状に形成したから、２つの偏波を互いに直交させることができ、放射効率を高めることができる。また、放射素子１３、無給電素子１６等は、互いに直交した方向に対称性をもって形成することができるから、斜めに傾斜して形成した場合に比べて、対称な指向性をもったアンテナ１を形成することができる。
【００５２】
さらに、コプレーナ線路７，９を用いて放射素子１３に給電するから、高周波回路で一般的に用いられるコプレーナ線路７，９を用いて放射素子１３に給電を行うことができ、高周波回路とアンテナ１との接続が容易になる。
【００５３】
また、内部接地層１１、放射素子１３および無給電素子１６は、複数の絶縁層３〜５が積層された多層基板２に設ける構成とした。このため、互いに異なる絶縁層３〜５の上面に無給電素子１６、放射素子１３および内部接地層１１を順次設けることによって、これらを多層基板２の厚さ方向に対して互いに異なる位置に容易に配置することができる。
【００５４】
さらに、絶縁層４，５の間に内部接地層１１とコプレーナ線路７，９のストリップ導体８，１０を設けた。このため、内部接地層１１、放射素子１３および無給電素子１６を設けた多層基板２にコプレーナ線路７，９を一緒に形成することができ、生産性の向上や特性ばらつきの軽減を図ることができる。
【００５５】
次に、図９ないし図１１は本発明の第２の実施の形態を示している。そして、第２の実施の形態の特徴は、放射素子にマイクロストリップ線路を接続する構成としたことにある。なお、第２の実施の形態では、第１の実施の形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
【００５６】
第２の実施の形態による偏波共用アンテナ２１は、多層基板２２、内部接地層２６、第１，第２のマイクロストリップ線路２７，３０、放射素子１３、無給電素子１６等によって構成されている。ここで、多層基板２２は、第１の実施の形態による多層基板２とほぼ同様に、ＬＴＣＣ多層基板によって形成され、上面２２Ａ側から下面２２Ｂ側に向けてＺ軸方向に積層した３層の絶縁層２３〜２５を有している。
【００５７】
この場合、内部接地層２６は、絶縁層２４と絶縁層２５との間に設けられ、多層基板２２を略全面に亘って覆っている。放射素子１３は、絶縁層２３と絶縁層２４との間に位置して、内部接地層２６の上面に絶縁層２４を介して積層されている。無給電素子１６は、多層基板２２の上面２２Ａ（絶縁層２３の上面）に位置して、放射素子１３の上面に絶縁層２３を介して積層されている。この無給電素子１６は、放射素子１３からみて内部接地層２６と反対側に位置して、放射素子１３および内部接地層２６と絶縁されている。
【００５８】
図９および図１０に示すように、第１のマイクロストリップ線路２７は、内部接地層２６からみて放射素子１３と反対側に設けられ、放射素子１３に対する給電を行う給電線路を構成している。具体的には、マイクロストリップ線路２７は、内部接地層２６と、内部接地層２６からみて放射素子１３と反対側に設けられたストリップ導体２８とによって構成されている。このストリップ導体２８は、例えば内部接地層２６と同様の導電性金属材料からなり、Ｘ軸方向に延びる細長い帯状に形成されると共に、多層基板２２の下面２２Ｂ（絶縁層２５の下面）に設けられている。
【００５９】
また、ストリップ導体２８の端部は、内部接地層２６に形成された接続用開口２６Ａの中心部分に配置され、接続線路としてのビア２９を介して放射素子１３のＸ軸方向の途中位置に接続されている。これにより、第１のマイクロストリップ線路２７は、放射素子１３のうち第１のパッチ１６Ａに対応するＸ軸方向に給電する。
【００６０】
図９および図１１に示すように、第２のマイクロストリップ線路３０も、第１のマイクロストリップ線路２７とほぼ同様に、内部接地層２６とストリップ導体３１とによって形成され、給電線路を構成している。ストリップ導体３１は、例えば内部接地層２６と同様の導電性金属材料からなり、Ｙ軸方向に延びる細長い帯状に形成されると共に、多層基板２２の下面２２Ｂ（絶縁層２５の下面）に設けられている。また、ストリップ導体３１の端部は、内部接地層２６に形成された接続用開口２６Ｂの中心部分に配置され、接続線路としてのビア３２を介して放射素子１３のＹ軸方向の途中位置に接続されている。これにより、第２のマイクロストリップ線路３０は、放射素子１３のうち第２のパッチ１６Ｂに対応するＹ軸方向に給電する。
【００６１】
ビア２９，３２は、第１の実施の形態によるビア１４，１５とほぼ同様に形成され、絶縁層２４，２５を貫通すると共に、接続用開口２６Ａ，２６Ｂの中心部分を通ってＺ軸方向に延びている。これにより、ビア２９，３２の両端は、放射素子１３とストリップ導体２８，３１にそれぞれ接続されている。
【００６２】
ビア２９は、放射素子１３と第１のマイクロストリップ線路２７との間を接続する第１の接続線路を構成している。ビア２９は、第１の実施の形態によるビア１４とほぼ同じ位置に配置されている。また、ビア３２は、放射素子１３と第２のマイクロストリップ線路３０との間を接続する第２の接続線路を構成している。ビア３２は、第１の実施の形態によるビア１５とほぼ同じ位置に配置されている。
【００６３】
かくして、第２の実施の形態でも第１の実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。
【００６４】
次に、図１２ないし図１４は本発明の第３の実施の形態を示している。そして、第３の実施の形態の特徴は、放射素子にトリプレート線路（ストリップ線路）を接続する構成としたことにある。なお、第３の実施の形態では、第１の実施の形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
【００６５】
第３の実施の形態による偏波共用アンテナ４１は、多層基板４２、第１，第２のトリプレート線路４８，５０、内部接地層５２、放射素子１３、無給電素子１６等によって構成されている。ここで、多層基板４２は、第１の実施の形態による多層基板２とほぼ同様に、ＬＴＣＣ多層基板によって形成され、上面４２Ａ側から下面４２Ｂ側に向けてＺ軸方向に積層した４層の絶縁層４３〜４６を有している。
【００６６】
この場合、放射素子１３は、絶縁層４３と絶縁層４４との間に位置して、後述の内部接地層５２の上面に絶縁層４４を介して積層されている。無給電素子１６は、多層基板４２の上面４２Ａ（絶縁層４３の上面）に位置して、放射素子１３の上面に絶縁層４３を介して積層されている。この無給電素子１６は、放射素子１３からみて内部接地層５２と反対側に位置して、放射素子１３および内部接地層５２と絶縁されている。
【００６７】
下面部接地層４７は、例えば銅、銀等の導電性の金属薄膜によって形成され、グランドに接続されている。この下面部接地層４７は、多層基板４２の下面４２Ｂに位置して多層基板４２の略全面を覆っている。
【００６８】
第１のトリプレート線路４８は、放射素子１３に対する給電を行う給電線路を構成している。このトリプレート線路４８は、絶縁層４５と絶縁層４６との間に設けられた導体パターンとしてのストリップ導体４９と、ストリップ導体４９を厚さ方向（Ｚ軸方向）で挟む下面部接地層４７および後述の内部接地層５２とによって構成されている。ストリップ導体４９は、例えば下面部接地層４７と同様の導電性金属材料からなり、Ｘ軸方向に延びる細長い帯状に形成されている。また、ストリップ導体４９の先端は、放射素子１３のうちＸ軸方向の中心位置と端部位置との間の途中位置に接続されている。これにより、第１のトリプレート線路４８は、放射素子１３のうち第１のパッチ１６Ａに対応するＸ軸方向に給電する。
【００６９】
第２のトリプレート線路５０は、放射素子１３に対する給電を行う給電線路を構成している。第２のトリプレート線路５０は、第１のトリプレート線路４８とほぼ同様に、絶縁層４５と絶縁層４６との間に設けられたストリップ導体５１と、ストリップ導体５１を厚さ方向（Ｚ軸方向）で挟む下面部接地層４７および内部接地層５２とによって構成されている。ストリップ導体５１は、例えば下面部接地層４７と同様の導電性金属材料からなり、Ｙ軸方向に延びる細長い帯状に形成されている。また、ストリップ導体５１の先端は、放射素子１３のうちＹ軸方向の中心位置と端部位置との間の途中位置に接続されている。これにより、第２のトリプレート線路５０は、放射素子１３のうち第２のパッチ１６Ｂに対応するＹ軸方向に給電する。
【００７０】
内部接地層５２は、絶縁層４４と絶縁層４５との間に設けられ、多層基板４２を略全面に亘って覆っている。この内部接地層５２は、例えば導電性の金属薄膜によって形成され、絶縁層４５，４６を貫通した複数のビア５３によって下面部接地層６に電気的に接続されている。このとき、複数のビア５３は、ストリップ導体４９，５１を取囲むように配置されている。
【００７１】
また、内部接地層５２には、ストリップ導体４９，５１の端部と対応した位置に、例えば略円形状の接続用開口５２Ａ，５２Ｂが形成されている。そして、ストリップ導体４９の端部は、接続用開口５２Ａの中心部分に配置され、接続線路としてのビア５４を介して放射素子１３のＸ軸方向の途中位置に接続されている。同様に、ストリップ導体５１の端部は、接続用開口５２Ｂの中心部分に配置され、接続線路としてのビア５５を介して放射素子１３のＹ軸方向の途中位置に接続されている。
【００７２】
ビア５４，５５は、第１の実施の形態によるビア１４，１５とほぼ同様に形成され、絶縁層４４，４５を貫通すると共に、接続用開口５２Ａ，５２Ｂの中心部分を通ってＺ軸方向に延びている。これにより、ビア５４，５５の両端は、放射素子１３とストリップ導体４９，５１にそれぞれ接続されている。
【００７３】
ビア５４は、放射素子１３と第１のトリプレート線路４８との間を接続する第１の接続線路を構成している。ビア５４は、第１の実施の形態によるビア１４とほぼ同じ位置に配置されている。また、ビア５５は、放射素子１３と第２のトリプレート線路５０との間を接続する第２の接続線路を構成している。ビア５５は、第１の実施の形態によるビア１５とほぼ同じ位置に配置されている。
【００７４】
かくして、第３の実施の形態でも第１の実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。
【００７５】
次に、図１５は本発明の第４の実施の形態を示している。そして、第４の実施の形態の特徴は、２本のマイクロストリップ線路が互いに並行に延びる構成としたことにある。なお、第４の実施の形態では、第２の実施の形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
【００７６】
第４の実施の形態による偏波共用アンテナ６１は、第２の実施の形態による偏波共用アンテナ２１とほぼ同様に形成され、多層基板２２、内部接地層２６、第１，第２のマイクロストリップ線路６２，６４、放射素子１３、無給電素子１６等によって構成されている。
【００７７】
但し、第１のマイクロストリップ線路６２のストリップ導体６３は、Ｘ軸方向とＹ軸方向との間で斜めに傾いた向きに延び、Ｘ軸方向に対して例えば４５°傾斜している。一方、第２のマイクロストリップ線路６４のストリップ導体６５は、Ｘ軸方向とＹ軸方向との間で斜めに傾いた向きに延び、Ｙ軸方向に対して例えば４５°傾斜している。これにより、第１，第２のマイクロストリップ線路６２，６４は、互いに並行に延びている。
【００７８】
そして、ストリップ導体６３の先端は、ビア２９を用いて放射素子１３に接続されると共に、ストリップ導体６５の先端は、ビア３２を用いて放射素子１３に接続されている。
【００７９】
なお、第１，第２のマイクロストリップ線路６２，６４は、Ｘ軸方向またはＹ軸方向に対して斜め４５°傾斜した場合を例示したが、これらが互い並行に延びる構成であれば、その方向については任意に設定することができる。但し、第１，第２のマイクロストリップ線路６２，６４の延伸方向が放射素子１３の電流Ｉ1，Ｉ2の方向から傾斜するに従って、第１，第２のマイクロストリップ線路６２，６４と放射素子１３との間でインピーダンスの不整合が発生し易くなる。この点を考慮すると、第１，第２のマイクロストリップ線路６２，６４は、Ｘ軸方向とＹ軸方向の中間の方向に延びるのが好ましい。
【００８０】
かくして、第４の実施の形態でも第１，第２の実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。また、第４の実施の形態では、２本のマイクロストリップ線路６２，６４は互いに並行に延びる構成としたから、アンテナ６１から高周波回路（図示せず）に向けて２本のマイクロストリップ線路６２，６４を並行に延ばすことによって、アンテナ６１と高周波回路とを接続することができる。このため、２本のマイクロストリップ線路６２，６４が異なる方向に延びる場合に比べて、高周波回路とアンテナ６１との間の容易に接続することができる。
【００８１】
なお、第４の実施の形態では、第２の実施の形態と同様の偏波共用アンテナ６１に適用した場合を例に挙げて説明したが、第１，第３の実施の形態による偏波共用アンテナ１，４１に適用してもよい。
【００８２】
また、第１の実施の形態では、下面部接地層６を備えたグランド付きのコプレーナ線路７，９を用いる構成としたが、下面部接地層６を省いた構成としてもよい。
【００８３】
また、前記各実施の形態では、給電線路としてコプレーナ線路７，９、マイクロストリップ線路２７，３０，６２，６４、トリプレート線路４８，５０を用いた場合を例に挙げて説明したが、例えば同軸ケーブル等の他の給電線路を用いる構成としてもよい。
【００８４】
また、前記各実施の形態では、無給電素子１６は、略長方形状をなす２本のパッチ１６Ａ，１６Ｂが互いに直交する構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、例えば図１６に示す第１の変形例による偏波共用アンテナ７１のように、無給電素子７２は、長さ方向の中間部分で幅寸法が大きくなった２本のパッチ７２Ａ，７２Ｂを直交させた構成としてもよい。また、例えば図１７に示す第２の変形例による偏波共用アンテナ８１のように、無給電素子８２は、長さ方向の中間部分で幅寸法が小さくなった２本のパッチ８２Ａ，８２Ｂを直交させた構成としてもよい。さらに、２本のパッチは必ずしも直交させる必要はなく、斜めに傾斜した状態で交差する構成としてもよい。
【００８５】
また、前記各実施の形態では、６０ＧＨｚ帯のミリ波に用いる偏波共用アンテナ１，２１，４１，６１を例に挙げて説明したが、他の周波数帯のミリ波やマイクロ波等に用いる偏波共用アンテナに適用してもよい。
【符号の説明】
【００８６】
１，２１，４１，６１，７１，８１  偏波共用アンテナ
２，２２，４２  多層基板
６，４７  下面部接地層
７  第１のコプレーナ線路（第１の給電線路）
９  第２のコプレーナ線路（第２の給電線路）
１１，２６，５２  内部接地層
１３  放射素子
１６，７２，８２  無給電素子
１６Ａ，７２Ａ，８２Ａ  第１のパッチ
１６Ｂ，７２Ｂ，８２Ｂ  第２のパッチ
２７，６２  第１のマイクロストリップ線路（第１の給電線路）
３０，６４  第２のマイクロストリップ線路（第２の給電線路）
４８  第１のトリプレート線路（第１の給電線路）
５０  第２のトリプレート線路（第２の給電線路）
【図１】
2014045966.tif 000003
【図２】
2014045966.tif 000004
【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】
2014045966.tif 000014
【図１３】
2014045966.tif 000015
【図１４】
2014045966.tif 000016
【図１５】
2014045966.tif 000017
【図１６】
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【図１７】
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【手続補正書】
【提出日】平成28年1月8日(2016.1.8)
【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】
内部接地層と、
該内部接地層の上面に絶縁層を介して積層され、互いに直交するＸ軸方向の長さ寸法とＹ軸方向の長さ寸法を有する略四角形状に形成された放射素子と、
該放射素子の上面に絶縁層を介して積層された無給電素子とを有し、
前記無給電素子は、Ｘ軸方向に延びる第１のパッチとＹ軸方向に延びる第２のパッチとが交差してなり、
前記放射素子のうち前記第１のパッチに対応したＸ軸方向に電流が流れるように給電する第１の給電線路と、前記放射素子のうち前記第２のパッチに対応したＹ軸方向に電流が流れるように給電する第２の給電線路とが設けられた偏波共用アンテナ。
【請求項２】
前記無給電素子は、前記第１のパッチと前記第２のパッチとが直交した十字形状に形成してなる請求項１に記載の偏波共用アンテナ。
【請求項３】
前記第１の給電線路および前記第２の給電線路は、マイクロストリップ線路、コプレーナ線路またはトリプレーナ線路によって構成してなる請求項１に記載の偏波共用アンテナ。
【請求項４】
前記第１の給電線路および前記第２の給電線路は、互いに並行に延びる構成としてなる請求項１に記載の偏波共用アンテナ。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
（１）．上述した課題を解決するために、本発明による偏波共用アンテナは、内部接地層と、該内部接地層の上面に絶縁層を介して積層され、互いに直交するＸ軸方向の長さ寸法とＹ軸方向の長さ寸法を有する略四角形状に形成された放射素子と、該放射素子の上面に絶縁層を介して積層された無給電素子とを有し、前記無給電素子は、Ｘ軸方向に延びる第１のパッチとＹ軸方向に延びる第２のパッチとが交差してなり、前記放射素子のうち前記第１のパッチに対応したＸ軸方向に電流が流れるように給電する第１の給電線路と、前記放射素子のうち前記第２のパッチに対応したＹ軸方向に電流が流れるように給電する第２の給電線路とが設けられた構成としている。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
本発明によれば、無給電素子は、Ｘ軸方向に延びる第１のパッチとＹ軸方向に延びる第２のパッチとが交差した形状に形成され、放射素子のうち第１のパッチに対応したＸ軸方向に電流が流れるように給電する第１の給電線路と、放射素子のうち第２のパッチに対応したＹ軸方向に電流が流れるように給電する第２の給電線路とが設けられる構成とした。このため、第１の給電線路からの給電によって放射素子にＸ軸方向の電流が流れるときに、この電流と平行な第１のパッチのＸ軸方向の長さ寸法によって、共振周波数を設定することができると共に、電流と直交する第１のパッチのＹ軸方向の幅寸法によって、放射素子と無給電素子との間の電磁界結合量を調整することができる。同様に、第２の給電線路からの給電によって放射素子にＹ軸方向の電流が流れるときに、この電流と平行な第２のパッチのＹ軸方向の長さ寸法によって、共振周波数を設定することができると共に、電流と直交する第２のパッチのＸ軸方向の幅寸法によって、放射素子と無給電素子との間の電磁界結合量を調整することができる。このため、アンテナの整合が取れる帯域を広げることが可能になる。このとき、第１，第２の給電線路によって、放射素子には、互いに異なる方向の電流が流れるから、交差した第１のパッチと第２のパッチは、長さ寸法と幅寸法を互いに別個に調整することができる。この結果、広帯域化を図りつつ、２つの偏波に共用可能なアンテナを構成することができる。
【国際調査報告】
2014045966.tif 000020
2014045966.tif 000021