(57)【要約】【課題】  誘電体基板を用いても高い放射効率を得られるアンテナ装置を実現する。【解決手段】  誘電体基板と、前記誘電体基板の第１の表面に形成され前記第１の表面が露出するスロットを有する導体板と、前記誘電体基板の前記第１の表面と反対で前記第１の表面と略平行な第２の表面に形成され前記スロットの前記第２の表面への正射影の内部を通る少なくとも２つのスタブに分岐する給電線路と、前記スロットの内側で前記スタブに重ならないように前記誘電体基板の前記第１の表面と前記第２の表面を貫通する少なくとも１つの空孔とを備える。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体基板と、
前記誘電体基板の第１の表面に形成され前記第１の表面が露出するスロットを有する導体板と、
前記誘電体基板の前記第１の表面と反対で前記第１の表面と略平行な第２の表面に形成され前記スロットの前記第２の表面への正射影の内部を通る少なくとも２つのスタブに分岐する給電線路と、
前記スロットの内側で前記スタブに重ならないように前記誘電体基板の前記第１の表面と前記第２の表面を貫通する少なくとも１つの空孔とを備える
ことを特徴とするアンテナ装置。
【請求項２】
前記スロットの長手方向の長さは、実効的な動作波長λの半波長λ／２に対し、正の整数倍となることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
【請求項３】
前記空孔は前記スロットの内、電界強度が極大となる箇所に位置する
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のアンテナ装置。
【請求項４】
前記スタブは前記スロットの内、電界強度が極小となる箇所に位置することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のアンテナ装置。
【請求項５】
前記スロットの長手方向に垂直かつ中心を通る面に対し、鏡像対称の構造を有する
ことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のアンテナ装置。
【請求項６】
前記第２の表面に対し前記誘電体基板が配置される側とは異なる側で前記第２の表面に略平行に形成され前記第２の表面に対する正射影が前記空孔に重ならないように位置する少なくとも２つの導体からなる反射器を備える
ことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のアンテナ装置。
【請求項７】
前記反射器の長手方向は、前記スロットの長手方向に対して略垂直である
ことを特徴とする請求項６に記載のアンテナ装置。
【請求項８】
前記反射器の長手方向の長さは、前記スロットの長手方向の長さに比べて長い
ことを特徴とする請求項６または請求項７に記載のアンテナ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アンテナ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
製造が容易なプリント基板プロセスを用いたアンテナとして、導体板にスロット（slot）と呼ばれる細長い開口を有するスロットアンテナが知られている。
【０００３】
特許文献１、および特許文献２には、スロットアンテナの例が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２００９／０３１２６７号
【特許文献２】国際公開第２０１４／１０３３１１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１および特許文献２に記載されたスロットアンテナは、使用周波数がミリ波帯などのような高い周波数の場合に、誘電体基板における誘電損失が大きく、放射効率が低くなってしまうという課題があった。
【０００６】
その理由として、特許文献１および特許文献２のいずれにおいても、スロット開口部に励振される電界が、誘電体内部に多く侵入してしまうことが挙げられる。電界が誘電体内部に侵入することで、誘電分極に伴うジュール熱によって誘電損失が発生し、放射電力が低下してしまうからである。
【０００７】
本発明の目的は、上述した課題を鑑み、誘電体基板を用いても高い放射効率を実現できるアンテナ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するために、本発明のアンテナ装置は、誘電体基板と、前記誘電体基板の第１の表面に形成され前記第１の表面が露出するスロットを有する導体板と、前記誘電体基板の前記第１の表面と反対で前記第１の表面と略平行な第２の表面に形成され前記スロットの前記第２の表面への正射影の内部を通る少なくとも２つのスタブに分岐する給電線路と、前記スロットの内側で前記スタブに重ならないように前記誘電体基板の前記第１の表面と前記第２の表面を貫通する形成された少なくとも１つの空孔とを備える。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、アンテナ装置は、誘電体基板を用いても高い放射効率を実現可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１および第２の実施形態の構成例を示す図である。
【図２】第２の実施形態の動作を説明する図である。
【図３】第２の実施形態の動作を説明する図である。
【図４】第３の実施形態の構成例を示す図である。
【図５】第３の実施形態の動作を説明する図である。
【図６】第４の実施形態の構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
［第１の実施形態］
本発明の実施の形態について、図１を参照して詳細に説明する。
［構成の説明］
図１は、本実施形態のアンテナ装置１０の構成例を示す。
【００１２】
図１ではアンテナ装置１０の上面図と、Ａ−Ｂ断面図が示されている。
【００１３】
アンテナ装置１０は、誘電体基板１４、導体板１１、給電線路１２、および少なくとも１つの空孔１５を備える。
【００１４】
導体板１１は、前記誘電体基板１４の第１の表面１４１に形成され前記第１の表面が露出するスロット１３を有する。
【００１５】
また、給電線路１２は、前記誘電体基板１４の前記第１の表面１４１と反対で前記第１の表面１４１と略平行な第２の表面１４２に形成される。そして、給電線路１２は、前記スロット１３の前記第２の表面１４２への正射影の内部を通る２つのスタブ１２ａとスタブ１２ｂに分岐する。
【００１６】
そして、空孔１５は、前記スロット１３の内側で前記２つのスタブ１２ａとスタブ１２ｂに重ならないように前記誘電体基板１４の前記第１の表面１４１と前記第２の表面１４２を貫通する。
［動作の説明］
高周波電流が給電線路１２に給電されると、高周波電流は、スタブ１２aとスタブ１２ｂに分配される。そして、スタブ１２ａとスタブ１２ｂに分配された高周波電流は、スロット１３に電界を誘起し、スロット１３から空間に対して電磁波が放射される。
【００１７】
アンテナ装置１０は、スロット１３に誘起される電界を、空孔１５の内部に分布させることができる。そのため、誘電体基板１４からの誘電損失が発生しにくい。
【００１８】
その結果、本実施形態のアンテナ装置１０は、誘電体基板１４を用いても高い放射効率を実現可能とする。
［第２の実施形態］
次に、本発明の実施の形態について図１乃至図３を参照して詳細に説明する。
［構成の説明］
図１に本実施形態のアンテナ装置１０の構成例を示す。
【００１９】
図１ではアンテナ装置１０の上面図と、Ａ−Ｂ断面図が示されている。
【００２０】
アンテナ装置１０は、誘電体基板１４、導体板１１、給電線路１２によって構成される。
【００２１】
誘電体基板１４は、ガラスエポキシ（Glass Epoxy）基板、テフロン（登録商標）（Teflon（登録商標））基板、セラミック（ceramic）基板などの誘電体基板が用いられてもよい。
【００２２】
また、導体板１１と給電線路１２は、両面に銅箔などの導体箔が貼られた誘電体基板をエッチング（etching）または、レーザー（laser）加工などで銅箔部が剥離されることで、形状が形成されてもよい。
【００２３】
導体板１１は誘電体基板１４の片面１４１（第１の表面ともいう）に形成され、導体板１１は導体板１１の一部が細長く削除されて形成されるスロット（slot）１３を有する。    スロット１３は、長手方向の長さを動作波長λの正の整数倍とすることで共振条件となる。ただし、必ずしもスロット１３が、共振条件となる寸法でなくとも、本発明の主旨を妨げない。
【００２４】
また、誘電体基板１４の導体板１１の面と反対の面１４２（第２の表面ともいう）には、２つのスタブ（stub）１２ａと１２ｂを有する給電線路１２が配置されている。スタブ１２ａとスタブ１２ｂは、給電線路１２から２つに分岐する導体である。
【００２５】
ここで、２つのスタブ１２ａと１２ｂは、スロット１３の両端付近にそれぞれ位置している。ここで、スタブは２つの場合を示しているが、スタブは３つ以上であってもよい。また、スタブ１２ａとスタブ１２ｂは、スロット１３に誘起される電界強度分布において、電界強度が最小となる箇所に設けることが望ましい。そして、スタブ１２ａとスタブ１２ｂの長さを調整することにより、スロットと給電線路とのインピーダンス整合が実現できる。
【００２６】
更に、スロット１３とスタブ１２ａ、１２ｂの内側には、誘電体基板１４に形成された空孔１５を備えている。空孔１５は、ルーター（router）加工などの機械加工によって形成されてもよい。空孔１５は、アンテナ装置１０の動作時の誘電損失を低減するために、スロット１３に誘起される電界が極大をとる位置に設けることが望ましい。尚、ここでは空孔１５が１つの場合を示しているが、空孔は２つ以上であってもよい。
【００２７】
図１のＡ−Ｂ断面図において、空孔の断面形状は長方形であるが、上下の辺の長さが異なる台形であったり、階段状などであっても良い。
［動作の説明］
高周波電流が給電線路１２に給電されると、スロット１３に電界が誘起され、スロット１３から空間に対して電磁波が放射される。
【００２８】
図１の上面図において、アンテナ装置１０の形状を左右対称構造とすることで、空間的に対称的な指向性を有する放射特性となる。図２は、図１のＡ−Ｂ断面と同じ面内上での利得による放射パターンである。図２の座標軸は、図１に記載した座標軸と対応している。
【００２９】
図２を参照すると、アンテナ装置１０の構造的な左右対称性を反映して、放射パターンも左右対称であることが分かる。また放射方向は、スロット１３の開口面と垂直な方向、即ち±Ｚ方向となる。
【００３０】
図１に示す第２の実施形態であるアンテナ装置１０は、スロット１３に誘起される電界を、空孔１５の内部に分布させることができる。そのため、誘電体基板１４からの誘電損失が発生しにくい。
【００３１】
そこで、空孔１５の効果を示す計算例を、図３に示す。
【００３２】
図３は、アンテナ装置１０の空孔１５がある場合とない場合の放射効率を示したものである。横軸は周波数を示し、中心周波数ｆ０で正規化してある。縦軸は放射効率をパーセントで示している。図３を参照すると、０．９４・ｆ０から１．０６・ｆ０の周波数において、空孔１５がある方が空孔１５がない場合と比べて、放射効率が高いことが分かる。
【００３３】
尚、本実施形態における空孔１５の形状として、長円形を示しているが、これに限定されるものではなく、円、多角形などの形状でも良い。
【００３４】
また、図１におけるアンテナ装置１０では、スロット１３の長手方向の空孔１５の長さは動作波長（λ）の半分、即ち半波長（λ／２）の場合を想定している。この場合、空孔１５の中心の位置は、スロット１３の長手方向の中心付近であることが望ましい。これは、スロット１３に励振される電界強度分布が、スロット１３の中央付近に集中するため、スロット１３の中央付近に空孔１５を設けることで誘電損失を効果的に抑制するためである。尚、スロット１３の長手方向の空孔１５の長さが動作波長λの半分、即ち半波長（λ／２）よりも大きく、半波長（λ／２）の正の整数倍である場合には、電界強度分布の集中する位置が変わるため、空孔１５の位置は、この限りではない。
【００３５】
以上説明した様に、本実施形態のアンテナ装置１０は、誘電体基板１４を用いても高い放射効率を実現可能とする。
［第３の実施形態］
次に、第３の実施形態について図４および図５を参照して説明する。
［構成の説明］
図４は本実施形態のアンテナ装置２０の上面図及び断面図である。
【００３６】
本実施形態のアンテナ装置２０の基本構成は、図１に示した第２の実施形態のアンテナ装置１０の構造に加えて、反射器２６ａと２６ｂを備えている。
【００３７】
また、給電線路２２は、図４の断面図のように誘電体基板２４の内部に埋め込まれている。
【００３８】
導体板２１、給電線路２２、および反射器２６ａは、多層基板の製造技術によって形成されてもよい。
【００３９】
反射器２６ａと２６ｂは、誘電体基板２４の導体板２１とは反対面上に形成され、上面図で見るとスロット２３の長手方向に対し垂直に、かつ空孔２５に対し重ならないように外側に配置されている。
【００４０】
尚、反射器２６ａと反射器２６ｂは、誘電体基板２４によって支持されなくとも、給電線路が配置される面から一定の距離を保って空間中に支持されように、部分的に支持される様な構成としてもよい。
【００４１】
また本実施例では反射器の数として２つの場合を示しているが、反射器は３つ以上であってもよい。その場合も同様に反射器は空孔に重ならないように配置されることが望ましい。
［動作の説明］
反射器２６ａと２６ｂは、スロット２３から放射された電磁波を反射し、電磁波を断面図中の＋Ｚ方向に集中させることができる。このとき、反射器２６ａと２６ｂで電磁波を効率的に反射させるには、反射器２６ａおよび２６ｂの長さがそれぞれスロット２３に比べて大きいことが望ましい。
【００４２】
また、第２の実施形態で述べた様に、放射パターンが対称性を持つようにするためには、反射器２６ａおよび２６ｂの長さはそれぞれ等しいことが望ましい。
【００４３】
図５は、本実施形態のアンテナ装置２０の放射パターンを示す計算例である。図２の放射パターンと比べると、反射器２６ａおよび２６ｂの存在により、放射パターンは＋Ｚ方向に高い利得を有していること分かる。
【００４４】
この様に、＋Ｚ方向に高い利得を示し、−Ｚ方向に低い利得を示すことは、多くの通信において好適な特性であることが多い。
【００４５】
また、図５はアンテナ装置２０が左右対称性を持つ場合の計算例のため、放射パターンも左右対称性を示す。
【００４６】
以上説明した様に、本実施形態のアンテナ装置２０は、第２の実施形態のアンテナ装置１０より、特定の方向に高い利得を示し、通信に好適なアンテナを実現することが出来る。
［第４の実施形態］
図６は本実施形態のアンテナ装置３０の上面図である。
【００４７】
アンテナ装置３０は、複数の空孔３５を備えている。
【００４８】
図６の例では、３つの空孔３５を示したが、空孔３５の数はこれに限らない。空孔３５は複数であってもよく、第２の実施形態で説明した様に、空孔３５の位置はスロット３３の共振条件における電界が極大となる箇所に位置することが望ましい。
【００４９】
この様にしても、本実施形態のアンテナ装置３０は、第２の実施形態で示したアンテナ装置１０と同様に、誘電体基板１４を用いても高い放射効率を実現可能とする。
【符号の説明】
【００５０】
１０  アンテナ装置
１１  導体板
１２  給電線路
１２ａ  スタブ
１２ｂ  スタブ
１３  スロット
１４  誘電体基板
１５  空孔
２０  アンテナ装置
２１  導体板
２２  給電線路
２３  スロット
２４  誘電体基板
２５  空孔
２６ａ  反射器
２６ｂ  反射器
３０  アンテナ装置
３３  スロット
３５  空孔
１４１  第１の表面
１４２  第２の表面
【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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