(57)【要約】【課題】所望の指向性を実現する小型の平面アンテナを提供する。【解決手段】アンテナエレメント３は、複数の誘電体層を有する多層基板２の内層に形成される。複数のビア４は、アンテナエレメント３の放射面側に積層された誘電体層である前面層を積層方向に貫通し、且つ、アンテナエレメント３から見て該アンテナエレメント３の指向性を絞る必要がある方向に配置される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の誘電体層（２１〜２３）を有する多層基板（２，２ｂ）の内層に形成されたアンテナエレメント（３）と、
アンテナエレメントの放射面側に積層された誘電体層である前面層（２２，２３）を積層方向に貫通し、且つ、前記アンテナエレメントから見て該アンテナエレメントの指向性を絞る必要がある方向に配置された金属体（４，４ａ〜４ｃ）と、
を備える平面アンテナ。
【請求項２】
請求項１に記載の平面アンテナであって、
前記金属体は、複数のビア（４，４ａ，４ｂ）を有する、
平面アンテナ。  
【請求項３】
請求項２に記載の平面アンテナであって、
前記ビアは、前記アンテナエレメントにより送受信される高周波信号の実効波長をλgとして、λg／２以下の間隔で配置される、
平面アンテナ。
【請求項４】
請求項２または請求項３に記載の平面アンテナであって、
前記ビアは、前記アンテナエレメントの外径以上の直径を有する、
平面アンテナ。
【請求項５】
請求項１に記載の平面アンテナであって、
前記金属体は、金属壁（４ｃ）を形成する、
平面アンテナ。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の平面アンテナであって、
前記金属体は、非接地である、
平面アンテナ。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の平面アンテナであって、
前記多層基板は、前記前面層を複数備え、
前記金属体は、前記前面層の少なくとも１層に設けられている、
平面アンテナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、平面アンテナの指向性を設定する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、アンテナの周囲に電波を吸収または反射することでアンテナの指向特性を変更する指向特性変更部材を設け、その指向特性変更部材の取り付け角度によって指向性を変化させる技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−１６５７５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、発明者の詳細な検討の結果、上述の従来技術には以下の課題が見出された。即ち、指向特性変更部材がアンテナ本体から斜め方向に突出するため、アンテナ全体の体格が大きくなるという課題がある。また、所望の指向性が得られるように指向特性変更部材の取り付け角度を保持する必要があるため、振動の多い環境で使用される車載製品としては、長期的な信頼性に課題がある。
【０００５】
本開示の１つの局面は、所望の指向性を実現する小型の平面アンテナを提供できることが望ましいする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示の１つの局面による平面アンテナは、アンテナエレメント（３）と、金属体（４，４ａ〜４ｃ）と、を備える。
アンテナエレメントは、複数の誘電体層（２１〜２３）を有する多層基板（２，２ｂ）の内層に形成される。金属体は、アンテナエレメントの放射面側に積層された誘電体層である前面層（２２，２３）を積層方向に貫通し、且つ、前記アンテナエレメントから見て該アンテナエレメントの指向性を絞る必要がある方向に配置される。
【０００７】
このような構成によれば、金属体の配置によって所望の指向性を実現することができる。しかも、指向性を変化させる金属体は、多層基板内に形成されるため、指向特性変更部材を用いる従来技術と比較して小型化することができる。
【０００８】
なお、この欄及び特許請求の範囲に記載した括弧内の符号は、一つの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、本開示の技術的範囲を限定するものではない。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１実施形態の平面アンテナの平面図である。
【図２】図１におけるＩＩ―ＩＩ断面図である。
【図３】第１実施形態の平面アンテナの効果を示すグラフである。
【図４】第２実施形態の平面アンテナの平面図である。
【図５】図４におけるＶ−Ｖ断面図である。
【図６】第３実施形態の平面アンテナの平面図である。
【図７】図６におけるＶＩＩ−ＶＩＩ断面図である。
【図８】第４実施形態の平面アンテナの平面図である。
【図９】図８におけるＩＸ−ＩＸ断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照しながら、本開示の実施形態を説明する。
［１．第１実施形態］
［１−１．構成］
図１および図２に示す平面アンテナ１は、例えば、車載レーダ装置のアンテナとして使用される。
【００１１】
平面アンテナ１は、多層基板２と、アンテナエレメント３と、複数のビア４を備える。
多層基板２は、２つの誘電体層２１，２２を備える。誘電体層２１の一方の面には、アンテナエレメント３が形成されている。以下、誘電体層２１をアンテナ基板という。誘電体層２２は、アンテナ基板２１においてアンテナエレメント３が形成された側の面であるアンテナ形成面に積層されている。以下、誘電体層２２を前面層という。前面層２２には、前面層２２を多層基板２の積層方向に貫通する金属製の複数のビア４が設けられている。これらのビア４は、いずれも非接地となるように形成される。
【００１２】
アンテナエレメント３は、四角形の金属箔によって形成されたパッチアンテナである。
複数のビア４は、アンテナエレメント３の外周縁に沿って配置され、一定の配置間隔を有する。この配置間隔は、アンテナエレメント３を介して送受信される高周波信号の前面層２２での実効波長をλｇとして、λｇ／２以下に設定される。
【００１３】
また、アンテナエレメント３とビア４との位置関係は、平面アンテナ１が所望の指向性が得られるように適宜設定される。なお、ビア４の配置は、誘電体層２１，２２の誘電率、誘電体層２２の厚さ（即ち、ビア４の高さ）、高周波信号の周波数等を考慮して設計する。
【００１４】
このように構成された平面アンテナ１は、図３に示すように、ビア４を省略した構成を有する比較例と比較して、放射される電波の指向性が絞られ、正面方向への放射を強くすることができる。ここでは、比較例における半値幅が７０度であるのに対し、実施例では半値幅が１０度となっている。
【００１５】
なお、図３において使用した実施例の平面アンテナ１は、誘電体層２２の誘電率を１０、高周波信号の周波数を２４ＧＨｚ、アンテナエレメント３のサイズを２．８３ｍｍ×２．８３ｍｍ、ビア径を１ｍｍ、ビア４の中心間の間隔を１．６６ｍｍ、ビア４の中心を結ぶ矩形のサイズを４．９８ｍｍ×４．９８ｍｍとした。
【００１６】
［１−２．効果］
以上詳述した第１実施形態によれば、以下の効果を奏する。
（１ａ）平面アンテナ１によれば、前面層２２に埋設される複数のビア４の配置によって指向性を調整するため、小型でありながら所望の指向性を実現することができる。
【００１７】
（１ｂ）平面アンテナ１によれば、複数のビア４の位置が外部からの振動によって変化することがないため、車載機器として高い信頼性を得ることができる。
（１ｃ）平面アンテナ１によれば、狭指向性を実現できるため、車両の周囲に存在する各種物標を検出する車載レーダに用いた場合、下方の路面や上方の看板等で発生する不要波の受信を抑制することができる。
【００１８】
［２．第２実施形態］
［２−１．第１実施形態との相違点］
第２実施形態は、基本的な構成は第１実施形態と同様であるため、相違点について以下に説明する。なお、第１実施形態と同じ符号は、同一の構成を示すものであって、先行する説明を参照する。
【００１９】
第２実施形態では、ビアの大きさおよび配置が、第１実施形態と相違する。
図４および図５に示すように、本実施形態の平面アンテナ１ａでは、ビア４の代わりに、より大径のビア４ａを備える。
【００２０】
ビア４ａは、その直径がアンテナエレメント３の一辺の長さ以上、即ち、アンテナエレメント３の外径以上に設定されている。また、ビア４ａは、アンテナエレメント３の４辺のそれぞれと対向する位置に１つずつ、合計４つが設けられている。
【００２１】
［２−２．効果］
以上詳述した第２実施形態によれば、前述した第１実施形態の効果（１ａ）〜（１ｃ）を奏する。
【００２２】
［３．第３実施形態］
［３−１．第１実施形態との相違点］
第３実施形態は、基本的な構成は第１実施形態と同様であるため、相違点について以下に説明する。なお、第１実施形態と同じ符号は、同一の構成を示すものであって、先行する説明を参照する。
【００２３】
第３実施形態では、多層基板の構造およびビアの配置が、第１実施形態と相違する。
図６および図７に示すように、本実施形態の平面アンテナ１ｂでは、多層基板２ｂが３層の誘電体層２１〜２３を備える。誘電体層２３は、誘電体層２２を挟んで、誘電体層（即ち、アンテナ基板）２１とは反対側の面に積層されている。つまり、誘電体層２３は、誘電体層２２と同様、前面層である。アンテナ基板２１および前面層２２は、第１実施形態と同様に構成されている。前面層２３には、前面層２３を多層基板２ｂの積層方向に貫通するように形成された複数のビア４ｂを備える。
【００２４】
ビア４ｂのビア径は、ビア４と同じ大きさを有する。複数のビア４ｂは、誘電体層２２に設けられた複数のビア４と同様に、複数のビア４ｂの中心を結ぶ線が四角形を形成するように配置されている。
【００２５】
但し、複数のビア４ｂの中心を結ぶ線が形成する四角形は、複数のビア４の中心を結ぶ線が形成する四角形より、各辺とも同じ長さ（例えば、ビア４，４ｂの直径程度）だけ、外側に拡大した大きさを有する。つまり、誘電体層２２，２３毎に設けられたビア４およびビア４ｂは、階段状あるいはホーン状に配置される。
【００２６】
［３−２．効果］
以上詳述した第２実施形態によれば、前述した第１実施形態の効果（１ａ）〜（１ｃ）を奏し、さらに、以下の効果を奏する。
【００２７】
（３ａ）平面アンテナ１ｂでは、ビア４，４ｂの配置の自由度が高くなるため、より細かく指向性を調整することができる。
［４．第４実施形態］
［４−１．第１実施形態との相違点］
第４実施形態は、基本的な構成は第１実施形態と同様であるため、相違点について以下に説明する。なお、第１実施形態と同じ符号は、同一の構成を示すものであって、先行する説明を参照する。
【００２８】
第４実施形態では、前面層に形成する金属体の構造が、第１実施形態と相違する。
図８および図９に示すように、本実施形態の平面アンテナ１ｃでは、複数のビア４を設ける代わりに、前面層２２を多層基板２の積層方向に貫通し、アンテナエレメント３の周囲を囲うように形成された金属壁４ｃを備える。金属壁４ｃは、例えば、第１実施形態において、複数のビア４の中心を結ぶ線が形成する四角形に沿って配置される。
【００２９】
金属壁４ｃは、例えば、前面層２２に溝を形成し、その溝の内面を金属箔で覆うことで形成されている。また、溝を金属で満たしたような構造を有していてもよい。
［４−２．効果］
以上詳述した第４実施形態によれば、前述した第１実施形態の効果（１ａ）〜（１ｃ）を奏し、さらに、以下の効果を奏する。
【００３０】
（４ａ）平面アンテナ１ｃによれば、アンテナエレメント３の周囲を金属壁４ｃで囲っているため、ビア４を使用する場合と比較して、横方向への電波の漏洩をより効果的に抑制することができる。
【００３１】
［５．他の実施形態］
以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は上述の実施形態に限定されることなく、種々変形して実施することができる。
【００３２】
（５ａ）上記実施形態では、アンテナエレメント３の全周に渡って、ビア４，４ｂや金属壁４ｃを配置しているが、これに限定されるものではない。例えば、指向性を制御した方向、より具体的には、指向性の広がりを抑制したい方向にだけ、ビア４，４ｂや金属壁４ｃを配置してもよい。
【００３３】
（５ｂ）上記第３実施形態では、ビア４，４ｂを埋設する前面層２２，２３が２層である場合を示したが、前面層は３層以上としてもよい。この場合、前面層毎に、異なる金属体（即ち、ビアや金属壁）を採用してもよい。また、複数ある前面層の一部にだけ金属体を設けてもよい。
【００３４】
（５ｃ）上記実施形態における１つの構成要素が有する複数の機能を、複数の構成要素によって実現したり、１つの構成要素が有する１つの機能を、複数の構成要素によって実現したりしてもよい。また、複数の構成要素が有する複数の機能を、１つの構成要素によって実現したり、複数の構成要素によって実現される１つの機能を、１つの構成要素によって実現したりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加又は置換してもよい。なお、特許請求の範囲に記載した文言から特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本開示の実施形態である。
【００３５】
（５ｄ）上述した平面アンテナの他、当該平面アンテナを構成要素とするシステム、平面アンテナの指向性設定方法など、種々の形態で本開示を実現することもできる。
【符号の説明】
【００３６】
１，１ａ〜１ｃ…平面アンテナ、２，２ｂ…多層基板、３…アンテナエレメント、４，４ａ，４ｂ…ビア、４ｃ…金属壁、２１…誘電体層／アンテナ基板、２２，２３…誘電体層／前面層。
【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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