(57)【要約】【課題】  放射導体素子と無給電導体素子との間隔とは別個に帯域を広げることができる広帯域アンテナを提供する。【解決手段】  多層基板２の内部には、絶縁層４，５間に位置して接地導体板６を設けると共に、絶縁層３，４間に位置して放射導体素子７を設ける。この放射導体素子７には、ストリップ線路８を接続する。多層基板２の表面２Ａには、放射導体素子７と対向した矩形導体板からなる無給電導体素子１１を設ける。この無給電導体素子１１の４隅には、角隅部分を切り取った切取り部１１Ａを形成する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
グランドに接続された接地導体板と、該接地導体板と間隔をもって対向し給電線路に接続された放射導体素子と、該放射導体素子からみて前記接地導体板と反対側に配置され前記接地導体板および放射導体素子と絶縁された無給電導体素子とを備えた広帯域アンテナにおいて、
前記無給電導体素子は、略四角形状をなす矩形導体板によって形成し、該矩形導体板の４隅には、角隅部分を切り取った切取り部を設ける構成としたことを特徴とする広帯域アンテナ。
【請求項２】
前記給電線路は、前記接地導体板からみて前記放射導体素子と反対側に設けられた他の接地導体板と、該他の接地導体板と前記接地導体板との間に設けられたストリップ導体とからなるストリップ線路によって構成し、該ストリップ線路のストリップ導体は、前記接地導体板に設けた接続用開口を通じて前記放射導体素子に接続する構成としてなる請求項１に記載の広帯域アンテナ。
【請求項３】
前記給電線路は、前記接地導体板からみて前記放射導体素子と反対側に設けられたストリップ導体からなるマイクロストリップ線路によって構成し、該マイクロストリップ線路のストリップ導体は、前記接地導体板に設けた接続用開口を通じて前記放射導体素子に接続する構成としてなる請求項１に記載の広帯域アンテナ。
【請求項４】
前記接地導体板、放射導体素子および無給電導体素子は、複数の絶縁層が積層された多層基板に設けると共に、該多層基板の厚さ方向に対して互いに異なる位置に配置する構成としてなる請求項１，２または３に記載の広帯域アンテナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばマイクロ波やミリ波等の高周波信号に用いて好適な広帯域アンテナに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来技術による広帯域アンテナとして、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導体素子と接地導体板を設けると共に、放射導体素子の放射面側に無給電導体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）が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭５５−９３３０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、特許文献１による広帯域アンテナでは、放射導体素子と無給電導体素子との電磁界結合を利用して広帯域化を実現している。しかし、電磁界結合の大きさは放射導体素子と無給電導体素子との間の厚さ方向の間隔寸法が大きく寄与するため、帯域を広げるには限界がある。
【０００５】
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、放射導体素子と無給電導体素子との間隔とは別個に帯域を広げることができる広帯域アンテナを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した課題を解決するために、請求項１の発明による広帯域アンテナは、グランドに接続された接地導体板と、該接地導体板と間隔をもって対向し給電線路に接続された放射導体素子と、該放射導体素子からみて前記接地導体板と反対側に配置され前記接地導体板および放射導体素子と絶縁された無給電導体素子とを備えた広帯域アンテナにおいて、前記無給電導体素子は、略四角形状をなす矩形導体板によって形成し、該矩形導体板の４隅には、角隅部分を切り取った切取り部を設ける構成としたことを特徴としている。
【０００７】
請求項２の発明では、前記給電線路は、前記接地導体板からみて前記放射導体素子と反対側に設けられた他の接地導体板と、該他の接地導体板と前記接地導体板との間に設けられたストリップ導体とからなるストリップ線路によって構成し、該ストリップ線路のストリップ導体は、前記接地導体板に設けた接続用開口を通じて前記放射導体素子に接続する構成としている。
【０００８】
請求項３の発明では、前記給電線路は、前記接地導体板からみて前記放射導体素子と反対側に設けられたストリップ導体からなるマイクロストリップ線路によって構成し、該マイクロストリップ線路のストリップ導体は、前記接地導体板に設けた接続用開口を通じて前記放射導体素子に接続する構成としている。
【０００９】
請求項４の発明では、前記接地導体板、放射導体素子および無給電導体素子は、複数の絶縁層が積層された多層基板に設けると共に、該多層基板の厚さ方向に対して互いに異なる位置に配置する構成としている。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１の発明によれば、無給電導体素子の矩形導体板には、その４隅に位置して角隅部分を切り取った切取り部を設けたから、該切取り部によって無給電導体素子に流れる電流の経路を調整することができる。これにより、無給電導体素子と放射導体素子との間隔とは別個な切取り部によって、無給電導体素子と放射導体素子との間の結合量を調整することができる。この結果、無給電導体素子と放射導体素子との間隔を広げることなく、給電線路と放射導体素子とが整合する帯域を広くすることができ、アンテナ全体を低背化、小型化することができる。
【００１１】
請求項２の発明によれば、給電線路は、接地導体板からみて放射導体素子と反対側に配置されたストリップ線路によって構成したから、例えば接地導体板および放射導体素子を絶縁材料からなる基板に設けた場合には、該基板にストリップ線路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。
【００１２】
請求項３の発明によれば、給電線路は、接地導体板からみて放射導体素子と反対側に配置されたマイクロストリップ線路によって構成したから、例えば接地導体板および放射導体素子を絶縁材料からなる基板に設けた場合には、該基板にマイクロストリップ線路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。
【００１３】
請求項４の発明によれば、接地導体板、放射導体素子および無給電導体素子は、複数の絶縁層が積層された多層基板に設ける構成とした。このため、例えば互いに異なる絶縁層の表面に接地導体板、放射導体素子および無給電導体素子を設けることによって、これらを多層基板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。この結果、生産性を高めることができると共に、アンテナ毎の特性ばらつきを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１の実施の形態による広帯域パッチアンテナを示す斜視図である。
【図２】広帯域パッチアンテナを図１中の矢示II−II方向からみた断面図である。
【図３】広帯域パッチアンテナを図２中の矢示III−III方向からみた断面図である。
【図４】図１中の広帯域パッチアンテナを示す平面図である。
【図５】広帯域パッチアンテナの第１の共振モードを図２と同じ位置で示す説明図である。
【図６】広帯域パッチアンテナの第２の共振モードを図２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第１の比較例において、リターンロスの周波数特性を示す特性線図である。
【図８】第２の実施の形態による広帯域パッチアンテナを示す斜視図である。
【図９】広帯域パッチアンテナを図８中の矢示IX−IX方向からみた断面図である。
【図１０】広帯域パッチアンテナを図９中の矢示Ｘ−Ｘ方向からみた断面図である。
【図１１】図８中の広帯域パッチアンテナを示す平面図である。
【図１２】第３の実施の形態による広帯域パッチアンテナを示す斜視図である。
【図１３】広帯域パッチアンテナを図１２中の矢示XIII−XIII方向からみた断面図である。
【図１４】広帯域パッチアンテナを図１３中の矢示XIV−XIV方向からみた断面図である。
【図１５】図１２中の広帯域パッチアンテナを示す平面図である。
【図１６】第４の実施の形態による広帯域パッチアンテナを示す斜視図である。
【図１７】図１６中の広帯域パッチアンテナを示す平面図である。
【図１８】第５の実施の形態による広帯域パッチアンテナを示す斜視図である。
【図１９】広帯域パッチアンテナを図１８中の矢示XIX−XIX方向からみた断面図である。
【図２０】広帯域パッチアンテナを図１９中の矢示XX−XX方向からみた断面図である。
【図２１】広帯域パッチアンテナを図１９中の矢示XXI−XXI方向からみた断面図である。
【図２２】第５の実施の形態および第２，第３の比較例において、リターンロスの周波数特性を示す特性線図である。
【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よる広帯域アンテナとして例えば６０ＧＨｚ帯用の広帯域パッチ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。
【００１６】
図１ないし図４は第１の実施の形態による広帯域パッチアンテナ１を示している。この広帯域パッチアンテナ１は、後述する多層基板２、接地導体板６、放射導体素子７、無給電導体素子１１等によって構成されている。
【００１７】
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、幅方向となるＹ軸方向に対して例えば数ｍｍ程度の幅寸法を有し、長さ方向となる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。
【００１８】
また、多層基板２は、表面２Ａ側から裏面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、例えば絶縁性の樹脂材料からなり、薄い層状に形成されている。
【００１９】
接地導体板６は、例えば銅、銀等の導電性金属材料を用いて形成され、グランドに接続されている。この接地導体板６は、絶縁層４と絶縁層５との間に位置して多層基板２の略全面を覆っている。接地導体板６の表面側には放射導体素子７が設けられると共に、接地導体板６の裏面側にはマイクロストリップ線路８が設けられている。このため、放射導体素子７とマイクロストリップ線路８との間を接続するために、接地導体板６の中央部分には、例えば略円形の接続用開口６Ａが設けられている。
【００２０】
放射導体素子７は、例えば接地導体板６と同様の導電性金属材料を用いて略四角形状の矩形導体板によって形成され、接地導体板６と間隔をもって対向している。具体的には、放射導体素子７は、絶縁層３と絶縁層４との間に配置されている。この放射導体素子７と接地導体板６との間には、絶縁層４が配置されている。このため、放射導体素子７は、接地導体板６と絶縁された状態で、接地導体板６と対面している。
【００２１】
また、放射導体素子７は、図４に示すように、Ｙ軸方向に延びる２辺と、Ｘ軸方向に延びる２辺とを有している。この放射導体素子７は、Ｙ軸方向に例えば数百μｍ程度の幅寸法Ｌ1を有すると共に、Ｘ軸方向に例えば数百μｍ程度の長さ寸法Ｌ2を有している。この放射導体素子７のＸ軸方向の長さ寸法Ｌ2は、電気長で例えば使用する高周波信号の半波長となる値に設定されている。
【００２２】
さらに、放射導体素子７には、Ｘ軸方向の途中位置に後述のビア１０が接続されると共に、該ビア１０を介して後述のマイクロストリップ線路８が接続されている。そして、放射導体素子７には、マイクロストリップ線路８からの給電によって、Ｘ軸方向に向けて電流Ｉが流れる構成となっている。
【００２３】
マイクロストリップ線路８は、図１ないし図４に示すように、接地導体板６からみて放射導体素子７と反対側に設けられ、放射導体素子７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８は、接地導体板６からみて放射導体素子７と反対側に設けられたストリップ導体９によって構成されている。このストリップ導体９は、例えば接地導体板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ると共に、多層基板２の裏面２Ｂ（絶縁層５の裏面）に設けられている。このストリップ導体９の端部は、接続用開口６Ａの中心部分に配置され、接続線路としてのビア１０を介して放射導体素子７に接続されている。
【００２４】
このビア１０は、絶縁層４，５を貫通して内径が数十〜数百μｍ程度（例えば１００μｍ）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１０は、接続用開口６Ａの中心部分を通ってＺ軸方向に延び、その両端が放射導体素子７とストリップ導体９にそれぞれ接続されている。そして、マイクロストリップ線路８は、幅方向の中心位置を通るＸ軸に平行な線に関して線対称に形成されている。
【００２５】
無給電導体素子１１は、例えば接地導体板６と同様の導電性金属材料を用いて略四角形状の矩形導体板によって形成されている。この無給電導体素子１１は、Ｙ軸方向に延びる２辺と、Ｘ軸方向に延びる２辺とを有している。そして、無給電導体素子１１の２辺は、放射導体素子７のＹ軸方向に延びる２辺と平行な状態で配置されている。一方、無給電導体素子１１の他の２辺は、放射導体素子７のＸ軸方向に延びる２辺と平行な状態で配置されている。
【００２６】
また、無給電導体素子１１は、放射導体素子７からみて接地導体板６と反対側に位置して、多層基板２の表面２Ａ（絶縁層３の表面）に配置されている。この無給電導体素子１１と放射導体素子７との間には、絶縁層３が配置されている。このため、無給電導体素子１１は、放射導体素子７および接地導体板６と絶縁された状態で、放射導体素子７と間隔をもって対面している。
【００２７】
さらに、無給電導体素子１１は、図４に示すように、Ｙ軸方向に例えば数百μｍ程度の幅寸法Ｌ3を有すると共に、Ｘ軸方向に例えば数百μｍ程度の長さ寸法Ｌ4を有している。この無給電導体素子１１の幅寸法Ｌ3は、例えば放射導体素子７の幅寸法Ｌ1よりも小さくなっている。一方、無給電導体素子１１の長さ寸法Ｌ4は、例えば放射導体素子７の長さ寸法Ｌ2よりも小さくなっている。なお、無給電導体素子１１および放射導体素子７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、広帯域パッチアンテナ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。そして、無給電導体素子１１は、放射導体素子７と電磁界係合を生じる。
【００２８】
また、無給電導体素子１１の４隅には、角隅部分を切り取った切取り部１１Ａが形成されている。各切取り部１１Ａは、例えば無給電導体素子１１の矩形導体板の角隅部分を、Ｘ軸とＹ軸に対して斜めに傾斜した方向に向けて直線状に切り取った形状となっている。即ち、無給電導体素子１１の角隅部分には、各切取り部１１Ａによって略三角形状の切欠きが形成されている。
【００２９】
そして、切取り部１１Ａは、その形状や大きさに応じて、無給電導体素子１１に流れる電流経路が変化する。このため、切取り部１１Ａは、その形状等を適宜設定することによって、放射導体素子７と無給電導体素子１１との結合量を調整するものである。
【００３０】
本実施の形態による広帯域パッチアンテナ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。
【００３１】
まず、マイクロストリップ線路８から放射導体素子７に向けて給電を行うと、放射導体素子７には、Ｘ軸方向に向けて電流Ｉが流れる。これにより、広帯域パッチアンテナ１は、放射導体素子７の長さ寸法Ｌ2に応じた高周波信号を送信または受信する。
【００３２】
このとき、放射導体素子７と無給電導体素子１１とは、互いに電磁界結合し、無給電導体素子１１にもＸ軸方向に向けて電流Ｉが流れる。また、放射導体素子７の４辺と無給電導体素子１１と４辺とはそれぞれ平行に延びているから、放射導体素子７および無給電導体素子１１は、例えばＸ軸方向に沿った直線偏波の電磁波を放射する。
【００３３】
ここで、放射導体素子７および無給電導体素子１１は、図５および図６に示すように、互いに共振周波数が異なる２つの共振モードを有する。これら２つの共振周波数では高周波信号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のリターンロスが低下する。このため、無給電導体素子１１を省いた場合に比べて、使用可能な高周波信号の帯域が広がる。
【００３４】
また、無給電導体素子１１は放射導体素子７との間隔寸法が大きくなるに従って、マイクロストリップ線路８と放射導体素子７とが整合する帯域は広がる傾向がある。しかし、無給電導体素子１１は放射導体素子７との間隔寸法が大きくなると、アンテナ全体が大型化してしまい、小型の電子機器等には適用が難しいという問題がある。
【００３５】
これに対し、本実施の形態では、矩形導体板からなる無給電導体素子１１の４隅には、角隅部分を切り取った切取り部１１Ａを形成した。このとき、切取り部１１Ａの形状や大きさに応じて、無給電導体素子１１に流れる電流経路が変化する。このため、切取り部１１Ａの形状等を適宜設定することによって、放射導体素子７と無給電導体素子１１との結合量を調整することができる。
【００３６】
この切取り部１１Ａによる効果を確認するために、切取り部１１Ａを設けた場合（第１の実施の形態）と、設けなかった場合（第１の比較例）について、リターンロスの周波数特性を測定した。その結果を図７に示す。なお、多層基板２の厚さ寸法は０．６ｍｍとした。放射導体素子７の幅寸法Ｌ1は０．９５ｍｍ、長さ寸法Ｌ2は１ｍｍとした。無給電導体素子１１の幅寸法Ｌ3および長さ寸法Ｌ4は、いずれも０．８ｍｍとした。切取り部１１Ａの幅寸法および長さ寸法は、いずれも０．２ｍｍとした。
【００３７】
図７の結果より、切取り部１１Ａを設けない場合には、リターンロスが−１０ｄＢよりも低下する帯域が１４ＧＨｚ程度となる。これに対し、切取り部１１Ａを設けた場合には、リターンロスが−１０ｄＢよりも低下する帯域が１４．５ＧＨｚ程度となり、帯域が広がることが分かる。
【００３８】
また、切取り部１１Ａを設けない場合には、２つの共振周波数の間でリターンロスが−１１ｄＢ程度まで上昇する。一方、切取り部１１Ａを設けた場合には、２つの共振周波数の間ではリターンロスが−１５ｄＢよりも低下し、切取り部１１Ａを設けない場合に比べて、リターンロスが低下する。
【００３９】
かくして、本実施の形態では、無給電導体素子１１の４隅には、角隅部分を切り取った切取り部１１Ａを設けたから、切取り部１１Ａによって無給電導体素子１１に流れる電流の経路を調整して、マイクロストリップ線路８に整合するように、広帯域チップアンテナ１の放射Ｑを調整することができる。これにより、無給電導体素子１１と放射導体素子７との間隔とは別個な切取り部１１Ａによって、無給電導体素子１１と放射導体素子７との間の結合量を調整することができる。この結果、無給電導体素子１１と放射導体素子７との間隔を広げることなく、マイクロストリップ線路８と放射導体素子７とが整合する帯域を広くすることができ、広帯域チップアンテナ１を低背化、小型化することができる。
【００４０】
また、無給電導体素子１１に切取り部１１Ａを設けることによって、無給電導体素子１１とマイクロストリップ線路８とが整合する帯域全体でリターンロスを低下させることができる。このため、使用帯域でリターンロスに余裕を持たせることができ、製造誤差を許容できると共に、設計自由度を高めることができる。
【００４１】
また、接地導体板６、放射導体素子７および無給電導体素子１１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の表面に無給電導体素子１１、放射導体素子７および接地導体板６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。
【００４２】
さらに、接地導体板６からみて放射導体素子７と反対側に位置してマイクロストリップ線路８を設けた。このため、接地導体板６、放射導体素子７および無給電導体素子１１を設けた多層基板２にマイクロストリップ線路８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。
【００４３】
次に、図８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、本実施の形態の特徴は、放射導体素子にストリップ線を接続する構成としたことにある。なお、本実施の形態では、前記第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。
【００４４】
第２の実施の形態による広帯域パッチアンテナ２１は、多層基板２２、接地導体板６、放射導体素子３２、無給電導体素子３３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、例えば絶縁性の樹脂材料を用いて形成され、表面２２Ａ側から裏面２２Ｂ側に向けてＺ軸方向に積層した４層の絶縁層２３〜２６を有している。この場合、接地導体板６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。
【００４５】
ストリップ線路２７は、図８ないし図１０に示すように、接地導体板６からみて放射導体素子３２と反対側に設けられ、放射導体素子３２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、ストリップ線路２７は、接地導体板６からみて放射導体素子３２と反対側に設けられた他の接地導体板２８と、接地導体板６と接地導体板２８との間に設けられたストリップ導体２９とによって構成されている。ここで、接地導体板２８は、多層基板２２の裏面２２Ｂ（絶縁層２６の裏面）に設けられ、裏面２２Ｂを略全面に亘って覆っている。この接地導体板２８は、複数のビア３０によって接地導体板６に電気的に接続されている。
【００４６】
このビア３０は、第１の実施の形態によるビア１０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３０は、Ｚ軸方向に延びて、その両端が接地導体板６，２８にそれぞれ接続されている。そして、複数のビア３０は、ストリップ導体２９を取囲んで配置されている。これにより、ビア３０は、接地導体板６，２８の電位を安定させると共に、ストリップ導体２９を伝搬する高周波信号が漏洩するのを抑制している。
【００４７】
一方、ストリップ導体２９は、例えば接地導体板６，２８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、絶縁層２５と絶縁層２６との間に配置されている。このストリップ導体２９の端部は、接続用開口６Ａの中心部分に配置され、接続線路としてのビア３１を介して放射導体素子３２に接続されている。
【００４８】
このビア３１も、ビア３０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３１は、絶縁層２４，２５を貫通して形成され、接続用開口６Ａの中心部分を通ってＺ軸方向に延び、その両端が放射導体素子３２とストリップ導体２９にそれぞれ接続されている。そして、ストリップ線路２７は、幅方向の中心位置を通るＸ軸に平行な線に関して線対称に形成されている。
【００４９】
放射導体素子３２は、第１の実施の形態による放射導体素子７とほぼ同様に形成され、絶縁層２３と絶縁層２４との間に配置されている。そして、放射導体板３２は接地導体板６と間隔をもって対向すると共に、放射導体素子３２と接地導体板６との間は絶縁層２４によって絶縁されている。
【００５０】
無給電導体素子３３は、第１の実施の形態による無給電導体素子１１とほぼ同様に形成され、多層基板２２の表面２２Ａ（絶縁層２３の表面）に設けられている。この無給電導体素子３３は、略四角形状の矩形導体板によって形成され、放射導体素子３２からみて接地導体板６と反対側に位置して、放射導体素子３２および接地導体板６と絶縁されている。また、無給電導体素子３３の４隅には、角隅部分を切り取った切取り部３３Ａがそれぞれ設けられている。
【００５１】
かくして、本実施の形態でも第１の実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。特に、本実施の形態では、放射導体素子３２にストリップ線路２７を接続する構成としたから、第１の実施の形態によるマイクロストリップ線路８に比べて、ストリップ導体２９の周囲に高周波信号の電磁界を閉じ込めることができ、高周波信号の漏洩を防止することができる。
【００５２】
次に、図１２ないし図１５は本発明の第３の実施の形態を示している。そして、本実施の形態の特徴は、多層基板を比誘電率の大きなセラミックス材料を用いて形成したことにある。なお、本実施の形態では、前記第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。
【００５３】
第３の実施の形態による広帯域パッチアンテナ４１は、多層基板４２、接地導体板６、放射導体素子５２、無給電導体素子５３等によって構成されている。
【００５４】
ここで、多層基板４２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、表面４２Ａ側から裏面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。各絶縁層４３〜４６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。これらの各絶縁層４３〜４６は、その比誘電率が例えば第１の実施の形態による多層基板２の樹脂材料に比べて大きな値となっている。この場合、接地導体板６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。
【００５５】
ストリップ線路４７は、図１２ないし図１４に示すように、接地導体板６からみて放射導体素子５２と反対側に設けられ、放射導体素子５２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、ストリップ線路４７は、第２の実施の形態によるストリップ線路２７とほぼ同様に形成され、接地導体板４８およびストリップ導体４９を備えている。ここで、接地導体板４８は、多層基板４２の裏面４２Ｂ（絶縁層４６の裏面）に設けられ、裏面４２Ｂを略全面に亘って覆っている。この接地導体板４８は、複数のビア５０によって接地導体板６に電気的に接続されている。
【００５６】
一方、ストリップ導体４９は、例えば接地導体板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ると共に、絶縁層４５と絶縁層４６との間に配置されている。このストリップ導体４９の端部は、接続用開口６Ａの中心部分に配置され、接続線路としてのビア５１を介して放射導体素子５２に接続されている。そして、ストリップ線路４７は、幅方向の中心位置を通るＸ軸に平行な線に関して線対称に形成されている。
【００５７】
放射導体素子５２は、第１の実施の形態による放射導体素子７とほぼ同様に形成され、絶縁層４３と絶縁層４４との間に配置されている。そして、放射導体素子５２は接地導体板６と間隔をもって対向すると共に、放射導体板５２と接地導体板６との間は絶縁層４４によって絶縁されている。
【００５８】
無給電導体素子５３は、第１の実施の形態による無給電導体素子１１とほぼ同様に形成され、多層基板４２の表面４２Ａ（絶縁層４３の表面）に設けられている。この無給電導体素子５３は、略四角形状の矩形導体板によって形成され、放射導体素子５２からみて接地導体板６と反対側に位置して、放射導体素子５２および接地導体板６と絶縁されている。また、無給電導体素子５３の４隅には、角隅部分を切り取った切取り部５３Ａがそれぞれ設けられている。
【００５９】
かくして、本実施の形態でも第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。特に、本実施の形態では、多層基板４２を比誘電率の大きなセラミックス材料を用いて形成したから、放射導体素子５２や無給電導体素子５３を小さくすることができ、広帯域パッチアンテナ４１を小型化することができる。
【００６０】
なお、第３の実施の形態では、第２の実施の形態と同様にストリップ線路４７を備えた広帯域パッチアンテナ４１に適用した場合を例に挙げて説明したが、第１の実施の形態と同様にマイクロストリップ線路を備えた広帯域パッチアンテナに適用してもよい。
【００６１】
次に、図１６および図１７は本発明の第４の実施の形態を示している。そして、本実施の形態の特徴は、無給電導体素子の切取り部は角隅部分を円弧状に切り取った形状に形成したことにある。なお、本実施の形態では、前記第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。
【００６２】
第４の実施の形態による広帯域パッチアンテナ６１は、多層基板２、接地導体板６、放射導体素子７、無給電導体素子６２等によって構成されている。
【００６３】
無給電導体素子６２は、第１の実施の形態による無給電導体素子１１とほぼ同様に、略四角形状の矩形導体板によって形成されている。また、無給電導体素子６２の４隅には、角隅部分を円弧状に切り取った切取り部６２Ａが形成されている。これにより、無給電導体素子６２の角隅部分は、第１の実施の形態による無給電導体素子１１に比べて、無給電導体素子６２の中央側から外側に向けて円弧状に突出した形状となっている。
【００６４】
そして、切取り部６２Ａの形状や大きさに応じて、無給電導体素子６２に流れる電流経路が変化する。このため、切取り部６２Ａの形状等を適宜設定することによって、放射導体素子７と無給電導体素子６２との結合量を調整することができる。
【００６５】
かくして、本実施の形態でも第１の実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。
【００６６】
なお、第４の実施の形態では、第１の実施の形態と同様の広帯域パッチアンテナ６１に適用した場合を例に挙げて説明したが、第２，第３の実施の形態による広帯域パッチアンテナ２１，４１に適用してもよい。
【００６７】
次に、図１８ないし図２１は本発明の第５の実施の形態を示している。そして、本実施の形態の特徴は、放射導体素子と無給電導体素子との間にはこれらの結合量を調整するための結合量調整導体板を設けたことにある。なお、本実施の形態では、前記第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。
【００６８】
第５の実施の形態による広帯域パッチアンテナ７１は、多層基板７２、接地導体板６、放射導体素子８３、無給電導体素子８４、結合量調整導体板８５等によって構成されている。
【００６９】
ここで、多層基板７２は、例えば第３の実施の形態による多層基板４２とほぼ同様にＬＴＣＣ多層基板によって形成され、表面７２Ａ側から裏面７２Ｂ側に向けてＺ軸方向に積層した５層の絶縁層７３〜７７を有している。この場合、接地導体板６は、絶縁層７５と絶縁層７６との間に設けられ、多層基板７２を略全面に亘って覆っている。
【００７０】
ストリップ線路７８は、接地導体板６からみて放射導体素子８３と反対側に設けられ、放射導体素子８３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、ストリップ線路７８は、第３の実施の形態によるストリップ線路４７とほぼ同様に形成され、接地導体板７９およびストリップ導体８０を備えている。ここで、接地導体板７９は、多層基板７２の裏面７２Ｂ（絶縁層７７の裏面）に設けられ、裏面７２Ｂを略全面に亘って覆っている。この接地導体板７９は、複数のビア８１によって接地導体板６に電気的に接続されている。
【００７１】
一方、ストリップ導体８０は、例えば接地導体板７９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、絶縁層７６と絶縁層７７との間に配置されている。このストリップ導体８０の端部は、接続用開口６Ａの中心部分に配置され、接続線路としてのビア８２を介して放射導体素子８３に接続されている。そして、ストリップ線路７８は、幅方向の中心位置を通るＸ軸に平行な線に関して線対称に形成されている。
【００７２】
放射導体素子８３は、第１の実施の形態による放射導体素子７とほぼ同様に形成され、絶縁層７４と絶縁層７５との間に配置されている。そして、放射導体素子８３は接地導体板６と間隔をもって対向すると共に、放射導体板８３と接地導体板６との間は絶縁層７５によって絶縁されている。
【００７３】
無給電導体素子８４は、第１の実施の形態による無給電導体素子１１とほぼ同様に形成され、多層基板７２の表面７２Ａ（絶縁層７３の表面）に設けられている。この無給電導体素子８４は、略四角形状の矩形導体板によって形成され、放射導体素子８３からみて接地導体板６と反対側に位置して、放射導体素子８３および接地導体板６と絶縁されている。また、無給電導体素子８４の４隅には、角隅部分を切り取った切取り部８４Ａがそれぞれ設けられている。
【００７４】
結合量調整導体板８５は、例えば接地導体板６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、放射導体素子８３と無給電導体素子８４との間に配置されている。具体的には、結合量調整導体板８５は、図１９および図２０に示すように、絶縁層７３と絶縁層７４との間に配置され、放射導体素子８３および無給電導体素子８４に対して絶縁されている。
【００７５】
また、結合量調整導体板８５は、図２１に示すように、Ｙ軸方向に例えば数百μｍ程度の幅寸法Ｌ5を有すると共に、Ｘ軸方向に例えば数百μｍ程度の長さ寸法Ｌ6を有している。この結合量調整導体板８５の幅寸法Ｌ5は、例えば放射導体素子８３の幅寸法Ｌ1および無給電導体素子８４の幅寸法Ｌ3よりも大きくなっている。一方、結合量調整導体板８５の長さ寸法Ｌ6は、例えば放射導体素子８３の長さ寸法Ｌ2および無給電導体素子８４の長さ寸法Ｌ4よりも小さくなっている。これにより、結合量調整導体板８５は、放射導体素子８３と無給電導体素子８４とが互いに重なり合う部位のうちその一部となる中心部分（例えばＸ軸方向の中心部分）をＹ軸方向に横切って覆っている。このため、結合量調整導体板８５は、放射導体素子８３に流れる電流Ｉの向きに対して直交方向に放射導体素子８３を跨いでいる。
【００７６】
また、結合量調整導体板８５の両端側には一対のビア８６が設けられている。これらのビア８６は、ビア８１，８２とほぼ同様に柱状の導体として形成され、絶縁層７４，７５を貫通して形成され、結合量調整導体板８５と接地導体板６とを電気的に接続している。
【００７７】
そして、放射導体素子８３、無給電導体素子８４および結合量調整導体板８５は、例えば互いの中心位置がＸＹ平面上の同じ位置に配置されている。また、放射導体素子８３、無給電導体素子８４および結合量調整導体板８５は、これらの中心位置を通るＸ軸に平行な線に関して線対称に形成されると共に、これらの中心位置を通るＹ軸に平行な線に関して線対称に形成されている。
【００７８】
この結合量調整導体板８５は、その幅寸法Ｌ5に応じて電流の共振周波数を調整することができ、その長さ寸法Ｌ6に応じて放射導体素子８３と無給電導体素子８４との電界結合の強さを調整することができる。これにより、結合量調整導体板８５は、放射導体素子８３と無給電導体素子８４との間の結合量を調整するものである。
【００７９】
この結合量調整導体板８５および無給電導体素子８４の切取り部８４Ａによる効果を確認するために、結合量調整導体板８５および切取り部８４Ａを省いた場合（第２の比較例）、結合量調整導体板８５だけを設けた場合（第３の比較例）、結合量調整導体板８５および切取り部８４Ａの両方を設けた場合（第５の実施の形態）について、リターンロスの周波数特性を測定した。その結果を図２２に示す。
【００８０】
なお、多層基板７２の厚さ寸法は０．７ｍｍとした。放射導体素子８３の幅寸法Ｌ1は０．５５ｍｍ、長さ寸法Ｌ2は０．７ｍｍとした。無給電導体素子８４の幅寸法Ｌ3は１．１５ｍｍ、長さ寸法Ｌ4は０．６ｍｍとした。結合量調整導体板８５の幅寸法Ｌ5は１．５ｍｍ、長さ寸法Ｌ6は０．３ｍｍとした。ビア８１，８２，８６の直径は０．１ｍｍとした。
【００８１】
図２２の結果より、結合量調整導体板８５および切取り部８４Ａを設けない場合（第２の比較例）では、リターンロスが−８ｄＢよりも低下する帯域が１４ＧＨｚ程度となる。これに対し、結合量調整導体板８５だけを設けた場合（第３の比較例）では、リターンロスが−８ｄＢよりも低下する帯域が１９ＧＨｚ程度となる。但し、第３の比較例の場合でも、２つの共振周波数間の帯域では、第２の比較例と同様に、リターンロスは−８ｄＢ程度まで上昇する。
【００８２】
次に、結合量調整導体板８５および切取り部８４Ａの両方を設けた場合（第５の実施の形態）について検討する。この場合には、切取り部８４Ａを設けない場合（第３の比較例）に比べて、低周波側の共振周波数が高周波側にシフトするものの、２つの共振周波数の間の帯域では、リターンロスが−１０ｄＢよりも低下すると共に、リターンロスが−１０ｄＢよりも低下する帯域が１６ＧＨｚ程度となる。これにより、本実施の形態では、２つの共振周波数間の帯域でリターンロスを全体的に低下させることができると共に、リターンロスが低下した帯域を拡大できることが分かる。
【００８３】
かくして、本実施の形態でも第１の実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。特に、本実施の形態では、放射導体素子８３と無給電導体素子８４との間には結合量調整導体板８５を設けたから、放射導体素子８３と無給電導体素子８４とが電界結合するときに、結合量調整導体板８５を用いてこの電界結合の強さを調整することができる。これにより、無給電導体素子８４の切取り部８４Ａに加えて、結合量調整導体板８５によっても、放射導体素子８３と無給電導体素子８４との結合量を調整することができ、ストリップ線路７８と放射導体素子８３とが整合する帯域のリターンロスを全体的に低下させることができると共に、この帯域を広げることができる。
【００８４】
なお、第５の実施の形態では、第３の実施の形態と同様の広帯域パッチアンテナ７１に適用した場合を例に挙げて説明したが、第１，第２，第４の実施の形態による広帯域パッチアンテナ１，２１，６１に適用してもよい。
【００８５】
また、前記各実施の形態では、広帯域パッチアンテナ１，２１，４１，６１，７１を多層基板２，２２，４２，６２，７２に形成した場合を例に挙げて説明したが、単層の基板に導体板等を設けることによって、広帯域パッチアンテナを形成してもよい。
【００８６】
また、前記各実施の形態では、給電線路としてマイクロストリップ線路８やストリップ線路２７，４７，７８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。
【００８７】
また、前記各実施の形態では、６０ＧＨｚ帯のミリ波に用いる広帯域パッチアンテナ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広帯域パッチアンテナに適用してもよい。
【符号の説明】
【００８８】
１，２１，４１，６１，７１  広帯域パッチアンテナ（広帯域アンテナ）
２，２２，４２，７２  多層基板
６  接地導体板
６Ａ  接続用開口
７，３２，５２，８３  放射導体素子
８  マイクロストリップ線路
９，２９，４９，８０  ストリップ導体
１１，３３，５３，６２，８４  無給電導体素子
１１Ａ，３３Ａ，５３Ａ，６２Ａ，８４Ａ  切取り部
２７，４７，７８  ストリップ線路
２８，４８，７９  接地導体板（他の接地導体板）
８５  結合量調整導体板
【図１】
2011155479.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2011155479.tif 000007
【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】
2011155479.tif 000018
【図１７】
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【図１８】
2011155479.tif 000020
【図１９】
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【図２０】
2011155479.tif 000022
【図２１】
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【図２２】
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