(57)【要約】【課題】アンテナ装置において、電磁結合給電方式の平面アンテナを用いる場合でも反射損失を低減できるようにする。【解決手段】第１の誘電体層２と、第１面２ａに配置され電磁結合用の電極部１ｂを有する平板状のパッチアンテナ１と、第２面２ｂに配置され、Ｙ軸方向に延びるスロット７が形成された地導体板４と、地導体板４を挟んで第１の誘電体層２と対向するように地導体板４に固定された第２の誘電体層５と地導体板４と対向するように第２の誘電体層５に形成され、先端部がＺ軸方向に見てＸ軸方向に延び、スロット７と交差する位置関係に配置された線状の給電用導体６と、を備え、スロット７は、Ｘ軸方向において一定の第１の幅を有する第１の開口部と、第１の開口部のＹ軸方向の両端部に連通して接続され、少なくとも第１開口部との接続部近傍で第１の幅よりも拡幅された第２の開口部と、を有する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の誘電体層と、
前記第１の誘電体層の第１の表面に配置され、電磁結合用の電極部を有する平板状のパッチアンテナと、
前記第１の誘電体層において前記第１の表面と反対側の第２の表面に配置され、前記電極部と対向する位置に、第１の方向に延びる無導体部を構成するスロットが形成された地導体板と、
前記地導体板を挟んで前記第１の誘電体層と対向するように前記地導体板に固定された第２の誘電体層と、
前記第２の誘電体層を挟んで前記地導体板と対向するように前記第２の誘電体層に形成され、先端部が前記パッチアンテナの法線方向に見て前記第１の方向と交差する第２の方向に延び、前記法線方向に見て前記スロットと交差する位置関係に配置された線状の給電用導体と、
を備え、        
前記スロットは、
前記第２の方向において一定の第１の幅を有する第１の開口部と、
前記第１の開口部の前記第１の方向の両端部に連通して接続され、前記第１の開口部との接続部近傍で前記第１の幅よりも拡幅された第２の開口部と、
を有する、アンテナ装置。
【請求項２】
前記第２の開口部は、
前記法線方向から見て、多角形状に形成されている、
請求項１に記載のアンテナ装置。
【請求項３】
前記第２の開口部は、
前記法線方向から見て、円形状に形成されている、
請求項１に記載のアンテナ装置。
【請求項４】
前記給電用導体は、
前記法線方向から見て、前記第１の開口部の前記第１の方向における中心を横断しており、
前記給電用導体の先端は、
前記第１の開口部の前記第２の方向における中心から前記第１の開口部の前記第１の方向の長さに等しい位置に形成されている、
請求項１〜３のいずれか１項に記載のアンテナ装置。
【請求項５】
前記第２の方向は、前記第１の方向と直交しており、
前記給電用導体の前記先端部は、
前記法線方向に見て前記スロットと直交する位置関係に配置された、
請求項１〜４のいずれか１項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。
【背景技術】
【０００２】
高速無線通信の分野において、電磁結合給電方式の平面アンテナを有するアンテナ装置が知られている。
例えば、特許文献１には、接地層である給電用スロット層に矩形状の給電用スロットが形成され、分配合成器が給電用スロット層を介して放射素子と電磁的に結合されているフェーズドアレーアンテナ装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−７４７１７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、上記のような従来技術には、以下のような問題がある。
特許文献１に記載の技術では、電磁結合の結合効率があまり良好にならないため、反射損失が大きくなってしまうという問題がある。
給電用スロットは、インピーダンス整合をとるため、短手方向の開口幅を一定に保つ必要がある。しかし、このような矩形状の給電用スロットの場合、長手方向の両端部における形状効果によって電磁結合の結合効率が低下してしまう。
【０００５】
本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、電磁結合給電方式の平面アンテナを用いる場合でも反射損失を低減できるアンテナ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を解決するために、本発明の第１の態様のアンテナ装置は、第１の誘電体層と、前記第１の誘電体層の第１の表面に配置され、電磁結合用の電極部を有する平板状のパッチアンテナと、前記第１の誘電体層において前記第１の表面と反対側の第２の表面に配置され、前記電極部と対向する位置に、第１の方向に延びる無導体部を構成するスロットが形成された地導体板と、前記地導体板を挟んで前記第１の誘電体層と対向するように前記地導体板に固定された第２の誘電体層と、前記第２の誘電体層を挟んで前記地導体板と対向するように前記第２の誘電体層に形成され、先端部が前記パッチアンテナの法線方向に見て前記第１の方向と交差する第２の方向に延び、前記法線方向に見て前記スロットと交差する位置関係に配置された線状の給電用導体と、を備え、前記スロットは、前記第２の方向において一定の第１の幅を有する第１の開口部と、前記第１の開口部の前記第１の方向の両端部に連通して接続され、前記第１の開口部との接続部近傍で前記第１の幅よりも拡幅された第２の開口部と、を有する。
【０００７】
上記アンテナ装置では、前記第２の開口部は、前記法線方向から見て、多角形状に形成されていてもよい。
【０００８】
上記アンテナ装置では、前記第２の開口部は、前記法線方向から見て、円形状に形成されていてもよい。
【０００９】
上記アンテナ装置では、前記給電用導体は、前記法線方向から見て、前記第１の開口部の前記第１の方向における中心を横断しており、前記給電用導体の先端は、前記第１の開口部の前記第２の方向における中心から前記第１の開口部の前記第１の方向の長さに等しい位置に形成されていてもよい。
【００１０】
上記アンテナ装置では、前記第２の方向は、前記第１の方向と直交しており、前記給電用導体の前記先端部は、前記法線方向に見て前記スロットと直交する位置関係に配置されてもよい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のアンテナ装置によれば、電磁結合給電方式の平面アンテナを用いる場合でも反射損失を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態のアンテナ装置の一例を示す模式的な分解斜視図である。
【図２】本発明の実施形態のアンテナ装置の主要部の構成の一例を示す模式的な縦断面図である。
【図３】本発明の実施形態のアンテナ装置のパッチアンテナの一例を示す模式的な平面図である。
【図４】本発明の実施形態のアンテナ装置における給電用導体とスロットの位置関係を示す模式的な平面図である。
【図５】本発明の実施形態のアンテナ装置に用いるスロットの開口形状の一例を示す模式的な平面図である。
【図６】比較例のアンテナ装置に用いるスロットの開口形状の一例を示す模式的な平面図である。
【図７】本発明の実施形態のアンテナ装置における全ゲインを示すグラフである。
【図８】本発明の実施形態のアンテナ装置における反射損失（Ｓ１１）を示すグラフである。
【図９】本発明の実施形態のアンテナ装置におけるアベレージゲインＸＺ（Ｅ面）を示すグラフである。
【図１０】本発明の実施形態のアンテナ装置におけるアベレージゲインＹＺ（Ｈ面）を示すグラフである。
【図１１】本発明の実施形態のアンテナ装置のゲインを示す立体グラフである。
【図１２】本発明の実施形態のアンテナ装置の全ゲインを示すグラフである。
【図１３】本発明の実施形態のアンテナ装置のスロット部のＳ１１と比較例のスロット部のＳ１１とを示すグラフである。
【図１４】本発明の実施形態の第１変形例のアンテナ装置のスロット部の構成を示す模式図である。
【図１５】本発明の実施形態の第２変形例のアンテナ装置のスロット部の構成を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下では、本発明の実施形態のアンテナ装置について添付図面を参照して説明する。
図１は、本発明の実施形態のアンテナ装置の一例を示す模式的な分解斜視図である。図２は、本発明の実施形態のアンテナ装置の主要部の構成の一例を示す模式的な縦断面図である。図３は、本発明の実施形態のアンテナ装置のパッチアンテナの一例を示す模式的な平面図である。図４は、本発明の実施形態のアンテナ装置における給電用導体とスロットの位置関係を示す模式的な平面図である。図５は、本発明の実施形態のアンテナ装置に用いるスロットの開口形状の一例を示す模式的な平面図である。
なお、各図面は模式図のため、寸法や形状は誇張または簡略化されている（以下の図面も同様）。
【００１４】
図１に示す本実施形態のアンテナ装置２０は、電磁結合給電方式の平面アンテナを備える。例えば、アンテナ装置２０は、ＩｏＴ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ  ｏｆ  Ｔｈｉｎｇｓ）分野における通信、あるいはＷｉＧｉｇ（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ  Ｇｉｇａｂｉｔ）などの高速無線通信などにおけるアンテナ装置として用いることが可能である。
図１、２に示すように、アンテナ装置２０は、パッチアンテナ１、第１の誘電体層２、地導体板４、第２の誘電体層５、および給電用導体６が、この順に積層して構成されている。
以下では、積層方向をＺ軸方向とし、Ｚ軸方向に直交しかつ互いに直交する２軸方向をＸ軸方向（第２の方向）、Ｙ軸方向（第１の方向）と称する。なお、ここでの座標系は右手系である。
【００１５】
図１に示すように、パッチアンテナ１は、後述する第１の誘電体層２の第１面２ａ（第１の表面）上に、予め決められた配列パターンに基づいてパターニングされている。パッチアンテナ１および第１面２ａの法線方向はＺ軸方向である。
パッチアンテナ１は、後述する給電用導体６から電磁結合給電される平面アンテナである。各パッチアンテナ１の形状は特に限定されない。
本実施形態では、パッチアンテナ１は、一例として、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に並ぶ正方格子状に複数配列されている。具体的には、パッチアンテナ１は８×８の正方格子状に６４個配列されている。
図３に示すように、本実施形態では、各パッチアンテナ１は、一例として、４個の放射素子１ａと、各放射素子１ａをアレー化するためのデバイダーである分割回路パターン１ｄと、を備える。
【００１６】
各放射素子１ａは、Ｘ軸方向およびＹ軸方向にそれぞれ延びる辺を有する方形状に形成されている。各放射素子１ａは、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に並ぶ略正方格子状である矩形格子状に配列されている。
分割回路パターン１ｄは、電磁結合用の電極部１ｂと、電極部１ｂと各放射素子１ａとを互いに電気的に接続する４本の配線部１ｃと、を備える。
電極部１ｂは、各放射素子１ａの配置位置の中心を結ぶ対角線の交点を中心としてＸ軸方向に延びる矩形状に形成されている。電極部１ｂにおける給電点は、電極部１ｂの中心部に形成される。
各配線部１ｃは、電極部１ｂの４つの角部におけるＹ軸方向の側部からそれぞれが接続する放射素子１ａに向かって延びている。具体的には、各配線部１ｃは、それぞれが接続する放射素子１ａに向かってＹ軸方向に延びてから、それぞれが接続する放射素子１ａのＸ軸方向の側部の中央部に対向する位置でＸ軸方向に向かうように屈曲している。
このため、各配線部１ｃの経路長は互いに等しい。
【００１７】
図３に示すように、このような構成の各パッチアンテナ１は、Ｘ軸方向における幅がＷＸ、Ｙ軸方向における幅がＷＹの矩形領域の角部に配置されている。
例えば、６０ＧＨｚ帯の無線通信用途では、ＷＸ、ＷＹは、それぞれ、４．４ｍｍ、４．５２ｍｍとされてもよい。
この場合、各放射素子１ａのＸ軸方向における幅ＷａＸ、Ｙ軸方向における幅ＷａＹは、それぞれ、１．１５ｍｍ、１．１５ｍｍとされてもよい。電極部１ｂのＸ軸方向における幅ＷｂＸ、Ｙ軸方向における幅ＷｂＹは、それぞれ、０．８ｍｍ、０．４ｍｍとされてもよい。各配線部１ｃの線幅は、０．１３ｍｍとされてもよい。
例えば、このようなパッチアンテナ１の４分の１実効長（以下、単に実効長）は、１．１５ｍｍになる。
パッチアンテナ１は、例えば、銅などの金属材料によって形成される。
【００１８】
図１、２に示すように、第１の誘電体層２は、必要な放射特性に応じて誘電率、層厚が規定された平板状部材である。第１の誘電体層２は、単層の誘電体で構成されてもよいし、複数の誘電体が貼り合わされて構成されてもよい。単層とするか、複数層とするかは、例えば、材料コストなどを考慮して決められてもよい。
図２に示す例では、一定の厚さを有する誘電体２Ａが、誘電体である樹脂接着層２Ｂによって接合されて構成された場合の例が示されている。第１の誘電体層２における第１面２ａと反対側の表面である第２面２ｂ（第２の表面）は、樹脂接着層２Ｂで構成されている。第２面２ｂを構成する樹脂接着層２Ｂは、後述する地導体板４を接合するために用いられている。
【００１９】
図１、２に示すように、地導体板４は、各パッチアンテナ１と対向する位置にスロット７が形成された導体からなる板状部材である。地導体板４は接地されて用いられる。
地導体板４は、第２面２ｂを構成する樹脂接着層２Ｂを介して、第１の誘電体層２に固定されている。
【００２０】
スロット７は、地導体板４における無導体部である。図３、４に示すように、スロット７は、第１の方向であるＹ軸方向に延びている。スロット７の開口形状は、パッチアンテナ１のインピーダンスと後述する給電用導体６とのインピーダンス整合をとるための形状とされる。
本実施形態におけるスロット７は、図５に示すように、Ｚ軸方向から見て、Ｈ字状とされている。具体的には、スロット７は、矩形状の第１の開口部７ａと、第１の開口部７ａの長手方向（第１の方向）の両端部にそれぞれ形成された第２の開口部７ｂと、によって構成される。
図３に示すように、スロット７の中心（図心）は、パッチアンテナ１における電極部１ｂの中心（図心）と重なるように配置されている。このため、Ｚ軸方向から見ると、スロット７は、電極部１ｂと電極部１ｂの中心で直交し、電極部１ｂをＹ軸方向に横断する位置関係になっている。
第１の開口部７ａは、信号が通過する通過信号部を構成する。各第２の開口部７ｂは、通過信号部の両端部におけるインピーダンスを増大させるための開口部である。
スロット７の長手方向（第１の方向）の長さｄ３は、パッチアンテナ１の実効長に合わされることがより好ましい。
【００２１】
第１の開口部７ａは、短手方向（第２の方向）であるＸ軸方向の幅（第１の幅）がＷ２、長手方向であるＹ軸方向（第１の方向）の長さがｄ１（ただし、ｄ１＞Ｗ２）の矩形状に開口している。
第１の開口部７ａの短手方向の幅Ｗ２は、例えば、結合インピーダンスを１１２Ωにするため、０．７５ｍｍに設定することがより好ましい。例えば、パッチアンテナ１のインピーダンスが２２０Ωの場合、Ｗ２は、０．２ｍｍとされることがより好ましい。
【００２２】
各第２の開口部７ｂは、第１の開口部７ａによる結合インピーダンスより大きなインピーダンスを形成するため、第１の開口部７ａの短手方向の幅Ｗ２から拡幅する適宜形状に設けられる。
図５に示す例では、各第２の開口部７ｂは、Ｙ軸方向の長さがｄ２、Ｘ軸方向の幅がＷ３（ただし、Ｗ３＞Ｗ２）の矩形状に開口している。
例えば、第２の開口部７ｂにおいて、ｄ２、Ｗ３は、それぞれ、０．２ｍｍ、０．４ｍｍとされてもよい。この場合、第１の開口部７ａの長さｄ１は、０．７５ｍｍ（＝１．１５ｍｍ−２×０．２ｍｍ）になっている。
【００２３】
以上説明したスロット７のより好ましい数値例によれば、電磁結合給電部の結合インピーダンスは、電極部１ｂの中心部において１１２Ωになっている。
【００２４】
図２に示すように、第２の誘電体層５は、後述する給電用導体６からスロット７を通してパッチアンテナ１に電磁給電できるように、地導体板４と後述する給電用導体６とを一定の絶縁距離だけ離すために設けられている。
このため、第２の誘電体層５の第１面５ａには地導体板４が配置されており、第２の誘電体層５の第２面５ｂには、後述する給電用導体６が配置されている。
給電効率を向上するため、第２の誘電体層５の比誘電率εｒはなるべく小さいことが好ましい。例えば、第２の誘電体層５の比誘電率εｒは、１以上２．５以下であることがより好ましい。
例えば、第２の誘電体層５の比誘電率εｒが２．２の場合、第２の誘電体層５の層厚は、１３０μｍにすることがより好ましい。
【００２５】
図２に示すように、給電用導体６は、第２の誘電体層５の第２面５ｂ上にパターニングされている。給電用導体６は、図示略の外部回路と所定のインピーダンスを有する接続路を介して電気的に接続可能である。
図４に示すように、給電用導体６の先端部には、Ｚ軸方向から見て、各スロット７および各パッチアンテナ１の電極部１ｂとそれぞれ重なるように形成された複数の先端線路６ｅ（先端部）が形成されている。
各先端線路６ｅは、給電用導体６の開放端を構成する線状の導体である。本実施形態では、各先端線路６ｅは、図５に示すように、Ｚ軸方向から見て、各スロット７の第１の開口部７ａの長手方向の中心を通り、Ｘ軸方向に延びている。このため、Ｚ軸方向から見て、先端線路６ｅは、第１の開口部７ａと直交するように、第１の開口部７ａを横断している。
先端線路６ｅの線幅Ｗ１は、非常に幅の広い線幅はより多くのロスおよび放射をもたらし、非常に細い線幅は製造が困難であるため、製造および後方放射の最小化が可能になるように決定されている。例えば、先端線路６ｅの線幅Ｗ１は、０．１ｍｍとされてもよい。
第１の開口部７ａの中心軸線Ｏから先端線路６ｅの先端６ｆまでの長さ（スタブ長）は、ｄｓである。本実施形態では、リアクタンス成分を合わせるため、スタブ長ｄｓは、第１の開口部７ａの長さｄ１に一致されている。上述のスロット７の数値例の場合、スタブ長ｄｓは、０．７５ｍｍとされる。
【００２６】
図４に示すように、各先端線路６ｅは、Ｙ軸方向において隣り合う２本の先端線路６ｅが、先端６ｆと反対側の端部において、Ｙ軸方向に延びる第１線路６ｄによって互いに接続されている。各第１線路６ｄの線幅は、先端線路６ｅの線幅Ｗ１に等しい。
Ｘ軸方向において隣り合う２本の第１線路６ｄは、それぞれの長手方向の長さを２等分する位置において、Ｘ軸方向に延びる第２線路６ｃによって互いに接続されている。各第２線路６ｃの線幅は、長手方向の両端部を除いては、先端線路６ｅの線幅Ｗ１に等しい。各第２線路６ｃにおいて、第１線路６ｄとの接続部の近傍には、線幅が、Ｗ１から段階的に拡幅する拡幅部６ｂが形成されている。
【００２７】
本実施形態における拡幅部６ｂは、給電用導体６におけるインピーダンスを適正化するために設けられている。例えば、拡幅部６ｂは、第２線路６ｃの中間部から端部に向かって、線幅が、Ｗ１１、Ｗ１２、Ｗ１３（ただし、Ｗ１１＜Ｗ１２＜Ｗ１３）のように３段階に拡幅している。線幅Ｗ１１、Ｗ１２、Ｗ１３のそれぞれの部分の長さは、Ｌ１１、Ｌ１２、Ｌ１３である。
拡幅部６ｂの具体的な数値例としては、例えば、線幅Ｗ１１、Ｗ１２、Ｗ１３は、それぞれ、０．１２ｍｍ、０．２２ｍｍ、０．３ｍｍであってもよい。例えば、長さＬ１１、Ｌ１２、Ｌ１３は、いずれも、０．５ｍｍであってもよい。
【００２８】
第２線路６ｃの長手方向の長さを２等分する位置には、拡幅部６ｂを介して線幅Ｗ１の第３線路６ａが接続されている。第３線路６ａは、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に互いに隣り合う４つの先端線路６ｅの群を、同様にして配線されたＹ軸方向において隣り合う図示略の４つの先端線路６ｅの群と接続している。
このようにして、給電用導体６は、各先端線路６ｅを対称的な導体パターンの繰り返しによって、ツリー状に接続するように構成されている。
このため、外部回路との接続部から各先端線路６ｅに到るまでの給電用導体６のインピーダンスは均等である。
【００２９】
このような構成のアンテナ装置２０は、例えば、以下のようにして製造される。
まず、第２の誘電体層５の第１面５ａ、第２面５ｂにそれぞれ導体膜が形成された後、例えば、エッチングなどによって、それぞれ地導体板４、給電用導体６がパターニングされる。さらに、地導体板４上に、誘電体２Ａが貼り合わされた第１の誘電体層２が貼り合わせられる。この後、第１の誘電体層２の第１面２ａに、導体膜が成膜され、例えば、エッチングなどによって、パッチアンテナ１がパターニングされる。
なお、第1の誘電体層２にパッチアンテナ１がパターニングされてから、第１の誘電体層２と地導体板４が貼り合わせられてもよい。
【００３０】
次に、本実施形態のアンテナ装置２０の作用について説明する。
図６は、比較例のアンテナ装置に用いるスロットの開口形状の一例を示す模式的な平面図である。
【００３１】
まず、アンテナ装置２０と対比して説明するための比較例のアンテナ装置１２０について説明する。
図６に示すように、比較例のアンテナ装置１２０は、上記実施形態のアンテナ装置２０の地導体板４に代えて、地導体板１０４を備える。
地導体板１０４は、地導体板４のスロット７に代えて、スロット１０７を備える。
スロット１０７は、スロット７と同様な位置に形成されている。ただし、スロット１０７は、Ｙ軸方向の長さがｄ３、Ｘ軸方向の幅がＷ２の矩形状の開口で構成されている。このため、スロット１０７は、上記実施形態の各第２の開口部７ｂが削除され、第１の開口部７ａの長さがｄ３に延長されたのと同様の形状を有する。
【００３２】
アンテナ装置においては、効率的な送受信を行うため、外部回路との接続路のインピーダンスとインピーダンス整合をとる必要がある。
アンテナ装置２０において、給電用導体６は、インピーダンスを整合させるため、配線パターン、線幅などが上述のように構成されることによって、インピーダンスが適正化されている。同様な給電用導体６を有する比較例のアンテナ装置１２０もこの点は同様である。
【００３３】
さらに、先端線路６ｅからパッチアンテナ１の電極部１ｂまでの電磁結合給電部における結合インピーダンスも整合がとられる必要がある。
本実施形態では、地導体板４におけるスロット７の第１の開口部７ａの配置および開口形状が適正化されることと、スロット７に第２の開口部７ｂが設けられることと、先端線路６ｅのスタブ長であるｄｓが適正化されること、とによって、結合インピーダンスの整合がとられている。
特に、第１の開口部７ａの両端部において拡幅された第２の開口部７ｂが設けられることによって、第１の開口部７ａの両端部の外側に、高インピーダンスの領域が形成される。このため、第１の開口部７ａにおいて、効率的に信号が通過するため、全体として反射損失が低減される。
【００３４】
これに対して、比較例のアンテナ装置１２０のスロット１０７は、長手方向の両端部に高インピーダンスの領域を有していない。このため、スロット１０７の長手方向の両端部では、インピーダンスが２００Ωになっている。これに対して本実施形態では、第２開口部７ｂによってスロット７の両端部のインピーダンスが２００Ωよりも高くなっている。
この結果、比較例のアンテナ装置１２０の反射損失は、本実施形態のアンテナ装置２０に比べると大きくなってしまう。
【００３５】
次に、数値シミュレーションによって検討したアンテナ装置２０の特性について説明する。
図７は、本発明の実施形態のアンテナ装置における全ゲインを示すグラフである。図８は、本発明の実施形態のアンテナ装置における反射損失（Ｓ１１）を示すグラフである。図９は、本発明の実施形態のアンテナ装置におけるアベレージゲインＸＺ（Ｅ面）を示すグラフである。図１０は、本発明の実施形態のアンテナ装置におけるアベレージゲインＹＺ（Ｈ面）を示すグラフである。図１１は、本発明の実施形態のアンテナ装置のゲインを示す立体グラフである。図１２は、本発明の実施形態のアンテナ装置の全ゲインを示すグラフである。図１３は、本発明の実施形態のアンテナ装置のスロット部のＳ１１と比較例のスロット部のＳ１１とを示すグラフである。
【００３６】
以下の数値シミュレーションに用いられた具体的な数値は、上記実施形態において、例示された数値が用いられている。
図７には、ＸＺ面およびＹＺ面の全ゲインのシミュレーション結果が示されている。図７において、横軸は仰角θ（度）、縦軸はゲイン（ｄＢｉ）である。図７において、曲線２００（破線）はＸＺ面における全ゲインを、曲線２０１（実線）はＹＺ面における全ゲインを表す。ここで、ＸＺ面は電気面（Ｅ面）であり、ＹＺ面は磁気面（Ｈ面）である。
図７における曲線２００，２０１に示されたように、アンテナ装置２０では、仰角０度〜±４度の範囲において、ＸＺ面およびＹＺ面とも良好な全ゲインが得られていることが分かる。
【００３７】
図８には、反射損失（Ｓ１１）の周波数特性が示されている。図８において、横軸は周波数（ＧＨｚ）、縦軸は反射損失（ｄＢ）である。
図８において曲線２０３に示されるように、約５６ＧＨｚから約６４ＧＨｚまでの範囲において、反射損失が−１０ｄＢ以下になっている。このため、アンテナ装置２０は、６０ＧＨｚ帯の無線通信用途において良好な反射損失特性を有することが分かる。
【００３８】
図９，１０にはアベレージゲインのシミュレーション結果が示されている。図９にはＸＺ面のアベレージゲインが、図９にはＹＺ面のアベレージゲインがそれぞれ示されている。図９，１０において、横軸は仰角θ（度）、縦軸はゲイン（ｄＢｉ）である。
図９，１０において、実線で示す曲線２０４、２０６は共偏波成分のゲインを、破線で示す曲線２０５、２０７は交差偏波成分のゲインを表す。
図９，１０によれば、ＸＺ面においても、ＹＺ面においても、ほぼ同様なアベレージゲイン特性を有することが分かる。このため、双方向利得の変化がないことが分かる。
【００３９】
図１１には上述の各グラフの元となったゲインのシミュレーション結果の立体グラフが示されている。
さらに、図１２には、図８に対応する周波数領域における全ゲイン（ｄＢｉ）が示されている。図１２における曲線２０８によれば、約５８ＧＨｚから約６４ＧＨｚの間で、約２５ｄＢｉ程度の安定したゲインが得られていることが分かる。
【００４０】
図１３には、実施形態のアンテナ装置２０と、比較例のアンテナ装置１２０とにおける、それぞれのスロット部の反射損失Ｓ１１のシミュレーション結果が示されている。図１３において、横軸は周波数（ＧＨｚ）、縦軸は反射損失Ｓ１１（ｄＢ）である。曲線２０９（実線）はアンテナ装置２０のスロット部のＳ１１を表し、曲線２１０（破線）はアンテナ装置１２０のスロット部のＳ１１を表す。
図１３に示すように、Ｓ１１が−１０ｄＢ以下の範囲は、曲線２０９では、５８．８ＧＨｚから６３．５ＧＨｚになるのに対して、曲線２１０では、６０ＧＨｚから６２．５ＧＨｚになっている。このため、Ｓ１１が良好となる周波数帯域は、比較例に比べて本実施形態の方が約２倍になっている。
この原因は、本実施形態のアンテナ装置２０では、スロット７が、第２の開口部７ｂを有するＨ字状の開口形状を有するのに対して、比較例のアンテナ装置１２０では、スロット１０７が矩形状であるためと考えられる。
【００４１】
以上説明したように、本実施形態のアンテナ装置２０によれば、電磁結合給電方式の平面アンテナを用いる場合でも反射損失を低減できる。
【００４２】
［第１変形例］
本実施形態のアンテナ装置２０の第１変形例について説明する。
図１４は、本発明の実施形態の第１変形例のアンテナ装置のスロット部の構成を示す模式図である。
【００４３】
図１に示すように、本変形例のアンテナ装置３０は、上記実施形態における地導体板４に代えて、地導体板３４を備える。図１４に示すように、地導体板３４は、上記実施形態におけるスロット７に代えてスロット３７を備える
以下、上記実施形態と異なる点を中心に説明する。
【００４４】
スロット３７は、上記実施形態の第２の開口部７ｂに代えて、Ｚ軸方向から見てほぼ三角形状（厳密には台形状）の第２の開口部３７ｂを備える。
各第２の開口部３７ｂでは、Ｘ軸方向における開口幅が、第１の開口部７ａのＹ軸方向における各端部から、第１の開口部７ａの中心から遠ざかるにしたがって漸次拡幅している。各第２の開口部３７ｂのＸ軸方向における幅は、Ｗ２からＷ３３（ただし、Ｗ３３＞Ｗ２）まで拡がっている。各第２の開口部３７ｂにおけるＹ軸方向の先端は、中心軸線Ｏに直交する直線状である。
各第２の開口部３７ｂの形状は、中心軸線Ｏに関して非対称でもよいが、本変形例では、一例として、中心軸線Ｏに関して線対称である。
【００４５】
このようにアンテナ装置３０は、第２の開口部３７ｂがＺ軸方向から見てほぼ三角形状であり、上記実施形態におけるスロット７の第２の開口部７ｂのように矩形状でない点が異なる。しかし、第２の開口部３７ｂは、第１の開口部７ａの幅よりもＸ軸方向に拡幅されているため、第２の開口部７ｂと同様、第１の開口部７ａよりも高インピーダンスの開口部になっている。
このため、アンテナ装置３０は、上記実施形態と同様に、電磁結合給電部の結合インピーダンスを適正化できるため、電磁結合給電方式の平面アンテナを用いる場合でも反射損失を低減できる。
【００４６】
［第２変形例］
本実施形態のアンテナ装置２０の第２変形例について説明する。
図１５は、本発明の実施形態の第２変形例のアンテナ装置のスロット部の構成を示す模式図である。
【００４７】
図１に示すように、本変形例のアンテナ装置４０は、上記実施形態における地導体板４に代えて、地導体板４４を備える。図１５に示すように、地導体板４４は、上記実施形態におけるスロット７に代えてスロット４７を備える。
以下、上記実施形態と異なる点を中心に説明する。
【００４８】
スロット４７は、上記実施形態の第２の開口部７ｂに代えて、Ｚ軸方向から見てほぼ円形状（厳密には中心角が１８０°より大きい円弧状）の第２の開口部４７ｂを備える。
第２の開口部４７ｂの内径は、Ｗ４３（ただし、Ｗ４３＞Ｗ２）である。このため、第２の開口部４７ｂでは、Ｘ軸方向における開口幅が、第１の開口部７ａのＹ軸方向における各端部から第１の開口部７ａの中心から遠ざかるにしたがって幅がＷ４３になるまで漸次拡幅し、そこからは、第１の開口部７ａの中心から遠ざかるにしたがって漸次縮幅している。
【００４９】
このようにアンテナ装置４０は、第２の開口部４７ｂがＺ軸方向から見てほぼ円形状であり、上記実施形態におけるスロット７の第２の開口部７ｂのように矩形状でない点が異なる。しかし、第２の開口部４７ｂは、第１の開口部７ａの幅よりもＸ軸方向に拡幅されているため、第２の開口部７ｂと同様、第１の開口部７ａよりも高インピーダンスの開口部になっている。
このため、アンテナ装置４０は、上記実施形態と同様に、電磁結合給電部の結合インピーダンスを適正化できるため、電磁結合給電方式の平面アンテナを用いる場合でも反射損失を低減できる。
【００５０】
なお、上記実施形態および各変形例の説明では、Ｚ軸方向から見た第２の開口部の開口形状が、それぞれ四角形状、三角形状、円形状の場合の例で説明した。しかし、第２の開口部は、第１の開口部との接続部から第１の開口部よりも拡幅するように形成されていれば、他の形状が用いられてもよい。例えば、第２の開口部の開口形状としては、五角形以上の多角形状、楕円形状などであってもよい。例えば、第２の開口部の開口形状としては、適宜の多角形の辺が、凹または凸の曲線に置換された開口形状が用いられてもよい。例えば、第２の開口部の開口形状としては、種々の直線または曲線の組み合わせによって、第１の開口部から拡幅する拡幅部と拡幅部から縮幅する縮幅部とを有する開口形状が用いられてもよい。
【００５１】
上記実施形態の説明では、４つの放射素子１ａが略正方格子状の矩形格子状に配列されてパッチアンテナ１が形成され、さらにパッチアンテナ１が正方格子状に配列される場合の例で説明した。
しかし、４つの放射素子１ａは第１の方向と第２の方向とにおける配列ピッチがより大きく異なる矩形格子状に配列されていてもよい。同様に、パッチアンテナ１も正方格子状の配列には限定されず、矩形格子状に配列されていてもよい。
【００５２】
上記実施形態および各変形例の説明では、給電用導体の先端部とスロットとが法線方向から見て直交する場合の例で説明したが、給電用導体の先端部とスロットとは法線方向から見て互いに交差していれば、交差角度は直角には限定されない。
【００５３】
以上、本発明の好ましい実施形態を説明したが、本発明はこの実施形態に限定されることはない。本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能である。
また、本発明は前述した説明によって限定されることはなく、添付の特許請求の範囲によってのみ限定される。
【符号の説明】
【００５４】
１…  パッチアンテナ，１ａ…放射素子，１ｂ…電極部，２…第１の誘電体層，２ａ…第１面（第１の表面），２ｂ…第２面（第２の表面），４、３４、４４…地導体板，５…第２の誘電体層，６…給電用導体，６ｂ…拡幅部，６ｅ…先端線路（先端部），６ｆ…先端，７、３７、４７…スロット，７ａ…第１の開口部，７ｂ、３７ｂ、４７ｂ…第２の開口部，２０、３０、４０…アンテナ装置
【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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