(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体層と、前記誘電体層の両面に形成された第１及び第２の導体層とを有する基板と、
前記第１の導体層に配置された第１及び第２のアンテナ素子と、
前記第２の導体層に配置された第１の接地導体と、
前記基板上において前記第１及び第２のアンテナ素子の間に配置されたＥＢＧ（Electromagnetic Band Gap）構造部と、を備えるアンテナ装置において、
前記ＥＢＧ構造部は、
前記第１の導体層に配置され、前記第１の接地導体との電磁的結合を有する複数の第１のパッチ導体を含む第１のＥＢＧ部分と、
前記第２の導体層に配置され、前記第１の接地導体との電磁的結合を有する複数の第２のパッチ導体を含む第２のＥＢＧ部分と、を含み、
前記複数の第１のパッチ導体は、前記第１の導体層において、前記第１及び第２のアンテナ素子を結ぶ線分に交差するように延在する複数の第１の列に沿って配置され、
前記第１のＥＢＧ部分は、前記基板をそれぞれ貫通し、前記複数の第１のパッチ導体を前記第１の接地導体にそれぞれ接続する複数のビア導体をさらに備え、
前記複数の第２のパッチ導体は、前記第２の導体層において、前記第１のアンテナ素子に対向する領域及び前記第２のアンテナ素子に対向する領域を結ぶ線分に交差するように延在する複数の第２の列に沿って配置され、
前記第２のＥＢＧ部分は、前記複数の第２のパッチ導体にそれぞれ接続された複数のスタブ導体をさらに備える、
アンテナ装置。
【請求項２】
前記複数の第１の列は、前記第１及び第２のアンテナ素子間のアイソレーションを高くしようとする周波数帯域であるアイソレーション帯域の中心周波数に対応する波長の０．８〜１．２倍のうちの１つの長さにわたって互いに離隔して互いに平行に設けられ、
前記複数の第２の列は、前記アイソレーション帯域の中心周波数に対応する波長の０．８〜１．２倍のうちの１つの長さにわたって互いに離隔して互いに平行に設けられる、
請求項１に記載のアンテナ装置。
【請求項３】
誘電体層と、前記誘電体層の両面に形成された第１及び第２の導体層とを有する基板と、
前記第１の導体層に配置された第１及び第２のアンテナ素子と、
前記第２の導体層に配置された第１の接地導体と、
前記基板上において前記第１及び第２のアンテナ素子の間に配置されたＥＢＧ（Electromagnetic Band Gap）構造部と、を備えるアンテナ装置において、
前記ＥＢＧ構造部は、
前記第１の導体層に配置され、前記第１の接地導体との電磁的結合を有する複数の第１のパッチ導体を含む第１のＥＢＧ部分と、
前記第２の導体層に配置され、前記第１の接地導体との電磁的結合を有する複数の第２のパッチ導体を含む第２のＥＢＧ部分と、を含み、
前記基板は、前記第１の導体層とは逆の側に前記第２の導体層から所定距離を有して、前記第２の導体層に平行に形成された第３の導体層をさらに備え、
前記アンテナ装置は、前記第３の導体層に配置された第２の接地導体をさらに備える、
アンテナ装置。
【請求項４】
誘電体層と、前記誘電体層の両面に形成された第１及び第２の導体層とを有する基板と、
前記第１の導体層に配置された第１及び第２のアンテナ素子と、
前記第２の導体層に配置された第１の接地導体と、
前記基板上において前記第１及び第２のアンテナ素子の間に配置されたＥＢＧ（Electromagnetic Band Gap）構造部と、を備えるアンテナ装置において、
前記ＥＢＧ構造部は、
前記第１の導体層に配置され、前記第１の接地導体との電磁的結合を有する複数の第１のパッチ導体を含む第１のＥＢＧ部分と、
前記第２の導体層に配置され、前記第１の接地導体との電磁的結合を有する複数の第２のパッチ導体を含む第２のＥＢＧ部分と、を含み、
前記複数の第１のパッチ導体は、前記第１の導体層において、前記第１及び第２のアンテナ素子を結ぶ線分に交差するように延在する複数の第１の列に沿って配置され、
前記複数の第２のパッチ導体は、前記第２の導体層において、前記第１のアンテナ素子に対向する領域及び前記第２のアンテナ素子に対向する領域を結ぶ線分に交差するように延在する複数の第２の列に沿って配置され、
前記複数の第１の列と前記複数の第２の列とは、前記誘電体層の両面に対する垂線上の点から見たときに互い違いになるように配置される、
アンテナ装置。
【請求項５】
誘電体層と、前記誘電体層の両面に形成された第１及び第２の導体層とを有する基板と、
前記第１の導体層に配置された第１及び第２のアンテナ素子と、
前記第２の導体層に配置された第１の接地導体と、
前記基板上において前記第１及び第２のアンテナ素子の間に配置されたＥＢＧ（Electromagnetic Band Gap）構造部と、を備えるアンテナ装置において、
前記ＥＢＧ構造部は、
前記第１の導体層に配置され、前記第１の接地導体との電磁的結合を有する複数の第１のパッチ導体を含む第１のＥＢＧ部分と、
前記第２の導体層に配置され、前記第１の接地導体との電磁的結合を有する複数の第２のパッチ導体を含む第２のＥＢＧ部分と、を含み、
前記複数の第２のパッチ導体は、前記第２の導体層において、前記第１のアンテナ素子に対向する領域及び前記第２のアンテナ素子に対向する領域を結ぶ線分に交差するように延在する複数の第２の列に沿って配置され、
前記第２のＥＢＧ部分は、前記複数の第２のパッチ導体と前記第１の接地導体とを接続する複数のスタブ導体をさらに備える、
アンテナ装置。
【請求項６】
請求項１〜５のうちのいずれか１項に記載のアンテナ装置と、
無線通信回路と、を備える、
無線通信装置。
【請求項７】
請求項１〜５のうちいずれか１項に記載のアンテナ装置と、
レーダ送受信回路と、を備える、
レーダ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、複数のアンテナ素子と、ＥＢＧ（Electromagnetic Band Gap）構造部とを備えたアンテナ装置に関する。本開示は、また、そのようなアンテナ装置を備えた無線通信装置及びレーダ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、複数のアンテナ素子を備えてミリ波帯域で動作するアンテナ装置においてアンテナ素子間のアイソレーションを確保するために、ＥＢＧ構造部を用いることが知られている（特許文献１〜３を参照）。ＥＢＧ構造部は、所定の周波数（反共振周波数）において高インピーダンスになり、従って、ＥＢＧ構造部を備えたアンテナ装置は、この周波数においてアンテナ素子間のアイソレーションを高くすることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４６５０３０２号公報
【特許文献２】特許第５１１２２０４号公報
【特許文献３】特許第５２１２９４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ＥＢＧ構造部の一例として、誘電体基板上に形成された複数のパッチ導体、複数のビア導体、及び接地導体を含むマッシュルーム型の導体を含むものが知られている。マッシュルーム型ＥＢＧ構造部の性能は、ビア導体の直径、パッチ導体の最小寸法、などに依存する。従来のＥＢＧ構造部によれば、アンテナ素子間のアイソレーションを高くするようにＥＢＧ構造部の寸法を最適化するとき、限られた周波数帯域幅においてのみ高いアイソレーションが実現される。従って、ＥＢＧ構造部を用いても、所望の広い周波数帯域幅にわたって十分に高いアイソレーションを確保することが困難な場合がある。
【０００５】
一方、ＥＢＧ構造部の反共振周波数を変化させるために追加の部品等を設けると、アンテナ装置の寸法が増大し、従ってコストも増大する。
【０００６】
本開示の目的は、以上の課題を解決し、ＥＢＧ構造部を備えたアンテナ装置であって、周波数調整のために余分な部品を必要とせず、アンテナ装置を大型化せず、広い周波数帯域幅にわたって高いアイソレーションを確保できるアンテナ装置を提供することにある。
【０００７】
本開示の目的は、さらに、そのようなアンテナ装置を備えた無線通信装置及びレーダ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】
本開示の一態様に係るアンテナ装置は、
誘電体層と、前記誘電体層の両面に形成された第１及び第２の導体層とを有する基板と、
前記第１の導体層に配置された第１及び第２のアンテナ素子と、
前記第２の導体層に配置された第１の接地導体と、
前記基板上において前記第１及び第２のアンテナ素子の間に配置されたＥＢＧ（Electromagnetic Band Gap）構造部と、を備えるアンテナ装置において、
前記ＥＢＧ構造部は、
前記第１の導体層に配置され、前記第１の接地導体との電磁的結合を有する複数の第１のパッチ導体を含む第１のＥＢＧ部分と、
前記第２の導体層に配置され、前記第１の接地導体との電磁的結合を有する複数の第２のパッチ導体を含む第２のＥＢＧ部分と、を含み、
前記複数の第１のパッチ導体は、前記第１の導体層において、前記第１及び第２のアンテナ素子を結ぶ線分に交差するように延在する複数の第１の列に沿って配置され、
前記第１のＥＢＧ部分は、前記基板をそれぞれ貫通し、前記複数の第１のパッチ導体を前記第１の接地導体にそれぞれ接続する複数のビア導体をさらに備え、
前記複数の第２のパッチ導体は、前記第２の導体層において、前記第１のアンテナ素子に対向する領域及び前記第２のアンテナ素子に対向する領域を結ぶ線分に交差するように延在する複数の第２の列に沿って配置され、
前記第２のＥＢＧ部分は、前記複数の第２のパッチ導体にそれぞれ接続された複数のスタブ導体をさらに備える。
本開示の別の一態様に係るアンテナ装置は、
誘電体層と、前記誘電体層の両面に形成された第１及び第２の導体層とを有する基板と、
前記第１の導体層に配置された第１及び第２のアンテナ素子と、
前記第２の導体層に配置された第１の接地導体と、
前記基板上において前記第１及び第２のアンテナ素子の間に配置されたＥＢＧ（Electromagnetic Band Gap）構造部と、を備えるアンテナ装置において、
前記ＥＢＧ構造部は、
前記第１の導体層に配置され、前記第１の接地導体との電磁的結合を有する複数の第１のパッチ導体を含む第１のＥＢＧ部分と、
前記第２の導体層に配置され、前記第１の接地導体との電磁的結合を有する複数の第２のパッチ導体を含む第２のＥＢＧ部分と、を含み、
前記基板は、前記第１の導体層とは逆の側に前記第２の導体層から所定距離を有して、前記第２の導体層に平行に形成された第３の導体層をさらに備え、
前記アンテナ装置は、前記第３の導体層に配置された第２の接地導体をさらに備える。
本開示のさらに別の一態様に係るアンテナ装置は、
誘電体層と、前記誘電体層の両面に形成された第１及び第２の導体層とを有する基板と、
前記第１の導体層に配置された第１及び第２のアンテナ素子と、
前記第２の導体層に配置された第１の接地導体と、
前記基板上において前記第１及び第２のアンテナ素子の間に配置されたＥＢＧ（Electromagnetic Band Gap）構造部と、を備えるアンテナ装置において、
前記ＥＢＧ構造部は、
前記第１の導体層に配置され、前記第１の接地導体との電磁的結合を有する複数の第１のパッチ導体を含む第１のＥＢＧ部分と、
前記第２の導体層に配置され、前記第１の接地導体との電磁的結合を有する複数の第２のパッチ導体を含む第２のＥＢＧ部分と、を含み、
前記複数の第１のパッチ導体は、前記第１の導体層において、前記第１及び第２のアンテナ素子を結ぶ線分に交差するように延在する複数の第１の列に沿って配置され、
前記複数の第２のパッチ導体は、前記第２の導体層において、前記第１のアンテナ素子に対向する領域及び前記第２のアンテナ素子に対向する領域を結ぶ線分に交差するように延在する複数の第２の列に沿って配置され、
前記複数の第１の列と前記複数の第２の列とは、前記誘電体層の両面に対する垂線上の点から見たときに互い違いになるように配置される。
本開示のさらに別の一態様に係るアンテナ装置は、
誘電体層と、前記誘電体層の両面に形成された第１及び第２の導体層とを有する基板と、
前記第１の導体層に配置された第１及び第２のアンテナ素子と、
前記第２の導体層に配置された第１の接地導体と、
前記基板上において前記第１及び第２のアンテナ素子の間に配置されたＥＢＧ（Electromagnetic Band Gap）構造部と、を備えるアンテナ装置において、
前記ＥＢＧ構造部は、
前記第１の導体層に配置され、前記第１の接地導体との電磁的結合を有する複数の第１のパッチ導体を含む第１のＥＢＧ部分と、
前記第２の導体層に配置され、前記第１の接地導体との電磁的結合を有する複数の第２のパッチ導体を含む第２のＥＢＧ部分と、を含み、
前記複数の第２のパッチ導体は、前記第２の導体層において、前記第１のアンテナ素子に対向する領域及び前記第２のアンテナ素子に対向する領域を結ぶ線分に交差するように延在する複数の第２の列に沿って配置され、
前記第２のＥＢＧ部分は、前記複数の第２のパッチ導体と前記第１の接地導体とを接続する複数のスタブ導体をさらに備える。
【発明の効果】
【０００９】
本開示のアンテナ装置によれば、ＥＢＧ構造部を備えたアンテナ装置であって、周波数調整のために余分な部品を必要とせず、アンテナ装置を大型化せず、広い周波数帯域幅にわたって高いアイソレーションを確保できるアンテナ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１の実施形態に係るアンテナ装置１００の構成を示す斜視図である。
【図２】図１のアンテナ装置１００における第１の導体層の構成を示す上面図である。
【図３】図１のアンテナ装置１００における第２の導体層の構成を示す上面図である。
【図４】図１のアンテナ装置１００における第３の導体層の構成を示す上面図である。
【図５】図２のＡ−Ａ’線におけるアンテナ装置１００の構成を示す断面図である。
【図６】第１の実施形態の変形例に係るアンテナ装置１０１の構成を示す斜視図である。
【図７】図１のアンテナ装置１００のＥＢＧ構造部７の詳細構成を示す拡大図である。
【図８】図７のＥＢＧ構造部７の等価回路図である。
【図９】第１の比較例に係るアンテナ装置２００の構成を示す斜視図である。
【図１０】第２の比較例に係るアンテナ装置２０１の構成を示す斜視図である。
【図１１】比較例に係るアンテナ装置２００及び２０１における周波数特性のグラフである。
【図１２】実施例に係るアンテナ装置１００及び比較例に係るアンテナ装置２０１における周波数特性のグラフである。
【図１３】比較例に係るアンテナ装置２０１における周波数特性のグラフである。
【図１４】比較例に係るアンテナ装置２０１における周波数特性のグラフである。
【図１５】第２の実施形態に係る無線通信装置の構成を示すブロック図である。
【図１６】第３の実施形態に係るレーダ装置の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照して、実施形態に係るアンテナ装置について説明する。以下の説明では、同様の構成要素は同じ符号で示す。
【００１２】
第１の実施形態．
図１は、第１の実施形態に係るアンテナ装置１００の構成を示す斜視図である。図２は、図１のアンテナ装置１００における第１の導体層の構成を示す上面図である。図３は、図１のアンテナ装置１００における第２の導体層の構成を示す上面図である。図４は、図１のアンテナ装置１００における第３の導体層の構成を示す上面図である。図５は、図２のＡ−Ａ’線におけるアンテナ装置１００の構成を示す断面図である。
【００１３】
アンテナ装置１００は、誘電体層１及び２と、誘電体層１の上面に形成された第１の導体層と、誘電体層１及び２間に形成された第２の導体層と、誘電体層２の下面に形成された第３の導体層とを有する基板を備える。言い換えると、第１及び第２の導体層は誘電体層１の両面に形成され、第３の導体層は、第１の導体層とは逆の側に第２の導体層から所定距離を有して、第２の導体層に平行に形成される。アンテナ装置１００は、さらに、第１の導体層に配置された第１のアンテナ素子３（受信アンテナ）及び第２のアンテナ素子４（送信アンテナ）と、第２の導体層に配置された第１の接地導体５と、第３の導体層に配置された第２の接地導体６と、基板上においてアンテナ素子３及び４間に配置されたＥＢＧ構造部７とを備える。例えば、アンテナ素子３は受信アンテナとして動作し、アンテナ素子４は送信アンテナとして動作してもよい。
【００１４】
誘電体層１及び２は、例えば、ポリフェニレンエーテル又はポリテトラフルオロエチレンなどであってもよい。
【００１５】
ＥＢＧ構造部７は、第１の導体層に配置され、接地導体５との電磁的結合を有する複数の第１のパッチ導体１１を含む第１のＥＢＧ部分と、第２の導体層に配置され、接地導体５との電磁的結合を有する複数の第２のパッチ導体１３を含む第２のＥＢＧ部分とを含む。複数のパッチ導体１３は接地導体６との電磁的結合も有する。
【００１６】
図１の例では、各パッチ導体１１及び１３は正方形形状を有する。しかしながら、各パッチ導体１１及び１３は、正方形に限らず、三角形、六角形、長方形、などの任意の形状であってもよい。
【００１７】
図２に示すように、複数のパッチ導体１１は、第１の導体層において、アンテナ素子３及び４を結ぶ線分に交差するように延在する複数の第１の列（図２のＹ方向の列）に沿って配置される。第１のＥＢＧ部分は、基板の誘電体層１をそれぞれ貫通し、複数のパッチ導体１１を接地導体５にそれぞれ接続する複数のビア導体１２をさらに備える。このように、第１のＥＢＧ部分はマッシュルーム型のＥＢＧ構造部である。本明細書では、第１のＥＢＧ部分のパッチ導体１１及びビア導体１２の各列を、ＥＢＧセグメント７−１ａ，７−１ｂ，７−１ｃという。
【００１８】
図３に示すように、複数のパッチ導体１３は、第２の導体層において、アンテナ素子３に対向する領域３’及びアンテナ素子４に対向する領域４’を結ぶ線分に交差するように延在する複数の第２の列に沿って配置される。第２のＥＢＧ部分は、複数のパッチ導体１３にそれぞれ接続された複数のスタブ導体１４をさらに備える。複数のスタブ導体１４は、例えば、図３のＸ方向又はＹ方向に沿って配置される。複数のスタブ導体１４は、接地導体５に短絡されていてもよく、接地導体５に短絡されることなく開放端を有してもよい。第２の導体層には、パッチ導体１３及びスタブ導体１４を内部に形成するためのスロット１５ａ及び１５ｂが設けられる。このように、第２のＥＢＧ部分はビアレスＥＢＧ構造部である。本明細書では、第２のＥＢＧ部分のパッチ導体１３及びスタブ導体１４の各列を、ＥＢＧセグメント７−２ａ，７−２ｂという。
【００１９】
ＥＢＧセグメント７−１ａ，７−１ｂ，７−１ｃ（特に、各ビア導体１２が接地導体５に接続される位置）と、ＥＢＧセグメント７−２ａ，７−２ｂとは、上から見たときに互い違いになるように配置される。
【００２０】
ＥＢＧセグメント７−１ａ，７−１ｂ，７−１ｃは、例えば、アンテナ素子３及び４間のアイソレーションを高くしようとする周波数帯域であるアイソレーション帯域の中心周波数に対応する波長にわたって互いに離隔して互いに平行に設けられる。ＥＢＧセグメント７−２ａ，７−２ｂもまた、例えば、アイソレーション帯域の中心周波数に対応する波長にわたって互いに離隔して互いに平行に設けられる。ＥＢＧセグメント７−１ａ，７−１ｂ，７−１ｃ間の距離はこれに限らず、ＥＢＧセグメント７−１ａ，７−１ｂ，７−１ｃは、アイソレーション帯域の中心周波数に対応する波長の０．８〜１．２倍のうちの１つの長さにわたって互いに離隔して互いに平行に設けられてもよい。同様に、ＥＢＧセグメント７−２ａ，７−２ｂ間の距離はこれに限らず、ＥＢＧセグメント７−２ａ，７−２ｂは、アイソレーション帯域の中心周波数に対応する波長の０．８〜１．２倍のうちの１つの長さにわたって互いに離隔して互いに平行に設けられてもよい。
【００２１】
図２において、「ｗ１」はパッチ導体１１の辺の長さを示し、「ｄｘ１」はＸ方向に互いに隣接するパッチ導体１１の中心間の距離（又はＥＢＧセグメント７−１ａ，７−１ｂ，７−１ｃ間の距離）を示し、「ｄｙ１」はＹ方向に互いに隣接するパッチ導体１１の中心間の距離を示す。図３において、「ｗ２」はパッチ導体１３の辺の長さを示し、「ｄｘ２」はＸ方向に互いに隣接するパッチ導体１３の中心間の距離（又はＥＢＧセグメント７−２ａ，７−２ｂ間の距離）を示し、「ｄｙ２」はＹ方向に互いに隣接するパッチ導体１３の中心間の距離を示す。図５において、「ｄｚ１」はパッチ導体１１と接地導体５との間の距離（又はビア導体１２の長さ）を示し、「ｄｚ２」は接地導体５，６間の距離を示す。また、ビア導体１２は直径φを有する。
【００２２】
第１のＥＢＧ部分は基板の表面に露出し、第２のＥＢＧ部分は基板の内部に設けられるので、それらの特性は互いに異なる。第１のＥＢＧ部分及び第２のＥＢＧ部分に必要な特性に応じて、パッチ導体１１，１３の個数、辺の長さｗ１，ｗ２、及び距離ｄｙ１，ｄｙ２は互いに異なっていてもよい。
【００２３】
図１のアンテナ装置１００は、例えばミリ波帯域で動作する。しかしながら、図１のアンテナ装置１００は、ミリ波帯域に限らず、アイソレーション帯域を生じるようにＥＢＧ構造部７を設計可能な任意の周波数で動作してもよい。
【００２４】
複数のスタブ導体１４は、所望のアイソレーション特性に応じて、接地導体５に短絡されてもよい。
【００２５】
第２のＥＢＧ部分と接地導体５との電磁的結合を変化させることにより、第２のＥＢＧ部分のアイソレーション帯域を低域側もしくは高域側に拡張させることができる。
【００２６】
図１のアンテナ装置１００によれば、周波数調整のために余分な部品を必要とせず、アンテナ装置を大型化せず、広い周波数帯域幅にわたって高いアイソレーションを確保することができる。
【００２７】
図６は、第１の実施形態の変形例に係るアンテナ装置１０１の構成を示す斜視図である。所望のアイソレーション特性によっては、図１のアンテナ装置１００の接地導体６及び誘電体層２を省略してもよい。
【００２８】
次に、図７〜図１４を参照して、図１のアンテナ装置１００の動作について説明する。
【００２９】
図７は、図１のアンテナ装置１００のＥＢＧ構造部７の詳細構成を示す拡大図である。図８は、図７のＥＢＧ構造部７の等価回路図である。図７において、「Ｌ」はパッチ導体１１のインダクタンスを示し、「Ｌｓ」はビア導体１２のインダクタンスを示し、「Ｌｇ」は、パッチ導体１１に対向していない部分（ＥＢＧ構造部７の外部）における接地導体５のインダクタンスを示し、「Ｌｇｘ」は、パッチ導体１３及びスタブ導体１４のインダクタンスを示す。さらに、「Ｃ」は互いに隣接するパッチ導体１１間の容量を示し、「Ｃｓ」はパッチ導体１１と接地導体５との間の容量を示す。また「Ｃｇｘ」は、パッチ導体１３及びスタブ導体１４と接地導体５との間の容量を示し、「Ｃｇｙ」は、パッチ導体１３及びスタブ導体１４と接地導体６との間の容量を示す。
【００３０】
ＥＢＧ構造部７の反共振周波数は、ＥＢＧ構造部７を構成する各部分の容量及びインダクタンスによって決まる。パッチ導体１１のインダクタンスＬは、パッチ導体１１の寸法（例えば、辺の長さｗ１）に依存する。パッチ導体１１間の容量Ｃは、パッチ導体１１の中心間の距離ｄｘ１，ｄｙ１に依存する。パッチ導体１１と接地導体５との間の容量Ｃｓは、パッチ導体１１の面積と、パッチ導体１１と接地導体５との間の距離ｄｚ１とに依存する。ビア導体１２のインダクタンスＬｓは、ビア導体の直径φ及び長さｄｚ１に依存する。ビア導体の直径φ及び長さｄｚ１は、プロセス上の制約を受けるので、実質的に固定値である。従って、プロセス上の制約を考慮してアンテナ設計時に変更可能なパラメータは、パッチ導体１１の辺の長さｗ１及びパッチ導体１１の中心間の距離ｄｘ１，ｄｙ１のみである。
【００３１】
ＥＢＧ構造部のアイソレーション効果を高める平易な方法として、ＥＢＧ構造部を多段化することが知られている。多段ＥＢＧ構造部は、例えば、複数の基板を備え、これらの基板を貫通するように複数のビア導体が設けられる。しかしながら、各基板においてビア導体を設けた部分には他の部品及び配線を設けることができないので、アンテナ装置の寸法が増大し、従ってコストも増大する。このため、ＥＢＧ構造部の余分な多段化をすることなく、ＥＢＧ構造部のアイソレーション効果を高めることが望まれる。
【００３２】
次に、図９〜図１４を参照して、図１のアンテナ装置１００のシミュレーション結果について説明する。
【００３３】
図９は、第１の比較例に係るアンテナ装置２００の構成を示す斜視図である。図９のアンテナ装置２００は、図１のアンテナ装置１００からＥＢＧ構造部７を除去した構成を有する。
【００３４】
図１０は、第２の比較例に係るアンテナ装置２０１の構成を示す斜視図である。図１０のアンテナ装置２０１は、図１のアンテナ装置１００から第２のＥＢＧ部分（パッチ導体１３、スタブ導体１４、及びスロット１５ａ，１５ｂ）を除去した構成を有する。
【００３５】
以下のパラメータを設定してシミュレーションを行った。誘電体層１の厚さはｄｚ１＝０．２５４ｍｍであり、誘電体層２の厚さはｄｚ２＝０．３ｍｍであった。誘電体層１，２の比誘電率はεｒ＝３．０であり、誘電正接はｔａｎδ＝０．００５８であった。アンテナ素子３及び４は、０．９１ｍｍ×０．９１ｍｍの正方形のパッチアンテナであった。アンテナ素子３及び４は、Ｘ方向に１３．２ｍｍの距離（中心間の距離）を有して配置された。アイソレーション帯域の中心周波数は７９ＧＨｚであった。
【００３６】
図１１は、比較例に係るアンテナ装置２００及び２０１における周波数特性のグラフである。比較例に係るアンテナ装置２００は、図９の構成（ＥＢＧ構造部なし）を有する。比較例に係るアンテナ装置２０１は、図１０の構成（パッチ導体１１及びスタブ導体１２のみを備えるＥＢＧ構造部）を有する。比較例に係るアンテナ装置２０１のＥＧＢ構造部は、Ｘ方向に３個かつＹ方向に８５個のパッチ導体１１を含み、アンテナ素子３及び４の中間に配置された。パッチ導体１１の辺の長さをｗ１＝０．６１ｍｍに固定し、Ｙ方向に互いに隣接するパッチ導体１１の中心間の距離をｄｙ１＝０．７１ｍｍに固定した。ビア導体１２の直径はφ＝０．２５ｍｍであり、長さはｄｚ１＝０．２５４ｍｍであった。比較例に係るアンテナ装置２０１では、ＥＢＧセグメント７−１ａ，７−１ｂ，７−１ｃ間の距離ｄｘ１を変化させ、距離ｄｘ１は、アイソレーション帯域の中心周波数７９ＧＨｚに対応する波長λ（２．２ｍｍ）又は約λ／４（０．７ｍｍ）に設定された。距離ｄｘ１を最適化することにより、容量Ｃ及びインダクタンスＬｇが劇的に減少し、アンテナ素子３及び４の相互インピーダンスが高くなる。図１１によれば、距離ｄｘ１を最適化することにより（ｄｘ１＝λ）、高いアイソレーションを達成できることがわかる。
【００３７】
図１１によれば、比較例に係るアンテナ装置２０１において距離ｄｘ１＝λに設定したとき、アイソレーション帯域の中心周波数７９ＧＨｚを含む非常に狭いアイソレーション帯域においてのみ高いアイソレーションが達成されている。従って、高いアイソレーションを達成しながら、アイソレーション帯域を広帯域化することが望まれる。
【００３８】
図１２は、実施例に係るアンテナ装置１００及び比較例に係るアンテナ装置２０１における周波数特性のグラフである。比較例に係るアンテナ装置２０１は、図１０の構成（パッチ導体１１及びビア導体１２のみを備えるＥＢＧ構造部）を有し、距離ｄｘ１は、アイソレーション帯域の中心周波数７９ＧＨｚに対応する波長λ（２．２ｍｍ）に設定された。実施例に係るアンテナ装置１００は、図１の構成を有し、第１のＥＢＧ部分（パッチ導体１１及びビア導体１２）及び第２のＥＢＧ部分（パッチ導体１３及びスタブ導体１４）を含むＥＢＧ構造部７は、アンテナ素子３及び４の中間に配置された。実施例に係るアンテナ装置１００の第１のＥＢＧ部分は、比較例に係るアンテナ装置２０１のＥＢＧ構造部と同様に構成された。実施例に係るアンテナ装置１００の第２のＥＢＧ部分は、Ｘ方向に２個かつＹ方向に４２個のパッチ導体１３を配置した。パッチ導体１３の辺の長さをｗ２＝１．０５ｍｍに固定し、Ｙ方向に互いに隣接するパッチ導体１３の中心間の距離をｄｙ２＝１．１５ｍｍに固定した。パッチ導体１３から接地導体５までの距離は０．２ｍｍであった。スタブ導体１４の長さを０．１ｍｍとし、スタブ導体１４は接地導体５に短絡されることなく開放端を有し、スタブ導体１４の開放端から接地導体５までの距離を０．１ｍｍとした。実施例に係るアンテナ装置１００では、距離ｄｘ１，ｄｘ２は、アイソレーション帯域の中心周波数７９ＧＨｚに対応する波長λ（２．２ｍｍ）に設定された。図１２によれば、比較例に係るアンテナ装置２０１に第２のＥＢＧ部分（パッチ導体１３、スタブ導体１４、及びスロット１５ａ，１５ｂ）を追加することにより、アイソレーション帯域が広帯域化されていることがわかる。図１２によれば、特に、アイソレーション帯域の中心周波数７９ＧＨｚよりも低域側において、アイソレーションが向上している。
【００３９】
ＥＢＧ構造部７は、磁気壁として動作し、アンテナ素子３、４間における表面波の伝搬を抑制する。第２のＥＢＧ部分（パッチ導体１３、スタブ導体１４、及びスロット１５ａ，１５ｂ）は、第１のＥＢＧ部分のみを備える比較例に係るアンテナ装置２０１よりも、アイソレーション帯域を低域側又は広域側に広げるように構成することができる。第２のＥＢＧ部分を備えることにより、比較例に係るアンテナ装置２０１よりも、アンテナ素子３，４間のクロストークを確実に低減することができる。
【００４０】
図１のアンテナ装置１００によれば、第１のＥＢＧ部分及び第２のＥＢＧ部分の両方を備え、距離ｄｘ１，ｄｘ２をアイソレーション帯域の中心周波数７９ＧＨｚに対応する波長λに設定することにより、比較例に係るアンテナ装置２００及び２０１よりもアイソレーション帯域を劇的に広帯域化することが可能となる。
【００４１】
距離ｄｘ１，ｄｘ２はアイソレーション帯域の中心周波数７９ＧＨｚに対応する波長λに限らず、１λの近傍の長さであればよい。図１３及び図１４を参照して、距離ｄｘ１及びｄｘ２の周波数特性への影響についてさらに説明する。
【００４２】
図１３は、比較例に係るアンテナ装置２０１における周波数特性のグラフである。図１４は、比較例に係るアンテナ装置２０１における周波数特性のグラフである。シミュレーションの簡単化のために、図１のアンテナ装置１００ではなく、図１０のアンテナ装置２０１を用いた。ＥＢＧセグメント７−１ａ，７−１ｂ，７−１ｃ間の距離ｄｘ１を変化させ、距離ｄｘ１は、０．８λ、０．９λ、１λ、１．１λ、又は１．２λに設定された。図１３及び図１４によれば、距離ｄｘ１が１λの近傍の０．８λ〜１．２λの長さであっても、高いアイソレーションを確保できることがわかる。図１３及び図１４の結果は、図１のアンテナ装置１００にも同様にあてはまる。
【００４３】
第２の実施形態．
図１５は、第２の実施形態に係る無線通信装置の構成を示すブロック図である。図１５の無線通信装置は、図１を参照して説明したアンテナ装置１００と、無線通信回路１１１と、信号処理回路１１２とを備える。無線通信回路１１１は、信号処理回路１１２から送られたベースバンド信号を変調した無線信号をアンテナ装置１００から放射し、アンテナ装置１００で受信された無線信号を復調したベースバンド信号を信号処理回路１１２に送る。
【００４４】
第３の実施形態．
図１６は、第３の実施形態に係るレーダ装置の構成を示すブロック図である。図１６の無線通信装置は、図１を参照して説明したアンテナ装置１００と、レーダ送受信回路１２１と、信号処理回路１２２と、表示装置１２３とを備える。レーダ送受信回路１２１は、信号処理回路１２２の制御下でレーダ波をアンテナ装置１００から放射し、目標物で反射されてアンテナ装置１００に入射したレーダ波を受信する。信号処理回路１２２は、レーダ波の伝搬時間、周波数変化、などに基づいて、アンテナ装置１００から目標物までの距離、速度、などを決定し、その結果を表示装置１２３に表示する。
【００４５】
各実施形態のアンテナ装置１００によれば、アイソレーションを向上させ、且つ、アイソレーション帯域を劇的に広帯域化することが可能となる。
【００４６】
本開示の態様に係るアンテナ装置、無線通信装置、及びレーダ装置は、以下の構成を備えたことを特徴とする。
【００４７】
第１の態様に係るアンテナ装置は、
誘電体層と、前記誘電体層の両面に形成された第１及び第２の導体層とを有する基板と、
前記第１の導体層に配置された第１及び第２のアンテナ素子と、
前記第２の導体層に配置された第１の接地導体と、
前記基板上において前記第１及び第２のアンテナ素子の間に配置されたＥＢＧ（Electromagnetic Band Gap）構造部とを備えるアンテナ装置において、
前記ＥＢＧ構造部は、
前記第１の導体層に配置され、前記第１の接地導体との電磁的結合を有する複数の第１のパッチ導体を含む第１のＥＢＧ部分と、
前記第２の導体層に配置され、前記第１の接地導体との電磁的結合を有する複数の第２のパッチ導体を含む第２のＥＢＧ部分とを含む。
【００４８】
第２の態様に係るアンテナ装置は、第１の態様に係るアンテナ装置において、
前記複数の第１のパッチ導体は、前記第１の導体層において、前記第１及び第２のアンテナ素子を結ぶ線分に交差するように延在する複数の第１の列に沿って配置され、
前記第１のＥＢＧ部分は、前記基板をそれぞれ貫通し、前記複数の第１のパッチ導体を前記第１の接地導体にそれぞれ接続する複数のビア導体をさらに備える。
【００４９】
第３の態様に係るアンテナ装置は、第２の態様に係るアンテナ装置において、
前記複数の第２のパッチ導体は、前記第２の導体層において、前記第１のアンテナ素子に対向する領域及び前記第２のアンテナ素子に対向する領域を結ぶ線分に交差するように延在する複数の第２の列に沿って配置され、
前記第２のＥＢＧ部分は、前記複数の第２のパッチ導体にそれぞれ接続された複数のスタブ導体をさらに備える。
【００５０】
第４の態様に係るアンテナ装置は、第３の態様に係るアンテナ装置において、
前記複数の第１の列は、前記第１及び第２のアンテナ素子間のアイソレーションを高くしようとする周波数帯域であるアイソレーション帯域の中心周波数に対応する波長の０．８〜１．２倍のうちの１つの長さにわたって互いに離隔して互いに平行に設けられ、
前記複数の第２の列は、前記アイソレーション帯域の中心周波数に対応する波長の０．８〜１．２倍のうちの１つの長さにわたって互いに離隔して互いに平行に設けられる。
【００５１】
第５の態様に係るアンテナ装置は、第１〜第４のうちの１つの態様に係るアンテナ装置において、
前記基板は、前記第１の導体層とは逆の側に前記第２の導体層から所定距離を有して、前記第２の導体層に平行に形成された第３の導体層をさらに備え、
前記アンテナ装置は、前記第３の導体層に配置された第２の接地導体をさらに備える。
【００５２】
第６の態様に係る無線通信装置は、
第１〜第５のうちの１つの態様に係るアンテナ装置と、
無線通信回路とを備える。
【００５３】
第７の態様に係るレーダ装置は、
第１〜第５のうちの１つの態様に係るアンテナ装置と、
レーダ送受信回路とを備える。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本開示の態様に係るアンテナ装置は、ミリ波帯で動作するアンテナ装置、無線通信装置、及びレーダ装置として利用可能である。
【符号の説明】
【００５５】
１，２…誘電体層、
３…アンテナ素子、
４…アンテナ素子、
５，６…接地導体、
７…ＥＢＧ構造部、
７−１ａ，７−１ｂ，７−１ｃ，７−２ａ，７−２ｂ…ＥＢＧセグメント、
１１…パッチ導体、
１２…ビア導体、
１３…パッチ導体、
１４…スタブ導体、
１５ａ，１５ｂ…スロット、
１００，１０１…アンテナ装置、
１１１…無線通信回路、
１１２…信号処理回路、
１２１…レーダ送受信回路、
１２２…信号処理回路、
１２３…表示装置。
【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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【図１６】
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