(57)【要約】  誘電体基板の第１の表面に、開口が設けられた表層導体板が配置されている。誘電体基板の第１の表面の、開口の内側に放射電極が配置されている。誘電体基板の第１の表面とは反対側の第２の表面にグランド導体板が配置されている。平面視において開口を取り囲むように層間接続部材が配置されている。層間接続部材は、表層導体板をグランド導体板に電気的に接続し、電磁波共鳴を生じさせるキャビティを画定する。リアクタンス素子が、キャビティ内を伝搬する電磁波に対してキャビティの側面が示すインピーダンスにリアクタンス成分を持たせる。
2015083457.tif 000002
【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の表面に配置され、開口が設けられた表層導体板と、
前記誘電体基板の第１の表面の、前記開口の内側に配置された放射電極と、
前記誘電体基板の前記第１の表面とは反対側の第２の表面に配置されたグランド導体板と、
平面視において前記開口を取り囲むように配置され、前記表層導体板を前記グランド導体板に電気的に接続し、電磁波共鳴を生じさせるキャビティを画定する層間接続部材と、
前記キャビティ内を伝搬する電磁波に対して前記キャビティの側面が示すインピーダンスにリアクタンス成分を持たせるリアクタンス素子と
を有するパッチアンテナ。
【請求項２】
前記キャビティの共振周波数が、前記放射電極の共振周波数よりも高い請求項１に記載のパッチアンテナ。
【請求項３】
前記キャビティの側面が示すリアクタンスは、前記誘電体基板内を伝搬する表面波の波動インピーダンス以下である請求項１または２に記載のパッチアンテナ。
【請求項４】
前記リアクタンス素子は、前記グランド導体板に電気的に接続されて、前記キャビティの側面から内側に向かって延びる少なくとも１本の線状導体を含む請求項１乃至３のいずれか１項に記載のパッチアンテナ。
【請求項５】
前記線状導体は、前記表層導体板に連続し、前記開口の縁から内側に向かって延びている請求項４に記載のパッチアンテナ。
【請求項６】
さらに、前記リアクタンス素子は、前記誘電体基板の厚さ方向に関して異なる位置に配置された複数の前記線状導体を含む請求項４または５に記載のパッチアンテナ。
【請求項７】
前記線状導体は、平面視において、前記キャビティの側面に接続された箇所から前記放射電極までの最短経路に対して交差する方向に伸びる部分を含む請求項４乃至６のいずれか１項に記載のパッチアンテナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放射電極とキャビティとを含むパッチアンテナに関する。
【背景技術】
【０００２】
誘電体基板の一方の表面にグランド導体板を配置し、他方の表面に放射電極を配置したパッチアンテナにおいて、高誘電率基板を用いることにより、アンテナの小型化を図ることができる。誘電体基板の誘電率を高くすると、帯域幅が狭くなるとともに、誘電体基板内を面内方向に伝搬する電磁波（表面波）が発生し易くなる。表面波が発生すると、パッチアンテナの放射パターンが崩れ、所望の方向における利得が低下してしまう。【０００３】
誘電体基板を波長の１／４程度まで厚くすることにより、帯域幅を広くすることができる。ところが、誘電体基板を厚くすると、表面波が発生し易くなってしまう。【０００４】
特許文献１に、放射電極を取り囲むように導電性の複数のビアを配置することにより、共振器（キャビティ）を構成したパッチアンテナが開示されている。表面波がキャビティの外側に漏洩し難いため、表面波の発生を抑制することができる。キャビティは、放射電極の設計周波数帯において共振する誘電体共振器として動作する。放射電極とキャビティとの結合によって、パッチアンテナの帯域幅が広がる。【０００５】
特許文献２に、ボウタイアンテナとキャビティとを結合させたアンテナ装置が開示されている。キャビティの共振現象を利用することにより、特定の周波数帯でアンテナ利得が鋭く落ち込む周波数特性を実現することができる。このような周波数特性は、例えば、地球探査衛星業務や電波天文業務との電波の干渉を低減するのに有効である。このアンテナ装置においても、キャビティを配置することにより、表面波の発生が抑制される。【０００６】
特許文献３に、マイクロストリップパッチ（放射電極）をリングマッシュルーム構造に容量結合させた右手左手系複合（ＣＲＬＨ）共振アンテナが開示されている。マイクロストリップパッチをリングマッシュルーム構造に容量結合させることにより、帯域幅の拡大と、利得の増大が実現されている。【０００７】
特許文献４に、マイクロストリップアンテナ（パッチアンテナ）の放射電極の両側に、電磁バンドギャップ（ＥＢＧ）構造を配置したアンテナ装置が開示されている。ＥＢＧ構造は、複数の金属パッチの列で構成される。このＥＢＧ構造を採用することにより、不要放射を抑制するとともに、給電損失を低減することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１１−６１７５４号公報
【特許文献２】国際公開第２００７／０５５０２８号
【特許文献３】韓国特許公開公報２０１３／００２８９９３号
【特許文献４】特開２００８−２８３３８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
キャビティの共振現象を利用するアンテナ装置（特許文献１、２）においては、放射電極の動作帯域内で適切なモードで共振するように、キャビティの寸法を設定しなければならない。キャビティの寸法が放射電極の動作周波数帯に依存するため、キャビティを含むアンテナの小型化を図ることが困難である。【００１０】
マイクロストリップパッチとリングマッシュルーム構造との共振を利用するアンテナ装置（特許文献３）においては、リングマッシュルーム構造の寸法が、マイクロストリップパッチの動作周波数帯に依存する。このため、リングマッシュルーム構造を含むアンテナの小型化を図ることが困難である。【００１１】
放射電極の両側にＥＢＧ構造を配置したアンテナ装置（特許文献４）においては、放射電極の動作周波数帯の近傍でＥＢＧ構造が共振するように、ＥＢＧ構造の寸法が設定される。このため、ＥＢＧ構造を含むアンテナの小型化を図ることが困難である。【００１２】
本発明の目的は、表面波の発生を抑制するとともに、小型化に適したアンテナ装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の一観点によると、
誘電体基板と、
前記誘電体基板の第１の表面に配置され、開口が設けられた表層導体板と、
前記誘電体基板の第１の表面の、前記開口の内側に配置された放射電極と、
前記誘電体基板の前記第１の表面とは反対側の第２の表面に配置されたグランド導体板と、
平面視において前記開口を取り囲むように配置され、前記表層導体板を前記グランド導体板に電気的に接続し、電磁波共鳴を生じさせるキャビティを画定する層間接続部材と、
前記キャビティ内を伝搬する電磁波に対して前記キャビティの側面が示すインピーダンスにリアクタンス成分を持たせるリアクタンス素子と
を有するパッチアンテナが提供される。【００１４】
キャビティを設けることにより、表面波の発生を抑制することができる。キャビティの側面が示すインピーダンスにリアクタンス成分を持たせることにより、キャビティを設けたことに起因する狭帯域化を回避することができる。キャビティと放射電極とを相互に共振させる必要が無いため、キャビティの寸法の自由度が増し、キャビティの小型化を図ることが可能になる。【００１５】
前記キャビティの共振周波数が、前記放射電極の共振周波数よりも高い構成とすることが好ましい。キャビティの共振周波数を高くすることは、キャビティの小型化につながる。【００１６】
前記キャビティの側面が示すリアクタンスが、前記誘電体基板内を伝搬する表面波の波動インピーダンス以下である構成とすることが好ましい。【００１７】
前記リアクタンス素子を、前記グランド導体板に電気的に接続されて、前記キャビティの側面から内側に向かって延びる少なくとも１本の線状導体で構成することが可能である。【００１８】
前記線状導体は、前記表層導体板に連続し、前記開口の縁から内側に向かって延びている構成とすることが好ましい。このような構成とすれば、線状導体を表層導体板と同時に形成することができる。【００１９】
前記リアクタンス素子が、前記誘電体基板の厚さ方向に関して異なる位置に配置された複数の前記線状導体を含む構成としてもよい。このような構成とすることにより、キャビティの側面が示すリアクタンス調整の自由度を高めることができる。【００２０】
前記線状導体は、平面視において、前記キャビティの側面に接続された箇所から前記放射電極までの最短経路に対して交差する方向に伸びる部分を含む構成としてもよい。放射電極と線状導体との最短距離が長くなるため、容量結合に起因するアンテナ特性の劣化を抑制することができる。
【発明の効果】
【００２１】
キャビティを設けることにより、表面波の発生を抑制することができる。キャビティの側面が示すインピーダンスにリアクタンス成分を持たせることにより、キャビティを設けたことに起因する狭帯域化を回避することができる。キャビティと放射電極とを相互に共振させる必要が無いため、キャビティの寸法の自由度が増し、キャビティの小型化を図ることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】図１Ａは、実施例１によるパッチアンテナの平面図であり、図１Ｂ及び図１Ｃは、それぞれ図１Ａの一点鎖線１Ｂ−１Ｂ、及び１Ｃ−１Ｃにおける断面図である。
【図２】図２は、実施例１によるパッチアンテナの斜視図である。
【図３】図３Ａは、実施例２によるパッチアンテナの平面図であり、図３Ｂ及び図３Ｃは、それぞれ図３Ａの一点鎖線３Ｂ−３Ｂ、及び３Ｃ−３Ｃにおける断面図である。
【図４】図４Ａ及び図４Ｂは、実施例３によるパッチアンテナの断面図である。
【図５】図５Ａ及び図５Ｂは、それぞれシミュレーション対象のパッチアンテナの平面図及び断面図である。
【図６】図６Ａは、キャビティの寸法を変化させたときの共振周波数の変化のシミュレーション結果を示すグラフであり、図６Ｂは、内層の線状導体の長さを変化させたときの共振周波数のシミュレーション結果を示すグラフであり、図６Ｃは、表層の線状導体の長さを変化させたときの共振周波数のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図７】図７Ａ及び図７Ｂは、キャビティの側面のリアクタンスのシミュレーション結果を示すグラフである。
【図８】図８Ａは、リターンロスＳ１１の周波数特性のシミュレーション結果を示すグラフであり、図８Ｂは、放射パターンのシミュレーション結果を示すグラフであり、図８Ｃは、正面方向における利得スペクトルのシミュレーション結果を示すグラフである。
【図９】図９Ａ及び図９Ｂは、それぞれ実施例４、及びその変形例によるパッチアンテナの平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
［実施例１］
図１Ａに、実施例１によるパッチアンテナの平面図を示す。図１Ｂ及び図１Ｃに、それぞれ図１Ａの一点鎖線１Ｂ−１Ｂ、及び一点鎖線１Ｃ−１Ｃにおける断面図を示す。図２に、実施例１によるパッチアンテナの斜視図を示す。
【００２４】
誘電体基板１０の表面に、放射電極１１及び表層導体板１５が配置されている。表層導体板１５に開口１６が設けられており、放射電極１１は、この開口１６の内部に配置されている。放射電極１１及び表層導体板１５が配置されている表面を「第１の表面」ということとする。第１の表面とは反対側の表面を「第２の表面」ということとする。誘電体基板１０の第２の表面に、グランド導体板１２が配置されている。放射電極１１及び開口１６の平面形状は、例えば正方形または長方形である。放射電極１１の縁と、開口１６の縁とは、相互に平行である。
【００２５】
開口１６の縁に沿って、導電性の複数の層間接続部材１７が配置されている。層間接続部材１７は、表層導体板１５をグランド導体板１２に電気的に接続する。層間接続部材１７の間隔は、放射電極１１の動作帯域の波長の１／６以下、より好ましくは１／１０以下である。放射電極１１、グランド導体板１２、及び層間接続部材１７により、電磁波共鳴を生じさせるキャビティ２０が形成される。複数の層間接続部材１７を連ねる仮想面が、キャビティ２０の側面を画定する。
【００２６】
キャビティ２０の側面に、リアクタンス素子２１が設けられている。リアクタンス素子２１は、キャビティ２０内を面内方向に伝搬する電磁波に対して、キャビティ２０の側面が示すインピーダンスにリアクタンス成分を持たせる。
【００２７】
リアクタンス素子２１は、キャビティ２０の側面から内側に向かって延びる少なくとも１本の線状導体２２を含む。図１Ａにおいては、開口１６の４つの辺から内側に向かって、それぞれ５本の線状導体２２が延びている例を示している。線状導体２２の各々は、グランド導体板１２に電気的に接続されている。図１Ａに示した例では、放射電極１１、表層導体板１５、及び線状導体２２が、１枚の導体板をパターニングすることにより形成されている。線状導体２２は、表層導体板１５に連続している。
【００２８】
放射電極１１の給電点１４に、給電線１３が接続されている。給電線１３は、給電点１４から誘電体基板１０の内側に向かって下降し、その後、誘電体基板１０の内部において、第１の表面に平行な方向に伸びる。一例として、給電線１３が伸びる方向は、平面視において、放射電極１１の１つの縁に対して直交する。給電線１３は、層間接続部材１７の間を通って、キャビティ２０の外側まで導出されている。
【００２９】
キャビティ２０の共振周波数が、放射電極１１の共振周波数よりも高くなるように、キャビティ２０及び放射電極１１の寸法及び形状が設計されている。このため、放射電極１１とキャビティ２０とを共振させる構成に比べて、キャビティ２０を小さくすることができる。これにより、キャビティ２０を含むパッチアンテナ全体の小型化を図ることが可能になる。
【００３０】
キャビティ２０内を面内方向に伝搬する電磁波が、キャビティ２０の側面で反射するため、誘電体基板１０内への表面波の伝搬を抑制することができる。これにより、表面波に起因する放射パターンの劣化を抑制することができる。
【００３１】
キャビティ２０の側面が示すインピーダンスが０Ωである場合、キャビティ２０の側面に関して面対称の位置に、放射電極１１の鏡像が形成され、鏡像電流（イメージ電流）が誘起される。このイメージ電流は、放射電極１１に誘起されている電流とは逆相になるため、電磁波の放射が抑圧されてしまう。実施例１においては、キャビティ２０の側面が、リアクタンス成分を有するインピーダンスを示す。このため、イメージ電流の誘起が抑制され、良好な放射特性を維持することができる。
【００３２】
キャビティ２０の側面が示すインピーダンスの大きさは、線状導体２２の長さ、密度等によって調整することができる。このため、キャビティ２０の寸法や、キャビティ２０と放射電極１１との相対位置関係等に応じて、キャビティ２０の側壁が示すインピーダンスを、好ましい値に調整することが可能である。
【００３３】
［実施例２］
次に、図３Ａ〜図３Ｃを参照して、実施例２によるパッチアンテナについて説明する。以下、図１Ａ〜図２に示した実施例１によるパッチアンテナとの相違点について説明し、同一の構成については説明を省略する。
【００３４】
図３Ａに、実施例２によるパッチアンテナの平面図を示す。図３Ｂ及び図３Ｃに、それぞれ図３Ａの一点鎖線３Ｂ−３Ｂ、及び一点鎖線３Ｃ−３Ｃにおける断面図を示す。実施例１では、グランド導体板１２と表層導体板１５（図１Ｂ、図１Ｃ）との間に、他の導体板は配置されていない。実施例２においては、図３Ｂ、図３Ｃに示すように、グランド導体板１２と表層導体板１５との間に、他の内層導体板２５、２６が配置されている。
【００３５】
内層導体板２５、２６の各々は、表層導体板１５と同一の平面形状を有する。すなわち、内層導体板２５、２６にも、表層導体板１５に形成された開口１６と同一形状、同一寸法の開口２７、２８が形成されている。また、内層導体板２５、２６は、層間接続部材１７によりグランド導体板１２に電気的に接続されている。
【００３６】
開口２７、２８の縁から内側に向かって、それぞれ複数の線状導体２９、３０が延びている。線状導体２９、３０は、表層導体板１５に連続する線状導体２２とともに、リアクタンス素子２１を構成する。線状導体２２、２９、３０を、誘電体基板１０の厚さ方向に複数層に重ねて配置することにより、キャビティ２０の側面のインピーダンスの調整の自由度を高めることができる。例えば、線状導体２２、２９、３０の長さを層ごとに異ならせてもよい。これにより、実施例１のパッチアンテナと比べて、さらなる広帯域化を図ることが可能になる。また、リアクタンス素子２１は、複数周波数帯での動作にも適用可能になる。
【００３７】
［実施例３］
図４Ａ及び図４Ｂを参照して、実施例３によるパッチアンテナについて説明する。以下、図１Ａ〜図２に示した実施例１によるパッチアンテナとの相違点について説明し、同一の構成については説明を省略する。
【００３８】
図４Ａ及び図４Ｂは、それぞれ図１Ａの一点鎖線１Ｂ−１Ｂ、及び一点鎖線１Ｃ−１Ｃにおける断面図に相当する。実施例３では、内層導体板２５及び線状導体２９が追加されている。内層導体板２５及び線状導体２９は、図３Ｂ、図３Ｃに示した実施例２によるパッチアンテナの内層導体板２５及び線状導体２９と同一の構成を有する。
【００３９】
実施例３によるパッチアンテナの放射電極１１は、無給電電極１１Ａと給電電極１１Ｂとを含むスタック構造を有する。無給電電極１１Ａは、図１Ａ〜図１Ｃに示した実施例１によるパッチアンテナの放射電極１１と同一の平面形状を有する。給電電極１１Ｂは、厚さ方向に関して内層導体板２５と同一の位置に配置され、平面視において、無給電電極１１Ａと、少なくとも部分的に重なる。給電線１３は、給電電極１１Ｂに接続されており、無給電電極１１Ａには給電されない。
【００４０】
実施例３によるパッチアンテナの各構成部分の寸法を変化させて、アンテナ特性のシミュレーションを行った。図５Ａ〜図８Ｃを参照して、このシミュレーション結果について説明する。
【００４１】
図５Ａ及び図５Ｂは、それぞれシミュレーション対象のパッチアンテナの平面図及び断面図を示す。表層導体板１５に設けられた開口１６の平面形状は正方形であり、その４つの辺の各々から６本の線状導体２２が内側に向かって延びている。開口１６の一辺の長さ、すなわちキャビティ２０の平面形状の一辺の長さをＣで表す。線状導体２２の長さをＬ１で表し、内層の線状導体２９の長さをＬ２で表す。線状導体２２及び２９の各々の幅をＷで表し、相互に隣り合う表層の線状導体２２の間隔、及び相互に隣り合う内層の線状導体２９の間隔をＧで表す。無給電電極１１Ａ及び給電電極１１Ｂの平面形状は正方形であり、その一辺の長さを、それぞれＡ１、Ａ２で表す。
【００４２】
表層導体板１５の上面からグランド導体板１２の上面までの厚さをＴで表す。表層導体板１５及び線状導体２２の厚さをＴ１で表し、内層導体板２５及び線状導体２９の厚さをＴ２で表す。表層導体板１５の底面から内層導体板２５の上面までの深さをＤで表す。誘電体基板１０の比誘電率をεｒで表す。
【００４３】
シミュレーションにおいて、厚さＴ、Ｔ１、Ｔ２、深さＤをそれぞれＴ＝０．２８ｍｍ、Ｔ１＝０．０１ｍｍ、Ｔ２＝０．００３ｍｍ、Ｄ＝０．０６ｍｍとし、誘電体基板１０の比誘電率εｒをεｒ＝６．８とした。無給電電極１１Ａ及び給電電極１１Ｂの寸法Ａ１、Ａ２を、それぞれＡ１＝０．８４ｍｍ、Ａ２＝０．８ｍｍとした。
【００４４】
図６Ａに、キャビティ２０（図５Ｂ）の寸法を変化させたときの共振周波数の変化のシミュレーション結果を示す。図６Ｂに、内層の線状導体２９の長さを変化させたときの共振周波数のシミュレーション結果を示す。図６Ｃに、表層の線状導体２２の長さを変化させたときの共振周波数のシミュレーション結果を示す。図６Ａ〜図６Ｃの縦軸は、共振周波数を単位「ＧＨｚ」で表す。図６Ａの横軸は、キャビティ２０の一辺の長さＣを単位「ｍｍ」で表す。図６Ｂの横軸は、内層の線状導体２９の長さＬ２を単位「ｍｍ」で表す。図６Ｃの横軸は、表層の線状導体２２の長さＬ１を単位「ｍｍ」で表す。
【００４５】
図６Ａ〜図６Ｃのグラフ中の丸記号はキャビティ２０の共振周波数を示し、四角記号及び三角記号は、それぞれパッチアンテナの低い共振周波数及び高い共振周波数を示す。実施例３によるパッチアンテナはスタック構造を有するため、二重共振が生じる。図６Ａに示したシミュレーション条件として、線状導体２２、２９の長さＬ１、Ｌ２を０ｍｍとした。図６Ｂに示したシミュレーション条件として、線状導体２２の長さＬ１を０ｍｍとし、キャビティ２０の寸法Ｃを２ｍｍとした。図６Ｃに示したシミュレーション条件として、線状導体２９の長さＬ２を０．１３ｍｍとし、キャビティ２０の寸法Ｃを２ｍｍとした。
【００４６】
図６Ａ〜図６Ｃに示すように、キャビティ２０の寸法Ｃ、内層の線状導体２９の長さＬ２、及び表層の線状導体２９の長さＬ１を変化させても、パッチアンテナの共振周波数はほとんど変化しない。図６Ａに示すように、キャビティ２０の共振周波数は、キャビティ２０が大きくなるに従って低下する。キャビティ２０の寸法を大きくすると、キャビティ２０を含むパッチアンテナが大きくなってしまうため、キャビティ２０の共振周波数を、パッチアンテナの共振周波数より高くすることが好ましい。図６Ｂ、図６Ｃに示すように、表層の線状導体２２の長さＬ１及び内層の線状導体２９の長さＬ２の少なくとも一方を変化させると、キャビティ２０の共振周波数が変化する。従って、キャビティ２０の大きさを不変にした条件で、線状導体２２、２９の長さＬ１、Ｌ２を調整することにより、キャビティ２０の共振周波数を変化させることができる。
【００４７】
図７Ａ及び図７Ｂに、キャビティ２０の側面が示すリアクタンスのシミュレーション結果を示す。図７Ａ、図７Ｂの横軸は周波数を単位「ＧＨｚ」で表し、縦軸はリアクタンスを単位「Ω」で表す。図７Ａ、図７Ｂにおいて、キャビティ２０内を伝搬する電磁波の波動インピーダンスを破線で示す。比誘電率εｒ＝６．８、厚さＴ＝０．２８ｍｍの誘電体基板１０（図４Ａ、図４Ｂ）内を伝搬する表面波の波動インピーダンスは、約２２０Ωである。
【００４８】
図７Ａは、表層の線状導体２２の長さＬ１を０ｍｍとしたパッチアンテナのシミュレーション結果を示す。太い実線及び細い実線は、それぞれ内層の線状導体２９の長さＬ２を０．１３ｍｍ及び０．０５ｍｍとしたパッチアンテナのキャビティ２０の側面のリアクタンスを示す。
【００４９】
図７Ｂは、内層の線状導体２９の長さＬ２を０．１３ｍｍとしたパッチアンテナのシミュレーション結果を示す。太い実線及び細い実線は、それぞれ表層の線状導体２２の長さＬ１を０．２３ｍｍ及び０．０５ｍｍとしたパッチアンテナのキャビティ２０の側面のリアクタンスを示す。
【００５０】
表層の線状導体２２の長さＬ１、または内層の線状導体２９の長さＬ２を長くすると、キャビティ２０の側面が示すインピーダンスのリアクタンス成分が正の方向に増加することがわかる。キャビティ２０の側面が示すリアクタンスが増加して波動インピーダンスに近づくと、周波数の変化に対するリアクタンスの変化が急峻になることがわかる。アンテナの安定動作の観点から、目標とする動作周波数範囲でリアクタンスをなるべくフラットにすることが好ましい。このために、動作周波数範囲内において、キャビティ２０の側面が示すリアクタンスを、波動インピーダンス以下とすることが好ましく、さらに、波動インピーダンスの７５％以下とすることがより好ましい。
【００５１】
図８Ａに、リターンロスＳ１１の周波数特性のシミュレーション結果を示し、図８Ｂに、放射パターンのシミュレーション結果を示し、図８Ｃに、正面方向における利得スペクトルのシミュレーション結果を示す。図８Ａの縦軸は、リターンロスＳ１１を単位「ｄＢ」で表し、図８Ｂ及び図８Ｃの縦軸は、アンテナ利得を単位「ｄＢｉ」で表す。図８Ａ及び図８Ｃの横軸は、周波数を単位「ＧＨｚ」で表し、図８Ｂの横軸は、角度を単位「度」で表す。ここで、誘電体基板１０（図１Ａ〜図１Ｃ）の法線方向を０°と定義し、法線方向から給電線１３が引き出されている方向への傾き角を正とし、その反対側への傾き角を負と定義した。図８Ａ〜図８Ｃにおいて、太い実線は、実施例３によるパッチアンテナに相当し、細い実線は、キャビティ２０が設けられているがリアクタンス素子２１は設けられていないパッチアンテナに相当し、破線は、キャビティ２０が設けられていないパッチアンテナに相当する。パッチアンテナの目標とする帯域は、５７ＧＨｚ〜６６ＧＨｚである。
【００５２】
図８Ａに示すように、キャビティを持たないパッチアンテナにキャビティを設けると、破線で示した特性から、細い実線で示した特性に変わる。すなわち、リターンロスＳ１１の特性が狭帯域になる。実施例３の構成にすると、太い実線で示したように、キャビティのみを設けたパッチアンテナに比べて広帯域な特性が得られており、キャビティを有しない構成と比べても遜色ない帯域幅が得られている。
【００５３】
図８Ｂに示すように、キャビティを持たないパッチアンテナでは、破線で示したように、放射パターンが崩れている。特に正面方向における利得が、正面から約４０°傾いた方向における利得より低い。キャビティを設けると、細い実線で示したように、正面方向で利得が最大となる左右対称な放射パターンが得られる。実施例３の構成においても、太い実線で示したように、キャビティのみを設けたパッチアンテナとほぼ同等の特性が得られている。
【００５４】
図８Ｃに示すように、細い実線で示したキャビティを有するパッチアンテナの利得が、破線で示したキャビティを持たないパッチアンテナの利得に比べて高いことがわかる。特に、目標とする帯域である５７ＧＨｚ〜６６ＧＨｚの高域において、キャビティを設けることによる利得の改善効果が高い。また、実施例３の構成にすると、キャビティのみを設けたパッチアンテナよりも、さらに利得が改善されている。
【００５５】
上述のように、実施例３の構造を採用することにより、キャビティのみを設けることによる狭帯域化を回避し、かつキャビティのみを設けることによる放射特性の改善と同等の改善効果を得ることができる。
【００５６】
［実施例４］
図９Ａに、実施例４によるパッチアンテナの平面図を示す。以下、図１Ａ〜図２に示した実施例１、図３Ａ〜図３Ｃに示した実施例２、図４Ａ〜図４Ｂに示した実施例３との相違点について説明し、同一の構成については説明を省略する。
【００５７】
図９Ａに、実施例４によるパッチアンテナの平面図を示す。実施例１〜実施例３においては、表層の線状導体２２（図１Ａ等）、及び内層の線状導体２９、３０（図３Ｂ、図３Ｃ等）が、開口１６、２７、２８の縁から内側に向かって直線状に延びていた。図９Ａに示した実施例４では、表層の線状導体２２が、途中で約９０°折れ曲がったＬ字状の平面形状を有する。内層の線状導体２９、３０（図３Ｂ、図３Ｃ）も、表層の線状導体２２と同様に折れ曲がった平面形状を有する。
【００５８】
図９Ｂに示した変形例では、表層の線状導体２２がＴ字状の平面形状を有する。内層の線状導体２９、３０（図３Ｂ、図３Ｃ）も、表層の線状導体２２と同様にＴ字状の平面形状を有する。
【００５９】
実施例４及びその変形例のいずれも、表層の線状導体２２、及び内層の線状導体２９、３０は、平面視において、キャビティ２０の側面に接続された箇所から放射電極１１までの最短経路に対して交差する方向に伸びる部分を含んでいる。このような構成とすることにより、放射電極１１と、表層及び内層の線状導体２２、２９、３０との最短距離を長くすることができる。これにより、不要な容量結合によるアンテナ特性の劣化が抑制される。また、放射電極１１と、表層及び内層の線状導体２２、２９、３０との最短距離が同一であるという条件の下では、実施例４の構成を採用すると、線状導体２２、２９、３０を直線状にした場合に比べて、キャビティ２０を小型化することができる。
【００６０】
以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。
【符号の説明】
【００６１】
１０  誘電体基板
１１  放射電極
１１Ａ  無給電電極
１１Ｂ  給電電極
１２  グランド導体板
１３  給電線
１４  給電点
１５  表層導体板
１６  開口
１７  層間接続部材
２０  キャビティ
２１  リアクタンス素子
２２  線状導体
２５、２６  内層導体板
２７、２８  開口
２９、３０  線状導体
【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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【国際調査報告】
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