(57)【要約】【課題】  アレイ技術を使用せずに、アンテナ素子の利得増強を図ることができる、アンテナ装置を提供すること。【解決手段】アンテナ装置１０Ａは、ＥＢＧ板１２と、ＥＢＧ板の中央部で支持された１個のカールアンテナ２１と、ＥＢＧ板の主面から所定の距離Ｈだけ離間して配置された周期構造上板３０とから成る。ＥＢＧ板１２は、主面を持つ基板１２２と、基板の主面上に印刷されてマトリックス状（格子構造）に配列された（Ｎｘ×Ｎｙ）個の方形パッチ１２４とを有する。周期構造上板３０は、フィルムと、このフィルムに印刷された（Ｎｘ×Ｎｙ）個の方形パッチ状導体（３４）とを有する。（Ｎｘ×Ｎｙ）個の方形パッチ状導体３４は、（Ｎｘ×Ｎｙ）個の方形パッチ１２４とそれぞれ対向して配置されている。【選択図】      図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
主面を持つＥＢＧ板と、該ＥＢＧ板で支持された１個のアンテナ素子と、前記ＥＢＧ板の主面から所定の距離だけ離間して配置された周期構造上板とを有する、ことを特徴とするアンテナ装置。
【請求項２】
前記１個のアンテナ素子は、前記ＥＢＧ板の実質的に中央に配置されている、請求項１に記載のアンテナ装置。
【請求項３】
前記アンテナ素子がカールアンテナから成る、請求項１又は２に記載のアンテナ装置。
【請求項４】
前記ＥＢＧ板は、前記主面を持つ基板と、該基板の主面上に印刷されてマトリックス状（格子構造）に配列された（Ｎｘ×Ｎｙ）個の方形パッチとを有し、
前記周期構造上板は、フィルムと、該フィルムに印刷された（Ｎｘ×Ｎｙ）個の方形パッチ状導体とを有し、
前記（Ｎｘ×Ｎｙ）個の方形パッチ状導体は前記（Ｎｘ×Ｎｙ）個の方形パッチとそれぞれ対向して配置されている、
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１つに記載のアンテナ装置。
【請求項５】
前記ＥＢＧ板は、前記基板の裏面に配置されたグランド板と、前記（Ｎｘ×Ｎｙ）個の方形パッチをそれぞれ前記グランド板へ短絡する（Ｎｘ×Ｎｙ）本の導伝ピンとを有する、請求項４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、アンテナ装置に関し、特に、ＥＢＧ（Electromagnetic Band Gap）板を用いたアンテナ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
アンテナ装置の一つとして、単繊維らせん状アレイアンテナ（Monofilar spiral array antenna）が提案されている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００３】
以下、図１を参照して、非特許文献１に開示されている、従来のアンテナ装置（単繊維らせん状アレイアンテナ）１０について説明する。ここでは、図１に示されるように、直交座標系（ｘ、ｙ、ｚ）を使用している。直交座標系（ｘ、ｙ、ｚ）において、後述する基板１２２の中心を原点にとり、ｘ軸は前後方向（奥行き方向）であり、ｙ軸は左右方向（幅方向）であり、ｚ軸は上下方向（高さ方向）である。
【０００４】
単繊維らせん状アレイアンテナ１０は、マッシュルーム状のＥＢＧ板１２と、第１乃至第４のアレイ要素２１、２２、２３および２４とから構成される。
【０００５】
ＥＢＧ板１２は、矩形の基板１２２と、この基板１２２の主面上に印刷された（Ｎｘ×Ｎｙ）個の方形パッチ１２４と、基板１２２の裏面に形成（配置）されたグランド板１２６とから構成される。各方形パッチ１２４は、Ｓｐａｔｃｈの長さの一辺を持ち、導伝ピン１２８でグランド板１２６と短絡されている。パッチ１２４が印刷される基板１２２は、比誘電率εｒを持ち、厚さＢを持つ。グランド板１２６は、ｘ方向の長さＳＧＰｘと、ｙ方向の幅ＳＧＰｙとを持つ。
【０００６】
第１乃至第４のアレイ要素２１〜２４は、ＥＢＧ板１２によって支持されている。第１乃至第４のアレイ要素２１〜２４は、ｘ方向においてアレイ間隔ｄｘだけ離間している。
【０００７】
図２を参照して、各アレイ要素２１〜２４について説明する。第１乃至第４のアレイ要素２１〜２４は同じ形状（構造）を有するので、第１のアレイ要素２１についてのみ説明する。尚、アレイ要素はカールアンテナと呼ばれる。
【０００８】
アレイ要素（カールアンテナ）２１は、１つの垂直細糸と、Ｎ個の水平細糸とから構成される。垂直細糸の長さは、アンテナ高さに等しく、ｈである。第１の水平細糸は長さｓ１を持ち、第ｎ（ｎ＝２，３、…、Ｎ−１）の水平細糸は、ｓｎ＝２（ｎ−１）ｓ１として規定される長さを持つ。最後の水平細糸（第Ｎの水平細糸）は長さｓＮを持つ。すべての細糸は幅ｗを持つ。この渦巻き（カールアンテナ）２１は、垂直細糸の終端から同軸線（図示せず）によって給電される。
【０００９】
図示の単繊維らせん状アレイアンテナ１０は、次のようなパラメータを持つ。λ６が６ＧＨｚの試験周波数での自由空間の波長であるとする。アレイ間隔ｄｘは０．８８λ６である。アンテナ高さｈは０．１λ６である。第１の水平細糸の長さｓ１は０．０３λ６である。水平細糸の数Ｎは８である。細糸の幅ｗは０．０２λ６である。パッチ１２４の個数（Ｎｘ、Ｎｙ）は（１８，６）である。パッチ１２４の一辺の長さＳｐａｔｃｈは０．２λ６である。基板１２２の比誘電率εｒは２．２である。基板１２２の厚さＢは０．０４λ６である。パッチ１２４の間隔δｐａｔｃｈは０．０２λ６である。
【００１０】
図３は、図１に示した単繊維らせん状アレイアンテナ１０の、周波数が６ＧＨｚでの放射パターンを示す。図示の放射パターンは、ＦＤＴＤ法（Finite Difference Time Domain Method）を用いて解析したものである。放射電界が２つの放射電界成分ＥＲ及びＥＬで示されている。図１におけるらせんの巻き方から分かるように、主偏波電界成分がＥＲであり、交差偏波電界成分がＥＬである。図３は、アレイが狭い円偏波（ＣＰ）放射ビームをもたらすことを明らかに示しており、アレイの電力半値幅（ＨＰＢＷ）は約１４°と計算される。ここで、１つのアレイ要素のＨＰＢＷは、６８°であることに注意されたい。
【００１１】
とにかく、非特許文献１では、アレイによるカールアンテナの利得増強を報告している。
【００１２】
【非特許文献１】H. Nakano, T. Taniguchi, K. Sato, T. Maruyama, H. Mimaki, and J. Yamauchi, “A monofilar spiral antenna array above an EBG reflector”, Int. Symp. Antennas and Propagation (ISAP), pp.629-632. Seoul, Korea, August 2005.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
図１に示した従来のアンテナ装置（単繊維らせん状アレイアンテナ）１０では、第１乃至第４のアレイ要素（カールアンテナ）２１〜２４のように、アンテナ素子として、複数個のカールアンテナをアレイ状に配列する必要がある。そのため、給電方法が複雑になるという問題がある。
【００１４】
そこで、本発明者らは、このようなアレイ技術を使わないで、利得を増強する技術について試行錯誤した。
【００１５】
したがって、本発明の課題は、アレイ技術を使用せずに、アンテナ素子の利得増強を図ることができる、アンテナ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明によれば、主面を持つＥＢＧ板（１２）と、該ＥＢＧ板で支持された１個のアンテナ素子（２１）と、前記ＥＢＧ板の主面から所定の距離（Ｈ）だけ離間して配置された周期構造上板（３０）と、を有することを特徴とするアンテナ装置（１０Ａ）が得られる。
【００１７】
上記本発明によるアンテナ装置において、前記１個のアンテナ素子（２１）は、前記ＥＢＧ板（１２）の実質的に中央部に配置されていることが好ましい。前記アンテナ素子は、例えば、カールアンテナ（２１）から構成されて良い。前記ＥＢＧ板（１２）は、前記主面を持つ基板（１２２）と、該基板の主面上に印刷されてマトリックス状（格子構造）に配列された（Ｎｘ×Ｎｙ）個の方形パッチ（１２４）とを有するものであって良い。この場合、前記周期構造上板（３０）は、フィルムと、該フィルムに印刷された（Ｎｘ×Ｎｙ）個の方形パッチ状導体（３４）とを有するもので良く、該（Ｎｘ×Ｎｙ）個の方形パッチ状導体(３４)は前記（Ｎｘ×Ｎｙ）個の方形パッチ(１２４)とそれぞれ対向して配置されて良い。前記ＥＢＧ板（１２）は、前記基板の裏面に配置されたグランド板（１２６）と、前記（Ｎｘ×Ｎｙ）個の方形パッチ（１２４）をそれぞれ前記グランド板へ短絡する（Ｎｘ×Ｎｙ）本の導伝ピン（１２８）とを有して良い。
【００１８】
尚、上記括弧内の符号は、本発明の理解を容易にするために付したものであり、一例にすぎず、これらに限定されないのは勿論である。
【発明の効果】
【００１９】
本発明では、ＥＢＧ板の上に１個のアンテナ素子が置かれ、ＥＢＧ板の上方に所定の距離だけ離間して周期構造上板を配置したので、アレイ技術を使用せずに、アンテナ素子の利得増強を図ることができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００２１】
図４及び図５を参照して、本発明の一実施の形態によるアンテナ装置１０Ａについて説明する。図４はアンテナ装置１０Ａの斜視図であり、図５はアンテナ装置１０Ａの正面図である。ここでは、図１の場合と同様の直交座標系（ｘ、ｙ、ｚ）を使用している。直交座標系（ｘ、ｙ、ｚ）において、基板１２２の中心を原点にとり、ｘ軸は前後方向（奥行き方向）であり、ｙ軸は左右方向（幅方向）であり、ｚ軸は上下方向（高さ方向）である。
【００２２】
図示のアンテナ装置１０Ａは、ｘ−ｙ面と平行な面上に延在する、主面を持つＥＢＧ板１２と、ＥＢＧ板１２の主面上にその中央部で支持されて設けられた１個のカールアンテナ２１と、ＥＢＧ板１２の主面から所定の距離Ｈだけ離間して配置された周期構造上板３０とを有する。
【００２３】
ＥＢＧ板１２の構造は、図１を参照して説明したものと同様である。すなわち、ＥＢＧ板１２は、主面を持つ基板１２２と、この基板１２２の主面上に印刷された（Ｎｘ×Ｎｙ）個の方形パッチ１２４と、基板１２２の裏面に設けられたグランド板１２６と、各方形パッチ１２４をグランド板１２６へ短絡する導伝ピン１２８とを有する。換言すれば、（Ｎｘ×Ｎｙ）個の方形パッチ１２４は、基板１２２の主面上に印刷されてマトリックス状（格子構造）に配列されている。基板１２２は、比誘電率εｒを持ち、厚さＢを持つ。尚、ＥＢＧ板１２（基板１２２）は、ｘ方向の長さＬｘを持ち、ｙ方向の幅Ｌｙを持つ。
【００２４】
基板１２２としては、高周波域での損失が小さい、テフロン（登録商標）などの樹脂を用いることが好ましい。
【００２５】
一方、１個のカールアンテナ２１は、ＥＢＧ板１２の中央部から上方へ立設している。カールアンテナ２１の水平細糸は、基板１２２の主面から高さｈ’の距離にある。
【００２６】
周期構造上板３０は、ｘ−ｙ面と平行な面上に延在するフィルム（図示せず）と、このフィルムに印刷された（Ｎｘ×Ｎｙ）個の方形パッチ状導体３４とを有する。これら（Ｎｘ×Ｎｙ）個の方形パッチ状導体３４は、（Ｎｘ×Ｎｙ）個の方形パッチ１２４とそれぞれ対向して配置されている。
【００２７】
各方形パッチ１２４の一辺及び各方形パッチ状導体３４の一辺は、Ｓｐａｔｃｈの長さを持つ。
【００２８】
図示の例では、アンテナ装置１０Ａは次のようなパラメータを持つ。基板１２２の比誘電率εｒは２．２である。各方形パッチ１２４の一辺及び方形パッチ状導体３４の一辺の長さＳｐａｔｃｈは１０ｍｍである。基板１２２の厚さＢは２．０ｍｍである。ＥＢＧ板１２のｘ方向の長さＬｘは８７ｍｍであり、ｙ方向の長さＬｙは８７ｍｍである。カールアンテナ２１の高さｈ’は３．０ｍｍである。ＥＢＧ板１２と周期構造上板３０との離間距離Ｈは１０ｍｍである。また、方形パッチ１２３及び方形パッチ状導体３４の個数（Ｎｘ×Ｎｙ）は、（８×８）である。
【００２９】
図６に、アンテナ装置１０Ａの右旋円偏波利得ＧＲの周波数特性を示す。図示の右旋円偏波利得ＧＲの周波数特性は、ＦＤＴＤ法（Finite Difference Time Domain Method）を用いて解析したものである。図６において、横軸は周波数（frequency）［ＧＨｚ］を示し、縦軸は右旋円偏波利得ＧＲ[ｄＢ]を示す。図６から、最大利得１３．１ｄＢが周波数６．７５ＧＨｚにおいて得られることが分かる。このときの高さＨは０．２２５λ６．７５となっている。尚、λ６．７５は、６．７５ＧＨｚの周波数での自由空間の波長である。この最大利得は、周期構造上板３０を設置していない場合に比べて、約４．５ｄＢの増加となっている。
【００３０】
図７に図４及び図５に示したアンテナ装置１０Ａの放射パターンの一例を示す。但し、図７では、比較のために周期構造上板３０を使用しない場合の放射パターンも示してある。図７において、実線のＥＲは主偏波電界成分を示し、点線のＥＬは交差偏波電界成分を示す。また、図７において、上側の２つの放射パターンは、周期構造上板３０を使用したアンテナ装置１０Ａの、周波数ｆが６．７５ＧＨｚでの放射パターンを示し、下側の２つの放射パターンは、周期構造上板３０のないアンテナ装置（すなわち、ＥＢＧ板１２と１個のカールアンテナ２１のみから成る）の、周波数ｆが６ＧＨｚでの放射パターンを示す。
【００３１】
図７から、周期構造上板３０がないものと比較して、周期構造上板３０があるアンテナ装置１０Ａの方が、ビームが先鋭化されていることがわかる。
【００３２】
したがって、ＥＢＧ板１２と周期構造上板３０とを用いることにより、カールアンテナ２１の利得増加を図ることができる。上記実施の形態では、約４．５ｄＢの利得増加が得られた。
【００３３】
以上、本発明について好ましい実施の形態によって説明してきたが、本発明は上述した実施の形態に限定しないのは勿論である。例えば、上述した実施の形態では、アンテナ素子としてカールアンテナを用いた例について述べたが、アンテナ素子の形状はこれに限定されないのは勿論である。例えば、アンテナ素子として、パッチアンテナなどを使用しても良い。また、上述した実施の形態では、周期構造上板３０として、パッチ状導体が印刷されたフィルムを使用した例について述べているが、フィルムの代わりに基板を用いても良い。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】従来のアンテナ装置（単繊維らせん状アレイアンテナ）を示す斜視図である。
【図２】図１に示したアンテナ装置に使用されるカールアンテナを示す斜視図である。
【図３】図１に示したアンテナ装置の放射パターンを示す図である。
【図４】本発明の一実施の形態に係るアンテナ装置を示す斜視図である。
【図５】図４に示したアンテナ装置の正面図である。
【図６】図４に示したアンテナ装置の右旋円偏波利得の周波数特性を示す図である。
【図７】周期構造上板のある図４に示したアンテナ装置と周期構造上板のないアンテナ装置の放射パターンを示す図である。
【符号の説明】
【００３５】
１０Ａ    アンテナ装置
１２    ＥＢＧ板
１２２    基板
１２４    方形パッチ
１２６    グランド板
１２８    導伝ピン
２１    カールアンテナ（アンテナ素子）
３０    周期構造上板
３４    方形パッチ状導体
【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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