(57)【要約】【課題】低背化と開口面積の増大とを実現することができる。【解決手段】  本発明におけるアンテナ装置は、複数の格子を有し平板形状である格子状導体と、格子状導体の各辺に挿入装荷された複数の集中定数素子と、格子状導体の一方の面に対向して配置された平板状導体と、格子状導体の他方の面に対向して配置されたアンテナ素子とを備え、アンテナ素子を格子状導体に投影した点を中心点として、複数の集中定数素子はサセプタンスが同心円状に徐々に減少するように配置されている。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の格子を有し平板形状である格子状導体と、
前記格子状導体の各辺に挿入装荷された複数の集中定数素子と、
前記格子状導体の一方の面に対向して配置された平板状導体と、
前記格子状導体の他方の面に対向して配置されたアンテナ素子とを備え、
前記アンテナ素子を格子状導体に投影した点を中心点として、前記複数の集中定数素子はサセプタンスが同心円状に減少するように配置されているアンテナ装置。
【請求項２】
前記集中定数素子として、キャパシタンス素子を配置し、前記キャパシタンス素子のキャパシタンスの値が徐々に減少する構造である請求項1に記載のアンテナ装置。
【請求項３】
前記集中定数素子として、インダクタンス素子を配置し、前記インダクタンス素子のインダクタンスの値が徐々に減少する構造である請求項1に記載のアンテナ装置。
【請求項４】
前記キャパシタンス素子としてチップキャパシタを配置し、前記チップキャパシタの内部電極の面積、もしくは積層数の少なくとも一方、または前記内部電極間の誘電率を変化させることでキャパシタンスの値を制御した請求項２に記載のアンテナ装置。
【請求項５】
前記インダクタンス素子としてチップインダクタを配置し、前記チップインダクタの内部銅線の太さ、もしくは巻き数の少なくとも一方、または内部心材の透磁率を変化させることでチップインダクタの値を制御した請求項３に記載のアンテナ装置。
【請求項６】
反射構造体における入射波と反射波との位相差が、１８０度に達するまでサセプタンスが減少する請求項１から４のいずれか一項に記載のアンテナ装置。
【請求項７】
前記集中定数素子は、内側に前記インダクタンス素子、外側に前記キャパシタンス素子が配置されている、
もしくは内側に前記キャパシタンス素子、外側に前記インダクタンス素子を配置されている請求項２または３に記載のアンテナ装置。
【請求項８】
反射構造体における入射波と反射波との位相差が、３６０度に達するまでサセプタンスが減少する請求項７に記載のアンテナ装置。
【請求項９】
前記集中定数素子は、前記中心点から外側に向かって、キャパシタンス素子のキャパシタンスが減少する構造と、インダクタンス素子のインダクタンスが減少する構造とが交互に繰り返し配列されている請求項１か８のいずれか一項に記載のアンテナ装置。
【請求項１０】
反射構造体における入射波と反射波との位相差が３６０度に達するまでサセプタンスが減少する周期が、前記中心点から外側に向かうに従って徐々に短くなる請求項９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、特に平面構造からなる反射体構造を有する高指向性のアンテナ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
反射体構造を有する高指向性のアンテナとして広く知られているアンテナの１つとして、パラボラアンテナが挙げられる。パラボラアンテナの反射鏡は放物線の形状であるため、その製造・修繕には困難が伴う。曲面構造を平面構造に置き換える構造としては、特許文献１および特許文献２に示されている構造が挙げられる。
【０００３】
特許文献１は、図１２に示すように、レンズアンテナにおいて、金属反射板と、金属反射板の表面に貼着されてアンテナ面を構成する平面形状のスペーサと、アンテナ面に配列されたダイポール列またはループ列とを備える。
【０００４】
レンズアンテナは、ダイポール列を構成する各ダイポールの長さ、またはループ列を構成する各ループ列の長さを電波の波長に対応して調節することで、上記各ダイポールまたは各ループを容量的、誘導的に動作することができる。
【０００５】
ダイポール列またはループ列を、レンズアンテナの中心を原点とした複数の同心円に沿って円周方向、かつ原点に対し点対称に配設することで、レンズ効果により電磁波を屈折させて焦点に集結させることができる。
【０００６】
特許文献２には、図１３に示すように、入射する無線周波数ビームをステアリングかつ、合焦する同調可能インピーダンス表面を備える。同調可能インピーダンス表面は、接地平面と、無線周波数ビームの波長より短い一定距離、または様々な距離を接地平面から離隔した複数の素子と、外部刺激に応答してその誘電率を局所的に変化させる誘電材料とを含んでいる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平０５−１９１１３６
【特許文献２】特表２００３−５２９２５９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１の構造は、アンテナ面を広くとることで開口面積を大きくすることができる。しかし、開口面積を大きくすると平面内に配列されるダイポールまたはループの各素子の長さが半波長程度と大きくなる。そのため、アンテナと反射体構造の距離が十分に遠くなければ、必要な長さのダイポール列やループ列を曲面の代替となるほど密に並べることができない。そのため上記構造ではアンテナ装置の低背化と開口面積の増大を両立することができないという問題があった。
【０００９】
特許文献２の構造は、電磁波を同相反射することができるため、アンテナとインピーダンス平面との距離を短くし、アンテナ装置として低背化することができる。このとき表面近傍のパターンによりキャパシタンスが形成され、ビアを介する線路によってインダクタンスが形成される。なおインダクタンスを選択するためにはビアの長さや太さを変更することが必要となる。
【００１０】
しかし、ビアの長さを変更しては平面構造から外れてしまい、太さの変更にはパターン面積における制約がある。つまり、反射体となる同調可能インピーダンス表面を広げてアンテナ開口面積を広くすることができず、小さな指向性利得しか得られない。よってこの構造でもアンテナ装置の低背化と開口面積の増大を両立することができないという問題があった。
【００１１】
本発明における上記課題を解決す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】
【００１２】
本発明におけるアンテナ装置は、複数の格子を有し平板形状である格子状導体と、格子状導体の各辺に挿入装荷された複数の集中定数素子と、格子状導体の一方の面に対向して配置された平板状導体と、格子状導体の他方の面に対向して配置されたアンテナ素子とを備え、アンテナ素子を格子状導体に投影した点を中心点として、複数の集中定数素子はサセプタンスが同心円状に徐々に減少するように配置されている。
【発明の効果】
【００１３】
本発明におけるアンテナ装置は、低背化と開口面積の増大とを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るアンテナ装置の構成を示す斜視図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る格子状回路の構成を示す上面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係るアンテナ装置の構成を示す断面図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係るアンテナ装置の構成を示す上面図である。
【図５】本発明の第１の実施形態に係るアンテナ装置の作用・効果を示す図である。
【図６】本発明の第１の実施形態に係るアンテナ装置の作用・効果を示す図である。
【図７】本発明の第１の実施形態に係るアンテナ装置の作用・効果を示す図である。
【図８】本発明の第２の実施形態に係る格子状回路の構成を示す上面図である。
【図９】本発明の第３の実施形態に係る格子状回路の構成を示す上面図である。
【図１０】本発明の第３の実施形態に係る作用・効果を示す上面図である。
【図１１】本発明の第４の実施形態に係るアンテナ装置の製造方法の各工程を示す図である。
【図１２】特許文献１におけるレンズアンテナの構成を示す斜視図である。
【図１３】特許文献２における同調可能インピーダンス表面の構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下に、本発明を実施するための好ましい形態について図面を用いて説明する。
【００１６】
〔第１の実施形態〕まず第１の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。図１は、本実施形態におけるアンテナ装置１０の斜視図である。
【００１７】
〔構成の説明〕図１に示すように、本実施形態におけるアンテナ装置１０は、格子状導体１と、集中定数素子２と、平板状導体３と、アンテナ素子４とを備える。
【００１８】
格子状導体１は、２つの主面を有する平板形状であり、複数の線状導体を交差することで構成される。また図２に示すように格子状導体１は、複数の格子を形成しており、各格子における辺に集中定数素子２が挿入装荷されている。挿入装荷とは、図３に示すように、集中定数素子２が両端部において格子状導体１と接続した構造であり、換言すると格子状導体１は、集中定数素子２が挿入装荷される箇所において分断されている。
【００１９】
集中定数素子２は、例えば具体的にはインダクタンス素子５およびキャパシタンス素子６などを用いる。格子状導体１と集中定数素子２とで格子状回路２０を形成している。
【００２０】
本実施形態における格子状導体１は、図２（ａ）に示すように正方格子を周期的に並べた構造を用いて説明をしている。しかし本実施形態は、これに限らず図２（ｂ）に示すような三角形の格子を周期的に並べた構造や、図２（ｃ）に示すような六角形の格子を周期的に並べた構造を用いることができる。なお格子状導体１の格子間隔は、波長に比べて十分に短いことが好ましい。
【００２１】
平板状導体３は、格子状導体１と同様に平板形状であり、格子状導体１における一方の主面と対向する位置に配置されている。なお平板状導体３は、平板状導体３とのあいだに所定の間隔を設けており、その間隔に例えば誘電体７などを設けてもよい。また平板状導体３と格子状導体１とは、電気的に接続していてもよいし、電気的に絶縁していてもよい。上述の格子状回路２０と平板状導体３とで反射構造体３０を形成している。
【００２２】
アンテナ素子４は、格子状導体１の平板状導体３が設けられている主面とは反対側である他方の主面と対向する位置に配置されている。図３はアンテナ装置１０の断面図であり、図４はアンテナ素子４を設けた側からの上面図である。なおアンテナ素子４としては、例えば指向性を格子状回路２０に向けることができるホーンアンテナ、パッチアンテナ、スロットアンテナ、反射板付きダイポールアンテナを用いることはできるが、これに限定されない。
【００２３】
各集中定数素子２は、格子状導体１における各格子の辺に挿入装荷されている。各集中定数素子は、アンテナ素子４を格子状回路２０に投影した点を中心点として、サセプタンスが外側に向かって同心円状に徐々に減少するように配置されている。
【００２４】
サセプタンスBは位相を変化させる要素でありB＝ωC−１／（ωL）と表すことができるため、サセプタンスは、インダクタンスLの値とキャパシタンスCの値に比例する。なお各集中定数素子２は、中心点から外側に向かって同心円状に徐々にインダクタンスの値が減少、あるいはキャパシタンスの値が減少するように配置されている。
【００２５】
ここで具体的には集中定数素子２のインダンクタンスとキャパシタンスとを変化させる構造について説明する。集中定数素子２は、インダクタンス素子５としてチップインダクタを、またキャパシタンス素子６として例えばチップキャパシタを用いることができる。
【００２６】
チップインダクタは、例えば内部導線の太さや巻き数および内部心材の透磁率などを変えることでインダクタンスの値を制御する。一方、チップキャパシタは、例えば内部電極の面積や積層数および内部電極間の誘電体の誘電率などを変えることで、キャパシタンスの値を制御する。
【００２７】
換言すると、チップインダクタやチップキャパシタは、外形が同じであっても素子内部の構造を変えることによって、インダクタンスやキャパシタンスの値を制御することができる。つまりアンテナ装置１０は、格子状導体１における格子のパターン形状を変更する必要はなく、格子状導体１にインダクタンスやキャパシタンスの異なる値を備える集中定数素子２を挿入装荷した構造である。
【００２８】
〔作用・効果の説明〕次に、本実施形態における作用・効果について説明する。
【００２９】
指向性を有したアンテナ素子であっても、少なからず電磁波を放射状に照射される。そのため図５（ａ）に示すように平板状の反射板を設けた場合、反射板に反射した電磁波は四方八方に放射されて高い指向性を有することができない。そこで一般的なパラボラアンテナは、放物線の形状を有した反射板の焦点にアンテナ素子を配置している。上記構造により図５（ｂ）に示すようにアンテナ素子から放射された電磁波は、放物形状の反射板を反射することで同一の方向に放射され、高い指向性を有することができる。
【００３０】
しかし放物形状の反射板は製造や修繕が困難であるため、特許文献１や特許文献２では平板状の反射板を用いて、指向性の高いパラボラアンテナを実現している。しかし特許文献１における構造の場合、アンテナの開口面積を大きくすると、反射板に配列した各素子が大きくなる。その結果、アンテナ素子と反射板との距離を長くする必要があり、アンテナ装置の低背化を実現することができない。
【００３１】
また特許文献２における構造の場合、アンテナ素子と反射板との距離を短くし、アンテナ装置の低背化をすることはできる。しかし開口面積を大きくするには、インダクタンスの値を調整する必要があるが、ビアの長さを長くしすぎると、反射板の平面構造から外れてしまい、またビアの太さの変更にはパターン面積の制約がある。つまり特許文献１と特許文献２に記載された構造では、開口面積の増大と低背化とを両立したアンテナ装置を実現することはできなかった。
【００３２】
ここでサセプタンスとは電磁波の位相変化に寄与する物性量であり、インピーダンスの逆数であるアドミタンスの虚部として与えられる。ある基準面から見た入射波と反射波の位相差は、基準面から先の伝送線路のサセプタンスによって求まる。
【００３３】
図６（ａ）に示すような一様なサセプタンスを有した基準面に対して垂直に平面波が入射した場合、基準面内の各点において反射する電磁波が等位相となる面は、基準面と平行となる。平面波は等位相面に垂直に伝播するため反射波は、基準面に垂直な方向に伝播する。これは良く知られている平面への垂直入射の場合と同じである。
【００３４】
ここでアンテナ装置における反射板の基準面内にサセプタンス分布を持たせると、基準面内の各点において入射波と異なる位相で反射が行われる。つまり基準面に対して垂直に平面波が入射しても、図６（ｂ）に示すように反射波の等位相面は基準面と平行ではなくなり、反射波の角度を変えることができる。
【００３５】
反射構造体が平面構造であっても、格子状導体１にサセプタンス分布を適切に設計することで、任意形状の曲面を平面に置き換えることができる。換言すると、伝播方向に垂直な平面であっても、反射構造体にサセプタンスに分布を持たせることによって、パラボラアンテナの反射板への入射と同様な反射を得ることができる。
【００３６】
そこで本実施形態におけるアンテナ装置１０は、アンテナ素子４を格子状回路２０に投影した点を中心点として、集中定数素子２のサセプタンスが外側に向かって同心円状に徐々に減少した構造を用いている。具体的には、集中定数素子２として格子状導体１に挿入装荷したインダクタンス素子５のインダクタンスの値を徐々に大きくした、あるいはキャパシタンス素子６のキャパシタンスの値を徐々に大きくした構造である。
【００３７】
なお上記では、サセプタンスが同心円状に減少した構造と記載しているが、円状に限らず楕円状の場合も同様の効果を得ることができる。そのため円状に減少という記載は楕円状に減少した場合も含む。なお以下の記載についても同様である。
【００３８】
サセプタンスの減少は、放射素子から反射点への距離を短くすることに相当する。アンテナ素子に対して、パラボラ反射鏡は中心点が最も深く、遠ざかるほど徐々に浅くなる。ゆえに、サセプタンスを外側に向かって同心円状に徐々に減少することにより、パラボラ反射鏡の形状を模擬することができる。そして模擬したパラボラ反射鏡の焦点にあたる位置に放射素子などのアンテナ素子４を配置すれば、高い指向性が得ることができる。
【００３９】
ここでサセプタンスの減少が、放射素子から反射点への距離が短くなることについて詳細に説明を行う。放射素子から考えると、反射鏡における反射はショートスタブと同等の作用と考えることができる。
【００４０】
つまりショートスタブにおけるサセプタンスBは、B＝−（1／Z）・cot(βL)という単調増加関数であらわすことができるため、スタブ長Lが短くなるほどサセプタンスは減少する。ショートスタブが短くなることは反射面が近づくこと同等であるため、反射面が近いほどサセプタンスは減少する。よってサセプタンスが上昇すれば反射面との距離が短く見える。
【００４１】
本実施形態におけるアンテナ装置１０の格子状回路２０と平板状導体３とで構成される反射体構造体３０は、反射波の平面波における等位相面のサセプタンスの分布を、パラボラ反射鏡のサセプタンスの分布と等しくすることができる。その結果、本実施形態におけるアンテナ装置１０は、図７に示すように反射構造体３０が平板形状であってもパラボラアンテナと同様の高指向性の機能を有することができる。
【００４２】
また本実施形態におけるアンテナ装置１０の集中定数素子２は、例えばキャパシタンス素子６としてチップキャパシタを用いることができる。チップキャパシタの外形を変えることなく内部電極の面積や積層数および内部電極間の誘電率などの素子内部の構造を変えることでキャパシタンスの値を制御することができる。
【００４３】
また同様にインダクタンス素子５として用いるチップインダクタも、外形を変えることなく内部導線の太さや巻き数および内部心材の透磁率などの素子内部の構造を変えることでインダクタンスの値を制御することができる。
【００４４】
そのため、本実施形態におけるアンテナ装置１０は、格子状導体１における格子のパターン形状を変更することなく、インダクタンスやキャパシタンスの値が異なる集中定数素子２を格子状導体１に挿入装荷することができる。その結果、アンテナ装置１０の低背化と開口面積の増大を両立して実現することができる。
【００４５】
なおサセプタンスを外側に向かって同心円状に減少する構造であれば、キャパシタンスだけが減少する構造、もしくはインダクタンスだけが減少する構造の少なくとも一方の構造でも同様の効果を得ることができる。
【００４６】
〔第２の実施形態〕次に第２の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。図８は、本実施形態におけるアンテナ装置１０の格子状回路２０の上面図である。
【００４７】
〔構成の説明〕図８に示すように、本実施形態におけるアンテナ装置１０は、アンテナ素子４を格子状回路２０に投影した点を中心点として外側に向かって同心円状に、インダクタンス素子５のインダクタンスが徐々に減少する構造と、その外側にキャパシタンス素子６のキャパシタンスが徐々に減少する構造が配置されている。それ以外の構造、接続関係は、第１の実施形態と同様であり、格子状導体１と、集中定数素子２と、平板状導体３と、アンテナ４とを備える。
【００４８】
格子状導体１は、２つの主面を有する平板形状であり複数の格子を形成している。そして各格子における辺には集中定数素子２が挿入装荷されている。平板状導体３は、格子状導体１と同様に平板形状であり、格子状導体１における一方の主面と対向する位置に設けられている。
【００４９】
アンテナ素子４は、格子状導体１の平板状導体３が設けられている主面とは、反対側の他方の主面と対向する位置に配置されている。なお集中定数素子２は、アンテナ素子４を格子状回路２０に投影した点を中心点として、集中定数素子２はサセプタンスが外側に向かって同心円状に徐々に減少した構造である。
【００５０】
ここで本実施形態では、図８に示すように、中心点から集中定数素子２のサセプタンスを同心状に減少させる構造として、インダクタンスの減少とキャパシタンスの減少とを同心円状に配置している。
【００５１】
詳細に説明すると、中心点から外側に向かってインダクタンス素子５のインダクタンスが徐々に減少する構造が配置され、その外側にキャパシタンス素子６のキャパシタンスが徐々に減少する構造が配置されている。
【００５２】
なお中心部や外周における集中定数素子２は、インダクタンス素子５とキャパシタンス素子６のどちらかでよい。つまりインダクタンス素子５が配置される領域、キャパシタンス素子６が配置される領域であるそれぞれ各領域において、外側に向かってサセプタンスの値が徐々に減少していればよい。
【００５３】
〔作用・効果の説明〕次に本実施形態における作用・効果について説明する。
【００５４】
本実施形態におけるアンテナ装置１０は、中心点から外側に向かって集中定数素子２のサセプタンスが徐々に減少する構造である。そして集中定数素子２は、中心点から外側に向かって同心円状に、インダクタンス素子５のインダクタンスが徐々に減少する構造と、その外側にキャパシタンス素子６のキャパシタンスが徐々に減少する構造が配置されている。
【００５５】
格子状導体１における集中定数素子２のサセプタンスの減少は、反射点からの距離を短くすることに相当し、反射構造体３０における入射波と反射波の位相を変化させることができる。そのため集中定数素子２のサセプタンスを同心円状に徐々に減少することにより、反射構造体３０をパラボラ反射鏡の形状に模擬することができる。
【００５６】
集中定数素子２においてインダクタンスのみを減少した構造、またキャパシタンスのみを減少した構造では、それぞれ反射構造体３０における入射波と反射波の位相差を１８０度までしか変化することができない。つまり集中定数素子２のインダクタンスのみを減少、またはキャパシタンスのみを減少では、アンテナ素子４と反射板構造体３０までの距離を１／４波長までしか短くすることができない。換言すると、往復の距離では１／２波長しか短くすることができない。
【００５７】
そこで本実施形態における集中定数素子２は、中心点から外側に向かって同心円状に、インダクタンス素子５のインダクタンスが徐々に減少する構造と、その外側にキャパシタンス素子６のキャパシタンスが徐々に減少する構造とが連続して配置した構造である。
【００５８】
上記構造により本実施形態におけるアンテナ装置１０は、反射構造体３０における入射波と反射波の位相差を３６０度まで調整することができる。つまり反射構造体３０は、アンテナ素子４までの距離を１／２波長まで短くすることができる。換言すると、往復の距離では、1波長まで短くすることができる。
【００５９】
その結果、模擬できるパラボラ反射鏡つまり開口面積を大きくすることでより多くの電波を反射・集光して受信することができ、指向性と利得を増加することができる。
【００６０】
なお集中定数素子２は、中心点から外側に向かって同心円状に、キャパシタンス素子６のキャパシタンスが徐々に減少する構造と、その外側にインダクタンス素子５のインダクタンスが徐々に減少する構造を配置しても、反射構造体３０における入射波と反射波の位相差を３６０度まで調整することができる。
【００６１】
〔第３の実施形態〕次に第３の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。図９は、本実施形態におけるアンテナ装置１０の格子状回路２０の上面図である。
【００６２】
〔構成の説明〕図９に示すように、本実施形態におけるアンテナ装置１０は、アンテナ素子４を格子状回路２０に投影した点を中心点として、同心円状に集中定数素子２のサセプタンスが周期的に減少している。それ以外の構造、接続関係は、第１の実施形態と同様であり、格子状導体１と、集中定数素子２と、平板状導体３と、アンテナ４とを備える。
【００６３】
格子状導体１は、２つの主面を有する平板形状であり複数の格子を形成している。そして各格子における辺には集中定数素子２が挿入装荷されている。平板状導体３は、格子状導体１と同様に平板形状であり、格子状導体１における一方の主面と対向する位置に設けられている。
【００６４】
アンテナ素子４は、格子状導体１の平板状導体３が設けられている主面とは、反対側の主面と対向する位置に配置されている。アンテナ素子４を格子状回路２０に投影した点を中心点として、集中定数素子２はサセプタンスが外側に向かって同心円状に徐々に減少した構造である。
【００６５】
アンテナ装置１０は、中心点から同心円状に集中定数素子２のサセプタンスは徐々に減少するが、反射構造体３０における入射波と反射波の位相差が３６０度に達するまでサセプタンスは減少する。
【００６６】
そこで本実施形態では上記構造の外側にさらに、反射構造体３０における入射波と反射波の位相差が３６０度に達するまでサセプタンスが同じ範囲の値で減少した集中定数素子２を配置している。つまり中心点から外側に向かって、反射構造体３０における入射波と反射波の位相差が３６０度に達するまで集中定数素子２のサセプタンスが徐々に減少した構造を繰り返し配置している。
【００６７】
なお集中定数素子２のサセプタンスが徐々に減少させることで入射波と反射波の位相差が３６０度に達するまでの周期は、中心点から外側に行くに従って徐々に短くなる。つまり外側付近において集中定数素子２のサセプタンスが減少する周期が、中心点付近において、外側に向かって集中定数素子２のサセプタンスが減少する周期よりも短い。
【００６８】
〔作用・効果の説明〕次に本実施形態における作用・効果について説明する。
【００６９】
本実施形態におけるアンテナ装置１０は、反射構造体３０における入射波と反射波の位相差が３６０度に達するまで、中心点から同心円状に集中定数素子２のサセプタンスは徐々に減少する。そして入射波と反射波の位相差が３６０度に達すると、再度外側に向かって集中定数素子２のサセプタンスは同じ範囲の値で徐々に減少する。
【００７０】
つまり集中定数素子２は、中心点から外側に向かって、反射構造体３０における入射波と反射波の位相差が３６０度までサセプタンスの値が減少する構造を繰り返し配置している。なおサセプタンスが減少する周期は、中心点から遠ざかるほど短い構造である。
【００７１】
上記構造により、本実施形態におけるアンテナ装置１０は、パラボラアンテナの反射鏡に模擬した反射構造体３０の開口面積を大きくすることができる。その結果、反射構造体３０は、より多くの電磁波の位相を変化させて反射することができるため、指向性を高めることができる。
【００７２】
ここで上記の作用・効果について詳細に説明する。図１０は、所定の実験条件において中心点からの距離に対するサセプタンスの値を示すグラフである。図１０に示すように、中心点からの外側に行くに従いサセプタンスの値は徐々に減少することができる。しかし反射構造体３０における入射波と反射波の位相差が３６０度に達する範囲においてしか、サセプタンスは減少することができない。
【００７３】
反射構造体３０における入射波と反射波の位相差が３６０度となる点で反射した電磁波は、位相が１周するため中心点で反射された位相と同じ位相となる。つまり位相差が３６０度ずれた点で反射する位相は１周するためサセプタンスは同じ値となる。
【００７４】
そこで本実施形態におけるアンテナ装置１０は、反射構造体３０における入射波と反射波の位相差が３６０度に達するまで、集中定数素子２のサセプタンスが減少する構造を繰り返し配置している。換言すると、サセプタンスが周期的に減少する値を有した構造である。上記構造により、反射構造体３０における入射波と反射波の位相差は３６０度を超えて変化させることができるため、反射構造体３０の開口面積をより大きくすることができ高い指向性を実現することができる。
【００７５】
またパラボラ反射鏡は、中心点から遠ざかるほど傾きが急峻となる曲面を有した構造である。図１０に示すように本実施形態における反射構造体３０は、パラボラ反射鏡の形状と模擬するために、中心点から遠ざかるに従って反射構造体３０における入射波と反射波の位相差が３６０度まで到達する間隔である周期が短い構造である。その結果、サセプタンスが減少する周期を短くとすることで、中心点から遠ざかるほど傾きが急峻となる曲面を有したパラボラ反射鏡の形状を模擬することができる。
【００７６】
なお集中定数素子２のサセプタンスを繰り返し減少させる構造として、具体的にはインダクタンス素子５のインダクタンスが徐々に減少する構造と、キャパシタンス素子６のキャパシタンスが徐々に減少する構造とを繰り返し配置している。図９では、中心部がインダクタンス素子５を設けた構造を示しているがこれに限定されず、中心部にキャパシタンス素子６を設けた構造でもよい。
【００７７】
なお具体的に説明すると、キャパシタンス素子６のキャパシタンスが減少する構造と、インダクタンス素子５のインダクタンスが減少する構造とは、それぞれ反射構造体３０における入射波と反射波の位相差が１８０度となる範囲までサセプタンスを減少する。
【００７８】
反射構造体３０における入射波と反射波の位相差を１８０度の範囲でインダクタンスが減少する構造と、１８０度の範囲でキャパシタンスが減少する構造とを連続して配置することで３６０度の波長の変化させた構造を実現することができる。
【００７９】
そして上記構造を中心点から外側に向かって徐々に周期を短く繰り返し配置することで、反射構造体３０における入射波と反射波の位相差が３６０度を越えることができ、開口面積の広いアンテナ装置を実現することができる。その結果、より多くの電波を反射・集光して受信することができ、指向性と利得を増加することができる。
【００８０】
〔製造方法〕次に、本実施形態ではアンテナ装置１０の構造の製造方法について説明する。図１１（ａ）〜（ｄ）は、本実施形態における製造方法の各工程を示す図である。
【００８１】
まず図１１（ａ）に示すように、２つの主面を有する誘電体７の一方の面に平板状導体３を配置する。
【００８２】
次に図１１（ｂ）に示すように、誘電体７の平板状導体３が配置されている面とは、反対側の面に格子状導体１のパターンをエッチングなどによって形成する。上記工程により格子状回路２０を形成する。
【００８３】
次に図１１（ｃ）に示すように、格子状導体１の各辺に集中定数素子２としてキャパシタンス素子６であるチップキャパシタや、インダクタンス素子５であるチップインダクタを半田付けするなどして挿入装荷する。上記工程により反射構造体３０を形成する。
【００８４】
次に図１１（ｄ）に示すように、反射構造体３０の格子状回路２０を形成している側の面から所定の距離を介した位置にアンテナ素子４を配置する。上記工程によりアンテナ装置１０を形成する。
【００８５】
上記工程によりアンテナ装置１０を形成することで、集中定数素子２が対応可能な数GHz程度までの高周波数帯を用いたアンテナ装置を実現することができる。
【００８６】
なおアンテナ装置１０の製造方法としては上記に限定されず、リード線などを用いて先に格子状導体１を形成してもよい。上記の場合、格子状導体１の各辺にキャパシタンス素子６やインダクタンス素子５などの集中定数素子２を半田付けなどで挿入装荷することで格子状回路２０を形成する。
【００８７】
格子状回路２０の一方の面に誘電体７などを介して平板状導体３を配置することで反射構造体３０を形成する。そして反射構造体３０の格子状回路２０を形成している側の面から所定の距離を介した位置にアンテナ素子４を配置することで、アンテナ装置１０を形成する。
【００８８】
上記工程によりアンテナ装置１０を形成することで、寸法誤差を生じやすいが、波長が誤差に比べて十分に長い低周波数帯を用いたアンテナ装置を実現することができる。
【符号の説明】
【００８９】
１    格子状導体
２    集中定数素子
３    平板状導体
４    アンテナ素子
５    インダクタンス素子
６    キャパシタンス素子
７    誘電体
１０    アンテナ装置
２０    格子状回路
３０    反射構造体
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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