(57)【要約】【課題】アンテナ利得及び半値角度を要求に応じて適宜設定でき、しかも構成が簡単な平面アンテナを提供する。【解決手段】平面アンテナ２は、放射器として、誘電体基板６に形成されたパッチ４を備え、地板として、誘電体基板６のパッチ４とは反対側の板面に、スペーサ１２により所定の間隔を空けて配置された金属板８を備える。この平面アンテナ２においては、空気層９の厚みを大きくすれば、アンテナ利得が高くなり、半値角度が狭くなる。逆に、誘電体基板６の厚みを大きくすれば、アンテナ利得が低くなり、半値角度が広くなる。よって、所望のアンテナ利得、半値角度が得られる平面アンテナを容易に実現できる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射器を構成する第１の導電体層と、
前記第１の導電体層に対し間隔を空けて配置され、前記放射器に対する地板を構成する第２の導電体層と、
を備え、
前記第１の導電体層と前記第２の導電体層との間の中間層として、空気層を含む複数の誘電体層を備えた、平面アンテナ。
【請求項２】
前記中間層として、一つの空気層と一つの誘電体層とを備え、
前記第１の導電体層は、前記誘電体層に積層され、
前記第２の導電体層は、前記誘電体層の前記第１の導電体層とは反対側に、前記空気層を挟んで配置されている、請求項１に記載の平面アンテナ。
【請求項３】
前記第１の導電体層は、前記放射器としてパッチアンテナのパッチを構成しており、
前記パッチの面方向の大きさは、前記誘電体層と同じか、または、前記誘電体層よりも小さい、請求項２に記載の平面アンテナ。
【請求項４】
前記誘電体層において、前記空気層を挟んで前記第２の導電体層と対向する対向面方向の大きさは、前記第２の導電体層と同じか、または、前記第２の導電体層よりも小さい、請求項３に記載の平面アンテナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、誘電体層を挟んで放射器と地板とが配置された平面アンテナに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、平面アンテナは、誘電体層となる誘電体基板の片面に、放射器となるパッチ或いはマイクロストリップラインを構成する導電体層を形成し、誘電体基板の他面の略全域に、地板（グランドパターン）となる導電体層を形成することにより構成されている。
【０００３】
また、この種の平面アンテナにおいては、放射器が形成された誘電体基板の基板面（つまり、平面アンテナの放射方向）に、空気層を含む複数の誘電体層を積層することで、アンテナ利得を改善することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４１２８６８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上記提案の平面アンテナは、電波の放射方向に配置される多層誘電体層が導波器として機能し、多層誘電体層を備えていないものに比べてアンテナ利得を高めることはできるものの、半値角度が狭くなり、通信可能範囲が制限されるという問題がある。
【０００６】
なお、半値角度は、電波の放射方向でアンテナ利得が最大となる中心軸を０度としたとき、アンテナ利得が半減（−３ｄＢとなる）放射角度のことである。
このため、上記提案の技術では、アンテナ利得を犠牲にしてでも、半値角度（延いては通信可能範囲）を広げたいという要求には応えることができない。
【０００７】
また、上記提案の平面アンテナは、放射器や地板を構成する導電体層が形成された誘電体基板の導電体層側に多層誘電体層を積層する必要があるため、製造工程が複雑になるという問題もある。
【０００８】
本発明は、こうした問題に鑑みなされたものであり、アンテナ利得及び半値角度を要求に応じて適宜設定でき、しかも構成が簡単な平面アンテナ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】
【０００９】
本発明の平面アンテナは、放射器を構成する第１の導電体層と、第１の導電体層に対し間隔を空けて配置され、放射器に対する地板を構成する第２の導電体層とを備え、第１の導電体層と第２の導電体層との間の中間層として、空気層を含む複数の誘電体層を備える。
【００１０】
このため、上述した従来の平面アンテナのように、放射器を挟むように誘電体層と多層誘電体層とを配置する必要がないため、従来の平面アンテナに比べて装置構成を簡単にし、製造し易くすることができる。
【００１１】
また、中間層は空気層を含む複数の誘電体層にて構成されるが、この中間層における空気層の厚みを大きくすれば、アンテナ利得が高くなり、半値角度が狭くなる。逆に、誘電体層の厚みを大きくすれば、アンテナ利得が低くなり、半値角度が広くなる。
【００１２】
従って、本発明の平面アンテナによれば、中間層を構成する空気層及び誘電体層の厚みを適宜調整することで、所望のアンテナ利得、半値角度が得られる平面アンテナを容易に実現できることになる。
【００１３】
ここで、中間層は、例えば、空気層を挟むように一対の誘電体層を間隔を空けて配置するようにしてもよく、空気層及び誘電体層を更に多く積層するようにしてもよい。これに対し、平面アンテナの構成をより簡単にするには、中間層は、一つの空気層と一つの誘電体層とにより構成するとよい。
【００１４】
また、この場合、第１の導電体層は、誘電体層に積層し、第２の導電体層は、誘電体層の第１の導電体層とは反対側に、空気層を挟んで配置するようにすれば、第２の導電体層を構成する地板の厚みを厚くすることで、平面アンテナの強度を確保することができる。
【００１５】
また、この場合、放射器を構成する第１の導電体層にてパッチアンテナのパッチを形成するときには、誘電体層に積層されるパッチの面方向の大きさを、誘電体層と同じか、または、誘電体層よりも小さくするとよい。また、誘電体層において、空気層を挟んで第２の導電体層と対向する対向面方向の大きさは、第２の導電体層と同じか、または、第２の導電体層よりも小さくするとよい。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】実施形態の平面アンテナの外観を表す斜視図である。
【図２】平面アンテナを放射器であるパッチ側から見た状態を表す平面図である。
【図３】平面アンテナの断面構造を表す説明図である。
【図４】変形例の平面アンテナの外観を表す斜視図である。
【図５】参考例の平面アンテナの断面構造を表す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下に本発明の実施形態を図面と共に説明する。
本実施形態の平面アンテナ２は、例えば、ＲＦＩＤタグから識別情報を読み取るのに用いられるものであり、円偏波の電波を放射可能なパッチアンテナとして構成されている。
【００１８】
このため、平面アンテナ２は、図１〜図３に示すように、パッチアンテナの放射器を構成するパッチ４が形成（積層）された誘電体基板６と、誘電体基板６のパッチ４とは反対側の板面に対し、所定の間隔を空けて配置された金属板８と、を備える。
【００１９】
金属板８は、平面アンテナ２の地板を構成する第２の導電体層であり、誘電体基板６及び誘電体基板６との間の空気層９からなる中間層１０を挟んで、第１の導電体層であるパッチ４に対し平行となるように配置されている。
【００２０】
また、誘電体基板６と金属板８との間には、合成樹脂等の絶縁性材料からなる５つのスペーサ１２が設けられており、誘電体基板６と金属板８との間隔は、このスペーサ１２にて一定間隔に保持されている。
【００２１】
なお、誘電体基板６と金属板８とは、対向する面方向の大きさ、及び、形状が同じであり、パッチ４の面方向の大きさは、パッチ４が積層される誘電体基板６の基板面よりも小さい。
【００２２】
また、図２に示すように、パッチ４は略正方形であり、５つのスペーサ１２は、パッチ４の略中心位置と、その中心位置を通ってパッチ４の四隅（角部）を結ぶ対角線上の４箇所にそれぞれ配置されている。
【００２３】
また、パッチ４において、互いに直交する２辺に平行な２つの中心軸１４ａ、１４ｂ上で、インピーダンスが所定値（例えば、５０Ω）となる位置は、円偏波送受信用の給電点１６ａ、１６ｂとして設定されている。
【００２４】
この給電点１６ａ、１６ｂには、金属板８側から挿通される同軸ケーブル（図示せず）の中心軸が接続され、金属板８には、その同軸ケーブルの外部導体が接続される。
このように、本実施形態の平面アンテナ２は、放射器を構成する第１の導電体層であるパッチ４と、地板を構成する第２の導電体層である金属板８との間の中間層１０が、誘電体層である誘電体基板６と空気層９とにより構成されている。
【００２５】
表１は、このように構成された本実施形態の平面アンテナ２において、中間層１０全体の厚みを８．２ｍｍとし、誘電率εが約１．０となる空気層９の厚みｔａを０〜８．２ｍｍに変化させたときの、アンテナ利得と半値角度との変化を測定した測定結果を表す。
【００２６】
【表１】
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この測定結果から明らかなように、中間層１０全体の厚みを一定にした場合、空気層９の厚みを大きくして、誘電体基板６の厚みを小さくすれば、アンテナ利得が高く、半値角度が狭い（換言すれば指向性の鋭い）平面アンテナを実現できる。
【００２７】
また逆に、誘電体基板６の厚みを大きくし、空気層９の厚みを小さくすれば、アンテナ利得が低くなるものの、半値角度が広い（換言すれば送受信可能範囲が広い）平面アンテナを実現できる。
【００２８】
よって、本実施形態の平面アンテナ２によれば、中間層１０を構成する誘電体基板６及び空気層９の厚みを適宜調整することで、所望のアンテナ利得、半値角度が得られる平面アンテナを容易に実現できることになる。
【００２９】
また、アンテナ利得を高めるために、従来のように、平面アンテナの放射面（パッチ４が配置される誘電体基板６の基板面）に多層誘電体層を配置する必要がない。また、パッチ４を有する誘電体基板６は、プリント配線基板にて構成することができる。
【００３０】
このため、本実施形態の平面アンテナ２は、パッチ４となる導電体層を形成したプリント配線基板と、地板となる金属板８とを、間隔を空けて平行に配置するだけで、簡単に構成することができ、製造コストを低減することができる。
【００３１】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内にて、種々の態様をとることができる。
例えば、上記実施形態では、誘電体基板６と金属板８とは、対向する面方向の形状及び大きさが同じであり、誘電体基板６は、パッチ４よりも大きいものとして説明した。これに対し、パッチ４が配置される誘電体基板６の面方向の大きさは、図４に示すように、パッチ４と同じで、金属板８よりも小さくなるようにしてもよい。
【００３２】
平面アンテナ２をこのように構成すると、パッチ４の板面よりも外側に誘電体基板６がなく、パッチ４の板面周囲が空気層となるため、表２に示すように、誘電体基板６の大きさを金属板８と一致させた場合に比べて、アンテナ利得を高くすることができる。但し、この場合、半値角度は狭くなる。
【００３３】
【表２】
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従って、本実施形態の平面アンテナ２によれば、パッチ４を配置する誘電体基板６の大きさを調整することによっても、アンテナ特性（アンテナ利得、半値角度）を任意に設定することができる。
【００３４】
次に、上記実施形態では、パッチアンテナの放射器となるパッチ４を、誘電体基板６に形成し、地板となる金属板８は、誘電体基板６に対し間隔を空けて配置するものとして説明したが、地板となる導電体層をもう一つの誘電体基板に形成するようにしてもよい。
【００３５】
この場合、２つの誘電体基板を、地板及びパッチを外側にして、間隔を空けて配置するようにすれば、上記実施形態と同様の効果が得られる平面アンテナ２を実現できる。
また、パッチ４を金属板にて構成し、地板となる導電体層を誘電体基板に形成して、これらを所定間隔で配置するようにしても、同様の効果を得ることができる。
【００３６】
またパッチ４の形状は、正方形でなくてもよく、例えば、円形若しくは楕円形であっても、長方形であってもよい。
また、上記実施形態では、空気層９を形成するためにスペーサ１２を用いるものとして説明したが、例えば、パッチ４が形成された誘電体基板６や地板となる金属板８を合成樹脂製のケース内に収納することで、空気層９を形成するようにしてもよい。つまり、これら各部をケース内に固定する固定部材にて、空気層９を形成するようにしてもよい。
【００３７】
また、上記実施形態では、パッチ４への給電点は、互いに直交する中心軸上に配置された２点（１６ａ、１６ｂ）であるものとして説明したが、例えば、パッチ４への給電点は、１箇所であってもよく、或いは、３箇所或いはそれ以上であってもよい。
【００３８】
また、上記実施形態では、平面アンテナ２はパッチアンテナを構成するものであるとして説明したが、例えば、誘電体基板６に所定形状のマイクロストリップラインを形成することで、放射器を構成するようにしてもよい。
【００３９】
なお、本発明の参考例として、図５に、上記実施形態とは異なる構成の平面アンテナ２Ａを示す。
図５に示すように、この参考例の平面アンテナ２Ａは、上記実施形態の平面アンテナ２において、誘電体基板６におけるパッチ４の形成（積層）面が空気層９を挟んで金属板８と対向するよう、スペーサ１２を介して、誘電体基板６と金属板８とを接続することにより構成されている。
【００４０】
このように構成された参考例の平面アンテナ２Ａにおいては、誘電体基板６が、パッチ４（つまり放射器）に対する導波器として機能するため、特許文献１に記載のものと同様、アンテナ利得を高めることができる。しかし、放射器としてのパッチ４と、地板としての金属板８との間は、空気層９になるため、その空気層９の厚み（換言すればスペーサ１２の高さ）で、半値角度を調整できる。
【符号の説明】
【００４１】
２…平面アンテナ、４…パッチ（放射器，第１の導電体層）、６…誘電体基板（誘電体層）、８…金属板（第２の導電体層）、９…空気層、１０…中間層、１２…スペーサ、１４ａ，１４ｂ…中心軸、１６ａ，１６ｂ…給電点。
【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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