(57)【要約】【課題】広帯域の近接または近距離の通信ができる共振器型のアンテナ装置を実現する。【解決手段】第１広壁（１１）、第２広壁（１２）及び狭壁（１３）によって形成される共振器部（１０）の空間内で発生する電磁波を放射する放射用開口（１５）が、第１広壁又は第２広壁に形成されている。第１広壁に形成された励振用開口（１４）を介して前記空間内に励振用電極（２３）を挿入し、共振器部を励振することによって前記空間内に特定モードの電磁波を発生させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
励振用開口が形成された第１広壁、前記第１広壁に対向する第２広壁、及び、前記第１広壁と前記第２広壁とに挟まれた空間を全方向から取り囲む狭壁を有し、前記空間内で発生する電磁波を放射する放射用開口が、前記第１広壁又は前記第２広壁に形成された共振器部と、
前記第２広壁から前記第１広壁に垂直に向かう方向に沿って、第１広壁、前記励振用開口を覆う誘電体層及び給電線路がこの順に積層され、前記給電線路に接続された、前記誘電体層を貫通する励振用電極であって、前記第１広壁に接触することなく、前記励振用開口を介して前記空間内に進入した励振用電極を有し、前記空間内の電磁界を励振することによって前記空間内に特定モードの電磁波を発生させる励振部と、を備えている、
ことを特徴とする共振器アンテナ装置。
【請求項２】
前記第１広壁に形成された前記放射用開口の数は１つであり、
前記特定モードは、ＴＥ１０１モードである、
ことを特徴とする請求項１に記載の共振器アンテナ装置。
【請求項３】
前記狭壁は、第１壁面、前記第１壁面に直交する第２壁面、前記第１壁面に対向すると共に前記第２壁面に直交する第３壁面、及び、前記第２壁面に対向すると共に前記第１壁面及び前記第３壁面に直交する第４壁面を有しており、
前記空間を前記第１壁面に平行な平面で二等分し、前記第１壁面を含む第１半空間と、前記第３壁面を含む第２半空間とに分けたとき、
前記放射用開口は、前記第１壁面に垂直な短辺と前記第２壁面に垂直な長辺とを有する長方形の開口であり、前記第１半空間内に位置しており、
前記励振用電極は、前記第２半空間内に位置している、または前記平面と重なる位置に有る、
ことを特徴とする請求項１または２に記載の共振器アンテナ装置。
【請求項４】
前記第１広壁および前記第２広壁は、前記狭壁を側壁として形作られる直方体の前記側壁を挟む頂壁および底壁として設けられ、
前記空間を内側とする前記狭壁の外側であって、前記第１壁面から第４壁面のうちの隣り合う３つの壁面に対応した外側は、前記空間を埋める誘電体と同じ材料の誘電体によって囲まれている、
ことを特徴とする請求項３に記載の共振器アンテナ装置。
【請求項５】
前記第１壁面から第４壁面と前記第１広壁とが交差してできる４本の交差線の長さは、互いに等しい、
ことを特徴とする請求項３または４に記載の共振器アンテナ装置。
【請求項６】
前記第１壁面及び第３壁面と前記第１広壁とが交差してできる２本の交差線の長さは、前記第２壁面及び第４壁面と前記第１広壁とが交差してできる２本の交差線の長さと異なる、
ことを特徴とする請求項３または４に記載の共振器アンテナ装置。
【請求項７】
前記放射用開口は、前記第２広壁に形成されている、
ことを特徴とする請求項１〜６までの何れか１項に記載の共振器アンテナ装置。
【請求項８】
前記第１広壁側に配置され、前記給電線路に接続された集積回路を更に備えている、
ことを特徴とする請求項７に記載の共振器アンテナ装置。
【請求項９】
前記給電線路には、オープンスタブが付加されている、
ことを特徴とする請求項１〜８の何れか１項に記載の共振器アンテナ装置。
【請求項１０】
前記共振器部は、誘電体基板を更に有し、
前記第１広壁は、前記誘電体基板の一方の主面に形成された導体層であり、
前記第２広壁は、前記誘電体基板の他方の主面に形成された導体層であり、
前記狭壁は、前記誘電体基板を貫通する複数の導電性ビアからなるポスト壁であり、
前記励振用電極は、前記誘電体層を貫通すると共に、前記誘電体基板内に進入したブラインドビアである、
ことを特徴とする請求項１〜９の何れか１項に記載の共振器アンテナ装置。
【請求項１１】
前記放射用開口の少なくとも一部に、誘電体が充填されている、
ことを特徴とする請求項１〜１０の何れか１項に記載の共振器アンテナ装置。
【請求項１２】
請求項１〜１１の何れか１項に記載の共振器アンテナ装置と同一構成を備えた第１の共振器アンテナ装置及び第２の共振器アンテナ装置を鏡映対称に配置した２素子型の共振器アンテナ装置であって、
前記第１の共振器アンテナ装置及び第２の共振器アンテナ装置がそれぞれ備えている前記放射用開口の数は１つであり、
前記放射用開口は、前記鏡映対称の鏡映面に垂直な方向に沿って細長い形状を有し、
前記第１の共振器アンテナ装置及び第２の共振器アンテナ装置は、前記狭壁として、第１の狭壁及び第２の狭壁をそれぞれ備え、
前記鏡映面を挟んで対向する前記第１の狭壁と前記第２の狭壁との間隔は、前記第１の狭壁及び第２の狭壁の各厚みを含めて、前記第１の共振器アンテナ装置または第２の共振器アンテナ装置が発生する電磁波の自由空間における１波長未満に設定されている、
ことを特徴とする共振器アンテナ装置。
【請求項１３】
前記第１の共振器アンテナ装置及び第２の共振器アンテナ装置は、前記給電線路として、第１の給電線路及び第２の給電線路をそれぞれ備えていると共に、前記励振用電極として、第１の励振用電極及び第２の励振用電極とをそれぞれ備え、
前記第１の給電線路及び第２の給電線路に対する給電点は、前記鏡映面に位置し、
前記第１の給電線路及び第２の給電線路は、前記鏡映面に垂直な方向に沿って鏡映対称に延伸している、
ことを特徴とする請求項１２に記載の共振器アンテナ装置。
【請求項１４】
前記給電点と前記第１の励振用電極との間に第１のオープンスタブが設けられていると共に、前記給電点と前記第２の励振用電極との間に第２のオープンスタブが、前記第１のオープンスタブに対して鏡映対称に設けられている、
ことを特徴とする請求項１３に記載の共振器アンテナ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、共振器部と励振部とを備えた共振器アンテナ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
無線通信の高速化及び大容量化を図るために、使用する周波数帯域の高周波化及び広帯域化が進んでいる。例えば、近接又は近距離通信に適した無線通信規格であるＷｉＧｉｇ／ＩＥＥＥ８０２．１１ａｄでは、６０ＧＨｚ帯（５７ＧＨｚ以上６６ＧＨｚ以下）の使用が想定されている。
【０００３】
６０ＧＨｚ帯等のミリ波帯での使用に適したアンテナとしては、例えば、スロットアレイアンテナが挙げられる。特許文献１には、１対の広壁に挟まれた誘電体基板を導波路とするスロットアレイアンテナが開示されている。このスロットアレイアンテナでは、一方の広壁に複数の放射用スロットが形成されている。これらの放射用スロットは、間隔が導波路内を進行するＴＥ１０モードの電磁波の波長（管内波長）の１／２になるように、導波路管軸と平行に並んでいる。導波路内をＴＥ１０モードの電磁波が進行し、その過程で各放射用スロットから電波を放射していくことから、このようなスロットアレイアンテナは、進行波型のアンテナといえる。
【０００４】
しかしながら、このようなスロットアレイアンテナは、指向性が鋭く最大利得方向における利得が高いという特徴を有している。したがって、スロットアレイアンテナを近接又は近距離通信用の無線装置（例えば、無線タグやタグリーダなど）に搭載した場合、無線装置同士の位置関係次第で通信品質の劣化が生じる懸念がある。
【０００５】
また、端部給電型のスロットアレイアンテナには、放射波の主ビーム方向が周波数に応じて変化してしまうという問題がある。なぜなら、導波路を進行する電磁波の周波数が変化すると、各スロットから放射される電磁波の位相の関係が変化するので、これらの電磁波を重ね合わせた放射波の主ビーム方向が変化するためである。
【０００６】
６０ＧＨｚ帯等のミリ波帯での使用か可能であり、かつ、スロットアレイアンテナが抱える上記のような問題が生じないアンテナとしては、非特許文献１〜２に開示されているような共振器アンテナが挙げられる。共振器アンテナは、導体壁で囲まれた空間内に、その寸法および形状で定まる特定の波長の電磁波を定在させ、上記導体壁を構成する広壁に設けたスロットから電磁波を放射するように構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平１０−１９０３４９号公報（公開日：１９９８年７月２１日）
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】Peng Wu, Shaowei Liao, and Quan Xue "A Substrate Integrated Slot Antenna Array Using Higher Order Mode Feeding Network" Proceeding of Asia-Pacific Microwave Conference 2014, PP.348-350
【非特許文献２】Chung-Tse Michael Wu and Tatsuo Itoh "An X-band Dual-mode Antenna using Substrate Integrated Waveguide Cavity for Simultaneous Satellite and Terrestrial Links" Proceeding of Asia-Pacific Microwave Conference 2014, PP.726-728
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、従来の共振器アンテナには、使用可能な帯域の幅が狭いという問題があった。
【００１０】
以下、反射損失が−１０ｄＢより小さい帯域を使用可能な帯域としたときに、特許文献１〜２に記載の共振器アンテナにおいては、使用可能な帯域の比帯域幅（使用可能な帯域の幅の中心周波数に対する、その帯域の幅のパーセンテージ）が１０％に満たないことを説明する。
【００１１】
非特許文献１のアンテナの場合、上記比帯域幅は、反射損失特性を測定したグラフから約８．５％と求めることができ、非特許文献１のアブストラクトにもその値が記載されている。非特許文献１のアンテナでは、方形の空間を形成する導体壁の上面に相当する広壁にＨ型のスロットを形成している。そして、そのスロットの上に誘電体層とマイクロストリップ線路とを重ね、マイクロストリップ線路に給電し、当該スロットを介して方形の空間内の電磁界を励振させている。スロットを介して方形の空間内の電磁界を励振させるためには、スロット長をλ／２という大きなサイズで設けることになる。このため、導体壁で囲まれた空間は、電磁波を定在させるのに適した閉空間ではなくなっていることが、上述のように、使用可能な帯域を狭くしている一因になっていると考えられる。
【００１２】
非特許文献２のアンテナでは、その反射損失特性を測定したグラフから、使用可能な帯域が非特許文献１よりさらに狭いことが明らかである。上下に向かい合う導電体の広壁の間に、複数の金属ビアを方形に配列することによって、導体壁で囲まれた空間を形成している。しかし、リング状のスロットを形成した上側の広壁の給電部には上記金属ビアを設けることができないので、非特許文献１のアンテナと同様に、導体壁で囲まれた空間は、電磁波を定在させるのに適した閉空間ではなくなっている。このことが、使用可能な帯域をさらに狭くしている一因になっていると考えられる。
【００１３】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、使用可能な帯域が広い共振器型アンテナ装置を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明に係る共振器アンテナ装置は、励振用開口が形成された第１広壁、前記第１広壁に対向する第２広壁、及び、前記第１広壁と前記第２広壁とに挟まれた空間を全方向から取り囲む狭壁を有し、前記空間内で発生する電磁波を放射する放射用開口が、前記第１広壁又は前記第２広壁に形成された共振器部と、前記第２広壁から前記第１広壁に垂直に向かう方向に沿って、第１広壁、前記励振用開口を覆う誘電体層及び給電線路がこの順に積層され、前記給電線路に接続された、前記誘電体層を貫通する励振用電極であって、前記第１広壁に接触することなく、前記励振用開口を介して前記空間内に進入した励振用電極を有し、前記空間内の電磁界を励振することによって前記空間内に特定モードの電磁波を発生させる励振部と、を備えている、ことを特徴とする。
【００１５】
上記の構成によれば、共振器部内の空間は、第１広壁に形成された励振用開口を除くと、第１広壁と第２広壁と狭壁とで囲まれた閉空間になっている。この閉空間に、励振用電極が励振用開口を介して挿入されている。したがって、この閉空間内で、励振部が発生させた電磁波を定在させるのに適した閉空間を形成できるように、共振器アンテナ装置は構成されている。
【００１６】
この結果、共振器アンテナ装置の使用可能な帯域を従来よりも広げやすくなるという効果が得られる。
【００１７】
本発明に係る上記共振器アンテナ装置において、前記第１広壁に形成された前記放射用開口の数は１つであり、前記特定モードは、ＴＥ１０１モードであってよい。
【００１８】
上記の構成によれば、特定モードがＴＥ１０１モードであることから、１つの放射用開口から効率良く電磁波を放射することができる。また、上記の構成によれば、放射用開口が１つであることから、共振器内に定在する電磁波の周波数が変化しても、放射波の主ビーム方向を一定の方向に保つことができる。
【００１９】
本発明に係る上記共振器アンテナ装置において、前記狭壁は、第１壁面、前記第１壁面に直交する第２壁面、前記第１壁面に対向すると共に前記第２壁面に直交する第３壁面、及び、前記第２壁面に対向すると共に前記第１壁面及び前記第３壁面に直交する第４壁面を有しており、前記空間を前記第１壁面に平行な平面で二等分し、前記第１壁面を含む第１半空間と、前記第３壁面を含む第２半空間とに分けたとき、前記放射用開口は、前記第１壁面に垂直な短辺と前記第２壁面に垂直な長辺とを有する長方形の開口であり、前記第１半空間内に位置しており、前記励振用電極は、前記第２半空間内に位置している、または前記平面と重なる位置に有る、ことが好ましい。
【００２０】
上記の構成によれば、励振用電極の周りに発生した磁界が、放射用開口の長手方向に平行な成分を持つことになる。これにより、放射用開口を介した電磁波の放射を効率良く行わせることができる。
【００２１】
本発明に係る上記共振器アンテナ装置において、前記第１広壁および前記第２広壁は、前記狭壁を側壁として形作られる直方体の前記側壁を挟む頂壁および底壁として設けられ、
前記空間を内側とする前記狭壁の外側であって、前記第１壁面から第４壁面のうちの隣り合う３つの壁面に対応した外側は、前記空間を埋める誘電体と同じ材料の誘電体によって囲まれていてもよい。
【００２２】
上記の構成によれば、前記狭壁の外側に誘電体を設けない形態と比較して、より広い帯域を確保することができる。
【００２３】
本発明に係る上記共振器アンテナ装置において、前記第１壁面から第４壁面と前記第１広壁とが交差してできる４本の交差線の長さは、互いに等しくてもよい。
【００２４】
上記の構成によれば、前記狭壁を側壁として形作られる直方体の前記側壁を挟む頂壁および底壁の形状は正方形となる。この場合、頂壁および底壁の形状が長方形（正方形を含まない狭義の長方形）になる形態と比較して、比帯域幅には狭くなる傾向が現れるが、反射損失を小さくすることができる。
【００２５】
本発明に係る上記共振器アンテナ装置において、前記第１壁面及び第３壁面と前記第１広壁とが交差してできる２本の交差線の長さは、前記第２壁面及び第４壁面と前記第１広壁とが交差してできる２本の交差線の長さと異なっていてもよい。
【００２６】
上記の構成によれば、前記狭壁を側壁として形作られる直方体の前記側壁を挟む頂壁および底壁の形状は長方形（正方形を含まない狭義の長方形）となる。この場合、頂壁および底壁の形状が正方形になる形態と比較して、反射損失には大きくなる傾向が現れるが、比帯域幅を広げることができる。
【００２７】
本発明に係る上記共振器アンテナ装置において、前記放射用開口は、前記第２広壁に形成されていてもよい。
【００２８】
上記の構成によれば、給電線路が設けられていない第２広壁に放射用開口を形成しているので、放射用開口から放射された電磁波が給電線路に接続される素子及び回路等の構造によって反射されたり、帯域が変化したりする等の影響を受けずに済む。また、上記電磁波が、上記素子及び回路等に影響を与えることもない。
【００２９】
本発明に係る上記共振器アンテナ装置において、前記第１広壁側に配置され、前記給電線路に接続された集積回路を更に備えていてもよい。
【００３０】
上記の構成によれば、既に説明したように、放射用開口から放射された電磁波が集積回路に影響を与えない。
【００３１】
本発明に係る上記共振器アンテナ装置において、前記給電線路には、オープンスタブが付加されていてもよい。
【００３２】
上記の構成によれば、給電線路にオープンスタブを設けることによって、共振器アンテナ装置の入力インピーダンスを所望の値に調整することができる。
【００３３】
本発明に係る上記共振器アンテナ装置において、前記共振器部は、誘電体基板を更に有し、前記第１広壁は、前記誘電体基板の一方の主面に形成された導体層であり、前記第２広壁は、前記誘電体基板の他方の主面に形成された導体層であり、前記狭壁は、前記誘電体基板を貫通する複数の導電性ビアからなるポスト壁であり、前記励振用電極は、前記誘電体層を貫通すると共に、前記誘電体基板内に進入したブラインドビアであることが好ましい。
【００３４】
上記の構成によれば、ポスト壁導波路を製造するのと同等のプロセスで、共振器アンテナ装置を簡単に製造することができる。また、狭壁を導体璧により構成する場合と比べて、共振器アンテナ装置を軽量に実現することができる。
【００３５】
本発明に係る上記共振器アンテナ装置において、前記放射用開口の少なくとも一部に、誘電体が充填されていてもよい。
【００３６】
上記の構成によれば、放射用開口に誘電体を充填していない共振器アンテナ装置に比べて、放射用開口のサイズを変えることなく、使用可能な周波数帯域の中心周波数を低くすることができる。
【００３７】
本発明に係る共振器アンテナ装置は、前記共振器アンテナ装置と同一構成を備えた第１の共振器アンテナ装置及び第２の共振器アンテナ装置を鏡映対称に配置した２素子型の共振器アンテナ装置であって、前記第１の共振器アンテナ装置及び第２の共振器アンテナ装置がそれぞれ備えている前記放射用開口の数は１つであり、前記放射用開口は、前記鏡映対称の鏡映面に垂直な方向に沿って細長い形状を有し、前記第１の共振器アンテナ装置及び第２の共振器アンテナ装置は、前記狭壁として、第１の狭壁及び第２の狭壁をそれぞれ備え、前記鏡映面を挟んで対向する前記第１の狭壁と前記第２の狭壁との間隔は、前記第１の狭壁及び第２の狭壁の各厚みを含めて、前記第１の共振器アンテナ装置または第２の共振器アンテナ装置が発生する電磁波の自由空間における１波長未満に設定されている、ことを特徴とする。
【００３８】
上記の構成によれば、２つの共振器アンテナ装置は互いに同一の構成を備え、かつ鏡映対称に配置されているので、それぞれの放射用開口から、同一の位相を持ち、互いに鏡映対称をなす方向へ、電磁波が放射される。この場合、それぞれの放射用開口からの電磁波の放射方向が、鏡映面に垂直な方向に沿った成分を持っていたとしても、当該合成成分は上記放射用開口の開口面に垂直な法線方向となる。この結果、上記放射用開口の開口面に垂直な法線方向に強い指向性を有する電磁波を放射することができる。
【００３９】
また、前記鏡映面を挟んで対向する前記第１の狭壁と前記第２の狭壁との間隔は、各狭壁の厚みを含めて、前記電磁波の自由空間における１波長未満に設定されているので、２つの共振器アンテナ装置で発生した電磁波は、上記法線方向以外の成分を適切に相殺し合う。したがって、２つの共振器アンテナ装置で発生した電磁波の単指向性が崩れてしまう不具合が適切に回避される。
【００４０】
本発明に係る共振器アンテナ装置において、前記第１の共振器アンテナ装置及び第２の共振器アンテナ装置は、前記給電線路として、第１の給電線路及び第２の給電線路をそれぞれ備えていると共に、前記励振用電極として、第１の励振用電極及び第２の励振用電極とをそれぞれ備え、前記第１の給電線路及び第２の給電線路に対する給電点は、前記鏡映面に位置し、前記第１の給電線路及び第２の給電線路は、前記鏡映面に垂直な方向に沿って鏡映対称に延伸していることが好ましい。
【００４１】
上記の構成において、前述したように、２つの共振器アンテナ装置で発生した電磁波が、上記法線方向以外の成分を適切に相殺し合うためには、２つの放射用開口が、鏡映対称の鏡映面に垂直な方向に沿って細長い形状を有していることが重要になる。上記の構成によれば、第１の給電線路及び第２の給電線路を、前記鏡映面に垂直な方向に沿って鏡映対称に延伸させるので、細長い放射用開口と平行に給電線路をレイアウトすることができる。さらに、給電点を鏡映面に配置するので、１つの給電点から第１の給電線路及び第２の給電線路に同時に給電することができる。
【００４２】
本発明に係る共振器アンテナ装置において、前記給電点と前記第１の励振用電極との間に第１のオープンスタブが設けられていると共に、前記給電点と前記第２の励振用電極との間に第２のオープンスタブが、前記第１のオープンスタブに対して鏡映対称に設けられていてもよい。
【００４３】
上記の構成において、共振器アンテナ装置の入力インピーダンスをＺとしたい場合に、前記給電点に対する２つの共振器アンテナ装置の各入力インピーダンスを２Ｚに設定すればよい。上記の構成によれば、第１のオープンスタブ及び第２のオープンスタブを設けることによって、２つの共振器アンテナ装置を鏡映対称に配置した２素子型の共振器アンテナ装置の入力インピーダンスを容易に設定することができる。
【発明の効果】
【００４４】
本発明によれば、使用可能な帯域が広い共振器型アンテナ装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】（ａ）は、本発明の第１の実施形態に係る共振器アンテナ装置の構成を示す分解斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）に示すＡ−Ａ’線に沿う矢視断面図である。
【図２】（ａ）は、本発明の第２の実施形態に係る共振器アンテナ装置の構成を示す分解斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）に示すＢ−Ｂ’線に沿う矢視断面図である。
【図３】図２に示す共振器アンテナ装置を備えたアンテナモジュールの構成を示す断面図である。
【図４】（ａ）は、本発明の第３の実施形態に係る共振器アンテナ装置の構成を示す分解斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）に示すＣ−Ｃ’線に沿う矢視断面図である。
【図５】（ａ）は、前記第１の実施形態に属する第１の実施例に係る共振器アンテナ装置の平面図であり、（ｂ）は、（ａ）に示すＡ−Ａ’線に沿う矢視断面図である。
【図６】（ａ）は、前記第２の実施形態に属する第２の実施例に係る共振器アンテナ装置の平面図であり、（ｂ）は、（ａ）に示すＢ−Ｂ’線に沿う矢視断面図である。
【図７】第１の実施例及び第２の実施例に係る共振器アンテナ装置の反射損失特性を示すグラフである。
【図８】（ａ）は、第３の実施例に係る共振器アンテナ装置の平面図であり、（ｂ）は、（ａ）に示すＤ−Ｄ’線に沿う矢視断面図である。
【図９】共振器長及び共振器幅を変化させたことに伴って、図８に示す共振器アンテナ装置の反射損失特性の変化を示すグラフである。
【図１０】本発明の第４の実施形態に係る２素子型の共振器アンテナ装置の外観を模式的に示す斜視図である。
【図１１】図１０に示すＥ−Ｅ’線に沿う矢視断面図である。
【図１２】第４の実施形態の変形例に係る共振器アンテナ装置の外観を模式的に示す斜視図である。
【図１３】第４の実施形態に属する第４の実施例に係る共振器アンテナ装置の平面図である。
【図１４】図１３に示す共振器アンテナ装置のＹＺ面における放射パターンの周波数依存性を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００４６】
≪第１の実施形態≫
〔アンテナ装置の構成〕
本発明の第１の実施形態に係る共振器アンテナ装置１の構成について、図１を参照して説明する。図１の（ａ）は、本実施形態に係る共振器アンテナ装置１の構成を示す分解斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）に示すＡ−Ａ’線に沿う矢視断面図である。
【００４７】
以下の説明において、三次元直交軸としてのＸＹＺ軸を次のように定義する。Ｘ軸は、図１の（ａ）に示すように、共振器アンテナ装置１の共振器幅Ｗに平行な軸とする。Ｚ軸は、図１の（ｂ）に示すように、共振器アンテナ装置１の共振器長Ｌに平行な軸とする。Ｙ軸は、Ｘ軸およびＺ軸に対して垂直な軸であり、図１の（ｂ）に示すように、共振器アンテナ装置１の高さＨに平行な軸とする。また、ＸＹＺ軸の正方向を次のように定義する。Ｘ軸の正方向は、前記共振器幅Ｗが増加する方向とする。Ｙ軸の正方向は、前記高さＨが増加する方向とする。Ｚ軸の正方向は、前記共振器長Ｌが増加する方向とする。
【００４８】
図１に示すように、共振器アンテナ装置１は、大きく分けて、共振器部１０と、励振部２０とを備えている。
【００４９】
（共振器部の構成）
共振器部１０は、複数の導体層によって構成されており、その複数の導体層として、Ｘ−Ｚ面に平行をなす第１広壁１１、第１広壁１１に対向する第２広壁１２、及び第１広壁１１と第２広壁１２とに挟まれた空間を四方から取り囲む狭壁１３を備えている。第１広壁１１、第２広壁１２及び狭壁１３によって、その内部に直方体の空間が形成されており、狭壁１３は、その直方体におけるＹ軸に平行な４つの側壁に相当する。なお、一態様として、第１広壁１１及び第２広壁１２の形状は、互いに同サイズの長方形であり、その長方形の短辺の長さは、前記共振器幅Ｗに略等しい。
【００５０】
狭壁１３の４つの内面を、第１壁面１３１、第２壁面１３２、第３壁面１３３及び第４壁面１３４と呼ぶ。第２壁面１３２は第１壁面１３１に直交している。第３壁面１３３は、第１壁面１３１に対向すると共に第２壁面１３２に直交している。第４壁面１３４は、第２壁面１３２に対向すると共に第１壁面１３１及び第３壁面１３３に直交している。
【００５１】
なお、第１壁面１３１と第３壁面１３３との間隔が、前記共振器長Ｌに等しく、第２壁面１３２と第４壁面１３４との間隔が、前記共振器幅Ｗに等しい。
【００５２】
第１広壁１１には、丸穴形状をした励振用開口１４が形成されており、後述する励振用電極としてのブラインドビア２３がＹ軸に沿って励振用開口１４から上記直方体の空間内に挿入される。また、第１広壁１１には、上記直方体の空間内で発生した電磁波を放射する開口（放射用開口）として、細長い開口であるスロット１５が形成されている。
【００５３】
なお、共振器部１０の内部は、空気で満たされていてもよいし、空気以外の誘電体で満たされていてもよい。
【００５４】
（励振部の構成）
励振部２０は、誘電体層２１、マイクロストリップ線路２２（給電線路）及び前記ブラインドビア２３によって構成されている。誘電体層２１及びマイクロストリップ線路２２は、第２広壁１２から第１広壁１１に垂直に向かう方向、すなわちＹ軸の正方向に沿って、第１広壁１１の上に順次積層されている。第１広壁１１に対する誘電体層２１の積層の仕方を説明するために、第１広壁１１の２つの短辺を次のように定義する。２つの短辺のうちＺ軸の負方向側に位置する短辺を第１短辺１１ａとし、Ｚ軸の正方向側に位置する他の短辺を第２短辺１１ｂとする。そうすると、誘電体層２１は第１広壁１１の第１短辺１１ａから、励振用開口１４とスロット１５との間の位置まで、第１広壁１１と同じ幅で形成されている。したがって、励振用開口１４は、誘電体層２１によって覆われている。
【００５５】
次に、前記ブラインドビア２３に高周波電流を給電する構成について説明する。前記マイクロストリップ線路２２は、一態様として、誘電体層２１上でＺ軸の正方向に延びている。マイクロストリップ線路２２のＺ軸に沿って対峙する両端部のうち、Ｚ軸の負方向側に位置する一端部は、パッド状の信号電極２２ａとして形成されている。また、Ｚ軸の正方向側に位置する他端部には、ブラインドビア２３が接続されている。
【００５６】
信号電極２２ａに対してＸ軸に沿った両側には、信号電極２２ａからやや離れて、パッド状の接地電極２４，２５が誘電体層２１上に形成されている。接地電極２４，２５は、導電性のビアを介して第１広壁１１と電気的に接続されている。一方、ブラインドビア２３は例えば円筒形状をしており、その円筒形状の中心軸はＹ軸の負方向に平行になっている。ブラインドビア２３の長さは、ブラインドビア２３が前記励振用開口１４から上記直方体の空間内に挿入された状態で、その空間の途中まで延び第２広壁１２には届かない長さに設定されている。
【００５７】
なお、ブラインドビア２３と励振用開口１４とは接触しないように、言い換えると、ブラインドビア２３と第１広壁１１とが短絡しないように、ブラインドビア２３と励振用開口１４との間にリング状の空隙がアンチパッドとして設けられている。また、マイクロストリップ線路２２の中央付近には、インピーダンス整合回路として機能するオープンスタブ２２ｂが、Ｚ軸方向に延びるマイクロストリップ線路２２からＸ軸の正負両方向に突き出すように設けられている。
【００５８】
（励振用電極と放射用開口との位置関係）
励振用電極と放射用開口との位置関係は以下のとおりである。まず、図１の（ａ）に示すように、前記空間を第１壁面１３１に平行な平面Ｐで二等分し、第１壁面１３１を含む第１半空間Ｓ１と、第３壁面１３３を含む第２半空間Ｓ２とに分ける。そうすると、放射用開口としてのスロット１５は、第１壁面１３１に垂直な短辺と第２壁面１３２に垂直な長辺とを有する長方形の開口であって、第１半空間Ｓ１内に位置するように設けられている。一方、励振用電極としてのブラインドビア２３は、第２半空間Ｓ２内に位置するように、あるいはブラインドビア２３の一部が平面Ｐと重なるように、配されている。スロット１５とブラインドビア２３との位置関係をこのように設定することによって、スロット１５から電磁波を効率的に放射させることができる。
【００５９】
（励振動作）
上記のように構成された信号電極２２ａと接地電極２４，２５とを介して、高周波電流がマイクロストリップ線路２２及びブラインドビア２３に供給される。その結果、ブラインドビア２３の周りに磁界が発生する。その磁界は主にＸＺ面に平行な面内で、ブラインドビア２３を中心とする時計回りおよび反時計回りの向きを持つように、かつその向きが高周波数で切り換わるように発生する。こうして、共振器部１０内の電磁界が励振部２０によって励振され、共振器部１０内の空間において電磁波が発生する。
【００６０】
なお、共振器部１０内に定在するＴＥｍｎｐモード（特定モード）の電磁波の波長λｍｎｐは、以下の式により与えられる。
【００６１】
λｍｎｐ＝｛（ｍ／２Ｗ）２＋（ｎ／２Ｈ）２＋（ｐ／２Ｌ）２｝−１／２
上記の波長λｍｎｐに対応する周波数を有する高周波電流を入力することによって、共振器部１０内にＴＥｍｎｐモードの電磁波を定在させることができる。本実施形態では、波長λ１０１＝｛（１／２Ｗ）２＋（１／２Ｌ）２｝−１／２に対応する周波数を有する高周波電流を入力することによって、共振器部１０内にＴＥ１０１モードの電磁波を定在させる。
【００６２】
（電磁波の放射）
上記空間に定在する電磁波は、スロット１５から共振器アンテナ装置１の外部へ放射される。スロット１５から放射される電磁波の強度を高めるためには、ＸＺ面内でブラインドビア２３の周りに発生した磁界の向きと、スロット１５の長手方向とを一致させるとよい。上記磁界の向きは、上述したように、ブラインドビア２３を中心とする時計回りおよび反時計回りの向きとなるがゆえに、上記磁界は、Ｘ軸方向またはＺ軸方向に平行な成分を強く持つことになる。したがって、スロット１５を、図１の（ａ）に示すように、Ｘ軸方向を長手方向とするように形成してもよいし、図示はしていないが、Ｚ軸方向を長手方向とするように形成してもよい。
【００６３】
（効果）
共振器アンテナ装置１の上記構成によれば、共振器部１０内の空間は、第１広壁１１に形成された励振用開口１４を除くと、第１広壁１１と第２広壁１２と狭壁１３とで囲まれた閉空間になっている。この閉空間に、励振用電極としてのブラインドビア２３が励振用開口１４を介して挿入されている。したがって、この閉空間内で、ブラインドビア２３の周りに発生した電磁波を定在させるのに適した閉空間を形成することができる。この結果、共振器アンテナ装置１の使用可能な帯域を従来よりも広げやすくなるという効果が得られる。この効果については、後述する実施例において、反射損失特性のグラフに基づいて具体的に説明する。
【００６４】
また、共振器アンテナ装置１の上記構成によれば、共振器部１０内の空間に、ＴＥ１０１モードを定在させる。このため、１つのスロット１５から効率良く電磁波を放射することができる。そして、スロット１５が１つであることから、共振器部１０内に定在する電磁波の周波数が変化しても、放射波の主ビーム方向を一定の方向に保つことができる。
【００６５】
≪第２の実施形態≫
〔アンテナ装置の構成〕
本発明の第２の実施形態に係る共振器アンテナ装置１Ａの構成について、図２及び図３を参照して説明する。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
【００６６】
図２の（ａ）は、共振器アンテナ装置１Ａの構成を示す分解斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）に示すＢ−Ｂ’線に沿う矢視断面図である。図３は、共振器アンテナ装置１Ａを備えたアンテナモジュール３の構成を示す断面図である。
【００６７】
前記共振器アンテナ装置１と共振器アンテナ装置１Ａとの相違点は、図２に示すように、放射用開口としてのスロット１５Ａが、第１広壁１１ではなく第２広壁１２に設けられている点である。なお、前記第１半空間Ｓ１及び第２半空間Ｓ２を用いて説明したスロット１５とブラインドビア２３との位置関係は、スロット１５Ａとブラインドビア２３との位置関係にもそのままあてはまる。また、第１広壁１１におけるスロット１５の設け方（ＸＺ面内でブラインドビア２３の周りに発生した磁界の向きと、スロット１５の長手方向とを一致させる）は、第２広壁１２におけるスロット１５Ａの設け方にもそのままあてはまる。
【００６８】
〔アンテナモジュール〕
共振器アンテナ装置１Ａは、図３に示すように、アンテナモジュール３に組み込んだ際に、前記共振器アンテナ装置１では得られない特有の効果を生む。この点について説明する。
【００６９】
まず、アンテナモジュール３の構成は以下のとおりである。アンテナモジュール３は、一構成例として、プリント基板３１、ＲＦＩＣ（高周波集積回路）３２、半田バンプ３３、モジュール実装用電極パッド３４及び半田バンプ３５を備えている。ＲＦＩＣ３２は、半田バンプ３３を介してマイクロストリップ線路２２に接続され、マイクロストリップ線路２２に前記高周波電流を供給する。また、半田バンプ３５が、共振器アンテナ装置１Ａの第１広壁１１とプリント基板３１のモジュール実装用電極パッド３４とを電気的に接続することによって、共振器アンテナ装置１Ａはプリント基板３１に実装される。
【００７０】
アンテナモジュール３の上記の構成によれば、マイクロストリップ線路２２が設けられていない第２広壁１２にスロット１５Ａを設けているので、共振器部１０で発生した電磁波は、スロット１５ＡからＲＦＩＣ３２及びプリント基板３１が存在していない方向に放射される。このため、上記電磁波がＲＦＩＣ３２及びプリント基板３１の構造によって反射されたり、そのことに起因してアンテナの動作帯域や入力インピーダンスが変化する等の影響を受けずに済む。また、上記電磁波が、ＲＦＩＣ３２及びプリント基板３１の動作に影響を与えることもない。
【００７１】
このように、スロット１５をマイクロストリップ線路２２を備えた第１広壁１１に設けるより、スロット１５Ａを第２広壁１２に設けた方が、アンテナモジュール３の設計の自由度を広げることができる。
【００７２】
≪第３の実施形態≫
本発明の第３の実施形態に係る共振器アンテナ装置１Ｂの構成について、図４を参照して説明する。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
【００７３】
図４の（ａ）は、共振器アンテナ装置１Ｂの構成を示す分解斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）に示すＣ−Ｃ’線に沿う矢視断面図である。なお、Ｃ−Ｃ’線は、前記Ａ−Ａ’線及びＢ−Ｂ’線と同様に、共振器アンテナ装置１Ｂの中心を通ってＺ軸に平行である。
【００７４】
〔アンテナ装置の構成の相違点〕
前記共振器アンテナ装置１、１Ａと共振器アンテナ装置１Ｂとの主要な相違点は、次の２点である。
【００７５】
（相違点１）
第１広壁１１と第２広壁１２とに挟まれた空間を四方から取り囲む狭壁１３Ｂが、前記狭壁１３のように連続した導体壁ではなく、Ｙ方向に細長い円筒形状または円柱状の導体柱の配列によって形成されている。この導体柱のことをポストと呼び、図４では、ポスト１３ｂとして図示している。また、狭壁１３Ｂのことを以下ではポスト壁１３Ｂと言い換えることにする。
【００７６】
より具体的には、図４に示すように、ＸＺ面に平行な平面内に長方形を考えた場合、複数のポスト１３ｂの各中心軸がＹ軸と平行をなし、上記長方形の短辺及び長辺に沿って、複数のポスト１３ｂが等間隔に配列されている。隣り合う２つのポスト１３ｂの間隔は、ポスト壁１３Ｂ内で発生した周波数帯域に含まれる電磁波がポスト壁１３Ｂの外側に漏れ出すことを防げる間隔であり、ポスト間隔＜ポスト直径の２倍を満たすように設定される。
【００７７】
（相違点２）
共振器アンテナ装置１、１Ａでは、共振器部１０内の空間は、空気または固体の誘電体で満たされていれば良いが、共振器アンテナ装置１Ｂでは、ポスト壁１３Ｂを形成するために、上記空間を誘電体で満たしている。
【００７８】
〔アンテナ装置の構成〕
共振器アンテナ装置１Ｂの構成についてさらに説明する。共振器アンテナ装置１Ｂは、共振器部１０Ｂと励振部２０Ｂとを備えている。
【００７９】
（共振器部の構成）
共振器部１０Ｂと共振器部１０との相違点は、ポスト壁１３Ｂが形成された誘電体層１６を共振器部１０Ｂが新たに備えている点である。図４では、直方体形状をした誘電体層１６のＺＸ軸にそれぞれ平行な縦横の長さが、長方形状の第１広壁１１及び第２広壁１２の長辺及び短辺より長く設定されている。しかし、誘電体層１６のサイズは、この形態に限定されない。例えば、誘電体層１６の上記縦横の長さが、第１広壁１１及び第２広壁１２の長辺及び短辺の長さと一致していてもよい。
【００８０】
ただし、図４に示す前者のサイズを採用すると、後者のサイズを採用するよりも、広い帯域を確保できるというメリットが生まれる。
【００８１】
ポスト１３ｂは、上記したように、円柱状の導体でもよいが、作製の容易さの観点では、図４の（ｂ）に示すように中空の円筒状の導体とすることが好ましい。ポスト１３ｂを円筒状の導体とする場合には、例えば、誘電体層１６に、複数のポスト１３ｂを形成する各位置に、誘電体層１６をＹ軸方向に貫通する複数の貫通孔を形成する。そして、その貫通孔の内壁面にメッキまたは蒸着等による導体膜を形成することにより、複数のポスト１３ｂ、つまりポスト壁１３Ｂを作製することができる。
【００８２】
なお、図４の（ｂ）に示すように、ポスト１３ｂの上端部は第１広壁１１と電気的に接続され、ポスト１３ｂの下端部は第２広壁１２と電気的に接続されている。
【００８３】
（励振部の構成）
励振部２０Ｂは、円柱状の前記ブラインドビア２３を円筒状のブラインドビア２３Ｂに代えた点において、前記励振部２０と異なっている。ブラインドビア２３Ｂも、ポスト１３ｂと同様に、図４の（ｂ）に示すように中空の円筒状の導体とすることが作製の容易さの観点で好ましい。
【００８４】
ブラインドビア２３Ｂを形成するには、誘電体層１６上に第１広壁１１を積層した後、ブラインドビア２３Ｂが通るリング状導体１４ａを形成するための円板状導体を残すように、かつ円板状導体の周囲にアンチパッドとなるリング状の空隙を形成することによって励振用開口１４を形成するように、第１広壁１１をエッチングする。マイクロストリップ線路２２、誘電体層２１、上記円板状導体を貫通し、誘電体層１６の高さの途中位置まで届く貫通孔をエッチングによって形成し、その貫通孔の内壁面にメッキまたは蒸着等による導体膜を形成することにより、ブラインドビア２３Ｂを作製することができる。
【００８５】
そのほかの構成及び動作については前記２つの実施形態において説明したとおりである。
【００８６】
（スロットに対する誘電体の充填）
第１〜第３の実施形態で説明したスロット１５またはスロット１５Ａの開口部分の少なくとも一部、すなわち該開口部分の一部または全部に、誘電体を充填してもよい。これにより、該開口部分に誘電体を充填していない共振器アンテナ装置に比べて、長方形状のスロットの長辺の長さ（スロット長）を変えることなく、使用可能な周波数帯域の中心周波数を低くすることができる。
【００８７】
＜第１の実施例＞
前記第１の実施形態に属する第１の実施例に係る共振器アンテナ装置１ａの構成について、図５及び図７を参照して説明する。図５の（ａ）は、共振器アンテナ装置１ａの平面図であり、（ｂ）は、（ａ）に示すＡ−Ａ’線に沿う矢視断面図である。図７は、共振器アンテナ装置１ａ及び後述する共振器アンテナ装置１ｂの反射損失特性を示すグラフである。
【００８８】
本実施例では、共振器アンテナ装置１ａの反射損失特性を具体的に求めるために、共振器アンテナ装置１ａの各部の設計値を具体的に特定している。
【００８９】
（共振器部の設計値）
まず、共振器アンテナ装置１ａの共振器長Ｌを１８７５μｍ、共振器幅Ｗを１９００μｍ、高さＨを５２０μｍに設定した。共振器部１０で発生した電磁波が共振する直方体形状をした上記空間のサイズが、これら３つの値により定まる。特に、ＴＥ１０１モードの共振を発生させた場合、共振波長λは約２６６９μｍとなり、共振周波数はｆは約５７．５ＧＨｚとなる。なお、誘電体層１６の形成材料をシリカガラス（比誘電率εをε＝３．８２３）とした。
【００９０】
スロット１５のサイズ及び形成位置は次のように設定した。共振器幅Ｗ（Ｘ軸）に平行な辺は、スロット１５を平面視した形状である長方形の長辺であり、共振器長Ｌ（Ｚ軸）に平行な辺は、当該長方形の短辺であり、これら長辺及び短辺の長さをそれぞれ１７７５μｍ及び２００μｍに設定した。また、その長辺の中央を、共振器幅Ｗの中央に一致させた。さらに、対向する２つの短辺の各中心を通る中心線Ｍ１と、第１広壁１１の前記第２短辺１１ｂとの間隔を、６７５μｍに設定した。
【００９１】
（励振部の設計値）
次に、マイクロストリップ線路２２を共振器幅Ｗの中央（第１広壁１１の長辺から９５０μｍの位置）においてＺ軸に平行に配置した。マイクロストリップ線路２２の幅（Ｘ軸に平行）を３５μｍに設定するとともに、オープンスタブ２２ｂの長さ（マイクロストリップ線路２２からの突出長さ）を２５０μｍに設定した。マイクロストリップ線路２２の厚み（Ｙ軸に平行）を１０μｍに設定した。誘電体層２１の厚み（Ｙ軸に平行）を１６μｍに設定し、誘電体層２１の比誘電率εをε＝３．４に設定した。
【００９２】
一方、円柱形状をしたブラインドビア２３の直径を１００μｍ、ブラインドビア２３に電気的に接続され、誘電体層２１上に形成した円形状のランドの直径を２００μｍに設定した。また、ブラインドビア２３の中心とオープンスタブ２２ｂとの間隔を３８０μｍ、ブラインドビア２３の中心と狭壁１３の前記第３壁面１３３との間隔を５３５μｍに設定した。なお、励振用開口１４の直径を、ブラインドビア２３の直径の４倍にあたる４００μｍに設定した。
【００９３】
（反射損失特性）
以上のように設計した共振器アンテナ装置１ａの反射損失特性を図７のグラフ（実施例１）にて示す。背景技術について説明したように、使用可能な帯域として、例えば反射損失が−１０ｄＢより小さい帯域が好ましいとされている。そこで、グラフ（実施例１）から−１０ｄＢより小さい帯域を読み取ると、約５９ＧＨｚ〜６５．３ＧＨｚが使用可能な帯域となっていることがわかる。また、比帯域幅（使用可能な帯域の幅の中心周波数に対する、その帯域の幅のパーセンテージ）は、約１０％と求まるので、前述した非特許文献１の比帯域幅（約８．５％）を約１．２倍に広げることができている。この結果から、本発明に係る共振器アンテナ装置１ａの従来技術に対する優位性が明らかである。
【００９４】
＜第２の実施例＞
本発明の第２の実施例に係る共振器アンテナ装置１ｂの構成について、図６及び図７を参照して説明する。図６の（ａ）は、共振器アンテナ装置１ｂの平面図であり、（ｂ）は、（ａ）に示すＢ−Ｂ’線に沿う矢視断面図である。
【００９５】
（共振器部及び励振部の設計値）
共振器アンテナ装置１ｂは、スロット１５Ａが第２広壁１２に形成されている点のみにおいて、共振器アンテナ装置１ａと異なっているに過ぎないので、各部の設計値は共振器アンテナ装置１ａについて説明したとおりである。
【００９６】
（反射損失特性）
以上のように設計した共振器アンテナ装置１ｂの反射損失特性を図７のグラフ（実施例２）にて示す。グラフ（実施例１）について説明したように、グラフ（実施例２）から−１０ｄＢより小さい帯域を読み取ると、約５８．５ＧＨｚ〜６５ＧＨｚが使用可能な帯域となっていることがわかる。また、比帯域幅は約１０．５％と求まるので、前述した非特許文献１の比帯域幅（約８．５％）を約１．２４倍に広げることができている。
【００９７】
この結果から、本発明に係る共振器アンテナ装置１ｂの従来技術に対する優位性が明らかであるとともに、６０ＧＨｚ付近の狭い帯域で使用する形態においては、反射損失が共振器アンテナ装置１ａより小さく有利であるといえる。なお、同じ観点でグラフ（実施例１）を振り返ると、共振器アンテナ装置１ａも、６４．５ＧＨｚ付近の狭い帯域で使用する他の形態においては、反射損失が共振器アンテナ装置１ｂより小さく有利であるといえる。
【００９８】
＜第３の実施例＞
本発明の第３の実施例に係る共振器アンテナ装置１ｃの構成について、図８及び図９を参照して説明する。図８の（ａ）は、共振器アンテナ装置１ｃの平面図であり、（ｂ）は、（ａ）に示すＤ−Ｄ’線に沿う矢視断面図である。図９は、共振器長及び共振器幅を変化させたことに伴う共振器アンテナ装置１ｃの反射損失特性の変化を示すグラフである。
【００９９】
本実施例では、共振器アンテナ装置１ｃの共振器長Ｌ及び共振器幅Ｗの各設計値を変えると、反射損失特性がどのように変化するかを確かめた。共振器長Ｌ及び共振器幅Ｗの設計値を除く各部の設計値は、共振器アンテナ装置１ａについて説明したとおりである。
【０１００】
なお、共振器長Ｌ及び共振器幅Ｗを図１に示す狭壁１３の第１壁面１３１〜第４壁面１３４を用いて言い換えると、次のようになる。すなわち、共振器長Ｌは、第２壁面１３２または第４壁面１３４と第１広壁１１とが交差してできる交差線の長さと言い換えることができる。また、共振器幅Ｗは、第１壁面１３１または第３壁面１３３と第１広壁１１とが交差してできる交差線の長さと言い換えることができる。
【０１０１】
そうすると、以下で説明するグラフＧ１に対応する共振器長Ｌ及び共振器幅Ｗの組み合わせは、第１壁面１３１及び第３壁面１３３と第１広壁１１とが交差してできる２本の交差線の長さが、第２壁面１３２及び第４壁面１３４と第１広壁１１とが交差してできる２本の交差線の長さと異なっている場合に相当する。また、グラフＧ２、Ｇ３に対応する共振器長Ｌ及び共振器幅Ｗの組み合わせは、第１壁面１３１から第４壁面１３４と第１広壁１１とが交差してできる４本の交差線の長さが、互いに等しい場合に相当する。
【０１０２】
（反射損失特性）
（Ｇ１）Ｌ＝１９７５μｍ、Ｗ＝２０００μｍの場合
図９に示すグラフＧ１は、共振器長Ｌ＝１９７５μｍ及び共振器幅Ｗ＝２０００μｍの場合における共振器アンテナ装置１ｃの反射損失特性を示している。グラフＧ１によれば、約５８ＧＨｚ〜６４．３ＧＨｚが使用可能な帯域となっており、比帯域幅は約１０．３％となることがわかる。
【０１０３】
（Ｇ２）Ｌ＝１９７５μｍ、Ｗ＝１９７５μｍの場合
グラフＧ２は、共振器長Ｌ及び共振器幅Ｗを１９７５μｍに揃えた場合における共振器アンテナ装置１ｃの反射損失特性を示している。グラフＧ２によれば、約５８．２ＧＨｚ〜６３．８ＧＨｚが使用可能な帯域となっており、比帯域幅は約９．２％となることがわかる。
【０１０４】
（Ｇ３）Ｌ＝２０００μｍ、Ｗ＝２０００μｍの場合
グラフＧ３は、共振器長Ｌ及び共振器幅Ｗを２０００μｍに揃えた場合における共振器アンテナ装置１ｃの反射損失特性を示している。グラフＧ３によれば、約５８．２ＧＨｚ〜６３ＧＨｚが使用可能な帯域となっており、比帯域幅は約７．９％となることがわかる。
【０１０５】
以上の結果から、共振器長Ｌを共振器幅Ｗより僅かに小さく設定する設定（１）の場合、共振器長Ｌ及び共振器幅Ｗを同一値に揃えた設定（２）の場合と比べて、図８に示す構成を備えた共振器アンテナ装置１ｃの使用可能な帯域を広げられることがわかる。ただし、反射損失は、設定（１）の場合、約５９．２ＧＨｚ〜６２．８ＧＨｚの帯域において設定（２）より増加しているので不利になることがわかる。
【０１０６】
逆に、共振器長Ｌ及び共振器幅Ｗを同一値に揃えた設定（２）の場合、共振器長Ｌを共振器幅Ｗより僅かに小さく設定した設定（１）の場合と比べて、使用可能な帯域はやや狭くなるものの、５９ＧＨｚ〜６０ＧＨｚ付近の共振周波数を中心とする帯域において、反射損失を低減できることがわかる。したがって、用途に応じて、設計値を適宜変更することが好ましい。
【０１０７】
≪第４の実施形態≫
本発明の第４の実施形態に係る共振器アンテナ装置４の構成について、図１０及び図１１を参照して説明する。図１０は、本実施形態に係る２素子型の共振器アンテナ装置の外観を模式的に示す斜視図である。図１１は、図１０に示すＥ−Ｅ’線に沿う矢視断面図である。
【０１０８】
図１０に示すように、共振器アンテナ装置４は、互いに同一の構成を備えた２つの共振器アンテナ装置１Ｄ、１Ｄを、ＸＹ面に平行な鏡映面Ｑ（図１１参照）に対して鏡映対称に配置した構成となっている。共振器アンテナ装置１Ｄは、前記第１広壁１１及び第２広壁１２に相当する第１広壁１１Ｄ及び第２広壁１２Ｄと、前記狭壁１３に相当する狭壁１３Ｄとを備えている。狭壁１３Ｄは、第１広壁１１Ｄと第２広壁１２Ｄとに挟まれた空間を四方（全方向）から取り囲んでいる。より具体的には、狭壁１３Ｄは直方体の４つの側壁を構成しており、第１広壁１１Ｄと第２広壁１２Ｄとは、上記直方体の頂壁および底壁をそれぞれ構成している。
【０１０９】
２つの第１広壁１１Ｄ、１１Ｄには、共振器長Ｌ（図１１参照）に平行な方向、つまりＺ軸に平行な方向に細長い矩形状のスロット１５Ｄ、１５Ｄが設けられている。また、２つの第１広壁１１Ｄ、１１Ｄの上面には、上記鏡映面Ｑに対して鏡映対称に、共振器幅Ｗと同じ幅で、前記誘電体層２１に相当する誘電体層２１Ｄが積層されている。誘電体層２１Ｄは、スロット１５Ｄ、１５Ｄの少なくとも一部を覆っている。なお、誘電体層２１Ｄは、スロット１５Ｄ、１５Ｄの全部を覆っていてもよい。
【０１１０】
誘電体層２１Ｄの上面には、前記マイクロストリップ線路２２に相当するマイクロストリップ線路２２Ｄ、２２Ｄが、共振器アンテナ装置１Ｄ、１Ｄに対応して設けられている。マイクロストリップ線路２２Ｄ、２２Ｄは、Ｚ軸に平行に延伸するとともに、鏡映面Ｑに対して鏡映対称に配設されている。また、マイクロストリップ線路２２Ｄ、２２Ｄに対する１つの給電点Ｒが、鏡映面Ｑとマイクロストリップ線路２２Ｄ、２２Ｄとの交差点に設けられている。前記ブラインドビア２３に相当するブラインドビア２３Ｄ、２３Ｄは、給電点Ｒから遠いマイクロストリップ線路２２Ｄ、２２Ｄの端部側に接続されている。
【０１１１】
さらに、給電点Ｒとブラインドビア２３Ｄ、２３Ｄとの間にオープンスタブ２２ｄが鏡映対称に設けられている。より具体的には、鏡映面Ｑを挟んで対向する２つの狭壁１３Ｄ、１３Ｄ間の空隙領域を覆う誘電体層２１Ｄの上に、マイクロストリップ線路２２Ｄ、２２ＤのそれぞれからＸ軸の正負両方向に延び出すように、オープンスタブ２２ｄ、２２ｄが形成されている。
【０１１２】
ブラインドビア２３Ｄ、２３Ｄの各周囲には、前記励振用開口１４に相当する励振用開口１４Ｄ、１４Ｄが形成され、ブラインドビア２３Ｄと励振用開口１４Ｄとの間にはリング状の空隙がアンチパッドとして設けられている。
【０１１３】
鏡映面Ｑを挟んで対向する２つの狭壁１３Ｄ、１３Ｄの間隔Ｇ（図１１参照）は、２つの狭壁１３Ｄ、１３Ｄの各厚みを含めて、共振器アンテナ装置１Ｄが発生する電磁波の自由空間における１波長未満に設定されている。なお、鏡映面Ｑを挟んで対向する２つの狭壁１３Ｄ、１３Ｄの間の間隔Ｇの空間は、第１広壁１１Ｄ、第２広壁１２Ｄ及び狭壁１３Ｄによって囲まれた閉空間を満たす誘電体を空気とする場合には、同様に空気が存在する。これに対し、当該閉空間をシリカガラスのような誘電体で満たす場合には、間隔Ｇの空間もまた同材料の誘電体で満たされる。この場合、一方の共振器アンテナ装置１Ｄの閉空間と、上記間隔Ｇの空間と、他方の共振器アンテナ装置１Ｄの閉空間とを充填する誘電体を一枚の誘電体基板（例えばシリカガラス基板）で作製することができる。
【０１１４】
なお、給電点Ｒに対し、例えばＸ軸に平行に延伸する配線を接続し、共振器アンテナ装置４の外部に設けた信号電極および接地電極を用いて給電してもよい。また、スロット１５Ｄ、１５Ｄは、第２の実施形態と同様に、第２広壁１２Ｄ、１２Ｄに設けてもよい。また、狭壁１３Ｄを、第３の実施形態と同様に、ポスト壁として形成してもよい。
【０１１５】
（電磁波の放射）
上記の構成によれば、２つの共振器アンテナ装置１Ｄ、１Ｄは互いに同一の構成を備え、かつ鏡映対称に配置されている。このため、それぞれのスロット１５Ｄ、１５Ｄから、同一の位相を持ち、鏡映対称をなす方向へ、電磁波が放射される。この場合、鏡映対称をなす方向が、それぞれのスロット１５Ｄ、１５Ｄが形成された第１広壁１１Ｄ、１１Ｄまたは第２広壁１２Ｄ、１２Ｄに垂直な、言い換えると、スロット１５Ｄ、１５Ｄの開口面に垂直な法線方向以外の成分を持っていたとしても、当該成分は相殺される。この結果、上記法線方向に強い指向性を有する電磁波を放射することができる。なお、共振器アンテナ装置１Ｄ、１Ｄ内で起きる共振は、あくまでも互いに独立したものである。
【０１１６】
また、鏡映面Ｑを挟んで対向する狭壁１３Ｄ、１３Ｄ同士の間隔は、各狭壁１３Ｄの厚みを含めて、前記電磁波の自由空間における１波長未満に設定されているので、２つの共振器アンテナ装置１Ｄ、１Ｄで発生した電磁波は、上記法線方向以外の成分を適切に相殺し合う。したがって、２つの共振器アンテナ装置１Ｄ、１Ｄで発生した電磁波の単指向性が崩れてしまう不具合が適切に回避される。
【０１１７】
＜第４の実施形態の変形例＞
図１２は、共振器アンテナ装置４の変形例としての共振器アンテナ装置４Ａの外観を模式的に示す斜視図である。共振器アンテナ装置４Ａは、共振器アンテナ装置１Ｄ、１Ｄの外側を、誘電体層１６Ｄが取り囲んでいる点において、共振器アンテナ装置４とは異なっている。
【０１１８】
より具体的に共振器アンテナ装置１Ｄについて説明すると、前記狭壁１３Ｄの外側であって、狭壁１３Ｄが形作る前記直方体の空間に面する４つの内壁面（前記第１壁面１３１〜前記第４壁面１３４に相当する）のうち、鏡映面Ｑに最寄りの内壁面を除く隣り合う３つの内壁面に対応した外側は、前記空間を埋める誘電体と同じ材料の誘電体層１６Ｄによって囲まれている。
【０１１９】
上記の構成により、第３の実施形態においても説明したように、共振器アンテナ装置４Ａのアンテナ動作帯域は、共振器アンテナ装置４のアンテナ動作帯域よりも広く確保できるというメリットが生まれる。
【０１２０】
＜第４の実施例＞
前記第４の実施形態に属する第４の実施例に係る共振器アンテナ装置４ａの構成について、図１３及び図１４を参照して説明する。図１３は、共振器アンテナ装置４ａの平面図である。図１４は、共振器アンテナ装置４ａのＹＺ面における放射パターンの周波数依存性を示すグラフである。
【０１２１】
本実施例では、共振器アンテナ装置４ａの上記放射パターンの周波数依存性を具体的に求めるために、共振器アンテナ装置４ａの各部の設計値を具体的に特定している。
【０１２２】
（共振器部の設計値）
まず、図１３に示すように、共振器アンテナ装置４ａを構成する共振器アンテナ装置１Ｄの共振器長Ｌを１８５０μｍ、共振器幅Ｗを１９００μｍに設定した。また、第１広壁１１Ｄ及び第２広壁１２Ｄの厚み（Ｙ軸に平行）と、狭壁１３Ｄの厚み（Ｚ軸に平行）を共に１０μｍに設定した。さらに、狭壁１３Ｄが囲む前記直方体の空間に、誘電体としてのシリカガラス（比誘電率εをε＝３．８２３）を充填した。
【０１２３】
一方、スロット１５Ｄについて、共振器長Ｌに平行（Ｚ軸に平行）な長辺の長さ（スロット長）と共振器幅Ｗに平行（Ｘ軸に平行）な短辺の長さ（スロット幅）とをそれぞれ１７５０μｍ及び２００μｍに設定した。また、スロット１５Ｄが、誘電体層２１Ｄによって覆われている領域の長さ（Ｚ軸に平行）を８４７．５μｍに設定した。
【０１２４】
（励振部の設計値）
次に、マイクロストリップ線路２２Ｄの幅（Ｘ軸に平行）を３５μｍに設定するとともに、オープンスタブ２２ｄの長さ（マイクロストリップ線路２２Ｄからの突出長さ）を１５０μｍに設定した。これにより、前記給電点Ｒに対する共振器アンテナ装置１Ｄ、１Ｄの各々の入力インピーダンスが１００Ωに調整され、給電点Ｒに対する共振器アンテナ装置４ａ全体の入力インピーダンスは５０Ωとなる。またマイクロストリップ線路２２の厚み（Ｙ軸に平行）を１０μｍに設定した。誘電体層２１Ｄの厚み（Ｙ軸に平行）を１６μｍに設定し、誘電体層２１Ｄの比誘電率εをε＝３．４に設定した。
【０１２５】
一方、円柱形状をしたブラインドビア２３Ｄの直径を１００μｍ、ブラインドビア２３Ｄに電気的に接続され、誘電体層２１Ｄ上に形成した円形状のランドの直径を２００μｍに設定した。また、ブラインドビア２３Ｄの中心とオープンスタブ２２ｂとの間隔を５８０μｍ、ブラインドビア２３の中心と狭壁１３の鏡映面Ｑに最寄りの内壁面との間隔を５３５μｍに設定した。なお、励振用開口１４Ｄの直径を、ブラインドビア２３Ｄの直径の４倍にあたる４００μｍに設定した。
【０１２６】
さらに、鏡映面Ｑを挟んで対向する狭壁１３Ｄ、１３Ｄ同士の間隔は、狭壁１３Ｄ、１３Ｄ各厚み（１０μｍ）を含めて、３１５μｍに設定した。
【０１２７】
（放射パターンの周波数依存性）
上記のように設計した共振器アンテナ装置４ａが放射する電磁波のＹＺ面における放射パターンの周波数依存性を求めたところ、図１４に示す結果が得られた。図１４に示すように、５９ＧＨｚ〜６６ＧＨｚの帯域に含まれる周波数を１ＧＨｚおきに変えて求めた放射パターンは、第１広壁１１Ｄまたは第２広壁１２ＤのＸＺ面に対する法線方向（Ｙ軸に平行）に強い指向性を持つほぼ同一のパターンに収束していることが明らかである。すなわち、第４の実施形態において説明したとおり、スロット１５Ｄ、１５Ｄから放射される電磁波が鏡映面Ｑに垂直な方向（Ｚ軸に平行）に沿った成分を持っていたとしても、その成分同士が鏡映対称になるため、当該成分は相殺される。この結果、上記法線方向に強い指向性を有する電磁波を放射することができる。
【０１２８】
また、第４の実施形態において説明したとおり、２つの共振器アンテナ装置１Ｄ、１Ｄの単一指向性が崩れていないことも、図１４に示す放射パターンから明らかである。
【０１２９】
＜第４の実施例の変形例＞
上記第４の実施例では、２つの共振器アンテナ装置１Ｄ、１Ｄは、鏡映対称の配置が可能な同一の構造を有している。しかしながら、２つの共振器アンテナ装置の構造を非対称にしてもよい。非対称の構造例として、図１３に示す一方の共振器アンテナ装置１Ｄの共振器長Ｌ及びスロット長を異ならせてもよい。例えば、一方の共振器アンテナ装置１Ｄの共振器長Ｌを１８５０μｍから１９５０μｍに長くし、スロット１５Ｄのスロット長を１７５０μｍから１８５０μｍに長くしてもよい。
【０１３０】
このように共振器長Ｌ及びスロット長を長くすると、その共振器アンテナ装置１Ｄの動作帯域を低周波数側にシフトさせることができる。したがって、２つの共振器アンテナ装置の構造に若干の非対称性を持たせることによって、放射特性の改善または調整を図ることができる。
【０１３１】
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【符号の説明】
【０１３２】
１、１Ａ、１Ｂ、１Ｄ、１Ｅ、１ａ、１ｂ、１ｃ  共振器アンテナ装置
４、４Ａ、４ａ  ２素子型の共振器アンテナ装置
１０  共振器部
１１、１１Ｄ  第１広壁
１２、１２Ｄ  第２広壁
１３、１３Ｄ  狭壁
１３Ｂ  ポスト壁（狭壁）
１４、１４Ｄ  励振用開口
１５、１５Ａ、１５Ｄ  スロット（放射用開口）
１６、１６Ｄ  誘電体層
２０  励振部
２１、２１Ｄ  誘電体層
２２、２２Ｄ  マイクロストリップ線路（給電線路）
２２ｂ、２２ｄ  オープンスタブ
２３、２３Ｂ、２３Ｄ  ブラインドビア（励振用電極）
１３１  第１壁面
１３２  第２壁面
１３３  第３壁面
１３４  第４壁面
Ｇ  間隔
Ｈ  高さ
Ｌ  共振器長
Ｑ  鏡映面
Ｒ  給電点
Ｓ１  第１半空間
Ｓ２  第２半空間
Ｗ  共振器幅
【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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