(57)【要約】  基板に、給電が行われる給電素子が設けられている。平面視において給電素子と異なる位置に、給電素子と電磁気的に結合する第１無給電素子が配置されている。平面視において給電素子及び第１無給電素子と重なる位置に誘電体部材が配置されている。誘電体部材の給電素子を向く面の、平面視において第１無給電素子と重なる位置に導電パターンが設けられている。導電パターンが第１無給電素子に電気的に接続されることにより誘電体部材が基板に支持されている。
2020066452.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板に設けられ、給電が行われる給電素子と、
前記基板に設けられ、平面視において前記給電素子と異なる位置に配置されて、前記給電素子と電磁気的に結合する第１無給電素子と、
平面視において前記給電素子及び前記第１無給電素子と重なる位置に配置された誘電体部材と、
前記誘電体部材の前記給電素子を向く面の、平面視において前記第１無給電素子と重なる位置に設けられた導電パターンと
を有し、
前記導電パターンが前記第１無給電素子に電気的に接続されることにより前記誘電体部材が前記基板に支持されているアンテナ装置。
【請求項２】
前記誘電体部材の形状は直方体である請求項１に記載のアンテナ装置。
【請求項３】
前記誘電体部材の形状は平行六面体であり、１つの面が前記基板に平行で前記基板側を向き、４つの側面のうち少なくとも２つの側面が、前記給電素子の上面に垂直な平面に対して傾斜している請求項１に記載のアンテナ装置。
【請求項４】
前記誘電体部材は、
前記基板に対向する四角形の底面と、
前記底面の縁にそれぞれ連続する４つの側面と、
前記底面に平行な上面と
を有し、
前記４つの側面のうち少なくとも１つの側面と、前記底面とのなす角度が９０度未満である請求項１に記載のアンテナ装置。
【請求項５】
前記誘電体部材は、前記給電素子に電磁気的に結合する第２無給電素子を備えている請求項１乃至４のいずれか１項に記載のアンテナ装置。
【請求項６】
前記基板の、前記給電素子と前記第１無給電素子とが設けられた面、及び前記給電素子を覆い、前記第１無給電素子に対応する位置に開口が設けられたソルダーレジスト膜を、さらに有する請求項１乃至５のいずれか１項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、アンテナ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
基板上に形成された複数のパッチを含むアレイアンテナの各パッチの上に誘電体等価物を配置した誘電体装荷アレイアンテナが知られている（特許文献１）。特許文献１に開示された誘電体装荷アレイアンテナにおいては、各パッチに誘電体等価物を装荷することにより、開口効率を高めている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１−２４３６０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１には、誘電体等価物（誘電体部材）を基板に固定する具体的な方法については記載されていない。例えば、接着剤を用いて誘電体等価物を基板に接着する方法が考えられる。この方法だと、何らかの方法で、パッチ（給電素子）に対して誘電体等価物を位置合わせしなければならない。本発明の目的は、給電素子に対して誘電体部材を容易に位置合わせすることが可能な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】
【０００５】
本発明の一観点によると、
基板と、
前記基板に設けられ、給電が行われる給電素子と、
前記基板に設けられ、平面視において前記給電素子と異なる位置に配置されて、前記給電素子と電磁気的に結合する第１無給電素子と、
平面視において前記給電素子及び前記第１無給電素子と重なる位置に配置された誘電体部材と、
前記誘電体部材の前記給電素子を向く面の、平面視において前記第１無給電素子と重なる位置に設けられた導電パターンと
を有し、
前記導電パターンが前記第１無給電素子に電気的に接続されることにより前記誘電体部材が前記基板に支持されているアンテナ装置が提供される。
【発明の効果】
【０００６】
第１無給電素子に対して導電パターンを位置合わせすると、給電素子に対して誘電体部材が位置合わせされる。このため、給電素子に対して誘電体部材を容易に位置合わせすることができる。また、誘電体部材を配置することにより、アンテナ装置の動作帯域を広帯域化することができるという効果も得られる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１Ａは、第１実施例によるアンテナ装置の斜視図であり、図１Ｂは、第１実施例によるアンテナ装置の放射素子の平面図である。
【図２】図２Ａ及び図２Ｂは、それぞれ図１Ｂの一点鎖線２Ａ−２Ａ及び一点鎖線２Ｂ−２Ｂにおける断面図である。
【図３】図３は、第１実施例によるアンテナ装置のリターンロスＳ１１のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図４】図４Ａ及び図４Ｂは、シミュレーション対象のサンプルの斜視図であり、図４Ｃは、図４Ａ及び図４Ｂに示したサンプルのリターンロスＳ１１のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図５】図５は、シミュレーション対象のサンプルの放射素子の平面図である。
【図６】図６Ａ及び図６Ｂは、それぞれ図５に示したサンプルのリターンロスＳ１１及びアンテナゲイン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、それぞれ第２実施例によるアンテナ装置の斜視図及び断面図である。
【図８】図８Ａ、図８Ｂ、及び図８Ｃは、それぞれ第２実施例の変形例によるアンテナ装置に用いられる誘電体部材及び放射素子の斜視図である。
【図９】図９Ａは、第３実施例によるアンテナ装置の斜視図であり、図９Ｂ及び図９Ｃは、それぞれ第３実施例によるアンテナ装置のｘｚ面に平行な断面図及びｙｚ面に平行な断面図である。
【図１０】図１０Ａは、第３実施例の本変形例によるアンテナ装置の斜視図であり、図１０Ｂ及び図１０Ｃは、それぞれ第３実施例の本変形例によるアンテナ装置のｘｚ面に平行な断面図及びｙｚ面に平行な断面図である。
【図１１】図１１Ａは、第４実施例によるアンテナ装置の誘電体部材及び放射素子の平面図であり、図１１Ｂは、第４実施例の誘電体部材の底面図である。
【図１２】図１２は、第５実施例によるアンテナ装置の断面図である。
【図１３】図１３は、第６実施例によるアンテナ装置の断面図である。
【図１４】図１４は、第７実施例による通信装置の部分斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
［第１実施例］
図１Ａから図４Ｃまでの図面を参照して、第１実施例によるアンテナ装置について説明する。
【０００９】
図１Ａは、第１実施例によるアンテナ装置の斜視図である。誘電体からなる基板１０の一方の面である上面に放射素子１１が配置されており、内層にグランド導体１５が配置されている。放射素子１１とグランド導体１５とがパッチアンテナを構成する。放射素子１１は、給電素子１１１及び２つの第１無給電素子１１２（以下、単に「無給電素子」という。）で構成される。給電素子１１１は長方形の平面形状を有する。放射素子１１の構成については、後に図１Ｂを参照して詳細に説明する。
【００１０】
給電素子１１１の隣り合う２つの辺に平行な方向を、それぞれｘ軸方向及びｙ軸方向とし、給電素子１１１の法線方向をｚ軸方向とするｘｙｚ直交座標系を定義する。また、給電素子１１１の法線方向（ｚ軸方向）を高さ方向と定義する。基板１０の下面に給電線１２が配置されている。給電線１２は、グランド導体１５に設けられたクリアランスホール内のビアホールを通って給電素子１１１に結合しており、給電素子１１１との結合箇所からｘ軸の正の向きに延びている。
【００１１】
平面視において放射素子１１と重なるように、基板１０の上（放射素子１１から見てグランド導体１５とは反対側）に直方体形状の誘電体部材２０が配置されている。誘電体部材２０は、ｘｙ面に対して平行な底面、底面の４つの辺にそれぞれ連続する４つの側面、及び底面に対して平行な上面を有する。平面視において、誘電体部材２０の底面の中心と、給電素子１１１の中心とが一致する。また、誘電体部材２０の底面は、平面視において放射素子１１を内包する。誘電体部材２０は、例えば低温同時焼成セラミックス（ＬＴＣＣ）等のセラミックス、またはポリイミド等の樹脂で形成することができる。例えば、ＬＴＣＣの比誘電率εｒは約６．４であり、ポリイミドの比誘電率εｒは約３である。
【００１２】
図１Ｂは、放射素子１１の平面図である。放射素子１１は、平面視において、長辺がｘ軸に平行な長方形の給電素子１１１と、その両側（ｙ軸方向の正側及び負側）に配置された２つの無給電素子１１２とを含む。無給電素子１１２の各々の平面形状も、長辺がｘ軸に平行な長方形である。給電素子１１１と無給電素子１１２との間に間隔（スペース）が確保されており、無給電素子１１２は給電素子１１１に電磁気的に結合している。給電素子１１１のｘ軸に垂直な一対の短辺の各々の中点を両端とする線分上であって、その線分の中心から一方の端に偏った位置において、給電素子１１１にビア導体１３が接続されている。なお、給電素子１１１とビア導体１３との接続箇所（給電点）は、給電素子１１１のｘ軸に垂直な一対の短辺の各々の中点を両端とする線分上である必要はない。また、給電素子１１１の縁に給電線１２を接続してもよい。
【００１３】
ビア導体１３は、給電素子１１１から、グランド導体１５（図１Ａ）に設けられたクリアランスホール１６を通って基板１０の下面まで達する。ビア導体１３は、基板１０の下面に設けられた給電線１２に接続されている。給電線１２は、ビア導体１３に接続された箇所からｘ軸の正の方向に延びている。
【００１４】
図２Ａ及び図２Ｂは、それぞれ図１Ｂの一点鎖線２Ａ−２Ａ及び一点鎖線２Ｂ−２Ｂにおける断面図である。基板１０の上面に、給電素子１１１及び２つの無給電素子１１２からなる放射素子１１が配置されている。給電素子１１１をｙ軸方向に挟むように、基板１０の上面に２つの無給電素子１１２（図２Ａ）が配置されている。基板１０の内層にグランド導体１５が配置されており、下面に給電線１２が配置されている。ビア導体１３が、グランド導体１５に設けられたクリアランスホール１６を通って給電線１２を給電素子１１１に接続している。
【００１５】
誘電体部材２０の底面に２つの導電パターン２１が設けられている。２つの導電パターン２１は、２つの無給電素子１１２に対応する位置に配置されている。２つの導電パターン２１が、それぞれハンダ３０を介して２つの無給電素子１１２に電気的に接続されている。導電パターン２１がハンダ３０により無給電素子１１２に電気的に接続されることにより、誘電体部材２０が基板１０に支持されて固定される。誘電体部材２０と給電素子１１１との間には、ハンダ３０の高さに相当する空隙３２が確保される。
【００１６】
次に、第１実施例の優れた効果について説明する。
給電素子１１１と無給電素子１１２とで複共振が生じ、アンテナ装置の動作帯域の広帯域化が図られる。さらに、放射素子１１に誘電体部材２０が装荷されており、誘電体部材２０内で電波の共振が生じることにより、さらなる広帯域化、高利得化を図ることができる。
【００１７】
また、無給電素子１１２が、誘電体部材２０を基板１０に固定するためのランドとして機能するため、誘電体部材２０を固定するための専用のランドを設ける必要がない。このため、誘電体部材２０を固定する専用のランドを設けることによって生じ得るアンテナの性能の低下を回避することができる。
【００１８】
さらに、第１実施例では、誘電体部材２０と基板１０との間に空隙３２が確保されている。このため、誘電体部材２０の底面の全域を接着剤等で基板１０に接着して固定する場合と比べて、アンテナ装置の表面のうち大気に露出している領域の表面積が広くなり、放熱性が向上するという優れた効果が得られる。さらに、基板１０の無給電素子１１２と誘電体部材２０の導電パターン２１とを対向させてハンダ３０により接続するため、誘電体部材２０の取り付け工程において、放射素子１１に対して誘電体部材２０を容易に位置合わせすることができる。
【００１９】
次に、第１実施例の優れた効果を確認するために行ったシミュレーションについて、図３を参照して説明する。
【００２０】
シミュレーション対象のアンテナ装置の給電素子１１１のｘ軸方向及びｙ軸方向の寸法を、それぞれ０．８ｍｍ及び０．６ｍｍとした。無給電素子１１２の各々のｘ軸方向及びｙ軸方向の寸法を、それぞれ０．８ｍｍ及び０．１ｍｍとした。給電素子１１１と無給電素子１１２との間隔を０．０３ｍｍとした。誘電体部材２０のｘ軸方向及びｙ軸方向の寸法を、共に３．５ｍｍとし、高さを２．５ｍｍとした。誘電体部材２０及び基板１０の比誘電率を６．４とした。給電素子１１１、無給電素子１１２、及びグランド導体１５の厚さを１５μｍとした。給電素子１１１とグランド導体１５との間の基板１０の厚さを１００μｍとし、グランド導体１５より下側の基板１０の厚さを６５μｍとした。シミュレーションにおいては、給電素子１１１と誘電体部材２０との間に空隙３２が確保されていないこととした。
【００２１】
図３は、リターンロスＳ１１のシミュレーション結果を示すグラフである。横軸は周波数を単位「ＧＨｚ」で表し、縦軸はリターンロスＳ１１を単位「ｄＢ」で表す。本明細書において、リターンロスＳ１１が−１０ｄＢ以下の範囲を動作帯域ＦＢと考えることとする。約５５．１ＧＨｚ以上約６４．７ＧＨｚ以下の範囲の動作帯域ＦＢが確保され、約９．６ＧＨｚの帯域幅が実現されていることがわかる。
【００２２】
次に、誘電体部材２０を装荷することによる広帯域化を確認するために行ったシミュレーションについて、図４Ａから図４Ｃまでの図面を参照して説明する。
【００２３】
図４Ａ及び図４Ｂは、シミュレーション対象のサンプルの斜視図である。これらのサンプルにおいては、放射素子１１として給電素子のみを用い、無給電素子は配置していない。図４Ａに示したサンプルは、基板１０、放射素子１１、及び直方体の誘電体部材２０を有する。図４Ｂに示したサンプルは、基板１０及び放射素子１１を有し、誘電体部材は装荷されていない。放射素子１１の平面形状は、一辺の長さが０．８ｍｍの正方形とした。誘電体部材２０の寸法は、動作帯域幅が最も広くなるように最適化した。
【００２４】
図４Ｃは、リターンロスＳ１１のシミュレーション結果を示すグラフである。横軸は周波数を単位「ＧＨｚ」で表し、縦軸はリターンロスＳ１１を単位「ｄＢ」で表す。図４Ｃのグラフ中の実線４Ａ及び破線４Ｂは、それぞれ図４Ａ及び図４Ｂに示したサンプルのリターンロスＳ１１を示す。図４Ａに示したサンプルの動作帯域幅ＦＢＡが、図４Ｂに示したサンプルの動作帯域幅ＦＢＢより広くなっている。このシミュレーション結果から、誘電体部材２０を装荷することにより、広帯域化を測ることが可能であることが確認された。
【００２５】
図４Ａから図４Ｃに示したシミュレーション結果から、無給電素子１１２（図１Ａ、図１Ｂ）を配置した第１実施例においても、誘電体部材２０を装荷することによって広帯域化が図られていると考えられる。
【００２６】
次に、図５から図６Ｂまでの図面を参照して、他のシミュレーションについて説明する。
図５は、シミュレーション対象のサンプルの放射素子１１の平面図である。給電素子１１１の寸法は、図３に示したシミュレーションのサンプルの給電素子１１１の寸法と同一である。本シミュレーションでは、図３に示したシミュレーションのサンプルと比べて、無給電素子１１２のｘ軸方向の寸法（長さ）を小さくし、ｙ軸方向の寸法（幅）を大きくきた。具体的には、無給電素子１１２のｘ軸方向の寸法が０．７ｍｍであり、ｙ軸方向の寸法が０．２ｍｍである。給電素子１１１と無給電素子１１２との間隔は０．０５ｍｍである。
【００２７】
放射素子１１に装荷する直方体の誘電体部材２０（図１Ａ）の底面を、一辺の長さが１．５ｍｍの正方形とし、高さを０．７５ｍｍとした。
【００２８】
図６Ａ及び図６Ｂは、それぞれ図５に示したサンプルのリターンロスＳ１１及びアンテナゲインのシミュレーション結果を示すグラフである。図６Ａ及び図６Ｂの横軸は周波数を単位「ＧＨｚ」で表し、図６Ａの縦軸はリターンロスＳ１１を単位「ｄＢ」で表し、図６Ｂの縦軸はアンテナゲインを単位「ｄＢ」で表す。図６Ａ及び図６Ｂのグラフ中の実線５は、図５に示したサンプルのシミュレーション結果を示し、破線は、無給電素子１１２及び誘電体部材２０のいずれも配置されていないサンプルのシミュレーション結果を示す。
【００２９】
図６Ａに示すように、無給電素子１１２を配置し、さらに誘電体部材２０を配置したアンテナ装置の動作帯域ＦＢ１が、いずれも配置していないアンテナ装置の動作帯域ＦＢ２よりも広いことがわかる。図６Ｂに示すように、無給電素子１１２を配置し、さらに誘電体部材２０を配置することにより、高利得化が実現されていることがわかる。
【００３０】
次に、第１実施例の変形例について説明する。
第１実施例では、誘電体部材２０をハンダ３０により基板１０に固定したが、他の導電正の部材を用いて固定してもよい。また、第１実施例では、誘電体部材２０の形状を直方体としたが、他の形状としてもよい。誘電体部材２０の種々の形状について、第２実施例以降の実施例で説明する。
【００３１】
［第２実施例］
次に、図７Ａ及び図７Ｂを参照して第２実施例によるアンテナ装置について説明する。以下、図１Ａから図２Ｂまでの図面に示した第１実施例によるアンテナ装置と共通の構成については説明を省略する。
【００３２】
図７Ａ及び図７Ｂは、それぞれ第２実施例によるアンテナ装置の斜視図及び断面図である。第１実施例では、誘電体部材２０の形状が直方体であるが、第２実施例では、誘電体部材２０の形状が円錐台である。誘電体部材２０の円形の底面の、無給電素子１１２に対応する位置に、導電パターン２１が設けられている。この導電パターン２１が、ハンダ３０により無給電素子１１２に接続される。
【００３３】
本願発明者らによるシミュレーションによると、誘電体部材２０の形状を円錐台にすることにより、直方体にした場合と比べてより広帯域化を図ることが可能であることがわかった。
【００３４】
次に、図８Ａから図８Ｃまでの図面を参照して、第２実施例の変形例について説明する。
図８Ａ、図８Ｂ、及び図８Ｃは、それぞれ第２実施例の変形例によるアンテナ装置に用いられる誘電体部材２０、及び放射素子１１の斜視図である。図８Ａ、図８Ｂ、及び図８Ｃに示した変形例では、それぞれ誘電体部材２０の形状が円錐、四角錐台、及び四角錐である。
【００３５】
第２実施例の誘電体部材２０（図７Ａ、図７Ｂ）、及び図８Ａ、図８Ｂ、図８Ｃに示した変形例の誘電体部材２０は、給電素子１１１の法線方向に平行な軸を中心として回転対称である。第２実施例及び図８Ａに示した変形例では、誘電体部材２０が円対称であり、図８Ｂ及び図８Ｃに示した変形例では、誘電体部材２０が４相対称である。また、いずれの誘電体部材２０においても、給電素子１１１の上面に対して側面が傾斜している。
【００３６】
このように、誘電体部材２０が回転対称性を有し、かつ傾斜した側面を持つようにすることにより、誘電体部材２０の形状を直方体にした場合と比べて、より広帯域化を図ることが可能な誘電体部材２０の最適形状を見出すことができるようになる。また、装荷する誘電体部材２０の形状や誘電率を変化させると、アンテナ装置の動作帯域幅や利得が変化する。このため、アンテナの設計の自由度が高まるという優れた効果が得られる。
【００３７】
［第３実施例］
次に、図９Ａ、図９Ｂ、及び図９Ｃを参照して第３実施例によるアンテナ装置について説明する。以下、図１Ａから図２Ｂまでの図面に示した第１実施例によるアンテナ装置と共通の構成については説明を省略する。
【００３８】
図９Ａは、第３実施例によるアンテナ装置の斜視図である。図９Ｂ及び図９Ｃは、それぞれ第３実施例によるアンテナ装置のｘｚ面に平行な断面図及びｙｚ面に平行な断面図である。第１実施例では誘電体部材２０の形状が直方体であるが、第２実施例では誘電体部材２０の形状が平行六面体であり、相互に平行な少なくとも２つの側面が９０°以外の頂点を持つ平行四辺形である。第３実施例では、ｘｚ面に平行な２つの側面が平行四辺形であり、他の２つの側面は長方形である。誘電体部材２０のｘｚ面に平行な断面は、図９Ｂに示すように平行四辺形であり、ｙｚ面に平行な断面は、図９Ｃに示すように長方形である。
【００３９】
誘電体部材２０の平断面（ｘｙ面に平行な断面）の中心を高さ方向に連ねた線（以下、中心線という。）が、給電素子１１１の法線方向（ｚ軸方向）に対して傾斜している。誘電体部材２０の中心線が傾くｘｙ面内の方位を傾斜方位ということとする。第３実施例では、傾斜方位がｘ軸の正の方向に相当する。
【００４０】
次に、第３実施例の優れた効果について説明する。
第３実施例においても、基板１０に設けられた無給電素子１１２（図９Ｃ）が、誘電体部材２０を固定するためのランドとして利用される。このため、第１実施例と同様の優れた効果が得られる。
【００４１】
さらに、第３実施例においては、アンテナ装置から放射される電波のビームが、給電素子１１１の法線方向（正面方向）に対して傾斜方位に傾く。このように、第３実施例では、正面から傾いた方向においてアンテナゲインを最大にすることができる。アンテナゲインが最大になる方向は、誘電体部材２０の中心線が法線方向から傾く角度、及び傾斜方位により調整することができる。このように、装荷する誘電体部材２０の形状や誘電率を変化させると、アンテナゲインが最大になる方向が変化する。このため、アンテナの設計の自由度が高まるという優れた効果が得られる。
【００４２】
次に、図１０Ａ、図１０Ｂ、及び図１０Ｃを参照して第３実施例の変形例によるアンテナ装置について説明する。
【００４３】
図１０Ａは、第３実施例の本変形例によるアンテナ装置の斜視図である。図１０Ｂ及び図１０Ｃは、それぞれ第３実施例の本変形例によるアンテナ装置のｘｚ面に平行な断面図及びｙｚ面に平行な断面図である。第３実施例では、誘電体部材２０のｘｚ面に平行な２つの側面が平行四辺形であるが、本変形例では、１つの脚が下底に対して垂直な台形である。すなわち、誘電体部材２０のｘｚ面に平行な断面が、図１０Ｂに示すように１つの脚が下底に対して垂直な台形である。ｙｚ面に平行な断面は、図１０Ｃに示すように長方形である。言い換えると、誘電体部材２０の１つの側面においては、側面と底面との角度が９０度未満の斜面であり、その斜面とは反対側の側面においては、側面と底面とのなす角度が直角である。
【００４４】
本変形例においても、誘電体部材２０の中心線が給電素子１１１の法線方向に対して傾いている。このため、第３実施例の場合と同様に、アンテナ装置から放射される電波のビームが、給電素子１１１の法線方向（正面方向）に対して傾斜方位に傾く。
【００４５】
次に、第３実施例の他の変形例について説明する。図９Ａ、図９Ｂ、及び図９Ｃに示した第３実施例では、平行六面体の誘電体部材２０の一対の側面がｘｙ面に対して垂直であるが、この側面を傾斜させてもよい。このような形状にすると、誘電体部材２０の傾斜方位がｘ軸の正の向きに限定されず、傾斜方位をｘｙ面内の任意の方向に向かせることができる。
【００４６】
また、図１０Ａ、図１０Ｂ、及び図１０Ｃに示した変形例では、ｘｚ面に平行な側面が、１つの脚は下底に対して垂直な台形であるが、２つの脚を下底に対して傾斜させてもよい。さらに、誘電体部材２０の形状を、長方形以外の四角形の底面を持ち、底面に対して垂直な断面のうち少なくとも１つの断面の形状が台形となるような六面体としてもよい。
【００４７】
［第４実施例］
次に、図１１Ａ及び図１１Ｂを参照して第４実施例によるアンテナ装置について説明する。以下、図１Ａから図２Ｂまでの図面に示した第１実施例によるアンテナ装置と共通の構成については説明を省略する。
【００４８】
図１１Ａは、第４実施例によるアンテナ装置の誘電体部材２０及び放射素子１１の平面図である。第１実施例では、図１Ｂに示すように１つの給電素子１１１に対して２つの無給電素子１１２が結合している。これに対し、第４実施例では、１つの給電素子１１１に対して４つの無給電素子１１２が結合している。給電素子１１１は、ｘ軸方向に長い長方形とｙ軸方向に長い長方形とを、中心を一致させて重ねて配置したクロス形状を有する。
【００４９】
ｘ軸方向に長い長方形の２つの短辺から間隔を隔てて、それぞれ無給電素子１１２が配置されている。同様に、ｙ軸方向に長い長方形の２つの短辺から間隔を隔てて、それぞれ無給電素子１１２が配置されている。交差する２つの長方形の各々の一方の短辺の中点よりもやや内側に、それぞれビア導体１３が接続されている。
【００５０】
誘電体部材２０の形状は円錐台である。誘電体部材２０の底面２０Ｌの中心、及び上面２０Ｕの中心が、平面視において給電素子１１１の中心に一致する。平面視において、放射素子１１は誘電体部材２０の底面に内包される。
【００５１】
図１１Ｂは、第４実施例の誘電体部材２０の底面図である。誘電体部材２０の底面２０Ｌに４つの導電パターン２１が設けられている。４つの導電パターン２１は、無給電素子１１２に対応する位置に配置されている。４つの導電パターン２１を、それぞれ４つの無給電素子１１２にハンダ等で接続することにより、誘電体部材２０が基板１０（図１Ａ、図１Ｂ）に固定される。
【００５２】
次に、第４実施例の優れた効果について説明する。第４実施例では、給電素子１１１をｘ軸方向及びｙ軸方向の両方に励振することができる。また、誘電体部材２０が４か所で基板１０に固定されるため、基板１０への誘電体部材２０の取付強度が高まるという優れた効果が得られる。
【００５３】
［第５実施例］
次に、図１２を参照して第５実施例によるアンテナ装置について説明する。以下、図１Ａから図２Ｂまでの図面に示した第１実施例によるアンテナ装置と共通の構成については説明を省略する。
【００５４】
図１２は、第５実施例によるアンテナ装置の断面図である。第５実施例では、誘電体部材２０の内部に第２無給電素子２２が配置されている。第２無給電素子２２は、誘電体部材２０内に配置された導電パターンで構成される。第２無給電素子２２は、基板１０に設けられた給電素子１１１と電磁気的に結合する。なお、第２無給電素子２２を誘電体部材２０の上面に配置してもよい。
【００５５】
第５実施例では、第２無給電素子２２によって複共振が生じることにより、さらなる広帯域化を図ることができる。また、誘電体部材２０と給電素子１１１との間に空隙３２が形成されている。このため、誘電体部材２０内の第２無給電素子２２と給電素子１１１との間にも空隙３２が介在することとなる。給電素子１１１と第２無給電素子２２との間の空間が誘電体で満たされている構成と比べて、給電素子１１１と第２無給電素子２２との間の容量結合が弱まる。その結果、動作帯域幅を広げる効果が高まる。
【００５６】
［第６実施例］
次に、図１３を参照して第６実施例によるアンテナ装置について説明する。以下、図１Ａから図２Ｂまでの図面に示した第１実施例によるアンテナ装置と共通の構成については説明を省略する。
【００５７】
図１３は、第６実施例によるアンテナ装置の断面図である。第１実施例では、基板１０及び給電素子１１１の上面が露出しているが、第６実施例では、基板１０及び給電素子１１１の上面がソルダーレジスト膜３５で覆われている。ソルダーレジスト膜３５の、無給電素子１１２に対応する位置に開口が設けられている。無給電素子１１２と、誘電体部材２０の導電パターン２１とを接続するハンダ３０が、この開口内に配置されている。
【００５８】
次に、第６実施例の優れた効果について説明する。
第６実施例では、ハンダ３０が横方向に流れて給電素子１１１と無給電素子１１２とを短絡させてしまう事態の発生を防止することができる。さらに、ソルダーレジスト膜３５は、給電素子１１１を保護する機能を持つため、給電素子１１１の損傷を抑制することができる。
【００５９】
［第７実施例］
次に、図１４を参照して第７実施例による通信装置について説明する。
図１４は、第７実施例による通信装置の部分斜視図である。第７実施例による通信装置は、筐体４０、及び筐体４０に収容されたアンテナ装置４２を含む。なお、図１４では、筐体４０の一部分のみを示している。
【００６０】
アンテナ装置４２は、基板１０、基板１０に設けられた複数の放射素子１１、及び放射素子１１ごとに設けられた誘電体部材２０を含む。複数の放射素子１１は、行列状、例えば３行３列の行列状に配置されている。放射素子１１の各々は、給電素子１１１及び複数の無給電素子１１２で構成される。放射素子１１及び誘電体部材２０として、第１実施例から第６実施例までのいずれかの実施例によるアンテナ装置の放射素子１１及び誘電体部材２０が用いられる。
【００６１】
筐体４０の一部がアンテナ装置４２の基板１０の上面に間隔を隔てて対向している。筐体４０のうち基板１０の上面に対向する部分（以下、アンテナ対向部分という。）は金属等の導電性材料で形成されている。筐体４０のアンテナ対向部分に複数の円形の開口４１が設けられている。複数の開口４１は放射素子１１に対応して配置されており、平面視において放射素子１１は対応する開口４１に包含される。なお、放射素子１１に対応して配置された開口４１の他に、放射素子１１に対応する部分以外にも開口４１を設けてもよい。
【００６２】
次に、第７実施例の優れた効果について説明する。
第７実施例では、放射素子１１から放射された電波が、金属等の筐体４０で遮蔽されることなく、開口４１を通って筐体４０の外側の空間に放射される。電波を筐体４０の外に効率的に放射させるために、開口４１は、対応する放射素子１１の３ｄＢビーム幅の範囲を包含する大きさとすることが好ましい。
【００６３】
次に、第７実施例の変形例について説明する。
第７実施例では、開口４１の形状を円形にしているが、他の形状としてもよい。なお、特定の面内でビームフォーミングを行う場合、開口４１の形状を、ビームフォーミングを行う面と平行な方向に長い形状、例えば楕円やレーストラック型の形状にしてもよい。この場合、ビームフォーミングを行う面に平行な方向に並ぶ複数の放射素子１１に対して、１つの開口４１を設けてもよい。
【００６４】
第７実施例では、開口４１を開放させた状態にしているが、開口４１を誘電体部材で塞いでもよい。
【００６５】
上述の各実施例は例示であり、異なる実施例で示した構成の部分的な置換または組み合わせが可能であることは言うまでもない。複数の実施例の同様の構成による同様の作用効果については実施例ごとには逐次言及しない。さらに、本発明は上述の実施例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】
【００６６】
１０  基板
１１  放射素子
１２  給電線
１３  ビア導体
１５  グランド導体
１６  クリアランスホール
２０  誘電体部材
２０Ｌ  誘電体部材の底面
２０Ｕ  誘電体部材の上面
２１  導電パターン
２２  無給電素子（第２無給電素子）
３０  ハンダ
３２  空隙
３５  ソルダーレジスト膜
４０  筐体
４１  開口
４２  アンテナ装置
１１１  給電素子
１１２  無給電素子（第１無給電素子）
【図１】
2020066452.tif 000003
【図２】
2020066452.tif 000004
【図３】
2020066452.tif 000005
【図４】
2020066452.tif 000006
【図５】
2020066452.tif 000007
【図６】
2020066452.tif 000008
【図７】
2020066452.tif 000009
【図８】
2020066452.tif 000010
【図９】
2020066452.tif 000011
【図１０】
2020066452.tif 000012
【図１１】
2020066452.tif 000013
【図１２】
2020066452.tif 000014
【図１３】
2020066452.tif 000015
【図１４】
2020066452.tif 000016
【手続補正書】
【提出日】令和3年3月10日(2021.3.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
【図１】図１Ａは、第１実施例によるアンテナ装置の斜視図であり、図１Ｂは、第１実施例によるアンテナ装置の放射素子の平面図である。
【図２】図２Ａ及び図２Ｂは、それぞれ図１Ｂの一点鎖線２Ａ−２Ａ及び一点鎖線２Ｂ−２Ｂにおける断面図である。
【図３】図３は、第１実施例によるアンテナ装置のリターンロスＳ１１のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図４】図４Ａ及び図４Ｂは、シミュレーション対象のサンプルの斜視図であり、図４Ｃは、図４Ａ及び図４Ｂに示したサンプルのリターンロスＳ１１のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図５】図５は、シミュレーション対象のサンプルの放射素子の平面図である。
【図６】図６Ａ及び図６Ｂは、それぞれ図５に示したサンプルのリターンロスＳ１１及びアンテナゲイン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、それぞれ第２実施例によるアンテナ装置の斜視図及び断面図である。
【図８】図８Ａ、図８Ｂ、及び図８Ｃは、それぞれ第２実施例の変形例によるアンテナ装置に用いられる誘電体部材及び放射素子の斜視図である。
【図９】図９Ａは、第３実施例によるアンテナ装置の斜視図であり、図９Ｂ及び図９Ｃは、それぞれ第３実施例によるアンテナ装置のｘｚ面に平行な断面図及びｙｚ面に平行な断面図である。
【図１０】図１０Ａは、第３実施例の変形例によるアンテナ装置の斜視図であり、図１０Ｂ及び図１０Ｃは、それぞれ第３実施例の変形例によるアンテナ装置のｘｚ面に平行な断面図及びｙｚ面に平行な断面図である。
【図１１】図１１Ａは、第４実施例によるアンテナ装置の誘電体部材及び放射素子の平面図であり、図１１Ｂは、第４実施例の誘電体部材の底面図である。
【図１２】図１２は、第５実施例によるアンテナ装置の断面図である。
【図１３】図１３は、第６実施例によるアンテナ装置の断面図である。
【図１４】図１４は、第７実施例による通信装置の部分斜視図である。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３８】  図９Ａは、第３実施例によるアンテナ装置の斜視図である。図９Ｂ及び図９Ｃは、それぞれ第３実施例によるアンテナ装置のｘｚ面に平行な断面図及びｙｚ面に平行な断面図である。第１実施例では誘電体部材２０の形状が直方体であるが、第３実施例では誘電体部材２０の形状が平行六面体であり、相互に平行な少なくとも２つの側面が９０°以外の頂点を持つ平行四辺形である。第３実施例では、ｘｚ面に平行な２つの側面が平行四辺形であり、他の２つの側面は長方形である。誘電体部材２０のｘｚ面に平行な断面は、図９Ｂに示すように平行四辺形であり、ｙｚ面に平行な断面は、図９Ｃに示すように長方形である。
【国際調査報告】
2020066452.tif 000017
2020066452.tif 000018