(57)【要約】  誘電体層と、給電部と、前記誘電体層の一方の表面に設けられる導体層に形成される第１のコプレーナ線路と、前記導体層に形成される第２のコプレーナ線路とを備え、前記第１のコプレーナ線路と前記第２のコプレーナ線路は、夫々、前記給電部に接続される又は近接する箇所に接続される第１の端部と、前記導体層に形成される少なくとも一つのスロットが接続される少なくとも一つの第２の端部とを有する、スロットアレイアンテナ。
2019198714.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体層と、給電部と、前記誘電体層の一方の表面に設けられる導体層に形成される第１のコプレーナ線路と、前記導体層に形成される第２のコプレーナ線路とを備え、
前記第１のコプレーナ線路と前記第２のコプレーナ線路は、夫々、前記給電部に接続される又は近接する箇所に接続される第１の端部と、前記導体層に形成される少なくとも一つのスロットが接続される少なくとも一つの第２の端部とを有する、スロットアレイアンテナ。
【請求項２】
前記第１のコプレーナ線路と前記第２のコプレーナ線路とのうち少なくとも一方は、少なくとも一つの分岐を前記第１の端部と前記第２の端部との間に有する、請求項１に記載のスロットアレイアンテナ。
【請求項３】
前記第１のコプレーナ線路と前記第２のコプレーナ線路の夫々の前記スロットの長手方向は、互いに平行である、請求項１又は２に記載のスロットアレイアンテナ。
【請求項４】
前記第１のコプレーナ線路と前記第２のコプレーナ線路の夫々の前記スロットは、一の対称軸に関して線対称に位置する、請求項１から３のいずれか一項に記載のスロットアレイアンテナ。
【請求項５】
前記第１のコプレーナ線路と前記第２のコプレーナ線路は、夫々、前記第２の端部で前記スロットの長手方向と直角に接続される、請求項１から４のいずれか一項に記載のスロットアレイアンテナ。
【請求項６】
前記導体層は、前記スロットの長手方向と平行する端部である辺を有し、複数の前記スロットから前記辺までの最短距離が等しい、請求項１から５のいずれか一項に記載のスロットアレイアンテナ。
【請求項７】
少なくとも一つのＬＣフィルタを、前記給電部と前記第１のコプレーナ線路と前記第２のコプレーナ線路とのうち少なくとも一つに備える、請求項１から６のいずれか一項に記載のスロットアレイアンテナ。
【請求項８】
前記ＬＣフィルタは、平面的なパターンにより形成されるフィルタである、請求項７に記載のスロットアレイアンテナ。
【請求項９】
前記導体層に接続されない導体を、前記誘電体層の他方の表面に備える、請求項１から８のいずれか一項に記載のスロットアレイアンテナ。
【請求項１０】
前記導体層に接続されない導体を、前記誘電体層の他方の表面から離れて備える、請求項１から８のいずれか一項に記載のスロットアレイアンテナ。
【請求項１１】
前記給電部は、前記箇所に接続され、前記導体層に形成される第３のコプレーナ線路である、請求項１から１０のいずれか一項に記載のスロットアレイアンテナ。
【請求項１２】
前記給電部は、前記箇所に近接し、前記誘電体層の他方の表面に設けられるストリップ導体である、請求項１から１０のいずれか一項に記載のスロットアレイアンテナ。
【請求項１３】
前記スロットは、前記箇所で直交する二本の仮想直線によって区分けされる四つの領域の夫々に少なくとも一つずつ位置する、請求項１から１２のいずれか一項に記載のスロットアレイアンテナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スロットアレイアンテナに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、４Ｇ ＬＴＥから５Ｇ（ｓｕｂ６）への移行など、マイクロ波やミリ波の周波数帯を使用する高速・大容量の無線通信システムを利用するサービスが拡がる動きがある。このような周波数帯で使用されるアンテナとして、複数のスロットにコプレーナ線路を利用して給電するスロットアレイアンテナが知られている（例えば、非特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】J.McKnight et al., A Series-Fed Coplanar Waveguide Slot Antenna Array, 2010 IEEE 11th Annual Wireless and Microwave Technology Conference
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、非特許文献１のようなスロットアレイアンテナでは、一方向に配列された複数のスロットに共通のコプレーナ線路で給電するので、指向性の方向がその配列方向に限られてしまう。【０００５】
そこで、本開示は、指向性の方向の設計自由度を向上させたスロットアレイアンテナを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示は、
誘電体層と、給電部と、前記誘電体層の一方の表面に設けられる導体層に形成される第１のコプレーナ線路と、前記導体層に形成される第２のコプレーナ線路とを備え、
前記第１のコプレーナ線路と前記第２のコプレーナ線路は、夫々、前記給電部に接続される又は近接する箇所に接続される第１の端部と、前記導体層に形成される少なくとも一つのスロットが接続される少なくとも一つの第２の端部とを有する、スロットアレイアンテナを提供する。
【発明の効果】
【０００７】
本開示によれば、指向性の方向の設計自由度が向上する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１の実施形態のスロットアレイアンテナを例示する平面図である。
【図２】第１の実施形態のスロットアレイアンテナの例示する側面図である。
【図３】第１の実施形態のスロットアレイアンテナの他の構成例を例示する側面図である。
【図４】第１の実施形態のスロットアレイアンテナの指向性を例示する図である。
【図５】第２の実施形態のスロットアレイアンテナを例示する平面図である。
【図６】第２の実施形態のスロットアレイアンテナの指向性を例示する図である。
【図７】第３の実施形態のスロットアレイアンテナを例示する平面図である。
【図８】第３の実施形態のスロットアレイアンテナを例示する側面図である。
【図９】ＬＣフィルタを備えるスロットアレイアンテナを例示する平面図である。
【図１０】図９の拡大図である。
【図１１】ＬＣフィルタのフィルタ特性を例示する図である。
【図１２】第４の実施形態のスロットアレイアンテナを例示する平面図である。
【図１３】第４の実施形態のスロットアレイアンテナの指向性を例示する図である。
【図１４】第５の実施形態のスロットアレイアンテナを例示する平面図である。
【図１５】第６の実施形態のスロットアレイアンテナを例示する平面図である。
【図１６】複数のスロットアレイアンテナを備えるＭＩＭＯ（Multiple-Input and Multiple-Output）アンテナを例示する平面図である。
【図１７】第７の実施形態のスロットアレイアンテナを例示する平面図である。
【図１８】Ｄ１，Ｄ２＝λ／４の場合における、第１の実施形態のスロットアレイアンテナの指向性を例示する図である。
【図１９】Ｄ１，Ｄ２＝２λ／４の場合における、第１の実施形態のスロットアレイアンテナの指向性を例示する図である。
【図２０】Ｄ１，Ｄ２＝３λ／４の場合における、第１の実施形態のスロットアレイアンテナの指向性を例示する図である。
【図２１】Ｄ１，Ｄ２＝４λ／４の場合における、第１の実施形態のスロットアレイアンテナの指向性を例示する図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照して、本開示に係る実施形態の説明を行う。なお、各形態において、平行、直角、直交、水平、垂直、上下、左右などの方向には、本発明の効果を損なわない程度のずれが許容される。また、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向は、それぞれ、Ｘ軸に平行な方向、Ｙ軸に平行な方向、Ｚ軸に平行な方向を表す。Ｘ軸方向とＹ軸方向とＺ軸方向は、互いに直交する。ＸＹ平面、ＹＺ平面、ＺＸ平面は、それぞれ、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に平行な仮想平面、Ｙ軸方向及びＺ軸方向に平行な仮想平面、Ｚ軸方向及びＸ軸方向に平行な仮想平面を表す。
【００１０】
本開示に係る実施形態のスロットアレイアンテナは、複数のスロットに複数のコプレーナ線路を利用して給電する、コプレーナ給電型の平面的なアレイアンテナであり、マイクロ波やミリ波等の高周波帯（例えば、０．３ＧＨｚ〜３００ＧＨｚ）の電波の送受に好適である。本開示に係る実施形態のスロットアレイアンテナは、例えば、第５世代移動通信システム（いわゆる、５Ｇ）、車載レーダーシステムなどに適用可能であるが、適用可能なシステムはこれらに限られない。
【００１１】
図１は、本開示に係る第１の実施形態のスロットアレイアンテナを例示する平面図である。図２は、第１の実施形態のスロットアレイアンテナを例示する側面図である。図１，２に示すスロットアレイアンテナ１０１は、誘電体層４０の片面に設けられる導体層４３に少なくとも一箇所で分岐するように形成されるコプレーナ線路を介して、複数のスロット形状のアンテナ素子に結合給電するアレイアンテナである。中心導体層と接地導体層を同一平面上に設けるコプレーナ線路を、複数のスロット形状のアンテナ素子への給電路として用いることにより、一平面上でアレイアンテナの構成が可能となる。一平面上でアレイアンテナを構成できるため、例えば、誘電体層の両面を利用するマイクロストリップアレイアンテナに比べて、構成が簡便であり高い生産性が実現できる。
【００１２】
図１，２に示すスロットアレイアンテナ１０１は、誘電体層４０と、複数のコプレーナ線路１０，２０，３０と、複数のスロット５１〜５４とを備える。
【００１３】
誘電体層４０は、誘電体を主成分とする板状又はシート状の基材である。誘電体層４０は、第１の表面４１と、第１の表面４１とは反対側の第２の表面４２とを有する。第１の表面４１は、ＸＹ平面に平行である。第２の表面４２は、ＸＹ平面に平行でもよいが、非平行でもよい。つまり、図２における断面模式図（ＹＺ平面）において、誘電体層４０は、一定の厚さ、すなわち長方形状を示しているがこれに限らない。誘電体層４０は、その断面が三角形や台形など、第１の表面４１に対して第２の表面４２が非平行な面を有するものでもよい。さらに、誘電体層４０は、この他に例えば、平凸状や平凹状等の形状を有する誘電体レンズでもよく、この場合、第２の表面４２が曲面を含んでもよい。このように、誘電体層４０が、その厚さに分布を有することで、アンテナの指向性を所望の仕様に合わせて調整できる。なお、誘電体層４０が、その厚さの分布を有する態様は、図２に限らず、後述する図３の説明においても適用できる。また、誘電体層４０は、例えば、誘電体基板でもよいし、誘電体シートでもよい。誘電体層４０の材料は、例えば、石英ガラス等のガラス、セラミックス、ポリテトラフルオロエチレン等のフッ素系樹脂、液晶ポリマー、シクロオレフィンポリマーなどが挙げられるが、その材料は、これらに限られない。誘電体層４０の一方の表面である表面４１には、導体層４３が設けられている。
【００１４】
導体層４３は、その表面がＸＹ平面に平行な平面状の層である。導体層４３は、例えば、導体シートでもよいし、導体基板でもよく、厚さが均一ではなく分布を有するものでもよい。導体層４３に使用される導体の材料として、例えば、銀、銅などが挙げられるが、これらに限られない。さらに、導体層４３は、誘電体層の一部が見えるような、メッシュ状のパターンで配置されてもよい。このようにすることで、例えば、誘電体層４０として可視光に対して高透過性のガラスや樹脂を用いると、メッシュ状のパターンを配したスロットアレイアンテナ１０１を透明又は半透明に見せることができる。ここで、透明とは、例えば、可視光において透過率９０％以上が得られる状態をいう。なお、メッシュの形状は、コプレーナ線路を電気的に接続できれば種々の形状を適用でき、その形状はとくに限定されず、導体層４３をメッシュ状とする部分は、一部分でも全部でもよい。
【００１５】
コプレーナ線路３０は、給電部の一例であり、導体層４３に形成される平面伝送線路である。コプレーナ線路３０は、Ｙ軸方向に並走する一対のスロット３４，３５と、一対のスロット３４，３５に挟まれてＹ軸方向に延在する中心導体３１とを有する。導体層４３のうち一対のスロット３４，３５の外側の導体領域は、接地導体４５として機能する。コプレーナ線路３０は、コプレーナ線路１０，２０への分岐点となる箇所（分岐箇所３６）に接続される一方の端部３２と、アンプ等の不図示の外部装置に接続される給電端となる他方の端部３３とを有する。給電端となる他方の端部３３は、誘電体層４０及び導体層４３の縁部に位置する。
【００１６】
コプレーナ線路１０は、第１のコプレーナ線路の一例であり、導体層４３の平面視において、Ｔ字状に形成される平面伝送線路である。コプレーナ線路１０は、Ｘ軸方向に延在する第１の線路と、Ｙ軸方向に延在する第２の線路とを有する。コプレーナ線路１０は、Ｘ軸方向に並走する一対のスロット１６，１７と、Ｙ軸方向に並走する一対のスロット１８，１９と、スロット１６〜１９に挟まれてＴ字状に延在する中心導体１１とを有する。
【００１７】
図１に示すスロットアレイアンテナ１０１では、スロット１６〜１９は、いずれも幅の一部が異なるようにしてもよく、このようにすることで、アンテナインピーダンスとの整合、線路インピーダンスの整合が可能となる。なお、スロット１６〜１９に限らず、コプレーナ線路２０のスロット２６〜２９やコプレーナ線路３０のスロット３４、３５も含め、これらのスロットの少なくとも１つ以上のスロットの幅の一部を異なるようにして、上記のインピーダンス整合をしてもよい。
【００１８】
導体層４３のうちスロット１６〜１９の外側の導体領域は、接地導体４５として機能する。コプレーナ線路１０は、分岐箇所３６に接続される端部１２と、スロット５１に接続される端部１３と、スロット５２に接続される端部１４とを有する。端部１２は、第１の端部の一例であり、端部１３，１４は、第２の端部の一例である。コプレーナ線路１０は、端部１２と端部１３，１４との間に、スロット５１，５２への分岐点となる箇所を一つ有する（分岐箇所１５）。
【００１９】
コプレーナ線路２０は、第２のコプレーナ線路の一例であり、導体層４３の平面視において、Ｔ字状に形成される平面伝送線路である。コプレーナ線路２０は、Ｘ軸方向に延在する第３の線路と、Ｙ軸方向に延在する第４の線路とを有する。コプレーナ線路２０は、Ｘ軸方向に並走する一対のスロット２６，２７と、Ｙ軸方向に並走する一対のスロット２８，２９と、スロット２６〜２９に挟まれてＴ字状に延在する中心導体２１とを有する。
【００２０】
導体層４３のうちスロット２６〜２９の外側の導体領域は、接地導体４５として機能する。コプレーナ線路２０は、分岐箇所３６に接続される端部２２と、スロット５３に接続される端部２３と、スロット５４に接続される端部２４とを有する。端部２２は、第１の端部の一例であり、端部２３，２４は、第２の端部の一例である。コプレーナ線路２０は、端部２２と端部２３，２４との間に、スロット５３，５４への分岐点となる箇所を一つ有する（分岐箇所２５）。
【００２１】
スロット５１〜５４は、夫々、導体層４３に形成されるスロット状のアンテナ素子である。スロット５１〜５４は、夫々、半波長ダイポールアンテナとして機能し、例えば、スロット５１〜５４の動作周波数における波長をλｇとするとき、スロット５１〜５４の夫々の長手方向の長さｄを約λｇ／２に設定する。これにより、スロットアレイアンテナ１０１のアンテナ利得が向上する。
【００２２】
このように、コプレーナ線路１０，２０は、夫々、第３のコプレーナ線路であるコプレーナ線路３０に接続される分岐箇所３６に共通に接続される端部を有する。つまり、コプレーナ線路１０，２０は、夫々、給電部であるコプレーナ線路３０に接続される共通の分岐箇所３６から分岐している。よって、コプレーナ線路１０，２０は、夫々が延在する方向を別々に設計できるので、コプレーナ線路１０，２０の夫々の端部に接続されるスロット５１〜５４の夫々の向きの設計自由度も高くできる。したがって、指向性の方向を設計する自由度を向上させたスロットアレイアンテナとして、スロットアレイアンテナ１０１を提供できる。
【００２３】
なお、スロット５１〜５４は、夫々に流れる高周波電流の位相が全て揃うように（スロット５１〜５４が同じ位相で給電されるように）、給電部であるコプレーナ線路３０の位置を調整するとよい。図１の場合、コプレーナ線路３０は、コプレーナ線路１０，２０によって形成されるＨ字状のコプレーナ線路の中心軸上に位置している。スロット５１〜５４が同じ位相で給電されることにより、スロットアレイアンテナ１０１のアンテナ利得を向上できる。
【００２４】
図１において、スロット５１〜５４は、それぞれ、線状のスロットアンテナである。しかしながら、スロット５１〜５４のうち少なくとも一つは、それ以外の形状でもよく、例えば、楕円状、ボウタイ状又は折り返し状などの形状が挙げられる。これらの形状で形成されることにより、スロットアレイアンテナ１０１の広帯域化が可能となる。なお、線状以外のスロットアンテナの場合、その形状において延伸する方向を長手方向とし、例えば、楕円状のスロットアンテナの場合、長軸方向が長手方向に相当する。
【００２５】
スロット５１〜５４のうち一部又は全部は、互いに平行であると、スロットアレイアンテナ１０１のアンテナ利得の向上の点で好ましい。図１の場合、スロット５１〜５４の全部は、Ｘ軸方向に延在し、互いに平行である。
【００２６】
スロット５１〜５４のうち一部又は全部は、一の対称軸に関して線対称に位置することが、スロットアレイアンテナ１０１のアンテナ利得の向上の点で好ましい。図１の場合、平面視で、分岐箇所３６を通る一本の仮想直線を対称軸とするとき、スロット５１，５３は、当該仮想直線に関して線対称に位置し、スロット５２，５４は、当該仮想直線に関して線対称に位置する。
【００２７】
コプレーナ線路１０，２０は、夫々、その端部でその端部に接続される少なくとも一つのスロット（の長手方向）と直角に接続されることが、スロットアレイアンテナ１０１のアンテナ利得の向上の点で好ましい。図１の場合、コプレーナ線路１０は、端部１３でスロット５１と直角に接続され、端部１４でスロット５２と直角に接続されており、コプレーナ線路２０は、端部２３でスロット５３と直角に接続され、端部２４でスロット５４と直角に接続されている。
【００２８】
スロット５１〜５４は、分岐箇所３６で直交する二本の仮想直線によって区分けされる四つの領域の夫々に位置していると、アンテナ利得が極大となる指向性の方向を増やすことができる。例えば図１において、Ｘ軸方向に延在する第１の仮想直線とＹ軸方向に延在する第２の仮想直線が分岐箇所３６で直交する場合を想定、つまり、分岐箇所３６を原点とするＸＹ座標平面を想定する。この場合、スロット５１は第一象限に位置し、スロット５３は第二象限に位置し、スロット５４は第三象限に位置し、スロット５２は第四象限に位置する。このように、四つの領域のそれぞれに少なくとも一つのスロット状のアンテナ素子が配置されることにより、Ｘ軸方向とＹ軸方向の指向性が向上する。
【００２９】
図３は、本開示に係る実施形態のスロットアレイアンテナの他の構成例を例示する側面図である。図３に示されるように、誘電体層４０の他方の表面である第２の表面４２の一部または全部には、導体層４４が設けられてもよい。図３の場合、導体層４４は、第１の表面４１とは反対側の第２の表面４２に形成され、ＸＹ平面に平行な平面状の導体層として示しているが、これに限らない。導体層４４は、図２における説明のように、誘電体層４０が、その厚さに分布を有する場合、第２の表面４２がＸＹ平面に平行ではない表面に沿って配置された導体層でもよい。導体層４４は、例えば、導体シートでもよいし、導体基板でもよい。導体層４４に使用される導体の材料として、例えば、銀、銅などが挙げられるが、その材料は、これらに限られない。また、導体層４４も、均一厚の導体を設ける構成に限らず、スロットアレイアンテナ１０１を透明又は半透明にするため、導体層４３の他の構成例と同様にメッシュで形成してもよい。
【００３０】
図３に示すように、第２の表面４２側の導体層４４は、第１の表面４１側の導体層４３に接続されていない。つまり、導体層４４は、誘電体層４０を貫通するビア等の接続導体によって導通可能に導体層４３に接続されていない。しかし、導体層４４は、接地導体４５と電気的に接続してもよい。このような導体層４４を、スロット５１〜５４のうちの少なくとも一つのスロットに誘電体層４０を挟んで対向するように配置させる。これにより、導体層４４は、その少なくとも一つのスロットから放射される電波を反射する反射導体として機能するので、Ｚ軸方向の正側への指向性が向上する。後述の実施形態に適用しても、同様の効果がある。
【００３１】
上述のように、導体層４４のような無給電素子（無給電導体）は、誘電体層４０の第２の表面４２の一部に設けられてもよい。その場合、無給電導体は、第１の表面４１の法線方向（Ｚ軸方向）から見て、例えば、複数個あるスロット５１〜５４のうち少なくとも１つのスロットの位置、好ましくは全てのスロットの位置に合わせるなどして、所望の指向性を有するアンテナ利得が得られるように、所定の領域に設けてもよい。例えば、無給電導体を誘電体層４０の第２の表面４２の一部に設ける場合、第１の表面４１の法線方向（Ｚ軸方向）から見て、スロット５１〜５４のうち少なくとも１つのスロットと重なるようにするとよい。このように配すると、誘電体層４０を基準にＺ軸方向の負側への指向性が高まり、無給電導体を導波器として機能させることが可能となる。また、無給電導体を誘電体層４０の第２の表面４２の一部に設ける場合、その無給電導体の平面形状は、正方形、長方形、多角形、円、楕円などの形状に限られず、任意の外縁を有する領域を形成する形状でもよい。その場合、送受する電波の自由空間波長をλ０とし、誘電体層４０の、波長λ０における波長短縮率をｋとし、波長λｄ＝ｋ×λ０とする。このとき、無給電導体の平面形状が、例えば、正方形を含む多角形の場合、該多角形の対角線をλｄ／２以下とし、円形の場合、該円の直径をλｄ／２以下とし、楕円形の場合、該楕円形の長径をλｄ／２以下とするとよい。
【００３２】
また、導体層４４のような無給電素子（無給電導体）は、誘電体層４０に対して第２の表面４２側に第２の表面４２から（−Ｚ軸方向に）離れて配置してもよく、誘電体層４０に対して第１の表面４１側に導体層４３から（＋Ｚ軸方向に）離れて配置してもよい。また、導体層４４のような無給電導体が、誘電体層４０に対して第２の表面４２側に第２の表面４２から離れて配置する場合、当該無給電導体は、上記のように少なくとも１つのスロット、好ましくは全てのスロットに重なるように配置してもよい。反射板（反射導体）として機能する導体層４４を、誘電体層４０に対して第２の表面４２側に第２の表面４２から離れて配置させる場合、誘電体層４０を基準にＺ軸方向の正側への指向性が高まる。このように、導体層４４を、誘電体層４０に対して第２の表面４２側に第２の表面４２から離れて配置させると、反射導体として機能させることが可能となる。なお、誘電体層４０において、第１の表面４１、第２の表面４２、および導体層４４が平行に配置される場合、導体層４４は、０よりも大きくλ０／４以下の距離で、第２の表面４２から離れて配置するとよい。また、誘電体層４０と導体層４４を、所定の距離だけ離間させるためには、例えば、スロットアレイアンテナ１０１の端部にスペーサを設けたり、ブラケット等でスロットアレイアンテナ１０１を固定したりして、該距離を保持してもよい。
【００３３】
図１において、ＸＺ平面を水平面に平行な面とするとき、スロット５１〜５４のうちの少なくとも一つがＸ軸方向に延在していると、垂直偏波の電波を送受する点で、Ｚ軸方向のアンテナ利得が向上する。図１の場合、スロット５１〜５４の夫々の長手方向は、Ｘ軸方向に平行である。
【００３４】
図１において、スロットアレイアンテナ１０１は、スロット５１〜５４がＸ軸方向に沿って延伸しているため、垂直偏波（Ｙ軸方向の偏波）の電波を送受できる。そして、この垂直偏波の電波の指向性は、スロットアレイアンテナ１０１の平面視（ＸＹ平面）において、スロット５１〜５４の少なくとも一つからスロットの長手方向に平行なスロットアレイアンテナ１０１の辺（辺Ａ、または、辺Ｂ）に至るまでの最短距離（Ｄ１、または、Ｄ２）によって調整できる。図１では具体的に、最短距離Ｄ１、Ｄ２は、ＸＹ平面において、スロット５１〜５４の延伸方向に直角な方向における、各スロットから各スロットの長手方向に平行な導体層４３の端部（辺）までの最短距離に相当する。そして、送受する電波の波長をλとするとき、Ｄ１およびＤ２は、ｎ・λ／４の距離（ｎは０以外の任意の値）とすることで、垂直偏波の指向性を調整できる。なお、Ｄ１とＤ２は、ｎ・λ／４の距離であれば異なってもよいが、これらの距離が等しいとアンテナ利得の指向性のバランスを調整しやすいため、好ましい。
【００３５】
図１８〜２２は、２８ＧＨｚの垂直偏波の電波について、ｎ＝１、２，３および４の場合における、スロットアレイアンテナ１０１のＹＺ面（垂直面）およびＸＺ面（水平面）の指向性を示すグラフである。図１８〜２１は、夫々、
Ｄ１，Ｄ２＝  λ／４＝２．７ｍｍ（図１８）
Ｄ１，Ｄ２＝２λ／４＝５．４ｍｍ（図１９）
Ｄ１，Ｄ２＝３λ／４＝８．１ｍｍ（図２０）
Ｄ１，Ｄ２＝４λ／４＝１０．８ｍｍ（図２１）
の場合を示す（Ｄ１＝Ｄ２）。図１８〜２２において、ＹＺ面（垂直面）における主ビームの半値幅は、夫々、３２．２°、３５．７°、５７．１°、５３．６°であり、ＸＺ面（水平面）における主ビームの半値幅は、夫々、３４．９°、３７．３°、４７．９°、４０．３°である。このように、ｎの値（Ｄ１、Ｄ２の距離）を変えることによって、特にＹＺ面（垂直面）の指向性を調整できる。
【００３６】
図４は、２８ＧＨｚの垂直偏波の電波について、スロットアレイアンテナ１０１の指向性を例示する図であり、ＹＺ平面とＸＺ平面との各々のアンテナ利得を示す。図４に示されるように、指向性の方向は、Ｚ軸方向の正側と負側の両方に向いており、アンテナ利得のピーク値として、１１．１ｄＢｉが得られた。なお、図４において、Ｄ１＝Ｄ２＝４．５ｍｍである。
【００３７】
図５は、本開示に係る第２の実施形態のスロットアレイアンテナを例示する平面図である。上述の実施形態と同様の構成及び効果についての説明は、上述の説明を援用することで、省略する。図５に示されるスロットアレイアンテナ１０２は、図１に示されるスロットアレイアンテナ１０１に対して、スロット５１〜５４が延在する方向が異なる。
【００３８】
図５において、ＸＺ平面を水平面に平行な面とするとき、スロット５１〜５４のうちの少なくとも一つがＹ軸方向に延在していると、水平偏波の電波を送受する点で、Ｚ軸方向のアンテナ利得が向上する。図５の場合、スロット５１〜５４の夫々の長手方向は、Ｙ軸方向に平行である。
【００３９】
なお、スロット５１〜５４の夫々に流れる高周波電流の位相が全て揃うように（スロット５１〜５４が同じ位相で給電されるように）、コプレーナ線路３０の位置を調整するとよい。図５の場合、コプレーナ線路３０の端部３２は、コプレーナ線路１０，２０によって形成されるＨ字状のコプレーナ線路の中心軸からずれた位置で分岐箇所３６に接続されている。
【００４０】
また、スロット５１〜５４のうち、全てが同じ方向に延在していなくてもよく、一部のスロットと残りのスロットとが異なる方向に延在していてもよい。例えば、垂直偏波と水平偏波の両方に対応できるように、一部のスロットがＸ軸方向に延在し、残りのスロットがＹ軸方向に延在してもよい。ただし、スロット５１〜５４が、全て同じ方向に延在すると、所定の偏波の送受感度が高められるので好ましい。
【００４１】
また、コプレーナ線路３０は、直線状でもよいが、アンテナ素子として機能するスロットとの近接による結合によって指向性等の特性が劣化することを抑えるため、当該スロットとの距離が十分に取れるように曲がった部分を有してもよい。図５の場合、コプレーナ線路３０は、スロット５１との距離が十分に取れるように曲がっており、図示のように曲げた方が曲げない場合に比べて、指向性等の特性を向上できる。
【００４２】
図６は、２８ＧＨｚの水平偏波の電波について、スロットアレイアンテナ１０２の指向性を例示する図であり、ＹＺ平面とＸＺ平面との各々のアンテナ利得を示す。図６に示されるように、指向性の方向は、Ｚ軸方向の正側と負側の両方に向いており、アンテナ利得のピーク値として、１０．４ｄＢｉが得られた。
【００４３】
図７は、本開示に係る第３の実施形態のスロットアレイアンテナを例示する平面図である。図８は、第３の実施形態のスロットアレイアンテナを例示する側面図である。上述の実施形態と同様の構成及び効果についての説明は、上述の説明を援用することで、省略する。図７，８に示されるスロットアレイアンテナ１０３は、図１に示されるスロットアレイアンテナ１０１に対して、コプレーナ線路１０，２０に給電する給電部の形態が異なる。スロットアレイアンテナ１０１のコプレーナ線路３０は、コプレーナ線路１０，２０に接触給電するのに対し、スロットアレイアンテナ１０３のストリップ導体１３０は、コプレーナ線路１０，２０に非接触給電する。
【００４４】
図７において、ストリップ導体１３０は、給電部の一例である。ストリップ導体１３０は、分岐箇所１３６に近接し、表面４２に設けられる。ストリップ導体１３０と、接地導体４５（導体層４３の一部）と、誘電体層４０とによって、マイクロストリップ線路が形成される。ストリップ導体１３０は、Ｙ軸方向に延在し、接地導体４５に誘電体層４０を介して対向する。ストリップ導体１３０は、コプレーナ線路１０，２０への分岐点となる箇所（分岐箇所１３６）に近接する一方の端部１３２と、アンプ等の不図示の外部装置に接続される給電端となる他方の端部１３３とを有する。給電端となる他方の端部１３３は、誘電体層４０及び導体層４３の縁部に位置する。平面視で、ストリップ導体１３０は、コプレーナ線路１０，２０が分岐箇所１３６から夫々延びる直線状の線路部分と交差し（好ましくは、直交し）、一方の端部１３２は、分岐箇所１３６から突き出る。このような構成によって、ストリップ導体１３０は、コプレーナ線路１０，２０に非接触に給電できる。
【００４５】
図９は、ＬＣフィルタを備えるスロットアレイアンテナを例示する平面図である。図１０は、図９の拡大図である。少なくとも一つのＬＣフィルタを、給電部と第１のコプレーナ線路と第２のコプレーナ線路と第３のコプレーナ線路のうち少なくとも一つに備えると、ノイズによるアンテナ利得の低下を抑制できる。図９は、ＬＣフィルタ６０を、給電部であるコプレーナ線路３０（第３のコプレーナ線路）に付加した構成を示す。
【００４６】
ＬＣフィルタ６０は、例えば、給電部又はコプレーナ線路を通過する所定の周波数帯域の高周波信号を通過させ、当該周波数帯域以外の周波数帯域の高周波信号を遮断するバンドパスフィルタである。
【００４７】
ＬＣフィルタ６０は、少なくとも一つのインダクタンス部（Ｌ）と少なくとも一つのキャパシタンス部（Ｃ）とを有する回路であり、図示の場合、平面的なパターンにより形成されるフィルタである。ＬＣフィルタを平面的なパターンにより形成することで、スロットアレイアンテナのＺ軸方向の外形寸法がＬＣフィルタの付加により大きくなることを防ぐことができる。
【００４８】
図１０の場合、ＬＣフィルタ６０は、３つのインダクタンス部６１，６３，６５と、２つのキャパシタンス部６２，６４とを有する。インダクタンス部６１，６５は、スロット３４，３５から分岐した一対のスロットにより形成されている。キャパシタンス部６２，６４は、スロット３４とスロット３５との間を折り曲げ部を介して短絡するスロットにより形成されている。インダクタンス部６３は、スロット３４，３５のそれぞれに直列に挿入される一対のギャップ部により形成されている。
【００４９】
図１１は、図１０のＬＣフィルタ６０のフィルタ特性を例示する図である。図１１に示すように、ＬＣフィルタ６０は、スロットアレイアンテナ１０１が使用する周波数帯域以外の周波数帯域の高周波信号を遮断する減衰特性を有する。
【００５０】
なお、ＬＣフィルタは、その形態が平面的なパターンにより形成される場合に限られず、例えば、複数のディスクリート素子により形成されたフィルタ回路でもよいが、平面的なパターンにより形成されている場合の方が、ディスクリート素子との接続点による損失を低減できる等の点で好ましい。
【００５１】
図１２は、本開示に係る第４の実施形態のスロットアレイアンテナを例示する平面図である。上述の実施形態と同様の構成及び効果についての説明は、上述の説明を援用することで、省略する。図１２に示されるスロットアレイアンテナ１０４は、図１に示されるスロットアレイアンテナ１０１に対して、スロットの個数が異なる。スロットアレイアンテナ１０４は、二つのスロット１５１，１５３を備える。
【００５２】
つまり、第１のコプレーナ線路と第２のコプレーナ線路の夫々の端部に接続されるスロットの個数は、少なくとも一つ以上でよく、奇数でも偶数でもよい。
【００５３】
図１２に示すスロットアレイアンテナ１０４は、誘電体層４０と、複数のコプレーナ線路３０，１１０，１２０と、二つのスロット１５１，１５３とを備える。
【００５４】
コプレーナ線路１１０は、第１のコプレーナ線路の一例であり、導体層４３にＬ字状に形成される平面伝送線路である。コプレーナ線路１１０は、Ｘ軸方向に延在する第１の線路と、Ｙ軸方向に延在する第２の線路とを有する。コプレーナ線路１１０は、Ｌ字状に曲がる一対のスロットと、当該一対のスロットに挟まれてＬ字状に延在する中心導体１１１とを有する。コプレーナ線路１１０は、分岐箇所３６に接続される端部１１２と、スロット１５１に接続される端部１１３とを有する。端部１１２は、第１の端部の一例であり、端部１１３は、第２の端部の一例である。コプレーナ線路１１０は、端部１１２と端部１１３との間に分岐箇所はない。
【００５５】
コプレーナ線路１２０は、第２のコプレーナ線路の一例であり、導体層４３にＬ字状に形成される平面伝送線路である。コプレーナ線路１２０は、Ｘ軸方向に延在する第１の線路と、Ｙ軸方向に延在する第２の線路とを有する。コプレーナ線路１２０は、Ｌ字状に曲がる一対のスロットと、当該一対のスロットに挟まれてＬ字状に延在する中心導体１２１とを有する。コプレーナ線路１２０は、分岐箇所３６に接続される端部１２２と、スロット１５３に接続される端部１２３とを有する。端部１２２は、第１の端部の一例であり、端部１２３は、第２の端部の一例である。コプレーナ線路１２０は、端部１２２と端部１２３との間に分岐箇所はない。
【００５６】
図１３は、２８ＧＨｚの垂直偏波の電波について、スロットアレイアンテナ１０４の指向性を例示する図であり、ＹＺ平面とＸＺ平面との各々のアンテナ利得を示す。図１３に示すように、指向性の方向は、Ｚ軸方向の正側と負側の両方に向いており、アンテナ利得のピーク値として、７．９ｄＢｉが得られた。
【００５７】
図１４は、第５の実施形態のスロットアレイアンテナを例示する平面図である。上述の実施形態と同様の構成及び効果についての説明は、上述の説明を援用することで、省略する。図１４に示されるスロットアレイアンテナ１０５は、図１に示されるスロットアレイアンテナ１０１に対して、スロットの個数が異なる。スロットアレイアンテナ１０５は、８つのスロット９１〜９８を備える。
【００５８】
図１４に示すスロットアレイアンテナ１０５は、誘電体層４０と、複数のコプレーナ線路３０，７０，８０と、８つのスロット９１〜９８とを備える。スロットアレイアンテナ１０５では、コプレーナ線路７０，８０がＹ軸方向に配列されている。
【００５９】
コプレーナ線路７０は、第１のコプレーナ線路の一例であり、導体層４３にＨ字形状を含むように形成される平面伝送線路である。コプレーナ線路７０は、Ｈ字形状を含むように形成される一対のスロットと、当該一対のスロットに挟まれて延在する中心導体７１とを有する。コプレーナ線路７０は、分岐箇所３６に接続される端部７９と、スロット９１に接続される端部７２と、スロット９２に接続される端部７３と、スロット９３に接続される端部７４と、スロット９４に接続される端部７５とを有する。端部７９は、第１の端部の一例であり、端部７２〜７５は、第２の端部の一例である。コプレーナ線路７０は、端部７９と端部７２〜７５との間に、スロット９１〜９４への分岐点となる箇所を三つ有する（分岐箇所７６，７７，７８）。
【００６０】
コプレーナ線路８０は、第２のコプレーナ線路の一例であり、導体層４３にＨ字形状を含むように形成される平面伝送線路である。コプレーナ線路８０は、Ｈ字形状を含むように形成される一対のスロットと、当該一対のスロットに挟まれて延在する中心導体８１とを有する。コプレーナ線路８０は、分岐箇所３６に接続される端部８９と、スロット９５に接続される端部８２と、スロット９６に接続される端部８３と、スロット９７に接続される端部８４と、スロット９８に接続される端部８５とを有する。端部８９は、第１の端部の一例であり、端部８２〜８５は、第２の端部の一例である。コプレーナ線路８０は、端部８９と端部８２〜８５との間に、スロット９５〜９８への分岐点となる箇所を三つ有する（分岐箇所８６，８７，８８）。
【００６１】
また、コプレーナ線路３０は、直線状でもよいが、アンテナ素子として機能するスロットとの近接による結合によって指向性等の特性が劣化することを抑えるため、当該スロットとの距離が十分に取れるように曲がっていてもよい。図１４の場合、コプレーナ線路３０は、スロット９８との距離が十分に取れるように曲がっており、図示のように曲げた方が曲げない場合に比べて、指向性等の特性を向上できる。
【００６２】
図１５は、第６の実施形態のスロットアレイアンテナを例示する平面図である。上述の実施形態と同様の構成及び効果についての説明は、上述の説明を援用することで、省略する。図１５に示すスロットアレイアンテナ１０６は、図１４に示すスロットアレイアンテナ１０５に対して、コプレーナ線路７０，８０の配列方向が異なる。スロットアレイアンテナ１０６では、コプレーナ線路７０，８０がＸ軸方向に並ぶように配列されている。
【００６３】
図１６は、複数のスロットアレイアンテナを備えるＭＩＭＯアンテナを例示する平面図である。上述の実施形態と同様の構成及び効果についての説明は、上述の説明を援用することで、省略する。図１６に示すＭＩＭＯアンテナ１０７は、給電部が別々に設けられる二つのスロットアレイアンテナ１０１Ａ，１０１Ｂを備え、２チャンネルのＭＩＭＯアンテナとして機能する。スロットアレイアンテナ１０１Ａ，１０１Ｂは、夫々、図１のスロットアレイアンテナ１０１と同じ形態を有するが、他の形態が適用されてもよい。
【００６４】
また、第１〜第６の実施形態のスロットアレイアンテナは、いずれも、２つのコプレーナ線路に分岐する分岐箇所３６、１３６を備える構成について説明したが、これに限らない。例えば、第１の実施形態のスロットアレイアンテナ１０１に基づくと、図１７に示すように、分岐箇所３６から２つのコプレーナ線路に分かれるが、コプレーナ線路３０が分岐箇所３６を通過して直進する延長コプレーナ線路３７を有してもよい。つまり、図１７に示す第７の実施形態のスロットアレイアンテナ１０８のように、延長コプレーナ線路３７上に、さらに分岐箇所３８があって、そこから分岐する２つのコプレーナ線路を有してもよい。この場合、給電部に相当する第３のコプレーナ線路は、一対（左右）のコプレーナ線路ともう一対のコプレーナ線路を繋ぐ、上記の延長コプレーナ線路３７を含むことになる。この例では、分岐箇所３６は、十字の中心として位置づけられ、４つのＴ字状のコプレーナ線路を有するとともに、８つの線状スロットを有する構成となる。なお、上記ＬＣフィルタは、第３のコプレーナ線路のうち、延長コプレーナ線路３７上に配置してもよい。
【００６５】
このように、分岐箇所３６、１３６が、Ｔ字の線路形状の構成の場合について説明したが、アンテナの送受感度や指向性の仕様を満たすために、配置させる（線状）スロットの数に合わせて、分岐箇所が、Ｔ字だけでなく、十字の線路形状を１つ以上含むスロットアレイアンテナでもよい。このとき、典型的に、十字の形状のＮ個の分岐箇所と、Ｔ字の形状の１個の分岐箇所とが存在し、各分岐箇所から分岐するコプレーナ線路に各Ｍ個の（線状）スロットを有する場合、（Ｎ＋１）×Ｍ個の（線状）スロットを有するスロットアレイアンテナとなる。図１７は、Ｎ＝１、Ｍ＝４の場合を示す。
【００６６】
以上、スロットアレイアンテナを実施形態により説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではない。他の実施形態の一部又は全部との組み合わせや置換などの種々の変形及び改良が、本発明の範囲内で可能である。
【００６７】
本国際出願は、２０１８年４月１３日に出願した日本国特許出願第２０１８−０７７３３３号及び２０１８年１２月７日に出願した日本国特許出願第２０１８−２２９７６８号に基づく優先権を主張するものであり、両出願の全内容を本国際出願に援用する。
【符号の説明】
【００６８】
１０  コプレーナ線路（第１のコプレーナ線路の一例）
１２，２２  第１の端部
１３，１４，２３，２４  第２の端部
１５，２５  分岐箇所
１６，１７，１８，１９，２６，２７，２８，２９  スロット
２０  コプレーナ線路（第２のコプレーナ線路の一例）
３０  コプレーナ線路（給電部の一例）
３４，３５  スロット
３６  分岐箇所
３７  延長コプレーナ線路
３８  分岐箇所
４０  誘電体層
４１  一方の表面
４２  他方の表面
４３，４４  導体層
４５  接地導体
５１〜５４  スロット
６０  ＬＣフィルタ
７０  コプレーナ線路（第１のコプレーナ線路の一例）
７２〜７５  第２の端部
７６，７７，７８  分岐箇所
７９  第１の端部
８０  コプレーナ線路（第２のコプレーナ線路の一例）
８２〜８５  第２の端部
８６，８７，８８  分岐箇所
８９  第１の端部
９１〜９４  スロット
１３０  ストリップ導体（給電部の一例）
１３６  分岐箇所
１０１，１０２，１０３，１０４，１０５，１０６  スロットアレイアンテナ
１０７  ＭＩＭＯアンテナ
１１０  コプレーナ線路（第１のコプレーナ線路の一例）
１２０  コプレーナ線路（第２のコプレーナ線路の一例）
【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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【国際調査報告】
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