CN102918712A - 天线装置 - Google Patents

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    • H01Q9/00—Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
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    • H01Q9/16—Resonant antennas with feed intermediate between the extremities of the antenna, e.g. centre-fed dipole
    • H01Q9/28—Conical, cylindrical, cage, strip, gauze, or like elements having an extended radiating surface; Elements comprising two conical surfaces having collinear axes and adjacent apices and fed by two-conductor transmission lines
    • H01Q9/285—Planar dipole
    • H—ELECTRICITY
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    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q19/00—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic
    • H01Q19/28—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic using a secondary device in the form of two or more substantially straight conductive elements
    • H01Q19/30—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic using a secondary device in the form of two or more substantially straight conductive elements the primary active element being centre-fed and substantially straight, e.g. Yagi antenna

Abstract

本发明提供一种天线装置。在各无供电元件阵列(6)中，无供电元件(5)具有与偶极子天线(4)的长边方向实质上平行的条带形状，且以规定的间隔(L5)形成。间隔(L5)被设定为在向供电线路(20)供电的高频信号的波长λ的1/8以下。无供电元件阵列(6)被配置为形成使来自偶极子天线(4)的电波作为磁流来进行传输的多个伪缝隙开口(S6)。

Description

天线装置
技术领域
本发明涉及具有偶极子天线的图像装置以及具有该图像装置的无线通信装置。
背景技术
作为现有技术的端射(end fire)天线阵，公知一种缝隙天线，其在电介质基板的表面所形成的接地导体的边缘上，形成与该边缘正交的缝隙，并在电介质的背面形成与缝隙交叉的供电线路。供电线路与缝隙进行电磁耦合，使经由供电线路所传送的高频信号激振缝隙。此时在缝隙中产生的电场会被沿缝隙向电介质基板的边缘方向波导，向端射方向辐射。
由于端射天线多数是行波型天线，一般而言，容易实现宽带化。例如，专利文献1是通过对供电线路的形状下功夫而实现了缝隙天线的宽带化。此外，公知如下技术，通过具有具备多个缝隙的阵列构造的天线或具备具有锥形形状的锥形缝隙的锥形缝隙天线(参照专利文献2)，对端射天线阵进行高增益化。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：JP特开2008-283251号公报
专利文献2：JP特开2009-5086号公报
专利文献3：美国专利申请公开第2009/0195460号说明书
专利文献4：美国专利申请公开第2009/0046019号说明书
专利文献5：美国专利申请公开第2009/0207088号说明书
专利文献6：美国专利第6281843号说明书
发明概要
发明所要解决的技术问题
然而，当在毫波带等非常高的频带的电波中应用在电介质基板的边缘方向上辐射电波的缝隙天线时，有以下两个问题。首先，有以下问题：在一般的印刷布线基板的蚀刻工艺中，根据毫波带的电波的波长而使得用于对缝隙供电的供电部形成得较小是困难的。此外，还有沿缝隙流动的接地电流的损失会比较大的问题。由于接地电流的损失与辐射效率的降低有直接关系，因此，具有上述阵列构造的天线或锥形缝隙天线均无法解决该问题。
发明内容
本发明的目的在于，解决以上的技术问题，而提供一种与现有技术相比具有小型并且高增益特性的天线装置以及具有该天线装置的无线通信装置。
第一发明的天线装置，具有：
电介质基板，其具有第一及第二面；
偶极子天线，其具备形成在上述电介质基板的第一面上且与供电线路连接的第一供电元件、以及形成在上述电介质基板的第二面上且与接地导体连接的第二供电元件，并具有应辐射的高频信号的波长的实质上1/2的电气长度；和
至少三个第一无供电元件阵列，其分别具有形成在上述电介质基板的第一面上的多个第一无供电元件，
在各上述第一无供电元件阵列中，上述多个第一无供电元件，分别具有在上述偶极子天线的长边方向实质上平行的条带形状，且以规定的第一间隔被配置成相互进行电磁耦合，
上述至少三个第一无供电元件阵列，在相邻的一对第一无供电元件阵列之间分别以规定的第二间隔且实质上相互平行被配置成：形成使来自上述偶极子天线的电波作为磁流来进行传输的第一伪缝隙开口。
在上述天线装置中，上述第一间隔被设定为上述波长的实质上1/8以下。
此外，在上述天线装置中，相邻的一对上述第一无供电元件阵列之中的一方的第一无供电元件阵列的各第一无供电元件，与另一方的第一无供电元件阵列的对应的各第一无供电元件，在它们彼此相邻的各端部相对置。
而且，在上述天线装置中，相邻的一对上述第一无供电元件阵列之中的一方的第一无供电元件阵列的各第一无供电元件被配置为：相对于另一方的第一无供电元件阵列的各第一无供电元件，在与上述偶极子天线的长边方向正交的方向上移动了规定距离。
而且，在上述天线装置中，
还具有：
至少三个第二无供电元件阵列，其分别具有形成在上述电介质基板的第二面上的多个第二无供电元件，
在各个上述第二无供电元件阵列中，上述多个第二无供电元件分别具有与上述偶极子天线的长边方向实质上平行的条带形状，且以规定的第三间隔被配置成相互进行电磁耦合，
上述至少三个第二无供电元件阵列，在相邻的一对第二无供电元件阵列之间，分别以规定第四间隔且实质上相互平行地被配置成：形成使来自上述偶极子天线的电波作为磁流来进行传输的第二伪缝隙开口，
上述偶极子天线，还具有：
在上述第二面上形成为与上述第一供电元件对置的第三无供电元件；和
在上述第一面上形成为与上述第二供电元件对置的第四无供电元件。。
而且，在上述天线装置中，上述第三间隔被设定为上述波长的实质上1/8以下。
而且，上述第一供电元件的电气长度与上述第二供电元件的电气长度被设定为彼此不同。
而且，在上述天线装置中，上述第一供电元件的电气长度与上述第二供电元件的电气长度被设定为实质上彼此相等。
此外，在上述天线装置中，还具有：
至少一对无供电元件对，其具有形成在上述第一及第二面之中的至少一方的作为反射器来进行动作的两个无供电元件，
上述两个无供电元件具有条带形状，且与上述偶极子天线的长边方向平行、并且在与上述偶极子天线相关地位于与上述至少三个第一无供电元件阵列相反侧的直线上形成为与上述偶极子天线相对置且进行电磁耦合。
第二发明的无线通信装置，具有上述天线装置。
发明效果
根据本发明的天线装置及无通信装置，构成为具有分别具有在电介质基板的第一个面上形成的多个第一无供电元件的至少三个第一无供电元件阵列。在此，在各第一无供电元件阵列中，多个第一无供电元件分别具有与偶极子天线的长边方向实质上平行的条带形状，且以规定的第一间隔被配置成相互进行电磁耦合，至少三个第一无供电元件阵列，在相邻的一对第一无供电元件阵列之间，分别以规定的第二间隔且实质上相互平行地被配置成：形成使来自偶极子天线的电波作为磁流来进行传输的第一伪缝隙开口。因此，与现有技术相比较，能够提供具有小型并且高增益特性的天线装置及无线通信装置。
附图说明
图1是本发明的第一实施方式的天线装置100的表面图。
图2是图1的天线装置100的背面图。
图3是本发明的第一实施方式的波形例的天线装置100A的表面图。
图4是图3的天线装置100A的背面图。
图5是本发明的第二实施方式的天线装置100B的表面图。
图6是图5的天线装置100B的背面图。
图7是本发明的第三实施方式的天线装置100C的表面图。
图8是图7的天线装置100C的背面图。
图9是本发明的第四实施方式的天线装置100D的表面图。
图10是图9的天线装置100D的背面图。
图11是本发明的第五实施方式的天线装置100E的表面图。
图12是图11的天线装置100E的背面图。
图13是本发明的第六实施方式的无线通信装置200的表面图。
图14是表示在图1的天线装置100中，将无供电元件阵列6的个数设定为5，且将各无供电元件阵列6所包含的无供电元件5的个数设定为20时的XY平面上的辐射图案的图形。
图15是表示在图1的天线装置100中，将无供电元件阵列6的个数设定为5、将各无供电元件阵列6所包含的无供电元件5的个数设定为20、且使供电元件4b的长度短于供电元件4a的长度时的XY平面上的辐射图案的图形。
图16是表示在图1的天线装置100中，将无供电元件阵列6的个数设定为5、将各无供电元件阵列6所包含的无供电元件5的个数设定为20、且使供电元件4b的长度短于供电元件4a的长度时的XY平面中的辐射图案的图形。
图17是表示在图1的天线装置100中，将无供电元件阵列6的个数设定为5、将各无供电元件阵列6所包含的无供电元件5的个数设定为20、使供电元件4b的长度短于供电元件4a的长度、且使第偶数列的无供电元件阵列6沿X轴方向移动了L5/2时的XY平面上的辐射图案的图形。
图18是表示在图1的天线装置100中，将无供电元件阵列6的个数设定为5、将各无供电元件阵列6所包含的无供电元件5的个数设定为20、供电元件4b的长度短于供电元件4a的长度、且使第偶数列的无供电元件阵列6沿X轴方向移动了L5/2时的XZ平面上的辐射图案的图形。
图19是表示在图1的天线装置100中，将无供电元件阵列6的个数设定为5、将各无供电元件阵列6所包含的无供电元件5的个数设定为20、使供电元件4b的长度短于供电元件4a的长度、且追加了无供电元件4c以及4d时的XY平面上的辐射图案的图形。
图20是表示在图1的天线装置100中，将无供电元件阵列6的个数设定为5、将各无供电元件阵列6所包含的无供电元件5的个数设定为20、使供电元件4b的长度短于供电元件4a的长度、且追加了无供电元件4c以及4d时的XZ平面上的辐射图案的图形。
图21是表示在图1的天线装置100中，将无供电元件阵列6的个数设定为5、将各无供电元件阵列6所包含的无供电元件5的个数设定为20、供电元件4b的长度短于供电元件4a的长度、追加了无供电元件4c以及4d、且追加了无供电元件对13以及14时的XY平面上的辐射图案的图形。
图22是表示在图1的天线装置100中，将无供电元件阵列6的个数设定为5、将各无供电元件阵列6所包含的无供电元件5的个数设定为20、供电元件4b的长度短于供电元件4a的长度、追加了无供电元件4c以及4d、且追加了无供电元件对13以及14时的XZ平面上的辐射图案的图形。
图23是表示在图11的天线装置100E中，将无供电元件阵列6之间的间隔L6设定为λ/10时的无供电元件5之间的间隔L5与主波束的峰值增益的关系的图形。
图24是表示在图11的天线装置100E中，将无供电元件5之间的间隔L5设定为λ/25时的无供电元件阵列6之间的间隔L6与主波束的峰值增益的关系的图形。
具体实施方式
以下，针对本发明的实施方式，参照附图来进行说明。而且，针对相同结构要素赋予了相同的符号。
第一实施方式
图1是本发明的第一实施方式的天线装置100的表面图，图2是图1的天线装置100的背面图。本实施方式的天线装置100，是用于通过微波带或毫波带等高频带进行无线通信的无线通信装置的端射天线阵装置。
在图1中，天线装置100构成为具有：电介质基板1；接地导体10、11、12；条带导体2、30、31；分别包括八个无供电元件5的六个无供电元件阵列6。而且，在本实施方式、以下的各实施方式以及变形例中，如图1所示定义XYZ坐标系。此时，图1的右方向称为X轴方向，将上方向称为Y方向。此外，将与X轴方向相反的方向称为-X轴方向，将与Y轴相反方向称为-Y轴方向。
在图1中，电介质基板1，例如是玻璃环氧树脂基板。此外，接地导体10、11、条带导体2、30、供电元件4a和无供电元件阵列6，形成在电介质基板1的表面上，接地导体12、条带导体31和供电元件4b形成在电介质基板1的背面上。在此，接地导体12，形成在图1的电介质基板1的左端部。条带导体2形成为与接地导体12对置并且从电介质基板1的左端部向X轴方向延伸。接地导体10及11，以与接地导体12对置的方式，在与条带导体2之间具有规定间隔地形成在条带导体2的两侧。而且，接地导体10、11以及12相互电连接。在图1以及图2中，夹着电介质基板1设置的接地导体10、11以及条带导体2与接地导体12构成接地共面(grounded coplanar)线路，并作为供电线路20使用。
此外，在图1中，条带导体30具有电气长度L30，且具有与图1的条带导体2的右端部连接的一端和另一端，形成为在X轴方向上延伸。而且，供电元件4a，具有与条带导体30的另一端连接的一端、以及作为开放端的另一端，并从天线导体30的另一端向Y轴方向延伸。在图2中，条带导体31具有与接地导体2连接的一端、以及与供电元件4b的一端连接的另一端，并形成为与条带导体30对置。此外，供电元件4b具有与条带导体31的另一端连接的一端、以及作为开放端的另一端，并从条带导体31的另一端向Y轴方向延伸。如上述形成的供电元件4a与4b，作为具有从供电元件4a的开放端至供电元件4b的开放端的电气长度L4的半波长印刷偶极子天线(以下，称为偶极子天线)4而动作，主要在X轴方向上辐射电波。以下，将X轴方向称为端射方向。
在图1中，各无供电元件阵列6，构成为具有在电介质基板1的表面上所形成的八个无供电元件5。其中，各无供电元件5具有与偶极子天线4的长边方向(Y轴方向)实质上平行延伸的条带形状。而且，在各无供电元件阵列6中，无供电元件5以相互进行电磁耦合的方式，在与X轴平行的直线上以规定间隔L5被配置。
此外，在图1中，六个无供电元件阵列6，按照在Y轴方向上相邻的一对无供电元件阵列6形成具有规定宽度L6的伪缝隙开口(以下，称为伪缝隙开口)S6的方式，相互实质上平行地形成。图1的情况下，通过六个无供电元件阵列6，形成在X轴方向上延伸的五个伪缝隙开口S6。而且，在Y轴方向上相邻的一对无供电元件阵列6之中的一方的无供电元件阵列6的各无供电元件5，与另一方的无供电元件阵列6的对应的各无供电元件5，在它们彼此相邻的各端部以具有间隔L6的方式对置。因此，六个无供电元件阵列6的相互对应的各六个无供电元件，在与Y轴平行的一直线上被配置。
在此，偶极子天线4的电气长度L4，被设定为实质上与供电线路20所供电的高频信号的波长λ的1/2相等。由此，能够从偶极子天线4高效地辐射电波。此外，供电元件4a以及4b的各电气长度实质上被设定为彼此相等。而且，间隔L5，以相邻的无供电元件5相互进行电磁耦合的方式，被设定为例如λ/8以下。而且，宽度L6(间隔L6)，例如被设定为λ/10。而且，距离偶极子天线4最接近的无供电元件5与偶极子天线4之间的间隔L45，被设定为使距离偶极子天线4最接近的无供电元件5与偶极子天线4相互进行电磁耦合，优选设定为与间隔L5相等的值。电气长度L30，例如，被设定为与间隔L5相等。
在图1以及图2中，来自用于输出具有微波带或毫波带等高频带的频率分量的高频信号的高频电路的高频信号，经由供电线路20和由夹着电介质基板1设置的条带导体30以及31构成的传送线路来传送，对偶极子天线4供电，从偶极子天线4向端射方向辐射。另一方面，在各无供电元件阵列6中，在X轴方向上相邻的无供电元件5彼此在X轴方向上进行电磁耦合，各无供电元件阵列6作为在X轴方向上延伸的电气壁来进行动作。并且，在Y轴方向上相邻的一对无供电元件阵列6之间形成伪缝隙开口S6。因此，在各伪缝隙开口S6处，产生与Y轴方向平行的电场，伴随于此，在伪缝隙开口S6中流动与X轴方向平行的磁流。因此，从偶极子天线4辐射的电波，沿各无供电元件阵列6之间的各伪缝隙开口S6，在电介质基板1的表面沿X轴方向被导波并被传送，从电介质基板1的右侧的边缘端部1a(参照图1)向端射方向辐射。即，天线100将伪缝隙开口S6作为磁流源来动作。此时，在电介质基板1的边缘端部1a处，电波的相位一致而产生等相位面。而且，在Y轴方向上相邻的一对无供电元件阵列6之中的一方的无供电元件阵列6的无供电元件5与另一方的无供电元件阵列6的无供电元件5，在Y轴方向上不进行电磁耦合，不进行谐振。
如以上所说明，天线装置100构成为具有：电介质基板1；偶极子天线4，其具有在电介质基板1的表面所形成并且与供电线路20连接的供电元件4a、以及在电介质基板1的背面所形成并且与接地导体12连接的供电元件4b，且具有应辐射的高频信号的波长λ的实质上1/2的电气长度；和分别具有在电介质基板1的表面所形成的多个无供电元件5的六个无供电元件阵列6。在此，在各无供电元件阵列6中，多个无供电元件5分别具有与偶极子天线4的长边方向实质上平行的条带形状，且以相互进行电磁耦合的方式，以规定间隔L5被配置，六个无供电元件阵列6的特征在于，按照在相邻的一对无供电元件阵列6之间分别形成将来自偶极子天线4的电波作为磁流来进行传输的伪缝隙开口S6的方式，以规定间隔L6，实质上相互平行地被配置。
因此，根据本实施方式的天线装置100，各无供电元件阵列6作为电气壁来动作，在Y轴方向上相邻的两个无供电元件阵列6之间形成伪缝隙开口S6。即，天线装置100，例如，由于具有将在X轴方向上延伸的导体分割为多个无供电元件5的结构，因此导体长度变短，能够减小沿伪缝隙开口S6流动的电流。
此外，通过尽量缩小设定间隔L5，从而使在X轴方向上相邻的无供电元件5彼此之间经由电介质基板1的表面上的自由空间较强地进行电磁耦合，能够降低电介质基板1内的电力线的密度，因此，能够减少因电介质基板1引起的电介质损失的影响。因此，与现有技术相比，能够得到高增益特性。
而且，根据本实施方式的天线装置100，通过更小地形成无供电元件5，能够减小在无供电元件5上产生的电流。此外，通过缩窄无供电元件5之间的间隔L5，能够缓和因电介质基板1引起的电介质损失。由此，能够使天线装置100小型化，能够得到高增益特性。
此外，由于在电介质基板1的边缘端部1a产生等相位面，因此，与现有技术相比，能够缩窄垂直面内的波束宽度以及水平面内的波束宽度。
而且，天线装置100利用在伪缝隙开口S6处流动的磁流来进行动作，因此，天线装置100与在天线装置100的附近所配置的导体之间的干扰对增益的影响会比较小。
而且，根据本实施方式，供电线路20是接地共面线路，因此，接地导体10及11作为将从偶极子天线4向X轴方向辐射的电波向X轴方向反射的反射器来进行动作。因此，能够高效地将来自偶极子天线4的电波朝向无供电元件阵列6，能够提高增益。
因此，根据本实施方式的天线装置100，能够提高在空间上的传输损失较大的毫波带等的高频带进行通信的无线通信装置的功率效率。
此外，本实施方式的天线装置100，由于具有偶极子天线4，因此能够比较容易实现用于发送/接收毫波带等的高频信号的天线装置。
而且，在本实施方式中，天线装置100虽然具有六个无供电元件阵列6，但本发明不局限于此，也可以具有配置为形成多个伪缝隙开口S6的三个以上无供电元件阵列6。而且，将各无供电元件阵列6的端射方向的长度设置得越长(越增加无供电元件5的个数)，则垂直面(XZ平面)内的波束宽度就变得越窄。此外，越增加无供电元件阵列6的个数，则水平面(XY面)内的波束宽度就变得越窄。即，通过无供电元件阵列6的长度以及个数，能够独立地控制垂直面以及水平面内的波束宽度。
第一实施方式的变形例
在第一实施方式中，虽然各无供电元件阵列6的X轴方向的长度(即，各无供电元件阵列6内的无供电元件5的个数)彼此相同，但本发明不局限于此，也可以彼此不同。此外，在第一实施方式中，在各无供电元件阵列6中，无供电元件5以相等间隔L5被配置。然而，本发明并不局限于此，在各无供电元件阵列6中，无供电元件5也可以按照相互在X轴方向上进行电磁耦合的方式，非等间隔地被配置。然而，各无供电元件阵列6内的无供电元件5之间的各间隔的最大值优选为λ/8以下。
图3是本发明的第一实施方式的变形例的天线装置100A的表面图，图4是图3的天线装置100A的背面图。天线装置100A与天线装置100相比，不同点在于，代替六个无供电元件阵列6而具有无供电元件阵列61～67。在本变形例中，仅说明与第一实施方式的不同之处。
在图3中，无供电元件阵列61、62、63、64、65、66及67，分别具有九、八、八、七、八及九个无供电元件5。在各无供电元件阵列61～67中，无供电元件5与第一实施方式的无供电元件阵列6内的无供电元件5同样地被形成且被配置。此外，在图3中，无供电元件阵列61、62、63、64、65、66及67，以使在Y轴方向上相邻的一对无供电元件阵列形成具有规定宽度L60的伪缝隙开口S60的方式，实质上相互平行地被形成。图3的情况下，通过七个无供电元件阵列61～67，形成了在X轴方向上延伸的六个伪缝隙开口S60。
而且，在无供电元件阵列61～67中，在Y轴方向上相邻的一对无供电元件阵列之中的一方的无供电元件阵列的各无供电元件5，相对于另一方的无供电元件阵列的各无供电元件5，在与偶极子天线4的长边方向正交的方向上移动规定距离D地被配置。而且，在图3中，间隔L5、间隔L45以及宽度L60分别被设定为与第一实施方式中的间隔L5、间隔L45以及宽度L6相同。
在图3以及图4中，从偶极子天线4辐射的电波，沿各无供电元件阵列61～67之间的各伪缝隙开口S60，在电介质基板1的表面向X轴方向被波导并被传送，从电介质基板1的右侧的边缘端部1a向端射方向辐射。天线装置100A，与第一实施方式的天线装置100发挥相同的效果。
第二实施方式
图5是本发明的第二实施方式的天线装置100B的表面图，图6是图5的天线装置100B的背面图。本实施方式的天线装置100B，与第一实施方式的天线装置100相比，其特征在于，替代偶极子天线4而具有偶极子天线4A，还具有分别包括八个无供电元件7的六个无供电元件阵列8。在本实施方式中，仅说明与第一实施方式的不同之处。
在图5以及图6中，偶极子天线4A构成为具有供电元件4a及4b；和无供电元件4c及4d。在此，无供电元件4c在电介质基板1的表面形成为，在与供电元件4b对置并且与供电元件4a之间具有规定间隔。此外，无供电元件4d在电介质基板1的背面形成为，与供电元件4a对置并且与供电元件4b之间具有规定间隔。
此外，在图6中，各无供电元件阵列8构成为具有在电介质基板1的背面上形成的八个无供电元件7。在此，无供电元件7，具有与偶极子天线4A的长边方向(Y轴方向)实质上平行延伸的条带形状。而且，在各无供电元件阵列8中，无供电元件7以相互进行电磁耦合的方式，在与X轴平行的直线上以规定间隔L7被配置。
此外，在图6中，六个无供电元件阵列8，以使在Y轴方向上相邻的一对无供电元件阵列8形成具有规定宽度L8的伪缝隙开口S8的方式，相互实质上平行地被形成。图6的情况下，通过六个无供电元件阵列8，形成在X轴方向上延伸的五个伪缝隙开口S8。而且，在Y轴方向上相邻的一对无供电元件阵列8之中的一方的无供电元件阵列8的无供电元件7，与另一方的无供电元件阵列8的无供电元件7，在它们彼此相邻的各端部具有间隔L7地相互对置。
而且，在本实施方式中，间隔L7被设定为与间隔L5相等，宽度L8被设定为与宽度L6相等，无供电元件7形成为分别与无供电元件5对置。
在各无供电元件阵列8中，在X轴方向上相邻的无供电元件7相互在X轴方向上进行电磁耦合，无供电元件阵列8作为在X轴方向上延伸的电气壁而动作。并且，在Y轴方向上相邻的一对无供电元件阵列8之间形成伪缝隙开口S8。因此，在各伪缝隙开口S8处产生与Y轴方向平行的电场，伴随于此，在伪缝隙开口S8流动与X轴方向平行的磁流。因此，从偶极子天线4A辐射的电波，沿各无供电元件阵列8之间的各伪缝隙开口S8在电介质基板1的背面向X轴方向被波导并被传送，从电介质基板1的右侧的边缘端部1a向端射方向辐射。即，天线100B将伪缝隙开口S8作为磁流源而动作。此时，在电介质基板1的边缘端部1a处，电波的相位一致而产生等相位面。而且，在Y轴方向上相邻的一对无供电元件阵列8之中的一方的无供电元件阵列8的无供电元件7，与另一方的无供电元件阵列8的无供电元件7，在Y轴方向上不进行电磁耦合，不进行谐振。
如以上所说明，在图5及图6中，从偶极子天线4A辐射的电波，沿各伪缝隙开口S6在电介质基板1的表面作为磁流进行传送，并沿各伪缝隙开口S8在电介质基板1的背面作为磁流进行传送，从电介质基板1的边缘端部1a向端射方向辐射。
根据本实施方式的偶极子天线4A，无供电元件4c与供电元件4b进行电磁耦合，无供电元件4d与供电元件4a进行电磁耦合，因此，与上述偶极子天线4相比，能够更有效地辐射电波。而且，由于还具有无供电元件阵列8，因此，与上述实施方式及变形例相比，能够提高辐射效率及开口效率。
而且，在本实施方式中，虽然间隔L7被设定为与间隔L5相等，宽度L8被设定为与宽度L6相等，但本发明不局限于此。此外，虽然间隔L7可以与间隔L5不相等，但优选为λ/8以下。此外，虽然宽度L8可以与宽度L6不相等，但设定为例如λ/10。而且，电介质基板1的表面的无供电元件阵列6的配置形状，无需与背面的无供电元件阵列8的配置形状相同。
此外，在本实施方式中，天线装置100B虽然具有无供电元件阵列6及8，但本发明不局限于此，也可以仅具有无供电元件阵列6及8之中的一方。
第三实施方式
图7是本发明的第三实施方式的天线装置100C的表面图，图8是图7的天线装置100C的背面图。本实施方式的天线装置100C，与第二实施方式的天线装置100B相比，构成为还具备：具有无供电元件13a、13b的无供电元件对13；和具有无供电元件14a、14b的无供电元件对14。在本实施方式中，仅说明与第二实施方式的不同之处。
在图7及图8中，无供电元件13a及13b具有条带形状，形成于电介质基板1的表面。无供电元件13a及13b，与偶极子天线4A的长边方向平行，并且，在与偶极子天线4A相关地位于与无供电元件阵列6相反侧的直线上，形成为与偶极子天线4A对置并且进行电磁耦合，且作为反射器来进行动作。此外，无供电元件14a及14b具有条带形状，且形成于电介质基板1的背面。无供电元件14a及14b，与偶极子天线4A的长边方向平行，并且，在与偶极子天线4A相关地位于与无供电元件阵列6相反侧的直线上，形成为与偶极子天线4A对置并且进行电磁耦合，且作为反射器来进行动作。
此外，在图7中，无供电元件13a，在电介质基板1的表面、即供电元件4a与接地导体11之间的区域，被形成为在Y轴方向上延伸。此外，无供电元件13b，在电介质基板1的表面、即无供电元件4c与接地导体10之间的区域，被形成为在Y轴方向上延伸。而且，无供电元件14a及14b，在电介质基板1的背面，形成为分别与无供电元件13a及13b对置。无供电元件13a与供电元件4a进行电磁耦合，无供电元件13b与无供电元件4c进行电磁耦合，无供电元件14a与无供电元件4d进行电磁耦合，无供电元件14b与供电元件4b进行电磁耦合。
根据本实施方式，由于与偶极子天线相关地在与来自偶极子天线4A的电波的辐射方向相反侧的位置上，设置了作为反射器来动作的无供电元件对13及14，因此，与第二实施方式相比，能够更有效地将从偶极子天线4辐射的电波朝向端射方向，能够提高FB(Front to Back)比。特别地，当无供电元件阵列6及8的个数增加而使天线装置100C的Y轴方向的尺寸增大时，无供电元件对13及14的效果增大。此外，当供电线路20不具有微条带线路等作为反射器而动作的接地导体10及11时，无供电元件对13及14的效果增大。
而且，在本实施方式中，天线装置100C虽然具有两个无供电元件对13及14，但本发明不局限于此，也可以仅具有无供电元件对13及14之中的一方。
此外，在本实施方式中，天线装置100C虽然具有无供电元件阵列6及8，但本发明不局限于此，也可以仅具有无供电元件阵列6及8之中的一方。
第四实施方式
图9是本发明的第四实施方式的天线装置100D的表面图，图10是图9的天线装置100D的背面图。本实施方式的天线装置100D，与第一实施方式的变形例的天线装置100A相比，其特征在于，代替供电元件4b而具有供电元件4e。在本实施方式中，仅说明与第一实施方式的变形例的不同之处。在上述各实施方式及变形例中，虽然供电元件4a及4b的各电气长度被设定为彼此相等的值，但在本实施方式中，供电元件4e的电气长度被设定为比供电元件4b的电气长度短。此外，供电元件4a与4e，作为具有从供电元件4a的开放端至供电元件4e的开放端的电气长度L4的偶极子天线4B来动作。
在本实施方式及上述各实施方式中，供电线路20是非平衡传送电路，因此，若与供电线路20连接了平衡型的偶极子天线4，则供电元件4a中流动的电流与供电元件4b中流动的电流会不平衡，会出现水平面内的波束不朝向端射方向的情形。上述各实施方式以及变形例的天线装置100、100A、100B、100C，与现有技术相比，具有较小的波束宽度，因此，若电子束的朝向未朝向天线装置100、100A、100B、100C的正面(端射方向)，则对用户而言，操作性会变差。
根据本实施方式的天线装置100C，通过将供电元件4e的电气长度设定为比供电元件4a的电气长度短，能够通过调整上述电流的不平衡而将波束朝向端射方向。此外，由于将来自偶极子天线4B的电波的辐射方向朝向端射方向，因此与上述各实施方式以及变形例相比，会提高无供电元件阵列6的波导效率。
而且，虽然将供电元件4e的电气长度设定为比供电元件4a的电气长度短，但本发明不局限于此，只要将供电元件4a的电气长度与供电元件4e的电气长设定为彼此不同，以使来自偶极子天线4B的电波的辐射方向朝向端射方向等所希望的方向即可。
此外，在本实施方式中，虽然在电介质基板1的背面未设置无供电元件阵列，但本发明不局限于此。在电介质基板1的背面，例如，也可以设置与无供电元件阵列61～67相同的至少三个无供电元件阵列。此时，在各无供电元件阵列中，多个无供电元件(例如，图8的无供电元件7)，分别具有与偶极子天线4B的长边方向实质上平行的条带形状，且以相互进行电磁耦合的方式以规定间隔被配置。此外，上述至少三个无供电元件阵列，在相邻的一对无供电元件阵列之间，分别以形成使来自偶极子天线4B的电波作为磁流进行传输的伪缝隙开口(例如，图8的伪缝隙开口S8)的方式，以规定的间隔，实质上相互平行地被配置。
第五实施方式
图11是本发明的第五实施方式的天线装置100E的表面图，图12是图11的天线装置100E的背面图。本实施方式的天线装置100E，其特征在于，与第3实施方式的变形例的天线装置100C相比，代替供电元件4b而具有供电元件4e。在本实施方式中，仅说明与第三实施方式的不同之处。
在本实施方式中，供电元件4e的电气长度，与第四实施方式的天线装置100D相同，被设定为比供电元件4b的电气长度短。此外，供电元件4a、4c、4d、4e，作为具有从供电元件4a的开放端至供电元件4e的开放端为止的电气长度L4的偶极子天线4C而动作。
根据本实施方式，与第四实施方式相同，通过将供电元件4e的电气长度设定为比供电元件4a的电气长度短，能够将波束朝向端射方向。此外，由于将来自偶极子天线4C的电波的辐射方向朝向端射方向，因此，与第三实施方式相比，会提高无供电元件阵列6及8的波导效率。
而且，虽然将供电元件4e的电气长度设定为比供电元件4a的电气长度短，但本发明不局限于此，可以将供电元件4a的电气长度与供电元件4e的电气长度设定为彼此不同，以使来自偶极子天线4C的电波的辐射方向朝向端射方向等所希望的方向。
此外，在本实施方式中，虽然将无供电元件4c的电气长度设定为比供电元件4e的电气长度长，但本发明不局限于此，可以将无供电元件4c的电气长度设定为与供电元件4e的电气长度实质上相等。
而且，在本实施方式中，天线装置100E虽然具有无供电元件阵列6及8，但本发明不局限于此，也可以仅具有无供电元件阵列6及8之中的一方。而且，天线装置100E虽然具有无供电元件对13及14，但本发明不局限于此，也可以仅具有无供电元件对13及14之中的一方。
第六实施方式
图13是本发明的第六实施方式的无线通信装置200的表面图。在图13中，无线通信装置200，是无线模块基板等无线通信装置，且构成为具有：第一实施方式的天线装置100；上位层电路501；基带电路502；和高频电路503。在此，上位层电路501、基带电路502、和高频电路503被设置在电介质基板1的表面上。而且，各电路501～503与偶极子天线4相关地在-X方向上被设置。
在图13中，上位层电路501是比MAC(MediaAccess Control：介质存取控制)层及应用层等物理层更上位的层的电路，例如，包括通信电路以及主机处理电路。上位层501将规定的数据信号输出给基带电路502，另一方面，对来自基带电路502的基带信号进行规定的信号处理，转换为数据信号。此外，基带电路502在对来自上位层电路501的数据信号进行了波形成形处理之后，根据处理后的数据信号，调制规定的传送波信号，并变换为高频信号，输出给高频电路503。而且，基带电路502将来自高频电路503的高频信号解调为基带信号，输出给上位层电路501。
此外，在图13中，高频电路503对来自基带电路502的高频信号进行无线频带的功率放大处理以及波形整形处理，经由供电线路2输出给偶极子天线4。而且，高频电路503在将由偶极子天线4进行无线接收的高频信号进行了频率变换等规定的处理之后，输出给基带电路502。
而且，高频电路503与天线装置100，经由高频传送线路连接。此外，根据需要，在高频电路503与天线装置100C之间设置阻抗匹配电路。如以上说明所构成的无线通信装置200，由于使用天线装置100来无线收发高频信号，因此，与现有技术相比，能够实现小型并且高增益的无线通信装置。
而且，虽然本实施方式的无线通信装置200具有天线装置100，但本发明不局限于此，也可以具有天线装置100A、100B、100C、100D或100E。
此外，虽然本实施方式的无线通信装置200进行了无线收发，但本发明不局限于此，也可以仅进行无线发送或仅进行无线接收。
实施例
参照图14～图22，说明针对图1的天线装置100进行了三维电磁场分析的结果。而且，在图14～图22中，将无供电元件阵列6的个数设定为5，将各无供电元件阵列6所包含的无供电元件5的个数设定为20。而且，将电介质基板1的厚度设定为0.2mm，将向偶极子天线4供电的高频信号的频率设定为60GHz。
图14是表示图1的天线装置100的XY平面上的辐射图案的图形。如图14所示可知，在XY平面上，得到较窄的波束宽度。此外，图15及图16是分别表示在图1的天线装置100中，使供电元件4b的长度比供电元件4a的长度短时的XY平面及XZ平面上的辐射图案的图形。如图15及图16所示可知，通过使供电元件4b的长度比供电元件4a的长度短，尽管波束宽度不变，但波束方向朝向X轴方向(端射方向)。
图17及图18是表示在图1的天线装置100中，使供电元件4b的长度比供电元件4a的长度短，并且使第偶数列的无供电元件阵列6向X轴方向移动了L5/2时的XY平面及XZ平面上的辐射图案的图形。若将图17及图18与图15及图16相比，则可知：即使无供电元件阵列6的配置方法发生变化，辐射特性实质上并无变化。
图19及图20，是表示在图1的天线装置100中，使供电元件4b的长度比供电元件4a的长度短、且追加了无供电元件4c及4c(例如，参照图5及图6)时的XY平面及XZ平面上的辐射图案的图形。若将图19及图20与图15及图16相比，则可知：通过追加无供电元件4c及4d，尽管辐射图案的形状实质上无变化，但增益提高。
图21及图22是表示在图1的天线装置100中，使供电元件4b的长度比供电元件4a的长度短、追加了无供电元件4c及4d、且追加了无供电元件对13及14(例如，参照图7及图8)时的XY平面及XZ平面上的辐射图案的图形。若将图21及图22与图15～图18相比，则可知：通过追加无供电元件对13及14，尽管辐射图案的形状实质上并无变化，但增益提高。
接着，参照图23及图24，来说明在图11的天线装置100E中，研究了供电元件5之间的间隔及无供电元件阵列6之间的间隔L6的最佳值的结果。而且，将向偶极子天线4C供电的高频信号的频率设定为62GHz。此外，以将来自偶极子天线4C的电波朝向端射方向的方式，将供电元件4e的长度设定为比供电元件4a的长度短。而且，将无供电元件5的X轴方向的宽度设定为λ/25，将Y轴方向的长度设定为X轴方向的宽度的约3倍。
图23是表示在图11的天线装置100E中，将无供电元件阵列6之间的间隔L6设定为λ/10时的无供电元件5之间的间隔L5与主波束的峰值增益的关系的图形。如图23所示，将间隔L5设定得越小，则峰值增益越提高，特别地，能够通过将间隔L5设定为8/λ以下，而得到9.5dBi以上的高峰值增益。此外，图24是表示在图11的天线装置100E中，将无供电元件5之间的间隔L5设定为λ/25时的无供电元件阵列6之间的间隔L6与主波束的峰值增益的关系的图形。如图24所示，将间隔L6设定得越小，峰值增益越提高，特别地，能够通过将间隔L6设定为0.4λ以下，从而得到9.5dBi以上的高峰值增益。
而且，在上述各实施方式及变形例中，虽然无供电元件阵列6、61～67、8以等间隔被配置，但本发明不局限于此，无供电元件阵列6、61～67、8也可以非等间隔配置。然而，多个无供电元件之间的各间隔的最大值优选在0.4λ以下。此外，在上述各实施方式及变形例中，无供电元件阵列6、61～67、8虽然按直线状配置，但本发明不局限于此，也可以按曲线状配置。而且，在上述各实施方式及变形例中，在各无供电元件阵列6、61～67、8中，虽然无供电元件5、7以等间隔被配置，但本发明不局限于此，也可以非等间隔被配置。然而，各无供电元件阵列6、61～67、8内的无供电元件5、7之间的各间隔的最大值优选在λ/8以下。
此外，在上述各实施方式及变形例中，虽然使用接地共面线路作为用于传送高频信号的供电线路20，但本发明不局限于此，也可以将微条带线路等不平衡传送线路或平衡传送线路作为供电线路20来使用。
以上，虽然针对本发明的天线装置及无线通信装置的实施方式进行了详细说明，但本发明并不局限于上述各实施方式，在不脱离本发明的宗旨的范围内，可以进行各种改良及变更。
产业上的利用可能性
如以上所说明，根据本发明的天线装置及无线通信装置，构成为具备分别具有在电介质基板的第一面上所形成的多个第一无供电元件的至少三个第一无供电元件阵列。在此，在各第一无供电元件阵列中，多个第一无供电元件，分别具有与偶极子天线的长边方向实质上平行的条带形状，且以相互进行电磁耦合的方式以规定的第一间隔被配置，至少三个第一无供电元件阵列，在相邻的一对第一无供电元件阵列之间，分别按照形成使来自偶极子天线的电波作为磁流进行传输的第一伪缝隙开口的方式，以规定的第二间隔，实质上相互平行地被配置。因此，与现有技术相比，能够提供具有小型并且高增益特性的天线装置及无线通信装置。
本发明的天线装置及无线通信装置，作为用于高频通信等领域的天线装置及无线通信装置有用。
附图符号说明：
1-电介质基板，
2、30、31-条带导体，
4、4A、4B、4C-偶极子天线，
4a、4b、4e-供电元件，
4c、4d、5、7、13a、13b、14a、14b-无供电元件，
6、8、61～67-无供电元件阵列，
13、14-无供电元件对，
10、11、12-接地导体，
20-供电线路，
100、100A、100B、100C、100D、100E-天线装置，
200-无线通信装置，
S6、S8、S60-伪缝隙开口。

Claims (10)

1.一种天线装置，具有：
电介质基板，其具有第一及第二面；
偶极子天线，其具备形成在上述电介质基板的第一面上且与供电线路连接的第一供电元件、以及形成在上述电介质基板的第二面上且与接地导体连接的第二供电元件，并具有应辐射的高频信号的波长的实质上1/2的电气长度；和
至少三个第一无供电元件阵列，其分别具有形成在上述电介质基板的第一面上的多个第一无供电元件，
在各个上述第一无供电元件阵列中，上述多个第一无供电元件分别具有与上述偶极子天线的长边方向实质上平行的条带形状，且以规定的第一间隔被配置成相互进行电磁耦合，
上述至少三个第一无供电元件阵列，在相邻的一对第一无供电元件阵列之间，分别以规定的第二间隔且实质上相互平行地被配置成：形成使来自上述偶极子天线的电波作为磁流来进行传输的第一伪缝隙开口。
2.根据权利要求1所述的天线装置，其特征在于，
上述第一间隔被设定为上述波长的实质上1/8以下。
3.根据权利要求1或2所述的天线装置，其特征在于，
相邻的一对上述第一无供电元件阵列之中的一方的第一无供电元件阵列的各第一无供电元件，与另一方的第一无供电元件阵列的对应的各第一无供电元件，在它们彼此相邻的各端部相对置。
4.根据权利要求1或2所述的天线装置，其特征在于，
相邻的一对上述第一无供电元件阵列之中的一方的第一无供电元件阵列的各第一无供电元件被配置为：相对于另一方的第一无供电元件阵列的各第一无供电元件，在与上述偶极子天线的长边方向正交的方向上移动了规定距离。
5.根据权利要求1～4的任一项所述的天线装置，其特征在于，
所述天线装置还具有：
至少三个第二无供电元件阵列，其分别具有形成在上述电介质基板的第二面上的多个第二无供电元件，
在各个上述第二无供电元件阵列中，上述多个第二无供电元件分别具有与上述偶极子天线的长边方向实质上平行的条带形状，且以规定的第三间隔被配置成相互进行电磁耦合，
上述至少三个第二无供电元件阵列，在相邻的一对第二无供电元件阵列之间，分别以规定第四间隔且实质上相互平行地被配置成：形成使来自上述偶极子天线的电波作为磁流来进行传输的第二伪缝隙开口，
上述偶极子天线，还具有：
在上述第二面上形成为与上述第一供电元件相对置的第三无供电元件；和
在上述第一面上形成为与上述第二供电元件相对置的第四无供电元件。
6.根据权利要求5所述的天线装置，其特征在于，
上述第三间隔被设定为上述波长的实质上1/8以下。
7.根据权利要求1～6的任一项所述的天线装置，其特征在于，
上述第一供电元件的电气长度与上述第二供电元件的电气长度被设定为彼此不同。
8.根据权利要求1～6的任一项所述的天线装置，其特征在于，
上述第一供电元件的电气长度与上述第二供电元件的电气长度被设定为实质上彼此相等。
9.根据权利要求1～8的任一项所述的天线装置，其特征在于，
所述天线装置还具有：
至少一对无供电元件对，其具有形成在上述第一及第二面之中的至少一方的作为反射器来进行动作的两个无供电元件，
上述两个无供电元件具有条带形状，且与上述偶极子天线的长边方向平行、并且在与上述偶极子天线相关地位于与上述至少三个第一无供电元件阵列相反侧的直线上形成为与上述偶极子天线相对置且进行电磁耦合。
10.一种无线通信装置，具有权利要求1～9的任一项所述的天线装置。
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