JP3642204B2 - 誘電体平面アンテナ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、誘電体アンテナによる平面アンテナに係り、特に、導波路形成プロセスや半導体プロセスでの製作が可能で、量産性に富み、製品の特性調整が容易な誘電体平面アンテナに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、小型化された移動端末等に用いられる平面アンテナは、導体線路によるマイクロストリップアンテナなどが主流である。しかしながら、上記従来の平面アンテナは、電磁波の伝送路及び放射面に導体を使用するため、周波数の上昇とともに、導体に電磁波を励振した際に生じる損失（導体損失）が大きく、高効率な送受信特性を得ることが困難となる。そこで、高い周波数で用いるアンテナは、マイクロストリップアンテナから誘電体アンテナへと推移する傾向がある。
【０００３】
誘電体アンテナにおける従来技術として、グレーティング型の誘電体アンテナが、アイ・イー・イー・イー トランザクション マイクロウェイブセオリーアンドテクニクス ＶＯＬ．ＭＭＴ−３１，Ｎｏ．２ １９８１年２月 Ｐ１９９−２０８及びアイ・イー・イー・イー トランザクション アンテナアンドプロパゲイション ＶＯＬ．ＭＭＴ−３９，Ｎｏ．７ １９９１年６月 Ｐ８８３−８９１に詳細に述べられている。グレーティング構造の製法は、金型等による機械的作業で成型するものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術には、機械的作業による製作コストの上昇などの問題がある。また、アンテナの利得や指向性を任意に調整するためには構造自体の調整が必要で、製品の調整方法が複雑になる。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、導波路形成プロセスや半導体プロセスでの製作が可能で、量産性に富み、製品の特性調整が容易な誘電体平面アンテナを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明は、移動端末に用いる平面アンテナであって、誘電体基板の一端に外部からの電力を給電する誘電体ブロックを設け、前記誘電体基板の上面に前記誘電体基板の誘電率より高い誘電率を持つ誘電体チップを設け、前記誘電体基板の下面に金属導体板を設け、前記誘電体基板の上面に前記誘電体チップを収容する窪みを設けて前記誘電体チップの上面と前記誘電体基板の上面とが一平面になるようにし、前記誘電体基板上に複数の前記誘電体チップを配列し、前記給電された電力を前記誘電体基板の上面から放射するものである。
【０００９】
前記複数の誘電体チップの配列間隔を前記誘電体ブロックに近いほど広くしてもよい。
【００１０】
前記複数の誘電体チップの大きさを前記誘電体ブロックに近いほど小さくしてもよい。
【００１１】
前記複数の誘電体チップの大きさの違いは、各誘電体チップが配列方向に占める幅の違いによってもよい。
【００１２】
前記複数の誘電体チップの大きさの違いは、各誘電体チップが配列方向の直角方向に占める幅の違いによってもよい。
【００１３】
前記複数の誘電体チップの大きさの違いは、各誘電体チップの厚みの違いによってもよい。
【００１４】
前記複数の誘電体チップの誘電率を前記誘電体ブロックに近いほど低くしてもよい。
【００１５】
前記複数の誘電体チップの配列間隔を放射する電磁波の波長の整数倍としてもよい。
【００１６】
前記誘電体チップを縦横二次元に複数配列してもよい。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００１８】
図１に示されるように、本発明の誘電体平面アンテナは、矩形板状の誘電体基板１と、誘電体基板の端面に密着された誘電体ブロック４２と、誘電体基板１の上面に密着された誘電体チップ３と、誘電体基板１の下面に密着された金属導体板２とから構成されている。ここで、誘電体基板１の厚み方向をｘ方向、誘電体基板１の平面に沿う方向のうち、誘電体ブロック４２が誘電体基板１に接する方向（誘電体ブロック４２からの給電方向）をｚ方向、ｚ方向に直交する方向をｙ方向とする。
【００１９】
誘電体ブロック４２は、図示されない外部からの電力を誘電体基板１に給電するために設けられている。４１は、給電点である。誘電体チップ３は、誘電体基板１上に誘電率の異なる誘電体材料を積層し、パターンエッチングにより図示のように側面から見て凸状となるように形成したものである。誘電体チップ３の誘電率は、誘電体基板１の誘電率より高くする。
【００２０】
本発明の誘電体平面アンテナの動作を説明する。
【００２１】
図２に示されるように、誘電体ブロック４２を介して給電点４１より誘電体基板１に給電された電磁波は、その電力の大半を誘電体基板１内に閉じ込められながらｚ方向に伝搬する。このとき強度分布５２が形成される。この伝搬する電力が誘電体チップ３に到達すると、その電力の一部が空間に放射される（鉤矢印５１）。誘電体チップ３のところで空間に放射された電力を除いた残りの電力は、再び誘電体基板１に到達すると、その電力の大半を誘電体基板１に閉じ込められながらｚ方向に伝搬して強度分布５２を形成する。このときのアンテナ特性は、各部材に使用する材料の誘電率の組み合わせによって決定される。誘電率の組み合わせを満たす材料の選択範囲は広く、このような誘電率の組み合わせを満たす材料の組み合わせを選ぶことにより、所望の特性を持つアンテナを製作することができる。製作には導波路形成プロセス等を用いることができる。
【００２２】
次に、本発明の他の実施形態を説明する。
【００２３】
図３に示される誘電体平面アンテナは、矩形板状の誘電体基板１と、誘電体基板１の端面に密着された誘電体ブロック４２と、誘電体基板１の上面に密着された誘電体チップ３と、誘電体基板１の下面に密着された金属導体板２とから構成されている。ただし、この構成においては、誘電体チップ３が誘電体基板１の上面に埋め込まれている。即ち、誘電体基板１の上面に予めパターンエッチングにて側面から見て凹状の窪みを形成しておき、この誘電体基板１に誘電率の異なる誘電体材料を積層した後、表面を研磨して余分な誘電体材料を除くことで誘電体チップ３を形成する。この誘電体平面アンテナの各部の誘電率は図１のものと同じになっている。
【００２４】
この誘電体平面アンテナの動作は、図２と同様であり、図４に示されるように、給電点４１より給電された電磁波がｚ方向に伝搬して強度分布５２が形成され、誘電体チップ３より電力の一部が鉤矢印５１のように空間に放射される。
【００２５】
図３の構成は、誘電体チップ３の上面と誘電体基板１の上面とが一平面になっているため、凸状構造がなく、アンテナの機械的強度に優れる。
【００２６】
次に、図５に示される誘電体平面アンテナは、矩形板状の誘電体基板１と、誘電体基板１の端面に密着された誘電体ブロック４２と、誘電体基板１の上面に密着された誘電体チップ３と、誘電体基板１の下面に密着された金属導体板２とから構成されている。ただし、この構成においては、誘電体基板１上に複数の誘電体チップ３が配列して設けられている。これらの誘電体チップ３はｚ方向に等間隔で配置されている。なお、誘電体チップ３の形成方法、各部の誘電率は図１のものと同じである。
【００２７】
この誘電体平面アンテナの動作を説明すると、図６に示されるように、給電点４１より給電された電磁波はｚ方向に伝搬し、このｚ方向への伝搬に伴い、電力の強度分布５２と放射（鉤矢印５１）とに遷移し、各誘電体チップ３において図３で説明した動作が繰り返される。このときｚ方向に伝搬する電力は誘電体チップ３を通過する度に小さくなり、放射が弱くなる。よって、誘電体基板１の端面からｚ方向に放射する電力は小さくなる。
【００２８】
図５の構成は、誘電体基板１の端面からｚ方向に放射する電力が小さいので、給電した電力を誘電体基板１の上面から効率よく放射することができる。
【００２９】
次に、図７に示される誘電体平面アンテナは、図３のように誘電体基板１の上面に埋め込んだ誘電体チップ３を図５と同様に複数配列したものである。誘電体チップ３の形成方法、各部の誘電率は図１のものと同じであり、誘電体チップ３の間隔は図５と同じである。
【００３０】
この誘電体平面アンテナの動作は、図６と同様であり、図８に示されるように、給電された電磁波がｚ方向に伝搬して強度分布５２が形成され、誘電体チップ３より電力の一部が鉤矢印５１のように空間に放射される。
【００３１】
図７の構成は、誘電体チップ３の上面と誘電体基板１の上面とが一平面になっているため、凸状構造がなく、アンテナの機械的強度に優れる。
【００３２】
次に、図９に示される誘電体平面アンテナは、矩形板状の誘電体基板１と、誘電体基板１の端面に密着された誘電体ブロック４２と、誘電体基板１の上面に密着された複数の誘電体チップ３と、誘電体基板１の下面に密着された金属導体板２とから構成されている。誘電体チップ３の配列間隔は誘電体ブロック４２に近いほど広くしてある。図９の場合、図５において誘電体ブロック４２側から数えて１，４，６，７番目にあたる誘電体チップ配置箇所に誘電体チップ３が設けられ、配列間隔は３：２：１の比になっている。
【００３３】
この誘電体平面アンテナの動作を説明すると、図１０に示されるように、給電された電磁波がｚ方向に伝搬して強度分布５２が形成され、誘電体チップ３より電力の一部が鉤矢印５１のように空間に放射される。既に説明したように図５の構成では、ｚ方向に伝搬する電力は誘電体チップ３を通過する度に小さくなり、放射が弱くなる。即ち、放射面（ここでは誘電体基板１の上面全体のこと）における電力放射分布が均一にならない。図９の構成とすることにより、図１０に示されるように、ｚ方向に伝搬する電力は誘電体チップ３を通過する度に小さくなり、放射が弱くなるが、誘電体チップ３の配列間隔が誘電体ブロック４２に近いほど広いために、面積当たりに換算した放射の変化が少なくなり、放射面における電力放射分布が均一になる。また、放射効率がよくなる。
【００３４】
次に、図１１に示される誘電体平面アンテナは、図３のように誘電体基板１の上面に埋め込んだ誘電体チップ３を図９と同様に配列間隔を変えて複数配列したものである。誘電体チップ３の形成方法、各部の誘電率は図３のものと同じであり、誘電体チップ３の間隔は図９と同じである。
【００３５】
この誘電体平面アンテナの動作は、図１０と同様であり、図１２に示されるように、給電された電磁波がｚ方向に伝搬して強度分布５２が形成され、誘電体チップ３より電力の一部が鉤矢印５１のように空間に放射される。このときｚ方向に伝搬する電力は誘電体チップ３を通過する度に小さくなり、放射が弱くなるが、誘電体チップ３の配列間隔が誘電体ブロック４２に近いほど広いために、面積当たりに換算した放射の変化が少なくなり、放射面における電力放射分布が均一になる。
【００３６】
図１１の構成は、誘電体チップ３の上面と誘電体基板１の上面とが一平面になっているため、凸状構造がなく、アンテナの機械的強度に優れる。
【００３７】
次に、図１３に示される誘電体平面アンテナは、矩形板状の誘電体基板１と、誘電体基板１の端面に密着された誘電体ブロック４２と、誘電体基板１の上面に密着された複数の誘電体チップ３と、誘電体基板１の下面に密着された金属導体板２とから構成されている。誘電体チップ３の配列間隔（中心ピッチ）は一定である。図５の構成との違いは、誘電体チップ３の大きさが誘電体ブロック４２に近いほど小さくしてある。誘電体チップ３の大きさの違いは、各誘電体チップ３が配列方向（ｚ方向）に占める幅の違いによるものである。
【００３８】
動作説明は省略するが、効果は、図９の構成による効果と同様であり、図５の場合に比べて、給電点４１より遠方での放射が相対的に多くなり、放射面全体での電力放射分布が均一になる。また、放射効率がよくなる。
【００３９】
次に、図１４に示される誘電体平面アンテナは、図３のように誘電体基板１の上面に埋め込んだ誘電体チップ３を図１３と同様に配列方向の幅を変えて複数配列したものである。
【００４０】
動作及び効果は、図１３のものと同様であるが、図１３のものに比べて凸状構造がなく、アンテナの機械的強度に優れる。
【００４１】
次に、図１５に示される誘電体平面アンテナは、図１３の構成と同様に、誘電体チップ３の大きさが誘電体ブロック４２に近いほど小さくしてある。ただし、誘電体チップ３の大きさの違いは、各誘電体チップ３が配列方向の直角方向（ｙ方向）に占める幅の違いによるものである。
【００４２】
動作説明は省略するが、効果は、図９の構成による効果と同様であり、図５の場合に比べて、給電点４１より遠方での放射が相対的に多くなり、放射面全体での電力放射分布が均一になる。また、放射効率がよくなる。
【００４３】
次に、図１６に示される誘電体平面アンテナは、図３のように誘電体基板１の上面に埋め込んだ誘電体チップ３を図１５と同様に配列方向の直角方向の幅を変えて複数配列したものである。
【００４４】
動作及び効果は、図１５のものと同様であるが、図１５のものに比べて凸状構造がなく、アンテナの機械的強度に優れる。
【００４５】
次に、図１７に示される誘電体平面アンテナは、矩形板状の誘電体基板１と、誘電体基板１の端面に密着された誘電体ブロック４２と、誘電体基板１の上面に埋め込まれた複数の誘電体チップ３と、誘電体基板１の下面に密着された金属導体板２とから構成されている。誘電体チップ３の配列間隔（中心ピッチ）は一定である。図７の構成との違いは、誘電体チップ３の大きさが誘電体ブロック４２に近いほど小さくしてある。誘電体チップ３の大きさの違いは、各誘電体チップ３のｘ方向の大きさ、即ち、厚みの違いによるものである。
【００４６】
動作及び効果は、これまで説明したものと同様に、放射面全体での電力放射分布が均一になると共に放射効率がよくなり、また、アンテナの機械的強度に優れる。
【００４７】
次に、図１８に示される誘電体平面アンテナは、矩形板状の誘電体基板１と、誘電体基板１の端面に密着された誘電体ブロック４２と、誘電体基板１の上面に密着された複数の誘電体チップ３と、誘電体基板１の下面に密着された金属導体板２とから構成されている。誘電体チップ３の配列間隔（中心ピッチ）は一定である。図５の構成との違いは、誘電体チップ３の誘電率が誘電体ブロック４２に近いほど小さくしてある。
【００４８】
動作及び効果は、これまで説明したものと同様に、放射面全体での電力放射分布が均一になると共に放射効率がよくなる。また、各誘電体チップ３の誘電率を調整することにより、電力放射分布の微調整が可能という利点も有する。
【００４９】
次に、図１９に示される誘電体平面アンテナは、図３のように誘電体基板１の上面に埋め込んだ誘電体チップ３を図１８と同様に誘電率を変えて複数配列したものである。
【００５０】
動作及び効果は、これまで説明したものと同様に、放射面全体での電力放射分布が均一になると共に放射効率がよくなる。また、各誘電体チップ３の誘電率を調整することにより、電力放射分布の微調整が可能という利点も有する。また、図１８の構成に比べてアンテナの機械的強度に優れる。
【００５１】
次に、図２０に示される誘電体平面アンテナは、矩形板状の誘電体基板１と、誘電体基板１の端面に密着された誘電体ブロック４３と、誘電体基板１の上面に埋め込まれた複数の誘電体チップ３と、誘電体基板１の下面に密着された金属導体板２とから構成されている。これまでに説明した実施形態との違いは、誘電体チップ３が縦横二次元に配列されていることである。誘電体チップ３は、縦方向（ｙ方向）に等間隔で配列され、横方向（ｚ方向）には誘電体ブロック４３に近いほど配列間隔が広くなるよう配列されている。誘電体ブロック４３は、誘電体基板１の端面に幅広く密着され、各横列に電力を等分に分配するように構成されている。
【００５２】
外部より給電された電力は、ｙ方向に一様な電磁界分布となるよう分配され、ｚ方向に電磁波として伝搬する。各横列における動作は、これまで説明したものと同じである。
【００５３】
この構成によれば、これまで説明した１列の誘電体平面アンテナを複数平行に並べたのと同様の効果があり、一体構造で、より利得の高い誘電体平面アンテナが実現される。
【００５４】
なお、以上の実施形態において、誘電体チップの配列間隔の値は特に規定しなかったが、誘電体チップの配列間隔を放射する電磁波の波長の整数倍としてもよいことは勿論である。
【００５５】
【発明の効果】
本発明は次の如き優れた効果を発揮する。
【００５６】
（１）本発明によれば、従来技術による誘電体アンテナに比べて、単純な構造で、導波路形成プロセス等の量産性の高い製造方法で製造可能な誘電体平面アンテナが実現できる。
【００５７】
（２）放射面の電力放射分布を製造の過程で容易に調整できるので、無線通信機器等の利得の調整が不要となり、調整コストを低減することが可能である。
【００５８】
（３）固定端末、半固定端末及び移動端末に好適な誘電体平面アンテナが提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す誘電体平面アンテナの図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）はａ−ａ’断面図、（ｃ）はｂ−ｂ’断面図である。
【図２】図１の誘電体平面アンテナにおける電磁波の伝搬及び放射の様子を示すａ−ａ’断面図である。
【図３】本発明の他の実施形態を示す誘電体平面アンテナの図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）はａ−ａ’断面図、（ｃ）はｂ−ｂ’断面図である。
【図４】図３の誘電体平面アンテナにおける電磁波の伝搬及び放射の様子を示すａ−ａ’断面図である。
【図５】本発明の他の実施形態を示す誘電体平面アンテナの図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）はａ−ａ’断面図、（ｃ）はｂ−ｂ’断面図である。
【図６】図５の誘電体平面アンテナにおける電磁波の伝搬及び放射の様子を示すａ−ａ’断面図である。
【図７】本発明の他の実施形態を示す誘電体平面アンテナの図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）はａ−ａ’断面図、（ｃ）はｂ−ｂ’断面図である。
【図８】図７の誘電体平面アンテナにおける電磁波の伝搬及び放射の様子を示すａ−ａ’断面図である。
【図９】本発明の他の実施形態を示す誘電体平面アンテナの図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）はａ−ａ’断面図である。
【図１０】図９の誘電体平面アンテナにおける電磁波の伝搬及び放射の様子を示すａ−ａ’断面図である。
【図１１】本発明の他の実施形態を示す誘電体平面アンテナの図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）はａ−ａ’断面図である。
【図１２】図１１の誘電体平面アンテナにおける電磁波の伝搬及び放射の様子を示すａ−ａ’断面図である。
【図１３】本発明の他の実施形態を示す誘電体平面アンテナの図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）はａ−ａ’断面図である。
【図１４】本発明の他の実施形態を示す誘電体平面アンテナの図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）はａ−ａ’断面図である。
【図１５】本発明の他の実施形態を示す誘電体平面アンテナの図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）はａ−ａ’断面図である。
【図１６】本発明の他の実施形態を示す誘電体平面アンテナの図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）はａ−ａ’断面図である。
【図１７】本発明の他の実施形態を示す誘電体平面アンテナの図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）はａ−ａ’断面図である。
【図１８】本発明の他の実施形態を示す誘電体平面アンテナの図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）はａ−ａ’断面図である。
【図１９】本発明の他の実施形態を示す誘電体平面アンテナの図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）はａ−ａ’断面図である。
【図２０】本発明の他の実施形態を示す誘電体平面アンテナの斜視図である。
【符号の説明】
１ 誘電体基板
２ 金属導体板
３ 誘電体チップ
４２ 誘電体ブロック
【発明の属する技術分野】
本発明は、誘電体アンテナによる平面アンテナに係り、特に、導波路形成プロセスや半導体プロセスでの製作が可能で、量産性に富み、製品の特性調整が容易な誘電体平面アンテナに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、小型化された移動端末等に用いられる平面アンテナは、導体線路によるマイクロストリップアンテナなどが主流である。しかしながら、上記従来の平面アンテナは、電磁波の伝送路及び放射面に導体を使用するため、周波数の上昇とともに、導体に電磁波を励振した際に生じる損失（導体損失）が大きく、高効率な送受信特性を得ることが困難となる。そこで、高い周波数で用いるアンテナは、マイクロストリップアンテナから誘電体アンテナへと推移する傾向がある。
【０００３】
誘電体アンテナにおける従来技術として、グレーティング型の誘電体アンテナが、アイ・イー・イー・イー トランザクション マイクロウェイブセオリーアンドテクニクス ＶＯＬ．ＭＭＴ−３１，Ｎｏ．２ １９８１年２月 Ｐ１９９−２０８及びアイ・イー・イー・イー トランザクション アンテナアンドプロパゲイション ＶＯＬ．ＭＭＴ−３９，Ｎｏ．７ １９９１年６月 Ｐ８８３−８９１に詳細に述べられている。グレーティング構造の製法は、金型等による機械的作業で成型するものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術には、機械的作業による製作コストの上昇などの問題がある。また、アンテナの利得や指向性を任意に調整するためには構造自体の調整が必要で、製品の調整方法が複雑になる。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、導波路形成プロセスや半導体プロセスでの製作が可能で、量産性に富み、製品の特性調整が容易な誘電体平面アンテナを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明は、移動端末に用いる平面アンテナであって、誘電体基板の一端に外部からの電力を給電する誘電体ブロックを設け、前記誘電体基板の上面に前記誘電体基板の誘電率より高い誘電率を持つ誘電体チップを設け、前記誘電体基板の下面に金属導体板を設け、前記誘電体基板の上面に前記誘電体チップを収容する窪みを設けて前記誘電体チップの上面と前記誘電体基板の上面とが一平面になるようにし、前記誘電体基板上に複数の前記誘電体チップを配列し、前記給電された電力を前記誘電体基板の上面から放射するものである。
【０００９】
前記複数の誘電体チップの配列間隔を前記誘電体ブロックに近いほど広くしてもよい。
【００１０】
前記複数の誘電体チップの大きさを前記誘電体ブロックに近いほど小さくしてもよい。
【００１１】
前記複数の誘電体チップの大きさの違いは、各誘電体チップが配列方向に占める幅の違いによってもよい。
【００１２】
前記複数の誘電体チップの大きさの違いは、各誘電体チップが配列方向の直角方向に占める幅の違いによってもよい。
【００１３】
前記複数の誘電体チップの大きさの違いは、各誘電体チップの厚みの違いによってもよい。
【００１４】
前記複数の誘電体チップの誘電率を前記誘電体ブロックに近いほど低くしてもよい。
【００１５】
前記複数の誘電体チップの配列間隔を放射する電磁波の波長の整数倍としてもよい。
【００１６】
前記誘電体チップを縦横二次元に複数配列してもよい。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００１８】
図１に示されるように、本発明の誘電体平面アンテナは、矩形板状の誘電体基板１と、誘電体基板の端面に密着された誘電体ブロック４２と、誘電体基板１の上面に密着された誘電体チップ３と、誘電体基板１の下面に密着された金属導体板２とから構成されている。ここで、誘電体基板１の厚み方向をｘ方向、誘電体基板１の平面に沿う方向のうち、誘電体ブロック４２が誘電体基板１に接する方向（誘電体ブロック４２からの給電方向）をｚ方向、ｚ方向に直交する方向をｙ方向とする。
【００１９】
誘電体ブロック４２は、図示されない外部からの電力を誘電体基板１に給電するために設けられている。４１は、給電点である。誘電体チップ３は、誘電体基板１上に誘電率の異なる誘電体材料を積層し、パターンエッチングにより図示のように側面から見て凸状となるように形成したものである。誘電体チップ３の誘電率は、誘電体基板１の誘電率より高くする。
【００２０】
本発明の誘電体平面アンテナの動作を説明する。
【００２１】
図２に示されるように、誘電体ブロック４２を介して給電点４１より誘電体基板１に給電された電磁波は、その電力の大半を誘電体基板１内に閉じ込められながらｚ方向に伝搬する。このとき強度分布５２が形成される。この伝搬する電力が誘電体チップ３に到達すると、その電力の一部が空間に放射される（鉤矢印５１）。誘電体チップ３のところで空間に放射された電力を除いた残りの電力は、再び誘電体基板１に到達すると、その電力の大半を誘電体基板１に閉じ込められながらｚ方向に伝搬して強度分布５２を形成する。このときのアンテナ特性は、各部材に使用する材料の誘電率の組み合わせによって決定される。誘電率の組み合わせを満たす材料の選択範囲は広く、このような誘電率の組み合わせを満たす材料の組み合わせを選ぶことにより、所望の特性を持つアンテナを製作することができる。製作には導波路形成プロセス等を用いることができる。
【００２２】
次に、本発明の他の実施形態を説明する。
【００２３】
図３に示される誘電体平面アンテナは、矩形板状の誘電体基板１と、誘電体基板１の端面に密着された誘電体ブロック４２と、誘電体基板１の上面に密着された誘電体チップ３と、誘電体基板１の下面に密着された金属導体板２とから構成されている。ただし、この構成においては、誘電体チップ３が誘電体基板１の上面に埋め込まれている。即ち、誘電体基板１の上面に予めパターンエッチングにて側面から見て凹状の窪みを形成しておき、この誘電体基板１に誘電率の異なる誘電体材料を積層した後、表面を研磨して余分な誘電体材料を除くことで誘電体チップ３を形成する。この誘電体平面アンテナの各部の誘電率は図１のものと同じになっている。
【００２４】
この誘電体平面アンテナの動作は、図２と同様であり、図４に示されるように、給電点４１より給電された電磁波がｚ方向に伝搬して強度分布５２が形成され、誘電体チップ３より電力の一部が鉤矢印５１のように空間に放射される。
【００２５】
図３の構成は、誘電体チップ３の上面と誘電体基板１の上面とが一平面になっているため、凸状構造がなく、アンテナの機械的強度に優れる。
【００２６】
次に、図５に示される誘電体平面アンテナは、矩形板状の誘電体基板１と、誘電体基板１の端面に密着された誘電体ブロック４２と、誘電体基板１の上面に密着された誘電体チップ３と、誘電体基板１の下面に密着された金属導体板２とから構成されている。ただし、この構成においては、誘電体基板１上に複数の誘電体チップ３が配列して設けられている。これらの誘電体チップ３はｚ方向に等間隔で配置されている。なお、誘電体チップ３の形成方法、各部の誘電率は図１のものと同じである。
【００２７】
この誘電体平面アンテナの動作を説明すると、図６に示されるように、給電点４１より給電された電磁波はｚ方向に伝搬し、このｚ方向への伝搬に伴い、電力の強度分布５２と放射（鉤矢印５１）とに遷移し、各誘電体チップ３において図３で説明した動作が繰り返される。このときｚ方向に伝搬する電力は誘電体チップ３を通過する度に小さくなり、放射が弱くなる。よって、誘電体基板１の端面からｚ方向に放射する電力は小さくなる。
【００２８】
図５の構成は、誘電体基板１の端面からｚ方向に放射する電力が小さいので、給電した電力を誘電体基板１の上面から効率よく放射することができる。
【００２９】
次に、図７に示される誘電体平面アンテナは、図３のように誘電体基板１の上面に埋め込んだ誘電体チップ３を図５と同様に複数配列したものである。誘電体チップ３の形成方法、各部の誘電率は図１のものと同じであり、誘電体チップ３の間隔は図５と同じである。
【００３０】
この誘電体平面アンテナの動作は、図６と同様であり、図８に示されるように、給電された電磁波がｚ方向に伝搬して強度分布５２が形成され、誘電体チップ３より電力の一部が鉤矢印５１のように空間に放射される。
【００３１】
図７の構成は、誘電体チップ３の上面と誘電体基板１の上面とが一平面になっているため、凸状構造がなく、アンテナの機械的強度に優れる。
【００３２】
次に、図９に示される誘電体平面アンテナは、矩形板状の誘電体基板１と、誘電体基板１の端面に密着された誘電体ブロック４２と、誘電体基板１の上面に密着された複数の誘電体チップ３と、誘電体基板１の下面に密着された金属導体板２とから構成されている。誘電体チップ３の配列間隔は誘電体ブロック４２に近いほど広くしてある。図９の場合、図５において誘電体ブロック４２側から数えて１，４，６，７番目にあたる誘電体チップ配置箇所に誘電体チップ３が設けられ、配列間隔は３：２：１の比になっている。
【００３３】
この誘電体平面アンテナの動作を説明すると、図１０に示されるように、給電された電磁波がｚ方向に伝搬して強度分布５２が形成され、誘電体チップ３より電力の一部が鉤矢印５１のように空間に放射される。既に説明したように図５の構成では、ｚ方向に伝搬する電力は誘電体チップ３を通過する度に小さくなり、放射が弱くなる。即ち、放射面（ここでは誘電体基板１の上面全体のこと）における電力放射分布が均一にならない。図９の構成とすることにより、図１０に示されるように、ｚ方向に伝搬する電力は誘電体チップ３を通過する度に小さくなり、放射が弱くなるが、誘電体チップ３の配列間隔が誘電体ブロック４２に近いほど広いために、面積当たりに換算した放射の変化が少なくなり、放射面における電力放射分布が均一になる。また、放射効率がよくなる。
【００３４】
次に、図１１に示される誘電体平面アンテナは、図３のように誘電体基板１の上面に埋め込んだ誘電体チップ３を図９と同様に配列間隔を変えて複数配列したものである。誘電体チップ３の形成方法、各部の誘電率は図３のものと同じであり、誘電体チップ３の間隔は図９と同じである。
【００３５】
この誘電体平面アンテナの動作は、図１０と同様であり、図１２に示されるように、給電された電磁波がｚ方向に伝搬して強度分布５２が形成され、誘電体チップ３より電力の一部が鉤矢印５１のように空間に放射される。このときｚ方向に伝搬する電力は誘電体チップ３を通過する度に小さくなり、放射が弱くなるが、誘電体チップ３の配列間隔が誘電体ブロック４２に近いほど広いために、面積当たりに換算した放射の変化が少なくなり、放射面における電力放射分布が均一になる。
【００３６】
図１１の構成は、誘電体チップ３の上面と誘電体基板１の上面とが一平面になっているため、凸状構造がなく、アンテナの機械的強度に優れる。
【００３７】
次に、図１３に示される誘電体平面アンテナは、矩形板状の誘電体基板１と、誘電体基板１の端面に密着された誘電体ブロック４２と、誘電体基板１の上面に密着された複数の誘電体チップ３と、誘電体基板１の下面に密着された金属導体板２とから構成されている。誘電体チップ３の配列間隔（中心ピッチ）は一定である。図５の構成との違いは、誘電体チップ３の大きさが誘電体ブロック４２に近いほど小さくしてある。誘電体チップ３の大きさの違いは、各誘電体チップ３が配列方向（ｚ方向）に占める幅の違いによるものである。
【００３８】
動作説明は省略するが、効果は、図９の構成による効果と同様であり、図５の場合に比べて、給電点４１より遠方での放射が相対的に多くなり、放射面全体での電力放射分布が均一になる。また、放射効率がよくなる。
【００３９】
次に、図１４に示される誘電体平面アンテナは、図３のように誘電体基板１の上面に埋め込んだ誘電体チップ３を図１３と同様に配列方向の幅を変えて複数配列したものである。
【００４０】
動作及び効果は、図１３のものと同様であるが、図１３のものに比べて凸状構造がなく、アンテナの機械的強度に優れる。
【００４１】
次に、図１５に示される誘電体平面アンテナは、図１３の構成と同様に、誘電体チップ３の大きさが誘電体ブロック４２に近いほど小さくしてある。ただし、誘電体チップ３の大きさの違いは、各誘電体チップ３が配列方向の直角方向（ｙ方向）に占める幅の違いによるものである。
【００４２】
動作説明は省略するが、効果は、図９の構成による効果と同様であり、図５の場合に比べて、給電点４１より遠方での放射が相対的に多くなり、放射面全体での電力放射分布が均一になる。また、放射効率がよくなる。
【００４３】
次に、図１６に示される誘電体平面アンテナは、図３のように誘電体基板１の上面に埋め込んだ誘電体チップ３を図１５と同様に配列方向の直角方向の幅を変えて複数配列したものである。
【００４４】
動作及び効果は、図１５のものと同様であるが、図１５のものに比べて凸状構造がなく、アンテナの機械的強度に優れる。
【００４５】
次に、図１７に示される誘電体平面アンテナは、矩形板状の誘電体基板１と、誘電体基板１の端面に密着された誘電体ブロック４２と、誘電体基板１の上面に埋め込まれた複数の誘電体チップ３と、誘電体基板１の下面に密着された金属導体板２とから構成されている。誘電体チップ３の配列間隔（中心ピッチ）は一定である。図７の構成との違いは、誘電体チップ３の大きさが誘電体ブロック４２に近いほど小さくしてある。誘電体チップ３の大きさの違いは、各誘電体チップ３のｘ方向の大きさ、即ち、厚みの違いによるものである。
【００４６】
動作及び効果は、これまで説明したものと同様に、放射面全体での電力放射分布が均一になると共に放射効率がよくなり、また、アンテナの機械的強度に優れる。
【００４７】
次に、図１８に示される誘電体平面アンテナは、矩形板状の誘電体基板１と、誘電体基板１の端面に密着された誘電体ブロック４２と、誘電体基板１の上面に密着された複数の誘電体チップ３と、誘電体基板１の下面に密着された金属導体板２とから構成されている。誘電体チップ３の配列間隔（中心ピッチ）は一定である。図５の構成との違いは、誘電体チップ３の誘電率が誘電体ブロック４２に近いほど小さくしてある。
【００４８】
動作及び効果は、これまで説明したものと同様に、放射面全体での電力放射分布が均一になると共に放射効率がよくなる。また、各誘電体チップ３の誘電率を調整することにより、電力放射分布の微調整が可能という利点も有する。
【００４９】
次に、図１９に示される誘電体平面アンテナは、図３のように誘電体基板１の上面に埋め込んだ誘電体チップ３を図１８と同様に誘電率を変えて複数配列したものである。
【００５０】
動作及び効果は、これまで説明したものと同様に、放射面全体での電力放射分布が均一になると共に放射効率がよくなる。また、各誘電体チップ３の誘電率を調整することにより、電力放射分布の微調整が可能という利点も有する。また、図１８の構成に比べてアンテナの機械的強度に優れる。
【００５１】
次に、図２０に示される誘電体平面アンテナは、矩形板状の誘電体基板１と、誘電体基板１の端面に密着された誘電体ブロック４３と、誘電体基板１の上面に埋め込まれた複数の誘電体チップ３と、誘電体基板１の下面に密着された金属導体板２とから構成されている。これまでに説明した実施形態との違いは、誘電体チップ３が縦横二次元に配列されていることである。誘電体チップ３は、縦方向（ｙ方向）に等間隔で配列され、横方向（ｚ方向）には誘電体ブロック４３に近いほど配列間隔が広くなるよう配列されている。誘電体ブロック４３は、誘電体基板１の端面に幅広く密着され、各横列に電力を等分に分配するように構成されている。
【００５２】
外部より給電された電力は、ｙ方向に一様な電磁界分布となるよう分配され、ｚ方向に電磁波として伝搬する。各横列における動作は、これまで説明したものと同じである。
【００５３】
この構成によれば、これまで説明した１列の誘電体平面アンテナを複数平行に並べたのと同様の効果があり、一体構造で、より利得の高い誘電体平面アンテナが実現される。
【００５４】
なお、以上の実施形態において、誘電体チップの配列間隔の値は特に規定しなかったが、誘電体チップの配列間隔を放射する電磁波の波長の整数倍としてもよいことは勿論である。
【００５５】
【発明の効果】
本発明は次の如き優れた効果を発揮する。
【００５６】
（１）本発明によれば、従来技術による誘電体アンテナに比べて、単純な構造で、導波路形成プロセス等の量産性の高い製造方法で製造可能な誘電体平面アンテナが実現できる。
【００５７】
（２）放射面の電力放射分布を製造の過程で容易に調整できるので、無線通信機器等の利得の調整が不要となり、調整コストを低減することが可能である。
【００５８】
（３）固定端末、半固定端末及び移動端末に好適な誘電体平面アンテナが提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す誘電体平面アンテナの図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）はａ−ａ’断面図、（ｃ）はｂ−ｂ’断面図である。
【図２】図１の誘電体平面アンテナにおける電磁波の伝搬及び放射の様子を示すａ−ａ’断面図である。
【図３】本発明の他の実施形態を示す誘電体平面アンテナの図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）はａ−ａ’断面図、（ｃ）はｂ−ｂ’断面図である。
【図４】図３の誘電体平面アンテナにおける電磁波の伝搬及び放射の様子を示すａ−ａ’断面図である。
【図５】本発明の他の実施形態を示す誘電体平面アンテナの図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）はａ−ａ’断面図、（ｃ）はｂ−ｂ’断面図である。
【図６】図５の誘電体平面アンテナにおける電磁波の伝搬及び放射の様子を示すａ−ａ’断面図である。
【図７】本発明の他の実施形態を示す誘電体平面アンテナの図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）はａ−ａ’断面図、（ｃ）はｂ−ｂ’断面図である。
【図８】図７の誘電体平面アンテナにおける電磁波の伝搬及び放射の様子を示すａ−ａ’断面図である。
【図９】本発明の他の実施形態を示す誘電体平面アンテナの図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）はａ−ａ’断面図である。
【図１０】図９の誘電体平面アンテナにおける電磁波の伝搬及び放射の様子を示すａ−ａ’断面図である。
【図１１】本発明の他の実施形態を示す誘電体平面アンテナの図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）はａ−ａ’断面図である。
【図１２】図１１の誘電体平面アンテナにおける電磁波の伝搬及び放射の様子を示すａ−ａ’断面図である。
【図１３】本発明の他の実施形態を示す誘電体平面アンテナの図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）はａ−ａ’断面図である。
【図１４】本発明の他の実施形態を示す誘電体平面アンテナの図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）はａ−ａ’断面図である。
【図１５】本発明の他の実施形態を示す誘電体平面アンテナの図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）はａ−ａ’断面図である。
【図１６】本発明の他の実施形態を示す誘電体平面アンテナの図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）はａ−ａ’断面図である。
【図１７】本発明の他の実施形態を示す誘電体平面アンテナの図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）はａ−ａ’断面図である。
【図１８】本発明の他の実施形態を示す誘電体平面アンテナの図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）はａ−ａ’断面図である。
【図１９】本発明の他の実施形態を示す誘電体平面アンテナの図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）はａ−ａ’断面図である。
【図２０】本発明の他の実施形態を示す誘電体平面アンテナの斜視図である。
【符号の説明】
１ 誘電体基板
２ 金属導体板
３ 誘電体チップ
４２ 誘電体ブロック
Claims (9)
- 移動端末に用いる平面アンテナであって、誘電体基板の一端に外部からの電力を給電する誘電体ブロックを設け、前記誘電体基板の上面に前記誘電体基板の誘電率より高い誘電率を持つ誘電体チップを設け、前記誘電体基板の下面に金属導体板を設け、前記誘電体基板の上面に前記誘電体チップを収容する窪みを設けて前記誘電体チップの上面と前記誘電体基板の上面とが一平面になるようにし、前記誘電体基板上に複数の前記誘電体チップを配列し、前記給電された電力を前記誘電体基板の上面から放射することを特徴とする誘電体平面アンテナ。
- 前記複数の誘電体チップの配列間隔を前記誘電体ブロックに近いほど広くしたことを特徴とする請求項１記載の誘電体平面アンテナ。
- 前記複数の誘電体チップの大きさを前記誘電体ブロックに近いほど小さくしたことを特徴とする請求項１又は２記載の誘電体平面アンテナ。
- 前記複数の誘電体チップの大きさの違いは、各誘電体チップが配列方向に占める幅の違いによることを特徴とする請求項３記載の誘電体平面アンテナ。
- 前記複数の誘電体チップの大きさの違いは、各誘電体チップが配列方向の直角方向に占める幅の違いによることを特徴とする請求項３又は４記載の誘電体平面アンテナ。
- 前記複数の誘電体チップの大きさの違いは、各誘電体チップの厚みの違いによることを特徴とする請求項３〜５いずれか記載の誘電体平面アンテナ。
- 前記複数の誘電体チップの誘電率を前記誘電体ブロックに近いほど低くしたことを特徴とする請求項１〜６いずれか記載の誘電体平面アンテナ。
- 前記複数の誘電体チップの配列間隔を放射する電磁波の波長の整数倍としたことを特徴とする請求項１〜７いずれか記載の誘電体平面アンテナ。
- 前記誘電体チップを縦横二次元に複数配列したことを特徴とする請求項１〜８いずれか記載の誘電体平面アンテナ。
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