JP3821039B2

JP3821039B2 - Antenna device

Info

Publication number: JP3821039B2
Application number: JP2002106521A
Authority: JP
Inventors: 謙一郎今井; 田中　　誠; 和沖松ヶ谷
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2002-04-09
Filing date: 2002-04-09
Publication date: 2006-09-13
Anticipated expiration: 2022-04-09
Also published as: JP2003304113A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、特定の周波数帯の電磁波の伝搬を阻止するバンドギャップを有する地板を用いたアンテナ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】
従来よりモノポールアンテナは、地板表面に電流が流れることにより、鏡像の原理によりダイポールアンテナと等価な特性を示すものとして設計されてきた。この場合、地板の大きさを無限大としたときのアンテナの指向性は、ダイポールアンテナの上半分と同じとなる。しかし、現実には、地板を無限大の大きさにすることは困難であり、有限の大きさの地板を用いることになる。しかし、モノポールアンテナの地板が有限の大きさの場合、地板表面に流れる電流が地板端部で回折し、その回折波の影響で地板裏面へ放射が生ずるため、アンテナ利得の低下および指向性の乱れが生ずるという問題がある。
【０００３】
ところで、米国特許第６，２６２，４９５号明細書、または、D. Sievenpiper, et.al. , Antennas on High-Impedance Ground Planes, IEEE MTT-S Digest, WEF1-1, 1245(1999)に記載された、高インピーダンスグランド板（ＨＩＰ：High-Impedance Ground Plane）と称する地板を用いるアンテナ装置がある。ＨＩＰは、図１に示すように、誘電体層２１の表面に六角形の金属小板２３を周期的に２次元配置し、誘電体層２１の裏面の金属板２２と金属棒であるスルーホール２４で結線することにより、隣接する六角形の金属小板２３間のギャップがキャパシタンス成分を形成し、六角形の金属小板２３の端部→スルーホール２４→金属板２２→スルーホール２４→金属小板２３端部の電流経路がインダクタンス成分を形成するようにしたものである。これらキャパシタンス成分およびインダクタンス成分からなるユニットが隣接することにより、ＬＣ並列共振回路が形成される。このＬＣ並列共振回路が金属板２２上に多数形成されたものが、ＬＣ共振周波数において高いインピーダンス特性を有する基板、すなわち、ＨＩＰである。
【０００４】
上記ＨＩＰは、フォトニックバンドギャップマテリアル（ＰＢＭ）、または、フォトニックバンドギャップ構造の一種と考えることができる。ＰＢＭとは、誘電体や金属など異なる２種類の物質を波長オーダーの周期で２次元または３次元に規則正しく並べた構造をとることにより、その内部または平面上で特定周波数の電磁波の伝搬、すなわち、表面電流の伝搬が禁止される周波数領域（バンドギャップと呼ばれる）が形成される材料または構造である。そして、バンドギャップは、マイクロ波帯の電波から光波までそれぞれ特有の構造によって、形成され得る。
【０００５】
上記従来技術に記載されたＨＩＰは、マイクロ波ないしミリ波帯の電波に対応したＰＢＭの一種であり、次の２つの特徴を有する。
〔１〕共振周波数において、ＨＩＰに入射した電磁波が同相で反射する。なお、通常の金属板では逆相で反射する。
〔２〕ＨＩＰには共振周波数およびその近傍の周波数成分を有する表面電流が流れない。
【０００６】
上記文献には、同一寸法のモノポールアンテナを金属板上または上記ＨＩＰ上に実装したときのアンテナ特性を比較した結果が示されている。すなわち、前者（金属板上）では表面電流が発生するため上面方向では直接波と金属板端部での放射波とが干渉を起こしアンテナ指向性にリップルが生じ、かつ、下面方向の放射も多い。一方、後者（ＨＩＰ上）では表面電流が流れないため前記端部での放射が発生しないので上面方向では指向性のリップルが生じず、かつ、下面方向への放射も低減する。しかしながら、この場合はＨＩＰ地板の表面に電流が流れずアンテナの共振が得られないため、利得も低くなっておりアンテナ装置として必要な性能を発揮することができない。
【０００７】
本発明は上記点に鑑みて、地板の裏面放射を抑制し、かつ、アンテナの共振を得る、すなわち充分なアンテナ利得を得ることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、少なくとも特定周波数帯の電磁波を表面上にて伝搬する金属板からなる第１基板と、前記第１基板の端部に接する周辺部に設けられ、前記特定周波数帯の電磁波の表面上の伝搬を阻止するバンドギャップを有する第２基板と、を備えた地板と、
前記第１基板の表面上に設けられ、前記特定周波数帯で共振するアンテナ素子と、を有し、
前記アンテナ素子は、モノポールアンテナまたはヘリカルアンテナであり、
前記第１基板の平面形状は円形または多角形であって、その円の半径または多角形の外接円の半径は、前記アンテナ素子の共振周波数に対する波長の１／２以上であることを特徴とする。
【０００９】
この発明によれば、第１基板上には特定周波数帯の電磁波が伝搬し、且つ、その端部に接する周辺部に設けた第２基板上では、第２基板が有するバンドギャップにより前記特定周波数帯の電磁波の伝搬を阻止することができる。したがって、この第１基板と第２基板とからなる基板をアンテナ地板として用いる、すなわち、第１基板上にアンテナ素子としてモノポールアンテナまたはヘリカルアンテナを設け、この第１基板を前記特定周波数帯のイメージ電流を得るための地板として利用し、第２基板により裏面からの放射を抑制して、高い利得のアンテナ装置を得ることができる。なお、前記第１基板の平面形状は円形または多角形であって、その円の半径または多角形の外接円の半径を、アンテナ素子の共振周波数に対する波長の１／２以上とすることにより、アンテナ素子の共振を得ることができる。
【００１０】
この場合、請求項２に記載のように、前記アンテナ素子は、同軸線路の内部導体に接続されるとともに、前記第１基板は前記同軸線路の外部導体に接続されているようにすることができる。
【００１１】
また、前記第１基板は、請求項３に記載のように所定厚さの誘電体板の面上に設けることができる。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、前記第２基板は、該第２基板の裏面を形成する導体板と、該導体板上に配置されている誘電体層を挟んで該誘電体層表面に２次元的に各端部が等間隔となるよう配置された同一形状の複数の金属小板と、前記誘電体層内において前記導体板と各金属小板とをそれぞれ電気的に連結する連結体と、を備えたものであることを特徴とする。
【００１５】
この発明によれば、第２基板に高インピーダンス基板（ＨＩＰ）を用いることにより、ＨＩＰのバンドギャップを利用して裏面放射を抑制できるアンテナ地板を得ることができる。
【００１６】
この場合、請求項５に記載のように、前記第１基板を、同一の金属板を用いて面一に形成されているものとすれば、第１基板および第２基板を同時に製作する、すなわち、製作工程を簡略化することができる。
【００１７】
請求項６に記載の発明は、前記第２基板は、所定厚さの第１誘電体層と、前記第１誘電体とは異なる誘電率を有すると共に、前記第１誘電体層中に周期的に分散配置されている同一形状の複数の第２誘電体と、を備えたものであることを特徴とする。
【００１８】
この発明によれば、第２基板として、２種類の誘電体物質からなる、いわゆるフォトニックバンドギャップマテリアルを用いて地板を形成することができる。
【００１９】
また、上記した各請求項に記載の発明において、請求項７に記載の発明のように、前記第１基板における円または多角形の外接円の外周端部より前記第２基板の端部までの最短距離が、前記波長の１／４以上であるようにするのが好ましい。
【００２５】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について、図面を参照して説明する。本第１実施形態のアンテナ装置１は、図２の平面図に示されるように、略正方形をなし、その中心にアンテナ素子としてのモノポールアンテナ３０が立設し、その周りに一辺の長さａの正六角形の第１基板１０が配されている。第１基板１０の端部に接する周辺部には、ＨＩＰ基板により構成される第２基板２０が設けられている。
【００２６】
図３は、本第１実施形態の断面構成図である。励振源５０からの信号は同軸線路４０によってアンテナ装置１へ導かれる。同軸線路４０の内部導体４１はアンテナ素子としてのモノポールアンテナ３０に接続され、外部導体４２は誘電体板１１の裏面（図３中、紙面下方）上に形成された金属板１２に接続されている。金属板１２および誘電体板１１は、後述する第２基板２０の金属板２２および誘電体板２１と、それぞれ表面および裏面において同一面を形成し、かつ、それぞれ同じ物質により形成されている。なお、この実施形態では、金属板１２および誘電体板１１により第１基板１０を構成するとして説明するが、特許請求の範囲に記載の第１基板は、金属板１２を意味している。
【００２７】
金属板１２は、その表面（図３中、紙面上方）に後述する所定厚さの誘電体板１１が設けられると共に、外部導体４２を介して接地５１に接続され、モノポールアンテナ３０の地板として機能する。接地金属板としての金属板１２の形状は、第１基板１０への投影形状として正六角形となっており、接地金属板の大きさ、すなわち第１基板１０の大きさを表わすパラメータａは、アンテナ素子３０（または給電点）を中心とする正六角形の外接円の半径に相当する。第１基板１０の形状は、正六角形に限らず八角形あるいは他の正多角形、さらには円形であってもよい。何れの場合も、大きさを表わすパラメータ（以下、単に「第１基板の大きさ」という）ａは、それら多角形の外接円の半径として定める。
【００２８】
第２基板２０は、図１に示すＨＩＰ基板により構成されている。厚さ３．１６ｍｍの比誘電率εｒ＝２．６の誘電体板２１を挟んで、裏面（図１および図３中、紙面下方）に金属板２２を設け、表面には一辺約３．９７ｍｍ、厚さ０．０４ｍｍの正六角形の金属小板２３が互いに０．１５ｍｍの間隔を設けて均一に配置されている。さらに金属小板２３の中心には、裏面の金属板２４と導通する連結体としての直径０．８ｍｍのスルーホール２２が設けられている。したがって、幾何学的な関係からスルーホール２４間の距離は７ｍｍとなっている。
【００２９】
なお、第２基板２０の大きさを表わすパラメータ（以下、単に「第２基板の大きさ」という）ｒは、上記第１基板１０の形状を表わす円（円形状そのものあるいは多角形状の外接円）の外周端部より、第２基板の端部までの最短距離として定める。したがって、図２に示すように、第２基板２０が第１基板１０の円中心と中心を共有する正方形の場合、円周部より第２基板２０の一辺までの距離となる。
【００３０】
このような寸法とすることにより、図１に示すものと同一構成のＨＩＰ基板は、４〜５．５ＧＨｚにバンドギャップを有する特性となる。したがって、モノポールアンテナ３０の導体棒部の長さ（金属板１２から先端までの距離）を１５ｍｍ（＝λ／４、λ：波長）とすれば、その共振周波数は５ＧＨｚとなり、第２基板２０のバンドギャップ周波数帯内に形成することができる。
【００３１】
ここで、放射特性の測定結果について、図４ないし図７を参照して説明する。図４は、図２に示す正方形の外寸（１４０ｍｍ角）を一定とし、第１基板１０の大きさａの寸法を種々に変えて製作したアンテナ装置におけるモノポールアンテナ３０のリターンロスＳ１１を周波数に対して測定した結果である。なお、図４には比較のため、同一寸法の正方形金属板を地板とした、すなわち第２基板も金属板とした金属地板モノポールアンテナ装置のリターンロス特性も合わせて示してある。図より、金属地板モノポールアンテナと同レベルのリターンロス特性および共振は、ａ＝０．５４λの時に得られ、一方ａ＝０．４２λ以下では共振が得られていない。
【００３２】
図５において、同図（ａ）に示す座標系で測定した本第１実施形態のモノポールアンテナ素子及びａ＝０．５４λの地板を用いたアンテナ装置１の放射パターンを、上述した金属地板モノポールアンテナの測定結果と共に図５（ｂ）に示す。図より、本第１実施形態のアンテナ装置の方が金属地板の場合と比較して、裏面放射を１０ｄＢほど抑制していることがわかる。同時に、表面への放射強度（すなわちアンテナ利得）が約１０ｄＢ増加している。
【００３３】
このことから、第１基板１０の大きさａが、ほぼ０．５λ、すなわち半波長程度以上であれば、アンテナ素子３０はその波長λに相当する周波数で共振することができる。
【００３４】
次に、ＨＩＰ基板の裏面放射抑制効果についての測定結果を説明する。図６は、第２基板２０に用いられるＨＩＰ基板上に方形パッチアンテナ３６を形成し、給電点４１ａにおいて図示しない同軸線路の内部導体と接続したものを用いて測定するときの座標系を示している。また、比較のために、図６のＨＩＰ基板と同じ寸法および形状の金属板上に誘電体板を挟んで方形パッチアンテナを形成したものについても測定した。図中、ｘｚ面をＥ面、ｙｚ面をＨ面とし、方形パッチアンテナ３６の端部と第２基板２０との距離をＬとしている。
【００３５】
図７は、図６のＨＩＰ基板に対する方形パッチアンテナの放射パターンの測定結果であり、Ｅ面およびＨ面における波長λで規格化した距離Ｌに対するＦＢ比を示している。ここで、ＦＢ比とは、正面方向のアンテナ利得に対する裏面方向（正面方向に対して１８０度反転させた軸から±６０度方向）のアンテナ利得の比の最大値のことで、この値が大きいほど裏面放射の少ないアンテナである。
【００３６】
図７より、Ｌ＝λ／４＝０．２５λのとき、金属板上のパッチアンテナに比べてＨＩＰ上のパッチアンテナの方が、Ｅ面において３ｄＢ、Ｈ面において１ｄＢ程、それぞれ改善されている。そして、Ｌが大きくなるにつれＦＢ比がさらに改善されることから、Ｅ面およびＨ面ともＨＩＰによる裏面放射の抑制効果が現れるのは、Ｌ≧λ／４のときであると言うことができる。したがって、図２に示す本第１実施形態における第２基板２０についても、その大きさｒを、上記図６におけるＬと同様に、λ／４以上とすることにより、裏面放射を抑制し、アンテナ利得を向上させることができる。
【００３７】
以上のことから、第１基板１０および第２基板２０の大きさは、次のように決められる。第１基板の大きさａ、すなわち、第１基板１０の水平面方向の長さであるアンテナ素子３０から第１基板１０としての金属板１２の端部までの長さａを、波長λに対しλ／２以上とすることにより、アンテナ素子の共振が得られる。また、第２基板２０の水平面方向の大きさｒを、第１基板１０の金属板１２の端部から第２基板２０の外周端部までの最短距離として、λ／４以上とすることにより、第２基板２０が有するバンドギャップ周波数帯の電磁波の裏面放射抑制効果を得ることができる。
【００３８】
本第１実施形態においては、アンテナ装置１の正方形基板の一辺を１４０ｍｍとし、アンテナ素子３０の共振周波数５ＧＨｚ（波長λ＝６０ｍｍ）に対し、ａ≒３５ｍｍ＞λ／２、ｒ≒３５ｍｍ＞λ／４としている。
【００３９】
上述したように、第１基板１０の誘電体板１１は第２基板２０の誘電体板２１と同一の誘電体板を用いて面一に形成され、第１基板１０の金属板１２は第２基板２０の裏面の金属板２２と同一の金属板を用いて面一に形成されている。したがって、本実施形態のアンテナ装置１の第１および第２基板１０、２０は、所定厚さ（３．１６ｍｍ）の正方形（一辺の長さ：１４０ｍｍ）の誘電体板１１、２１の周辺部のスルーホール２４を形成すべき複数箇所に微小貫通孔（φ０．８ｍｍ）を設け、表面には正六角形の金属小板のパターンを印刷し、しかる後、表面、裏面およびスルーホール部に、金属めっきなどにより金属膜を形成することにより、容易に製造することができる。
【００４０】
なお、本第１実施形態における、誘電体板１１、２１は比誘電率が２．６の誘電体物質を用いた例を示したが、空気層（比誘電率＝１）であってもよい。この場合は、ＨＩＰを構成する金属小板２３の寸法は、必要なバンドギャップ周波数帯に対して、上記とは異なったものになる。
【００４１】
（他の実施形態）
本発明のアンテナ装置、あるいは、アンテナ装置に用いる地板（または基板）は、以下のような他の実施形態とすることができる。
【００４２】
（１）第２基板２０を、第１実施形態のようなＨＩＰ基板ではなく、図８ないし図１０に示す誘電率の異なる２種類の誘電体物質を互いに周期的に分散配置したフォトニックバンドギャップマテリアル（ＰＢＭ）としてもよい。すなわち、図８に示す実施形態では、第２基板２０を、第１誘電体層２１０の中に、円柱状に成形した第１誘電体とは誘電率の異なる第２誘電体２１１を互いに等間隔に、すなわち２次元周期配置したものである。
【００４３】
また、図９に示す実施形態では、第２基板２０を、所定の誘電率を有する誘電体層２２０中に、円柱形状のスルーホール２２１、すなわち空気層を互いに等間隔に、すなわち２次元周期配置したものである。
【００４４】
さらに、図１０に示す実施形態では、第２基板２０を、所定の誘電率を有する直方体形状の第１誘電体２３０を誘電率の異なる直方体形状の第２誘電体２３１と交互に配列、すなわち一方向に周期配列したものである。
【００４５】
以上、第２基板２０を周期構造をもつ誘電体物質からなるＰＢＭで構成しても、裏面放射防止効果が得られる。なお、図１０に示した例では、バンドギャップは周期配列される方向（図１０では紙面奥行き方向）のみで形成され、したがって裏面放射防止効果も上記方向に生ずる。
【００４６】
（２）第１基板１０を、第１実施形態のような第２基板２０のＨＩＰを構成する金属板２２と共通の金属板１２とするのではなく、図１１ないし図１３に示すような形態を採用することができる。なお、第２基板２０は、第１実施形態におけるＨＩＰ基板であっても、上記（１）に示したＰＢＭによる基板であってもいずれでもよいため、図１１ないし図１３中、簡略化してハッチングで示している。
【００４７】
図１１に示す実施形態では、第２基板２０の中心部を円形あるいは正六角形などの多角形の穴を穿ち、そこに、モノポールアンテナなどのアンテナ素子３０を通す孔を設けた金属板１２１を嵌め込んだ構造となっている。この金属板１２１を５１で接地された同軸線路４０の外部導体４２と接続し、金属板１２１の表面上に内部導体４１を伸ばしてモノポールアンテナ３０として立設することにより、金属板１２１を本発明の第１基板１０として機能させることができる。
【００４８】
図１２に示す実施形態では、第２基板２０にアンテナ素子としてのモノポールアンテナ３０を通す孔を設けると共に、第２基板２０の表面でアンテナ素子を中心とする円形あるいは正六角形などの多角形の金属膜（または金属板）１２２を形成している。この金属膜１２２に接地された同軸線路の外部導体４２を接続することにより、金属膜１２２はモノポールアンテナ３０に対し、アンテナ地板として機能することができる。このように、接地金属板としての金属膜１２２は、本発明の第１基板として機能し、第１基板への投影形状を円形または正六角形あるいは他の多角形とすることができる。
【００４９】
図１３に示す実施形態では、第１基板１０を上記第１実施形態と同様に、誘電体板１１の裏面に金属板１２を設けたものを用いるとき、第２基板２０をＰＢＭ基板（たとえば、上記（１）で説明した）により構成した例を示している。
【００５０】
なお、図１１ないし１３に示した各実施形態において、第１基板１０の平面形状は上述のように円形または多角形とすることができるが、円形に近いほど水平面におけるアンテナの指向性が均一となる。また、第１基板および第２基板の大きさを表わすａ，ｒは、第１実施形態と同様、それぞれλ／２以上、及びλ／４以上とすることが望ましい。
【００５１】
（３）アンテナ素子は、第１実施形態のようなモノポールアンテナに限らず、図１４ないし図１９の各斜視図に示すような形態を採用することができる。なお、図中、第１基板１０および第２基板２０は簡略化して示してある。また、各図において第１基板１０は六角形の例を示しているが、円形であってもよい。
【００５２】
図１４に示す実施形態は、アンテナ素子を逆Ｆアンテナ３１としたものである。すなわち、モノポールアンテナ素子を水平方向に９０度折り曲げ、給電点付近を導体３１１により第１基板に短絡している。
【００５３】
図１５に示す実施形態は、アンテナ素子の導体棒３２を水平方向に曲げ、さらに先端部３２１を第１基板１０に短絡している。これは、クワッドアンテナと称されるループアンテナの一種に相当する。
【００５４】
図１６に示す実施形態は、アンテナ素子の導体棒（すなわち同軸線路の内部導体４１）を水平方向に折り曲げ、折り曲げた導体棒を金属板３３としたもので、その金属板３３の給電点付近３３１を第１基板１０に短絡している。これも、逆Ｆアンテナの一種である。
【００５５】
図１７に示す実施形態では、アンテナ素子の導体棒をらせん状にしたヘリカルアンテナ３４を用いている。
【００５６】
図１８および１９に示す実施形態では、アンテナ素子の導体棒を折り曲げ、折り曲げた導体棒部分を円形パッチアンテナ３５１としている。すなわち、図１８（ｂ）または図１９（ｂ）にそれぞれ断面の概略構成を示すように、給電点４１ａで同軸線路の内部導体４１と第１基板１０に平行に配置される円形パッチ３５１とを接続すると共に、円形パッチ３５１と第１基板１０との短絡を、図１８の例では短絡板３５２により、あるいは図１９の例では２本の導体棒３５３により、それぞれ短絡している。なお、円形パッチ３５１は、地板としての第１基板１０に投影したとき投影形状は第１基板の内部に存在する、すなわち、変形パッチ３５１は第１基板１０よりはみ出ないようにしている。
【００５７】
（４）さらに、第１基板を上述したように、円形あるいは多角形の金属板形状とするのではなく、図２０に示すような形態を採用することができる。すなわち、図２０に示す実施形態では、第２基板２０の表面上に複数の（図２０の例では４つ）矩形状の金属板１００を、アンテナ素子としてのモノポールアンテナ３０を中心として、放射状に配置したもので、いわゆるブラウンアンテナとして知られているものである。この矩形状の金属板１００の長手方向の長さ、すなわち放射線方向の長さは、使用する波長λの１／４に設定することにより地板として機能し、モノポールアンテナ３０を共振させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態のアンテナ装置に用いたＨＩＰ基板の形状および寸法を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図、（ｃ）は平面拡大図である。
【図２】第１実施形態のアンテナ装置の平面図である。
【図３】第１実施形態のアンテナ装置の断面図である。
【図４】第１実施形態のアンテナ装置のリターンロス特性である
【図５】第１実施形態のアンテナ装置の放射パターンを示す図である。
【図６】ＨＩＰ基板上に方形パッチアンテナを形成したときの放射パターンの測定座標系を示す図である。
【図７】図６に示す座標系で測定したＨＩＰ基板上の方形パッチアンテナのＦＢ比の測定結果を示す図である。
【図８】本発明の第２基板のＰＢＭの他の実施形態を示す図である。
【図９】本発明の第２基板のＰＢＭの他の実施形態を示す図である。
【図１０】本発明の第２基板のＰＢＭの他の実施形態を示す図である。
【図１１】本発明の他の実施形態のアンテナ装置の断面図である。
【図１２】本発明の他の実施形態のアンテナ装置の断面図である。
【図１３】本発明の他の実施形態のアンテナ装置の断面図である。
【図１４】本発明の他の実施形態のアンテナ装置の斜視図である。
【図１５】本発明の他の実施形態のアンテナ装置の斜視図である。
【図１６】本発明の他の実施形態のアンテナ装置の斜視図である。
【図１７】本発明の他の実施形態のアンテナ装置の斜視図である。
【図１８】本発明の他の実施形態のアンテナ装置を表わす図である。
【図１９】本発明の他の実施形態のアンテナ装置を表わす図である。
【図２０】本発明の他の実施形態のアンテナ装置の斜視図である。
【符号の説明】
１…アンテナ装置、１０…第１基板、１１…誘電体板、
１２、１２１、１２２…金属板、１００…矩形金属板、
２０…第２基板、２１…誘電体板、２２…金属板、２３…金属小板、
２４…スルーホール（連結体）、２１０…第１誘電体層、
２１１…第２誘電体、２２０…誘電体層、２２１…スルーホール、
２３０…第１誘電体、２３１…第２誘電体、
３０…アンテナ素子あるいはモノポールアンテナ、３１…逆Ｆアンテナ、
３１１…導体、３２…導体棒、３２１…先端部、３３…金属板、
３４…ヘリカルアンテナ、３５１…円形パッチアンテナ、３５２…短絡板、
３５３…導体棒、３６…方形パッチアンテナ、
４０…同軸線路、４１…内部導体、４１ａ…給電点、４２…外部導体、
５０…励振源、５１…接地。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an antenna device using a ground plane having a band gap that prevents propagation of electromagnetic waves in a specific frequency band.
[0002]
[Background Art and Problems to be Solved by the Invention]
Conventionally, monopole antennas have been designed to exhibit characteristics equivalent to those of dipole antennas by the principle of mirror image when current flows on the surface of the ground plane. In this case, the directivity of the antenna when the size of the ground plane is infinite is the same as that of the upper half of the dipole antenna. However, in reality, it is difficult to make the ground plane infinite, and a ground plane having a finite size is used. However, when the ground plane of the monopole antenna is finite, the current flowing on the ground plane surface is diffracted at the edge of the ground plane, and radiation is generated on the back side of the ground plane due to the influence of the diffracted wave. There is a problem that disturbance occurs.
[0003]
By the way, it is described in US Pat. No. 6,262,495 or D. Sievenpiper, et.al., Antennas on High-Impedance Ground Planes, IEEE MTT-S Digest, WEF1-1, 1245 (1999). There is also an antenna device that uses a ground plane called a high-impedance ground plane (HIP). As shown in FIG. 1, the HIP periodically arranges hexagonal metal plates 23 on the surface of a dielectric layer 21, and through-holes that are metal plates 22 and metal bars on the back surface of the dielectric layer 21. 24, the gap between adjacent hexagonal metal plates 23 forms a capacitance component, and the end of the hexagonal metal plate 23 → through hole 24 → metal plate 22 → through hole 24 → metal. The current path at the end of the small plate 23 forms an inductance component. An LC parallel resonance circuit is formed by adjacent units composed of the capacitance component and the inductance component. A large number of LC parallel resonance circuits formed on the metal plate 22 is a substrate having high impedance characteristics at the LC resonance frequency, that is, HIP.
[0004]
The HIP can be considered as a photonic band gap material (PBM) or a kind of photonic band gap structure. The PBM has a structure in which two different kinds of substances such as dielectrics and metals are regularly arranged in a two-dimensional or three-dimensional manner with a wavelength order period, thereby propagating an electromagnetic wave having a specific frequency inside or on a plane, It is a material or structure in which a frequency region (called a band gap) in which propagation of surface current is prohibited is formed. The band gap can be formed by a unique structure from microwave waves to light waves.
[0005]
The HIP described in the above prior art is a kind of PBM corresponding to microwave or millimeter wave radio waves and has the following two characteristics.
[1] At the resonance frequency, the electromagnetic wave incident on the HIP is reflected in the same phase. A normal metal plate reflects in the reverse phase.
[2] A surface current having a resonance frequency and a frequency component in the vicinity thereof does not flow through the HIP.
[0006]
The above document shows the result of comparing antenna characteristics when monopole antennas of the same size are mounted on a metal plate or on the HIP. That is, since the surface current is generated in the former (on the metal plate), the direct wave and the radiated wave at the end of the metal plate cause interference in the upper surface direction, resulting in ripples in the antenna directivity, and more radiation in the lower surface direction. . On the other hand, since the surface current does not flow in the latter (on the HIP), no radiation is generated at the end portion, so that no directivity ripple occurs in the upper surface direction, and radiation in the lower surface direction is reduced. However, in this case, current does not flow on the surface of the HIP ground plane, and resonance of the antenna cannot be obtained, so that the gain is low and the performance required as an antenna device cannot be exhibited.
[0007]
In view of the above points, an object of the present invention is to suppress backside radiation of a ground plane and obtain antenna resonance, that is, to obtain sufficient antenna gain.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above-mentioned object, the invention described in claim 1 includes a first substrate made of a metal plate that propagates electromagnetic waves of at least a specific frequency band on the surface, and a peripheral portion in contact with an end portion of the first substrate. A ground plane provided with a second substrate having a band gap for preventing propagation of electromagnetic waves in the specific frequency band on the surface;
An antenna element provided on the surface of the first substrate and resonating in the specific frequency band,
The antenna element is a monopole antenna or a helical antenna,
The planar shape of the first substrate is circular or polygonal, and the radius of the circle or the circumscribed circle of the polygon is ½ or more of the wavelength with respect to the resonance frequency of the antenna element. .
[0009]
According to this invention, an electromagnetic wave in a specific frequency band propagates on the first substrate, and on the second substrate provided in the peripheral portion in contact with the end portion, the specific frequency is caused by the band gap of the second substrate. Propagation of electromagnetic waves in the band can be prevented. Therefore, a substrate composed of the first substrate and the second substrate is used as an antenna ground plane, that is, a monopole antenna or a helical antenna is provided as an antenna element on the first substrate, and the first substrate is an image of the specific frequency band. It can be used as a ground plane for obtaining current, and radiation from the back surface can be suppressed by the second substrate to obtain a high gain antenna device. The planar shape of the first substrate is a circle or a polygon, and the radius of the circle or the circumscribed circle of the polygon is set to ½ or more of the wavelength with respect to the resonance frequency of the antenna element. The resonance of the element can be obtained.
[0010]
In this case, as described in claim 2, the antenna element can be connected to the inner conductor of the coaxial line, and the first substrate can be connected to the outer conductor of the coaxial line. .
[0011]
The first substrate may be provided on the surface of a predetermined thickness of the dielectric plate as claimed in claim 3.
[0014]
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the second substrate on a surface of the dielectric layer sandwiching a conductor plate forming a back surface of the second substrate and a dielectric layer disposed on the conductor plate. A plurality of metal platelets having the same shape arranged so that their ends are equidistant in dimension, and a connecting body for electrically connecting the conductor plate and each metal plate in the dielectric layer; It is characterized by being provided with .
[0015]
According to this invention, by using a high impedance substrate (HIP) for the second substrate, an antenna ground plane that can suppress backside radiation using the band gap of the HIP can be obtained.
[0016]
In this case, as described in claim 5 , if the first substrate is formed flush with the same metal plate, the first substrate and the second substrate are manufactured simultaneously. The manufacturing process can be simplified.
[0017]
According to a sixth aspect of the present invention, the second substrate has a first dielectric layer having a predetermined thickness and a dielectric constant different from that of the first dielectric, and is periodically formed in the first dielectric layer. wherein the plurality of second dielectric having the same shape which are distributed, in which with a to.
[0018]
According to this invention, a ground plane can be formed using what is called a photonic band gap material which consists of two types of dielectric materials as a 2nd board | substrate.
[0019]
Further, in the invention described in each of the above-described claims, as in the invention described in claim 7, from the outer peripheral end of a circle or a polygon circumscribed circle in the first substrate to the end of the second substrate. The shortest distance is preferably ¼ or more of the wavelength .
[0025]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
(First embodiment)
A first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. As shown in the plan view of FIG. 2, the antenna device 1 according to the first embodiment has a substantially square shape, and a monopole antenna 30 as an antenna element is erected at the center, and the length of one side around the monopole antenna 30. A regular hexagonal first substrate 10 of a is arranged. A second substrate 20 made of an HIP substrate is provided in the peripheral portion in contact with the end portion of the first substrate 10.
[0026]
FIG. 3 is a cross-sectional configuration diagram of the first embodiment. A signal from the excitation source 50 is guided to the antenna device 1 by the coaxial line 40. The inner conductor 41 of the coaxial line 40 is connected to the monopole antenna 30 as an antenna element, an outer conductor 42 (in FIG. 3, the paper below) backside of the induction conductor plate 11 is connected to the metal plate 12 formed on ing. Metallic plate 12 and dielectric plate 11, the metal plate 22 and the dielectric plate 21 of the second substrate 20 to be described later, respectively form the same surface in the front and back surfaces, and are respectively formed by the same material. In this embodiment, the first substrate 10 is described as being configured by the metal plate 12 and the dielectric plate 11, but the first substrate described in the claims means the metal plate 12.
[0027]
The metal plate 12 is provided with a dielectric plate 11 having a predetermined thickness, which will be described later, on the surface (upper side of the paper in FIG. 3), and is connected to the ground 51 via the external conductor 42, and serves as a ground plate for the monopole antenna 30. Function. The shape of the metal plate 12 as the ground metal plate is a regular hexagon as a projection shape onto the first substrate 10, and the parameter a representing the size of the ground metal plate, that is, the size of the first substrate 10 is an antenna. This corresponds to the radius of a regular hexagonal circumscribed circle centering on the element 30 (or feeding point). The shape of the first substrate 10 is not limited to a regular hexagon, but may be an octagon, another regular polygon, or a circle. In either case, the parameter a representing the size (hereinafter simply referred to as “the size of the first substrate”) a is determined as the radius of the circumscribed circle of these polygons.
[0028]
The second substrate 20 is configured by the HIP substrate shown in FIG. A metal plate 22 is provided on the back surface (lower side of the paper in FIGS. 1 and 3) with a dielectric plate 21 having a thickness of 3.16 mm and a relative dielectric constant εr = 2.6, and the surface has a side of about 3.97 mm. The regular hexagonal metal platelets 23 having a thickness of 0.04 mm are uniformly arranged with an interval of 0.15 mm. Furthermore, a through hole 22 having a diameter of 0.8 mm is provided at the center of the metal plate 23 as a connecting body that is electrically connected to the metal plate 24 on the back surface. Therefore, the distance between the through holes 24 is 7 mm because of the geometric relationship.
[0029]
A parameter r representing the size of the second substrate 20 (hereinafter simply referred to as “the size of the second substrate”) r is a circle representing the shape of the first substrate 10 (the circle itself or a polygonal circumscribed circle). Is defined as the shortest distance from the outer peripheral end of the second substrate to the end of the second substrate. Therefore, as shown in FIG. 2, when the second substrate 20 is a square sharing the center with the circle center of the first substrate 10, the distance is from the circumferential portion to one side of the second substrate 20.
[0030]
By setting it as such a dimension, the HIP board | substrate of the same structure as what is shown in FIG. 1 becomes a characteristic which has a band gap in 4 to 5.5 GHz. Therefore, if the length of the conductor rod portion of the monopole antenna 30 (distance from the metal plate 12 to the tip) is 15 mm (= λ / 4, λ: wavelength), the resonance frequency is 5 GHz, and the second substrate 20 Can be formed within the band gap frequency band.
[0031]
Here, the measurement results of the radiation characteristics will be described with reference to FIGS. FIG. 4 shows the return loss S11 of the monopole antenna 30 in the antenna device manufactured by changing the size of the size a of the first substrate 10 with the outer dimension (140 mm square) of the square shown in FIG. 2 constant. It is the result measured with respect to. For comparison, FIG. 4 also shows the return loss characteristics of a metal ground plane monopole antenna device in which a square metal plate having the same dimensions is used as the ground plane, that is, the second board is also a metal plate. From the figure, the return loss characteristic and resonance at the same level as those of the metal ground plane monopole antenna are obtained when a = 0.54λ, while no resonance is obtained when a = 0.42λ or less.
[0032]
In FIG. 5, the radiation pattern of the antenna apparatus 1 using the monopole antenna element of the first embodiment and the ground plane of a = 0.54λ measured in the coordinate system shown in FIG. FIG. 5B shows the measurement results of the pole antenna. From the figure, it can be seen that the backside radiation is suppressed by about 10 dB in the antenna device of the first embodiment compared to the case of the metal ground plane. At the same time, the radiation intensity to the surface (ie antenna gain) has increased by about 10 dB.
[0033]
From this, if the size a of the first substrate 10 is approximately 0.5λ, that is, about a half wavelength or more, the antenna element 30 can resonate at a frequency corresponding to the wavelength λ.
[0034]
Next, the measurement result about the back surface radiation | emission suppression effect of a HIP board | substrate is demonstrated. FIG. 6 shows a coordinate system when a rectangular patch antenna 36 is formed on the HIP substrate used for the second substrate 20 and measurement is performed using an antenna connected to an internal conductor of a coaxial line (not shown) at the feeding point 41a. Yes. For comparison, measurements were also made on a rectangular patch antenna formed by sandwiching a dielectric plate on a metal plate having the same dimensions and shape as the HIP substrate of FIG. In the figure, the xz plane is the E plane, the yz plane is the H plane, and the distance between the end of the rectangular patch antenna 36 and the second substrate 20 is L.
[0035]
FIG. 7 shows the measurement result of the radiation pattern of the rectangular patch antenna with respect to the HIP substrate of FIG. 6, and shows the FB ratio with respect to the distance L normalized by the wavelength λ on the E plane and the H plane. Here, the FB ratio is the maximum value of the ratio of the antenna gain in the back surface direction (± 60 degrees direction from the axis reversed 180 degrees with respect to the front direction) to the antenna gain in the front direction, and this value is large. It is an antenna with less backside radiation.
[0036]
From FIG. 7, when L = λ / 4 = 0.25λ, the patch antenna on the HIP is improved by 3 dB on the E plane and 1 dB on the H plane compared to the patch antenna on the metal plate. . Since the FB ratio is further improved as L increases, it can be said that the effect of suppressing the back-side radiation by HIP appears on both the E and H planes when L ≧ λ / 4. Therefore, the second substrate 20 in the first embodiment shown in FIG. 2 also has a size r equal to or larger than λ / 4 as in the case of L in FIG. Gain can be improved.
[0037]
From the above, the sizes of the first substrate 10 and the second substrate 20 are determined as follows. The size a of the first substrate, that is, the length a from the antenna element 30 which is the length of the first substrate 10 in the horizontal plane direction to the end of the metal plate 12 as the first substrate 10 is expressed as λ with respect to the wavelength λ. The resonance of the antenna element can be obtained by setting it to / 2 or more. Further, by setting the size r in the horizontal plane direction of the second substrate 20 to be λ / 4 or more as the shortest distance from the end of the metal plate 12 of the first substrate 10 to the outer peripheral end of the second substrate 20, The effect of suppressing the backside radiation of electromagnetic waves in the band gap frequency band of the second substrate 20 can be obtained.
[0038]
In the first embodiment, one side of the square substrate of the antenna device 1 is 140 mm, and a≈35 mm> λ / 2 and r≈35 mm> λ / with respect to the resonance frequency 5 GHz (wavelength λ = 60 mm) of the antenna element 30. Four.
[0039]
As described above, the dielectric plate 11 of the first substrate 10 is formed flush with the same dielectric plate as the dielectric plate 21 of the second substrate 20, and the metal plate 12 of the first substrate 10 is the second plate. The same metal plate as the metal plate 22 on the back surface of the substrate 20 is used to form the same surface. Therefore, the first and second substrates 10 and 20 of the antenna device 1 according to the present embodiment are formed on the periphery of the dielectric plates 11 and 21 having a predetermined thickness (3.16 mm) and a square (length of one side: 140 mm). Micro through-holes (φ0.8 mm) are provided at a plurality of locations where through-holes 24 are to be formed, and a regular hexagonal metal plate pattern is printed on the surface, and then metal plating is applied to the front, back and through-hole portions. It can be easily manufactured by forming a metal film by, for example.
[0040]
In the first embodiment, the dielectric plates 11 and 21 used the dielectric material having a relative dielectric constant of 2.6, but may be an air layer (relative dielectric constant = 1). . In this case, the dimension of the metal plate 23 constituting the HIP is different from the above for the necessary band gap frequency band.
[0041]
(Other embodiments)
The antenna device of the present invention or the ground plane (or substrate) used for the antenna device can be another embodiment as described below.
[0042]
(1) The second substrate 20 is not an HIP substrate as in the first embodiment, but a photonic band gap in which two types of dielectric materials having different dielectric constants shown in FIGS. It is good also as material (PBM). That is, in the embodiment shown in FIG. 8, the second dielectric 20 having a dielectric constant different from that of the first dielectric formed in the first dielectric layer 210 in the first dielectric layer 210 is equidistant from each other. That is, it is a two-dimensional periodic arrangement.
[0043]
In the embodiment shown in FIG. 9, the second substrate 20 is arranged in a dielectric layer 220 having a predetermined dielectric constant, and cylindrical through holes 221, that is, air layers are arranged at equal intervals, that is, in a two-dimensional periodic arrangement. It is a thing.
[0044]
Further, in the embodiment shown in FIG. 10, the second substrate 20 is formed by alternately arranging a rectangular parallelepiped first dielectric 230 having a predetermined dielectric constant and a rectangular parallelepiped second dielectric 231 having a different dielectric constant, that is, one. It is a periodic array in the direction.
[0045]
As described above, even if the second substrate 20 is made of PBM made of a dielectric material having a periodic structure, the effect of preventing backside radiation can be obtained. In the example shown in FIG. 10, the band gap is formed only in the periodically arranged direction (the depth direction in FIG. 10), and therefore the back-side radiation preventing effect is also produced in the above direction.
[0046]
(2) The first substrate 10 is not the same metal plate 12 as the metal plate 22 constituting the HIP of the second substrate 20 as in the first embodiment, but as shown in FIGS. Can be adopted. The second substrate 20 may be either the HIP substrate in the first embodiment or the PBM substrate shown in the above (1). Therefore, the second substrate 20 is simplified and hatched in FIGS. Is shown.
[0047]
In the embodiment shown in FIG. 11, a metal plate 121 provided with a hole through which the antenna element 30 such as a monopole antenna passes is formed in the center of the second substrate 20 with a circular hole or a polygonal hole such as a regular hexagon. It has a fitted structure. The metal plate 121 is connected to the outer conductor 42 of the coaxial line 40 grounded at 51, and the inner conductor 41 is extended on the surface of the metal plate 121 to stand as the monopole antenna 30. It can function as the first substrate 10 of the invention.
[0048]
In the embodiment shown in FIG. 12, a hole for allowing the monopole antenna 30 as an antenna element to pass through is provided in the second substrate 20, and the surface of the second substrate 20 has a polygonal shape such as a circle centered on the antenna element or a regular hexagon A metal film (or metal plate) 122 is formed. By connecting the grounded coaxial line outer conductor 42 to the metal film 122, the metal film 122 can function as an antenna ground plane for the monopole antenna 30. Thus, the metal film 122 as the ground metal plate functions as the first substrate of the present invention, and the projected shape onto the first substrate can be a circle, a regular hexagon, or another polygon.
[0049]
In the embodiment shown in FIG. 13, when the first substrate 10 having the metal plate 12 provided on the back surface of the dielectric plate 11 is used as in the first embodiment, the second substrate 20 is replaced with a PBM substrate (for example, An example configured in accordance with (1) above is shown.
[0050]
In each of the embodiments shown in FIGS. 11 to 13, the planar shape of the first substrate 10 can be a circular shape or a polygonal shape as described above. Become. Further, a and r representing the sizes of the first substrate and the second substrate are desirably λ / 2 or more and λ / 4 or more, respectively, as in the first embodiment.
[0051]
(3) The antenna element is not limited to the monopole antenna as in the first embodiment, but may adopt a form as shown in each perspective view of FIGS. In the drawing, the first substrate 10 and the second substrate 20 are shown in a simplified manner. Moreover, although the 1st board | substrate 10 has shown the example of hexagon in each figure, circular may be sufficient.
[0052]
In the embodiment shown in FIG. 14, the antenna element is an inverted F antenna 31. That is, the monopole antenna element is bent 90 degrees in the horizontal direction, and the vicinity of the feeding point is short-circuited to the first substrate by the conductor 311.
[0053]
In the embodiment shown in FIG. 15, the conductor rod 32 of the antenna element is bent in the horizontal direction, and the tip 321 is short-circuited to the first substrate 10. This corresponds to a kind of loop antenna called a quad antenna.
[0054]
In the embodiment shown in FIG. 16, the conductor rod of the antenna element (that is, the inner conductor 41 of the coaxial line) is bent in the horizontal direction, and the bent conductor rod is used as the metal plate 33, and near the feeding point 331 of the metal plate 33. Is short-circuited to the first substrate 10. This is also a kind of inverted F antenna.
[0055]
In the embodiment shown in FIG. 17, a helical antenna 34 in which the conductor rod of the antenna element is spiral is used.
[0056]
In the embodiment shown in FIGS. 18 and 19, the conductor rod of the antenna element is bent, and the bent conductor rod portion is a circular patch antenna 351. That is, as shown in the schematic configuration of each cross section in FIG. 18B or FIG. 19B, the inner conductor 41 of the coaxial line and the circular patch 351 arranged in parallel to the first substrate 10 at the feeding point 41a. In addition to the connection, the short circuit between the circular patch 351 and the first substrate 10 is short-circuited by the short-circuit plate 352 in the example of FIG. 18 or by the two conductor rods 353 in the example of FIG. When the circular patch 351 is projected onto the first substrate 10 as the ground plane, the projected shape exists inside the first substrate, that is, the deformed patch 351 is prevented from protruding beyond the first substrate 10.
[0057]
(4) Furthermore, as described above, the first substrate is not formed into a circular or polygonal metal plate shape, but a form as shown in FIG. 20 can be adopted. That is, in the embodiment shown in FIG. 20, a plurality of (four in the example of FIG. 20) rectangular metal plates 100 on the surface of the second substrate 20 are arranged radially around the monopole antenna 30 as an antenna element. And is known as a so-called brown antenna. By setting the length in the longitudinal direction of the rectangular metal plate 100, that is, the length in the radiation direction, to 1/4 of the wavelength λ to be used, it functions as a ground plane and can resonate the monopole antenna 30. .
[Brief description of the drawings]
1A and 1B are diagrams showing the shape and dimensions of an HIP substrate used in an antenna device according to a first embodiment of the present invention, where FIG. 1A is a plan view, FIG. 1B is a cross-sectional view, and FIG. It is.
FIG. 2 is a plan view of the antenna device according to the first embodiment.
FIG. 3 is a cross-sectional view of the antenna device of the first embodiment.
FIG. 4 is a return loss characteristic of the antenna device of the first embodiment. FIG. 5 is a diagram showing a radiation pattern of the antenna device of the first embodiment.
FIG. 6 is a diagram showing a measurement coordinate system of a radiation pattern when a rectangular patch antenna is formed on an HIP substrate.
7 is a diagram showing a measurement result of an FB ratio of a rectangular patch antenna on a HIP substrate measured in the coordinate system shown in FIG. 6;
FIG. 8 is a view showing another embodiment of the PBM of the second substrate of the present invention.
FIG. 9 is a view showing another embodiment of the PBM of the second substrate of the present invention.
FIG. 10 is a view showing another embodiment of the PBM of the second substrate of the present invention.
FIG. 11 is a cross-sectional view of an antenna device according to another embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a cross-sectional view of an antenna device according to another embodiment of the present invention.
FIG. 13 is a cross-sectional view of an antenna device according to another embodiment of the present invention.
FIG. 14 is a perspective view of an antenna device according to another embodiment of the present invention.
FIG. 15 is a perspective view of an antenna device according to another embodiment of the present invention.
FIG. 16 is a perspective view of an antenna device according to another embodiment of the present invention.
FIG. 17 is a perspective view of an antenna device according to another embodiment of the present invention.
FIG. 18 is a diagram illustrating an antenna device according to another embodiment of the present invention.
FIG. 19 is a diagram illustrating an antenna device according to another embodiment of the present invention.
FIG. 20 is a perspective view of an antenna device according to another embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Antenna apparatus, 10 ... 1st board | substrate, 11 ... Dielectric board,
12, 121, 122 ... metal plate, 100 ... rectangular metal plate,
20 ... second substrate, 21 ... dielectric plate, 22 ... metal plate, 23 ... metal plate,
24 ... through hole (connector), 210 ... first dielectric layer,
211 ... second dielectric, 220 ... dielectric layer, 221 ... through hole,
230 ... first dielectric, 231 ... second dielectric,
30 ... Antenna element or monopole antenna, 31 ... Inverted F antenna,
311 ... conductor, 32 ... conductor rod, 321 ... tip, 33 ... metal plate,
34 ... Helical antenna, 351 ... Circular patch antenna, 352 ... Short-circuit plate,
353 ... conductor rod, 36 ... square patch antenna,
40 ... Coaxial line, 41 ... Inner conductor, 41a ... Feed point, 42 ... Outer conductor,
50 ... excitation source, 51 ... grounding.

Claims

Providing at least a first substrate made of a metal plate that propagates electromagnetic waves of a specific frequency band on the surface, and a peripheral portion in contact with an end of the first substrate, and prevents propagation of electromagnetic waves of the specific frequency band on the surface A base plate comprising a second substrate having a band gap to
An antenna element provided on the surface of the first substrate and resonating in the specific frequency band,
The antenna element is a monopole antenna or a helical antenna,
The planar shape of the first substrate is circular or polygonal, and the radius of the circle or the circumscribed circle of the polygon is ½ or more of the wavelength with respect to the resonance frequency of the antenna element. Antenna device.

The antenna device according to claim 1, wherein the antenna element is connected to an inner conductor of a coaxial line, and the first substrate is connected to an outer conductor of the coaxial line .

The first substrate, an antenna device according to claim 1 or 2, characterized in that provided on the surface of a predetermined thickness of the dielectric plate.

Each end of the second substrate is two-dimensionally spaced on the surface of the dielectric layer across a conductor plate that forms the back surface of the second substrate and the dielectric layer disposed on the conductor plate. and a plurality of metal patches of the same shape which are arranged to be a connecting member for electrically connecting each of the conductor plate and the respective metal patches Prefecture in the dielectric layer, that is those with the antenna device according to any one of claims 1 to 3, wherein.

The antenna device according to claim 4 , wherein the first substrate is formed flush with the same metal plate as the conductor plate of the second substrate.

The second substrate has a first dielectric layer having a predetermined thickness and a dielectric constant different from that of the first dielectric, and has the same shape that is periodically dispersed in the first dielectric layer. the antenna device according to any one of claims 1 to 3, characterized in that with a plurality of the second dielectric body.

7. The shortest distance from the outer peripheral end of a circle or polygon circumscribed circle on the first substrate to the end of the second substrate is ¼ or more of the wavelength . The antenna apparatus as described in any one.