JP5068076B2 - 平面アンテナ装置およびこれを用いた無線通信装置 - Google Patents

Description

本発明は、携帯電話機などの無線通信装置又は対象物までの距離やその位置を測定する装置に関し、特に上記装置に用いられる電波を送受信するための平面アンテナ装置に関するものである。

従来、平面アンテナ装置として、薄型で軽量のマイクロストリップ型のパッチアンテナが広く用いられている（例えば、特許文献１参照）。このパッチアンテナは、誘電体基板の両面に、それぞれ接地導体（グランド）とアンテナ部となる矩形のアンテナ導体（アンテナ素子ともいう。）が形成された構造である。アンテナ導体に電力を供給すると、アンテナ導体の長辺に応じて共振する周波数の電波が放射される。このアンテナ導体に給電する方法としては、マイクロストリップ線路からなる給電配線（「給電線路」ともいう。）を、誘電体基板のアンテナ導体と同一平面上に構成する共平面給電方式がある。この方式は、アンテナ導体と給電配線を同一平面上に形成できるので、簡易かつ安価で平面アンテナ装置を作製することができる。

一般に、アンテナ導体と給電配線は、給電点と呼ばれる部分で接続されるが、この給電点において、アンテナ導体と給電配線のインピーダンスが整合するように設計される。インピーダンスを整合させ、給電点で反射が起こらないようにすることで、電力をアンテナ導体に効率よく供給することができる。

ここで、アンテナ導体と給電配線のインピーダンス整合を行うための具体的な方法について、簡単に説明する。アンテナ導体のインピーダンスは、アンテナ導体上の位置によって異なり、中心部のインピーダンスが低く、端部に近くなるほど大きくなり、端部で無限大に近い値となる。このため、給電配線と同じインピーダンスとなるように給電点の位置までアンテナ導体に切り込み（「整合用スリット」ともいう。）を形成し、アンテナ導体と給電配線とを接合させる整合方法が採用されている。

平面アンテナ装置として実際に使用する上では、所望の放射パターン又は放射利得が必要となる。放射パターン及び放射利得特性は、アンテナ導体の全体の実効開口面積で決定され、アンテナ導体の面積を大きくすると指向性が鋭く、大きな放射利得を得ることができる。上記のパッチアンテナ単体では、使用する周波数によってアンテナ導体のサイズが決定されるため、放射の指向性が広く、利得も小さい。このため、放射パターンや放射利得を調整するために、アンテナ導体を、特定の距離をおいて規則的に複数個並べることで実効的な開口面積を調整し得るアレー構成方式が採用されている。しかし、各アンテナ導体の間隔が広くなると、アレーアンテナから放射される電波におけるサイドローブのレベルが高くなるという特性があるため、給電配線は、アンテナ導体間の間隔が制限された狭い領域に設置しなければならない。

ここで、従来の共平面給電方式を用いた平面アレーアンテナの構造について、図１を用いて説明する。図１は、従来例の平面アレーアンテナ１０００の上面図である。図１における平面アレーアンテナ１０００は、誘電体基板１０１０、４つのアンテナ素子１００１、給電配線１００２および接地導体（図示せず。）によって構成されている。各アンテナ素子１００１は、給電配線１００２を介して給電源１００５と接続されている（ここで、アンテナ素子１００１と給電配線１００２とが接続する部分を「給電点」という。）。なお、各アンテナ素子１００１の一部には、アンテナ素子１００１と給電配線１００２のインピーダンスを整合させるための整合用スリット１００３が設けられている。なお、接地導体は、平面アレーアンテナ１０００の裏面に形成されている。

一般に、図１に示すような給電源１００５に対して各アンテナ素子１００１が並列（トーナメント型）に接続されているアレー構造では、広い周波数帯域で放射が可能である。

平面アレーアンテナ１０００においては、各アンテナ素子１００１は等位相で励振される必要がある。これは、各アンテナ素子１００１間の位相が揃っていないと、各アンテナ素子１００１から放射した電波が打ち消し合い、アレーアンテナとして機能しないためである。

そのため、給電源１００５から各アンテナ素子１００１までの電気的距離、つまり、給電配線１００２の長さが同じになるように設計されている。また、各アンテナ素子１００１の電界を同方向で励振させるために、給電配線１００２、給電点１００４およびアンテナ素子１００１の配置は、全て同一に設定されている。つまり、全ての給電配線１００２は、各アンテナ素子１００１に対して同一側から給電点１００４で接続する構造となっている。
特開２００４−１６６０４３号公報

上記で説明したように、従来の平面アレーアンテナ１０００では、各アンテナ素子１００１の電界を同方向で励振させる必要があるために、全ての給電配線１００２は各アンテナ素子１００１の同じ側から接続する構造となっており、図１に示されるように、給電配線１００２には曲がり部１０１１が形成される。このような曲がり部１０１１を有する構造の場合、給電配線１００２が長くなるだけでなく、給電配線１００２を配置するために大きな領域が必要となる。

このように、高周波の電波を送受信するアレーアンテナでは、給電配線１００２の曲がり部１０１１による損失や長い給電配線長による損失が大きくなるという問題がある。

また、近年では、ウルトラワイドバンド（Ultra Wide Band）と言われる広帯域に対応した無線通信システム等が注目を集めてきている。このような広帯域特性を有する平面アンテナを実現するためには、アンテナ基板の厚さを厚くすることが有効である。

しかしながら、基板厚を厚くした場合は、十分な給電配線間の間隔や、十分なアンテナ素子１００１と給電配線１００２との間隔がないと給電配線１００２の電気力線が接地導体（グランド）に終端せず、給電配線間やアンテナ素子・給電配線間で電磁結合干渉が起きる。このような干渉によって、給電配線１００２のインピーダンスが部分的に変化し、各アンテナ素子間で、励振される電界の位相がずれる原因となる。つまり、各アンテナ素子１００１が等位相で励振されなくなると、各アンテナ素子１００１からの放射電波は互いに打ち消し合って放射特性が極端に悪くなってしまうという問題がある。

以上の理由から、従来のような給電配線の領域が大きい構造では、高周波または広帯域の用途としての共平面給電方式の平面アレーアンテナを実現することができない。

この課題を解決するために、図２（ａ）に示すような給電配線に曲がり部がなく、対称構造でアンテナ素子を配置することが可能な平面アレーアンテナも考えられる。

但し、図２（ａ）の平面アレーアンテナも実用的ではない。図２（ａ）、（ｂ）を用いて、アンテナ素子を対向させて配置し、その内側の給電配線から給電する対称構造の平面アレーアンテナが実用的でない理由について説明する。

図２（ａ）は、曲がり部１０１１が少なく、給電配線領域が小さい平面アレーアンテナの構造を示す上面図である。図２（ａ）に示すように、平面アレーアンテナ１１００は、誘電体基板１１１０の上に、第１アンテナ素子１１０１ａ、第２アンテナ素子１１０１ｂおよび電力を供給する給電配線１１０２が配置されている。なお、第１アンテナ素子１１０１ａおよび第２アンテナ素子１１０１ｂには、上記図１の整合用スリット１００３の場合と同様に、それぞれ整合用の第１スリット１１０３ａおよび第２スリット１１０３ｂが設けられている。この平面アレーアンテナ１１００の構造は、２つのアンテナ素子１１０１ａ、１１０１ｂの中間に給電配線１００２の分岐点１１０９を配置し、そこから各アンテナ素子に同じ長さの給電配線１１０２によって電力を供給する構造となっている。

図２（ｂ）は、上記図２（ａ）における平面アレーアンテナ１１００を直線Ａ−Ａ’で垂直に切断した場合の素子断面における電流分布１１０７および電圧分布１１０８を模式的に示した図である。図２（ｂ）を用いて、第１アンテナ素子１１０１ａ第２アンテナ素子１１０１ｂそれぞれの励振状態について説明する。

図２（ｂ）には、第１アンテナ１１０１ａおよび第２アンテナ素子１１０１ｂの中心を対称にして電流分布及び電圧分布の様子が示されている。図２（ｂ）に示されるように、お互いの放射電波の位相が一部打ち消し合うことになり、アンテナの垂直面に対して好適な放射電波強度（放射利得）を得ることができない。この内容は、図３の放射強度特性によって実証することができる。

図３は、上記図２（ａ）の平面アレーアンテナ１１００における、アンテナ面に垂直な軸からの角度方向に対する放射電波強度を示す図である。この場合、平面アレーアンテナ１１００の誘電体基板１１１０として、基板厚０．５ｍｍ、比誘電率が３．０のテフロン（登録商標）材料を用いている。さらに、平面アレーアンテナ１１００は、アンテナ素子の一辺が３．１ｍｍの正方形とし、給電配線の整合用スリットサイズを０．９ｍｍ×０．８ｍｍとしている（周波数２６ＧＨｚ）。図３のようなアンテナ面に垂直な方向の放射強度が低い特性では、平面アレーアンテナとしての性能は十分とはいえず、図２（ａ）のような構造の平面アレーアンテナ１１００は採用することができない。

そこで、本発明は、上記の課題に鑑み、アンテナ素子を対向させて内側から給電する方式でありながら、実用的な平面アンテナ装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するため、本発明は、裏面に接地導体が形成された誘電体基板の上に、第１スリットを有する第１アンテナ素子および第２スリットを有する第２アンテナ素子からなる少なくとも１対のアンテナ対と、給電配線とを備える平面アンテナ装置であって、前記第１アンテナ素子および前記第２アンテナ素子は、前記第１スリットと第２スリットとがアンテナ対の中央側に対向して当該平面アンテナ装置内に配置されており、前記第１アンテナ素子は前記第１スリットの最奥部の第１給電点で前記給電配線と電気的又は電磁的に接続され、前記第２アンテナ素子は前記第２スリットの最奥部の第２給電点で前記給電配線と電気的又は電磁的に接続されており、前記第１アンテナ素子における前記第１スリットの長さと前記第２アンテナ素子における前記第２スリットの長さが異なることを特徴とする。

これにより、従来の曲がり部を有さず、給電配線の領域が小さいアレーアンテナ構造を実現でき、高周波または広帯域で使用可能な共平面給電方式の平面アンテナ装置を実現することが可能となる。

また、前記第１アンテナ素子の前記第１給電点から前記分岐点までの距離と前記第２アンテナ素子の前記第２給電点から前記分岐点までの距離がほぼ等しく構成してもよい。

これにより、アンテナ素子を対向させて内側から給電する方式でありながら、各アンテナ素子による放射電波の位相が打ち消し合うことを回避し、好適な放射利得を有する平面アレイアンテナを実現することができる。

また、前記アンテナ対は、前記第１アンテナ素子および前記アンテナ素子をそれぞれ複数有することとしてもよい。

これにより、各アンテナ素子による放射電波の位相が打ち消し合うことを回避し得る平面アンテナをスペース効率良く実現することができる。

なお、第１アンテナ素子の面積は、前記第２アンテナ素子の面積の１〜１．３倍が好ましい。

さらに、前記平面アンテナ装置は、前記第１アンテナ素子における第１スリットの長さが前記第１アンテナ素子の前記第２アンテナ側の端部から前記第１アンテナ素子の中心までの長さよりも短く、前記第２アンテナ素子における前記第２スリットの長さが前記第２アンテナ素子の前記第１アンテナ素子側の端部から前記第２アンテナ素子の中心までの長さよりも長いことを特徴とする。

また、前記給電配線は、給電源から供給された電力を、分岐点を介して前記第１アンテナ素子および第２アンテナ素子に供給し、前記第１アンテナ素子および前記第２アンテナ素子は、前記分岐点を挟んで配置されることを特徴とする。

さらに、前記給電配線は、給電源から供給された電力を、分岐点を介して前記第１アンテナ素子および第２アンテナ素子に供給し、前記分岐点付近の前記給電配線の形状がＴ字状、Ｙ字状又は矢印状であることを特徴とする。

また、本発明は、裏面に接地導体が形成された誘電体基板の上に、スリットを有する放射素子導体と給電配線とを備える平面アンテナ素子であって、前記放射素子導体は、前記スリットの最奥部の給電点で前記給電配線と電気的又は電磁的に接続されており、前記スリットの長さが、前記放射素子導体の給電配線側の端部から前記放射素子導体の中心までの長さよりも長くなるように構成してもよく、この場合は、アンテナ装置としてもサイズを小さくすることができる。

なお、本発明は、上記平面アンテナ装置を用いた携帯電話機などの無線通信装置として実現することも可能である。

本発明によれば、給電配線において曲がり部を用いる必要がなく、給電配線配置領域を小さくできるアレーアンテナ構造を実現することができる。曲がり部による損失がないため、高放射効率のアレーアンテナを実現することが可能となる。さらに、給電配線の領域を最も小さくすることができるため、給電配線線路長が短く損失が少ない高放射効率のアレーアンテナを実現することが可能となる。また、給電配線領域が小さいため、アンテナ間隔を狭くすることができ、放射電波のグレーティングローブを小さくすることが可能となる。

さらに、本発明によれば、給電配線領域が小さいため、給電配線間の間隔やアンテナと給電配線の間隔を広くすることが可能となり、給電配線での干渉を小さくすることができる。これにより、アンテナの基板厚が厚く、給電配線間干渉が大きいため、実現できなかった広帯域アンテナを実現することが可能となる。

以下、本発明の実施の形態に係る平面アンテナ装置について、図面を用いて説明する。なお、本発明について、以下の実施の形態および添付の図面を用いて説明を行うが、これは例示を目的としており、本発明がこれらに限定されることを意図しない。

図４（ａ）は、本発明に係る平面アンテナ装置１０の上面図である。図４（ａ）の平面アンテナ装置１０は、第１アンテナ素子１０１ａ、第２アンテナ素子１０１ｂ、第１給電点１０４ａ、第２給電点１０４ｂ、インピーダンス整合用の第１スリット１０３ａおよび第２スリット１０３ｂ、給電配線１０２（分岐点１０９を含む。）、給電源１０５並びに誘電体基板１１０を備える。

第１アンテナ素子１０１ａの第１給電点１０４ａは、給電配線１０２の分岐点１０９側の端部（即ち、第１アンテナ素子１０１ａの右側の端部）側に設置されている。一方、第２アンテナ素子１０１ｂの第２給電点１０４ｂは、第２スリット１０３ｂの最奥部である第２アンテナ素子１０１ｂの右側の端部付近に設置されている。

つまり、第１スリット１０３ａの切り込みの長さ「ＳＬ１」は、第１アンテナ素子１０１ａの右側の端部から中心までの長さ（即ち、Ｌ１／２）より短い構造となっており、第２スリット１０３ｂの切り込みの長さ「ＳＬ２」は、第２アンテナ素子１０１ｂの左側の端部から中心までの長さ（即ち、Ｌ２／２）より長い構造となっている。

このような構造にしても、第１アンテナ素子１０１ａおよび第２アンテナ素子１０１ｂのインピーダンスは、それぞれのアンテナ素子の中心に対して対称であるため、第１給電点１０４ａ又は第２給電点１０４ｂで給電配線１０２のインピーダンスと整合させることができる。

ここで、第１アンテナ素子１０１ａと第２アンテナ素子１０１ｂに接続される給電配線１０２の線幅は同じであり、分岐点１０９から第１給電点１０４ａ又は第２給電点１０４ｂまでの給電配線の長さもほぼ同じであり、第１アンテナ素子１０１ａと第２アンテナ素子１０１ｂは同位相で給電されることとなる。さらに、第１給電点１０４ａおよび第２給電点１０４ｂが各々のアンテナ素子において同じ側（この場合は右側）に設置されているため、同じように電界が励起されるので、第１アンテナ素子１０１ａと第２アンテナ素子１０１ｂのそれぞれの放射電波が互いに強め合うことになる。

図４（ｂ）を用いて、各アンテナ素子に励起される電界の位相関係について、さらに詳しく説明する。図４（ｂ）は、上記図４（ａ）の平面アンテナ装置１０を直線Ａ−Ａ’で切断した場合の平面アンテナ素子１０１ａおよびアンテナ素子１０１ｂにおける電流分布１０７及び電圧分布１０８を示す図である。図４（ｂ）に示されるように、平面アンテナ装置１０は、誘電体基板１１０の表面に第１アンテナ素子１０１ａ、第２アンテナ素子１０１ｂ、第１給電点１０４ａ、第２給電点１０４ｂなどが配置され、裏面に接地導体１０６が配置されている。

第２アンテナ素子１０１ｂの第２給電点１０４ｂは、第１アンテナ素子１０１ａの給電点１０４ａと同じ右側の位置に設置されているため、第２アンテナ素子１０１ｂにおける電界は、第１アンテナ素子１０１ａと同じ方向で励振されることなる。つまり、第１アンテナ素子１０１ａおよび第２アンテナ素子１０１ｂは、同じ側から給電された場合とまったく同じように電界が励振される。このため、従来技術における上記図１の場合と同じように分岐点１０９からほぼ同じ長さの給電配線であっても、各アンテナ素子から放射される電波は互いに強め合うこととなる。

本発明の平面アンテナ装置１０について、以下に具体例を示す。

上記図４（ａ）のアレー構造の平面アンテナ装置１０の誘電体基板１１０として、その基板厚が０．５ｍｍで比誘電率３．０のテフロン（登録商標）材料を用い、第１アンテナ素子１０１ａは、一辺（即ち「Ｗ１＝Ｌ１」）が３．１ｍｍの正方形、第２アンテナ素子１０１ｂの幅「Ｗ２」を３．１ｍｍ、長さ「Ｌ２」を２．８ｍｍとした。第１スリット１０３ａの幅「ＳＷ１」は０．８ｍｍ、長さ「ＳＬ１」は０．９ｍｍである。第２スリット１０３ｂの幅「ＳＷ２」は０．５ｍｍであり、長さ「ＳＬ２」は２．４ｍｍである。給電配線１０２の線幅は０．２ｍｍである。なお、第１アンテナ素子１０１ａの面積は、第２アンテナ素子１０１ｂの面積の１〜１．３倍が好ましい。

図５は、上記図４（ａ）の平面アンテナ装置１０から放射される周波数２６[ＧＨｚ]の電波の放射強度を示す図であり、横軸の角度は、アンテナ平面に垂直な軸からの角度を示している。

図５から分かるように、第１アンテナ素子１０１ａおよび第２アンテナ素子１０１ｂにおける電界は、同方向かつ同位相で励振されるため、アンテナ平面に垂直な軸方向で放射強度が最大となる。

以上のように、本発明に係る平面アンテナ装置は、少なくとも２つのアンテナ素子を各々の整合用スリットが向き合うように対向させて内側から給電する方式でありながら、各アンテナ素子の電界を同位相、同方向で励振することができる。さらに、本発明の平面アンテナ装置を複数用いることにより、図６のような２×４アレー構造など、大規模な平面アレーアンテナを実現できるのは云うまでもない。

次に、本発明に係る平面アンテナ装置１０におけるアンテナ素子単体について説明する。図７は、一般的な平面パッチアンテナの外観を示す図である。図７に示す平面パッチアンテナは、誘電体基板４１０の表面に一片が「ａ」のアンテナ導体が設置されており、裏面に接地導体４０６に設置されている。この場合の共振周波数ｆrは、（１）式で表すことができる。

また、この場合のアンテナのＱt値は、（２）式で表すことができる（上記（１）式および（２）の内容については、「羽石操著“最新平面アンテナ技術”１９９３年発行」を参照されたい。）。

１／Ｑt＝１／Ｑr＋１／Ｑc＋１／Ｑd （２）
Ｑr：放射損、Ｑc：導電損、Ｑd：誘電損

上述したように、図４における平面アンテナ装置１０の第１アンテナ素子１０１ａにおいては、給電配線１０２側の第１アンテナ素子１０１ａの端部とアンテナ素子１０１ａの中心との間に、第１給電点１０４ａが設置された構造となっている。この構造は、従来のオフセット給電方式として用いられている。

一方、上記図４における第２アンテナ素子１０１ｂにおいては、給電配線１０２側とは反対側の第２アンテナ素子１０１ｂの右側の端部とアンテナ素子１０１ｂの中心との間に、給電点１０４ｂが設置された構造となっている（即ち、ＳＬ１＜ＳＬ２）。上述したように、第１アンテナ素子１０１ａおよび第２アンテナ素子１０１ｂのインピーダンがこれらの中心に対して対称であるため、アンテナとして実用が可能となる。

図８は、第１のアンテナ素子１０１ａ及び第２のアンテナ素子１０１ｂ単体における、電圧反射係数の周波数特性を示す図である。図８に示されるように、第２アンテナ素子１０１ｂは、従来と同等の第１アンテナ素子１０１ａとは整合用のスリットの形状が異なっているが、同等の周波数特性を示すことが実証された。さらに、第２アンテナ素子１０１ｂは、従来と同等の第１アンテナ素子１０１ａに比べ、長さ「Ｌ２」を短くすることを可能とした。

なお、上記の実施の形態では、分岐点から給電点までの電気的長さ及び給電配線が同じ場合の実施例について説明したが、異なっていてもよい。

また、上記の実施の形態では、各給電配線の幅またはインピーダンスを同じ場合の実施例について説明したが、幅またはインピーダンスが異なっていてもよい。

さらに、上記の実施の形態では、直線偏波について説明したが、円偏波であってもよい。

また、上記の実施の形態では、各アンテナ素子は同じ動作中心周波数として説明したが、異なった動作中心周波数であってもよい。

また、上記実施の形態では、２つのパッチアンテナについて説明したが、２つ以上のアレーアンテナとして実現することもできる。

さらに、本実施の形態では、上記図１に示すように、分岐点１１０９を挟んで第１アンテナ素子１０１ａと第２アンテナ素子１０１ｂの１対のアンテナ素子を有するアンテナ装置について説明したが、分岐点１１０９を挟んで複数の第１アンテナ素子１０１ａ、およびこれと同数の第２アンテナ素子１０１ｂの複数対のアンテナ素子を有するアンテナ装置であってもよい。

図９（ａ）、（ｂ）は、第１アンテナ素子１０１ａと第２アンテナ素子１０１ｂを各々複数有する複数対のアンテナ素子から構成される平面アンテナ装置の一例である。図９（ａ）は、第１アンテナ素子１０１ａと第２アンテナ素子１０１ｂを対向させて配置した２対のアンテナ素子から構成される平面アンテナ装置１１の外観図である。また、図９（ｂ）は、第１アンテナ素子１０１ａと第２アンテナ素子１０１ｂを対向状に配置しつつ、各アンテナ素子の向きを揃えた２対のアンテナ素子から構成される平面アンテナ装置１２の外観図である。上記平面アンテナ装置１１および平面アンテナ装置１２については、いずれも分岐点から給電点までの距離がほぼ等しくなるように構成されている。

さらにまた、本実施の形態では、給電配線を接続する位置は、アンテナ素子の端部の中心とする実施例について説明したが、図１０（ａ）に示すように中心でなくてもよい。

また、本実施の形態では、給電配線の形状が、パッチアンテナの側面に対し垂直に接続または入力されるＴ字状の構造として説明したが、アンテナの側面に対し角度を持って接続または入力される構造であってもよい。例えば、図１０（ｅ）に示すようにＹ字状や図１０（ｆ）に示すように矢印状でもよい。

さらに、本実施の形態では、矩形の平面パッチアンテナを例に説明したが、図１０（ｃ）に示すように円型の平面アンテナや整合用スリットが形成されたアンテナなど、様々な形状の平面アンテナに適用することができる。例えば、平面アンテナの面形状として図示しないが五角形や六角形、二十角形等の多角形でもよいし、矩形以外の四辺形でもよい。矩形以外の四辺形として例えばひし形や平行四辺形がある。

さらに、本実施の形態では、給電配線の接続方向が平面パッチアンテナの平行な端部に対し垂直な実施例について説明したが、図１０（ｂ）に示すように、接続方向が垂直以外の角度を有していてもよい。

さらに、図１０（ａ）〜（ｄ）のように、スリットの最奥部の給電点で前記給電配線と電気的又は電磁的に接続し、整合用スリットの長さを放射素子導体の給電配線側の端部から放射素子導体の中心までの長さよりも長くすることで、アンテナ素子のサイズを小さくすることができ、それにより、アンテナ装置全体としてのサイズも小さくすることが可能となる。なお、上記図４（ａ）におけるアンテナ素子１０１ａについても、第１スリット１０３ａの最奥部の第１給電点１０４ａで前記給電配線１１０１と電磁的に接続するように構成してもよい。

さらに、本実施の形態では、給電配線は直線としたが直線でなくてもよい。なお、本実施の形態では、給電配線とアンテナ素子が配線によって接続された場合について説明したが、図１０（ｄ）に示すように給電配線とアンテナ素子とを電磁的に接続させる構成でもよい。

また、本発明の実施形態では、整合用スリットとして矩形の構造としたが、その他の形状の構造であってもよい。

本発明に係るアンテナ装置は、対となるアンテナ素子の整合用スリットを非対称にして給電点位置をアンテナの同じ側とすることにより、最小の配線設置領域にしてアンテナ特性を改善することができるため、高周波または広帯域用のアンテナ装置として非常に有効である。

図１は、従来の２×２アレー構造の平面アンテナ装置の上面図である。 図２（ａ）は、従来の平面アレーアンテナを説明するための上面図である。図２（ｂ）は、図２(ａ)の平面アレーアンテナのＡ−Ａ‘断面における電流分布および電圧分布を示す図である。 図３は、従来の平面アレーアンテナの放射特性を示す図である。 図４（ａ）は、本発明に係る平面アンテナ装置の上面図である。図４（ｂ）は、図４(ａ)のＡ−Ａ’断面における電流分布および電圧分布を示す図である。 図５は、図４（ａ）の平面アンテナ装置から放射される電波の放射特性を示す図である。 図６は、本発明に係る２×４アレー構造の平面アンテナ装置の上面図である。 図７は、一般的な平面パッチアンテナの外観を示す図である。 図８は、本発明に係る第１アンテナ素子単体及び第２アンテナ素子単体の電圧反射係数の周波数特性を示す図である。 図９（ａ）は、第１アンテナ素子と第２アンテナ素子を対向させて配置した２対のアンテナ素子から構成される平面アンテナ装置の外観図である。図９（ｂ）は、第１アンテナ素子と第２アンテナ素子を対向状に配置しつつ、各アンテナ素子の向きを揃えた２対のアンテナ素子から構成される平面アンテナ装置の外観図である。 図１０（ａ）は、本発明に係る整合用スリットの位置を偏らせた場合のアンテナ素子の一例である。図１０（ｂ）は、本発明に係る整合用スリットを斜め方向に設置した場合のアンテナ素子の一例である。図１０（ｃ）は、本発明に係るアンテナ素子の形状を円形にした場合の一例である。図１０（ｄ）は、本発明に係る給電配線とアンテナ素子とを電磁的に接続させた場合の一例である。図１０（ｅ）は、本発明に係る給電配線の分岐点付近の形状をＹ字状に構成した場合の一例である。図１０（ｆ）は、本発明に係る給電配線の分岐点付近の形状を矢印状に構成した場合の一例である。

符号の説明

１０、１１、１２ 平面アンテナ装置
１０１ａ、３０１ａ、１１０１ａ 第１アンテナ素子
１０１ｂ、３０１ｂ、１１０１ｂ 第２アンテナ素子
１０２、３０２、１００２、１１０２ 給電配線
１０３ａ、１１０３ａ 第１スリット
１０３ｂ １１０３ｂ 第２スリット
１００３、１１０３ａ、１１０３ｂ 整合用スリット
１０４ａ、３０４ａ 第１給電点
１０４ｂ、３０４ｂ 第２給電点
１０５、３０５、１００５、１１０５ 給電源
１０６、４０６、１００６ 接地導体
１０７、１００７ 電流分布
１０８、１００８ 電圧分布
１０９、１００９ 分岐点
１１０、３１０、４１０、１０１０、１１１０ 誘電体基板
４０１ アンテナ導体
５０１ａ、５０１ｂ、５０１ｃ アンテナ素子
５０１ｄ アンテナ素子
５０２ａ、５０２ｂ、５０２ｃ 給電配線
５０２ｄ 給電配線
５０３ａ、５０３ｂ、５０３ｃ 整合用スリット
５０３ｄ 整合用スリット
５０４ａ、５０４ｂ、５０４ｃ 給電点
５０４ｄ 給電点
１００４、１１０４ａ、１１０４ｂ 給電点
１０００、１１００ 平面アレーアンテナ
１０１１ 曲がり部

Claims (9)

1. 裏面に接地導体が形成された誘電体基板の上に、第１スリットを有する第１アンテナ素子および第２スリットを有する第２アンテナ素子からなる少なくとも１対のアンテナ対と、給電配線とを備える平面アンテナ装置であって、
   前記第１アンテナ素子および前記第２アンテナ素子は、前記第１スリットと前記第２スリットとが前記アンテナ対の中央側に対向して当該平面アンテナ装置内に配置されており、前記第１アンテナ素子は前記第１スリットの最奥部の第１給電点で前記給電配線と電気的又は電磁的に接続され、前記第２アンテナ素子は前記第２スリットの最奥部の第２給電点で前記給電配線と電気的又は電磁的に接続されており、
   前記第１アンテナ素子における前記第１スリットの長さが前記第１アンテナ素子の前記第２アンテナ側の端部から前記第１アンテナ素子の中心までの長さよりも短く、前記第２アンテナ素子における前記第２スリットの長さが前記第２アンテナ素子の前記第１アンテナ素子側の端部から前記第２アンテナ素子の中心までの長さよりも長い
   ことを特徴とする平面アンテナ装置。
2. 前記給電配線は、給電源から供給された電力を、分岐点を介して前記第１アンテナ素子および前記第２アンテナ素子に供給し、
   前記第１アンテナ素子の前記第１給電点から前記分岐点までの距離と前記第２アンテナ素子の前記第２給電点から前記分岐点までの距離がほぼ等しい
   ことを特徴とする請求項１記載の平面アンテナ装置。
3. 前記アンテナ対は、
   前記第１アンテナ素子および前記第２アンテナ素子をそれぞれ複数有する
   ことを特徴とする請求項１記載の平面アンテナ装置。
4. 前記第１アンテナ素子の面積は、前記第２アンテナ素子の面積の１〜１．３倍であることを特徴とする請求項１記載の平面アンテナ装置。
5. 前記給電配線は、給電源から供給された電力を、分岐点を介して前記第１アンテナ素子および前記第２アンテナ素子に供給し、
   前記第１アンテナ素子および前記第２アンテナ素子は、前記分岐点を挟んで配置される
   ことを特徴とする請求項１記載の平面アンテナ装置。
6. 前記給電配線は、給電源から供給された電力を、分岐点を介して前記第１アンテナ素子および前記第２アンテナ素子に供給し、
   前記分岐点付近の前記給電配線の形状がＴ字状、Ｙ字状又は矢印状である
   ことを特徴とする請求項１記載の平面アンテナ装置。
7. 前記第１アンテナ素子および前記第２アンテナ素子の形状が、矩形、ひし形その他の多角形および円形のいずれかである
   ことを特徴とする請求項１記載の平面アンテナ装置。
8. 前記第１アンテナ素子は、
   前記第１スリットの最奥部において、前記第１アンテナ素子と前記給電配線とが所定の間隔をおいて設置され、前記第１アンテナ素子と前記給電配線とが電磁的に結合し、
   前記第２アンテナ素子は、
   前記第２スリットの最奥部において、前記第２アンテナ素子と前記給電配線とが所定の間隔をおいて設置され、前記第２アンテナ素子と前記給電配線とが電磁的に結合している
   ことを特徴とする請求項１記載の平面アンテナ装置。
9. 平面アンテナ装置を用いた無線通信装置であって、
   前記平面アンテナ装置は、裏面に接地導体が形成された誘電体基板の上に、第１スリットを有する第１アンテナ素子および第２スリットを有する第２アンテナ素子からなる少なくとも１対のアンテナ対と、給電配線とを備え、
   前記第１アンテナ素子および前記第２アンテナ素子は、前記第１スリットと前記第２スリットとが前記アンテナ対の中央側に対向して当該平面アンテナ装置内に配置されており、前記第１アンテナ素子は前記第１スリットの最奥部の第１給電点で前記給電配線と電気的又は電磁的に接続され、前記第２アンテナ素子は前記第２スリットの最奥部の第２給電点で前記給電配線と電気的又は電磁的に接続されており、
   前記第１アンテナ素子における前記第１スリットの長さが前記第１アンテナ素子の前記第２アンテナ側の端部から前記第１アンテナ素子の中心までの長さよりも短く、前記第２アンテナ素子における前記第２スリットの長さが前記第２アンテナ素子の前記第１アンテナ素子側の端部から前記第２アンテナ素子の中心までの長さよりも長い
   ことを特徴とする無線通信装置。

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