JP6189732B2

JP6189732B2 - アンテナ装置

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Inventors: 和司川口; 旭近藤
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Description

本発明は、パッチアンテナを有するアンテナ装置に関する。

誘電体基板上に形成されたパッチアンテナは、例えば車両や航空機などの移動体においてその周囲を監視するレーダなどに用いられている。パッチアンテナは、誘電体基板上にパッチ放射素子（パッチ形状の導体）が形成されてなる構成が一般的である。また、誘電体基板におけるパッチ放射素子が形成される面（以下「基板表面」という）とは反対側の面（以下「基板裏面」という）には、一般に、地板として機能する導体部が形成される。更に、基板表面にもパッチ放射素子とは別に基板端部まで導体部が広く形成されることもある。

このような構成のパッチアンテナにおいては、パッチアンテナが動作すると、パッチ放射素子と地板との間に形成される電界に起因して地板表面に電流（表面電流）が流れ、その表面電流が基板端部まで伝わって基板端部で回折し、その回折波の影響で基板端部からの放射（輻射）が生じる。基板表面に導体部が形成される場合には、その導体部にも表面電流が流れて基板端部からの放射を引き起こす。この表面電流による基板端部からの放射は、パッチアンテナの性能に影響を及ぼす不要な放射となる。すなわち、この端部からの放射によって、パッチアンテナの指向性が乱れてしまう。

これに対し、特許文献１には、地板に流れる表面電流を抑える技術が開示されている。具体的には、誘電体基板の基板表面における、パッチ放射素子の周囲に、複数の導電性パッチを形成する。各導電性パッチはそれぞれ、円柱状の導電性接続体（以下「導通ビア」という）によって基板裏面の地板と導通させる。この導電性パッチ及び導通ビアからなる構造は、特定の周波数で地板の表面電流の伝搬を阻止するバンドギャップ（Electromagnetic Band Gap）を有する。以下、この導電性パッチ及び導通ビアからなる構造を「ＥＢＧ」と称する。

このようにパッチ放射素子の周囲にＥＢＧを多数形成することで、基板端部への表面電流の伝搬を抑制でき、これによりパッチアンテナの指向性の乱れを抑制することが可能となる。

特表２００２−５１０８８６号公報

ＥＢＧを構成する導通ビアの外径（以下「ビア径」という）には、所定の幅の公差が設定されている。そのため、導通ビアのビア径には、公差の範囲内でのばらつきが生じる。ビア径にばらつきが生じると、ＥＢＧの動作周波数帯域（表面電流の伝搬を抑制できる帯域）が設計上の動作周波数帯域から変動するため、これによりパッチアンテナの指向性に乱れ（リップル）が生じるおそれがある。

本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、基板上にパッチアンテナ及び導電性構造体（導体パターン及びこの導体パターンを基板裏面の地板に接続するための接続導体を有する構造体）が形成されたアンテナ装置において、接続導体の公差に起因する導電性構造体の動作周波数の変動を抑制することにより、接続導体の寸法にばらつきがあっても、導電性構造体による、パッチアンテナの指向性の乱れを抑制する効果を維持できるようにすることを目的とする。

上記課題を解決するためになされた本発明のアンテナ装置は、誘電体基板と、パッチアンテナとを備える。誘電体基板は、一方の板面に地板が形成されている。パッチアンテナは、誘電体基板における地板が形成された板面とは反対側の板面に形成された少なくとも１つの給電用のパッチ放射素子を有し、誘電体基板の板面における所定方向を主偏波方向とする。更に、本発明のアンテナ装置は、導電性構造体を複数備える。導電性構造体は、誘電体基板におけるパッチ放射素子が形成された板面である基板表面に形成されたパッチ形状の導体パターン、及びその導体パターンと地板とを電気的に接続するためにこれら両者間の間に誘電体基板を貫通するように形成された複数の接続導体を有する。

このように構成された本発明のアンテナ装置によれば、パッチ放射素子の周囲に導電性構造体が複数形成されることで、パッチ放射素子から基板端部への表面電流の伝搬が抑制される。しかも、導電性構造体の各々は、接続導体を複数有し、その複数の接続導体によって導体パターンと地板とが接続される構成となっている。

このように導電性構造体が接続導体を複数有していることで、接続導体の一つ一つに公差の範囲内での寸法ばらつきが生じていても、導電性構造体の動作周波数（表面電流の伝搬を抑制できる周波数）の変動が抑制される。そのため、接続導体の寸法にばらつきがあっても、導電性構造体による、パッチアンテナの指向性の乱れを抑制する効果を維持することができる。

なお、特許請求の範囲に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段等との対応関係を示す一例であり、本発明は上記括弧内の符号に示された具体的手段等に限定されるものではない。

第１実施形態のアンテナ装置の概略構成を表す斜視図である。第１実施形態のアンテナ装置の部分拡大図（斜視図）である。第１実施形態のアンテナ装置の断面図である。第１実施形態のＥＢＧの等価回路を説明するための説明図である。ビア径のばらつきとＥＢＧの通過特性のばらつきとの関係を説明するための説明図である。アンテナ装置の指向性を示す説明図である。第２実施形態のアンテナ装置の概略構成を表す斜視図である。ＥＢＧを構成する複数の導通ビアの配列形態と、ビア径ばらつきに起因するＥＢＧ動作周波数のばらつきの大きさとの関係を示す説明図である。アンテナ装置を構成するＥＢＧの他の例を示す説明図である。

以下に、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。なお、本発明は、下記の実施形態に示された具体的手段や構造等に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の形態を採り得る。例えば、下記の実施形態の構成の一部を、同様の機能を有する公知の構成に置き換えたり、他の実施形態の構成に対して付加、置換等したり、課題を解決できる限りにおいて省略したりしてもよい。また、下記の複数の実施形態を適宜組み合わせて構成してもよい。

［第１実施形態］
図１に示すように、本実施形態のアンテナ装置１は、長方形状の誘電体基板２の一方の面（基板表面）にパッチアンテナ７、導体板６、及び複数のＥＢＧ４が形成され、他方の面（基板裏面）に導体からなる地板３が形成されてなるものである。本実施形態では、図１に示すように、パッチアンテナ７の中心部（後述するパッチ放射素子５の中心部）を原点として、その原点を通り且つ誘電体基板２の短辺に平行な軸をｘ軸、原点を通り且つ誘電体基板２の長辺に平行な軸をｙ軸、原点を通り且つ誘電体基板２の板面に垂直な軸をｚ軸とする、ｘｙｚ三次元座標軸を適宜用いて説明する。

なお、図２には、アンテナ装置１における、ｙ軸方向の端部およびその近傍の詳細（拡大）図を図示している。また、図３（ａ）にはアンテナ装置１におけるＡ−Ａ断面図（図１参照）を図示しており、図３（ｂ）にはアンテナ装置１のＢ−Ｂ断面図（図２参照）を図示しており、図３（ｃ）にはアンテナ装置１のＣ−Ｃ断面図（図２参照）を図示している。

パッチアンテナ７は、正方形状のパッチ放射素子５を有し、このパッチ放射素子５が基板表面の中央部に形成されている。基板裏面の地板３は、このパッチ放射素子５に対して地板として機能する。正方形状のパッチ放射素子５は、対向する一組の辺がｘ軸方向に平行となるよう、且つ対向するもう一組の辺がｙ軸方向に平行となるように配置されている。

図１や図３（ａ）から明らかなように、パッチ放射素子５の周囲には導体板６が形成されている。ただし、パッチ放射素子５の全周に渡って導体板６との間に溝が形成されており、パッチ放射素子５はこの溝により導体板６と物理的に離間した状態となっている。

また、パッチ放射素子５は、一辺の長さが約λｇ／２である。なお、λｇは、パッチアンテナ７の動作周波数に対応した波長（ただし誘電体内波長）であり、自由空間波長をλ０、誘電体基板２の比誘電率をεｒとすると、λｇ＝λ０／√εｒで表される。ただし、この約λｇ／２という長さは一例であり、例えば地板３の形状やサイズ等の種々の要因によって最適な長さは変化する。

パッチアンテナ７への給電はパッチ放射素子５に対して行われるが、パッチ放射素子５への給電構造については図示を省略している。パッチ形状の放射素子へ給電を行う方法は種々考えられて実用化もされているため、詳細説明は省略するが、本実施形態では、給電用のマイクロストリップラインから電磁結合型給電方式にて給電を行う構造となっている。

パッチアンテナ７は、ｙ軸方向を主偏波方向として動作する。すなわち、パッチアンテナ７は、ｙｚ面を偏波面（Ｅ面）として動作し、このｙｚ面の偏波を良好に送受信可能なアンテナとして構成されている。

アンテナ装置１は、例えば車両の前方において、パッチアンテナ７が形成された基板表面側が車両前方を向くように、且つ長方形状の誘電体基板２の長辺（ｙ軸方向の辺）が地面に対して水平となるように配置され、車両の周辺監視用のミリ波レーダとして用いられる。つまり、パッチアンテナ７のＥ面は、車両に搭載されて使用される際、地面に対して平行となる。よって、パッチアンテナ７は、水平偏波を良好に送受信なアンテナとして用いられる。なお、以下の説明では、パッチアンテナ７のＥ面（ｙｚ面）を水平面ともいう。

本明細書では、パッチアンテナ７の水平面（Ｅ面）上の方位角（検知角度）を、図１に示すように、ｚ軸方向を基準（０°）として、パッチアンテナ７から車両前方を見て左側を正の角度、右側を負の角度として扱っている。

ＥＢＧ４は、図２や図３（ｂ），（ｃ）からも明らかなように、誘電体基板２の基板表面に形成されたパッチ形状の金属パターン（以下「パッチ形状パターン」という）４ａと、このパッチ形状パターン４ａと地板３とを電気的に接続する４つの導通ビア４ｂとを有している。パッチ形状パターン４ａ及び４つの導通ビア４ｂはいずれも導体である。本実施形態のパッチ形状パターン４ａの具体的形状（基板板面に平行な面の形状）は、正方形状である。

４つの導通ビア４ｂは、いずれも、外径（ビア径）がφの円柱形状の導体である。各導通ビア４ｂは、それぞれ、図３（ｂ），（ｃ）に詳しく図示されているように、厚さｗｄの誘電体基板２をその板面に垂直な方向（ｚ軸方向）に貫通するように設けられており、一端側がパッチ形状パターン４ａに接続され、他端側が地板３に接続されている。

ＥＢＧ４は、アンテナ装置１において複数設けられている。具体的には、基板表面における、ＥＢＧ非存在領域８（図１参照）以外の領域全体に、パッチ形状パターン４ａが所定のパターン間隔ｗｇ隔てて複数配列されている。パターン間隔ｗｇは、アンテナ装置１の使用周波数に対応した波長よりも十分に短い長さである。各パッチ形状パターン４ａは、いずれも、対向する一組の辺がｘ軸方向に平行となるよう、且つ対向するもう一組の辺がｙ軸方向に平行となるように配置されている。

本実施形態では、基板表面における、ＥＢＧ非存在領域８以外の領域全体に、複数のパッチ形状パターン４ａがパターン間隔ｗｇ隔てて配置されている。図１に示すように、パッチ放射素子５からみて誘電体基板２のｙ軸方向の一端側には、パッチ形状パターン４ａが、ｘ軸方向に３列、ｙ軸方向に９列配置されている。パッチ放射素子５からみて誘電体基板２のｙ軸方向の他端側にも、一端側と同じように、パッチ形状パターン４ａが、ｘ軸方向に３列、ｙ軸方向に９列配置されている。

各ＥＢＧ４が有する４つの導通ビア４ｂの一端は、パッチ形状パターン４ａにおける中央領域に接続されている。具体的には、パッチ形状パターン４ａにおける各導通ビア４ｂの接続部位がｘ軸方向に２列、ｙ軸方向に２列となるように接続されている。換言すれば、Ｅ面と垂直なｘ軸方向に所定の接続間隔ｗｖで一列に配列された２つの導通ビア４ｂを１つの集合体として、この集合体が、ｙ軸方向に接続間隔ｗｖ隔てて２つ並んで配列されている。４つの導通ビア４ｂの接続部位を結ぶとその軌跡は正方形となり、その正方形の中心は、本実施形態では、パッチ形状パターン４ａの中心と一致している。

ＥＢＧ非存在領域８は、その中心部にパッチ放射素子５が存在し、且つパッチ形状パターン４ａが存在しない領域である。ＥＢＧ非存在領域８は、全体として正方形状となっている。本実施形態では、ＥＢＧ非存在領域８において、その中心にパッチ放射素子５が配置され、パッチ放射素子５を除く領域ほぼ全域に導体板６が形成されている。なお、導体板６は、基板裏面の地板３と直接導通していないが、基板裏面の地板３とともにパッチアンテナ７のグランドとして機能する。ただし、導体板６は、アンテナ装置１として必須のものではなく、導体板６はなくてもよい。

各ＥＢＧ４は、隣接する他のＥＢＧ４と容量的に結合すると共に、基板裏面の地板３と誘導的及び容量的に結合する。これにより、各ＥＢＧ４は、全体として、並列共振回路の二次元回路網として機能し、パッチアンテナ７の動作（放射）により発生する基板両端（主偏波方向の両端）への表面電流の伝搬を抑制する。

本実施形態のＥＢＧ４の等価回路は、図４（ｂ）に示す通りである。なお、図４（ａ）には、比較用として、導通ビアを１つだけ有するＥＢＧ（比較用ＥＢＧ）１００について、その等価回路を示している。

図４（ａ）に示すように、比較用ＥＢＧ１００は、パッチ形状パターン１００ａと導通ビア１００ｂを有する。比較用ＥＢＧ１００においては、パターン間隔ｗｇ隔てて隣接する他の比較用ＥＢＧ１００と容量結合することにより容量成分（キャパシタンス）Ｃ_Ｌ１が存在し、パッチ形状パターン１００ａにより誘導成分（インダクタンス）Ｌ_Ｒ１が存在し、導通ビア１００ｂによりパッチ形状パターン１００ａと地板３との間に誘導成分Ｌ_Ｌが存在し、さらにこの誘導成分Ｌ_Ｌと並列に、パッチ形状パターン１００ａと地板３との間に容量成分Ｃ_Ｒ１が存在する。そのため、比較用ＥＢＧ１００の等価回路は、図４（ａ）に示すような回路となる。

これに対し、本実施形態のＥＢＧ４は、比較用ＥＢＧ１００の導通ビア１００ｂと同じ寸法形状の導通ビア４ｂを４つ有している。そのため、図４（ｂ）の等価回路に示すように、パッチ形状パターン４ａと地板３との間に、各導通ビア４ｂによる各誘導成分Ｌ_Ｌ１，Ｌ_Ｌ２，Ｌ_Ｌ３，Ｌ_Ｌ４が並列に存在する。そのため、パッチ形状パターン４ａと地板３との間の誘導成分は、これら４つの誘導成分Ｌ_Ｌ１，Ｌ_Ｌ２，Ｌ_Ｌ３，Ｌ_Ｌ４の並列合成値となる。

なお、４つの誘導成分Ｌ_Ｌ１，Ｌ_Ｌ２，Ｌ_Ｌ３，Ｌ_Ｌ４の値（インダクタンス値）は同じである。また、これら４つのインダクタンス値はいずれも、比較用ＥＢＧ１００の導通ビア１００ｂのインダクタンス値Ｌ^Ｌと同じ値である。そのため、これら４つの並列合成インダクタンスは、個々のインダクタンス値よりも小さい値となる。

パッチアンテナ７の動作周波数ｆｃの表面電流（表面波）の伝搬を比較用ＥＢＧ１００及び本実施形態のＥＢＧ４で抑制できるようにするためには、パッチ形状パターンと地板３との間に形成されるＬＣ並列回路の共振周波数をパッチアンテナ７の動作周波数ｆｃに設定するのが望ましい。

つまり、比較用ＥＢＧ１００においては、ＬＣ並列回路を構成する容量成分Ｃ_Ｒ１及び誘導成分Ｌ_Ｌが、下記式（１）を満たすことが望ましい。

一方、本実施形態のＥＢＧ４においては、ＬＣ並列回路を構成する容量成分Ｃ_Ｒ２及び４つの誘導成分Ｌ_Ｌ１〜Ｌ_Ｌ４が、下記式（２）を満たすことが望ましい。

なお、４つの誘導成分Ｌ_Ｌ１，Ｌ_Ｌ２，Ｌ_Ｌ３，Ｌ_Ｌ４の並列合成値は、基本的には、周知の通り下記式（３）のように表せる。

しかし、本実施形態のパッチアンテナ７の動作周波数ｆｃはＧＨｚ帯の高周波帯域であり、４つの導通ビア４ｂの相互間で高周波的な結合が生じる。この結合により、４つの誘導成分Ｌ_Ｌ１，Ｌ_Ｌ２，Ｌ_Ｌ３，Ｌ_Ｌ４の実際の並列合成値Ｌ_ＬＰは、上記式（３）で表される基本的な演算式により得られる値よりも大きな値となる。

本実施形態のＥＢＧ４は、既述の通り、パッチ形状パターン４ａと地板３との間に形成されるＬＣ並列回路の並列合成インダクタンス値Ｌ_ＬＰが、１つの導通ビア４ｂにより生じるインダクタンス値Ｌ_Ｌの約１／４（１／４より若干大きい）値である。そのため、容量成分Ｃ_Ｒ２の値は、比較用ＥＢＧ１００の容量成分Ｃ_Ｒ１の値よりも大きい値となる。具体的には、容量成分Ｃ_Ｒ２の値は、比較用ＥＢＧ１００の容量成分Ｃ_Ｒ１の値の４倍よりも若干小さい値となる。

そのため、本実施形態のＥＢＧ４は、パッチ形状パターン４ａの面積が、比較用ＥＢＧ１００のパッチ形状パターン１００ａの面積の４倍よりも若干小さくなるように形成されている。

つまり、本実施形態のＥＢＧ４は、パッチ形状パターン４ａと地板３との間に形成されるＬＣ並列回路の並列合成インダクタンス値Ｌ_ＬＰが比較用ＥＢＧ１００におけるＬＣ並列回路のインダクタンス値Ｌ_Ｌよりも小さい値（約１／４）となるため、パッチ形状パターン４ａの面積を比較用ＥＢＧ１００よりも大きくすることで、容量成分Ｃ_Ｒ２が大きな値となるようにしている。これにより、パッチ形状パターン４ａと地板３との間に形成されるＬＣ並列回路路全体として、その共振周波数がパッチアンテナ７の動作周波数ｆｃに一致するように設計されている。

本実施形態のＥＢＧ４の設計条件をまとめると、上記式（２）、及び下記式（４）で表すことができる。なお、下記式（４）において、βは位相定数である。

本実施形態のアンテナ装置１においては、上記式（２），（４）や、誘電体基板２の厚さｗｄ、比誘電率などを考慮して、ＥＢＧ４の各部の寸法等、即ち、パッチ形状パターン４ａの形状や寸法、導通ビア４ｂのビア径φや４つの導通ビア４ｂ相互間の接続間隔ｗｖ、隣接するパッチ形状パターン４ａとのパターン間隔ｗｇなどが設計される。上記式（２），（４）を満たすようにＥＢＧ４が設計されることで、ＥＢＧの動作周波数（表面電流遮断周波数）をパッチアンテナ７の動作周波数ｆｃに一致させることができ、これにより表面電流が基板端部に伝搬するのを良好に抑制できる。

ところで、ＥＢＧ４を構成する導通ビア４ｂのビア径φには、所定の幅の公差が設定されている。そのため、導通ビア４ｂのビア径φには、公差の範囲内でのばらつきが生じる。ビア径にばらつきが生じると、ＥＢＧ４の動作周波数帯域が設計上の動作周波数帯域（パッチアンテナ７の動作周波数ｆｃを略中心とする所定の帯域）から変動し、ＥＢＧ４の性能が低下してしまうおそれがある。特に、ＥＢＧ４は、その構成上、Ｑ値が高く、遮断帯域が狭い。そのため、ビア径φの設計値とのずれがあまり大きくなくても（たとえ公差の範囲内であっても）、ＥＢＧ４の性能に比較的大きな影響を及ぼすおそれがある。

そこで、本実施形態では、ＥＢＧ４において、その動作周波数を決定付ける主要因である導通ビア４ｂを、１つのパッチ形状パターン４ａに対して複数（本実施形態では４つ）設けるようにしている。このように１つのパッチ形状パターン４ａに対して複数の導通ビア４ｂを設けることで、式（２）における合成の誘導成分（Ｌ_ＬＰ）が式（１）における誘導成分（Ｌ_Ｌ）よりも小さくなり、容量成分（Ｃ_Ｒ２）が支配的となる。そのため、導通ビアにずれが生じても、式（１）に比べて、影響が小さい（動作周波数ｆｃへの影響が小さい）。ただし、式（２）において、容量成分を形成するパッチ形状の面積は、式（１）よりも大きくなる。

図５（ａ）には、比較用ＥＢＧ１００について、導通ビア１００ｂのビア径φｏが設計上の基準値（例：１５０μｍ）である場合、ビア径φｏが基準値より短い場合（例：１３０μｍ）、及びビア径φｏが基準値より長い場合（例：１７０μｍ）の３パターンそれぞれの、通過特性を例示している。なお、これら３パターンのビア径φｏはいずれも公差の範囲内にある。

一方、図５（ｂ）には、本実施形態のＥＢＧ４について、４つの導通ビア４ｂのビア径φがいずれも設計上の基準値（例：１５０μｍ）である場合、ビア径φがいずれも基準値より短い場合（例：１３０μｍ）、及びビア径φがいずれも基準値より長い場合（例：１７０μｍ）の３パターンそれぞれの、通過特性を例示している。

比較用ＥＢＧ１００は、図５（ａ）に示すように、導通ビア１００ｂのビア径φｏが基準値±２０μｍの範囲内でばらつくと、動作周波数（遮断周波数）が全体として約１．５ＧＨｚの範囲でばらつく。これに対し、本実施形態のＥＢＧ４は、図５（ｂ）に示すように、導通ビア４ｂのビア径φが基準値±２０μｍの範囲内でばらつくと、動作周波数（遮断周波数）のばらつきは全体として約０．３ＧＨｚの範囲内となり、比較用ＥＢＧ１００の動作周波数のばらつきよりも大幅に抑制されている。

ＥＢＧの有無、及びＥＢＧを構成する導通ビアの数の違いによる、アンテナ装置の指向性の相違を、図６を用いて説明する。図６（ａ）は、ＥＢＧが全く形成されていないアンテナ装置（比較例１）の指向性を例示している。この比較例１のアンテナ装置は、誘電体基板２の中央部にパッチ放射素子５が形成されていることは本実施形態と同様だが、パッチ放射素子５の周囲には、ほぼ全面に渡って導体板が形成されている。

図６（ｂ）は、導通ビアを１つ有するＥＢＧが複数形成されているアンテナ装置（比較例２）の指向性を例示している。この比較例２のアンテナ装置は、本実施形態のアンテナ装置１においてＥＢＧ４が形成されている領域全体に、比較用ＥＢＧ１００（図４（ａ）参照）が形成された構成である。

図６（ｃ）は、導通ビアを４つ有するＥＢＧ４が複数形成されている本実施形態のアンテナ装置１の指向性を例示している。
ＥＢＧのない比較例１のアンテナ装置の場合、基板端部まで表面電流が伝搬して基板端部からの輻射が発生する。そのため、この比較例１のアンテナの指向性は、図６（ａ）に示すように、特定の方向（例えば±４５°方向付近）において、利得低下（リップル）が発生する。

一方、比較用ＥＢＧ１００が形成された比較例２のアンテナ装置の場合、その比較用ＥＢＧ１００による表面電流の抑制効果が得られる。そのため、この比較例２のアンテナの指向性は、図６（ｂ）に示すように、比較例１と比べて、特定の方向の利得低下が抑えられている。

ただし、図６（ｂ）から明らかなように、比較用ＥＢＧ１００の導通ビア１００ｂのビア径φｏが、設計上の基準値からばらつくと、基準値の場合と比べて指向性の乱れが生じる。導通ビア１００ｂが、製造上許容されている公差の範囲内でばらつくと、図５（ａ）を用いて説明したように、比較用ＥＢＧ１００の動作周波数も大きくばらつく。その動作周波数の大きなばらつきが、図６（ｂ）に示すような、指向性の乱れを引き起こす。

これに対し、本実施形態のアンテナ装置１の場合、ＥＢＧ４が、１つのパッチ形状パターン４ａに対して複数（４つ）の導通ビア４ｂが接続された構成となっている。このような構成のＥＢＧ４は、図５（ｂ）を用いて説明したように、ビア径φがばらついても、比較用ＥＢＧ１００と比べて動作周波数のばらつきは小さく抑えられる。そのため、図６（ｃ）に示すように、アンテナ装置１の指向性は、ビア径φにばらつきが生じても大きく乱れず、リップルの抑制効果が十分に得られる。

以上説明した本実施形態のアンテナ装置１によれば、パッチ放射素子５の周囲にＥＢＧ４が複数形成されることで、パッチ放射素子５から基板端部への表面電流の伝搬が抑制される。しかも、ＥＢＧ４の各々は、導通ビア４ｂを複数有し、その複数の導通ビア４ｂによって１つのパッチ形状パターン４ａと地板３とが接続される構成となっている。

このようにＥＢＧ４が導通ビア４ｂを複数有していることで、導通ビア４ｂの一つ一つに公差の範囲内でのビア径φのばらつきが生じていても、ＥＢＧ４の動作周波数の変動が抑制される。そのため、導通ビア４ｂのビア径φにばらつきがあっても、ＥＢＧ４による、パッチアンテナ７の指向性の乱れを抑制する効果を維持することができる。

なお、ＥＢＧ４を構成する４つの導通ビア４ｂは、パッチ形状パターン４ａにおける中央領域に近接して配置されている。高周波の特性上、導通ビア４ｂのインピーダンス特性は配置場所によって変化する（配置場所は波長に依存する）。そのため、複数の導通ビア４ｂを密集させることで、各導通ビア４ｂのインピーダンス特性を揃えることができる。そのため、ＥＢＧを構成する複数の導通ビアは、相互に離間して配置されるよりも密集して配置される方が、ビア径φのバラツキに対するＥＢＧ動作周波数のばらつき抑制（ひいてはパッチアンテナの指向性のリップル抑制）に有効である。

また、アンテナ装置１は、基板表面において、パッチ放射素子５の周囲全体にＥＢＧ４が配置されてはおらず、パッチ放射素子５を含むＥＢＧ非存在領域８の外部にＥＢＧ４が配置されている。このように、パッチ放射素子５の周囲にＥＢＧ４が存在しない領域を確保することで、表面電流の過度な遮断が抑制され、パッチアンテナ７の指向性のビーム幅が狭くなるのが抑制される。

［第２実施形態］
本実施形態では、図７に示すように、２つのアンテナ装置３０，５０について説明する。図７に示す２つのアンテナ装置３０，５０は、図１に示した第１実施形態のアンテナ装置１と比較して、ＥＢＧにおける複数の導通ビアの配列構造が異なり、それ以外の構成は第１実施形態のアンテナ装置１と同じである。

まず、図７（ａ）に示すアンテナ装置３０について説明する。図７（ａ）に示すアンテナ装置３０において、複数のＥＢＧ３１は、それぞれ、１つのパッチ形状パターン３１ａと、４つの導通ビア３１ｂを備えている。パッチ形状パターン３１ａの形状、寸法は、第１実施形態のＥＢＧ４のパッチ形状パターン４ａと同じである。４つの導通ビア３１ｂは、個々の形状、寸法は第１実施形態のＥＢＧ４の導通ビア４ｂと同じだが、こられ４つの配列形態が第１実施形態のＥＢＧ４とは異なっている。本実施形態では、４つの導通ビア３１ｂが、一列に配列されている。また、その配列方向は、パッチアンテナ７の偏波面（Ｅ面）に垂直な方向（つまりｘ軸方向）である。

次に、図７（ｂ）に示すアンテナ装置５０について説明する。図７（ｂ）に示すアンテナ装置５０において、複数のＥＢＧ５１は、それぞれ、１つのパッチ形状パターン５１ａと、４つの導通ビア５１ｂを備えている。パッチ形状パターン５１ａの形状、寸法は、第１実施形態のＥＢＧ４のパッチ形状パターン４ａと同じである。４つの導通ビア５１ｂは、個々の形状、寸法は第１実施形態のＥＢＧ４の導通ビア４ｂと同じだが、こられ４つの配列形態が、第１実施形態のＥＢＧ４及び図７（ａ）のＥＢＧ３１とは異なっている。図７（ｂ）のアンテナ装置５０では、４つの導通ビア５１ｂが、パッチアンテナ７の偏波面（え面）一列に配列されている。また、その配列方向は、パッチアンテナ７の偏波面（Ｅ面）に平行な方向（ｙ軸方向）である。

このように構成された図７（ａ）、（ｂ）の各アンテナ装置３０，５０は、いずれも、ＥＢＧが複数の導通ビアを有している。そのため、第１実施形態のアンテナ装置１と同様、導通ビアのビア径にばらつきがあっても、導通ビアが１つのＥＢＧを有するアンテナ装置と比較して、ＥＢＧの動作周波数のばらつきが抑えられる。

一方、第１実施形態のアンテナ装置１と、図７に示した２つのアンテナ装置３０，５０の三者間で相対的に比較すると、ビア径ばらつきに対するＥＢＧ動作周波数のばらつき抑制の効果は、三者間で異なる。

図８に、第１実施形態のアンテナ装置１、第２実施形態の２つのアンテナ装置３０，５０のそれぞれにおける、ＥＢＧの通過特性の一例を示す。第１実施形態のアンテナ装置１は、各ＥＢＧ４において、４つの導通ビア４ｂが、パッチ形状パターン４ａの中央領域に配置されている。具体的には、既述の通り、ｘ軸方向に接続間隔ｗｖで一列に配列された２つの導通ビア４ｂからなる集合体が、ｙ軸方向に接続間隔ｗｖ隔てて２つ並んで配列されている。

このように構成されたアンテナ装置１のＥＢＧ４の通過特性は、ＥＢＧ４を構成する４つの導通ビア４ｂのビア径φのバラツキによって変化する。図８には、４つの導通ビア４ｂのビア径φがいずれも設計上の基準値（例：１５０μｍ）である場合、ビア径φが基準値より短い場合（例：１３０μｍ）、及びビア径φが基準値より長い場合（例：１７０μｍ）の３パターンそれぞれの、ＥＢＧ４の通過特性を例示している。なお、これら３パターンのビア径φはいずれも公差の範囲内にある。

第１実施形態のアンテナ装置１のＥＢＧ４は、図８に示すように、導通ビア４ｂのビア径φが基準値±２０μｍの範囲内でばらつくと、動作周波数（遮断周波数）が全体として約０．３ＧＨｚの範囲でばらつく。

一方、図７（ａ）に示したアンテナ装置３０は、各ＥＢＧ３１において、４つの導通ビア３１ｂが、偏波面に対して垂直に配列されている。
このように構成されたアンテナ装置３０のＥＢＧ３１の通過特性も、ＥＢＧ３１を構成する４つの導通ビア３１ｂのビア径φのバラツキによって変化する。図８には、ＥＢＧ３１についても、第１実施形態のＥＢＧ４と同様、異なる３パターンのビア径φそれぞれにおける、ＥＢＧ３１の通過特性が例示されている。

図７（ａ）に示すアンテナ装置３０のＥＢＧ３１は、図８に示すように、導通ビア３１ｂのビア径φが基準値±２０μｍの範囲内でばらつくと、動作周波数（遮断周波数）が全体として約０．１ＧＨｚの範囲でばらつく。このばらつきは、第１実施形態のＥＢＧ４のばらつきよりも小さい。

また、図７（ｂ）に示したアンテナ装置５０は、各ＥＢＧ５１において、４つの導通ビア５１ｂが、偏波面に対して平行に配列されている。
このように構成されたアンテナ装置５０のＥＢＧ５１の通過特性も、ＥＢＧ５１を構成する４つの導通ビア５１ｂのビア径φのバラツキによって変化する。図８には、ＥＢＧ５１についても、第１実施形態のＥＢＧ４と同様、異なる３パターンのビア径φそれぞれにおける、ＥＢＧ５１の通過特性が例示されている。

図７（ｂ）に示すアンテナ装置５０のＥＢＧ５１は、図８に示すように、導通ビア５１ｂのビア径φが基準値±２０μｍの範囲内でばらつくと、動作周波数（遮断周波数）が全体として約０．４ＧＨｚの範囲でばらつく。このばらつきは、第１実施形態のＥＢＧ４のばらつきよりも若干大きい。

図８の通過特性は、ＥＢＧを構成する複数の導通ビアの配列方向について、偏波面と平行に配列するよりも偏波面とは異なる方向に配列した方がＥＢＧの動作周波数のばらつき抑制効果が高くなることを示している。そして、ＥＢＧの動作周波数のばらつき抑制効果をより高くするためには、複数の導通ビアを偏波面に対して垂直な方向に配列することが好ましい。

［他の実施形態］
（１）基板表面におけるＥＢＧの配置領域は、適宜決めることができる。
（２）１つのＥＢＧを構成する複数の導通ビアの数は、適宜決めることができる。また、複数の導通ビアの具体的形状（例えば断面形状）についても、適宜決めることができる。更に、パッチ形状パターンに対して複数の導通ビアをそれぞれどこに接続するか、また、複数の導通ビアの一部又は全てを一列に配列させる場合にどの方向に配列させるか、などについても、適宜決めることができる。

ただし、導通ビアのビア径ばらつきに対するＥＢＧの動作周波数のばらつき抑制効果を高めるためには、複数の導通ビアを互いに近接させて配置（密集配置）させるのが好ましい。

図９（ａ），（ｂ）に、ＥＢＧの他の例を示す。図９（ａ）に示すアンテナ装置６０は、図１に示した第１実施形態のアンテナ装置１と比較して、ＥＢＧを構成する４つの導通ビアの配列形態が異なる。具体的には、図９（ａ）に示すように、複数のＥＢＧ６１はそれぞれ、４つの導通ビア６１ｂを有し、この４つの導通ビア６１ｂが１つのパッチ形状パターン６１ａに接続されている。そして、４つの導通ビア６１ｂの配列方向は、ｘ軸と平行ではなく且つｙ軸とも平行ではない。

図９（ｂ）に示すアンテナ装置７０は、図１に示した第１実施形態のアンテナ装置１と比較して、ＥＢＧを構成する導通ビアの数及び配列形態が異なる。具体的には、図９（ｂ）に示すように、複数のＥＢＧ７１はそれぞれ、６つの導通ビア７１ｂを有し、この６つの導通ビア７１ｂが１つのパッチ形状パターン７１ａに接続されている。そして、６つの導通ビア７１ｂは、３つずつ２列に配置されている。即ち、ｘ軸方向に一列に配列された３つの導通ビア７１ｂを１つの集合体として、この集合体がｙ軸方向に２列配置されている。

図９（ａ），（ｂ）に示した各ＥＢＧ６１，７１の形態はあくまでも一例であり、これら以外にも多種多様のＥＢＧの形態を採用することができる。
（３）ＥＢＧを構成するパッチ形状パターンの具体的形状についても、上記実施形態で示した正方形状はあくまでも一例であり、他の形状であってもよい。例えば、図９（ｃ）に示すアンテナ装置８０のように、６角形状のパッチ形状パターン８１ａを有するＥＢＧ８１を誘電体基板上に複数形成するようにしてもよい。

（４）パッチアンテナ７を構成するパッチ放射素子５の形状や数についても、適宜決めることができる。例えば、パッチ放射素子５をｘ軸方向に複数配列してアレーアンテナを構成してもよい。

１，３０，５０，６０，７０，８０…アンテナ装置、２…誘電体基板、３…地板、４，３１，５１，６１，７１，８１…ＥＢＧ、４ａ，３１ａ，５１ａ，６１ａ，７１ａ，８１ａ…パッチ形状パターン、４ｂ，３１ｂ，５１ｂ，６１ｂ，７１ｂ，８１ｂ…導通ビア、５…パッチ放射素子、６…導体板、７…パッチアンテナ、８…ＥＢＧ非存在領域。

Claims

一方の板面に地板（３）が形成された誘電体基板（２）と、
前記誘電体基板における前記地板が形成された板面とは反対側の板面に形成された少なくとも１つの給電用のパッチ放射素子（５）を有し、前記誘電体基板の板面における所定方向を主偏波方向とするパッチアンテナ（７）と、
を備え、
更に、前記誘電体基板における前記パッチ放射素子が形成された板面である基板表面に形成されたパッチ形状の導体パターン（４ａ，３１ａ，５１ａ，６１ａ，７１ａ，８１ａ）、及び前記導体パターンと前記地板とを電気的に接続するためにこれら両者間の間に前記誘電体基板を貫通するように形成された複数の接続導体（４ｂ，３１ｂ，５１ｂ，６１ｂ，７１ｂ，８１ｂ）を有する導電性構造体（４，３１，５１，６１，７１，８１）を、複数備える
ことを特徴とするアンテナ装置（１，３０，５０，６０，７０，８０）。
請求項１に記載のアンテナ装置であって、
前記導電性構造体は、複数の前記接続導体が一列に配列されてなる集合体を少なくとも１つ有し、
前記集合体を構成する前記複数の接続導体の配列方向は、前記パッチアンテナの前記主偏波方向とは異なる方向である
ことを特徴とするアンテナ装置（１，３０，６０，７０，８０）。
請求項２に記載のアンテナ装置であって、
前記集合体を構成する前記複数の接続導体の配列方向は、前記パッチアンテナの前記主偏波方向に対して垂直な方向である
ことを特徴とするアンテナ装置（１，３０，７０，８０）。
請求項１〜請求項３の何れか１項に記載のアンテナ装置であって、
前記基板表面における、前記パッチアンテナを構成する前記パッチ放射素子の周囲には、前記パッチ放射素子を含み且つ前記導体パターンが存在しない領域である導体パターン非存在領域（８）が形成されており、
前記導体パターンは、前記基板表面における前記導体パターン非存在領域の外部に形成されている
ことを特徴とするアンテナ装置。