JP6564902B1 - アンテナ - Google Patents

Abstract

【課題】アンテナの利得の向上を図る。【解決手段】アンテナ１は、誘電体層６と、誘電体層６に接合され、等間隔に配列された給電スロット７ｃ〜７ｆを有した地導体層７と、給電スロット７ｃ〜７ｆにそれぞれ対向する位置に形成されて、配列された複数の給電素子９ｃ〜９ｆと、給電素子９ｃ〜９ｆの列の一端に続いて並んだ第１の無給電素子９ｂ，９ａと、給電素子９ｃ〜９ｆの列の他端に続いて並んだ第２の無給電素子９ｇ，９ｈと、誘電体層６に関して地導体層７の反対側に形成され、給電スロット７ｃ〜７ｆを介して給電素子９ｃ〜９ｆに電磁界的に結合する給電線路４ａと、を備える。第２の無給電素子９ｇ，９ｈは、給電素子９ｃ〜９ｆの列の中心を通りその列に垂直な線９ｚに関して第１の無給電素子９ｂ，９ａと線対称に配置されている。【選択図】図２

Description

本発明は、アンテナに関する。

特許文献１には、直結給電方式且つ共平面給電方式のアレイアンテナが開示されている。直結給電方式とは、給電線路がアンテナ素子に直接接続されている給電方式のことをいう。共平面給電方式とは、給電線路とアンテナ素子が共通の平面に形成されている給電方式のことをいう。

特許文献１に記載されているように、地導体層が誘電体基板の一方の面に形成され、複数のアンテナ素子及び複数の給電線路が誘電体基板の他方の面に形成されている。複数のアンテナ素子は直線状に配列されている。給電線路がアンテナ素子からそれぞれ延設されている。アンテナ素子の列の両端に位置するエンドアンテナ素子から延びた給電線路の終端は開放されており、それらエンドアンテナ素子は無給電素子となっている。エンドアンテナ素子以外のミドルアンテナ素子から延びた給電線路の終端は送受信回路に接続されており、それらミドルアンテナ素子は給電素子となる。両端の無給電素子は、給電素子の指向性の差を緩和するために設けられている。

特開２０１７−４６１０７号公報

ところで、アンテナの利得向上が望まれる。
そこで、本発明は上記事情に鑑みてなされたものである。本発明は、アンテナの利得の向上を目的とする。

上記目的を達成するための主たる発明は、誘電体層と、前記誘電体層に接合され、等間隔に配列された偶数の給電スロットを有した地導体層と、前記給電スロットにそれぞれ対向する位置に形成されて、等間隔に配列された複数の給電素子と、前記給電素子の列の一端に続いて並んだ１又は複数の第１の無給電素子と、前記給電素子の列の他端に続いて並んだ１又は複数の第２の無給電素子と、前記誘電体層に関して前記地導体層の反対側に形成され、前記給電スロットを介して前記給電素子に電磁界的に結合する給電線路と、を備え、前記第２の無給電素子は、前記給電素子の列の中心を通りその列に垂直な線に関して前記第１の無給電素子と線対称に配置されているアンテナである。

本発明の他の特徴については、後述する明細書及び図面の記載により明らかにする。

本発明の実施形態によれば、アンテナの利得が向上する。

本発明の実施形態のアンテナの平面図である。 図１において切断箇所をII−IIにより表した断面図である。 前記実施形態のアンテナ及び比較例のアンテナの利得についてのシミュレーション結果を示したグラフである。 無給電スロットが有るアンテナ及び無給電スロットが無いアンテナの利得についてのシミュレーション結果を示したグラフである。 法線に対する傾斜角とその傾斜角の方角への利得との関係を示したグラフである。 給電線路の分岐点から給電スロットの直下までの電気長を変えて、アンテナの利得についてシミュレーションした結果を示したグラフである。 本発明の他の実施形態のアンテナの断面図である。 本発明の他の実施形態のアンテナの平面図である。 本発明の他の実施形態のアンテナの平面図である。 図１、図８及び図９に示すアンテナの利得についてのシミュレーション結果を示したグラフである。 給電素子の列の両端に続く無給電素子の数を変えて、アンテナの利得についてシミュレーションした結果を示したグラフである。 アンテナの利得についてのシミュレーション結果を示したグラフである。 アンテナの利得についてのシミュレーション結果を示したグラフである。 アンテナの利得についてのシミュレーション結果を示したグラフである。 本発明の他の実施形態のアンテナの平面図である。 隣り合う給電線路の信号波の位相差が−１３５°である場合、法線に対する傾斜角とその傾斜角の方角への利得との関係を示したグラフである。 隣り合う給電線路の信号波の位相差が−９０°である場合、法線に対する傾斜角とその傾斜角の方角への利得との関係を示したグラフである。 隣り合う給電線路の信号波の位相差が０°である場合、法線に対する傾斜角とその傾斜角の方角への利得との関係を示したグラフである。 隣り合う給電線路の信号波の位相差が９０°である場合、法線に対する傾斜角とその傾斜角の方角への利得との関係を示したグラフである。 隣り合う給電線路の信号波の位相差が１３５°である場合、法線に対する傾斜角とその傾斜角の方角への利得との関係を示したグラフである。

後述する明細書及び図面の記載から、少なくとも以下の事項が明らかとなる。

誘電体層と、前記誘電体層に接合され、等間隔に配列された偶数の給電スロットを有した地導体層と、前記給電スロットにそれぞれ対向する位置に形成されて、等間隔に配列された複数の給電素子と、前記給電素子の列の一端に続いて並んだ１又は複数の第１の無給電素子と、前記給電素子の列の他端に続いて並んだ１又は複数の第２の無給電素子と、前記誘電体層に関して前記地導体層の反対側に形成され、前記給電スロットを介して前記給電素子に電磁界的に結合する給電線路と、を備え、前記第２の無給電素子は、前記給電素子の列の中心を通りその列に垂直な線に関して前記第１の無給電素子と線対称に配置されているアンテナが明らかとなる。
以上のように、第１の無給電素子が給電素子の列の一端に続いて並び、第２の無給電素子が給電素子の列の他端に続いて並んでいるため、アンテナの利得が向上する。また、地導体層が給電素子、第１の無給電素子及び第２の無給電素子と給電線路との間にあるため、給電線路における電磁波の放射が給電素子、第１の無給電素子及び第２の無給電素子における放射に影響を及ぼしにくい。

前記地導体層には、第１の無給電スロットが前記第１の無給電素子の少なくとも１つに対向する位置に形成されているとともに、第２の無給電スロットが前記第２の無給電素子の少なくとも１つに対向する位置に形成されている。
これにより、アンテナの利得が向上する。

前記地導体層には、前記第１の無給電スロットが前記第１の無給電素子の全てに対向する位置に形成されているとともに、前記第２の無給電スロットが前記第２の無給電素子の全てに対向する位置に形成されている。
これにより、アンテナの利得が更に向上する。

前記給電線路が、平面視で前記給電スロットの列の中央で隣り合う前記給電スロットの間において分岐し、その分岐した部分が分岐点から前記給電スロットの列の両端となるスロットを平面視で横切るまで延びている。

前記給電線路の分岐点から平面視で隣り合う前記給電スロットの一方までの部分の電気長と、前記給電線路の分岐点から平面視で隣り合う前記給電スロットの他方までの部分の電気長との差が、使用帯域の中心の実効波長の４分の１に等しい。
これにより、アンテナの利得が向上する。

前記アンテナが、凹部を有した誘電体基板を更に備え、前記地導体層が前記凹部を塞ぐようにして前記誘電体基板に接合され、前記給電スロットが前記凹部の内側に配置され、前記給電素子、前記第１の無給電素子及び前記第２の無給電素子が前記凹部の底に形成される。
これにより、凹部が空洞となり、空洞が給電素子と給電スロットとの間に介在する。それゆえ、信号波がスロットを介して給電線路と給電素子との間を伝送する際の誘電損失を抑制できる。よって、アンテナの利得が向上する。

＝＝＝実施の形態＝＝＝
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。但し、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲を以下の実施形態及び図示例に限定するものではない。

図１は、アンテナ１の概略平面図である。図２は、図１において切断箇所をII−IIにより表した断面図である。

このアンテナ１は、マイクロ波又はミリ波の周波数帯の電波の送信若しくは受信又は送受信に利用される。

誘電体層３と誘電体層６は、これらの間に導体パターン層４を挟持して、誘電体の接着剤層５によって互いに接合されている。誘電体層３及び誘電体層６は、液晶ポリマーからなる。
導体パターン層４は、誘電体層３と接着剤層５との間の層間に形成されている。なお、導体パターン層４が誘電体層６と接着剤層５との間の層間に形成されていてもよい。
誘電体層３に関して導体パターン層４の反対側において、地導体層２が誘電体層３の表面３ａに形成されている。
誘電体層６と誘電体基板８がこれらの間に地導体層７を挟持して、互いに接合されている。誘電体層６は、地導体層７に関して誘電体基板８の反対側において地導体層７に接合されている。
地導体層７は誘電体層６と誘電体基板８との間の層間に形成されている。

以上のように、地導体層２、誘電体層３、導体パターン層４、接着剤層５、誘電体層６、地導体層７、誘電体基板８がこれらの順に積層されている。地導体層２から地導体層７までの積層体はフレキシブルであり、誘電体基板８がリジッドである。地導体層２から地導体層７までの積層体に誘電体基板８が接合されることによって、アンテナ１の曲げ変形が起きにくい。

誘電体基板８は、誘電体層３，６及び接着剤層５のそれぞれよりも厚い上、誘電体層３，６及び接着剤層５の総厚よりも厚い。

地導体層２、導体パターン層４及び地導体層７は、銅等の導電性金属材料からなる。
地導体層７がアディティブ法又はサブトラクティブ法等によって形状加工されており、これにより地導体層７にはＩ字型の複数のスロット７ａ〜７ｈが形成されている。なお、スロット７ａ〜７ｈの形状はＩ字型に限らず、矩形、円形その他の形状であってもよい。

以下では、スロット７ａ，７ｂを第１の無給電スロット７ａ，７ｂといい、スロット７ｃ〜７ｆを給電スロット７ｃ〜７ｆといい、スロット７ｇ，７ｈを第２の無給電スロット７ｇ，７ｈという。
給電スロット７ｃ〜７ｆは、給電スロット７ｃ〜７ｆの短手方向に等間隔で配列されている。第１の無給電スロット７ｂ，７ａは、給電スロット７ｃ〜７ｆの列の一方の端に続いて並び、第２の無給電スロット７ｇ，７ｈは、給電スロット７ｃ〜７ｆの列の他方の端に続いて並んでいる。従って、これらスロット７ａ〜７ｈは直線状に等間隔で配列されている。具体的な並び順は、図１中左からスロット７ａ、スロット７ｂ、スロット７ｃ、スロット７ｄ、スロット７ｅ、スロット７ｆ、スロット７ｈの順である。

スロット７ａ〜７ｈが等間隔で配列されているので、第１の無給電スロット７ａと第２の無給電スロット７ｈは、給電スロット７ｃ〜７ｆの列の中心を通りその列に垂直な線７ｚに関して互いに線対称に配置されている。同様に、第１の無給電スロット７ｂと第２の無給電スロット７ｇは、線７ｚに関して互いに線対称に配置されている。

導体パターン層４がアディティブ法又はサブトラクティブ法等によって形状加工されており、これにより導体パターン層４が給電線路４ａを有する。給電線路４ａは、誘電体層６に関して地導体層７の反対側に形成されるとともに、誘電体層３に関して地導体層２の反対側において誘電体層３に形成される。給電線路４ａが地導体層２と地導体層７との間にあるため、給電線路４ａは、地導体層２及び地導体層７と共に、トリプレート式又はストリップライン式の伝送路を構成する。

給電線路４ａはＴ型分岐の線路である。給電線路４ａは幹線部４ｂ及び支線部４ｆ，４ｈを有する。
幹線部４ｂはＬ字形に形作られている。
支線部４ｆ，４ｈは、給電スロット７ｃ〜７ｆの列の中央で隣り合う給電スロット７ｄ，７ｅの間の位置において、幹線部４ｂの一端部４ｃから分岐している。支線部４ｆ，４ｈは、分岐点から互いに反対の向きに直線状に延びている。支線部４ｆ，４ｈの延びる方向は、給電スロット７ｃ〜７ｆの配列方向に対して平行である。
幹線部４ｂの他端部４ｄはＲＦＩＣ（Radio Frequency Integrated Circuit）の端子に接続されている。

幹線部４ｂの一端部４ｃ及び他端部４ｄの幅は、一端部４ｃと他端部４ｄの間の部位４ｅの幅よりも広い。そのため、幹線部４ｂの一端部４ｃ及び他端部４ｄのインピーダンスは、それらの間の部位４ｅのインピーダンスよりも小さい。例えば、幹線部４ｂの一端部４ｃ及び他端部４ｄのインピーダンスは、それらの間の部位４ｅのインピーダンスの２分の１である。

支線部４ｆ，４ｈの幅は、幹線部４ｂの一端部４ｃ及び他端部４ｄの幅よりも狭い上、一端部４ｃと他端部４ｄの間の部位４ｅの幅に等しい。そのため、支線部４ｆ，４ｈのインピーダンスは、幹線部４ｂの一端部４ｃ及び他端部４ｄのインピーダンスよりも大きい。例えば、支線部４ｆ，４ｈのインピーダンスは、幹線部４ｂの一端部４ｃ及び他端部４ｄのインピーダンスの２倍である。

支線部４ｆは、分岐点から給電スロット７ｄ，７ｃを平面視で横切るまで延びていて、支線部４ｆがその一端４ｇにおいて開放されている。給電スロット７ｃの中心に対向する位置から支線部４ｆの一端４ｇまでの長さに従って、支線部４ｆの一端４ｇから給電スロット７ｃの直下までの部分のインピーダンスが調整されている。ここで、平面視とは、アンテナ１をその上から見ること、つまり図２に示す矢印Ａの方向に見ることをいう。

支線部４ｈは、分岐点から給電スロット７ｅ，７ｆを平面視で横切るまで延びていて、支線部４ｈがその一端４ｉにおいて開放されている。給電スロット７ｆの中心に対向する位置から支線部４ｈの一端４ｉまでの長さに従って、支線部４ｈの一端４ｉから給電スロット７ｆの直下までの部分のインピーダンスが調整されている。

給電線路４ａの分岐点から給電スロット７ｄの直下までの部分の電気長は、その分岐点から給電スロット７ｅの直下までの部分の電気長と異なる。具体的には、給電線路４ａの分岐点から給電スロット７ｄの直下までの部分の電気長と、その分岐点から給電スロット７ｅの直下までの部分の電気長との差は、使用する帯域の中心の実効波長の４分の１に等しい。これにより、アンテナ１の利得が向上する（下記検証４参照）。なお、給電線路４ａの分岐点から給電スロット７ｄの直下までの部分の電気長と、その分岐点から給電スロット７ｅの直下までの部分の電気長との差が、使用する帯域の中心の実効波長の２分の１に等しくてもよい。また、給電線路４ａの分岐点から給電スロット７ｄの直下までの部分の電気長は、その分岐点から給電スロット７ｅの直下までの部分の電気長に対して等しくてもよい。

誘電体基板８の両面のうち地導体層７との接合面８ａには、凹部８ｂが形成されている。凹部８ｂの開口８ｃがスロット７ａ〜７ｈに向き合って、誘電体基板８の接合面８ａが地導体層７に接合されている。凹部８ｂの開口８ｃが地導体層７によって塞がれて、凹部８ｂが空洞となっている。スロット７ａ〜７ｈが凹部８ｂの開口８ｃの縁の内側に配置されている。凹部８ｂの底８ｄは、地導体層７に対向する。凹部８ｂの底８ｄは、平坦であるとともに、地導体層７に対して平行である。凹部８ｂの深さ、つまり空洞の高さは、誘電体層３，６及び接着剤層５のそれぞれの厚さよりも大きい。

凹部８ｂの底８ｄには、パッチ型の第１の無給電素子９ａ，９ｂ、給電素子９ｃ〜９ｆ及び第２の無給電素子９ｇ，９ｈが形成されている。素子９ａ〜９ｈは、スロット７ａ〜７ｈの配列方向と平行な方向に等間隔で配列されている。そのため、第１の無給電素子９ａと第２の無給電素子９ｈは、給電素子９ｃ〜９ｆの列の中心を通りその列に垂直な線９ｚに関して互いに線対称に配置されている。同様に、第１の無給電素子９ｂと第２の無給電素子９ｇは、線９ｚに関して互いに線対称に配置されている。

第１の無給電素子９ａは第１の無給電スロット７ａに、第１の無給電素子９ｂは第１の無給電スロット７ｂに、給電素子９ｃは給電スロット７ｃに、給電素子９ｄは給電スロット７ｄに、給電素子９ｅは給電スロット７ｅに、給電素子９ｆは給電スロット７ｆに、第２の無給電素子９ｇは第２の無給電スロット７ｇに、第２の無給電素子９ｈは第２の無給電スロット７ｈに対向する。給電素子９ｃは給電スロット７ｃを通じて給電線路４ａの支線部４ｆに、給電素子９ｄは給電スロット７ｄを通じて給電線路４ａの支線部４ｆに、給電素子９ｅは給電スロット７ｅを通じて給電線路４ａの支線部４ｈに、給電素子９ｆは給電スロット７ｆを通じて給電線路４ａの支線部４ｈに電磁界的に結合している。従って、ＲＦＩＣが送信機又は送受信機である場合、ＲＦＩＣから給電線路４ａによって伝送された信号波が給電スロット７ｃ〜７ｆを通じて給電素子９ｃ〜９ｆにそれぞれ伝送され、その信号波により生じた電磁波が給電素子９ｃ〜９ｆから放射される。また、ＲＦＩＣが受信機又は送受信機である場合、電磁波が給電素子９ｃ〜９ｆに入射することによって生じる信号波が給電スロット７ｃ〜７ｆを通じて給電線路４ａに伝送され、その信号波が給電線路４ａによってＲＦＩＣに伝送される。

ここで、給電線路４ａの支線部４ｆが給電スロット７ｃを平面視で横切っているため、支線部４ｆの一端４ｇから給電スロット７ｃの直下までの部分と給電スロット７ｃと給電素子９ｃはインピーダンスの整合が取れている。給電線路４ａの支線部４ｈが給電スロット７ｆを平面視で横切っているため、支線部４ｈの一端４ｉから給電スロット７ｆの直下までの部分と給電スロット７ｆと給電素子９ｆはインピーダンスの整合が取れている。

以上のような本実施形態によれば、第１の無給電素子９ｂ，９ａが給電素子９ｃ〜９ｆの列の一端に続いて並び、第２の無給電素子９ｇ，９ｈが給電素子９ｃ〜９ｆの列の他端に続いて並んでいる。これら無給電素子９ａ，９ｂ，９ｇ，９ｈは、アンテナ１の利得向上と広帯域化に寄与する。これについてシミュレーションによって検証する（下記検証１参照）。

リジッドな誘電体基板８が、地導体層２から地導体層７までの積層体の曲げを抑制する。それゆえ、誘電体層３，６及び接着剤層５の薄型化を図れる。誘電体層３，６及び接着剤層５の薄型化は、誘電損失の低減及び放射効率の向上に寄与する。従って、アンテナ１の利得が高い上、アンテナ１の適用可能な周波数帯域が広い。

給電素子９ｃ〜９ｆと給電スロット７ｃ〜７ｆとの間には、凹部８ｂによる空洞が存在する。空洞が空気の雰囲気下であれば、空洞における誘電正接はほぼゼロであるため、信号波が給電素子９ｃ〜９ｆと給電スロット７ｃ〜７ｆの間を伝送する際に誘電体の影響を受けず、誘電損失の発生を抑制できる。従って、アンテナ１の利得が高い上、アンテナ１の適用可能な周波数帯域が広い。

無給電素子９ａ，９ｂ，９ｇ，９ｈが無給電スロット７ａ，７ｂ，７ｇ，７ｈにそれぞれ対向する。このことは、アンテナ１の利得向上と広域化に寄与する。これについてシミュレーションによって検証する（下記検証２参照）。

素子９ａ〜９ｈが一列に直線状に配列されているため、アンテナ１の指向性が低い。つまり、このアンテナ１は、法線方向の感度が高いのはもちろん、法線に対して素子９ａ〜９ｈの列方向へ傾斜する方向の感度も高い。これについてシミュレーションによって検証する（下記検証３参照）。

凹部８ｂがリジッドな誘電体基板８に形成されているため、凹部８ｂの深さ（つまり、空洞の高さ）が変化しづらい。強いては、素子９ａ〜９ｈと給電線路４ａとの間の間隔も変化しづらい。よって、アンテナ１の放射特性が安定する。

地導体層７が素子９ａ〜９ｈと給電線路４ａとの間にあるため、給電線路４ａにおける電磁波の放射が素子９ａ〜９ｈにおける放射に影響を及ぼしにくい。

＜検証１＞
無給電素子９ａ，９ｂ，９ｇ，９ｈがアンテナ１の放射特性の向上に寄与することについて、シミュレーションにより検証した。そのシミュレーション結果を図３に示す。図３のグラフの縦軸は利得を表し、横軸は周波数を表す。実線は、アンテナ１をシミュレーション対象とした結果を示す。破線は、無給電素子９ａ，９ｂ，９ｇ，９ｈ及び無給電スロット７ａ，７ｂ，７ｇ，７ｈが設けられていないアンテナをシミュレーション対象とした結果を示す。一点鎖線は、支線部４ｆ，４ｈを幹線部４ｂの一端部４ｃからスロット７ａ，７ｈを平面視で横切るまで延ばすことによって無給電素子９ａ，９ｂ，９ｇ，９ｈを給電素子に変更したアンテナをシミュレーション対象とした結果を示す。

図３から明らかなように、無給電素子９ａ，９ｂ，９ｇ，９ｈ及び無給電スロット７ａ，７ｂ，７ｇ，７ｈが設けられたアンテナ１は最も利得が高い。無給電素子９ａ，９ｂ，９ｇ，９ｈ及び無給電スロット７ａ，７ｂ，７ｇ，７ｈが設けられていないアンテナは、無給電素子９ａ，９ｂ，９ｇ，９ｈ及び無給電スロット７ａ，７ｂ，７ｇ，７ｈが設けられたアンテナ１よりも利得が低い。無給電素子９ａ，９ｂ，９ｇ，９ｈを給電素子に変更したアンテナは最も利得が低い。
以上のシミュレーション結果から、無給電素子９ａ，９ｂ，９ｇ，９ｈがアンテナ１の放射特性の向上に寄与することが分かる。

＜検証２＞
無給電素子９ａ，９ｂ，９ｇ，９ｈが無給電スロット７ａ，７ｂ，７ｇ，７ｈにそれぞれ対向することによってアンテナ１の放射特性が向上することについて、シミュレーションにより検証した。そのシミュレーション結果を図４に示す。図４のグラフの縦軸は利得を表し、横軸は周波数を表す。実線は、アンテナ１をシミュレーション対象とした結果を示し、破線は、無給電スロット７ａ，７ｂ，７ｇ，７ｈが形成されていないアンテナをシミュレーション対象とした結果を示す。

図４から明らかなように、無給電スロット７ａ，７ｂ，７ｇ，７ｈが形成されたアンテナ１は、無給電スロット７ａ，７ｂ，７ｇ，７ｈが形成されていないアンテナよりも利得が高い。従って、無給電素子９ａ，９ｂ，９ｇ，９ｈが無給電スロット７ａ，７ｂ，７ｇ，７ｈにそれぞれ対向することによってアンテナ１の放射特性が向上することが分かる。

＜検証３＞
素子９ａ〜９ｈが一列に直線状に配列されていることによって、法線から素子９ａ〜９ｈの列方向へ傾斜する方向の感度が良いことについて、シミュレーションにより検証した。そのシミュレーション結果を図５に示す。図５のグラフの縦軸は６０ＧＨｚの場合の利得を表し、横軸は法線に対する傾斜角を表す。実線では、横軸によって表される傾斜角は、法線から素子９ａ〜９ｈの列方向へ傾斜する角度のことをいう。破線では、横軸によって表される傾斜角は、法線から素子９ａ〜９ｈの列方向の直交方向へ傾斜する角度のことをいう。

図５の実線から明らかなように、素子９ａ〜９ｈの列方向へ傾斜する角度が大きくなっても、利得が大きく低下しないことが分かる。

＜検証４＞
アンテナ１の利得についてシミュレーションし、その結果を図６に示す。図６のグラフの縦軸は利得を表し、横軸は周波数を表す。実線は、給電線路４ａの分岐点から給電スロット７ｄの直下までの部分の電気長と、その分岐点から給電スロット７ｅの直下までの部分の電気長との差が使用帯域の中心の実効波長の４分の１に等しい場合のシミュレーション結果である。破線は、給電線路４ａの分岐点から給電スロット７ｄの直下までの部分の電気長と、その分岐点から給電スロット７ｅの直下までの部分の電気長との差が使用帯域の中心の実効波長の２分の１に等しい場合のシミュレーション結果である。

図６から明らかなように、電気長の差が使用帯域の中心の実効波長の４分の１に等しいと、アンテナ１の利得が高いことが分かる。

＜変形例＞
続いて、上述の実施形態からの変更点について幾つか説明する。以下に説明する変更点は、単独で又は組み合わせて、適用することができる。

（１） 上述の実施形態では、素子９ａ〜９ｈが１つの凹部８ｂ内に配置されている。それに対して、図７に示すように、素子９ａ〜９ｈの数と同数の凹部８ｐ〜８ｗが誘電体基板８の接合面８ａに形成され、素子９ａ〜９ｈが個別に各凹部８ｐ〜８ｗ内に配置されていてもよい。この場合、素子９ａ〜９ｈは個別に各凹部８ｐ〜８ｗの底に形成されており、スロット７ａ〜７ｈが個別に各凹部８ｐ〜８ｗの開口の内側に配置され、素子９ａ〜９ｈがスロット７ａ〜７ｈにそれぞれ対向する。このようにすることによって、凹部８ｐ〜８ｗの隣り同士の間の部分によって誘電体基板８の強度が向上して、誘電体基板８が変形しにくい。よって、アンテナ１の放射特性が安定する。

（２） 上述の実施形態では、凹部８ｂが誘電体基板８の接合面８ａに形成され、素子９ａ〜９ｈが凹部８ｂ内に配置されている。それに対して、凹部８ｂが形成されず、素子９ａ〜９ｈとスロット７ａ〜７ｈとの間に誘電体が介在してもよい。つまり、凹部８ｂに誘電体が埋められてもよい。

（３） 上述の実施形態では、素子９ａ〜９ｈが凹部８ｂの底８ｄに形成されている。それに対して、誘電体層が地導体層７上に形成され、素子９ａ〜９ｈがその誘電体層上に形成され、更に別の誘電体基板が素子９ａ〜９ｈを覆うようにしてその誘電体層に接合されてもよい。

（４） 上述の実施形態では、無給電素子９ａ，９ｂ，９ｇ，９ｈが無給電スロット７ａ，７ｂ，７ｇ，７ｈにそれぞれ対向する。それに対して、図８に示すように、無給電スロット７ａ，７ｈが形成されていなくてもよい。つまり、無給電スロット７ａ，７ｈに導体が埋められていてもよい。

また、図９に示すように、無給電スロット７ｂ，７ｇが形成されていなくてもよい。つまり、無給電スロット７ｂ，７ｇに導体が埋められていてもよい。

ここで、図８に示すように、無給電スロット７ｂ，７ｇが形成され、且つ無給電スロット７ａ，７ｈが形成されていない場合、アンテナの利得のシミュレーションをした。更に、図９に示すように、無給電スロット７ａ，７ｈが形成され、且つ無給電スロット７ｂ，７ｇが形成されていない場合、アンテナの利得のシミュレーションをした。それらシミュレーション結果を図１０に示す。図１０のグラフの縦軸は利得を表し、横軸は周波数を表す。実線は、図８に示すように無給電スロット７ｂ，７ｇが形成され、且つ無給電スロット７ａ，７ｈが形成されていない場合の結果を示す。破線は、図９に示すように無給電スロット７ａ，７ｈが形成され、且つ無給電スロット７ｂ，７ｇが形成されていない場合の結果を示す。一点鎖線は、無給電スロット７ａ，７ｂ，７ｇ，７ｈが形成されている場合の結果を示す。これら３つの場合について比較すると、図１に示すように無給電スロット７ａ，７ｂ，７ｇ，７ｈが形成されている場合の利得が最も高く、図９に示すように無給電スロット７ａ，７ｈが形成され、且つ無給電スロット７ｂ，７ｇが形成されていない場合の利得が最も低い。

（５） 上述の実施形態では、無給電素子９ａ，９ｂ，９ｇ，９ｈが無給電スロット７ａ，７ｂ，７ｇ，７ｈにそれぞれ対向する。それに対して、無給電スロット７ａ，７ｂ，７ｇ，７ｈが形成されていなくてもよい。つまり、無給電スロット７ａ，７ｂ，７ｇ，７ｈに導体が埋められていてもよい。

（６） 上述の実施形態では、４体の給電素子９ｃ〜９ｆが第１の無給電素子９ｂと第２の無給電素子９ｇとの間において配列され、４つの給電スロット７ｃ〜７ｆが第１の無給電スロット７ｂと第２の無給電スロット７ｇとの間において一直線状に配列されている。それに対して、２体、６体又はそれ以上の偶数の給電素子が第１の無給電素子９ｂと第２の無給電素子９ｇとの間において一直線状に配列され、給電素子の数と同数の給電スロットが第１の無給電スロット７ｂと第２の無給電スロット７ｇとの間において配列されてもよい。この場合、給電線路４ａは、平面視でスロットの列の中央で隣り合う給電スロットの間で２つに分岐し、分岐した支線部４ｆ，４ｈは、分岐点から給電スロットの列の両端となる給電スロットを平面視で横切るまで延びる。

（７） 上述の実施形態では、２体の第１の無給電素子９ｂ，９ａが給電素子９ｃ〜９ｆの列の一端から続いて並び、２体の第２の無給電素子９ｇ，９ｈが給電素子９ｃ〜９ｆの列の他端に続いて並んでいる。それに対して、第１の無給電素子９ａ及び第１の無給電スロット７ａが設けられず、１体の第１の無給電素子９ｂが給電素子９ｃ〜９ｆの列の一端に続いて並んでもよい。同様に、第２の無給電素子９ｈ及び第２の無給電スロット７ｈが設けられず、１体の第２の無給電素子９ｇが給電素子９ｃ〜９ｆの列の他端に続いて並んでもよい。

３体以上の第１の無給電素子が給電素子９ｃ〜９ｆの列の一端に続いて並び、３体以上の第２の無給電素子が給電素子９ｃ〜９ｆの列の他端に続いて並んでもよい。この場合、第１の無給電スロット及び第２の無給電スロットについては、次の（７ａ）又は（７ｂ）のようにする。

（７ａ） 第１の無給電素子の少なくとも１つに対向する位置に第１の無給電スロットが形成され、第２の無給電素子の少なくとも１つに対向する位置に第２の無給電スロットが形成されている。

（７ｂ） 第１の無給電素子の全てに対向する位置に第１の無給電スロットが形成され、第２の無給電素子の全てに対向する位置に第２の無給電スロットが形成されている。

ここで、第１の無給電素子の数及び第２の無給電素子の数が利得に及ぼす影響について、シミュレーションにより検証した。その結果を図１１に示す。図１１のグラフの縦軸は利得を表し、横軸は周波数を表す。実線は、無給電素子９ａ，９ｂ，９ｇ，９ｈ及び無給電スロット７ａ，７ｂ，７ｇ，７ｈが設けられている場合のシミュレーション結果である。破線は、無給電素子９ｂ，９ｇ及び無給電スロット７ｂ，７ｇが設けられているが、無給電素子９ａ，９ｈ及び無給電スロット７ａ，７ｈが設けられていない場合のシミュレーション結果である。一点鎖線は、無給電素子９ａ，９ｂ，９ｇ，９ｈ及び無給電スロット７ａ，７ｂ，７ｇ，７ｈが設けられていない場合のシミュレーション結果である。

図１１から明らかなように、無給電素子９ａ，９ｂ，９ｇ，９ｈ及び無給電スロット７ａ，７ｂ，７ｇ，７ｈが設けられていない場合、アンテナの利得が最も低い。それに対して、２体の無給電素子９ｂ，９ｇ及び２つの無給電スロット７ｂ，７ｇが設けられる場合、アンテナ１の利得がより高い。更に、４体の無給電素子９ａ，９ｂ，９ｇ，９ｈ及び４つの無給電スロット７ａ，７ｂ，７ｇ，７ｈが設けられている場合、アンテナ１の利得が最も高い。

（８） 上述の実施形態では、素子９ａ〜９ｈが等間隔で配列されている。それに対して、給電素子９ｃ〜９ｆの間隔をＰ１ [mm]とし、無給電素子９ｂと給電素子９ｃとの間の間隔及び無給電素子９ｇと給電素子９ｆとの間の間隔をＰ２ [mm]とし、無給電素子９ａと無給電素子９ｂの間の間隔及び無給電素子９ｇと無給電素子９ｈの間の間隔をＰ３ [mm]とした場合、Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３は次の（ａ）〜（ｄ）の何れかの関係を満たしてもよい。
（ａ） Ｐ１＝Ｐ２、Ｐ２≠Ｐ３、Ｐ３≠Ｐ１
（ｂ） Ｐ１≠Ｐ２、Ｐ２≠Ｐ３、Ｐ３＝Ｐ１
（ｃ） Ｐ１≠Ｐ２、Ｐ２＝Ｐ３、Ｐ３≠Ｐ１
（ｄ） Ｐ１≠Ｐ２、Ｐ２≠Ｐ３、Ｐ３≠Ｐ１

上記（ａ）〜（ｄ）の何れの場合でも、給電素子９ｃ〜９ｆは等間隔で配列され、無給電素子９ｂと給電素子９ｃとの間の間隔は、無給電素子９ｇと給電素子９ｆとの間の間隔に等しく、無給電素子９ａと無給電素子９ｂとの間の間隔は、無給電素子９ｇと無給電素子９ｈとの間の間隔に等しい。

ここで、素子９ａ〜９ｈの間隔を次表に示す値に設定した場合、利得のシミュレーションをした。シミュレーション結果を図１２〜図１４に示す。図１２〜図１４のグラフの縦軸は利得を表し、横軸は周波数を表す。

図１２〜図１４から明らかなように、無給電素子９ｂと給電素子９ｃとの間の間隔及び無給電素子９ｇと給電素子９ｆとの間の間隔や、無給電素子９ａと無給電素子９ｂの間の間隔及び無給電素子９ｇと無給電素子９ｈの間の間隔が、給電素子９ｃ〜９ｆの間隔と異なっている場合の利得（図１２〜図１４の実線、破線）は、素子９ａ〜９ｈが等間隔で配列されている場合の利得（図１２〜図１４の一点鎖線）と大差がない。

（９） 上述の実施形態では、素子９ａ〜９ｈ、スロット７ａ〜７ｈ及び給電線路４ａからなるグループが１組であった。それに対して、図１５に示すように、素子９ａ〜９ｈ、スロット７ａ〜７ｈ及び給電線路４ａからなるグループ１０が複数組あってもよい。この場合、素子９ａ〜９ｈ、スロット７ａ〜７ｈ及び給電線路４ａからなる複数のグループ１０が、素子９ａ〜９ｈの列方向の直交方向に配列されている。また、各グループ１０の無給電素子９ａは列方向の位置が揃っている。各グループ１０の素子９ｂ〜９ｈについても同様である。全てのグループ１０の素子９ａ〜９ｈが１つの凹部８ｂ内に配置されていてもよいし、グループ１０毎に素子９ａ〜９ｈが凹部８ｂ内に配置されていてもよいし、素子９ａ〜９ｈが個別に凹部内に配置されていてもよい。各給電線路４ａの信号波の位相を制御することによって、電磁波の指向性を制御することができる。これについてシミュレーションによって検証する。

図１５において、各給電線路４ａの他端部４ｄの信号波とその右隣の給電線路４ａの他端部４ｄの信号波との位相差が−１３５°、−９０°、０°、９０°、１３５°である場合の結果を図１６〜図２０に示す。図１６〜図２０のグラフの縦軸は６０ＧＨｚの場合の利得を表し、横軸は法線に対する傾斜角を表す。傾斜角は、法線から素子９ａ〜９ｈの列方向の直交方向へ傾斜する角度のことをいう。図１８に示すように、位相差がゼロであると、法線方向への指向性が高い。図１６〜図２０に示すように、位相差の絶対値が大きくなるにつれて、感度の高くなる向きが法線に対してより傾斜する。また、位相差に関わらず、最大利得が大きく変わらない。

１…アンテナ
４ａ…給電線路
６…誘電体層
７…地導体層
７ａ，７ｂ…第１の無給電スロット
７ｃ，７ｄ，７ｅ，７ｆ…給電スロット
７ｇ，７ｈ…第２の無給電スロット
８…誘電体基板
８ｂ…凹部
８ｄ…凹部の底
９ａ，９ｂ…第１の無給電素子
９ｃ，９ｄ，９ｅ，９ｆ…給電素子
９ｇ，９ｈ…第２の無給電素子

Claims (6)

1. 誘電体層と、
   前記誘電体層に接合され、等間隔に配列された偶数の給電スロットを有した地導体層と、
   前記給電スロットにそれぞれ対向する位置に形成されて、等間隔に配列された複数の給電素子と、
   前記給電素子の列の一端に続いて並んだ１又は複数の第１の無給電素子と、
   前記給電素子の列の他端に続いて並んだ１又は複数の第２の無給電素子と、
   前記誘電体層に関して前記地導体層の反対側に形成され、前記給電スロットを介して前記給電素子に電磁界的に結合する給電線路と、
   を備え、
   前記第２の無給電素子は、前記給電素子の列の中心を通りその列に垂直な線に関して前記第１の無給電素子と線対称に配置されているアンテナ。
2. 前記地導体層には、第１の無給電スロットが前記第１の無給電素子の少なくとも１つに対向する位置に形成されているとともに、第２の無給電スロットが前記第２の無給電素子の少なくとも１つに対向する位置に形成されている
   請求項１に記載のアンテナ。
3. 前記地導体層には、前記第１の無給電スロットが前記第１の無給電素子の全てに対向する位置に形成されているとともに、前記第２の無給電スロットが前記第２の無給電素子の全てに対向する位置に形成されている
   請求項２に記載のアンテナ。
4. 前記給電線路が、平面視で前記給電スロットの列の中央で隣り合う前記給電スロットの間において分岐し、その分岐した部分が分岐点から前記給電スロットの列の両端となるスロットを平面視で横切るまで延びている
   請求項１から３の何れか一項に記載のアンテナ。
5. 前記給電線路の分岐点から平面視で隣り合う前記給電スロットの一方までの部分の電気長と、前記給電線路の分岐点から平面視で隣り合う前記給電スロットの他方までの部分の電気長との差が、使用帯域の中心の実効波長の４分の１に等しい
   請求項４に記載のアンテナ。
6. 凹部を有した誘電体基板を更に備え、
   前記地導体層が前記凹部を塞ぐようにして前記誘電体基板に接合され、
   前記給電スロットが前記凹部の内側に配置され、
   前記給電素子、前記第１の無給電素子及び前記第２の無給電素子が前記凹部の底に形成される
   請求項１から５の何れか一項に記載のアンテナ。

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