JP6712613B2

JP6712613B2 - アンテナ

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Publication number: JP6712613B2
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Authority: JP
Inventors: カウシャルシャレンドラ; 官　寧; 寧官
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 2018-03-30
Filing date: 2018-03-30
Publication date: 2020-06-24
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Description

本発明は、アンテナに関する。

特許文献１には、トリプレート線路給電方式のスロットアンテナが開示されている。具体的には、給電線路が二層の誘電体層の層間に形成され、表側の導体箔が一方の誘電体層の表側の面に形成され、裏側の導体箔が他方の誘電体層の裏側の面に形成され、スロットが表側の導体箔に形成されている。給電線路は送受信回路からスロットの中心の対向位置まで配線されている。

また、トリプレート線路給電方式のスロット結合パッチアンテナも一般的に知られている。このスロット結合パッチアンテナでは、前述の表側の導体箔上に更に誘電体層が形成されており、その誘電体層上にパッチ型アンテナ素子が形成され、そのアンテナ素子が前述のスロットに対向する。そのため、アンテナ素子はスロットを通じて給電線路に電磁界的に結合している。

特開２０１７−４６１０７号公報

従来のトリプレート線路給電方式のスロット結合パッチアンテナでは、信号波が給電線路とアンテナ素子との間を伝送する際に、アンテナ素子と導体箔との間の誘電体層において誘電損失が発生する。このような誘電損失は、利得の低下を招く。

そこで、本発明は上記事情に鑑みてなされたものである。本発明の目的は、信号波がスロットを介して給電線路とアンテナ素子との間を伝送する際の誘電損失を抑制することである。

上記目的を達成するための主たる発明は、１つの凹部を有した誘電体基板と、前記１つの凹部を塞ぐようにして前記誘電体基板に接合され、前記１つの凹部の内側に配置されるとともに間隔を置いて直線状に配列される複数のスロットを有した地導体層と、前記地導体層に関して前記誘電体基板の反対側において前記地導体層に接合される誘電体層と、前記１つの凹部の底の前記複数のスロットにそれぞれ対向する位置にそれぞれ形成され、間隔を置いて直線状に配列される複数体のアンテナ素子と、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、前記複数のスロットを介して前記複数体のアンテナ素子に電磁界的に結合する給電線路と、
を備えるアンテナである。
上記目的を達成するための他の主たる発明は、複数の凹部を有した誘電体基板と、前記複数の凹部を塞ぐようにして前記誘電体基板に接合され、前記複数の凹部の内側にそれぞれ個別に配置されるとともに間隔を置いて直線状に配列される複数のスロットを有した地導体層と、前記地導体層に関して前記誘電体基板の反対側において前記地導体層に接合される誘電体層と、前記複数の凹部のそれぞれの底の前記複数のスロットにそれぞれ対向する位置にそれぞれ個別に形成され、間隔を置いて直線状に配列される複数体のアンテナ素子と、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、前記複数のスロットを介して前記複数体のアンテナ素子に電磁界的に結合する給電線路と、を備えるアンテナである。

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。

本発明の実施態様によれば、信号波がスロットを介して給電線路とアンテナ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。

第１実施形態のアンテナの断面図である。第１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。第１実施形態のアンテナ及び比較例のアンテナの反射係数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。第１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。第１実施形態のアンテナ及び比較例のアンテナの反射係数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。第１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。第１実施形態のアンテナ及び比較例のアンテナの反射係数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。第１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。第１実施形態のアンテナ及び比較例のアンテナの反射係数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。第２実施形態のアンテナの平面図である。図１０において切断箇所をXI−XIにより表した断面図である。スロットの平面図である。スロットの平面図である。第２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。第２実施形態のアンテナ及び比較例のアンテナの反射係数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。第２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。第２実施形態のアンテナ及び比較例のアンテナの反射係数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。第２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。第２実施形態のアンテナ及び比較例のアンテナの反射係数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。第２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。第２実施形態のアンテナ及び比較例のアンテナの反射係数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。第２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。第２実施形態のアンテナ及び比較例のアンテナの反射係数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。第２実施形態の変形例のアンテナの断面図である。

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。

凹部を有した誘電体基板と、前記凹部を塞ぐようにして前記誘電体基板に接合され、前記凹部の内側に配置されるスロットを有した地導体層と、前記地導体層に関して前記誘電体基板の反対側において前記地導体層に接合される誘電体層と、前記凹部の底の前記スロットに対向する位置に形成されるアンテナ素子と、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、前記スロットを介して前記アンテナ素子に電磁界的に結合する給電線路と、を備えるアンテナが明らかとなる。
以上のように、地導体層が凹部を塞ぐようにして誘電体基板に接合されるため、その凹部が空洞となり、その空洞がアンテナ素子と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アンテナ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。

前記誘電体基板がリジッドである。
これにより、誘電体層を薄くすることができる。よって、給電線路によって伝送される信号波の誘電損失を低減できるとともに、アンテナの利得が向上する。
誘電体基板がリジッドであると、アンテナ素子と給電線路との間の間隔も変化しづらい。よって、アンテナの放射特性が安定する。

前記アンテナ素子が複数体間隔を置いて配列され、前記スロットが複数間隔を置いて配列され、前記アンテナ素子が前記スロットにそれぞれ対向する。
これにより、アンテナの利得向上を実現できる。

前記アンテナ素子の数が偶数であり、前記スロットの数が偶数であり、前記給電線路が前記スロットの列の中央で隣り合う前記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スロットの列の両端となる前記スロットを平面視で横切るまで延びている。
これにより、給電線路の両端からスロットの直下までの部分のインピーダンスが調整される。よって、給電線路の端からスロットの直下までの部分とスロットとアンテナ素子のインピーダンスの整合を取れる。

前記凹部が複数あり、前記アンテナ素子が個別に各前記凹部の底に形成され、前記スロットが個別に各前記凹部の内側に配置されている。
これにより、隣り合う凹部の間の部分によって誘電体基板の強度が向上して、誘電体基板が変形しにくい。よって、アンテナ２１の放射特性が安定する。

前記スロットが、長方形状の穴部の両長辺の両端部から短辺方向に長方形状又は正方形状に切り欠かれた形状に形成されている。
これにより、アンテナの利得向上を実現できる。

＝＝＝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。

＜第１の実施の形態＞
図１は第１実施形態のアンテナ１の断面図である。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これらの両方に利用される。

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までの積層体にリジッドな誘電体基板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にはスロット７ａが形成されている。スロット７ａの形状はＩ字型、矩形、円形その他の形状であってもよい。

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ているとともに、誘電体層３に関して地導体層２の反対側に形成されている。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がスロット７ａを平面視で横切って、給電線路４ａがその一端４ｂにおいて開放されている。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１に示す矢印Ａの方向に見ることをいう。
スロット７ａの中心に対向する位置から給電線路４ａの一端４ｂまでの長さに従って、給電線路４ａの一端４ｂからスロット７ａ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の他端部はＲＦＩＣ（Radio Frequency Integrated Circuit）の端子に接続されている。

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、パッチ型のアンテナ素子９が形成されている。アンテナ素子９はスロット７ａに対向する。アンテナ素子９はスロット７ａを通じて給電線路４ａ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スロット７ａを通じてアンテナ素子９に伝送され、その信号波により生じた電磁波がアンテナ素子９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、電磁波がアンテナ素子９に入射することによって生じる信号波がスロット７ａ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がスロット７ａを平面視で横切っているため、給電線路４ａの一端４ｂからスロット７ａの直下までの部分とスロット７ａとアンテナ素子９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、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。

アンテナ素子９とスロット７ａ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、信号波がアンテナ素子９とスロット７ａ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。

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、アンテナ素子９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がアンテナ素子９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アンテナ素子９における放射に影響を及ぼしにくい。

アンテナ素子９とスロット７ａとの間に存在する空洞がアンテナ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。凹部８ｂの深さ、つまり空洞の高さが０．２５ｍｍである場合のシミュレーション結果を図２及び図３に示し、空洞の高さが０．３ｍｍである場合のシミュレーション結果を図４及び図５に示し、空洞の高さが０．３５ｍｍである場合のシミュレーション結果を図６及び図７に示し、空洞の高さが０．４ｍｍである場合のシミュレーション結果を図８及び図９に示す。図２、図４、図６及び図８のグラフの縦軸は利得を表し、横軸は周波数を表す。図３、図５、図７、図９のグラフの縦軸はＳパラメータのＳ１１を表し、横軸は周波数を表す。Ｓ１１とは、給電線路４ａとＲＦＩＣの端子との接続部における反射係数をいう。図２〜図９の何れでも、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、誘電体である液晶ポリマーが凹部８ｂに埋められることによって空洞が無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２、図４、図６及び図８から明らかなように、５７〜６７ＧＨｚの使用帯域の利得を平均化すると、空洞のあるアンテナ１の平均的な利得は、空洞のないアンテナの平均的な利得よりも高いことが分かる。特に、５７〜６７ＧＨｚの使用帯域では、空洞のあるアンテナ１の利得が空洞のないアンテナの利得よりも高くなる帯域は、空洞のあるアンテナ１の利得が空洞のないアンテナの利得よりも低くなる帯域よりも広い。

図３、図５、図７及び図９から明らかなように、５７〜６７ＧＨｚの使用帯域では、空洞のあるアンテナ１の反射係数は、空洞のないアンテナの反射係数よりも低いことが分かる。

以上のシミュレーション結果から、アンテナ素子９とスロット７ａとの間に存在する空洞がアンテナ１の放射特性の向上に寄与することが分かる。

＜第２の実施の形態＞
図１０は、２実施形態のアンテナ２１の概略平面図である。図１１は、図１０において切断箇所をXI−XIにより表した断面図である。

このアンテナ２１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これらの両方に利用される。

誘電体層２３と誘電体層２６がこれらの間に導体パターン層２４を挟持して、誘電体の接着剤層２５によって互いに接合されている。誘電体層２３及び誘電体層２６は、液晶ポリマーからなる。
導体パターン層２４は、誘電体層２３と接着剤層２５との間の層間に形成されている。なお、導体パターン層２４が誘電体層２６と接着剤層２５との間の層間に形成されていてもよい。
誘電体層２３に関して導体パターン層２４の反対側において、地導体層２２が誘電体層２３の表面２３ａに形成されている。
誘電体層２６と誘電体基板２８がこれらの間に地導体層２７を挟持して、互いに接合されている。誘電体層２６は、地導体層２７に関して誘電体基板２８の反対側において地導体層２７に接合されている。
地導体層２７は誘電体層２６と誘電体基板２８との間の層間に形成されている。

以上のように、地導体層２２、誘電体層２３、導体パターン層２４、接着剤層２５、誘電体層２６、地導体層２７、誘電体基板２８がこれらの順に積層されている。地導体層２２から地導体層２７までの積層体はフレキシブルであり、誘電体基板２８がリジッドである。地導体層２２から地導体層２７までの積層体に誘電体基板２８が接合されることによって、アンテナ２１の曲げ変形が起きにくい。

誘電体基板２８は、誘電体層２３，２６及び接着剤層２５のそれぞれよりも厚い上、誘電体層２３，２６及び接着剤層２５の総厚よりも厚い。

地導体層２２、導体パターン層２４及び地導体層２７は、銅等の導電性金属材料からなる。
地導体層２７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２７には複数のスロット２７ａ〜２７ｄが形成されている。これらスロット２７ａ〜２７ｄは、スロット２７ａ〜２７ｄの短手方向に等間隔で配列されている。

スロット２７ａは図１２又は図１３に示すようにＩ字型に形作られている。
図１２の場合、スロット２７ａは、長方形状の穴部２７０ａの一方の長辺の両端部から短辺方向に長方形状又は正方形状（符号２７１ａ，２７２ａ参照）に切り欠かれ、且つ穴部２７０ａの他方の長辺の両端部から短辺方向に長方形状又は正方形状（符号２７３ａ，２７４ａ参照）に切り欠かれた形状に形作られている。
図１３の場合、スロット２７ａは、長方形状の穴部２７５ａの一方の長辺の両端部から短辺方向に台形状（符号２７６ａ，２７７ａ参照）に切り欠かれ、且つ穴部２７５ａの他方の長辺の両端から短辺方向に台形状（符号２７８ａ，２７９ａ参照）に切り欠かれた形状に形作られている。台形状に切り欠かれた部分２７６ａ，２７７ａにテーパが付けられており、台形状に切り欠かれた部分２７６ａ，２７７ａの幅は穴部２７５ａの一方の長辺から離れるにつれて漸減する。台形状に切り欠かれた部分２７８ａ，２７９ａにテーパが付けられており、台形状に切り欠かれた部分２７８ａ，２７９ａの幅は穴部２７５ａの他方の長辺から離れるにつれて漸減する。
スロット２７ｂ〜２７ｄの形状及び大きさはスロット２７ａと同じである。
なお、スロット２７ａ〜２７ｄ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。

導体パターン層２４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２４が給電線路２４ａを有する。給電線路２４ａは、誘電体層２６に関して地導体層２７の反対側に形成されるとともに、誘電体層２３に関して地導体層２２の反対側に形成される。給電線路２４ａが地導体層２２と地導体層２７との間にあるため、給電線路２４ａは地導体層２２及び地導体層２７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２４ａはＴ型分岐の線路である。給電線路２４ａは幹線部２４ｂ及び支線部２４ｆ，２４ｈを有する。
幹線部２４ｂはＬ字形に形作られている。
支線部２４ｆ，２４ｈは、スロット２７ａ〜２７ｄの列の中央で隣り合うスロット２７ｂ，２７ｃの間の位置において、幹線部２４ｂの一端部２４ｃから分岐している。支線部２４ｆ，２４ｈ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２４ｆ，２４ｈの延びる方向は、スロット２７ａ〜２７ｄの配列方向に対して平行である。
幹線部２４ｂの他端部２４ｄはＲＦＩＣの端子に接続されている。

幹線部２４ｂの一端部２４ｃ及び他端部２４ｄの幅は、一端部２４ｃと他端部２４ｄの間の部位２４ｅの幅よりも広い。そのため、幹線部２４ｂの一端部２４ｃ及び他端部２４ｄのインピーダンスは、それらの間の部位２４ｅのインピーダンスよりも小さい。例えば、幹線部２４ｂの一端部２４ｃ及び他端部２４ｄのインピーダンスは、それらの間の部位２４ｅのインピーダンスの２分の１である。

支線部２４ｆ，２４ｈの幅は、幹線部２４ｂの一端部２４ｃ及び他端部２４ｄの幅よりも狭い上、一端部２４ｃと他端部２４ｄの間の部位２４ｅの幅に等しい。そのため、支線部２４ｆ，２４ｈのインピーダンスは、幹線部２４ｂの一端部２４ｃ及び他端部２４ｄのインピーダンスよりも大きい。例えば、支線部２４ｆ，２４ｈのインピーダンスは、幹線部２４ｂの一端部２４ｃ及び他端部２４ｄのインピーダンスの２倍である。

支線部２４ｆは、分岐点から、スロット２７ｂ，２７ａを平面視で横切るまで延びていて、支線部２４ｆがその一端２４ｇにおいて開放されている。スロット２７ａの中心に対向する位置から支線部２４ｆの一端２４ｇまでの長さに従って、支線部２４ｆの一端２４ｇからスロット２７ａの直下までの部分のインピーダンスが調整されている。

支線部２４ｈは、分岐点から、スロット２７ｃ，２７ｄを平面視で横切るまで延びていて、支線部２４ｈがその一端２４ｉにおいて開放されている。スロット２７ｄの中心に対向する位置から支線部２４ｈの一端２４ｉまでの長さに従って、支線部２４ｈの端２４ｉからスロット２７ｄ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２４ａの分岐点からスロット２７ｂの直下までの部分の電気長は、その分岐点からスロット２７ｃ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２４ａの分岐点からスロット２７ｂの直下までの部分の電気長と、その分岐点からスロット２７ｃ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。なお、給電線路２４ａの分岐点からスロット２７ｂの直下までの部分の電気長と、その分岐点からスロット２７ｃ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２４ａの分岐点からスロット２７ｂの直下までの部分の電気長は、その分岐点からスロット２７ｃ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２８の両面のうち地導体層２７との接合面２８ａには、凹部２８ｂが形成されている。凹部２８ｂの開口２８ｃがスロット２７ａ〜２７ｄに向き合って、誘電体基板２８の接合面２８ａが地導体層２７に接合されている。凹部２８ｂの開口２８ｃが地導体層２７によって塞がれて、凹部２８ｂが空洞となっている。スロット２７ａ〜２７ｄが凹部２８ｂの開口２８ｃの縁の内側に配置されている。凹部２８ｂの底２８ｄは、地導体層２７に対向する。凹部２８ｂの底２８ｄは、平坦であるとともに、地導体層２７に対して平行である。凹部２８ｂの深さ、つまり空洞の高さは、誘電体層２３，２６及び接着剤層２５のそれぞれの厚さよりも大きい。

凹部２８ｂの底２８ｄには、パッチ型のアンテナ素子２９ａ〜２９ｄが形成されている。アンテナ素子２９ａ〜２９ｄは、スロット２７ａ〜２７ｄの配列方向と平行な方向に等間隔で配列されている。アンテナ素子２９ａはスロット２７ａに、アンテナ素子２９ｂはスロット２７ｂに、アンテナ素子２９ｃはスロット２７ｃに、アンテナ素子２９ｄはスロット２７ｄに対向する。アンテナ素子２９ａはスロット２７ａを通じて給電線路２４ａの支線部２４ｆに、アンテナ素子２９ｂはスロット２７ｂを通じて給電線路２４ａの支線部２４ｆに、アンテナ素子２９ｃはスロット２７ｃを通じて給電線路２４ａの支線部２４ｈに、アンテナ素子２９ｄはスロット２７ｄを通じて給電線路２４ａの支線部２４ｈ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２４ａによって伝送された信号波がスロット２７ａ〜２７ｄを通じてアンテナ素子２９ａ〜２９ｄにそれぞれ伝送され、その信号波により生じた電磁波がアンテナ素子２９ａ〜２９ｄ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、電磁波がアンテナ素子２９ａ〜２９ｄに入射することによって生じる信号波がスロット２７ａ〜２７ｄを通じて給電線路２４ａに伝送され、その信号波が給電線路２４ａによってＲＦＩＣに伝送される。

ここで、給電線路２４ａの支線部２４ｆがスロット２７ａを平面視で横切っているため、支線部２４ｆの一端２４ｇからスロット２７ａの直下までの部分とスロット２７ａとアンテナ素子２９ａはインピーダンスの整合が取れている。給電線路２４ａの支線部２４ｈがスロット２７ｄを平面視で横切っているため、支線部２４ｈの一端２４ｉからスロット２７ｄの直下までの部分とスロット２７ｄとアンテナ素子２９ｄ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、リジッドな誘電体基板２８が、地導体層２２から地導体層２７までの積層体の曲げを抑制する。それゆえ、誘電体層２３，２６及び接着剤層２５の薄型化を図れる。誘電体層２３，２６及び接着剤層２５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２１の利得が高い上、アンテナ２１の適用可能な周波数帯域が広い。

アンテナ素子２９ａ〜２９ｄとスロット２７ａ〜２７ｄとの間には、凹部２８ｂ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、信号波がアンテナ素子２９ａ〜２９ｄとスロット２７ａ〜２７ｄ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２１の利得が高い上、アンテナ２１の適用可能な周波数帯域が広い。

凹部２８ｂがリジッドな誘電体基板２８に形成されているため、凹部２８ｂの深さ（つまり、空洞の高さ）が変化しづらい。強いては、アンテナ素子２９ａ〜２９ｄと給電線路２４ａとの間の間隔も変化しづらい。よって、アンテナ２１の放射特性が安定する。

地導体層２７がアンテナ素子２９ａ〜２９ｄと給電線路２４ａとの間にあるため、給電線路２４ａにおける電磁波の放射がアンテナ素子２９ａ〜２９ｄにおける放射に影響を及ぼしにくい。

スロット２７ａ〜２７ｄが図１２に示す形状である場合、アンテナ素子２９ａ〜２９ｄとスロット２７ａ〜２７ｄとの間に存在する空洞がアンテナ２１の利得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。凹部２８ｂの深さ、つまり空洞の高さが０．２５ｍｍである場合のシミュレーション結果を図１４及び図１５に示し、空洞の高さが０．３ｍｍである場合のシミュレーション結果を図１６及び図１７に示し、空洞の高さが０．３５ｍｍである場合のシミュレーション結果を図１８及び図１９に示し、空洞の高さが０．４ｍｍである場合のシミュレーション結果を図２０及び図２１に示す。図１４、図１６、図１８及び図２０のグラフの縦軸は利得を表し、横軸は周波数を表す。図１５、図１７、図１９、図２１のグラフの縦軸はＳパラメータのＳ１１を表し、横軸は周波数を表す。Ｓ１１とは、給電線路２４ａとＲＦＩＣの端子との接続部における反射係数をいう。図１４〜図２１の何れでも、実線は、アンテナ２１をシミュレーション対象とした結果を示す。破線は、誘電体である液晶ポリマーが凹部２８ｂに埋められることによって空洞が無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１４、図１６、図１８及び図２０から明らかなように、空洞のあるアンテナ２１の利得は５７〜６７ＧＨｚの使用帯域で極大値を取るのに対して、空洞のないアンテナの利得は５７〜６７ＧＨｚの使用帯域で極大値を取らない。また、空洞のあるアンテナ２１の利得は、空洞のないアンテナの利得よりも高いことが分かる。

図１５、図１７、図１９及び図２１から明らかなように、５７〜６７ＧＨｚの使用帯域では、空洞のあるアンテナ２１の反射係数は、空洞のないアンテナの反射係数よりも低いことが分かる。

以上のシミュレーション結果から、アンテナ素子２９ａ〜２９ｄとスロット２７ａ〜２７ｄとの間に存在する空洞がアンテナ２１の利得向上に寄与することが分かる。

スロット２７ａ〜２７ｄが図１２又は図１３に示す形状である場合、アンテナ素子２９ａ〜２９ｄとスロット２７ａ〜２７ｄとの間に存在する空洞がアンテナ２１の利得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。その結果を図２２及び図２３に示す。図２２のグラフの縦軸は利得を表し、横軸は周波数を表す。図２３のグラフの縦軸はＳパラメータのＳ１１を表し、横軸は周波数を表す。図２２、図２３の何れでも、実線は、スロット２７ａ〜２７ｄが図１２に示す形状である場合、アンテナ２１をシミュレーション対象とした結果を示す。破線は、スロット２７ａ〜２７ｄが図１３に示す形状である場合、アンテナ２１をシミュレーション対象とした結果を示す。二点鎖線は、スロット２７ａ〜２７ｄが図１２に示す形状である場合、誘電体である液晶ポリマーが凹部２８ｂに埋められることによって空洞が無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、スロット２７ａ〜２７ｄが図１３に示す形状である場合、誘電体である液晶ポリマーが凹部２８ｂに埋められることによって空洞が無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２２から明らかなように、スロット２７ａ〜２７ｄが図１２又は図１３の形状の何れであっても、空洞のあるアンテナ２１（実線、破線参照）は、５３〜６４ＧＨｚの帯域で、空洞のないアンテナ（二点鎖線、一点鎖線）よりも利得が高いことが分かる。また、スロット２７ａ〜２７ｄが図１２に示す形状であるアンテナ２１（実線参照）は、５３〜６３ＧＨｚの帯域で、スロット２７ａ〜２７ｄが図１３に示す形状であるアンテナ２１（破線参照）よりも利得が高いことが分かる。

図２３から明らかなように、スロット２７ａ〜２７ｄが図１２又は図１３の形状の何れであっても、空洞のあるアンテナ２１は（実線、破線参照）は、５２〜６０．５及び６３．５〜６８ＧＨｚの帯域で、空洞のないアンテナ（二点鎖線、一点鎖線）よりも反射係数が低いことが分かる。

＜第２の実施の形態の変形例＞
続いて、第２の実施の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、アンテナ素子２９ａ〜２９ｄが１つの凹部２８ｂ内に配置されている。それに対して、図２４に示すように、アンテナ素子２９ａ〜２９ｄの数と同数の凹部２８ｅ〜２８ｈが誘電体基板２８の接合面２８ａに形成され、アンテナ素子２９ａ〜２９ｄが個別に各凹部２８ｅ〜２８ｈ内に配置されていてもよい。この場合、アンテナ素子２９ａが凹部２８ｅの底２８ｉに、アンテナ素子２９ｂが凹部２８ｆの底２８ｊに、アンテナ素子２９ｃが凹部２８ｇの底２８ｋに、アンテナ素子２９ｄが凹部２８ｈの底２８ｍに形成されている。スロット２７ａが凹部２８ｅの開口２８ｐの内側に、スロット２７ｂが凹部２８ｆの開口２８ｑの内側に、スロット２７ｃが凹部２８ｇの開口２８ｒの内側に、スロット２７ｄが凹部２８ｈの開口２８ｓの内側に配置されている。アンテナ素子２９ａ〜２９ｄがスロット２７ａ〜２７ｄにそれぞれ対向する。このようにすることによって、凹部２８ｅ〜２８ｈの隣り同士の間の部分によって誘電体基板２８の強度が向上して、誘電体基板２８が変形しにくい。よって、アンテナ２１の放射特性が安定する。

（２）上述の実施形態では、アンテナ素子２９ａ〜２９ｄ、スロット２７ａ〜２７ｄ及び給電線路２４ａからなるグループが１組であった。それに対して、アンテナ素子２９ａ〜２９ｄ、スロット２７ａ〜２７ｄ及び給電線路２４ａからなるグループが複数組あってもよい。この場合、アンテナ素子２９ａ〜２９ｄ、スロット２７ａ〜２７ｄ及び給電線路２４ａからなる複数のグループが、アンテナ素子２９ａ〜２９ｄの列方向の直交方向に配列されている。また、各グループのアンテナ素子２９ａは列方向の位置が揃っており、各グループのアンテナ素子２９ｂは列方向の位置が揃っており、各グループのアンテナ素子２９ｃは列方向の位置が揃っており、各グループのアンテナ素子２９ｄは列方向の位置が揃っている。全てのグループのアンテナ素子２９ａ〜２９ｄが１つの凹部２８ｂ内に配置されていてもよいし、グループ毎にアンテナ素子２９ａ〜２９ｄが凹部２８ｂ内に配置されていてもよいし、アンテナ素子２９ａ〜２９ｄが個別に凹部内に配置されていてもよい。各給電線路２４ａ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。

（３）上述の実施形態では、４体のアンテナ素子２９ａ〜２９ｄが配列され、４つのスロット２７ａ〜２７ｄが配列されている。それに対して、２体、６体又はそれ以上の偶数のアンテナ素子が配列され、アンテナ素子の数と同数のスロットが配列されてもよい。この場合、給電線路２４ａは隣り合うスロットの間で２つに分岐し、分岐した支線部２４ｆ，２４ｈは、分岐点から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る。給電線路２４ａは、スロットの列の中央で隣り合うスロットの間において分岐することが好ましい。

１，２１…アンテナ
４ａ，２４ａ…給電線路
６，２６…誘電体層
７，２７…地導体層
７ａ，２７ａ，２７ｂ，２７ｃ，２７ｄ…スロット
８，２８…誘電体基板
８ｂ，２８ｂ，２８ｅ，２８ｆ，２８ｇ，２８ｈ…凹部
８ｄ，２８ｄ，２８ｉ，２８ｊ，２８ｋ，２８ｍ…凹部の底
９，２９ａ〜２９ｄ…アンテナ素子
２７０ａ，２７５ａ…穴部
２７１ａ〜２７４ａ，２７６ａ〜２７９ａ…切り欠かれた部分

Claims

１つの凹部を有した誘電体基板と、
前記１つの凹部を塞ぐようにして前記誘電体基板に接合され、前記１つの凹部の内側に配置されるとともに間隔を置いて直線状に配列される複数のスロットを有した地導体層と、
前記地導体層に関して前記誘電体基板の反対側において前記地導体層に接合される誘電体層と、
前記１つの凹部の底の前記複数のスロットにそれぞれ対向する位置にそれぞれ形成され、間隔を置いて直線状に配列される複数体のアンテナ素子と、
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、前記複数のスロットを介して前記複数体のアンテナ素子に電磁界的に結合する給電線路と、
を備えるアンテナ。
複数の凹部を有した誘電体基板と、
前記複数の凹部を塞ぐようにして前記誘電体基板に接合され、前記複数の凹部の内側にそれぞれ個別に配置されるとともに間隔を置いて直線状に配列される複数のスロットを有した地導体層と、
前記地導体層に関して前記誘電体基板の反対側において前記地導体層に接合される誘電体層と、
前記複数の凹部のそれぞれの底の前記複数のスロットにそれぞれ対向する位置にそれぞれ個別に形成され、間隔を置いて直線状に配列される複数体のアンテナ素子と、
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、前記複数のスロットを介して前記複数体のアンテナ素子に電磁界的に結合する給電線路と、
を備えるアンテナ。
前記誘電体基板がリジッドである
請求項１又は２に記載のアンテナ。
前記複数体のアンテナ素子の数が偶数であり、前記複数のスロットの数が偶数であり、前記給電線路が前記複数のスロットの列の中央で隣り合う前記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複数のスロットの列の両端となる前記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。
前記複数のスロットが、長方形状の穴部の両長辺の両端部から短辺方向に長方形状又は正方形状に切り欠かれた形状に形成されている
請求項１から４の何れか一項に記載のアンテナ。