JP7147782B2

JP7147782B2 - スロットアンテナ

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Publication number: JP7147782B2
Application number: JP2019557233A
Authority: JP
Inventors: 幸一郎 ▲高▼橋
Original assignee: Asahi Glass Co Ltd
Current assignee: AGC Inc
Priority date: 2017-11-30
Filing date: 2018-11-27
Publication date: 2022-10-05
Anticipated expiration: 2038-11-27
Also published as: WO2019107346A1; JPWO2019107346A1

Description

本発明は、スロットアンテナに関する。

従来、水平面内において無指向性を有するアンテナとして、複数のスロットが形成される側面部を有する円柱形のアンテナ本体部と、その側面部が、アンテナ本体部の底面部を貫通するピンを取り囲み、該ピンが、底面部とは絶縁された構成のスロットアンテナが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００４－１４０４４８号公報

ところが、上述のスロットアンテナは、アンテナ本体部にピンを挿し込んで一体化させる構造である。そのため、ピンを挿し込む時の組み付けばらつき等によって、アンテナ本体部内のピンの長さがずれるおそれがある。このように、アンテナ本体部内のピンの長さがずれると、所望の周波数帯域で良好なインピーダンスマッチングを得にくくなる。

そこで、本開示は、所望の周波数帯域で良好なインピーダンスマッチングを得られるスロットアンテナを提供する。

本開示は、
導体壁に囲まれる空間を有する共振器と、
前記共振器に接続される同軸線路とを備え、
前記導体壁は、上面導体壁と下面導体壁と、を有し、
前記同軸線路は、同軸内導体と同軸外導体と、を有し、
前記同軸内導体が前記空間の中で延在する方向をＺ軸方向とし、前記同軸内導体の先端部にＺ軸方向に向かう方向をＺ軸負方向とし、前記先端部からＺ軸方向に向かう方向をＺ軸正方向とするとき、
前記共振器の外からＺ軸負方向側からの視点で見える前記下面導体壁に前記同軸内導体の前記先端部が接続され、
前記共振器の外からＺ軸正方向側からの視点で見える前記上面導体壁に前記同軸外導体が接続され、
前記共振器の外からＺ軸方向とは異なる方向からの視点で見える前記導体壁に少なくとも一つのスロットが形成され、
前記同軸内導体は、前記共振器の外からＺ軸方向の視点で見える導体壁の外縁形状の重心を通り、
前記同軸外導体は、前記同軸内導体の一部を被覆し、
前記同軸外導体が前記導体壁に接続される接続部から、前記同軸内導体が前記導体壁に接続される接続部までの長さをＨＬとし、前記同軸外導体が前記空間の中で前記同軸内導体を被覆する部分の長さをＣＧＬとするとき、
ＣＧＬ／ＨＬは、０．０００より大きく０．９６４以下である、スロットアンテナを提供する。

本開示のスロットアンテナによれば、所望の周波数帯域で良好なインピーダンスマッチングを得られる。

第１の実施形態におけるスロットアンテナの構成の一例を示す斜視図である。第１の実施形態におけるスロットアンテナの構成の一例を示す断面図である。第１～第５の実施形態におけるスロットアンテナの構成の一例を示す図である。第６の実施形態におけるスロットアンテナの構成の一例を示す断面図である。第７の実施形態におけるスロットアンテナの構成の一例を示す断面図である。第８の実施形態におけるスロットアンテナの構成の一例を示す断面図である。第９の実施形態におけるスロットアンテナの構成の一例を示す斜視図である。第９の実施形態におけるスロットアンテナの構成の一例を示す側面図である。スロットアンテナのリターンロス特性のシミュレーション値と実測値の一例を示す図である。スロットアンテナの指向性のシミュレーション値と実測値の一例を示す図である。スロットアンテナにおいて、距離ＤＬとリターンロスＳ１１との関係の一例を示す図である。スロットアンテナにおいて、距離ＷＬとリターンロスＳ１１との関係の一例を示す図である。スロットアンテナにおいて、距離ＨＬとリターンロスＳ１１との関係の一例を示す図である。スロットアンテナにおいて、スロット長ＳＬとリターンロスＳ１１との関係の一例を示す図である。スロットアンテナにおいて、スロット幅ＳＷとリターンロスＳ１１との関係の一例を示す図である。スロットアンテナにおいて、ＣＧＬ／ＨＬとリターンロスＳ１１との関係の一例を示す図である。スロットアンテナのリターンロス特性のシミュレーション値の一例を示す図である。スロットアンテナの指向性のシミュレーション値の一例を示す図である。スロットアンテナを車両に搭載した形態の一例を示す断面図である。

以下、図面を参照して、本発明を実施するための形態の説明を行う。なお、各形態において、平行、直角、直交、水平、垂直、上下、左右などの方向には、本発明の効果を損なわない程度のずれが許容される。また、以下の説明において、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向は、それぞれ、Ｘ軸に平行な方向、Ｙ軸に平行な方向、Ｚ軸に平行な方向を表す。Ｘ軸方向とＹ軸方向とＺ軸方向は、互いに直交する。

図１は、第１の実施形態におけるスロットアンテナの構成の一例を示す斜視図である。図２は、第１の実施形態におけるスロットアンテナの構成の一例を示す断面図である。スロットアンテナ１は、共振器１０と、同軸線路２０とを備える。

共振器１０は、導体壁の内側に形成される空間１７を有する箱型の空洞共振器（cavity resonator）であり、空間１７の形状によって決まる所定の周波数で共振する。図１，２の形態では、共振器１０及び空間１７の形状は、四角柱であり、より具体的には、直方体である。

同軸線路２０は、共振器１０に接続される。同軸線路２０の一端には、共振器１０が接続され、同軸線路２０の他端には、不図示の通信装置が接続される。同軸線路２０の具体例として、同軸ケーブルなどが挙げられる。

同軸線路２０は、同軸内導体２１と、同軸内導体２１の一部を被覆する同軸外導体２２とを有する。同軸外導体２２は、同軸内導体２１の一部の周りを被覆する。同軸外導体２２と同軸内導体２１との間には絶縁体２３が存在し、絶縁体２３は、同軸外導体２２と同軸内導体２１とを絶縁する。絶縁体２３は、同軸内導体２１の一部の周りを被覆し、同軸外導体２２は、絶縁体２３の周りを被覆する。絶縁体２３の具体例として、ポリエチレンなどが挙げられる。被覆部２４は、同軸外導体２２が空間１７の中で同軸内導体２１を被覆する部分を表し、露出部２５は、同軸内導体２１が空間１７の中で同軸外導体２２から露出する部分を表す。

ここで、同軸線路２０が空間１７の中で延在する方向をＺ軸方向とし、同軸外導体２２から同軸内導体２１の先端部２６にＺ軸方向に向かう方向をＺ軸負方向とし、先端部２６から同軸外導体２２にＺ軸方向に向かう方向をＺ軸正方向とする。別の視点では、同軸内導体２１が空間１７の中で延在する方向をＺ軸方向とし、同軸内導体２１の先端部２６にＺ軸方向に向かう方向をＺ軸負方向とし、先端部２６からＺ軸方向に向かう方向をＺ軸正方向とする。

同軸外導体２２は、共振器１０の外からＺ軸正方向側からの視点で見える導体壁（図１，２の形態では、上面導体壁１５）に導通可能に接続されている。同軸内導体２１は、共振器１０の外からＺ軸正方向側からの視点で見える導体壁には接続されていない。図１，２の形態では、同軸線路２０は、上面導体壁１５を貫通し、同軸外導体２２は、その貫通孔で上面導体壁１５に接触している。一方、同軸内導体２１は、共振器１０の外からＺ軸負方向側からの視点で見える導体壁（図１，２の形態では、下面導体壁１６）に導通可能に接続されている。同軸外導体２２は、共振器１０の外からＺ軸負方向側からの視点で見える導体壁には接続されていない。図１，２の形態では、同軸内導体２１は、その先端部２６で下面導体壁１６に接触している。

また、少なくとも一つのスロットが、共振器１０の外からＺ軸方向とは異なる方向からの視点で見える導体壁に形成されている。図１，２の形態では、一つのスロット３０が、Ｙ軸負方向側からの視点で見える正面導体壁１１に形成されている。

このような構成を有するスロットアンテナ１は、空間１７の形状によって決まる所定の周波数の電波をスロット３０から放射できる。また、スロットアンテナ１は、スロット３０の幅方向（スロット幅ＳＷの方向）に偏波した電波を送受できる。なお、スロット幅ＳＷは、スロット３０の短手方向の長さを表す。

また、スロットアンテナ１は、共振器１０の外からＺ軸負方向側からの視点で見える導体壁（図１，２では、下面導体壁１６）に同軸内導体２１が接続される構造を有するので、空間１７内の同軸線路２０の長さＨＬは、空間１７を形成する導体壁の寸法で確定する。例えば、同軸線路２０の長さＨＬがずれると、スロットアンテナ１のインピーダンスマッチングが所望の周波数帯域からずれてしまう。しかしながら、本実施形態では、同軸線路２０を共振器１０に挿し込んで先端部２６が導体壁に接触させて、長さＨＬを固定できるので、所望の周波数帯域に合わせたインピーダンスマッチングを実現しやすい。このように、組み付けのばらつきの影響をほとんど受けずに、所望の周波数帯域で良好なインピーダンスマッチングを得られる。また、空間１７の境界を画定する導体壁は、同軸線路２０よりも小さな寸法誤差で製造可能であるので、長さＨＬの寸法誤差を容易に小さくでき、インピーダンスマッチングのずれが生じにくい。また、先端部２６は、長さＨＬがずれないように、下面導体壁１６に形成される穴やボスなどによって支持されてもよい。

共振器１０は、Ｚ軸方向に直交する方向で同軸線路２０を挟むように対向する二対の側面導体壁を有すると、所望の周波数帯域で良好なインピーダンスマッチングを得られる点で好ましい。より詳細には、共振器１０は、Ｙ軸方向で同軸線路２０を空間１７内で挟むように対向する一対の側面導体壁と、Ｘ軸方向で同軸線路２０を空間１７内で挟むように対向する一対の側面導体壁とを有する。図１，２の形態では、共振器１０は、Ｙ軸方向で対向しＺ軸方向に平行な一対の側面導体壁（正面導体壁１１、背面導体壁１２）と、Ｘ軸方向で対向しＺ軸方向に平行な一対の側面導体壁（右面導体壁１３、左面導体壁１４）とを有する。

図１，２の形態では、スロットアンテナ１は、直線状の一つのスロット３０が、６面の導体壁のうち正面導体壁１１のみに形成される例を示す。また、スロット３０の長手方向（スロット長ＳＬの方向）は、Ｚ軸方向と直交するＸ軸方向に延在する。

ここで、スロットアンテナ１が受信する電波の波長をλとし、スロットアンテナ１（スロット３０）の周辺媒質において、波長λにおける波長短縮率をｋとしたときの、スロットアンテナ１の各距離（寸法）の好適範囲について説明する。なお、空気の波長短縮率は１である。このとき、距離ＤＬは、０．４６７×ｋ×λ以上０．５７１×ｋ×λ以下であると、波長λを有する電波の周波数（スロットアンテナ１の動作周波数）で良好なインピーダンスマッチングが得られ好ましい。また、距離ＤＬは、０．４７６×ｋ×λ以上０．５５８×ｋ×λ以下がより好ましい。距離ＤＬは、Ｚ軸方向に直交する方向で同軸線路２０を挟むように対向する一対の側面導体壁（図１，２では、正面導体壁１１、背面導体壁１２）の間の距離を表す。なお、距離ＤＬの範囲、また、後述する距離ＷＬ及び長さＨＬを所定の範囲とするときの周辺媒質とは、空間１７の部分における媒質を意味する。例えば、空間１７の部分が、空気以外の誘電体（例えば、後述する誘電体１８）である場合、波長短縮率には、該誘電体の波長短縮率ｋ（＜１）を用いる。

距離ＷＬは、０．７１２×ｋ×λ以上１．１４３×ｋ×λ以下であると、波長λを有する電波の周波数（スロットアンテナ１の動作周波数）で良好なインピーダンスマッチングを得られ好ましい。また、距離ＷＬは、０．７４２×ｋ×λ以上１．０６１×ｋ×λ以下がより好ましい。距離ＷＬは、Ｚ軸方向に直交する方向で同軸線路２０を挟むように対向する一対の側面導体壁（図１，２では、右面導体壁１３、左面導体壁１４）の間の距離を表す。

長さＨＬは、０．０９９×ｋ×λ以上０．１９２×ｋ×λ以下であると、波長λを有する電波の周波数（スロットアンテナ１の動作周波数）で良好なインピーダンスマッチングを得られ好ましい。また、距離ＨＬは、０．１０８×ｋ×λ以上０．１８０×ｋ×λ以下がより好ましい。長さＨＬは、空間１７内の同軸線路２０の長さ（接続部２８から先端部２６までの長さ）を表す。接続部２８は、同軸外導体２２が導体壁に接続される部分である。先端部２６は、同軸内導体２１が導体壁に接続される接続部である。言い換えれば、長さＨＬは、同軸内導体２１が空間１７の中で延在する長さを表す。

スロット長ＳＬは、０．４７５×ｋ×λ以上０．５０７×ｋ×λ以下であると、波長λを有する電波の周波数（スロットアンテナ１の動作周波数）で良好なインピーダンスマッチングを得られ好ましい。また、スロット長ＳＬは、０．４７８×ｋ×λ以上０．５０３×ｋ×λ以下がより好ましい。なお、スロット長ＳＬの範囲、また、後述するスロット幅ＳＷを所定の範囲とするときの周辺媒質とは、後述するように、共振器を形成する導体壁の外面のうちとくにスロットの周辺を被覆する媒質（例えば、被覆誘電体１９）を意味する。例えば、該媒質が、空気以外の被覆誘電体１９である場合、波長短縮率には、該被覆誘電体の波長短縮率ｋ（＜１）を用いる。

スロット幅ＳＷは、０．００２×ｋ×λ以上０．１９２×ｋ×λ以下であると、波長λを有する電波の周波数（スロットアンテナ１の動作周波数）で良好なインピーダンスマッチングを得られ好ましい。また、スロット幅ＳＷは、０．００３×ｋ×λ以上０．１８０×ｋ×λ以下がより好ましい。

ＣＧＬ／ＨＬは、０．０００以上０．９６４以下であると、波長λを有する電波の周波数（スロットアンテナ１の動作周波数）で良好なインピーダンスマッチングを得られ好ましい。また、ＣＧＬ／ＨＬは、０．１６６以上０．９３５以下がより好ましい。ＣＧＬは、被覆部２４（接続部２８から被覆終端部２７まで）の長さである。ＨＬは、ＣＧＬとＣＳＬとの和である。ＣＳＬは、露出部２５（被覆終端部２７から先端部２６まで）の長さである。ＣＧＬ／ＨＬが０．０００の場合とは、ＣＧＬが零の場合を示し、具体的には、同軸外導体２２が導体壁に接続されているが空間１７内には存在しない形態を表す。

波長λは、例えば、５．９ＧＨｚを含む所定の周波数帯に含まれる。５．９ＧＨｚを含む所定の周波数帯は、例えば、ＩＴＳ（Intelligent Transport Systems：高度道路交通システム）で使用される帯域（５．７７０ＧＨｚ以上５．９２５ＧＨｚ以下）であり、車車間通信や路車間通信などに使用される。

図３は、第１～第５の実施形態におけるスロットアンテナの構成の一例を示す図であり、スロットアンテナの構成のバリエーションを示す。第１の実施形態と同様の構成及び効果についての説明は、上述の説明を援用することで省略又は簡略する。

図３に示されるように、共振器の形状は、スロットアンテナ１のような四角柱に限られず、角柱や円柱などの他の柱形状でもよい。例えば、スロットアンテナ２のような六角柱でもよいし、スロットアンテナ３のような多面体でもよい。また、共振器の形状は、スロットアンテナ４のようなドーム状や半球状などでもよいし、スロットアンテナ５のような卵状や紡錘状などでもよい。また、特に図示しないが、共振器の形状は、三角錐や四角錘などの錐体でも、球体でもよい。共振器の形状が錐体の場合、同軸線路２０の同軸外導体２２が共振器に接続される接続部２８は、例えば、錐体の頂点部に位置する。

共振器の外からＺ軸正方向側からの視点で見える導体壁と前記共振器の外からＺ軸負方向側からの視点で見える導体壁とのうち少なくとも一方は、Ｚ軸方向と直交する平面部を有することが好ましい。これにより、所望の周波数帯域で良好なインピーダンスマッチングを得られる。例えば図３において、スロットアンテナ１，２，３の場合、共振器の外からＺ軸正方向側からの視点で見える導体壁と共振器の外からＺ軸負方向側からの視点で見える導体壁との両方が、Ｚ軸方向と直交する平面部を有する。スロットアンテナ４の場合や共振器の形状が錐体の場合、共振器の外からＺ軸負方向側からの視点で見える導体壁が、Ｚ軸方向と直交する平面部を有する。

また、例えば図３のスロットアンテナ１～５のように、共振器の外からＺ軸正方向側からの視点で見える導体壁の外縁の形状と、共振器の外からＺ軸負方向側からの視点で見える導体壁の外縁の形状とは、同じであることが好ましい。これにより、所望の周波数帯域で良好なインピーダンスマッチングを得られる。スロットアンテナ１の場合、共振器の外からＺ軸正方向側からの視点で見える導体壁の外縁の形状とは、上面導体壁１５の外縁を形成する長方形であり、共振器の外からＺ軸負方向側からの視点で見える導体壁の外縁の形状とは、下面導体壁１６の外縁を形成する長方形である。

また、例えば図３のスロットアンテナ１～５のように、同軸線路２０は、共振器の外からＺ軸方向の視点で見える導体壁の外縁形状の重心を通ることが好ましい。これにより、所望の周波数帯域で良好なインピーダンスマッチングを得られる。例えばスロットアンテナ１の場合、同軸線路２０は、図１に示されるように、上面導体壁１５の重心を通る。接続部２８は、上面導体壁１５の重心に位置する。また、図１に示されるように、同軸線路２０は、直方体の共振器１０の重心Ｏを通る。重心Ｏは、共振器１０内の空間１７に位置する。

図４は、第６の実施形態におけるスロットアンテナの構成の一例を示す断面図である。上述の実施形態と同様の構成及び効果についての説明は、上述の説明を援用することで省略又は簡略する。図４のスロットアンテナ６は、誘電体１８が空間１７に充填されている。この構成の場合、波長短縮効果によって、共振器を小型化でき、ひいてはスロットアンテナを小型化できる。即ち、上述の説明において、波長短縮率ｋが空気（＝１）よりも小さい媒質（ｋ＜１）を用いることで、スロットアンテナを小型化できる。より具体的に、誘電体１８（ｋ＜１）が空間１７に充填されている場合、とくに、スロットアンテナ６そのものを小型化できる。さらに、スロット３０の大きさも小さくできる。

図５は、第７の実施形態におけるスロットアンテナの構成の一例を示す断面図である。上述の実施形態と同様の構成及び効果についての説明は、上述の説明を援用することで省略又は簡略する。図５のスロットアンテナ７は、共振器を形成する導体壁の外面の少なくとも一部を被覆する誘電体（被覆誘電体１９）を備えている。この構成の場合、波長短縮効果によって、共振器を小型化でき、ひいてはスロットアンテナを小型化できる。また、スロットアンテナ７は、共振器を形成する導体壁の外面の全部を被覆する被覆誘電体１９を備えていると、波長短縮効果によって、共振器を更に小型化でき、ひいてはスロットアンテナをさらに小型化できる。即ち、上述の説明において、波長短縮率ｋが空気（＝１）よりも小さい媒質（ｋ＜１）を用いることで、スロットアンテナを小型化できる。より具体的に、被覆誘電体１９（ｋ＜１）が導体壁の外面を被覆する場合、とくに、スロット３０の大きさを小さくできる。さらに、スロットアンテナ７そのものも小型化できる。

上述のように、スロットアンテナ７は、被覆誘電体１９がスロット３０の周辺を被覆するように形成されていると、スロット３０のサイズ（孔の大きさ）を小さくできる効果がある。スロット３０の小型化により、例えば、スロット３０から空間１７への異物の混入を抑制できる。また、小型化された複数のスロット３０を設ける場合、限られた面積の導体壁に複数のスロットを配置しやすくなり、設計の自由度が向上する。

図６は、第８の実施形態におけるスロットアンテナの構成の一例を示す断面図である。上述の実施形態と同様の構成及び効果についての説明は、上述の説明を援用することで省略又は簡略する。図６のスロットアンテナ８は、空間１７の代わりに誘電体１８が充填され、且つ、共振器を形成する導体壁の外面の少なくとも一部が被覆誘電体１９により被覆されている。この構成の場合、波長短縮効果によって、共振器を小型化でき、ひいてはスロットアンテナを小型化できる。より具体的に、誘電体１８（ｋ＜１）と被覆誘電体１９（ｋ＜１）が導体壁により、スロットアンテナ８そのものを小型化できるとともに、スロット３０の大きさを小さくできる。

誘電体１８又は被覆誘電体１９の比誘電率ε_ｒは、２．０以上２０．０以下であると、共振器及びスロットアンテナの小型化の点で有利である。例えば、比誘電率ε_ｒは、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等のフッ素系樹脂では、２．０程度、ＡＢＳ樹脂では２．０～６．０、ガラスでは６．０～８．０であり、これらの材料も適用できる。さらに、高い比誘電率（５．０～２０．０）の材料も使用できる。

図７Ａ，７Ｂは、第９の実施形態における円柱状の共振器を備えるスロットアンテナの構成の一例を示す図面である。具体的に、図７Ａ、図７Ｂは、それぞれ、円柱状の共振器１０を備えるスロットアンテナ９の斜視図、側面図を示す。なお、上述の実施形態と同様の構成及び効果についての説明は、上述の説明を援用することで省略又は簡略する。図７Ａのスロットアンテナ９は、共振器１０の外からのＺ軸正方向側からの視点で、円形であり、側面（Ｚ軸に平行な面に対する法線方向）からの視点で、３つのスロット３０および側面導体壁３１を有する。つまり、３つのスロット３０が側面導体壁３１に形成されている。なお、側面導体壁３１に形成されるスロット３０の個数は、１，２又は４以上でもよい。

図７Ａのスロットアンテナ９は、スロット幅ＳＷが、側面導体壁３１の高さ（Ｚ軸方向の距離）と等しく、これにより、低背化が実現できる。また、円柱状の共振器１０を備えるスロットアンテナ９の場合、スロット長ＳＬは、Ｚ軸正方向側からの視点による円弧の長さに相当する。スロットアンテナ９のスロット長ＳＬは、受信する電波の波長をλ、スロットアンテナ９の周辺媒質において、波長λにおける波長短縮率をｋとするとき、０．１５０×ｋ×λ以上０．８５０×ｋ×λ以下であればよい。また、スロットアンテナ９のスロット長ＳＬは、０．１８０×ｋ×λ以上０．８２０×ｋ×λ以下が好ましく、０．２５０×ｋ×λ以上０．７５０×ｋ×λ以下がより好ましい。

また、スロット３０は、３以上の数があれば、Ｚ軸を基準にＸＹ平面内で３６０°にわたって均一性の高いアンテナ利得が得られやすく、とくに、Ｚ軸方向からの視点で、円周に沿って、３以上のスロット３０が均等に配置されるとよい。例えば、スロットアンテナ９が、３つのスロット３０を有する場合、Ｚ軸方向からの視点で、Ｚ軸を中心に１２０°毎の円弧に沿って、１つのスロット３０が側面導体壁３１に形成される。さらに、スロットアンテナ９は、Ｚ軸方向からの視点における円が大きくなると、円周が長くなるので、スロットの数も増加でき、Ｚ軸を基準にＸＹ平面内で３６０°にわたって、より均一性の高いアンテナ利得が得られやすくなる。スロットアンテナ９のスロット３０の数は、スロットアンテナ９の大きさと所望のアンテナ利得の条件により、適宜、決定できる。

なお、スロットアンテナ９は、ＣＧＬ／ＨＬが、０．０００以上０．９６４以下であればよく、０．０００以上０．９００以下が好ましく、０．０００以上０．７５０以下がより好ましく、０．０００がとくに好ましい。なお、ＣＧＬ／ＨＬが、０．０００に近い値であれば、同軸内導体２１によって発生する磁界を遮る同軸外導体２２が減少するため、導体壁内部の空間内に基本モード状態を得やすくなり、スロットアンテナ９を小型化する効果を奏する。とくに、ＣＧＬ／ＨＬが、０．０００であれば基本モード状態を得やすい。なお、ＣＧＬ／ＨＬは、スロットアンテナにおける所望のリターンロスと小型化との関係で、適宜、調整できる。

また、本実施形態は、前述の実施形態と同様に、スロットアンテナ９の空間１７に誘電体１８を充填した形態や、導体壁の外面を被覆する誘電体（被覆誘電体１９）を備えた形態や、これらの両方を備えた形態を有してもよい。例えば、本実施形態におけるスロットアンテナ９は、図７Ａに示すような円柱状の共振器１０と、共振器１０を形成する導体壁の少なくとも一部を被覆する不図示の誘電体（被覆誘電体１９）とを備えてもよい。即ち、上述の説明において、波長短縮率ｋが空気（＝１）よりも小さい媒質（ｋ＜１）を用いることで、スロットアンテナ９を小型化でき、スロット３０の大きさを小さくできる。

図８は、スロットアンテナのリターンロス特性のシミュレーション値と実測値の一例を示す図であり、スロットアンテナ１（図１，２）の場合を示す。具体的に、電磁界シミュレーションとして、ＭｉｃｒｏｗａｖｅＳｔｕｄｉｏ（登録商標）（ＣＳＴ社）を使用した。図８の縦軸は、スロットアンテナ１のリターンロスＳ１１を表す。なお、図８および後述する図９の測定に用いた、スロットアンテナ１の各寸法は、表１に示す値で設計し、スロットアンテナ１の周辺媒質は空気とした。図８に示すように、スロットアンテナ１によれば、５．９ＧＨｚを含む周波数帯（５．７７０ＧＨｚ以上５．９２５ＧＨｚ以下）で良好なインピーダンスマッチングを得られる。

図９は、スロットアンテナの指向性のシミュレーション値と実測値の一例を示す図である。図９は、Ｚ軸方向に延在する同軸線路２０が原点を通るようにスロットアンテナ１を配置した状態において、周波数が５．８９０ＧＨｚのときにおけるＸＹ平面内でのスロットアンテナ１のアンテナ利得を表す。なお、図９において、アンテナ利得の単位は［ｄＢｉ］である。図９中に記載のＦｒ、ＬＨ、Ｒｒ、ＲＨは、それぞれ、スロット３０が形成される正面導体壁１１側、右面導体壁１３側、背面導体壁１２側、左面導体壁１４側を表す。図９によれば、特に、Ｆｒ側及びＲｒ側に電波が放射されていることがわかる。

表１の右欄は、波長λによる規格化された数値を表す。

図１０は、スロットアンテナ１において、距離ＤＬとリターンロスＳ１１との関係の一例を示す図である。図１０の測定時におけるスロットアンテナ１の各部の寸法は、距離ＤＬを除いて、表１に記載する数値とした。スロットアンテナ１が受信する電波の波長をλとするとき、距離ＤＬが０．４６７×λ以上０．５７１×λ以下であると、Ｓ１１＜－８ｄＢとなるので、波長λで良好なインピーダンスマッチングを得られる。距離ＤＬが０．４７６×λ以上０．５５８×λ以下であると、Ｓ１１＜－１０ｄＢとなるので、波長λでより良好なインピーダンスマッチングを得られる。

図１１は、スロットアンテナ１において、距離ＷＬとリターンロスＳ１１との関係の一例を示す図である。図１１の測定時におけるスロットアンテナ１の各部の寸法は、距離ＷＬを除いて、表１に記載する数値とした。スロットアンテナ１が受信する電波の波長をλとするとき、距離ＷＬが０．７１２×λ以上１．１４３×λ以下であると、Ｓ１１＜－８ｄＢとなるので、波長λで良好なインピーダンスマッチングを得られる。距離ＷＬが０．７４２×λ以上１．０６１×λ以下であると、Ｓ１１＜－１０ｄＢとなるので、波長λでより良好なインピーダンスマッチングを得られる。

図１２は、スロットアンテナ１において、距離ＨＬとリターンロスＳ１１との関係の一例を示す図である。図１２の測定時におけるスロットアンテナ１の各部の寸法は、距離ＨＬを除いて、表１に記載する数値とした。スロットアンテナ１が受信する電波の波長をλとするとき、距離ＷＬが０．０９９λ以上０．１９２×λ以下であると、Ｓ１１＜－８ｄＢとなるので、波長λで良好なインピーダンスマッチングを得られる。距離ＨＬが０．１０８×λ以上０．１８０×λ以下であると、Ｓ１１＜－１０ｄＢとなるので、波長λでより良好なインピーダンスマッチングを得られる。

図１３は、スロットアンテナ１において、スロット長ＳＬとリターンロスＳ１１との関係の一例を示す図である。図１３の測定時におけるスロットアンテナ１の各部の寸法は、スロット長ＳＬを除いて、表１に記載する数値とした。スロットアンテナ１が受信する電波の波長をλとするとき、スロット長ＳＬが０．４７５λ以上０．５０７×λ以下であると、Ｓ１１＜－８ｄＢとなるので、波長λで良好なインピーダンスマッチングを得られる。スロット長ＳＬが０．４７８×λ以上０．５０３×λ以下であると、Ｓ１１＜－１０ｄＢとなるので、波長λでより良好なインピーダンスマッチングを得られる。

図１４は、スロットアンテナ１において、スロット幅ＳＷとリターンロスＳ１１との関係の一例を示す図である。図１４の測定時におけるスロットアンテナ１の各部の寸法は、スロット幅ＳＷを除いて、表１に記載する数値とした。スロットアンテナ１が受信する電波の波長をλとするとき、スロット幅ＳＷが０．００２λ以上０．１９２×λ以下であると、Ｓ１１＜－８ｄＢとなるので、波長λで良好なインピーダンスマッチングを得られる。スロット幅ＳＷが０．００３×λ以上０．１８０×λ以下であると、Ｓ１１＜－１０ｄＢとなるので、波長λでより良好なインピーダンスマッチングを得られる。

図１５は、スロットアンテナ１において、ＣＧＬ／ＨＬとリターンロスＳ１１との関係の一例を示す図である。図１５の測定時におけるスロットアンテナ１の各部の寸法は、ＣＧＬ、ＣＳＬ及びＣＧＬ／ＨＬを除いて、表１に記載する数値とした。スロットアンテナ１が受信する電波の波長をλとするとき、ＣＧＬ／ＨＬが０．０００以上０．９６４以下であると、Ｓ１１＜－８ｄＢとなるので、波長λで良好なインピーダンスマッチングを得られる。ＣＧＬ／ＨＬが０．１６６以上０．９３５以下であると、Ｓ１１＜－１０ｄＢとなるので、波長λでより良好なインピーダンスマッチングを得られる。

図１６は、スロットアンテナ９におけるリターンロス特性のシミュレーション値を示す図であり、シミュレーションの条件はスロットアンテナ１の場合と同様である。スロットアンテナ９は、Ｚ軸正方向からの視点で、上面導体壁１５および下面導体壁１６の円の半径が９．０ｍｍとし、側面導体壁３１の各円弧の長さを３．０ｍｍとした。また、側面導体壁３１の高さを４．５ｍｍとし、３つのスロット３０を円周に沿って均等に配置した。各スロットは、スロット幅ＳＷが４．５ｍｍであり、スロット長ＳＬが１５．８ｍｍである。図１６に示すように、スロットアンテナ９によれば、５．９ＧＨｚを含む周波数帯（５．７７０ＧＨｚ以上５．９２５ＧＨｚ以下）で良好なインピーダンスマッチングを得られる。

図１７は、スロットアンテナの指向性のシミュレーション値の一例を示す図である。図１７は、Ｚ軸方向に延在する同軸線路２０が原点を通るようにスロットアンテナ９を配置した状態において、周波数が５．８９０ＧＨｚのときにおけるＸＹ平面内でのスロットアンテナ９のアンテナ利得を表す。なお、図１７において、アンテナ利得の単位は［ｄＢｉ］であり、円の外側の数値は、角度（単位：［°］）を示す。図１７によれば、ＸＹ平面のいずれの方向にも所定の電波が放射されていることがわかる。

図１８は、スロットアンテナを車両に搭載した形態の一例を示す断面図であり、車幅方向に直角な平面での断面を示す。車両用の窓ガラス７０は、水平面９０に対して角度θで車両８０の窓枠に取り付けられている。角度θは、０°よりも大きく９０°以下の角度（例えば、３０°）である。スロットアンテナ１は、車両８０に使用され、車両８０の窓ガラス７０に直接又は間接的に取り付けられる。窓ガラス７０は、フロントガラスでもよいし、リアガラスでもよい。例えば、スロット３０は５．９ＧＨｚ帯の電波を放射する。

スロットアンテナ１は、スロット３０の長手方向が水平面９０に平行になるように、車両８０に搭載されると好ましい。これにより、スロットアンテナ１は、ＩＴＳシステムで使用される５．９ＧＨｚ帯の垂直偏波の電波を感度良く送受できる。

スロットアンテナ２等の他のスロットアンテナも、図１８に示されるように、車両で使用可能である。

以上、スロットアンテナを実施形態により説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではない。他の実施形態の一部又は全部との組み合わせや置換などの種々の変形及び改良が、本発明の範囲内で可能である。

例えば、同軸内導体２１は、共振器１０の外からＺ軸負方向側からの視点で見える導体壁を貫通してもよい。

本国際出願は、２０１７年１１月３０日に出願した日本国特許出願第２０１７－２３０３１３号に基づく優先権を主張するものであり、日本国特許出願第２０１７－２３０３１３号の全内容を本国際出願に援用する。

１～９スロットアンテナ
１０共振器
１１～１６導体壁
１７空間
１８誘電体
１９被覆誘電体
２０同軸線路
２１同軸内導体
２２同軸外導体
２３絶縁体
２４被覆部
２５露出部
２６先端部
２７被覆終端部
２８接続部
３０スロット
３１側面導体壁
７０窓ガラス
８０車両
９０水平面

Claims

導体壁に囲まれる空間を有する共振器と、
前記共振器に接続される同軸線路とを備え、
前記導体壁は、上面導体壁と下面導体壁と、を有し、
前記同軸線路は、同軸内導体と同軸外導体と、を有し、
前記同軸内導体が前記空間の中で延在する方向をＺ軸方向とし、前記同軸内導体の先端部にＺ軸方向に向かう方向をＺ軸負方向とし、前記先端部からＺ軸方向に向かう方向をＺ軸正方向とするとき、
前記共振器の外からＺ軸負方向側からの視点で見える前記下面導体壁に前記同軸内導体の前記先端部が接続され、
前記共振器の外からＺ軸正方向側からの視点で見える前記上面導体壁に前記同軸外導体が接続され、
前記共振器の外からＺ軸方向とは異なる方向からの視点で見える前記導体壁に少なくとも一つのスロットが形成され、
前記同軸内導体は、前記共振器の外からＺ軸方向の視点で見える導体壁の外縁形状の重心を通り、
前記同軸外導体は、前記同軸内導体の一部を被覆し、
前記同軸外導体が前記導体壁に接続される接続部から、前記同軸内導体が前記導体壁に接続される接続部までの長さをＨＬとし、前記同軸外導体が前記空間の中で前記同軸内導体を被覆する部分の長さをＣＧＬとするとき、
ＣＧＬ／ＨＬは、０．０００より大きく０．９６４以下である、スロットアンテナ。
前記共振器は、Ｚ軸方向に平行な側面導体壁を有し、
前記スロットは、前記側面導体壁に形成される、請求項１に記載のスロットアンテナ。
前記共振器の外からＺ軸正方向側からの視点で見える導体壁と前記共振器の外からＺ軸負方向側からの視点で見える導体壁とのうち少なくとも一方は、Ｚ軸方向と直交する平面部を有する、請求項１又は２に記載のスロットアンテナ。
前記共振器の外からＺ軸正方向側からの視点で見える導体壁の外縁の形状と、前記共振器の外からＺ軸負方向側からの視点で見える導体壁の外縁の形状とは、同じである、請求項１から３のいずれか一項に記載のスロットアンテナ。
前記共振器の形状は、角柱である、請求項１から４のいずれか一項に記載のスロットアンテナ。
前記共振器の形状は、四角柱である、請求項５に記載のスロットアンテナ。
前記共振器は、Ｚ軸方向に直交する方向で前記同軸線路を挟むように対向する一対の側面導体壁を有し、
一つの前記スロットが、前記一対の側面導体壁のうち片側の側面導体壁のみに形成され、
受信する電波の波長をλとし、前記スロットの周辺媒質の前記波長λに対する波長短縮率をｋとするとき、
前記一対の側面導体壁の間の距離は、０．４６７×ｋ×λ以上０．５７１×ｋ×λ以下である、請求項６に記載のスロットアンテナ。
前記共振器の形状は、円柱である、請求項１から４のいずれか一項に記載のスロットアンテナ。
前記スロットのスロット長は、Ｚ軸方向側からの視点で見える円弧に沿った長さであって、
受信する電波の波長をλとし、前記スロットの周辺媒質の前記波長λに対する波長短縮率をｋとするとき、
前記スロット長は、０．１５０×ｋ×λ以上０．８５０×ｋ×λ以下である、請求項８に記載のスロットアンテナ。
前記スロットは、３以上の数を有する、請求項９に記載のスロットアンテナ。
前記同軸外導体は、前記空間の中で前記同軸内導体を被覆する、請求項１から１０のいずれか一項に記載のスロットアンテナ。
前記空間は、誘電体によって充填されている、請求項１から１１のいずれか一項に記載のスロットアンテナ。
前記誘電体は、比誘電率が、２．０以上２０．０以下である、請求項１２に記載のスロットアンテナ。
前記同軸内導体が前記空間の中で延在する長さをＨＬとし、受信する電波の波長をλとするとき、
ＨＬは、０．０９９×λ以上０．１９２×λ以下である、請求項１から１３のいずれか一項に記載のスロットアンテナ。
車両に使用され、前記スロットは５．９ＧＨｚ帯の電波を放射する、請求項１から１４のいずれか一項に記載のスロットアンテナ。