JP7342977B2 - アンテナ装置 - Google Patents

Description

本開示は、放射素子と、接地電極と、放射素子および接地電極が形成される誘電体基板とを備えるアンテナ装置に関する。

国際公開第２０１６／０６７９６９号公報（特許文献１）には、各々が板状の形状を有する複数の放射素子と、接地電極と、複数の放射素子および接地電極が形成される誘電体基板とを備えるアンテナが開示されている。このアンテナにおいては、複数の放射素子が誘電体基板に所定間隔を隔てて並べて配列されている。

国際公開第２０１６／０６７９６９号公報

一般的に、アンテナから放射される電波には、出力目標となる周波数である基本周波数を有する基本波に加えて、基本周波数の整数倍に近い周波数を有する高調波が含まれている。アンテナから電波を放射する際には、基本波の特性を維持しつつ、高調波が周囲に与える影響を極力抑えたいというニーズがある。しかしながら、国際公開第２０１６／０６７９６９号公報には、そのようなニーズを満たす構成について何ら言及されていない。

本開示は、このような課題を解決するためになされたものであって、その目的は、アンテナの基本波の特性を維持しつつ高調波の特性を調整することである。

本開示によるアンテナ装置は、第１方向を偏波方向とする電波を放射する板状の第１放射素子と、第１放射素子が形成される誘電体基板とを備える。第１放射素子における第１方向の端部を通り、かつ第１方向と直交する平面を第１境界面とし、第１放射素子における第１方向と直交する第２方向の端部を通り、かつ第２方向と直交する平面を第２境界面としたとき、誘電体基板において、第１放射素子に対して第１境界面の外側かつ第２境界面の外側の領域である調整領域には、調整領域以外の領域である非調整領域の実効誘電率とは異なる実効誘電率を有する特定領域が含まれる。

本開示による他のアンテナ装置は、第１方向を偏波方向とする電波を放射する板状の第１放射素子と、第１放射素子が形成される誘電体基板とを備える。第１放射素子における第１方向の端部を通り、かつ第１方向と直交する平面を第１境界面とし、第１放射素子における第１方向と直交する第２方向の端部を通り、かつ第２方向と直交する平面を第２境界面としたとき、誘電体基板において、第１放射素子に対して第１境界面の外側かつ第２境界面の外側の領域である調整領域には、調整領域以外の領域である非調整領域の誘電体の厚さよりも小さい厚さを有する特定領域が含まれる。

本開示による他のアンテナ装置は、板状の放射素子と、放射素子が形成される誘電体基板とを備える。放射素子は、放射素子の面中心からオフセットした位置に配置される給電点を有する。放射素子の面中心と給電点とを結ぶ仮想線に沿う方向を第１方向とし、放射素子における第１方向の端部を通り、かつ第１方向と直交する平面を第１境界面とし、放射素子における第１方向と直交する第２方向の端部を通り、かつ第２方向と直交する平面を第２境界面としたとき、誘電体基板において、放射素子に対して第１境界面の外側かつ第２境界面の外側の領域である調整領域には、調整領域以外の領域である非調整領域の実効誘電率とは異なる実効誘電率を有する特定領域が含まれる。

本開示によれば、アンテナの基本波の特性を維持しつつ高調波の特性を調整することができる。

アンテナ装置が適用される通信装置のブロック図の一例である。 アンテナ装置の平面図（その１）である。 アンテナ装置の断面図（その１）である。 アンテナ装置の斜視図（その１）である。 高調波のゲインを３次元的に示す図である。 高調波のゲインを示す図である。 高調波の反射特性を示す図である。 高調波のピークゲインおよび－３ｄＢ角度を示す図である。 基本波のゲインを３次元的に示す図である。 基本波のゲインを示す図である。 比較例１によるアンテナ装置の斜視図である。 比較例２によるアンテナ装置の斜視図である。 基本波の反射特性を示す図である。 基本波のピークゲイン、ピーク角度および－３ｄＢ角度を示す図（その１）である。 基本波のピークゲイン、ピーク角度および－３ｄＢ角度を示す図（その２）である。 アンテナ装置の平面図（その２）である。 アンテナ装置の平面図（その３）である。 アンテナ装置の平面図（その４）である。 アンテナ装置の側面図である。 アンテナ装置の平面図（その５）である。 アンテナ装置の斜視図（その２）である。 アンテナ装置の斜視図（その３）である。 アンテナ装置の平面図（その６）である。 アンテナ装置の断面図（その２）である。 アンテナ装置の断面図（その３）である。 アンテナ装置の断面図（その４）である。 アンテナ装置の断面図（その５）である。 アンテナ装置の断面図（その６）である。 アンテナ装置の断面図（その７）である。 アンテナ装置の斜視図（その４）である。 アンテナ装置の斜視図（その５）である。 アンテナ装置の斜視図（その６）である。

以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。

（通信装置の基本構成）
図１は、本実施の形態に係るアンテナ装置１２０が適用される通信装置１０のブロック図の一例である。通信装置１０は、たとえば、携帯電話、スマートフォンあるいはタブレットなどの携帯端末や、通信機能を備えたパーソナルコンピュータなどである。本実施の形態に係るアンテナモジュール１００に用いられる電波の周波数帯域の一例は、たとえば２８ＧＨｚ、３９ＧＨｚおよび６０ＧＨｚなどを中心周波数とするミリ波帯の電波であるが、上記以外の周波数帯域の電波についても適用可能である。

図１を参照して、通信装置１０は、アンテナモジュール１００と、ベースバンド信号処理回路を構成するＢＢＩＣ２００とを備える。アンテナモジュール１００は、給電部品の一例であるＲＦＩＣ１１０と、アンテナ装置１２０とを備える。通信装置１０は、ＢＢＩＣ２００からアンテナモジュール１００へ伝達された信号を高周波信号にアップコンバートしてアンテナ装置１２０から放射するとともに、アンテナ装置１２０で受信した高周波信号をダウンコンバートしてＢＢＩＣ２００にて信号を処理する。

図１では、説明を容易にするために、アンテナ装置１２０を構成する複数の放射素子１２１のうち、４つの放射素子１２１に対応する構成のみ示され、同様の構成を有する他の放射素子１２１に対応する構成については省略されている。なお、図１においては、アンテナ装置１２０が二次元のアレイ状に配置された複数の放射素子１２１で形成される例を示しているが、放射素子１２１は必ずしも複数である必要はなく、１つの放射素子１２１でアンテナ装置１２０が形成される場合であってもよい。また、複数の放射素子１２１が一列に配置された一次元アレイであってもよい。本実施の形態においては、放射素子１２１は、略正方形の平板状を有するパッチアンテナである。

ＲＦＩＣ１１０は、スイッチ１１１Ａ～１１１Ｄ，１１３Ａ～１１３Ｄ，１１７と、パワーアンプ１１２ＡＴ～１１２ＤＴと、ローノイズアンプ１１２ＡＲ～１１２ＤＲと、減衰器１１４Ａ～１１４Ｄと、移相器１１５Ａ～１１５Ｄと、信号合成／分波器１１６と、ミキサ１１８と、増幅回路１１９とを備える。

高周波信号を送信する場合には、スイッチ１１１Ａ～１１１Ｄ，１１３Ａ～１１３Ｄがパワーアンプ１１２ＡＴ～１１２ＤＴ側へ切換えられるとともに、スイッチ１１７が増幅回路１１９の送信側アンプに接続される。高周波信号を受信する場合には、スイッチ１１１Ａ～１１１Ｄ，１１３Ａ～１１３Ｄがローノイズアンプ１１２ＡＲ～１１２ＤＲ側へ切換えられるとともに、スイッチ１１７が増幅回路１１９の受信側アンプに接続される。

ＢＢＩＣ２００から伝達された信号は、増幅回路１１９で増幅され、ミキサ１１８でアップコンバートされる。アップコンバートされた高周波信号である送信信号は、信号合成／分波器１１６で４分波され、４つの信号経路を通過して、それぞれ異なる放射素子１２１に給電される。このとき、各信号経路に配置された移相器１１５Ａ～１１５Ｄの移相度が個別に調整されることにより、アンテナ装置１２０の指向性を調整することができる。

各放射素子１２１で受信された高周波信号である受信信号は、それぞれ、異なる４つの信号経路を経由し、信号合成／分波器１１６で合波される。合波された受信信号は、ミキサ１１８でダウンコンバートされ、増幅回路１１９で増幅されてＢＢＩＣ２００へ伝達される。

ＲＦＩＣ１１０は、例えば、上記回路構成を含む１チップの集積回路部品として形成される。あるいは、ＲＦＩＣ１１０における各放射素子１２１に対応する機器（スイッチ、パワーアンプ、ローノイズアンプ、減衰器、移相器）については、対応する放射素子１２１毎に１チップの集積回路部品として形成されてもよい。

（アンテナ装置の構成）
図２は、アンテナ装置１２０の平面図である。図３は、アンテナ装置１２０の図２におけるＩＩＩ－ＩＩＩ断面図である。図４は、アンテナ装置１２０の斜視図である。

図２～図４を参照して、本実施の形態におけるアンテナ装置１２０の構成の詳細を説明する。なお、以下では、アンテナ装置１２０が１つの放射素子１２１を備える例について説明する。

アンテナ装置１２０は、放射素子１２１と、接地電極ＧＮＤと、放射素子１２１および接地電極ＧＮＤが形成される誘電体基板１３０とを有する。

誘電体基板１３０は、放射素子１２１が配置される第１主表面１３０ａと、接地電極ＧＮＤが配置される第２主表面１３０ｂとを有する。なお、放射素子１２１および接地電極ＧＮＤは、必ずしも誘電体基板１３０の表面に配置されることに限定されず、誘電体基板１３０の内部の層に所定間隔を隔てて積層されてもよい。また、接地電極ＧＮＤが誘電体基板１３０とは別の基板に配置され、接地電極ＧＮＤが配置された別の基板がはんだ実装あるいは接着によって誘電体基板１３０に接続されるようにしてもよい。

以下では、誘電体基板１３０の厚さ方向（第１主表面１３０ａの法線方向）を「Ｚ軸方向」、Ｚ軸方向に垂直であってかつ互いに垂直な方向をそれぞれ「Ｘ軸方向」および「Ｙ軸方向」とも称する。

誘電体基板１３０は、たとえば、低温同時焼成セラミックス（ＬＴＣＣ：Low Temperature Co-fired Ceramics）多層基板、エポキシ、ポリイミドなどの樹脂から構成される樹脂層を複数積層して形成された多層樹脂基板、より低い誘電率を有する液晶ポリマー（Liquid Crystal Polymer：ＬＣＰ）から構成される樹脂層を複数積層して形成された多層樹脂基板、フッ素系樹脂から構成される樹脂層を複数積層して形成された多層樹脂基板、あるいは、ＬＴＣＣ以外のセラミックス多層基板である。なお、誘電体基板１３０は必ずしも多層構造でなくてもよく、単層の基板であってもよい。

放射素子１２１は、Ｚ軸方向から視た場合に、Ｘ軸方向と平行な２辺と、Ｘ軸方向と直交する２辺とに囲まれた矩形形状を有する。放射素子１２１は、ＲＦＩＣ１１０に接続される給電点ＳＰを有する。給電点ＳＰは、放射素子１２１の面中心からＸ軸の負方向にオフセットした位置に配置されている。言い換えれば、Ｘ軸方向は、放射素子１２１の面中心と給電点ＳＰとを結ぶ仮想線（図１に一点鎖線で示す線）に沿う方向である。放射素子１２１の給電点ＳＰにＲＦＩＣ１１０から高周波信号が供給されることによって、放射素子１２１からは、Ｘ軸方向を偏波方向とする電波がＺ軸正方向に放射される。

接地電極ＧＮＤは、誘電体基板１３０の第２主表面１３０ｂに配置され、平板状に延在する。Ｚ軸方向から視た接地電極ＧＮＤのサイズ（面積）は、放射素子１２１のサイズ（面積）よりも大きい。

上述したように、一般的に、アンテナから電波を放射する際には、基本波の特性を維持しつつ、高調波が周囲に与える影響を極力抑えたいというニーズがある。本実施の形態によるアンテナ装置１２０には、以下に説明するように、このニーズを満たすための工夫が施されている。

以下では、放射素子１２１におけるＸ軸方向（偏波方向）の端部を通り、かつＸ軸方向と直交する平面を「第１境界面Ｌ１」と定義する。さらに、放射素子１２１におけるＹ軸方向（偏波方向と直交する方向）の端部を通り、かつ第１境界面Ｌ１およびＹ軸方向と直交する平面を「第２境界面Ｌ２」と定義する。第１境界面Ｌ１には、図２に示すように、放射素子１２１におけるＸ軸負方向の端部を通る第１境界面Ｌ１ａと、放射素子１２１におけるＸ軸正方向の端部を通る第１境界面Ｌ１ｂとが含まれる。また、第２境界面Ｌ２には、図２に示すように、放射素子１２１におけるＹ軸負方向の端部を通る第２境界面Ｌ２ａと、放射素子１２１におけるＹ軸正方向の端部を通る第２境界面Ｌ２ｂとが含まれる。

さらに、以下では、誘電体基板１３０において、放射素子１２１に対して第１境界面Ｌ１の外側かつ第２境界面Ｌ２の外側の領域を「調整領域Ａ」と定義し、調整領域Ａ以外の領域を「非調整領域Ｂ」と定義する。調整領域Ａには、図２に示すように、第１境界面Ｌ１ａの外側かつ第２境界面Ｌ２ａの外側の「調整領域Ａ１」と、第１境界面Ｌ１ｂの外側かつ第２境界面Ｌ２ａの外側の「調整領域Ａ２」と、第１境界面Ｌ１ａの外側かつ第２境界面Ｌ２ｂの外側の「調整領域Ａ３」と、第１境界面Ｌ１ｂの外側かつ第２境界面Ｌ２ｂの外側の「調整領域Ａ４」とが含まれる。

なお、Ｘ軸方向を偏波方向とする放射素子１２１から電波が放射される際には、主に、第１境界面Ｌ１の内側領域（第１境界面Ｌ１ａと第１境界面Ｌ１ｂとの間の領域）に磁界が生じ、第２境界面Ｌ２の内側領域（第２境界面Ｌ２ａと第２境界面Ｌ２ｂとの間の領域）に電界が生じる。したがって、上述の調整領域Ａ１～Ａ４は、放射素子１２１から電波が放射される際の電界および磁界の影響が少ない領域であることが想定される。

本実施の形態による誘電体基板１３０においては、４つの調整領域Ａ１～Ａ４のうちの調整領域Ａ１，Ａ２の誘電体の厚さが、非調整領域Ｂの誘電体の厚さよりも小さくなるようにトリミングされている。具体的には、調整領域Ａ１，Ａ２において、誘電体の一部（斜線で示す部分）がトリミングされている。以下では、４つの調整領域Ａ１～Ａ４のうちの、誘電体の一部がトリミングされている調整領域Ａ１，Ａ２を、他の調整領域Ａ３，Ａ４とは区別して「特定領域Ａ１，Ａ２」とも称する。また、誘電体基板１３０における特定領域Ａ１，Ａ２の部分を「特定部１３１」とも称し、誘電体基板１３０における特定部１３１以外の部分を「基部１３５」とも称する。

本実施の形態による誘電体基板１３０においては、特定領域Ａ１，Ａ２の特定部１３１の厚さが、非調整領域Ｂを含む基部１３５の厚さよりも小さくなるように、特定領域Ａ１，Ａ２の誘電体がトリミングされている。これにより、特定領域Ａ１，Ａ２の実効誘電率は、非調整領域Ｂの実効誘電率とは異なる値となる。より具体的には、特定領域Ａ１，Ａ２の実効誘電率は、非調整領域Ｂの実効誘電率よりも小さくなる。

本明細書において、実効誘電率とは、接地電極ＧＮＤが配置される高さレベルから、放射素子１２１が配置される高さレベルまでのトータルの誘電率を意味する。したがって、本実施の形態において、特定領域Ａ１，Ａ２の実効誘電率は、特定領域Ａ１，Ａ２における特定部１３１とトリミングされた空間部分（図３の斜線で示す部分）とを合わせた誘電率であり、非調整領域Ｂの実効誘電率とは、非調整領域Ｂにおける基部１３５の誘電率である。また、接地電極ＧＮＤが誘電体基板１３０とは別の基板に配置される場合には、各領域の実効誘電率は、別の基板の接地電極ＧＮＤが配置される高さレベルから、誘電体基板１３０の放射素子１２１が配置される高さレベルまでのトータルの誘電率である。

なお、図２に示すように、特定領域Ａ１，Ａ２をＺ軸方向から平面視した場合、特定領域Ａ１，Ａ２の一部が接地電極ＧＮＤと重複する。このように、特定領域Ａ１，Ａ２をＺ軸方向から平面視した場合において、特定領域Ａ１，Ａ２が必ずしも接地電極ＧＮＤに包含されている必要はなく、特定領域Ａ１，Ａ２の少なくとも一部が接地電極ＧＮＤと重複していればよい。特定領域Ａ１，Ａ２の実効誘電率を下げるという目的に鑑みて、特定領域Ａ１，Ａ２を接地電極ＧＮＤに包含させるようにしてもよい。

このように、本実施の形態によるアンテナ装置１２０は、調整領域Ａ１～Ａ４の一部である特定領域Ａ１，Ａ２の実効誘電率を非調整領域Ｂの実効誘電率よりも小さくすることによって、特定領域Ａ１，Ａ２を有しない従来相当のアンテナ装置に比べて、アンテナの基本波の特性を維持しつつ、高調波が周囲に与える影響を抑えるように高調波の特性を調整している。

以下、本実施の形態によるアンテナ装置１２０の高調波特性および基本波特性について順番に説明する。以下では、出力目標である基本波の周波数（基本周波数）を「２８ＧＨｚ」とする例について説明する。

（高調波特性）
まず、アンテナ装置１２０の高調波特性について説明する。

図５は、放射素子１２１から放射される電波に含まれる高調波のゲインを３次元的に示す図である。図５においては、Ｘ軸からのＺ軸周りの傾斜角が「φ」で示され、Ｚ軸からのＸ軸周りの傾斜角が「θ」で示される。図５に示されるように、高調波のゲインは、Ｚ軸周りの傾斜角φが９０°となる部分に２つのピークを有している。

図６は、Ｚ軸周りの傾斜角φが９０°である場合の高調波のゲインを、Ｘ軸周りの傾斜角θをパラメータとして示す図である。本実施の形態においては、図６に示す高調波のゲインの最大値を高調波の「ピークゲイン」とし、高調波のゲインがピークゲインから３ｄＢ低下する傾斜角θの幅を高調波の「－３ｄＢ角度」としている。後述の図８においては、高調波の「－３ｄＢ角度」を高調波の特性として用いている。高調波の「－３ｄＢ角度」は、高調波の放射角度に相当する。

図７は、高調波の反射特性を示す図である。図７において、横軸は周波数（ＧＨｚ）を示し、縦軸は反射損失を減衰量（ｄＢ）として示す。反射損失とは、入力レベルに対する反射レベルの比をデシベル（ｄＢ）で表わしたものである。したがって、反射損失が小さいほど（０に近いほど）、入力レベルに対する反射レベルの割合が大きく、高調波が放射され難いことを意味する。なお、図７では、基本周波数２８ＧＨｚの２倍の周波数５６ＧＨｚが６０ＧＨｚを中心周波数とするミリ波帯に含まれることに鑑み、５０ＧＨｚ～９０ＧＨｚの帯域の反射損失を計測した結果が示されている。

図７において、実線は、特定領域Ａ１，Ａ２を有する本開示によるアンテナ装置１２０の高調波特性を示す。破線は、特定領域Ａ１，Ａ２を有しない従来相当の比較例によるアンテナ装置（従来相当のアンテナ装置）の高周波特性を示す。

図７を参照すると、本開示によるアンテナ装置１２０は、比較例によるアンテナ装置と同様、反射損失が小さい値に維持されており、高調波が放射され難い特性を有することが分かる。なお、ＷｉＧｉｇ（Wireless Gigabit）の通信規格では５７ＧＨｚから６６ＧＨｚの周波数帯域が利用され得るが、本開示によるアンテナ装置１２０においては、５７ＧＨｚから６６ＧＨｚの周波数帯域においても高調波が放射され難くＷｉＧｉｇへの影響が抑えられている。

また、図７を参照すると、本開示によるアンテナ装置１２０においては、５２ＧＨｚおよび６６ＧＨｚで高調波の反射損失が極大となり高調波が放射され易いことが分かる。そこで、本実施の形態においては、高調波が放射され易い５２ＧＨｚおよび６６ＧＨｚを周波数Ｆ０とし、この周波数Ｆ０の高調波の－３ｄＢ角度を計測した。

図８は、高調波が放射され易い周波数Ｆ０（５２ＧＨｚおよび６６ＧＨｚ）における、高調波のピークゲインおよび－３ｄＢ角度を示す図である。５２ＧＨｚおよび６６ＧＨｚのどちらの周波数においても、本開示によるアンテナ装置１２０は、従来相当の比較例に比べて、－３ｄＢ角度が小さくなっていることがわかる。すなわち、本開示によるアンテナ装置１２０は、従来相当のアンテナ装置に比べて、高調波の放射角度が狭いため、高調波が周囲に与える影響を抑えることができる。

（基本波特性）
次に、アンテナ装置１２０の基本波特性について説明する。上述したように、基本波の周波数を「２８ＧＨｚ」とする例を説明する。

図９は、放射素子１２１から放射される電波に含まれる基本波のゲインを３次元的に示す図である。図９においても、図５と同様に、Ｘ軸からのＺ軸周りの傾斜角が「φ」で示され、Ｚ軸からのＸ軸周りの傾斜角が「θ」で示される。図９に示されるように、基本波のゲインはＺ軸正方向においてピークとなる。

図１０は、Ｚ軸周りの傾斜角φが９０°である場合の基本波のゲインを、Ｘ軸周りの傾斜角θをパラメータとして示す図である。本実施の形態においては、図１０に示す基本波のゲインの最大値を基本波の「ピークゲイン」とし、基本波のゲインがピークゲインから３ｄＢ低下する傾斜角θの幅を基本波の「－３ｄＢ角度」としている。基本波の「－３ｄＢ角度」は、基本波の放射角度に相当する。

なお、基本波特性では、従来相当の比較例によるアンテナ装置に加えて、比較例１、比較例２によるアンテナ装置についても合わせて評価した。図１１は、比較例１によるアンテナ装置の斜視図である。比較例１によるアンテナ装置は、従来相当の比較例によるアンテナ装置に対して、調整領域Ａ１と調整領域Ａ２との間の領域Ｂ１の誘電体をトリミングして薄くしたものである。図１２は、比較例２によるアンテナ装置の斜視図である。比較例２によるアンテナ装置は、従来相当の比較例によるアンテナ装置に対して、調整領域Ａ１と調整領域Ａ３との間の領域Ｂ２の誘電体をトリミングして薄くしたものである。

図１３は、基本波の反射特性を示す図である。図１３においても、上述の図７と同様、横軸は周波数（ＧＨｚ）を示し、縦軸は反射損失を減衰量（ｄＢ）として示す。反射損失が大きいほど（０から遠いほど）、入力レベルに対する反射レベルの割合が小さく、基本波が放射され易いことを意味する。

図１３において、実線は本開示によるアンテナ装置１２０の基本波特性を示す。破線は従来相当の比較例によるアンテナ装置の基本波特性を示し、一点鎖線は比較例１によるアンテナ装置の基本波特性を示し、二点鎖線は比較例２によるアンテナ装置の基本波特性を示す。なお、図１３には、各放射素子に同じ高周波信号を入力した場合の特性が示されている。

図１３に示されるように、本開示（実線）においては、基本波の反射損失が極大となる周波数ｆ０が、従来相当（破線）と同じ２８ＧＨｚに維持されている。すなわち、本開示によるアンテナ装置１２０においては、基本波の周波数特性が従来相当に維持されている。

これに対し、比較例１（一点鎖線）においては、基本波の反射損失が極大となる周波数ｆ０が２８ＧＨｚよりも大きい値に変動している。さらに、比較例２（二点鎖線）においては、基本波の反射損失が極大となる周波数ｆ０が２８ＧＨｚよりも大幅に変動して２９ＧＨｚを超えている。すなわち、比較例１および比較例２の構成では、基本波特性を維持できないことが分かる。

図１４は、基本波のピークゲイン、ピーク角度および－３ｄＢ角度を示す図である。上述したように、本開示においては、基本波の反射損失が極大となる周波数ｆ０の変動はなく、基本周波数を従来相当と同じ２８ＧＨｚに維持することができる。これに対し、比較例１および比較例２においては、周波数ｆ０の変動があり、基本周波数を２８ＧＨｚに維持できないことが分かる。

さらに、本開示においては、－３ｄＢ角度も従来相当と同じ値から変化しておらず、基本波の放射角度を維持できている。これに対し、比較例１および比較例２においては、－３ｄＢ角度が従来相当よりも小さい値に変動しており、基本波の放射角度が狭くなって基本波特性が劣化してしまうことが理解できる。

なお、比較例１および比較例２においては、電磁界の影響が大きい領域（図１１に示す領域Ｂ１、図１２に示す領域Ｂ２）の実効誘電率がトリミングによって低下した影響で、基本波のピークゲインが増加し、その結果として－３ｄＢ角度が変動したと推測される。

図１５は、基本波の反射損失が極大となる周波数ｆ０が２８ＧＨｚが統一されるように比較例１，２の放射素子のサイズを調整した場合における、基本波のピークゲイン、ピーク角度および－３ｄＢ角度を示す図である。図１５に示すように、周波数ｆ０が２８ＧＨｚとなるように比較例１，２の放射素子のサイズを調整したとしても、比較例１，２では－３ｄＢ角度が狭くなっており、基本波特性が劣化してしまうことが理解できる。

以上のように、本実施の形態によるアンテナ装置１２０は、Ｘ軸方向を偏波方向とする電波を放射する板状の放射素子１２１と、放射素子１２１が形成される誘電体基板１３０とを備える。この誘電体基板１３０においては、放射素子１２１に対して第１境界面Ｌ１の外側かつ第２境界面Ｌ２の外側の調整領域Ａ１～Ａ４のうちの一部である特定領域Ａ１，Ａ２の誘電体の厚さが、非調整領域Ｂの誘電体の厚さよりも小さくされる。これにより、特定領域Ａ１，Ａ２の実効誘電率が非調整領域Ｂの実効誘電率よりも小さくされる。その結果、本実施の形態によるアンテナ装置１２０は、特定領域Ａ１，Ａ２を有さない従来相当のアンテナ装置に比べて、基本波の特性を維持しつつ、高調波の特性を調整して高調波が周囲に与える影響を抑えることができる。

なお、本実施の形態の「放射素子１２１」、「接地電極ＧＮＤ」および「誘電体基板１３０」は、本開示の「第１放射素子」、「接地電極」および「誘電体基板」にそれぞれ対応し得る。また、本実施の形態の「第１境界面Ｌ１」および「第２境界面Ｌ２」は、本開示の「第１境界面」および「第２境界面」にそれぞれ対応し得る。また、本実施の形態の「調整領域Ａ１～Ａ４」および「非調整領域Ｂ」は、本開示の「調整領域」および「非調整領域」にそれぞれ対応し得る。また、本実施の形態の「特定領域Ａ１，Ａ２」は、本開示の「特定領域」に対応し得る。

［変形例］
以下、アンテナ装置１２０のバリエーション（変形例）について説明する。

（変形例１）
上述の実施の形態においては、４つの調整領域Ａ１～Ａ４のうちの、２つの調整領域Ａ１，Ａ２を、非調整領域Ｂの実効誘電率よりも小さい「特定領域」にする例について説明した。しかしながら、特定領域の数および組合せは、これに限定されない。たとえば、４つの調整領域Ａ１～Ａ４のうちのいずれか１つの領域のみを特定領域としてもよいし、４つの調整領域Ａ１～Ａ４のうちのいずれか３つの領域を特定領域としてもよいし、４つの調整領域Ａ１～Ａ４のすべてを特定領域としてもよい。

また、上述の実施の形態においては、調整領域Ａ１，Ａ２の誘電体の厚さを非調整領域Ｂの誘電体の厚さよりも薄くする（小さくする）ことによって、調整領域Ａ１，Ａ２を、非調整領域Ｂよりも実効誘電率の小さい「特定領域」にする例について説明した。しかしながら、調整領域Ａ１，Ａ２を「特定領域」にする手法は、これに限定されない。たとえば、調整領域Ａ１，Ａ２の誘電体をすべてカットするようにしてもよい。また、調整領域Ａ１，Ａ２の誘電体の厚さに段差を設けることによって、調整領域Ａ１，Ａ２の実効誘電率をより細かく調整するようにしてもよい。また、調整領域Ａ１，Ａ２のトリミング部分に特定部１３１の誘電率よりも誘電率の低い低誘電率材料を充填することによって、調整領域Ａ１，Ａ２の実効誘電率を非調整領域Ｂの実効誘電率と異ならせるようにしてもよい。

（変形例２）
図１６は、本変形例２によるアンテナ装置１２０Ａの平面図である。アンテナ装置１２０Ａは、上述の図２に示すアンテナ装置１２０の放射素子１２１を、放射素子１２１ａに変更したものである。

放射素子１２１ａは、Ｚ軸方向から視た場合に、Ｘ軸方向と交差する４辺に囲まれた矩形形状を有する。放射素子１２１をこのように変形してもよい。また、放射素子１２１ａの形状は、矩形形状に限られず、五角形以上の多角形状であってもよい。

図１７は、本変形例２による他のアンテナ装置１２０Ｂの平面図である。アンテナ装置１２０Ｂは、上述の図２に示すアンテナ装置１２０の放射素子１２１を、略円形状の放射素子１２１ｂに変更したものである。放射素子１２１をこのように変形してもよい。また、放射素子１２１ｂの形状は、円形状に限られず、楕円形状であってもよい。

（変形例３）
図１８は、本変形例３によるアンテナ装置１２０Ｃの平面図である。図１９は、本変形例３によるアンテナ装置１２０ＣをＹ軸方向から視た側面図である。アンテナ装置１２０Ｃは、上述の図２に示すアンテナ装置１２０に対し、放射素子１２１を複数備える。すなわち、本変形例３によるアンテナ装置１２０Ｃは、誘電体基板１３０Ｃに複数の放射素子１２１が所定間隔を隔ててＸ軸方向に並べて配置されるアレイアンテナである。アンテナ装置１２０Ｃにおいても、非調整領域とは実効誘電率が異なる特定領域Ａ（斜線部分）を設けることで、上述の実施の形態と同様の効果を奏することができる。

隣り合う放射素子１２１を第１放射素子および第２放射素子とするとき、第１放射素子と第２放射素子との間に設けられる特定領域Ａは、第１放射素子の調整領域と、第２放射素子の調整領域とが重なる部分に配置される。

なお、本変形例３の隣り合う２つの放射素子１２１は、本開示の「第１放射素子」および「第２放射素子」にそれぞれ対応し得る。

（変形例４）
図２０は、本変形例４によるアンテナ装置１２０Ｄの平面図である。アンテナ装置１２０Ｄは、上述の図１８に示す変形例３によるアンテナ装置１２０Ｃに対し、特定領域（斜線部分）の誘電体である特定部１３１が非調整領域の誘電体よりもＹ軸負方向（誘電体の面内方向）に突出する突出部１３１ａを有する点が異なる。このように変形しても、上述の実施の形態と同様の効果を奏することができる。さらに、突出部１３１ａの一部に、アンテナ装置１２０Ｄと他の部品とを接続させるためのコネクタＣを配置するようにしてもよい。

なお、本変形例４の「突出部１３１ａ」および「コネクタＣ」は、本開示の「突出部」および「突出部に配置される部品」に対応し得る。

（変形例５）
図２１は、本変形例５によるアンテナ装置１２０Ｅの斜視図である。アンテナ装置１２０Ｅは、複数の放射素子１２１が配置される誘電体基板１３０Ｅを備える。誘電体基板１３０Ｅは、略Ｌ字形状に形成され、円弧状に切除された特定領域Ａを有する第１基部１３５Ｅと、第２基部１３６Ｅと、屈曲部１３１Ｅとを有する。屈曲部１３１Ｅは、第１基部１３５Ｅの特定領域ＡからＹ軸負方向に突出し、屈曲した状態で第２基部１３６Ｅに接続される。このようなアンテナ装置１２０Ｅにおいても、非調整領域とは実効誘電率が異なる特定領域Ａが設けられることで、上述の実施の形態と同様の効果を奏することができる。

なお、本変形例４の「第１基部１３５Ｅ」、「第２基部１３６Ｅ」、「屈曲部１３１Ｅ」、および「特定領域Ａ」は、本開示の「誘電体基板」、「他の誘電体基板」、「突出部」、および「特定領域」にそれぞれ対応し得る。

（変形例６）
図２２は、本変形例６によるアンテナ装置１２０Ｆの斜視図である。アンテナ装置１２０Ｆは、略Ｌ字形状に形成される誘電体基板１３０Ｆを備える。誘電体基板１３０Ｆは、複数の放射素子１２１が配置される第１基部１３５Ｆと、複数の放射素子１２１が配置される第２基部１３６Ｆと、屈曲部１３１Ｆとを有する。第１基部１３５Ｆは、円弧状に切除された特定領域Ａを有する。第２基部１３６Ｆも、円弧状に切除された特定領域Ａを有する。屈曲部１３１Ｆは、第１基部１３５Ｆの特定領域ＡからＹ軸負方向に突出し、屈曲した状態で第２基部１３６Ｆの特定領域Ａに接続される。このようなアンテナ装置１２０Ｆにおいても、上述の実施の形態と同様の効果を奏することができる。

なお、本変形例６の「第１基部１３５Ｆ」、「第２基部１３６Ｆ」、「屈曲部１３１Ｆ」、および「特定領域Ａ」は、本開示の「誘電体基板」、「他の誘電体基板」、「突出部」、および「特定領域」にそれぞれ対応し得る。

（変形例７）
上述の実施の形態においては、調整領域Ａ１，Ａ２の誘電体の厚さを非調整領域Ｂの誘電体の厚さよりも小さくすることによって、高調波の特性を調整する例について説明した。

しかしながら、調整領域Ａ１，Ａ２の誘電体の厚さを非調整領域Ｂの誘電体の厚さよりも大きくすることによって、高調波の特性を調整するようにしてもよい。

図２３は、本変形例７によるアンテナ装置１２０Ｇの平面図である。図２４は、アンテナ装置１２０Ｇの図２３におけるＸＸＩＶ－ＸＸＩＶ断面図である。

アンテナ装置１２０Ｇは、上述のアンテナ装置１２０の誘電体基板１３０を、誘電体基板１３０Ｇに変更したものである。誘電体基板１３０Ｇは、上述の誘電体基板１３０の特定部１３１を、特定部１３１Ｇに変更したものである。

本変形例７によるアンテナ装置１２０Ｇにおいては、特定部１３１Ｇの誘電体の厚さが、非調整領域Ｂの誘電体の厚さよりも大きくなるように構成されている。より具体的には、アンテナ装置１２０Ｇにおいては、調整領域Ａ１，Ａ２において、非調整領域Ｂの誘電体の高さの誘電体１３１ｃの上に、他の誘電体１３１ｂ（図２３、図２４の斜線で示す部分）が積層されることによって特定部１３１Ｇが構成される。これにより、特定部１３１Ｇの誘電体の厚さが非調整領域Ｂの誘電体の厚さよりも大きくなる。その結果、特定部１３１Ｇの実効誘電率は、非調整領域Ｂの実効誘電率とは異なる値に調整される。

このように、調整領域Ａ１，Ａ２の誘電体の厚さを非調整領域Ｂの誘電体の厚さよりも大きくすることによって、高調波の特性を調整するようにしてもよい。

なお、非調整領域Ｂの実効誘電率とは異なる領域は、Ｚ軸方向から視て矩形状でなくてもよいし、基板端のみに配置されてもよい。

（変形例８）
上述の実施の形態においては、調整領域Ａ１，Ａ２において、非調整領域Ｂの実効誘電率とは異なる領域が誘電体の上層に配置される例について説明した。

しかしながら、調整領域Ａ１，Ａ２において非調整領域Ｂの実効誘電率とは異なる領域は、誘電体の上層に配置されることに限定されるものではなく、誘電体の内層あるいは下層に配置されてもよい。

図２５は、本変形例８によるアンテナ装置１２０Ｈの断面図である。アンテナ装置１２０Ｈは、上述のアンテナ装置１２０の誘電体基板１３０を、誘電体基板１３０Ｈに変更したものである。誘電体基板１３０Ｈは、上述の誘電体基板１３０の特定部１３１を、特定部１３１Ｈに変更したものである。アンテナ装置１２０Ｈの特定部１３１Ｈにおいては、非調整領域Ｂの実効誘電率とは異なる領域（図２５の斜線で示す領域）が誘電体の内層（中間層）に配置される。

図２６は、本変形例８による他のアンテナ装置１２０Ｉの断面図である。アンテナ装置１２０Ｉは、上述のアンテナ装置１２０の誘電体基板１３０を、誘電体基板１３０Ｉに変更したものである。誘電体基板１３０Ｉは、上述の誘電体基板１３０の特定部１３１を、特定部１３１Ｉに変更したものである。アンテナ装置１２０Ｉの特定部１３１Ｉにおいては、非調整領域Ｂの実効誘電率とは異なる領域（図２６の斜線で示す領域）が誘電体の下層に配置される。

このように、調整領域Ａ１，Ａ２において非調整領域Ｂの実効誘電率とは異なる領域を誘電体の内層あるいは下層に配置するようにしてもよい。

（変形例９）
上述の実施の形態においては、放射素子１２１と接地電極ＧＮＤとが１つの同じ誘電体基板１３０に配置される例について説明した。

しかしながら、放射素子１２１と接地電極ＧＮＤとが別々の誘電体基板にそれぞれ配置されるようにしてもよい。

図２７は、本変形例９によるアンテナ装置１２０Ｊの断面図である。アンテナ装置１２０Ｊは、上述のアンテナ装置１２０の誘電体基板１３０を、誘電体基板１３０Ｊに変更したものである。誘電体基板１３０Ｊは、放射素子１２１が配置される基板と、接地電極ＧＮＤが配置される基板とを、それぞれ別々にしたものである。誘電体基板１３０Ｊの特定部１３１Ｊにおいては、非調整領域Ｂの実効誘電率とは異なる領域（図２７の斜線で示す領域）は、放射素子１２１が配置される基板と、接地電極ＧＮＤが配置される基板の一部とに配置される。

図２８は、本変形例９による他のアンテナ装置１２０Ｋの断面図である。アンテナ装置１２０Ｋは、上述のアンテナ装置１２０の誘電体基板１３０を、誘電体基板１３０Ｋに変更したものである。誘電体基板１３０Ｋは、放射素子１２１が配置される基板と、接地電極ＧＮＤが配置される基板とを、それぞれ別々にしたものである。誘電体基板１３０Ｋの特定部１３１Ｋにおいて、非調整領域Ｂの実効誘電率とは異なる領域（図２８の斜線で示す領域）は、放射素子１２１が配置される基板には配置されず、接地電極ＧＮＤが配置される基板の一部にのみ配置される。

図２９は、本変形例９によるアンテナ装置１２０Ｌの断面図である。アンテナ装置１２０Ｌは、上述のアンテナ装置１２０の誘電体基板１３０を、誘電体基板１３０Ｌに変更したものである。誘電体基板１３０Ｌは、放射素子１２１が配置される基板と、接地電極ＧＮＤが配置される基板とを、それぞれ別々にしたものである。誘電体基板１３０Ｌの特定部１３１Ｌにおいて、非調整領域Ｂの実効誘電率とは異なる領域（図２９の斜線で示す領域）は、放射素子１２１が配置される基板にのみ配置され、接地電極ＧＮＤが配置される基板には配置されない。

これらのように、放射素子１２１と接地電極ＧＮＤとが別々の誘電体基板にそれぞれ配置されるようにしてもよい。

（変形例１０）
上述の変形例４によるアンテナ装置１２０Ｄ（図２０参照）においては、特定部１３１にＹ軸負方向に突出する突出部１３１ａの一部にコネクタＣが配置される。

しかしながら、コネクタＣは必ずしも突出部１３１ａに配置されることに限定されず、特定部１３１に配置されてもよい。

図３０は、本変形例１０によるアンテナ装置１２０Ｍの斜視図である。アンテナ装置１２０Ｍは、上述のアンテナ装置１２０の特定部１３１の一部にコネクタＣ１を追加したものである。このようにすることで、誘電体がトリミングされた空間を活用してコネクタＣ１を配置できるとともに、特定部１３１の高調波特性を調整する効果も期待できる。

（変形例１１）
図３１は、本変形例１１によるアンテナ装置１２０Ｎの斜視図である。アンテナ装置１２０Ｎは、略Ｌ字形状に形成される誘電体基板１３０Ｎを備える。誘電体基板１３０Ｎは、複数の放射素子１２１が配置される第１基部１３５Ｎと、複数の放射素子１２１が配置される第２基部１３６Ｎと、屈曲部１３１Ｎとを有する。第１基部１３５Ｎは、円弧状に切除された特定領域Ａを有する。第２基部１３６Ｎも、円弧状に切除された特定領域Ａを有する。

屈曲部１３１Ｎは、第１基部１３５Ｎにおける特定領域Ａではない領域から、特定領域Ａの誘電体よりもＹ軸負方向（誘電体の面内方向）に突出し、屈曲した状態で第２基部１３６Ｎにおける特定領域Ａではない領域に接続される。このように、第１基部１３５Ｎから突出する屈曲部１３１Ｎが、第１基部１３５Ｎにおける特定領域Ａではない領域に設けられてもよい。このようなアンテナ装置１２０Ｎにおいても、上述の実施の形態と同様の効果を奏することができる。

（変形例１２）
図３２は、本変形例１２によるアンテナ装置１２０Ｐの斜視図である。アンテナ装置１２０Ｐは、上述の図３０に示す変形例１０によるアンテナ装置１２０Ｍに対し、特定領域ではない非調整領域の誘電体が特定領域の誘電体である特定部１３１よりもＹ軸負方向（誘電体の面内方向）に突出する突出部１３５Ｐを有する点、およびコネクタＣ１が特定部１３１ではなく突出部１３５Ｐに配置される点が異なる。このように、特定領域ではない領域の誘電体における突出部１３５Ｐに、コネクタＣ１が配置されるようにしてもよい。

上述の実施の形態および変形例１－１０における特徴は、矛盾が生じない範囲で適宜組み合わせることが可能である。

今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本開示の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１０ 通信装置、１００ アンテナモジュール、１１１Ａ～１１１Ｄ，１１３Ａ～１１３Ｄ，１１７ スイッチ、１１２ＡＲ～１１２ＤＲ ローノイズアンプ、１１２ＡＴ～１１２ＤＴ パワーアンプ、１１４Ａ～１１４Ｄ 減衰器、１１５Ａ～１１５Ｄ 移相器、１１６ 分波器、１１８ ミキサ、１１９ 増幅回路、１２０，１２０Ａ～１２０Ｍ，１２０Ｐ アンテナ装置、１２１，１２１ａ，１２１ｂ 放射素子、１３０，１３０Ｃ，１３０Ｅ～１３０Ｌ 誘電体基板、１３０ａ 第１主表面、１３０ｂ 第２主表面、１３１ 特定部、１３１Ｅ，１３１Ｆ 屈曲部、１３１ａ，１３５Ｐ 突出部、１３１ｂ，１３１ｃ 誘電体、１３５ 基部、１３５Ｅ，１３５Ｆ 第１基部、１３６Ｅ，１３６Ｆ 第２基部、Ａ，Ａ１～Ａ４ 調整領域、Ｂ 非調整領域、Ｃ コネクタ、ＧＮＤ 接地電極、Ｌ１ 第１境界面、Ｌ２ 第２境界面、ＳＰ 給電点。

Claims (13)

1. 第１方向を偏波方向とする電波を放射する板状の第１放射素子と、
   前記第１放射素子が形成される誘電体基板とを備え、
   前記第１放射素子における前記第１方向の端部を通り、かつ前記第１方向と直交する平面を第１境界面とし、前記第１放射素子における前記第１方向と直交する第２方向の端部を通り、かつ前記第２方向と直交する平面を第２境界面としたとき、
   前記誘電体基板において、
   前記第１放射素子に対して前記第１境界面の外側かつ前記第２境界面の外側の領域である調整領域には、前記調整領域以外の領域である非調整領域の実効誘電率とは異なる実効誘電率を有する特定領域が含まれる、アンテナ装置。
2. 前記特定領域の実効誘電率は、前記非調整領域の実効誘電率よりも小さい、請求項１に記載のアンテナ装置。
3. 前記特定領域の誘電体の厚さは、前記非調整領域の誘電体の厚さよりも小さい、請求項２に記載のアンテナ装置。
4. 前記特定領域の誘電体の厚さは、前記非調整領域の誘電体の厚さよりも大きい、請求項２に記載のアンテナ装置。
5. 前記アンテナ装置は、前記誘電体基板に、前記第１放射素子に対して所定間隔を隔てて並べて配置される第２放射素子を備え、
   前記特定領域は、前記第１放射素子の前記調整領域と、前記第２放射素子の前記調整領域とが重なる部分に配置される、請求項１～４のいずれかに記載のアンテナ装置。
6. 前記特定領域の誘電体は、前記非調整領域の誘電体よりも前記誘電体基板の面内方向に突出する突出部を有する、請求項５に記載のアンテナ装置。
7. 前記アンテナ装置は、前記特定領域の誘電体における前記突出部に配置される部品をさらに備える、請求項６に記載のアンテナ装置。
8. 前記特定領域の誘電体における前記突出部は、曲げられた状態で他の誘電体基板に接続される、請求項６に記載のアンテナ装置。
9. 前記他の誘電体基板には、第３放射素子が配置される、請求項８に記載のアンテナ装置。
10. 前記特定領域ではない領域の誘電体は、前記特定領域の誘電体よりも前記誘電体基板の面内方向に突出する突出部を有する、請求項５に記載のアンテナ装置。
11. 前記アンテナ装置は、前記特定領域ではない領域の誘電体における前記突出部に配置される部品をさらに備える、請求項１０に記載のアンテナ装置。
12. 前記特定領域ではない領域の誘電体における前記突出部は、曲げられた状態で他の誘電体基板に接続される、請求項１０に記載のアンテナ装置。
13. 前記他の誘電体基板には、第３放射素子が配置される、請求項１２に記載のアンテナ装置。

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