JP7355026B2 - 平面アンテナ及び窓ガラス - Google Patents

Description

本発明は、平面アンテナ及び窓ガラスに関する。

近年、４Ｇ ＬＴＥから５Ｇ（ｓｕｂ６）への移行など、マイクロ波やミリ波の周波数帯を使用する高速・大容量の無線通信システムを利用するサービスが拡がる動きがある。具体的には、３ＧＨｚ帯域から５～６ＧＨｚ帯域まで、そのようなサービスの使用帯域が広がる傾向にある。更に高周波の２８ＧＨｚ帯なども有望な帯域と期待されている。このような周波数帯に対応可能であって、指向性及び受信感度の良好なアンテナとして、パッチアンテナに代表される平面アンテナが知られており、様々な平面形状を有する平面アンテナが開示されている（例えば、特許文献１，２参照）。

特表２０１７‐５０９２６６号公報 特開２０１７‐０６３２５５号公報

ところが、従来のパッチアンテナは、所定の形状を有するパッチアンテナ部分と、パッチアンテナ部分に誘電体基板を介して対向する金属箔から形成される接地導体とを有するため、可視光の透過がその接地導体によって遮られる。したがって、従来の技術では、パッチアンテナを例えば窓ガラスなどの可視光透過部材に取り付けた場合、パッチアンテナ（特に、接地導体）が窓ガラス越しの視野を遮ってしまう問題があった。

そこで、本開示は、視野の遮りを抑え、指向性に優れ、所望の送受感度を有する平面アンテナを提供するとともに、少なくとも一つの当該平面アンテナを備える窓ガラスを提供する。

本開示は、
第１面と、前記第１面とは反対側の第２面とを有し、可視光が透過する誘電体層と、
前記第１面に設けられるアンテナ導体と、
前記第２面に設けられる接地導体とを備え、
前記接地導体は、平面視において、前記アンテナ導体と重複する第１領域と、前記アンテナ導体と重複しない第２領域に配置され、
前記第２領域は、平面アンテナによって送受される電波の、前記誘電体層における実効波長をλとすると、λ／４×λ／４の面積あたりに前記接地導体が占める面積の割合が５０％以下の領域を有する、平面アンテナを提供する。

また、本開示は、少なくとも一つの当該平面アンテナを備える窓ガラスを提供する。

本開示の技術によれば、視野の遮りを抑え、指向性に優れ、所望の送受感度を有する平面アンテナ、及び、少なくとも一つの当該平面アンテナを備える窓ガラスを提供できる。

第１の実施形態の平面アンテナの平面図である。 第１の実施形態の平面アンテナのアンテナ導体及び接地導体の平面図である。 第２の実施形態の平面アンテナの平面図である。 第２の実施形態の平面アンテナのアンテナ導体及び接地導体の平面図である。 第２の実施形態の平面アンテナの給電ラインの平面図である。 第２の実施形態の平面アンテナの給電ラインの平面図である。 第２の実施形態の平面アンテナの給電ラインの平面図である。 第２の実施形態の平面アンテナの給電ラインの平面図である。 第３の実施形態の平面アンテナの平面図である。 相互に交差する複数の線状導体の平面図である。 一比較形態の平面アンテナの平面図である。 一比較形態の平面アンテナのリターンロス特性の一例を示す図である。 第１の実施形態の平面アンテナのリターンロス特性の一例を示す図である。 第３の実施形態の平面アンテナのリターンロス特性の一例を示す図である。 一比較形態の平面アンテナのＥ面での指向性の一例を示す図である。 第１の実施形態の平面アンテナのＥ面での指向性の一例を示す図である。 第３の実施形態の平面アンテナのＥ面での指向性の一例を示す図である。 一比較形態の平面アンテナのＨ面での指向性の一例を示す図である。 第１の実施形態の平面アンテナのＨ面での指向性の一例を示す図である。 第３の実施形態の平面アンテナのＨ面での指向性の一例を示す図である。 平面アンテナの平面視での部分拡大図である。 第４の実施形態の平面アンテナの斜視図を示す。 第５の実施形態の平面アンテナの斜視図を示す。

以下、図面を参照して、本開示に係る実施形態の説明を行う。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、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。ＸＹ平面、ＹＺ平面、ＺＸ平面は、それぞれ、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に平行な仮想平面、Ｙ軸方向及びＺ軸方向に平行な仮想平面、Ｚ軸方向及びＸ軸方向に平行な仮想平面を表す。

本開示に係る実施形態の平面アンテナは、マイクロ波やミリ波等の高周波帯（例えば、０．３ＧＨｚ～３００ＧＨｚ）の電波の送受に好適である。本開示に係る実施形態の平面アンテナは、例えば、Ｖ２Ｘ通信システム、第５世代移動通信システム（いわゆる、５Ｇ）、車載レーダーシステムなどに適用可能であるが、適用可能なシステムはこれらに限られない。Ｖ２Ｘ通信システムの一例として、ＥＴＣ（Electronic Toll Collection）システムがある。

図１は、第１の実施形態の平面アンテナの平面図である。図１に示す平面アンテナ１０１は、可視光が透過する誘電体層４０と、誘電体層４０の片面に設けられるアンテナ導体１０と、誘電体層４０を介してアンテナ導体１０と対向する接地導体２０と、アンテナ導体１０に給電する給電ライン３０とを備える。平面アンテナ１０１は、パッチアンテナ又はマイクロストリップアンテナと称される。

図２は、第１の実施形態の平面アンテナのアンテナ導体及び接地導体の平面図である。誘電体層４０は、第１主面４１と、第１主面４１とは反対側の第２主面４２とを有する。図２の上段は、誘電体層４０の第１主面４１に設けられるアンテナ導体１０及び給電ライン３０を示す。図２の下段は、誘電体層４０の第２主面４２に設けられる接地導体２０を示す。第１主面４１は、誘電体層の第１面の一例である。第２主面４２は、誘電体層の第１面とは反対側の第２面の一例である。

誘電体層４０は、誘電体を主成分とする板状又はシート状の基材である。第１主面４１及び第２主面４２は、いずれも、ＸＹ平面に平行である。誘電体層４０は、例えば、誘電体基板でもよいし、誘電体シートでもよい。誘電体層４０の材料は、例えば、石英ガラス等のガラス、セラミックス、ポリテトラフルオロエチレン等のフッ素系樹脂、液晶ポリマー、シクロオレフィンポリマーなどが挙げられるが、その材料は、これらに限られない。

また、誘電体層４０の材料は、可視光が透過する透明な誘電体部材であればよく、透明には、半透明が含まれる。誘電体層４０の可視光線透過率は、視野の遮りを抑える点で、例えば９０％以上が好ましい。

アンテナ導体１０は、その表面がＸＹ平面に平行な平面状の導体パターンである。アンテナ導体１０は、第１主面４１に形成される導体パターンであり、第１主面４１に配置される導体シート又は導体基板により形成されてもよい。アンテナ導体１０に使用される導体の材料として、例えば、銀、銅などが挙げられるが、これらに限られない。

アンテナ導体１０は、例えば、少なくとも一つのパッチ導体を有する。第１の実施形態では、アンテナ導体１０は、４つのパッチ導体１１，１２，１３，１４を有するアレイアンテナを構成する例を示す。

第１の実施形態では、アンテナ導体１０は、可視光の透過度合いが誘電体層４０よりも低い領域から構成されたソリッドなパターンである。例えば、アンテナ導体１０の全体は、複数のパッチ導体１１～１４を含め、不透明な面状導体から構成されている。

給電ライン３０は、その表面がＸＹ平面に平行な平面状の導体パターンである。給電ライン３０は、第１主面４１に形成される導体パターンであり、第１主面４１に配置される導体シート又は導体基板により形成されてもよい。給電ライン３０に使用される導体の材料として、例えば、銀、銅などが挙げられるが、これらに限られない。第１の実施形態では、給電ライン３０は、アンテナ導体１０と一体的に形成されている。

給電ライン３０は、パッチ導体１１，１２への分岐路とパッチ導体１３，１４への分岐路とが接続される分岐箇所３６に接続される一方の端部３２と、アンプ等の不図示の外部装置に接続される給電端である他方の端部３３とを有する。第１の実施形態では、給電ライン３０は、Ｙ軸方向に延伸するストリップ導体であり、端部３２がアンテナ導体１０に接続されている。

第１の実施形態では、給電ライン３０は、可視光の透過度合いが誘電体層４０よりも低い領域から構成されたソリッドなパターンである。例えば、給電ライン３０の全体は、不透明な面状導体から構成されている。

接地導体２０は、その表面がＸＹ平面に平行な導体パターンである。接地導体２０は、第２主面４２に形成される導体パターンであり、第２主面４２に配置される導体シート又は導体基板により形成されてもよい。接地導体２０に使用される導体の材料として、例えば、銀、銅などが挙げられるが、これらに限られない。

接地導体２０は、隙間が生じるように形成される線状接地導体２７と、線状接地導体２７に接続される面状接地導体２６とを有する。面状接地導体２６は、第２主面４２の一端辺に帯状に設けられたグランド部である。面状接地導体２６は、給電端である端部３３に対応するグランド電極である。

第１の実施形態では、線状接地導体２７は、隙間が生じるように網目状に形成され、当該隙間によって視野（透明性）を確保できる。第１の実施形態では、格子状の隙間が形成されている。

第１の実施形態では、接地導体２０は、線状接地導体２７と接し、接地導体２０の外縁を形成する外縁線状導体２８を含む。外縁線状導体２８は、線状接地導体２７を囲んでいる。なお、外縁線状導体２８は、線状接地導体２７の一部を囲むように配置されてもよいが、外縁線状導体２８自体を配置しなくてもよい。外縁線状導体２８配置の有無については、以下の実施形態も同様である。

第１の実施形態では、図１に示されるように、平面視において、アンテナ導体１０と重複する第１領域２１と、アンテナ導体１０と重複しない第２領域２２に接地導体２０を有する。より具体的に、第１の実施形態では、線状接地導体２７が第１領域２１と第２領域２２の両方に形成されている。

第２領域２２は、平面アンテナ１０１によって送受される電波の、誘電体層４０における実効波長をλとすると、λ／４×λ／４の面積あたりに接地導体２０が占める面積の割合（以下、割合Ｒとも称する）が５０％以下の領域２３を有する。第１の実施形態では、領域２３は、可視光の透過を遮る線状接地導体２７の割合Ｒが５０％以下である。第２領域２２がこのような領域２３を有することにより、視野の遮りを抑え、指向性に優れ、所望の送受感度を有する平面アンテナ１０１を提供できる。例えば、平面アンテナ１０１を窓ガラス２００の表面又は内部に設置した場合、割合Ｒが５０％以下の領域２３を有することにより、平面アンテナ１０１（特に、接地導体２０）が窓ガラス２００越しの視野を遮ることを抑制できる。割合Ｒは、４０％以下が好ましく、３０％以下がより好ましい。割合Ｒの下限は、０％超であればとくに制限されないが、安定したアンテナ利得を確保するために例えば、割合Ｒは、２％以上であればよく、５％以上であれば好ましい。また、割合Ｒが５０％以下の領域２３を有するとともに、第２領域２２全ての面積あたりに接地導体２０が占める面積の割合（以下、割合Ｒ'とも称する）が５０％以下であると、より好ましい。割合Ｒ'も、割合Ｒと同様に、４０％以下が好ましく、３０％以下がより好ましい。割合Ｒ'の下限は、０％超であればとくに制限されないが、安定したアンテナ利得を確保するために例えば、割合Ｒ'は、２％以上であればよく、５％以上であれば好ましい。

割合Ｒが５０％を超えると、視野の確保が難しくなる。割合Ｒが例えば２％未満になると、視野の確保が容易になるが、アンテナ利得の確保が難しくなる。また、割合Ｒ'が５０％を超えると、視野の確保が難しくなり、割合Ｒ'が例えば２％未満になると、視野の確保が容易になるが、アンテナ利得の確保が難しくなる場合がある。

図３は、第２の実施形態の平面アンテナの平面図である。図３に示す平面アンテナ１０２は、可視光が透過する誘電体層４０と、誘電体層４０の片面に設けられるアンテナ導体１０と、誘電体層４０を介してアンテナ導体１０と対向する接地導体２０と、アンテナ導体１０に給電する給電ライン３０とを備える。

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、上述の実施形態の説明を援用することで省略する。図３に示す第２の実施形態では、アンテナ導体１０及び給電ライン３０の形態が、図１に示す第１の実施形態と異なる。

図４は、第２の実施形態の平面アンテナのアンテナ導体及び接地導体の平面図である。第２の実施形態では、アンテナ導体１０及び給電ライン３０は、いずれも、可視光の透過度合いが誘電体層４０よりも低い領域を有するパターンを含む。

アンテナ導体１０は、隙間がアンテナ導体１０の内部に生じるように形成される内部線状導体１７を含む。第２の実施形態では、内部線状導体１７は、格子状の隙間が生じるように網目状に形成されている。内部線状導体１７の少なくとも一部は、平面視において、接地導体２０の線状接地導体２７と重複しているが、内部線状導体１７の全てが線状接地導体２７と重複しているとより好ましい。このように、アンテナ導体１０と接地導体２０の両方が、隙間が生じるように線状導体によって形成されているので、視野の確保が更に容易になる。

第２の実施形態では、アンテナ導体１０は、内部線状導体１７と接し、アンテナ導体１０の外縁を形成する外縁線状導体１８を含む。外縁線状導体１８は、内部線状導体１７を囲んで閉じた状態になっている。このように、アンテナ導体１０について、外縁線状導体１８が内部線状導体１７を囲む構成とすることで、第１の実施形態のような面状導体の場合の電流分布との相違を抑制でき、良好なアンテナ特性を確保できる。

給電ライン３０は、隙間が給電ライン３０の内部に生じるように形成される内部線状導体３７を含む。第２の実施形態では、内部線状導体３７は、格子状の隙間が生じるように網目状に形成されている。内部線状導体３７の少なくとも一部は、平面視において、接地導体２０の線状接地導体２７と重複しているが、内部線状導体３７の全てが線状接地導体２７と重複しているとより好ましい。このように、給電ライン３０と接地導体２０の両方が、隙間が生じるように線状導体によって形成されているので、視野の確保が更に容易になる。

第２の実施形態では、給電ライン３０は、内部線状導体３７と接し、給電ライン３０の外縁を形成する外縁線状導体３８を含む。外縁線状導体３８は、内部線状導体３７を囲んで閉じた状態になっている。このように、給電ライン３０について、外縁線状導体３８が内部線状導体３７を囲む構成とすることで、第１の実施形態のような面状導体の場合の電流分布との相違を抑制でき、良好なアンテナ特性を確保できる。

第２の実施形態でも、図３に示されるように、平面視において、アンテナ導体１０と重複する第１領域２１と、アンテナ導体１０と重複しない第２領域２２に接地導体２０を有する。第２の実施形態では、線状接地導体２７が第１領域２１と第２領域２２の両方に形成されている。第２領域２２は、平面アンテナ１０２によって送受される電波の、誘電体層４０における実効波長をλとすると、λ／４×λ／４の面積あたりに接地導体２０が占める面積の割合Ｒが５０％以下の領域２３を有する。したがって、第２領域２２がこのような領域２３を有することにより、視野の遮りを抑え、指向性に優れ、所望の送受感度を有する平面アンテナ１０２を提供できる。なお、割合Ｒ、割合Ｒ'は、第１の実施形態と同じような好ましい範囲の値であればよい。さらに、第２の実施形態の場合、第１領域２１全ての面積あたりにアンテナ導体１０が占める面積の割合（以下、割合Ｒ"とも称する）が５０％以下であると、より好ましい。割合Ｒ"も、割合Ｒと同様に、４０％以下が好ましく、３０％以下がより好ましい。割合Ｒ"の下限は、０％超であればとくに制限されないが、安定したアンテナ利得を確保するために例えば、割合Ｒ"は、２％以上であればよく、５％以上であれば好ましい。

図５Ａ～図５Ｄは、第２の実施形態における給電ライン３０の他の形態を示す平面図である。図５Ａは、給電ライン６０ａの平面図であり、給電ライン６０ａは、第１の給電ライン６１と第２の給電ライン６２を有する。第２の給電ライン６２は、アンテナ導体１０と第１の給電ライン６１との間に位置し、一端はアンテナ導体１０に接続され、他端は第１の給電ライン６１に接続される。第１の給電ライン６１は、単位面積（例えば１ｍｍ^２）あたりの導体の密度が、第２の給電ライン６２よりも高く、例えば可視光に対する透過率が０％であるソリッドな領域を一部含む構成でもよく、全てがソリッドな領域からなる構成でもよい。言い換えると、第２の給電ライン６２は、第１の給電ライン６１よりも高い透明性を有する。とくに、給電ライン６０ａ（３０）は、伝送線路が長くなるほど伝送損失が大きくなるため、例えば、透明性を必要としない部分の導体密度を高くして伝送効率を高めてもよい。例えば、第１領域２１に至るまでの給電ラインのうち、第１領域２１から離れる部分ほど、透明性を必要としない場合があり、該部分の導体密度を他の部分よりも高くする構成が挙げられる。

図５Ａに示す給電ライン６０ａは、互いに隣り合う第１の給電ライン６１と第２の給電ライン６２とを有し、これらの境界となる境界線６３を含む。例えば、第１の給電ライン６１はその領域が全て導体によって形成され、第２の給電ライン６２はその領域が上述のような網目状となっている組み合わせの場合、境界線６３で給電ライン６０ａのインピーダンス不整合が発生して伝送損失が生じやすくなる。図５Ａ～図５Ｄは、境界線６３によるインピーダンス不整合を抑制し、インピーダンス整合が可能となるような種々の形態を示した、給電ライン６０ａ～給電ライン６０ｄを示した平面図である。

図５Ａに示す給電ライン６０ａは、第１の給電ライン６１の幅が一定で、その幅が第２の給電ライン６２の幅よりも狭い形態である。図５Ｂに示す給電ライン６０ｂは、第１の給電ラインの６１が、異なる幅を有する２つ以上の部分を有する。例えば、給電ライン６０ｂは、境界線６３を含む第１の部分６４と（境界線６３を含まない）第２の部分６５を有し、第１の部分６４の幅は第２の給電ライン６２の幅および第２の部分６５の幅よりも狭い。第１の部分６４は、そのＹ軸方向の長さが、波長の１／４となる変成器として機能するように設けてよい。インピーダンス変成器の長さを波長の１／４とすることで、インピーダンス変成器の設計が容易になる。なお、「波長の１／４」とは、例えば給電ライン３０が誘電体層上に形成されている場合、実効波長λの１／４倍とするとよい。このようにして、第１の部分６４の幅および（Ｙ軸方向の）長さ、ならびに第２の部分６５の幅は、所定のインピーダンスに調整するよう設定できる。

図５Ｃに示す給電ライン６０ｃは、第１の給電ライン６１の幅が境界線６３に近くなるにつれて狭くなる形態である。第１の給電ライン６１は、その長手方向に沿った外縁が直線に限らず曲線を含む形状でもよい。図５Ｄに示す給電ライン６０ｄは、第１の給電ライン６１の幅と第２の給電ライン６２の幅が同一で、第１の給電ライン６１の導体密度が異なる２つ以上の部分を有する形態である。例えば、給電ライン６０ｄは、第１の部分６６、第２の部分６７、第３の部分６８がこの順に並んで配置され、第１の部分６６は、境界線６３と接する。例えば、第１の部分６６、第２の部分６７および第３の部分６８のうち、第１の部分６６の導体密度が最も低く、第２の部分６７、第３の部分６８の順に導体密度が高くなる構成が挙げられる。

なお、第２の実施形態における給電ライン３０は、図５Ａ～図５Ｄに示した給電ライン６０ａ～給電ライン６０ｄに限らず、インピーダンス整合が可能となるように、導体密度に適宜調整でき、これらの形態を組み合わせた形状に適宜調整できる。

図６は、第３の実施形態の平面アンテナのアンテナ導体及び接地導体の平面図である。図６に示す平面アンテナ１０３は、可視光が透過する誘電体層４０と、誘電体層４０の片面に設けられるアンテナ導体１０と、誘電体層４０を介してアンテナ導体１０と対向する接地導体２０と、アンテナ導体１０に給電する給電ライン３０とを備える。

第３の実施形態と同様の構成及び効果についての説明は、上述の実施形態の説明を援用することで省略する。図６に示す第３の実施形態の平面アンテナ１０３は、平面視で、図１に示す同じ形状に見える。第３の実施形態では、接地導体２０の形態が、図１に示す第１の実施形態と異なる。

接地導体２０は、平面視において、全体がアンテナ導体１０と重複する面状接地導体２５を含む。面状のアンテナ導体１０と面状接地導体２５とが対向しているので、面状接地導体２５としてのグランド部のレベルが安定する。さらに、面状のアンテナ導体１０と面状接地導体２５とが対向していることで、面状接地導体２５が主な放射源（面状のアンテナ導体１０）となるパッチの裏側に位置する。そのため、面状接地導体２５が反射板として機能するため、パッチの表側（＋Ｚ側）の指向性やアンテナ利得の向上が可能となる。第３の実施形態では、面状接地導体２５は、平面視において、アンテナ導体１０と同形状である。これにより、視野の確保が容易になる。なお、面状接地導体２５は、平面視において、面状接地導体２５の一部がアンテナ導体１０からはみ出るように、当該一部がアンテナ導体１０と重複してもよく、面状接地導体２５の一部がアンテナ導体１０の外縁よりも内側となるように、当該一部がアンテナ導体１０と重複してもよい。

接地導体２０は、平面視において、全体が給電ライン３０と重複する面状接地導体２９を含む。面状の給電ライン３０と面状接地導体２９とが対向しているので、給電ラインとしての動作が安定する。第３の実施形態では、面状接地導体２９は、平面視において、給電ライン３０と同形状である。これにより、視野の確保が容易になる。なお、面状接地導体２９は、平面視において、面状接地導体２９の一部が給電ライン３０からはみ出るように、当該一部が給電ライン３０と重複してもよく、面状接地導体２９の一部が給電ラインの３０の外縁よりも内側になるように、当該一部が給電ライン３０と重複してもよい。

図７は、相互に交差する複数の線状導体の平面図である。線状接地導体２７の線幅Ｗは、１～５００μｍであることが、視野の確保の点で好ましい。線幅Ｗが１μｍ未満であると、接地（アース）が安定せずにアンテナ利得が安定しなくなるおそれがある。また、線幅Ｗが５００μｍ超であると、視野の確保が難しくなる。したがって、線幅Ｗが１～５００μｍであると、安定したアンテナ利得と視野の確保が両立できる。また、線幅Ｗは、３～２００μｍが好ましく、５～５０μｍがより好ましい。

また、線状接地導体２７は、第１直線方向５１に延伸する第１線状接地導体と、第１直線方向５１と直交する第２直線方向５２に延伸する第２線状接地導体とを含む。これにより、接地（アース）が安定しアンテナ特性のばらつきを抑制できる。図７は、２本の第１線状接地導体と２本の第２線状接地導体とが交差している状態を示している。

隣り合う第１線状接地導体の間のピッチＰ２と、隣り合う第２線状接地導体の間のピッチＰ１と、が等しいと、アンテナの指向性のばらつきを抑制できる。線状接地導体２７の線幅Ｗは、ピッチＰ１（又は、ピッチＰ２）に対して０．５～３０％であることが、視野の確保の点で好ましい。線幅ＷがピッチＰ１又はピッチＰ２に対して０．５％未満であると、接地（アース）が安定せずにアンテナ利得が安定しなくなるおそれがある。また、線幅ＷがピッチＰ１又はピッチＰ２に対して３０％超であると、視野の確保が難しくなる。したがって、線幅Ｗは、ピッチＰ１（又は、ピッチＰ２）に対して０．５～３０％であると、安定したアンテナ利得と視野の確保が両立できる。また、線幅Ｗは、ピッチＰ１（又は、ピッチＰ２）に対して０．７～２３％が好ましく、１～１５％がより好ましい。

また、線状接地導体２７に囲まれる領域５３の外縁の長さＬは、誘電体層４０における実効波長λに対して、１λ以下であることが、アンテナ利得を向上させる点で好ましい。長さＬが１λを超えると、線状接地導体で不要な共振が発生しアンテナ性能の確保が難しくなる。

次に、本実施形態の平面アンテナのリターンロスと指向性を、一比較形態の平面アンテナと比較した結果について説明する。

図８は、一比較形態の平面アンテナの平面図である。図８に示す平面アンテナ１００は、可視光が透過する誘電体層４０と、誘電体層４０の片面に設けられるアンテナ導体１１０と、誘電体層４０を介してアンテナ導体１１０と対向する接地導体１２０と、アンテナ導体１１０に給電する給電ライン１３０とを備える。図８に示す形態では、接地導体の形態が、図１，２に示す第１の実施形態と異なる。

図８に示す接地導体１２０は、可視光の透過度合いが誘電体層４０よりも低い領域から構成されたソリッドなパターンである。接地導体１２０の全体は、不透明な面状導体から構成されている。

図９は、一比較形態の平面アンテナ１００のリターンロス特性の一例を示す図である。図１０は、第１の実施形態の平面アンテナ１０１のリターンロス特性の一例を示す図である。図１１は、第３の実施形態の平面アンテナ１０３のリターンロス特性の一例を示す図である。図９～１１において、縦軸のＳ１１は、リターンロス特性を示す。

図１０，１１に示されるように、本実施形態の平面アンテナ１０１，１０３は十分なリターンロス特性が得られる。一方、平面アンテナ１００は、接地導体１２０が面状導体であるため、視界が遮られる。したがって、本実施形態の平面アンテナ１０１，１０３は、視界の遮りを抑制しつつ、十分なリターンロス特性が得られる。

図１２～１４は、それぞれ、平面アンテナ１００，１０１，１０３のＥ面での指向性の一例を示す図である。図１５～１７は、それぞれ、平面アンテナ１００，１０１，１０３のＨ面での指向性の一例を示す図である。Ｅ面は、分岐箇所３６を通るＹＺ平面を表し、Ｈ面は、分岐箇所３６を通るＺＸ平面を表す。図１２～１７に示されるように、本実施形態の平面アンテナ１０１，１０３は、平面アンテナ１００と同等のアンテナ利得と同等の指向性が得られる。したがって、本実施形態の平面アンテナ１０１，１０３は、視界の遮りを抑制しつつ、指向性に優れ、所望の送受感度を有する。

なお、第１の実施形態の平面アンテナ１０１は、図１０，１３，１６に示す例では、２６．５ＧＨｚの電波に対して高い送受感度を示すものあり、第２主面４２において、λ／４×λ／４の面積あたりに接地導体２０が占める面積の割合（Ｒ）は、２０％とした。また、隣り合う第１線状接地導体の間のピッチＰ２と、隣り合う第２線状接地導体の間のピッチＰ１と、が等しく、８４７μｍとした。また、線幅Ｗは１００μｍであり、ピッチＰ１，Ｐ２に対する線幅Ｗの割合は１２％であった。

また、第３の実施形態の平面アンテナ１０３は、図１１，１４，１７に示す例では、２８ＧＨｚの電波に対して高い送受感度を示すものあり、第２主面４２において、λ／４×λ／４の面積あたりに接地導体２０が占める面積の割合（Ｒ）は、２０％とした。また、隣り合う第１線状接地導体の間のピッチＰ２と、隣り合う第２線状接地導体の間のピッチＰ１と、が等しく、８４７μｍとした。また、線幅Ｗは１００μｍであり、ピッチＰ１，Ｐ２に対する線幅Ｗの割合は１２％であった。

また、一比較形態の平面アンテナ１００は、図９，１２，１５に示す例では、２８ＧＨｚの電波に対して高い送受感度を示すものあり、第２主面４２において、λ／４×λ／４の面積あたりに接地導体２０が占める面積の割合（Ｒ）は、１００％である。

また、図９～１７に示す例の平面アンテナ１００，１０１，１０３において、図１に示す共通寸法Ｌ１１，Ｌ１２，Ｌ１３は、単位をｍｍとすると、
Ｌ１１：１８
Ｌ１２：１８
Ｌ１３：１．１
である。

また、図９～１７に示す例の平面アンテナ１００，１０１，１０３において、各部の共通寸法は、図１８に示す通りである。

以上、平面アンテナ及び窓ガラス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。

アンテナ導体は、可視光の透過度合いが、誘電体層に比べて低く又は高くてもよく、誘電体層と同じでもよい。また、線状導体は、隙間が生じるように網目状に形成されてもよいし、隙間が生じるようにストライプ状に形成されてもよい。

アンテナ導体の外形は、円形等の他の外形でもよい。また、アンテナ導体は、給電ピンやスルーホール等の他の給電ラインによって給電されてもよい。

例えば、図１９は、給電ライン３０がコプレーナ線路によって構成された第４の実施形態の平面アンテナの斜視図である。第４の実施形態と同様の構成及び効果についての説明は、上述の実施形態の説明を援用することで省略する。平面アンテナ１０４は、可視光が透過する誘電体層４０と、誘電体層４０の片面に設けられるアンテナ導体１０と、誘電体層４０を介してアンテナ導体１０と対向する接地導体２０と、アンテナ導体１０にスロット３１を介して給電する給電ライン３０とを備える。

図１９において、給電ライン３０及び接地導体２０は、誘電体層４０の第２主面（アンテナ導体１０が形成される第１主面４１の反対側の面）に形成されている。給電ライン３０は、並走する一対のギャップと、それらの一対のギャップに挟まれた中心導体とを有する。給電ライン３０の一方の端部に形成されるスロット３１と、第１主面４１に形成されるアンテナ導体１０とが高周波的に結合する。

図１９に示す形態では、接地導体２０は、隙間が生じるように形成される線状接地導体２７を有し、線状接地導体２７は、隙間が生じるように網目状に形成され、当該隙間によって視野（透明性）を確保できる。なお、給電ライン３０の中心導体とアンテナ導体１０との少なくとも一方が、隙間が生じるように形成される線状導体を有してもよい。これにより、更なる透明性を確保できる。

図２０は、第５の実施形態の平面アンテナの斜視図である。第５の実施形態と同様の構成及び効果についての説明は、上述の実施形態の説明を援用することで省略する。平面アンテナ１０５は、可視光が透過する誘電体層４０Ａ，４０Ｂと、誘電体層４０Ａの片面に設けられるアンテナ導体１０と、誘電体層４０Ａを介してアンテナ導体１０と対向する接地導体２０と、アンテナ導体１０にスロット３１を介して給電する給電ライン３０とを備える。

図２０において、接地導体２０は、一対の誘電体層４０Ａ，４０Ｂの間に挟まれている。アンテナ導体１０は、第１誘電体層４０Ａの表面に形成されたパッチ導体である。給電ライン３０は、第２誘電体層４０Ｂの表面に形成されたマイクロストリップ線路である。接地導体２０に空けられたスロット３１を介して、アンテナ導体１０と給電ライン３０とが電磁結合することによって、アンテナ導体１０が給電されて励振する。

図２０に示す接地導体２０が、隙間が生じるように形成される線状接地導体を有することが好ましい。当該隙間によって視野（透明性）を確保できる。なお、給電ライン３０とアンテナ導体１０との少なくとも一方が、隙間が生じるように形成される線状導体を有してもよい。これにより、更なる透明性を確保できる。

本国際出願は、２０１８年１０月３日に出願した日本国特許出願第２０１８－１８８５８４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２０１８－１８８５８４号の全内容を本国際出願に援用する。

１０ アンテナ導体
１１～１４ パッチ導体
１７ 内部線状導体
１８ 外縁線状導体
２０ 接地導体
２１ 第１領域
２２ 第２領域
２３ 領域
２７ 線状接地導体
２８ 外縁線状導体
３０，６０ａ，６０ｂ，６０ｃ，６０ｄ 給電ライン
３１ スロット
３２，３３ 端部
３６ 分岐箇所
３７ 内部線状導体
３８ 外縁線状導体
４０ 誘電体層
４１ 第１主面
４２ 第２主面
５１ 第１直線方向
５２ 第２直線方向
５３ 領域
６１ 第１の給電ライン
６２ 第２の給電ライン
６３ 境界線
１００，１０１，１０２，１０３，１０４，１０５ 平面アンテナ
２００ 窓ガラス

Claims (17)

1. 第１面と、前記第１面とは反対側の第２面とを有し、可視光が透過する誘電体層と、
   前記第１面に設けられるアンテナ導体と、
   前記第２面に設けられる接地導体とを備え、
   前記接地導体は、平面視において、前記アンテナ導体と重複する第１領域と、前記アンテナ導体と重複しない第２領域に配置され、
   前記接地導体は、平面視において、一部が前記アンテナ導体と重複する面状接地導体を含み、
   前記第２領域は、平面アンテナによって送受される電波の、前記誘電体層における実効波長をλとすると、λ／４×λ／４の面積あたりに前記接地導体が占める面積の割合が５０％以下の領域を有する、平面アンテナ。
2. 前記面状接地導体は、平面視において、全体が前記アンテナ導体と重複する請求項１に記載の平面アンテナ。
3. 前記面状接地導体は、平面視において、前記アンテナ導体と同形状である請求項１または２に記載の平面アンテナ。
4. 前記アンテナ導体は、可視光の透過度合いが前記誘電体層よりも低い領域を有し、又は、可視光の透過度合いが前記誘電体層よりも低い領域から構成される、請求項１から３のいずれか一項に記載の平面アンテナ。
5. 前記接地導体は、隙間が生じるように形成される線状接地導体を含む、請求項１から４のいずれか一項に記載の平面アンテナ。
6. 前記アンテナ導体は、隙間が前記アンテナ導体の内部に生じるように形成される内部線状導体を含み、
   前記内部線状導体の少なくとも一部は、平面視において、前記線状接地導体と重複する、請求項５に記載の平面アンテナ。
7. 前記アンテナ導体は、前記内部線状導体と接し、前記アンテナ導体の外縁を形成する外縁線状導体を含む、請求項６に記載の平面アンテナ。
8. 前記線状接地導体の線幅は、１～５００μｍである、請求項５から７のいずれか一項に記載の平面アンテナ。
9. 前記線状接地導体は、第１直線方向に延伸する第１線状接地導体と、前記第１直線方向と直交する第２直線方向に延伸する第２線状接地導体とを含む、請求項５から８のいずれか一項に記載の平面アンテナ。
10. 隣り合う前記第１線状接地導体の間のピッチと、隣り合う前記第２線状接地導体の間のピッチと、が等しい、請求項９に記載の平面アンテナ。
11. 前記線状接地導体の線幅は、前記ピッチに対して０．５～３０％である、請求項１０に記載の平面アンテナ。
12. 前記線状接地導体に囲まれる領域の外縁の長さは、１λ以下である、請求項５から１１のいずれか一項に記載の平面アンテナ。
13. 前記線状接地導体は、前記第１領域と前記第２領域の両方に形成されている、請求項５から１２のいずれか一項に記載の平面アンテナ。
14. 前記アンテナ導体は、少なくとも一つのパッチ導体を有する、請求項１から１３のいずれか一項に記載の平面アンテナ。
15. 前記第１面に前記アンテナ導体と接続する給電ラインを有し、
    前記給電ラインは、第１の給電ラインと第２の給電ラインとを有し、
    前記第２の給電ラインは、前記アンテナ導体と前記第１の給電ラインとの間に位置し、
    前記第１の給電ラインは、前記第２の給電ラインよりも導体密度が高い、請求項１から１４のいずれか一項に記載の平面アンテナ。
16. 前記アンテナ導体は、アレイアンテナを構成する、請求項１から１５のいずれか一項に記載の平面アンテナ。
17. 請求項１から１６のいずれか一項に記載の少なくとも一つの平面アンテナを備える窓ガラス。

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