JPWO2015151430A1 - アンテナ、アレイアンテナ及び無線通信装置 - Google Patents

Abstract

特殊な材料を使わず低コストに製造可能であり、小型でありながら良好なアンテナ性能（高い放射効率）を維持することができるアンテナを提供する。本発明の一形態に係るアンテナ（１００）は、アンテナ素子（１１０）と、アンテナ素子（１１０）と間隔をあけて配置された反射板導体（１０８）と、を備える。アンテナ素子（１１０）は、リングの一部がスプリット部（１０４）によって切断された形状の第１スプリットリング導体（１０１）と、一端が第１スプリットリング導体（１０１）と電気的に接続され、他方の端部が反射板導体（１０８）と電気的に接続された第１接続導体（１０２）と、一端が第１スプリットリング導体（１０１）と電気的に接続された給電線導体（１０３）と、を有する。給電線導体（１０３）は、第１スプリットリング導体（１０１）の内部に形成された開口（１０９）を跨ぎ第１接続導体（１０２）の外縁で囲まれた領域と重なる。

Description

本発明は、アンテナ、アレイアンテナ及び無線通信装置に関する。

近年の無線通信量の急激な増加に対応するため、複数のアンテナを同時に用いるＭＩＭＯ（Multi Input Multi Output）通信方式や、複数のアンテナを配列したアレイアンテナによるビームフォーミング等の利用が進んでおり、無線通信装置に搭載されるアンテナ数は増加する傾向にある。このため、無線通信装置に搭載されるアンテナには、小型化と低コスト化を同時に実現することが強く望まれている。

最も一般的なアンテナとしては、放射効率が高く広い方向に電波を放射することができるダイポールアンテナや、薄型に形成することができるパッチアンテナがよく知られているが、原理上波長の１／２程度の大きさを必要とするため、小型化が困難であった。

特許文献１には、ダイポールアンテナに、一部が磁性材料で形成された無給電素子を追加することでアンテナを小型化する技術が開示されている。磁性材料によってアンテナ近傍の磁力線の分布を制御することで、整合回路を用いることなくアンテナの小型化とインピーダンス整合を可能としている。

また、非特許文献１には、パッチアンテナの内部にスプリットリング共振器と呼ばれる人工磁性体素子を多数配置する技術が開示されている。スプリットリング共振器によってパッチアンテナ内部の実効透磁率を増加させることで、波長を短縮してアンテナの小型化を可能としている。

特開２００６−２２２８７３号公報

"Patch Antenna With Stacked Split-Ring Resonators As An Artificial Magneto-Dielectric Substrate," Microwave and Optical Technology Letters, Vol. 46, No. 6, September 20 2005

しかし、特許文献１に開示されたアンテナは比較的高価な磁性材料を必要とするため、製造コストが増大するという課題がある。

また、非特許文献１に開示されたアンテナは特殊な材料を用いずに小型化を可能にしているが、アンテナの動作周波数（共振周波数）付近では、アンテナ内部に配置された多数のスプリットリング共振器一つひとつの損失が無視できなくなるため、アンテナ全体として放射効率が低下するという課題がある。

本発明は上記事情に鑑みてなされた。本発明の目的の一例は、特殊な材料を使わず低コストに製造可能であり、小型でありながら良好なアンテナ性能（高い放射効率）を維持することができるアンテナ、このアンテナを配列したアレイアンテナ、及びこのアンテナを備えた無線通信装置を提供することにある。

本発明の一形態に係るアンテナは、
アンテナ素子と、
アンテナ素子と間隔をあけて配置された反射板導体と、を備え、
前記アンテナ素子は、
リングの一部がスプリット部によって切断された形状の第１スプリットリング導体と、
一端が前記第１スプリットリング導体と電気的に接続され、他方の端部が前記反射板導体と電気的に接続された第１接続導体と、
一端が前記第１スプリットリング導体と電気的に接続された給電線導体と、を有し、
前記給電線導体は、前記第１スプリットリング導体の内部に形成された開口を跨ぎ前記第１接続導体の外縁で囲まれた領域と重なることを特徴とする。

本発明によれば、特殊な材料を使わず低コストに製造可能であり、小型でありながら良好なアンテナ性能（高い放射効率）を維持することができるアンテナ、このアンテナを配列したアレイアンテナ、及びこのアンテナを備えた無線通信装置を提供することができる。

第１の実施の形態に係るアンテナの斜視図である。 図１のアンテナをｙ軸負方向から見た平面図である。 図１のアンテナをｘ軸負方向から見た平面図である。 図１のアンテナをｙ軸正方向から見た平面図である。 第１の実施の形態に係る異なるアンテナの概要図である。 第１の実施の形態に係る異なるアンテナの概要図である。 第１の実施の形態に係る異なるアンテナの概要図である。 第１の実施の形態に係る異なるアンテナの概要図である。 第１の実施の形態に係る異なるアンテナの概要図である。 スプリット部の形状を説明するための図である。 導電性の放射部が設けられたスプリットリング部の周辺を示す図である。 導電性の異なる放射部が設けられたスプリットリング部の周辺を示す図である。 導電性の異なる放射部が設けられたスプリットリング部の周辺を示す図である。 導電性の異なる放射部が設けられたスプリットリング部の周辺を示す図である。 導電性の放射部が設けられた異なるスプリットリング部の周辺を示す図である。 第１の実施の形態に係る異なるアンテナの概要図である。 第１の実施の形態に係る異なるアンテナの概要図である。 第１の実施形態に係るアンテナを備えた無線通信装置の構成例を示す図である。 第２の実施の形態に係るアンテナの斜視図である。 図１９のアンテナをｙ軸正方向から見た平面図である。 第３の実施の形態に係るアンテナ素子の概要図である。 第３の実施の形態に係る異なるアンテナ素子の概要図である。 第３の実施の形態に係る異なるアンテナ素子の概要図である。 第４の実施の形態に係るアンテナ素子の概要図である。 第４の実施の形態に係る異なるアンテナ素子の概要図である。 第４の実施の形態に係る異なるアンテナ素子の概要図である。 第５の実施の形態に係るアンテナの斜視図である。 第５の実施の形態に係るアンテナの異なる斜視図である。 第５の実施の形態に係る異なるアンテナの斜視図である。 第５の実施の形態に係る異なるアンテナの斜視図である。 第６の実施の形態に係るアレイアンテナの斜視図である。 第６の実施の形態に係る異なるアレイアンテナの斜視図である。 第６の実施の形態に係る異なるアレイアンテナの斜視図である。 第６の実施の形態に係る異なるアレイアンテナの斜視図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、全ての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。

＜第１の実施の形態＞
図１は、本発明の第１の実施の形態に係るアンテナ１００の一例を示す斜視図である。図２、図３、図４はそれぞれ、図１のアンテナ１００をｙ軸負方向、ｘ軸負方向、ｙ軸正方向から見た平面図である。

アンテナ１００は、ｘｚ平面と略平行に配置されたアンテナ素子１１０と、ｘｙ平面に略平行に配置された導電性の反射板１０８と、を備える。

アンテナ素子１１０は、誘電体基板１０６と、誘電体基板１０６の表層（ｙ軸負方向側の表面）に配設されたスプリットリング部１０１及び接続部１０２と、誘電体基板１０６の裏層（ｙ軸正方向側の表面）に配設された給電線１０３と、誘電体基板１０６の異なる層間を接続する導体ビア１０５と、を含んで構成される。

スプリットリング部１０１は、ｘ軸方向に長辺を持つ長方形リングの周上の一部がスプリット部１０４によって切断された略Ｃ字形状の導体である。スプリット部１０４は、スプリットリング部１０１の反射板１０８から遠い側（ｚ軸正方向側）の長辺の中央付近に設けられている。

接続部１０２は、ｚ軸方向に延伸する導体であって、一端がスプリットリング部１０１の反射板１０８に近い側（ｚ軸負方向側）の長辺の中央付近と接続されており、他方の端部が反射板１０８と接続されている。接続部１０２は、スプリットリング部１０１と反射板１０８とを電気的に接続している。

給電線１０３は、線状の導体であって、一端がスプリットリング部１０１の反射板１０８から遠い側（ｚ軸正方向側）の長辺上の部分に導体ビア１０５を介して接続されている。給電線１０３は、ｙ軸方向から見てスプリットリング部１０１の開口１０９を跨いで接続部１０２と対向する領域に延伸している。つまり、給電線１０３は、ｙ軸方向から見て接続部１０２の外縁で囲まれた領域と重なっている。給電線１０３の他方の端部は、図示せぬＲＦ回路（高周波回路）に接続されている。

アンテナ素子１１０を構成する、スプリットリング部１０１、接続部１０２及び給電線１０３は、銅箔で形成される場合が一般的であるが、導体であれば他の素材で形成されてもよく、各々が同一の素材であってもよいし、異なる素材であってもよい。

アンテナ素子１１０の各導体要素を支持する誘電体基板１０６は、どのような材料、プロセスのものでもよい。例えば、ガラスエポキシ樹脂を用いたプリント基板であってもよいし、ＬＳＩ（Large Scale Integration）等のインターポーザー基板であってもよいし、ＬＴＣＣ（Low Temperature Co-fired Ceramics）等のセラミック材料を用いたモジュール基板であってもよいし、当然シリコン等の半導体基板であってもよい。

またここでは、アンテナ素子１１０を誘電体基板１０６に形成する場合を例に説明したが、導体で作られた各要素を上記の通りに配置、接続できれば、各要素の間の空間は必ずしも誘電体で満たされている必要はない。例えば、各要素を板金で製造して、各要素の間を誘電体の支持部材で部分的に支えるような構成も考えることができる。この場合、誘電体の支持部材以外の部分は中空となるため、誘電体基板１０６を使うより誘電損失を低減することが可能となり、アンテナ１００の放射効率を向上させることができる。

また、反射板１０８は、板金や、誘電体基板に貼り合わされた銅箔で形成される場合が一般的であるが、導電性であれば他の素材で形成されてもよい。

また、導体ビア１０５は、誘電体基板１０６にドリルで形成した貫通孔に、めっきをすることで形成される場合が一般的であるが、層間を電気的に接続できればどのようなものでもよい。例えば、レーザーで形成するレーザービアや、銅線等を用いて構成することもできる。

次に、本実施の形態の作用及び効果について説明する。
本実施の形態のアンテナ１００によれば、スプリットリング部１０１は、リングに沿って流れる電流によるインダクタンスと、スプリット部１０４で対向する導体間に生じるキャパシタンスと、が直列に接続された、ＬＣ直列共振回路（スプリットリング共振器）として機能する。スプリットリング共振器の共振周波数付近では、スプリットリング部１０１に大きな電流が流れ、一部の電流成分が放射に寄与することによりアンテナとして動作する。

本実施の形態のアンテナ１００によれば、波長共振を用いるダイポールアンテナやパッチアンテナと異なり、スプリットリング共振器におけるＬＣ共振を用いるため、従来のアンテナに比べて小型化が可能となる。

また発明者らは、スプリットリング部１０１に流れる電流のうち、主に放射に寄与するのはｘ軸方向の電流成分であることを見出した。このため、本実施の形態のアンテナ１００は、スプリットリング部１０１の形状をｘ軸方向に長い長方形とすることで、良好な放射効率の実現を可能としている。

さらに発明者らは、本実施の形態のスプリットリング部１０１の共振モードにおける電界分布を詳細に検討した結果、スプリットリング部１０１のｘ軸方向中央付近を含みｘ軸に直交する平面に仮想的なグランド面が形成されることを見出した。

このため、本実施の形態のアンテナ１００は、仮想的なグランド面の付近に接続部１０２が位置するように、接続部１０２をスプリットリング部１０１のｘ軸方向中央付近に接続することで、放射パターンや放射効率に大きな影響を与えることなくスプリットリング部１０１と反射板１０８とを電気的に接続することを可能としている。

給電線１０３は、接続部１０２と容量結合することで、接続部１０２と対向する領域において伝送線路を形成する。その結果、図示せぬＲＦ回路で生成されたＲＦ信号は、給電線１０３によって伝送され、スプリットリング部１０１に給電される。

スプリットリング部１０１から放射される電磁波の一部は反射板１０８によって反射されるため、本実施の形態のアンテナ１００はｚ軸正方向に指向性を持つ放射パターンとなる。これにより、特定の方向に効率よく電磁波を放射することが可能となる。

スプリットリング共振器の共振周波数は、スプリットリング部１０１のリングの大きさを大きくして、電流経路を長くすることでインダクタンスを大きくするか、スプリット部１０４で対向する導体間の間隔を狭くしてキャパシタンスを大きくすることで低周波化することができる。

キャパシタンスを大きくする方法として、例えば、図５、図６に示すように、誘電体基板１０６におけるスプリットリング部１０１が配設された層と異なる層に補助導体パターン１３０を設けて、補助導体パターン１３０を導体ビア１３１でスプリット部１０４と電気的に接続するような構成を考えることもできる。補助導体パターン１３０によってスプリット部１０４で対向する導体面積が増加するため、共振器全体のサイズを大きくすることなく、キャパシタンスを増加させることが可能となる。図５には、補助導体パターン１３０を給電線１０３と同じ層に配設した場合の例を示す。図６には、補助導体パターン１３０をスプリットリング部１０１とも給電線１０３とも異なる層に配設した場合の例を示す。

また、図７に示すように、図５の構成において給電線１０３を補助導体パターン１３０に直接接続するような構成を考えることもできる。これにより、導体ビア１０５を省略して構造を簡素化することができる。

また図８に示すように、補助導体パターン１３０がスプリット部１０４の一方の導体にだけ備えられており、補助導体パターン１３０とスプリット部１０４の他方の導体の少なくとも一部とがｙ軸正方向から見て重なるように配設する構成を考えることもできる。これにより、対向する導体面積をさらに増加させることができるため、共振器全体のサイズを大きくすることなく、キャパシタンスを増加させることが可能となる。

また図９に示すように、導体ビア１３１を備えず、補助導体パターン１３０とスプリット部１０４の両方の導体とがｙ軸正方向から見て重なるように配設されるような構成を考えることもできる。これにより、対向する導体面積をさらに増加させることができるため、共振器全体のサイズを大きくすることなく、キャパシタンスを増加させることが可能となる。

また図１０に示すように、スプリット部１０４の対向する導体面積を減少させることで、キャパシタンスを小さくすることも可能である。このような構成によって、スプリットリング共振器の共振周波数を高周波化することができる。

スプリットリング部１０１は、上述の通り良好な放射効率を得るために、ｘ軸方向に長手を持つ形状であることが好ましい。ここでは代表的な例としてスプリットリング部１０１が長方形の場合を例に説明したが、ｘ軸方向に長手を持つ形状であれば他の形状であっても本発明の本質的な効果には影響を与えない。例えば、スプリットリング部１０１の形状は楕円形や、ボウタイ形状等であってもよい。

また図１１に示すように、スプリットリング部１０１のｘ軸方向の両端部に導電性の放射部１２０を備える構成を考えることもできる。このような構成によって、放射に寄与するｘ軸方向の電流成分を放射部１２０に誘導することができるため、放射効率を向上させることが可能となる。図１１では、放射部１２０のｚ軸方向の大きさとスプリットリング部１０１のｚ軸方向の大きさとが一致する場合を示したが、放射部１２０の形状はこれに限定されるものではない。例えば、図１２、図１３に示すように、放射部１２０のｚ軸方向の大きさがスプリットリング部１０１のｚ軸方向の大きさより大きいような構成を考えることもできる。また、図１４に示すように、放射部１２０のｚ軸方向の大きさがスプリットリング部１０１のｚ軸方向の大きさより小さいような構成を考えることもできる。

放射部１２０を備える構成の場合、スプリットリング部１０１と放射部１２０とを含めてｘ軸方向に長手を持つ形状となればよいため、スプリットリング部１０１は必ずしもｘ軸方向に長手を持つ形状である必要はない。例えば、図１５に示すようにスプリットリング部１０１の形状はｚ軸方向に長辺を持つ長方形であってもよいし、正方形や円形、三角形であるような構成を考えることもできる。

また、給電線１０３と接続部１０２とで形成される伝送線路の特性インピーダンスは、給電線１０３の線幅、又は給電線１０３と接続部１０２との層間隔によって設計することができるため、伝送線路の特性インピーダンスをＲＦ回路のインピーダンスに整合させることで、ＲＦ回路の信号を反射なくアンテナに給電することが可能となり好ましい。但し、伝送線路の特性インピーダンスがＲＦ回路のインピーダンスと整合していない場合でも、本発明の本質的な効果には影響を与えない。

また、本実施の形態のアンテナ素子１１０は、給電線１０３とスプリットリング部１０１との接続位置を変更することで、給電線１０３とスプリットリング共振器とのインピーダンスを整合させることができる。

また、接続部１０２は上述の通り、スプリットリング部１０１のｘ軸方向中央付近を含みｘ軸に直交する平面に形成される仮想グランド面の近傍に、仮想グランド面に沿って配置されることが好ましい。より詳細には、仮想グランド面からｘ軸正方向又は負方向に、スプリットリング部１０１のｘ軸方向の大きさ、若しくは、スプリットリング部１０１と放射部１２０とを合わせたｘ軸方向の大きさの１／４の範囲であれば、おおよそグランド面とみなすことができるため、接続部１０２はこの範囲内に位置することが好ましい。

このため、接続部１０２のｘ軸方向の大きさは、スプリットリング部１０１のｘ軸方向の大きさ、若しくは、スプリットリング部１０１と放射部１２０とを合わせたｘ軸方向の大きさの１／２以下であることが好ましい。しかし、接続部１０２が上記以外の範囲に位置していても本発明の本質的な効果には影響を与えない。また、接続部１０２のｘ軸方向の大きさが上記以外の範囲であっても本発明の本質的な効果には影響を与えない。

また、スプリットリング部１０１と反射板１０８とはｚ軸方向に波長の１／４程度離れて配置されることが好ましい。このため、接続部１０２のｚ軸方向の長さは、波長の１／４程度とすることが好ましい。このとき、スプリットリング部１０１からｚ軸正方向に放射された電磁波と、ｚ軸負方向に放射されて反射板１０８で反射された電磁波と、が互いに強め合うため、ｚ軸正方向のアンテナ利得を向上させることが可能となる。但し、スプリットリング部１０１と反射板１０８との間のｚ方向距離が波長の１／４以外の値であっても本発明の本質的な効果には影響を与えない。

また図１６に示すように、反射板１０８に貫通孔１４０を設け、アンテナ素子１１０を貫通孔１４０に差し込むことによって、アンテナ素子１１０が反射板１０８を貫通するような構成を考えることもできる。この場合は、給電線１０３を反射板１０８のｚ軸負方向側まで延伸できるため、反射板１０８のｚ軸負方向側に備えられた図示せぬＲＦ回路と給電線１０３との接続が容易になるという利点がある。

また図１７に示すように、貫通孔１４０をアンテナ素子１１０のｘｙ平面における断面よりも大きくすることで、接続部１０２と反射板１０８とを電気的に接続しない構成を考えることもできる。

またここでは、アンテナ１００に反射板１０８が備えられた構成を例に説明したが、反射板１０８を備えないような構成を考えることもできる。この場合は、電磁波がより広い方向に放射されるため、広い通信エリアを効率よく形成することが可能となる。

図１８に、本実施形態に係るアンテナ１００を備えた無線通信装置１５０の構成例を示す。無線通信装置１５０は、信号処理を行うベースバンド回路１５１と、ＲＦ信号を生成するＲＦ回路部１５２とを備え、ＲＦ信号をアンテナ１００で送受信することによって無線通信を行うことができる。ただし、無線通信装置１５０の構成は図１８に限られるものではない。例えばアンテナ１００、ＲＦ回路１５２、ベースバンド回路１５１を複数備えた構成であってもよいし、ベースバンド回路の一部を無線通信装置１５０の外部に設けてケーブルで接続するような構成であってもよい。

＜第２の実施の形態＞
図１９は、本発明の第２の実施の形態に係るアンテナ２００の斜視図である。図２０は第２の実施の形態に係るアンテナ２００のｙ軸正方向からみた平面図である。図１９、図２０に図示されているように、本実施の形態に係るアンテナ２００は以下の点を除いて第１の実施の形態と同様である。

図１９、図２０に示すアンテナ２００は、反射板１０８の裏側（ｚ軸負方向側）にコネクタ２４０が設けられている。コネクタ２４０の外部導体２４３は、反射板１０８と電気的に接続されている。コネクタ２４０の芯線２４１は、反射板１０８に設けられたクリアランス２４２の内部を通って反射板１０８の表側（ｚ軸正方向側）に貫通して、アンテナ素子１１０の給電線１０３と電気的に接続されている。

本実施の形態のアンテナ２００は、上記のように構成することによって、反射板１０８の裏側に配置されたＲＦ回路やデジタル回路等から、ケーブル２４４、コネクタ２４０を介して反射板１０８の表側のアンテナ素子１１０に給電することが可能となるため、放射パターンや放射効率に大きな影響を与えることなく無線通信装置を構成することができる。

＜第３の実施の形態＞
図２１は、本発明の第３の実施の形態に係るアンテナ素子３１０の斜視図である。図２１に図示されているように、本実施の形態に係るアンテナ素子３１０は以下の点を除いて第１の実施の形態におけるアンテナ素子１１０と同様である。

図２１に示すアンテナ素子３１０は、誘電体基板１０６のスプリットリング部（第１スプリットリング部）１０１及び接続部（第１接続部）１０２が配設された層と異なる層であって、かつ、給電線１０３と異なる層に、第２スプリットリング部３０１及び第２接続部３０２を備えている。そして、給電線１０３は、第１スプリットリング部１０１及び第１接続部１０２と第２スプリットリング部３０１及び第２接続部３０２とによって挟まれた構成となっている。

第２接続部３０２は、ｚ軸方向に延伸する導体であって、一端が第２スプリットリング部３０１の反射板１０８に近い側（ｚ軸負方向側）の長辺の中央付近と接続されており、他方の端部が反射板１０８と接続されている。第２接続部３０２は、第２スプリットリング部３０１と反射板１０８とを電気的に接続している。第１スプリットリング部１０１と第２スプリットリング部３０１とは、複数の導体ビア３０３によって互いに電気的に接続されており、一つのスプリットリング共振器として動作する。また、第１接続部１０２と第２接続部３０２とは、複数の導体ビア３０４によって互いに電気的に接続されている。

給電線１０３の一端は、第１スプリットリング部１０１及び第２スプリットリング部３０１の反射板１０８から遠い側（ｚ軸正方向側）の長辺上の部分に導体ビア１０５を介して接続されている。給電線１０３は、ｙ軸方向から見て第１スプリットリング部１０１の開口１０９及び第２スプリットリング部３０１の開口３０９を跨いで第１接続部１０２及び第２接続部３０２と対向する領域に延伸している。

給電線１０３は、第１接続部１０２及び第２接続部３０２と容量結合することで、第１接続部１０２及び第２接続部３０２と対向する領域において伝送線路を形成する。その結果、図示せぬＲＦ回路で生成されたＲＦ信号は、給電線１０３によって伝送され、第１スプリットリング部１０１及び第２スプリットリング部３０１に給電される。

本実施の形態のアンテナ素子３１０によれば、給電線１０３によって伝送される電磁波を第１接続部１０２及び第２接続部３０２によって閉じ込めることができるため、給電線１０３からの不要な放射を低減することが可能となる。

また図２２に示すように、第１の実施の形態の図５と同様に誘電体基板１０６の第１スプリットリング部１０１及び第２スプリットリング部３０１と異なる層に補助導体パターン１３０を設けて、当該補助導体パターン１３０を導体ビア１３１でスプリット部（第１スプリット部）１０４及び第２スプリット部３０５と接続するような構成を考えることもできる。補助導体パターン１３０によって第１スプリット部１０４及び第２スプリット部３０５で対向する導体面積が増加するため、共振器全体のサイズを大きくすることなく、キャパシタンスを増加させることが可能となる。

また図２１、図２２では、第２スプリットリング部３０１と第２接続部３０２の両方が設けられた構成を示したが、当然どちらか一方のみが設けられた構成を考えることもできる。例えば図２３に示すように、第２接続部３０２のみが設けられた構成の場合、図２１、図２２の構成と同様に給電線１０３によって伝送される電磁波を第１接続部１０２及び第２接続部３０２によって閉じ込めることができるため、給電線１０３からの不要な放射を低減することが可能となる。

＜第４の実施の形態＞
図２４は、本発明の第４の実施の形態に係るアンテナ素子４１０の斜視図である。図２４に図示されているように、本実施の形態に係るアンテナ素子４１０は以下の点を除いて第１の実施の形態と同様である。

図２４に示すアンテナ素子４１０は、スプリットリング部１０１、接続部１０２、及び給電線１０３が、誘電体基板１０６の同一の層に形成されている。この場合、給電線１０３の一端はスプリットリング部１０１の反射板１０８から遠い側（ｚ軸正方向側）の長辺上の部分に接続されており、他方の端部はスプリットリング部１０１及び接続部１０２に設けられたクリアランス４０５の内部を延伸して、図示せぬＲＦ回路に接続される。

給電線１０３は、接続部１０２と容量結合することで、接続部１０２と対向する領域において伝送線路を形成する。その結果、図示せぬＲＦ回路で生成されたＲＦ信号は、給電線１０３によって伝送され、スプリットリング部１０１に給電される。

本実施の形態のアンテナ素子４１０は、第１の実施の形態のアンテナ素子１１０と同様に動作させることができる。

また図２５に示すように、クリアランス４０５によって隔てられたスプリットリング部１０１の両側を、クリアランス４０５を跨いで電気的に接続するブリッジ導体４０６を設けるような構成を考えることもできる。このような構成によって、アンテナ素子４１０の動作をより安定させることができる。

また図２６に示すように、誘電体基板１０６のスプリットリング部（第１スプリットリング部）１０１、接続部（第１接続部）１０２、及び給電線１０３と異なる層に、第２スプリットリング部４０１及び第２接続部４０２を備えた構成を考えることもできる。第３の実施の形態と同様に、第１スプリットリング部１０１と第２スプリットリング部４０１とは、複数の導体ビア４０８によって互いに電気的に接続されており、一つのスプリットリング共振器として動作する。また、第１接続部１０２と第２接続部４０２とは、複数の導体ビア４０９によって互いに電気的に接続されている。このような構成によって、第３の実施の形態のアンテナ素子３１０と同様に動作させることができる。

＜第５の実施の形態＞
図２７、図２８は、本発明の第５の実施の形態に係るアンテナ５００をそれぞれ異なる方向から見た斜視図である。図２７、図２８に図示されているように、本実施の形態に係るアンテナ５００は、以下の点を除いて第１の実施の形態と同様である。

図２７に示すアンテナ５００は、スプリットリング部１０１と反射板１０８とを電気的に接続する接続部として同軸ケーブルの外部導体５０２を用いる。外部導体５０２は、ｚ軸方向に延伸しており、一端がスプリットリング部１０１の反射板１０８に近い側（ｚ軸負方向側）の長辺の中央付近とはんだ５０４によって電気的に接続されており、他方の端部が反射板１０８と接続されている。外部導体５０２は、スプリットリング部１０１と反射板１０８とを電気的に接続している。

給電線５０３ａは、線状の導体であって、一端がスプリットリング部１０１の反射板１０８から遠い側（ｚ軸正方向側）の長辺上の部分に導体ビア１０５を介して接続されている。給電線５０３ａは、ｙ軸方向から見てスプリットリング部１０１の開口１０９を跨いで、同軸ケーブルの芯線５０３ｂに接続されている。芯線５０３ｂの他方の端部は、図示せぬＲＦ回路に接続されている。このような構成によって給電線５０３ａ及び芯線５０３ｂは、第１の実施の形態の給電線１０３と同様に動作し、ＲＦ回路で生成されたＲＦ信号をスプリットリング部１０１に給電することができる。

ここでは、外部導体５０２とスプリットリング部１０１とをはんだ５０４によって電気的に接続する構成を例に説明したが、電気的に接続されればどのような接続方法でもよい。

本実施の形態のアンテナ５００によれば、芯線５０３ｂによって伝送される電磁波を外部導体５０２によって閉じ込めることができるため、芯線５０３ｂからの不要な放射を低減することが可能となる。

また図２９に示すように、給電線５０３ａを用いずに、芯線５０３ｂをスプリットリング部１０１の反射板１０８から遠い側（ｚ軸正方向側）の長辺上の部分に直接接続するような構成を考えることもできる。

また図３０に示すように、スプリットリング部１０１、給電線５０３ａ、導体ビア１０５を備えた誘電体基板１０６をｘｙ平面に平行に配置するような構成を考えることもできる。

＜第６の実施の形態＞
図３１は、本発明の第６の実施の形態に係るアレイアンテナ６００の斜視図である。図３１に図示されているように、本実施の形態に係るアレイアンテナ６００は、第１の実施の形態を基本とし、第１の実施の形態に係るアンテナ素子１１０を複数備えることを特徴とする。

本実施の形態のアレイアンテナ６００は、同一の反射板１０８に第１の実施の形態のアンテナ素子１１０が一定の間隔で１次元乃至２次元のアレイ状に配列された構成をとる。各々のアンテナ素子１１０の接続部１０２はそれぞれ反射板１０８に電気的に接続されており、給電線１０３はそれぞれ図示せぬＲＦ回路に接続されている。

本実施の形態に係るアレイアンテナ６００によれば、それぞれのアンテナ素子１１０に位相差を付けたＲＦ信号を入力することで、所望の方向にビームフォーミングを行うことが可能となる。

また図３２に示すように、アレイアンテナ６００を構成する複数のアンテナ素子１１０を、一列ごとに一つの誘電体基板１０６に配設するような構成を考えることもできる。このように構成することで、アンテナ素子１１０の位置合わせ工数が低減できるため、組み立てを容易に行うことができる。

なおここでは、第１の実施の形態を基本とした場合を例に説明したが、当然他の実施の形態を基本とするような構成を考えることもできる。例えば図３３に示すように、第５の実施の形態のアンテナ素子５１０をアレイ状に配列させるような構成を考えることもできる。また図３４に示すように、複数のスプリットリング部１０１を一つの誘電体基板１０６に配設するような構成を考えることもできる。このように構成することで、アンテナ素子５１０の位置合わせ工数が低減できるため、組み立てを容易に行うことができる。

なお、当然ながら、上述した実施の形態及び複数の変形例は、その内容が相反しない範囲で組み合わせることができる。また、上述した実施の形態及び変形例では、各構成要素の機能等を具体的に説明したが、その機能等は本願発明を満足する範囲で各種に変更することができる。

以上、実施の形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記によって限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。

この出願は、２０１４年３月３１日に出願された日本出願特願２０１４−７３１９６号を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。

１００ アンテナ
１０１ スプリットリング部（第１スプリットリング部）
１０２ 接続部（第１接続部）
１０３ 給電線
１０４ スプリット部（第１スプリット部）
１０５ 導体ビア
１０６ 誘電体基板
１０８ 反射板
１０９ 開口
１１０ アンテナ素子
１２０ 放射部
１３０ 補助導体パターン
１３１ 導体ビア
１５０ 無線通信装置
１５１ ベースバンド回路
１５２ ＲＦ回路部
２００ アンテナ
２４０ コネクタ
２４１ 芯線
２４２ クリアランス
２４３ 外部導体
２４４ ケーブル
３０１ 第２スプリットリング部
３０２ 第２接続部
３０３、３０４ 導体ビア
３０５ 第２スプリット部
３０９ 開口
３１０ アンテナ素子
４０１ 第２スプリットリング部
４０２ 第２接続部
４０５ クリアランス
４０６ ブリッジ導体
４０８、４０９ 導体ビア
４１０ アンテナ素子
５００ アンテナ
５０２ 外部導体
５０３ａ 給電線
５０３ｂ 芯線
６００ アレイアンテナ

Claims (10)

1. アンテナ素子と、
   アンテナ素子と間隔をあけて配置された反射板導体と、を備え、
   前記アンテナ素子は、
   リングの一部がスプリット部によって切断された形状の第１スプリットリング導体と、
   一端が前記第１スプリットリング導体と電気的に接続され、他方の端部が前記反射板導体と電気的に接続された第１接続導体と、
   一端が前記第１スプリットリング導体と電気的に接続された給電線導体と、を有し、
   前記給電線導体は、前記第１スプリットリング導体の内部に形成された開口を跨ぎ前記第１接続導体の外縁で囲まれた領域と重なることを特徴とするアンテナ。
2. 請求項１に記載のアンテナであって、
   前記第１スプリットリング導体の形状は、前記反射板導体における前記アンテナ素子が配置された側の面と平行な方向に複数の長手の辺を有する形状であり、
   前記スプリット部は、前記第１スプリットリング導体の第１の長手の辺の中央付近に設けられており、
   前記第１接続導体は、前記第１スプリットリング導体の第２の長手の辺の中央付近に電気的に接続されていることを特徴とするアンテナ。
3. 請求項１又は２に記載のアンテナであって、
   前記反射板導体における前記アンテナ素子が配置された側の面と平行な方向に前記第１スプリットリング導体の長さを延伸するように、前記第１スプリットリング導体に電気的に接続された放射導体を備えることを特徴とするアンテナ。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載のアンテナであって、
   少なくとも前記第１スプリットリング導体と前記第１接続導体と前記給電線導体とが誘電体基板に設けられた層に配設されていることを特徴とするアンテナ。
5. 請求項４に記載のアンテナであって、
   前記第１スプリットリング導体と前記第１接続導体とが前記誘電体基板の同一の層に配設されており、
   前記給電線導体は、前記誘電体基板の別の層に形成されており、前記第１スプリットリング導体の開口を跨ぎ、且つ前記第１接続導体と対向するように延伸し、
   前記給電線導体の一端と前記第１スプリットリング導体とが導体ビアで電気的に接続されていることを特徴とするアンテナ。
6. 請求項４に記載のアンテナであって、
   前記第１スプリットリング導体と前記第１接続導体と前記給電線導体とが前記誘電体基板の同一の層に配設されており、
   前記第１スプリットリング導体における前記給電線導体に対応する位置にはクリアランスが設けられており、前記給電線導体がクリアランスの内部に配置されていることを特徴とするアンテナ。
7. 請求項４乃至６のいずれか１項に記載のアンテナであって、
   前記誘電体基板における前記第１スプリットリング導体及び前記第１接続導体が配設された層と異なる層にさらに、第２スプリットリング導体及び第２接続導体の少なくとも一方を備え、
   前記第１スプリットリング導体と前記第２スプリットリング導体とを電気的に接続する複数の導体ビア、及び前記第１接続導体と前記第２接続導体とを電気的に接続する複数の導体ビアの少なくとも一方を備えることを特徴とするアンテナ。
8. 請求項７に記載のアンテナであって、
   前記第１スプリットリング導体又は前記第２スプリットリング導体のスプリット部によって切断された両側の導体部分の少なくとも一方に、キャパシタンスを増加させる補助導体を電気的に接続したことを特徴とするアンテナ。
9. 請求項１乃至８のいずれか１項に記載のアンテナであって、
   前記反射板導体に複数のアンテナ素子を１次元乃至２次元アレイ状に配列させたことを特徴とするアレイアンテナ。
10. 請求項１乃至９のいずれか１項に記載のアンテナを少なくとも１つ備えることを特徴とする無線通信装置。

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