WO2014142202A1

WO2014142202A1 - パッチアンテナを有するアンテナ装置

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Publication number: WO2014142202A1
Application number: PCT/JP2014/056573
Authority: WO
Inventors: 和司川口; 杉本　勇次; 旭近藤; 正伸行松
Original assignee: 株式会社デンソー
Priority date: 2013-03-13
Filing date: 2014-03-12
Publication date: 2014-09-18
Also published as: US20160028161A1; JP2014179680A; JP6073713B2; US9692132B2

Abstract

　アンテナ装置（１）は、誘電体基板（２）と、地板（３）と、パッチ放射素子５を有するパッチアンテナ（７）と、複数のＥＢＧ（Electromagnetic　Band　Gap）（４）とを備える。これらＥＢＧ（４）は、基板表面に形成されたパッチ状パターン及びこれと地板（３）を接続する接続導体により構成されている。各ＥＢＧ（４）は、基板表面において、ＥＢＧ（４）の存在しないＥＢＧ非存在領域（１０）を形成するように配置され、パッチ放射素子はＥＢＧ非存在領域（１０）内に配置されている。ＥＢＧ非存在領域（１０）は、パッチアンテナ（７）の主偏波方向に垂直な仮想のパッチライン（１００）上の任意の位置から領域境界までの主偏波方向の距離（非存在距離）（Ｌａ，Ｌｂ）が、パッチライン（１００）上の位置によって複数種類に変化するように形成されている。

Description

パッチアンテナを有するアンテナ装置

　本発明は、アンテナ装置に係り、特に、パッチアンテナを有するアンテナ装置に関する。

　車両や航空機などの移動体に使用されるアンテナ装置には各種のものがある。その中で、誘電体基板上に形成されたパッチアンテナは、それらの移動体の周囲を監視するレーダなどに用いられている。パッチアンテナは、誘電体基板上にパッチ放射素子（パッチ状の導体）が形成されてなる構成が一般的である。また、誘電体基板におけるパッチ放射素子が形成される面（以下「基板表面」という）とは反対側の面（以下「基板裏面」という）には、一般に、地板として機能する導体部が形成される。更に、基板表面にもパッチ放射素子とは別に基板端部まで導体部が広く形成されることもある。

　このような構成のパッチアンテナにおいては、パッチアンテナが動作すると、パッチ放射素子と地板との間に形成される電界に起因して地板表面に電流（表面電流）が流れ、その表面電流が基板端部まで伝わって、基板端部からの放射（輻射）が生じる。基板表面に導体部が形成される場合には、その導体部にも表面電流が流れて基板端部からの放射を引き起こす。この表面電流による基板端部からの放射は、パッチアンテナの性能に影響を及ぼす不要な放射となる。すなわち、この端部からの放射によって、パッチアンテナの指向性が乱れてしまう。

　これに対し、特許文献１には、地板に流れる表面電流を抑える技術が開示されている。具体的には、誘電体基板の基板表面における、パッチ放射素子の周囲の全面に複数の導電性パッチを形成する。各導電性パッチはそれぞれ、導電ビアによって基板裏面の地板と導通させる。この導電性パッチ及び導電ビアからなる構造は、特定の周波数で地板の表面電流の伝搬を阻止するバンドギャップ（Electromagnetic　Band　Gap）を有する。以下、この導電性パッチ及び導電ビアからなる構造を「ＥＢＧ」と称する。

　このようにパッチ放射素子の周囲の全面に複数のＥＢＧを設けることで、基板端部への表面電流の伝搬が抑制され、これによりパッチアンテナの指向性の乱れが抑制される。

特表２００２－５１０８８６号公報

　しかし、特許文献１に記載の技術では、基板上におけるパッチ放射素子の周囲全面にＥＢＧが配置されているため、基板端部への表面電流の伝搬が強く抑えられ、ビーム幅が縮小してしまう。

　つまり、表面電流の伝搬が抑えられて指向性の乱れを抑制することはできるものの、その反面、表面電流の伝搬が強く抑制されることによってパッチアンテナのグランドが実質的に小さくなり、ビーム幅は縮小してしまう。ビーム幅の縮小は通信可能範囲の狭小化につながるため、実用上好ましくない。

　本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、誘電体基板上にパッチアンテナが形成されたアンテナ装置において、表面電流に起因する指向性の乱れの抑制と所望のビーム幅の維持とを両立させることを目的とする。

　上記課題を解決するためになされた本発明のアンテナ装置は、両板面のうちの一方の板面に地板が形成された誘電体基板と、この誘電体基板に形成されるパッチアンテナと複数の導電性構造体とを備える。

　パッチアンテナは、誘電体基板における地板が形成された前記一方の板面とは反対側の他方の板面に形成された少なくとも１つの給電用のパッチ放射素子を有し、誘電体基板の前記板面における所定方向を主偏波方向とするものである。導電性構造体は、前記他方の板面である基板表面に形成されたパッチ状の導体パターン、及び導体パターンと地板とを電気的に接続するためにこれら両者間の間に誘電体基板を貫通するように形成された接続導体を有するものであり、この導電性構造体が複数備えられている。

　複数の導電性構造体は、基板表面において、当該各導電性構造体によって、パッチアンテナのパッチ放射素子が完全に含まれて且つ導電性構造体の前記導体パターンが存在しない領域である構造体非存在領域を形成するように配置されている。

　そして、構造体非存在領域は、主偏波方向に垂直なラインであってパッチアンテナにおける主偏波方向の略中心部を通るラインをパッチラインとして、このパッチラインよりも誘電体基板の一端側の領域及び他端側の領域の双方において、複数の導電性構造体により、主偏波方向におけるパッチライン上の任意の位置から構造体非存在領域の境界を形成する導体パターンまでの距離である非存在距離がパッチライン上の位置によって複数種類に変化するように形成されている。

　このように構成された本発明のアンテナ装置は、基板表面において、パッチ放射素子の周囲全体にパッチ放射素子と隣接するように複数の導電性構造体（導体パターン）が隣接配置されるのではなく、パッチ放射素子の周囲に導体パターンの存在しない構造体非存在領域があり、複数の導体パターンは、その構造体非存在領域外に配置される。

　構造体非存在領域は、各導体パターンがパッチ放射素子を囲むように配置されることによってそれら各導体パターンにより形成されるものであり、その領域境界は導体パターンの配置状態によって決定される。換言すれば、構造体非存在領域の領域境界では、その領域境界の一部又は全てにおいて、その領域境界に沿うように導体パターンが配置される。

　しかも、構造体非存在領域は、パッチライン上のどの位置から主偏波方向をみても非存在距離が同じになっているのではなく、パッチライン上の位置によって非存在距離が異なる。非存在距離とは、換言すれば、パッチライン上の任意の位置から主偏波方向に基板端部側をみたときに、その位置から、領域境界に存在する最も近い一番目の導体パターンまでの距離（導体パターンが存在しない距離）、又はそれに対応した距離である。

　導電性構造体は、パッチアンテナから基板端部へ主偏波方向に伝搬する表面電流を減衰させる機能を有する。そのため、非存在距離が長ければ長いほど、表面電流が基板端部側まで伝搬する距離も長くなる。

　ビーム幅を広くするためには、非存在距離は長い方がよい。そのため、ビーム幅を広くすることだけを考えれば、パッチライン上のどの位置からみても非存在距離は長い方がよい。しかし、パッチライン上のどの位置からも非存在距離を長くして表面電流が基板端部近傍まで伝搬するようにすると、基板端部近傍からの集中的な輻射によって指向性の乱れが生じてしまう。一方、指向性の乱れを抑えることだけを考えれば、非存在距離をできる
限り短くして表面電流の伝搬を抑えるようにした方がよい。しかし、パッチライン上のどの位置からも非存在距離を短くして表面電流の伝搬を抑えてしまうと、ビーム幅が狭くなってしまう。

　これに対し、本発明のアンテナ装置では、上記のように、パッチ放射素子の周囲に構造体非存在領域を設け、しかもその構造体非存在領域が、パッチラインからの非存在距離がパッチライン上の位置によって異なるようにしている。そのため、パッチライン上のある位置からの非存在距離は長くして表面電流を長く伝搬させる一方、別のある位置からの非存在距離は短くして、全体として輻射位置を分散させることができる。

　したがって、本発明のアンテナ装置によれば、構造体非存在領域が形成されるように各導電性構造体を配置することで、表面電流の伝搬距離を確保して所望のビーム幅を維持できると共に、構造体非存在領域における非存在距離がパッチライン上の位置によって異なるように構造体非存在領域を形成する（各導電性構造体を配置する）ことで、表面電流に起因する輻射の輻射位置を分散させて指向性の乱れを抑制することができる。

　なお、特許請求の範囲に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段等との対応関係を示す一例であり、本発明は上記括弧内の符号に示された具体的手段等に限定されるものではない。

　添付図面において：
図１は、第１実施形態のアンテナ装置の概略構成を表す説明図である。図２は、第１実施形態のアンテナ装置の部分詳細図である。図３は、第１実施形態のアンテナ装置の部分詳細図である。図４は、第１実施形態のアンテナ装置の部分断面図である。図５は、第２実施形態のアンテナ装置の概略構成を表す斜視図である。図６は、第２実施形態のアンテナ装置と従来のアンテナ装置との機能上の差異（特に水平面指向性の差異）を説明するための説明図である。図７は、第３実施形態のアンテナ装置の概略構成を表す斜視図である。図８は、第３実施形態のアンテナ装置と従来のアンテナ装置等との機能上の差異（特に水平面指向性の差異）を説明するための説明図である。図９は、第３実施形態のアンテナ装置と従来のアンテナ装置等との機能上の差異（特に表面電流の分布の差異）を説明するための説明図である。図１０は、アンテナ装置の他の実施形態を表す斜視図である。図１１は、アンテナ装置の他の実施形態を表す説明図である。

　以下に、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。
　なお、本発明は、下記の実施形態に示された具体的手段や構造等に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の形態を採り得る。また、下記の実施形態の構成の一部を、課題を解決できる限りにおいて省略した態様も本発明の実施形態であり、下記の複数の実施形態を適宜組み合わせて構成される態様も本発明の実施形態である。

　［第１実施形態］
　図１（ａ）に示すように、本実施形態のアンテナ装置１は、長方形状の誘電体基板２の一方の面（基板表面）にパッチアンテナ７、導体板６及び複数のＥＢＧ（Electromagnetic　Band　Gap）４が形成され、他方の面（基板裏面）に導体からなる地板３が形成されてなるものである。なお、以下の説明では、誘電体基板２における長辺方向（図１（ａ）の横方向）をｘ軸方向、短辺方向（図１（ａ）の縦方向）をｙ軸方向、誘電体基板２の板面に垂直な方向をｚ軸方向として説明する。

　なお、図２には、図１（ａ）のアンテナ装置１における、破線丸印で示したＡ部及びＢ部の詳細（拡大）図を図示している。また、図３には、図１（ａ）のアンテナ装置１における、破線丸印で示したＣ部及びＤ部の詳細（拡大）図を図示している。また、図４には、図１（ａ）のアンテナ装置１における、Ｅ－Ｅ断面図およびＦ－Ｆ断面図を図示している。

　アンテナ装置１は、例えば車両の前方において、パッチアンテナ７が形成された基板表面側が車両前方を向くように、且つ長方形状の誘電体基板２の長辺が地面に対して水平となるように配置され、車両の周辺監視用のミリ波レーダとして用いられる。そのため、以下の説明では、誘電体基板２の長辺と平行な面（すなわちｙ軸方向と垂直なｘｚ面）を水平面ともいう。

　パッチアンテナ７は、正方形状のパッチ放射素子５を有し、このパッチ放射素子５が基板表面の中央部に形成されている。基板裏面の地板３は、このパッチアンテナ７の地板として機能する。正方形状のパッチ放射素子５は、対向する一組の辺がｘ軸方向に平行となるよう、且つ対向するもう一組の辺がｙ軸方向に平行となるように配置されている。

　図３（ｂ）や図４（ｂ）からも明らかなように、パッチ放射素子５の周囲には導体板６が形成されている。ただし、パッチ放射素子５の全周に渡って導体板６との間に溝が形成されており、パッチ放射素子５はこの溝により導体板６と物理的に離間した状態となっている。

　また、パッチ放射素子５は、一辺の長さが約λｇ／２である。なお、λｇは誘電体内波長であり、自由空間波長をλ０、誘電体基板２の比誘電率をεｒとすると、λｇ＝λ０／√εｒで表される。ただし、この約λｇ／２という長さは一例であり、例えば地板３の形状やサイズ等の種々の要因によって最適な長さは変化する。

　パッチアンテナ７への給電はパッチ放射素子５に対して行われるが、パッチ放射素子５への給電構造については図示を省略している。パッチ状の放射素子へ給電を行う方法は種々考えられて実用化もされているため、詳細説明は省略するが、本実施形態では、給電用のマイクロストリップラインから電磁結合型給電方式にて給電を行う構造となっている。

　パッチアンテナ７は、誘電体基板２における長辺方向（ｘ軸方向）を主偏波方向として動作する。すなわち、パッチアンテナ７は水平偏波を良好に送受信可能なアンテナとして構成され、用いられる。

　ＥＢＧ４は、図２や図３（ａ）、図４（ａ）から明らかなように、誘電体基板２の基板表面に形成されたパッチ状の金属パターン（以下「パッチ状パターン」という）４ａと、このパッチ状パターン４ａの中心部と地板３とを電気的に接続する導電ビア（以下単に「ビア」という）４ｂとにより構成されている。

　本実施形態のパッチ状パターン４ａの形状（板面に平行な面の形状）は、一辺の長さが約λｇ／５～λｇ／１０の正方形状となっている。ただし、この一辺の長さは一例であり、誘電体基板２の誘電率によって変動する。ビア４ｂは、誘電体基板２を板面垂直方向（ｚ軸方向）に貫通するように設けられており、一端側にパッチ状パターン４ａが接続され、他端側に地板３が接続される。

　ＥＢＧ４は、アンテナ装置１において複数設けられている。具体的には、基板表面における、ＥＢＧ非存在領域１０（図１（ｂ）参照）以外の領域全体に、パッチ状パターン４ａが所定間隔隔てて複数配列されている。正方形状の各パッチ状パターン４ａは、いずれも、対向する一組の辺がｘ軸方向に平行となるよう、且つ対向するもう一組の辺がｙ軸方向に平行となるように配置されている。各パッチ状パターン４ａは、基板表面において、微小距離（アンテナ装置１の使用周波数に対応した波長よりも十分に短い距離）隔てて配列されている。

　各ＥＢＧ４は、隣接する他のＥＢＧ４と容量的に結合すると共に、基板裏面の地板３と誘導的及び容量的に結合する。これにより、各ＥＢＧ４は、全体として、並列共振回路の二次元回路網として機能し、パッチアンテナ７の動作（放射）により発生する基板両端（主偏波方向の両端）への表面電流の伝搬を阻止（抑制）する。

　ＥＢＧ非存在領域１０は、その中心部にパッチ放射素子５が存在し、且つパッチ状パターン４ａが存在しない領域である。ＥＢＧ非存在領域１０は、全体としてひし形形状となっており、ＥＢＧ非存在領域１０の境界（領域境界）は、複数のパッチ状パターン４ａ及び誘電体基板２の端辺により形成されている。つまり、各パッチ状パターン４ａは、ひし形形状のＥＢＧ非存在領域１０が形成されるように配置されている。ひし形形状のＥＢＧ非存在領域１０の境界領域に沿って各パッチ状パターン４ａが配置されていると言うことができ、見方を変えれば、各パッチ状パターン４ａをパッチ放射素子５の周囲に図１に示すように配置することによってこれら各パッチ状パターン４ａによってＥＢＧ非存在領域１０が形成されるとも言える。

　また、図１（ｂ）に示すように、主偏波方向に垂直（つまりｙ軸方向に平行）なラインであってパッチ放射素子５における主偏波方向の略中心部（本実施形態では正方形状のパッチ放射素子５の中心（重心））を通るラインを仮想的なパッチライン１００とし、パッチライン１００上の任意の点から主偏波方向におけるＥＢＧ非存在領域１０の領域境界までの距離（領域境界を形成するパッチ状パターン４ａまでの距離）を非存在距離Ｌとしたとき、ＥＢＧ非存在領域１０は次のように表せる。

　すなわち、パッチライン１００よりも誘電体基板２の主偏波方向一端側（図１におけるパッチライン１００の右側）の領域（以下「右側領域」という）の非存在距離Ｌである右側非存在距離Ｌａ、及び他端側（図１におけるパッチライン１００の左側）の領域（以下「左側領域」という）の非存在距離Ｌである左側非存在距離Ｌｂの双方とも、パッチライン１００上の位置によって複数種類に変化するように形成されている。

　具体的には、パッチライン１００におけるパッチ放射素子５の中心位置からの各非存在距離Ｌａ０，Ｌｂ０が最も長くなっている。この最も長い各非存在距離Ｌａ０，Ｌｂ０は、具体的には、波長λｇの約５倍の長さである。なお、この最も長い各非存在距離Ｌａ０，Ｌｂ０を波長λｇの約５倍の長さにすることは必須ではなくあくまでも一例であるが、波長λｇの約５倍の長さを確保することが好ましい。

　そして、パッチライン１００におけるパッチ放射素子５の中心位置から、誘電体基板２の下端（図１の図面下側）まで及び上端（図１の図面上側）までの双方で、各非存在距離Ｌａ，Ｌｂが連続的に（厳密には段階的に）減少している。なお、パッチライン１００上の同じ位置において、右側非存在距離Ｌａと左側非存在距離Ｌｂは同じ長さである。

　つまり、各ＥＢＧ４を構成する各パッチ状パターン４ａは、基板表面において、パッチライン１００を対称軸として線対称の位置関係になるように配置されているのであり、換言すれば、ＥＢＧ非存在領域１０はパッチライン１００を対称軸とした線対称のひし形形状となっている。

　本実施形態では、ＥＢＧ非存在領域１０の中心にパッチ放射素子５が配置され、パッチ放射素子５を除く領域ほぼ全域に導体板６が形成されている。なお、導体板６は、基板裏面の地板３と直接導通していないが、基板裏面の地板３とともにパッチアンテナ７のグランドとして機能する。ただし、導体板６は、アンテナ装置１として必須のものではなく、導体板６はなくてもよい。

　このように、本実施形態のアンテナ装置１は、パッチ放射素子５の周囲にＥＢＧ非存在領域１０が設けられ、しかもそのＥＢＧ非存在領域１０が、パッチライン１００からの非存在距離Ｌａ，Ｌｂがパッチライン１００上の位置によって異なるように形成されている。そのため、非存在距離が長いところでは表面電流が長く伝搬していってその分ビーム幅を広くとることができる一方、非存在距離が短い箇所も設けることで全体として輻射位置を分散させることができる。

　つまり、本実施形態のアンテナ装置１によれば、ＥＢＧ非存在領域１０が形成されるように各ＥＢＧ４を配置することで、表面電流の伝搬距離を確保して所望のビーム幅を維持できると共に、ＥＢＧ非存在領域１０における非存在距離Ｌａ，Ｌｂがパッチライン１００上の位置によって異なるようにＥＢＧ非存在領域１０を形成する（各ＥＢＧ４の各パッチ状パターン４ａを配置する）ことで、表面電流に起因する輻射の輻射位置を分散させて指向性の乱れ（リップル等）を抑制することができる。

　［第２実施形態］
　図５に示す第２実施形態のアンテナ装置２０は、図１に示した第１実施形態のアンテナ装置１と比較して、パッチアンテナ２５の構成が異なる。すなわち、第１実施形態のパッチアンテナ７は、パッチ放射素子５を１つ備えていたのに対し、本実施形態のパッチアンテナ２５は、複数（本例では４つ）のパッチ放射素子２１，２２，２３，２４が、誘電体基板２の中央部において縦方向（ｙ軸方向）に所定間隔で配列された構成となっている。

　各パッチ放射素子２１～２４の形状や寸法は、第１実施形態のパッチ放射素子５と同じである。各パッチ放射素子２１～２４への給電は、本実施形態では、給電用のマイクロストリップラインを分岐させて各パッチ放射素子２１～２４へ電磁結合型給電方式にて給電を行う構造となっている。

　パッチアンテナ２５の構成（パッチ放射素子の数）以外は、基本的には、第１実施形態のアンテナ装置１と同じ構成である。すなわち、パッチアンテナ２５の周囲に、複数のＥＢＧ４が、ひし形形状のＥＢＧ非存在領域１０を形成するように配置されている。なお、ＥＢＧ非存在領域１０内における、パッチアンテナ２５以外の領域には、第１実施形態と同様、導体板２６が形成されている。ただし、この導体板２６はなくてもよい。

　また、パッチアンテナ２５は、その中心点ＰがＥＢＧ非存在領域１０の中心部に位置するように配置されている。なお、パッチアンテナ２５の中心点Ｐは、縦方向（ｙ軸方向）においては、４つのパッチ放射素子２１～２４の縦方向全長における中点であり、横方向（ｘ軸方向）においては、各パッチ放射素子２１～２４の横方向における中点であって、第１実施形態のパッチ放射素子５の中心点と同じ位置である。

　そのため、パッチアンテナ２５の中心点Ｐを通る仮想のパッチライン（図５では図示略）から領域端部までの主偏波方向の距離（非存在距離Ｌ）は、パッチアンテナ２５の中心点Ｐからの非存在距離Ｌａ０，Ｌｂ０が最も長く且つ両者は等しく、それぞれ、基板上端及び下端に向けて連続的（厳密には段階的）に短くなっていく。

　このように構成された本実施形態のアンテナ装置２０における、車両前方方向（パッチアンテナ２５が形成された基板表面側）の水平面（ｘｚ面）指向性は、図６（ｂ）に示すように、図６（ａ）に示す参考構造（ＥＢＧ４のない構造）に比べて、所定角度領域での利得低下が抑制されている。

　すなわち、ＥＢＧ４のない参考構造のアンテナ装置の指向性は、図６（ａ）に示すように、±４５°付近でリップル（利得の低下）が生じている。この利得低下の主な要因の１つは、基板端部に伝搬する表面電流であり、ひいては基板端部からの不要放射である。

　これに対し、本実施形態のアンテナ装置２０は、ひし形形状のＥＢＧ非存在領域１０をなすように複数のＥＢＧ４が配置され、これにより、表面電流の確保（延いてはビーム幅の確保）と、輻射位置の分散によるリップル抑制が実現される。そのため、本実施形態のアンテナ装置２０の指向性は、図６（ｂ）に示すように、参考構造に比べて、利得の変動が大幅に抑制されている。なお、図１に示した第１実施形態のアンテナ装置１も、図６（ｂ）と同じ傾向の指向性を有している。

　従って、本実施形態のアンテナ装置２０によっても、第１実施形態のアンテナ装置１と同じように、指向性の乱れ（リップル等）の抑制と所望のビーム幅維持の両立が可能となる。

　［第３実施形態］
　図７に示す第３実施形態のアンテナ装置３０は、図５に示した第２実施形態のアンテナ装置２０と比較して、パッチアンテナ２５の左右両側にパッチ放射素子が形成されている点で異なり、それ以外は第２実施形態と同じである。

　すなわち、第２実施形態のパッチアンテナ２５は、縦方向に所定間隔で配列された４つのパッチ放射素子２１～２４を備えていたのに対し、本実施形態のアンテナ装置３０は、第２実施形態のパッチアンテナ２５の各パッチ放射素子２１～２４を１つの放射素子群としたとき、その放射素子群が複数（本例では５つ）、所定間隔で主偏波方向に配列された構造となっている。

　具体的には、パッチアンテナ２５を構成する放射素子群３１ｃを中心として、その左側に２つの放射素子群３１ａ，３１ｂが配置され、右側に２つの放射素子群３１ｄ，３１ｅが配置されている。各放射素子群３１ａ～３１ｅは主偏波方向に等間隔で配置されている。５つの放射素子群３１ａ～３１ｅには、それぞれ、個別に給電することができるようになっている。そのため、アンテナ装置３０は、１つの放射素子群を１チャンネルとして５チャンネル分の電波を送受信可能となっている。

　そして、これら各放射素子群３１ａ～３１ｅからなるパッチアンテナの周囲に、複数のＥＢＧ４が、ひし形形状のＥＢＧ非存在領域１０を形成するように配置されている。なお、ＥＢＧ非存在領域１０内における、パッチアンテナ以外の領域には、第１実施形態と同様、導体板３３が形成されている。ただし、この導体板３３はなくてもよい。

　本実施形態のアンテナ装置３０における、５つの放射素子群３１ａ～３１ｅ全体の中心点Ｐは、第１実施形態のアンテナ装置１の中心点や第２実施形態のアンテナ装置２０の中心点Ｐと同じ位置である。そして、その中心点Ｐを通る仮想のパッチライン（図７では図示略）から領域端部までの主偏波方向の距離（非存在距離Ｌ）は、中心点Ｐからの非存在距離Ｌａ０，Ｌｂ０が最も長く且つ両者は等しく、それぞれ、基板上端及び下端に向けて連続的（厳密には段階的）に短くなっていく。

　このように構成された本実施形態のアンテナ装置３０における、車両前方方向の水平面（ｘｚ面）指向性は、図８（ｃ）に示すように、図８（ａ）に示す参考構造（ＥＢＧ４のない構造）に比べて所定角度領域での利得低下が抑制されており、また、図８（ｂ）に示す参考構造（ＥＢＧ非存在領域の幅が一定の構造）に比べてビーム幅が広くなっている。なお、図８に示す指向性は、いずれも、５つの放射素子群のうち中心部の１つの放射素子群（パッチアンテナ２５相当）のみを給電対象とした場合の指向性を表している。

　ＥＢＧ４のない図８（ａ）の参考構造の場合、電流分布が図９（ａ）に示すようになり、基板端部まで表面電流が伝搬して、基板端部から強い輻射が生じてしまう。そのため、その指向性は、図８（ａ）に示すように、±５０°付近でリップルが生じている。

　また、図８（ｂ）に示す参考構造の場合、電流分布が図９（ｂ）に示すようになり、パッチライン上のどの位置からも表面電流の伝搬距離が等しく且つ短い距離に制限される。そのため、その指向性は、図８（ｂ）に示すように、ビーム幅が狭くなっている。なお、第１実施形態のアンテナ装置１においても、仮に、各ＥＢＧを図８（ｂ）のように配置した場合、図９（ｂ）と同じような電流分布となって、図８（ｂ）と同じようにビーム幅が狭まる。

　これに対し、本実施形態のアンテナ装置３０は、電流分布が図９（ｃ）に示すように、垂直方向における中心点及びその近傍からは表面電流が基板端部近傍まで伝搬しており、中心点から基板上端及び下端に向けて、表面電流の伝搬距離が徐々に短くなっている。そのため、その指向性は、図８（ｃ）に示すように、ＥＢＧ４のない図８（ａ）の参考構造に比べて、利得低下（リップル）が抑制されており、且つ、ビーム幅がほぼ同等のレベルに維持されている。

　従って、本実施形態のアンテナ装置３０によっても、第１実施形態のアンテナ装置１と同じように、指向性の乱れ（リップル等）の抑制と所望のビーム幅維持の両立が可能となる。

　［他の実施形態］
　（１）アンテナ装置において複数のＥＢＧをどのように配置するか（ＥＢＧ非存在領域をどのような形状とするか）については、上記各実施形態のひし形形状の配置に限らず、種々の配置形状とすることができる。

　例えば、図１０（ａ）に示すアンテナ装置５０のように、略平行四辺形状のＥＢＧ非存在領域５６が形成されるように各ＥＢＧ４を配置してもよい。なお、ＥＢＧ非存在領域５６には、導体板５３を形成してもよいし、形成しなくてもよい。

　また例えば、図１０（ｂ）に示すアンテナ装置６０のように、領域境界が三角波形状となるようなＥＢＧ非存在領域６６が形成されるように各ＥＢＧ４を配置してもよい。なお、この場合も、ＥＢＧ非存在領域６６には、導体板６３を形成してもよいし、形成しなくてもよい。

　また例えば、図１０（ｃ）に示すアンテナ装置７０のように、垂直方向における、中心部を含む上下所定幅の範囲（おおよそ、各放射素子群３１ａ～３１ｅが存在する範囲）においては、上記各実施形態の各アンテナ装置と同じように、中心部からの非存在距離Ｌが最も長くて上下方向に向けて非存在距離Ｌが徐々に短くなっていくようにし、それ以外の範囲では領域幅が一定となるような、ＥＢＧ非存在領域７６を形成してもよい。なお、この場合も、ＥＢＧ非存在領域７６には、導体板７３を形成してもよいし、形成しなくてもよい。

　図１０に示した３つの例もあくまでも一例であり、パッチラインからの非存在距離がパッチライン上の位置によって複数種類に変化するような形状である限り、様々な形状のＥＢＧ非存在領域を形成することができる。

　ただし、好ましくは、パッチライン上の少なくとも一部の所定範囲内において、その所定範囲の一旦から他端までの間で前記非存在距離が連続的又は段階的に増加又は減少するように形成されたものがよく、より好ましくは、パッチラインにおけるパッチアンテナの中心位置からの非存在距離が最も長くなるように形成されたものがよい。

　（２）ＥＢＧ４を構成するパッチ状パターン４ａの形状は、四角形（正方形）状に限らず、他の形状であってもよい。例えば、図１１に示すアンテナ装置８０のように、六角形状のパッチ状パターンを有するＥＢＧ８１を複数配置するようにしてもよい。なお、図１１では、アンテナ装置８０全体のうちパッチアンテナ７を含む一部分のみ拡大して図示している。図１１に示すアンテナ装置８０も、ＥＢＧ非存在領域８２が全体としてひし形形状となるように、六角形状のパッチ状パターンのＥＢＧ８１が複数配置されている。

　六角形状のパッチ状パターンもあくまでも一例であり、ＥＢＧのパッチ状パターンの形状は、ＥＢＧとしての機能を発揮し得る限りにおいて各種形状を採用することができる。また、各パッチ状パターンの配置の向きや配置間隔なども適宜決めることができる。また、全てのパッチ状パターンを同じ形状とする必要も必ずしもなく、異なる形状のパッチ状パターンが混在する構成であってもよい。

　（３）パッチアンテナを構成する各パッチ放射素子の数や形状、寸法などについても適宜決めることができる。

　１，２０，３０，５０，６０，７０，８０…アンテナ装置、２…誘電体基板、３…地板、４，８１…ＥＢＧ、４ａ…パッチ状パターン、４ｂ…ビア、５，２１～２４…パッチ放射素子、６，２６，３３，５３，６３，７３…導体板、７，２５…パッチアンテナ、１０，５６，６６，７６，８２…ＥＢＧ非存在領域、３１ａ～３１ｅ…放射素子群、１００…パッチライン、Ｐ…中心点。

Claims

　両板面を有し、そのうちの一方の板面に地板（３）が形成された誘電体基板（２）と、
　前記誘電体基板における前記地板が形成された前記一方の板面とは反対側の他方の板面に形成された少なくとも１つの給電用のパッチ放射素子（５，２１，２２，２３，２４）を有し、前記誘電体基板の前記板面における所定方向を主偏波方向とするパッチアンテナ（７，２５）と、
　前記他方の板面である基板表面に形成されたパッチ状の導体パターン（４ａ）、及び前記導体パターンと前記地板とを電気的に接続するためにこれら両者間の間に前記誘電体基板を貫通するように形成された接続導体（４ｂ）を有する、複数の導電性構造体（４）と、
　複数の前記導電性構造体は、前記基板表面において、当該各導電性構造体によって、前記パッチアンテナの前記パッチ放射素子が完全に含まれて且つ前記導電性構造体の前記導体パターンが存在しない領域である構造体非存在領域（１０，５６，６６，７６，８２）を形成するように配置されており、
　前記構造体非存在領域は、前記主偏波方向に垂直なラインであって前記パッチアンテナにおける前記主偏波方向の略中心部を通るラインをパッチラインとして、前記パッチラインよりも前記誘電体基板の一端側の領域及び他端側の領域の双方において、複数の前記導電性構造体により、前記主偏波方向における前記パッチライン上の任意の位置から前記構造体非存在領域の境界を形成する前記導体パターンまでの距離である非存在距離（Ｌａ，Ｌｂ）が前記パッチライン上の位置によって複数種類に変化するように形成されている
　ことを特徴とするアンテナ装置（１，２０，３０，５０，６０，７０，８０）。
　請求項１に記載のアンテナ装置であって、
　前記構造体非存在領域は、前記一端側の領域及び前記他端側の領域の双方において、前記パッチライン上の少なくとも一部の所定範囲内において、その所定範囲の一旦から他端までの間で前記非存在距離が連続的又は段階的に増加又は減少するように形成されている
　ことを特徴とするアンテナ装置。
　請求項１又は請求項２に記載のアンテナ装置であって、
　前記構造体非存在領域は、前記一端側の領域及び前記他端側の領域の双方において、前記パッチラインにおける前記パッチアンテナの中心位置からの前記非存在距離が最も長くなるように形成されている
　ことを特徴とするアンテナ装置（１，２０，３０，６０，７０，８０）。
　請求項３に記載のアンテナ装置であって、
　前記構造体非存在領域は、前記一端側の領域及び前記他端側の領域の双方において、前記パッチライン上の前記中心位置を含む所定範囲内における前記中心位置から前記所定範囲の一端にかけて、及び前記中心位置から前記所定範囲の他端にかけて、前記非存在距離が連続的又は段階的に減少するように形成されている
　ことを特徴とするアンテナ装置。
　請求項１～請求項４の何れか１項に記載のアンテナ装置であって、
　前記導電性構造体を構成する前記導体パターンは、四角形状（４ａ）又は六角形状（８１）に形成されている
　ことを特徴とするアンテナ装置。
　請求項１～請求項５の何れか１項に記載のアンテナ装置であって、
　前記基板表面の、前記構造体非存在領域における前記パッチ放射素子の周囲には、導体板（６，２６，３３，５３，６３，７３）が形成されている
　ことを特徴とするアンテナ装置（１，２０，３０，５０，６０，７０）。
　請求項１～請求項６の何れか１項に記載のアンテナ装置であって、
　前記パッチアンテナは、前記主偏波方向に垂直な方向に前記パッチ放射素子が複数配列されてなる放射素子群（２５）を、１つ、又は前記主偏波方向に配列された状態で複数備えている
　ことを特徴とするアンテナ装置（２０，３０，７０）。