WO2019220536A1 - アレーアンテナ装置及び通信機器 - Google Patents

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WO2019220536A1
WO2019220536A1 PCT/JP2018/018760 JP2018018760W WO2019220536A1 WO 2019220536 A1 WO2019220536 A1 WO 2019220536A1 JP 2018018760 W JP2018018760 W JP 2018018760W WO 2019220536 A1 WO2019220536 A1 WO 2019220536A1
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array antenna
dielectric substrate
plane
ground conductor
dielectric
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PCT/JP2018/018760
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渡辺　光
山口　聡
深沢　徹
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三菱電機株式会社
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    • H01Q9/04—Resonant antennas
    • H01Q9/0407—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/36—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith
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    • H01Q9/0407—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna
    • H01Q9/045—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna with particular feeding means
    • H01Q9/0457—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna with particular feeding means electromagnetically coupled to the feed line

Definitions

  • the present invention relates to an array antenna device in which a plurality of radiation conductors are formed on a dielectric substrate, and a communication device including the array antenna device.
  • Non-Patent Document 1 discloses an array antenna in which patch antennas are arrayed as radiation conductors.
  • the beam width of the array element pattern on the E plane which is the electric field plane of the patch antenna
  • the beam width of the array element pattern on the H plane which is the magnetic field plane. Therefore, in an array antenna whose main beam direction is the E-plane direction, beam scanning loss may increase when beam scanning is performed at a wide angle.
  • One factor that increases the beam scanning loss is considered to be a factor that increases the mutual coupling between the plurality of patch antennas in the E-plane direction of the array antenna because the influence of the surface wave is large.
  • Non-Patent Document 1 if the thickness h of the substrate on which the patch antenna is formed on one surface and the ground plane is formed on the other surface is a thickness that satisfies the following formula (1): It is described that surface waves can be suppressed.
  • ⁇ 0 is the free space wavelength
  • ⁇ r is the relative dielectric constant of the substrate.
  • the conventional array antenna can suppress the surface wave if the thickness h of the substrate satisfies the formula (1).
  • the thickness h of the substrate also affects the bandwidth of the antenna.
  • the bandwidth of the antenna is narrowed.
  • the conventional array antenna may not be able to ensure a thickness that satisfies the formula (1) as the substrate thickness h in order to ensure a desired band.
  • the conventional array antenna has a problem that the surface wave cannot be suppressed when the thickness h that satisfies the formula (1) cannot be secured as the thickness h of the substrate.
  • the present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to obtain an array antenna device and a communication device that can suppress a surface wave while securing a desired band.
  • An array antenna device surrounds a dielectric substrate, a plurality of radiation conductors formed on a first plane of the dielectric substrate, and a plurality of radiation conductors among the first plane of the dielectric substrate.
  • a first ground conductor formed on a plane at a position where a gap is generated between the plurality of radiation conductors and a second ground plane of the dielectric substrate, facing the first ground conductor
  • the second ground conductor formed on the plane of the position of the inner surface of the dielectric substrate so that one end is connected to the first ground conductor and the other end is connected to the second ground conductor.
  • a plurality of connection conductors whose one end connection position with respect to the first ground conductor surrounds any of the plurality of radiation conductors, the second plane of the dielectric substrate, and the second ground conductor.
  • Each of which has a dielectric layer bonded on one side and the other side of the dielectric layer. Surface and is bonded, in which via the dielectric layer and the dielectric substrate, and so and a power supply board which electromagnetically couple the radio wave to a plurality of radiating conductors.
  • one end is connected to the first ground conductor and the other end is connected to the second ground conductor.
  • the array antenna apparatus was configured such that the connection position at one end includes a plurality of connection conductors that are positions that surround any of the plurality of radiation conductors. Therefore, the array antenna apparatus according to the present invention can suppress the surface wave while securing a desired band.
  • FIG. 1 is a plan view showing an array antenna apparatus according to Embodiment 1.
  • FIG. FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line B-B ′ in the array antenna apparatus shown in FIG. 1. It is sectional drawing which shows the inside of the electric power feeding board
  • FIG. 6 is a cross-sectional view showing an array antenna device according to a second embodiment. It is explanatory drawing which shows the simulation result of the array element pattern of an array antenna apparatus. It is explanatory drawing which shows the reflective characteristic of an array antenna apparatus.
  • FIG. 1 is a plan view showing an array antenna apparatus according to Embodiment 1.
  • FIG. FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line B-B ′ in the array antenna apparatus shown in FIG. 1. It is sectional drawing which shows the
  • FIG. 6 is a cross-sectional view showing an array antenna device according to a third embodiment.
  • 3 is an explanatory diagram showing an arrangement of a plurality of radiation conductors 2 on a first plane 1a of a dielectric substrate 1.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram showing an arrangement of a plurality of radiation conductors 2 on a first plane 1a of a dielectric substrate 1.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram showing an arrangement of a plurality of radiation conductors 2 on a first plane 1a of a dielectric substrate 1.
  • FIG. 10 is a configuration diagram illustrating a communication device according to a sixth embodiment.
  • FIG. 1 is a plan view showing an array antenna apparatus according to Embodiment 1.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line BB ′ in the array antenna apparatus shown in FIG. 1 and 2, a dielectric substrate 1 is a substrate formed of a dielectric.
  • the radiation conductor 2 is a quadrangular patch element formed on the first plane 1a of the dielectric substrate 1.
  • nine (3 in the X direction and 3 in the Y direction) radiation conductors 2 are formed on the first plane 1 a of the dielectric substrate 1.
  • a plurality of radiation conductors 2 may be formed on the first plane 1a, and two to eight or ten or more radiation conductors 2 may be formed.
  • the shape of the radiation conductor 2 is a quadrangle.
  • the shape of the radiation conductor 2 may be any shape, such as a triangle, a pentagon, or a circle.
  • the first ground conductor 3 is a position surrounding the plurality of radiation conductors 2 in the first plane 1 a of the dielectric substrate 1 and a plane where gaps 4 are generated between the plurality of radiation conductors 2. It is the conductor grid currently formed in this. In the array antenna apparatus shown in FIG. 1, since the nine radiation conductors 2 have a quadrangular shape, the first ground conductor 3 has a shape in which nine quadrangles are hollowed out.
  • the second ground conductor 5 is a conductor grid formed on a plane at a position facing the first ground conductor 3 in the second plane 1 b of the dielectric substrate 1. The shape of the first ground conductor 3 and the shape of the second ground conductor 5 are the same shape.
  • connection conductor 6 is a through-hole via provided inside the dielectric substrate 1 so that one end is connected to the first ground conductor 3 and the other end is connected to the second ground conductor 5. .
  • the connection position of one end of the connection conductor 6 with respect to the first ground conductor 3 is a position surrounding any of the plurality of radiation conductors 2.
  • one end of 24 connection conductors 6 for one radiation conductor 2 is connected to the first ground conductor 3 so as to surround the radiation conductor 2.
  • the dielectric layer 7 is a layer in which each of the second plane 1b and the second ground conductor 5 of the dielectric substrate 1 is bonded to one surface 7a.
  • the dielectric layer 7 is a layer formed of a dielectric having the same relative dielectric constant as that of the dielectric forming the dielectric substrate 1.
  • the dielectric layer 7 is not limited to a layer formed of a dielectric, and is formed of, for example, a dielectric adhesive having the same relative dielectric constant as that of the dielectric forming the dielectric substrate 1. It may be a layer.
  • the power supply substrate 8 has one surface 8 a bonded to the other surface 7 b of the dielectric layer 7, and electromagnetically couples radio waves to the plurality of radiation conductors 2 via the dielectric layer 7 and the dielectric substrate 1. It is a substrate to be made.
  • the power supply substrate 8 includes a triplate line as a line for electromagnetically coupling radio waves to each of the plurality of radiation conductors 2.
  • the element occupation area 9 is an occupation area per radiation conductor 2, and is determined from the spacing between the radiation conductors 2 in the X direction and the spacing between the radiation conductors 2 in the Y direction. The position where one end of the plurality of connection conductors 6 surrounds the radiation conductor 2 is inside the element occupation area 9.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing the inside of the power supply substrate 8 of the array antenna apparatus shown in FIG.
  • the ground conductor 11 is formed on one surface 8 a of the power supply substrate 8.
  • the ground conductor 12 is formed on the other surface 8 b of the power supply substrate 8.
  • the center conductor 13 is a conductor formed between the ground conductor 11 and the ground conductor 12.
  • the connection conductor 14 is provided inside the power supply substrate 8 so that one end is connected to the ground conductor 11 and the other end is connected to the ground conductor 12.
  • One end of the connection conductor 15 is connected to the center conductor 13, and the other end is exposed to the outside of the power supply substrate 8.
  • the coupling slot 16 is a hole provided in the ground conductor 11 in order to electromagnetically couple radio waves to each of the plurality of radiation conductors 2.
  • Each of the ground conductor 11, the ground conductor 12, the center conductor 13, the connection conductor 14, the connection conductor 15, and the coupling slot 16 is an element of a triplate line included in the power supply substrate 8.
  • the power supply substrate 8 is provided with the coupling slot 16 in the ground conductor 11, when an electric signal is supplied to the connection conductor 15 from the outside, a plurality of radiation conductors are interposed via the dielectric layer 7 and the dielectric substrate 1. 2 is electromagnetically coupled to radio waves.
  • the radio waves coupled to the plurality of radiation conductors 2 are radiated into space. However, some of the radio waves coupled to the plurality of radiation conductors 2 become surface wave components propagated inside the dielectric substrate 1.
  • the surface wave component that is a part of the radio wave coupled to the certain radiation conductor 2 is adjacent to the certain radiation conductor 2. Propagated to another radiation conductor 2. Since the surface wave component is propagated to the other radiation conductors 2, the mutual coupling between the plurality of radiation conductors 2 is increased, and the beam scanning loss of the array antenna apparatus is increased.
  • the array antenna apparatus shown in FIG. 1 since the plurality of connection conductors 6 are arranged so as to surround the radiation conductor 2, the surface wave components from the radiation conductor 2 surrounded by the plurality of connection conductors 6 are plural.
  • the connection conductor 6, the first ground conductor 3 and the second ground conductor 5 are shielded. Therefore, the array antenna apparatus shown in FIG. 1 can suppress an increase in mutual coupling between the plurality of radiating conductors 2, and thus can suppress a decrease in gain in the wide-angle direction of the array element pattern.
  • the surface wave component from the radiation conductor 2 is shielded by the plurality of connection conductors 6, the first ground conductor 3, and the second ground conductor 5, so that the dielectric substrate It is not necessary that the thickness h of 1 satisfies the formula (1). That is, in the array antenna device shown in FIG. 1, even if the thickness h of the dielectric substrate 1 is larger than (0.3 ⁇ 0 ) / (2 ⁇ r ), the surface wave component from the radiation conductor 2 is shielded. can do. Therefore, in the array antenna apparatus shown in FIG. 1, the thickness h of the dielectric substrate 1 can be made larger than (0.3 ⁇ 0 ) / (2 ⁇ r ), so that the antenna band can be widened. It is.
  • the array antenna apparatus does not include a plurality of connection conductors 6, the first ground conductor 3, and the second ground conductor 5, the main radiation component that is a radio wave radiated into the space per one radiation conductor 2.
  • the radiation region corresponds to a region excluding the radiation conductor 2 in the element occupation area 9. Since the array antenna apparatus shown in FIG. 1 includes a plurality of connecting conductors 6, a first ground conductor 3, and a second ground conductor 5, the radiation area of the main radiation component per radiation conductor 2 is Of the region surrounded by the plurality of connection conductors 6, it corresponds to a region excluding the radiation conductor 2. Accordingly, the array antenna apparatus shown in FIG. 1 has a smaller radiation area of the main radiation component than the array antenna apparatus that does not include the plurality of connection conductors 6, the first ground conductor 3, and the second ground conductor 5. The beam width of the array element pattern can be increased.
  • an array antenna apparatus having a cavity structure including a dielectric substrate in which a plurality of radiation conductors are formed on a first plane and a ground plane is formed on a second plane, and a power feeding substrate is grounded to the ground plane.
  • the dielectric substrate and the power supply substrate are often fixed by screws.
  • the dielectric substrate and the power supply substrate are fixed by screwing, positioning or the like may occur between the dielectric substrate and the power supply substrate, and the electrical characteristics of the antenna may vary from the design value.
  • the power supply substrate 8 is bonded to the dielectric substrate 1 via the dielectric layer 7, and it is not necessary to ground the power supply substrate 8 to the second ground conductor 5. . Therefore, in the structure of the array antenna device shown in FIG. 1, the dielectric substrate 1 and the power supply substrate 8 may be multilayered via the dielectric layer 7, and the dielectric substrate 1 and the power supply substrate 8 are compared with the cavity structure. Multi-layering is easy. Therefore, it is difficult for the dielectric substrate 1 and the power supply substrate 8 to be positioned, and the possibility that the electrical characteristics of the antenna fluctuate from the design value is reduced.
  • FIG. 4 is a plan view showing an array antenna apparatus to be simulated.
  • the same reference numerals as those in FIG. 1 denote the same or corresponding parts.
  • 32 (8 in the X direction and 4 in the Y direction) radiation conductors 2 are formed on the first plane 1 a of the dielectric substrate 1.
  • FIG. 5 is an explanatory diagram showing a simulation result of a radiation pattern (array element pattern) in the E-plane direction of the array antenna apparatus shown in FIG. FIG.
  • FIG. 5 shows a simulation result of the array element pattern of the array antenna apparatus to be compared, in addition to the array antenna apparatus shown in FIG. 4 as the array antenna apparatus of the first embodiment.
  • 32 radiation conductors 2 (8 in the X direction and 4 in the Y direction) are formed on the first plane 1a of the dielectric substrate 1.
  • the antenna device does not include the connection conductor 6, the first ground conductor 3, and the second ground conductor 5.
  • one of the 32 radiating conductors 2 is selected in order, and an array element pattern is calculated when each selected radiating conductor 2 is excited.
  • the average value of the 32 array element patterns calculated is calculated.
  • the interval between the 32 radiation conductors 2 is 0.54 free space wavelength.
  • the horizontal axis represents the angle
  • the beam width of the array element pattern is ⁇ 60 to +60 degrees, it is generally said that the beam width of the array element pattern is wide. Further, if the gain of the array element pattern is generally larger than ⁇ 3 dB, it is generally said that the gain is large. Comparing the simulation result 21 and the simulation result 22, when the beam width is ⁇ 60 to +60 degrees, the gain of the array element pattern indicated by the simulation result 21 is larger than the gain of the array element pattern indicated by the simulation result 22. Yes.
  • the simulation result 21 shows that the gain of the array element pattern is substantially larger than ⁇ 3 dB at a beam width of ⁇ 60 to +60 degrees. Therefore, it can be seen that the array antenna apparatus shown in FIG. 4 has a wider array area by increasing the beam width of the array element pattern as compared with the array antenna apparatus to be compared.
  • the first embodiment described above is provided inside the dielectric substrate 1 so that one end is connected to the first ground conductor 3 and the other end is connected to the second ground conductor 5.
  • the array antenna apparatus was configured such that the connection position of one end with respect to one ground conductor 3 was provided with a plurality of connection conductors 6 that surrounded one of the plurality of radiation conductors 2. Therefore, the array antenna apparatus can suppress the surface wave while ensuring a desired band.
  • the power supply substrate 8 shown in FIG. 3 includes a triplate line for electromagnetically coupling radio waves to each of the plurality of radiation conductors 2.
  • the line for electromagnetically coupling radio waves is not limited to the triplate line. Therefore, the power supply substrate 8 is a line for electromagnetically coupling radio waves to each of the plurality of radiation conductors 2, for example, a ground conductor is formed on the other surface 8b, and a microstrip line is formed on the one surface 8a. It may be what has been done.
  • Embodiment 2 FIG.
  • the dielectric substrate 1 is a single layer substrate.
  • an array antenna apparatus in which the dielectric substrate 1 is a multilayer substrate in which a plurality of dielectric substrates are stacked will be described.
  • FIG. 6 is a sectional view showing an array antenna apparatus according to the second embodiment.
  • a plan view of the array antenna apparatus according to the second embodiment is the same as that of FIG. 1, and FIG. 6 shows a cross section BB ′ in the array antenna apparatus shown in FIG.
  • the dielectric substrate 1 is a multilayer substrate including a dielectric substrate 31, a dielectric layer 32, and a dielectric substrate 33.
  • the relative dielectric constants of the dielectric substrate 31, the dielectric layer 32, and the dielectric substrate 33 are the same.
  • the dielectric layer 32 is a layer inserted between the dielectric substrate 31 and the dielectric substrate 33, and is formed of a dielectric.
  • the dielectric layer 32 is not limited to a layer formed of a dielectric, and may be a layer formed of a dielectric adhesive, for example.
  • the dielectric substrate 1 is a three-layer multilayer substrate.
  • the dielectric substrate 1 is not limited to a three-layer multilayer substrate, and may be a multilayer substrate having two layers or four or more layers.
  • the dielectric substrate 1 is a single layer substrate
  • the dielectric substrate 1 may not be able to ensure a desired thickness.
  • the thickness of the dielectric substrate 1 can be made larger than the thickness of the single layer substrate by increasing the number of multilayer substrates. It is. Therefore, in the array antenna apparatus shown in FIG. 6, it is possible to make the band wider than that of the array antenna apparatus of the first embodiment by increasing the thickness of the dielectric substrate 1.
  • FIG. 7 is an explanatory diagram showing a simulation result of the array element pattern of the array antenna apparatus.
  • FIG. 7 shows a simulation result of the array element pattern when the dielectric substrate 1 is a single layer substrate, and a simulation result of the array element pattern when the dielectric substrate 1 is a multilayer substrate.
  • the array antenna device when the dielectric substrate 1 is a single-layer substrate is the array antenna device of the first embodiment
  • the array antenna device when the dielectric substrate 1 is a multilayer substrate is the array antenna device of the second embodiment. It is an antenna device.
  • 32 radiation conductors 2 are formed as shown in FIG.
  • one of the 32 radiating conductors 2 is selected in order, and an array element pattern is calculated when each selected radiating conductor 2 is excited.
  • the average value of the 32 array element patterns calculated is calculated.
  • the interval between the 32 radiation conductors 2 is 0.54 free space wavelength.
  • the horizontal axis represents the angle
  • the vertical axis represents the gain normalized by the gain in the 0 degree front direction.
  • Reference numeral 23 denotes an array element pattern simulation result when the dielectric substrate 1 is a single-layer substrate
  • reference numeral 24 denotes an array element pattern simulation result when the dielectric substrate 1 is a multilayer substrate.
  • the simulation result 23 and the simulation result 24 are almost the same. Therefore, the array antenna device in which the dielectric substrate 1 is a multi-layer substrate can also be widened by expanding the beam width of the array element pattern as compared with the array antenna device to be compared shown in the first embodiment. You can see that
  • FIG. 8 is an explanatory diagram showing the reflection characteristics of the array antenna apparatus.
  • the horizontal axis represents the frequency normalized with the center frequency f 0 of the band
  • the vertical axis represents the reflection coefficient of the antenna.
  • the reflection coefficient shown in FIG. 8 is also obtained by simulation.
  • Reference numeral 25 denotes an antenna reflection coefficient when the dielectric substrate 1 is a single-layer substrate
  • reference numeral 26 denotes an antenna reflection coefficient when the dielectric substrate 1 is a multilayer substrate.
  • the array antenna device in which the dielectric substrate 1 is a multilayer substrate is lower in the band than the array antenna device in which the dielectric substrate 1 is a single layer substrate. It can be seen that low reflection characteristics are obtained over the high frequency range.
  • the array antenna device is configured such that the dielectric substrate 1 is a multilayer substrate in which a plurality of dielectric substrates are stacked. Therefore, the array antenna apparatus can obtain a low reflection characteristic over a wide band, compared to the array antenna apparatus in which the dielectric substrate 1 is a single layer substrate.
  • Embodiment 3 In the array antenna device of the first embodiment, the radiation conductor 2 is formed on the first plane 1 a of the dielectric substrate 1.
  • the second radiation conductor 30 is also formed between the dielectric substrates 1 that are multilayer substrates. The array antenna apparatus is described.
  • FIG. 9 is a sectional view showing an array antenna apparatus according to the third embodiment.
  • a plan view of the array antenna apparatus according to the third embodiment is the same as that of FIG. 1, and FIG. 9 shows a cross section taken along line BB ′ of the array antenna apparatus shown in FIG.
  • the radiation conductor 2 shown in FIG. 9 is assumed to be a first radiation conductor.
  • the plurality of second radiation conductors 30 are formed at positions facing each of the plurality of first radiation conductors 2 in the dielectric substrate 33 included in the dielectric substrate 1.
  • the second radiation conductor 30 is formed on the dielectric substrate 33.
  • the second radiation conductor 30 is not limited to the one formed on the dielectric substrate 33. Therefore, the second radiation conductor 30 may be formed on a plane on the dielectric layer 32 side of the dielectric substrate 31, for example.
  • the first radiation conductor 2 and the second radiation conductor 30 are laminated.
  • the array antenna apparatus shown in FIG. 9 has the resonance frequency of the first radiating conductor 2.
  • the second radiating conductor 30 have different resonance frequencies. Since the array antenna device that generates multiple resonances is not formed with the second radiation conductor 30, it is possible to achieve a wider band than an array antenna device that does not generate multiple resonances.
  • a second radiation conductor 30 having a thickness different from that of the first radiation conductor 2 is formed on the dielectric substrate 33.
  • the array antenna apparatus in which the second radiation conductor 30 having a shape different from that of the first radiation conductor 2 is formed on the dielectric substrate 33 also causes double resonance.
  • Embodiment 4 the thickness h 7 of the dielectric layer 7, for a thickness of the array antenna system will be described that satisfy the following equation (2).
  • Equation (2) ⁇ 0 is the free space wavelength, and ⁇ r is the relative dielectric constant of the dielectric layer 7.
  • a cross-sectional view of the array antenna device according to the fourth embodiment is any one of FIG. 2, FIG. 3, FIG. 6, and FIG.
  • the surface wave component from the radiating conductor 2 is shielded by the plurality of connection conductors 6, the first ground conductor 3 and the second ground conductor 5.
  • the surface wave component from the radiation conductor 2 is further suppressed by setting the thickness h 7 of the dielectric layer 7 to a thickness that satisfies Equation (2).
  • the thickness h 7 of the dielectric layer 7 is thick to satisfy equation (2), the thickness h 7 of the dielectric layer 7 is sufficiently thin, the surface waves between the radiation conductor 2 that is adjacent The propagation path of the component can be regarded as being substantially shielded electrically. Therefore, the influence of mutual coupling between the adjacent radiation conductors 2 can be further reduced.
  • the array antenna device is configured so that the thickness h 7 of the dielectric layer 7 satisfies the formula (2). Therefore, the array antenna apparatus can further suppress the surface wave and make the array element pattern wider than the array antenna apparatus of the first embodiment.
  • FIG. 10 the arrangement of the plurality of radiation conductors 2 on the first plane 1a of the dielectric substrate 1 is a square arrangement.
  • the arrangement of the plurality of radiation conductors 2 on the first plane 1a of the dielectric substrate 1 may be a linear arrangement.
  • the array antenna apparatus may have a triangular arrangement as the arrangement of the plurality of radiation conductors 2 on the first plane 1a of the dielectric substrate 1. Similar effects can be obtained.
  • the array antenna apparatus as shown in FIG.
  • the array of the plurality of radiation conductors 2 on the first plane 1a of the dielectric substrate 1 may be an aperiodic array, and the array antenna apparatus of the first embodiment The same effect can be obtained.
  • 10 to 12 are explanatory views showing the arrangement of the plurality of radiation conductors 2 on the first plane 1a of the dielectric substrate 1.
  • FIG. 13 is a configuration diagram illustrating a communication device according to the sixth embodiment.
  • an array antenna apparatus 41 is an array antenna apparatus that transmits and receives radio waves
  • the array antenna apparatus 41 is an array antenna apparatus according to any one of the first to fifth embodiments.
  • the communication unit 42 is connected to the connection conductor 15 of the array antenna device 41.
  • the communication unit 42 outputs, for example, an electric signal modulated by a modulator mounted therein to the connection conductor 15 of the array antenna device 41 as an electric signal corresponding to the radio wave to be transmitted. Further, the communication unit 42 collects electrical signals corresponding to the radio waves received by the array antenna device 41 from the connection conductor 15 of the array antenna device 41.
  • the communication device may be a mobile communication device or a fixed communication device.
  • the communication device can implement wireless communication with other communication devices by mounting the array antenna device 41 and the communication unit 42.
  • a communication device including the array antenna device 41 is shown.
  • the present invention is not limited to this, and a radar device including the array antenna device 41 may be used.
  • the present invention is suitable for an array antenna device in which a plurality of radiation conductors are formed on a dielectric substrate.
  • the present invention is suitable for a communication device including an array antenna device.
  • 1 dielectric substrate 1a first plane, 1b second plane, 2 radiation conductor (first radiation conductor), 3rd ground conductor, 4 gap, 2nd ground conductor, 6 connection conductor, 7 Dielectric layer, 7a, one side, 7b, the other side, 8 power supply board, 8a, one side, 8b, the other side, 9 element occupied area, 11, 12 ground conductor, 13 center conductor, 14, 15 connection conductor, 16 Coupling slot, 21-24, simulation result, 25, 26 reflection coefficient, 30 second radiation conductor, 31 dielectric substrate, 32 dielectric layer, 33 dielectric substrate 33, 41 array antenna device, 42 communication unit.

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Abstract

一端が第１の地導体（３）と接続されて、他端が第２の地導体（５）と接続されるように、誘電体基板（１）の内部に設けられており、第１の地導体（３）に対する一端の接続位置が、複数の放射導体（２）のいずれかを取り囲む位置である複数の接続導体（６）を備えるように、アレーアンテナ装置を構成した。

Description

アレーアンテナ装置及び通信機器
　この発明は、複数の放射導体が誘電体基板に形成されているアレーアンテナ装置と、アレーアンテナ装置を備える通信機器とに関するものである。
　以下の非特許文献１には、放射導体として、パッチアンテナがアレー化されているアレーアンテナが開示されている。
　パッチアンテナがアレー化されているアレーアンテナでは、パッチアンテナの電界面であるＥ面のアレー素子パターンのビーム幅が、磁界面であるＨ面のアレー素子パターンのビーム幅よりも狭い。
　したがって、主ビーム方向がＥ面方向であるアレーアンテナでは、広角にビーム走査を行うと、ビーム走査損失が大きくなってしまうことがある。
　ビーム走査損失が大きくなる１つの要因として、アレーアンテナのＥ面方向では、表面波の影響が大きいために、複数のパッチアンテナ間の相互結合が増大してしまう要因が考えられる。
　以下の非特許文献１には、一方の面にパッチアンテナが形成され、他方の面に地板が形成されている基板の厚さｈが、以下の式（１）を満足する厚さであれば、表面波を抑圧できることが記載されている。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000002
　式（１）において、λ０は、自由空間波長、εｒは、基板の比誘電率である。
Ramesh Garg, Prakash Bhartia, Inder Bahl,"Microstrip Antenna Design Handbook",Artech House Antennas and Propagation Library, p.46, 2000
　従来のアレーアンテナは、基板の厚さｈが式（１）を満足していれば、表面波を抑圧することができる。しかし、基板の厚さｈは、アンテナの帯域にも影響し、基板の厚さｈが薄い場合、アンテナの帯域が狭くなる。
　従来のアレーアンテナは、所望の帯域を確保するために、基板の厚さｈとして、式（１）を満足する厚さを確保することができないことがある。
　従来のアレーアンテナは、基板の厚さｈとして、式（１）を満足する厚さを確保することができない場合、表面波を抑圧することができないという課題があった。
　この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、所望の帯域を確保しながら、表面波を抑圧することができるアレーアンテナ装置及び通信機器を得ることを目的とする。
　この発明に係るアレーアンテナ装置は、誘電体基板と、誘電体基板の第１の平面に形成されている複数の放射導体と、誘電体基板の第１の平面のうち、複数の放射導体を取り囲む位置であり、かつ、複数の放射導体との間に隙間が生じる位置の平面に形成されている第１の地導体と、誘電体基板の第２の平面のうち、第１の地導体と対向している位置の平面に形成されている第２の地導体と、一端が第１の地導体と接続されて、他端が第２の地導体と接続されるように、誘電体基板の内部に設けられており、第１の地導体に対する一端の接続位置が、複数の放射導体のいずれかを取り囲む位置である複数の接続導体と、誘電体基板の第２の平面及び第２の地導体のそれぞれと一方の面が接着されている誘電体層と、一方の面が誘電体層の他方の面と接着されており、誘電体層及び誘電体基板を介して、複数の放射導体に電波を電磁気的に結合させる給電基板とを備えるようにしたものである。
　この発明によれば、一端が第１の地導体と接続されて、他端が第２の地導体と接続されるように、誘電体基板の内部に設けられており、第１の地導体に対する一端の接続位置が、複数の放射導体のいずれかを取り囲む位置である複数の接続導体を備えるように、アレーアンテナ装置を構成した。したがって、この発明に係るアレーアンテナ装置は、所望の帯域を確保しながら、表面波を抑圧することができる。
実施の形態１によるアレーアンテナ装置を示す平面図である。 図１に示すアレーアンテナ装置におけるＢ－Ｂ’の断面図である。 図２に示すアレーアンテナ装置の給電基板８の内部を示す断面図である。 シミュレーション対象のアレーアンテナ装置を示す平面図である。 図４に示すアレーアンテナ装置のＥ面方向の放射パターンのシミュレーション結果を示す説明図である。 実施の形態２によるアレーアンテナ装置を示す断面図である。 アレーアンテナ装置のアレー素子パターンのシミュレーション結果を示す説明図である。 アレーアンテナ装置の反射特性を示す説明図である。 実施の形態３によるアレーアンテナ装置を示す断面図である。 誘電体基板１の第１の平面１ａにおける複数の放射導体２の配列を示す説明図である。 誘電体基板１の第１の平面１ａにおける複数の放射導体２の配列を示す説明図である。 誘電体基板１の第１の平面１ａにおける複数の放射導体２の配列を示す説明図である。 実施の形態６による通信機器を示す構成図である。
　以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための形態について、添付の図面に従って説明する。
実施の形態１．
　図１は、実施の形態１によるアレーアンテナ装置を示す平面図である。
　図２は、図１に示すアレーアンテナ装置におけるＢ－Ｂ’の断面図である。
　図１及び図２において、誘電体基板１は、誘電体によって形成されている基板である。
　放射導体２は、誘電体基板１の第１の平面１ａに形成されている四角形のパッチ素子である。
　図１に示すアレーアンテナ装置では、９個（Ｘ方向に３個、Ｙ方向に３個）の放射導体２が誘電体基板１の第１の平面１ａに形成されている。しかし、第１の平面１ａには、複数の放射導体２が形成されていればよく、２～８個又は１０個以上の放射導体２が形成されていてもよい。
　図１に示すアレーアンテナ装置では、放射導体２の形状が四角形である。しかし、放射導体２の形状は、どのような形状でもよく、三角形、五角形又は円形などであってもよい。
　第１の地導体３は、誘電体基板１の第１の平面１ａのうち、複数の放射導体２を取り囲む位置であり、かつ、複数の放射導体２との間に隙間４が生じる位置の平面に形成されている導体グリッドである。
　図１に示すアレーアンテナ装置では、９個の放射導体２の形状が四角形であるため、第１の地導体３は、９個の四角形がくりぬかれた形状になっている。
　第２の地導体５は、誘電体基板１の第２の平面１ｂのうち、第１の地導体３と対向している位置の平面に形成されている導体グリッドである。
　第１の地導体３の形状と、第２の地導体５の形状とは、同じ形状である。
　接続導体６は、一端が第１の地導体３と接続されて、他端が第２の地導体５と接続されるように、誘電体基板１の内部に設けられているスルーホールビアである。
　接続導体６における第１の地導体３に対する一端の接続位置は、複数の放射導体２のいずれかを取り囲む位置である。
　図１に示すアレーアンテナ装置では、１個の放射導体２につき、２４本の接続導体６の一端が、放射導体２を取り囲むように、第１の地導体３と接続されている。
　誘電体層７は、誘電体基板１の第２の平面１ｂ及び第２の地導体５のそれぞれと一方の面７ａが接着されている層である。
　誘電体層７は、誘電体基板１を形成している誘電体の比誘電率と同じ比誘電率を有する誘電体によって形成されている層である。
　誘電体層７は、誘電体によって形成されている層に限るものではなく、例えば、誘電体基板１を形成している誘電体の比誘電率と同じ比誘電率を有する誘電接着剤で形成されている層であってもよい。
　給電基板８は、一方の面８ａが誘電体層７の他方の面７ｂと接着されており、誘電体層７及び誘電体基板１を介して、複数の放射導体２に電波を電磁気的に結合させる基板である。
　給電基板８は、複数の放射導体２のそれぞれに電波を電磁気的に結合させるための線路として、トリプレート線路を備えている。
　素子占有面積９は、放射導体２の１個当たりの占有面積であり、Ｘ方向の放射導体２の間隔と、Ｙ方向の放射導体２の間隔とから決定される。
　複数の接続導体６の一端が、放射導体２を取り囲んでいる位置は、素子占有面積９の内側である。
　図３は、図２に示すアレーアンテナ装置の給電基板８の内部を示す断面図である。
　図３において、地導体１１は、給電基板８の一方の面８ａに形成されている。
　地導体１２は、給電基板８の他方の面８ｂに形成されている。
　中心導体１３は、地導体１１と地導体１２との間に形成されている導体である。
　接続導体１４は、一端が地導体１１と接続され、他端が地導体１２と接続されるように、給電基板８の内部に設けられている。
　接続導体１５は、一端が中心導体１３と接続され、他端が給電基板８の外部に出ている。
　結合スロット１６は、複数の放射導体２のそれぞれと電波を電磁気的に結合させるために、地導体１１に施されている穴である。
　地導体１１、地導体１２、中心導体１３、接続導体１４、接続導体１５及び結合スロット１６のそれぞれは、給電基板８が備えるトリプレート線路の要素である。
　次に動作について説明する。
　給電基板８は、地導体１１に結合スロット１６が施されているため、外部から接続導体１５に電気信号が給電されると、誘電体層７及び誘電体基板１を介して、複数の放射導体２に電波を電磁気的に結合させる。
　複数の放射導体２に結合された電波は、空間に放射される。
　ただし、複数の放射導体２に結合された電波の一部は、誘電体基板１の内部を伝搬される表面波成分となる。
　複数の接続導体６が、放射導体２を取り囲むように配置されていなければ、或る放射導体２に結合された電波の一部である表面波成分は、或る放射導体２と隣接している他の放射導体２に伝搬される。
　表面波成分が他の放射導体２に伝搬されることで、複数の放射導体２間の相互結合が増大し、アレーアンテナ装置のビーム走査損失が大きくなる。
　図１に示すアレーアンテナ装置では、複数の接続導体６が、放射導体２を取り囲むように配置されているため、複数の接続導体６に取り囲まれている放射導体２からの表面波成分は、複数の接続導体６、第１の地導体３及び第２の地導体５によって、遮蔽される。
　したがって、図１に示すアレーアンテナ装置は、複数の放射導体２間の相互結合の増大が抑制されるため、アレー素子パターンの広角方向での利得低下を抑えることができる。
　また、図１に示すアレーアンテナ装置では、放射導体２からの表面波成分は、複数の接続導体６、第１の地導体３及び第２の地導体５によって、遮蔽されるため、誘電体基板１の厚さｈが、式（１）を満足する厚さにする必要がない。即ち、図１に示すアレーアンテナ装置では、誘電体基板１の厚さｈが、（０．３λ０）／（２π√εｒ）よりも厚くても、放射導体２からの表面波成分を遮蔽することができる。
　よって、図１に示すアレーアンテナ装置では、誘電体基板１の厚さｈを（０．３λ０）／（２π√εｒ）よりも厚くすることができるため、アンテナの帯域を広げることが可能である。
　アレーアンテナ装置が、複数の接続導体６、第１の地導体３及び第２の地導体５を備えていなければ、１個の放射導体２につき、空間に放射される電波である主放射成分の放射領域は、素子占有面積９のうち、放射導体２を除く領域に対応する。
　図１に示すアレーアンテナ装置では、複数の接続導体６、第１の地導体３及び第２の地導体５を備えているため、１個の放射導体２につき、主放射成分の放射領域は、複数の接続導体６に囲まれている領域のうち、放射導体２を除く領域に対応する。
　したがって、図１に示すアレーアンテナ装置は、複数の接続導体６、第１の地導体３及び第２の地導体５を備えていないアレーアンテナ装置よりも、主放射成分の放射領域が小さくなるため、アレー素子パターンのビーム幅を広くすることができる。
　ここで、第１の平面に複数の放射導体が形成され、第２の平面に地板が形成されている誘電体基板を備え、給電基板が当該地板に接地されるキャビティ構造のアレーアンテナ装置がある。
　キャビティ構造のアレーアンテナ装置では、誘電体基板と給電基板を多層化する際、誘電体基板と給電基板をネジ止めによって固定されることが多い。誘電体基板と給電基板がネジ止めによって固定される場合、誘電体基板と給電基板の間に、位置づれ等が生じて、アンテナの電気特性が設計値から変動してしまうことがある。
　図１に示すアレーアンテナ装置では、給電基板８が、誘電体層７を介して誘電体基板１と接着されている構造であり、給電基板８を第２の地導体５に接地する必要がない。
　したがって、図１に示すアレーアンテナ装置の構造では、誘電体層７を介して、誘電体基板１と給電基板８を多層化すればよく、キャビティ構造と比べて、誘電体基板１と給電基板８の多層化が容易である。よって、誘電体基板１と給電基板８の間に、位置づれ等が生じ難く、アンテナの電気特性が設計値から変動してしまう可能性が低下する。
　以下、実施の形態１のアレーアンテナ装置では、アレー素子パターンのビーム幅を拡大して、広覆域化を図ることが可能であることを説明する。
　図４は、シミュレーション対象のアレーアンテナ装置を示す平面図であり、図４において、図１と同一符号は同一又は相当部分を示している。
　図４に示すアレーアンテナ装置は、３２個（Ｘ方向に８個、Ｙ方向に４個）の放射導体２が誘電体基板１の第１の平面１ａに形成されている。
　図５は、図４に示すアレーアンテナ装置のＥ面方向の放射パターン（アレー素子パターン）のシミュレーション結果を示す説明図である。
　図５には、実施の形態１のアレーアンテナ装置として、図４に示すアレーアンテナ装置のほか、比較対象のアレーアンテナ装置のアレー素子パターンのシミュレーション結果も示している。
　比較対象のアレーアンテナ装置についても、３２個（Ｘ方向に８個、Ｙ方向に４個）の放射導体２が誘電体基板１の第１の平面１ａに形成されているが、比較対象のアレーアンテナ装置は、接続導体６、第１の地導体３及び第２の地導体５を備えていない。
　シミュレーションでは、３２個の放射導体２の中から、いずれか１個の放射導体２を順番に選択し、それぞれ選択した放射導体２を励振した場合のアレー素子パターンを計算する。そして、シミュレーションでは、計算した３２個のアレー素子パターンの平均値を算出している。
　シミュレーションでは、いずれか１個の放射導体２を励振する際、残りの３１個の放射導体２は、整合終端されているものとしている。
　また、シミュレーションでは、３２個の放射導体２の間隔が、０．５４自由空間波長であるとしている。
　図５において、横軸は、角度を表し、縦軸は、正面０度方向の利得で規格化されている利得を表している。
　２１は、図４に示すアレーアンテナ装置のアレー素子パターンのシミュレーション結果を示し、２２は、比較対象のアレーアンテナ装置のアレー素子パターンのシミュレーション結果を示している。
　アレー素子パターンのビーム幅が－６０～＋６０度であれば、一般的に、アレー素子パターンのビーム幅が広いと言われる。
　また、アレー素子パターンの利得が概ね－３ｄＢよりも大きければ、一般的に、利得が大きいと言われる。
　シミュレーション結果２１とシミュレーション結果２２を比較すると、－６０～＋６０度のビーム幅では、シミュレーション結果２１が示すアレー素子パターンの利得が、シミュレーション結果２２が示すアレー素子パターンの利得よりも方が大きくなっている。
　また、シミュレーション結果２１は、－６０～＋６０度のビーム幅において、アレー素子パターンの利得が概ね－３ｄＢよりも大きくなっている。
　したがって、図４に示すアレーアンテナ装置は、比較対象のアレーアンテナ装置と比べて、アレー素子パターンのビーム幅が拡大されて、広覆域化が図られることが分かる。
　以上の実施の形態１は、一端が第１の地導体３と接続されて、他端が第２の地導体５と接続されるように、誘電体基板１の内部に設けられており、第１の地導体３に対する一端の接続位置が、複数の放射導体２のいずれかを取り囲む位置である複数の接続導体６を備えるように、アレーアンテナ装置を構成した。したがって、アレーアンテナ装置は、所望の帯域を確保しながら、表面波を抑圧することができる。
　図３に示す給電基板８は、複数の放射導体２のそれぞれに電波を電磁気的に結合させるためのトリプレート線路を備えている。しかし、電波を電磁気的に結合させるための線路は、トリプレート線路に限るものではない。
　したがって、給電基板８は、複数の放射導体２のそれぞれに電波を電磁気的に結合させるための線路として、例えば、他方の面８ｂに地導体が形成され、一方の面８ａにマイクロストリップ線路が形成されているものであってもよい。
実施の形態２．
　実施の形態１のアレーアンテナ装置では、誘電体基板１が単層基板であるものを示している。
　実施の形態２では、誘電体基板１が、複数の誘電体基板が積層されている多層基板であるアレーアンテナ装置について説明する。
　図６は、実施の形態２によるアレーアンテナ装置を示す断面図である。
　実施の形態２によるアレーアンテナ装置の平面図は、図１と同様であり、図６は、図１に示すアレーアンテナ装置におけるＢ－Ｂ’の断面を示している。
　図６において、図１から図３と同一符号は同一又は相当部分を示すので説明を省略する。
　誘電体基板１は、誘電体基板３１と、誘電体層３２と、誘電体基板３３とを備えている多層基板である。
　誘電体基板３１、誘電体層３２及び誘電体基板３３におけるそれぞれの比誘電率は、同じである。
　誘電体層３２は、誘電体基板３１と誘電体基板３３との間に挿入される層であり、誘電体によって形成されている。
　ただし、誘電体層３２は、誘電体によって形成されている層に限るものではなく、例えば、誘電接着剤で形成されている層であってもよい。
　図６に示すアレーアンテナ装置では、誘電体基板１が、３層の多層基板であるものを示している。しかし、誘電体基板１は、３層の多層基板に限るものではなく、２層又は４層以上の多層基板であってもよい。
　誘電体基板１が単層基板である場合、誘電体基板１の厚さには上限があり、誘電体基板１が所望の厚さを確保できないことがある。
　図６に示すアレーアンテナ装置では、誘電体基板１が多層基板であるため、多層基板の積層数を増やすことで、誘電体基板１の厚さを単層基板の厚さよりも厚くすることが可能である。
　したがって、図６に示すアレーアンテナ装置では、誘電体基板１の厚さを厚くすることで、実施の形態１のアレーアンテナ装置よりも帯域を広くすることが可能である。
　図７は、アレーアンテナ装置のアレー素子パターンのシミュレーション結果を示す説明図である。
　図７には、誘電体基板１が単層基板である場合のアレー素子パターンのシミュレーション結果と、誘電体基板１が多層基板である場合のアレー素子パターンのシミュレーション結果とを示している。
　誘電体基板１が単層基板である場合のアレーアンテナ装置は、実施の形態１のアレーアンテナ装置であり、誘電体基板１が多層基板である場合のアレーアンテナ装置は、実施の形態２のアレーアンテナ装置である。
　いずれのアレーアンテナ装置も、図４に示すように、３２個の放射導体２が形成されているものとする。
　シミュレーションでは、３２個の放射導体２の中から、いずれか１個の放射導体２を順番に選択し、それぞれ選択した放射導体２を励振した場合のアレー素子パターンを計算する。そして、シミュレーションでは、計算した３２個のアレー素子パターンの平均値を算出している。
　シミュレーションでは、いずれか１個の放射導体２を励振する際、残りの３１個の放射導体２は、整合終端されているものとしている。
　また、シミュレーションでは、３２個の放射導体２の間隔が、０．５４自由空間波長であるとしている。
　図７において、横軸は、角度を表し、縦軸は、正面０度方向の利得で規格化されている利得を表している。
　２３は、誘電体基板１が単層基板である場合のアレー素子パターンのシミュレーション結果を示し、２４は、誘電体基板１が多層基板である場合のアレー素子パターンのシミュレーション結果を示している。
　シミュレーション結果２３とシミュレーション結果２４は、ほぼ同じである。
　したがって、誘電体基板１が多層基板であるアレーアンテナ装置についても、実施の形態１に示した比較対象のアレーアンテナ装置よりも、アレー素子パターンのビーム幅が拡大されて、広覆域化が図られることが分かる。
　図８は、アレーアンテナ装置の反射特性を示す説明図である。
　図８において、横軸は、帯域の中心周波数ｆ０で規格化されている周波数を表し、縦軸は、アンテナの反射係数を表している。図８に示す反射係数についても、シミュレーションによって求めている。
　２５は、誘電体基板１が単層基板である場合のアンテナの反射係数を示し、２６は、誘電体基板１が多層基板である場合のアンテナの反射係数を示している。
　反射係数２５と反射係数２６を比較すると明らかなように、誘電体基板１が多層基板であるアレーアンテナ装置は、誘電体基板１が単層基板であるアレーアンテナ装置よりも、帯域の低域側から高域側に亘って低反射な特性が得られていることが分かる。
　以上の実施の形態２は、誘電体基板１が、複数の誘電体基板が積層されている多層基板であるように、アレーアンテナ装置を構成した。したがって、アレーアンテナ装置は、誘電体基板１が単層基板であるアレーアンテナ装置よりも、広帯域に亘って低反射な特性を得ることができる。
実施の形態３．
　実施の形態１のアレーアンテナ装置では、放射導体２が、誘電体基板１の第１の平面１ａに形成されている。
　実施の形態３では、誘電体基板１の第１の平面１ａに形成されている放射導体２のほかに、多層基板である誘電体基板１の間にも、第２の放射導体３０が形成されているアレーアンテナ装置について説明する。
　図９は、実施の形態３によるアレーアンテナ装置を示す断面図である。
　実施の形態３によるアレーアンテナ装置の平面図は、図１と同様であり、図９は、図１に示すアレーアンテナ装置におけるＢ－Ｂ’の断面を示している。
　図９において、図１から図３及び図６と同一符号は同一又は相当部分を示すので説明を省略する。
　図９に示す放射導体２は、第１の放射導体であるとする。
　複数の第２の放射導体３０は、誘電体基板１に含まれている誘電体基板３３のうち、複数の第１の放射導体２のそれぞれと対向する位置に形成されている。
　図９に示すアレーアンテナ装置では、第２の放射導体３０が、誘電体基板３３に形成されている。しかし、第２の放射導体３０は、誘電体基板３３に形成されるものに限るものではない。したがって、第２の放射導体３０は、例えば、誘電体基板３１における誘電体層３２側の平面に形成されているものであってもよい。
　図９に示すアレーアンテナ装置では、第１の放射導体２と第２の放射導体３０を積層している。
　例えば、第１の放射導体２の厚さと厚さが異なる第２の放射導体３０が誘電体基板３３に形成された場合、図９に示すアレーアンテナ装置は、第１の放射導体２の共振周波数と第２の放射導体３０の共振周波数とが異なる複共振を生じるようになる。
　複共振を生じるアレーアンテナ装置は、第２の放射導体３０が形成されていないために、複共振を生じないアレーアンテナ装置と比べて、広帯域化を図ることができる。
　ここでは、第１の放射導体２の厚さと厚さが異なる第２の放射導体３０が誘電体基板３３に形成されている。第１の放射導体２の形状と形状が異なる第２の放射導体３０が誘電体基板３３に形成されるアレーアンテナ装置についても、複共振を生じる。
実施の形態４．
　実施の形態４では、誘電体層７の厚さｈ７が、以下の式（２）を満足する厚さであるアレーアンテナ装置について説明する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000003
　式（２）において、λ０は、自由空間波長、εｒは、誘電体層７の比誘電率である。
　実施の形態４によるアレーアンテナ装置の断面図は、図２、図３、図６又は図９のいずれかである。
　実施の形態４のアレーアンテナ装置では、複数の接続導体６、第１の地導体３及び第２の地導体５によって、放射導体２からの表面波成分が遮蔽されている。
　実施の形態４のアレーアンテナ装置では、誘電体層７の厚さｈ７を、式（２）を満足する厚さとすることで、さらに、放射導体２からの表面波成分を抑圧している。
　誘電体層７の厚さｈ７が式（２）を満足する厚さである場合、誘電体層７の厚さｈ７は、十分に薄いため、隣接している放射導体２間の表面波成分の伝搬路は、電気的にほぼ遮蔽されているとみなすことができる。
　したがって、隣接している放射導体２間の相互結合の影響をさらに低減することができる。
　以上の実施の形態４は、誘電体層７の厚さｈ７が、式（２）を満足する厚さであるように、アレーアンテナ装置を構成した。したがって、アレーアンテナ装置は、実施の形態１のアレーアンテナ装置よりも、表面波をさらに抑圧して、アレー素子パターンを広くすることができる。
実施の形態５．
　実施の形態１のアレーアンテナ装置では、誘電体基板１の第１の平面１ａにおける複数の放射導体２の配列が四角配列である。
　しかし、これは一例に過ぎず、アレーアンテナ装置は、図１０に示すように、誘電体基板１の第１の平面１ａにおける複数の放射導体２の配列が直線配列であってもよく、実施の形態１のアレーアンテナ装置と同様の効果が得られる。
　また、アレーアンテナ装置は、図１１に示すように、誘電体基板１の第１の平面１ａにおける複数の放射導体２の配列が三角配列であってもよく、実施の形態１のアレーアンテナ装置と同様の効果が得られる。
　また、アレーアンテナ装置は、図１２に示すように、誘電体基板１の第１の平面１ａにおける複数の放射導体２の配列が非周期配列であってもよく、実施の形態１のアレーアンテナ装置と同様の効果が得られる。
　図１０から図１２は、誘電体基板１の第１の平面１ａにおける複数の放射導体２の配列を示す説明図である。
実施の形態６．
　実施の形態６では、実施の形態１～５のうちのいずれかのアレーアンテナ装置を実装している通信機器について説明する。
　図１３は、実施の形態６による通信機器を示す構成図である。
　図１３において、アレーアンテナ装置４１は、電波を送受信するアレーアンテナ装置であり、アレーアンテナ装置４１は、実施の形態１～５のうちのいずれかのアレーアンテナ装置である。
　通信部４２は、アレーアンテナ装置４１の接続導体１５と接続されている。
　通信部４２は、送信対象の電波に対応する電気信号として、例えば、内部に実装している変調器によって変調された電気信号をアレーアンテナ装置４１の接続導体１５に出力する。
　また、通信部４２は、アレーアンテナ装置４１の接続導体１５から、アレーアンテナ装置４１により受信された電波に対応する電気信号を収集する。
　通信機器は、移動体通信機器であってもよいし、固定通信機器であってもよい。
　通信機器は、アレーアンテナ装置４１と通信部４２を実装することで、他の通信機器と無線通信を実施することができる。
　実施の形態６では、アレーアンテナ装置４１を備える通信機器について示している。しかし、これに限るものではなく、アレーアンテナ装置４１を備えるレーダ装置であってもよい。
　なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。
　この発明は、複数の放射導体が誘電体基板に形成されているアレーアンテナ装置に適している。
　この発明は、アレーアンテナ装置を備える通信機器に適している。
　１　誘電体基板、１ａ　第１の平面、１ｂ　第２の平面、２　放射導体（第１の放射導体）、３　第１の地導体、４　隙間、５　第２の地導体、６　接続導体、７　誘電体層、７ａ　一方の面、７ｂ　他方の面、８　給電基板、８ａ　一方の面、８ｂ　他方の面、９　素子占有面積、１１，１２　地導体、１３　中心導体、１４，１５　接続導体、１６　結合スロット、２１～２４　シミュレーション結果、２５，２６　反射係数、３０　第２の放射導体、３１　誘電体基板、３２　誘電体層、３３　誘電体基板３３、４１　アレーアンテナ装置、４２　通信部。

Claims (9)

  1. 　誘電体基板と、
    　前記誘電体基板の第１の平面に形成されている複数の放射導体と、
    　前記誘電体基板の第１の平面のうち、前記複数の放射導体を取り囲む位置であり、かつ、前記複数の放射導体との間に隙間が生じる位置の平面に形成されている第１の地導体と、
    　前記誘電体基板の第２の平面のうち、前記第１の地導体と対向している位置の平面に形成されている第２の地導体と、
    　一端が前記第１の地導体と接続されて、他端が前記第２の地導体と接続されるように、前記誘電体基板の内部に設けられており、前記第１の地導体に対する前記一端の接続位置が、前記複数の放射導体のいずれかを取り囲む位置である複数の接続導体と、
    　前記誘電体基板の第２の平面及び前記第２の地導体のそれぞれと一方の面が接着されている誘電体層と、
    　一方の面が前記誘電体層の他方の面と接着されており、前記誘電体層及び前記誘電体基板を介して、前記複数の放射導体に電波を電磁気的に結合させる給電基板と
    　を備えたアレーアンテナ装置。
  2. 　前記誘電体基板は、複数の誘電体基板が積層されている多層基板であることを特徴とする請求項１記載のアレーアンテナ装置。
  3. 　第１の平面に形成されている複数の放射導体のそれぞれが第１の放射導体であり、
    　前記多層基板に含まれている複数の誘電体基板の間のうち、前記複数の第１の放射導体のそれぞれと対向する位置に、第２の放射導体がそれぞれ形成されていることを特徴とする請求項２記載のアレーアンテナ装置。
  4. 　前記誘電体層における層の厚さがｈ、自由空間波長がλ０、前記誘電体層の比誘電率がεｒであるとき、前記層の厚さｈは、以下の不等式が成立する厚さであることを特徴とする請求項１記載のアレーアンテナ装置。
    ［不等式］
    Figure JPOXMLDOC01-appb-I000001
  5. 　前記誘電体基板の第１の平面における前記複数の放射導体の配列が、四角配列であることを特徴とする請求項１記載のアレーアンテナ装置。
  6. 　前記誘電体基板の第１の平面における前記複数の放射導体の配列が、三角配列であることを特徴とする請求項１記載のアレーアンテナ装置。
  7. 　前記誘電体基板の第１の平面における前記複数の放射導体の配列が、非周期配列であることを特徴とする請求項１記載のアレーアンテナ装置。
  8. 　前記給電基板は、
    　前記複数の放射導体のそれぞれに電波を電磁気的に結合させるための線路を備えていることを特徴とする請求項１記載のアレーアンテナ装置。
  9. 　電波を送受信するアレーアンテナ装置と、
    　送信対象の電波に対応する電気信号を前記アレーアンテナ装置に出力し、前記アレーアンテナ装置により受信された電波に対応する電気信号を収集する通信部とを備えており、
    　前記アレーアンテナ装置は、
    　誘電体基板と、
    　前記誘電体基板の第１の平面に形成されている複数の放射導体と、
    　前記誘電体基板の第１の平面のうち、前記複数の放射導体を取り囲む位置であり、かつ、前記複数の放射導体との間に隙間が生じる位置の平面に形成されている第１の地導体と、
    　前記誘電体基板の第２の平面のうち、前記第１の地導体と対向している位置の平面に形成されている第２の地導体と、
    　一端が前記第１の地導体と接続されて、他端が前記第２の地導体と接続されるように、前記誘電体基板の内部に設けられており、前記第１の地導体に対する前記一端の接続位置が、前記複数の放射導体のいずれかを取り囲む位置である複数の接続導体と、
    　前記誘電体基板の第２の平面及び前記第２の地導体のそれぞれと一方の面が接着されている誘電体層と、
    　一方の面が前記誘電体層の他方の面と接着されており、前記誘電体層及び前記誘電体基板を介して、前記複数の放射導体に電波を電磁気的に結合させる給電基板と
    　を備えていることを特徴とする通信機器。
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