WO2020246210A1 - アンテナ素子 - Google Patents

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WO2020246210A1
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distance
metal pattern
antenna
radiating element
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直行 折橋
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日本電気株式会社
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    • H01Q13/08—Radiating ends of two-conductor microwave transmission lines, e.g. of coaxial lines, of microstrip lines
    • H—ELECTRICITY
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    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q19/00—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic
    • H01Q19/005—Patch antenna using one or more coplanar parasitic elements
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    • H01Q19/00—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic
    • H01Q19/10—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic using reflecting surfaces
    • H01Q19/18—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic using reflecting surfaces having two or more spaced reflecting surfaces
    • H01Q19/185—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic using reflecting surfaces having two or more spaced reflecting surfaces wherein the surfaces are plane

Definitions

  • the present invention relates to an antenna element, and more particularly to an antenna element that controls the directivity of a radiated wave radiated from the radiating element.
  • the radiation of electromagnetic waves in the horizontal direction by the antenna element not only affects the surrounding antenna elements and parts, but also affects the radiation pattern to the antenna itself. This is because the wavelength of the electromagnetic wave in the frequency band is about 0.1 mm to 10 mm, and the thickness of the peripheral circuit parts and the antenna substrate is about the same as the wavelength of the above frequency band. This is because reflection and diffraction cannot be ignored. Therefore, suppressing and controlling the radiation of electromagnetic waves in the horizontal direction of the antenna element, particularly the millimeter wave / submillimeter wave, is a big problem in the design of wireless devices such as radars and communication devices.
  • Patent Document 1 describes an example of a technique for controlling the directivity of radio waves.
  • Claim 1 of Patent Document 1 shows the following features of the microstrip line.
  • This microstrip line includes a substrate, a feeding element arranged on the front surface of the substrate, a non-feeding element arranged apart from a feeding element arranged on the front surface of the substrate by a predetermined inter-element space, and no feeding.
  • the grounding point of the non-feeding element is outside 0.25 L from the center in the excitation direction of the non-feeding element, and
  • the non-feeding element is provided within a range of ⁇ 0.1 W perpendicular to the excitation direction with respect to the center of the non-feeding element.
  • the non-feeding element is arranged on the left and right at the position corresponding to the line with respect to the central feeding element and at the same distance from the feeding element, and the non-feeding element is arranged further outside the non-feeding element.
  • the position of the feeding point of the feeding element and the grounding point of the non-feeding element is staggered.
  • the phase of the radiated wave from the non-feeding element is adjusted by turning on / off a switch provided in each of the non-feeding elements.
  • the excitation state of the non-feeding element is switched by turning the switch on / off to switch the phase of the radiated wave. Therefore, the dimensions of the non-feeding element are limited so that at least one side of the element must be substantially the same as the feeding element.
  • the technique described in Patent Document 1 has a problem that the number of parts increases due to the directivity control of radio waves and a problem that the degree of freedom in design is lowered due to the limitation of the shape of the non-feeding element.
  • One aspect of the antenna element according to the present invention is that the substrate, the radiation element provided on the substrate, and the radiation element are formed in the same plane on the same substrate as the radiation element, and are electrically in a floating state.
  • the metal pattern is provided at a position where the distance from the radiating element is a specific distance.
  • the antenna element according to the present invention it is possible to realize an antenna element having a high degree of freedom in design with a small number of parts.
  • FIG. It is the schematic of the antenna element which concerns on Embodiment 1.
  • FIG. It is a figure explaining the operation of the antenna element which concerns on Embodiment 1.
  • FIG. It is a figure which shows an example of the antenna element structure which concerns on Embodiment 1.
  • FIG. It is a graph of the radiation pattern characteristic which shows the effect of the antenna element shown in FIG. It is the schematic of the modification of the antenna element which concerns on Embodiment 1.
  • FIG. It is the schematic of the antenna element which concerns on Embodiment 2.
  • FIG. It is the schematic of the antenna element which concerns on Embodiment 3.
  • FIG. It is the schematic of the antenna element which concerns on Embodiment 4.
  • FIG. It is the schematic explaining the 1st example of the antenna element which concerns on Embodiment 5.
  • FIG. 1 shows a schematic view of the antenna element 1 according to the first embodiment.
  • a schematic view of the antenna element 1 viewed from the side surface is shown above, and a schematic view of the antenna element 1 viewed from the top surface is shown below.
  • the antenna element 1 includes a substrate 10, a radiation element 11, a first metal pattern (for example, a metal pattern 12), and a second metal pattern (for example, a metal pattern 13).
  • a first metal pattern for example, a metal pattern 12
  • a second metal pattern for example, a metal pattern 13
  • the radiation element 11 is formed on a predetermined surface of the substrate 10.
  • the radiating element 11 emits an electromagnetic wave based on the power feeding power output by the power feeding power source (not shown).
  • the electromagnetic wave emitted by the radiating element 11 is referred to as a radiated wave.
  • the metal patterns 12 and 13 are formed.
  • the metal patterns 12 and 13 are provided on the antenna forming surface on which the radiating element 11 is formed among the surfaces of the substrate. In the example shown in FIG. 1, the metal pattern 12 is formed on the left side of the drawing of the radiating element 11 and at a position where the distance from the radiating element 11 is d_L1.
  • the metal pattern 13 is formed on the right side of the drawing of the radiating element 11 and at a position where the distance from the radiating element 11 is d_R1.
  • the distance d_L1 and the distance d_R1 are defined by the equations (1) and (2) described later, respectively. Further, the distance d_L1 and the distance d_R1 indicate independent distances. In the following description, the distance d is used as a word indicating either the distance d_L1 or the distance d_R1.
  • a radiated wave is emitted from the radiating element 11.
  • the horizontally radiated wave radiated from the radiating element 11 is scattered when it reaches the metal patterns 12 and 13, and is re-radiated from the metal patterns 12 and 13 in all directions. Therefore, the intensity of the radiated wave in the horizontal direction is reduced.
  • the scattered waves re-radiated from the metal patterns 12 and 13 interfere with each other with the radiated waves radiated from the radiating element 11, so that the radiated waves and the diffused waves strengthen or weaken each other.
  • the direction in which the interference effect between the radiated wave and the scattered wave is generated changes according to the distance between the radiating element 11 and the metal pattern. Therefore, by appropriately setting the distance between the radiating element 11 and the metal pattern, it is possible to strengthen the electromagnetic wave traveling in the desired direction ⁇ or weaken the electromagnetic wave.
  • the distance d can be divided into a distance d1 in which the radiated wave and the scattered wave strengthen each other and a distance d2 in which the radiated wave and the scattered wave weaken each other.
  • the distance d1 is expressed by the equation (1)
  • the distance d2 is expressed by the equation (2).
  • n is an integer
  • ⁇ is the wavelength of the radiated wave
  • ⁇ is the angle in the desired direction.
  • the electric field strength in the desired direction can be controlled.
  • FIG. 3 shows an example of the antenna element structure according to the first embodiment.
  • three radiating elements 11 are formed on the substrate 10.
  • the set frequency of the radiating element 11 is 60 GHz.
  • Metal patterns 12 and 13 are formed at positions on both sides of the radiating element 11. Further, in the example shown in FIG. 3, the metal patterns 12 and 13 have a line width of 1 mm and a distance d_L1 and a distance d_R1 of 5 mm.
  • the distance d_L1 and the distance d_R1 are the distances using the equation (1).
  • FIG. 4 shows the radiation pattern characteristics showing the effect of the antenna element 1 shown in FIG.
  • FIG. 4 shows the radiation pattern characteristics of the antenna element obtained by removing the metal patterns 12 and 13 from the antenna element 1 shown in FIG. 3 as a comparative example.
  • the antenna gain in the horizontal direction ⁇ 90 °
  • the antenna gain in the vertical direction is reduced. Can be seen to be rising.
  • the metal patterns 12 and 13 are provided on both sides of the radiation element 11 on the substrate 10, and the distance between the radiation element 11 and the metal patterns 12 and 13 is set to the equation (1).
  • the electric field strength in the desired direction vertical direction in this analysis example
  • the electric field strength in the desired direction can be increased while suppressing the gain in the horizontal direction. Can be controlled.
  • FIG. 5 shows a schematic view of the antenna element 1a according to the first embodiment in which the metal pattern is arranged on only one side.
  • the metal pattern 12 is arranged only on the left side of the radiating element 11, and the metal pattern 13 is not provided. With such a structure, it is possible to suppress only the antenna gain in the horizontal direction on the left side of the drawing and control the electric field strength in the desired direction.
  • the antenna element 1 according to the first embodiment does not need to ground the metal patterns 12 and 13, it is not necessary to configure a switch as in the microstrip antenna described in Patent Document 1. Further, it is not necessary to form a wiring mechanism (for example, a via hole) that connects the metal patterns 12 and 13 to the back surface (or the ground layer in the substrate). That is, the antenna element 1 according to the first embodiment has a structure in which the antenna element structure is simpler than that of the microstrip antenna described in Patent Document 1, and while suppressing the electric field strength in the horizontal direction, further, in a desired direction. It has the feature that the electric field strength can be controlled.
  • a wiring mechanism for example, a via hole
  • FIG. 6 shows a schematic view of the antenna element 2 according to the second embodiment.
  • the same components as those described in the first embodiment are designated by the same reference numerals as those in the first embodiment, and the description thereof will be omitted.
  • the antenna element 2 is an antenna element 1 to which a third and fourth metal patterns (for example, metal patterns 21 and 22) are added.
  • the metal patterns 21 and 22 are at a specific distance from the radiating element 11 in a second direction (for example, in the vertical direction in the drawing) orthogonal to the first direction (for example, the left-right direction in the drawing) from the metal pattern 12 toward the metal pattern 13. (For example, the distance determined by the equation (1) or (2)) is arranged.
  • the metal patterns 21 and 22 are arranged at positions that are vertically symmetrical with respect to the radiating element 11.
  • FIG. 7 shows a schematic view of the antenna element 3 according to the third embodiment.
  • the same components as those described in the first embodiment are designated by the same reference numerals as those in the first embodiment, and the description thereof will be omitted.
  • the antenna element 3 according to the third embodiment has a metal pattern 31 instead of the metal patterns 12 and 13.
  • the metal pattern 31 is a continuous metal pattern formed so as to surround the radiating element 11.
  • the sides of the metal pattern 31 located in the left-right direction of the drawing are portions corresponding to the metal patterns 12 and 13. Further, the side of the metal pattern 31 located in the vertical direction of the drawing is a portion corresponding to the metal patterns 21 and 22 of the second embodiment.
  • the third embodiment describes another embodiment of the antenna element described in the first embodiment or the second embodiment.
  • FIG. 8 shows a schematic view of the antenna element 4 according to the fourth embodiment.
  • the same components as those described in the first embodiment are designated by the same reference numerals as those in the first embodiment, and the description thereof will be omitted.
  • the antenna element 4 has a plurality of metal patterns arranged in the left-right direction of the drawing.
  • the metal patterns 41 to 46 in FIG. 8 are set to the distances d_L1 to d_L3 and the distances d_R1 to d_R3 whose distances from the radiating element 11 are determined by the equations (1) and (2), respectively.
  • FIG. 9 shows a schematic view of the antenna element 5a according to the fifth embodiment
  • FIG. 10 shows a schematic view of the antenna element 5b according to the fifth embodiment.
  • the same components as those described in the first embodiment are designated by the same reference numerals as those in the first embodiment, and the description thereof will be omitted.
  • the antenna element 5a according to the fifth embodiment shown in FIG. 9 forms a resin film 51 so as to cover the radiation element 11, the metal patterns 12, and 13 on the antenna forming surface of the antenna element 1 according to the first embodiment. Is.
  • the antenna element 5b according to the fifth embodiment shown in FIG. 10 has resin films 52 and 53 so as to selectively cover the metal patterns 12 and 13 on the antenna forming surface of the antenna element 1 according to the first embodiment. It is what forms.
  • the antenna element 5b does not cover the radiating element 11.
  • the antenna pattern can be protected by forming the resin film covering the radiating element 11, the metal patterns 12, and 13 on the antenna forming surface.
  • the wavelength ⁇ of the radiated waves of the equations (1) and (2) is an effective wavelength in consideration of the dielectric constant of the resin film.
  • FIG. 11 shows a schematic view of the antenna element 6a according to the sixth embodiment
  • FIG. 12 shows a schematic view of the antenna element 6b according to the sixth embodiment.
  • the same components as those described in the first and fourth embodiments are designated by the same reference numerals as those of the first and fourth embodiments, and the description thereof will be omitted.
  • the antenna element 6a according to the sixth embodiment has a resin film 61 covering the radiating element 11 and the metal patterns 41 to 46 on the antenna forming surface of the antenna element 4 according to the fourth embodiment. It is what forms.
  • the antenna element 6b according to the sixth embodiment has a resin film 62 so as to selectively cover the metal patterns 41 to 46 on the antenna forming surface of the antenna element 4 according to the fourth embodiment. , 63 is formed. The antenna element 6b does not cover the radiating element 11.
  • the antenna pattern can be protected by forming a resin film covering the radiating element 11 and the metal patterns 41 to 46 on the antenna forming surface.
  • the wavelength ⁇ of the radiated waves of the equations (1) and (2) is an effective wavelength in consideration of the dielectric constant of the resin film.
  • FIG. 13 shows a schematic view of the antenna element 7 according to the seventh embodiment.
  • the same components as those described in the first embodiment are designated by the same reference numerals as those in the first embodiment, and the description thereof will be omitted.
  • the antenna element 7 according to the seventh embodiment includes a plurality of antenna elements (in FIG. 8, two radiation elements 71 and 72). Further, in the antenna element 7 according to the seventh embodiment, the metal pattern 74 arranged between the radiating elements 71 and 72, the metal pattern 73 arranged outside the radiating element 71, and the outside of the radiating element 72 are arranged. It has a metal pattern 75. Then, the distance between the elements is set to specific distances d_L11, d_L12, d_R11, d_R12 determined by the equation (1) or (2).
  • FIG. 14 shows a schematic view of the antenna element 8 according to the eighth embodiment.
  • the same components as those described in the first and second embodiments are designated by the same reference numerals as those of the first and second embodiments, and the description thereof will be omitted.
  • the antenna element 8 includes a plurality of metal patterns from the first metal pattern to the fourth metal pattern.
  • the first metal pattern includes metal patterns 81 and 82
  • the second metal pattern includes metal patterns 83 and 84
  • the third metal pattern includes metal patterns.
  • 85, 87 are included
  • the fourth metal pattern includes metal patterns 87, 88.
  • the distance between the radiating element 11 and each metal pattern is set to specific distances d_L1, d_L2, d_R1, d_R2, d_U1, d_U2, d_D1, and d_D2, which are determined by the equation (1) or (2), respectively.
  • the metal pattern group arranged so as to surround the radiating element 11 includes a plurality of metal patterns, so that the antenna gain in the horizontal direction can be suppressed.
  • the present invention is not limited to the above embodiment, and can be appropriately modified without departing from the spirit.
  • the present invention can be applied to various types of antennas other than the planar antenna.
  • Antenna element 10 Substrate 11, 71, 72 Radiant element 12, 13, 21, 22, 31 Metal pattern 41 to 46, 73 to 75, 81 to 88 Metal pattern 51 to 53, 61 to 63 Resin film

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Abstract

本発明にかかるアンテナ素子は、基板（１０）と、基板（１０）上に設けられた放射素子（１１）と、放射素子（１１）と同一基板上の同一面内に形成され、かつ、電気的にフローティング状態とされるように設けられる金属パターン（１２）、（１３）と、を有し、金属パターン（１２）、（１３）は、放射素子（１１）との距離が特定の距離となる位置に設けられる。

Description

アンテナ素子
　本発明はアンテナ素子に関し、特に、放射素子から放射される放射波の指向性を制御するアンテナ素子に関する。
　アンテナ素子（特に平面アンテナ）による水平方向への電磁波の放射は、周辺のアンテナ素子や部品へ影響を与えるだけでなく、アンテナ自身への放射パターンへも影響を与える。なぜならば、周波数帯域の電磁波の波長は、０．１ｍｍから１０ｍｍ程度であり、周辺の回路部品やアンテナ基板の厚さが、上記周波数帯の波長と同程度の大きさであるため、これら部品による反射や回折が無視できなくなるからである。このため、アンテナ素子、特にミリ波・サブミリ波におけるアンテナ素子の水平方向への電磁波の放射を抑圧・制御することはレーダなどの無線装置や通信装置の設計において大きな課題である。
　特許文献１には、電波の指向性を制御する技術の一例が記載されている。特許文献１の請求項１には、マイクロストリップラインについて以下のような特徴が示されている。このマイクロストリップラインは、基板と、基板の前面上に配置された給電素子と、基板の前面上に配置された給電素子から所定の素子間スペースだけ離れて配置された無給電素子と、無給電素子を接地するかフロート状態にするかを切り替える接地手段と、を備えたマイクロストリップアンテナにおいて、無給電素子の接地点は、無給電素子の励振方向における中央から０．２５Ｌより外側であり、且つ無給電素子の励振方向と垂直方向の長さをＷとしたとき、無給電素子の中心に対して励振方向とは垂直方向に±０．１Ｗの範囲内に設けられ、前記無給電素子は、励振方向と直交する方向に、中央の給電素子に対して線対象の位置で、給電素子から等距離の位置の左右に配置され、且つ該無給電素子の更に外側に無給電素子が配置されており、給電素子の給電点、及び無給電素子の接地点の位置は千鳥配置になっていることを特徴とする。
特開２００７－０３７１５８号公報
　特許文献１に記載の技術では、無給電素子からの放射波の位相の調整を、無給電素子のそれぞれに具備されたスイッチのオン/オフにより行う。また、スイッチのオン/オフにより、無給電素子における励振状態を切り替えて、放射波の位相を切り替える。このため、無給電素子の寸法は、少なくとも一辺の寸法は給電素子とほぼ同じ寸法としなければならない制限が加わる。このように、特許文献１に記載の技術では、電波の指向性制御の為に部品点数が増加する問題及び無給電素子の形状が制限されることによる設計自由度の低下という問題がある。
　本発明にかかるアンテナ素子の一態様は、基板と、前記基板上に設けられた放射素子と、前記放射素子と同一基板上の同一面内に形成され、かつ、電気的にフローティング状態とされるように設けられる金属パターンと、を有し、前記金属パターンは、前記放射素子との距離が特定の距離となる位置に設けられる。
　本発明にかかるアンテナ素子によれば、少ない部品点数で設計自由度の高いアンテナ素子を実現することができる。
実施の形態１にかかるアンテナ素子の概略図である。 実施の形態１にかかるアンテナ素子の動作を説明する図である。 実施の形態１にかかるアンテナ素子構造の一例を示す図である。 図３に示したアンテナ素子の効果を示す放射パターン特性のグラフである。 実施の形態１にかかるアンテナ素子の変形例の概略図である。 実施の形態２にかかるアンテナ素子の概略図である。 実施の形態３にかかるアンテナ素子の概略図である。 実施の形態４にかかるアンテナ素子の概略図である。 実施の形態５にかかるアンテナ素子の第１の例を説明する概略図である。 実施の形態５にかかるアンテナ素子の第２の例を説明する概略図である。 実施の形態６にかかるアンテナ素子の第１の例を説明する概略図である。 実施の形態６にかかるアンテナ素子の第２の例を説明する概略図である。 実施の形態７にかかるアンテナ素子の概略図である。 実施の形態８にかかるアンテナ素子の概略図である。
　実施の形態１
　以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１に実施の形態１にかかるアンテナ素子１の概略図を示す。図１では、上にアンテナ素子１を側面から見た概略図を示し、下にアンテナ素子１を上面からみた概略図を示した。
　図１に示すように、実施の形態１にかかるアンテナ素子１は、基板１０、放射素子１１、第１の金属パターン（例えば、金属パターン１２）、第２の金属パターン（例えば、金属パターン１３）を有する。
　実施の形態１にかかるアンテナ素子１は、基板１０の所定の一面に放射素子１１が形成される。放射素子１１は、図示しない給電電力源が出力する給電電力に基づき電磁波を放射する。以下の説明では、放射素子１１が放射する電磁波を放射波と称す。また、実施の形態１にかかるアンテナ素子１では、金属パターン１２、１３が形成される。金属パターン１２、１３は、基板の面のうち放射素子１１が形成されるアンテナ形成面に設けられる。図１に示す例では、放射素子１１の図面左側、かつ、放射素子１１からの距離がｄ＿Ｌ１となる位置に金属パターン１２が形成される。また、放射素子１１の図面右側、かつ、放射素子１１からの距離がｄ＿Ｒ１となる位置に金属パターン１３が形成される。この距離ｄ＿Ｌ１と距離ｄ＿Ｒ１は、それぞれ、後述する（１）式又は（２）式により定義される。また、距離ｄ＿Ｌ１と距離ｄ＿Ｒ１は、それぞれ独立した距離を示すものである。以下の説明では、距離ｄ＿Ｌ１と距離ｄ＿Ｒ１のいずれかを示す語として距離ｄを用いる。
　図２を用いて、実施の形態１にかかるアンテナ素子の動作を説明する。放射素子１１より放射波が放射される。特に、放射素子１１から放射された水平方向への放射波は、金属パターン１２、１３に到達すると散乱されて金属パターン１２、１３より全方向に再放射される。このため、水平方向への放射波の強度が減少する。一方、金属パターン１２、１３から再放射された散乱波は、放射素子１１から放射された放射波と互いに干渉することで、放射波と拡散波とが強め合う、又は、弱め合う。このとき、放射素子１１と金属パターンの距離に応じて、放射波と散乱波との干渉効果が発生する方向が変化する。そこで、放射素子１１と金属パターンの距離を適切に設定することで、所望の方向θに進行する電磁波を強めること、又は、電磁波を弱めることができる。
　ここで、距離ｄについて説明する。距離ｄは、放射波と散乱波が互いに強め合う距離ｄ１と、放射波と散乱波が互いに弱めあう距離ｄ２とに分けることができる。距離ｄ１は、（１）式により表され、距離ｄ２は（２）式により表される。ここで、ｎは整数、λは放射波の波長、θは所望の方向の角度である。

Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　距離ｄとして、（１）式で示した距離ｄ１又は（２）式で示した距離ｄ２を設定することで、所望方向の電界強度を制御することができる。
　放射素子１１と金属パターン１２、１３の距離ｄを距離ｄ１に設定した例を用いて、実施の形態１にかかるアンテナ素子１の動作について詳細に説明する。図３に実施の形態１にかかるアンテナ素子構造の一例を示す。本アンテナ構造は、基板１０上に３つの放射素子１１が形成される。放射素子１１の設定周波数は、６０ＧＨｚである。放射素子１１の両側の位置に金属パターン１２、１３が形成される。また、図３に示す例では、金属パターン１２、１３は、線幅を１ｍｍ、距離ｄ＿Ｌ１及び距離ｄ＿Ｒ１をいずれも５ｍｍとした。この距離ｄ＿Ｌ１及び距離ｄ＿Ｒ１は（１）式を用いられた距離である。
　図４に図３に示したアンテナ素子１の効果を示す放射パターン特性を示す。図４には、比較例として、図３に示したアンテナ素子１から金属パターン１２、１３を除いたアンテナ素子の放射パターン特性を示した。図４に示すように、実施の形態１にかかるアンテナ素子１は、比較例にかかるアンテナ素子に比べて、水平方向（±９０°）のアンテナ利得が３ｄＢほど減少し、垂直方向へのアンテナ利得が上昇していることがわかる。
　以上より、実施の形態１にかかるアンテナ素子１では、基板１０上に金属パターン１２、１３を放射素子１１の両側に設け、放射素子１１と金属パターン１２、１３との距離を（１）式に基づき設定することで、水平方向への利得を抑圧しながら、所望方向（本解析例では垂直方向）の電界強度を制御することができる。また、具体例は示していないが、放射素子１１と金属パターン１２、１３との距離を（２）式に基づき設定することで、水平方向への利得を抑圧しながら、所望方向の電界強度を制御することができる。
　なお、実施の形態１では、金属パターン１２、１３を放射素子１１の両側に配置しているが、金属パターンを片側だけに配置することで、片方の水平方向の利得を抑圧することも可能である。そこで、図５に金属パターンを片側だけに配置した実施の形態１にかかるアンテナ素子１ａの概略図を示す。図５に示す例では、放射素子の１１の左側のみに金属パターン１２が配置され、金属パターン１３は設けられない。このような構造とすることで、図面左側の水平方向のアンテナ利得のみを抑圧するとともに所望方向の電界強度を制御することができる。
　実施の形態１にかかるアンテナ素子１は、金属パターン１２、１３を接地する必要がないため、特許文献１に記載されたマイクロストリップアンテナのようにスイッチを構成する必要がない。また、金属パターン１２、１３と裏面（もしくは、基板内の接地層）と接続する配線機構（例えば、ビアホール）を形成する必要もない。つまり、実施の形態１にかかるアンテナ素子１は、アンテナ素子の構造が特許文献１に記載されたマイクロストリップアンテナよりも簡単な構造で、水平方向への電界強度を抑圧しながら、更に、所望方向の電界強度の制御ができる特徴を有する。
　実施の形態２
　実施の形態２では、実施の形態１にかかるアンテナ素子１の変形例となるアンテナ素子２について説明する。そこで、図６に実施の形態２にかかるアンテナ素子２の概略図を示す。なお、実施の形態２の説明では、実施の形態１で説明した構成要素と同じ構成要素については、実施の形態１と同じ符号を付して説明を省略する。
　図６に示すように、実施の形態２にかかるアンテナ素子２は、アンテナ素子１に第３、第４の金属パターン（例えば、金属パターン２１、２２）を追加したものである。金属パターン２１、２２は、金属パターン１２から金属パターン１３に向かう第１の方向（例えば、図面左右方向）に直行する第２の方向（例えば、図面上下方向）において、放射素子１１と特定の距離（例えば、（１）式または（２）式により決まる距離）となる位置に配置される。また、図６に示す例では、金属パターン２１、２２は、放射素子１１を基準として上下対称となる位置に配置される。
　このように放射素子１１の左右方向だけでなく、上下方向に金属パターンを配置することで、図面左右方向の放射波の放射パターンのみならず、図面上下方向の放射パターンも設定することができる。
　実施の形態３
　実施の形態３では、実施の形態１にかかるアンテナ素子１の変形例となるアンテナ素子３について説明する。そこで、図７に実施の形態３にかかるアンテナ素子３の概略図を示す。なお、実施の形態３の説明では、実施の形態１で説明した構成要素と同じ構成要素については、実施の形態１と同じ符号を付して説明を省略する。
　図７に示すように、実施の形態３にかかるアンテナ素子３は、金属パターン１２、１３に代えて金属パターン３１を有する。金属パターン３１は、放射素子１１を囲むように形成される連続金属パターンである。そして、金属パターン３１の図面左右方向に位置する辺は、金属パターン１２、１３に対応する部分となるものである。また、金属パターン３１の図面上下方向に位置する辺は、実施の形態２の金属パターン２１、２２に対応する部分となるものである。
　このように、放射素子１１の周囲を囲むことでも、実施の形態１と同様に放射素子１１からの放射波と金属パターン３１による散乱波とを干渉させることができる。つまり、実施の形態３は、実施の形態１又は実施の形態２で説明したアンテナ素子の別の形態を説明するものである。
　実施の形態４
　実施の形態４では、実施の形態１にかかるアンテナ素子１の変形例となるアンテナ素子４について説明する。そこで、図８に実施の形態４にかかるアンテナ素子４の概略図を示す。なお、実施の形態４の説明では、実施の形態１で説明した構成要素と同じ構成要素については、実施の形態１と同じ符号を付して説明を省略する。
　図８に示すように、実施の形態４にかかるアンテナ素子４は、図面左右方向に並べられる複数の金属パターンを有する。ここで、図８における金属パターン４１から４６までの金属パターンは、それぞれ放射素子１１との距離が（１）式又は（２）式で決定される距離ｄ＿Ｌ１～ｄ＿Ｌ３及び距離ｄ＿Ｒ１～ｄ＿Ｒ３に設定される。
　実施の形態５
　実施の形態５では、実施の形態１にかかるアンテナ素子１の変形例となるアンテナ素子５ａ、５ｂについて説明する。そこで、図９に実施の形態５にかかるアンテナ素子５ａの概略図を示し、図１０に実施の形態５にかかるアンテナ素子５ｂの概略図を示す。なお、実施の形態５の説明では、実施の形態１で説明した構成要素と同じ構成要素については、実施の形態１と同じ符号を付して説明を省略する。
　図９に示す実施の形態５にかかるアンテナ素子５ａは、実施の形態１にかかるアンテナ素子１のアンテナ形成面において、放射素子１１、金属パターン１２、１３を覆うように樹脂皮膜５１を形成するものである。
　また、図１０に示す実施の形態５にかかるアンテナ素子５ｂは、実施の形態１にかかるアンテナ素子１のアンテナ形成面において、金属パターン１２、１３を選択的に覆うように樹脂皮膜５２、５３を形成するものである。なお、アンテナ素子５ｂでは、放射素子１１を覆わない。
　このように、アンテナ形成面に放射素子１１、金属パターン１２、１３を覆う樹脂皮膜を形成することでアンテナパターンを保護することができる。なお、樹脂皮膜を形成した場合、（１）式及び（２）式の放射波の波長λは、樹脂皮膜の誘電率を考慮した実効波長となる。
　実施の形態６
　実施の形態６では、実施の形態４にかかるアンテナ素子４の変形例となるアンテナ素子６ａ、６ｂについて説明する。そこで、図１１に実施の形態６にかかるアンテナ素子６ａの概略図を示し、図１２に実施の形態６にかかるアンテナ素子６ｂの概略図を示す。なお、実施の形態６の説明では、実施の形態１、４で説明した構成要素と同じ構成要素については、実施の形態１、４と同じ符号を付して説明を省略する。
　図１１に示すように、実施の形態６にかかるアンテナ素子６ａは、実施の形態４にかかるアンテナ素子４のアンテナ形成面において、放射素子１１、金属パターン４１～４６を覆うように樹脂皮膜６１を形成するものである。
　また、図１２に示すように、実施の形態６にかかるアンテナ素子６ｂは、実施の形態４にかかるアンテナ素子４のアンテナ形成面において、金属パターン４１～４６を選択的に覆うように樹脂皮膜６２、６３を形成するものである。なお、アンテナ素子６ｂでは、放射素子１１を覆わない。
　このように、アンテナ形成面に放射素子１１、金属パターン４１～４６を覆う樹脂皮膜を形成することでアンテナパターンを保護することができる。なお、樹脂皮膜を形成した場合、（１）式及び（２）式の放射波の波長λは、樹脂皮膜の誘電率を考慮した実効波長となる。
　実施の形態７
　実施の形態７では、実施の形態にかかるアンテナ素子１の変形例となるアンテナ素子７について説明する。そこで、図１３に実施の形態７にかかるアンテナ素子７の概略図を示す。なお、実施の形態７の説明では、実施の形態１で説明した構成要素と同じ構成要素については、実施の形態１と同じ符号を付して説明を省略する。
　図１３に示すように、実施の形態７にかかるアンテナ素子７は、複数のアンテナ素子（図８では、放射素子７１、７２の２つ）を備る。また、実施の形態７にかかるアンテナ素子７では、放射素子７１、７２の間に配置される金属パターン７４、放射素子７１の外側に配置される金属パターン７３、放射素子７２の外側に配置される金属パターン７５を有する。そして、各素子の間の距離を（１）式または（２）式により決まる特定の距離ｄ＿Ｌ１１、ｄ＿Ｌ１２、ｄ＿Ｒ１１、ｄ＿Ｒ１２に設定する。
　このように、複数の放射素子を有し、放射素子間及び放射素子の外側に金属パターンを設けることで、複数の放射素子から放射される複数の放射波のそれぞれについて電界強度を制御することができる。
　実施の形態８
　実施の形態８では、実施の形態２にかかるアンテナ素子２の変形例となるアンテナ素子８について説明する。そこで、図１４に実施の形態８にかかるアンテナ素子８の概略図を示す。なお、実施の形態８の説明では、実施の形態１、２で説明した構成要素と同じ構成要素については、実施の形態１、２と同じ符号を付して説明を省略する。
　図１４に示すように、実施の形態８にかかるアンテナ素子８は、第１の金属パターンから第４の金属パターンがそれぞれ複数の金属パターンを含む。具体的には、図１４に示す例では、第１の金属パターンに金属パターン８１、８２が含まれ、第２の金属パターンに金属パターン８３、８４が含まれ、第３の金属パターンに金属パターン８５、８７が含まれ、第４の金属パターンに金属パターン８７、８８が含まれる。そして、放射素子１１と各金属パターンとの距離は、それぞれ（１）式または（２）式により決まる特定の距離ｄ＿Ｌ１、ｄ＿Ｌ２、ｄ＿Ｒ１、ｄ＿Ｒ２、ｄ＿Ｕ１、ｄ＿Ｕ２、ｄ＿Ｄ１、ｄ＿Ｄ２に設定される。
　このように、放射素子１１を囲むように配置される金属パターン群がそれぞれ複数の金属パターンを含むことで、水平方向のアンテナ利得を抑圧することができる。
　なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、本発明は、平面アンテナ以外の様々な形態のアンテナに適用することも可能である。
　この出願は、２０１９年６月５日に出願された日本出願特願２０１９－１０５１０２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。
　１～８　アンテナ素子
　１０　基板
　１１、７１、７２　放射素子
　１２、１３、２１、２２、３１　金属パターン
　４１～４６、７３～７５、８１～８８　金属パターン
　５１～５３、６１～６３　樹脂皮膜

Claims (7)

  1. 　基板と、
    　前記基板上に設けられた放射素子と、
    　前記放射素子と同一基板上の同一面内に形成され、かつ、電気的にフローティング状態とされるように設けられる金属パターンと、を有し、
    　前記金属パターンは、前記放射素子との距離が特定の距離となる位置に設けられるアンテナ素子。
  2. 　前記特定の距離は、前記放射素子が放射する放射波と、前記金属パターンが放射する散乱波とが、互いに強め合う第１の距離、又は、互いに弱め合う第２の距離である請求項１に記載のアンテナ素子。
  3. 　前記金属パターンは、前記放射素子を挟む左右の位置、前記放射素子を挟んだ上下の位置、前記放射素子を挟んだ上下左右の位置、のいずれかの位置に配置される請求項１又は２に記載のアンテナ素子。
  4. 　前記金属パターンは、前記放射素子を囲む連続した金属パターンとして形成される請求項１乃至３のいずれか１項に記載のアンテナ素子。
  5. 　前記金属パターンは、前記放射素子から離れる方向に複数個が配置され、複数の金属パターンは、それぞれ前記放射素子からの距離が、前記放射素子が放射する放射波と、前記金属パターンが放射する散乱波とが、互いに強め合う第１の距離、又は、互いに弱め合う第２の距離に設定される請求項１乃至４のいずれか１項に記載のアンテナ素子。
  6. 　前記放射素子及び前記金属パターンを覆う樹脂皮膜を有する請求項１乃至５のいずれか１項に記載のアンテナ素子。
  7. 　前記金属パターンを選択的に覆う樹脂皮膜を有する請求項１乃至５のいずれか１項に記載のアンテナ素子。
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