WO2023149479A1 - アンテナ素子およびアレイアンテナ - Google Patents

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WO2023149479A1
WO2023149479A1 PCT/JP2023/003240 JP2023003240W WO2023149479A1 WO 2023149479 A1 WO2023149479 A1 WO 2023149479A1 JP 2023003240 W JP2023003240 W JP 2023003240W WO 2023149479 A1 WO2023149479 A1 WO 2023149479A1
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WO
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conductor
coupling
antenna element
input signal
resonator
Prior art date
Application number
PCT/JP2023/003240
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English (en)
French (fr)
Inventor
博道 吉川
Original Assignee
京セラ株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q13/00—Waveguide horns or mouths; Slot antennas; Leaky-waveguide antennas; Equivalent structures causing radiation along the transmission path of a guided wave
    • H01Q13/08—Radiating ends of two-conductor microwave transmission lines, e.g. of coaxial lines, of microstrip lines
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/06—Arrays of individually energised antenna units similarly polarised and spaced apart

Definitions

  • the present disclosure relates to antenna elements and array antennas.
  • Patent Literature 1 discloses a technique for improving the transmission efficiency of a wireless power feeding system using a resonance coil with a high Q value.
  • the antenna element of the present disclosure includes a first conductor, a second conductor, a third conductor, and a fourth conductor arranged on a first surface of a base, and a base separated from the first surface in a first direction.
  • a first coupling conductor located internally and configured to capacitively couple the first conductor, the second conductor, the third conductor, and the fourth conductor;
  • a second coupling conductor positioned on a plane and configured to capacitively couple the first conductor and the second conductor;
  • a third coupling conductor configured to capacitively couple two conductors and the third conductor; and a third coupling conductor coplanar with the first coupling conductor, the third conductor, and the fourth conductor.
  • first feeding conductor electromagnetically connected to any one of the first conductor, the second conductor, the third conductor, and the fourth conductor; a second feed conductor electromagnetically connected to a conductor different from the first feed conductor among one conductor, the second conductor, the third conductor, and the fourth conductor.
  • the antenna element of the present disclosure includes a first resonator, a second resonator, a third resonator, and a fourth resonator, one end of which is short-circuited, arranged in a circular fashion, and the first resonator, the second resonator, and the , a first conductor capacitively coupling the third resonator and the fourth resonator in common;
  • opposing resonators are provided with a first port and a second port for inputting alternating current of the same frequency, respectively, and the mode is controlled by the phase difference of the alternating current of the same frequency from the first port and the second port. is configured as
  • the array antenna of the present disclosure includes multiple antenna elements of the present disclosure.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a configuration example of an antenna according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram showing a radiation pattern when the phase difference between the first input signal and the second input signal is the first phase difference according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram showing frequency characteristics when the phase difference between the first input signal and the second input signal is the first phase difference according to the first embodiment.
  • FIG. 4 is a diagram showing a radiation pattern when the phase difference between the first input signal and the second input signal is the second phase difference according to the first embodiment.
  • FIG. 5 is a diagram showing frequency characteristics when the phase difference between the first input signal and the second input signal is the second phase difference according to the first embodiment.
  • FIG. 6 is a diagram showing a radiation pattern when the phase difference between the first input signal and the second input signal is the third phase difference according to the first embodiment.
  • FIG. 7 is a diagram showing frequency characteristics when the phase difference between the first input signal and the second input signal is the third phase difference according to the first embodiment.
  • FIG. 8 is a diagram showing a radiation pattern when the phase difference between the first input signal and the second input signal is the fourth phase difference according to the first embodiment.
  • FIG. 9 is a diagram showing frequency characteristics when the phase difference between the first input signal and the second input signal is the fourth phase difference according to the first embodiment.
  • FIG. 10 is a diagram showing a radiation pattern when the phase difference between the first input signal and the second input signal is the fifth phase difference according to the first embodiment.
  • FIG. 11 is a diagram showing frequency characteristics when the phase difference between the first input signal and the second input signal is the fifth phase difference according to the first embodiment.
  • FIG. 12 is a diagram for explaining changes in characteristics of the antenna element according to the first embodiment.
  • FIG. 13 is a perspective view showing a configuration example of an antenna according to the second embodiment.
  • FIG. 14 is a diagram showing a configuration example of an array antenna according to the third embodiment.
  • an XYZ orthogonal coordinate system is set, and the positional relationship of each part will be explained with reference to this XYZ orthogonal coordinate system.
  • the direction parallel to the X-axis in the horizontal plane is the X-axis direction
  • the direction parallel to the Y-axis in the horizontal plane orthogonal to the X-axis is the Y-axis direction
  • the direction parallel to the Z-axis orthogonal to the horizontal plane is the Z-axis direction.
  • a plane containing the X-axis and the Y-axis is appropriately referred to as an XY plane.
  • a plane containing the X-axis and the Z-axis is appropriately called an XZ plane.
  • a plane containing the Y-axis and the Z-axis is appropriately referred to as a YZ plane.
  • the XY plane is parallel to the horizontal plane.
  • the XY plane, the XZ plane, and the YZ plane are orthogonal.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a configuration example of an antenna element according to the first embodiment.
  • the antenna element 1 includes a base 10, a first conductor 22, a second conductor 24, a third conductor 26, a fourth conductor 28, a first coupling conductor 30 and a second coupling.
  • a second connection conductor 64 a third connection conductor 66 and a fourth connection conductor 68 .
  • the antenna element 1 is described as being formed in a quadrangular prism shape, but the present disclosure is not limited to this.
  • Antenna element 1 may be formed in a polygonal prismatic shape other than a square prismatic shape, a cylindrical shape, an elliptical cylindrical shape, or the like.
  • the antenna element 1 is configured to be able to radiate at a predetermined resonance frequency. When the antenna element 1 resonates at a predetermined resonance frequency, the antenna element 1 radiates electromagnetic waves.
  • the antenna element 1 can have at least one operating frequency in at least one resonant frequency band of the antenna element 1 .
  • the antenna element 1 can radiate electromagnetic waves at operating frequencies.
  • the wavelength of the operating frequency can be the operating wavelength, which is the wavelength of electromagnetic waves at the operating frequency of the antenna element 1 .
  • the antenna element 1 behaves as a non-radiating resonator at the same operating frequency under signal input conditions. In order for such a phenomenon to occur, it is necessary to adjust the two different modes to have the same frequency and to selectively excite the two modes.
  • the antenna element 1 exhibits an artificial magnetic wall characteristic (Artificial Magnetic Conductor Character), as described later, with respect to electromagnetic waves of a predetermined frequency incident on a plane substantially parallel to the XY plane of the antenna element 1 from the positive direction of the Z axis.
  • artificial magnetic wall characteristics means characteristics of a surface where the phase difference between an incident wave and a reflected wave at the operating frequency is 0 degrees. On the surface having artificial magnetic wall characteristics, the phase difference between the incident wave and the reflected wave is -90 degrees to +90 degrees in the operating frequency band.
  • the operating frequency band includes resonant frequencies and operating frequencies that exhibit artificial magnetic wall characteristics.
  • the base 10 is a base made of a dielectric material.
  • the first conductor 22 , the second conductor 24 , the third conductor 26 and the fourth conductor 28 are arranged on the upper surface of the base 10 .
  • the top surface of the substrate 10 is also called the first surface.
  • the first conductor 22, the second conductor 24, the third conductor 26, and the fourth conductor 28 are conductors extending in the XY plane direction.
  • the first conductor 22, the second conductor 24, the third conductor 26, and the fourth conductor 28 are configured as, for example, a square resonator.
  • the first conductor 22, the second conductor 24, the third conductor 26, and the fourth conductor 28 are arranged in a square lattice.
  • the first conductor 22, the second conductor 24, the third conductor 26, and the fourth conductor 28 are formed to have approximately the same area in the XY plane.
  • a gap with a predetermined interval is formed between the first conductor 22 and the second conductor 24 .
  • a gap of a predetermined distance is formed between the second conductor 24 and the third conductor 26 .
  • a gap of a predetermined distance is formed between the third conductor 26 and the fourth conductor 28 .
  • the first conductor 22 through the fourth conductor 28 are each configured to be capacitively connected.
  • first conductor 22, the second conductor 24, the third conductor 26, and the fourth conductor 28 are described as being formed in a square shape, the present disclosure is not limited to this.
  • the first conductors 22, the second conductors 24, the third conductors 26, and the fourth conductors 28 may, for example, be polygonal other than square, circular, or elliptical.
  • the first conductor 22, the second conductor 24, the third conductor 26, and the fourth conductor 28 may each differ in at least one of the area and shape on the XY plane.
  • a first coupling conductor 30 , a second coupling conductor 32 , a third coupling conductor 34 , a fourth coupling conductor 36 , and a fifth coupling conductor 38 are arranged on the substrate 10 away from the upper surface of the substrate 10 in the Z-axis direction. can be located inside.
  • the Z-axis direction is also called the first direction.
  • the first coupling conductor 30, the second coupling conductor 32, the third coupling conductor 34, the fourth coupling conductor 36, and the fifth coupling conductor 38 are conductors extending in the XY plane direction.
  • the first coupling conductor 30 is formed, for example, in a square shape.
  • the first coupling conductor 30 is arranged at a position separated from the upper surface of the base 10 in the Z-axis direction and overlapping the first conductor 22 , the second conductor 24 , the third conductor 26 and the fourth conductor 28 .
  • the first coupling conductor 30 is configured to capacitively connect the first conductor 22 , the second conductor 24 , the third conductor 26 and the fourth conductor 28 .
  • the first coupling conductor 30 may be, for example, polygonal other than square, circular, or elliptical.
  • the second coupling conductor 32, the third coupling conductor 34, the fourth coupling conductor 36, and the fifth coupling conductor 38 are, for example, rectangular.
  • the second coupling conductor 32, the third coupling conductor 34, the fourth coupling conductor 36, and the fifth coupling conductor 38 are formed to have approximately the same size.
  • the second coupling conductor 32, the third coupling conductor 34, the fourth coupling conductor 36, and the fifth coupling conductor 38 are described as having rectangular shapes, the present disclosure is not limited to this.
  • the second bonding conductors 32, the third bonding conductors 34, the fourth bonding conductors 36, and the fifth bonding conductors 38 may be, for example, polygonal, circular, or elliptical other than rectangular.
  • the second coupling conductor 32 is arranged at a position separated from the upper surface of the base 10 in the Z-axis direction and overlapping the first conductor 22 and the second conductor 24 .
  • the second coupling conductor 32 is configured to capacitively connect the first conductor 22 and the second conductor 24 .
  • the third coupling conductor 34 is arranged at a position separated from the upper surface of the base 10 in the Z-axis direction and overlapping the second conductor 24 and the third conductor 26 .
  • the third coupling conductor 34 is configured to capacitively connect the second conductor 24 and the third conductor 26 .
  • the fourth coupling conductor 36 is arranged at a position separated from the upper surface of the base 10 in the Z-axis direction and overlapping the third conductor 26 and the fourth conductor 28 .
  • the fourth coupling conductor 36 is configured to capacitively connect the third conductor 26 and the fourth conductor 28 .
  • the fifth coupling conductor 38 is arranged at a position separated from the upper surface of the base 10 in the Z-axis direction and overlapping the fourth conductor 28 and the first conductor 22 .
  • the fifth coupling conductor 38 is configured to capacitively connect the fourth conductor 28 and the first conductor 22 .
  • the ground conductor 40 is arranged below the base 10 .
  • the ground conductor 40 is arranged to face the first conductor 22, the second conductor 24, the third conductor 26, and the fourth conductor 28 in the Z-axis direction.
  • the first feeding conductor 52 is configured such that one end is electromagnetically connected to the first conductor 22 and the other end is electromagnetically connected to a first feeding point (not shown).
  • the first feed conductor 52 can be, for example, a via formed in the substrate 10 .
  • the second feed conductor 54 is configured such that one end is electromagnetically connected to the third conductor 26 and the other end is electromagnetically connected to a second feed point (not shown).
  • the second feed conductor 54 can be, for example, a via formed in the substrate 10 .
  • the first conductor 22 is located on a diagonal line connecting the vertex of the third conductor 26 with the vertex of the third conductor 26 .
  • a predetermined first input signal is input to the first conductor 22 from the first feeding conductor 52 .
  • a predetermined second input signal is input to the third conductor 26 from the second feeding conductor 54 .
  • the first input signal and the second input signal have the same frequency.
  • the phase difference between the phase of the first input signal and the phase of the second input signal can be arbitrarily changed.
  • a resonator mode that behaves as a resonator with a relatively high Q value and an antenna that has a relatively low Q value It is configured to be able to switch between the antenna mode in which it behaves.
  • the first connection conductor 62 is configured such that one end is electromagnetically connected to the first conductor 22 and the other end is electromagnetically connected to the ground conductor 40 .
  • the second connection conductor 64 is configured such that one end is electromagnetically connected to the second conductor 24 and the other end is electromagnetically connected to the ground conductor 40 .
  • the third connection conductor 66 is configured such that one end is electromagnetically connected to the third conductor 26 and the other end is electromagnetically connected to the ground conductor 40 .
  • the fourth connection conductor 68 has one end electromagnetically connected to the fourth conductor 28 and the other end electromagnetically connected to the ground conductor 40 . That is, the first connection conductor 62, the second connection conductor 64, the third connection conductor 66, and the fourth connection conductor 68 surround the first conductor 22, the second conductor 24, the third conductor 26, and the fourth conductor 28. is configured as
  • first connection conductor 62, the second connection conductor 64, the third connection conductor 66, and the fourth connection conductor 68 are shown as two, but the present disclosure is not limited to this. .
  • the number of the first connection conductor 62, the second connection conductor 64, the third connection conductor 66, and the fourth connection conductor 68 may be one, or three or more.
  • the antenna element 1 controls the phase difference between the first input signal input to the first conductor 22 and the second input signal input to the third conductor 26, thereby changing the radio wave radiation pattern. configured to be controllable.
  • FIG. 2 is a diagram showing a radiation pattern when the phase difference between the first input signal and the second input signal is the first phase difference according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram showing frequency characteristics when the phase difference between the first input signal and the second input signal is the first phase difference according to the first embodiment. In the first embodiment, the first phase difference is 0 degree.
  • the maximum gain value of the antenna can be -22 [dBi (decibel)], for example. That is, when the phase difference between the first input signal and the second input signal is 0 degrees, the antenna element 1 does not radiate radio waves. In this case, the antenna element 1 can be in a resonator mode that behaves as a resonator.
  • the horizontal axis indicates the frequency [GHz (gigahertz)], and the vertical axis indicates the gain [dB (decibel)] of the reflection coefficient.
  • waveform W1 when the phase difference between the first input signal and the second input signal is 0 degrees, the resonance frequency of antenna element 1 is f1 [GHz] and the reflection coefficient is D1 [dB]. could be.
  • FIG. 4 is a diagram showing a radiation pattern when the phase difference between the first input signal and the second input signal is the second phase difference according to the first embodiment.
  • FIG. 5 is a diagram showing frequency characteristics when the phase difference between the first input signal and the second input signal is the second phase difference according to the first embodiment. In the first embodiment, the second phase difference is 45 degrees.
  • the maximum gain value of the antenna can be -9 [dBi], for example. That is, when the phase difference between the first input signal and the second input signal is 0 degrees, the antenna element 1 radiates radio waves. In this case, the antenna element 1 can be in antenna mode in which it behaves as an antenna.
  • the waveform W2 shown in FIG. 5 shows the frequency [GHz] on the horizontal axis and the gain [dB] of the reflection coefficient on the vertical axis.
  • the resonance frequency of antenna element 1 is f1 [GHz] and the reflection coefficient is D2 [dB]. could be. That is, the resonance frequency does not change depending on whether the phase difference between the first input signal and the second input signal is 0 degrees or 45 degrees.
  • the reflection coefficient D2 is shifted to the lower side compared to the reflection coefficient D1.
  • FIG. 6 is a diagram showing a radiation pattern when the phase difference between the first input signal and the second input signal is the third phase difference according to the first embodiment.
  • FIG. 7 is a diagram showing frequency characteristics when the phase difference between the first input signal and the second input signal is the third phase difference according to the first embodiment.
  • the third phase difference is 90 degrees.
  • the maximum gain value of the antenna can be -3.9 [dBi], for example. That is, when the phase difference between the first input signal and the second input signal is 0 degrees, the antenna element 1 radiates radio waves. In this case, the antenna element 1 can be in antenna mode in which it behaves as an antenna.
  • the waveform W3 shown in FIG. 7 shows the frequency [GHz] on the horizontal axis and the gain [dB] of the reflection coefficient on the vertical axis.
  • the resonance frequency of antenna element 1 is f1 [GHz]
  • the reflection coefficient is D3 [dB ]. That is, the resonance frequency does not change depending on whether the phase difference between the first input signal and the second input signal is 0 degrees or 90 degrees.
  • the reflection coefficient D3 is shifted to the lower side compared to the reflection coefficient D2.
  • FIG. 8 is a diagram showing a radiation pattern when the phase difference between the first input signal and the second input signal is the fourth phase difference according to the first embodiment.
  • FIG. 9 is a diagram showing frequency characteristics when the phase difference between the first input signal and the second input signal is the fourth phase difference according to the first embodiment. In the first embodiment, the fourth phase difference is 135 degrees.
  • the maximum gain value of the antenna can be -1.7 [dBi], for example. That is, when the phase difference between the first input signal and the second input signal is 0 degrees, the antenna element 1 radiates radio waves. In this case, the antenna element 1 can be in antenna mode in which it behaves as an antenna.
  • the horizontal axis indicates the frequency [GHz]
  • the vertical axis indicates the gain [dB] of the reflection coefficient.
  • the resonance frequency of antenna element 1 is f1 [GHz] and the reflection coefficient is D4 [dB].
  • the reflection coefficient D4 is shifted to the higher side compared to the reflection coefficient D3.
  • FIG. 10 is a diagram showing a radiation pattern when the phase difference between the first input signal and the second input signal is the fifth phase difference according to the first embodiment.
  • FIG. 11 is a diagram showing frequency characteristics when the phase difference between the first input signal and the second input signal is the fifth phase difference according to the first embodiment.
  • the fifth phase difference is 180 degrees.
  • the maximum gain value of the antenna can be -1 [dBi], for example. That is, when the phase difference between the first input signal and the second input signal is 0 degrees, the antenna element 1 radiates radio waves. In this case, the antenna element 1 can be in antenna mode in which it behaves as an antenna. Specifically, when the phase difference between the first input signal and the second input signal is 180 degrees, the antenna element 1 radiates linearly polarized waves. In the waveform W5 shown in FIG. 11, the horizontal axis indicates the frequency [GHz], and the vertical axis indicates the gain [dB] of the reflection coefficient. As shown by waveform W5, when the phase difference between the first input signal and the second input signal is 0, the resonance frequency of antenna element 1 is f1 [GHz] and the reflection coefficient is D5 [dB]. obtain.
  • FIG. 12 is a diagram for explaining changes in characteristics of the antenna element according to the first embodiment.
  • a graph G1 shows the characteristics when the phase difference between the first input signal and the second input signal is optimized in the antenna element 1 according to the first embodiment.
  • a graph G2 shows the characteristics when the phase difference between the first input signal and the second input signal is set to 0 degree in the antenna element 1 according to the first embodiment.
  • a graph G3 shows the characteristics when the phase difference between the first input signal and the second input signal is 180 degrees in the antenna element 1 according to the first embodiment.
  • Point P1 indicates the KQ product of antenna element 1 when the phase difference between the first input signal and the second input signal is 14 degrees.
  • Point P2 indicates the KQ product of antenna element 1 when the phase difference between the first input signal and the second input signal is 85 degrees.
  • Point P3 indicates the KQ product of antenna element 1 when the phase difference between the first input signal and the second input signal is 172 degrees.
  • Point P4 shows the KQ product of antenna element 1 when the difference between the first and second input signals is 135 degrees.
  • Point P5 indicates the KQ product of antenna element 1 when the phase difference between the first input signal and the second input signal is 121 degrees.
  • Point P6 indicates the KQ product of antenna element 1 when the phase difference between the first input signal and the second input signal is 180 degrees.
  • Point P7 indicates the KQ product of antenna element 1 when the phase difference between the first input signal and the second input signal is 171 degrees.
  • Graph G1 shows KQ products relatively close to graph G2 at locations where the distance to the object is short. That is, the antenna element 1 can be adjusted so as to function as a resonator at a place where the distance to the object is short.
  • Graph G1 shows a KQ product that is relatively close to graph G3 at locations where the distance to the object is long. That is, the antenna element 1 can be adjusted so as to function as an antenna at a place where the object is far away.
  • the graph G1 shows a relatively higher KQ product than the graphs G2 and G3 over a range of distances from near to far to the object. That is, the antenna element 1 can achieve a relatively high KQ product regardless of the distance to the object.
  • the first embodiment by controlling the phase difference between the first input signal and the second input signal that are input to the antenna element 1, the comparison A relatively high KQ product can be realized. As a result, the first embodiment can obtain high transmission efficiency over a range from a location close to the object to a location far from the object.
  • FIG. 13 is a perspective view showing a configuration example of an antenna according to the second embodiment.
  • the antenna element 1A does not have the first coupling conductor 30, and has a sixth coupling conductor 72, a seventh coupling conductor 74, an eighth coupling conductor 76, and a ninth coupling conductor 78. , a first connection portion 82 and a second connection portion 84, the antenna element 1 differs from the antenna element 1 shown in FIG.
  • the sixth coupling conductor 72, the seventh coupling conductor 74, the eighth coupling conductor 76, and the ninth coupling conductor 78 can be located inside the base 10 away from the upper surface of the base 10 in the Z-axis direction.
  • the sixth coupling conductor 72 , the seventh coupling conductor 74 , the eighth coupling conductor 76 and the ninth coupling conductor 78 are formed on the same plane inside the base 10 .
  • the sixth coupling conductor 72, the seventh coupling conductor 74, the eighth coupling conductor 76, and the ninth coupling conductor 78 are formed, for example, in a square shape.
  • the sixth coupling conductor 72, the seventh coupling conductor 74, the eighth coupling conductor 76, and the ninth coupling conductor 78 are formed in substantially the same shape.
  • Sixth bonding conductor 72, seventh bonding conductor 74, eighth bonding conductor 76, and ninth bonding conductor 78 are smaller than first conductor 22, second conductor 24, third conductor 26, and fourth conductor 28, respectively.
  • the sixth coupling conductor 72, the seventh coupling conductor 74, the eighth coupling conductor 76, and the ninth coupling conductor 78 are described as being square-shaped, the present disclosure is not limited thereto.
  • the sixth bonding conductor 72, the seventh bonding conductor 74, the eighth bonding conductor 76, and the ninth bonding conductor 78 may be, for example, polygonal, circular, or elliptical other than square.
  • the sixth coupling conductor 72 is arranged at a position away from the upper surface of the base 10 in the Z-axis direction so that at least a portion thereof overlaps the first conductor 22 .
  • the seventh coupling conductor 74 is arranged at a position away from the upper surface of the base 10 in the Z-axis direction so that at least a portion thereof overlaps the second conductor 24 .
  • the eighth coupling conductor 76 is arranged at a position away from the upper surface of the base 10 in the Z-axis direction so that at least a portion of the eighth coupling conductor 76 overlaps the third conductor 26 .
  • the ninth coupling conductor 78 is arranged at a position away from the upper surface of the base 10 in the Z-axis direction so that at least a portion thereof overlaps the fourth conductor 28 .
  • the first connecting portion 82 is configured to electromagnetically connect the sixth coupling conductor 72 and the eighth coupling conductor 76 .
  • One end of the first connection portion 82 is electromagnetically connected to the vertex of the sixth coupling conductor 72 facing the eighth coupling conductor 76 , and the other end is connected to the vertex of the eighth coupling conductor 76 facing the sixth coupling conductor 72 . configured to be electromagnetically connected.
  • the second connecting portion 84 is configured to electromagnetically connect the seventh coupling conductor 74 and the ninth coupling conductor 78 .
  • One end of the second connection portion 84 is electromagnetically connected to the vertex of the seventh coupling conductor 74 facing the ninth coupling conductor 78 , and the other end is connected to the vertex of the ninth coupling conductor 78 facing the seventh coupling conductor 74 . configured to be electromagnetically connected.
  • the first connection portion 82 and the second connection portion 84 are configured to be electromagnetically connected.
  • the first connecting portion 82 and the second connecting portion 84 are the intersections of a straight line connecting the sixth coupling conductor 72 and the eighth coupling conductor 76 and a straight line connecting the seventh coupling conductor 74 and the ninth coupling conductor 78. , is configured to be electromagnetically connected.
  • the sixth coupling conductor 72, the seventh coupling conductor 74, the eighth coupling conductor 76, the ninth coupling conductor 78, the first connection portion 82, and the second connection portion It is configured to capacitively connect two conductors 24 , a third conductor 26 and a fourth conductor 28 .
  • the relative positions of the first conductor 22 to the fourth conductor 28 and the sixth coupling conductor 72 to the ninth coupling conductor 78 will vary. If the positions of the sixth to ninth coupling conductors 72 to 78 are displaced from the first to fourth conductors 22 to 28, the magnitude of capacitive coupling changes, affecting the characteristics of the antenna element 1A. is also assumed.
  • the sixth to ninth coupling conductors 72 to 78 are smaller than the first to fourth conductors 22 to 28, respectively. Therefore, when manufacturing the antenna element 1A, the first conductor 22 to the fourth conductor 28 should be manufactured so as to reduce the portions where the sixth to ninth coupling conductors 72 to 78 do not overlap. is relatively easy. That is, since the second embodiment can reduce the variation in the magnitude of capacitive coupling between the first conductor 22 to the fourth conductor 28 and the sixth coupling conductor 72 to the ninth coupling conductor 78, the antenna element 1A characteristic variation can be reduced.
  • the first conductor 22 to the fourth conductor 28 are capacitively coupled by the sixth coupling conductor 72 to the ninth coupling conductor 78, thereby reducing variations in the characteristics of the antenna element 1A. can do.
  • the second embodiment can stabilize the characteristics of the antenna element 1A.
  • FIG. 14 is a diagram showing a configuration example of an array antenna according to the third embodiment.
  • the array antenna 100 includes a plurality of antenna elements 1.
  • a plurality of antenna elements 1 are arranged at predetermined intervals along, for example, the X-axis and the Y-axis.
  • the plurality of antenna elements 1 may be arranged, for example, at equal intervals along the X-axis and the Y-axis, or may be arranged at non-equidistant intervals.
  • the plurality of antenna elements 1 may be arranged at equal or non-equidistant intervals along the oblique direction in the XY plane.

Landscapes

  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)

Abstract

アンテナ素子は、第１導体、第２導体、第３導体、および第４導体と、第１導体、第２導体、第３導体および、第４導体を容量的に結合するように構成されている第１結合導体と、第１導体と、第２導体とを容量的に結合するように構成されている第２結合導体と、第２導体と、第３導体とを容量的に結合するように構成されている第３結合導体と、第３導体と、第４導体とを容量的に結合するように構成されている第４結合導体と、第４導体と、第１導体とを容量的に結合するように構成されている第５結合導体と、第１導体、第２導体、第３導体、および第４導体のいずれか１つの電磁気的に接続されて第１給電導体と、第１導体、第２導体、第３導体、および第４導体のうち、第１給電導体とは異なる導体に電磁気的に接続された第２給電導体と、を含む。

Description

アンテナ素子およびアレイアンテナ
　本開示は、アンテナ素子およびアレイアンテナに関する。
　無線で電力を伝達する技術が知られている。例えば、特許文献１には、Ｑ値の高い共振コイルを用いて無線給電システムの伝送効率を向上させる技術が開示されている。
特開２０１６－１０１６８号公報
　本開示のアンテナ素子は、基体の第１面上に配置されている第１導体、第２導体、第３導体、および第４導体と、前記第１面から第１方向に離れた前記基体の内部に位置し、前記第１導体、前記第２導体、前記第３導体および、前記第４導体を容量的に結合するように構成されている第１結合導体と、前記第１結合導体と同一平面上に位置し、前記第１導体と、前記第２導体とを容量的に結合するように構成されている第２結合導体と、前記第１結合導体と同一平面上に位置し、前記第２導体と、前記第３導体とを容量的に結合するように構成されている第３結合導体と、前記第１結合導体と同一平面上に位置し、前記第３導体と、前記第４導体とを容量的に結合するように構成されている第４結合導体と、前記第１結合導体と同一平面上に位置し、前記第４導体と、前記第１導体とを容量的に結合するように構成されている第５結合導体と、前記第１導体、前記第２導体、前記第３導体、および前記第４導体のいずれか１つの電磁気的に接続されて第１給電導体と、前記第１導体、前記第２導体、前記第３導体、および前記第４導体のうち、前記第１給電導体とは異なる導体に電磁気的に接続された第２給電導体と、を含む。
　本開示のアンテナ素子は、一端が短絡された第１共振器、第２共振器、第３共振器、および第４共振器が周回状に備えられ、前記第１共振器、前記第２共振器、前記第３共振器、および前記第４共振器を共通して容量結合する第１導体と、前記第１共振器、前記第２共振器、前記第３共振器、および前記第４共振器のうち、対向する共振器に、同一周波数の交流を入力する第１ポートおよび第２ポートがそれぞれ設けられ、前記第１ポートおよび前記第２ポートから同一周波数の交流の位相差で、モードを制御するように構成されている。
　本開示のアレイアンテナは、本開示のアンテナ素子を複数含む。
図１は、第１実施形態に係るアンテナの構成例を示す斜視図である。 図２は、第１実施形態に係る第１入力信号と第２入力信号との位相差が第１位相差である場合の放射パターンを示す図である。 図３は、第１実施形態に係る第１入力信号と第２入力信号との位相差が第１位相差である場合の周波数特性を示す図である。 図４は、第１実施形態に係る第１入力信号と第２入力信号との位相差が第２位相差である場合の放射パターンを示す図である。 図５は、第１実施形態に係る第１入力信号と第２入力信号との位相差が第２位相差である場合の周波数特性を示す図である。 図６は、第１実施形態に係る第１入力信号と第２入力信号との位相差が第３位相差である場合の放射パターンを示す図である。 図７は、第１実施形態に係る第１入力信号と第２入力信号との位相差が第３位相差である場合の周波数特性を示す図である。 図８は、第１実施形態に係る第１入力信号と第２入力信号との位相差が第４位相差である場合の放射パターンを示す図である。 図９は、第１実施形態に係る第１入力信号と第２入力信号との位相差が第４位相差である場合の周波数特性を示す図である。 図１０は、第１実施形態に係る第１入力信号と第２入力信号との位相差が第５位相差である場合の放射パターンを示す図である。 図１１は、第１実施形態に係る第１入力信号と第２入力信号との位相差が第５位相差である場合の周波数特性を示す図である。 図１２は、第１実施形態に係るアンテナ素子の特性の変化を説明するための図である。 図１３は、第２実施形態に係るアンテナの構成例を示す斜視図である。 図１４は、第３実施形態に係るアレイアンテナの構成例を示す図である。
　以下、添付図面を参照して、本発明に係る実施形態を詳細に説明する。なお、この実施形態により本発明が限定されるものではなく、また、以下の実施形態において、同一の部位には同一の符号を付することにより重複する説明を省略する。
　以下の説明においては、ＸＹＺ直交座標系を設定し、このＸＹＺ直交座標系を参照しつつ各部の位置関係について説明する。水平面内のＸ軸と平行な方向をＸ軸方向とし、Ｘ軸と直交する水平面内のＹ軸と平行な方向をＹ軸方向とし、水平面と直交するＺ軸と平行な方向をＺ軸方向とする。Ｘ軸及びＹ軸を含む平面を適宜、ＸＹ平面と称する。Ｘ軸及びＺ軸を含む平面を適宜、ＸＺ平面と称する。Ｙ軸及びＺ軸を含む平面を適宜、ＹＺ平面と称する。ＸＹ平面は、水平面と平行である。ＸＹ平面とＸＺ平面とＹＺ平面とは直交する。
　［第１実施形態］
　図１を用いて、第１実施形態に係るアンテナ素子の構成例を説明する。図１は、第１実施形態に係るアンテナ素子の構成例を示す斜視図である。
　図１に示すように、アンテナ素子１は、基体１０と、第１導体２２と、第２導体２４と、第３導体２６と、第４導体２８と、第１結合導体３０と、第２結合導体３２と、第３結合導体３４と、第４結合導体３６と、第５結合導体３８と、グラウンド導体４０と、第１給電導体５２と、第２給電導体５４と、第１接続導体６２と、第２接続導体６４と、第３接続導体６６と、第４接続導体６８と、を含む。
　本実施形態では、アンテナ素子１は、四角柱形状に形成されているものとして説明するが、本開示はこれに限定されない。アンテナ素子１は、四角柱以外の多角柱形状、円柱形状、および楕円柱形状などに形成されていてもよい。
　アンテナ素子１は、所定の共振周波数で放射可能に構成される。アンテナ素子１が所定の共振周波数で共振することにより、アンテナ素子１は、電磁波を放射する。アンテナ素子１は、アンテナ素子１の少なくとも１つの共振周波数帯のうちの少なくとも１つを動作周波数としうる。アンテナ素子１は、動作周波数の電磁波を放射しうる。動作周波数の波長は、アンテナ素子１の動作周波数における電磁波の波長である動作波長となりうる。一方で、アンテナ素子１は、信号入力の条件では、同じ動作周波数において非放射体である共振器として振る舞う。このような現象が発現するためには、２つの異なるモードが同じ周波数になるように調整し、その二つのモードを選択的に励振できるような信号条件が必要となる。
　アンテナ素子１は、Ｚ軸の正方向からアンテナ素子１のＸＹ平面に略平行な面に入射する所定周波数の電磁波に対して、後述のように、人工磁気壁特性（Artificial　Magnetic　Conductor　Character）を示す。本開示において「人工磁気壁特性」は、動作周波数における入射波と反射波との位相差が０度となる面の特性を意味する。人工磁気壁特性を有する面では、動作周波数帯において、入射波と反射波の位相差が－９０度～＋９０度となる。動作周波数帯は、人工磁気壁特性を示す共振周波数と動作周波数とを含む。
　基体１０は、誘電体材料で構成されている基体である。
　第１導体２２と、第２導体２４と、第３導体２６と、第４導体２８とは、基体１０の上面に配置されている。基体１０の上面は、第１面とも呼ばれる。第１導体２２と、第２導体２４と、第３導体２６と、第４導体２８とは、ＸＹ平面方向に広がる導体である。第１導体２２と、第２導体２４、第３導体２６と、第４導体２８とは、例えば、正方形状の共振器として構成されている。第１導体２２と、第２導体２４と、第３導体２６と、第４導体２８とは、正方格子状に配置されている。第１導体２２と、第２導体２４と、第３導体２６と、第４導体２８とは、それぞれ、ＸＹ平面における面積が略等しく形成されている。
　第１導体２２と、第２導体２４との間には、所定の間隔の隙間が形成されている。第２導体２４と、第３導体２６との間には、所定の間隔の隙間が形成されている。第３導体２６と、第４導体２８との間には、所定の間隔の隙間が形成されている。第１導体２２から第４導体２８は、それぞれ、容量的に接続するように構成されている。
　第１導体２２と、第２導体２４と、第３導体２６と、第４導体２８とは、正方形状に形成されているものとして説明するが、本開示はこれに限定されない。第１導体２２と、第２導体２４と、第３導体２６と、第４導体２８とは、例えば、正方形以外の多角形、円形、または楕円形であってもよい。第１導体２２と、第２導体２４と、第３導体２６と、第４導体２８とは、それぞれ、ＸＹ平面における面積および形状の少なくとも一方が異なっていてもよい。
　第１結合導体３０と、第２結合導体３２と、第３結合導体３４と、第４結合導体３６と、第５結合導体３８とは、基体１０の上面からＺ軸方向に離れた基体１０の内部に位置し得る。Ｚ軸方向は、第１方向とも呼ばれる。第１結合導体３０と、第２結合導体３２と、第３結合導体３４と、第４結合導体３６と、第５結合導体３８とは、ＸＹ平面方向に広がる導体である。
　第１結合導体３０は、例えば、正方形状に形成されている。第１結合導体３０は、基体１０の上面からＺ軸方向に離れた位置で、第１導体２２、第２導体２４、第３導体２６、および第４導体２８と重なる位置に配置されている。第１結合導体３０は、第１導体２２と、第２導体２４と、第３導体２６と、第４導体２８とを容量的に接続するように構成されている。第１結合導体３０は、正方形状に形成されているものとして説明するが、本開示はこれに限定されない。第１結合導体３０は、例えば、正方形以外の多角形、円形、または楕円形であってもよい。
　第２結合導体３２、第３結合導体３４、第４結合導体３６、および第５結合導体３８は、例えば、長方形状に形成されている。第２結合導体３２、第３結合導体３４、第４結合導体３６、および第５結合導体３８は、それぞれ、略同一の大きさに形成されている。第２結合導体３２、第３結合導体３４、第４結合導体３６、および第５結合導体３８は、長方形状に形成されているものとして説明するが、本開示はこれに限定されない。第２結合導体３２、第３結合導体３４、第４結合導体３６、および第５結合導体３８は、例えば、長方形以外の多角形、円形、または楕円形であってもよい。
　第２結合導体３２は、基体１０の上面からＺ軸方向に離れた位置で、第１導体２２、および第２導体２４と重なる位置に配置されている。第２結合導体３２は、第１導体２２と、第２導体２４とを容量的に接続するように構成されている。
　第３結合導体３４は、基体１０の上面からＺ軸方向に離れた位置で、第２導体２４、および第３導体２６と重なる位置に配置されている。第３結合導体３４は、第２導体２４と、第３導体２６とを容量的に接続するように構成されている。
　第４結合導体３６は、基体１０の上面からＺ軸方向に離れた位置で、第３導体２６、および第４導体２８と重なる位置に配置されている。第４結合導体３６は、第３導体２６と、第４導体２８とを容量的に接続するように構成されている。
　第５結合導体３８は、基体１０の上面からＺ軸方向に離れた位置で、第４導体２８、および第１導体２２と重なる位置に配置されている。第５結合導体３８は、第４導体２８と、第１導体２２とを容量的に接続するように構成されている。
　グラウンド導体４０は、基体１０の下部に配置されている。グラウンド導体４０は、Ｚ軸方向において、第１導体２２、第２導体２４、第３導体２６、および第４導体２８と対向するように配置されている。
　第１給電導体５２は、一端が第１導体２２に電磁気的に接続し、他端が図示しない第１給電点に電磁気的に接続するように構成されている。第１給電導体５２は、例えば、基体１０に形成されたビアであり得る。
　第２給電導体５４は、一端が第３導体２６に電磁気的に接続し、他端が図示しない第２給電点に電磁気的に接続するように構成されている。第２給電導体５４は、例えば、基体１０に形成されたビアであり得る。
　第１給電導体５２と、第２給電導体５４とは、正方格子状に並べた第１導体２２と、第２導体２４と、第３導体２６と、第４導体２８とにおいて、第１導体２２の頂点から第３導体２６の頂点とを結ぶ対角線上に位置するように構成されている。
　第１導体２２には、第１給電導体５２から所定の第１入力信号が入力される。第３導体２６には、第２給電導体５４から所定の第２入力信号が入力される。第１入力信号と、第２入力信号とは、同一の周波数を有する。本実施形態では、第１入力信号の位相と、第２入力信号の位相との位相差を、任意に変更可能に構成されている。本実施形態は、第１入力信号と、第２入力信号との位相差を変更することにより、比較的高いＱ値を持つ共振器として振る舞う共振器モードと、比較的低いＱ値を持つアンテナとして振る舞うアンテナモードとを切り替え可能に構成されている。
　第１接続導体６２は、一端が第１導体２２に電磁気的に接続し、他端がグラウンド導体４０に電磁気的に接続するように構成されている。第２接続導体６４は、一端が第２導体２４に電磁気的に接続し、他端がグラウンド導体４０に電磁気的に接続するように構成されている。第３接続導体６６は、一端が第３導体２６に電磁気的に接続し、他端がグラウンド導体４０に電磁気的に接続するように構成されている。第４接続導体６８は、一端が第４導体２８に電磁気的に接続され、他端がグラウンド導体４０に電磁気的に接続されている。すなわち、第１接続導体６２、第２接続導体６４、第３接続導体６６、および第４接続導体６８は、第１導体２２、第２導体２４、第３導体２６、および第４導体２８を囲うように構成されている。
　本実施形態では、第１接続導体６２、第２接続導体６４、第３接続導体６６、および第４接続導体６８は、２つであるものして示しているが、本開示はこれに限定されない。第１接続導体６２、第２接続導体６４、第３接続導体６６、および第４接続導体６８は、１つであってもよいし、３つ以上であってもよい。
　［放射パターン］
　次に、第１実施形態に係るアンテナ素子の電波の放射パターンについて説明する。第１実施形態では、アンテナ素子１は、第１導体２２に入力される第１入力信号、第３導体２６に入力される第２入力信号の位相差を制御することにより、電波の放射パターンを制御可能に構成されている。
　（第１位相差）
　図２は、第１実施形態に係る第１入力信号と第２入力信号との位相差が第１位相差である場合の放射パターンを示す図である。図３は、第１実施形態に係る第１入力信号と第２入力信号との位相差が第１位相差である場合の周波数特性を示す図である。第１実施形態において、第１位相差は、０度である。
　第１入力信号と、第２入力信号との位相差が０度の場合には、アンテナのゲイン値の最大値は、例えば、－２２［ｄＢｉ（デシベル）］になり得る。すなわち、第１入力信号と、第２入力信号との位相差が０度の場合には、アンテナ素子１からは電波が放射されていない。この場合、アンテナ素子１は、共振器として振る舞う共振器モードになり得る。図３に示す波形Ｗ１は、横軸が周波数［ＧＨｚ（ギガヘルツ）］、縦軸が反射係数の利得［ｄＢ（デシベル）］を示す。波形Ｗ１に示すように、第１入力信号と第２入力信号との位相差が０度の場合には、アンテナ素子１の共振周波数はｆ１［ＧＨｚ］であり、反射係数はＤ１［ｄＢ］であり得る。
　（第２位相差）
　図４は、第１実施形態に係る第１入力信号と第２入力信号との位相差が第２位相差である場合の放射パターンを示す図である。図５は、第１実施形態に係る第１入力信号と第２入力信号との位相差が第２位相差である場合の周波数特性を示す図である。第１実施形態において、第２位相差は、４５度である。
　第１入力信号と、第２入力信号との位相差が０度の場合には、アンテナのゲイン値の最大値は、例えば、－９［ｄＢｉ］になり得る。すなわち、第１入力信号と、第２入力信号との位相差が０度の場合には、アンテナ素子１からは電波が放射されている。この場合、アンテナ素子１は、アンテナとして振る舞うアンテナモードになり得る。図５に示す波形Ｗ２は、横軸が周波数［ＧＨｚ］、縦軸が反射係数の利得［ｄＢ］を示す。波形Ｗ２に示すように、第１入力信号と第２入力信号との位相差が４５度の場合には、アンテナ素子１の共振周波数はｆ１［ＧＨｚ］であり、反射係数はＤ２［ｄＢ］であり得る。すなわち、第１入力信号と第２入力信号との位相差が０度の場合と、４５度の場合とで、共振周波数は変化しない。反射係数Ｄ２は、反射係数Ｄ１と比較して、低い側にシフトしている。
　（第３位相差）
　図６は、第１実施形態に係る第１入力信号と第２入力信号との位相差が第３位相差である場合の放射パターンを示す図である。図７は、第１実施形態に係る第１入力信号と第２入力信号との位相差が第３位相差である場合の周波数特性を示す図である。第１実施形態において、第３位相差は、９０度である。
　第１入力信号と、第２入力信号との位相差が０度の場合には、アンテナのゲイン値の最大値は、例えば、－３．９［ｄＢｉ］になり得る。すなわち、第１入力信号と、第２入力信号との位相差が０度の場合には、アンテナ素子１からは電波が放射されている。この場合、アンテナ素子１は、アンテナとして振る舞うアンテナモードになり得る。図７に示す波形Ｗ３は、横軸が周波数［ＧＨｚ］、縦軸が反射係数の利得［ｄＢ］を示す。波形Ｗ３に示すように、第１入力信号と第２入力信号との位相差が９０度の場合には、アンテナ素子１の共振周波数はｆ１［ＧＨｚ］であり、反射係数は図示しないＤ３［ｄＢ］であり得る。すなわち、第１入力信号と第２入力信号との位相差が０度の場合と、９０度の場合とで、共振周波数は変化しない。反射係数Ｄ３は、反射係数Ｄ２と比較して、低い側にシフトしている。
　（第４位相差）
　図８は、第１実施形態に係る第１入力信号と第２入力信号との位相差が第４位相差である場合の放射パターンを示す図である。図９は、第１実施形態に係る第１入力信号と第２入力信号との位相差が第４位相差である場合の周波数特性を示す図である。第１実施形態において、第４位相差は、１３５度である。
　第１入力信号と、第２入力信号との位相差が１３５度の場合には、アンテナのゲイン値の最大値は、例えば、－１．７［ｄＢｉ］になり得る。すなわち、第１入力信号と、第２入力信号との位相差が０度の場合には、アンテナ素子１からは電波が放射されている。この場合、アンテナ素子１は、アンテナとして振る舞うアンテナモードになり得る。図９に示す波形Ｗ４は、横軸が周波数［ＧＨｚ］、縦軸が反射係数の利得［ｄＢ］を示す。波形Ｗ４に示すように、第１入力信号と第２入力信号との位相差が１３５度の場合には、アンテナ素子１の共振周波数はｆ１［ＧＨｚ］であり、反射係数はＤ４［ｄＢ］であり得る。すなわち、第１入力信号と第２入力信号との位相差が０度の場合と、１３５度の場合とで、共振周波数は変化しない。反射係数Ｄ４は、反射係数Ｄ３と比較して、高い側にシフトしている。
　（第５位相差）
　図１０は、第１実施形態に係る第１入力信号と第２入力信号との位相差が第５位相差である場合の放射パターンを示す図である。図１１は、第１実施形態に係る第１入力信号と第２入力信号との位相差が第５位相差である場合の周波数特性を示す図である。第１実施形態において、第５位相差は、１８０度である。
　第１入力信号と、第２入力信号との位相差が１８０度の場合には、アンテナのゲイン値の最大値は、例えば、－１［ｄＢｉ］になり得る。すなわち、第１入力信号と、第２入力信号との位相差が０度の場合には、アンテナ素子１からは電波が放射されている。この場合、アンテナ素子１は、アンテナとして振る舞うアンテナモードになり得る。具体的には、第１入力信号と、第２入力信号との位相差が１８０度の場合には、アンテナ素子１は、直線偏波を放射する。図１１に示す波形Ｗ５は、横軸が周波数［ＧＨｚ］、縦軸が反射係数の利得［ｄＢ］を示す。波形Ｗ５に示すように、第１入力信号と第２入力信号との位相差が０の場合には、アンテナ素子１の共振周波数はｆ１［ＧＨｚ］であり、反射係数はＤ５［ｄＢ］であり得る。
　［特性の比較］
　図１２を用いて、第１実施形態に係るアンテナ素子の特性の変化を説明する。図１２は、第１実施形態に係るアンテナ素子の特性の変化を説明するための図である。
　図１２に示すグラフＧ１、グラフＧ２、グラフＧ３は、横軸が対象物との距離［ｍｍ］、縦軸がＫＱ積を示す。グラフＧ１は、第１実施形態に係るアンテナ素子１において、第１入力信号と第２入力信号との位相差を最適化した場合の特性を示す。グラフＧ２は、第１実施形態に係るアンテナ素子１において、第１入力信号と第２入力信号との位相差を０度にした場合の特性を示す。グラフＧ３は、第１実施形態に係るアンテナ素子１において、第１入力信号と第２入力信号との位相差を１８０度にした場合の特性を示す。
　点Ｐ１は、第１入力信号と第２入力信号との位相差が１４度の場合のアンテナ素子１のＫＱ積を示す。点Ｐ２は、第１入力信号と第２入力信号との位相差が８５度の場合のアンテナ素子１のＫＱ積を示す。点Ｐ３は、第１入力信号と第２入力信号との位相差が１７２度の場合のアンテナ素子１のＫＱ積を示す。点Ｐ４は、第１入力信号と第２入力信号との差が１３５度の場合のアンテナ素子１のＫＱ積を示す。点Ｐ５は、第１入力信号と第２入力信号との位相差が１２１度の場合のアンテナ素子１のＫＱ積を示す。点Ｐ６は、第１入力信号と第２入力信号との位相差が１８０度の場合のアンテナ素子１のＫＱ積を示す。点Ｐ７は、第１入力信号と第２入力信号との位相差が１７１度の場合のアンテナ素子１のＫＱ積を示す。
　グラフＧ１は、対象物との距離が近い場所では、グラフＧ２と比較的近いＫＱ積を示している。すなわち、アンテナ素子１は、対象物との距離が近い場所において、共振器として機能するように調整することができる。グラフＧ１は、対象物との距離が遠い場所では、グラフＧ３と比較的近いＫＱ積を示している。すなわち、アンテナ素子１は、対象物との距離が遠い場所において、アンテナとして機能するように調整することができる。
　また、グラフＧ１は、対象物との距離が近い場所から遠い場所にわたって、グラフＧ２およびグラフＧ３よりも比較的高いＫＱ積を示している。すなわち、アンテナ素子１は、対象物との距離によらず、比較的高いＫＱ積を実現することができる。
　上述のとおり、第１実施形態は、アンテナ素子１に入力される第１入力信号と第２入力信号との位相差を制御することで、対象物との距離が近い場所から遠い場所にわたって、比較的高いＫＱ積を実現することができる。これにより、第１実施形態は、対象物との距離が近い場所から遠い場所にわたって、高い伝送効率を得ることができる。
　［第２実施形態］
　図１３を用いて、第２実施形態に係るアンテナの構成例を説明する。図１３は、第２実施形態に係るアンテナの構成例を示す斜視図である。
　図１３に示すように、アンテナ素子１Ａは、第１結合導体３０を備えておらず、第６結合導体７２と、第７結合導体７４と、第８結合導体７６と、第９結合導体７８と、第１接続部８２と、第２接続部８４と、を備える点で、図１に示すアンテナ素子１とは異なる。
　第６結合導体７２、第７結合導体７４、第８結合導体７６、および第９結合導体７８は、基体１０の上面からＺ軸方向に離れた基体１０の内部に位置し得る。第６結合導体７２、第７結合導体７４、第８結合導体７６、および第９結合導体７８は、基体１０の内部において、同一平面上に形成されている。第６結合導体７２、第７結合導体７４、第８結合導体７６、および第９結合導体７８は、例えば、正方形状に形成されている。第６結合導体７２、第７結合導体７４、第８結合導体７６、および第９結合導体７８は、それぞれ、略同一形状に形成されている。第６結合導体７２、第７結合導体７４、第８結合導体７６、および第９結合導体７８は、それぞれ、第１導体２２、第２導体２４、第３導体２６、第４導体２８よりも小さい。第６結合導体７２、第７結合導体７４、第８結合導体７６、および第９結合導体７８は、正方形状に形成されているものとして説明するが、本開示はこれに限定されない。第６結合導体７２、第７結合導体７４、第８結合導体７６、および第９結合導体７８は、例えば、正方形以外の多角形、円形または楕円形であってもよい。
　第６結合導体７２は、基体１０の上面からＺ軸方向に離れた位置で、少なくとも一部が第１導体２２に重なるように配置されている。
　第７結合導体７４は、基体１０の上面からＺ軸方向に離れた位置で、少なくとも一部が第２導体２４に重なるように配置されている。
　第８結合導体７６は、基体１０の上面からＺ軸方向に離れた位置で、少なくとも一部が第３導体２６に重なるように配置されている。
　第９結合導体７８は、基体１０の上面からＺ軸方向に離れた位置で、少なくとも一部が第４導体２８に重なるように配置されている。
　第１接続部８２は、第６結合導体７２と第８結合導体７６とを電磁気的に接続するように構成されている。第１接続部８２は、一端が第６結合導体７２の第８結合導体７６と対向する頂点に電磁気的に接続し、他端が第８結合導体７６の第６結合導体７２と対向する頂点に電磁気的に接続するように構成されている。
　第２接続部８４は、第７結合導体７４と第９結合導体７８とを電磁気的に接続するように構成されている。第２接続部８４は、一端が第７結合導体７４の第９結合導体７８と対向する頂点に電磁気的に接続し、他端が第９結合導体７８の第７結合導体７４と対向する頂点に電磁気的に接続するように構成されている。
　第１接続部８２と、第２接続部８４とは、電磁気的に接続するように構成されている。第１接続部８２と、第２接続部８４とは、第６結合導体７２と第８結合導体７６とを結ぶ直線と、第７結合導体７４と第９結合導体７８とを結ぶ直線との交点において、電磁気的に接続するように構成されている。
　第６結合導体７２と、第７結合導体７４と、第８結合導体７６と、第９結合導体７８と、第１接続部８２と、第２接続部８４とは、第１導体２２と、第２導体２４と、第３導体２６と、第４導体２８とを容量的に接続するように構成されている。
　アンテナ素子１Ａを製造する際に、例えば、第１導体２２から第４導体２８と、第６結合導体７２から第９結合導体７８との相対位置にばらつきが生じることが想定される。第１導体２２から第４導体２８に対して、第６結合導体７２から第９結合導体７８の位置がずれてしまうと、容量結合の大きさが変化し、アンテナ素子１Ａの特性に影響を与えることも想定される。ここで、第６結合導体７２から第９結合導体７８は、それぞれ、第１導体２２から第４導体２８に比べて小さい。そのため、アンテナ素子１Ａを製造するに際に、第１導体２２から第４導体２８に対して、それぞれ、第６結合導体７２から第９結合導体７８が重ならない部分を小さくするように製造することは比較的容易である。すなわち、第２実施形態は、第１導体２２から第４導体２８と、第６結合導体７２から第９結合導体７８との容量結合の大きさのばらつきを小さくすることができるので、アンテナ素子１Ａの特性のばらつきを低減することができる。
　上述のとおり、第２実施形態は、第１導体２２から第４導体２８を、第６結合導体７２から第９結合導体７８により容量的に結合することにより、アンテナ素子１Ａの特性のばらつきを低減することができる。これにより、第２実施形態は、アンテナ素子１Ａの特性を安定化させることができる。
　［第３実施形態］
　次に、本開示の第３実施形態について説明する。図１４は、第３実施形態に係るアレイアンテナの構成例を示す図である。
　図１４に示すように、アレイアンテナ１００は、複数のアンテナ素子１を含む。複数のアンテナ素子１は、例えば、Ｘ軸およびＹ軸に沿って所定の間隔を空けて配置されている。複数のアンテナ素子１は、例えば、Ｘ軸およびＹ軸に沿って等間隔に配置されていてもよいし、非等間隔に配置されていてもよい。複数のアンテナ素子１は、ＸＹ平面において、斜め方向に沿って、等間隔または非等間隔に配置されていてもよい。
　以上、本開示の実施形態を説明したが、これら実施形態の内容により本開示が限定されるものではない。また、前述した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。さらに、前述した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。さらに、前述した実施形態の要旨を逸脱しない範囲で構成要素の種々の省略、置換又は変更を行うことができる。
　１，１Ａ　アンテナ素子（共振素子）
　１０　基体
　２２　第１導体
　２４　第２導体
　２６　第３導体
　２８　第４導体
　３０　第１結合導体
　３２　第２結合導体
　３４　第３結合導体
　３６　第４結合導体
　３８　第５結合導体
　４０　グラウンド導体
　５２　第１給電導体
　５４　第２給電導体
　６２　第１接続導体
　６４　第２接続導体
　６６　第３接続導体
　６８　第４接続導体
　７２　第６結合導体
　７４　第７結合導体
　７６　第８結合導体
　７８　第９結合導体
　８２　第１接続部
　８４　第２接続部
　１００　アレイアンテナ

Claims (7)

  1. 　基体の第１面上に配置されている第１導体、第２導体、第３導体、および第４導体と、
    　前記第１面から第１方向に離れた前記基体の内部に位置し、前記第１導体、前記第２導体、前記第３導体および、前記第４導体を容量的に結合するように構成されている第１結合導体と、
    　前記第１結合導体と同一平面上に位置し、前記第１導体と、前記第２導体とを容量的に結合するように構成されている第２結合導体と、
    　前記第１結合導体と同一平面上に位置し、前記第２導体と、前記第３導体とを容量的に結合するように構成されている第３結合導体と、
    　前記第１結合導体と同一平面上に位置し、前記第３導体と、前記第４導体とを容量的に結合するように構成されている第４結合導体と、
    　前記第１結合導体と同一平面上に位置し、前記第４導体と、前記第１導体とを容量的に結合するように構成されている第５結合導体と、
    　前記第１導体、前記第２導体、前記第３導体、および前記第４導体のいずれか１つの電磁気的に接続されて第１給電導体と、
    　前記第１導体、前記第２導体、前記第３導体、および前記第４導体のうち、前記第１給電導体とは異なる導体に電磁気的に接続された第２給電導体と、
    　を含む、アンテナ素子。
  2. 　請求項１に記載のアンテナ素子であって、
    　前記第１導体、前記第２導体、前記第３導体、および前記第４導体は、正方格子状に配置され、
    　前記第２結合導体は、前記第１方向に離れた位置で前記第１導体および前記第２導体に重なるように配置されており、
    　前記第３結合導体は、前記第１方向に離れた位置で前記第２導体および前記第３導体に
    重なるように配置されており、
    　前記第４結合導体は、前記第１方向に離れた位置で前記第３導体および前記第４導体に重なるように配置されており、
    　前記第５結合導体は、前記第１方向に離れた位置で前記第４導体および前記第１導体に重なるように配置されている、アンテナ素子。
  3. 　請求項２に記載のアンテナ素子であって、
    　前記第１給電導体および前記第２給電導体は、前記正方格子の対角線上に位置するように構成されている、アンテナ素子。
  4. 　請求項１から３のいずれか１項に記載のアンテナ素子であって、
    　前記第１結合導体は、前記第１方向に離れた位置で前記第１導体、前記第２導体、前記第３導体、および前記第４導体に重なるように配置されている、アンテナ素子。
  5. 　請求項１から３のいずれか１項に記載のアンテナ素子であって、
    　前記第１結合導体は、第６結合導体と、第７結合導体と、第８結合導体と、第９結合導体と、前記第６結合導体と、前記第８結合導体とを電磁気的に接続する第１接続部と、前記第７結合導体と、前記第９結合導体とを電磁気的に接続する第２接続部と、を含み、
    　前記第６結合導体は、前記第１方向に離れた位置で、少なくとも一部が前記第１導体に重なるように配置されており、
    　前記第７結合導体は、前記第１方向に離れた位置で、少なくとも一部が前記第２導体に重なるように配置されており、
    　前記第８結合導体は、前記第１方向に離れた位置で、少なくとも一部が前記第３導体に重なるように配置されており、
    　前記第９結合導体は、前記第１方向に離れた位置で、少なくとも一部が前記第４導体に重なるように配置されており、
    　前記第１接続部と、前記第２接続部とは、電磁気的に接続するように構成されている、アンテナ素子。
  6. 　一端が短絡された第１共振器、第２共振器、第３共振器、および第４共振器が周回状に備えられ、
    　前記第１共振器、前記第２共振器、前記第３共振器、および前記第４共振器を共通して容量結合する第１導体と、
    　前記第１共振器、前記第２共振器、前記第３共振器、および前記第４共振器のうち、対向する共振器に、同一周波数の交流を入力する第１ポートおよび第２ポートがそれぞれ設けられ、
    　前記第１ポートおよび前記第２ポートから同一周波数の交流の位相差で、モードを制御するように構成されている、
    　アンテナ素子。
  7. 　請求項１から６のいずれか１項に記載のアンテナ素子を複数含む、アレイアンテナ。
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