特許 6184802 スロットアンテナ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6184802

(24)【登録日】2017年8月4日

(45)【発行日】2017年8月23日

(54)【発明の名称】スロットアンテナ

(51)【国際特許分類】

   H01Q 13/10 20060101AFI20170814BHJP

   H01Q 1/38 20060101ALI20170814BHJP

【ＦＩ】

   H01Q13/10

   H01Q1/38

【請求項の数】5

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2013-174977(P2013-174977)

(22)【出願日】2013年8月26日

(65)【公開番号】特開2015-43542(P2015-43542A)

(43)【公開日】2015年3月5日

【審査請求日】2016年3月8日

(73)【特許権者】

【識別番号】000229737

【氏名又は名称】日本ピラー工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100107847

【弁理士】

【氏名又は名称】大槻 聡

(72)【発明者】

【氏名】奥長 剛

(72)【発明者】

【氏名】中津 彰

【審査官】 橘 均憲

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０２−０２９００６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０６２５９４１６（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】 米国特許第０７４９８９９５（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】 米国特許第０２５０７５２８（ＵＳ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００９／０１９５４６９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２００５／０１１９０２４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許第０５８７２５４２（ＵＳ，Ａ）

【文献】 特開２００９−０５５４１４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｑ１／００−２５／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

誘電体基板上に形成された第１導体層と、
第１導体層に形成された切込みからなり、給電部から開放端に向かってスロット幅が広がるテーパー部を有する放射スロットと、
上記誘電体基板上の上記放射スロット内に、第１導体層から離間して形成された第２導体層からなり、上記開放端から遠ざかるに従って素子幅が狭まるスロット分離素子とを備え、
上記放射スロットと上記スロット分離素子との間には、概ね等幅で延びるスロット線路が形成されていることを特徴とするスロットアンテナ。

【請求項2】

上記放射スロットは、上記開放端から上記給電部にかけて傾斜した略Ｖ字形状からなり、
上記スロット分離素子は、上記開放端を一辺とする略三角形形状からなることを特徴とする請求項１に記載のスロットアンテナ。

【請求項3】

上記開放端における２つの開口の間隔は、自由空間波長の１／２倍以上であることを特徴とする請求項２に記載のスロットアンテナ。

【請求項4】

上記放射スロットの上記給電部から上記スロット分離素子までの距離は、上記給電部におけるスロット幅よりも長いことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のスロットアンテナ。

【請求項5】

第１導体層の切込みからなり、上記給電部から上記開放端とは反対側に延びる結合スロットと、
第１導体層に対向させて上記誘電体基板上に形成された第３導体層からなり、上記結合スロットと交差するマイクロストリップ線路とを備えたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のスロットアンテナ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、スロットアンテナに係り、さらに詳しくは、誘電体基板上に形成された導体層の切込みを利用して電波を送受信するスロットアンテナの改良に関する。

【背景技術】

【0002】

スロットアンテナは、誘電体基板上に形成された導体層の切込み（スロット）を利用して、マイクロ波帯やミリ波帯の電波を送受信する平面アンテナであり、ＭＳＬ（マイクロストリップ線路）や導波管を用いて給電される。スロットアンテナには、給電部から開放端にかけてスロット幅が広がるテーパースロットアンテナがある。テーパースロットアンテナは、進行波型のアンテナであり、広帯域にわたって高いアンテナ利得及び鋭い指向性を有している（例えば、特許文献１〜３）。

【0003】

一般に、テーパースロットアンテナのアンテナ利得は、開放端におけるスロット幅やテーパー部の長さを大きくすることによって向上させることができる。このため、従来のテーパースロットアンテナでは、アンテナ利得をさらに向上させようとすれば、大型化してしまうという問題があった。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１０−２１６６２号公報

【特許文献2】特開２００９−５５４１４号公報

【特許文献3】特開平９−８５４７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、広帯域にわたって高いアンテナ利得及び鋭い指向性を有しながら、サイズを大型化させることなく、正面方向の利得をさらに向上させることができるスロットアンテナを提供することを目的とする。また、誘電体基板と平行な平面内における放射ビームの幅を狭小化することができるスロットアンテナを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

第１の本発明によるスロットアンテナは、誘電体基板上に形成された第１導体層と、第１導体層に形成された切込みからなり、給電部から開放端に向かってスロット幅が広がるテーパー部を有する放射スロットと、上記誘電体基板上の上記放射スロット内に、第１導体層から離間して形成された第２導体層からなり、上記開放端から遠ざかるに従って素子幅が狭まるスロット分離素子とを備えて構成される。

【0007】

この様な構成によれば、第１導体層から離間して形成された第２導体層からなるスロット分離素子により、放射スロットが分離され、その開放端において離間した２つの開口が形成される。このため、給電部から開放端まで放射スロットを伝搬した電磁波は、離間した２つの開口から自由空間へ放射され、干渉によって強め合うので、従来のテーパースロットアンテナに比べ、正面方向の利得を向上させることができる。従って、開放端におけるスロット幅やテーパー部の長さを大きくすることなく、正面方向の利得をさらに向上させることができる。また、離間した２つの開口から自由空間へ放射された電磁波の干渉により、誘電体基板と平行な平面内における放射ビームの幅を狭小化することができる。

【0008】

第２の本発明によるスロットアンテナは、上記構成に加え、上記放射スロットが、上記開放端から上記給電部にかけて傾斜した略Ｖ字形状からなり、上記スロット分離素子が、上記開放端を一辺とする略三角形形状からなるように構成される。

【0009】

この様な構成によれば、放射スロットとスロット分離素子との間に、直線状に延びるスロット線路が形成されるので、放射スロットにおいて給電部から開放端まで電磁波を効率良く伝達させることができる。

【0010】

第３の本発明によるスロットアンテナは、上記構成に加え、上記開放端における２つの開口の間隔が、自由空間波長の１／２倍以上であるように構成される。この様な構成によれば、放射スロットの開放端における２つの開口の間隔を自由空間波長の１／２倍以上にすることにより、開口間隔が自由空間波長の１／２倍未満である場合に比べて、正面方向の利得を顕著に増大させることができる。

【0011】

第４の本発明によるスロットアンテナは、上記構成に加え、上記放射スロットの上記給電部から上記スロット分離素子までの距離が、上記給電部におけるスロット幅よりも長いように構成される。この様な構成によれば、スロット分離素子が放射スロットの給電部に近づき過ぎることによって伝送損失が増大するのを防止することができる。

【0012】

第５の本発明によるスロットアンテナは、上記構成に加え、第１導体層の切込みからなり、上記給電部から上記開放端とは反対側に延びる結合スロットと、第１導電層に対向させて上記誘電体基板上に形成された第３導体層からなり、上記結合スロットと交差するマイクロストリップ線路とを備えて構成される。この様な構成によれば、マイクロストリップ線路及び結合スロットを介し、放射スロットに給電することができる。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、広帯域にわたって高いアンテナ利得及び鋭い指向性を有しながら、サイズを大型化させることなく、正面方向の利得をさらに向上させたスロットアンテナを提供することができる。また、本発明によるスロットアンテナでは、開放端において離間した２つの開口から放射された電磁波の干渉により、誘電体基板と平行な平面内における放射ビームの幅を狭小化することができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明の実施の形態によるスロットアンテナ１の一構成例を示した斜視図である。

【図2】図１のスロットアンテナ１の構成例を示した図であり、スロットアンテナ１を上方から見た様子が示されている。

【図3】図２のスロットアンテナ１の動作の一例を示した断面図であり、スロットアンテナ１をＡ−Ａ切断線により切断した場合の切断面が示されている。

【図4】回路基板５上に設置されたスロットアンテナ１の動作の一例を示した図であり、基板面に対し傾斜したスロットアンテナ１の正面方向７が示されている。

【図5】スロットアンテナ１の放射特性の一例を従来例と比較して示した図である。

【図6】スロットアンテナ１の放射特性の一例を示した図であり、給電部２２ａ及び先端部３ａ間の距離Ｌを異ならせた場合が示されている。

【図7】スロットアンテナ１の他の構成例を示した図であり、スロットアンテナ１を上方から見た様子が示されている。

【発明を実施するための形態】

【0015】

＜スロットアンテナ１＞
図１は、本発明の実施の形態によるスロットアンテナ１の一構成例を示した斜視図であり、ＭＳＬ（マイクロストリップ線路）４を介して給電されるスロットアンテナ１が示されている。図中には、ｘｙ平面に平行なスロットアンテナ１が描画されている。ここでは、スロットアンテナ１に垂直な方向をｚ方向とする。

【0016】

このスロットアンテナ１は、誘電体基板１０と、誘電体基板１０上に形成された第１導体層１１と、第１導体層１１に形成された切込みからなるスロット線路２と、誘電体基板１０上の上記切込み内に形成された第２導体層１２からなるスロット分離素子３と、ＭＳＬ４とを備えた平面アンテナである。

【0017】

誘電体基板１０は、誘電体、例えば、比誘電率が小さいフッ素樹脂からなる絶縁性の樹脂基板であり、上面にスロット線路２及びスロット分離素子３が形成され、下面にＭＳＬ４が形成されている。

【0018】

ＭＳＬ４は、電磁波をｙ方向に伝送する伝送線路であり、誘電体基板１０上に形成された第３導体層からなる。また、ＭＳＬ４は、誘電体基板１０の端面付近からｙ方向に概ね等幅で延伸し、誘電体基板１０の中央部に達している。このＭＳＬ４は、誘電体基板１０のｘ方向における中央部に配置され、回路素子との接続を容易化するために、一端が誘電体基板１０の左端面から露出している。

【0019】

第１導体層１１及び第２導電層１２は、金属薄膜を誘電体基板１０に貼り付けることによって形成される共通の導体層からなる。第１導体層１１は、誘電体基板１０の全体を覆っており、ＭＳＬ４に対し、接地板として機能する。スロット線路２は、ＭＳＬ４と電磁的に結合する結合スロット２１と、結合スロット２１と連通し、電磁波を放射する放射スロット２２とからなる。

【0020】

結合スロット２１は、誘電体基板１０の前端面と交差する方向、この例では、ｘ方向に概ね等幅で延びる溝形状からなり、ＭＳＬ４を伝搬した電磁波によって励振される。放射スロット２２は、結合スロット２１の一端が接続された給電部から開放端にかけてスロット幅が広がるテーパー形状を有している。この放射スロット２２は、略Ｖ字形状からなり、誘電体基板１０のｙ方向における中央部に配置されている。また、放射スロット２２の開放端は、誘電体基板１０の前端面に位置している。

【0021】

スロット分離素子３は、第１導体層１１から離間して形成された連続領域からなり、放射スロット２２の開放端から遠ざかるに従って素子幅が狭まるテーパー形状を有している。このスロット分離素子３は、放射スロット２２の開放端を一辺とする略三角形形状からなる。

【0022】

スロット線路２及びスロット分離素子３は、誘電体基板１０に金属薄膜、例えば、銅箔を貼り付け、誘電体基板１０上の金属薄膜をエッチング加工等によりパターニングすることによって製作される。

【0023】

図２は、図１のスロットアンテナ１の構成例を示した図であり、スロットアンテナ１を上方から見た様子が示されている。スロット線路２の結合スロット２１は、ｘ方向を長手方向とする直線状の伝送線路であり、スロット幅Ｗ_ｓ１がｘ方向に関し概ね一定である。スロット幅Ｗ_ｓ１は、ｙ方向の溝幅からなる。ＭＳＬ４は、ｙ方向を長手方向とする直線状の伝送線路であり、線路幅Ｗ_ｍがｙ方向に関し概ね一定であるとともに、その一端が結合スロット２１を跨いでいる。

【0024】

一方、放射スロット２２は、給電部２２ａから開放端２２ｂにかけて、概ね一定の傾きでスロット幅が広がっている。開口幅Ｗ_ｓ２は、開放端２２ｂにおけるスロット幅である。スロット長Ｌｓは、放射スロット２２のｘ方向の長さである。スロット幅Ｗ_ｓ１、線路幅Ｗ_ｍ、開口幅Ｗ_ｓ２及びスロット長Ｌｓは、送受信させる電磁波の周波数、帯域幅、放射特性に応じて決定される。

【0025】

スロット幅Ｗ_ｓ１及び線路幅Ｗ_ｍは、送受信しようとする電磁波の管内波長λｇに比べて十分に短い。ここでいう管内波長λｇは、スロット線路２を伝搬する電磁波の誘電体基板１０内における波長である。

【0026】

スロット分離素子３は、誘電体基板１０の前端面からｘ方向に遠ざかるほど、概ね一定の傾きで素子幅が狭まり、先端部３ａにおいて最小となっている。この例では、スロット分離素子３が、上底の長さが下底よりも十分に短い台形形状からなる。この様なスロット分離素子３を放射スロット２２内に設けたことにより、放射スロット２２とスロット分離素子３との間には、概ね等幅で直線状に延びるスロット線路が形成されている。

【0027】

距離Ｌは、放射スロット２２の給電部２２ａと、スロット分離素子３の先端部３ａとの間のｘ方向の距離である。すなわち、距離Ｌは、放射スロット２２とスロット分離素子３とがどの程度離間しているのかを示すパラメータである。開口間隔Ｗは、開放端２２ｂにおける２つの開口５の中心間の距離である。すなわち、開口間隔Ｗは、２つの開口５がどの程度離間しているのかを示すパラメータである。

【0028】

距離Ｌを長くすれば、スロット分離素子３のサイズが小さくなり、各開口５の幅が広がるので、距離Ｌが長くなるのに従って開口間隔Ｗは狭くなる。一方、距離Ｌを短くすれば、スロット分離素子３のサイズが大きくなり、各開口５の幅が狭まるので、距離Ｌが短くなるのに従って開口間隔Ｗは広くなる。

【0029】

図３は、図２のスロットアンテナ１の動作の一例を示した断面図であり、スロットアンテナ１をＡ−Ａ切断線により切断した場合の切断面が示されている。この切断面では、導体層１１が、右側に配置された導体層と、スロット分離素子３を挟んで左側に配置された導体層とに分断されている。

【0030】

電磁波がスロット線路２をｘ方向へ伝搬する場合、放射スロット２２の途中では、右側の導体層の端部からスロット分離素子３の端部へ向かう電界Ｅ_１と、スロット分離素子３の端部から左側の導体層の端部へ向かう電界Ｅ_２とが形成される。これらの電界Ｅ_１，Ｅ_２は、放射スロット２２の給電部２２ａ付近で分離した電界であることから、同位相で振動する。

【0031】

このため、開放端２２ｂにおける離間した２つの開口５から同位相の電磁波が放射され、スロットアンテナ１の正面方向では、放射された電磁波が干渉によって強め合うことになる。従って、従来のテーパースロットアンテナに比べ、正面方向の利得を向上させることができる。

【0032】

図４は、回路基板６上に設置されたスロットアンテナ１の動作の一例を示した図であり、基板面に対し傾斜したスロットアンテナ１の正面方向７が示されている。図中には、回路基板６上のスロットアンテナ１をｙ方向から見た場合が示されている。回路基板６には、発振器、受信機、増幅器などの高周波回路が設けられている。

【0033】

スロットアンテナ１は、誘電体基板１０の下面を回路基板６の上面に対向させた状態で、当該回路基板６に固着されている。スロットアンテナ１の正面方向７は、誘電体基板１０の基板面に対し、所定の角度θ_０だけ上方へ傾斜し、誘電体基板１０の前端に対し、概ね垂直である。スロットアンテナ１は、上述した正面方向７近傍で利得が最大であり、正面方向７に対し、ｘｙ平面内における方位角やｚｘ平面内における仰俯角が大きくなれば利得が低下する放射特性からなる。

【0034】

＜放射特性＞
図５は、図２のスロットアンテナ１の放射特性の一例を従来例と比較して示した図であり、本発明の発明者らによる指向性シミュレーションの実験結果が示されている。図中の（ａ）には、ｘｙ平面内の放射特性が示され、（ｂ）には、ｚｘ平面内の放射特性が示されている。この図の横軸は、スロットアンテナ１の正面方向７を原点とする放射角度（ｄｅｇ）を表し、縦軸は、絶対利得（ｄＢｉ）を表している。

【0035】

指向性シミュレーションでは、誘電体基板１０が比誘電率＝２．３２、厚さ＝０．２０６ｍｍの樹脂基板からなり、第１導体層１１及び第２導体層１２が厚さ＝１２μｍの銅箔からなり、線路幅Ｗ_ｍ＝０．２ｍｍ、スロット幅Ｗ_ｓ１＝０．２ｍｍ、開口幅Ｗ_ｓ２＝３ｍｍ、距離Ｌ＝０．４ｍｍ（開口間隔Ｗ＝２．８０ｍｍ）のスロットアンテナ１を用いてミリ波帯の電波を送受信する場合の放射特性が検証された。ミリ波帯の電波の自由空間波長λ_０は、λ_０＝４．８ｍｍである。

【0036】

ｘｙ平面内における放射特性には、本発明によるスロットアンテナ１の放射特性が特性曲線Ａ１により実線で示され、放射スロット２２内にスロット分離素子３を備えない従来のテーパースロットアンテナの放射特性が特性曲線Ａ２により破線で示されている。

【0037】

特性曲線Ａ２は、放射角度＝０ｄｅｇ付近において最大（絶対利得の最大値＝６．８ｄＢｉ）であり、放射角度が正方向に大きくなるに従って単調に減少し、放射角度＝９０ｄｅｇ付近において−３０ｄＢｉ以下にまで急激に低下している。また、放射角度が負方向に小さくなる場合の放射特性は、放射角度が正方向に大きくなる場合と同様である。

【0038】

一方、特性曲線Ａ１は、放射角度＝０ｄｅｇにおいて最大（絶対利得の最大値＝８．１ｄＢｉ）であり、放射角度が正方向に大きくなるに従って減少し、放射角度＝４０ｄｅｇ近傍において極小（極小値＝−１２ｄＢｉ）となっている。放射角度＝４０ｄｅｇを越えれば増加し、放射角度＝５０ｄｅｇ近傍において極大（極大値＝−１１ｄＢｉ）となり、放射角度＝５０ｄｅｇを越えれば再度減少し、放射角度＝９０ｄｅｇ付近において−３０ｄＢｉ以下にまで急激に低下している。また、放射角度が負方向に小さくなる場合には、放射角度が負方向に小さくなるに従って概ね単調に減少し、放射角度＝−９０ｄｅｇ付近において−３０ｄＢｉ以下にまで急激に低下している。

【0039】

この様な実験結果によれば、本発明によるスロットアンテナ１は、従来のテーパースロットアンテナに比べ、正面方向７の絶対利得が１．３ｄＢｉ程度向上していることが判る。また、最大利得に対し、−３ｄＢｉだけ絶対利得が低下している放射角度について、正方向の放射角度と負方向の放射角度との差分を半値角と呼ぶと、本発明によるスロットアンテナ１は、方位角方向に関し、半値角＝３０．３ｄｅｇであり、従来のテーパースロットアンテナの半値角＝４３．０ｄｅｇに比べて小さく、ｘｙ平面内における放射ビームの幅が狭小化されていることが判る。

【0040】

ｚｘ平面内における放射特性には、本発明によるスロットアンテナ１の放射特性が特性曲線Ｂ１により実線で示され、放射スロット２２内にスロット分離素子３を備えない従来のテーパースロットアンテナの放射特性が特性曲線Ｂ２により破線で示されている。

【0041】

特性曲線Ｂ２は、放射角度＝０ｄｅｇ付近において最大（絶対利得の最大値＝６．８ｄＢｉ）であり、放射角度が正方向に大きくなるに従って減少し、放射角度＝７０ｄｅｇ近傍において極小（極小値＝−１４ｄＢｉ）となっている。放射角度＝７０ｄｅｇを越えれば増加し、放射角度＝９０ｄｅｇ付近において極大（極大値＝−５ｄＢｉ）となっている。また、放射角度が負方向に小さくなる場合には、放射角度が負方向に小さくなるに従って減少し、放射角度＝−７０ｄｅｇ近傍において極小（極小値＝−２５ｄＢｉ）となっている。放射角度＝−７０ｄｅｇを越えれば増加し、放射角度＝−９０ｄｅｇ付近において極大（極大値＝−３ｄＢｉ）となっている。

【0042】

一方、特性曲線Ｂ１は、放射角度＝０ｄｅｇにおいて最大（絶対利得の最大値＝８．１ｄＢｉ）であり、放射角度が正方向に大きくなるに従って減少し、放射角度＝６０ｄｅｇ近傍において極小（極小値＝−９ｄＢｉ）となっている。放射角度＝６０ｄｅｇを越えれば増加し、放射角度＝９０ｄｅｇ付近において極大（極大値＝２ｄＢｉ）となっている。また、放射角度が負方向に小さくなる場合には、放射角度が負方向に小さくなるに従って減少し、放射角度＝−６０ｄｅｇ近傍において極小（極小値＝−１２ｄＢｉ）となっている。放射角度＝−６０ｄｅｇを越えれば増加し、放射角度＝−９０ｄｅｇ付近において極大（極大値＝２ｄＢｉ）となっている。

【0043】

この様な実験結果によれば、仰俯角方向に関し、放射ビームの拡がりは、本発明によるスロットアンテナ１と従来のテーパースロットアンテナとで同程度であることが判る。また、本発明によるスロットアンテナ１を従来のテーパースロットアンテナと比較すれば、正面方向７の絶対利得、すなわち、メインローブの利得が向上する一方、放射角度＝±９０ｄｅｇ付近の絶対利得、すなわち、サイドローブの利得も増大することが判る。

【0044】

図６は、図２のスロットアンテナ１の放射特性の一例を示した図であり、放射スロット２２の給電部２２ａからスロット分離素子３の先端部３ａまでの距離Ｌを異ならせた場合の実験結果が示されている。図中には、横軸を給電部２２ａ及び先端部３ａ間の距離Ｌ（ｍｍ）とし、縦軸を最大利得（ｄＢｉ）として、最大利得の分布が菱形の検知点を繋ぐ折れ線により表されている。最大利得を表す目盛りは、グラフの左側に配置されている。

【0045】

また、縦軸を半値角（ｄｅｇ）として、方位角方向に関する半値角の分布が丸形の検知点を繋ぐ折れ線により表され、仰俯角方向に関する半値角の分布が三角形の検知点を繋ぐ折れ線により表されている。半値角を表す目盛りは、グラフの右側に配置されている。

【0046】

最大利得は、距離Ｌが０．１ｍｍ以上２．８ｍｍ以下である範囲内において、０．１ｍｍで最小（最小値＝６．５ｄＢｉ）であり、距離Ｌが０．１ｍｍを越えれば急激に増大し、０．３ｍｍ及び０．４ｍｍにおいて最大（最大値＝８．１ｄＢｉ）となっている。また、距離Ｌが０．４ｍｍを越えれば減少し、開口間隔Ｗ＝λ_０／２に相当する距離Ｌ＝１．４ｍｍにおいて７．３ｄＢｉとなっている。最大利得は、距離Ｌが１．４ｍｍを越えればさらに減少し、距離Ｌ＝２．８ｍｍにおいて６．８ｄＢｉとなっている。

【0047】

この様な最大利得の実験結果によれば、距離Ｌが１．４ｍｍ以下である範囲は、開口間隔Ｗがλ_０／２以上である範囲に相当することから、開口間隔Ｗが自由空間波長λ_０の１／２倍以上である場合に、従来のテーパースロットアンテナ（最大利得は６．８ｄＢｉ）に比べ、最大利得、すなわち、正面方向７の利得が著しく向上することが判る。一方、開口間隔Ｗが自由空間波長λ_０の１／２倍未満である場合には、最大利得が若干向上する程度であることが判る。

【0048】

ｘｙ平面内の方位角方向に関する半値角は、距離Ｌが０．１ｍｍ以上２．８ｍｍ以下である範囲内において、距離Ｌが長くなるに従って最小値＝２９．０ｄｅｇから概ね単調に増加し、距離Ｌ＝２．０ｍｍにおいて最大値＝４３．４ｄｅｇとなり、飽和している。一方、ｚｘ平面内の仰俯角方向に関する半値角は、距離Ｌが０．１ｍｍ以上２．８ｍｍ以下である範囲内において、距離Ｌが長くなるに従って最小値＝６２．６ｄｅｇから概ね単調に増加し、距離Ｌ＝２．４ｍｍにおいて最大値＝７９．９ｄｅｇとなり、飽和している。

【0049】

この様な半値角の実験結果によれば、０．１ｍｍ以上２．８ｍｍ以下の範囲内において距離Ｌが短いほど、従来のテーパースロットアンテナ（方位角方向の半値角は４３．０ｄｅｇ、仰俯角方向の半値角は７９．７ｄｅｇ）に比べ、半値角が小さく、放射ビームの幅が細くなることが判る。

【0050】

最大利得及び半値角の上記実験結果を総合すれば、距離Ｌが０．２ｍｍ以上０．５ｍｍ以下の範囲内となるように、スロット分離素子３を放射スロット２２内に設けることにより、正面方向の利得が顕著に向上し、放射ビームの幅を狭小化することができる。

【0051】

特に、放射スロット２２の給電部２２ａにおけるスロット幅Ｗ_ｓ１は、Ｗ_ｓ１＝０．２ｍｍであることから、距離Ｌをスロット幅Ｗ_ｓ１よりも長くすることにより、スロット分離素子３の先端部３ａが給電部２２ａに近づき過ぎることによって伝送損失が増大するのを防止することができる。

【0052】

本実施の形態によれば、給電部２２ａから開放端２２ｂにかけてスロット幅が広がるテーパー形状を有する放射スロット２２により、広帯域にわたって高いアンテナ利得と鋭い指向性を得ることができる。また、給電部２２ａから開放端２２ｂまで放射スロット２２を伝搬した電磁波は、離間した２つの開口５から自由空間へ放射され、干渉によって強め合うので、従来のテーパースロットアンテナに比べ、正面方向７の利得を向上させることができる。従って、開放端２２ｂにおけるスロット幅やテーパー部の長さを大きくすることなく、正面方向７の利得をさらに向上させることができる。

【0053】

また、離間した２つの開口５から自由空間へ放射された電磁波の干渉により、誘電体基板１０と平行な平面内における放射ビームの幅を狭小化することができる。さらに、放射スロット２２とスロット分離素子３との間に、直線状に延びるスロット線路が形成されるので、放射スロット２２において給電部２２ａから開放端２２ｂまで電磁波を効率良く伝達させることができる。また、放射スロット２２の開放端２２ｂにおける２つの開口５の間隔Ｗを自由空間波長λ_０の１／２倍以上にすることにより、開口間隔Ｗが自由空間波長λ_０の１／２倍未満である場合に比べて、正面方向７の利得を顕著に増大させることができる。

【0054】

また、放射スロット２２の給電部２２ａからスロット分離素子３までの距離Ｌを給電部２２ａにおけるスロット幅Ｗ_ｓ１よりも長くすることにより、スロット分離素子３が放射スロット２２の給電部２２ａに近づき過ぎることによって伝送損失が増大するのを防止することができる。また、スロットアンテナ１では、ＭＳＬ４及び結合スロット２１を介し、放射スロット２２に給電することができる。このため、導波管を用いて給電する場合に比べて、誘電体基板１０の厚さ方向に関し、スロットアンテナ１のサイズを小型化することができる。

【0055】

なお、本実施の形態では、放射スロット２２が開放端２２ｂから給電部２２ａにかけて傾斜した略Ｖ字形状からなり、スロット分離素子３が開放端２２ｂを一辺とする略三角形形状からなる場合の例について説明したが、本発明は放射スロット２２やスロット分離素子３の構成をこれに限定するものではない。例えば、放射スロット２２は、曲線形状からなるものや、テーパー部から開放端２２ｂにかけて等幅で伸びる等幅部を有するものであっても良い。また、スロット分離素子３は、素子幅が曲線的に狭まる形状からなるものや、開放端２２ｂから等幅で伸びる等幅部を有するものであっても良い。

【0056】

図７は、スロットアンテナ１の他の構成例を示した図であり、スロットアンテナ１を上方から見た様子が示されている。図中の（ａ）には、曲線形状からなる放射スロット２２及びスロット分離素子３が示されている。このスロットアンテナ１では、放射スロット２２が、給電部２２ａから開放端２２ｂにかけてスロット幅が広がるとともに、開放端２２ｂ付近で急激にスロット幅が広がっている。

【0057】

スロット分離素子３は、開放端２２ｂから遠ざかるに従って素子幅が狭まるとともに、開放端２２ｂ付近で急激に素子幅が狭まっている。この様なスロット分離素子３を放射スロット２２内に設けることにより、当該放射スロット２２が分離され、給電部２２ａ付近から開放端２２ｂにかけて概ね等幅で延伸する２つのスロット線路が形成されている。

【0058】

図中の（ｂ）には、放射スロット２２がテーパー部２２１及び等幅部２２２からなり、スロット分離素子３がテーパー部１２１及び等幅部１２２からなる場合が示されている。放射スロット２２のテーパー部２２１は、給電部２２ａから開放端２２ｂに向かってスロット幅が広がるテーパー形状からなる。等幅部２２２は、このテーパー部２２１の終端から開放端２２ｂにかけて概ね等幅で延びる溝形状からなる。

【0059】

スロット分離素子３のテーパー部１２１は、開放端２２ｂから遠ざかるに従って素子幅が狭まるテーパー形状からなる。等幅部１２２は、開放端２２ｂから概ね等幅で延び、テーパー部１２１に接続する形状からなる。この様なスロット分離素子３を放射スロット２２内に設けた場合にも、給電部２２ａ付近から開放端２２ｂにかけて概ね等幅で延伸する２つのスロット線路が形成される。

【0060】

図中の（ｃ）には、誘電体基板１０に切込みが形成され、誘電体基板１０の前端面から後退した端面１０ａに隣接させて放射スロット２２及びスロット分離素子３を設けた場合が示されている。端面１０ａは、誘電体基板１０に形成された切込みの底面である。放射スロット２２の開放端２２ｂは、この端面１０ａに位置している。

【0061】

放射スロット２２は、給電部２２ａから開放端２２ｂにかけてスロット幅が広がるテーパー形状からなり、スロット分離素子３は、開放端２２ｂから遠ざかるに従って素子幅が狭まるテーパー形状からなる。図７の（ａ）〜（ｃ）に示したスロットアンテナ１であっても、広帯域にわたって高いアンテナ利得及び鋭い指向性を有しながら、サイズを大型化させることなく、正面方向７の利得をさらに向上させることができる。

【符号の説明】

【0062】

１ スロットアンテナ
１０ 誘電体基板
１１ 第１導体層
１２ 第２導体層
２ スロット線路
２１ 結合スロット
２２ 放射スロット
２２ａ 給電部
２２ｂ 開放端
３ スロット分離素子
３ａ 先端部
４ ＭＳＬ
５ 開口
６ 回路基板
７ スロットアンテナの正面方向

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】