特許 6981556 アンテナ装置及び通信装置

(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】6981556

(24)【登録日】2021年11月22日

(45)【発行日】2021年12月15日

(54)【発明の名称】アンテナ装置及び通信装置

(51)【国際特許分類】

   H01Q 19/06 20060101AFI20211202BHJP

   H01Q 13/08 20060101ALI20211202BHJP

   H01Q 21/06 20060101ALI20211202BHJP

【ＦＩ】

   H01Q19/06

   H01Q13/08

   H01Q21/06

【請求項の数】11

【全頁数】19

(21)【出願番号】特願2020-548244(P2020-548244)

(86)(22)【出願日】2019年8月29日

(86)【国際出願番号】JP2019033977

(87)【国際公開番号】WO2020066453

(87)【国際公開日】20200402

【審査請求日】2021年3月16日

(31)【優先権主張番号】特願2018-181164(P2018-181164)

(32)【優先日】2018年9月27日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000006231

【氏名又は名称】株式会社村田製作所

(74)【代理人】

【識別番号】100105887

【弁理士】

【氏名又は名称】来山 幹雄

(74)【代理人】

【識別番号】100145023

【弁理士】

【氏名又は名称】川本 学

(72)【発明者】

【氏名】二神 大

(72)【発明者】

【氏名】根本 崇弥

【審査官】 岸田 伸太郎

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２０１４／１２５７１６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開平０５−０４８３１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６３−２２４５０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−２１３２８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１８−２０７３０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−００４１１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−２５２８０３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｑ １／００−２５／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板と、
前記基板に設けられた放射素子及びグランド導体を含むパッチアンテナと、
平面視において前記放射素子と重なるように配置され、前記放射素子から見て前記グランド導体とは反対側に配置された誘電体部材と、
前記誘電体部材を封止する封止樹脂と
を有し、
前記誘電体部材の誘電率が前記封止樹脂の誘電率より高く、
前記放射素子の法線方向を高さ方向としたとき、前記誘電体部材の平断面の幾何中心を高さ方向に連ねる線が前記放射素子の法線方向に対して傾斜しており、
前記誘電体部材の形状は平行六面体であるアンテナ装置。

【請求項2】

基板と、
前記基板に設けられた放射素子及びグランド導体を含むパッチアンテナと、
平面視において前記放射素子と重なるように配置され、前記放射素子から見て前記グランド導体とは反対側に配置された誘電体部材と、
前記誘電体部材を封止する封止樹脂と
を有し、
前記誘電体部材の誘電率が前記封止樹脂の誘電率より高く、
前記放射素子の法線方向を高さ方向としたとき、前記誘電体部材の平断面の幾何中心を高さ方向に連ねる線が前記放射素子の法線方向に対して傾斜しており、
前記誘電体部材は、前記基板側を向く底面、及び前記底面とは反対側を向く四角形の上面、及び前記底面と前記上面とを接続する側面を有し、前記上面の隣り合う少なくとも２つの辺に接続された２つの側面は、前記底面に対して垂直であり、残りの少なくとも１つの側面は前記底面に対して傾斜しているアンテナ装置。

【請求項3】

基板と、
前記基板に設けられた放射素子及びグランド導体を含むパッチアンテナと、
平面視において前記放射素子と重なるように配置され、前記放射素子から見て前記グランド導体とは反対側に配置された誘電体部材と、
前記誘電体部材を封止する封止樹脂と、
前記誘電体部材に設けられ、前記放射素子と結合する無給電素子と
を有し、
前記誘電体部材の誘電率が前記封止樹脂の誘電率より高く、
前記放射素子の法線方向を高さ方向としたとき、前記誘電体部材の平断面の幾何中心を高さ方向に連ねる線が前記放射素子の法線方向に対して傾斜しているアンテナ装置。

【請求項4】

基板と、
前記基板に設けられた放射素子及びグランド導体を含むパッチアンテナと、
平面視において前記放射素子と重なるように配置され、前記放射素子から見て前記グランド導体とは反対側に配置された誘電体部材と、
前記誘電体部材を封止して前記誘電体部材の脱落を抑制する封止樹脂と
を有し、
前記誘電体部材の誘電率が前記封止樹脂の誘電率より高く、
前記放射素子の法線方向を高さ方向としたとき、前記誘電体部材の平断面の幾何中心を高さ方向に連ねる線が前記放射素子の法線方向に対して傾斜しているアンテナ装置。

【請求項5】

基板と、
前記基板に設けられた放射素子及びグランド導体を含むパッチアンテナと、
平面視において前記放射素子と重なるように配置され、前記放射素子から見て前記グランド導体とは反対側に配置された誘電体部材と、
前記基板の上に配置され、前記誘電体部材を封止する封止樹脂と
を有し、
前記誘電体部材の誘電率が前記封止樹脂の誘電率より高く、
前記放射素子の法線方向を高さ方向としたとき、前記誘電体部材の平断面の幾何中心を高さ方向に連ねる線が前記放射素子の法線方向に対して傾斜しているアンテナ装置。

【請求項6】

１つの前記放射素子及び１つの前記誘電体部材が１つの構成単位となり、複数の前記構成単位が前記基板に設けられてアレイアンテナが構成されており、複数の前記誘電体部材の各々の平断面の幾何中心を高さ方向に連ねる線が、前記アレイアンテナの幾何中心から見て外側に向かって傾斜している請求項１乃至５のいずれか１項に記載のアンテナ装置。

【請求項7】

筐体と、
前記筐体に収容されたアンテナ装置と
を有し、
前記アンテナ装置は、
基板と、
前記基板に設けられた放射素子及びグランド導体を含むパッチアンテナと
を有し、
前記筐体は、両側で誘電率が異なり、相互に平行に配置された２つの境界面を含んでおり、前記２つの境界面の間の相対的に高誘電率の領域と、前記２つの境界面の外側の相対的に低誘電率の領域とが前記２つの境界面によって前記放射素子の面内方向に仕切られており、前記２つの境界面は前記放射素子の上面に対して傾斜しており、平面視において前記高誘電率の領域の少なくとも一部分は前記放射素子の一部分と重なっている通信装置。

【請求項8】

前記２つの境界面のうち一方の境界面は、前記放射素子から法線方向に遠ざかるに従って、平面視において前記放射素子の外側から内側に入り込むように傾斜しており、前記一方の境界面の前記放射素子側が、前記高誘電率の領域である請求項７に記載の通信装置。

【請求項9】

前記低誘電率の領域は大気である請求項７または８に記載の通信装置。

【請求項10】

筐体と、
前記筐体に収容されたアンテナ装置と
を有し、
前記アンテナ装置は、
基板と、
前記基板に設けられた放射素子及びグランド導体を含むパッチアンテナと
を有し、
前記筐体は、相対的に誘電率が高い高誘電率部分と、相対的に誘電率が低い低誘電率部分とを含み、前記高誘電率部分と前記低誘電率部分とが境界面を挟んで接しており、前記高誘電率部分と前記低誘電率部分とは、前記境界面によって前記放射素子の面内方向に仕切られており、前記境界面は前記放射素子の上面に対して傾斜しており、平面視において前記境界面の少なくとも一部分は前記放射素子の一部分と重なっている通信装置。

【請求項11】

前記境界面は、前記放射素子から法線方向に遠ざかるに従って、平面視において前記放射素子の外側から内側に入り込むように傾斜しており、前記境界面の前記放射素子側の領域に前記高誘電率部分が配置されている請求項１０に記載の通信装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、アンテナ装置及び通信装置に関する。

【背景技術】

【0002】

アレイアンテナを構成する複数の単位アンテナの各々の上に誘電体等価物を配置した誘電体装荷アレイアンテナが知られている（特許文献１参照）。この単位アンテナにはパッチアンテナが用いられ、各パッチの上に、直方体状に構成された誘電体が配置される。この誘電体の縦、横、高さの寸法は、それぞれ波長の１．２５倍、１．２５倍、及び１．４２倍である。このように誘電体を配置することにより、各単位アンテナの開口効率が増大される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開平１−２４３６０５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

従来のパッチアンテナにおいては、パッチアンテナの正面方向のアンテナゲインが最も高くなる。アンテナの用途によっては、正面方向から傾いた方向のアンテナゲインを高くしたい場合がある。本発明の目的は、正面方向から傾いた方向のアンテナゲインを高めることが可能なアンテナ装置及び通信装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明の一観点によると。
基板と、
前記基板に設けられた放射素子及びグランド導体を含むパッチアンテナと、
平面視において前記放射素子と重なるように配置され、前記放射素子から見て前記グランド導体とは反対側に配置された誘電体部材と、
前記誘電体部材を封止する封止樹脂と
を有し、
前記誘電体部材の誘電率が前記封止樹脂の誘電率より高く、
前記放射素子の法線方向を高さ方向としたとき、前記誘電体部材の平断面の幾何中心を高さ方向に連ねる線が前記放射素子の法線方向に対して傾斜しており、
前記誘電体部材の形状は平行六面体であるアンテナ装置が提供される。

【0006】

本発明の他の観点によると、
筐体と、
前記筐体に収容されたアンテナ装置と
を有し、
前記アンテナ装置は、
基板と、
前記基板に設けられた放射素子及びグランド導体を含むパッチアンテナと
を有し、
前記筐体は、両側で誘電率が異なり、相互に平行に配置された２つの境界面を含んでおり、前記２つの境界面の間の相対的に高誘電率の領域と、前記２つの境界面の外側の相対的に低誘電率の領域とが前記２つの境界面によって前記放射素子の面内方向に仕切られており、前記２つの境界面は前記放射素子の上面に対して傾斜しており、平面視において前記高誘電率の領域の少なくとも一部分は前記放射素子の一部分と重なっている通信装置が提供される。

【発明の効果】

【0007】

上述の誘電体部材を配置することにより、放射素子の正面方向から傾いた方向のアンテナゲインを高めることが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】図１は、第１実施例によるアンテナ装置の斜視図である。

【図2】図２は、第１実施例によるアンテナ装置のｘｚ面に平行な断面図である。

【図3】図３は、第１実施例によるアンテナ装置のアンテナゲインのシミュレーション結果を示すグラフである。

【図4】図４は、第２実施例によるアンテナ装置の斜視図である。

【図5】図５は、第２実施例によるアンテナ装置のｘｚ面に平行な断面図である。

【図6】図６は、第２実施例によるアンテナ装置のアンテナゲインのシミュレーション結果を示すグラフである。

【図7】図７Ａ及び図７Ｂは、それぞれ第３実施例、及びその変形例によるアンテナ装置の誘電体部材の斜視図である。

【図8】図８は、第４実施例によるアンテナ装置の斜視図である。

【図9】図９は、第４実施例によるアンテナ装置の平面図である。

【図10】図１０Ａ及び図１０Ｂは、それぞれ第４実施例によるアンテナ装置のｘｚ面内及びｙｚ面内に関するアンテナゲインの傾斜角依存性のシミュレーション結果を示すグラフである。

【図11】図１１は、第５実施例によるアンテナ装置の斜視図である。

【図12】図１２Ａは、第６実施例によるアンテナ装置の断面図であり、図１２Ｂは、第６実施例の変形例によるアンテナ装置の断面図である。

【図13】図１３Ａは、第７実施例によるアンテナ装置の断面図であり、図１３Ｂは、第７実施例の変形例によるアンテナ装置の断面図である。

【図14】図１４Ａ及び図１４Ｂは、第７実施例の他の変形例によるアンテナ装置の断面図である。

【図15】図１５Ａは、第８実施例による通信装置の部分断面図であり、図１５Ｂ及び図１５Ｃは、第８実施例の変形例による通信装置の部分断面図である。

【図16】図１６は、第９実施例による通信装置の部分斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

［第１実施例］
図１から図３までの図面を参照して、第１実施例によるアンテナ装置について説明する。
図１は、第１実施例によるアンテナ装置の斜視図である。誘電体からなる基板１０の一方の面である上面に放射素子１１が配置されており、内層にグランド導体１５が配置されている。放射素子１１とグランド導体１５とがパッチアンテナを構成する。放射素子１１は正方形の平面形状を持つ。放射素子１１の上面に平行で、放射素子１１の隣り合う２つの辺に平行な方向を、それぞれｘ軸方向及びｙ軸方向とし、放射素子１１の法線方向をｚ軸方向とするｘｙｚ直交座標系を定義する。また、放射素子１１の法線方向を高さ方向と定義する。なお、放射素子１１の平面形状を長方形、円形等にしてもよい。

【0010】

平面視において放射素子１１と重なるように、基板１０の上（放射素子１１から見てグランド導体１５とは反対側）に誘電体部材２０が配置されている。誘電体部材２０は接着剤等で放射素子１１及び基板１０に接着される。基板１０の下面に給電線１２が配置されている。給電線１２は、グランド導体１５に設けられたクリアランスホール内のビアホールを通って放射素子１１に結合しており、放射素子１１からｘ軸の正の向きに延びている。

【0011】

誘電体部材２０は、基板１０側を向く底面、及び底面とは反対側を向く上面を有する。底面は、ｘ軸方向及びｙ軸方向に平行な長さＷの辺を持つ正方形であり、底面の中心と放射素子１１の中心とが一致する。誘電体部材２０の底面は、平面視において放射素子１１を内包する。上面は、底面を、ｘ成分及びｚ成分が正のベクトルの方向に平行移動した位置に配置されている。誘電体部材２０は、さらに底面と上面とを接続する４つの側面を有する。すなわち、誘電体部材２０の形状は平行六面体である。このとき、誘電体部材２０の平断面の幾何中心を連ねる線が、ｚ軸方向に対してｘ軸の正方向に傾斜する。誘電体部材２０の４つの側面のうち２つの側面はｙ軸方向に対して垂直であり、残りの２つの側面はｘｙ面に対して傾斜しており、その外側を向く法線ベクトルがｙ軸方向に対して垂直である。

【0012】

誘電体部材２０は、例えば低温同時焼成セラミックス（ＬＴＣＣ）等のセラミックス、またはポリイミド等の樹脂で形成することができる。例えば、ＬＴＣＣの比誘電率εｒは約６．４であり、ポリイミドの比誘電率εｒは約３である。

【0013】

図２は、第１実施例によるアンテナ装置のｘｚ面に平行な断面図である。基板１０の上面に放射素子１１が配置されており、内層にグランド導体１５が配置されており、下面に給電線１２が配置されている。給電線１２は、グランド導体１５に設けられたクリアランスホールを通るビア導体１３を介して放射素子１１に結合している。基板１０と誘電体部材２０との間に接着剤層１７が配置されている。

【0014】

誘電体部材２０の高さをＨで表し、底面の中心から上面の中心までの長さのｘ成分をｄｘ（以下、水平変位量という。）で表し、傾斜した斜面とｚ軸の正方向とのなす角度（傾斜角度）をθｉで表す。放射素子１１の一辺の長さをＬで表し、厚さをＴ１で表す。グランド導体１５の厚さをＴ２で表す。基板１０のうち、放射素子１１とグランド導体１５との間の部分の厚さをＴ３で表し、グランド導体１５よりも下側の部分の厚さをＴ４で表す。

【0015】

次に、第１実施例の優れた効果について説明する。
第１実施例では、放射素子１１の上に配置された誘電体部材２０が基板１０に対して傾斜している。放射素子１１から放射された電波は、相対的に誘電率の高い空間を優先的に伝搬する。誘電体部材２０の誘電率は大気の誘電率より高いため、放射素子１１から放射された電波は、誘電体部材２０の傾斜している方向に偏って伝搬する傾向を示す。このため、放射素子１１の正面方向に対して傾いた方向のアンテナゲインを、正面方向のアンテナゲインより高めることができる。

【0016】

次に、上述の優れた効果を確かめるために行ったシミュレーションについて説明する。シミュレーションにおいて、放射素子１１の一辺の長さを０．８ｍｍとした。誘電体部材２０の底面の一辺の長さＷ、高さＨ、及び水平変位量ｄｘの値が異なる３種類のアンテナ装置について、法線方向からｘ軸の正の方向への傾斜角度θｘと、アンテナゲインとの関係を求めた。

【0017】

図３は、シミュレーション結果を示すグラフである。横軸は法線方向からの傾斜角度θｘを単位「度」で表し、縦軸はアンテナゲインを単位「ｄＢ」で表す。図３のグラフ中の実線に付されたカッコつきの数字は、左側から順番に、誘電体部材２０の底面の一辺の長さＷ、高さＨ、水平変位量ｄｘ、傾斜角度θｉを示している。なお、長さＷ、高さＨ、水平変位量ｄｘの単位は「ｍｍ」であり、傾斜角度θｉの単位は「度」である。参考のために、誘電体部材２０の形状を直方体にした場合のアンテナゲインを破線で示す。誘電体部材２０が直方体の場合には、傾斜角度θｘ＝０°、すなわち放射素子１１の正面方向のアンテナゲインが最大になる。

【0018】

誘電体部材２０を傾斜させると、正面方向から傾いた方向でアンテナゲインが最大になっていることがわかる。また、正面方向から傾いた方向でのアンテナゲインの最大値は、誘電体部材２０を直方体にした場合の、その方向におけるアンテナゲインより高い。アンテナゲインが最大値をとる傾斜角度θｘは、誘電体部材２０の傾斜した側面の傾斜角度θｉとほぼ等しい。

【0019】

図３に示したシミュレーションにより、誘電体部材２０を傾けることによって放射素子１１の正面方向から傾いた方向のアンテナゲインを高めることが可能であることが確認された。

【0020】

次に、第１実施例の変形例について説明する。第１実施例では、誘電体部材２０の底面を正方形にしたが、その他の四角形、例えばｘ軸方向及びｙ軸方向に平行な辺を持つ長方形にしてもよい。さらに、その他の多角形、円形、楕円形等にしてもよい。

【0021】

［第２実施例］
次に、図４から図６までの図面を参照して、第２実施例によるアンテナ装置について説明する。以下、第１実施例によるアンテナ装置（図１、図２）と共通の構成については説明を省略する。

【0022】

図４は、第２実施例によるアンテナ装置の斜視図である。第１実施例では、傾斜した２つの側面の一方の外側を向く法線ベクトルはｘｙ面に平行な方向から上向き（つまり、ｚ軸の正の向き）に傾いており、他方の外側を向く法線ベクトルはｘｙ面に平行な方向から下向き（つまり、ｚ軸の負の向き）に傾いている。これに対し、第２実施例では、第１実施例において外側を向く法線ベクトルが下向きに傾いている側面を、ｘｙ面に対して垂直にしている。このため、ｙ軸方向に対して垂直な２つの側面は、一方の脚が下底に対して垂直な台形状になる。

【0023】

このとき、誘電体部材２０の底面の形状は長方形になり、その短辺の長さがＷである。上面は、一辺の長さがＷの正方形である。

【0024】

図５は、第２実施例によるアンテナ装置のｘｚ面に平行な断面図である。誘電体部材２０のｘｚ面に平行な断面は、一方の脚が下底に対して垂直な台形状である。傾斜した側面のｘ軸方向に関する寸法（水平変位量）をｄｘで表す。

【0025】

次に、第２実施例の優れた効果について説明する。
第２実施例においては、誘電体部材２０のｘ軸の正の方向を向く側面が底面に対して垂直であるが、ｘ軸の負の方向を向く側面は、第１実施例と同様にｘｙ面に対して傾斜している。このため、放射素子１１から上方（ｚ軸の正の方向）を見たとき、誘電体部材２０はｘ軸の正の側に偏って配置されている。その結果、第１実施例の場合と同様に、正面から傾いた方向のアンテナゲインを高めることができる。

【0026】

第１実施例では、誘電体部材２０が庇状に張り出した部分（図２において上面の右側の端部）を有している。これに対し、第２実施例では、誘電体部材２０が庇状に張り出した部分を有しない。また、第２実施例の誘電体部材２０の底面の方が、第１実施例の誘電体部材２０の底面より大きい。このため、第２実施例では、誘電体部材２０の機械的な安定性や取り付け強度を高めることができる。

【0027】

第２実施例の優れた効果を確かめるために、第１実施例と同様のシミュレーションを行った。
図６は、第２実施例によるアンテナ装置のシミュレーション結果を示すグラフである。横軸は法線方向からの傾斜角度θｘを単位「度」で表し、縦軸はアンテナゲインを単位「ｄＢ」で表す。図６のグラフ中の実線に付されたカッコつきの数字は、左側から順番に、誘電体部材２０の底面の短辺の長さＷ、高さＨ、水平変位量ｄｘ、傾斜角度θｉを示している。なお、長さＷ、高さＨ、水平変位量ｄｘの単位は「ｍｍ」であり、傾斜角度θｉの単位は「度」である。参考のために、誘電体部材２０の形状を直方体にした場合のアンテナゲインを破線で示す。誘電体部材２０が直方体の場合には、傾斜角度θｘ＝０°、すなわち放射素子１１の正面方向のアンテナゲインが最大になる。

【0028】

第２実施例においても、正面方向から傾いた方向においてアンテナゲインが最大になっていることが確認された。側面の傾斜角度θｉが大きくなるに従って、アンテナゲインが最大となる傾斜角度θｘも大きくなっている。

【0029】

［第３実施例］
次に、図７Ａ及び図７Ｂを参照して第３実施例によるアンテナ装置について説明する。以下、第１実施例によるアンテナ装置（図１、図２）及び第２実施例によるアンテナ装置（図４、図５）と共通の構成については説明を省略する。

【0030】

図７Ａは、第３実施例によるアンテナ装置の誘電体部材２０の斜視図である。第１実施例では、誘電体部材２０（図１）がｘ軸の正の向きに傾いている。これに対し、第３実施例では、誘電体部材２０の傾斜方位２２がｘ軸の正の向きからずれている。例えば、ｘ軸の正の向きと傾斜方位２２とのなす角度が４５°である。このとき、４つの側面のいずれもｘｙ面に対して垂直にならない。２つの側面の外側を向く法線ベクトルが、ｘｙ面に平行な方向からｚ軸の正の向き（上向き）に傾き、残りの２つの側面の外側を向く法線ベクトルが、ｘｙ面に平行な方向からｚ軸の負の向き（下向き）に傾いている。

【0031】

第３実施例においても、放射素子１１の法線方向（ｚ軸方向）を高さ方向としたとき、誘電体部材２０の平断面の幾何中心を高さ方向に連ねる線が放射素子１１の法線方向に対して傾斜している。このため、第１実施例及び第２実施例と同様に、放射素子１１の正面方向から傾いた方向において、アンテナゲインが最大になる。傾斜方位２２を変化させることにより、アンテナゲインが最大となる方位を任意に調整することができる。

【0032】

図７Ｂは、第３実施例の変形例によるアンテナ装置の誘電体部材２０の斜視図である。本変形例においても、第３実施例（図７Ａ）と同様に、傾斜方位２２がｘ軸の正の向きからずれている。また、本変形例では、第３実施例の誘電体部材２０の側面のうち、外側を向く法線ベクトルが下向きに傾いている２つの側面がｘｙ面に対して垂直に変更されている。誘電体部材２０の底面は六角形状になり、誘電体部材２０は６つの側面を持つことになる。そのうち２つの側面は傾斜方位２２に対して平行であり、その形状は直角三角形になる。

【0033】

本変形例においても、放射素子１１の法線方向（ｚ軸方向）を高さ方向としたとき、誘電体部材２０の平断面の幾何中心を高さ方向に連ねる線が放射素子１１の法線方向に対して傾斜している。このため、第３実施例と同様に、放射素子１１の正面方向から傾いた方向において、アンテナゲインが最大になる。傾斜方位２２を変化させることにより、アンテナゲインが最大となる方位を任意に調整することができる。

【0034】

［第４実施例］
次に、図８から図１０Ｂまでの図面を参照して第４実施例によるアンテナ装置について説明する。以下、第１実施例から第３実施例までの各実施例によるアンテナ装置と共通の構成については説明を省略する。

【0035】

図８及び図９は、それぞれ第４実施例によるアンテナ装置の斜視図及び平面図である。第４実施例では、基板１０に９個の放射素子１１が３行３列の行列状に配置されている。行方向及び列方向が、それぞれｘ軸方向及びｙ軸方向に平行である。９個の放射素子１１の各々に対応して誘電体部材２０が配置されている。１つの放射素子１１及び１つの誘電体部材２０が１つの構成単位２５となり、複数の構成単位２５が基板１０に設けられてアレイアンテナを構成している。

【0036】

中心の放射素子１１ＢＢに対応する誘電体部材２０は円錐台形状を有する。周囲の８個の放射素子１１に対応する誘電体部材２０は、アレイアンテナの幾何中心（中央の放射素子１１の中心）から放射状に延びる仮想直線の方向に傾斜している。具体的には、中心の放射素子１１ＢＢに対してｘ軸の正の側及び負の側に位置する２つの放射素子１１ＢＣ、１１ＢＡに対応する誘電体部材２０は、それぞれｘ軸の正の向き及び負の向きに傾斜している。中心の放射素子１１に対してｙ軸の正の側及び負の側に位置する２つの放射素子１１ＡＢ、１１ＣＢに対応する誘電体部材２０は、それぞれｙ軸の正の向き及び負の向きに傾斜している。放射素子１１ＡＢ、１１ＢＡ、１１ＢＣ、１１ＣＢにそれぞれ対応する誘電体部材２０の形状は、第１実施例の誘電体部材２０（図１、図２）の形状と同一である。

【0037】

中心の放射素子１１に対してｘ軸の正方向及びｙ軸の正方向から４５°を成す方位に位置する放射素子１１ＡＣに対応する誘電体部材２０は、ｘ軸の正方向及びｙ軸の正方向から４５°を成す方位に傾斜している。３行３列の行列状に配置された９個の放射素子１１のうち、その他の角に位置する３つの放射素子１１ＡＡ、１１ＣＡ、１１ＣＣに対応する誘電体部材２０も、同様に傾斜している。放射素子１１ＡＡ、１１ＡＣ、１１ＣＡ、１１ＣＣにそれぞれ対応する誘電体部材２０の形状は、第３実施例の誘電体部材２０（図７Ａ）の形状と同一である。

【0038】

中心の放射素子１１に対応する誘電体部材２０以外のいずれの誘電体部材２０においても、誘電体部材２０の各々の平断面の幾何中心を高さ方向に連ねる線が、アレイアンテナの幾何中心から見て外側に向かって傾斜している。

【0039】

次に、第４実施例の優れた効果について説明する。第４実施例では、構成単位２５の１つずつに着目すると、アンテナゲインが最大値を示す方向が、放射素子１１の正面方向から外側に広がるように傾いている。これにより、正面方向から傾いた方向に関して、より広い範囲で高いアンテナゲインを得ることができる。

【0040】

次に、上述の優れた効果を確かめるために行ったシミュレーションについて説明する。シミュレーションにおいて、放射素子１１の各々の一辺の長さを０．８ｍｍとした。放射素子１１のｘ軸方向及びｙ軸方向の中心間距離を２．５ｍｍとした。中心の放射素子１１ＢＢに対応する誘電体部材２０の底面の直径を２ｍｍ、上面の直径を０．６ｍｍ、高さを１ｍｍとした。周囲の８個の誘電体部材２０の底面のｘ軸方向及びｙ軸方向の寸法を、それぞれ１．６ｍｍ及び１．５ｍｍとした。放射素子１１ＡＢ、１１ＢＡ、１１ＢＣ、１１ＣＢに対応する誘電体部材２０の水平変位量を１ｍｍとした。放射素子１１ＡＡ、１１ＡＣ、１１ＣＡ、１１ＣＣに対応する誘電体部材２０のｘ軸方向への水平変位量及びｙ軸方向への水平変位量を共に１ｍｍとした。

【0041】

図１０Ａ及び図１０Ｂは、それぞれｘｚ面内及びｙｚ面内に関するアンテナゲインの傾斜角依存性のシミュレーション結果を示すグラフである。図１０Ａ及び図１０Ｂの横軸は、それぞれ法線方向からｘ軸方向及びｙ軸方向への傾斜角度θｘ及びθｙを表す。図１０Ａ及び図１０Ｂの縦軸は、アンテナゲインを単位「ｄＢ」で表す。図１０Ａ及び図１０Ｂのグラフ中の太い実線は、第４実施例によるアンテナ装置のアンテナゲインを示す。比較のために、誘電体部材２０を直方体にしたアンテナ装置のアンテナゲインを破線で示し、誘電体部材２０を配置しないアンテナ装置のアンテナゲインを細い実線で示す。

【0042】

第４実施例では、誘電体部材２０を配置しないアンテナ装置と比べて、正面方向のアンテナゲインのみならず、正面から傾いた方向のアンテナゲインも高くなっている。このシミュレーションによって、第４実施例によるアンテナ装置のように誘電体部材２０を配置することによって正面、及び正面から傾いた方向においてアンテナゲインを高めることができることが確認された。

【0043】

また、ｘ軸方向への傾斜角度θｘの絶対値が約６０°より大きな範囲、及びｙ軸方向への傾斜角度θｙの絶対値が約３０°より大きな範囲において、第４実施例によるアンテナ装置のゲインが、誘電体部材２０を直方体にしたアンテナ装置のアンテナゲインより大きくなっている。このように、誘電体部材２０の側面を傾斜させることにより、法線方向からの傾斜角が大きな範囲でアンテナゲインを大きくする効果が得られる。

【0044】

次に、第４実施例の変形例について説明する。
第４実施例では９個の構成単位２５（図８）を３行３列の行列状に配置したが、構成単位２５の個数は９個以外にしてもよい。例えば、複数の構成単位２５を行列状に配置するとよい。例えば、１２個の構成単位２５を３行４列の行列状に配置してもよく、１６個の構成単位２５を４行４列の行列状に配置してもよい。なお、配置の態様は、必ずしも行列状である必要はなく、複数の構成単位２５を三角格子の格子点に対応する位置に配置してもよい。

【0045】

［第５実施例］
次に、図１１を参照して第５実施例によるアンテナ装置について説明する。以下、第２実施例によるアンテナ装置（図４、図５）と共通の構成については説明を省略する。

【0046】

図１１は、第５実施例によるアンテナ装置の斜視図である。第２実施例によるアンテナ装置の誘電体部材２０のｘｚに平行な断面は台形である。これに対し、第５実施例では、誘電体部材２０のｘｚに平行な断面が直角三角形である。直角を挟む２辺のうち一方の辺が底面の縁に対応し、他方の辺がｘｙ面に対して垂直な側面に対応する。直角三角形の斜辺が、ｘｙ面に対して傾斜した側面に対応する。

【0047】

第５実施例においても、放射素子１１の法線方向を高さ方向としたとき、誘電体部材２０の平断面の幾何中心を高さ方向に連ねる線が放射素子１１の法線方向に対して傾斜している。このため、第１実施例及び第２実施例と同様に、放射素子１１の正面方向から傾斜した方向において高いアンテナゲインを得ることができる。

【0048】

［第６実施例］
次に、図１２Ａを参照して第６実施例によるアンテナ装置について説明する。以下、第１実施例によるアンテナ装置（図１、図２）と共通の構成については説明を省略する。

【0049】

図１２Ａは、第６実施例によるアンテナ装置の断面図である。第１実施例によるアンテナ装置の誘電体部材２０（図１、図２）は大気に晒されている。これに対して第６実施例によるアンテナ装置においては、誘電体部材２０が封止樹脂３０で封止されている。封止樹脂３０の誘電率は誘電体部材２０の誘電率より低い。

【0050】

次に、第６実施例の優れた効果について説明する。誘電体部材２０の誘電率が周囲の封止樹脂３０の誘電率より高いため、放射素子１１から放射された電波は、誘電体部材２０の傾斜している方向に偏って伝搬する。このため、第１実施例の場合と同様に、放射素子１１の正面方向に対して傾いた方向のアンテナゲインを、正面方向のアンテナゲインより高めることができる。さらに、誘電体部材２０が封止樹脂３０で封止されているため、誘電体部材２０の脱落等の損傷を抑制することができる。

【0051】

次に、図１２Ｂを参照して第６実施例の変形例について説明する。
図１２Ｂは、第６実施例の変形例によるアンテナ装置の断面図である。第６実施例によるアンテナ装置の誘電体部材２０の形状は平行六面体であるが、図１２Ｂに示した変形例によるアンテナ装置の誘電体部材２０は、例えば楕円の長軸を回転軸として得られる回転楕円体を、長軸に対して斜めに二分割して得られる形状を有する。切断面が底面に相当する。

【0052】

本変形例においては、誘電体部材２０の平断面の幾何中心を高さ方向に連ねる線が、放射素子１１の法線方向に対して傾斜している。このため、第６実施例の場合と同様に、放射素子１１の正面方向に対して傾いた方向のアンテナゲインを、正面方向のアンテナゲインより高めることができる。なお、誘電体部材２０の形状は、幾何学的に厳密な回転楕円体の一部である必要はなく、底面以外の表面を任意の曲面としてもよい。

【0053】

［第７実施例］
次に、図１３Ａを参照して第７実施例によるアンテナ装置について説明する。以下、第１実施例によるアンテナ装置（図１、図２）と共通の構成については説明を省略する。

【0054】

図１３Ａは、第７実施例によるアンテナ装置の断面図である。第７実施例によるアンテナ装置においては、第１実施例によるアンテナ装置（図１、図２）の誘電体部材２０と同一形状の誘電体部材２０の内部に無給電素子２１が配置されている。無給電素子２１は、放射素子１１と平行に配置された導体板で構成される。無給電素子２１は、平面視において放射素子１１から誘電体部材２０の傾斜方位に向かってずれた位置に配置されている。無給電素子２１は放射素子１１と結合し、複共振を生じさせる。

【0055】

次に、第７実施例の優れた効果について説明する。第７実施例では、放射素子１１と無給電素子２１とで複共振が生じることにより、アンテナ装置の動作帯域幅が広がるという優れた効果が得られる。さらに、無給電素子２１が放射素子１１に対して誘電体部材２０の傾斜方位に向かってずれた位置に配置されているため、放射素子１１の正面方向に対して傾いた方向のアンテナゲインを、正面方向のアンテナゲインより高めるという効果がより大きくなる。

【0056】

次に、図１３Ｂ乃至図１４Ｂを参照して第７実施例の変形例について説明する。
図１３Ｂは、第７実施例の変形例によるアンテナ装置の断面図である。本変形例では、誘電体部材２０として、第６実施例の変形例（図１２Ｂ）によるアンテナ装置の誘電体部材２０と同一の形状のものが用いられる。本変形例のように、底面と任意の曲面で構成された誘電体部材２０内に無給電素子２１を配置してもよい。

【0057】

図１４Ａは、第７実施例の他の変形例によるアンテナ装置の断面図である。本変形例では、図１３Ａに示した第７実施例によるアンテナ装置の誘電体部材２０が封止樹脂３０で封止されている。図１４Ｂは、第７実施例のさらに他の変形例によるアンテナ装置の断面図である。本変形例では、図１３Ｂに示した第７実施例の変形例によるアンテナ装置の誘電体部材２０が封止樹脂３０で封止されている。封止樹脂３０の誘電率は、第６実施例（図１２Ａ）の場合と同様に、誘電体部材２０の誘電率より低い。図１４Ａ及び図１４Ｂに示した変形例のように、無給電素子２１を内部に含む誘電体部材２０を封止樹脂３０で封止してもよい。

【0058】

［第８実施例］
次に、図１５Ａを参照して第８実施例による通信装置について説明する。以下、第１実施例によるアンテナ装置（図１、図２）と共通の構成については説明を省略する。

【0059】

図１５Ａは、第８実施例による通信装置の部分断面図である。第１実施例によるアンテナ装置においては、誘電体部材２０が接着剤等によって放射素子１１及び基板１０に固定されている。第８実施例では、誘電体部材２０が放射素子１１及び基板１０に固定されておらず、アンテナ装置を収容する筐体３５の一部分が誘電体部材２０と同様の機能を持つ。筐体３５に収容されたアンテナ装置は、第１実施例によるアンテナ装置（図１、図２）から誘電体部材２０を取り除いた部分の構成と同一である。

【0060】

筐体３５は、相対的に誘電率の高い高誘電率部分３５Ａと、相対的に誘電率の低い低誘電率部分３５Ｂとを含んでいる。高誘電率部分３５Ａと低誘電率部分３５Ｂとは、放射素子１１の上面の面内方向に仕切られており、高誘電率部分３５Ａは、平面視において放射素子１１と重なる位置に配置されている。放射素子１１が高誘電率部分３５Ａから間隙を隔てて配置されるように、アンテナ装置が筐体３５内に位置決めされて固定されている。なお、高誘電率部分３５Ａが放射素子１１に接触するように、アンテナ装置を筐体３５内に位置決めしてもよい。

【0061】

高誘電率部分３５Ａは、２つの低誘電率部分３５Ｂの間に配置されている。高誘電率部分３５Ａと低誘電率部分３５Ｂとを仕切っている２つの境界面３６、３７は相互に平行であり、放射素子１１の上面に対して傾斜している。一方の境界面３６は、平面視において放射素子１１の縁と重なっている。この境界面３６は、放射素子１１から法線方向に遠ざかるに従って、平面視において放射素子１１の外側から内側に入り込むように傾斜している。高誘電率部分３５Ａは、この境界面３６よりも放射素子１１側に位置する。他方の境界面３７は、平面視において放射素子１１の外側に配置されている。

【0062】

次に、第８実施例の優れた効果について説明する。
第８実施例では、筐体３５の一部分である高誘電率部分３５Ａが、第１実施例によるアンテナ装置の誘電体部材２０と同様の機能を持つ。このため、第８実施例においても第１実施例の場合と同様に、放射素子１１の正面方向に対して傾いた方向のアンテナゲインを、正面方向のアンテナゲインより高めることができる。

【0063】

また、第８実施例では、一般的な指向特性を持つアンテナ装置を利用し、このアンテナ装置を収容する筐体３５の高誘電率部分３５Ａの大きさ及び形状、及び高誘電率部分３５Ａと放射素子１１との位置関係を調整することによって、通信装置として所望の指向特性を実現することが可能になる。

【0064】

次に、図１５Ｂ及び図１５Ｃを参照して、第８実施例の変形例について説明する。
図１５Ｂは、第８実施例の変形例による通信装置の部分断面図である。第８実施例では、高誘電率部分３５Ａが２つの低誘電率部分３５Ｂの間に配置されている。これに対して本変形例では、高誘電率部分３５Ａと低誘電率部分３５Ｂとが１つの境界面３６によって仕切られている。第８実施例による通信装置の境界面３７（図１５Ａ）に相当する境界面は存在しない。境界面３６と放射素子１１との位置関係は、第８実施例によるアンテナ装置（図１５Ａ）の境界面３６と放射素子１１との位置関係と同一である。境界面３６は、第２実施例によるアンテナ装置の誘電体部材２０（図４、図５）の傾斜した側面と同様の機能を持つ。

【0065】

図１５Ｃは、第８実施例の他の変形例による通信装置の部分断面図である。本変形例では、筐体３５に、放射素子１１の上面に対して傾斜し、相互に平行に配置された２つのスリット３８、３９が設けられている。２つのスリット３８、３９は、筐体３５の内側の表面から外側の表面まで達している。スリット３８、３９内には大気が満たされている。

【0066】

本変形例では、一方のスリット３８の２つの側面のうち基板１０から遠ざかる斜め方向を向く側面４１が、第８実施例によるアンテナ装置の境界面３６（図１５Ａ）として機能する。他方のスリット３９の側面のうち基板１０側を向く側面４２が、第８実施例によるアンテナ装置の境界面３７（図１５Ａ）として機能する。すなわち、スリット３８とスリット３９とに挟まれた部分が、第８実施例によるアンテナ装置の高誘電率部分３５Ａとして機能し、スリット３８、３９内の大気が、第８実施例によるアンテナ装置の低誘電率部分３５Ｂとして機能する。本変形例では、誘電率の異なる２つの材料を含む複合材料を用いることなく、筐体３５を単一素材で形成することが可能である。

【0067】

［第９実施例］
次に、図１６を参照して第９実施例による通信装置について説明する。

【0068】

図１６は、第９実施例による通信装置の部分斜視図である。第９実施例による通信装置は、筐体３５、及び筐体３５に収容されたアンテナ装置４０を含む。なお、図１６では、筐体３５の一部分のみを示している。アンテナ装置４０として、第４実施例によるアンテナ装置（図８、図９）が用いられる。

【0069】

筐体３５の一部がアンテナ装置４０の基板１０の上面に間隔を隔てて対向している。筐体３５のうち基板１０の上面に対向する部分（以下、アンテナ対向部分という。）は金属等の導電性材料で形成されている。筐体３５のアンテナ対向部分に複数の開口４５が設けられている。複数の開口４５は放射素子１１及び誘電体部材２０からなる構成単位２５に対応して配置されている。開口４５の各々は、平面視において放射素子１１が配置された領域から、誘電体部材２０の傾斜方位に向かって延びた楕円またはレーストラック型の形状を有する。中央の構成単位２５に対応する開口４５は円形である。

【0070】

次に、第９実施例の優れた効果について説明する。
第９実施例では、放射素子１１から放射された電波が、金属等の筐体３５で遮蔽されることなく、開口４５を通って筐体３５の外側の空間に放射される。開口４５の各々は、平面視において放射素子１１が配置された領域から、誘電体部材２０の傾斜方位に向かって延びた長い形状を有するため、放射素子１１の法線方向から傾いた方向に放射される電波を筐体３５の外に効率的に放射させることができる。開口４５は、対応する放射素子１１の３ｄＢビーム幅の範囲を包含する大きさ及び形状とすることが好ましい。

【0071】

次に、第９実施例の変形例について説明する。
第９実施例では、開口４５の形状を楕円またはレーストラック型にしているが、他の形状としてもよい。第９実施例では、開口４５を開放させた状態にしているが、開口４５を誘電体部材で塞いでもよい。

【0072】

上述の各実施例は例示であり、異なる実施例で示した構成の部分的な置換または組み合わせが可能であることは言うまでもない。複数の実施例の同様の構成による同様の作用効果については実施例ごとには逐次言及しない。さらに、本発明は上述の実施例に制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。

【符号の説明】

【0073】

１０ 基板
１１ 放射素子
１２ 給電線
１３ ビア導体
１５ グランド導体
１７ 接着剤層
２０ 誘電体部材
２１ 無給電素子
２２ 傾斜方位
２５ 構成単位
３０ 封止樹脂
３５ 筐体
３５Ａ 高誘電率部分
３５Ｂ 低誘電率部分
３６、３７ 境界面
３８、３９ スリット
４０ アンテナ装置
４１、４２ スリットの側面
４５ 開口

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】