特開 2023-164103 アレイアンテナ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023164103

(43)【公開日】2023-11-10

(54)【発明の名称】アレイアンテナ

(51)【国際特許分類】

   H01Q 21/08 20060101AFI20231102BHJP

   H01Q 21/24 20060101ALI20231102BHJP

   H01Q 11/10 20060101ALI20231102BHJP

   H01Q 23/00 20060101ALI20231102BHJP

【ＦＩ】

H01Q21/08

H01Q21/24

H01Q11/10 100

H01Q23/00

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022075438

(22)【出願日】2022-04-28

(71)【出願人】

【識別番号】000004547

【氏名又は名称】日本特殊陶業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100110881

【弁理士】

【氏名又は名称】首藤 宏平

(72)【発明者】

【氏名】山下 大輔

(72)【発明者】

【氏名】岩田 宗之

(72)【発明者】

【氏名】杉本 康宏

【テーマコード（参考）】

5J021

【Ｆターム（参考）】

5J021AA05

5J021AA07

5J021AA13

5J021AB02

5J021AB03

5J021BA01

5J021BA03

5J021CA06

5J021FA13

5J021JA05

5J021JA08

(57)【要約】

【課題】誘電体基板に複数のアンテナ素子を高い密度で配置する場合であっても良好なアンテナ特性を確保し得るアレイアンテナを実現する。
【解決手段】誘電体基板１０を用いたアレイアンテナ１は、誘電体基板１０のＹ方向に沿って配列される複数のアンテナ素子２０、３０と、誘電体基板１０を部分的に切り欠いて形成された１又は複数のスリット部４０とを備えて構成され、それぞれのスリット部４０はＹ方向に隣接するアンテナ素子２０、３０の間を隔てる空気層を構成している。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

誘電体層と導体層を積層してなる誘電体基板を用いたアレイアンテナであって、
前記誘電体基板に形成され、前記誘電体基板の厚さ方向に直交する第１の方向に沿って配列される複数のアンテナ素子と、
前記誘電体基板を部分的に切り欠いて形成され、前記第１の方向に隣接する少なくとも１対の前記アンテナ素子の間を隔てる空気層を構成する１又は複数のスリット部と、
を備えることを特徴とするアレイアンテナ。

【請求項2】

前記複数のアンテナ素子は、前記誘電体基板の内部に埋設されていることを特徴とする請求項１に記載のアレイアンテナ。

【請求項3】

前記複数のアンテナ素子は、前記導体層に形成された複数の導体パターンと前記誘電体層を貫く複数のビア導体とを用いて構成された複数の対数周期アンテナであることを特徴とする請求項１又は２に記載のアレイアンテナ。

【請求項4】

前記厚さ方向から見た平面視で前記複数の対数周期アンテナが配置される領域と重ならない領域に配置された１層又は複数層のグランド導体が設けられることを特徴とする請求項３に記載のアレイアンテナ。

【請求項5】

前記複数のアンテナ素子は、１又は複数の水平偏波用アンテナ素子と１又は複数の垂直偏波用アンテナ素子と含むことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のアレイアンテナ。

【請求項6】

前記水平偏波用アンテナ素子の個数と前記垂直偏波用アンテナ素子の個数は同一であることを特徴とする請求項５に記載のアレイアンテナ。

【請求項7】

前記水平偏波用アンテナ素子と前記垂直偏波用アンテナ素子とは前記第１の方向の中央位置に対して対称的な配置で並ぶことを特徴とする請求項６に記載のアレイアンテナ。

【請求項8】

前記誘電体基板には、前記厚さ方向から見た平面視で前記中央位置の近傍領域において電子部品を収容可能な開口部が形成されていることを特徴とする請求項７に記載のアレイアンテナ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、誘電体層と導体層を積層した誘電体基板を用いたアレイアンテナに関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来から、複数のアンテナ素子を平面領域に並べて配置したアレイアンテナが知られている。このようなアレイアンテナは、アンテナ素子数を適宜に増加させることができ、アンテナ利得の向上に適している。近年、小型軽量化のために、誘電体基板に複数のアンテナ素子を形成した構造のアレイアンテナが提案されている。例えば、特許文献１には、特定の偏波を放射する複数のアンテナ素子を誘電体基板に形成し、基板の側面方向に電波を放射するアレイアンテナが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】ＷＯ２０１９／０２６９１３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記従来のアレイアンテナにおいて、誘電体基板の所定方向に沿って並ぶ複数のアンテナ素子を形成する際、波長の１／２程度の間隔で隣接させる配置が一般的である。また、アンテナ素子同士の干渉に起因するアンテナ特性の劣化を抑制すべく、誘電体基板において隣接するアンテナ素子の間にグランド導体を形成する構成が採用される。しかし、近年においては２つの異なる偏波である水平偏波と垂直偏波の両方を放射し得るアレイアンテナが要請されており、この場合の誘電体基板には両方の偏波に対応する複数のアンテナ素子を高い密度（例えば、一方の偏波のみに比べて２倍程度の密度）で配置する必要があり、隣接するアンテナ素子の間隔を縮小せざるを得ない。その結果、隣接するアンテナ素子の間にはグランド導体を配置する十分なスペースを確保することは困難となるし、仮にグランド導体を配置したとしてもアンテナ素子とグランド導体との距離の接近によりアンテナ特性の劣化は避けられない。このように、誘電体基板を用いた上記従来のアレイアンテナは、異なる偏波に対応する際などアンテナ素子の高密度配置と良好なアンテナ特性とを両立することが困難である。

【0005】

本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、誘電体基板において複数のアンテナ素子を高い密度で配置する場合であっても良好なアンテナ特性を確保し得るアレイアンテナを実現するものである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記課題を解決するために、本発明のアレイアンテナは、誘電体層と導体層を積層してなる誘電体基板を用いたアレイアンテナであって、前記誘電体基板に形成され、前記誘電体基板の厚さ方向に直交する第１の方向に沿って配列される複数のアンテナ素子と、前記誘電体基板を部分的に切り欠いて形成され、前記第１の方向に隣接する少なくとも１対の前記アンテナ素子の間を隔てる空気層を構成する１又は複数のスリット部とを備えて構成される。

【0007】

本発明のアレイアンテナによれば、誘電体基板に複数のアンテナ素子を形成し、第１の方向に隣接するアンテナ素子の間を切り欠いてスリット部を形成したので、誘電体基板に複数のアンテナ素子を高い密度で配置する場合であっても、スリット部の空気層と誘電体基板の誘電率差によりアンテナ素子の並び方向への電波の広がりを抑制し、グランド導体を配置することなくアレイアンテナのアンテナ利得の向上を実現することができる。

【0008】

本発明のアレイアンテナに関しては、多様なアンテナ構造を採用することができる。例えば、複数のアンテナ素子を誘電体基板の内部に埋設することができる。これにより、周囲の誘電体層の波長短縮効果により複数のアンテナ素子の配置面積を縮小することができる。また例えば、複数のアンテナ素子として、導体層に形成された複数の導体パターンと誘電体層を貫く複数のビア導体とを用いて構成された複数の対数周期アンテナを用いることができる。これにより、平面方向の導体パターンと厚さ方向のビア導体を利用することで多様な立体的形状を有する対数周期アンテナを実現可能となる。

【0009】

本発明のアレイアンテナにおいて、前記厚さ方向から見た平面視で前記複数の対数周期アンテナが配置される領域と重ならない領域に配置された１層又は複数層のグランド導体を設けることができる。これにより、複数のアンテナ素子が多層構造を有する場合であっても、積層方向に連結したグランド導体を介して配置することができ、アンテナ特性の向上が可能となる。

【0010】

本発明のアレイアンテナの複数のアンテナ素子には、１又は複数の水平偏波用アンテナ素子と１又は複数の垂直偏波用アンテナ素子を含めることができる。これにより、２種の異なる偏波として典型的な水平偏波及び垂直偏波を高い密度で配置して両者を共用し得るアレイアンテナを実現することができる。この場合、水平偏波用アンテナ素子の個数と垂直偏波用アンテナ素子の個数を同一にすることや、水平偏波用アンテナ素子と垂直偏波用アンテナ素子とを第１の方向の中央位置に対して対称的な配置で並べることが可能である。

【0011】

本発明のアレイアンテナにおいて、厚さ方向から見た平面視で中央位置の近傍領域において電子部品を収容可能な開口部を形成することができる。開口部に載置される電子部品としては、例えば、ＩＣチップを挙げることができる。特に、水平偏波用アンテナ素子及び垂直偏波用アンテナ素子を中央位置に対して対称的な配置で並べる場合には、中央位置の直下に形成した開口部の電子部品によるアンテナ性能への影響を軽減することができる。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、誘電体基板に形成した複数のアンテナ素子の間に空気層となるスリット部を設けたので、高い密度で複数のアンテナ素子を配置する場合でも、アンテナ特性の劣化の要因となるグランド導体を配置することなく、空気層の介在によりアンテナ素子の並び方向への電波の広がりを抑制して良好なアンテナ利得を実現可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本実施形態のアレイアンテナ１の全体をＺ方向の上方から見た平面図である

【図2】図１のアレイアンテナ１をＸ方向に沿った矢印Ａ方向から見た概略の断面図であり

【図3】図１のアレイアンテナ１をＹ方向に沿った矢印Ｂ方向から見た概略の断面図である

【図4】図１の水平偏波用対数周期アンテナ２０ａの構造を拡大して示す図である。

【図5】水平偏波用対数周期アンテナ２０ａの断面構造を示す図である。

【図6】図１の垂直平偏波用対数周期アンテナ３０ａの構造を拡大して示す図である。

【図7】垂直偏波用対数周期アンテナ３０ａの断面構造を示す図である。

【図8】本実施形態のアレイアンテナ１に関し、実施例と比較例とを対比したときのピーク利得の特性を示す図である。

【図9】図１の６個のスリット部４０を設けない構造を有するアレイアンテナ１を比較例として示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しながら説明する。本実施形態では、本発明を具体化したアレイアンテナについて説明を行う。ただし、以下に述べる実施形態は本発明を適用した形態の一例であって、本発明が本実施形態の内容により限定されることはない。

【0015】

本発明のアレイアンテナを適用した実施形態について、図１～図７を用いて具体的に説明する。図１～図７では、説明の便宜のため、互いに直交するＸ方向、Ｙ方向（本発明の第１の方向）、Ｚ方向をそれぞれ矢印にて示している。図１は、本実施形態のアレイアンテナ１の全体をＺ方向の上方から見た平面図である。また、図２は、図１のアレイアンテナ１をＸ方向に沿った矢印Ａ方向から見た概略の断面図であり、図３は、図１のアレイアンテナ１をＹ方向に沿った矢印Ｂ方向から見た概略の断面図である。また、アレイアンテナ１に構成される複数のアンテナ素子２０、３０のうち、図４は、水平偏波用対数周期アンテナ２０ａの構造を拡大して示す図であり、図５は、図４の水平偏波用対数周期アンテナ２０ａの断面構造を示す図である。同様に、図６は、垂直偏波用対数周期アンテナ３０ａの構造を拡大して示す図であり、図７は、図６の垂直偏波用対数周期アンテナ３０ａの断面構造を示す図である。

【0016】

本実施形態のアレイアンテナ１は、所定の誘電率を有する誘電体材料からなる誘電体基板１０により構成される。誘電体基板１０は、誘電体層と導体層とを交互に積層した多層構造を有し、Ｘ方向に沿う短辺と、Ｙ方向に沿う長辺と、Ｚ方向に沿う所定の厚さを有する直方体の板状部材である。図１は、Ｚ方向の上方から見た平面視でアレイアンテナ１の全体が透過して示されている。誘電体基板１０には、多層のグランド導体１１や高周波回路などを含むＲＦ領域Ａ１と、複数のアンテナ素子２０、３０を含むアンテナ領域Ａ２とがそれぞれ配置される。すなわち、ＲＦ領域Ａ１とアンテナ領域Ａ２とはＸ方向の境界位置ＸＢで領域区分され、互いにＸ方向に対向している。

【0017】

アンテナ領域Ａ２には、８個のアンテナ素子２０、３０が誘電体基板１０の内部に埋設された状態で、Ｙ方向に並んで配置されている。これら８個のアンテナ素子２０、３０には、４個の水平偏波用対数周期アンテナ２０（２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ）と、４個の垂直偏波用対数周期アンテナ３０（３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄ）との２種類が含まれる。ここで、対数周期アンテナは、長さの異なる放射素子対を規則的に配置することで広い周波数帯域と鋭い放射指向性を確保できるアンテナである。そして、４個の水平偏波用対数周期アンテナ２０はそれぞれ水平偏波を放射し、４個の垂直偏波用対数周期アンテナ３０はそれぞれ垂直偏波を放射する。本実施形態では水平偏波用対数周期アンテナ２０の個数及び垂直偏波用対数周期アンテナ３０の個数がそれぞれ４個の場合を示すが、いずれも誘電体基板１０のサイズに応じた任意の個数に設定可能である。ただし、アレイアンテナ１のアンテナ特性の観点から、両者の個数を同一に設定することが望ましい。

【0018】

図１に示すように、８個のアンテナ素子２０、３０の並び方は、Ｙ方向の中央位置ＹＣに対して対称的な配置となっている。すなわち、中央位置ＹＣの近傍では、２個の水平偏波用対数周期アンテナ２０ｂ、２０ｃが隣接し、そこから両側に向かって、垂直偏波用対数周期アンテナ３０ｂ、３０ｃ、水平偏波用対数周期アンテナ２０ａ、２０ｄ、垂直偏波用対数周期アンテナ３０ａ、３０ｄの並び順になっている。また、本実施形態では、８個のアンテナ素子２０、３０がＹ方向に不等間隔で並んでいる。複数のアンテナを並べて配置する場合、使用波長に応じた等間隔に設定することが一般的であるが、本実施形態ではアンテナ間隔をある程度ずらした配置であってもアンテナ性能を確保することができる。なお、８個のアンテナ素子２０、３０が誘電体基板１０の内部に埋設されている場合、波長短縮効果により互いの間隔をある程度短くすることができる。ただし、必要に応じて８個のアンテナ素子２０、３０を誘電体基板１０の表面に露出させることも可能である。

【0019】

また、誘電体基板１０には、８個のアンテナ素子２０、３０が互いに隣接する領域を部分的に切り欠いた６個のスリット部４０（４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄ、４０ｅ、４０ｆ）が形成されている。具体的には、図１の左側の領域の３個のスリット部４０ａ、４０ｂ、４０ｃと、図１の右側の領域の３個のスリット部４０ｄ、４０ｅ、４０ｆとが、前述のアンテナ素子３０と同様、中央位置ＹＣに対して対称的に配置されている。６個のスリット部４０は互いに同一形状であって、いずれも誘電体基板１０のうち平面視でＸ方向の長辺とＹ方向の短辺からなる長方形状の領域をＺ方向に沿って切り欠いた構造を有する。よって、それぞれのスリット部４０は外部に連通するので隣接するアンテナ素子２０、３０の間の空気層として機能するが、スリット部４０の役割について詳しくは後述する。なお、本実施形態では誘電体基板１０に６個のスリット部４０が形成される構造を例示するが、スリット部４０の個数は必要に応じて適宜に増減することができる。

【0020】

以下、図２及び図３を参照して、図１のアレイアンテナ１の断面構造について説明する。図２は、図１のアレイアンテナ１をＸ方向に沿った矢印Ａ方向から見た断面図であり、図３は、図１のアレイアンテナ１をＹ方向に沿った矢印Ｂ方向から見た断面図である。なお、図２及び図３においては、主にＲＦ領域Ａ１の構造を明確にするために、８個のアンテナ素子２０、３０については図示を省略している。図２及び図３に示すように、アレイアンテナ１の誘電体基板１０には、Ｚ方向に対向する下部の表面１０ａ及び上部の表面１０ｂを含めた複数の導体層Ｌが形成され、それぞれの導体層Ｌには多様な導体パターンが形成されている。また、誘電体基板１０には、それぞれの誘電体層を厚さ方向であるＺ方向に貫いて延伸する複数のビア導体Ｖが形成されている。複数の導体層Ｌには、前述の多層のグランド導体１１（図１）が形成され、Ｚ方向に対向するグランド導体１１同士が複数のビア導体Ｖを介して電気的に接続されている。

【0021】

また、図２及び図３に示すように、誘電体基板１０の表面１０ａの側の中央領域には開口部１０ｃが形成され、その開口部１０ｃにＩＣチップ５０が載置されている。ＩＣチップ５０は複数の端子５０ａを備えており、それぞれの端子５０ａが開口部１０ｃに面した所定の導体層Ｌの複数のパッド（不図示）に接続されている。このＩＣチップ５０は、所定の８個の端子５０ａから、複数の導体層Ｌに形成された給電経路（不図示）を経由して８個のアンテナ素子２０、３０のそれぞれに対して給電する役割を有する。また、ＩＣチップ５０の近傍のＲＦ領域Ａ１には、ＩＣチップ５０の動作に必要なＲＦ回路が構成されている。また、図３に示すように、アンテナ領域Ａ２におけるＩＣチップ５０の上部には、反射板１２が配置されている。この反射板１２はグランド導体１１に接続され、ＩＣチップ５０と８個のアンテナ素子２０、３０との間での干渉を防止するシールド板として機能する。図１に示すように、反射板１２は１対の水平偏波用対数周期アンテナ２０ｂ、２０ｃの直下に配置されている。仮に反射板１２が前述のスリット部４０の直下にあると、反射板１２が切り欠かかれることになるので、これを避けるべく１対の水平偏波用対数周期アンテナ２０ｂ、２０ｃの間の直下に前述のスリット部４０が位置しない配置としたものである。

【0022】

次に、図４及び図５を用いて、アレイアンテナ１のうち水平偏波用対数周期アンテナ２０ａの構造について説明する。なお、他の水平偏波用対数周期アンテナ２０ｂ、２０ｃ、２０ｄについても若干の構造上の違いがあるが、基本的な機能は共通である。図４に示すように、水平偏波用対数周期アンテナ２０ａは、信号側接続導体６０ａ、６０ｂ及びグランド側接続導体７０ａ、７０ｂと、信号側及びグランド側のビア導体Ｖａ、Ｖｂと、信号側の３個の水平放射素子６１、６２、６３と、グランド側の３個の水平放射素子７１、７２、７３とを備えて構成される。図４においては境界位置ＸＢ（図１参照）を示し、アンテナ領域Ａ２における水平偏波用対数周期アンテナ２０ａの構造のみを示している。

【0023】

以上の構成において、１対の信号側接続導体６０ａ及びグランド側接続導体７０ａは同一の導体層Ｌａ（図５）に形成され、それぞれの端部Ｅａ、ＥｂからＸ方向に延伸する。信号側接続導体６０ｂは直下の導体層Ｌｂ（図５）に形成され、ビア導体Ｖａを介して信号側接続導体６０ａと接続され、信号側接続導体６０ａとはＸ方向を逆向きに延伸する。グランド側接続導体７０ｂは直上の導体層Ｌｃ（図５）に形成され、ビア導体Ｖｂを介してグランド側接続導体７０ａと接続され、グランド側接続導体７０ａとはＸ方向を逆向きに延伸する。従って、図５に示すように、連続する３層の導体層Ｌａ、Ｌｂ、Ｌｃのうち、中央の導体層Ｌａに配置された１対の信号側接続導体６０ａ及びグランド側接続導体７０ａを挟んで、下部の信号側接続導体６０ｂと上部のグランド側接続導体７０ｂとが配置される構造となっている。なお、信号側接続導体６０ａの端部Ｅａは、ＩＣチップ５０の所定の端子５０ａに至る給電経路１３（図５）に接続され、グランド側接続導体７０ｂの端部Ｅｂは、所定のグランド導体１１と連結されている。

【0024】

信号側接続導体６０ｂ及びグランド側接続導体７０ｂには、信号側及びグランド側の全部で３対をなす１対の水平放射素子６１、７１と、１対の水平放射素子６２、７２と、１対の水平放射素子６３、７３とが接続され、それぞれの基端から先端までＹ方向の両側に延伸している。これら３対の水平放射素子は、境界位置ＸＢに近付くにつれてＹ方向の長さが長くなり、かつ並び方向に沿ってＹ方向への延伸方向は互い違いとなっている。さらに、信号側とグランド側の各対のＹ方向の位置は共通であるが、図５で説明したように、Ｚ方向の位置は信号側とグランド側で異なっている。

【0025】

次に、図６及び図７を用いて、アレイアンテナ１のうち垂直偏波用対数周期アンテナ３０ａの構造について説明する。なお、他の垂直偏波用対数周期アンテナ３０ｂ～３０ｄについても若干の構造上の違いがあるが、基本的な機能は共通である。図６に示すように、垂直偏波用対数周期アンテナ３０ａは、信号側接続導体８０ａ、８０ｂ及びグランド側接続導体９０ａ、９０ｂと、信号側の４個の垂直放射素子８１、８２、８３、８４と、グランド側の４個の水平放射素子９１、９２、９３、９４とを備えて構成される。図６においても、境界位置ＸＢから一方側のアンテナ領域Ａ２における垂直偏波用対数周期アンテナ３０ａの構造のみを示している。

【0026】

以上の構成において、１対の信号側接続導体８０ａ及びグランド側接続導体９０ａは、それぞれの端部Ｅｄ、ＥｅからＸ方向に延伸し、逆側の端部で折り返して１対の信号側接続導体８０ｂ及びグランド側接続導体９０ｂがＸ方向を逆向きに延伸する。この場合、信号側接続導体８０ａ、８０ｂは導体層Ｌｄ（図７）に形成され、グランド側接続導体９０ａ、９０ｂは導体層Ｌｄから僅かに直下の導体層Ｌｅ（図７）に形成される。なお、１対の信号側接続導体８０ａ及びグランド側接続導体９０ａはＺ方向に対向配置されるが、１対の信号側接続導体８０ｂ及びグランド側接続導体９０ｂは互いにＹ方向にも間隔を置いてＺ方向に対向配置される。また、信号側接続導体８０ａの端部Ｅｄは、ＩＣチップ５０の所定の端子５０ａに至る給電経路１３（図７）に接続され、グランド側接続導体９０ｂの端部Ｅｅは、所定のグランド導体１１と連結されている。

【0027】

折り返し側の信号側接続導体８０ｂ及びグランド側接続導体９０ｂには、信号側及びグランド側の全部で４対をなす１対の垂直放射素子８１、９１と、１対の垂直放射素子８２、９２と、１対の垂直放射素子８３、９３と、１対の垂直放射素子８４、９４とが接続され、それぞれの基端から先端までＺ方向の上下に延伸している。これら４対の垂直放射素子は、境界位置ＸＢに近付くにつれてＺ方向の長さが長くなり、かつ並び方向に沿ってＺ方向への延伸方向は互い違いとなっている。さらに、信号側とグランド側の各対のＸ方向の位置は共通であるが、前述したように、Ｙ方向の位置は信号側とグランド側で異なっている。

【0028】

図１において、両端近傍の２個の水平偏波用対数周期アンテナ２０ａ、２０ｄの構造は図４に示す通りであるが、他の中央近傍の２個の水平偏波用対数周期アンテナ２０ｂ、２０ｃについては構造に相違がある。すなわち、２個の水平偏波用対数周期アンテナ２０ｂ、２０ｃが図４と異なる点は、水平放射素子の個数が全部で８個（４対）であり、かつ４対の水平放射素子がＹ方向から傾斜した方向に延伸していることである。また、両端近傍の２個の垂直偏波用対数周期アンテナ３０ａ、３０ｄの構造は図６に示す通りであるが、中央近傍の２個の垂直偏波用対数周期アンテナ３０ｂ、３０ｃについては構造に相違がある。すなわち、２個の垂直偏波用対数周期アンテナ３０ｂ、３０ｃが図６と異なる点は、８個（４対）垂直放射素子の並び方向が境界位置ＸＢに近付くほど互いに中央から離れる方向に傾斜していることである。ただし、水平偏波用対数周期２０及び垂直偏波用対数周期３０のそれぞれの放射素子の個数や傾斜方向については基本的な機能に与える影響は小さく、アンテナ特性の調整に応じて適宜に選択可能な設計事項である。

【0029】

上記のように、長さの異なる複数の水平放射素子を具備する水平偏波用対数周期アンテナ２０と、長さの異なる複数の垂直放射素子を具備する垂直偏波用対数周期アンテナ３０とは、主にＸ方向に沿って広い周波数帯域の水平偏波及び垂直偏波の電波を放射することができる。ただし、複数のグランド導体１１の存在により、水平偏波用対数周期アンテナ２０及び垂直偏波用対数周期アンテナ３０の放射指向性は、Ｘ方向に沿って主にアンテナ領域Ａ２の側の側面を向く方向で強くなり、ＲＦ領域Ａ１の側を向く方向では相対的に弱くなる。また、アレイアンテナ１の全体の放射指向性は、４個の水平偏波用対数周期アンテナ２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄを合成した指向性と、４個の垂直偏波用対数周期アンテナ３０ａ、３０ｂ、３０ｃを合成した指向性とにより定まる。

【0030】

一般には、水平偏波と垂直偏波を共用可能なアレイアンテナ１において、水平偏波用対数周期アンテナの個数と垂直偏波用対数周期アンテナの個数を同一とし、かつ交互に並べる配置が採用される。しかし、本実施形態の場合、中央位置ＹＣの近傍直下に開口部１０ｃ内のＩＣチップ５０やその上部の反射板１２（図１）が存在するので、Ｚ方向の両側に延伸する垂直偏波用対数周期アンテナ３０（図７）を配置することは困難である。従って、Ｚ方向の厚さを十分小さくすることが可能な２個の水平偏波用対数周期アンテナ２０ｂ、２０ｃを中央位置の近傍ＹＣに配置することで、ＩＣチップ５０及び反射板１２の配置の妨げになることを回避できる。ただし、水平偏波用対数周期アンテナ２０と垂直偏波用対数周期アンテナ３０は、中央位置ＹＣに対して図１の左側と右側で対称的な配置かつ両者は同数であるため、比較的良好なアンテナ性能を確保することができる。

【0031】

以下、本実施形態のアレイアンテナ１の構造上の特徴に基づくアンテナ特性に関し、図８及び図９を参照しつつ説明する。ここでは、図１の構造を有するアレイアンテナ１の実施例との対比を行うために、図９に示すように、図１の６個のスリット部４０を設けない構造を有するアレイアンテナ１を比較例とし、両者に同様のシミュレーションを行った。図８では、周波数が３６．５～３９．５ＧＨｚの範囲内で、上記実施例と上記比較例との両方のシミュレーションの検証結果として、４個の水平偏波用対数周期アンテナ２０についての合成したピーク利得を図８（Ａ）に示すとともに、４個の垂直偏波用対数周期アンテナ３０についての合成したピーク利得を図８（Ｂ）に示している。

【0032】

図８に示すように、水平偏波の場合と垂直偏波の場合のいずれに関しても、実施例の特性（実線）の方が比較例の特性（破線）に比べて概ねピーク利得がある程度増加する傾向にある。すなわち、図１に示す６個のスリット部４０を設けることにより、アレイアンテナ１の放射方向に沿った電界強度が強くなり、アンテナ利得を上昇させる効果が確認された。この結果は、比較例の構造を採用する場合、隣接するアンテナ素子２０、３０の間には全体的に誘電体基板１０が存在し、誘電率が同一の誘電体材料の領域内に複数のアンテナ素子２０、３０が並ぶことになり、アレイアンテナ１の放射方向の垂直方向への電波の広がりが避けられないためである。これに対し、実施例の構造を採用する場合、６個のスリット部４０の位置では誘電体材料より十分に誘電率が小さい空気層が存在するため、アレイアンテナ１の放射方向の垂直方向に沿って誘電率差が大きい領域が壁状に介在し、その方向に電波が広がることが抑制される結果、Ｘ方向に沿った放射方向でアンテナ利得が向上するものである。

【0033】

一方、図９の比較例において、図１の６個のスリット部４０に代え、隣接するアンテナ素子２０、３０の間にグランド導体を形成することで、アレイアンテナ１の放射方向の垂直方向への広がりを抑制する手段も想定される。しかし、水平偏波と垂直偏波を共用するには同一偏波に比べて２倍程度の高密度でアンテナ素子２０、３０を並べて配置する必要があるため、上述のようなグランド導体を形成する構造を採用する場合、それぞれのアンテナ素子２０、３０とそれらの間のグランド導体との距離が接近し過ぎる結果、アレイアンテナ１のアンテナ特性の劣化は避けられない。従って、図１に示すような６個のスリット部４０を設けることは、アンテナ利得の向上を含めてアレイアンテナ１のアンテナ特性の面で望ましい構造である。

【0034】

以上の本実施形態においては、高密度で配置される複数のアンテナ素子の例として、水平偏波用対数周期アンテナ２０及び垂直偏波用対数周期アンテナ３０を用いる形態を示したが、複数のアンテナ素子としては対数周期アンテナに限られることなく、多様なアンテナ素子を用いることができる。例えば、複数のアンテナ素子として、複数のダイポールアンテナを用いる場合であっても本発明が適用である。この場合、水平偏波用ダイポールアンテナと垂直偏波用ダイポールアンテナを交互に並べる構成は高密度な配置が必要となるので、各ダイポールアンテナの間にスリット部４０を設けることにより、前述した通りの十分な効果を得ることがきる。なお、対数周期アンテナとダイポールアンテナのいずれについても、水平偏波と垂直偏波の両方を用いる場合に加え、水平偏波と垂直偏波の一方を用いる場合であっても、本発明を適用可能である。また、対数周期アンテナやダイポールアンテナに限られず、所定方向に並んで配置される多様なアンテナ素子を用いる場合であっても、本発明を適用可能である。

【0035】

また、本実施形態において、スリット部４０の構造や個数についても多様な変形が可能である。すなわち、図１におけるスリット部４０の個数や、スリット部４０のＸ方向の長さ、Ｙ方向の幅、Ｚ方向の高さ等についても、アレイアンテナ１で得られるアンテナ利得に応じて適宜に調節することができる。例えば、２個のアンテナ素子とその間の１個のスリット部４０という構造を採用してもよい。また例えば、図１ではスリット部４０のＸ方向の長さはアンテナ素子２０、３０のＸ方向の長さより若干短いが、効果に応じてスリット部４０のＸ方向の長さを可変してもよい。スリット部４０のＹ方向の幅やＺ方向の高さについても同様である。

【0036】

以上、本実施形態に基づき本発明の内容を具体的に説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で変更を施すことができる。すなわち、図１～図７を用いて説明したアレイアンテナ１０は、本発明の作用効果を得られる限り、他の構造や材料を用いた多様な形態に対して広く本発明を適用することができる。特に、アンテナ素子２０、３０については、少なくとも２個形成されていれば、平面形状、立体的構造、配置、その他の設計事項などに関し、本発明の作用効果を得られる限り、様々な変更が可能である。

【符号の説明】

【0037】

１…アレイアンテナ
１０…誘電体基板
１０ａ、１０ｂ…表面
１０ｃ…開口部
１１…グランド導体
１２…反射板
１３…給電経路
２０（２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ）…水平偏波用対数周期アンテナ
３０（３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄ）…垂直偏波用対数周期アンテナ
４０（４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄ、４０ｅ、４０ｆ）…スリット部
５０…ＩＣチップ
６１、６２、６３、７１、７２、７３…水平放射素子
８１、８２、８３、８４、９１、９２、９３、９４…垂直放射素子
６０ａ、６０ｂ、８０ａ、８０ｂ…信号側接続導体
７０ａ、７０ｂ、９０ａ、９０ｂ…グランド側接続導体
Ｌ…導体層
Ｖ…ビア導体
Ａ１…ＲＦ領域
Ａ２…アンテナ領域

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】