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(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】P2024113278
(43)【公開日】2024-08-22
(54)【発明の名称】薄型キャビティ付アンテナ
(51)【国際特許分類】
H01Q 11/04 20060101AFI20240815BHJP
H01Q 9/27 20060101ALI20240815BHJP
H01Q 19/13 20060101ALI20240815BHJP
【ＦＩ】
H01Q11/04
H01Q9/27
H01Q19/13
【審査請求】有
【請求項の数】10
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023018140
(22)【出願日】2023-02-09
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用申請有り ２０２２年９月６日開催「２０２２年電子情報通信学会通信ソサイエティ大会」にて発表
(71)【出願人】
【識別番号】000227205
【氏名又は名称】ＮＥＣプラットフォームズ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100103894
【弁理士】
【氏名又は名称】家入 健
(72)【発明者】
【氏名】倉本 晶夫
(72)【発明者】
【氏名】平工 清雄
【テーマコード（参考）】
5J020
【Ｆターム（参考）】
5J020AA03
5J020BC09
5J020DA01
5J020DA02
5J020DA03
5J020DA04
(57)【要約】
【課題】アンテナ放射素子にキャビティを付加することにより、広い周波数帯域において単一指向性で高い利得を実現することが可能な薄型キャビティ付アンテナを提供すること。
【解決手段】本開示に係る薄型キャビティ付アンテナ１１は、第１方向Ｘ１と垂直な第１面Ｐｓ１を有するプリント基板１１１と、プリント基板１１１の第１面Ｐｓ１上に設けられ、導体で構成され、第１方向Ｘ１に向かって電波を放射する放射素子１１２と、放射素子１１２の第１方向Ｘ１とは逆側に設けられ、導体で構成され、第１方向Ｘ１とは逆方向に凹型形状を有するキャビティ１１３と、放射素子１１２に給電を行う給電回路１１４と、を備え、キャビティ１１３の第１方向Ｘ１の第１長さＬ１は、キャビティ１１３の第１方向Ｘ１と直交する第２方向Ｘ２の第２長さＬ２の１０分の１以下である。
【選択図】図１Ａ
【解決手段】本開示に係る薄型キャビティ付アンテナ１１は、第１方向Ｘ１と垂直な第１面Ｐｓ１を有するプリント基板１１１と、プリント基板１１１の第１面Ｐｓ１上に設けられ、導体で構成され、第１方向Ｘ１に向かって電波を放射する放射素子１１２と、放射素子１１２の第１方向Ｘ１とは逆側に設けられ、導体で構成され、第１方向Ｘ１とは逆方向に凹型形状を有するキャビティ１１３と、放射素子１１２に給電を行う給電回路１１４と、を備え、キャビティ１１３の第１方向Ｘ１の第１長さＬ１は、キャビティ１１３の第１方向Ｘ１と直交する第２方向Ｘ２の第２長さＬ２の１０分の１以下である。
【選択図】図１Ａ
【特許請求の範囲】
【請求項1】
第１方向と垂直な第１面を有するプリント基板と、
前記プリント基板の第１面上に設けられ、導体で構成され、前記第１方向に向かって電波を放射する放射素子と、
前記放射素子の前記第１方向とは逆側に設けられ、導体で構成され、前記第１方向とは逆方向に凹型形状を有するキャビティと、
前記放射素子に給電を行う給電回路と、
を備え、
前記キャビティの前記第１方向の第１長さは、前記キャビティの前記第１方向と直交する第２方向の第２長さの１０分の１以下である、
薄型キャビティ付アンテナ。
前記プリント基板の第１面上に設けられ、導体で構成され、前記第１方向に向かって電波を放射する放射素子と、
前記放射素子の前記第１方向とは逆側に設けられ、導体で構成され、前記第１方向とは逆方向に凹型形状を有するキャビティと、
前記放射素子に給電を行う給電回路と、
を備え、
前記キャビティの前記第１方向の第１長さは、前記キャビティの前記第１方向と直交する第２方向の第２長さの１０分の１以下である、
薄型キャビティ付アンテナ。
【請求項2】
前記放射素子は、
前記プリント基板の第１面上に導体パターンとして設けられ、前記第１方向から見て渦巻形状をしている第１素子と、
前記プリント基板の第１面上に別の導体パターンとして設けられ、前記第１方向から見て前記第１素子と１対の前記渦巻形状をしている第２素子と、
を有し、
前記第２素子の一部は、前記第１素子の一部と他部との間に配置される、
請求項１に記載の薄型キャビティ付アンテナ。
前記プリント基板の第１面上に導体パターンとして設けられ、前記第１方向から見て渦巻形状をしている第１素子と、
前記プリント基板の第１面上に別の導体パターンとして設けられ、前記第１方向から見て前記第１素子と１対の前記渦巻形状をしている第２素子と、
を有し、
前記第２素子の一部は、前記第１素子の一部と他部との間に配置される、
請求項１に記載の薄型キャビティ付アンテナ。
【請求項3】
前記給電回路は、
誘電体で構成された誘電層と、
前記誘電層の第１面に設けられ、導体で構成された第１導体と、
前記誘電層の第２面に設けられ、導体で構成された第２導体と、
を有し、
前記第１導体の一端と前記第１素子の前記渦巻形状の中心に近い一端とが接続され、
前記第１導体の他端に高周波信号が接続され、
前記第２導体の一端と前記第２素子の前記渦巻形状の中心に近い一端とが接続され、
前記第２導体の他端にグランドが接続され、
前記第２導体の第３方向の長さは、前記第２導体の一端から前記第２導体の他端に向かうに従って大きくなり、
前記第３方向は、前記第１方向および前記第２方向と直交する方向である、
請求項２に記載の薄型キャビティ付アンテナ。
誘電体で構成された誘電層と、
前記誘電層の第１面に設けられ、導体で構成された第１導体と、
前記誘電層の第２面に設けられ、導体で構成された第２導体と、
を有し、
前記第１導体の一端と前記第１素子の前記渦巻形状の中心に近い一端とが接続され、
前記第１導体の他端に高周波信号が接続され、
前記第２導体の一端と前記第２素子の前記渦巻形状の中心に近い一端とが接続され、
前記第２導体の他端にグランドが接続され、
前記第２導体の第３方向の長さは、前記第２導体の一端から前記第２導体の他端に向かうに従って大きくなり、
前記第３方向は、前記第１方向および前記第２方向と直交する方向である、
請求項２に記載の薄型キャビティ付アンテナ。
【請求項4】
前記キャビティは、
前記第１方向と垂直な平面を有する底部と、
前記底部の周囲部分から前記第１方向に延びる側面部と、
を有する、
請求項３に記載の薄型キャビティ付アンテナ。
前記第１方向と垂直な平面を有する底部と、
前記底部の周囲部分から前記第１方向に延びる側面部と、
を有する、
請求項３に記載の薄型キャビティ付アンテナ。
【請求項5】
前記キャビティの前記底部に設けられた同軸コネクタをさらに備え、
前記第１導体の他端と前記同軸コネクタの芯線とが接続され、
前記第２導体の他端と前記同軸コネクタのグランドとが接続される、
請求項４に記載の薄型キャビティ付アンテナ。
前記第１導体の他端と前記同軸コネクタの芯線とが接続され、
前記第２導体の他端と前記同軸コネクタのグランドとが接続される、
請求項４に記載の薄型キャビティ付アンテナ。
【請求項6】
前記キャビティは、
前記第２方向の長さが前記プリント基板の前記第２方向の長さよりも長い第１部分と、
前記第２方向の長さが前記プリント基板の前記第２方向の長さよりも短い第２部分と、
を有し、
前記給電回路の前記第１方向の長さは、前記第２部分の前記第１方向の長さよりも長い、
請求項３に記載の薄型キャビティ付アンテナ。
前記第２方向の長さが前記プリント基板の前記第２方向の長さよりも長い第１部分と、
前記第２方向の長さが前記プリント基板の前記第２方向の長さよりも短い第２部分と、
を有し、
前記給電回路の前記第１方向の長さは、前記第２部分の前記第１方向の長さよりも長い、
請求項３に記載の薄型キャビティ付アンテナ。
【請求項7】
前記キャビティの前記側面部に設けられた同軸コネクタをさらに備え、
前記給電回路は、前記キャビティの前記底部の前記第１方向の逆側に設けられ、
前記第１導体の一端と前記第１素子の前記渦巻形状の中心に近い一端とは、第１給電導体を介して接続され、
前記第２導体の一端と前記第２素子の前記渦巻形状の中心に近い一端とは、第２給電導体を介して接続され、
前記第１導体の他端と前記同軸コネクタの芯線とが接続され、
前記第２導体の他端と前記同軸コネクタのグランドとが接続される、
請求項４に記載の薄型キャビティ付アンテナ。
前記給電回路は、前記キャビティの前記底部の前記第１方向の逆側に設けられ、
前記第１導体の一端と前記第１素子の前記渦巻形状の中心に近い一端とは、第１給電導体を介して接続され、
前記第２導体の一端と前記第２素子の前記渦巻形状の中心に近い一端とは、第２給電導体を介して接続され、
前記第１導体の他端と前記同軸コネクタの芯線とが接続され、
前記第２導体の他端と前記同軸コネクタのグランドとが接続される、
請求項４に記載の薄型キャビティ付アンテナ。
【請求項8】
前記第１方向から見た前記放射素子の形状は、渦巻形状または螺旋形状であり、
前記第１方向から見た前記キャビティの形状は、円形状、概円形状または多角形形状である、
請求項１に記載の薄型キャビティ付アンテナ。
前記第１方向から見た前記キャビティの形状は、円形状、概円形状または多角形形状である、
請求項１に記載の薄型キャビティ付アンテナ。
【請求項9】
前記放射素子は、
前記第２方向とは逆の方向に延びる第１素子と、
前記第２方向に延びる第２素子と、
を有する、
請求項１に記載の薄型キャビティ付アンテナ。
前記第２方向とは逆の方向に延びる第１素子と、
前記第２方向に延びる第２素子と、
を有する、
請求項１に記載の薄型キャビティ付アンテナ。
【請求項10】
前記放射素子は、前記第１方向から見て、略円形のリング形状をしている、
請求項１に記載の薄型キャビティ付アンテナ。
請求項１に記載の薄型キャビティ付アンテナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、薄型キャビティ付アンテナに関し、特に、アンテナ放射素子にキャビティを付加することにより、広い周波数帯域において単一指向性で高い利得を実現することが可能な薄型キャビティ付アンテナに関する。
【背景技術】
【0002】
外形が平面薄型で、広い周波数帯域で使用可能なアンテナとして、スパイラルアンテナやシニュアスアンテナが知られている。これらのアンテナを通信や電波監視等の目的で用いる場合、アンテナの放射特性は、単一指向性とする必要がある。
【0003】
例えば、スパイラルアンテナを用いて、単一指向性アンテナを実現する場合、平面状（平板状）のスパイラル素子を水平に設置し、スパイラル素子の下側に導体で構成された「たらい状のキャビティ」を設置する方法がある。この方法により、電波は上方にのみ放射するようになり、単一指向性を実現できる。なお、この方法は、特許文献１の第５図に記載されている。なお、スパイラル素子の下側に、たらい状のキャビティを設置したアンテナを、キャビティ付アンテナと称する。
【0004】
前記方法において、キャビティは放射素子の下側に設置され、スパイラル素子からキャビティ底面までの距離が使用波長の約（１／４）波長となるように設置する。このようにすることで、キャビティ底面で反射した電波は、スパイラル素子から上方に放射した電波と同位相となり、電波が強め合うことにより、単一指向性を実現する。
【0005】
しかしながら、使用帯域が広い場合、例えば、最低使用周波数の２倍の周波数では、波長の長さは（１／２）となり、スパイラル素子とキャビティ底面の距離は１／２波長となる。この場合、キャビティ底面で反射された電波は、スパイラル素子から上方に放射される電波と逆位相となるため、上方に放射される指向性は、大きなヌルを持つ指向性となり、問題がある。
【0006】
上記について、具体的な例を以下に示す。
周波数１～６ＧＨｚ（ギガヘルツ）の広帯域アンテナを想定した場合、最低使用周波数は１ＧＨｚであり、波長は３００ｍｍ（ミリメートル）となる。この場合、キャビティの深さを（１／４）波長である７５ｍｍとする。このような条件とすることで、キャビティ底面で反射された電波は、スパイラル素子から上方に放射される電波と同位相となり、単一指向性とすることができる。
周波数１～６ＧＨｚ（ギガヘルツ）の広帯域アンテナを想定した場合、最低使用周波数は１ＧＨｚであり、波長は３００ｍｍ（ミリメートル）となる。この場合、キャビティの深さを（１／４）波長である７５ｍｍとする。このような条件とすることで、キャビティ底面で反射された電波は、スパイラル素子から上方に放射される電波と同位相となり、単一指向性とすることができる。
【0007】
ここで、同位相となる理由を以下に説明する。
下方に放射される電波がキャビティ底面で反射され、元の放射位置まで戻る経路長は（１／４）波長の往復なので（１／２）波長となる。位相に換算すると１８０度だけ遅れる。また、電波がキャビティ底面の金属板で反射する場合、位相反転、すなわち、位相が１８０度回転し、結果として位相が反転する。これにより、合計して３６０度の位相回転となり、アンテナ上方向に放射する電波と、キャビティ底面で反射する電波と、が同位相となる。
下方に放射される電波がキャビティ底面で反射され、元の放射位置まで戻る経路長は（１／４）波長の往復なので（１／２）波長となる。位相に換算すると１８０度だけ遅れる。また、電波がキャビティ底面の金属板で反射する場合、位相反転、すなわち、位相が１８０度回転し、結果として位相が反転する。これにより、合計して３６０度の位相回転となり、アンテナ上方向に放射する電波と、キャビティ底面で反射する電波と、が同位相となる。
【0008】
しかしながら、周波数を２ＧＨｚで使用する場合、波長は１５０ｍｍとなり、これはキャビティの深さの（１／２）波長に相当する。この場合、キャビティ底面で反射した電波は、キャビティ底面からの反射の往復で１波長、すなわち、３６０度の位相遅延となる。また、反射の際に１８０度の位相反転を生じる。その結果、スパイラル素子から上方に放射する電波と、キャビティ底面で反射した電波と、は逆位相となり打ち消しあうので、主ビームにヌルが発生し、単一指向性とすることが難しい。
【0009】
周波数が４ＧＨｚの場合、波長が７５ｍｍとなり、キャビティ底面で反射した電波は、往復で２波長、すなわち、７２０度遅延し、また、反射の際に１８０度の位相反転を生じる。その結果、スパイラル素子から上方に放射する電波と、キャビティ底面で反射した電波と、は逆位相となり打ち消しあうので、主ビームにヌルが発生し、単一指向性とすることが難しい。
【0010】
周波数が６ＧＨｚの場合、波長が５０ｍｍとなり、キャビティ底面で反射した電波は、往復で３波長、すなわち、１０８０度遅延し、また、反射の際に１８０度の位相反転を生じる。その結果、スパイラル素子から上方に放射する電波と、キャビティ底面で反射した電波と、は逆位相となり打ち消しあうので、主ビームにヌルが発生し、単一指向性とすることが難しい。
【0011】
以上の説明から理解できるように、キャビティの深さが（１／２）波長の整数倍となる周波数では、主ビームにヌルが発生し、単一指向性とすることが難しい。
【0012】
このように、一般的に使用される「たらい状のキャビティ」では、広帯域で単一指向性を実現することが難しいという問題（課題）がある。この問題を解決する方法として、例えば、特許文献１および特許文献２に記載されているように、キャビティ内部に電波吸収体を配置し、スパイラルアンテナから下方に放射する電波を電波吸収体で吸収し、キャビティ底面で反射する電波を低減する方法がある。
【0013】
しかしながら、この方法は、下方に放射する電波を電波吸収体で吸収するので、大きな利得を得られないという課題がある。当該アンテナを送信で用いる場合、送信電力の約半分が損失し、受信で用いる場合、電波吸収体により雑音温度が劣化するという課題もある。
【0014】
よって、この課題（欠点）を解決するには、キャビティ内部に電波吸収体を配置せず、かつ、キャビティの形状を工夫することにより、広帯域で上方に単一指向性が得られるようにすることが必要となる。
【0015】
この課題を解決する方法の１つとして、例えば、非特許文献１に記載されているように、キャビティの断面形状をすり鉢状の曲面とすることで、広帯域で単一指向性を維持できる。しかしながら、この方法は、キャビティ断面の製造が複雑なので高価になるという課題がある。
【0016】
以上、キャビティ付アンテナの課題とその解決方法を説明した。これを総括すると、キャビティ付アンテナについて、たらい状のキャビティを使用した場合、高い周波数で主ビ－ムにヌルが発生する。また、キャビティン内部に電波吸収体を使用した場合、利得が低下し、送信では電力損失が増加し、受信では雑音温度が増加する。また、すり鉢状曲面のキャビティを使用した場合、広帯域で単一指向性を形成することができるが、価格が高価となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0017】
【非特許文献1】論文名 “すり鉢状のキャビティを有する２線式スパイラルアンテナの最適化” 発表学会名：電子情報通信学会2022年総合大会 論文掲載：電子情報通信学会2022年ソサエティ大会論文集 B-1-79
【特許文献1】特開昭６３－２０８３０９号公報
【特許文献2】特開２００２－９４３２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0018】
上記のとおり、特許文献１、特許文献２および非特許文献１に記載の技術によっては、広い周波数帯域において単一指向性で高い利得を有する薄型キャビティ付アンテナを実現することが難しく、このようなアンテナが所望されていた。また、良好な整合特性を有し、安価なアンテナが所望されていた。
【0019】
本開示の目的は、上述した課題のいずれかを解決する薄型キャビティ付アンテナを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0020】
本開示に係る薄型キャビティ付アンテナは、
第１方向と垂直な第１面を有するプリント基板と、
前記プリント基板の第１面上に設けられ、導体で構成され、前記第１方向に向かって電波を放射する放射素子と、
前記放射素子の前記第１方向とは逆側に設けられ、導体で構成され、前記第１方向とは逆方向に凹型形状を有するキャビティと、
前記放射素子に給電を行う給電回路と、
を備え、
前記キャビティの前記第１方向の第１長さは、前記キャビティの前記第１方向と直交する第２方向の第２長さの１０分の１以下である。
第１方向と垂直な第１面を有するプリント基板と、
前記プリント基板の第１面上に設けられ、導体で構成され、前記第１方向に向かって電波を放射する放射素子と、
前記放射素子の前記第１方向とは逆側に設けられ、導体で構成され、前記第１方向とは逆方向に凹型形状を有するキャビティと、
前記放射素子に給電を行う給電回路と、
を備え、
前記キャビティの前記第１方向の第１長さは、前記キャビティの前記第１方向と直交する第２方向の第２長さの１０分の１以下である。
【発明の効果】
【0021】
本開示によれば、アンテナ放射素子にキャビティを付加することにより、広い周波数帯域において単一指向性で高い利得を実現することが可能な薄型キャビティ付アンテナを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0022】
【図1A】実施の形態１に係る薄型キャビティ付アンテナを例示する斜視図である。
【図1B】実施の形態１に係る薄型キャビティ付アンテナを例示する断面図である。
【図2A】実施の形態１に係る薄型キャビティ付アンテナの給電回路を例示する側面図である。
【図2B】実施の形態１に係る薄型キャビティ付アンテナの給電回路を例示する斜視図である。
【図2C】実施の形態１に係る薄型キャビティ付アンテナの給電回路を例示する斜視図である。
【図3】実施の形態１に係る薄型キャビティ付アンテナを例示する断面図である。
【図4】実施の形態１に係る薄型キャビティ付アンテナの動作原理を例示する模式図である。
【図5A】実施の形態１に係る薄型キャビティ付アンテナのシミュレーションモデルを例示ずる斜視図である。
【図5B】実施の形態１に係る薄型キャビティ付アンテナのシミュレーションモデルを例示ずる断面図である。
【図7A】実施の形態１に係る薄型キャビティ付アンテナの３次元放射パタ－ンのシミュレ－ション結果である。
【図7B】実施の形態１に係る薄型キャビティ付アンテナの３次元放射パタ－ンのシミュレ－ション結果である。
【図7C】実施の形態１に係る薄型キャビティ付アンテナの３次元放射パタ－ンのシミュレ－ション結果である。
【図7D】実施の形態１に係る薄型キャビティ付アンテナの３次元放射パタ－ンのシミュレ－ション結果である。
【図7E】実施の形態１に係る薄型キャビティ付アンテナの３次元放射パタ－ンのシミュレ－ション結果である。
【図7F】実施の形態１に係る薄型キャビティ付アンテナの３次元放射パタ－ンのシミュレ－ション結果である。
【図8A】実施の形態１に係る薄型キャビティ付アンテナの試作品の電圧定在波比（ＶＳＷＲ）の周波数特性を例示するグラフである。
【図8B】実施の形態１に係る薄型キャビティ付アンテナの試作品の利得および軸比の周波数特性を例示するグラフである。
【図9】実施の形態１に係る薄型キャビティ付アンテナの試作品の放射パターンを例示するグラフである。
【図10】比較例に係る薄型キャビティ付アンテナの動作原理を例示する模式図である。
【図11A】比較例に係る薄型キャビティ付アンテナのシミュレーションモデルを例示ずる斜視図である。
【図11B】比較例に係る薄型キャビティ付アンテナのシミュレーションモデルを例示ずる断面図である。
【図12A】比較例に係る薄型キャビティ付アンテナの３次元放射パタ－ンのシミュレ－ション結果である。
【図12B】比較例に係る薄型キャビティ付アンテナの３次元放射パタ－ンのシミュレ－ション結果である。
【図12C】比較例に係る薄型キャビティ付アンテナの３次元放射パタ－ンのシミュレ－ション結果である。
【図13A】実施の形態２に係る薄型キャビティ付アンテナを例示する斜視図である。
【図13B】実施の形態２に係る薄型キャビティ付アンテナを例示する断面図である。
【図14】実施の形態３に係る薄型キャビティ付アンテナを例示する断面図である。
【図15A】実施の形態４に係る薄型キャビティ付アンテナを例示する平面図およびキャビティを例示する斜視図である。
【図15B】実施の形態４に係る薄型キャビティ付アンテナを例示する平面図およびキャビティを例示する斜視図である。
【図16A】実施の形態４に係る放射素子を例示する斜視図および薄型キャビティ付アンテナを例示する斜視図である。
【図16B】実施の形態４に係る放射素子を例示する斜視図および薄型キャビティ付アンテナを例示する斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【0023】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。各図面において、同一又は対応する要素には同一の符号が付されており、説明の明確化のため、必要に応じて重複説明を省略する。
【0024】
［実施の形態１］
＜構成＞
図１Ａは、実施の形態１に係る薄型キャビティ付アンテナを例示する斜視図である。
図１Ｂは、実施の形態１に係る薄型キャビティ付アンテナを例示する断面図である。
図１Ａ、図１Ｂおよびこれ以降に出てくる図面では、必要に応じて、上方向を第１方向Ｘ１とし、第１方向Ｘ１に垂直な方向を第２方向Ｘ２とする。また、第１方向Ｘ１に垂直で、且つ、第２方向Ｘ２に垂直な方向を第３方向Ｘ３とする。
＜構成＞
図１Ａは、実施の形態１に係る薄型キャビティ付アンテナを例示する斜視図である。
図１Ｂは、実施の形態１に係る薄型キャビティ付アンテナを例示する断面図である。
図１Ａ、図１Ｂおよびこれ以降に出てくる図面では、必要に応じて、上方向を第１方向Ｘ１とし、第１方向Ｘ１に垂直な方向を第２方向Ｘ２とする。また、第１方向Ｘ１に垂直で、且つ、第２方向Ｘ２に垂直な方向を第３方向Ｘ３とする。
【0025】
図１Ａおよび図１Ｂに示すように、実施の形態１に係る薄型キャビティ付アンテナ１１は、放射素子１１２とキャビティ１１３を備える。キャビティ１１３の深さＬ１は、キャビティ１１３の直径Ｌ２の約（１／１０）以下である。
【0026】
詳細には、薄型キャビティ付アンテナ１１は、プリント基板１１１と放射素子１１２とキャビティ１１３と給電回路１１４とを備える。プリント基板１１１は、第１方向Ｘ１と垂直な第１面Ｐｓ１を有する。放射素子１１２は、プリント基板１１１の第１面Ｐｓ１上に設けられ、導体で構成され、第１方向Ｘ１に向かって電波を放射する。キャビティ１１３は、放射素子１１２の第１方向Ｘ１とは逆側に設けられ、導体で構成され、第１方向Ｘ１とは逆方向に凹型形状を有する。給電回路１１４は、放射素子１１２に給電を行う。キャビティ１１３の第１方向Ｘ１の第１長さＬ１は、キャビティ１１３の第１方向Ｘ１と直交する第２方向Ｘ２の第２長さＬ２の１０分の１以下である。
【0027】
なお、キャビティ１１３の深さを、キャビティ１１３の第１方向Ｘ１の第１長さと称することもある。また、キャビティ１１３の直径を、キャビティ１１３の第２方向Ｘ２の第２長さと称することもある。凹型形状のキャビティを、「たらい状のキャビティ」と称することもある。
【0028】
放射素子１１２は、第１素子１１２１と第２素子１１２２とを有する。第１素子１１２１は、プリント基板１１１の第１面Ｐｓ１上に導体パターンとして設けられ、第１方向Ｘ１から見て渦巻形状をしている。第２素子１１２２は、プリント基板１１１の第１面Ｐｓ１上に別の導体パターンとして設けられ、第１方向Ｘ１から見て第１素子１１２１と１対の渦巻形状をしている。第２素子１１２２の一部は、第１素子１１２１の一部と１第１素子１１２１の他部との間に配置される。
【0029】
導体パターンは、例えば、銅箔で形成された銅箔パターンでもよい。よって、放射素子１１２は、プリント基板１１１の上面（第１面Ｐｓ１）に銅箔をエッチングして形成した１対の渦巻形状の銅箔パタ－ンにより構成してもよい。放射素子１１２の渦巻の曲率半径は、渦巻の始点（中心）から終点に向かう従って大きくなる。
【0030】
なお、１対の渦巻形状の導体パターンは、プリント基板１１１の裏面（第２面Ｐｓ２）に配置してもよい。あるいは、１対のうち、一方（例えば第１素子１１２１）を上面に配置し、他方（例えば第２素子１１２２）を下面に配置してもよい。また、実施の形態１では、渦巻形状の導体パターンを保持するために、プリント基板を用いているが、これには限定されない。放射素子１１２の渦巻形状を保持できる構造、例えば、プラスチックなどで保持する構造でもよい。
【0031】
放射素子１１２の他の形態としては、１本の渦巻形状であって導体で構成される単線スパイラルアンテナや４本の渦巻形状であって導体で構成される４線式スパイラルアンテナ等が挙げられる。
【0032】
図２Ａは、実施の形態１に係る薄型キャビティ付アンテナの給電回路を例示する側面図である。
図２Ｂは、実施の形態１に係る薄型キャビティ付アンテナの給電回路を例示する斜視図である。
図２Ｃは、実施の形態１に係る薄型キャビティ付アンテナの給電回路を例示する斜視図である。
図２Ｂは、実施の形態１に係る薄型キャビティ付アンテナの給電回路を例示する斜視図である。
図２Ｃは、実施の形態１に係る薄型キャビティ付アンテナの給電回路を例示する斜視図である。
【0033】
図２Ａから図２Ｃに示すように、給電回路１１４は、第１導体１１４１と第２導体１１４２と誘電層１１４３とを有する。誘電層１１４３は、誘電体で構成されている。第１導体１１４１は、誘電層１１４３の第１面Ｄｓ１に設けられ、導体で構成される。第２導体１１４２は、誘電層１１４３の第２面Ｄｓ２に設けられ、導体で構成される。
【0034】
第１導体１１４１の一端と第１素子１１２１の渦巻形状の中心に近い一端とが接続される。第１導体１１４１の他端に高周波信号が接続される。第２導体１１４２の一端と第２素子１１２２の渦巻形状の中心に近い一端とが接続される。第２導体１１４２の他端にグランドが接続される。
【0035】
第２導体１１４２の第３方向Ｘ３の長さ、すなわち、第２導体１１４２の幅は、第２導体１１４２の一端から第２導体１１４２の他端に向かうに従って大きくなる。なお、第３方向Ｘ３は、第１方向Ｘ１および第２方向Ｘ２と直交する方向である。
【0036】
給電回路１１４は、表面である第１面Ｄｓ１と裏面である第２面Ｄｓ２に、例えば、銅箔を有するプリント基板に対してエッチングを施して作成する。第１導体１１４１の銅箔パタ－ンは、通常のマイクロストリップ線路の形状である。第２導体１１４２の銅箔パタ－ンは、テーパ状の銅箔パタ－ンとなっており、平衡－不平衡変換と、インピ－ダンス変換（整合）を同時に行うことができる。
【0037】
なお、平衡－不平衡変換を不要とする場合、またはインピ－ダンス整合を不要とする場合、給電回路１１４に代えて、同軸ケ－ブル（図示せず）を用いて放射素子１１２に接続してもよい。
【0038】
【0039】
図３に示すように、薄型キャビティ付アンテナ１１は、渦巻形状の銅箔パタ－ン（放射素子１１２）の中心で、給電回路１１４により、第１導体１１４１および第２導体１１４２を介して給電される。
【0040】
キャビティ１１３は、第１方向Ｘ１と垂直な平面を有する底部１１３１と、底部１１３１の周囲部分から第１方向Ｘ１に延びる側面部１１３２と、を有する。
【0041】
薄型キャビティ付アンテナ１１は、キャビティ１１３の底部１１３１に設けられた同軸コネクタ１１５をさらに備える。第１導体１１４１の他端と同軸コネクタ１１５の芯線とが接続される。第２導体１１４２の他端と同軸コネクタ１１５のグランドとが接続される。
【0042】
【0043】
図４に示すように、薄型キャビティ付アンテナ１１は、キャビティ１１３の第１方向Ｘ１の長さ（深さ）Ｌ１が、非常に薄く（短く）、キャビティ１１３の第２方向Ｘ２の長さ（直径）Ｌ２の（１／１０）以下である。
【0044】
薄型キャビティ付アンテナ１１の放射素子１１２から電波を放射する場合、上方（第１方向Ｘ１）に放射する上方放射成分と下方に放射する下方放射成分とがある。下方放射成分は、キャビティ１１３の底面で反射して上方に放射する。下方放射成分は、底面反射した際に逆位相となる。その結果、上方放射成分と、逆位相の底面反射成分（下方放射成分）とが合成される。
【0045】
実施の形態１に係る薄型キャビティ付アンテナ１１の場合、キャビティ１１３の深さＬ１が、キャビティ１１３の直径Ｌ２の（１／１０）以下であり非常に薄いが、この薄い部分の位相差により、上方放射成分と下方放射成分とが打ち消しあうことはなく、主ビ－ムにヌルが発生しない。
【0046】
図５Ａは、実施の形態１に係る薄型キャビティ付アンテナのシミュレーションモデルを例示ずる斜視図である。
図５Ｂは、実施の形態１に係る薄型キャビティ付アンテナのシミュレーションモデルを例示ずる断面図である。
図５Ｂは、実施の形態１に係る薄型キャビティ付アンテナのシミュレーションモデルを例示ずる断面図である。
【0047】
図５Ａ及び図５Ｂに示すように、放射素子１１２として、例えば、スパイラル素子を用いる。スパイラル素子の最外形の直径Ｓｄは、最低使用周波数の波長λＬの０．６倍であり、０．６０λＬとする。キャビティ１１３の直径Ｌ２は、放射素子１１２への影響を小さくするために、直径Ｓｄよりも１０％程度大きなものとし、０．６７λＬとする。薄型キャビティ付アンテナ１１の特徴は、キャビティ１１３の深さＬ１が、キャビティ１１３の直径Ｌ２の（１／１０）以下という点である。よって、キャビティ１１３の深さＬ１は、０．０６７λＬとする。
【0048】
これらの寸法を条件として、薄型キャビティ付アンテナ１１の動作を考える。上方放射成分と、底面反射した下方放射成分は、上方に放射される主ビーム方向で合成される。このとき、上方放射成分と下方放射成分の通路差（伝搬路差）は、最低使用周波数では、０．０６７λＬ×２倍（往復）＝０．１３４λＬであり、位相差に換算すると約４８度である。そして、底面で反射の際、位相反転するので、その分である１８０度を考慮すると、上方放射成分と下方放射成分との位相差は、４８度＋１８０度＝２２８度となり、逆位相とはならない。よって、上方向の放射パタ－ンにおいて、ヌルが発生することは無い。
【0049】
最低使用周波数が１ＧＨｚの場合について考えてみる。最低使用周波数を１ＧＨｚとすると、キャビティ１１３の直径Ｌ２は２００ｍｍ、スパイラル素子の最外形の直径Ｓｄは１８０ｍｍ、キャビティ１１３の深さＬ１は２０ｍｍとなる。
【0050】
最低使用周波数が２ＧＨｚの場合について考えてみる。周波数２ＧＨｚの波長λ２は周波数１ＧＨｚの波長λ１の（１／２）である。つまり、２×λ２＝λＬである。よって、上方放射成分と下方放射成分との通路差は、０．１３４λＬ＝０．２６８λ２であり、位相差に換算すると約９６度である。そして、底面で反射の際、位相反転するので、その分の１８０度を考慮すると、上方放射成分と下方放射成分の位相差は、９６度＋１８０度＝２７６度となり、逆位相とはならない。よって、上方向の放射パタ－ンにおいて、ヌルが発生することは無い。
【0051】
最低使用周波数が３ＧＨｚの場合について考えてみる。周波数３ＧＨｚの波長λ３は周波数１ＧＨｚの波長λ１の（１／３）である。つまり、３×λ３＝λＬである。よって、上方放射成分と下方放射成分との通路差は、０．１３４λＬ＝０．４０２λ３であり、位相差に換算すると約１４４度である。そして、底面で反射の際、位相反転するので、その分の１８０度を考慮すると、上方放射成分と下方放射成分の位相差は、１４４度＋１８０度＝３２４度となり、逆位相とはならず、同位相に近くなる。よって、上方向の放射パタ－ンにおいて、ヌルが発生することは無い。
【0052】
最低使用周波数が６ＧＨｚの場合について考えてみる。周波数６ＧＨｚの波長λ６は周波数１ＧＨｚの波長λ１の（１／６）である。つまり、６×λ６＝λＬである。よって、上方放射成分と下方放射成分との通路差は、０．１３４λＬ＝０．８０４λ６であり、位相差に換算すると約２８９度である。そして、底面で反射の際、位相反転するので、その分の１８０度を考慮すると、上方放射成分と下方放射成分の位相差は、２８９度＋１８０度＝４６９度となる。３６０度を引くと、１０９度となり、逆位相とはならない。よって、上方向の放射パタ－ンにおいて、ヌルが発生することは無い。
【0053】
最低使用周波数とキャビティの深さとの関係において、上方放射成分と下方放射成分とが逆位相の関係となるのは、キャビティ１１３の深さＬ１が約（１／２）波長となる周波数関係の場合である。すなわち、深さＬ１が２０ｍｍの場合、２０ｍｍ×２＝４０ｍｍが１波長となる周波数なので、７．５ＧＨｚでヌルが発生する。ただし、実際には、完全な逆位相となるよりも少し低い周波数から、上方向の放射パターンにおいて、ビーム形状が劣化する。
【0054】
以上の説明により、図５Ａおよび図５Ｂに示すような薄型キャビティ付アンテナ１１は、１ＧＨｚ～７ＧＨｚ、比帯域１５０％で、上方向（正面方向）においてヌルの無いビームを有する広帯域なアンテナであることが理解できる。なお、図５Ａおよび図５Ｂは、一例であり、そこに示した周波数や寸法に限定されない。
【0055】
＜シミュレーション＞
薄型キャビティ付アンテナ１１の効果を示すために、シミュレ－ション結果について説明する。
薄型キャビティ付アンテナ１１の効果を示すために、シミュレ－ション結果について説明する。
【0056】
（シミュレーション条件）
図５Ａに示すように、最低使用周波数を１ＧＨｚとする。この場合、１ＧＨｚの波長λＬは３００ｍｍとなる。キャビティ１１３は、導体により構成され、キャビティ１１３の直径Ｌ２は、２００ｍｍ（０．６７λＬ）である。放射素子１１２であるスパイラル素子の最外形の直径Ｓｄは１８０ｍｍ（０．６０λＬ）である。
図５Ａに示すように、最低使用周波数を１ＧＨｚとする。この場合、１ＧＨｚの波長λＬは３００ｍｍとなる。キャビティ１１３は、導体により構成され、キャビティ１１３の直径Ｌ２は、２００ｍｍ（０．６７λＬ）である。放射素子１１２であるスパイラル素子の最外形の直径Ｓｄは１８０ｍｍ（０．６０λＬ）である。
【0057】
図５Ｂに示すように、キャビティ１１３の深さＬ１は２０ｍｍ（０．０６７λＬ）であり、キャビティ１１３の直径Ｌ２の（１／１０）となる。なお、スパイラル素子は２線式のスパイラルとし、そのパラメ－タは、スパイラル係数：１．７８、ターン数（巻き数）：８回、初期半径：１ｍｍ、素子線径太さ：１ｍｍとする。
【0058】
図６Ａは、図５Ａに示すスパイラル素子を上方から観た上面図である。
図６Ｂは、図６Ａに示すスパイラル素子の中心部分の拡大図である。
図６Ａおよび図６Ｂにおいては、スパイラル素子の具体的な寸法関係を理解しやすくするため、ＸＹ座標上に記載した形で示す。第２方向Ｘ２とＸ軸方向とが同一方向である。また、第３方向Ｘ３と－Ｙ軸方向とが同一の方向である。なお、－Ｙ軸方向は、Ｙ軸方向の逆方向のことである。
図６Ｂは、図６Ａに示すスパイラル素子の中心部分の拡大図である。
図６Ａおよび図６Ｂにおいては、スパイラル素子の具体的な寸法関係を理解しやすくするため、ＸＹ座標上に記載した形で示す。第２方向Ｘ２とＸ軸方向とが同一方向である。また、第３方向Ｘ３と－Ｙ軸方向とが同一の方向である。なお、－Ｙ軸方向は、Ｙ軸方向の逆方向のことである。
【0059】
図６Ａおよび図６Ｂに示すように、この例では、スパイラル素子として、２線式スパイラルアンテナを用いる。２線式スパイラルアンテナでは、２つの螺旋（渦巻）が同じ方向に回転して配置される。この螺旋は、アルキメデススパイラルと呼ばれ、螺旋の中心からの半径Ｒは、以下の式で定義される。なお、説明の便宜上、螺旋を渦巻と称することもある。
【0060】
Ｒ＝Ｒｏ＋ａ×θ （１）
ただし、ＲО：初期半径、ａ：スパイラル係数、θ：Ｘ軸からの回転角度。
ただし、ＲО：初期半径、ａ：スパイラル係数、θ：Ｘ軸からの回転角度。
【0061】
初期半径ＲОは、中心と、螺旋の起点となる座標と、の間の距離である。図６Ａおよび図６Ｂでは、螺旋の起点はＹ＝０のＸ軸上の点から始まるので、Ｘ軸の０～１の距離、すなわち１が初期半径ＲОとなる。式（１）から理解できるように、スパイラル素子の曲線は、Ｘ軸からの回転角度θが大きくなるに従い半径Ｒが大きくなり、その結果、螺旋形状となる。スパイラル係数ａは、螺旋の広がる度合いを示す係数である。図６Ａおよび図６Ｂは、タ－ン数、すなわち螺旋の巻き数が８回の場合のスパイラル素子を示す。回転角度θ＝２πで１回転を示すので、θ＝２π×８＝１６πで終点となる。この例では、座標（１，０）から始まる螺旋を１８０度、点対称に回転させることにより、２線式のスパイラルアンテナを構成する。素子線径の太さは、螺旋の太さである。
【0062】
（シミュレーション結果）
図７Ａは、実施の形態１に係る薄型キャビティ付アンテナの３次元放射パタ－ンのシミュレ－ション結果である。
図７Ｂは、実施の形態１に係る薄型キャビティ付アンテナの３次元放射パタ－ンのシミュレ－ション結果である。
図７Ｃは、実施の形態１に係る薄型キャビティ付アンテナの３次元放射パタ－ンのシミュレ－ション結果である。
図７Ｄは、実施の形態１に係る薄型キャビティ付アンテナの３次元放射パタ－ンのシミュレ－ション結果である。
図７Ｅは、実施の形態１に係る薄型キャビティ付アンテナの３次元放射パタ－ンのシミュレ－ション結果である。
図７Ｆは、実施の形態１に係る薄型キャビティ付アンテナの３次元放射パタ－ンのシミュレ－ション結果である。
図７Ａは、実施の形態１に係る薄型キャビティ付アンテナの３次元放射パタ－ンのシミュレ－ション結果である。
図７Ｂは、実施の形態１に係る薄型キャビティ付アンテナの３次元放射パタ－ンのシミュレ－ション結果である。
図７Ｃは、実施の形態１に係る薄型キャビティ付アンテナの３次元放射パタ－ンのシミュレ－ション結果である。
図７Ｄは、実施の形態１に係る薄型キャビティ付アンテナの３次元放射パタ－ンのシミュレ－ション結果である。
図７Ｅは、実施の形態１に係る薄型キャビティ付アンテナの３次元放射パタ－ンのシミュレ－ション結果である。
図７Ｆは、実施の形態１に係る薄型キャビティ付アンテナの３次元放射パタ－ンのシミュレ－ション結果である。
【0063】
【0064】
図７Ａ～図７Ｆに示すように、周波数１ＧＨｚ～６ＧＨｚのいずれの周波数においても、放射パタ－ンはサイドロ－ブのないブロ－ド（広帯域）な指向性を示しており、正面方向（Ｚ方向）にヌルがないことが理解できる。このように、薄型キャビティ付アンテナ１１を用いることで、広帯域にわたり、正面方向にヌルの無い広帯域な放射パタ－ンを得ることができる。その結果、広い周波数帯域において単一指向性で高い利得を実現することが可能な薄型キャビティ付アンテナを提供することができる。
【0065】
また、薄型キャビティ付アンテナ１１は、特許文献１および特許文献２に記載の技術で使用するような吸収隊を使用しない。これにより、電波吸収体による損失が少なくなるので、広帯域で、損失が少なく、良好な雑音温度特性を実現することができる。
【0066】
また、薄型キャビティ付アンテナ１１は、非特許文献１に記載のようなキャビティの断面形状をすり鉢状の曲面とすることなく、広帯域な単一指向性で高い利得を実現することができる。キャビティの断面形状をすり鉢状の曲面とすることは、キャビティ断面の製造が複雑なので高価となる。よって、薄型キャビティ付アンテナ１１は、簡易な構造で、安価に製造できる。
【0067】
＜試作品の測定結果＞
薄型キャビティ付アンテナ１１の効果を示すために、試作品の測定結果を以下に示す。
薄型キャビティ付アンテナ１１の効果を示すために、試作品の測定結果を以下に示す。
【0068】
薄型キャビティ付アンテナ１１の試作品の寸法は、図５Ａおよび図５Ｂに示すもの（シミュレ－ションモデル）を採用した。すなわち、試作品の寸法は、キャビティ１１３の直径Ｌ２＝２００ｍｍ、スパイラル素子の最外形の直径Ｓｄ＝１８０ｍｍ、キャビティ１１３の深さＬ１＝２０ｍｍとした。また、スパイラル素子のパラメ－タも図５Ａおよび図５Ｂに示すものと同一のものとした。また、スパイラル素子の中心部分に給電回路を設けた。
【0069】
図８Ａは、実施の形態１に係る薄型キャビティ付アンテナの試作品の電圧定在波比（ＶＳＷＲ）の周波数特性を例示するグラフである。
図８Ａは、試作品の測定結果を示す。
図８Ａの横軸は周波数（ＧＨｚ）を示し、縦軸はＶＳＷＲを示す。
図８Ａは、試作品の測定結果を示す。
図８Ａの横軸は周波数（ＧＨｚ）を示し、縦軸はＶＳＷＲを示す。
【0070】
図８Ａに示すように、周波数０．７ＧＨｚ～１２．５ＧＨｚでＶＳＷＲ＜３．５、周波数１．９ＧＨｚ～６．２ＧＨｚでＶＳＷＲ＜２．０を得ることができる。また、ＶＳＷＲ＜２．０の比帯域は、１０６％である。薄型キャビティ付アンテナ１１は、広帯域で、良好な入力インピ－ダンス特性を得られる。
【0071】
図８Ｂは、実施の形態１に係る薄型キャビティ付アンテナの試作品の利得および軸比の周波数特性を例示するグラフである。
図８Ｂは、試作品の測定結果を示す。
図８Ｂの横軸は周波数（ＧＨｚ）を示し、縦軸は利得（ｄＢｉｃ）および軸比（ｄＢ）を示す。
図８Ｂは、試作品の測定結果を示す。
図８Ｂの横軸は周波数（ＧＨｚ）を示し、縦軸は利得（ｄＢｉｃ）および軸比（ｄＢ）を示す。
【0072】
図８Ｂに示すように、アンテナ利得は、周波数１ＧＨｚ～８．１ＧＨｚで０ｄＢｉｃ以上、周波数１．２ＧＨｚ～６．８ＧＨｚで６ｄＢｉｃ以上を得ることができる。特に、周波数１．２ＧＨｚ～６．８ＧＨｚでは、概ねフラットなアンテナ利得を得ることができる。軸比は、周波数２．１ＧＨｚ～７ＧＨｚで３ｄＢ以下であり、良好な円偏波特性を得ることができる。
【0073】
【0074】
【0075】
図８Ａ、図８Ｂおよび図９を用いて説明したように、薄型キャビティ付アンテナ１１によれば、以下に示す効果を（特徴）得ることができる。
・広帯域で薄型なアンテナである。
・広帯域で単一指向性を維持する。
・広帯域で高い利得を維持する。
・広帯域で、良好な入力インピ－ダンス特性を維持する。
・広帯域で、損失が少なく、良好な雑音温度特性を維持する。
・簡易な構造で、安価にアンテナを製造できる。
・広帯域で薄型なアンテナである。
・広帯域で単一指向性を維持する。
・広帯域で高い利得を維持する。
・広帯域で、良好な入力インピ－ダンス特性を維持する。
・広帯域で、損失が少なく、良好な雑音温度特性を維持する。
・簡易な構造で、安価にアンテナを製造できる。
【0076】
【0077】
図１０に示すように、比較例に係る薄型キャビティ付アンテナ５１は、実施の形態１の比較例に係る薄型キャビティ付アンテナ１１と比べて、キャビティ５１３の深さＬ１が長い点が異なる。
【0078】
比較例に係る薄型キャビティ付アンテナ５１の放射素子５１２から電波を放射する場合、上方に放射する上方放射成分と下方に放射する下方放射成分とがある。下方放射成分は、キャビティ５１３の底面で反射して上方に放射する。下方放射成分は、底面反射した際に逆位相となる。その結果、上方放射成分と、逆位相の底面反射成分（下方放射成分）とが合成されるので、これらが打ち消しあい、主ビ－ムにヌルが発生する。なお、上方放射成分と下方放射成分とが逆位相となるのは、キャビティ５１３の深さＬ１が（１／２）波長の整数倍となる周波数においてである。
【0079】
＜シミュレーション結果＞
図１１Ａは、比較例に係る薄型キャビティ付アンテナのシミュレーションモデルを例示ずる斜視図である。
図１１Ｂは、比較例に係る薄型キャビティ付アンテナのシミュレーションモデルを例示ずる断面図である。
図１１Ａは、比較例に係る薄型キャビティ付アンテナのシミュレーションモデルを例示ずる斜視図である。
図１１Ｂは、比較例に係る薄型キャビティ付アンテナのシミュレーションモデルを例示ずる断面図である。
【0080】
図１１Ａおよび図１１Ｂに示すように、放射素子５１２は、実施の形態１に係る薄型キャビティ付アンテナ１１と同様なものを使用する（図５Ａおよび図５Ｂ参照）。また、パラメ－タは、図５Ａおよび図５Ｂに示すパラメータを使用する。キャビティ５１３の直径Ｌ２は、２００ｍｍであり、キャビティ５１３の深さＬ１は、７５ｍｍである。この値は、最低使用周波数１ＧＨｚの（１／４）波長に相当する。
【0081】
キャビティ５１３の深さＬ１が、最低使用周波数１ＧＨｚの（１／４）波長に相当する場合、２ＧＨｚ、４ＧＨｚ、６ＧＨｚの近傍周波数で、放射パタ－ンの正面方向（上方方向）にヌルが発生することは既に悦明した。
【0082】
図１２Ａは、比較例に係る薄型キャビティ付アンテナの３次元放射パタ－ンのシミュレ－ション結果である。
図１２Ｂは、比較例に係る薄型キャビティ付アンテナの３次元放射パタ－ンのシミュレ－ション結果である。
図１２Ｃは、比較例に係る薄型キャビティ付アンテナの３次元放射パタ－ンのシミュレ－ション結果である。
図１２Ａ～図１２Ｃは、周波数１ＧＨｚ、４ＧＨｚ、６ＧＨｚのシミュレ－ション結果である。
図１２Ｂは、比較例に係る薄型キャビティ付アンテナの３次元放射パタ－ンのシミュレ－ション結果である。
図１２Ｃは、比較例に係る薄型キャビティ付アンテナの３次元放射パタ－ンのシミュレ－ション結果である。
図１２Ａ～図１２Ｃは、周波数１ＧＨｚ、４ＧＨｚ、６ＧＨｚのシミュレ－ション結果である。
【0083】
【0084】
比較例に係る薄型キャビティ付アンテナ５１は、周波数４ＧＨｚや周波数６ＧＨｚでは、Ｚ方向にヌルが発生している。その結果、比較例では、広い周波数帯域において単一指向性で高い利得を実現することが可能な薄型キャビティ付アンテナを提供することが難しい。
【0085】
【0086】
図１３Ａおよび図１３Ｂに示すように、実施の形態２に係る薄型キャビティ付アンテナ２１は、実施の形態１と比べて、給電回路２１４の長さＨ１が、実施の形態１に係る給電回路１１４の長さよりも長い点が異なる。これを実現するために、給電回路２１４の第１方向Ｘ１の長さＨ１を、所定の長さよりも長くしてもよい。
【0087】
また、キャビティ２１３は、第１部分と第２部分とを有する。第１部分は、キャビティ２１３の第２方向Ｘ２の長さがプリント基板２１１の第２方向Ｘ２の長さＰｄよりも長い部分である。第２部分は、キャビティ２１３の第２方向Ｘ２の長さがプリント基板２１１の第２方向Ｘ２の長さＰｄよりも短い部分である。そして、給電回路２１４の第１方向Ｘ１の長さＨ１は、キャビティ２１３の第２部分の第１方向Ｘ１の長さＨｆｅｅｄよりも長くしてもよい。
【0088】
具体的には、薄型キャビティ付アンテナ２１は、実施の形態１に比べて、より長くした給電回路２１４を収納するために、キャビティ２１３の底面の中央部を、給電回路用凸部（第２部分）として、下方（第１方向Ｘ１の逆方向）に凸の構造を有する。給電回路用凸部の直径Ｄｆｅｅｄは、給電回路２１４が収納できる最小寸法でよく、キャビティ２１３の第１部分の第２方向Ｘ２の長さＬ２の（１／１０）程度でよい。給電回路２１４は長いほど整合特性が良くなるので、用途に応じて深さＨｆｅｅｄを適切な長さにする。キャビティ２１３の第１部分の深さＬ１と給電回路用凸部の深さＨｆｅｅｄの合計は、例えば、最低使用周波数の波長の（１／４）程度以上あることが望ましい。
【0089】
なお、キャビティ２１３の給電回路用凸部を、キャビティ２１３の第２部分と称することもある。キャビティ２１３の第１部分の第２方向Ｘ２の長さを、キャビティの直径と称することもある。また、キャビティ２１３の第２部分の第１方向Ｘ１の長さを、キャビティ２１３の給電回路用凸部の深さと称することもある。
【0090】
実施の形態２では、給電回路用凸部の深さを調整することにより、整合特性を最適にすることができる。
【0091】
［実施の形態３］
図１４は、実施の形態３に係る薄型キャビティ付アンテナを例示する断面図である。
図１４は、実施の形態３に係る薄型キャビティ付アンテナを例示する断面図である。
【0092】
図１４に示すように、実施の形態３に係る薄型キャビティ付アンテナ３１は、実施の形態２と比べて、給電回路３１４をキャビティ３１３の底部の下（第１方向Ｘ１の逆方向）に配置した点が異なる。
【0093】
放射素子３１２への給電は、給電導体３１６を介して給電回路３１４に接続される。給電導体３１６は、例えば、第１給電導体３１６１と第２給電導体３１６２を有する平衡２線の給電線である。同軸コネクタ３１５はキャビティ３１３の側面部に設けられ、同軸コネクタ３１５は給電回路３１４に接続する。
【0094】
詳細は、以下のように接続する。
薄型キャビティ付アンテナ３１は、キャビティ３１３の側面部に設けられた同軸コネクタ３１５をさらに備える。給電回路３１４は、キャビティ３１３の底部の第１方向Ｘ１の逆側に設けられる。第１導体３１４１の一端と放射素子３１２の第１素子３１２１の渦巻形状の中心に近い一端とが、第１給電導体３１６１を介して接続される。第２導体３１４２の一端と第２素子３１２２の渦巻形状の中心に近い一端とは、第２給電導体３１６２を介して接続される。第１導体３１４１の他端と同軸コネクタ３１５の芯線とが接続される。第２導体３１４２の他端と同軸コネクタ３１５のグランドとが接続される。
薄型キャビティ付アンテナ３１は、キャビティ３１３の側面部に設けられた同軸コネクタ３１５をさらに備える。給電回路３１４は、キャビティ３１３の底部の第１方向Ｘ１の逆側に設けられる。第１導体３１４１の一端と放射素子３１２の第１素子３１２１の渦巻形状の中心に近い一端とが、第１給電導体３１６１を介して接続される。第２導体３１４２の一端と第２素子３１２２の渦巻形状の中心に近い一端とは、第２給電導体３１６２を介して接続される。第１導体３１４１の他端と同軸コネクタ３１５の芯線とが接続される。第２導体３１４２の他端と同軸コネクタ３１５のグランドとが接続される。
【0095】
このようなキャビティ３１３の構成は、キャビティ２１３の構成（図１３Ｂ参照）と比べて、第１方向Ｘ１の長さ（高さ）を短く抑えることができ、また、構造が簡素なので製造が複雑にならない。その結果、薄型キャビティ付アンテナ３１は、薄型キャビティ付アンテナ２１と比べて、コストを低くすることができる。
【0096】
［実施の形態４］
図１５Ａは、実施の形態４に係る薄型キャビティ付アンテナを例示する平面図およびキャビティを例示する斜視図である。
図１５Ａは、第１方向Ｘ１から見たキャビティの形状が正方形の場合の例を示す。
図１５Ｂは、実施の形態４に係る薄型キャビティ付アンテナを例示する平面図およびキャビティを例示する斜視図である。
図１５Ｂは、第１方向Ｘ１から見たキャビティの形状が正六角形の場合の例を示す。
図１５Ａは、実施の形態４に係る薄型キャビティ付アンテナを例示する平面図およびキャビティを例示する斜視図である。
図１５Ａは、第１方向Ｘ１から見たキャビティの形状が正方形の場合の例を示す。
図１５Ｂは、実施の形態４に係る薄型キャビティ付アンテナを例示する平面図およびキャビティを例示する斜視図である。
図１５Ｂは、第１方向Ｘ１から見たキャビティの形状が正六角形の場合の例を示す。
【0097】
図１５Ａおよび図１５Ｂに示すように、実施の形態４に係る薄型キャビティ付アンテナ４１は、第１方向Ｘ１から見た放射素子４１２の形状は、渦巻形状または螺旋形状である。また、第１方向Ｘ１から見たキャビティ４１３の形状は、多角形形状である。なお、第１方向Ｘ１から見たキャビティ４１３の形状は、図１に示したように、円形状、概円形状でもよい。
【0098】
実施の形態に係るキャビティ付アンテナの優位性は、薄型のキャビティを有する点である。薄型キャビティ付アンテナ４１は、そのような形状を有しているので、実施の形態１に係る薄型キャビティ付アンテナ１１と同様な効果を得ることができる。
【0099】
＜放射素子＞
図１６Ａは、実施の形態４に係る放射素子を例示する斜視図および薄型キャビティ付アンテナを例示する斜視図である。
図１６Ｂは、実施の形態４に係る放射素子を例示する斜視図および薄型キャビティ付アンテナを例示する斜視図である。
図１６Ａは、実施の形態４に係る放射素子を例示する斜視図および薄型キャビティ付アンテナを例示する斜視図である。
図１６Ｂは、実施の形態４に係る放射素子を例示する斜視図および薄型キャビティ付アンテナを例示する斜視図である。
【0100】
図１６Ａおよび図１６Ｂは、使用する放射素子の複数の種類を示す。放射素子は、図１に示す螺旋形状（渦巻形状）の銅箔パタ－ンを有するスパイラルアンテナの他、概ね平板形状の放射素子であれば、多種多様な形状のものが使用可能である。
【0101】
【0102】
図１６Ａの（ｃ）は、ダイポ－ルアンテナを用いた例である。図１６Ａの（ｄ）は、ダイポ－ルアンテナをキャビティに配置した例である。すなわち、放射素子４１２は、第２方向Ｘ２とは逆の方向に延びる第１素子と、第２方向Ｘ２に延びる第２素子と、を有するダイポールアンテナでもよい。
【0103】
ダイポ－ルアンテナは、広帯域なアンテナではない。ダイポールアンテナは、その長さが（１／２）波長の整数倍で使用できるアンテナである。ダイポールアンテナをマルチバンドのうちの単一指向性アンテナとして用いる場合、本開示のキャビティ付の形状は有効である。
【0104】
図１６Ｂの（ａ）は、クロスダイポ－ルアンテナを用いた例である。図１６Ｂの（ｂ）は、クロスダイポ－ルアンテナをキャビティに配置した例である。すなわち、放射素子４１２は、図１６Ａの（ｃ）に示す第１素子と第２素子に加えて、第１方向Ｘ１と直交し第２方向Ｘ２と直交する第３方向Ｘ３に延びる第３素子と、第３方向Ｘ３とは逆の方向に延びる第４素子と、をさらに有するクロスダイポ－ルアンテナである。
【0105】
図１６Ｂの（ｃ）は、ループアンテナを用いた例である。図１６Ｂの（ｄ）は、ループアンテナをキャビティに配置した例である。すなわち、放射素子４１２は、第１方向Ｘ１から見て、略円形のリング形状をしたループアンテナである。いずれのアンテナも平板形状（平面状）であり、マルチバンドで使用が可能なアンテナである。
【0106】
以上、説明したアンテナ以外に使用可能な放射素子としては、ボウタイアンテナ、スロットアンテナ、クロススロットアンテナ、スロットループアンテナ、スパイラルスロットアンテナが挙げられる。なお、スパイラルアンテナとしては、アルキメデススパイラルアンテナや等角スパイラルアンテナが挙げられる。
【0107】
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。
【0108】
上記の実施形態の一部又は全部は、以下の付記のようにも記載されうるが、以下には限られない。
（付記１）
第１方向と垂直な第１面を有するプリント基板と、
前記プリント基板の第１面上に設けられ、導体で構成され、前記第１方向に向かって電波を放射する放射素子と、
前記放射素子の前記第１方向とは逆側に設けられ、導体で構成され、前記第１方向とは逆方向に凹型形状を有するキャビティと、
前記放射素子に給電を行う給電回路と、
を備え、
前記キャビティの前記第１方向の第１長さは、前記キャビティの前記第１方向と直交する第２方向の第２長さの１０分の１以下である、
薄型キャビティ付アンテナ。
（付記２）
前記放射素子は、
前記プリント基板の第１面上に導体パターンとして設けられ、前記第１方向から見て渦巻形状をしている第１素子と、
前記プリント基板の第１面上に別の導体パターンとして設けられ、前記第１方向から見て前記第１素子と１対の前記渦巻形状をしている第２素子と、
を有し、
前記第２素子の一部は、前記第１素子の一部と他部との間に配置される、
付記１に記載の薄型キャビティ付アンテナ。
（付記３）
前記給電回路は、
誘電体で構成された誘電層と、
前記誘電層の第１面に設けられ、導体で構成された第１導体と、
前記誘電層の第２面に設けられ、導体で構成された第２導体と、
を有し、
前記第１導体の一端と前記第１素子の前記渦巻形状の中心に近い一端とが接続され、
前記第１導体の他端に高周波信号が接続され、
前記第２導体の一端と前記第２素子の前記渦巻形状の中心に近い一端とが接続され、
前記第２導体の他端にグランドが接続され、
前記第２導体の第３方向の長さは、前記第２導体の一端から前記第２導体の他端に向かうに従って大きくなり、
前記第３方向は、前記第１方向および前記第２方向と直交する方向である、
付記２に記載の薄型キャビティ付アンテナ。
（付記４）
前記キャビティは、
前記第１方向と垂直な平面を有する底部と、
前記底部の周囲部分から前記第１方向に延びる側面部と、
を有する、
付記３に記載の薄型キャビティ付アンテナ。
（付記５）
前記キャビティの前記底部に設けられた同軸コネクタをさらに備え、
前記第１導体の他端と前記同軸コネクタの芯線とが接続され、
前記第２導体の他端と前記同軸コネクタのグランドとが接続される、
付記４に記載の薄型キャビティ付アンテナ。
（付記６）
前記給電回路の前記第１方向の長さは、所定の長さよりも長い、
付記３に記載の薄型キャビティ付アンテナ。
（付記７）
前記キャビティは、
前記第２方向の長さが前記プリント基板の前記第２方向の長さよりも長い第１部分と、
前記第２方向の長さが前記プリント基板の前記第２方向の長さよりも短い第２部分と、
を有し、
前記給電回路の前記第１方向の長さは、前記第２部分の前記第１方向の長さよりも長い、
付記３に記載の薄型キャビティ付アンテナ。
（付記８）
前記キャビティの前記側面部に設けられた同軸コネクタをさらに備え、
前記給電回路は、前記キャビティの前記底部の前記第１方向の逆側に設けられ、
前記第１導体の一端と前記第１素子の前記渦巻形状の中心に近い一端とは、第１給電導体を介して接続され、
前記第２導体の一端と前記第２素子の前記渦巻形状の中心に近い一端とは、第２給電導体を介して接続され、
前記第１導体の他端と前記同軸コネクタの芯線とが接続され、
前記第２導体の他端と前記同軸コネクタのグランドとが接続される、
付記４に記載の薄型キャビティ付アンテナ。
（付記９）
前記第１方向から見た前記放射素子の形状は、渦巻形状または螺旋形状であり、
前記第１方向から見た前記キャビティの形状は、円形状、概円形状または多角形形状である、
付記１に記載の薄型キャビティ付アンテナ。
（付記１０）
前記放射素子は、
前記第２方向とは逆の方向に延びる第１素子と、
前記第２方向に延びる第２素子と、
を有する、
付記１に記載の薄型キャビティ付アンテナ。
（付記１１）
前記放射素子は、
前記第１方向と直交し前記第２方向と直交する第３方向に延びる第３素子と、
前記第３方向とは逆の方向に延びる第４素子と、
をさらに有する、
付記１０に記載の薄型キャビティ付アンテナ。
（付記１２）
前記放射素子は、前記第１方向から見て、略円形のリング形状をしている、
付記１に記載の薄型キャビティ付アンテナ。
（付記１）
第１方向と垂直な第１面を有するプリント基板と、
前記プリント基板の第１面上に設けられ、導体で構成され、前記第１方向に向かって電波を放射する放射素子と、
前記放射素子の前記第１方向とは逆側に設けられ、導体で構成され、前記第１方向とは逆方向に凹型形状を有するキャビティと、
前記放射素子に給電を行う給電回路と、
を備え、
前記キャビティの前記第１方向の第１長さは、前記キャビティの前記第１方向と直交する第２方向の第２長さの１０分の１以下である、
薄型キャビティ付アンテナ。
（付記２）
前記放射素子は、
前記プリント基板の第１面上に導体パターンとして設けられ、前記第１方向から見て渦巻形状をしている第１素子と、
前記プリント基板の第１面上に別の導体パターンとして設けられ、前記第１方向から見て前記第１素子と１対の前記渦巻形状をしている第２素子と、
を有し、
前記第２素子の一部は、前記第１素子の一部と他部との間に配置される、
付記１に記載の薄型キャビティ付アンテナ。
（付記３）
前記給電回路は、
誘電体で構成された誘電層と、
前記誘電層の第１面に設けられ、導体で構成された第１導体と、
前記誘電層の第２面に設けられ、導体で構成された第２導体と、
を有し、
前記第１導体の一端と前記第１素子の前記渦巻形状の中心に近い一端とが接続され、
前記第１導体の他端に高周波信号が接続され、
前記第２導体の一端と前記第２素子の前記渦巻形状の中心に近い一端とが接続され、
前記第２導体の他端にグランドが接続され、
前記第２導体の第３方向の長さは、前記第２導体の一端から前記第２導体の他端に向かうに従って大きくなり、
前記第３方向は、前記第１方向および前記第２方向と直交する方向である、
付記２に記載の薄型キャビティ付アンテナ。
（付記４）
前記キャビティは、
前記第１方向と垂直な平面を有する底部と、
前記底部の周囲部分から前記第１方向に延びる側面部と、
を有する、
付記３に記載の薄型キャビティ付アンテナ。
（付記５）
前記キャビティの前記底部に設けられた同軸コネクタをさらに備え、
前記第１導体の他端と前記同軸コネクタの芯線とが接続され、
前記第２導体の他端と前記同軸コネクタのグランドとが接続される、
付記４に記載の薄型キャビティ付アンテナ。
（付記６）
前記給電回路の前記第１方向の長さは、所定の長さよりも長い、
付記３に記載の薄型キャビティ付アンテナ。
（付記７）
前記キャビティは、
前記第２方向の長さが前記プリント基板の前記第２方向の長さよりも長い第１部分と、
前記第２方向の長さが前記プリント基板の前記第２方向の長さよりも短い第２部分と、
を有し、
前記給電回路の前記第１方向の長さは、前記第２部分の前記第１方向の長さよりも長い、
付記３に記載の薄型キャビティ付アンテナ。
（付記８）
前記キャビティの前記側面部に設けられた同軸コネクタをさらに備え、
前記給電回路は、前記キャビティの前記底部の前記第１方向の逆側に設けられ、
前記第１導体の一端と前記第１素子の前記渦巻形状の中心に近い一端とは、第１給電導体を介して接続され、
前記第２導体の一端と前記第２素子の前記渦巻形状の中心に近い一端とは、第２給電導体を介して接続され、
前記第１導体の他端と前記同軸コネクタの芯線とが接続され、
前記第２導体の他端と前記同軸コネクタのグランドとが接続される、
付記４に記載の薄型キャビティ付アンテナ。
（付記９）
前記第１方向から見た前記放射素子の形状は、渦巻形状または螺旋形状であり、
前記第１方向から見た前記キャビティの形状は、円形状、概円形状または多角形形状である、
付記１に記載の薄型キャビティ付アンテナ。
（付記１０）
前記放射素子は、
前記第２方向とは逆の方向に延びる第１素子と、
前記第２方向に延びる第２素子と、
を有する、
付記１に記載の薄型キャビティ付アンテナ。
（付記１１）
前記放射素子は、
前記第１方向と直交し前記第２方向と直交する第３方向に延びる第３素子と、
前記第３方向とは逆の方向に延びる第４素子と、
をさらに有する、
付記１０に記載の薄型キャビティ付アンテナ。
（付記１２）
前記放射素子は、前記第１方向から見て、略円形のリング形状をしている、
付記１に記載の薄型キャビティ付アンテナ。
【符号の説明】
【0109】
１１…薄型キャビティ付アンテナ
１１１…プリント基板
１１２…放射素子
１１２１…第１素子
１１２２…第２素子
１１３…キャビティ
１１３１…底部
１１３２…側面部
１１４…給電回路
１１４１…第１導体
１１４２…第２導体
１１４３…誘電層
１１５…同軸コネクタ
Ｐｓ１…プリント基板の第１面
Ｐｓ２…プリント基板の第２面
Ｄｓ１…誘電層の第１面
Ｄｓ２…誘電層の第２面
Ｐｄ…プリント基板の第２方向の長さ
Ｓｄ…スパイラル素子の最外形の直径
Ｌ１…第１長さ
Ｌ２…第２長さ
Ｘ１…第１方向
Ｘ２…第２方向
Ｘ３…第３方向
Ｒ…半径
ＲО…初期半径
θ…回転角度
λ１、λ２、λ３、λ６、λＬ…波長
１１１…プリント基板
１１２…放射素子
１１２１…第１素子
１１２２…第２素子
１１３…キャビティ
１１３１…底部
１１３２…側面部
１１４…給電回路
１１４１…第１導体
１１４２…第２導体
１１４３…誘電層
１１５…同軸コネクタ
Ｐｓ１…プリント基板の第１面
Ｐｓ２…プリント基板の第２面
Ｄｓ１…誘電層の第１面
Ｄｓ２…誘電層の第２面
Ｐｄ…プリント基板の第２方向の長さ
Ｓｄ…スパイラル素子の最外形の直径
Ｌ１…第１長さ
Ｌ２…第２長さ
Ｘ１…第１方向
Ｘ２…第２方向
Ｘ３…第３方向
Ｒ…半径
ＲО…初期半径
θ…回転角度
λ１、λ２、λ３、λ６、λＬ…波長
【図1A】
【図1B】
【図2A】
【図2B】
【図2C】
【図3】
【図4】
【図5A】
【図5B】
【図6A】
【図6B】
【図7A】
【図7B】
【図7C】
【図7D】
【図7E】
【図7F】
【図8A】
【図8B】
【図9】
【図10】
【図11A】
【図11B】
【図12A】
【図12B】
【図12C】
【図13A】
【図13B】
【図14】
【図15A】
【図15B】
【図16A】
【図16B】