(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】
(24)【登録日】2023-09-25
(45)【発行日】2023-10-03
(54)【発明の名称】アンテナシステム
(51)【国際特許分類】
H01Q 1/22 20060101AFI20230926BHJP
H01Q 13/10 20060101ALI20230926BHJP
H01Q 13/08 20060101ALI20230926BHJP
H01Q 21/08 20060101ALI20230926BHJP
【ＦＩ】
H01Q1/22 C
H01Q13/10
H01Q13/08
H01Q21/08
【請求項の数】
18
(21)【出願番号】P 2020550468
(86)(22)【出願日】2019-10-01
(86)【国際出願番号】 JP2019038814
(87)【国際公開番号】W WO2020071390
(87)【国際公開日】2020-04-09
【審査請求日】2022-08-04
(31)【優先権主張番号】P 2018190375
(32)【優先日】2018-10-05
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(31)【優先権主張番号】P 2018211308
(32)【優先日】2018-11-09
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(73)【特許権者】
【識別番号】000000044
【氏名又は名称】ＡＧＣ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100107766
【弁理士】
【氏名又は名称】伊東 忠重
(74)【代理人】
【識別番号】100070150
【弁理士】
【氏名又は名称】伊東 忠彦
(72)【発明者】
【氏名】佐山 稔貴
(72)【発明者】
【氏名】奥田 崚太
(72)【発明者】
【氏名】茂木 健
(72)【発明者】
【氏名】加賀谷 修
【審査官】赤穂 美香
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１８－０８２４１８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００６－１９１５７４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１７－６００３８（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１８／０１７５４７８（ＵＳ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｑ １／２２
Ｈ０１Ｑ １３／１０
Ｈ０１Ｑ １３／０８
Ｈ０１Ｑ ２１／０８
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
厚さが１．１ｍｍ以上で２８ＧＨｚにおける誘電正接が０．００５以上のガラス板と、前記ガラス板の一方の面から離れて位置するアンテナとを備え、
前記アンテナに入力される電力と前記アンテナから空間中に放射される電力との比を放射効率とし、
周波数１０ＧＨｚ以上の所定の周波数の電波の実効波長をλｇとし、前記ガラス板と前記アンテナとを接触させたときの放射効率をη０［ｄＢ］とし、前記一方の面と前記アンテナとの間の距離をλｇ／２離したときの放射効率をηλｇ／２［ｄＢ］とするとき、
ηＡ≧η０＋（ηλｇ／２－η０）×０．１
を満足する放射効率ηＡ［ｄＢ］が得られる距離を離して、前記ガラス板と前記アンテナとが配置される、アンテナシステム。
【請求項2】
－１０［ｄＢ］以上の放射効率ηＡが得られる距離を離して、前記ガラス板と前記アンテナとが配置される、請求項１に記載のアンテナシステム。
【請求項3】
前記アンテナは、前記一方の面に対して平行になるように配置される平面アンテナである、請求項１又は２に記載のアンテナシステム。
【請求項4】
前記ガラス板と前記アンテナとの間に位置し、空気とは異なる整合層を備え、前記整合層は、２８ＧＨｚにおける誘電正接が０．０３以下である、請求項１から３のいずれか一項に記載のアンテナシステム。
【請求項5】
前記アンテナは、前記周波数の電波を放射する放射部を備え、前記ガラス板の平面視で前記整合層の外縁が前記放射部の外縁よりも外側となる、請求項４に記載のアンテナシステム。
【請求項6】
前記ガラス板の平面視で、前記整合層の外縁は、前記アンテナの外縁よりも外側となる、請求項５に記載のアンテナシステム。
【請求項7】
前記放射部は、導体材料からなる放射板である、請求項５又は６に記載のアンテナシステム。
【請求項8】
前記放射部は、スロットである、請求項５又は６に記載のアンテナシステム。
【請求項9】
前記ガラス板と前記アンテナとの間に位置し、空気とは異なる比誘電率を有するスペーサを備え、前記スペーサは、２８ＧＨｚにおける誘電正接が０．０３以下である、請求項１から８のいずれか一項に記載のアンテナシステム。
【請求項10】
前記アンテナは、前記周波数の電波を放射する放射部を備え、前記ガラス板の平面視で前記スペーサの外縁が前記放射部の外縁よりも外側となる、請求項９に記載のアンテナシステム。
【請求項11】
前記ガラス板の平面視で、前記スペーサの外縁は、前記アンテナの外縁よりも外側となる、請求項１０に記載のアンテナシステム。
【請求項12】
前記スペーサは、２８ＧＨｚにおける比誘電率が１０以下である、請求項９から１１のいずれか一項に記載のアンテナシステム。
【請求項13】
前記ガラス板と前記アンテナとの間の媒質は、空気のみである、請求項１から３のいずれか一項に記載のアンテナシステム。
【請求項14】
前記ガラス板と前記アンテナとの距離は、１０ＧＨｚ以上の所定周波数の電波における空気中の波長をλ０としたとき、２×λ０以下である、請求項１から１３のいずれか一項に記載のアンテナシステム。
【請求項15】
前記アンテナは、複数のアンテナ素子が配列されるアレイアンテナである、請求項１から１４のいずれか一項に記載のアンテナシステム。
【請求項16】
前記ガラス板は、２８ＧＨｚにおける比誘電率が５以上９以下である、請求項１から１５のいずれか一項に記載のアンテナシステム。
【請求項17】
前記アンテナと前記アンテナに給電する伝送線路とを有する、伝送線路付アンテナを含む請求項１から１６のいずれか一項に記載のアンテナシステム。
【請求項18】
前記アンテナは、誘電体基材を有し、前記誘電体基材の第１の表面に前記伝送線路を有し、
前記誘電体基材の前記第１の表面と反対側にある第２の表面に導体板を有し、
前記誘電体基材は、１０ＧＨｚ以上の所定の周波数の電波における空気中の波長をλ０としたとき、厚さが０．１×λ０以下である、請求項１７に記載のアンテナシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、アンテナシステムに関する。
【背景技術】
【0002】
近年、４Ｇ ＬＴＥから５Ｇ（ｓｕｂ６）への移行など、マイクロ波やミリ波の周波数帯を使用する高速・大容量の無線通信システムを利用するサービスが拡がる動きがある。具体的には、３ＧＨｚ帯域から５～６ＧＨｚ帯域まで、そのようなサービスの使用帯域が広がる傾向にある。そして、このような周波数帯に対応可能であって、指向性及び受信感度の良好なアンテナが求められている。また、車車間通信および路車間通信として期待されているＶ２Ｘ（Vehicle to Everything）は、例えば５．９ＧＨｚ帯において欧州のＥＴＣ（Electronic Toll Collection）システムで使用されるなど、多くの用途に展開されている。さらに、ｓｕｂ６よりも高い周波数（例えば、２８ＧＨｚ帯、４０ＧＨｚ帯、６０ＧＨｚ帯、７０ＧＨｚ帯）を用いた無線通信システムの普及に向けた試みも行われている。
【0003】
このような高周波数帯域の通信を行うため、例えば、車内に備えられたミリ波レーダーによる送受を行う場合、これまでの周波数帯の通信において顕著ではなかった、窓ガラスによる利得の減衰が起こることがある。そこで、高い利得を得るために、窓ガラスの一部に電波透過材を嵌め込む構成が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】国際公開２０１７／１８８４１５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかし、特許文献１の技術では、窓ガラスそのものに機械的な加工を施したり、窓ガラスとは別の部材を、窓ガラスが通常存在する部分に包含させたりするため、構成が複雑になる問題があった。
【0006】
そこで、本開示は、厚さが１．１ｍｍ以上で２８ＧＨｚにおける誘電正接が０．００５以上の従来のガラス板を用いて、そのガラス板の構成を複雑化させることなく、所定の高周波帯の電波を送受可能なアンテナシステムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本開示は、
厚さが１．１ｍｍ以上で２８ＧＨｚにおける誘電正接が０．００５以上のガラス板と、
前記ガラス板の一方の面から離れて位置するアンテナとを備え、
前記アンテナに入力される電力と前記アンテナから空間中に放射される電力との比を放射効率とし、
周波数１０ＧＨｚ以上の所定の周波数の電波の実効波長をλｇとし、前記ガラス板と前記アンテナとを接触させたときの放射効率をη０［ｄＢ］とし、前記一方の面と前記アンテナとの間の距離をλｇ／２離したときの放射効率をηλｇ／２［ｄＢ］とするとき、
ηＡ≧η０＋（ηλｇ／２－η０）×０．１
を満足する放射効率ηＡ［ｄＢ］が得られる距離を離して、前記ガラス板と前記アンテナとが配置される、アンテナシステムを提供する。
厚さが１．１ｍｍ以上で２８ＧＨｚにおける誘電正接が０．００５以上のガラス板と、
前記ガラス板の一方の面から離れて位置するアンテナとを備え、
前記アンテナに入力される電力と前記アンテナから空間中に放射される電力との比を放射効率とし、
周波数１０ＧＨｚ以上の所定の周波数の電波の実効波長をλｇとし、前記ガラス板と前記アンテナとを接触させたときの放射効率をη０［ｄＢ］とし、前記一方の面と前記アンテナとの間の距離をλｇ／２離したときの放射効率をηλｇ／２［ｄＢ］とするとき、
ηＡ≧η０＋（ηλｇ／２－η０）×０．１
を満足する放射効率ηＡ［ｄＢ］が得られる距離を離して、前記ガラス板と前記アンテナとが配置される、アンテナシステムを提供する。
【発明の効果】
【0008】
本開示の技術によれば、厚さが１．１ｍｍ以上で２８ＧＨｚにおける誘電正接が０．００５以上の従来のガラス板を用いて、そのガラス板の構成を複雑化させることなく、所定の高周波帯の電波を送受可能なアンテナシステムを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1】アンテナシステムの斜視図である。
【図2】アンテナの正面図である。
【図3】アンテナの側面図である。
【図4】アンテナの斜視図である。
【図5】アンテナの断面図である。
【図6A】伝送線路付アンテナの斜視図である。
【図6B】伝送線路付アンテナの断面図である。
【図7A】伝送線路付アンテナの斜視図である。
【図7B】伝送線路付アンテナの断面図である。
【図8A】伝送線路付アンテナの斜視図である。
【図8B】伝送線路付アンテナの断面図である。
【図9A】伝送線路付アンテナの斜視図である。
【図9B】伝送線路付アンテナの断面図である。
【図9C】伝送線路付アンテナの断面図である。
【図10A】伝送線路付アンテナの斜視図である。
【図10B】伝送線路付アンテナの断面図である。
【図10C】伝送線路付アンテナの断面図である。
【図11】複数のアンテナを備えるアンテナシステムを例示する図である。
【図12】ガラス板とアンテナとの間に整合層と空気が存在する構成を示す配置図である。
【図13】ガラス板とアンテナとの間に整合層が存在する構成を示す配置図である。
【図14】ガラス板とアンテナとの間に整合層とスペーサが存在する構成を示す配置図である。
【図15】アレイアンテナを備えるアンテナシステムを例示する図である。
【図16】板厚が２ｍｍのガラス板とアンテナとの距離に対する放射効率の変化の一例を示す図である。
【図17】板厚が３ｍｍのガラス板とアンテナとの距離に対する放射効率の変化の一例を示す図である。
【図18】板厚が４ｍｍのガラス板とアンテナとの距離に対する放射効率の変化の一例を示す図である。
【図19】板厚が５ｍｍのガラス板とアンテナとの距離に対する放射効率の変化の一例を示す図である。
【図20A】ガラス板と伝送線路付アンテナとの間に整合層が存在する構成を示す配置図である。
【図20B】伝送線路付アンテナにおける伝送線路領域を示す斜視図である。
【図21】誘電体基材の厚さに対する、伝送線路の伝送損失の変化の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下、図面を参照して、本開示に係る実施形態の説明を行う。なお、各形態において、平行、直角、直交、水平、垂直、上下、左右などの方向には、本発明の効果を損なわない程度のずれが許容される。また、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向は、それぞれ、Ｘ軸に平行な方向、Ｙ軸に平行な方向、Ｚ軸に平行な方向を表す。Ｘ軸方向とＹ軸方向とＺ軸方向は、互いに直交する。ＸＹ平面、ＹＺ平面、ＺＸ平面は、それぞれ、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に平行な仮想平面、Ｙ軸方向及びＺ軸方向に平行な仮想平面、Ｚ軸方向及びＸ軸方向に平行な仮想平面を表す。
【0011】
また、本発明のアンテナシステムは、車両用に限られず、建物用でもよいし、電子機器用でもよい。本開示に係る実施形態の以下の説明では、車両用を代表例に挙げて説明する。
【0012】
本開示に係る実施形態の車両用アンテナは、マイクロ波やミリ波等の高周波帯（例えば、０．３ＧＨｚ～３００ＧＨｚ、特には１０ＧＨｚ以上、例えば２８ＧＨｚ含む帯域や３９ＧＨｚを含む帯域）の電波の送受に好適である。本開示に係る実施形態の車両用アンテナは、例えば、Ｖ２Ｘ通信システム、第５世代移動通信システム（いわゆる、５Ｇ）、車載レーダーシステムなどに適用可能であるが、適用可能なシステムはこれらに限られない。Ｖ２Ｘ通信システムの一例として、ＥＴＣ（Electronic Toll Collection）システムがある。
【0013】
図１は、本開示に係る実施形態のアンテナシステムを例示する斜視図である。図１に示すアンテナシステム１０１は、車両８０の窓用のガラス板７０と、ガラス板７０に取り付けられる車両用アンテナ１１０（以下、単に"アンテナ１１０"とも称する）とを備える。
【0014】
ガラス板７０は、１．１ｍｍ以上の厚さ（Ｔ）を有し、２８ＧＨｚにおける誘電正接（いわゆる、tanδ）が０．００５以上である。ガラス板７０は、例えば、車両８０の前側に設置されるフロントガラスである。ガラス板７０は、水平面９０に対して所定の設置角度θで車両８０の前側の窓枠に取り付けられる。なお、ガラス板７０は、厚さ（Ｔ）の上限はとくにないが、例えば、車両用であれば通常、１枚のガラスであれば、５ｍｍ以下の厚さのものが使用される。また、２枚のガラスを積層した構造を備える合わせガラスの場合、ガラス板７０の最大の厚さは１０ｍｍ以下（５ｍｍ×２）程度のものが使用される。ガラス板７０の厚さは、用途に応じて、２ｍｍ以上でもよく、３ｍｍ以上でもよい。また、合わせガラスの場合、例えば、４ｍｍ以上（２ｍｍ以上×２）でもよく、６ｍｍ以上（３ｍｍ以上×２）でもよい。
【0015】
なお、誘電正接（tanδ）は、２５℃、２８ＧＨｚで、日本工業規格（ＪＩＳ Ｒ １６４１：２００７）に規定されている方法により、空洞共振器及びベクトルネットワークアナライザを用いて測定された値である。本明細書における誘電正接（tanδ）の値は、とくにことわりがない場合、２５℃、２８ＧＨｚで上記規定により測定された値とする。
【0016】
ガラス板７０を構成するガラスの組成はとくに限定されないが、酸化物基準のモル％で表示した組成で、ＳｉＯ２を５０～８０％、Ｂ２Ｏ３を０～１０％、Ａｌ２Ｏ３を０．１～２５％、Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ及びＫ２Ｏからなる群より選ばれる少なくとも１種のアルカリ金属酸化物を合計で３～３０％、ＭｇＯを０～２５％、ＣａＯを０～２５％、ＳｒＯを０～５％、ＢａＯを０～５％、ＺｒＯ２を０～５％及びＳｎＯ２を０～５％含むガラス板を使用できる。
【0017】
アンテナ１１０は、ガラス板７０の一方の面から離れて位置する。アンテナ１１０は、例えば、ガラス板７０の内側表面から離れて位置するように、ガラス板７０の内側に筐体等の不図示の部材を介して取り付けられている。この例では、ガラス板７０の上側領域の中央部付近に取り付けられる。ガラス板７０に取り付けられるアンテナ１１０の数は、この例では、一つであるが、複数でもよい。なお、ガラス板７０の一方の面とアンテナとの距離Ｄは、アンテナ１１０が送受する１０ＧＨｚ以上の所定周波数の電波における空気中の波長をλ０としたとき、２×λ０以下であれば、低背化の観点から好ましく、１．５×λ０以下であればより好ましく、１．０×λ０以下であればさらに好ましい。
【0018】
なお、この例では、アンテナ１１０は、不図示の取り付け部材を介してガラス板７０の内側表面に間接的に取り付けられているが、ガラス板７０の内側表面から離れた位置に配置されていれば、他の取り付け箇所に取り付けられてもよい。例えば、アンテナ１１０は、車室内の天井部や、ルームミラーなどに取り付けられてもよい。アンテナ１１０がこのような取り付け箇所に取り付けられる場合でも距離Ｄは、ガラス板７０から２×λ０以下であればよく、１．５×λ０以下であればより好ましく、１．０×λ０以下であればさらに好ましい。なお、距離Ｄは、ガラス板７０とアンテナ１１０との間に、後述する整合層やスペーサが配置される場合においても上記の範囲が好ましい。
【0019】
図２は、アンテナを正面視で示す図である。図３は、アンテナを側面視で示す図である。図２，３に示すアンテナ１１０は、ガラス板７０の内側表面７６から離れた位置に配置されている。ガラス板７０は、車室側の内側表面７６と、車外側の外側表面７７とを有する。内側表面７６は、ガラス板７０の一方の表面であり、外側表面７７は、当該一方の表面とは反対側の表面である。板厚Ｔは、ガラス板７０の厚さを示し、上記のように１．１ｍｍ以上である。
【0020】
距離Ｄは、内側表面７６とアンテナ１１０との最短距離である。図３の場合、距離Ｄは、放射板２０と内側表面７６との間の最短距離を表す。アンテナ１１０は、ガラス板７０から離れて配置されているため、距離Ｄは、零よりも大きい。つまり、距離Ｄが零のとき、アンテナ１１０は内側表面７６に接触している。なお、アンテナ１１０は、内側表面７６に対して平行に配置されていても、非平行に配置されていてもよく、非平行に配置されている場合でも、距離Ｄは、放射板２０と内側表面７６との間の最短距離を表す。つまり、アンテナ１１０について、電波の主な放射源が放射板２０表面であれば、上記のように距離Ｄは、放射板２０と内側表面７６との間の最短距離としてもよい。放射板２０は、１０ＧＨｚ以上の所定の周波数の電波を放射する例であり、同等の周波数の電波を放射するスロットも含めて本明細書では、これらを「放射部２０」とも称する。
【0021】
なお、アンテナ１１０がガラス板７０の一方の面（図３の場合、内側表面７６）から離れて位置する形態には、アンテナ１１０を当該一方の面に接着させる接着部材が有限の厚さを有していれば、アンテナ１１０と当該一方の面との間に接着部材が介在する形態も含む。つまり、この場合、接着部材の厚さ（の最薄距離）が距離Ｄに相当する。接着部材の具体例として、接着剤や粘着剤や接着テープなどが挙げられる。換言すれば、アンテナ１１０がガラス板７０の一方の面から離れて位置する形態には、アンテナ１１０が当該一方の面に接着部材等の介在部材を介して接触する形態も含む。
【0022】
接着部材としては、アクリル系樹脂、ゴム、シリコーン樹脂、ブタジエン系樹脂、エポキシ系樹脂、ポリウレタン系樹脂、ポリビニルアセタール系樹脂、ポリ塩化ビニル系樹脂、アイオノマー、ポリエステル系樹脂、エチレン－酢酸ビニル共重合体系樹脂、エチレン－エチルアクリレート共重合体系樹脂、ポリシクロオレフィン樹脂等が挙げられ、これらのうち１種を使用してもよく、２種以上を組み合わせて使用してもよい。
【0023】
ここで、アンテナ１１０に入力される電力とアンテナ１１０から空間中に放射される電力との比を放射効率とする。アンテナ１１０に入力される電力とは、アンテナ１１０に給電される電力のうちアンテナ１１０が受け取る電力を表す。したがって、例えば、アンテナ１１０に接続される同軸ケーブルやマイクロストリップライン等の伝送線路において損失した電力は、上記「アンテナ１１０に入力される電力」には含まれない。本発明者らは、研究の結果、放射効率が板厚Ｔと距離Ｄに関係することを見出した。
【0024】
また、周波数１０ＧＨｚ以上の所定の周波数の電波の実効波長をλｇとするが、実効波長λｇとは、アンテナ１１０からガラス板７０までの媒質が空気であれば、真空中の波長λ０と同じ（λｇ＝λ０）である。しかし、空気以外に、アンテナ１１０とガラス板７０との間に、整合層やスペーサなどの後述の誘電体、または、誘電体および金属が存在する場合、実効波長λｇは、これらの材料の波長短縮率を考慮した波長を意味する。なお、整合層やスペーサは、ドライコーティングやウェットコーティングなどのコーティングによって形成されてもよい。
【0025】
ここで、ガラス板７０とアンテナ１１０とを接触させたとき（Ｄ＝０のとき）の放射効率をη０［ｄＢ］とする。そして、ガラス板７０の一方の面とアンテナ１１０との間の距離をλｇ／２離したとき（Ｄ＝λｇ／２のとき）の放射効率をηλｇ／２［ｄＢ］とする。本発明者らは、『ηＡ≧η０＋（ηλｇ／２－η０）×０．１』を満足する放射効率ηＡ［ｄＢ］が得られるように、ガラス板７０とアンテナ１１０とを配置すると、ガラス板７０を加工せずに、１０ＧＨｚ以上の高周波数帯の電波を送受できることを見出した。また、放射効率ηＡは、『ηＡ≧η０＋（ηλｇ／２－η０）×０．２』を満足することが好ましく、『ηＡ≧η０＋（ηλｇ／２－η０）×０．３』を満足することがより好ましい。なお「ガラス板７０を加工せずに」というのは、アンテナ１１０近傍のガラス板７０そのものを、部分的に厚さを薄くするなどの加工をしない場合が例示でき、通常、使用するガラス単体、または、合わせガラスの状態を維持する、という意味である。
【0026】
また、本発明者らは、－１０［ｄＢ］以上の放射効率ηＡが得られるように、ガラス板７０とアンテナ１１０とを配置すると、ガラス板７０を加工せずに、１０ＧＨｚ以上の高周波数帯の電波を送受できることを見出した。本発明者らは、好ましくは－７［ｄＢ］以上、より好ましくは－５［ｄＢ］以上、さらに好ましくは－３［ｄＢ］以上、より一層好ましくは－１［ｄＢ］以上の放射効率ηＡが得られるように、ガラス板７０とアンテナ１１０とを配置すると、ガラス板７０を加工せずに、１０ＧＨｚ以上の高周波数帯の電波を送受できることを見出した。
【0027】
次に、アンテナ１１０の一構成例について、詳細に説明する。図２，３に示すアンテナ１１０は、少なくとも、導体板１０と、放射板２０とを備える。
【0028】
導体板１０は、典型的には、その表面がＸＹ平面に平行な平面状の層であり、アンテナ１１０のグランドとして機能する。導体板１０は、板状又は膜状の導体である。導体板１０に使用される導体の材料は、例えば、銀、銅などが挙げられるが、これらに限られない。また、図示の導体板１０の形状は、（Ｚ軸方向からみた）平面視で正方形であるが、正方形以外の多角形でもよいし、円等の他の形状でもよい。なお、ここでいう「板状又は膜状」とは、３次元的な形状を有するものでもよく、例えば、凸状、凹状、波状のものも含み、後述する放射板及び誘電体基材についても同様である。ただし、上述する「板状又は膜状」については、所定のアンテナ利得特性を予測しやすい点で平面形状（２次元形状）が好ましい。
【0029】
放射板２０は、Ｚ軸方向で導体板１０に対向して配置される板状又は膜状の導体であり、その面積は導体板１０よりも狭い。放射板２０は、その表面がＸＹ平面に平行な平面状の層であり、アンテナ１１０の放射素子として機能する。放射板２０に使用される導体の材料は、例えば、銀、銅などが挙げられるが、これらに限られない。また、図示の放射板２０の形状は、（Ｚ軸方向からみた）平面視で正方形であるが、正方形以外の多角形でもよいし、円等の他の形状でもよい。
【0030】
放射板２０は、導体板１０から離れて配置されている。導体板１０と放射板２０との間の媒質は、空間と誘電体基材の少なくとも一方を含むものである。図２，３は、その媒質が誘電体基材６０のみからなる場合を示す。なお、媒質が空間（空気）の場合、放射板２０及び導体板１０は、必要に応じて不図示の筐体によって固定されていればよい。
【0031】
誘電体基材６０は、誘電体を主成分とする板状又は膜状の誘電体層である。誘電体基材６０は、第１の表面６１と、第１の表面６１とは反対側の第２の表面６２とを有する。表面６１，６２は、ＸＹ平面に平行である。誘電体基材６０の一方の表面である表面６１には、放射板２０が設けられており、誘電体基材６０の他方の表面である表面６２には、導体板１０が設けられている。
【0032】
誘電体基材６０は、例えば、ガラスエポキシ基板等の誘電体基板でもよいし、誘電体シートでもよい。誘電体基材６０に使用される誘電体の材料は、例えば、石英ガラス等のガラス、セラミックス、ポリテトラフルオロエチレン等のフッ素系樹脂、液晶ポリマー、シクロオレフィンポリマーなどが挙げられるが、これらに限られない。また、誘電体基材６０が樹脂材料である場合、紫外線耐性を高めるために、樹脂の表面に紫外線吸収層をコーティングしてもよく、樹脂材料中に紫外線吸収剤を添加してもよい。
【0033】
アンテナ１１０は、例えば、内側表面７６に対して平行になるように配置される平面アンテナである。水平面９０（図１参照）に対して傾斜する内側表面７６に対して平行になるように平面アンテナであるアンテナ１１０を配置することによって、実装が容易となり、低背化を実現しやすい。
【0034】
アンテナ１１０は、例えば、誘電体基材６０と、第１の表面６１に設けられる放射板２０と、放射板２０に誘電体基材６０を介して対向する導体板１０とを備える平面アンテナである。このような構造を備える平面アンテナは、パッチアンテナ又はマイクロストリップアンテナと称される。
【0035】
図４は、導体板１０及び放射板２０が形成される誘電体基材６０を含むアンテナ１１０を示す斜視図である。図５は、導体板１０及び放射板２０が形成される誘電体基材６０を含むアンテナ１１０を示す断面図である。アンテナ１１０は、誘電体基材６０の一部を貫通するように、給電部３０と放射板２０とを接続する接続導体４０を備える。
【0036】
給電部３０は、接触又は非接触で給電される箇所であり、不図示の伝送線路の一端が接続される又は近接する部位である。伝送線路の具体例として、同軸ケーブル、マイクロストリップラインなどが挙げられる。伝送線路の他端は、アンテナ１１０を利用して車外と通信する通信装置に接続される。給電部３０は、放射板２０に対して導体板１０が配置される側に位置する。
【0037】
接続導体４０は、導体板１０には接触していない。接続導体４０は、その一端が給電部３０に接続され、その他端が接続点２２で放射板２０に接続される。接続点２２は、放射板２０の重心２１からずれており、図示の場合、重心２１に対してＹ軸方向の負側に位置している。重心２１は、放射板２０が正方形のような対称図形の場合、その対称図形の中心に相当する。
【0038】
接続導体４０の具体例として、Ｚ軸方向に誘電体基材６０を貫通するスルーホールの内部に形成された導体、同軸ケーブルの芯線、ピン状に形成された導体ピンなどがあるが、接続導体４０は、これらに限られない。なお、導体板１０と放射板２０との間の媒質が空間を含む場合、接続導体４０の具体例として、同軸ケーブルの芯線や導体ピンなどがあるが、接続導体４０は、これらに限られない。
【0039】
図５に示すように、放射板２０の重心２１は、導体板１０に対して放射板２０側からの視点で見ると、導体板１０の重心１１と重複することが、導体板１０側から放射板２０側に向かう方向のアンテナ１１０のアンテナ利得を向上させる点で好ましい。この例では、導体板１０に対して放射板２０側からの視点とは、Ｚ軸方向の正側からの視点を表し、導体板１０側から放射板２０側に向かう方向とは、Ｚ軸方向の正側に向かう方向を表す。
【0040】
平面アンテナへの伝送線路としては、上記のように同軸ケーブル、マイクロストリップラインについて例示したが、該伝送線路についてより具体的に説明する。なお、本明細書では、平面アンテナと伝送線路を含むものを、「伝送線路付アンテナ」と称する。
【0041】
図６Ａは、伝送線路付アンテナ２０１を示す斜視図であり、図６Ｂは、Ｙ１－Ｙ１’の断面図である。伝送線路付アンテナ２０１は、誘電体基材６０と、誘電体基材６０の第１の表面６１に設けられる放射板２０と、第１の表面６１に設けられ放射板２０に接続するマイクロストリップライン２４を有する。また、伝送線路付アンテナ２０１は、誘電体基材６０の第１の表面６１の反対側にある第２の表面６２に導体板１０を備え、グランドとして機能する。なお、誘電体基材６０（後述の第１の誘電体基材６０ａ、第２の誘電体基材６０ｂ）は、誘電正接（tanδ）が小さい方が伝送線路における伝送損失を低減できる。また、誘電体基材６０の誘電正接（tanδ）は、０．０３以下であればよく、０．００８以下がより好ましく０．００１以下がさらに好ましい。
【0042】
伝送線路付アンテナ２０１において、誘電体基材６０は、その厚さが薄いほど伝送線路からの放射損失を抑えられることからマイクロストリップライン２４による伝送損失を低減しやすく、とくに高周波数になれば、より伝送損失の低減効果が顕著になりやすい。この中でも、図３のように放射板２０（アンテナ１１０）とガラス板７０との間が空気である場合に比べ、後述する図１２～図１４のように、放射板２０（アンテナ１１０）とガラス板７０との間に整合層７４を備える構成、または、整合層７４およびスペーサ７５を備える構成の場合の方が、誘電体基材６０の厚さが薄いほど伝送線路からの放射損失を抑えられる。よって、放射板２０（アンテナ１１０）とガラス板７０との間に整合層７４を備える構成、または、整合層７４およびスペーサ７５を備える構成の場合、誘電体基材６０の厚さが薄いほどマイクロストリップライン２４による伝送損失を低減しやすい。なお、誘電体基材６０は、その厚さが０．１×λ０以下であればよく、０．０８×λ０以下が好ましく、０．０６×λ０以下がより好ましい。また、誘電体基材６０の厚さの下限はとくに無いが、取り扱いの観点から、０．０１ｍｍ以上であればよい。
【0043】
図７Ａは、伝送線路付アンテナ２０２を示す斜視図であり、図７Ｂは、Ｙ２－Ｙ２’の断面図である。伝送線路付アンテナ２０２は、第１の誘電体基材６０ａ、第２の誘電体基材６０ｂ、放射板２０、導体板１０、接続導体４０およびマイクロストリップライン２５を有する。また、第１の誘電体基材６０ａと第２の誘電体基材６０ｂは、厚さ方向に重なるように配置される。第１の誘電体基材６０ａは、第２の誘電体基材６０ｂとは反対側にある第１の表面６１と第２の誘電体基材６０ｂ側にある第２の表面６２を有し、第２の誘電体基材６０ｂは、第１の誘電体基材６０ａ側にある第３の表面６３と第１の誘電体基材６０ａとは反対側にある第４の表面６４を有する。なお、第１の誘電体基材６０ａと第２の誘電体基材６０ｂは、異なる材料でもよく同じ材料でもよい。
【0044】
伝送線路付アンテナ２０２は、第１の表面６１に設けられる放射板２０と、放射板２０に接続される接続導体４０と、接続導体４０に接続されるマイクロストリップライン２５を有する。また、伝送線路付アンテナ２０２は、第１の誘電体基材６０ａと第２の誘電体基材６０ｂとの間で、第２の表面６２および第３の表面６３に導体板１０を備え、グランドとして機能する。接続導体４０は、第１の誘電体基材６０ａと第２の誘電体基材６０ｂの厚さ方向（Ｚ軸方向）に延伸して、第１の誘電体基材６０ａ、導体板１０、および第２の誘電体基材６０ｂを貫通するスルーホールの内部に形成された導体であり、少なくとも導体板１０とは接続しない。さらに、マイクロストリップライン２５は、第４の表面６４に備えられる。
【0045】
伝送線路付アンテナ２０２は、マイクロストリップライン２５が、導体板１０を基準に放射板２０側とは反対側（マイナスＺ軸方向）に設けられている。このため、伝送線路付アンテナ２０２においてマイクロストリップライン２５は、放射板２０とガラス板７０との間に備わる不図示の誘電体やガラス板７０に起因する、マイクロストリップライン２５の伝送損失を低減できる。
【0046】
図８Ａは、伝送線路付アンテナ２０３を示す斜視図であり、図８Ｂは、Ｙ３－Ｙ３’の断面図である。伝送線路付アンテナ２０３は、第１の誘電体基材６０ａ、第２の誘電体基材６０ｂ、スロット２０ａ、第１の導体板１０ａ、第２の導体板１０ｂおよびストリップライン２６を有する。また、第１の誘電体基材６０ａと第２の誘電体基材６０ｂは、厚さ方向に重なるように配置される。第１の誘電体基材６０ａは、第２の誘電体基材６０ｂとは反対側にある第１の表面６１と第２の誘電体基材６０ｂ側にある第２の表面６２を有し、第２の誘電体基材６０ｂは、第１の誘電体基材６０ａ側にある第３の表面６３と第１の誘電体基材６０ａとは反対側にある第４の表面６４を有する。なお、第１の誘電体基材６０ａと第２の誘電体基材６０ｂは、異なる材料でもよく同じ材料でもよい。また、伝送線路付アンテナ２０３でいうスロット２０ａは、「放射部２０」に相当する。
【0047】
伝送線路付アンテナ２０３は、第２の表面６２と第３の表面６３との間に設けられるストリップライン２６を有する。また、伝送線路付アンテナ２０３は、第１の誘電体基材６０ａと第２の誘電体基材６０ｂの厚さ方向（Ｚ軸方向）からみて、ストリップライン２６の少なくとも一部と重なるように、第１の表面６１に、第１の導体板１０ａを備え、グランドとして機能する。また、伝送線路付アンテナ２０３は、第１の導体板１０ａの一部に開口部が形成されたスロット２０ａを備える、いわゆるスロットアンテナである。スロット２０ａは、第１の導体板１０ａの平面視において、ストリップライン２６の少なくとも一部（例えば、先端部分）と重なっているとよい。なお、スロット２０ａは、第１の表面６１が曝される凹部により形成されてもよく、この場合、スロット２０ａを形成する凹部の媒質は空気であるが、該凹部は空気以外の誘電体材料で充填されてもよい。さらに、伝送線路付アンテナ２０３は、第１の誘電体基材６０ａと第２の誘電体基材６０ｂの厚さ方向（Ｚ軸方向）からみて、スロット２０ａおよびストリップライン２６と重なるように、第４の表面６４に、第２の導体板１０ｂを備え、グランドとして機能する。
【0048】
伝送線路付アンテナ２０３は、ストリップライン２６が、Ｚ軸方向からみて、第１の導体板１０ａと第２の導体板１０ｂとの間に配置されるので、第１の導体板１０ａとガラス板７０との間に備わる不図示の誘電体やガラス板７０に起因する、ストリップライン２６の伝送損失を低減できる。
【0049】
図９Ａは、伝送線路付アンテナ２０４を示す斜視図であり、図９Ｂは、Ｙ４－Ｙ４’の断面図であり、図９Ｃは、Ｙ５－Ｙ５’の断面図である。伝送線路付アンテナ２０４は、信号の伝送線路が基板集積導波管（SIW：Substrate Integrated Waveguide）として機能する形態を有する。伝送線路付アンテナ２０４は、第１の表面６１と第１の表面６１に対向する（第１の）誘電体基材６０ａと、第１の表面６１に設けられる第１の導体板２７ａと、第２の表面６２に設けられる第２の導体板２７ｂを備える。また、伝送線路付アンテナ２０４は、第１の導体板２７ａの一部に開口部が形成されたスロット２０ａを備える、いわゆるスロットアンテナである。なお、スロット２０ａは、伝送線路付アンテナ２０４と同様に、凹部が空気または空気以外の誘電体材料で充填されてもよい。
【0050】
また、伝送線路付アンテナ２０４は、誘電体基材６０ａの厚さ方向に延伸し、第１の導体板２７ａと第２の導体板２７ｂを接続する、導体材料からなる導体壁２８ａ、２８ｂ、２８ｃを有する。図９Ａに示す伝送線路付アンテナ２０４は、誘電体基材６０ａの厚さ方向（Ｚ軸方向）からみて、Ｙ軸方向に一定間隔で複数本並んで配置される（複数の）導体壁２８ａと、（複数の）導体壁２８ａに略平行に配置される（複数の）導体壁２８ｂと、スロット２０ａを囲うようにＸ軸方向に一定間隔で複数本並んで配置される（複数の）導体壁２８ｃとを有する。つまり、伝送線路付アンテナ２０４における伝送線路は、（複数の）導体壁２８ａ、（複数の）導体壁２８ｂおよび（複数の）導体壁２８ｃの間に位置する、誘電体基材６０ａに相当する。なお、導体壁２８ａ、導体壁２８ｂおよび導体壁２８ｃは、これらをまとめて「導体壁２８」ともいい、導体壁２８は、誘電体基材６０ａの厚さ方向（Ｚ軸方向）からみて、スロット２０ａを囲うようにＵ字状に配置される。
【0051】
伝送線路付アンテナ２０４は、誘電体基材６０ａの両主表面に設けられる導体板（第１の導体板２７ａ、第２の導体板２７ｂ）と、誘電体基材６０ａの厚さ方向に両導体板を接続する導体壁２８を有する。導体板（第１の導体板２７ａ、第２の導体板２７ｂ）と導体壁２８を有することで、第１の導体板２７ａとガラス板７０との間に備わる不図示の誘電体やガラス板７０に起因する、誘電体基材６０ａに設けられた伝送線路の伝送損失を低減できる。
【0052】
図１０Ａは、伝送線路付アンテナ２０５を示す斜視図であり、図１０Ｂは、Ｙ６－Ｙ６’の断面図であり、図１０Ｃは、Ｙ７－Ｙ７’の断面図である。伝送線路付アンテナ２０５は、伝送線路付アンテナ２０４に付加的要素を含むものであり、伝送線路付アンテナ２０４の説明と重複する部分は説明を省略する。
【0053】
伝送線路付アンテナ２０５は、上記の付加的要素として、第２の誘電体基材６０ｂとスロット２０ａを備える。また、第１の誘電体基材６０ａと第２の誘電体基材６０ｂは、厚さ方向に重なるように配置される。第１の誘電体基材６０ａは、第２の誘電体基材６０ｂ側にある第１の表面６１と第２の誘電体基材６０ｂとは反対側にある第２の表面６２を有し、第２の誘電体基材６０ｂは、第１の誘電体基材６０ａ側とは反対側にある第３の表面６３と第１の誘電体基材６０ａ側にある第４の表面６４を有する。なお、第１の誘電体基材６０ａと第２の誘電体基材６０ｂは、異なる材料でもよく同じ材料でもよい。
【0054】
具体的に、第２の誘電体基材６０ｂは、第３の表面６３上に放射板２０が備えられ、第４の表面６４に第１の導体板２７ａが備えられる。また、放射板２０は、第１の誘電体基材６０ａと第２の誘電体基板の厚さ方向（Ｚ軸方向）からみてスロット２０ａと近い位置に設けられる。伝送線路付アンテナ２０５も、伝送線路付アンテナ２０４と同様に、第１の誘電体基材６０ａの両主表面に設けられる導体板（第１の導体板２７ａ、第２の導体板２７ｂ）と、第１の誘電体基材６０ａの厚さ方向に両導体板を接続する導体壁２８を有する。導体板（第１の導体板２７ａ、第２の導体板２７ｂ）と導体壁２８を有することで、放射板２０とガラス板７０との間に備わる不図示の誘電体やガラス板７０に起因する、第１の誘電体基材６０ａに設けられた伝送線路の伝送損失を低減できる。なお、伝送線路付アンテナ２０５は、放射部が放射板２０に相当する。
【0055】
伝送線路としては、この他に、コプレーナ線路、グランド付きコプレーナ線路（CBCPW：Conductor Back Coplanar Wave Guide）、ポスト壁導波路（PWW：Post Wall Waveguide）、平行二線型のライン（CPS：Coplanar Strip）、スロットラインを用いてもよい。
【0056】
図１１は、複数のアンテナ（伝送線路付アンテナ）を備える車両用アンテナシステムを例示する部分断面図である。図１１に示すアンテナシステム１００は、フロントガラス７１と、リアガラス７２と、フロントガラス７１に取り付けられるフロントアンテナ１１１と、リアガラス７２に取り付けられるリアアンテナ１１２とを備える。フロントガラス７１及びリアガラス７２は、夫々、上述のガラス板７０の一例であり、フロントアンテナ１１１及びリアアンテナ１１２は、夫々、上述のアンテナ１１０の一例である。フロントアンテナ１１１は、第１のアンテナの一例であり、リアアンテナ１１２は、第２のアンテナの一例である。
【0057】
フロントアンテナ１１１の放射板２０は、水平面９０に直角な鉛直面９１に対して所定の傾斜角度αで設置される。その場合でも、放射板２０がフロントガラス７１の内側表面に対して平行になるように傾斜角度αを調整することにより、フロントアンテナ１１１の実装が容易となり、低背化を実現しやすい。
【0058】
同様に、リアアンテナ１１２の放射板２０は、水平面９０に直角な鉛直面９１に対して所定の傾斜角度αで設置される。その場合でも、放射板２０がリアガラス７２の内側表面に対して平行になるように傾斜角度αを調整することにより、リアアンテナ１１２の実装が容易となり、低背化を実現しやすい。
【0059】
図１１では、放射板２０が導体板１０に対して車両前側に位置するようにフロントアンテナ１１１がフロントガラス７１の一方の面から離れて取り付けられている。一方、放射板２０が導体板１０に対して車両後側に位置するようにリアアンテナ１１２がリアガラス７２の一方の面から離れて取り付けられている。フロントアンテナ１１１及びリアアンテナ１１２がこのように取り付けられることにより、フロントアンテナ１１１は車両前方における領域のアンテナ利得を確保でき、リアアンテナ１１２は車両後方における領域のアンテナ利得を確保できる。よって、車両８０の前後方向のアンテナ利得を確保できる。
【0060】
また、フロントアンテナ１１１の導体板１０は、水平面９０に直角な鉛直面９１に対して所定の傾斜角度γで設置される。その場合でも、導体板１０が、フロントガラス７１の内側表面に対して平行になるように傾斜角度γを調整することにより、フロントアンテナ１１１の実装が容易となり、低背化を実現しやすい。リアアンテナ１１２の導体板１０の傾斜角度γについても同様である。
【0061】
なお、鉛直面９１に対して０°の傾きで設置されるとは、鉛直面９１に対して平行に設置されることを意味する。
【0062】
また、図１１に示すアンテナシステム１００では、車両用アンテナ（伝送線路付アンテナ）がフロントガラス７１とリアガラス７２に一つずつ取り付けられている。しかしながら、車両用アンテナシステム１００は、フロントガラス７１とリアガラス７２とサイドガラス７３とのうちの少なくとも２つの窓ガラスと、当該少なくとも２つの窓ガラスの夫々に少なくとも一つ取り付けられる車両用アンテナ（伝送線路付アンテナ）とを備えてもよい。アンテナシステム１００は、フロントガラス７１に複数のアンテナを備えても、リアガラス７２に複数のアンテナ（伝送線路付アンテナ）を備えてもよい。
【0063】
図１２は、ガラス板７０とアンテナ１１０との間に整合層７４と空気９２が存在する構成を示す配置図（ＹＺ平面の断面模式図）である。整合層７４によりインピーダンスを整合させることで、ガラス板７０と整合層７４を透過する電波の透過率を向上できる。整合層７４は、ガラス板７０の一方の面に接触している。なお、整合層７４は、接着剤を含んでガラス板７０の内側表面に接触する構成に限らず、不図示のブラケット等の取り付け部材を介して接着剤を含まずにガラス板７０の内側表面に接触する構成でもよい。図１２における断面模式図（ＹＺ平面）において、整合層７４は、一定の厚さ、すなわち長方形状を示しているがこれに限らない。整合層７４は、その断面が三角形や台形など、ガラス板７０の内側表面７６とアンテナ１１０との間で非平行な面を有するものでもよい。さらに、整合層７４は、この他に例えば、平凸状や平凹状等の形状を有する誘電体レンズでもよい。このように、整合層７４が、その厚さに分布を有することで、アンテナの指向性を所望の仕様に合わせて調整できる。なお、整合層７４が、その厚さに分布を有する態様は、図１２に限らず、後述する図１３、図１４の説明においても適用できる。
【0064】
また、整合層７４は、ガラス板７０の平面視における外縁が、放射部２０（放射板２０またはスロット２０ａ）の外縁よりも外側となる領域を有する構成であるとよい。これは、放射部（放射板２０またはスロット２０ａ）からの電波は、整合層７４の厚さ方向（Ｚ軸方向）だけでなく、厚さ方向に対して所定の拡がり角を持って放射されるので、そのような角度で放射された電波の方向にも、整合層７４の効果が発現するからである。さらに、整合層７４は、ガラス板７０の平面視における外縁が、アンテナ１１０の外縁よりも外側となる領域を有する構成でもよい。
【0065】
整合層７４の材料は、とくに限定されないが、樹脂等の有機材料、ガラス等の無機材料を使用できる。整合層７４が樹脂である場合、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）樹脂、シクロオレフィン樹脂（ＣＯＰ）、アクリル系樹脂、ＡＢＳ樹脂、ポリカーボネート樹脂、塩化ビニル樹脂等が挙げられる。整合層７４は、この中でも耐熱性の観点からシクロオレフィン樹脂を好適に使用できる。さらに、整合層７４が樹脂材料である場合、紫外線耐性を高めるために、樹脂の表面に紫外線吸収層をコーティングしてもよく、樹脂材料中に紫外線吸収剤を添加してもよい。
【0066】
なお、整合層７４の誘電正接（tanδ）は、０．０３以下が好ましく、０．０３を超える場合に比べて、アンテナ１１０の利得を向上できる。また、アンテナ１１０の利得をより向上させる点で、整合層７４の誘電正接（tanδ）は、０．０２以下がより好ましく、０．０１以下がさらに好ましい。なお、整合層７４の誘電正接（tanδ）の下限値は、零（つまり、空気の誘電正接（tanδ））よりも大きければよい。
【0067】
また、整合層７４は、誘電体のみで形成される場合に限らず、複数の金属パターンを樹脂等でコーティングしたメタマテリアルを含んでもよく、整合層７４そのものがメタマテリアルから構成してもよい。メタマテリアルは、特定の波長に対して誘電率と透磁率を任意に設計でき、それを応用して、アンテナ１１０の指向性を所望の仕様に合わせて調整できる。また、整合層７４が誘電体とメタマテリアルを含む場合、メタマテリアルは、誘電体に対してガラス板７０の内側表面７６側に備えてもよく、誘電体に対してアンテナ１１０側に備えてもよい。さらに、メタマテリアルは、後述するスペーサ７５が存在する場合、スペーサ７５の表面に配置してもよい。
【0068】
なお、メタマテリアルは、電気的な制御回路を用いて、例えば金属パターンの誘電率を変えるアクティブ制御が可能な構成を有してもよい。このように、メタマテリアルが、アクティブ制御が可能な構成とすることで、アンテナ１１０の指向性を状況に応じて、所望の状態に調整できる。
【0069】
また、整合層７４は、誘電体のみで形成される場合に限らず、導波器を含んでもよい。導波器が電波の位相を制御することにより、アンテナ１１０の指向性を調整できる。
【0070】
さらに、整合層７４は、誘電体のみで形成される場合に限らず、導電体（金属）パターンからなる周波数選択表面（FSS：Frequency Selective Surface）を含んでもよく、整合層７４そのものが周波数選択表面から構成してもよい。周波数選択表面は、導電体表面に（導電体を有しない）開口部を有し、その開口部のパターンによって所定の周波数の電波を選択的に透過できるため、アンテナ１１０と送受する特定の周波数をより所望の範囲に選択できる。また、整合層７４が誘電体と周波数選択表面を含む場合、周波数選択表面は、誘電体に対してガラス板７０の内側表面７６側に備えてもよく、誘電体に対してアンテナ１１０側に備えてもよい。さらに、周波数選択表面は、後述するスペーサ７５が存在する場合、スペーサ７５の表面に配置してもよい。また、周波数選択表面でインピーダンスを整合させることで、ガラス板７０と整合層７４を透過する電波の透過率を向上させることもできる。
【0071】
図１３は、ガラス板７０とアンテナ１１０との間に整合層７４が存在する構成を示す配置図である。図１３では、ガラス板７０とアンテナ１１０との間に空気が存在しない。整合層７４は、ガラス板７０の一方の面に接触する第１整合面と、アンテナ１１０と接触する第２整合面とを有する。整合層７４の誘電正接の好適な範囲は、上述と同じである。なお、図１３では、ガラス板７０の（Ｚ軸方向からみた）平面視において整合層７４とアンテナ１１０が同じ領域として示しているが、図１２において説明した理由と同様に、整合層７４は、平面視における外縁が、放射部２０（放射板２０またはスロット２０ａ）の外縁よりも外側となる領域を有する構成であるとよい。さらに、整合層７４は、平面視における外縁が、アンテナ１１０の外縁よりも外側となる領域を有する構成でもよい。
【0072】
図１４は、ガラス板７０とアンテナ１１０との間に整合層７４とスペーサ７５が存在する構成を示す配置図である。図１４では、ガラス板７０とアンテナ１１０との間に空気が存在しないが、空気が存在してもよい。また、整合層７４が無くてもよい。整合層７４は、ガラス板７０の一方の面に接触する第１整合面と、スペーサ７５と接触する第２整合面とを有する。整合層７４の誘電正接の好適な範囲は、上述と同じである。スペーサ７５は、ガラス板７０からアンテナ１１０までの距離を調整するための距離調整部材である。なお、スペーサ７５は、距離を調整する形状を有する他にインピーダンス調整ができる材料を用いることで整合層に近い機能を発揮させることもできる。図１４に例示するスペーサ７５は、整合層７４に接触する第１スペーサ面と、アンテナ１１０に接触する第２スペーサ面とを有する。しかし、スペーサ７５は、図１４に示したものに限らず、例えば周囲が所定の厚さを有し、中心部に貫通孔が形成された筒状の構造を備えるものでもよい。
【0073】
なお、図１４でも、図１２において説明した理由と同様、スペーサ７５および整合層７４は、ガラス板７０の（Ｚ軸方向からみた）平面視における外縁が、放射部（放射板２０またはスロット２０ａ）よりも外側となる領域を有する構成であるとよい。つまり、アンテナ１１０（の放射板２０）からの電波は、スペーサ７５および整合層７４の厚さ方向（Ｚ軸方向）だけでなく、厚さ方向に対して所定の拡がり角を持って放射される。よって、そのような角度で放射された電波の方向にも、スペーサ７５および整合層７４が備えられることで放射効率を高められる。さらに、スペーサ７５および整合層７４は、平面視における外縁が、アンテナ１１０の外縁よりも外側となる領域を有する構成でもよい。
【0074】
なお、スペーサ７５の誘電正接（tanδ）は、０．０３以下が好ましく、０．０３を超える場合に比べて、アンテナ１１０の利得を向上できる。また、アンテナ１１０の利得をより向上させる点で、スペーサ７５の誘電正接（tanδ）は、０．０２以下がより好ましく、０．０１以下がさらに好ましい。スペーサ７５の誘電正接（tanδ）の下限値は、零（つまり、空気の誘電正接（tanδ））よりも大きければよい。
【0075】
スペーサ７５の材料は、とくに限定されないが、上記で説明した整合層７４と同様、樹脂等の有機材料、ガラス等の無機材料を使用できる。また、スペーサ７５が樹脂材料である場合、整合層７４と同様、紫外線耐性を高めるために、樹脂の表面に紫外線吸収層をコーティングしてもよく、樹脂材料中に紫外線吸収剤を添加してもよい。
【0076】
スペーサ７５の比誘電率は、１０以下であると、アンテナ１１０の利得を確保できる。また、スペーサ７５の比誘電率は、ガラス板７０の比誘電率以下である場合、ガラス板７０の比誘電率を超える場合に比べて、アンテナ１１０の設計が容易となる。例えば、ガラス板７０の比誘電率は５以上９以下であるので、スペーサ７５の比誘電率は、好ましくは１．５以上７以下であり、より好ましくは２以上５以下である。なお、本明細書ではとくにことわりがない場合、比誘電率は２８ＧＨｚの周波数における値を指す。
【0077】
図１５は、アレイアンテナを備えるアンテナシステムを例示する図である。ガラス板７０の一方の面から離れて位置するアンテナ（伝送線路付アンテナ）は、複数のアンテナ素子が配列されるアレイアンテナでもよい。図１５には、４つアンテナ素子２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０ＤがＹ軸方向に配列されるアレイアンテナ１１３が示されている。アレイアンテナ１１３は、上述のアンテナ１１０と同様の構成を有する複数のアンテナをアレイ状に備える。アンテナ素子２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄは、それぞれ、上述の放射板２０またはスロット２０ａと同様の構成を有する。給電部３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ，３０Ｄは、それぞれ、上述の給電部３０と同様の構成を有する。
【0078】
ガラス板７０の一方の面から離れて位置するアンテナ（伝送線路付アンテナ）を、複数のアンテナ素子が配列されるアレイアンテナとすることにより、アンテナの放射範囲（アンテナの指向性）を拡張できる。
【0079】
図１６～１９は、それぞれ、２８ＧＨｚの電波において、板厚Ｔが２，３，４，５ｍｍのガラス板７０とアンテナ１１０との距離Ｄに対する放射効率ηＡの変化の一例を示す図である。図１６～１９は、シミュレーション上で測定されたデータを示す。なお、距離Ｄにおける媒質は空気である。このとき、シミュレーション上において、図４等に示すアンテナ１１０の各部の寸法は、単位をｍｍとすると、
Ｌ６０：１０
Ｌ６１：１０
Ｌ６２：０．２
Ｌ２０：２．６
Ｌ２１：２．６
である。接続点２２から正方形状の放射板２０の一辺までの最短距離は、０．９ｍｍである。誘電体基材６０の２８ＧＨｚの電波における比誘電率は、３．７９である。シミュレーション上でのガラス板７０の形状は、縦５０ｍｍ横５０ｍｍの正方形である。また、ガラス板７０は、２８ＧＨｚの電波における比誘電率が６．８であり、誘電正接が０．０１である。このとき、放射板２０の表面とガラス板７０の内側表面とは平行に配置し、これらの間の距離はどの位置でも距離Ｄとなる条件でシミュレーションを実施した。
Ｌ６０：１０
Ｌ６１：１０
Ｌ６２：０．２
Ｌ２０：２．６
Ｌ２１：２．６
である。接続点２２から正方形状の放射板２０の一辺までの最短距離は、０．９ｍｍである。誘電体基材６０の２８ＧＨｚの電波における比誘電率は、３．７９である。シミュレーション上でのガラス板７０の形状は、縦５０ｍｍ横５０ｍｍの正方形である。また、ガラス板７０は、２８ＧＨｚの電波における比誘電率が６．８であり、誘電正接が０．０１である。このとき、放射板２０の表面とガラス板７０の内側表面とは平行に配置し、これらの間の距離はどの位置でも距離Ｄとなる条件でシミュレーションを実施した。
【0080】
図１６～１９を参照すると、距離Ｄが短くなるほど、放射効率ηＡは低下する傾向を示す。また、放射効率ηＡの低下度合いは、同じ距離Ｄで比較すると、板厚Ｔが厚くなるほど大きくなる。図１６～１９に示す各測定データは、上述の『ηＡ≧η０＋（ηλｇ／２－η０）×０．１』を満足する放射効率ηＡである。なお、図１６～図１９は、周波数２８ＧＨｚの電波における特性を示したが、周波数が高くなるほど波長が短くなるので、『ηＡ≧η０＋（ηλｇ／２－η０）×０．１』を満足する距離Ｄの値は小さくなる。すなわち、送受する電波の周波数が高い場合、距離Ｄを小さくできることから、アンテナ１１０をガラス板７０に近づけることができ、アンテナシステムの低背化を実現しやすくなる。
【0081】
次に、図２０Ａ及び図２０Ｂに基づき、伝送線路付アンテナにおける伝送線路の損失（伝送損失）に関するシミュレーションモデルを説明する。図２０Ａは、伝送線路付アンテナ２０１を、整合層７４を介してガラス板７０に取り付けた構成を示しており、伝送線路付アンテナ２０１と整合層７４を接続する第１の接着部材５１と、ガラス板７０と整合層７４を接続する第２の接着部材５２を有する。また、図２０Ａにおいて、領域Ａは、伝送線路付アンテナ２０１において平面アンテナを含む領域であり、領域Ｂは、伝送線路付アンテナ２０１において伝送線路を含む領域に分けて図示する。つまり、伝送線路付アンテナ２０１は、領域Ａに含まれるアンテナ領域２０１ａと、領域Ｂに含まれる伝送線路領域２０１ｂを有する。
【0082】
図２０Ｂは、領域Ｂのうち伝送線路付アンテナ２０１の伝送線路領域２０１ｂのみを取り出した斜視図である。伝送線路領域２０１ｂは、誘電体基材６０と、誘電体基材６０のうち第１の表面６１側に伝送線路となるマイクロストリップライン２４を有し、第２の表面６２側にグランドとして機能する導体板１０を備える。本シミュレーションモデルでは、領域Ｂすなわち、伝送線路付アンテナ２０１の伝送線路領域２０１ｂ、第１の接着部材５１、整合層７４、第２の接着部材５２およびガラス板７０をこの順に積層させた構造において、誘電体基材６０の厚さ（ｔ）を変化させた以外は同一の条件とし、周波数に対する伝送線路の伝送特性（Ｓ２１）のシミュレーションを実施した。具体的には、誘電体基材６０の厚さ（ｔ）は、ｔ＝０．２ｍｍ（０．０２７×λ０’）、０．４ｍｍ（０．０５３×λ０’）、０．６ｍｍ（０．０８０×λ０’）、０．８ｍｍ（０．１１×λ０’）、１．０ｍｍ（０．１３×λ０’）と変化させた。ここでλ０’は４０ＧＨｚにおける真空中の波長（≒７．５ｍｍ）である。なお、本シミュレーションの条件は以下のとおりである。
【0083】
【表1】
【0084】
ここで、整合層７４は、具体的にシクロオレフィンポリマー（ＣＯＰ）、誘電体基材６０は、合成石英ガラス（ＡＧＣ社製、商品名：ＡＱ）を想定してシミュレーションを実施した。また、図２０Ｂに示す伝送線路領域２０１ｂは、ＸＹ平面が１０ｍｍ×１０ｍｍの四角形である。マイクロストリップライン２４は、幅が０．２５ｍｍで、Ｘ軸方向に平行な長さ３．５ｍｍの直線、Ｙ軸に平行な長さ３．５ｍｍの直線、そしてこれら２つの直線を繋ぎ、Ｘ軸およびＹ軸に対して４５°の角度となる長さ２．１ｍｍの直線である。つまり、マイクロストリップライン２４は、ＸＹ平面において、１３５°で折れ曲がる２つの屈曲点を有する、全長約９．１ｍｍのラインである。
【0085】
図２１は、領域Ｂとなる積層体における、マイクロストリップライン２４における伝送損失（Ｓ２１：単位［ｄＢ］）であり、図２０Ｂにおけるマイクロストリップライン２４の両端、すなわち、点Ｐ１から点Ｐ２に至る経路で信号が伝送されるときの伝送損失を示したグラフである。図２１に示すように、誘電体基材６０（合成石英ガラス）の厚さが薄くなにつれて、伝送損失（Ｓ２１の値）が小さくなり、さらに、１０ＧＨｚ以上の周波数に対するＳ２１の特性が安定した（揺らぎが小さい）特性となる。
【0086】
以上、アンテナシステムを実施形態により説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではない。他の実施形態の一部又は全部との組み合わせや置換などの種々の変形及び改良が、本発明の範囲内で可能である。
【0087】
例えば、ガラス板は、車両用に限られず、建物用でもよいし、電子機器用でもよい。
【0088】
本国際出願は、２０１８年１０月５日に出願した日本国特許出願第２０１８－１９０３７５号及び２０１８年１１月９日に出願した日本国特許出願第２０１８－２１１３０８号に基づく優先権を主張するものであり、両出願の全内容を本国際出願に援用する。
【符号の説明】
【0089】
１０，１０ａ，１０ｂ，２７ａ，２７ｂ 導体板
１１ 重心
２０ 放射板（放射部）
２０ａ スロット（放射部）
２１ 重心
２２ 接続点
２４，２５ マイクロストリップライン
２６ ストリップライン
２８ａ，２８ｂ，２８ｃ 導体壁
３０ 給電部
４０ 接続導体
５１ 第１の接着部材
５２ 第２の接着部材
６０，６０ａ，６０ｂ 誘電体基材
７０ ガラス板
７１ フロントガラス
７２ リアガラス
７３ サイドガラス
７４ 整合層
７５ スペーサ
７６ 内側表面
７７ 外側表面
８０ 車両
９０ 水平面
９１ 鉛直面
９２ 空気
１００，１０１ アンテナシステム
１１０ アンテナ
１１１ フロントアンテナ
１１２ リアアンテナ
１１３ アレイアンテナ
２０１，２０２，２０３，２０４，２０５ 伝送線路付アンテナ
２０１ａ アンテナ領域
２０１ｂ 伝送線路領域
１１ 重心
２０ 放射板（放射部）
２０ａ スロット（放射部）
２１ 重心
２２ 接続点
２４，２５ マイクロストリップライン
２６ ストリップライン
２８ａ，２８ｂ，２８ｃ 導体壁
３０ 給電部
４０ 接続導体
５１ 第１の接着部材
５２ 第２の接着部材
６０，６０ａ，６０ｂ 誘電体基材
７０ ガラス板
７１ フロントガラス
７２ リアガラス
７３ サイドガラス
７４ 整合層
７５ スペーサ
７６ 内側表面
７７ 外側表面
８０ 車両
９０ 水平面
９１ 鉛直面
９２ 空気
１００，１０１ アンテナシステム
１１０ アンテナ
１１１ フロントアンテナ
１１２ リアアンテナ
１１３ アレイアンテナ
２０１，２０２，２０３，２０４，２０５ 伝送線路付アンテナ
２０１ａ アンテナ領域
２０１ｂ 伝送線路領域
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6A】
【図6B】
【図7A】
【図7B】
【図8A】
【図8B】
【図9A】
【図9B】
【図9C】
【図10A】
【図10B】
【図10C】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20A】
【図20B】
【図21】