特許 7374525 アンテナおよび電子機器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-10-27

(45)【発行日】2023-11-07

(54)【発明の名称】アンテナおよび電子機器

(51)【国際特許分類】

   H01Q 19/12 20060101AFI20231030BHJP

   H01Q 1/40 20060101ALI20231030BHJP

【ＦＩ】

H01Q19/12

H01Q1/40

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2022083693

(22)【出願日】2022-05-23

【審査請求日】2022-07-28

(73)【特許権者】

【識別番号】503361400

【氏名又は名称】国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構

(74)【代理人】

【識別番号】110003339

【氏名又は名称】弁理士法人南青山国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】瀬在 俊浩

【審査官】白井 亮

(56)【参考文献】

【文献】特許第７０２９２０２（ＪＰ，Ｂ１）

【文献】特開平０１－２３６７０３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｑ １９／１２

Ｈ０１Ｑ １／４０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電波を放射する一次放射器と、
前記一次放射器より放射された電波を反射し、開口径が前記電波の波長の１．７倍以下の反射鏡と、
前記反射鏡の開口面の内側に充填された内部誘電体層と、前記内部誘電体層上に設けられ前記反射鏡の開口面の外側に位置する外部誘電体層とを有し、前記一次放射器を被覆する誘電体層と
を具備し、
前記外部誘電体層の厚さは、前記電波の波長の１／９以下であって、前記内部誘電体層の厚さよりも小さい
アンテナ。

【請求項2】

請求項１に記載のアンテナであって、
前記外部誘電体層は、前記反射鏡の開口径以上の直径を有する
アンテナ。

【請求項3】

請求項１に記載のアンテナであって、
前記一次放射器は、前記反射鏡の開口面から内側の領域に配置される
アンテナ。

【請求項4】

請求項１に記載のアンテナであって、
前記反射鏡の鏡面形状は、パラボラ面である
アンテナ。

【請求項5】

請求項１に記載のアンテナであって、
前記反射鏡の鏡面形状は、開口径が前記電波の波長の１．７倍以下であるパラボラ反射鏡と開口径および高さが等しい非パラボラ面である
アンテナ。

【請求項6】

請求項１に記載のアンテナであって、
前記反射鏡は、前記電波が反射して放射される半球内のアンテナパターンにヌル点が発生しないパターン特性を有する
アンテナ。

【請求項7】

請求項１に記載のアンテナの設置側の表面、又は前記設置側の内部に設けられた空洞に、前記アンテナが埋め込まれた
電子機器。

【請求項8】

請求項７に記載の電子機器であって、
前記外部誘電体層の表面は、前記設置側の表面と一致する形状に形成される
電子機器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、例えば、ロケット、航空機等の飛翔体に設置されるアンテナの技術に関する。

【背景技術】

【0002】

ロケット、航空機等の飛翔体に設置されるアンテナには、電波を広範囲に均一に放射すること、飛行中に発生する空力荷重、空力加熱に耐えることが要求される。この要求を満足させるアンテナとして、本発明者は特許文献１，２に示すアンテナを提唱した。

【0003】

特許文献１のアンテナは、一次放射器とパラボラ反射鏡とを具備し、反射鏡の開口径を波長の１．７倍以下とすることで、電波が放射される半球内のアンテナパターンにヌル点を発生させることなく、広範囲に均一に安定したパターン特性を得ることができるようにしている。

【0004】

特許文献２のアンテナは、反射鏡の形状を、開口径が前記電波の波長の１．７倍以下であるパラボラ反射鏡と開口径および高さが等しく鏡面形状が非パラボラ面とすることで、広範囲に均一に安定したパターン特性を維持した状態で、一次放射器のインピーダンス特性を任意に変更することができるようにしている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２０２０－１２０１５３号公報

【文献】特許第７０２９２０２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

特許文献１，２のアンテナの一次放射器のインピーダンス特性は、一次放射器に使用されるアンテナ素子、アンテナが有する反射鏡の形状、及び反射鏡に充填される誘電体材質により一意に決まり、一次放射器のインピーダンス特性を変更することはできない。インピーダンスの周波数帯域を狭くする場合は、一次放射器の給電系などにフィルタを追加することで対応は可能であるが、インピーダンスの周波数帯域を広くする場合は、アンテナを設計し直さなければならない。

【0007】

以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、広範囲に均一に安定したパターン特性を維持した状態で、一次放射器のインピーダンスの周波数帯域を広くすることができるアンテナおよび電子機器を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の一形態に係るアンテナは、一次放射器と、反射鏡と、誘電体層とを具備する。
前記一次放射器は、電波を放射する。
前記反射鏡は、前記一次放射器より放射された電波を反射し、開口径が前記電波の波長の１．７倍以下である。
前記誘電体層は、前記一次放射器を被覆する。前記誘電体層は、内部誘電体層と、外部誘電体層とを有する。前記内部誘電体層は、前記反射鏡の開口面の内側に充填される。前記外部誘電体層は、前記内部誘電体層上に設けられ、前記反射鏡の開口面の外側に位置する。

【0009】

本発明の一形態に係るアンテナにおいては、開口径が電波の波長の１．７倍以下であるため、電波が放射される半球内のアンテナパターンにヌル点を発生させることなく、広範囲に均一に安定したパターン特性を得ることができる。
また、反射鏡の開口面の外側に設けられた外部誘電体層は、一次放射器に近接しているため、一次放射器のインピーダンス特性が変化する。これにより、一次放射器のインピーダンスの周波数帯域を広くすることが可能となる。

【0010】

前記外部誘電体層は、前記反射鏡の開口径以上の直径を有していてもよい。

【0011】

前記外部誘電体層の厚さは、前記内部誘電体層の厚さよりも小さくてもよい。

【0012】

前記一次放射器は、前記反射鏡の開口面から内側の領域に配置されてもよい。

【0013】

前記反射鏡の鏡面形状は、パラボラ面であってもよい。

【0014】

前記反射鏡の鏡面形状は、開口径が前記電波の波長の１．７倍以下であるパラボラ反射鏡と開口径および高さが等しい非パラボラ面であってもよい。

【0015】

本発明の一形態に係る電子機器は、前記アンテナの設置側の表面、又は前記設置側の内部に設けられた空洞に、前記アンテナが埋め込まれた構成を有する。

【0016】

前記外部誘電体層の表面は、前記設置側の表面と一致する形状に形成されてもよい。

【0017】

アンテナの設置側の表面、又は設置側の内部に反射鏡、および外部誘電体層と等しい形状、寸法の穴を開けること、および外部誘電体層の表面形状をアンテナ設置前のアンテナ設置側の表面形状と一致するように加工することで、アンテナをアンテナ設置側表面から突き出ることもへこむこともなく、アンテナ設置側の表面形状と一体化させて設置することができる。これにより、例えばロケットや航空機等の飛翔体の場合には、空力荷重・加熱が大幅に軽減されると同時に、飛翔体の空力特性へ影響を与えないようにすることが可能である。本発明の一形態に係るアンテナは開口径が小さいため、穴などを開けることによる飛翔体への影響は無視することが可能なレベルまで小さくなる。また、ＰＣ等の無線通信機能を有する電子機器や建物の内外に本発明の一形態に係るアンテナを設置する場合には、例えば電子部品等を実装する基板、建物の外壁、室内の壁や天井などのアンテナ設置側の表面、又はアンテナ設置側の内部に反射鏡、および外部誘電体層と等しい形状、寸法の穴を開けること、および外部誘電体層の表面形状をアンテナ設置前のアンテナ設置側の表面形状と一致するように加工することで、アンテナをアンテナ設置側表面から突き出ることもへこむこともなく、アンテナ設置側の表面形状と一体化させて設置することができ、また、開口径が小さいためにフットプリントも小さくできる。従って、従来の棒状アンテナ等と比較すると、薄型化が可能であり、反射鏡アンテナを基本構成とする故、アンテナ利得も高い。外部誘電体層の表面をアンテナ設置側のアンテナ周囲の表面と同一の色や模様とすることで、アンテナを目立たなくすることが可能である。

【発明の効果】

【0018】

本発明によれば、広範囲に均一に安定したパターン特性を維持した状態で、一次放射器のインピーダンスの周波数帯域を大きくすることができる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】本発明の一実施形態に係るアンテナの構成を示す斜視図である。

【図2】図１のＡ－Ａ断面図である。

【図3】上記アンテナの一実施形態を説明する図であって、反射鏡の形状がパラボラ形状の場合のアンテナのパターン（右旋偏波）の解析値をｘｚ面内表示したものである。

【図4】上記アンテナの一実施形態を説明する図であって、反射鏡の形状が円錐台である場合のアンテナのパターン（右旋偏波）の解析値をｘｚ面内表示したものである。

【図5】上記アンテナの一実施形態を説明する図であって、反射鏡面の形状がパラボラ形状の場合の一次放射器のインピーダンス特性を示す５０Ωに対するＶＳＷＲ（Voltage Standing Wave Ratio：電圧定在波比）の解析値を周波数特性として表示したものである。

【図6】上記アンテナの一実施形態を説明する図であって、反射鏡面の形状がパラボラ形状の場合の外部誘電体層の厚さと、一次放射器のインピーダンス特性を示す５０Ωに対するＶＳＷＲが１．５以下となる周波数範囲との関係を示したものである。

【図7】上記アンテナの一実施形態を説明する図であって、反射鏡の形状が円錐台形状の場合の一次放射器のインピーダンス特性を示す５０Ωに対するＶＳＷＲの解析値を周波数特性として表示したものである。

【図8】上記アンテナの一実施形態を説明する図であって、反射鏡面の形状が円錐台形状の場合の外部誘電体層の厚さと、一次放射器のインピーダンス特性を示す５０Ωに対するＶＳＷＲが１．５以下となる周波数範囲との関係を示したものである。

【図9】比較例として、反射鏡の開口径が電波の波長の２倍であるパラボラ反射鏡に外部誘電体層を付加した場合の一次放射器のインピーダンス特性を示す５０Ωに対するＶＳＷＲの解析値を周波数特性として表示したものである。

【図10】上記比較例における外部誘電体層の厚さと、一次放射器のインピーダンス特性を示す５０Ωに対するＶＳＷＲが１．５以下となる周波数範囲との関係を示したものである。

【図11】本発明の一実施形態に係るアンテナを設置した電子機器の要部断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。

【0021】

＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の一実施形態に係るアンテナ１０の構成を示す斜視図であり、図２は、図１のＡ－Ａ断面図である。各図において、ｘ軸、ｙ軸およびｚ軸は相互に直交する３軸方向を示しており、ｚ軸はアンテナ１０の反射鏡１２の中心軸に相当する。

【0022】

［アンテナの全体構成］
図１及び図２に示すように、アンテナ１０は、一次放射器１１と、反射鏡１２と、一次放射器１１を被覆する誘電体層１３とを有する。誘電体層１３は、反射鏡１２の開口面１２ａから内側の領域に充填された内部誘電体層１３１と、内部誘電体層１３１上に設けられ反射鏡１２の開口面１２ａの外側に位置する外部誘電体層１３２とを有する。アンテナ１０はさらに、一次放射器１１に接続される給電ケーブル１４を有する。本実施形態のアンテナ１０は、例えば、ロケット、航空機等の飛翔体に設置される。

【0023】

一次放射器１１は、電波を放射するアンテナ素子である。一次放射器１１は、所定のインピーダンスが得られるアンテナ素子であればいかなるアンテナ素子でも使用可能である。本実施形態では、クロスダイポールアンテナを使用した例を示しているが、ダイポールアンテナやホーンアンテナ等を用いることも可能である。

【0024】

反射鏡１２は、開口面１２ａの直径（開口径）がＤ、鏡面底部１２ｃから開口面１２ａまでの高さがＨの回転放物面（パラボラ面）形状、あるいは回転放物面形状とは異なる形状（非パラボラ面）の導電性材質で作られた反射鏡である。一次放射器１１は反射鏡１２の開口面１２ａから深さがＦの位置に配置されている。

【0025】

また、反射鏡１２は、一次放射器１１より放射された電波を反射し、電波が反射して放射される半球内のアンテナパターンにヌル点が発生しない開口径以下に、開口径Ｄを小さくしている。本実施形態において、反射鏡１２は、電波の波長の１．７倍以下の開口径Ｄを有する。開口径Ｄ、および一次放射器１１の寸法は、アンテナとして機能する範囲まで小さくことが可能である。

【0026】

アンテナとして機能する範囲とは、一次放射器１１が所定のインピーダンスを得られる範囲であり、別言すると、一次放射器１１のＶＳＷＲがアンテナを使用するシステムから要求される値以下となる範囲をいう。本実施形態に係るアンテナ１０のパターンにはヌル点は発生しないので、当然サイドローブも生じない。つまり、本実施形態に係るアンテナ１０は、電波が放射される半球内に広範囲に均一の電波を放射することができる。

【0027】

内部誘電体層１３１は、反射鏡１２の開口面１２ａから反射鏡１２の内側表面である鏡面１２ｂの範囲に充填される。内部誘電体層１３１を構成する誘電体は特に限定されず、例えば、高密度ポリエチレン、ポリテトラフルオロエチレンなどの合成樹脂材料が用いられる。誘電体の誘電率も特に限定されず、アンテナ１０が設置される設置物の種類や仕様等に応じて任意に設定可能である。

【0028】

一次放射器１１は、反射鏡１２の開口面１２ａから内側の領域に配置され、本実施形態では内部誘電体層１３１内に配置されている。図１および図２では、一次放射器１１は内部誘電体層１３１内に配置されている例を示したが、開口面１２ａの位置に配置してもよい。また、給電ケーブル１４は、一次放射器１１に給電する同軸ケーブルである。図１および図２では、給電ケーブル１４が鏡面底部１２ｃより一次放射器１１まで配線されている例を示したが、反射鏡１２内であれば、給電ケーブル１４をどのように配線してもよい。

【0029】

内部誘電体層１３１は、一次放射器１１と給電ケーブル１４を所定の位置に保持する機能を有する。加えて、内部誘電体層１３１は、ロケット等の飛行中に発生する空力荷重、空力加熱からこれらを保護する機能を有すると共に、誘電体の波長短縮効果により、アンテナ１０の更なる小型化を可能にする。なお、内部誘電体層１３１は、空洞部（図示せず）を有していてもよい。これにより、アンテナ１０の軽量化が可能である。

【0030】

外部誘電体層１３２は、反射鏡１２の開口面１２ａから反射鏡１２の外側に付加される。外部誘電体層１３２は、反射鏡１２の開口径Ｄと同一径の円柱形状（円盤形状）に形成される。外部誘電体層１３２の直径は、反射鏡１２の開口径Ｄよりも大きくしてもよい。外部誘電体層１３２は一次放射器１１の近傍に存在するため、これにより一次放射器１１のインピーダンス特性が変化し、一次放射器１１のインピーダンスの周波数帯域を広くすることができる。

【0031】

外部誘電体層１３２のｚ軸方向に沿った厚さＴは特に限定されず、解析、あるいは実測により、インピーダンスの周波数帯域の増加量を考慮して決めることができる。本実施形態において外部誘電体層１３２の厚さＴは、内部誘電体層１３１の厚さよりも小さい。これにより、アンテナ１０のｚ軸方向に沿った高さ（厚さ）の大型化を抑えることができる。

【0032】

外部誘電体層１３２を構成する誘電体は特に限定されず、例えば、高密度ポリエチレン、ポリテトラフルオロエチレンなどの合成樹脂材料が用いられる。誘電体の誘電率も特に限定されず、内部誘電体層１３１の誘電率と同じであってもよいし、内部誘電体層１３１の誘電率よりも小さくてもよいし、大きくてもよい。外部誘電体層１３２は、ロケット等の飛翔体の飛行中に発生する空力荷重、空力加熱から一次放射器１１と、給電ケーブル１４と、内部誘電体層１３１を保護する機能を有する。なお、外部誘電体層１３２は、空洞部（図示せず）を有していてもよい。これにより、アンテナ１０の軽量化が可能である。

【0033】

外部誘電体層１３２の表面形状は、アンテナ１０を設置するアンテナ設置側の表面形状と一致するように加工してもよい。これにより、アンテナ１０を設置する飛翔体の空力特性に影響を与えないようにすることが可能となる。本実施形態のアンテナ１０の開口径Ｄは、一次放射器１１から放射される電波の波長の１．７倍以下と小さいことより、外部誘電体層１３２の表面形状を飛翔体の表面形状と一致するように加工する寸法は僅かであり、加工に伴う一次放射器１１のインピーダンス特性へ及ぼす影響は僅かである。

【0034】

ここでは、本実施形態のアンテナ１０は、電波の周波数が２２８０ＭＨｚで、一次放射器１１、および反射鏡１２を銅で構成し、内部誘電体層１３１、及び外部誘電体層１３２を高密度ポリエチレンで構成し、開口径Ｄを９６ｍｍ、反射鏡１２の高さＨを２８ｍｍ、開口面１２ａから一次放射器１１までの深さＦを７ｍｍ、外部誘電体層１３２の厚さＴを５ｍｍとした。なお、波長は約１３２ｍｍであるので、開口径Ｄは約０．７３波長である。

【0035】

［反射鏡の詳細］
反射鏡１２は、開口径と高さから定まるパラボラ反射鏡、あるいはパラボラ反射鏡と開口径および高さが等しく、鏡面１２ｂの形状が非パラボラ面反射鏡である。上記パラボラ反射鏡の開口径および高さは、それぞれ開口径Ｄおよび高さＨに相当する。開口径Ｄは、上述のように一次放射器１１から放射される電波の波長の１．７倍以下である。

【0036】

ここで、非パラボラ面とは、例えば、（１）鏡面１２ｂの鏡面底部１２ｃからの高さが反射鏡１２の中心軸（ｚ軸）からの距離の２を除くべき乗に比例する形状、（２）円錐台面、（３）部分球面、（４）円錐面、（５）円筒面などをいう。非パラボラ面は、パラボラ面と非パラボラ面を組み合わせた形状、あるいは２以上の異なる形状の非パラボラ面を任意に組み合わせた形状であってもよい。また、上記（１）におけるべき乗の指数は、例えば、１～３（但し２を除く）の任意の値が適用可能である。非パラボラ面は、典型的には、連続面であり、例えば、反射鏡１２の中心軸（ｚ軸）を中心とする回転曲面形状である（特許文献２参照）。

【0037】

外部誘電体層１３２を付加することで、一次放射器１１のインピーダンス特性を変えることができる。より具体的には、一次放射器１１の給電系と整合がとれるインピーダンスの周波数帯域を、外部誘電体層１３２を付加しない場合よりも広くすることができる。本実施形態のアンテナ１０は、外部誘電体層１３２が付加される点で特許文献１，２に記載のアンテナと相違する。

【0038】

（構成例１）
図３は、Ｄ＝９６ｍｍ、Ｈ＝２８ｍｍ、Ｆ＝７ｍｍ、鏡面１２ｂがパラボラ形状で、高密度ポリエチレン製の内部誘電体層１３１を鏡面１２ｂの範囲に充填し、厚さＴ＝５ｍｍの高密度ポリエチレン製の外部誘電体層１３２を付加した場合の本実施形態のアンテナ１０のアンテナパターン（右旋偏波）の解析値のｘｚ面内を極座標表示したものである。なお、同図中の点線は上記外部誘電体層を付加していない場合（Ｔ＝０）、すなわち特許文献１のアンテナのアンテナパターン（右旋偏波）の解析値である。

【0039】

図３に示すように、本実施形態に係るアンテナ１０のアンテナパターンは、特許文献１のアンテナのアンテナパターンとほぼ一致していることから、広範囲に均一に安定したパターン特性を維持していることがわかる。

【0040】

（構成例２）
図４は、Ｄ＝９６ｍｍ、Ｈ＝２８ｍｍ、Ｆ＝７ｍｍ、鏡面１２ｂは底面直径が２４ｍｍの円錐台形状で、高密度ポリエチレン製の内部誘電体層１３１を鏡面１２ｂの範囲に充填し、厚さＴ＝５ｍｍの高密度ポリエチレン製の外部誘電体層１３２を付加した場合の実施形態のアンテナ１０のアンテナパターン（右旋偏波）の解析値のｘｚ面内を極座標表示したものである。なお、同図中の点線は、上記外部誘電体層を設置していない場合（Ｔ＝０）、すなわち特許文献２のアンテナパターン（右旋偏波）の解析値である。

【0041】

図４に示すように、本実施形態に係るアンテナ１０のアンテナパターンは、外部誘電体層１３２を付加していないパターンとほぼ一致していることから、外部誘電体層１３２を付加しても広範囲に均一に安定したパターン特性を維持していることがわかる。

【0042】

図５は、上記構成例１（Ｄ＝９６ｍｍ、Ｈ＝２８ｍｍ、Ｆ＝７ｍｍ、鏡面１２ｂがパラボラ形状で、高密度ポリエチレン製の内部誘電体層１３１を鏡面１２ｂの範囲に充填し、厚さＴ＝５ｍｍの外部誘電体層１３２を付加した場合）の本実施形態のアンテナ１０における一次放射器１１のインピーダンス特性を示す５０Ωに対するＶＳＷＲの解析値を周波数特性として表示したものである。なお、同図中の点線は、上記外部誘電体層を設置していない場合（Ｔ＝０）、すなわち特許文献１のアンテナのＶＳＷＲの解析値の周波数特性である。

【0043】

図５で２２８０ＭＨｚを含む領域において、ＶＳＷＲが１．５以下となる範囲を比較すると、本実施形態に係るアンテナ１０では、特許文献１のアンテナの範囲よりも広いことがわかる。すなわち、外部誘電体層１３２を付加することで、アンテナの一次放射器のインピーダンスの周波数帯域が広くなることがわかる。

【0044】

図６に、上記構成例１（Ｄ＝９６ｍｍ、Ｈ＝２８ｍｍ、Ｆ＝７ｍｍ、鏡面１２ｂがパラボラ形状で、高密度ポリエチレン製の内部誘電体層１３１を鏡面１２ｂの範囲に充填し、厚さＴ＝５ｍｍの外部誘電体層１３２を付加した場合）において、外部誘電体層１３２の厚さＴを０から１５ｍｍの範囲で変化させ、外部誘電体層１３２の厚さと、一次放射器１１のインピーダンス特性を示す５０Ωに対するＶＳＷＲが１．５以下となる周波数範囲との関係を示す。同図に示すように、上記構成例１においては外部誘電体層１３２の厚さが約２ｍｍの場合に周波数帯域の増加量のピーク（最大値）が確認された。外部誘電体層１３２の厚さが２ｍｍ超の範囲では周波数帯域の増加量は徐々に低下し、外部誘電体層１３２の厚さが１５ｍｍの場合においても外部誘電体層１３２が無い場合よりも周波数帯域が増加することが確認された。

【0045】

一方、図７は、上記構成例２（Ｄ＝９６ｍｍ、Ｈ＝２８ｍｍ、Ｆ＝７ｍｍ、鏡面１２ｂは底面直径が２４ｍｍの円錐台形状で、高密度ポリエチレン製の内部誘電体層１３１を鏡面１２ｂの範囲に充填し、厚さＴ＝５ｍｍの高密度ポリエチレン製の外部誘電体層１３２を付加した場合）の本実施形態のアンテナ１０における一次放射器１１のインピーダンス特性を示す５０Ωに対するＶＳＷＲの解析値を周波数特性として表示したものである。なお、同図中の点線は、上記外部誘電体層を設置していない場合（Ｔ＝０）、すなわち特許文献２のアンテナのＶＳＷＲの解析値の周波数特性である。

【0046】

図７で２２８０ＭＨｚを含む領域において、ＶＳＷＲが１．５以下となる範囲を比較すると、本実施形態に係るアンテナ１０では、外部誘電体層１３２を付加しないアンテナ、すなわち特許文献２のアンテナの範囲よりも広いことがわかる。すなわち、外部誘電体層１３２を付加することで、アンテナの一次放射器のインピーダンスの周波数帯域が広くなることがわかる。

【0047】

図８に、上記構成例２（Ｄ＝９６ｍｍ、Ｈ＝２８ｍｍ、Ｆ＝７ｍｍ、鏡面１２ｂは底面直径が２４ｍｍの円錐台形状で、高密度ポリエチレン製の内部誘電体層１３１を鏡面１２ｂの範囲に充填し、厚さＴ＝５ｍｍの高密度ポリエチレン製の外部誘電体層１３２を付加した場合）において、外部誘電体層１３２の厚さＴを０から１５ｍｍの範囲で変化させ、外部誘電体層１３２の厚さと、一次放射器１１のインピーダンス特性を示す５０Ωに対するＶＳＷＲが１．５以下となる周波数範囲との関係を示す。同図に示すように、上記構成例２においては外部誘電体層１３２の厚さが約４ｍｍの場合に周波数帯域の増加量のピーク（最大値）が確認された。外部誘電体層１３２の厚さが４ｍｍ超の範囲では周波数帯域の増加量は徐々に低下し、外部誘電体層１３２の厚さが１５ｍｍの場合においても外部誘電体層１３２が無い場合よりも周波数帯域が増加することが確認された。

【0048】

比較例として、図９に、Ｄ＝２６４ｍｍ、Ｈ＝２８ｍｍ、Ｆ＝７ｍｍ、鏡面１２ｂがパラボラ形状で、高密度ポリエチレン製の内部誘電体層１３１を鏡面１２ｂの範囲に充填し、厚さＴ＝５ｍｍの外部誘電体層１３２を付加した場合の本実施形態のアンテナ１０における一次放射器１１のインピーダンス特性を示す５０Ωに対するＶＳＷＲの解析値を周波数特性として表示したものである。なお、同図中の点線は、上記外部誘電体層を設置していない場合のＶＳＷＲの解析値の周波数特性である。この比較例では、反射鏡の開口径Ｄが電波の波長の２倍と大きい点で、上記構成例１と相違する。

【0049】

図９に示すように、この比較例においては、外部誘電体層１３２を付加すると、２２８０ＭＨｚを含む領域において、ＶＳＷＲが１．５以下となる範囲は狭くなる。つまり、開口径Ｄが波長の２倍のアンテナの場合、外部誘電体層１３２の付加は、一次放射器のインピーダンスの周波数帯域の増加に何ら寄与せず、逆に減少することが確認された。

【0050】

図１０は、上記比較例（Ｄ＝２６４ｍｍ、Ｈ＝２８ｍｍ、Ｆ＝７ｍｍ、鏡面１２ｂがパラボラ形状で、高密度ポリエチレン製の内部誘電体層１３１を鏡面１２ｂの範囲に充填し、厚さＴ＝５ｍｍの外部誘電体層１３２を付加した場合）において、外部誘電体層１３２の厚さＴを０から１５ｍｍの範囲で変化させ、外部誘電体層１３２の厚さと、一次放射器１１のインピーダンス特性を示す５０Ωに対するＶＳＷＲが１．５以下となる周波数範囲との関係を示す。同図に示すように、上記比較例においては外部誘電体層１３２が厚くなるほど周波数帯域が減少する傾向を示し、厚さが約１２ｍｍ～１３ｍｍ付近で厚さ０ｍｍ付近での値まで帯域幅は回復するものの、約１３ｍｍ付近から再び減少することが確認された。

【0051】

［本実施形態の作用］
以上のように本実施形態に係るアンテナ１０によれば、反射鏡１２は電波の波長の１．７倍以下の開口径Ｄを有するため、電波が放射される半球内のアンテナパターンにヌル点を発生させることなく、広範囲に均一に安定したパターン特性を得ることができる（特許文献１の図４参照）。より具体的には、以下の作用を得ることができる。
・アンテナビームが広がり、広範囲に電波が放射される。アンテナ開口面より下方への放射もある。
・アンテナ開口面より上方の半球内にヌル点や落ち込みが存在しない。
・反射鏡アンテナであるため、アンテナパターンはアンテナを設置するアンテナ設置側の形状の影響をほとんど受けない。

【0052】

したがって、本実施形態のアンテナ１０によれば、
・広範囲に均一に安定したパターン特性を有し、現在飛翔体に設置されているアンテナと比較すると利得も高くなる。
・アンテナ１０が飛翔体に設置される場合に、飛翔体であるアンテナ設置側はパターン特性からの運用制約を受けることがなくなる。
・アンテナ１０を飛翔体に設置する場合に、アンテナ１０に発生する空力荷重・加熱が大幅に軽減される。
・アンテナ１０を飛翔体に設置する場合に、飛翔体の空力特性に影響を与えない。
・従来のアンテナと比べて薄型にでき、より目立たなくなる。

【0053】

また本実施形態によれば、アンテナ１０の設置側の表面、又は設置側の内部に反射鏡１２、および外部誘電体層１３２と等しい形状、寸法の穴を開けること、および外部誘電体層１３２の表面形状をアンテナ設置前のアンテナ設置側の表面形状と一致するように加工することで、アンテナが表面から突き出ることもへこむこともなく、アンテナ設置側の表面形状と一体化させて設置することができる。これにより、例えばロケットや航空機等の飛翔体の場合には、空力荷重・加熱が大幅に軽減されると当時に、飛翔体の空力特性へ影響を与えないようにすることが可能である。

【0054】

本実施形態に係るアンテナ１０は反射鏡１２の開口径が小さいため、穴などを開けることによる飛翔体への影響は無視することが可能なレベルまで小さくなる。また、ＰＣ等の無線通信機能を有する電子機器や建物の内外にアンテナ１０を設置する場合には、例えば電子部品等を実装する基板、建物の外壁、室内の壁や天井の表面、又はアンテナ設置側の内部に反射鏡、および外部誘電体層１３２と等しい形状、寸法の穴を開けること、および外部誘電体層１３２の表面形状をアンテナ設置前のアンテナ設置側の表面形状と一致するように加工することで、アンテナ１０が表面から突き出ることもへこむこともなく、アンテナ設置側の表面形状と一体化させて設置することができ、また、開口径が小さいためにフットプリントも小さくできる。従って、従来の棒状アンテナ等と比較すると、薄型化が可能であり、反射鏡アンテナを基本構成とする故、アンテナ利得も高い。外部誘電体層１３２の表面をアンテナ設置側のアンテナ周囲の表面と同一の色や模様とすることで、アンテナを目立たなくすることが可能である。

【0055】

さらに本実施形態のアンテナ１０は、外部誘電体層１３２を備えているため、特許文献１，２に記載のアンテナのパターン特性を維持しながら、一次放射器１１にインピーダンスの周波数帯域を広くすることが可能である。これにより、アンテナ１０の設計を変えずに、一次放射器１１のインピーダンスの周波数帯域を広くすることができる。

【0056】

＜第２の実施形態＞
図１１は本発明の他の実施形態に係る電子機器１００の要部断面図である。電子機器１００は、基板９１と、基板９１の表面に埋め込まれたアンテナ９０とを備える。

【0057】

図１１に示すように、基板９１上には、アンテナ９０の形状に一致する穴９２が設けられ、穴９２の表面に導電性薄膜９６が形成されている。導電性薄膜９６は、アンテナ９０の反射鏡として機能する。穴９２の開口面より内側の領域には、高密度ポリエチレンなどの誘電体で構成された内部誘電体層９３が充填されている。また、穴９２の開口面より外側の領域には、高密度ポリエチレンなどの誘電体で構成された外部誘電体層９７が付加されている。アンテナ９０の一次放射器９４は、穴９２の開口面上に配置され、内部誘電体層９３により保持されている。内部誘電体層９３および外部誘電体層９７は、一次放射器９４を被覆する誘電体層９８として形成される。なお図１１には、一次放射器９４は、穴９２の開口面上に設置された例を示したが、内部誘電体層９３内に設置してもよい。

【0058】

穴９２は、アンテナ９０の設置側の表面、又は設置側の内部に設けられた空洞に相当し、アンテナ９０はこの空洞に埋め込まれる。穴９２は、パラボラ面、あるいは、非パラボラ面で形成される。したがって、穴９２の表面に形成された導電性薄膜９６は、パラボラ面、あるいは、非パラボラ面の鏡面を形成する。

【0059】

穴９２（導電性薄膜９６）の開口径は、一次放射器９４より放射された電波が上記反射鏡（導電性薄膜９６）で反射して放射される半球内のアンテナパターンにヌル点が発生しない大きさ（波長の１．７倍以下）に形成されている。給電ケーブル９５は、内部誘電体層９３により保持されて一次放射器９４に接続されている。

【0060】

本実施形態では、導電性薄膜９６が形成された穴９２と内部誘電体層９３と一次放射器９４と外部誘電体層９７とによってアンテナ９０が構成される。外部誘電体層９７の表面形状をアンテナ９０を設置する前の基板９１の表面形状と一致するように加工することができる。このようなアンテナ９０を設置する電子機器１００は、アンテナ９０を基板９１の表面から突き出ることもへこむこともなく、設置することができる。また、アンテナ９０の開口径が小さいためにフットプリントも小さくできる。従って、従来の棒状アンテナ等と比較すると、薄型化が可能であり、反射鏡アンテナを基本構成とする故、アンテナ利得も高い。

【0061】

また、アンテナ９０は、開口面の外側に位置する外部誘電体層９７を有するため、特許文献１，２に記載のアンテナよりも、一次放射器９４のインピーダンスの周波数帯域を広くすることができる。

【0062】

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態にのみ限定されるものではなく種々変更を加え得ることは勿論である。

【0063】

例えば以上の実施形態では、ロケット、航空機等の飛翔体に設置されるアンテナに本発明を適用したが、これ以外にも、列車や自動車、潜水艦などの移動体にも適用できる。

【符号の説明】

【0064】

１０，９０…アンテナ
１１，９４…一次放射器
１２，９６…反射鏡
１２ａ…開口面
１２ｂ…鏡面
１２ｃ…鏡面底部
１３，９８…誘電体層
９２…穴（空洞）
９３，１３１…内部誘電体層
９７，１３２…外部誘電体層
１００…電子機器

【要約】

【課題】広範囲に均一に安定したパターン特性を維持した状態で、一次放射器のインピーダンスの周波数帯域を広くすることができるアンテナおよび電子機器を提供する。
【解決手段】本発明の一形態に係るアンテナは、一次放射器と、反射鏡と、誘電体層とを具備する。前記一次放射器は、電波を放射する。前記反射鏡は、前記一次放射器より放射された電波を反射し、開口径が前記電波の波長の１．７倍以下である。前記誘電体層は、前記一次放射器を被覆する。前記誘電体層は、内部誘電体層と、外部誘電体層とを有する。前記内部誘電体層は、前記反射鏡の開口面の内側に充填される。前記外部誘電体層は、前記内部誘電体層上に設けられ、前記反射鏡の開口面の外側に位置する。
【選択図】図１

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】