特許 7382776 偏波共用アンテナ

(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】2023-11-09

(45)【発行日】2023-11-17

(54)【発明の名称】偏波共用アンテナ

(51)【国際特許分類】

   H01Q 21/24 20060101AFI20231110BHJP

   H01Q 9/16 20060101ALI20231110BHJP

   H01Q 9/32 20060101ALI20231110BHJP

   H01Q 21/08 20060101ALI20231110BHJP

【ＦＩ】

H01Q21/24

H01Q9/16

H01Q9/32

H01Q21/08

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2019179225

(22)【出願日】2019-09-30

(65)【公開番号】P2021057753

(43)【公開日】2021-04-08

【審査請求日】2022-09-26

(73)【特許権者】

【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】森 奈緒子

(72)【発明者】

【氏名】平野 聡

(72)【発明者】

【氏名】高橋 裕之

(72)【発明者】

【氏名】杉本 康宏

(72)【発明者】

【氏名】山下 大輔

【審査官】白井 亮

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１９／０７７８１３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１２／１６４７８２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１６／０４３４７０（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１３／２０７８６９（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｑ ２１／２４

Ｈ０１Ｑ ９／１６

Ｈ０１Ｑ ９／３２

Ｈ０１Ｑ ２１／０８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

２つの異なる偏波を送受信可能な偏波共用アンテナにおいて、
誘電体基板と、
前記誘電体基板の内部に形成され、それぞれの基端から先端までが前記誘電体基板の厚さ方向である第１の方向に延伸する複数の垂直偏波用素子と、
前記誘電体基板の内部に形成された第１の導体層の一部を構成し、それぞれの基端から先端までが前記第１の方向に直交する第２の方向に延伸する複数の水平偏波用素子と、
前記第１の導体層の一部を構成し、前記複数の水平偏波用素子と所定の距離だけ離れて配置される第１のグランド導体と、
を備え、
前記複数の水平偏波用素子のそれぞれの前記基端は前記第２の方向に沿って所定の間隔で並んで配置され、前記複数の垂直偏波用素子は前記誘電体基板を前記第１の方向から見た平面視で前記複数の水平偏波用素子と重ならない領域に配置され、
前記誘電体基板の前記第１の方向に対向する一対の表面のうち一方の表面に形成された第２の導体層の一部として、前記複数の垂直偏波用素子のそれぞれの前記基端と電気的に接続される複数の垂直偏波用給電端子が設けられるとともに、前記第２の導体層の一部として、前記複数の水平偏波用素子のそれぞれの前記基端と電気的に接続される複数の水平偏波用給電端子が設けられる、
ことを特徴とする偏波共用アンテナ。

【請求項2】

前記複数の水平偏波用素子のそれぞれの前記基端は、使用周波数帯域の中心周波数に対応する波長λ０に関し、前記第２の方向に沿ってλ０／２の間隔で並んで配置されることを特徴とする請求項１に記載の偏波共用アンテナ。

【請求項3】

前記複数の垂直偏波用素子は、前記第２の方向に沿ってλ０／２の間隔で並んで配置されることを特徴とする請求項２に記載の偏波共用アンテナ。

【請求項4】

前記複数の水平偏波用素子は、互いに同一の形状を有し、それぞれの前記基端から前記先端までの延伸方向が互いに同一であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の偏波共用アンテナ。

【請求項5】

前記誘電体基板の前記一対の表面のうち他方の表面に形成された第３の導体層の少なくとも一部として、前記第１のグランド導体と電気的に接続される第２のグランド導体が配置されることを特徴とする請求項１に記載の偏波共用アンテナ。

【請求項6】

前記誘電体基板に形成された全ての導体層に、前記第１及び第２のグランド導体を含む多層構造のグランド導体が含まれることを特徴とする請求項５に記載の偏波共用アンテナ。

【請求項7】

前記複数の垂直偏波用素子の各々は、前記第２の導体層と前記第１の導体層との間を接続するビア導体からなることを特徴とする請求項５に記載の偏波共用アンテナ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、２つの異なる偏波を送受信可能な偏波共用アンテナに関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来から、高周波信号を用いた無線通信において、２つの異なる偏波（例えば、垂直偏波と水平偏波）の両方を送受信可能な偏波共用アンテナが知られている。例えば、特許文献１には、誘電体基板の表面に垂直偏波用と水平偏波用のそれぞれのアンテナ素子を金属箔により形成し、垂直偏波及び水平偏波を複数の周波数帯域のそれぞれについて共用し得る周波数共用偏波共用アンテナが提案されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１３－０３８６３６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１のアンテナ構造においては、垂直偏波用と水平偏波用のそれぞれのアンテナ素子は、折り返しダイポールアンテナ素子を用いて構成されている。そのため、各々のアンテナ素子自体の長さは信号波長の１／２倍となるため、複数のアンテナ素子を配置するためのスペースが必要となることから、アンテナ全体の小型化が困難であるという課題があった。

【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、誘電体基板に複数の垂直偏波用素子と複数の水平偏波用素子を構成し、良好なアンテナ性能を保ちつつ小型化に適した偏波共用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、本発明は、２つの異なる偏波を送受信可能な偏波共用アンテナにおいて、誘電体基板（１０）と、前記誘電体基板の内部に形成され、それぞれの基端（１１ａ）から先端（１１ｂ）までが前記誘電体基板の厚さ方向である第１の方向（Ｚ）に延伸する複数の垂直偏波用素子（１１）と、前記誘電体基板の内部に形成された第１の導体層（２０ｂ）の一部を構成し、それぞれの基端（１２ａ）から先端（１２ｂ）までが前記第１の方向に直交する第２の方向（Ｙ）に延伸する複数の水平偏波用素子（１２）と、前記第１の導体層の一部を構成し、前記複数の水平偏波用素子と所定の距離だけ離れて配置される第１のグランド導体（１３）とを備えて構成され、前記複数の水平偏波用素子のそれぞれの前記基端は前記第２の方向に沿って所定の間隔で並んで配置され、前記複数の垂直偏波用素子は前記誘電体基板を前記第１の方向から見た平面視で前記複数の水平偏波用素子と重ならない領域に配置されることを特徴としている。

【0007】

本発明の偏波共用アンテナによれば、２つの異なる偏波を送受信するための構造として、誘電体基板の内部に、第１の方向に延伸する複数の垂直偏波用素子と、第１の方向と直交する第２の方向に延伸する複数の水平偏波用素子と、複数の水平偏波用素子と同じ第１の導体層に配置した第１のグランド導体とを設け、複数の水平偏波用素子を所定の間隔で配置したので、所望の周波数帯域に適合する放射特性を容易に実現可能となる。そして、複数の水平偏波用素子を規則的に配置し、その空きスペースに複数の垂直偏波用素子を容易に配置できるので、誘電体基板の波長短縮効果と相まって偏波共用アンテナ全体の小型化が実現可能となる。また、複数の垂直偏波用素子と複数の水平偏波用素子との方向性から電磁波が誘電体基板の側面方向に放射されるので、偏波共用アンテナを内蔵した携帯端末等の薄型化に適している。

【0008】

本発明において、複数の水平偏波用素子のそれぞれの基端を、使用周波数帯域の中心周波数に対応する波長λ０に関し、第２の方向に沿ってλ０／２の間隔で並んで配置することができる。これにより、複数の水平偏波用素子の放射特性を所望の周波数帯域に確実に適合させることができる。この場合において、複数の垂直偏波用素子についても、複数の水平偏波用素子の配置に合わせて、第２の方向に沿ってλ０／２の間隔で並んで配置することができる。

【0009】

本発明の複数の水平偏波用素子は、互いに同一の形状で形成し、それぞれの基端から先端までの延伸方向を互いに同一とすることができる。これにより、複数の水平偏波用素子を設ける場合、同様の導体パターンを所定の間隔で効率的に配置でき、その空きスペースに複数の垂直偏波用素子を容易に配置することできる。

【0010】

本発明において、誘電体基板の第１の方向に対向する一対の表面のうち一方の表面に形成された第２の導体層の一部として、複数の垂直偏波用素子のそれぞれの基端と電気的に接続される複数の垂直偏波用給電端子を設けるとともに、第２の導体層の一部として、複数の水平偏波用素子のそれぞれの基端と電気的に接続される複数の水平偏波用給電端子を設けることができる。なお、垂直偏波用給電端子又は水平偏波用給電端子において、インピーダンスの整合のための整合回路を設けてもよい。

【0011】

本発明において、誘電体基板の一対の表面のうち他方の表面に形成された第３の導体層の少なくとも一部として、第１のグランド導体と電気的に接続される第２のグランド導体を配置することができる。この場合、誘電体基板に形成された全ての導体層に、第１及び第２のグランド導体を含む多層構造のグランド導体を含めることができる。これにより、グランド導体を多層構造の各導体層に広く配置することで面積を十分に確保でき、垂直偏波用素子及び水平偏波用素子の反射器として機能するグランド導体を強化し、アンテナ特性を向上させることが可能となる。

【0012】

本発明の複数の垂直偏波用素子の各々は、第２の導体層と第１の導体層との間を接続するビア導体を用いて形成することができる。これにより、誘電体基板の内部の各導体層の導体パターンとビア導体のみを用いた簡素な構造で全体の偏波共用アンテナを構成することができる。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、互いに直交する方向性を有する複数の垂直偏波用素子及び複数の水平偏波用素子を誘電体基板の内部に形成し、複数の水平偏波用素子を所定の間隔で配置し、誘電体基板の厚さ方向から見て重ならない領域に複数の垂直偏波用素子を配置したので、良好なアンテナ特性を保ちつつ、誘電体基板の波長短縮効果と相まって偏波共用アンテナ全体の小型化に適した構造を提供することができる。また、上記構造により電磁波が誘電体基板の側面方向に放射されるので、携帯端末等に偏波共用アンテナを内蔵する場合の薄型化にも寄与する。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本実施形態の偏波共用アンテナをＸ方向から見た断面図（図３（Ｂ）のＡ－Ａ断面）である。

【図2】図１の偏波共用アンテナをＹ方向に沿ったＹ１方向から見た断面図（図３（Ｃ）のＢ－Ｂ断面）である。

【図3】図１の偏波共用アンテナに含まれる５層の導体層に関し、それぞれＺ方向の上方から見た平面図である。

【図4】本実施形態の偏波共用アンテナの変形例として、４個の垂直偏波用給電端子１４のそれぞれに整合回路１４ａを付加した構造を示す図である。

【図5】本実施形態の偏波共用アンテナに対するシミュレーショにより得られた放射周波数特性の検証結果のうち、図１～図３の構造を有する偏波共用アンテナを用いた場合を示す図である。

【図6】本実施形態の偏波共用アンテナに対するシミュレーショにより得られた放射周波数特性の検証結果のうち、図１～図３の構造の一部を図４の変形例に変更した偏波共用アンテナを用いた場合を示す図である。

【図7】本実施形態の偏波共用アンテナの作製方法の概要を説明する第１の図である。

【図8】本実施形態の偏波共用アンテナの作製方法の概要を説明する第２の図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

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。ただし、以下に述べる実施形態は本発明の技術思想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。

【0016】

図１～図３を用いて、本発明を適用した一実施例に係る偏波共用アンテナの構造について説明する。図１～図３では、説明の便宜のため、互いに直交するＸ方向（本発明の第２の方向）、Ｙ方向、Ｚ方向（本発明の第１の方向）をそれぞれ矢印にて示している。図１は、本実施形態の偏波共用アンテナをＸ方向から見た断面図（図３（Ｂ）のＡ－Ａ断面）であり、図２は、図１の偏波共用アンテナをＹ方向に沿ったＹ１方向から見た断面図（図３（Ｃ）のＢ－Ｂ断面）であり、図３は、図１の偏波共用アンテナに含まれる５層の導体層に関し、それぞれＺ方向の上方から見た平面図である。

【0017】

本実施形態の偏波共用アンテナは、セラミック等の誘電体材料からなる多層構造の誘電体基板１０を用いて構成される。そして、誘電体基板１０には、Ｚ方向に延伸する４個の垂直偏波用素子１１と、Ｙ方向に延伸する４個の水平偏波用素子１２と、多層構造のグランド導体１３がそれぞれ設けられている。誘電体基板１０には５層の導体層２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、２０ｅが形成され、それぞれの導体層２０ａ～２０ｅには多様な導体パターンＰが含まれるとともに、それぞれの導体層２０ａ～２０ｅの間をＺ方向に接続する複数のビア導体Ｖが設けられている。前述の４個の垂直偏波用素子１１と４個の水平偏波用素子１２とグランド導体１３のそれぞれの構造は、各導体層２０ａ～２０ｅの導体パターンＰ及びビア導体Ｖを組合せて実現される。なお、以下の説明において、垂直偏波用素子１１と、水平偏波用素子１２と、グランド導体１３について、それぞれ複数個を区別する必要がある場合、カッコ内に番号を付して示す場合がある。

【0018】

誘電体基板１０は、Ｙ方向に沿う長辺と、Ｘ方向に沿う短辺と、Ｚ方向に沿う所定の厚さを有する矩形の板状部材であり、所定の誘電率を有する誘電体層と、導電材料からなる前述の導体層２０とを交互に積層してなる。誘電体基板１０の複数の導体層２０としては、図３（Ａ）～（Ｅ）に示すように、Ｚ方向の上方から順に、導体層２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、２０ｅを備えている。それぞれの導体層２０の間は、所定の位置に形成されたビア導体Ｖを介して接続されている。５層の導体層２０のうち、導体層２０ａ、２０ｅは、誘電体基板１０のうちＺ方向に対向する１対の表面に露出し、導体層２０ｂ、２０ｃ、２０ｄは誘電体基板１０の内層を構成する。また、最下層の導体層２０ｅには、４個の垂直偏波用素子１１のそれぞれと電気的に接続される４個の垂直偏波用給電端子１４と、４個の水平偏波用素子１２のそれぞれと電気的に接続される４個の水平偏波用給電端子１５が設けられている。

【0019】

４個の垂直偏波用素子１１は、Ｙ方向に沿って図１の右側から、垂直偏波用素子１１（１）、１１（２）、１１（３）、１１（４）の順に配置されている。各々の垂直偏波用素子１１は、導体層２０ｅと導体層２０ｂとの間を接続するビア導体Ｖを用いて構成される。すなわち、各々の垂直偏波用素子１１は、ビア導体Ｖの下端である基端１１ａからビア導体Ｖの上端である先端１１ｂまでＺ方向に延伸されており、基端１１ａが下側の導体層２０ｅの垂直偏波用給電端子１４に接続される。なお、導体層２０ｅに配置される各々の垂直偏波用給電端子１４は、Ｘ方向に延伸する導体パターンＰからなる。

【0020】

４個の水平偏波用素子１２は、Ｙ方向に沿って図１の右側から、水平偏波用素子１２（１）、１２（２）、１２（３）、１２（４）の順に配置されている。各々の水平偏波用素子１２は、図３（Ｂ）の導体層２０ｂにおいて、基端１２ａから先端１２ｂに延伸する導体パターンからなる。そして、各々の水平偏波用給電端子１５と水平偏波用素子１２の基端１２ａとの間は、導体層２０ｅから導体層２０ｂまでを接続するビア導体Ｖと、導体層２０ｂのＸ方向に延伸する導体パターンＰとを介して電気的に接続される。なお、導体層２０ｅに配置される各々の水平偏波用給電端子１５は、垂直偏波用給電端子１４と同様、Ｘ方向に延伸する導体パターンＰからなる。

【0021】

図１に示すように、４個の水平偏波用素子１２は、Ｙ方向に沿って一定の間隔で一列に並んで配置されている。この場合の間隔は、偏波共用アンテナの使用周波数帯域の中心周波数ｆ０に対応する波長をλ０としたとき、λ０／２に一致する。ここで、水平偏波用素子１２の基端１２ａを位置基準とすると、４個の水平偏波用素子１２の各基端１２ａがＸ方向に沿って間隔λ０／２で並ぶ配置になっている。本実施形態において想定する使用周波数帯域に対応する間隔λ０／２は数ｍｍ程度の値になる。偏波共用アンテナにおいて、このような寸法条件に応じて複数の水平偏波用素子１２を並べて配置することにより、概ね使用周波数帯域に適合するアンテナ特性を実現することができる。

【0022】

また、４個の垂直偏波用素子１１も、水平偏波用素子１２と同様、Ｙ方向に沿って間隔λ０／２で一列に並んで配置されている。図１～図３から明らかなように、４個の垂直偏波用素子１１は、Ｚ方向から見た平面視で、４個の水平偏波用素子１２と重ならない領域に配置されている。アンテナ特性の観点からは、４個の垂直偏波用素子１１を間隔λ０／２に配置することは、４個の水平偏波用素子１２とは異なり、アンテナ特性への影響は小さいが、４個の水平偏波用素子１２の空きスペースを有効に利用して４個の垂直偏波用素子１１を配置することができる。よって、本実施形態のような配置を採用することで、偏波共用アンテナの全体の小型化が可能となる。

【0023】

ここで、４個の水平偏波用素子１２の各々はＹ方向に延伸するので、Ｚ方向から見た平面視で、互いの間隔λ０／２はそれぞれの基端１２ａ同士の間隔として捉えることができる。この場合、それぞれの先端１２ｂ同士も同様の間隔λ０／２で配置されている。一方、４個の垂直偏波用素子１１の各々はＺ方向に延伸するので、Ｚ方向から見た平面視で部分を問わずＸ方向に沿って間隔λ０／２で配置されている。

【0024】

一方、各々の水平偏波用素子１２のＹ方向の長さは、前述の間隔λ０／２よりも十分に短くなる。これは、各々の水平偏波用素子１２を、所定の誘電率を有する誘電体基板１０の内部に形成したことによる波長短縮効果が生じるためである。例えば、誘電体基板１０が比誘電率εを有する場合、水平偏波用素子１２のＹ方向の長さは空気中に比べて、１／（ε^１／２）に短縮される。空気の誘電率を想定すると、水平偏波用素子１２のＹ方向の長さが長くなって前述の間隔λ０／２で配置することは困難となるが、誘電体基板１０の誘電率を大きくすれば、波長短縮効果により偏波共用アンテナを小型化することが可能となる。なお、各々の垂直偏波用素子１１のＺ方向の長さについても、同様の波長短縮効果に基づき短くなる。

【0025】

グランド導体１３は、図３に示すように、５層の導体層２０ａ～２０ｅの全体にわたって配置され、各導体層２０ａ～２０ｅのグランド部分が複数のビア導体Ｖを介して電気的に接続された多層構造となっている。このうち、導体層２０ａ（本発明の第３の導体層）には、グランド導体１３のみが配置されており、本発明の第２のグランド導体として機能する。図３の例では、各々の水平偏波用素子１２に対応して５本１組のビア導体Ｖが設けられ、全部で２０本のビア導体ＶがＺ方向に沿って５層の導体層２０ａ～２０ｅのグランド部分を接続している。５層の導体層２０ａ～２０ｅのグランド部分はＺ方向に概ね対向して配置されるが、それぞれの垂直偏波用素子１１及び水平偏波用素子１２との位置関係に応じて、各層で形状や面積が若干異なっている。

【0026】

ここで、図３（Ｂ）の導体層２０ｂに着目すると、４個の水平偏波用素子１２とグランド導体１３とはともに導体層２０ｂの一部を構成しており、互いにＸ方向に距離Ｄだけ離れて配置される。すなわち、４個の水平偏波用素子１２から距離Ｄよりも近い領域には、グランド導体１３が配置されていない。そして、この距離Ｄは水平偏波用素子１２のアンテナ特性に影響を及ぼすので、適切な値に設定することが重要である。例えば、本実施形態では、距離Ｄとして、誘電体基板１０のＸ方向の寸法の１／５程度の値を設定している。導体層２０ｂのグランド導体１３は、本発明の第１のグランド導体として機能する。なお、図３（Ｂ）の例では、導体層２０ｂのグランド導体１３のうち４個の水平偏波用素子１２の近傍側の端部はＹ方向に水平であるが、水平偏波用素子１２に最も近い部分が距離Ｄだけ離れていれば、グランド導体１３をＹ方向に斜めの形状などの不定形状としてもよい。

【0027】

また、図３（Ｃ）の導体層２０ｃのグランド導体１３には、Ｌ字状の４個の突出部１３ａが設けられており、４個の突出部１３ａの上方に４個の水平偏波用素子１２が配置される位置関係にある。ただし、４個の突出部１３ａの先端部分は、４個の水平偏波用素子１２と逆方向に延伸されている。また、図３（Ｄ）の導体層２０ｄのグランド導体１３及び図３（Ｅ）の導体層２０ｅのグランド導体１３には、４個の垂直偏波用素子１１の周囲にグランド導体１３の一部が配置されるが、それより上層の導体層２０ｂ、２０ｃにおいては４個の垂直偏波用素子１１に近い領域にグランド導体１３が配置されない。５層の導体層２０ａ～２０ｅの全体のグランド導体１３は、偏波共用アンテナの反射器として機能する。すなわち、４個の垂直偏波用素子１１及び４個の水平偏波用素子１２のそれぞれの鏡像が全体のグランド導体１３に形成されるため、アンテナ特性の向上のためグランド全体の面積を十分に確保する必要がある。

【0028】

図３（Ｅ）の導体層２０ｅ（本発明の第２の導体層）において、４個の垂直偏波用給電端子１４は、グランド導体１３で囲まれる領域内で、４個の垂直偏波用素子１１のそれぞれの基端１１ａからＸ方向に所定の長さだけ延伸する形状を有する。また、４個の水平偏波用給電端子１５は、グランド導体１３で囲まれる領域内で、４個の水平偏波用素子１２と電気的に接続されるそれぞれのビア導体Ｖの下端からＸ方向に所定の長さだけ延伸する形状を有する。すなわち、垂直偏波用給電端子１４は垂直偏波用素子１１に直結されるのに対し、各々の水平偏波用給電端子１５と各々の水平偏波用素子１２の基端１２ａとの間には、導体層２０ｅから導体層２０ｂに至るビア導体Ｖと、このビア導体Ｖから基端１２ａに至る導体層２０ｂの導体パターンＰとが介在する。

【0029】

４個の垂直偏波用給電端子１４及び４個の水平偏波用給電端子１５を介して所定の周波数の入力信号を給電すると、４個の垂直偏波用素子１１からの垂直偏波と４個の水平偏波用素子１２からの水平偏波とが一体的に外部に放射される。この場合、本実施形態の構造によれば、偏波共用アンテナからの電磁波の放射方向は、誘電体基板１０の側面方向であるＸ方向に合致する。よって、本実施形態の偏波共用アンテナを携帯端末等の内部に載置する際の薄型化が容易となる。

【0030】

ここで、本実施形態の偏波共用アンテナを構成する際の寸法条件は多様であるが、その具体例としては、図１の誘電体基板１０のＸ方向の長さが８ｍｍ、Ｙ方向の長さが２１ｍｍ、Ｚ方向の厚さが１．５ｍｍ、４個の水平偏波用素子１２の間隔λ０／２が５．３ｍｍを挙げることができる。この場合、誘電体基板１０の最下層の導体層２０ｅを基準とする各導体層２０ａ～２０ｄのＺ方向の高さは、導体層２０ａが１．５ｍｍ、導体層２０ｂが１．１５ｍｍ、導体層２０ｃが０．８５ｍｍ、導体層２０ｄが０．１５ｍｍを挙げることができる。なお、これ以外の寸法条件であっても、本実施形態の偏波共用アンテナの所望のアンテナ性能及びサイズに応じて適宜に採用することができる。

【0031】

図１～図３に示す偏波共用アンテナは、４個の垂直偏波用素子１１及び４個の水平偏波用素子１２を備えているが、それぞれの個数は４個に限られず、任意の個数で複数の垂直偏波用素子１１及び複数の水平偏波用素子１２を設けることができる。この場合、垂直偏波用素子１１及び水平偏波用素子１２の個数を増やすほど、偏波共用アンテナから放射される電磁波の強度が大きくなるが、その分だけ誘電体基板１０のサイズ（主にＹ方向のサイズ）が大きくなる。また、図１～図３に示す偏波共用アンテナにおいては、５層の導体層２０ａ～２０ｅの全層にわたってグランド導体１３が配置されるが、アンテナ性能を良好に保つことができれば、少なくとも４個の水平偏波用素子１２が配置される導体層２０ｂのみにグランド導体１３を配置してもよい。

【0032】

また、図１～図３に示す偏波共用アンテナは、４個の水平偏波用素子１２が互いに同一の形状で、それぞれの基端１２ａから先端１２ｂへの方向性も互いに同一であるが、複数の水平偏波用素子１２の形状及び方向性を変更することができる。具体的には、所望のアンテナ特性を保つ範囲内で、複数の水平偏波用素子１２の互いの断面形状を変更したり、それぞれの基端１２ａから先端１２ｂへの方向性としてＹ方向に沿って互いに逆向き含むように変更することが可能である。

【0033】

また図４は、本実施形態の偏波共用アンテナの変形例を示す図である。図４の変形例においては、４個の垂直偏波用給電端子１４のそれぞれに整合回路１４ａを付加した構造が示される。すなわち、図３（Ｅ）の垂直偏波用素子１１の基端１１ａの位置から一定の幅でＸ方向に延伸する垂直偏波用給電端子１４が矩形状であるのに対し、図４の変形例に係る垂直偏波用給電端子１４には、Ｘ方向の略中央に整合回路１４ａが設けられ、整合回路１４ａの部分で広い幅になっている。このような整合回路１４ａを設けることにより、図４の変形例における垂直偏波用素子１１のインピーダンスを整合させることで反射特性の向上が可能となる。なお、水平偏波用給電端子１４にも整合回路を付加することもできるが、整合回路を設けないとしても、水平偏波用給電端子１４から水平偏波用素子１２に至る導電経路の形状や配置を適切に設定することで比較的容易にインピーダンスを整合させることができる。

【0034】

次に、本実施形態の偏波共用アンテナのアンテナ特性の検証結果について説明する。図５及び図６は、本実施形態の偏波共用アンテナに対するシミュレーショにより得られた放射周波数特性の検証結果を示す図である。ここでは、本実施形態の偏波共用アンテナのうち４個の垂直偏波用素子１１及び４個の水平偏波用素子１２のそれぞれに周波数範囲２３～３３ＧＨｚの入力信号を供給した場合のリターンロスを求めた。シミュレーション対象として、図５では、図１～図３の構造を有する偏波共用アンテナを用い、図６では、導体層２０ｅの垂直偏波用給電端子１４の構造を図４の変形例の構造に変更した偏波共用アンテナを用いた。

【0035】

図５及び図６において、使用周波数帯域で良好な放射特性を確保するには、リターンロスの値が－１０ｄＢ程度を超えないことが望ましい。この場合において、概ね周波数２４．５～２９ＧＨｚにわたる広い周波数帯域で、実用的に十分なリターンロスを得られることが確認された。また、特に図１の右側に配置される水平偏波用素子１２（１）については若干リターンロスの劣化が見られるが、４個の水平偏波用素子１２を含む全体で偏波共用アンテナの放射特性が定まるため、影響は限られる。また、図５及び図６を比較すると、垂直偏波用給電端子１４の整合回路１４ａを付加したことによる放射特性の若干の向上が確認された。

【0036】

次に、本実施形態の偏波共用アンテナの作製方法の概要について、図７及び図８を参照しつつ説明する。まず、誘電体基板１０を構成する複数の誘電体層として、例えば、ドクターブレード法により形成した低温焼成用の複数のセラミックグリーンシート３０を用意する。そして、図７（Ａ）に示すように、それぞれのセラミックグリーンシート３０の所定位置に打ち抜き加工を施して、複数のビアホール３１を開口する。なお、各セラミックグリーンシート３０における各ビアホール３１の位置及び個数は、図１の複数のビア導体Ｖの配置に対応して設定される。

【0037】

次に、図７（Ｂ）に示すように、それぞれのセラミックグリーンシート３０に開口された複数のビアホール３１のそれぞれに、Ｃｕを含む導電性ペーストをスクリーン印刷により充填することにより、複数のビア導体Ｖを形成する。続いて、図８（Ａ）に示すように、それぞれのセラミックグリーンシート３０の表面又は裏面に、Ｃｕを含む導電性ペーストをスクリーン印刷により塗布することにより、導体層２０ａ～２０ｅのそれぞれの導体パターンＰを形成する。このとき形成される導体パターンＰと前述のビア導体Ｖとにより、偏波共用アンテナの基本的な要素である４個の垂直偏波用素子１１と、４個の水平偏波用素子１２と、グランド導体１３とを含む基本構造が画定される。

【0038】

そして、図８（Ｂ）に示すように、複数のセラミックグリーンシート３０を順に積層した上で、加熱加圧することにより積層体を形成する。その後、得られた積層体を脱脂、焼成することにより、図１を用いて説明した誘電体基板１０に構成された偏波共用アンテナが完成する。

【0039】

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多様な変更を施すことができる。すなわち、本実施形態の図１～図３の構造例は１例であって、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偏波共用アンテナに対して広く本発明を適用することができる。さらに、その他の点についても上記実施形態により本発明の内容が限定されるものではなく、本発明の作用効果を得られる限り、上記実施形態に開示した内容には限定されることなく適宜に変更可能である。

【符号の説明】

【0040】

１０…誘電体基板
１１…垂直偏波用素子
１２…水平偏波用素子
１３…グランド導体
１４…垂直偏波用給電端子
１５…水平偏波用給電端子
２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、２０ｅ…導体層
Ｐ…導体パターン
Ｖ…ビア導体

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】