特許 7626043 アンテナ装置

(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】2025-01-27

(45)【発行日】2025-02-04

(54)【発明の名称】アンテナ装置

(51)【国際特許分類】

   H01Q 13/08 20060101AFI20250128BHJP

【ＦＩ】

H01Q13/08

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2021198050

(22)【出願日】2021-12-06

(65)【公開番号】P2023083998

(43)【公開日】2023-06-16

【審査請求日】2024-03-13

(73)【特許権者】

【識別番号】000004695

【氏名又は名称】株式会社ＳＯＫＥＮ

(73)【特許権者】

【識別番号】000004260

【氏名又は名称】株式会社デンソー

(73)【特許権者】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】520124752

【氏名又は名称】株式会社ミライズテクノロジーズ

(74)【代理人】

【氏名又は名称】矢作 和行

(74)【代理人】

【識別番号】100121991

【弁理士】

【氏名又は名称】野々部 泰平

(74)【代理人】

【識別番号】100145595

【弁理士】

【氏名又は名称】久保 貴則

(72)【発明者】

【氏名】牛越 大樹

(72)【発明者】

【氏名】城崎 俊文

【審査官】白井 亮

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１４／０７３３５５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１９／１８９０５０（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１９／２０８３６２（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｑ １３／０８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

誘電体を含む基板（２０）と、
前記基板に配置されたパッチ部（３０）と、
前記基板に配置されて前記基板の板厚方向に延び、前記板厚方向の平面視における前記パッチ部の中心（３０ｃ）から前記板厚方向に直交する第１方向に所定距離ずれた位置で前記パッチ部に接続されたビア導体（４０）と、
前記ビア導体が挿通する貫通孔（５１）を有し、前記板厚方向において前記パッチ部と対向するように前記基板に配置された第１地板（５０）と、
前記板厚方向において前記パッチ部とは反対側で前記第１地板と対向するように前記基板に配置された第２地板（６０）と、
前記板厚方向において前記第１地板と前記第２地板との間に位置するように前記基板に配置され、前記ビア導体に接続されて前記ビア導体から前記板厚方向および前記第１方向に直交する第２方向に延設された伝送線路（７０）（ただし、板厚方向の平面視において複数のパッチ部が第１方向に並ぶ場合を除く。）と、
を備えるアンテナ装置。

【請求項2】

誘電体を含む基板（２０）と、
前記基板に配置されたひとつのパッチ部（３０）と、
前記基板に配置されて前記基板の板厚方向に延び、前記板厚方向の平面視における前記パッチ部の中心（３０ｃ）から前記板厚方向に直交する第１方向に所定距離ずれた位置で前記パッチ部に接続されたビア導体（４０）と、
前記ビア導体が挿通する貫通孔（５１）を有し、前記板厚方向において前記パッチ部と対向するように前記基板に配置された第１地板（５０）と、
前記板厚方向において前記パッチ部とは反対側で前記第１地板と対向するように前記基板に配置された第２地板（６０）と、
前記板厚方向において前記第１地板と前記第２地板との間に位置するように前記基板に配置され、前記ビア導体に接続されて前記ビア導体から前記板厚方向および前記第１方向に直交する第２方向に延設された伝送線路（７０）と、
を備えるアンテナ装置。

【請求項3】

前記伝送線路は、前記ビア導体から前記基板の端部まで前記第２方向に沿って一直線に延びている、請求項１または請求項２に記載のアンテナ装置。

【請求項4】

動作周波数の電波の波長をλとすると、
前記ビア導体の直径が、λ×１／１６以上である、請求項１～３いずれか１項に記載のアンテナ装置。

【請求項5】

前記伝送線路は、前記ビア導体との接続部に、前記板厚方向の平面視において前記ビア導体を内包するように設けられたランド（７１）を有する、請求項１～４いずれか１項に記載のアンテナ装置。

【請求項6】

前記伝送線路は、前記ビア導体から前記第２方向に延びる第１伝送線路（７０１）と、前記ビア導体から前記第１伝送線路とは反対向きに延びる第２伝送線路（７０２）と、を有し、
前記第１伝送線路による前記パッチ部への給電、および、前記第２伝送線路による前記パッチ部への給電を切り替え可能である、請求項１～５いずれか１項に記載のアンテナ装置。

【請求項7】

前記板厚方向において前記第１地板と前記第２地板との間に位置するように前記伝送線路である第３伝送線路とは別に前記基板に配置され、前記ビア導体に接続されて前記ビア導体から前記第１方向に延設された第４伝送線路（７５）をさらに備え、
前記第３伝送線路による前記パッチ部への給電、および、前記第４伝送線路による前記パッチ部への給電を切り替え可能である、請求項１～５いずれか１項に記載のアンテナ装置。

【請求項8】

前記第１地板と前記第２地板とにそれぞれ接続され、前記板厚方向の平面視において前記ビア導体を取り囲むように前記基板に配置された複数の短絡部（８０）をさらに備える、請求項１～７いずれか１項に記載のアンテナ装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この明細書における開示は、アンテナ装置に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１は、パッチ部を備えたアンテナ装置を開示している。先行技術文献の記載内容は、この明細書における技術的要素の説明として、参照により援用される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００１－３５８５３０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では、パッチ部に２つの切り欠き（摂動素子）を設けることで、円偏波を実現している。しかしながら、たとえばミリ波帯のアンテナとして用いる場合、摂動素子のサイズが製造誤差と同程度となる。このように製造誤差がパッチ部のサイズに対して大きいため、所望の特性を発揮するアンテナ装置を提供することが困難である。上述の観点において、または言及されていない他の観点において、アンテナ装置にはさらなる改良が求められている。

【0005】

開示されるひとつの目的は、簡素な構造で円偏波を放射できるアンテナ装置を提供することにある。開示される他のひとつの目的は、ミリ波帯において円偏波を放射できるアンテナ装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

ここに開示されたアンテナ装置のひとつは、
誘電体を含む基板（２０）と、
基板に配置されたパッチ部（３０）と、
基板に配置されて基板の板厚方向に延び、板厚方向の平面視におけるパッチ部の中心（３０ｃ）から板厚方向に直交する第１方向に所定距離ずれた位置でパッチ部に接続されたビア導体（４０）と、
ビア導体が挿通する貫通孔（５１）を有し、板厚方向においてパッチ部と対向するように基板に配置された第１地板（５０）と、
板厚方向においてパッチ部とは反対側で第１地板と対向するように基板に配置された第２地板（６０）と、
板厚方向において第１地板と第２地板との間に位置するように基板に配置され、ビア導体に接続されてビア導体から板厚方向および第１方向に直交する第２方向に延設された伝送線路（７０）（ただし、板厚方向の平面視において複数のパッチ部が第１方向に並ぶ場合を除く。）と、を備える。
開示されたアンテナ装置の他のひとつは、
誘電体を含む基板（２０）と、
基板に配置されたひとつのパッチ部（３０）と、
基板に配置されて基板の板厚方向に延び、板厚方向の平面視におけるパッチ部の中心（３０ｃ）から板厚方向に直交する第１方向に所定距離ずれた位置でパッチ部に接続されたビア導体（４０）と、
ビア導体が挿通する貫通孔（５１）を有し、板厚方向においてパッチ部と対向するように基板に配置された第１地板（５０）と、
板厚方向においてパッチ部とは反対側で第１地板と対向するように基板に配置された第２地板（６０）と、
板厚方向において第１地板と第２地板との間に位置するように基板に配置され、ビア導体に接続されてビア導体から板厚方向および第１方向に直交する第２方向に延設された伝送線路（７０）と、を備える。

【0007】

開示されたアンテナ装置によれば、いわゆるストリップライン構造を採用した伝送線路の延設方向と、パッチ部の中心に対するビア導体のオフセットの方向との関係により、切り欠きなどの摂動素子を設けなくても、円偏波を放射することができる。つまり、簡素な構造で円偏波を放射することができる。パッチ部に摂動素子を設けなくてもよいため、ミリ波帯において所望の特性を発揮する、つまり円偏波を放射することができる。

【0008】

この明細書における開示された複数の態様は、それぞれの目的を達成するために、互いに異なる技術的手段を採用する。請求の範囲及びこの項に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態の部分との対応関係を例示的に示すものであって、技術的範囲を限定することを意図するものではない。この明細書に開示される目的、特徴、及び効果は、後続の詳細な説明、及び添付の図面を参照することによってより明確になる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】第１実施形態に係るアンテナ装置を示す平面図である。

【図2】図１のII-II線に沿う断面図である。

【図3】図１のIII-III線に沿う断面図である。

【図4】電界強度分布を示す図である。

【図5】電流分布を示す図である。

【図6】電流分布を示す図である。

【図7】ビア導体の直径と円偏波比との関係を示す図である。

【図8】放射特性を示す図である。

【図9】第２実施形態に係るアンテナ装置を示す断面図である。

【図10】基板において伝送線路の配置面を示す図である。

【図11】放射特性を示す図である。

【図12】第３実施形態に係るアンテナ装置を示す断面図である。

【図13】基板において伝送線路の配置面を示す図である。

【図14】変形例を示す図である。

【図15】変形例を示す図である。

【図16】放射特性を示す図である。

【図17】第４実施形態に係るアンテナ装置を示す図である。

【図18】放射特性を示す図である。

【図19】第５実施形態に係るアンテナ装置を示す図である。

【図20】放射特性を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、図面に基づいて複数の実施形態を説明する。なお、各実施形態において対応する構成要素には同一の符号を付すことにより、重複する説明を省略する場合がある。各実施形態において構成の一部分のみを説明している場合、当該構成の他の部分については、先行して説明した他の実施形態の構成を適用することができる。また、各実施形態の説明において明示している構成の組み合わせばかりではなく、特に組み合わせに支障が生じなければ、明示していなくても複数の実施形態の構成同士を部分的に組み合せることができる。

【0011】

（第１実施形態）
本実施形態のアンテナ装置は、所定の動作周波数の電波を送信および／または受信するように構成されている。アンテナ装置は、たとえばミリ波帯の電波の送信および／または受信に好適である。アンテナ装置を、たとえばミリ波レーダに用いてもよい。ミリ波レーダの場合、たとえば２４ＧＨｚ帯、７６ＧＨｚ帯、７９ＧＨｚ帯などのミリ波が使用可能である。アンテナ装置を、たとえば車両、飛行体などの移動体に搭載してもよい。アンテナ装置を、防犯システムや監視システムなどに用いてもよい。

【0012】

＜アンテナ装置＞
先ず、図１～図３に基づき、アンテナ装置の構造について説明する。図１は、本実施形態のアンテナ装置を、基板の板厚方向においてパッチ部側から見た平面図である。図２は、図１のII-II線に沿う断面図である。図３は、図１のIII-III線に沿う断面図である。

【0013】

図１～図３に示すように、アンテナ装置１０は、基板２０と、パッチ部３０と、ビア導体４０と、第１地板５０と、第２地板６０と、伝送線路７０を備えている。アンテナ装置１０は、プリント基板に構成されている。換言すれば、アンテナがプリント基板に実装されている。基板２０は、プリント基板の絶縁基材である。基板２０を除く要素、つまりパッチ部３０、ビア導体４０、第１地板５０、第２地板６０、および伝送線路７０は、プリント基板の導体要素である。

【0014】

以下においては、基板２０の板厚方向をＺ方向とし、Ｚ方向に直交する一方向であってパッチ部の中心に対するビア導体のオフセット方向をＹ方向とする。Ｚ方向およびＹ方向に直交する方向をＸ方向とする。特に断りのない限り、Ｚ方向から平面視した形状、すなわちＸ方向およびＹ方向により規定されるＸＹ平面に沿う形状を、平面形状と示す。Ｚ方向が板厚方向、Ｙ方向が第１方向、Ｘ方向が第２方向に相当する。

【0015】

基板２０は、樹脂などの誘電体を含んで構成されている。基板２０を用いることで、誘電体による波長短縮効果が期待できる。基板２０としては、たとえば樹脂のみからなるもの、樹脂とガラス布、不織布などとを組み合わせたもの、セラミックを含むものなどを採用することができる。基板２０は、パッチ部３０、ビア導体４０、第１地板５０、第２地板６０、および伝送線路７０を、所定の位置関係に保持する保持部として機能する。

【0016】

基板２０は、一面２０ａと、一面２０ａとはＺ方向において反対の面である裏面２０ｂを有している。基板２０は、一面２０ａおよび裏面２０ｂに直交する側面２０ｃ、２０ｄ、２０ｅ、２０ｆを有している。側面２０ｃは、Ｘ方向において側面２０ｄとは反対の面である。側面２０ｅは、Ｙ方向において側面２０ｆとは反対の面である。

【0017】

後述するように本実施形態では、基板２０の一面２０ａにパッチ部３０が配置され、裏面２０ｂに第２地板６０が配置されている。パッチ部３０は、Ｘ方向において側面２０ｄ側に偏って配置されている。ビア導体４０、第１地板５０、および伝送線路７０は、基板２０の内部に配置されている。プリント基板は、絶縁基材に導体要素が多層に配置された多層基板である。基板２０は、誘電体を含む絶縁層を多層に積層して構成されている。

【0018】

一例として、基板２０は、３つの絶縁層２１、２２、２３が積層されてなる。絶縁層２１は、基板２０の一面２０ａをなしている。絶縁層２３は、基板２０の裏面２０ｂをなしている。絶縁層２２は、Ｚ方向において絶縁層２１、２３の間に配置された中間層である。基板２０は、Ｘ方向を長手方向とする平面略長方形をなしている。なお、プリント基板は、導体として、パッチ部３０、ビア導体４０、第１地板５０、第２地板６０、および伝送線路７０のみを有してもよいし、上記した導体要素とは別の回路要素をさらに有してもよい。

【0019】

パッチ部３０は、放射素子である。パッチ部３０は、銅などを材料とする導体である。パッチ部３０は、アンテナエレメントと称されることがある。パッチ部３０は、Ｚ方向において第１地板５０との間に所定の間隔を有するように、第１地板５０に対向配置されている。本実施形態のパッチ部３０は、上記したように基板２０の一面２０ａ、つまり絶縁層２１の上面に配置されている。パッチ部３０は、Ｘ方向において側面２０ｃよりも側面２０ｄに近い位置に配置されている。パッチ部３０は、たとえば基板２０に配置された金属箔をパターニングすることで形成されている。パッチ部３０の板面に垂直な方向は、Ｚ方向に略平行である。

【0020】

本実施形態のパッチ部３０は、平面略正方形である。パッチ部３０の平面形状は、正方形に限定されない。パッチ部３０の平面形状は、互いに直交する２つの直線のそれぞれを対称の軸として線対称な形状、すなわち２方向線対称形状であることが好ましい。２方向線対称形状とは、ある直線を対称の軸として線対称であって、かつ、その直線と直交する他の直線についても線対称な図形を指す。２方向線対称形状とは、たとえば正方形、長方形、円形（真円）、楕円形、正六角形、正八角形、ひし形などが該当する。パッチ部３０は、円形、正方形、長方形、平行四辺形など、点対称な図形であることがより好ましい。

【0021】

パッチ部３０の大きさは、動作周波数で動作するように適宜設計される。たとえば動作周波数が７６ＧＨｚの場合、動作周波数の電波の波長（λ）は、（３００［ｍｍ／ｓ］／７６［ＧＨｚ］）／基板２０の誘電率の平方根、により求まる。平面略正方形をなすパッチ部３０の一辺の長さは、たとえば１／２波長程度としてもよいし、１／２波長のｎ倍程度としてもよい。ｎは、２以上の整数である。

【0022】

ビア導体４０は、パッチ部３０と伝送線路７０とを電気的に接続する導体である。ビア導体４０は、パッチ部３０に給電するための導体の一部である。ビア導体４０は、基板２０に形成された孔（いわゆるビア）内に導体が配置されてなる。ビア導体４０は、基板２０に配置された柱状の導体である。ビア導体４０は、金属ビア、給電ビア、給電素子などと称されることがある。

【0023】

ビア導体４０は、Ｚ方向に延びている。本実施形態のビア導体４０（孔）は、基板２０において、絶縁層２１、２２を貫通している。ビア導体４０の端部のひとつはパッチ部３０に接続され、端部の他のひとつは伝送線路７０に接続されている。アンテナ装置１０は、ひとつのビア導体４０を備えてもよいし、並列配置された複数のビア導体４０を備えてもよい。アンテナ装置１０（パッチ部３０）のサイズに応じて適宜選択が可能である。

【0024】

ビア導体４０は、パッチ部３０の中心３０ｃに対してＹ方向にオフセットされている。つまり、ビア導体４０は、中心３０ｃからＹ方向に所定距離ずれた位置でパッチ部３０に接続されている。中心３０ｃは、パッチ部３０の重心に相当する。平面略正方形をなすパッチ部３０において、中心３０ｃは、パッチ部３０の２つの対角線の交点に相当する。このように、ビア導体４０を中心３０ｃに対してオフセットすることで、インピーダンス整合を得ることができる。

【0025】

第１地板５０および第２地板６０は、図示しない給電回路のグランド線に接続されて、アンテナ装置１０におけるグランド電位（接地電位）を提供する。以下では、第１地板５０および第２地板６０を、地板５０、６０と称することがある。地板５０、６０は、銅などを材料とする導体である。地板５０、６０は、たとえば基板２０に配置された金属箔をパターニングすることで形成されている。地板５０、６０の板面に垂直な方向も、Ｚ方向に略平行である。

【0026】

平面視において、地板５０、６０それぞれの面積は、パッチ部３０の面積よりも大きい。地板５０、６０のそれぞれは、パッチ部３０の全体を内包する大きさを有している。地板５０、６０のそれぞれは、アンテナ装置１０を安定して動作させるための必要な大きさを備えていることが好ましい。本実施形態の地板５０、６０は、平面略長方形をなしている。地板５０、６０のそれぞれは、平面視において基板２０と略一致している。地板５０、６０の各辺は、たとえば動作周波数の電波の波長の１倍以上、すなわち１波長以上の長さを有している。

【0027】

本実施形態では、一例として基板２０および地板５０、６０の平面形状を長方形とするが、たとえば正方形でもよいし、その他の多角形でもよい。また、円形（楕円を含む）でもよい。円形の場合、地板５０、６０は、直径が１波長の円よりも大きく形成されていることが好ましい。

【0028】

第１地板５０は、上記したように基板２０の内部に配置されている。第１地板５０は、Ｚ方向においてパッチ部３０との間に所定の間隔を有するように、パッチ部３０に対向配置されている。本実施形態の第１地板５０は、絶縁層２１、２２の間に介在している。第１地板５０は、絶縁層２２上に配置されている。第１地板５０は、ビア導体４０が挿通する貫通孔５１を有している。貫通孔５１は、平面視においてビア導体４０を内包するように設けられている。第１地板５０は、ビア導体４０から離れて設けられている。第１地板５０は、ビア導体４０を取り囲むように配置されている。第１地板５０は、パッチ部３０のうち、平面視において貫通孔５１と重なる部分を除く部分と対向している。第１地板５０は、伝送線路７０のうち、平面視において貫通孔５１と重なる部分を除く部分と対向している。

【0029】

第２地板６０は、Ｚ方向において、パッチ部３０とは反対側で第１地板５０と対向するように基板２０に配置されている。第２地板６０は、パッチ部３０との間に第１地板５０が位置するように配置されている。本実施形態の第２地板６０は、基板２０の裏面２０ｂ、つまり絶縁層２３の下面に配置されている。第２地板６０は、裏面２０ｂのほぼ全面に設けられている。第２地板６０は、平面視において、パッチ部３０、ビア導体４０、および伝送線路７０を内包するように配置されている。第２地板６０は、伝送線路７０の全長において伝送線路７０と対向している。

【0030】

伝送線路７０は、ビア導体４０を介してパッチ部３０に給電するための導体である。伝送線路７０に入力された電流は、ビア導体４０を介してパッチ部３０に伝搬し、パッチ部３０を励振させる。伝送線路７０は、Ｚ方向において地板５０、６０の間に位置するように基板２０に配置されている。伝送線路７０は、２つの地板５０、６０に挟まれ、誘電体を含む基板２０で覆われた、いわゆるストリップライン構造をなしている。

【0031】

伝送線路７０は、Ｘ方向に延設されている。伝送線路７０は、ビア導体４０に接続され、ビア導体４０から基板２０の側面２０ｃまで延びている。伝送線路７０において、ビア導体４０が接続された端部とは反対の端部は、側面２０ｃから露出して給電可能となっている。伝送線路７０には、図示しない給電回路の信号線が接続される。

【0032】

本実施形態の伝送線路７０は、絶縁層２２、２３の間に介在している。伝送線路７０は、絶縁層２３上に配置されている。伝送線路７０も、たとえば基板２０に配置された金属箔をパターニングすることで形成されている。伝送線路７０は、Ｚ方向において地板５０、６０と対向している。伝送線路７０は、その全長において第２地板６０と対向している。伝送線路７０は、その全長の大部分において第１地板５０と対向している。

【0033】

＜アンテナ装置の動作＞
次に、図４～図６に基づき、アンテナ装置１０の動作について説明する。図４～図６は、いずれも電磁界シミュレーションの結果を示している。図４は、電界強度分布を示している。図４（ａ）は参考例の電界強度分布を示し、図４（ｂ）は本例の電界強度分布を示している。図４は、動作周波数が７７ＧＨｚのときの電界強度の最大値を示している。図５および図６は、電流分布（磁界強度分布）を示している。図６は、図５に対して高周波信号の位相が約９０度ずれた状態を示している。

【0034】

図４（ａ）に示す参考例では、本実施形態の要素と同一または関連する要素について、本実施形態の符号の末尾にｒを付け加えて示している。参考例のアンテナ装置１０ｒでは、伝送線路７０ｒとしてマイクロストリップライン構造を採用している。基板２０ｒの一面にパッチ部３０ｒが配置され、裏面に伝送線路７０ｒが配置されている。Ｚ方向においてパッチ部３０ｒと伝送線路７０ｒの間に、地板５０ｒが配置されている。ビア導体４０ｒは、地板５０ｒの貫通孔５１ｒを通じて、パッチ部３０ｒと伝送線路７０ｒを電気的に接続している。

【0035】

図４（ｂ）に示す本例のアンテナ装置１０は、上記したアンテナ装置１０と同じ構造を有している。本例のアンテナ装置１０は、第２地板６０を備えている点と、地板５０、６０の間にも基板２０（誘電体）が配置されている点で、参考例のアンテナ装置１０ｒとは異なる。このように、本例では、伝送線路７０としてストリップライン構造を採用している。その他の構成は、アンテナ装置１０ｒと同じである。つまり、参考例においても、ビア導体４０ｒがパッチ部３０ｒの中心に対してＹ方向にオフセットされている。また、伝送線路７０ｒがビア導体４０ｒからＸ方向に延びている。

【0036】

図４に示すように、本例ではビア導体４０および伝送線路７０の裏面側に第２地板６０が配置されているため、参考例に較べてビア導体４０の裏側の電界強度が高い。つまり、本例では、参考例に較べてビア導体４０の裏側への電界の回り込みが多い。

【0037】

この電界の回り込みにより、たとえば図５に示すタイミングでは、Ｘ方向においてビア導体４０を流れる電流に偏りが生じる。具体的には、図５の上段に示すように、反給電側（側面２０ｄに近い側）の磁界強度が、給電側（側面２０ｃに近い側）の磁界強度よりも高くなる。これにより電位差が生じ、パッチ部３０に流れる電流は、図５の下段に示すようにビア導体４０のオフセットの方向である主偏波の方向に対して直交する方向、つまりＸ方向の電流が優位になる。

【0038】

一方、図６に示すように、位相が約９０度ずれたタイミングでは、図６の上段に示すように、Ｘ方向においてビア導体４０を流れる電流の偏りが図５に較べて小さくなる。このため、パッチ部３０に流れる電流は、図６の下段に示すように主偏波の方向と同じ方向、つまりＹ方向の電流が優位になる。

【0039】

図示を省略するが、図５に対して位相が約１８０度ずれたタイミングでは、パッチ部３０に流れる電流は、Ｘ方向であって図５とは逆向きの電流が優位になる。図５に対して位相が約２７０度ずれたタイミングでは、パッチ部３０に流れる電流は、Ｙ方向であって図６とは逆向きの電流が優位になる。

【0040】

このように、パッチ部３０には、Ｘ方向に流れる電流と、Ｙ方向に流れる電流とが連続的に発生する。よって、円偏波が生じる。図４（ａ）に示した参考例では、ビア導体４０ｒの裏側への電界の回り込みが少ないため、本実施形態のアンテナ装置１０と同様の現象は確認できなかった。なお、図４（ａ）に示した構成のみならず、伝送線路７０ｒをパッチ部３０ｒと同一面に配置し、ビア導体４０ｒを排除した構成においても、本実施形態のアンテナ装置１０と同様の現象は確認できなかった。

【0041】

＜ビア導体の直径と円偏波比＞
次に、図７に基づき、ビア導体４０の直径と円偏波比との関係について説明する。図７も、電磁界シミュレーションの結果を示している。図７に示すλは、動作周波数の電波の波長を示している。円偏波比とは、左旋円偏波の利得（ｄＢｉ）と右旋円偏波の利得（ｄＢｉ）の差分（ｄＢ）である。円偏波比は、偏波比と称されることがある。左旋円偏波は左旋偏波、右旋円偏波は右旋偏波と称されることがある。

【0042】

図７に示すように、ビア導体４０の直径がλ×１／１６以上において左旋円偏波と右旋円偏波との差が有意となる。つまり、円偏波比を向上することができる。円偏波比は、ビア導体４０の直径が大きいほど大きくなる。本実施形態では、ビア導体４０の直径をλ×１／１６以上に設定している。これにより、アンテナ装置１０は、円偏波比の高い電波を放射することができる。換言すれば、左旋円偏波または右旋円偏波を放射することができる。

【0043】

図８は、電磁界シミュレーションの結果を示している。図８は、ビア導体４０の直径がλ×１／４のときの指向性を示している。図８に示すように、アンテナ装置１０は、Ｚ方向に指向性を有している。

【0044】

＜第１実施形態のまとめ＞
本実施形態では、上記したように伝送線路７０としてストリップライン構造を採用している。また、伝送線路７０を、パッチ部３０の中心３０ｃに対するビア導体４０のオフセット方向に対して直交する方向に延設している。これにより、切り欠きなどの摂動素子を設けなくても、アンテナ装置１０が円偏波を放射することができる。つまり、簡素な構造で円偏波を放射することができる。

【0045】

パッチ部３０に摂動素子を設けないため、ミリ波帯においても、摂動素子を設ける場合のような製造誤差が問題とならない。よって、アンテナ装置１０は、ミリ波帯においても所望の特性を発揮する、つまり円偏波を放射することができる。

【0046】

本実施形態では、ビア導体４０の直径が、λ×１／１６以上である。これにより、円偏波比を向上することができる。これにより、良好な送受信（通信）が可能となる。

【0047】

Ｙ方向におけるパッチ部３０の位置は特に限定されない。たとえば側面２０ｅ側に偏って配置されてもよいし、側面２０ｆ側に偏って配置されてもよい。側面２０ｅ、２０ｆからの距離がほぼ等しい位置に配置されてもよい。

【0048】

伝送線路７０が側面２０ｃ側に向けてＸ方向に延びる例を示したが、これに限定されない。伝送線路７０は、側面２０ｄ側に向けてＸ方向に延びてもよい。

【0049】

（第２実施形態）
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例であり、先行実施形態の記載を援用できる。

【0050】

図９は、本実施形態のアンテナ装置１０を示している。図９は、図２に対応している。図１０は、基板２０における伝送線路７０の配置面、つまり絶縁層２３の上面を示している。図１０では、第１地板５０の貫通孔５１を破線で示している。

【0051】

図９および図１０に示すように、伝送線路７０は、ランド７１を有している。ランド７１は、伝送線路７０においてビア導体４０との接続部に設けられている。ランド７１は、たとえば金属箔のパターニングにより、伝送線路７０の他の部分に連続して一体的に形成されている。ランド７１は、たとえば平面略円形状をなしている。

【0052】

ランド７１は、Ｚ方向の平面視において、ビア導体４０を内包するように設けられている。これにより、ランド７１の直径は、ビア導体４０の直径よりも大きい。ランド７１の直径は、伝送線路７０におけるランド７１を除く部分の幅よりも長い。つまり、伝送線路７０の延設方向に直交する方向（Ｙ方向）において、伝送線路７０の幅は、ランド７１においてもっとも広い。

【0053】

＜第２実施形態のまとめ＞
パッチ部３０の面積一定において、ビア導体４０の直径を大きくすると円偏波比を向上できる反面、パッチ部３０と第１地板５０との対向面積（キャパシタ）が減少するため利得が低下する。本実施形態では、伝送線路７０がランド７１を有している。ランド７１を有することで、ビア導体４０の直径を大きくしなくても、利得の低下を抑制しつつ円偏波比を向上することができる。

【0054】

図１１は、電磁界シミュレーションの結果を示している。図１１は、ランド７１を設けた構成の指向性を示している。なお、ビア導体４０の直径を、λ／８とした。図１１に示すように、アンテナ装置１０は、Ｚ方向に指向性を有している。また、ランド７１を有さず、ビア導体４０の直径がλ／４の場合（図８参照）と同等の円偏波比を有している。

【0055】

（第３実施形態）
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例であり、先行実施形態の記載を援用できる。

【0056】

図１２は、本実施形態のアンテナ装置１０を示している。図１２は、図２に対応している。図１３は、基板２０における伝送線路７０の配置面、つまり絶縁層２３の上面を示している。図１３は、図１０に対応している。図１３でも、第１地板５０の貫通孔５１を破線で示している。

【0057】

図１２および図１３に示すように、アンテナ装置１０は、基板２０に配置された複数の短絡部８０をさらに備えている。短絡部８０は、地板５０、６０のそれぞれに接続された導体である。複数の短絡部８０は、平面視においてビア導体４０を取り囲むように配置されている。

【0058】

本実施形態の短絡部８０は、基板２０に形成された孔（ビア）内に導体が配置されてなるビア導体として提供されている。複数の短絡部８０は、基板２０において絶縁層２２、２３に配置されている。各短絡部８０はＺ方向に延びており、端部のひとつが第１地板５０に接続され、端部の他のひとつが第２地板６０に接続されている。複数の短絡部８０は、平面視においてビア導体４０を中心とする図示しない仮想的な円の円周上に配置されている。複数の短絡部８０は、伝送線路７０と重なる部分は除いて、隣り合う短絡部８０の間隔が略等しくなるように配置されている。隣り合う短絡部８０の間隔は、λ／４以下である。短絡部８０は、短絡素子、短絡ビアなどと称されることがある。

【0059】

＜第３実施形態のまとめ＞
本実施形態によれば、短絡部８０のシールド効果により、上記したビア導体４０の裏側に回り込む電界が周囲に漏れ出るのを抑制することができる。これにより、利得を向上することができる。また、円偏波比を高めることができる。

【0060】

＜変形例＞
アンテナ装置１０は、たとえば図１４および図１５に示すように、複数の短絡部８０とともにランド７１を備えてもよい。図１４は図１２に対応し、図１５は図１３に対応している。図１４および図１５に示す例では、複数の短絡部８０を電気的に接続するランド８１を、伝送線路７０と同一面に設けている。複数の短絡部８０およびランド８１は、平面視においてビア導体４０およびランド７１を取り囲むように配置されている。ランド８１は平面略Ｃ字状をなしており、Ｃ字のギャップ部分に伝送線路７０が配置されている。

【0061】

図１６は、図１４および図１５に示した構成の電磁界シミュレーションの結果を示している。ここでも、ビア導体４０の直径をλ／８とした。図１６に示すように、アンテナ装置１０は、Ｚ方向に指向性を有している。また、ランド７１を有し、短絡部８０を備えず、ビア導体４０の直径がλ／８の場合（図１１参照）よりも高い円偏波比を示している。さらには、利得も向上している。

【0062】

（第４実施形態）
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例であり、先行実施形態の記載を援用できる。

【0063】

図１７は、本実施形態のアンテナ装置１０において、基板２０における伝送線路７０の配置面、つまり絶縁層２３の上面を示している。図１７は、図１０に対応している。図１７でも、第１地板５０の貫通孔５１を破線で示している。

【0064】

図１７に示すように、アンテナ装置１０は、先行実施形態（図１５参照）と類似の構成を有している。先行実施形態とは異なり、アンテナ装置１０の伝送線路７０は、ビア導体４０からＸ方向に延びる伝送線路７０１と、ビア導体４０から伝送線路７０１とは反対に延びる伝送線路７０２を有している。伝送線路７０１が第１伝送線路に相当し、伝送線路７０２が第２伝送線路に相当する。そして、伝送線路７０１によるパッチ部３０への給電、および、伝送線路７０２によるパッチ部３０への給電を切り替え可能となっている。

【0065】

本実施形態では、伝送線路７０１が、ビア導体４０から側面２０ｃ側に向けてＸ方向に延びている。伝送線路７０２は、ビア導体４０から側面２０ｄに向けてＸ方向に延びている。伝送線路７０１の側面２０ｃ側の端部が給電用の第１ポート（Ｐｏｒｔ１）をなし、伝送線路７０２の側面２０ｄ側の端部が給電用の第２ポート（Ｐｏｒｔ２）をなしている。そして、第１ポートおよび第２ポートへの給電が切り替え可能となっている。第１ポートおよび第２ポートのうち、第１ポートへ給電すると、伝送線路７０１およびビア導体４０を介してパッチ部３０に電流が流れる。第１ポートおよび第２ポートのうち、第２ポートへ給電すると、伝送線路７０２およびビア導体４０を介してパッチ部３０に電流が流れる。このように、給電方向を切り替えることができる。その他の構成は、先行実施形態に記載の構成と同様である。

【0066】

アンテナ装置１０は、給電を切り替えるための給電制御部９０をさらに備えてもよい。給電制御部９０は、複数の伝送線路７０に対する給電を制御する。給電制御部９０を構成する要素の少なくとも一部は、基板２０に実装されてもよい。給電制御部９０は、たとえばスイッチ９０１、９０２と、スイッチ制御部９０３を有している。スイッチ９０１は、伝送線路７０１の第１ポートに接続されており、伝送線路７０１と給電回路との接続状態を導通または遮断に切り替える。スイッチ９０１がオンすると伝送線路７０１が給電回路と導通状態になり、給電回路から伝送線路７０１に電流が入力される。スイッチ９０１がオフすると、伝送線路７０１に対して給電回路からの給電が遮断される。

【0067】

スイッチ９０２は、伝送線路７０２の第２ポートに接続されており、伝送線路７０２と給電回路との接続状態を導通または遮断に切り替える。スイッチ９０２がオンすると伝送線路７０２が給電回路と導通状態になり、給電回路から伝送線路７０２に電流が入力される。スイッチ９０２がオフすると、伝送線路７０２に対して給電回路からの給電が遮断される。スイッチ９０１、９０２としては、たとえば、ＭＯＳＦＥＴなどを用いることができる。ＭＯＳＦＥＴは、Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistorの略称である。

【0068】

スイッチ制御部９０３は、スイッチ９０１、９０２のオンオフを制御する。スイッチ制御部９０３は、外部からの指示信号に応じて、スイッチ９０１、９０２のひとつがオンし、他のひとつがオフするように、すべてのスイッチ９０１、９０２のオンオフを制御する。

【0069】

図１８は、上記したアンテナ装置１０の電磁界シミュレーションの結果を示している。ここでも、ビア導体４０の直径をλ／８とした。Ｐｏｒｔ１に給電する場合、Ｐｏｒｔ２に給電する場合のいずれも、アンテナ装置１０はＺ方向に指向性を有している。Ｐｏｒｔ１に給電すると左旋円偏波が支配的となり、Ｐｏｒｔ２に給電すると右旋円偏波が支配的となる。

【0070】

＜第４実施形態のまとめ＞
本実施形態によれば、先行実施形態に記載の効果を奏するとともに、左旋円偏波と右旋円偏波を切り替えることができる。

【0071】

アンテナ装置１０の構成は、図１７に示す例に限定されない。先行実施形態に示したいずれの構成とも組み合わせが可能である。たとえばランド７１および短絡部８０を備えない構成において、伝送線路７０１、７０２、さらには給電制御部９０を設けてもよい。ランド７１を備え、短絡部８０を備えない構成において、伝送線路７０１、７０２、さらには給電制御部９０を設けてもよい。短絡部８０を備え、ランド７１を備えない構成において、伝送線路７０１、７０２、さらには給電制御部９０を設けてもよい。

【0072】

（第５実施形態）
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例であり、先行実施形態の記載を援用できる。

【0073】

図１９は、本実施形態のアンテナ装置１０において、基板２０における伝送線路７０の配置面、つまり絶縁層２３の上面を示している。図１９は、図１０に対応している。図１９でも、第１地板５０の貫通孔５１を破線で示している。

【0074】

図１９に示すように、アンテナ装置１０は、先行実施形態（図１５参照）と類似の構成を有している。先行実施形態とは異なり、アンテナ装置１０は、伝送線路７０とは別に、ビア導体４０からＹ方向に延びる伝送線路７５を備えている。伝送線路７５は、Ｚ方向において、地板５０、６０の間に位置している。伝送線路７０が第３伝送線路に相当し、伝送線路７５が第４伝送線路に相当する。そして、伝送線路７０によるパッチ部３０への給電、および、伝送線路７５によるパッチ部３０への給電を切り替え可能となっている。

【0075】

本実施形態では、伝送線路７５が、ビア導体４０から側面２０ｆ側に向けてＹ方向に延びている。伝送線路７０の側面２０ｃ側の端部が給電用の第１ポート（Ｐｏｒｔ１）をなし、伝送線路７５の側面２０ｆ側の端部が給電用の第２ポート（Ｐｏｒｔ２）をなしている。そして、第１ポートおよび第２ポートへの給電が切り替え可能となっている。第１ポートおよび第２ポートのうち、第１ポートへ給電すると、伝送線路７０およびビア導体４０を介してパッチ部３０に電流が流れる。第１ポートおよび第２ポートのうち、第２ポートへ給電すると、伝送線路７５およびビア導体４０を介してパッチ部３０に電流が流れる。このように、給電方向を切り替えることができる。その他の構成は、先行実施形態に記載の構成と同様である。

【0076】

アンテナ装置１０は、第４実施形態同様、給電を切り替えるための給電制御部９１をさらに備えてもよい。給電制御部９１は、伝送線路７０、７５に対する給電を制御する。給電制御部９１を構成する要素の少なくとも一部は、基板２０に実装されてもよい。給電制御部９１は、たとえばスイッチ９１１、９１２と、スイッチ制御部９１３を有している。スイッチ９１１は、伝送線路７０の第１ポートに接続されており、伝送線路７０と給電回路との接続状態を導通または遮断に切り替える。スイッチ９１１がオンすると伝送線路７０が給電回路と導通状態になり、給電回路から伝送線路７０に電流が入力される。スイッチ９１１がオフすると、伝送線路７０に対して給電回路からの給電が遮断される。

【0077】

スイッチ９１２は、伝送線路７５の第２ポートに接続されており、伝送線路７５と給電回路との接続状態を導通または遮断に切り替える。スイッチ９１２がオンすると伝送線路７５が給電回路と導通状態になり、給電回路から伝送線路７５に電流が入力される。スイッチ９１２がオフすると、伝送線路７５に対して給電回路からの給電が遮断される。

【0078】

スイッチ制御部９１３は、スイッチ９１１、９１２のオンオフを制御する。スイッチ制御部９１３は、外部からの指示信号に応じて、スイッチ９１１、９１２のひとつがオンし、他のひとつがオフするように、すべてのスイッチ９１１、９１２のオンオフを制御する。

【0079】

図２０は、上記したアンテナ装置１０の電磁界シミュレーションの結果を示している。ここでも、ビア導体４０の直径をλ／８とした。Ｐｏｒｔ１に給電する場合、アンテナ装置１０はＺ方向に指向性を有している。アンテナ装置１０は、円偏波を放射する。Ｐｏｒｔ２に給電する場合、アンテナ装置１０はＺ方向に指向性を有している。アンテナ装置１０は、直線偏波を放射する。

【0080】

＜第５実施形態のまとめ＞
本実施形態によれば、先行実施形態に記載の効果を奏するとともに、円偏波と直線偏波を切り替えることができる。

【0081】

アンテナ装置１０の構成は、図１９に示す例に限定されない。先行実施形態に示したいずれの構成とも組み合わせが可能である。たとえばランド７１および短絡部８０を備えない構成において、伝送線路７０、７５、さらには給電制御部９１を設けてもよい。ランド７１を備え、短絡部８０を備えない構成において、伝送線路７０、７５、さらには給電制御部９１を設けてもよい。短絡部８０を備え、ランド７１を備えない構成において、伝送線路７０、７５、さらには給電制御部９１を設けてもよい。

【0082】

伝送線路７０が側面２０ｃ側に向けてＸ方向に延びる例を示したが、これに限定されない。伝送線路７０は、側面２０ｄ側に向けてＸ方向に延びてもよい。伝送線路７５が側面２０ｆ側に向けてＹ方向に延びる例を示したが、これに限定されない。伝送線路７５は、側面２０ｅ側に向けてＹ方向に延びてもよい。

【0083】

（他の実施形態）
この明細書および図面等における開示は、例示された実施形態に制限されない。開示は、例示された実施形態と、それらに基づく当業者による変形態様を包含する。たとえば、開示は、実施形態において示された部品および／または要素の組み合わせに限定されない。開示は、多様な組み合わせによって実施可能である。開示は、実施形態に追加可能な追加的な部分をもつことができる。開示は、実施形態の部品および／または要素が省略されたものを包含する。開示は、ひとつの実施形態と他の実施形態との間における部品および／または要素の置き換え、または組み合わせを包含する。開示される技術的範囲は、実施形態の記載に限定されない。開示されるいくつかの技術的範囲は、請求の範囲の記載によって示され、さらに請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものと解されるべきである。

【0084】

明細書および図面等における開示は、請求の範囲の記載によって限定されない。明細書および図面等における開示は、請求の範囲に記載された技術的思想を包含し、さらに請求の範囲に記載された技術的思想より多様で広範な技術的思想に及んでいる。よって、請求の範囲の記載に拘束されることなく、明細書および図面等の開示から、多様な技術的思想を抽出することができる。

【0085】

ある要素または層が「上にある」、「連結されている」、「接続されている」または「結合されている」と言及されている場合、それは、他の要素、または他の層に対して、直接的に上に、連結され、接続され、または結合されていることがあり、さらに、介在要素または介在層が存在していることがある。対照的に、ある要素が別の要素または層に「直接的に上に」、「直接的に連結されている」、「直接的に接続されている」または「直接的に結合されている」と言及されている場合、介在要素または介在層は存在しない。要素間の関係を説明するために使用される他の言葉は、同様のやり方で（例えば、「間に」対「直接的に間に」、「隣接する」対「直接的に隣接する」など）解釈されるべきである。この明細書で使用される場合、用語「および／または」は、関連する列挙されたひとつまたは複数の項目に関する任意の組み合わせ、およびすべての組み合わせを含む。

【0086】

空間的に相対的な用語「内」、「外」、「裏」、「下」、「低」、「上」、「高」などは、図示されているような、ひとつの要素または特徴の他の要素または特徴に対する関係を説明する記載を容易にするためにここでは利用されている。空間的に相対的な用語は、図面に描かれている向きに加えて、使用または操作中の装置の異なる向きを包含することを意図することができる。例えば、図中の装置をひっくり返すと、他の要素または特徴の「下」または「真下」として説明されている要素は、他の要素または特徴の「上」に向けられる。したがって、用語「下」は、上と下の両方の向きを包含することができる。この装置は、他の方向に向いていてもよく（９０度または他の向きに回転されてもよい）、この明細書で使用される空間的に相対的な記述子はそれに応じて解釈される。

【符号の説明】

【0087】

１０…アンテナ装置、２０…基板、２０ａ…一面、２０ｂ…裏面、２０ｃ、２０ｄ、２０ｅ、２０ｆ…側面、２１、２２、２３…絶縁層、３０…パッチ部、３０ｃ…中心、４０…ビア導体、５０…第１地板、５１…貫通孔、６０…第２地板、７０、７０１、７０２、７５…伝送線路、７１…ランド、８０…短絡部、８１…ランド、９０、９１…給電制御部、９０１、９０２、９１１、９１２…スイッチ、９０３、９１３…スイッチ制御部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】