特許 7660723 アンテナ素子およびアレイアンテナ

(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】2025-04-03

(45)【発行日】2025-04-11

(54)【発明の名称】アンテナ素子およびアレイアンテナ

(51)【国際特許分類】

   H01Q 13/08 20060101AFI20250404BHJP

   H01Q 21/06 20060101ALI20250404BHJP

【ＦＩ】

H01Q13/08

H01Q21/06

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2023578600

(86)(22)【出願日】2023-02-01

(86)【国際出願番号】 JP2023003240

(87)【国際公開番号】W WO2023149479

(87)【国際公開日】2023-08-10

【審査請求日】2024-08-01

(31)【優先権主張番号】P 2022015910

(32)【優先日】2022-02-03

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000006633

【氏名又は名称】京セラ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】吉川 博道

【審査官】佐藤 当秀

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０２０／０９０８３８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０２１／１９３１２４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２００８／０８５５５２（ＷＯ，Ａ２）

【文献】特開２０１８－０７４５８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０２０／０９０６３０（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０２１／１３２１４３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０２０／０４５１８１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０２１－１８５７１９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｑ １３／０８

Ｈ０１Ｑ ２１／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基体の第１面上に配置されている第１導体、第２導体、第３導体、および第４導体と、
前記第１面から第１方向に離れた前記基体の内部に位置し、前記第１導体、前記第２導体、前記第３導体および、前記第４導体を容量的に結合するように構成されている第１結合導体と、
前記第１結合導体と同一平面上に位置し、前記第１導体と、前記第２導体とを容量的に結合するように構成されている第２結合導体と、
前記第１結合導体と同一平面上に位置し、前記第２導体と、前記第３導体とを容量的に結合するように構成されている第３結合導体と、
前記第１結合導体と同一平面上に位置し、前記第３導体と、前記第４導体とを容量的に結合するように構成されている第４結合導体と、
前記第１結合導体と同一平面上に位置し、前記第４導体と、前記第１導体とを容量的に結合するように構成されている第５結合導体と、
前記第１導体、前記第２導体、前記第３導体、および前記第４導体のいずれか１つに電磁気的に接続された第１給電導体と、
前記第１導体、前記第２導体、前記第３導体、および前記第４導体のうち、前記第１給電導体とは異なる導体に電磁気的に接続された第２給電導体と、
を含む、アンテナ素子。

【請求項2】

請求項１に記載のアンテナ素子であって、
前記第１導体、前記第２導体、前記第３導体、および前記第４導体は、正方格子状に配置され、
前記第２結合導体は、前記第１方向に離れた位置で前記第１導体および前記第２導体に重なるように配置されており、
前記第３結合導体は、前記第１方向に離れた位置で前記第２導体および前記第３導体に
重なるように配置されており、
前記第４結合導体は、前記第１方向に離れた位置で前記第３導体および前記第４導体に重なるように配置されており、
前記第５結合導体は、前記第１方向に離れた位置で前記第４導体および前記第１導体に重なるように配置されている、アンテナ素子。

【請求項3】

請求項２に記載のアンテナ素子であって、
前記第１給電導体および前記第２給電導体は、前記正方格子の対角線上に位置するように構成されている、アンテナ素子。

【請求項4】

請求項１から３のいずれか１項に記載のアンテナ素子であって、
前記第１結合導体は、前記第１方向に離れた位置で前記第１導体、前記第２導体、前記第３導体、および前記第４導体に重なるように配置されている、アンテナ素子。

【請求項5】

請求項１から３のいずれか１項に記載のアンテナ素子であって、
前記第１結合導体は、第６結合導体と、第７結合導体と、第８結合導体と、第９結合導体と、前記第６結合導体と、前記第８結合導体とを電磁気的に接続する第１接続部と、前記第７結合導体と、前記第９結合導体とを電磁気的に接続する第２接続部と、を含み、
前記第６結合導体は、前記第１方向に離れた位置で、少なくとも一部が前記第１導体に重なるように配置されており、
前記第７結合導体は、前記第１方向に離れた位置で、少なくとも一部が前記第２導体に重なるように配置されており、
前記第８結合導体は、前記第１方向に離れた位置で、少なくとも一部が前記第３導体に重なるように配置されており、
前記第９結合導体は、前記第１方向に離れた位置で、少なくとも一部が前記第４導体に重なるように配置されており、
前記第１接続部と、前記第２接続部とは、電磁気的に接続するように構成されている、アンテナ素子。

【請求項6】

一端が短絡された第１共振器、第２共振器、第３共振器、および第４共振器が周回状に備えられ、
前記第１共振器、前記第２共振器、前記第３共振器、および前記第４共振器を共通して容量結合する第１導体と、
前記第１共振器、前記第２共振器、前記第３共振器、および前記第４共振器のうち、対向する共振器に、同一周波数の交流を入力する第１ポートおよび第２ポートがそれぞれ設けられ、
前記第１ポートおよび前記第２ポートから同一周波数の交流の位相差で、モードを制御するように構成されている、
アンテナ素子。

【請求項7】

請求項１から３のいずれか１項に記載のアンテナ素子を複数含む、アレイアンテナ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、アンテナ素子およびアレイアンテナに関する。

【背景技術】

【0002】

無線で電力を伝達する技術が知られている。例えば、特許文献１には、Ｑ値の高い共振コイルを用いて無線給電システムの伝送効率を向上させる技術が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１６－１０１６８号公報

【発明の概要】

【0004】

本開示のアンテナ素子は、基体の第１面上に配置されている第１導体、第２導体、第３導体、および第４導体と、前記第１面から第１方向に離れた前記基体の内部に位置し、前記第１導体、前記第２導体、前記第３導体および、前記第４導体を容量的に結合するように構成されている第１結合導体と、前記第１結合導体と同一平面上に位置し、前記第１導体と、前記第２導体とを容量的に結合するように構成されている第２結合導体と、前記第１結合導体と同一平面上に位置し、前記第２導体と、前記第３導体とを容量的に結合するように構成されている第３結合導体と、前記第１結合導体と同一平面上に位置し、前記第３導体と、前記第４導体とを容量的に結合するように構成されている第４結合導体と、前記第１結合導体と同一平面上に位置し、前記第４導体と、前記第１導体とを容量的に結合するように構成されている第５結合導体と、前記第１導体、前記第２導体、前記第３導体、および前記第４導体のいずれか１つに電磁気的に接続された第１給電導体と、前記第１導体、前記第２導体、前記第３導体、および前記第４導体のうち、前記第１給電導体とは異なる導体に電磁気的に接続された第２給電導体と、を含む。

【0005】

本開示のアンテナ素子は、一端が短絡された第１共振器、第２共振器、第３共振器、および第４共振器が周回状に備えられ、前記第１共振器、前記第２共振器、前記第３共振器、および前記第４共振器を共通して容量結合する第１導体と、前記第１共振器、前記第２共振器、前記第３共振器、および前記第４共振器のうち、対向する共振器に、同一周波数の交流を入力する第１ポートおよび第２ポートがそれぞれ設けられ、前記第１ポートおよび前記第２ポートから同一周波数の交流の位相差で、モードを制御するように構成されている。

【0006】

本開示のアレイアンテナは、本開示のアンテナ素子を複数含む。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】図１は、第１実施形態に係るアンテナの構成例を示す斜視図である。

【図2】図２は、第１実施形態に係る第１入力信号と第２入力信号との位相差が第１位相差である場合の放射パターンを示す図である。

【図3】図３は、第１実施形態に係る第１入力信号と第２入力信号との位相差が第１位相差である場合の周波数特性を示す図である。

【図4】図４は、第１実施形態に係る第１入力信号と第２入力信号との位相差が第２位相差である場合の放射パターンを示す図である。

【図5】図５は、第１実施形態に係る第１入力信号と第２入力信号との位相差が第２位相差である場合の周波数特性を示す図である。

【図6】図６は、第１実施形態に係る第１入力信号と第２入力信号との位相差が第３位相差である場合の放射パターンを示す図である。

【図7】図７は、第１実施形態に係る第１入力信号と第２入力信号との位相差が第３位相差である場合の周波数特性を示す図である。

【図8】図８は、第１実施形態に係る第１入力信号と第２入力信号との位相差が第４位相差である場合の放射パターンを示す図である。

【図9】図９は、第１実施形態に係る第１入力信号と第２入力信号との位相差が第４位相差である場合の周波数特性を示す図である。

【図10】図１０は、第１実施形態に係る第１入力信号と第２入力信号との位相差が第５位相差である場合の放射パターンを示す図である。

【図11】図１１は、第１実施形態に係る第１入力信号と第２入力信号との位相差が第５位相差である場合の周波数特性を示す図である。

【図12】図１２は、第１実施形態に係るアンテナ素子の特性の変化を説明するための図である。

【図13】図１３は、第２実施形態に係るアンテナの構成例を示す斜視図である。

【図14】図１４は、第３実施形態に係るアレイアンテナの構成例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下、添付図面を参照して、本発明に係る実施形態を詳細に説明する。なお、この実施形態により本発明が限定されるものではなく、また、以下の実施形態において、同一の部位には同一の符号を付することにより重複する説明を省略する。

【0009】

以下の説明においては、ＸＹＺ直交座標系を設定し、このＸＹＺ直交座標系を参照しつつ各部の位置関係について説明する。水平面内のＸ軸と平行な方向をＸ軸方向とし、Ｘ軸と直交する水平面内のＹ軸と平行な方向をＹ軸方向とし、水平面と直交するＺ軸と平行な方向をＺ軸方向とする。Ｘ軸及びＹ軸を含む平面を適宜、ＸＹ平面と称する。Ｘ軸及びＺ軸を含む平面を適宜、ＸＺ平面と称する。Ｙ軸及びＺ軸を含む平面を適宜、ＹＺ平面と称する。ＸＹ平面は、水平面と平行である。ＸＹ平面とＸＺ平面とＹＺ平面とは直交する。

【0010】

［第１実施形態］
図１を用いて、第１実施形態に係るアンテナ素子の構成例を説明する。図１は、第１実施形態に係るアンテナ素子の構成例を示す斜視図である。

【0011】

図１に示すように、アンテナ素子１は、基体１０と、第１導体２２と、第２導体２４と、第３導体２６と、第４導体２８と、第１結合導体３０と、第２結合導体３２と、第３結合導体３４と、第４結合導体３６と、第５結合導体３８と、グラウンド導体４０と、第１給電導体５２と、第２給電導体５４と、第１接続導体６２と、第２接続導体６４と、第３接続導体６６と、第４接続導体６８と、を含む。

【0012】

本実施形態では、アンテナ素子１は、四角柱形状に形成されているものとして説明するが、本開示はこれに限定されない。アンテナ素子１は、四角柱以外の多角柱形状、円柱形状、および楕円柱形状などに形成されていてもよい。

【0013】

アンテナ素子１は、所定の共振周波数で放射可能に構成される。アンテナ素子１が所定の共振周波数で共振することにより、アンテナ素子１は、電磁波を放射する。アンテナ素子１は、アンテナ素子１の少なくとも１つの共振周波数帯のうちの少なくとも１つを動作周波数としうる。アンテナ素子１は、動作周波数の電磁波を放射しうる。動作周波数の波長は、アンテナ素子１の動作周波数における電磁波の波長である動作波長となりうる。一方で、アンテナ素子１は、信号入力の条件では、同じ動作周波数において非放射体である共振器として振る舞う。このような現象が発現するためには、２つの異なるモードが同じ周波数になるように調整し、その二つのモードを選択的に励振できるような信号条件が必要となる。

【0014】

アンテナ素子１は、Ｚ軸の正方向からアンテナ素子１のＸＹ平面に略平行な面に入射する所定周波数の電磁波に対して、後述のように、人工磁気壁特性（Artificial Magnetic Conductor Character）を示す。本開示において「人工磁気壁特性」は、動作周波数における入射波と反射波との位相差が０度となる面の特性を意味する。人工磁気壁特性を有する面では、動作周波数帯において、入射波と反射波の位相差が－９０度～＋９０度となる。動作周波数帯は、人工磁気壁特性を示す共振周波数と動作周波数とを含む。

【0015】

基体１０は、誘電体材料で構成されている基体である。

【0016】

第１導体２２と、第２導体２４と、第３導体２６と、第４導体２８とは、基体１０の上面に配置されている。基体１０の上面は、第１面とも呼ばれる。第１導体２２と、第２導体２４と、第３導体２６と、第４導体２８とは、ＸＹ平面方向に広がる導体である。第１導体２２と、第２導体２４、第３導体２６と、第４導体２８とは、例えば、正方形状の共振器として構成されている。第１導体２２と、第２導体２４と、第３導体２６と、第４導体２８とは、正方格子状に配置されている。第１導体２２と、第２導体２４と、第３導体２６と、第４導体２８とは、それぞれ、ＸＹ平面における面積が略等しく形成されている。

【0017】

第１導体２２と、第２導体２４との間には、所定の間隔の隙間が形成されている。第２導体２４と、第３導体２６との間には、所定の間隔の隙間が形成されている。第３導体２６と、第４導体２８との間には、所定の間隔の隙間が形成されている。第１導体２２から第４導体２８は、それぞれ、容量的に接続するように構成されている。

【0018】

第１導体２２と、第２導体２４と、第３導体２６と、第４導体２８とは、正方形状に形成されているものとして説明するが、本開示はこれに限定されない。第１導体２２と、第２導体２４と、第３導体２６と、第４導体２８とは、例えば、正方形以外の多角形、円形、または楕円形であってもよい。第１導体２２と、第２導体２４と、第３導体２６と、第４導体２８とは、それぞれ、ＸＹ平面における面積および形状の少なくとも一方が異なっていてもよい。

【0019】

第１結合導体３０と、第２結合導体３２と、第３結合導体３４と、第４結合導体３６と、第５結合導体３８とは、基体１０の上面からＺ軸方向に離れた基体１０の内部に位置し得る。Ｚ軸方向は、第１方向とも呼ばれる。第１結合導体３０と、第２結合導体３２と、第３結合導体３４と、第４結合導体３６と、第５結合導体３８とは、ＸＹ平面方向に広がる導体である。

【0020】

第１結合導体３０は、例えば、正方形状に形成されている。第１結合導体３０は、基体１０の上面からＺ軸方向に離れた位置で、第１導体２２、第２導体２４、第３導体２６、および第４導体２８と重なる位置に配置されている。第１結合導体３０は、第１導体２２と、第２導体２４と、第３導体２６と、第４導体２８とを容量的に接続するように構成されている。第１結合導体３０は、正方形状に形成されているものとして説明するが、本開示はこれに限定されない。第１結合導体３０は、例えば、正方形以外の多角形、円形、または楕円形であってもよい。

【0021】

第２結合導体３２、第３結合導体３４、第４結合導体３６、および第５結合導体３８は、例えば、長方形状に形成されている。第２結合導体３２、第３結合導体３４、第４結合導体３６、および第５結合導体３８は、それぞれ、略同一の大きさに形成されている。第２結合導体３２、第３結合導体３４、第４結合導体３６、および第５結合導体３８は、長方形状に形成されているものとして説明するが、本開示はこれに限定されない。第２結合導体３２、第３結合導体３４、第４結合導体３６、および第５結合導体３８は、例えば、長方形以外の多角形、円形、または楕円形であってもよい。

【0022】

第２結合導体３２は、基体１０の上面からＺ軸方向に離れた位置で、第１導体２２、および第２導体２４と重なる位置に配置されている。第２結合導体３２は、第１導体２２と、第２導体２４とを容量的に接続するように構成されている。

【0023】

第３結合導体３４は、基体１０の上面からＺ軸方向に離れた位置で、第２導体２４、および第３導体２６と重なる位置に配置されている。第３結合導体３４は、第２導体２４と、第３導体２６とを容量的に接続するように構成されている。

【0024】

第４結合導体３６は、基体１０の上面からＺ軸方向に離れた位置で、第３導体２６、および第４導体２８と重なる位置に配置されている。第４結合導体３６は、第３導体２６と、第４導体２８とを容量的に接続するように構成されている。

【0025】

第５結合導体３８は、基体１０の上面からＺ軸方向に離れた位置で、第４導体２８、および第１導体２２と重なる位置に配置されている。第５結合導体３８は、第４導体２８と、第１導体２２とを容量的に接続するように構成されている。

【0026】

グラウンド導体４０は、基体１０の下部に配置されている。グラウンド導体４０は、Ｚ軸方向において、第１導体２２、第２導体２４、第３導体２６、および第４導体２８と対向するように配置されている。

【0027】

第１給電導体５２は、一端が第１導体２２に電磁気的に接続し、他端が図示しない第１給電点に電磁気的に接続するように構成されている。第１給電導体５２は、例えば、基体１０に形成されたビアであり得る。

【0028】

第２給電導体５４は、一端が第３導体２６に電磁気的に接続し、他端が図示しない第２給電点に電磁気的に接続するように構成されている。第２給電導体５４は、例えば、基体１０に形成されたビアであり得る。

【0029】

第１給電導体５２と、第２給電導体５４とは、正方格子状に並べた第１導体２２と、第２導体２４と、第３導体２６と、第４導体２８とにおいて、第１導体２２の頂点から第３導体２６の頂点とを結ぶ対角線上に位置するように構成されている。

【0030】

第１導体２２には、第１給電導体５２から所定の第１入力信号が入力される。第３導体２６には、第２給電導体５４から所定の第２入力信号が入力される。第１入力信号と、第２入力信号とは、同一の周波数を有する。本実施形態では、第１入力信号の位相と、第２入力信号の位相との位相差を、任意に変更可能に構成されている。本実施形態は、第１入力信号と、第２入力信号との位相差を変更することにより、比較的高いＱ値を持つ共振器として振る舞う共振器モードと、比較的低いＱ値を持つアンテナとして振る舞うアンテナモードとを切り替え可能に構成されている。

【0031】

第１接続導体６２は、一端が第１導体２２に電磁気的に接続し、他端がグラウンド導体４０に電磁気的に接続するように構成されている。第２接続導体６４は、一端が第２導体２４に電磁気的に接続し、他端がグラウンド導体４０に電磁気的に接続するように構成されている。第３接続導体６６は、一端が第３導体２６に電磁気的に接続し、他端がグラウンド導体４０に電磁気的に接続するように構成されている。第４接続導体６８は、一端が第４導体２８に電磁気的に接続され、他端がグラウンド導体４０に電磁気的に接続されている。すなわち、第１接続導体６２、第２接続導体６４、第３接続導体６６、および第４接続導体６８は、第１導体２２、第２導体２４、第３導体２６、および第４導体２８を囲うように構成されている。

【0032】

本実施形態では、第１接続導体６２、第２接続導体６４、第３接続導体６６、および第４接続導体６８は、２つであるものして示しているが、本開示はこれに限定されない。第１接続導体６２、第２接続導体６４、第３接続導体６６、および第４接続導体６８は、１つであってもよいし、３つ以上であってもよい。

【0033】

［放射パターン］
次に、第１実施形態に係るアンテナ素子の電波の放射パターンについて説明する。第１実施形態では、アンテナ素子１は、第１導体２２に入力される第１入力信号、第３導体２６に入力される第２入力信号の位相差を制御することにより、電波の放射パターンを制御可能に構成されている。

【0034】

（第１位相差）
図２は、第１実施形態に係る第１入力信号と第２入力信号との位相差が第１位相差である場合の放射パターンを示す図である。図３は、第１実施形態に係る第１入力信号と第２入力信号との位相差が第１位相差である場合の周波数特性を示す図である。第１実施形態において、第１位相差は、０度である。

【0035】

第１入力信号と、第２入力信号との位相差が０度の場合には、アンテナのゲイン値の最大値は、例えば、－２２［ｄＢｉ（デシベル）］になり得る。すなわち、第１入力信号と、第２入力信号との位相差が０度の場合には、アンテナ素子１からは電波が放射されていない。この場合、アンテナ素子１は、共振器として振る舞う共振器モードになり得る。図３に示す波形Ｗ１は、横軸が周波数［ＧＨｚ（ギガヘルツ）］、縦軸が反射係数の利得［ｄＢ（デシベル）］を示す。波形Ｗ１に示すように、第１入力信号と第２入力信号との位相差が０度の場合には、アンテナ素子１の共振周波数はｆ１［ＧＨｚ］であり、反射係数はＤ１［ｄＢ］であり得る。

【0036】

（第２位相差）
図４は、第１実施形態に係る第１入力信号と第２入力信号との位相差が第２位相差である場合の放射パターンを示す図である。図５は、第１実施形態に係る第１入力信号と第２入力信号との位相差が第２位相差である場合の周波数特性を示す図である。第１実施形態において、第２位相差は、４５度である。

【0037】

第１入力信号と、第２入力信号との位相差が０度の場合には、アンテナのゲイン値の最大値は、例えば、－９［ｄＢｉ］になり得る。すなわち、第１入力信号と、第２入力信号との位相差が０度の場合には、アンテナ素子１からは電波が放射されている。この場合、アンテナ素子１は、アンテナとして振る舞うアンテナモードになり得る。図５に示す波形Ｗ２は、横軸が周波数［ＧＨｚ］、縦軸が反射係数の利得［ｄＢ］を示す。波形Ｗ２に示すように、第１入力信号と第２入力信号との位相差が４５度の場合には、アンテナ素子１の共振周波数はｆ１［ＧＨｚ］であり、反射係数はＤ２［ｄＢ］であり得る。すなわち、第１入力信号と第２入力信号との位相差が０度の場合と、４５度の場合とで、共振周波数は変化しない。反射係数Ｄ２は、反射係数Ｄ１と比較して、低い側にシフトしている。

【0038】

（第３位相差）
図６は、第１実施形態に係る第１入力信号と第２入力信号との位相差が第３位相差である場合の放射パターンを示す図である。図７は、第１実施形態に係る第１入力信号と第２入力信号との位相差が第３位相差である場合の周波数特性を示す図である。第１実施形態において、第３位相差は、９０度である。

【0039】

第１入力信号と、第２入力信号との位相差が０度の場合には、アンテナのゲイン値の最大値は、例えば、－３．９［ｄＢｉ］になり得る。すなわち、第１入力信号と、第２入力信号との位相差が０度の場合には、アンテナ素子１からは電波が放射されている。この場合、アンテナ素子１は、アンテナとして振る舞うアンテナモードになり得る。図７に示す波形Ｗ３は、横軸が周波数［ＧＨｚ］、縦軸が反射係数の利得［ｄＢ］を示す。波形Ｗ３に示すように、第１入力信号と第２入力信号との位相差が９０度の場合には、アンテナ素子１の共振周波数はｆ１［ＧＨｚ］であり、反射係数は図示しないＤ３［ｄＢ］であり得る。すなわち、第１入力信号と第２入力信号との位相差が０度の場合と、９０度の場合とで、共振周波数は変化しない。反射係数Ｄ３は、反射係数Ｄ２と比較して、低い側にシフトしている。

【0040】

（第４位相差）
図８は、第１実施形態に係る第１入力信号と第２入力信号との位相差が第４位相差である場合の放射パターンを示す図である。図９は、第１実施形態に係る第１入力信号と第２入力信号との位相差が第４位相差である場合の周波数特性を示す図である。第１実施形態において、第４位相差は、１３５度である。

【0041】

第１入力信号と、第２入力信号との位相差が１３５度の場合には、アンテナのゲイン値の最大値は、例えば、－１．７［ｄＢｉ］になり得る。すなわち、第１入力信号と、第２入力信号との位相差が０度の場合には、アンテナ素子１からは電波が放射されている。この場合、アンテナ素子１は、アンテナとして振る舞うアンテナモードになり得る。図９に示す波形Ｗ４は、横軸が周波数［ＧＨｚ］、縦軸が反射係数の利得［ｄＢ］を示す。波形Ｗ４に示すように、第１入力信号と第２入力信号との位相差が１３５度の場合には、アンテナ素子１の共振周波数はｆ１［ＧＨｚ］であり、反射係数はＤ４［ｄＢ］であり得る。すなわち、第１入力信号と第２入力信号との位相差が０度の場合と、１３５度の場合とで、共振周波数は変化しない。反射係数Ｄ４は、反射係数Ｄ３と比較して、高い側にシフトしている。

【0042】

（第５位相差）
図１０は、第１実施形態に係る第１入力信号と第２入力信号との位相差が第５位相差である場合の放射パターンを示す図である。図１１は、第１実施形態に係る第１入力信号と第２入力信号との位相差が第５位相差である場合の周波数特性を示す図である。第１実施形態において、第５位相差は、１８０度である。

【0043】

第１入力信号と、第２入力信号との位相差が１８０度の場合には、アンテナのゲイン値の最大値は、例えば、－１［ｄＢｉ］になり得る。すなわち、第１入力信号と、第２入力信号との位相差が０度の場合には、アンテナ素子１からは電波が放射されている。この場合、アンテナ素子１は、アンテナとして振る舞うアンテナモードになり得る。具体的には、第１入力信号と、第２入力信号との位相差が１８０度の場合には、アンテナ素子１は、直線偏波を放射する。図１１に示す波形Ｗ５は、横軸が周波数［ＧＨｚ］、縦軸が反射係数の利得［ｄＢ］を示す。波形Ｗ５に示すように、第１入力信号と第２入力信号との位相差が０の場合には、アンテナ素子１の共振周波数はｆ１［ＧＨｚ］であり、反射係数はＤ５［ｄＢ］であり得る。

【0044】

［特性の比較］
図１２を用いて、第１実施形態に係るアンテナ素子の特性の変化を説明する。図１２は、第１実施形態に係るアンテナ素子の特性の変化を説明するための図である。

【0045】

図１２に示すグラフＧ１、グラフＧ２、グラフＧ３は、横軸が対象物との距離［ｍｍ］、縦軸がＫＱ積を示す。グラフＧ１は、第１実施形態に係るアンテナ素子１において、第１入力信号と第２入力信号との位相差を最適化した場合の特性を示す。グラフＧ２は、第１実施形態に係るアンテナ素子１において、第１入力信号と第２入力信号との位相差を０度にした場合の特性を示す。グラフＧ３は、第１実施形態に係るアンテナ素子１において、第１入力信号と第２入力信号との位相差を１８０度にした場合の特性を示す。

【0046】

点Ｐ１は、第１入力信号と第２入力信号との位相差が１４度の場合のアンテナ素子１のＫＱ積を示す。点Ｐ２は、第１入力信号と第２入力信号との位相差が８５度の場合のアンテナ素子１のＫＱ積を示す。点Ｐ３は、第１入力信号と第２入力信号との位相差が１７２度の場合のアンテナ素子１のＫＱ積を示す。点Ｐ４は、第１入力信号と第２入力信号との差が１３５度の場合のアンテナ素子１のＫＱ積を示す。点Ｐ５は、第１入力信号と第２入力信号との位相差が１２１度の場合のアンテナ素子１のＫＱ積を示す。点Ｐ６は、第１入力信号と第２入力信号との位相差が１８０度の場合のアンテナ素子１のＫＱ積を示す。点Ｐ７は、第１入力信号と第２入力信号との位相差が１７１度の場合のアンテナ素子１のＫＱ積を示す。

【0047】

グラフＧ１は、対象物との距離が近い場所では、グラフＧ２と比較的近いＫＱ積を示している。すなわち、アンテナ素子１は、対象物との距離が近い場所において、共振器として機能するように調整することができる。グラフＧ１は、対象物との距離が遠い場所では、グラフＧ３と比較的近いＫＱ積を示している。すなわち、アンテナ素子１は、対象物との距離が遠い場所において、アンテナとして機能するように調整することができる。

【0048】

また、グラフＧ１は、対象物との距離が近い場所から遠い場所にわたって、グラフＧ２およびグラフＧ３よりも比較的高いＫＱ積を示している。すなわち、アンテナ素子１は、対象物との距離によらず、比較的高いＫＱ積を実現することができる。

【0049】

上述のとおり、第１実施形態は、アンテナ素子１に入力される第１入力信号と第２入力信号との位相差を制御することで、対象物との距離が近い場所から遠い場所にわたって、比較的高いＫＱ積を実現することができる。これにより、第１実施形態は、対象物との距離が近い場所から遠い場所にわたって、高い伝送効率を得ることができる。

【0050】

［第２実施形態］
図１３を用いて、第２実施形態に係るアンテナの構成例を説明する。図１３は、第２実施形態に係るアンテナの構成例を示す斜視図である。

【0051】

図１３に示すように、アンテナ素子１Ａは、第１結合導体３０を備えておらず、第６結合導体７２と、第７結合導体７４と、第８結合導体７６と、第９結合導体７８と、第１接続部８２と、第２接続部８４と、を備える点で、図１に示すアンテナ素子１とは異なる。

【0052】

第６結合導体７２、第７結合導体７４、第８結合導体７６、および第９結合導体７８は、基体１０の上面からＺ軸方向に離れた基体１０の内部に位置し得る。第６結合導体７２、第７結合導体７４、第８結合導体７６、および第９結合導体７８は、基体１０の内部において、同一平面上に形成されている。第６結合導体７２、第７結合導体７４、第８結合導体７６、および第９結合導体７８は、例えば、正方形状に形成されている。第６結合導体７２、第７結合導体７４、第８結合導体７６、および第９結合導体７８は、それぞれ、略同一形状に形成されている。第６結合導体７２、第７結合導体７４、第８結合導体７６、および第９結合導体７８は、それぞれ、第１導体２２、第２導体２４、第３導体２６、第４導体２８よりも小さい。第６結合導体７２、第７結合導体７４、第８結合導体７６、および第９結合導体７８は、正方形状に形成されているものとして説明するが、本開示はこれに限定されない。第６結合導体７２、第７結合導体７４、第８結合導体７６、および第９結合導体７８は、例えば、正方形以外の多角形、円形または楕円形であってもよい。

【0053】

第６結合導体７２は、基体１０の上面からＺ軸方向に離れた位置で、少なくとも一部が第１導体２２に重なるように配置されている。

【0054】

第７結合導体７４は、基体１０の上面からＺ軸方向に離れた位置で、少なくとも一部が第２導体２４に重なるように配置されている。

【0055】

第８結合導体７６は、基体１０の上面からＺ軸方向に離れた位置で、少なくとも一部が第３導体２６に重なるように配置されている。

【0056】

第９結合導体７８は、基体１０の上面からＺ軸方向に離れた位置で、少なくとも一部が第４導体２８に重なるように配置されている。

【0057】

第１接続部８２は、第６結合導体７２と第８結合導体７６とを電磁気的に接続するように構成されている。第１接続部８２は、一端が第６結合導体７２の第８結合導体７６と対向する頂点に電磁気的に接続し、他端が第８結合導体７６の第６結合導体７２と対向する頂点に電磁気的に接続するように構成されている。

【0058】

第２接続部８４は、第７結合導体７４と第９結合導体７８とを電磁気的に接続するように構成されている。第２接続部８４は、一端が第７結合導体７４の第９結合導体７８と対向する頂点に電磁気的に接続し、他端が第９結合導体７８の第７結合導体７４と対向する頂点に電磁気的に接続するように構成されている。

【0059】

第１接続部８２と、第２接続部８４とは、電磁気的に接続するように構成されている。第１接続部８２と、第２接続部８４とは、第６結合導体７２と第８結合導体７６とを結ぶ直線と、第７結合導体７４と第９結合導体７８とを結ぶ直線との交点において、電磁気的に接続するように構成されている。

【0060】

第６結合導体７２と、第７結合導体７４と、第８結合導体７６と、第９結合導体７８と、第１接続部８２と、第２接続部８４とは、第１導体２２と、第２導体２４と、第３導体２６と、第４導体２８とを容量的に接続するように構成されている。

【0061】

アンテナ素子１Ａを製造する際に、例えば、第１導体２２から第４導体２８と、第６結合導体７２から第９結合導体７８との相対位置にばらつきが生じることが想定される。第１導体２２から第４導体２８に対して、第６結合導体７２から第９結合導体７８の位置がずれてしまうと、容量結合の大きさが変化し、アンテナ素子１Ａの特性に影響を与えることも想定される。ここで、第６結合導体７２から第９結合導体７８は、それぞれ、第１導体２２から第４導体２８に比べて小さい。そのため、アンテナ素子１Ａを製造するに際に、第１導体２２から第４導体２８に対して、それぞれ、第６結合導体７２から第９結合導体７８が重ならない部分を小さくするように製造することは比較的容易である。すなわち、第２実施形態は、第１導体２２から第４導体２８と、第６結合導体７２から第９結合導体７８との容量結合の大きさのばらつきを小さくすることができるので、アンテナ素子１Ａの特性のばらつきを低減することができる。

【0062】

上述のとおり、第２実施形態は、第１導体２２から第４導体２８を、第６結合導体７２から第９結合導体７８により容量的に結合することにより、アンテナ素子１Ａの特性のばらつきを低減することができる。これにより、第２実施形態は、アンテナ素子１Ａの特性を安定化させることができる。

【0063】

［第３実施形態］
次に、本開示の第３実施形態について説明する。図１４は、第３実施形態に係るアレイアンテナの構成例を示す図である。

【0064】

図１４に示すように、アレイアンテナ１００は、複数のアンテナ素子１を含む。複数のアンテナ素子１は、例えば、Ｘ軸およびＹ軸に沿って所定の間隔を空けて配置されている。複数のアンテナ素子１は、例えば、Ｘ軸およびＹ軸に沿って等間隔に配置されていてもよいし、非等間隔に配置されていてもよい。複数のアンテナ素子１は、ＸＹ平面において、斜め方向に沿って、等間隔または非等間隔に配置されていてもよい。

【0065】

以上、本開示の実施形態を説明したが、これら実施形態の内容により本開示が限定されるものではない。また、前述した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。さらに、前述した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。さらに、前述した実施形態の要旨を逸脱しない範囲で構成要素の種々の省略、置換又は変更を行うことができる。

【符号の説明】

【0066】

１，１Ａ アンテナ素子（共振素子）
１０ 基体
２２ 第１導体
２４ 第２導体
２６ 第３導体
２８ 第４導体
３０ 第１結合導体
３２ 第２結合導体
３４ 第３結合導体
３６ 第４結合導体
３８ 第５結合導体
４０ グラウンド導体
５２ 第１給電導体
５４ 第２給電導体
６２ 第１接続導体
６４ 第２接続導体
６６ 第３接続導体
６８ 第４接続導体
７２ 第６結合導体
７４ 第７結合導体
７６ 第８結合導体
７８ 第９結合導体
８２ 第１接続部
８４ 第２接続部
１００ アレイアンテナ

【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】