アンテナ装置
【課題】スロットを介して高周波信号を放射素子に給電しているアンテナ装置において、周波数特性を所望の特性に変更することである。
【解決手段】本発明にかかるアンテナ装置は、印加される電界によって誘電率が変化する可変誘電率材料を含む第１の誘電体層１１と、第１の誘電体層１１の第１の面に設けられた放射素子２と、第１の誘電体層１１の第２の面に設けられると共に、放射素子２と対向する位置にスロットが形成された接地導体４と、第１の誘電体層１１の第１の面側に放射素子２と垂直方向において重畳しないように設けられ、可変電圧を印加可能な第１の電極パターン５１と、を備える。本発明にかかるアンテナ装置では、第１の電極パターン５１から第１の誘電体層１１に所定の電界を印加することで第１の誘電体層１１の誘電率を変化させて放射素子２の電気長を変化させる。
【解決手段】本発明にかかるアンテナ装置は、印加される電界によって誘電率が変化する可変誘電率材料を含む第１の誘電体層１１と、第１の誘電体層１１の第１の面に設けられた放射素子２と、第１の誘電体層１１の第２の面に設けられると共に、放射素子２と対向する位置にスロットが形成された接地導体４と、第１の誘電体層１１の第１の面側に放射素子２と垂直方向において重畳しないように設けられ、可変電圧を印加可能な第１の電極パターン５１と、を備える。本発明にかかるアンテナ装置では、第１の電極パターン５１から第１の誘電体層１１に所定の電界を印加することで第１の誘電体層１１の誘電率を変化させて放射素子２の電気長を変化させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アンテナ装置に関し、特に周波数特性を変更できるアンテナ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ミリ波近距離レーダでは、４ＧＨｚ程度の帯域幅を４つのチャネルに周波数分割して用いる規格が制定されている。パッチアンテナに代表される共振型の狭帯域アンテナ１つで周波数分割された複数チャネルに対応するためには、周波数特性を変更することが必要となる。周波数特性を変更できるアンテナ装置に関しては次のような技術が存在する。
【０００３】
特許文献１には、広い周波数帯あるいは複数の周波数を１つのアンテナでカバーできるパッチアンテナ装置に関する技術が開示されている。図１２は、特許文献１に開示されているパッチアンテナ装置を示す図である。図１２に示すように、特許文献１に開示されているパッチアンテナ装置は、裏面にパッチ部１０２が設けられたガラス基板１０４、アース電位にセットされたグランド基板１０３およびガラス基板１０４の裏面とグランド基板１０３との間に介在される液晶層１０１を含むパッチアンテナと、パッチ部１０２とグランド基板１０３との間に可変電界を印加するための可変電界印加手段１０５とを備える。そして、可変電界印加手段１０５を用いて液晶層１０１に印加される電界の大きさおよび方向を変化させて液晶層１０１の誘電率を変化させることで、複数の周波数に対応できるパッチアンテナを構成している。
【０００４】
また、図１３は特許文献２に開示されているアンテナ装置を示す図である。図１３に示すように、特許文献２に開示されているアンテナ装置は、絶縁層２３０上に放射素子２２０及び導電線路２２０'が設けられている。絶縁層２３０は、透明電極２２５、上部誘電板２３０'、液晶２５０、下部誘電板２５５、及び下部電極２６０を備えるＬＣＤ上に設けられている。下部電極２６０は、共通電位、例えば接地電位に接続される。透明電極２２５は、電位２９０に個別に結合させることができる。いずれかの透明電極２２５上の電位が変化したときは、当該電極の下方にある液晶の誘電率が変化し、その結果、導電線路２２０'の位相変化が誘起される。位相変化は、透明電極２２５に印加される電圧量を制御することによって、また、電圧を印加する電極数を制御することによって制御することができる。
【０００５】
また、特許文献３には、基板の誘電率を変更して伝送特性を変更することができるストリップ線路型伝送路に関する技術が開示されている。また、特許文献４には、強誘電体アンテナおよびその調整方法に関する技術が開示されている。また、特許文献５には、アンテナ共振周波数を可変として広帯域化が図れるアンテナ装置に関する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−３４１０２７号公報
【特許文献２】特表２００９−５３８５６５号公報
【特許文献３】国際公開第２００８／００７５４５号
【特許文献４】特開２００８−１６７４７４号公報
【特許文献５】特開平１１−１５４８２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
図１４は、パッチアンテナ装置の一例を示す図である。図１４に示すパッチアンテナ装置は、誘電体層３０９、３１３、放射素子（パッチ部）３０２、スロット３０３、接地導体３０４、および線路導体３０７を有する。図１４に示すパッチアンテナ装置では、ＲＦ送信機３０８から供給される高周波信号を、スロット３０３を介して放射素子３０２へ給電している。
【０００８】
一方、特許文献１にかかるパッチアンテナ装置では、ガラス基板１０４の裏面に設けられたパッチ部１０２にバイアス（直流電圧）を供給し、当該バイアスにより印加される電界を用いて液晶層１０１の誘電率を変化させている。このように液晶層１０１の誘電率を変化させることで、パッチアンテナが複数の周波数に対応することを可能にしている。
【０００９】
しかしながら、図１４に示す構成を備えるパッチアンテナでは、スロット３０３を介して高周波信号を放射素子３０２へ給電しているため、放射素子３０２にバイアス（直流電圧）を供給することができない。このため、図１４に示す構成を備えるパッチアンテナ、つまりスロットを介して高周波信号を放射素子に給電しているパッチアンテナにおいて、図１２に示した特許文献１に開示されている構成を適用することができない。
【００１０】
また、図１３に示した特許文献２に開示されているアンテナ装置では、上部誘電板２３０'に透明電極２２５が設けられている。このため、スロット３０３を介して高周波信号を放射素子３０２へ給電している図１４に示したパッチアンテナでは、特許文献２に開示されている構成を適用することができない。
【００１１】
上記課題に鑑み本発明の目的は、スロットを介して高周波信号を放射素子に給電しているアンテナ装置において、周波数特性を所望の特性に変更することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明にかかるアンテナ装置は、印加される電界によって誘電率が変化する可変誘電率材料を含む第１の誘電体層と、前記第１の誘電体層の第１の面に設けられた放射素子と、前記第１の誘電体層の第２の面に設けられると共に、前記放射素子と対向する位置にスロットが形成された接地導体と、前記第１の誘電体層の前記第１の面側に前記放射素子と垂直方向において重畳しないように設けられ、可変電圧を印加可能な第１の電極パターンと、を備え、前記第１の電極パターンから前記第１の誘電体層に所定の電界を印加することで前記第１の誘電体層の誘電率を変化させて前記放射素子の電気長を変化させる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明により、スロットを介して高周波信号を放射素子に給電しているアンテナ装置において、周波数特性を所望の特性に変更することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施の形態１にかかるアンテナ装置を示す斜視図である。
【図２】実施の形態１にかかるアンテナ装置を示す上面図である。
【図３】図２に示すアンテナ装置のＡ−Ａにおける断面図である。
【図４】実施の形態１にかかるアンテナ装置の他の態様を示す断面図である。
【図５】実施の形態１にかかるアンテナ装置の他の態様を示す断面図である。
【図６】実施の形態１にかかるアンテナ装置の他の態様を示す図である。（ａ）はアンテナ装置を示す斜視図であり、（ｂ）は（ａ）に示すアンテナ装置のＢ−Ｂにおける断面図である。
【図７】実施の形態２にかかるアンテナ装置を示す図である。（ａ）はアンテナ装置を示す斜視図であり、（ｂ）は（ａ）に示すアンテナ装置のＣ−Ｃにおける断面図である。
【図８】実施の形態２にかかるアンテナ装置の他の態様を示す図である。（ａ）はアンテナ装置を示す斜視図であり、（ｂ）は（ａ）に示すアンテナ装置のＤ−Ｄにおける断面図である。
【図９】実施の形態２にかかるアンテナ装置の静電界シミュレーションの結果を示す図である。
【図１０】実施の形態３にかかるアレイアンテナ装置を示す図である。
【図１１】実施の形態３にかかるアレイアンテナ装置の他の態様を示す図である。
【図１２】背景技術を説明するための図である。
【図１３】背景技術を説明するための図である。
【図１４】本発明の課題を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
実施の形態１
以下、図面を参照して本発明の実施の形態１について説明する。図１は、本実施の形態にかかるアンテナ装置を示す斜視図である。図２は、本実施の形態にかかるアンテナ装置を示す上面図である。図３は、図２に示すアンテナ装置のＡ−Ａにおける断面図である。
【００１６】
図１乃至３に示すように、本実施の形態にかかるアンテナ装置は、印加される電界によって誘電率が変化する可変誘電率材料を含む第１の誘電体層１１と、第１の誘電体層１１の上面（第１の面）に設けられた放射素子２と、第１の誘電体層１１の下面（第２の面）に設けられると共に、放射素子２と対向する位置にスロット３が形成された接地導体４と、第１の誘電体層１１の上面側に放射素子２と垂直方向において重畳しないように設けられ、可変電圧を印加可能な第１の電極パターン５１と、を備える。本実施の形態にかかるアンテナ装置では、第１の電極パターン５１から第１の誘電体層１１に所定の電界を印加し第１の誘電体層１１の誘電率を変化させることで、放射素子２の電気長を変化させている。これにより、スロット３を介して高周波信号を放射素子２に給電しているアンテナ装置において、周波数特性を所望の特性に変更することができる。以下、本実施の形態にかかるアンテナ装置について詳細に説明する。
【００１７】
第１の誘電体層１１は、印加される電界によって誘電率が変化する可変誘電率材料を含む誘電体層である。ここで、可変誘電率材料としては、例えば比誘電率の電界依存特性を有するチタン酸バリウム等の誘電体セラミックス材料や液晶材料を用いることができる。図３に示すように、第１の誘電体層１１の上面にはパッチ形状の放射素子２が設けられている。また、第１の誘電体層１１の下面には接地導体４が設けられている。
【００１８】
図２に示すように、放射素子２は例えば正方形とすることができる。しかし、放射素子２の形状はこれに限定されることはなく、他の任意の形状としてもよい。接地導体４には、放射素子２と対向する位置にスロット３が形成されている。スロット３の形状は例えば十字形とすることができる。しかし、放射素子２の形状はこれに限定されることはなく、他の任意の形状としてもよい。すなわち、放射素子２およびスロット３の形状は、図２に示した形状に限定されることはなく、高周波信号を放射・伝送できる形状であればどのような形状であってもよい。また、接地導体４は、接地電位４１に接続されている。
【００１９】
第１の誘電体層１１および放射素子２の上面には、更に第２の誘電体層１２を形成してもよい。第２の誘電体層１２には通常の誘電体材料を用いてもよく、また、第１の誘電体層１１と同様に可変誘電率材料を用いてもよい。第２の誘電体層１２の上面には第１の電極パターン５１が形成されている。第１の電極パターン５１の形状は、放射素子２と垂直方向において重畳しない形状とすることが好ましい。すなわち、図２に示すように、本実施の形態にかかるアンテナ装置を上面から見た際に、放射素子２と第１の電極パターン５１とが互いに重ならないような形状とすることが好ましい。
【００２０】
本実施の形態では、図２に示すように、第１の電極パターン５１の形状を、放射素子２に対応した正方形の開口を備えた形状とすることができる。なお、第１の電極パターン５１の形状は図２に示した形状に限定されることはない。また、上述したように第１の電極パターン５１は放射する信号を阻害しないように放射素子２の直上を覆わないことが好ましいが、放射する信号への影響が小さい場合には、第１の電極パターン５１の形状は、垂直方向において放射素子２と若干重畳する形状としてもよい。
【００２１】
また、第１の電極パターン５１は第１の直流電源（可変電圧直流電源）６１に接続されている。第１の直流電源６１は、第１の電極パターン５１に直流電圧（可変）を印加することができる。ここで、第１の直流電源６１の極性は正でも負でもよい。また、第１の電極パターン５１は高周波信号にとって接地されているようにするためにコンデンサを介して接地することが好ましい。
【００２２】
また、第１の誘電体層１１の下面には第３の誘電体層１３を設けてもよい。この場合、第３の誘電体層１３の第１の誘電体層１１と反対側の面（下面）に線路導体７を設け、この線路導体７にＲＦ送信機８から高周波信号を供給することで、スロット３に高周波信号を給電することができる。
【００２３】
上記構成を備える本実施の形態にかかるアンテナ装置において、第１の直流電源６１から第１の電極パターン５１に電圧を印加することで、第１の電極パターン５１と接地導体４との間には所定の電界が印加される。ここで、第１の電極パターン５１と接地導体４との間には、放射素子２と可変誘電率材料からなる第１の誘電体層１１が存在する（図３参照）。そのため、発生した電界によって放射素子２の直下の可変誘電率材料の誘電率が変化する。放射素子２の直下の誘電率が変化すると、放射素子２の電気長が変化し、アンテナ装置の共振周波数が変化する。したがって、スロット３を介して高周波信号を放射素子２に給電している構成を備えるアンテナ装置の周波数特性を変更することができる。
【００２４】
なお、本実施の形態にかかるアンテナ装置の構成は、以下のように適宜変更することができる。図１乃至３で示したアンテナ装置では、第１の誘電体層１１および放射素子２の上面に第２の誘電体層１２を形成し、当該第２の誘電体層１２の上面に第１の電極パターン５１を形成した例を示した。しかし、第１の電極パターン５１の配置や形状については、下部からの高周波信号の給電を阻害せず、更に放射素子２の周辺に電界が生じ第１の誘電体層１１の誘電率を変更できる構造であれば、図４に示す構成としてもよい。つまり、第２の誘電体層１２を設けずに第１の電極パターン５１を第１の誘電体層１１の上面（つまり、放射素子２と同一平面上）に形成してもよい。このとき、第１の直流電源６１に接続された第１の電極パターン５１と放射素子２とが電気的に接続してしまうとアンテナの放射特性に甚大な影響を与えるため、第１の電極パターン５１と放射素子２とが電気的に接続しないようにすることが好ましい。
【００２５】
また、空気も誘電体であるため、図５に示すように第２の誘電体層１２を空気とする構成、すなわち第１の電極パターン５１を放射素子２と垂直方向に離間し、放射素子２の上部に形成する構成としてもよい。このとき、第１の電極パターン５１を固定するために別の支持体が必要となるが、第１の電極パターン５１の剛性が高ければ支持体を放射素子２の近くに配置する必要は無い。
【００２６】
また、図１乃至３で示したアンテナ装置では、スロット３に高周波信号を給電するためにＲＦ送信機８に接続された線路導体７および第３の誘電体層１３を設けていた。しかし、スロット３への給電方法はこれに限定されることはなく、図６（ａ）、（ｂ）に示すように接地導体４にスロットライン３１を設け、当該スロットライン３１を用いて給電してもよい。また、ＲＦ送信機８に接続する以外に、例えば、受信機、増幅器、結合器などに接続してもよい。なお、図６（ａ）、（ｂ）では、第２の誘電体層１２を第１の誘電体層１１の上面に設け、第２の誘電体層１２の上面に第１の電極パターン５１を設けた例を示した。しかし、図６（ａ）、（ｂ）に示したアンテナ装置においても、図５に示したように第２の誘電体層１２を空気とする構成、すなわち第１の電極パターン５１を放射素子２と垂直方向に離間して、放射素子２の上部に形成する構成としてもよい。
【００２７】
次に、本実施の形態にかかるアンテナ装置の製造方法の一例について説明する。例えば、液晶など単体で形状を保つことができない可変誘電率材料を第１の誘電体層１１として用いる場合は、次のように構成する。スロット３を設けた接地導体４が形成された剛体誘電体基板（第３の誘電体層１３に対応）と、放射素子２と電極パターン５１を形成した剛体誘電体基板（第２の誘電体層１２に対応）とによって可変誘電率材料を挟む。そして、これらの剛体誘電体基板の周囲を剛体誘電体で覆う。
【００２８】
また、剛性の高い強誘電体などの可変誘電率材料を用いる場合は、可変誘電率材料からなる基板１１（第１の誘電体層１１に対応）の裏面にスロット３を設けた接地導体４を形成し、基板１１の表面に放射素子２と電極パターン５１を形成することで製造することができる。あるいは、スロット３を用いて給電される放射素子２が形成された可変誘電率基板１１（第１の誘電体層１１に対応）に、電極パターン５１が形成された誘電体基板１２（第２の誘電体層１２に対応）を積層することでも製造することができる。また、基板１１全体を電極パターン５１で覆うように構成してもよい。
【００２９】
第１の電極パターン５１は、アンテナ保護に用いられる金属ケースと同様の形状とすることができる。このとき本実施の形態にかかるアンテナ装置の構造は、放射素子２と接地導体４とが形成された可変誘電率基板１１（第１の誘電体層１１に対応）を覆う金属ケースに第１の直流電源６１が接続された構造である。また、可変誘電率基板１１と金属ケースとの間の空気層が第２の誘電体層１２に相当する。
【００３０】
アンテナ保護に用いる金属ケースには、第１の電極パターン５１と同様に、放射を阻害しないために放射素子の直上に開口を設けた金属ケースが用いられる。保護用途の場合は金属ケースを接地電位に接続する。しかし、本実施の形態にかかるアンテナ装置では、金属ケースに第１の直流電源６１を用いて可変電位を与えることで、放射素子２と接地導体４とが形成された可変誘電率基板１１（第１の誘電体層１１に対応）の誘電率を変更することができる。
【００３１】
以上で説明したように、本実施の形態にかかるアンテナ装置では、第１の直流電源６１から第１の電極パターン５１に電圧を印加することで、第１の電極パターン５１と接地導体４との間に所定の電界が印加される。そのため、発生した電界によって放射素子２の直下の可変誘電率材料の誘電率が変化する。放射素子２の直下の誘電率が変化すると、放射素子２の電気長が変化し、アンテナ装置の共振周波数が変化する。したがって、スロット３を介して高周波信号を放射素子２に給電している構成を備えるアンテナ装置の周波数特性を変更することができる。
【００３２】
また、本実施の形態にかかる発明により、周波数分割されたチャネルを持つ周波数帯において、１つのアンテナ装置で複数のチャネルに対応できるアンテナ装置を提供することができる。すなわち、チャネルごとにアンテナ装置を準備する必要がなくなるため、アンテナ装置全体のコストやサイズを減らすことができる。また、共振型の狭帯域アンテナ装置であるため、近接するチャネルを含む他の周波数帯の信号の影響を受けにくい。このため、所望のチャネルの信号を効率的に取得することができる。
【００３３】
実施の形態２
次に、本発明の実施の形態２について説明する。図７（ａ）は、本実施の形態にかかるアンテナ装置を示す斜視図である。図７（ｂ）は、図７（ａ）に示すアンテナ装置のＣ−Ｃにおける断面図である。本実施の形態にかかるアンテナ装置は、実施の形態１にかかるアンテナ装置と比較して、スロット３の電気長を変更するための構成である第４の誘電体層１４、第２の電極パターン５２、および第２の直流電源６２を更に備える。これ以外は実施の形態１にかかるアンテナ装置と同様であるので、同一の構成要素については同一の符号を付し重複した説明は省略する。
【００３４】
すなわち、放射素子２と同様に、高周波信号の給電に用いているスロット３もその電気長に依存した周波数特性を持つ。また、第１の直流電源６１のみでは放射素子２の周波数特性と共にスロット３の周波数特性を変更することは困難である。このため、スロット３の周波数特性を変更するためには、スロット３内の誘電率も独立して変化させることが好ましい。放射素子２の周波数特性と共にスロット３の周波数特性を変更することにより、良好なＲＦ伝送特性を様々な周波数で得ることができる。
【００３５】
図７（ａ）、（ｂ）に示す本実施の形態にかかるアンテナ装置は、実施の形態１で説明した図６（ａ）、（ｂ）にかかるアンテナ装置の各構成要素に加えて、接地導体４および第１の誘電体層１１の下面（つまり、第１の誘電体層１１の下面側）に設けられた可変誘電率材料を含む第４の誘電体層１４と、第４の誘電体層１４の第１の誘電体層１１と反対側の面側に設けられ、可変電圧を印加可能な第２の電極パターン５２と、を備える。第２の電極パターン５２には可変電圧を印加可能な第２の直流電源（可変電圧直流電源）６２が接続されている。第４の誘電体層１４には、例えば比誘電率の電界依存特性を有するチタン酸バリウム等の誘電体セラミックス材料を用いることができる。ここで、図７（ａ）、（ｂ）に示すアンテナ装置では、接地導体４に設けられたスロットライン３１を用いて給電することができる。
【００３６】
図７（ａ）、（ｂ）に示す本実施の形態にかかるアンテナ装置では、第２の電極パターン５２から所定の電界を印加することで、スロット３の近傍に電界が発生する。ここで、スロット３の近傍には可変誘電率材料からなる第１の誘電体層１１および第４の誘電体層１４が存在する。そのため、スロット３の近傍に発生した電界によってスロット３内の誘電体の誘電率が変化する。スロット３内の誘電率が変化すると、スロット３の電気長が変化するため、スロット３の周波数特性が変化する。
【００３７】
また、図８（ａ）、（ｂ）は、本実施の形態にかかるアンテナ装置の他の態様を示す図である。図８（ａ）はアンテナ装置を示す斜視図であり、図８（ｂ）は図８（ａ）に示すアンテナ装置のＤ−Ｄにおける断面図である。図８（ａ）、（ｂ）に示す本実施の形態にかかるアンテナ装置は、実施の形態１で説明した図１乃至３に示したアンテナ装置の各構成要素に加えて、第３の誘電体層１３および線路導体７の下面（つまり、第３の誘電体層１３の第１の誘電体層１１と反対側の面）に設けられた第４の誘電体層１４と、第４の誘電体層１４の第３の誘電体層１３と反対側の面側に設けられ、可変電圧を印加可能な第２の電極パターン５２と、を備える。本実施の形態では、第３の誘電体層１３は可変誘電率材料を含み構成される。第２の電極パターン５２には可変電圧を印加可能な第２の直流電源６２が接続されている。ここで、図８（ａ）、（ｂ）に示すアンテナ装置では、線路導体７にＲＦ送信機８から高周波信号を供給することで、スロット３に高周波信号を給電することができる。
【００３８】
図８（ａ）、（ｂ）に示す本実施の形態にかかるアンテナ装置においても、第２の電極パターン５２から所定の電界を印加することで、スロット３の近傍に電界が発生する。ここで、スロット３の近傍には可変誘電率材料からなる第１の誘電体層１１および第３の誘電体層１３が存在する。そのため、スロット３の近傍に発生した電界によってスロット３内の誘電体の誘電率が変化する。スロット３内の誘電率が変化すると、スロット３の電気長が変化するため、スロット３の周波数特性が変化する。
【００３９】
なお、第４の誘電体層１４は、第２の誘電体層１２と同様に可変誘電率材料で構成しても、また、空気など一般的な誘電体で構成してもよい。第４の誘電体層１４を空気で構成する場合は、第３の誘電体層１３と離間して第２の電極パターン５２を設ける。また、第２の電極パターン５２は線路導体７と同一平面に設けてもよい。
【００４０】
また、図８（ａ）、（ｂ）に示したアンテナ装置のように、第３の誘電体層１３の下面に設けられた線路導体７を用いて高周波信号を給電する場合は、線路導体７にＲＦ送信機８と第２の直流電源６２とを接続し、ＲＦ送信機８から高周波信号を、第２の直流電源６２から直流電圧（バイアス）を、線路導体７に重畳して印加してもよい。これにより、高周波信号を伝送する機能を保ちながら線路導体７を第２の電極パターン５２として利用することができる。
【００４１】
また、第２の電極パターン５２には、第１の電極パターン５１に印加される電圧の極性と逆の極性を有する電圧を印加することが好ましい。第１および第２の電極パターン５１、５２の間の電位差によって、スロット３内に効果的に電界を発生させることができるからである。
【００４２】
図９は、図８に示したアンテナ装置において第１の電極パターン５１に−２０Ｖ、第２の電極パターン５２に＋２０Ｖ、接地導体４に０Ｖの電位を与えた場合の、線路導体７を含む断面における静電界の電束密度のシミュレーション結果である。図９に示すように、電位が与えられた第１の電極パターン５１の効果により、放射素子２に直接電位を与えることなく放射素子２直下に電界を生じさせることができる。
【００４３】
よって、第１の誘電体層１１に用いた可変誘電率材料の特性を踏まえて電極パターン５１に与える電位を第１の直流電源６１を用いて調整することにより、放射素子２の共振周波数を変化させることができ、アンテナ装置としての動作周波数を所定の周波数に変更することができる。
【００４４】
また、電位が与えられた第２の電極パターン５２の効果により、スロット３内部にも電界を生じさせることができる。第１および第３の誘電体層１１、１３に用いた可変誘電率材料の特性を踏まえて第１および第２の電極パターン５１、５２に与える電位を第１および第２の直流電源６１、６２を用いて調整することで、所定の周波数において反射する信号を最小にすることができ、最良の放射効率を得ることができる。
【００４５】
また、本実施の形態にかかるアンテナ装置も、実施の形態１と同様の方法を用いて製造することができる。第２の電極パターン５２を設ける構造では、実施の形態１の場合と同様に金属ケースを用いることができる。この場合は、放射素子２と接地導体４とが形成された可変誘電率基板１１（第１の誘電体層１１に対応）を覆う金属ケースの上面５１（第１の電極パターン５１に対応）と下面５２（第２の電極パターン５２に対応）を絶縁し、上面５１に第１の直流電源６１を、下面５２に第２の直流電源６２をそれぞれ接続する。このとき、基板１１と金属ケースとの間の空気層が第２の誘電体層１２および第４の誘電体層１４に相当する。
【００４６】
実施の形態３
次に、本発明の実施の形態３について説明する。本発明の実施の形態３は、実施の形態１および実施の形態２で説明したアンテナ装置をアレイ状に配置したアレイアンテナ装置である。アレイアンテナ装置の特性は、それぞれのアンテナ装置の周波数特性が揃っていることが求められる。
【００４７】
図１０は、実施の形態１および実施の形態２で説明した構造のアンテナ装置（例えば図１乃至３を参照）を複数配列して構成したアレイアンテナ装置を示す図である。各アンテナ装置の各放射素子２の製造寸法にばらつきがある場合、図１０のようにぞれぞれの第１の電極パターン５１にそれぞれの放射素子２に対応した電圧を各アンテナ装置に接続された第１の直流電源６１を用いて印加する。このように、各アンテナ装置の放射素子２の電気長を調整することで、各アンテナ装置の周波数特性を一致させることができ、アレイアンテナ装置としての性能を向上させることができる。つまり、本実施の形態にかかる発明により、特定の周波数でアンテナ装置を用いる場合において、製造過程で生じる各アンテナ装置の特性ばらつきを、各アンテナ装置の第１の電極パターン５１に印加する電圧をそれぞれ調整することで補償することができる。
【００４８】
図１１は、実施の形態１および実施の形態２で説明した構造のアンテナ装置（例えば図１乃至３を参照）を複数配列して構成したアレイアンテナ装置を示す図である。図１１に示すアレイアンテナ装置では、各アンテナ装置の第１の電極パターン５１をそれぞれ結合している。アレイアンテナ装置を構成する全ての放射素子２が同一寸法であり、第１の電極パターン５１が各放射素子２に対して同様に配置されている場合、各アンテナ装置の周波数特性を同様に変更するための電圧は同一となる。そのため、図１１のように各アンテナ装置の第１の電極パターン５１をそれぞれ結合して同電位とすることが可能であり、第１の直流電源６１を１つにまとめてアレイアンテナ全体の周波数特性を変更できる。第２の電極パターン５２を備える実施の形態２で説明したアンテナ装置を複数配列した場合は、第２の電極パターン５２も結合することができ、第２の直流電源６２も１つにまとめることができる。なお、アレイアンテナ装置の配列方向や間隔については、図１０、図１１に示した構成に限定されることはない。
【００４９】
以上、本発明を上記実施形態に即して説明したが、上記実施形態の構成にのみ限定されるものではなく、本願特許請求の範囲の請求項の発明の範囲内で当業者であればなし得る各種変形、修正、組み合わせを含むことは勿論である。
【符号の説明】
【００５０】
２ 放射素子
３ スロット
４ 接地導体
７ 線路導体
８ ＲＦ送信機
１１ 第１の誘電体層
１２ 第２の誘電体層
１３ 第３の誘電体層
１４ 第４の誘電体層
３１ スロットライン
５１ 第１の電極パターン
５２ 第２の電極パターン
６１ 第１の直流電源
６２ 第２の直流電源
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アンテナ装置に関し、特に周波数特性を変更できるアンテナ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ミリ波近距離レーダでは、４ＧＨｚ程度の帯域幅を４つのチャネルに周波数分割して用いる規格が制定されている。パッチアンテナに代表される共振型の狭帯域アンテナ１つで周波数分割された複数チャネルに対応するためには、周波数特性を変更することが必要となる。周波数特性を変更できるアンテナ装置に関しては次のような技術が存在する。
【０００３】
特許文献１には、広い周波数帯あるいは複数の周波数を１つのアンテナでカバーできるパッチアンテナ装置に関する技術が開示されている。図１２は、特許文献１に開示されているパッチアンテナ装置を示す図である。図１２に示すように、特許文献１に開示されているパッチアンテナ装置は、裏面にパッチ部１０２が設けられたガラス基板１０４、アース電位にセットされたグランド基板１０３およびガラス基板１０４の裏面とグランド基板１０３との間に介在される液晶層１０１を含むパッチアンテナと、パッチ部１０２とグランド基板１０３との間に可変電界を印加するための可変電界印加手段１０５とを備える。そして、可変電界印加手段１０５を用いて液晶層１０１に印加される電界の大きさおよび方向を変化させて液晶層１０１の誘電率を変化させることで、複数の周波数に対応できるパッチアンテナを構成している。
【０００４】
また、図１３は特許文献２に開示されているアンテナ装置を示す図である。図１３に示すように、特許文献２に開示されているアンテナ装置は、絶縁層２３０上に放射素子２２０及び導電線路２２０'が設けられている。絶縁層２３０は、透明電極２２５、上部誘電板２３０'、液晶２５０、下部誘電板２５５、及び下部電極２６０を備えるＬＣＤ上に設けられている。下部電極２６０は、共通電位、例えば接地電位に接続される。透明電極２２５は、電位２９０に個別に結合させることができる。いずれかの透明電極２２５上の電位が変化したときは、当該電極の下方にある液晶の誘電率が変化し、その結果、導電線路２２０'の位相変化が誘起される。位相変化は、透明電極２２５に印加される電圧量を制御することによって、また、電圧を印加する電極数を制御することによって制御することができる。
【０００５】
また、特許文献３には、基板の誘電率を変更して伝送特性を変更することができるストリップ線路型伝送路に関する技術が開示されている。また、特許文献４には、強誘電体アンテナおよびその調整方法に関する技術が開示されている。また、特許文献５には、アンテナ共振周波数を可変として広帯域化が図れるアンテナ装置に関する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−３４１０２７号公報
【特許文献２】特表２００９−５３８５６５号公報
【特許文献３】国際公開第２００８／００７５４５号
【特許文献４】特開２００８−１６７４７４号公報
【特許文献５】特開平１１−１５４８２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
図１４は、パッチアンテナ装置の一例を示す図である。図１４に示すパッチアンテナ装置は、誘電体層３０９、３１３、放射素子（パッチ部）３０２、スロット３０３、接地導体３０４、および線路導体３０７を有する。図１４に示すパッチアンテナ装置では、ＲＦ送信機３０８から供給される高周波信号を、スロット３０３を介して放射素子３０２へ給電している。
【０００８】
一方、特許文献１にかかるパッチアンテナ装置では、ガラス基板１０４の裏面に設けられたパッチ部１０２にバイアス（直流電圧）を供給し、当該バイアスにより印加される電界を用いて液晶層１０１の誘電率を変化させている。このように液晶層１０１の誘電率を変化させることで、パッチアンテナが複数の周波数に対応することを可能にしている。
【０００９】
しかしながら、図１４に示す構成を備えるパッチアンテナでは、スロット３０３を介して高周波信号を放射素子３０２へ給電しているため、放射素子３０２にバイアス（直流電圧）を供給することができない。このため、図１４に示す構成を備えるパッチアンテナ、つまりスロットを介して高周波信号を放射素子に給電しているパッチアンテナにおいて、図１２に示した特許文献１に開示されている構成を適用することができない。
【００１０】
また、図１３に示した特許文献２に開示されているアンテナ装置では、上部誘電板２３０'に透明電極２２５が設けられている。このため、スロット３０３を介して高周波信号を放射素子３０２へ給電している図１４に示したパッチアンテナでは、特許文献２に開示されている構成を適用することができない。
【００１１】
上記課題に鑑み本発明の目的は、スロットを介して高周波信号を放射素子に給電しているアンテナ装置において、周波数特性を所望の特性に変更することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明にかかるアンテナ装置は、印加される電界によって誘電率が変化する可変誘電率材料を含む第１の誘電体層と、前記第１の誘電体層の第１の面に設けられた放射素子と、前記第１の誘電体層の第２の面に設けられると共に、前記放射素子と対向する位置にスロットが形成された接地導体と、前記第１の誘電体層の前記第１の面側に前記放射素子と垂直方向において重畳しないように設けられ、可変電圧を印加可能な第１の電極パターンと、を備え、前記第１の電極パターンから前記第１の誘電体層に所定の電界を印加することで前記第１の誘電体層の誘電率を変化させて前記放射素子の電気長を変化させる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明により、スロットを介して高周波信号を放射素子に給電しているアンテナ装置において、周波数特性を所望の特性に変更することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施の形態１にかかるアンテナ装置を示す斜視図である。
【図２】実施の形態１にかかるアンテナ装置を示す上面図である。
【図３】図２に示すアンテナ装置のＡ−Ａにおける断面図である。
【図４】実施の形態１にかかるアンテナ装置の他の態様を示す断面図である。
【図５】実施の形態１にかかるアンテナ装置の他の態様を示す断面図である。
【図６】実施の形態１にかかるアンテナ装置の他の態様を示す図である。（ａ）はアンテナ装置を示す斜視図であり、（ｂ）は（ａ）に示すアンテナ装置のＢ−Ｂにおける断面図である。
【図７】実施の形態２にかかるアンテナ装置を示す図である。（ａ）はアンテナ装置を示す斜視図であり、（ｂ）は（ａ）に示すアンテナ装置のＣ−Ｃにおける断面図である。
【図８】実施の形態２にかかるアンテナ装置の他の態様を示す図である。（ａ）はアンテナ装置を示す斜視図であり、（ｂ）は（ａ）に示すアンテナ装置のＤ−Ｄにおける断面図である。
【図９】実施の形態２にかかるアンテナ装置の静電界シミュレーションの結果を示す図である。
【図１０】実施の形態３にかかるアレイアンテナ装置を示す図である。
【図１１】実施の形態３にかかるアレイアンテナ装置の他の態様を示す図である。
【図１２】背景技術を説明するための図である。
【図１３】背景技術を説明するための図である。
【図１４】本発明の課題を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
実施の形態１
以下、図面を参照して本発明の実施の形態１について説明する。図１は、本実施の形態にかかるアンテナ装置を示す斜視図である。図２は、本実施の形態にかかるアンテナ装置を示す上面図である。図３は、図２に示すアンテナ装置のＡ−Ａにおける断面図である。
【００１６】
図１乃至３に示すように、本実施の形態にかかるアンテナ装置は、印加される電界によって誘電率が変化する可変誘電率材料を含む第１の誘電体層１１と、第１の誘電体層１１の上面（第１の面）に設けられた放射素子２と、第１の誘電体層１１の下面（第２の面）に設けられると共に、放射素子２と対向する位置にスロット３が形成された接地導体４と、第１の誘電体層１１の上面側に放射素子２と垂直方向において重畳しないように設けられ、可変電圧を印加可能な第１の電極パターン５１と、を備える。本実施の形態にかかるアンテナ装置では、第１の電極パターン５１から第１の誘電体層１１に所定の電界を印加し第１の誘電体層１１の誘電率を変化させることで、放射素子２の電気長を変化させている。これにより、スロット３を介して高周波信号を放射素子２に給電しているアンテナ装置において、周波数特性を所望の特性に変更することができる。以下、本実施の形態にかかるアンテナ装置について詳細に説明する。
【００１７】
第１の誘電体層１１は、印加される電界によって誘電率が変化する可変誘電率材料を含む誘電体層である。ここで、可変誘電率材料としては、例えば比誘電率の電界依存特性を有するチタン酸バリウム等の誘電体セラミックス材料や液晶材料を用いることができる。図３に示すように、第１の誘電体層１１の上面にはパッチ形状の放射素子２が設けられている。また、第１の誘電体層１１の下面には接地導体４が設けられている。
【００１８】
図２に示すように、放射素子２は例えば正方形とすることができる。しかし、放射素子２の形状はこれに限定されることはなく、他の任意の形状としてもよい。接地導体４には、放射素子２と対向する位置にスロット３が形成されている。スロット３の形状は例えば十字形とすることができる。しかし、放射素子２の形状はこれに限定されることはなく、他の任意の形状としてもよい。すなわち、放射素子２およびスロット３の形状は、図２に示した形状に限定されることはなく、高周波信号を放射・伝送できる形状であればどのような形状であってもよい。また、接地導体４は、接地電位４１に接続されている。
【００１９】
第１の誘電体層１１および放射素子２の上面には、更に第２の誘電体層１２を形成してもよい。第２の誘電体層１２には通常の誘電体材料を用いてもよく、また、第１の誘電体層１１と同様に可変誘電率材料を用いてもよい。第２の誘電体層１２の上面には第１の電極パターン５１が形成されている。第１の電極パターン５１の形状は、放射素子２と垂直方向において重畳しない形状とすることが好ましい。すなわち、図２に示すように、本実施の形態にかかるアンテナ装置を上面から見た際に、放射素子２と第１の電極パターン５１とが互いに重ならないような形状とすることが好ましい。
【００２０】
本実施の形態では、図２に示すように、第１の電極パターン５１の形状を、放射素子２に対応した正方形の開口を備えた形状とすることができる。なお、第１の電極パターン５１の形状は図２に示した形状に限定されることはない。また、上述したように第１の電極パターン５１は放射する信号を阻害しないように放射素子２の直上を覆わないことが好ましいが、放射する信号への影響が小さい場合には、第１の電極パターン５１の形状は、垂直方向において放射素子２と若干重畳する形状としてもよい。
【００２１】
また、第１の電極パターン５１は第１の直流電源（可変電圧直流電源）６１に接続されている。第１の直流電源６１は、第１の電極パターン５１に直流電圧（可変）を印加することができる。ここで、第１の直流電源６１の極性は正でも負でもよい。また、第１の電極パターン５１は高周波信号にとって接地されているようにするためにコンデンサを介して接地することが好ましい。
【００２２】
また、第１の誘電体層１１の下面には第３の誘電体層１３を設けてもよい。この場合、第３の誘電体層１３の第１の誘電体層１１と反対側の面（下面）に線路導体７を設け、この線路導体７にＲＦ送信機８から高周波信号を供給することで、スロット３に高周波信号を給電することができる。
【００２３】
上記構成を備える本実施の形態にかかるアンテナ装置において、第１の直流電源６１から第１の電極パターン５１に電圧を印加することで、第１の電極パターン５１と接地導体４との間には所定の電界が印加される。ここで、第１の電極パターン５１と接地導体４との間には、放射素子２と可変誘電率材料からなる第１の誘電体層１１が存在する（図３参照）。そのため、発生した電界によって放射素子２の直下の可変誘電率材料の誘電率が変化する。放射素子２の直下の誘電率が変化すると、放射素子２の電気長が変化し、アンテナ装置の共振周波数が変化する。したがって、スロット３を介して高周波信号を放射素子２に給電している構成を備えるアンテナ装置の周波数特性を変更することができる。
【００２４】
なお、本実施の形態にかかるアンテナ装置の構成は、以下のように適宜変更することができる。図１乃至３で示したアンテナ装置では、第１の誘電体層１１および放射素子２の上面に第２の誘電体層１２を形成し、当該第２の誘電体層１２の上面に第１の電極パターン５１を形成した例を示した。しかし、第１の電極パターン５１の配置や形状については、下部からの高周波信号の給電を阻害せず、更に放射素子２の周辺に電界が生じ第１の誘電体層１１の誘電率を変更できる構造であれば、図４に示す構成としてもよい。つまり、第２の誘電体層１２を設けずに第１の電極パターン５１を第１の誘電体層１１の上面（つまり、放射素子２と同一平面上）に形成してもよい。このとき、第１の直流電源６１に接続された第１の電極パターン５１と放射素子２とが電気的に接続してしまうとアンテナの放射特性に甚大な影響を与えるため、第１の電極パターン５１と放射素子２とが電気的に接続しないようにすることが好ましい。
【００２５】
また、空気も誘電体であるため、図５に示すように第２の誘電体層１２を空気とする構成、すなわち第１の電極パターン５１を放射素子２と垂直方向に離間し、放射素子２の上部に形成する構成としてもよい。このとき、第１の電極パターン５１を固定するために別の支持体が必要となるが、第１の電極パターン５１の剛性が高ければ支持体を放射素子２の近くに配置する必要は無い。
【００２６】
また、図１乃至３で示したアンテナ装置では、スロット３に高周波信号を給電するためにＲＦ送信機８に接続された線路導体７および第３の誘電体層１３を設けていた。しかし、スロット３への給電方法はこれに限定されることはなく、図６（ａ）、（ｂ）に示すように接地導体４にスロットライン３１を設け、当該スロットライン３１を用いて給電してもよい。また、ＲＦ送信機８に接続する以外に、例えば、受信機、増幅器、結合器などに接続してもよい。なお、図６（ａ）、（ｂ）では、第２の誘電体層１２を第１の誘電体層１１の上面に設け、第２の誘電体層１２の上面に第１の電極パターン５１を設けた例を示した。しかし、図６（ａ）、（ｂ）に示したアンテナ装置においても、図５に示したように第２の誘電体層１２を空気とする構成、すなわち第１の電極パターン５１を放射素子２と垂直方向に離間して、放射素子２の上部に形成する構成としてもよい。
【００２７】
次に、本実施の形態にかかるアンテナ装置の製造方法の一例について説明する。例えば、液晶など単体で形状を保つことができない可変誘電率材料を第１の誘電体層１１として用いる場合は、次のように構成する。スロット３を設けた接地導体４が形成された剛体誘電体基板（第３の誘電体層１３に対応）と、放射素子２と電極パターン５１を形成した剛体誘電体基板（第２の誘電体層１２に対応）とによって可変誘電率材料を挟む。そして、これらの剛体誘電体基板の周囲を剛体誘電体で覆う。
【００２８】
また、剛性の高い強誘電体などの可変誘電率材料を用いる場合は、可変誘電率材料からなる基板１１（第１の誘電体層１１に対応）の裏面にスロット３を設けた接地導体４を形成し、基板１１の表面に放射素子２と電極パターン５１を形成することで製造することができる。あるいは、スロット３を用いて給電される放射素子２が形成された可変誘電率基板１１（第１の誘電体層１１に対応）に、電極パターン５１が形成された誘電体基板１２（第２の誘電体層１２に対応）を積層することでも製造することができる。また、基板１１全体を電極パターン５１で覆うように構成してもよい。
【００２９】
第１の電極パターン５１は、アンテナ保護に用いられる金属ケースと同様の形状とすることができる。このとき本実施の形態にかかるアンテナ装置の構造は、放射素子２と接地導体４とが形成された可変誘電率基板１１（第１の誘電体層１１に対応）を覆う金属ケースに第１の直流電源６１が接続された構造である。また、可変誘電率基板１１と金属ケースとの間の空気層が第２の誘電体層１２に相当する。
【００３０】
アンテナ保護に用いる金属ケースには、第１の電極パターン５１と同様に、放射を阻害しないために放射素子の直上に開口を設けた金属ケースが用いられる。保護用途の場合は金属ケースを接地電位に接続する。しかし、本実施の形態にかかるアンテナ装置では、金属ケースに第１の直流電源６１を用いて可変電位を与えることで、放射素子２と接地導体４とが形成された可変誘電率基板１１（第１の誘電体層１１に対応）の誘電率を変更することができる。
【００３１】
以上で説明したように、本実施の形態にかかるアンテナ装置では、第１の直流電源６１から第１の電極パターン５１に電圧を印加することで、第１の電極パターン５１と接地導体４との間に所定の電界が印加される。そのため、発生した電界によって放射素子２の直下の可変誘電率材料の誘電率が変化する。放射素子２の直下の誘電率が変化すると、放射素子２の電気長が変化し、アンテナ装置の共振周波数が変化する。したがって、スロット３を介して高周波信号を放射素子２に給電している構成を備えるアンテナ装置の周波数特性を変更することができる。
【００３２】
また、本実施の形態にかかる発明により、周波数分割されたチャネルを持つ周波数帯において、１つのアンテナ装置で複数のチャネルに対応できるアンテナ装置を提供することができる。すなわち、チャネルごとにアンテナ装置を準備する必要がなくなるため、アンテナ装置全体のコストやサイズを減らすことができる。また、共振型の狭帯域アンテナ装置であるため、近接するチャネルを含む他の周波数帯の信号の影響を受けにくい。このため、所望のチャネルの信号を効率的に取得することができる。
【００３３】
実施の形態２
次に、本発明の実施の形態２について説明する。図７（ａ）は、本実施の形態にかかるアンテナ装置を示す斜視図である。図７（ｂ）は、図７（ａ）に示すアンテナ装置のＣ−Ｃにおける断面図である。本実施の形態にかかるアンテナ装置は、実施の形態１にかかるアンテナ装置と比較して、スロット３の電気長を変更するための構成である第４の誘電体層１４、第２の電極パターン５２、および第２の直流電源６２を更に備える。これ以外は実施の形態１にかかるアンテナ装置と同様であるので、同一の構成要素については同一の符号を付し重複した説明は省略する。
【００３４】
すなわち、放射素子２と同様に、高周波信号の給電に用いているスロット３もその電気長に依存した周波数特性を持つ。また、第１の直流電源６１のみでは放射素子２の周波数特性と共にスロット３の周波数特性を変更することは困難である。このため、スロット３の周波数特性を変更するためには、スロット３内の誘電率も独立して変化させることが好ましい。放射素子２の周波数特性と共にスロット３の周波数特性を変更することにより、良好なＲＦ伝送特性を様々な周波数で得ることができる。
【００３５】
図７（ａ）、（ｂ）に示す本実施の形態にかかるアンテナ装置は、実施の形態１で説明した図６（ａ）、（ｂ）にかかるアンテナ装置の各構成要素に加えて、接地導体４および第１の誘電体層１１の下面（つまり、第１の誘電体層１１の下面側）に設けられた可変誘電率材料を含む第４の誘電体層１４と、第４の誘電体層１４の第１の誘電体層１１と反対側の面側に設けられ、可変電圧を印加可能な第２の電極パターン５２と、を備える。第２の電極パターン５２には可変電圧を印加可能な第２の直流電源（可変電圧直流電源）６２が接続されている。第４の誘電体層１４には、例えば比誘電率の電界依存特性を有するチタン酸バリウム等の誘電体セラミックス材料を用いることができる。ここで、図７（ａ）、（ｂ）に示すアンテナ装置では、接地導体４に設けられたスロットライン３１を用いて給電することができる。
【００３６】
図７（ａ）、（ｂ）に示す本実施の形態にかかるアンテナ装置では、第２の電極パターン５２から所定の電界を印加することで、スロット３の近傍に電界が発生する。ここで、スロット３の近傍には可変誘電率材料からなる第１の誘電体層１１および第４の誘電体層１４が存在する。そのため、スロット３の近傍に発生した電界によってスロット３内の誘電体の誘電率が変化する。スロット３内の誘電率が変化すると、スロット３の電気長が変化するため、スロット３の周波数特性が変化する。
【００３７】
また、図８（ａ）、（ｂ）は、本実施の形態にかかるアンテナ装置の他の態様を示す図である。図８（ａ）はアンテナ装置を示す斜視図であり、図８（ｂ）は図８（ａ）に示すアンテナ装置のＤ−Ｄにおける断面図である。図８（ａ）、（ｂ）に示す本実施の形態にかかるアンテナ装置は、実施の形態１で説明した図１乃至３に示したアンテナ装置の各構成要素に加えて、第３の誘電体層１３および線路導体７の下面（つまり、第３の誘電体層１３の第１の誘電体層１１と反対側の面）に設けられた第４の誘電体層１４と、第４の誘電体層１４の第３の誘電体層１３と反対側の面側に設けられ、可変電圧を印加可能な第２の電極パターン５２と、を備える。本実施の形態では、第３の誘電体層１３は可変誘電率材料を含み構成される。第２の電極パターン５２には可変電圧を印加可能な第２の直流電源６２が接続されている。ここで、図８（ａ）、（ｂ）に示すアンテナ装置では、線路導体７にＲＦ送信機８から高周波信号を供給することで、スロット３に高周波信号を給電することができる。
【００３８】
図８（ａ）、（ｂ）に示す本実施の形態にかかるアンテナ装置においても、第２の電極パターン５２から所定の電界を印加することで、スロット３の近傍に電界が発生する。ここで、スロット３の近傍には可変誘電率材料からなる第１の誘電体層１１および第３の誘電体層１３が存在する。そのため、スロット３の近傍に発生した電界によってスロット３内の誘電体の誘電率が変化する。スロット３内の誘電率が変化すると、スロット３の電気長が変化するため、スロット３の周波数特性が変化する。
【００３９】
なお、第４の誘電体層１４は、第２の誘電体層１２と同様に可変誘電率材料で構成しても、また、空気など一般的な誘電体で構成してもよい。第４の誘電体層１４を空気で構成する場合は、第３の誘電体層１３と離間して第２の電極パターン５２を設ける。また、第２の電極パターン５２は線路導体７と同一平面に設けてもよい。
【００４０】
また、図８（ａ）、（ｂ）に示したアンテナ装置のように、第３の誘電体層１３の下面に設けられた線路導体７を用いて高周波信号を給電する場合は、線路導体７にＲＦ送信機８と第２の直流電源６２とを接続し、ＲＦ送信機８から高周波信号を、第２の直流電源６２から直流電圧（バイアス）を、線路導体７に重畳して印加してもよい。これにより、高周波信号を伝送する機能を保ちながら線路導体７を第２の電極パターン５２として利用することができる。
【００４１】
また、第２の電極パターン５２には、第１の電極パターン５１に印加される電圧の極性と逆の極性を有する電圧を印加することが好ましい。第１および第２の電極パターン５１、５２の間の電位差によって、スロット３内に効果的に電界を発生させることができるからである。
【００４２】
図９は、図８に示したアンテナ装置において第１の電極パターン５１に−２０Ｖ、第２の電極パターン５２に＋２０Ｖ、接地導体４に０Ｖの電位を与えた場合の、線路導体７を含む断面における静電界の電束密度のシミュレーション結果である。図９に示すように、電位が与えられた第１の電極パターン５１の効果により、放射素子２に直接電位を与えることなく放射素子２直下に電界を生じさせることができる。
【００４３】
よって、第１の誘電体層１１に用いた可変誘電率材料の特性を踏まえて電極パターン５１に与える電位を第１の直流電源６１を用いて調整することにより、放射素子２の共振周波数を変化させることができ、アンテナ装置としての動作周波数を所定の周波数に変更することができる。
【００４４】
また、電位が与えられた第２の電極パターン５２の効果により、スロット３内部にも電界を生じさせることができる。第１および第３の誘電体層１１、１３に用いた可変誘電率材料の特性を踏まえて第１および第２の電極パターン５１、５２に与える電位を第１および第２の直流電源６１、６２を用いて調整することで、所定の周波数において反射する信号を最小にすることができ、最良の放射効率を得ることができる。
【００４５】
また、本実施の形態にかかるアンテナ装置も、実施の形態１と同様の方法を用いて製造することができる。第２の電極パターン５２を設ける構造では、実施の形態１の場合と同様に金属ケースを用いることができる。この場合は、放射素子２と接地導体４とが形成された可変誘電率基板１１（第１の誘電体層１１に対応）を覆う金属ケースの上面５１（第１の電極パターン５１に対応）と下面５２（第２の電極パターン５２に対応）を絶縁し、上面５１に第１の直流電源６１を、下面５２に第２の直流電源６２をそれぞれ接続する。このとき、基板１１と金属ケースとの間の空気層が第２の誘電体層１２および第４の誘電体層１４に相当する。
【００４６】
実施の形態３
次に、本発明の実施の形態３について説明する。本発明の実施の形態３は、実施の形態１および実施の形態２で説明したアンテナ装置をアレイ状に配置したアレイアンテナ装置である。アレイアンテナ装置の特性は、それぞれのアンテナ装置の周波数特性が揃っていることが求められる。
【００４７】
図１０は、実施の形態１および実施の形態２で説明した構造のアンテナ装置（例えば図１乃至３を参照）を複数配列して構成したアレイアンテナ装置を示す図である。各アンテナ装置の各放射素子２の製造寸法にばらつきがある場合、図１０のようにぞれぞれの第１の電極パターン５１にそれぞれの放射素子２に対応した電圧を各アンテナ装置に接続された第１の直流電源６１を用いて印加する。このように、各アンテナ装置の放射素子２の電気長を調整することで、各アンテナ装置の周波数特性を一致させることができ、アレイアンテナ装置としての性能を向上させることができる。つまり、本実施の形態にかかる発明により、特定の周波数でアンテナ装置を用いる場合において、製造過程で生じる各アンテナ装置の特性ばらつきを、各アンテナ装置の第１の電極パターン５１に印加する電圧をそれぞれ調整することで補償することができる。
【００４８】
図１１は、実施の形態１および実施の形態２で説明した構造のアンテナ装置（例えば図１乃至３を参照）を複数配列して構成したアレイアンテナ装置を示す図である。図１１に示すアレイアンテナ装置では、各アンテナ装置の第１の電極パターン５１をそれぞれ結合している。アレイアンテナ装置を構成する全ての放射素子２が同一寸法であり、第１の電極パターン５１が各放射素子２に対して同様に配置されている場合、各アンテナ装置の周波数特性を同様に変更するための電圧は同一となる。そのため、図１１のように各アンテナ装置の第１の電極パターン５１をそれぞれ結合して同電位とすることが可能であり、第１の直流電源６１を１つにまとめてアレイアンテナ全体の周波数特性を変更できる。第２の電極パターン５２を備える実施の形態２で説明したアンテナ装置を複数配列した場合は、第２の電極パターン５２も結合することができ、第２の直流電源６２も１つにまとめることができる。なお、アレイアンテナ装置の配列方向や間隔については、図１０、図１１に示した構成に限定されることはない。
【００４９】
以上、本発明を上記実施形態に即して説明したが、上記実施形態の構成にのみ限定されるものではなく、本願特許請求の範囲の請求項の発明の範囲内で当業者であればなし得る各種変形、修正、組み合わせを含むことは勿論である。
【符号の説明】
【００５０】
２ 放射素子
３ スロット
４ 接地導体
７ 線路導体
８ ＲＦ送信機
１１ 第１の誘電体層
１２ 第２の誘電体層
１３ 第３の誘電体層
１４ 第４の誘電体層
３１ スロットライン
５１ 第１の電極パターン
５２ 第２の電極パターン
６１ 第１の直流電源
６２ 第２の直流電源
【特許請求の範囲】
【請求項１】
印加される電界によって誘電率が変化する可変誘電率材料を含む第１の誘電体層と、
前記第１の誘電体層の第１の面に設けられた放射素子と、
前記第１の誘電体層の第２の面に設けられると共に、前記放射素子と対向する位置にスロットが形成された接地導体と、
前記第１の誘電体層の前記第１の面側に前記放射素子と垂直方向において重畳しないように設けられ、可変電圧を印加可能な第１の電極パターンと、を備え、
前記第１の電極パターンから前記第１の誘電体層に所定の電界を印加することで当該第１の誘電体層の誘電率を変化させて前記放射素子の電気長を変化させる、
アンテナ装置。
【請求項２】
前記第１の誘電体層の前記第１の面に可変誘電率材料を含む第２の誘電体層を更に備え、前記第１の電極パターンは当該第２の誘電体層を介して設けられている、請求項１に記載のアンテナ装置。
【請求項３】
前記第１の電極パターンは前記第１の誘電体層の前記第１の面に設けられている、請求項１に記載のアンテナ装置。
【請求項４】
前記第１の電極パターンは前記第１の誘電体層の前記第１の面と空気を介して離間して設けられている、請求項１に記載のアンテナ装置。
【請求項５】
前記接地導体は前記スロットに高周波信号を給電するためのスロットラインを備える、請求項１乃至４に記載のアンテナ装置。
【請求項６】
前記接地導体の前記第１の誘電体層と反対側の面に設けられた第３の誘電体層と、
前記第３の誘電体層の前記接地導体と反対側の面に設けられ、前記スロットに高周波信号を給電する線路導体と、を更に備える、
請求項１乃至４に記載のアンテナ装置。
【請求項７】
前記接地導体の前記第１の誘電体層と反対側の面に設けられた可変誘電率材料を含む第４の誘電体層と、
前記第４の誘電体層の前記接地導体と反対側の面側に設けられ、可変電圧を印加可能な第２の電極パターンと、を更に備え、
前記第２の電極パターンから所定の電界を印加することで前記スロット内の誘電率を変化させる、
請求項１乃至５に記載のアンテナ装置。
【請求項８】
前記第３の誘電体層の前記接地導体と反対側の面に設けられた第４の誘電体層と、
前記第４の誘電体層の前記第３の誘電体層と反対側の面側に設けられ、可変電圧を印加可能な第２の電極パターンと、を更に備え、
前記第３の誘電体層は可変誘電率材料を含み、前記第２の電極パターンから所定の電界を印加することで前記スロット内の誘電率を変化させる、
請求項６に記載のアンテナ装置。
【請求項９】
前記第２の電極パターンから印可される電圧の極性は、前記第１の電極パターンから印加される電圧の極性と逆の極性である、請求項７または８に記載のアンテナ装置。
【請求項１０】
請求項１乃至８に記載のアンテナ装置が複数配列されたアレイアンテナ装置。
【請求項１】
印加される電界によって誘電率が変化する可変誘電率材料を含む第１の誘電体層と、
前記第１の誘電体層の第１の面に設けられた放射素子と、
前記第１の誘電体層の第２の面に設けられると共に、前記放射素子と対向する位置にスロットが形成された接地導体と、
前記第１の誘電体層の前記第１の面側に前記放射素子と垂直方向において重畳しないように設けられ、可変電圧を印加可能な第１の電極パターンと、を備え、
前記第１の電極パターンから前記第１の誘電体層に所定の電界を印加することで当該第１の誘電体層の誘電率を変化させて前記放射素子の電気長を変化させる、
アンテナ装置。
【請求項２】
前記第１の誘電体層の前記第１の面に可変誘電率材料を含む第２の誘電体層を更に備え、前記第１の電極パターンは当該第２の誘電体層を介して設けられている、請求項１に記載のアンテナ装置。
【請求項３】
前記第１の電極パターンは前記第１の誘電体層の前記第１の面に設けられている、請求項１に記載のアンテナ装置。
【請求項４】
前記第１の電極パターンは前記第１の誘電体層の前記第１の面と空気を介して離間して設けられている、請求項１に記載のアンテナ装置。
【請求項５】
前記接地導体は前記スロットに高周波信号を給電するためのスロットラインを備える、請求項１乃至４に記載のアンテナ装置。
【請求項６】
前記接地導体の前記第１の誘電体層と反対側の面に設けられた第３の誘電体層と、
前記第３の誘電体層の前記接地導体と反対側の面に設けられ、前記スロットに高周波信号を給電する線路導体と、を更に備える、
請求項１乃至４に記載のアンテナ装置。
【請求項７】
前記接地導体の前記第１の誘電体層と反対側の面に設けられた可変誘電率材料を含む第４の誘電体層と、
前記第４の誘電体層の前記接地導体と反対側の面側に設けられ、可変電圧を印加可能な第２の電極パターンと、を更に備え、
前記第２の電極パターンから所定の電界を印加することで前記スロット内の誘電率を変化させる、
請求項１乃至５に記載のアンテナ装置。
【請求項８】
前記第３の誘電体層の前記接地導体と反対側の面に設けられた第４の誘電体層と、
前記第４の誘電体層の前記第３の誘電体層と反対側の面側に設けられ、可変電圧を印加可能な第２の電極パターンと、を更に備え、
前記第３の誘電体層は可変誘電率材料を含み、前記第２の電極パターンから所定の電界を印加することで前記スロット内の誘電率を変化させる、
請求項６に記載のアンテナ装置。
【請求項９】
前記第２の電極パターンから印可される電圧の極性は、前記第１の電極パターンから印加される電圧の極性と逆の極性である、請求項７または８に記載のアンテナ装置。
【請求項１０】
請求項１乃至８に記載のアンテナ装置が複数配列されたアレイアンテナ装置。
【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】
【公開番号】特開２０１２−８５１４５（Ｐ２０１２−８５１４５Ａ）
【公開日】平成２４年４月２６日（２０１２．４．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２３０４２９（Ｐ２０１０−２３０４２９）
【出願日】平成２２年１０月１３日（２０１０．１０．１３）
【出願人】（０００００４２３７）日本電気株式会社 (19,353)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年４月２６日（２０１２．４．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１０月１３日（２０１０．１０．１３）
【出願人】（０００００４２３７）日本電気株式会社 (19,353)
【Ｆターム（参考）】
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