水平方向放射アンテナ
【課題】 小型で電力の漏洩を抑制することができる水平方向放射アンテナを提供する。
【解決手段】 基板２の裏面２Ｂには、裏面側接地導体板３を設ける。基板２の表面２Ａには、コプレーナ線路５が接続された放射素子４を設けると共に、放射素子４よりも端部２Ｃ側に位置して無給電素子７を設ける。また、基板２の表面２Ａには、表面側接地導体板８を設けると共に、表面側接地導体板８には、端部２Ｃ側が開口した切欠き部８Ａを設ける。切欠き部８Ａの周囲には、放射素子４および無給電素子７を取囲むコ字状枠部９を設ける。コ字状枠部９は、複数のビア１０を用いて裏面側接地導体板３に電気的に接続すると共に、複数のビア１０によって導電性の壁面１１を形成する。
【解決手段】 基板２の裏面２Ｂには、裏面側接地導体板３を設ける。基板２の表面２Ａには、コプレーナ線路５が接続された放射素子４を設けると共に、放射素子４よりも端部２Ｃ側に位置して無給電素子７を設ける。また、基板２の表面２Ａには、表面側接地導体板８を設けると共に、表面側接地導体板８には、端部２Ｃ側が開口した切欠き部８Ａを設ける。切欠き部８Ａの周囲には、放射素子４および無給電素子７を取囲むコ字状枠部９を設ける。コ字状枠部９は、複数のビア１０を用いて裏面側接地導体板３に電気的に接続すると共に、複数のビア１０によって導電性の壁面１１を形成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばマイクロ波やミリ波等の高周波信号に用いて好適な水平方向放射アンテナに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来技術による水平方向放射アンテナとして、非特許文献１には、誘電体基板の表面に給電線路、不平衡−平衡変換器電極（以下、バラン電極という）、放射素子、無給電素子等が形成されると共に、誘電体基板の裏面に接地導体板が形成された構成が記載されている。
【０００３】
また、特許文献１には、誘電体基板の表面に給電用のマイクロストリップ線路と導電体カバーを設けると共に、誘電体基板の裏面に接地導体板を設けた構成が記載されている。この場合、マイクロストリップ線路の先端部は、誘電体基板の端部側に位置して接地導体板に電気的に接続されている。また、導電体カバーは、一端側が開口した箱状に形成され、マイクロストリップ線路の先端部を包囲すると共に、その周辺部は複数の導体ピンによって接地導体板と電気的に接続されている。そして、導電体カバーは、接地導体板の端縁と協働して誘電体基板と平行な方向に１／２波長の長さのスロットを構成している。
【０００４】
さらに、特許文献２には、誘電体基板の表面に端部側が開口した切欠き部を有する接地電極を設けると共に、該接地電極の切欠き部内に給電電極を設けた構成が記載されている。この場合、給電電極の外周縁と接地電極の内周縁とによってスロット線路を形成している。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】W.R.Deal, N.Kaneda, J.Sor, Y.Qian, and T.Itoh, "A New Quasi-Yagi Antenna for Planar Active Antenna Arrays", IEEE Trans. Microwave Theory Tech., June 2000, Vol.48, No.6, pp.910-918
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平６−２０４７３４号公報
【特許文献２】特開２００７−３１１９４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、非特許文献１によるアンテナでは、給電線路にバラン電極が形成されているのに加え、バラン電極が給電線路の延びる方向に対して直交した方向に広がる２つのＵ字形状電極によって構成されている。このため、バラン電極を形成するためのスペースを確保する必要があり、アンテナ全体が大きくなり易い傾向がある。
【０００８】
また、特許文献１によるアンテナでは、誘電体基板とは別個に導電体カバーを設ける必要がある。このため、誘電体基板の厚さ方向に対してアンテナが大きくなるのに加え、構造が複雑化して製造コストが上昇するという問題がある。
【０００９】
また、特許文献２によるアンテナでは、誘電体基板の表面に給電電極と接地電極とを設けるのに加え、誘電体基板の裏面にも接地電極を設ける構成としている。しかし、誘電体基板の内部には、電磁波の伝搬を阻害する構成が設けられていない。このため、表面側の接地電極と裏面側の接地電極との間に平行平板モードの電磁波が形成され、該電磁波が誘電体基板の内部を伝搬することによって、電力の漏れが生じるという問題がある。
【００１０】
本発明は上述した従来技術の問題に鑑みなされたもので、本発明の目的は、小型で電力の漏洩を抑制することができる水平方向放射アンテナを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上述した課題を解決するために、請求項１の発明による水平方向放射アンテナは、絶縁性材料からなる基板と、該基板の裏面側に設けられグランドに接続された裏面側接地導体板と、前記基板の表面側に設けられグランドに接続された表面側接地導体板と、前記基板の表面側に設けられ前記裏面側接地導体板と間隔をもって対向した細長い放射素子と、前記基板の表面側に設けられた導体パターンからなり該放射素子に接続された給電線路と、前記放射素子よりも前記基板の端部側に位置して前記基板に設けられ前記放射素子と並列に延びると共に前記裏面側接地導体板、表面側接地導体板および放射素子と絶縁された少なくとも１つの無給電素子とを備え、前記表面側接地導体板は、前記基板の厚さ方向に対して前記放射素子と同じ位置に配置され、前記表面側接地導体板と裏面側接地導体板との間には、前記放射素子から放射される高周波信号を反射可能な導電性の壁面を設ける構成としている。
【００１２】
請求項２の発明では、前記表面側接地導体板は、前記基板の端部側が開口した状態で前記放射素子および無給電素子を略コ字状に取囲むコ字状枠部を備えている。
【００１３】
請求項３の発明では、前記給電線路は、前記基板の表面に設けられた前記導体パターンとしてのストリップ導体と、該ストリップ導体を挟んで幅方向両側に設けられた前記表面側接地導体板とからなるコプレーナ線路によって構成している。
【００１４】
請求項４の発明では、前記壁面は、前記基板を貫通して設けられ前記表面側接地導体板と裏面側接地導体板とを電気的に接続する複数のビアによって構成している。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１の発明によれば、放射素子と並列な状態で無給電素子を設けたから、無給電素子が誘導器の役割を果たす。このため、放射素子からみて無給電素子の方向に向けて指向性を持たせることができ、基板の端部側から基板と平行な水平方向に向けて電磁波を放射することができる。また、放射素子を接地導体板と対向した位置に設けるから、バラン電極を用いることなく放射素子に給電することができる。これに加えて、導体カバーを用いることなく電磁波を放射することができる。このため、バラン電極や導体カバーを用いた場合に比べて、アンテナ全体を小型化することができる。
【００１６】
また、表面側接地導体板と裏面側接地導体板との間には導電性の壁面を設けたから、この壁面が反射器の役割を果たす。この結果、放射素子からみて無給電素子が配置された基板の端部側への放射特性を向上することができる。さらに、表面側接地導体板と裏面側接地導体板との間に設けられた壁面で高周波信号を反射することができるから、基板の内部への電力の漏洩を防止することができる。
【００１７】
請求項２の発明によれば、表面側接地導体板は基板の端部側が開口した状態で放射素子および無給電素子を略コ字状に取囲むコ字状枠部を備える構成としたから、表面側接地導体板と裏面側接地導体板との間の導電性の壁面も略コ字状に形成される。このため、コ字状枠部が開口した基板の端部側に向けて電磁波を放射することができるのに加え、コ字状枠部が開口した幅方向両端側への電磁波の広がりを抑制することができる。これにより、放射素子からみて無給電素子の方向への放射特性を向上することができる。
【００１８】
請求項３の発明によれば、給電線路は高周波回路で用いられるコプレーナ線路によって構成したから、高周波回路とアンテナを容易に接続することができる。
【００１９】
請求項４の発明によれば、表面側接地導体板と裏面側接地導体板とを電気的に接続する複数のビアを設けたから、これら複数のビアによって表面側接地導体板と裏面側接地導体板との間に導電性の壁面を形成することができる。このため、複数のビアからなる導電性の壁面によって、基板の内部に向かう電磁波を反射することができる。また、基板に導体パターンの形成やビア加工等を行うことによってアンテナを形成することができるから、量産工程に容易に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１の実施の形態による水平方向放射アンテナを示す斜視図である。
【図２】図１中の水平方向放射アンテナを示す平面図である。
【図３】水平方向放射アンテナを図２中の矢示III−III方向からみた断面図である。
【図４】水平方向放射アンテナを図２中の矢示IV−IV方向からみた断面図である。
【図５】第２の実施の形態による水平方向放射アンテナを示す平面図である。
【図６】図５中の水平方向放射アンテナを示す図３と同様な位置の断面図である。
【図７】第３の実施の形態による水平方向放射アンテナを示す平面図である。
【図８】図７中の水平方向放射アンテナを示す図３と同様な位置の断面図である。
【図９】第４の実施の形態による水平方向放射アンテナを示す平面図である。
【図１０】第５の実施の形態によるアレーアンテナを示す平面図である。
【図１１】第１の変形例による水平方向放射アンテナを示す平面図である。
【図１２】第２の変形例による水平方向放射アンテナを示す斜視図である。
【図１３】図１２中の水平方向放射アンテナを示す平面図である。
【図１４】図１２中の水平方向放射アンテナを示す図３と同様な位置の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態による水平方向放射アンテナとして６０ＧＨｚ帯で使用するものを例に挙げて、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００２２】
図１ないし図４は第１の実施の形態による水平方向放射アンテナ１を示している。この水平方向放射アンテナ１は、後述する基板２、裏面側接地導体板３、放射素子４、無給電素子７、表面側接地導体板８等によって構成されている。
【００２３】
基板２は、互いに直交するＸ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向のうち例えばＸ軸方向およびＹ軸方向に対して平行に広がる平板状に形成されている。この基板２は、幅方向となるＹ軸方向に対して例えば数ｍｍ程度の幅寸法を有し、長さ方向となるＸ軸方向に対して例えば数ｍｍ程度の長さ寸法を有すると共に、厚さ方向となるＺ軸方向に対して例えば数百μｍ程度の厚さ寸法を有している。
【００２４】
また、基板２は、例えば比誘電率が４程度の絶縁性の樹脂材料を用いて形成されている。このとき、基板２の厚さ寸法は、例えば７００μｍ程度に設定されている。なお、基板２は、樹脂材料に限らず、絶縁性のセラミックス材料を用いて形成してもよい。
【００２５】
裏面側接地導体板３は、例えば銅、銀等の導電性の金属薄膜によって形成され、グランドに接続されている。この裏面側接地導体板３は、基板２の裏面２Ｂに位置して基板２の略全面を覆っている。
【００２６】
放射素子４は、例えば裏面側接地導体板３と同様の導電性金属薄膜を用いて細長い略四角形状に形成され、裏面側接地導体板３と間隔をもって対向している。具体的には、放射素子４は、基板２の表面２Ａに配置されている。この放射素子４と裏面側接地導体板３との間には、基板２が挟まれている。このため、放射素子４は、裏面側接地導体板３と絶縁された状態で、裏面側接地導体板３と対面している。
【００２７】
また、放射素子４は、図２に示すように、Ｘ軸方向に数百μｍ程度の長さ寸法Ｌ1（例えば、Ｌ1＝４５０μｍ）を有すると共に、Ｙ軸方向に数百μｍ〜数ｍｍ程度の幅寸法Ｌ2（例えば、Ｌ2＝１４５０μｍ）を有している。この放射素子４のＹ軸方向の幅寸法Ｌ2は、長さ寸法Ｌ1よりも大きい値になると共に、電気長で例えば使用する高周波信号の半波長となる値に設定されている。
【００２８】
さらに、放射素子４には、Ｙ軸方向の途中位置に後述のコプレーナ線路５が接続されている。そして、図４に示すように、コプレーナ線路５からの給電によって、放射素子４にはＹ軸方向に向けて電流Ｉが流れる。このとき、放射素子４のうちＹ軸方向の両端側と裏面側接地導体板３との間には、電界Ｅが形成される。
【００２９】
コプレーナ線路５は、図１および図２に示すように、放射素子４に対する給電を行う給電線路を構成している。具体的には、コプレーナ線路５は、基板２の表面２Ａに設けられた導体パターンとしてのストリップ導体６と、ストリップ導体６を挟んで幅方向（Ｙ軸方向）の両側に設けられた後述の表面側接地導体板８とによって構成されている。そして、ストリップ導体６は、例えば裏面側接地導体板３と同様の導電性金属材料からなり、Ｘ軸方向に延びる細長い帯状に形成されている。また、ストリップ導体６の先端は、放射素子４のうちＹ軸方向の中心位置と端部位置との間の途中位置に接続されている。具体的には、ストリップ導体６の先端は、Ｙ軸方向の中心位置から例えば５５０μｍオフセットした位置に接続されている。
【００３０】
無給電素子７は、例えば放射素子４と同様の導電性金属薄膜を用いて細長い略四角形状に形成され、放射素子４からみてＸ軸方向の先端側となる基板２の端部２Ｃ側に配置されている。この無給電素子７は、放射素子４との間に隙間が形成されると共に、放射素子４と平行な状態でＹ軸方向に延び、放射素子４と並列に配置されている。そして、無給電素子７は、放射素子４、裏面側接地導体板３および後述の表面側接地導体板８と絶縁されている。
【００３１】
また、無給電素子７は、Ｘ軸方向に数百μｍ程度の長さ寸法Ｌ3（例えば、Ｌ3＝４５０μｍ）を有すると共に、Ｙ軸方向に数百μｍ〜数ｍｍ程度の幅寸法Ｌ4（例えば、Ｌ4＝１１５０μｍ）を有している。この無給電素子７のＹ軸方向の幅寸法Ｌ4は、長さ寸法Ｌ3よりも大きい値に設定されると共に、放射素子４のＹ軸方向の幅寸法Ｌ2よりも小さい値に設定されている。
【００３２】
なお、無給電素子７および放射素子４の大小関係やこれらの具体的な形状、大きさ等は、上述のものに限らず、水平方向放射アンテナ１の使用周波数帯、放射パターン、基板２の比誘電率等に応じて適宜設定されるものである。そして、無給電素子７は、放射素子４と電磁界係合を生じ、誘導器として機能する。
【００３３】
表面側接地導体板８は、基板２の表面２Ａに設けられ、裏面側接地導体板３と対面している。この表面側接地導体板８は、例えば導電性の金属薄膜によって形成され、後述する複数のビア１０によって裏面側接地導体板３に電気的に接続されている。このため、表面側接地導体板８は、裏面側接地導体板３と同様にグランドに接続されている。
【００３４】
また、表面側接地導体板８には、基板２の端部２Ｃ側に位置してＸ軸方向の先端側が開口した略四角形状の切欠き部８Ａが形成されている。水平方向放射アンテナ１を平面視したときには、放射素子４および無給電素子７は、切欠き部８Ａの内部に配置される。そして、切欠き部８Ａの周囲には、略コ字状をなして放射素子４および無給電素子７を取囲むコ字状枠部９が形成されている。このコ字状枠部９は、切欠き部８Ａを挟んでＹ軸方向の両側に配置されＸ軸方向に向けて延びる２つの腕部９Ａと、切欠き部８Ａの奥部側に位置して２つの腕部９Ａの間を幅方向（Ｙ軸方向）に延びる幅方向延伸部９Ｂとによって構成されている。このとき、幅方向延伸部９Ｂは、基板２の端部２ＣよりもＸ軸方向の基端側に位置すると共に、Ｙ軸方向の途中部位がコプレーナ線路５によって切断されている。
【００３５】
ビア１０は、基板２を貫通した内径が数十〜数百μｍ程度の貫通孔に例えば銅、銀等の導電性金属材料を設けることによって柱状の導体として形成されている。また、ビア１０は、Ｚ軸方向に延びて、その両端が裏面側接地導体板３と表面側接地導体板８にそれぞれ接続されている。このとき、隣合う２つのビア１０の間隔寸法は、電気長で例えば使用する高周波信号の１／４波長よりも小さい値に設定されている。そして、複数のビア１０は、切欠き部８Ａを取囲んでコ字状枠部９の縁部に沿って配置されている。これにより、複数のビア１０は、表面側接地導体板８と裏面側接地導体板３との間の導電性の壁面１１を形成している。
【００３６】
そして、複数のビア１０は、裏面側接地導体板３と表面側接地導体板８の電位を安定させると共に、切欠き部８Ａから基板２の内部に向かう高周波信号を反射する反射器として機能する。このため、ビア１０は、高周波信号が基板２の内部に漏洩するのを抑制している。
【００３７】
本実施の形態による水平方向放射アンテナ１は上述の如き構成を有するもので、次にその作動について説明する。
【００３８】
まず、コプレーナ線路５から放射素子４に向けて給電を行うと、放射素子４には、Ｙ軸方向に向けて電流Ｉが流れる。これにより、水平方向放射アンテナ１は、放射素子４の長さ寸法Ｌ2に応じた高周波信号を送信または受信する。
【００３９】
このとき、放射素子４と並列な状態で無給電素子７を設けたから、放射素子４および無給電素子７は互いに電磁界結合し、無給電素子７にもＹ軸方向に向けて電流Ｉが流れる。このため、無給電素子７は誘導器として機能し、放射素子４からみて無給電素子７の方向に向けて指向性を持たせることができ、基板２の端部２Ｃ側から基板２と平行な水平方向に向けて電磁波を放射することができる。
【００４０】
また、本実施の形態では、裏面側接地導体板３と対向した位置に放射素子４を設けたから、裏面側接地導体板３がある状態での放射となる。このため、非特許文献１に記載されたバラン電極が必要なく、水平方向放射アンテナ１は、給電方向（Ｘ軸方向）に対する長さ寸法を数ｍｍ程度（例えば２ｍｍ程度）短縮することができ、小型化を図ることができる。
【００４１】
また、特許文献１のアンテナでは、導体カバーを用いるため、構造が立体的になっている。これに対し、本実施の形態による水平方向放射アンテナ１は、基板２に平面状に形成できる構造であるため、構造が簡単である。
【００４２】
また、裏面側接地導体板３と表面側接地導体板８との間を複数のビア１０で接続し、これら複数のビア１０によって導電性の壁面１１を形成したから、この壁面１１が反射器の役割を果たす。この結果、放射素子４からみて無給電素子７が配置された基板２の端部２Ｃ側への放射特性を向上することができる。さらに、裏面側接地導体板３と表面側接地導体板８との間の壁面１１で電磁波を反射することができるから、基板２の内部への電力の漏洩を防止することができる。
【００４３】
また、表面側接地導体板８は基板２の端部２Ｃ側が開口した状態で放射素子４および無給電素子７を略コ字状に取囲むコ字状枠部９を備える構成としたから、裏面側接地導体板３と表面側接地導体板８との間の導電性の壁面１１も略コ字状に形成される。このため、コ字状枠部９が開口した基板２の端部２Ｃ側に向けて電磁波を放射することができるのに加え、コ字状枠部９が開口した幅方向（Ｙ軸方向）の両端側への放射パターンの広がりを抑制することができる。これにより、放射素子４からみて無給電素子７の方向への放射特性を向上することができる。
【００４４】
また、高周波回路で用いられるコプレーナ線路５を用いて放射素子４に給電する構成としたから、高周波回路とアンテナ１を容易に接続することができる。
【００４５】
次に、図５および図６は本発明の第２の実施の形態を示している。そして、本実施の形態の特徴は、厚さ方向に対して無給電素子と放射素子とを異なる位置に配置する構成としたことにある。なお、本実施の形態では、前記第１の実施の形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
【００４６】
第２の実施の形態による水平方向放射アンテナ２１は、多層基板２２、裏面側接地導体板３、放射素子４、無給電素子２５、表面側接地導体板８等によって構成されている。
【００４７】
多層基板２２は、第１の実施の形態による基板２と同様に、例えばＸ軸方向およびＹ軸方向に対して平行に広がる平板状に形成されている。この多層基板２２は、幅方向となるＹ軸方向に対して例えば数ｍｍ程度の幅寸法を有し、長さ方向となるＸ軸方向に対して例えば数ｍｍ程度の長さ寸法を有すると共に、厚さ方向となるＺ軸方向に対して例えば数百μｍ程度の厚さ寸法を有している。
【００４８】
また、多層基板２２は、裏面２２Ｂ側から表面２２Ａ側に向けてＺ軸方向に積層した２層の絶縁層２３，２４を有している。各絶縁層２３，２４は、例えば比誘電率が４程度の絶縁性の樹脂材料を用いて薄い層状に形成されている。このとき、多層基板２２の厚さ寸法は、例えば７００μｍ程度に設定されている。なお、多層基板２２の絶縁層２３，２４は、樹脂材料に限らず、絶縁性のセラミックス材料を用いて形成してもよい。
【００４９】
そして、多層基板２２の表面２２Ａには、放射素子４および表面側接地導体板８が設けられている。また、多層基板２２の裏面２２Ｂには、裏面側接地導体板３が設けられている。さらに、多層基板２２には厚さ方向に貫通した複数のビア１０が設けられている。このビア１０は、裏面側接地導体板３と表面側接地導体板８とを電気的に接続すると共に、裏面側接地導体板３と表面側接地導体板８との間に導電性の壁面１１を形成している。
【００５０】
無給電素子２５は、第１の実施の形態による無給電素子７とほぼ同様に形成されている。このため、無給電素子２５は、例えば放射素子４と同様の導電性金属薄膜を用いて細長い略四角形状に形成され、放射素子４からみて多層基板２２の端部２２Ｃ側に配置されている。また、無給電素子２５は、放射素子４と平行な状態でＹ軸方向に延び、放射素子４と並列に配置されている。
【００５１】
但し、無給電素子２５は、絶縁層２３，２４の間に位置して多層基板２２の内部に設けられている。この点で、無給電素子２５は、多層基板２２の表面２２Ａに設けられた第１の実施の形態による無給電素子７とは異なる。そして、無給電素子２５は、放射素子４、裏面側接地導体板３および表面側接地導体板８と絶縁されている。また、無給電素子２５は、放射素子４と一緒に、水平方向放射アンテナ１を平面視したときには、切欠き部８Ａの内部に配置されている。
【００５２】
かくして、第２の実施の形態でも第１の実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。特に、第２の実施の形態では、厚さ方向に対して放射素子４と異なる位置に無給電素子２５を配置したから、例えば厚さ方向に対する無給電素子２５の位置に応じて、水平方向放射アンテナ２１の指向性を厚さ方向に対して調整することができる。
【００５３】
なお、第２の実施の形態では、無給電素子２５は、放射素子４よりも多層基板２の裏面２Ｂ側に設ける構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、例えば無給電素子は、放射素子よりも多層基板の表面側に設ける構成としてもよい。この場合、例えば放射素子を覆う絶縁層を設けると共に、この絶縁層の表面に無給電素子を設ける構成とすればよい。
【００５４】
次に、図７および図８は本発明の第３の実施の形態を示している。そして、本実施の形態の特徴は、複数の無給電素子を設ける構成としたことにある。なお、本実施の形態では、前記第１の実施の形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
【００５５】
第３の実施の形態による水平方向放射アンテナ３１は、基板２、裏面側接地導体板３、放射素子４、無給電素子３２，３３、表面側接地導体板３４等によって構成されている。
【００５６】
第１の無給電素子３２は、第１の実施の形態による無給電素子７とほぼ同様に形成されている。このため、第１の無給電素子３２は、例えば導電性金属薄膜を用いて細長い略四角形状に形成され、放射素子４からみて基板２の端部２Ｃ側に配置されている。また、第１の無給電素子３２は、放射素子４との間に隙間が形成されると共に、放射素子４と平行な状態でＹ軸方向に延び、放射素子４と並列に配置されている。そして、第１の無給電素子３２は、放射素子４、裏面側接地導体板３および表面側接地導体板３４と絶縁されている。
【００５７】
第２の無給電素子３３は、第１の無給電素子３２とほぼ同様に形成されている。このため、第２の無給電素子３３は、例えば導電性金属薄膜を用いて細長い略四角形状に形成され、第１の無給電素子３２よりも基板２の端部２Ｃ側に配置されている。また、第２の無給電素子３３は、第１の無給電素子３２との間に隙間が形成されると共に、第１の無給電素子３２と平行な状態でＹ軸方向に延び、放射素子４および第１の無給電素子３２と並列に配置されている。そして、第２の無給電素子３３は、放射素子４、裏面側接地導体板３、表面側接地導体板３４および第１の無給電素子３２と絶縁されている。
【００５８】
表面側接地導体板３４は、第１の実施の形態による表面側接地導体板８とほぼ同様に形成されている。このため、表面側接地導体板３４は、基板２の表面２Ａに設けられ、裏面側接地導体板３と対面している。この表面側接地導体板３４は、複数のビア１０によって裏面側接地導体板３に電気的に接続されている。このため、表面側接地導体板３４は、裏面側接地導体板３と同様にグランドに接続されている。
【００５９】
また、表面側接地導体板３４には、多層基板２の端部２Ｃ側に位置してＸ軸方向の先端側が開口した略四角形状の切欠き部３４Ａが形成されている。水平方向放射アンテナ３１を平面視したときには、放射素子４および第１，第２の無給電素子３２，３３は、切欠き部３４Ａの内部に配置される。そして、切欠き部３４Ａの周囲には、略コ字状をなして放射素子４および第１，第２の無給電素子３２，３３を取囲むコ字状枠部３５が形成されている。このコ字状枠部３５は、切欠き部３４Ａを挟んでＹ軸方向の両側に配置されＸ軸方向に向けて延びる２つの腕部３５Ａと、切欠き部３４Ａの奥部側に位置して２つの腕部３５Ａの間を幅方向に延びる幅方向延伸部３５Ｂとによって構成されている。
【００６０】
また、複数のビア１０は、切欠き部３４Ａを取囲んでコ字状枠部３５の縁部に沿って配置されている。これにより、複数のビア１０は、表面側接地導体板３４と裏面側接地導体板３との間に導電性の壁面１１を形成している。
【００６１】
かくして、第３の実施の形態でも第１の実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。特に、第３の実施の形態では、放射素子４よりも基板２の端部２Ｃ側には第１，第２の無給電素子３２，３３を設けたから、第１，第２の無給電素子３２，３３の配置、形状、大きさ等に応じて水平方向放射アンテナ３１の指向性を調整することができる。
【００６２】
なお、前記第３の実施の形態では、２個の無給電素子３２，３３を設ける構成としたが、３個以上の無給電素子を設ける構成としてもよい。
【００６３】
次に、図９は本発明の第４の実施の形態を示している。そして、本実施の形態の特徴は、コ字状枠部を形成する切欠き部を、基板の端部側に向けて広がる台形状に形成したことにある。なお、本実施の形態では、前記第１の実施の形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
【００６４】
第４の実施の形態による水平方向放射アンテナ４１は、基板２、裏面側接地導体板３、放射素子４、無給電素子７、表面側接地導体板４２等によって構成されている。
【００６５】
表面側接地導体板４２は、第１の実施の形態による表面側接地導体板８とほぼ同様に形成されている。このため、表面側接地導体板４２は、基板２の表面２Ａに設けられ、裏面側接地導体板３と対面している。この表面側接地導体板４２は、複数のビア１０によって裏面側接地導体板３に電気的に接続されている。このため、表面側接地導体板４２は、裏面側接地導体板３と同様にグランドに接続されている。
【００６６】
また、表面側接地導体板４２には、基板２の端部２Ｃ側に位置してＸ軸方向の先端側が開口した略台形状の切欠き部４２Ａが形成されている。この切欠き部４２Ａは、基板２の中央側に位置する底部に比べて、基板２の端部２Ｃ側に位置する開口部の方がＹ軸方向の幅寸法が大きくなっている。即ち、切欠き部４２Ａは、基板２の端部２Ｃ側に向かうに従ってテーパ状に拡開している。
【００６７】
また、水平方向放射アンテナ４１を平面視したときには、放射素子４および無給電素子７は、切欠き部４２Ａの内部に配置される。そして、切欠き部４２Ａの周囲には、略コ字状をなして放射素子４および無給電素子７を取囲むコ字状枠部４３が形成されている。このコ字状枠部４３は、切欠き部４２Ａを挟んでＹ軸方向の両側に配置されＸ軸方向に向けて延びる２つの腕部４３Ａと、切欠き部４２Ａの奥部側に位置して２つの腕部４３Ａの間を幅方向に延びる幅方向延伸部４３Ｂとによって構成されている。このとき、２つの腕部４３Ａ間の離間寸法は、基板２の端部２Ｃ側に向かうに従って徐々に大きくなっている。
【００６８】
また、複数のビア１０は、切欠き部４２Ａを取囲んでコ字状枠部４３の縁部に沿って配置されている。これにより、複数のビア１０は、表面側接地導体板４２と裏面側接地導体板３との間に導電性の壁面１１を形成している。
【００６９】
かくして、第４の実施の形態でも第１の実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。特に、第４の実施の形態では、コ字状枠部４３を形成する切欠き部４２Ａを台形状に形成したから、切欠き部４２Ａの形状に応じてＹ軸方向に対する放射パターンの広がり特性を調整することができる。
【００７０】
次に、図１０は本発明の第５の実施の形態を示している。そして、本実施の形態の特徴は、２個の水平方向放射アンテナを幅方向に並べて配置し、アレーアンテナを構成したことにある。なお、本実施の形態では、前記第１の実施の形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
【００７１】
第５の実施の形態によるアレーアンテナ５１は、第１の実施の形態による水平方向放射アンテナ１をＹ軸方向に２個並べることによって形成されている。このとき、２個の水平方向放射アンテナ１には、放射素子４に対してコプレーナ線路５を通じて給電を行う。これら２個のコプレーナ線路５への給電の位相は、相互に変化可能にする。これにより、２個のコプレーナ線路５への給電の位相に応じて、電磁波の放射方向を変化させることができる。
【００７２】
かくして、第５の実施の形態でも第１の実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。特に、第５の実施の形態では、水平方向放射アンテナ１をＹ軸方向に２個並べてアレーアンテナ５１を構成したから、２個のコプレーナ線路５への給電の位相を変えることで、電磁波の放射方向を変化させることができる。
【００７３】
なお、前記第５の実施の形態では、２個の水平方向放射アンテナ１を用いてアレーアンテナ５１を構成したが、３個以上の水平方向放射アンテナを用いてアレーアンテナを構成してもよい。また、前記第５の実施の形態では、第１の実施の形態による水平方向放射アンテナ１を用いる構成としたが、第２ないし第４の実施の形態による水平方向放射アンテナ２１，３１，４１を用いる構成としてもよい。
【００７４】
また、前記各実施の形態では、表面側接地導体板８，３４，４２には放射素子４および無給電素子７，２５，３２，３３を取囲むコ字状枠部９，３５，４３を設ける構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、例えば図１１に示す第１の変形例のように、Ｙ軸方向に対して一様な表面側接地導体板６２をもった水平方向放射アンテナ６１を形成してもよい。この場合、表面側接地導体板６２は、基板２の端部２ＣよりもＸ軸方向の基端側に位置して、放射素子４および無給電素子７とは対向せずに、コプレーナ線路５側に配置されている。また、表面側接地導体板６２と裏面側接地導体板３との間には、複数のビア１０がＹ軸方向に並んで設けられている。そして、これら複数のビア１０は、表面側接地導体板６２と裏面側接地導体板３との間に導電性の壁面１１を形成している。
【００７５】
また、前記各実施の形態では、表面側接地導体板８，３４，４２と裏面側接地導体板３との間を複数のビア１０を用いて電気的に接続し、これら複数のビア１０によって導電性の壁面１１を形成する構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、例えば図１２ないし図１４に示す第２の変形例による水平方向放射アンテナ７１のように、基板２と同じ厚さ寸法をもった接続導体板７２を基板２に埋め込み、該接続導体板７２によって表面側接地導体板８と裏面側接地導体板３との間を接続する構成としてもよい。この場合、接続導体板７２も表面側接地導体板８のコ字状枠部９とほぼ同様の形状をなすと共に、接続導体板７２の端面によって表面接地導体板８と裏面側接地導体板３との間に導電性の壁面７３を形成するものである。なお、表面側接地導体板８と接続導体板７２とは一体化して形成してもよい。
【００７６】
また、前記各実施の形態では、給電線路としてコプレーナ線路５を用いた場合を例に挙げて説明したが、例えばストリップ線路等を用いる構成としてもよい。
【００７７】
また、前記各実施の形態では、６０ＧＨｚ帯のミリ波に用いる水平方向放射アンテナを例に挙げて説明したが、他の周波数帯のミリ波やマイクロ波等に用いる水平方向放射アンテナに適用してもよい。
【符号の説明】
【００７８】
１，２１，３１，４１，６１，７１ 水平方向放射アンテナ
２ 基板
２Ｃ 端部
３ 裏面側接地導体板
４ 放射素子
５ コプレーナ線路
６ ストリップ導体（導体パターン）
７，２５，３２，３３ 無給電素子
８，３４，４２，６２ 表面側接地導体板
８Ａ，３４Ａ，４２Ａ 切欠き部
９，３５，４３ コ字状枠部
１０ ビア
１１，７３ 壁面
２２ 多層基板
５１ アレーアンテナ
７２ 接続導体板
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばマイクロ波やミリ波等の高周波信号に用いて好適な水平方向放射アンテナに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来技術による水平方向放射アンテナとして、非特許文献１には、誘電体基板の表面に給電線路、不平衡−平衡変換器電極（以下、バラン電極という）、放射素子、無給電素子等が形成されると共に、誘電体基板の裏面に接地導体板が形成された構成が記載されている。
【０００３】
また、特許文献１には、誘電体基板の表面に給電用のマイクロストリップ線路と導電体カバーを設けると共に、誘電体基板の裏面に接地導体板を設けた構成が記載されている。この場合、マイクロストリップ線路の先端部は、誘電体基板の端部側に位置して接地導体板に電気的に接続されている。また、導電体カバーは、一端側が開口した箱状に形成され、マイクロストリップ線路の先端部を包囲すると共に、その周辺部は複数の導体ピンによって接地導体板と電気的に接続されている。そして、導電体カバーは、接地導体板の端縁と協働して誘電体基板と平行な方向に１／２波長の長さのスロットを構成している。
【０００４】
さらに、特許文献２には、誘電体基板の表面に端部側が開口した切欠き部を有する接地電極を設けると共に、該接地電極の切欠き部内に給電電極を設けた構成が記載されている。この場合、給電電極の外周縁と接地電極の内周縁とによってスロット線路を形成している。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】W.R.Deal, N.Kaneda, J.Sor, Y.Qian, and T.Itoh, "A New Quasi-Yagi Antenna for Planar Active Antenna Arrays", IEEE Trans. Microwave Theory Tech., June 2000, Vol.48, No.6, pp.910-918
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平６−２０４７３４号公報
【特許文献２】特開２００７−３１１９４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、非特許文献１によるアンテナでは、給電線路にバラン電極が形成されているのに加え、バラン電極が給電線路の延びる方向に対して直交した方向に広がる２つのＵ字形状電極によって構成されている。このため、バラン電極を形成するためのスペースを確保する必要があり、アンテナ全体が大きくなり易い傾向がある。
【０００８】
また、特許文献１によるアンテナでは、誘電体基板とは別個に導電体カバーを設ける必要がある。このため、誘電体基板の厚さ方向に対してアンテナが大きくなるのに加え、構造が複雑化して製造コストが上昇するという問題がある。
【０００９】
また、特許文献２によるアンテナでは、誘電体基板の表面に給電電極と接地電極とを設けるのに加え、誘電体基板の裏面にも接地電極を設ける構成としている。しかし、誘電体基板の内部には、電磁波の伝搬を阻害する構成が設けられていない。このため、表面側の接地電極と裏面側の接地電極との間に平行平板モードの電磁波が形成され、該電磁波が誘電体基板の内部を伝搬することによって、電力の漏れが生じるという問題がある。
【００１０】
本発明は上述した従来技術の問題に鑑みなされたもので、本発明の目的は、小型で電力の漏洩を抑制することができる水平方向放射アンテナを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上述した課題を解決するために、請求項１の発明による水平方向放射アンテナは、絶縁性材料からなる基板と、該基板の裏面側に設けられグランドに接続された裏面側接地導体板と、前記基板の表面側に設けられグランドに接続された表面側接地導体板と、前記基板の表面側に設けられ前記裏面側接地導体板と間隔をもって対向した細長い放射素子と、前記基板の表面側に設けられた導体パターンからなり該放射素子に接続された給電線路と、前記放射素子よりも前記基板の端部側に位置して前記基板に設けられ前記放射素子と並列に延びると共に前記裏面側接地導体板、表面側接地導体板および放射素子と絶縁された少なくとも１つの無給電素子とを備え、前記表面側接地導体板は、前記基板の厚さ方向に対して前記放射素子と同じ位置に配置され、前記表面側接地導体板と裏面側接地導体板との間には、前記放射素子から放射される高周波信号を反射可能な導電性の壁面を設ける構成としている。
【００１２】
請求項２の発明では、前記表面側接地導体板は、前記基板の端部側が開口した状態で前記放射素子および無給電素子を略コ字状に取囲むコ字状枠部を備えている。
【００１３】
請求項３の発明では、前記給電線路は、前記基板の表面に設けられた前記導体パターンとしてのストリップ導体と、該ストリップ導体を挟んで幅方向両側に設けられた前記表面側接地導体板とからなるコプレーナ線路によって構成している。
【００１４】
請求項４の発明では、前記壁面は、前記基板を貫通して設けられ前記表面側接地導体板と裏面側接地導体板とを電気的に接続する複数のビアによって構成している。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１の発明によれば、放射素子と並列な状態で無給電素子を設けたから、無給電素子が誘導器の役割を果たす。このため、放射素子からみて無給電素子の方向に向けて指向性を持たせることができ、基板の端部側から基板と平行な水平方向に向けて電磁波を放射することができる。また、放射素子を接地導体板と対向した位置に設けるから、バラン電極を用いることなく放射素子に給電することができる。これに加えて、導体カバーを用いることなく電磁波を放射することができる。このため、バラン電極や導体カバーを用いた場合に比べて、アンテナ全体を小型化することができる。
【００１６】
また、表面側接地導体板と裏面側接地導体板との間には導電性の壁面を設けたから、この壁面が反射器の役割を果たす。この結果、放射素子からみて無給電素子が配置された基板の端部側への放射特性を向上することができる。さらに、表面側接地導体板と裏面側接地導体板との間に設けられた壁面で高周波信号を反射することができるから、基板の内部への電力の漏洩を防止することができる。
【００１７】
請求項２の発明によれば、表面側接地導体板は基板の端部側が開口した状態で放射素子および無給電素子を略コ字状に取囲むコ字状枠部を備える構成としたから、表面側接地導体板と裏面側接地導体板との間の導電性の壁面も略コ字状に形成される。このため、コ字状枠部が開口した基板の端部側に向けて電磁波を放射することができるのに加え、コ字状枠部が開口した幅方向両端側への電磁波の広がりを抑制することができる。これにより、放射素子からみて無給電素子の方向への放射特性を向上することができる。
【００１８】
請求項３の発明によれば、給電線路は高周波回路で用いられるコプレーナ線路によって構成したから、高周波回路とアンテナを容易に接続することができる。
【００１９】
請求項４の発明によれば、表面側接地導体板と裏面側接地導体板とを電気的に接続する複数のビアを設けたから、これら複数のビアによって表面側接地導体板と裏面側接地導体板との間に導電性の壁面を形成することができる。このため、複数のビアからなる導電性の壁面によって、基板の内部に向かう電磁波を反射することができる。また、基板に導体パターンの形成やビア加工等を行うことによってアンテナを形成することができるから、量産工程に容易に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１の実施の形態による水平方向放射アンテナを示す斜視図である。
【図２】図１中の水平方向放射アンテナを示す平面図である。
【図３】水平方向放射アンテナを図２中の矢示III−III方向からみた断面図である。
【図４】水平方向放射アンテナを図２中の矢示IV−IV方向からみた断面図である。
【図５】第２の実施の形態による水平方向放射アンテナを示す平面図である。
【図６】図５中の水平方向放射アンテナを示す図３と同様な位置の断面図である。
【図７】第３の実施の形態による水平方向放射アンテナを示す平面図である。
【図８】図７中の水平方向放射アンテナを示す図３と同様な位置の断面図である。
【図９】第４の実施の形態による水平方向放射アンテナを示す平面図である。
【図１０】第５の実施の形態によるアレーアンテナを示す平面図である。
【図１１】第１の変形例による水平方向放射アンテナを示す平面図である。
【図１２】第２の変形例による水平方向放射アンテナを示す斜視図である。
【図１３】図１２中の水平方向放射アンテナを示す平面図である。
【図１４】図１２中の水平方向放射アンテナを示す図３と同様な位置の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態による水平方向放射アンテナとして６０ＧＨｚ帯で使用するものを例に挙げて、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００２２】
図１ないし図４は第１の実施の形態による水平方向放射アンテナ１を示している。この水平方向放射アンテナ１は、後述する基板２、裏面側接地導体板３、放射素子４、無給電素子７、表面側接地導体板８等によって構成されている。
【００２３】
基板２は、互いに直交するＸ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向のうち例えばＸ軸方向およびＹ軸方向に対して平行に広がる平板状に形成されている。この基板２は、幅方向となるＹ軸方向に対して例えば数ｍｍ程度の幅寸法を有し、長さ方向となるＸ軸方向に対して例えば数ｍｍ程度の長さ寸法を有すると共に、厚さ方向となるＺ軸方向に対して例えば数百μｍ程度の厚さ寸法を有している。
【００２４】
また、基板２は、例えば比誘電率が４程度の絶縁性の樹脂材料を用いて形成されている。このとき、基板２の厚さ寸法は、例えば７００μｍ程度に設定されている。なお、基板２は、樹脂材料に限らず、絶縁性のセラミックス材料を用いて形成してもよい。
【００２５】
裏面側接地導体板３は、例えば銅、銀等の導電性の金属薄膜によって形成され、グランドに接続されている。この裏面側接地導体板３は、基板２の裏面２Ｂに位置して基板２の略全面を覆っている。
【００２６】
放射素子４は、例えば裏面側接地導体板３と同様の導電性金属薄膜を用いて細長い略四角形状に形成され、裏面側接地導体板３と間隔をもって対向している。具体的には、放射素子４は、基板２の表面２Ａに配置されている。この放射素子４と裏面側接地導体板３との間には、基板２が挟まれている。このため、放射素子４は、裏面側接地導体板３と絶縁された状態で、裏面側接地導体板３と対面している。
【００２７】
また、放射素子４は、図２に示すように、Ｘ軸方向に数百μｍ程度の長さ寸法Ｌ1（例えば、Ｌ1＝４５０μｍ）を有すると共に、Ｙ軸方向に数百μｍ〜数ｍｍ程度の幅寸法Ｌ2（例えば、Ｌ2＝１４５０μｍ）を有している。この放射素子４のＹ軸方向の幅寸法Ｌ2は、長さ寸法Ｌ1よりも大きい値になると共に、電気長で例えば使用する高周波信号の半波長となる値に設定されている。
【００２８】
さらに、放射素子４には、Ｙ軸方向の途中位置に後述のコプレーナ線路５が接続されている。そして、図４に示すように、コプレーナ線路５からの給電によって、放射素子４にはＹ軸方向に向けて電流Ｉが流れる。このとき、放射素子４のうちＹ軸方向の両端側と裏面側接地導体板３との間には、電界Ｅが形成される。
【００２９】
コプレーナ線路５は、図１および図２に示すように、放射素子４に対する給電を行う給電線路を構成している。具体的には、コプレーナ線路５は、基板２の表面２Ａに設けられた導体パターンとしてのストリップ導体６と、ストリップ導体６を挟んで幅方向（Ｙ軸方向）の両側に設けられた後述の表面側接地導体板８とによって構成されている。そして、ストリップ導体６は、例えば裏面側接地導体板３と同様の導電性金属材料からなり、Ｘ軸方向に延びる細長い帯状に形成されている。また、ストリップ導体６の先端は、放射素子４のうちＹ軸方向の中心位置と端部位置との間の途中位置に接続されている。具体的には、ストリップ導体６の先端は、Ｙ軸方向の中心位置から例えば５５０μｍオフセットした位置に接続されている。
【００３０】
無給電素子７は、例えば放射素子４と同様の導電性金属薄膜を用いて細長い略四角形状に形成され、放射素子４からみてＸ軸方向の先端側となる基板２の端部２Ｃ側に配置されている。この無給電素子７は、放射素子４との間に隙間が形成されると共に、放射素子４と平行な状態でＹ軸方向に延び、放射素子４と並列に配置されている。そして、無給電素子７は、放射素子４、裏面側接地導体板３および後述の表面側接地導体板８と絶縁されている。
【００３１】
また、無給電素子７は、Ｘ軸方向に数百μｍ程度の長さ寸法Ｌ3（例えば、Ｌ3＝４５０μｍ）を有すると共に、Ｙ軸方向に数百μｍ〜数ｍｍ程度の幅寸法Ｌ4（例えば、Ｌ4＝１１５０μｍ）を有している。この無給電素子７のＹ軸方向の幅寸法Ｌ4は、長さ寸法Ｌ3よりも大きい値に設定されると共に、放射素子４のＹ軸方向の幅寸法Ｌ2よりも小さい値に設定されている。
【００３２】
なお、無給電素子７および放射素子４の大小関係やこれらの具体的な形状、大きさ等は、上述のものに限らず、水平方向放射アンテナ１の使用周波数帯、放射パターン、基板２の比誘電率等に応じて適宜設定されるものである。そして、無給電素子７は、放射素子４と電磁界係合を生じ、誘導器として機能する。
【００３３】
表面側接地導体板８は、基板２の表面２Ａに設けられ、裏面側接地導体板３と対面している。この表面側接地導体板８は、例えば導電性の金属薄膜によって形成され、後述する複数のビア１０によって裏面側接地導体板３に電気的に接続されている。このため、表面側接地導体板８は、裏面側接地導体板３と同様にグランドに接続されている。
【００３４】
また、表面側接地導体板８には、基板２の端部２Ｃ側に位置してＸ軸方向の先端側が開口した略四角形状の切欠き部８Ａが形成されている。水平方向放射アンテナ１を平面視したときには、放射素子４および無給電素子７は、切欠き部８Ａの内部に配置される。そして、切欠き部８Ａの周囲には、略コ字状をなして放射素子４および無給電素子７を取囲むコ字状枠部９が形成されている。このコ字状枠部９は、切欠き部８Ａを挟んでＹ軸方向の両側に配置されＸ軸方向に向けて延びる２つの腕部９Ａと、切欠き部８Ａの奥部側に位置して２つの腕部９Ａの間を幅方向（Ｙ軸方向）に延びる幅方向延伸部９Ｂとによって構成されている。このとき、幅方向延伸部９Ｂは、基板２の端部２ＣよりもＸ軸方向の基端側に位置すると共に、Ｙ軸方向の途中部位がコプレーナ線路５によって切断されている。
【００３５】
ビア１０は、基板２を貫通した内径が数十〜数百μｍ程度の貫通孔に例えば銅、銀等の導電性金属材料を設けることによって柱状の導体として形成されている。また、ビア１０は、Ｚ軸方向に延びて、その両端が裏面側接地導体板３と表面側接地導体板８にそれぞれ接続されている。このとき、隣合う２つのビア１０の間隔寸法は、電気長で例えば使用する高周波信号の１／４波長よりも小さい値に設定されている。そして、複数のビア１０は、切欠き部８Ａを取囲んでコ字状枠部９の縁部に沿って配置されている。これにより、複数のビア１０は、表面側接地導体板８と裏面側接地導体板３との間の導電性の壁面１１を形成している。
【００３６】
そして、複数のビア１０は、裏面側接地導体板３と表面側接地導体板８の電位を安定させると共に、切欠き部８Ａから基板２の内部に向かう高周波信号を反射する反射器として機能する。このため、ビア１０は、高周波信号が基板２の内部に漏洩するのを抑制している。
【００３７】
本実施の形態による水平方向放射アンテナ１は上述の如き構成を有するもので、次にその作動について説明する。
【００３８】
まず、コプレーナ線路５から放射素子４に向けて給電を行うと、放射素子４には、Ｙ軸方向に向けて電流Ｉが流れる。これにより、水平方向放射アンテナ１は、放射素子４の長さ寸法Ｌ2に応じた高周波信号を送信または受信する。
【００３９】
このとき、放射素子４と並列な状態で無給電素子７を設けたから、放射素子４および無給電素子７は互いに電磁界結合し、無給電素子７にもＹ軸方向に向けて電流Ｉが流れる。このため、無給電素子７は誘導器として機能し、放射素子４からみて無給電素子７の方向に向けて指向性を持たせることができ、基板２の端部２Ｃ側から基板２と平行な水平方向に向けて電磁波を放射することができる。
【００４０】
また、本実施の形態では、裏面側接地導体板３と対向した位置に放射素子４を設けたから、裏面側接地導体板３がある状態での放射となる。このため、非特許文献１に記載されたバラン電極が必要なく、水平方向放射アンテナ１は、給電方向（Ｘ軸方向）に対する長さ寸法を数ｍｍ程度（例えば２ｍｍ程度）短縮することができ、小型化を図ることができる。
【００４１】
また、特許文献１のアンテナでは、導体カバーを用いるため、構造が立体的になっている。これに対し、本実施の形態による水平方向放射アンテナ１は、基板２に平面状に形成できる構造であるため、構造が簡単である。
【００４２】
また、裏面側接地導体板３と表面側接地導体板８との間を複数のビア１０で接続し、これら複数のビア１０によって導電性の壁面１１を形成したから、この壁面１１が反射器の役割を果たす。この結果、放射素子４からみて無給電素子７が配置された基板２の端部２Ｃ側への放射特性を向上することができる。さらに、裏面側接地導体板３と表面側接地導体板８との間の壁面１１で電磁波を反射することができるから、基板２の内部への電力の漏洩を防止することができる。
【００４３】
また、表面側接地導体板８は基板２の端部２Ｃ側が開口した状態で放射素子４および無給電素子７を略コ字状に取囲むコ字状枠部９を備える構成としたから、裏面側接地導体板３と表面側接地導体板８との間の導電性の壁面１１も略コ字状に形成される。このため、コ字状枠部９が開口した基板２の端部２Ｃ側に向けて電磁波を放射することができるのに加え、コ字状枠部９が開口した幅方向（Ｙ軸方向）の両端側への放射パターンの広がりを抑制することができる。これにより、放射素子４からみて無給電素子７の方向への放射特性を向上することができる。
【００４４】
また、高周波回路で用いられるコプレーナ線路５を用いて放射素子４に給電する構成としたから、高周波回路とアンテナ１を容易に接続することができる。
【００４５】
次に、図５および図６は本発明の第２の実施の形態を示している。そして、本実施の形態の特徴は、厚さ方向に対して無給電素子と放射素子とを異なる位置に配置する構成としたことにある。なお、本実施の形態では、前記第１の実施の形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
【００４６】
第２の実施の形態による水平方向放射アンテナ２１は、多層基板２２、裏面側接地導体板３、放射素子４、無給電素子２５、表面側接地導体板８等によって構成されている。
【００４７】
多層基板２２は、第１の実施の形態による基板２と同様に、例えばＸ軸方向およびＹ軸方向に対して平行に広がる平板状に形成されている。この多層基板２２は、幅方向となるＹ軸方向に対して例えば数ｍｍ程度の幅寸法を有し、長さ方向となるＸ軸方向に対して例えば数ｍｍ程度の長さ寸法を有すると共に、厚さ方向となるＺ軸方向に対して例えば数百μｍ程度の厚さ寸法を有している。
【００４８】
また、多層基板２２は、裏面２２Ｂ側から表面２２Ａ側に向けてＺ軸方向に積層した２層の絶縁層２３，２４を有している。各絶縁層２３，２４は、例えば比誘電率が４程度の絶縁性の樹脂材料を用いて薄い層状に形成されている。このとき、多層基板２２の厚さ寸法は、例えば７００μｍ程度に設定されている。なお、多層基板２２の絶縁層２３，２４は、樹脂材料に限らず、絶縁性のセラミックス材料を用いて形成してもよい。
【００４９】
そして、多層基板２２の表面２２Ａには、放射素子４および表面側接地導体板８が設けられている。また、多層基板２２の裏面２２Ｂには、裏面側接地導体板３が設けられている。さらに、多層基板２２には厚さ方向に貫通した複数のビア１０が設けられている。このビア１０は、裏面側接地導体板３と表面側接地導体板８とを電気的に接続すると共に、裏面側接地導体板３と表面側接地導体板８との間に導電性の壁面１１を形成している。
【００５０】
無給電素子２５は、第１の実施の形態による無給電素子７とほぼ同様に形成されている。このため、無給電素子２５は、例えば放射素子４と同様の導電性金属薄膜を用いて細長い略四角形状に形成され、放射素子４からみて多層基板２２の端部２２Ｃ側に配置されている。また、無給電素子２５は、放射素子４と平行な状態でＹ軸方向に延び、放射素子４と並列に配置されている。
【００５１】
但し、無給電素子２５は、絶縁層２３，２４の間に位置して多層基板２２の内部に設けられている。この点で、無給電素子２５は、多層基板２２の表面２２Ａに設けられた第１の実施の形態による無給電素子７とは異なる。そして、無給電素子２５は、放射素子４、裏面側接地導体板３および表面側接地導体板８と絶縁されている。また、無給電素子２５は、放射素子４と一緒に、水平方向放射アンテナ１を平面視したときには、切欠き部８Ａの内部に配置されている。
【００５２】
かくして、第２の実施の形態でも第１の実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。特に、第２の実施の形態では、厚さ方向に対して放射素子４と異なる位置に無給電素子２５を配置したから、例えば厚さ方向に対する無給電素子２５の位置に応じて、水平方向放射アンテナ２１の指向性を厚さ方向に対して調整することができる。
【００５３】
なお、第２の実施の形態では、無給電素子２５は、放射素子４よりも多層基板２の裏面２Ｂ側に設ける構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、例えば無給電素子は、放射素子よりも多層基板の表面側に設ける構成としてもよい。この場合、例えば放射素子を覆う絶縁層を設けると共に、この絶縁層の表面に無給電素子を設ける構成とすればよい。
【００５４】
次に、図７および図８は本発明の第３の実施の形態を示している。そして、本実施の形態の特徴は、複数の無給電素子を設ける構成としたことにある。なお、本実施の形態では、前記第１の実施の形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
【００５５】
第３の実施の形態による水平方向放射アンテナ３１は、基板２、裏面側接地導体板３、放射素子４、無給電素子３２，３３、表面側接地導体板３４等によって構成されている。
【００５６】
第１の無給電素子３２は、第１の実施の形態による無給電素子７とほぼ同様に形成されている。このため、第１の無給電素子３２は、例えば導電性金属薄膜を用いて細長い略四角形状に形成され、放射素子４からみて基板２の端部２Ｃ側に配置されている。また、第１の無給電素子３２は、放射素子４との間に隙間が形成されると共に、放射素子４と平行な状態でＹ軸方向に延び、放射素子４と並列に配置されている。そして、第１の無給電素子３２は、放射素子４、裏面側接地導体板３および表面側接地導体板３４と絶縁されている。
【００５７】
第２の無給電素子３３は、第１の無給電素子３２とほぼ同様に形成されている。このため、第２の無給電素子３３は、例えば導電性金属薄膜を用いて細長い略四角形状に形成され、第１の無給電素子３２よりも基板２の端部２Ｃ側に配置されている。また、第２の無給電素子３３は、第１の無給電素子３２との間に隙間が形成されると共に、第１の無給電素子３２と平行な状態でＹ軸方向に延び、放射素子４および第１の無給電素子３２と並列に配置されている。そして、第２の無給電素子３３は、放射素子４、裏面側接地導体板３、表面側接地導体板３４および第１の無給電素子３２と絶縁されている。
【００５８】
表面側接地導体板３４は、第１の実施の形態による表面側接地導体板８とほぼ同様に形成されている。このため、表面側接地導体板３４は、基板２の表面２Ａに設けられ、裏面側接地導体板３と対面している。この表面側接地導体板３４は、複数のビア１０によって裏面側接地導体板３に電気的に接続されている。このため、表面側接地導体板３４は、裏面側接地導体板３と同様にグランドに接続されている。
【００５９】
また、表面側接地導体板３４には、多層基板２の端部２Ｃ側に位置してＸ軸方向の先端側が開口した略四角形状の切欠き部３４Ａが形成されている。水平方向放射アンテナ３１を平面視したときには、放射素子４および第１，第２の無給電素子３２，３３は、切欠き部３４Ａの内部に配置される。そして、切欠き部３４Ａの周囲には、略コ字状をなして放射素子４および第１，第２の無給電素子３２，３３を取囲むコ字状枠部３５が形成されている。このコ字状枠部３５は、切欠き部３４Ａを挟んでＹ軸方向の両側に配置されＸ軸方向に向けて延びる２つの腕部３５Ａと、切欠き部３４Ａの奥部側に位置して２つの腕部３５Ａの間を幅方向に延びる幅方向延伸部３５Ｂとによって構成されている。
【００６０】
また、複数のビア１０は、切欠き部３４Ａを取囲んでコ字状枠部３５の縁部に沿って配置されている。これにより、複数のビア１０は、表面側接地導体板３４と裏面側接地導体板３との間に導電性の壁面１１を形成している。
【００６１】
かくして、第３の実施の形態でも第１の実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。特に、第３の実施の形態では、放射素子４よりも基板２の端部２Ｃ側には第１，第２の無給電素子３２，３３を設けたから、第１，第２の無給電素子３２，３３の配置、形状、大きさ等に応じて水平方向放射アンテナ３１の指向性を調整することができる。
【００６２】
なお、前記第３の実施の形態では、２個の無給電素子３２，３３を設ける構成としたが、３個以上の無給電素子を設ける構成としてもよい。
【００６３】
次に、図９は本発明の第４の実施の形態を示している。そして、本実施の形態の特徴は、コ字状枠部を形成する切欠き部を、基板の端部側に向けて広がる台形状に形成したことにある。なお、本実施の形態では、前記第１の実施の形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
【００６４】
第４の実施の形態による水平方向放射アンテナ４１は、基板２、裏面側接地導体板３、放射素子４、無給電素子７、表面側接地導体板４２等によって構成されている。
【００６５】
表面側接地導体板４２は、第１の実施の形態による表面側接地導体板８とほぼ同様に形成されている。このため、表面側接地導体板４２は、基板２の表面２Ａに設けられ、裏面側接地導体板３と対面している。この表面側接地導体板４２は、複数のビア１０によって裏面側接地導体板３に電気的に接続されている。このため、表面側接地導体板４２は、裏面側接地導体板３と同様にグランドに接続されている。
【００６６】
また、表面側接地導体板４２には、基板２の端部２Ｃ側に位置してＸ軸方向の先端側が開口した略台形状の切欠き部４２Ａが形成されている。この切欠き部４２Ａは、基板２の中央側に位置する底部に比べて、基板２の端部２Ｃ側に位置する開口部の方がＹ軸方向の幅寸法が大きくなっている。即ち、切欠き部４２Ａは、基板２の端部２Ｃ側に向かうに従ってテーパ状に拡開している。
【００６７】
また、水平方向放射アンテナ４１を平面視したときには、放射素子４および無給電素子７は、切欠き部４２Ａの内部に配置される。そして、切欠き部４２Ａの周囲には、略コ字状をなして放射素子４および無給電素子７を取囲むコ字状枠部４３が形成されている。このコ字状枠部４３は、切欠き部４２Ａを挟んでＹ軸方向の両側に配置されＸ軸方向に向けて延びる２つの腕部４３Ａと、切欠き部４２Ａの奥部側に位置して２つの腕部４３Ａの間を幅方向に延びる幅方向延伸部４３Ｂとによって構成されている。このとき、２つの腕部４３Ａ間の離間寸法は、基板２の端部２Ｃ側に向かうに従って徐々に大きくなっている。
【００６８】
また、複数のビア１０は、切欠き部４２Ａを取囲んでコ字状枠部４３の縁部に沿って配置されている。これにより、複数のビア１０は、表面側接地導体板４２と裏面側接地導体板３との間に導電性の壁面１１を形成している。
【００６９】
かくして、第４の実施の形態でも第１の実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。特に、第４の実施の形態では、コ字状枠部４３を形成する切欠き部４２Ａを台形状に形成したから、切欠き部４２Ａの形状に応じてＹ軸方向に対する放射パターンの広がり特性を調整することができる。
【００７０】
次に、図１０は本発明の第５の実施の形態を示している。そして、本実施の形態の特徴は、２個の水平方向放射アンテナを幅方向に並べて配置し、アレーアンテナを構成したことにある。なお、本実施の形態では、前記第１の実施の形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
【００７１】
第５の実施の形態によるアレーアンテナ５１は、第１の実施の形態による水平方向放射アンテナ１をＹ軸方向に２個並べることによって形成されている。このとき、２個の水平方向放射アンテナ１には、放射素子４に対してコプレーナ線路５を通じて給電を行う。これら２個のコプレーナ線路５への給電の位相は、相互に変化可能にする。これにより、２個のコプレーナ線路５への給電の位相に応じて、電磁波の放射方向を変化させることができる。
【００７２】
かくして、第５の実施の形態でも第１の実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。特に、第５の実施の形態では、水平方向放射アンテナ１をＹ軸方向に２個並べてアレーアンテナ５１を構成したから、２個のコプレーナ線路５への給電の位相を変えることで、電磁波の放射方向を変化させることができる。
【００７３】
なお、前記第５の実施の形態では、２個の水平方向放射アンテナ１を用いてアレーアンテナ５１を構成したが、３個以上の水平方向放射アンテナを用いてアレーアンテナを構成してもよい。また、前記第５の実施の形態では、第１の実施の形態による水平方向放射アンテナ１を用いる構成としたが、第２ないし第４の実施の形態による水平方向放射アンテナ２１，３１，４１を用いる構成としてもよい。
【００７４】
また、前記各実施の形態では、表面側接地導体板８，３４，４２には放射素子４および無給電素子７，２５，３２，３３を取囲むコ字状枠部９，３５，４３を設ける構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、例えば図１１に示す第１の変形例のように、Ｙ軸方向に対して一様な表面側接地導体板６２をもった水平方向放射アンテナ６１を形成してもよい。この場合、表面側接地導体板６２は、基板２の端部２ＣよりもＸ軸方向の基端側に位置して、放射素子４および無給電素子７とは対向せずに、コプレーナ線路５側に配置されている。また、表面側接地導体板６２と裏面側接地導体板３との間には、複数のビア１０がＹ軸方向に並んで設けられている。そして、これら複数のビア１０は、表面側接地導体板６２と裏面側接地導体板３との間に導電性の壁面１１を形成している。
【００７５】
また、前記各実施の形態では、表面側接地導体板８，３４，４２と裏面側接地導体板３との間を複数のビア１０を用いて電気的に接続し、これら複数のビア１０によって導電性の壁面１１を形成する構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、例えば図１２ないし図１４に示す第２の変形例による水平方向放射アンテナ７１のように、基板２と同じ厚さ寸法をもった接続導体板７２を基板２に埋め込み、該接続導体板７２によって表面側接地導体板８と裏面側接地導体板３との間を接続する構成としてもよい。この場合、接続導体板７２も表面側接地導体板８のコ字状枠部９とほぼ同様の形状をなすと共に、接続導体板７２の端面によって表面接地導体板８と裏面側接地導体板３との間に導電性の壁面７３を形成するものである。なお、表面側接地導体板８と接続導体板７２とは一体化して形成してもよい。
【００７６】
また、前記各実施の形態では、給電線路としてコプレーナ線路５を用いた場合を例に挙げて説明したが、例えばストリップ線路等を用いる構成としてもよい。
【００７７】
また、前記各実施の形態では、６０ＧＨｚ帯のミリ波に用いる水平方向放射アンテナを例に挙げて説明したが、他の周波数帯のミリ波やマイクロ波等に用いる水平方向放射アンテナに適用してもよい。
【符号の説明】
【００７８】
１，２１，３１，４１，６１，７１ 水平方向放射アンテナ
２ 基板
２Ｃ 端部
３ 裏面側接地導体板
４ 放射素子
５ コプレーナ線路
６ ストリップ導体（導体パターン）
７，２５，３２，３３ 無給電素子
８，３４，４２，６２ 表面側接地導体板
８Ａ，３４Ａ，４２Ａ 切欠き部
９，３５，４３ コ字状枠部
１０ ビア
１１，７３ 壁面
２２ 多層基板
５１ アレーアンテナ
７２ 接続導体板
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁性材料からなる基板と、該基板の裏面側に設けられグランドに接続された裏面側接地導体板と、前記基板の表面側に設けられグランドに接続された表面側接地導体板と、前記基板の表面側に設けられ前記裏面側接地導体板と間隔をもって対向した細長い放射素子と、前記基板の表面側に設けられた導体パターンからなり該放射素子に接続された給電線路と、前記放射素子よりも前記基板の端部側に位置して前記基板に設けられ前記放射素子と並列に延びると共に前記裏面側接地導体板、表面側接地導体板および放射素子と絶縁された少なくとも１つの無給電素子とを備え、
前記表面側接地導体板は、前記基板の厚さ方向に対して前記放射素子と同じ位置に配置され、
前記表面側接地導体板と裏面側接地導体板との間には、前記放射素子から放射される高周波信号を反射可能な導電性の壁面を設ける構成とした水平方向放射アンテナ。
【請求項２】
前記表面側接地導体板は、前記基板の端部側が開口した状態で前記放射素子および無給電素子を略コ字状に取囲むコ字状枠部を備えてなる請求項１に記載の水平方向放射アンテナ。
【請求項３】
前記給電線路は、前記基板の表面に設けられた前記導体パターンとしてのストリップ導体と、該ストリップ導体を挟んで幅方向両側に設けられた前記表面側接地導体板とからなるコプレーナ線路によって構成してなる請求項１または２に記載の水平方向放射アンテナ。
【請求項４】
前記壁面は、前記基板を貫通して設けられ前記表面側接地導体板と裏面側接地導体板とを電気的に接続する複数のビアによって構成してなる請求項１，２または３に記載の水平方向放射アンテナ。
【請求項１】
絶縁性材料からなる基板と、該基板の裏面側に設けられグランドに接続された裏面側接地導体板と、前記基板の表面側に設けられグランドに接続された表面側接地導体板と、前記基板の表面側に設けられ前記裏面側接地導体板と間隔をもって対向した細長い放射素子と、前記基板の表面側に設けられた導体パターンからなり該放射素子に接続された給電線路と、前記放射素子よりも前記基板の端部側に位置して前記基板に設けられ前記放射素子と並列に延びると共に前記裏面側接地導体板、表面側接地導体板および放射素子と絶縁された少なくとも１つの無給電素子とを備え、
前記表面側接地導体板は、前記基板の厚さ方向に対して前記放射素子と同じ位置に配置され、
前記表面側接地導体板と裏面側接地導体板との間には、前記放射素子から放射される高周波信号を反射可能な導電性の壁面を設ける構成とした水平方向放射アンテナ。
【請求項２】
前記表面側接地導体板は、前記基板の端部側が開口した状態で前記放射素子および無給電素子を略コ字状に取囲むコ字状枠部を備えてなる請求項１に記載の水平方向放射アンテナ。
【請求項３】
前記給電線路は、前記基板の表面に設けられた前記導体パターンとしてのストリップ導体と、該ストリップ導体を挟んで幅方向両側に設けられた前記表面側接地導体板とからなるコプレーナ線路によって構成してなる請求項１または２に記載の水平方向放射アンテナ。
【請求項４】
前記壁面は、前記基板を貫通して設けられ前記表面側接地導体板と裏面側接地導体板とを電気的に接続する複数のビアによって構成してなる請求項１，２または３に記載の水平方向放射アンテナ。
【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】
【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２０１２−１９１３１８（Ｐ２０１２−１９１３１８Ａ）
【公開日】平成２４年１０月４日（２０１２．１０．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５１４９６（Ｐ２０１１−５１４９６）
【出願日】平成２３年３月９日（２０１１．３．９）
【出願人】（０００００６２３１）株式会社村田製作所 (3,635)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月４日（２０１２．１０．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月９日（２０１１．３．９）
【出願人】（０００００６２３１）株式会社村田製作所 (3,635)
【Ｆターム（参考）】
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