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公開番号2025175597
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-12-03
出願番号2024081783
出願日2024-05-20
発明の名称アンテナ装置
出願人日本特殊陶業株式会社
代理人個人
主分類H01Q 13/08 20060101AFI20251126BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】単体のパッチアンテナを用いて、アレイ化に伴う装置の大型化や構成の複雑化を招くことなく、正面方向の十分な利得と広角度の放射指向性とを両立し得るアンテナ装置を提供する。
【解決手段】
誘電体基板を用いて構成されたアンテナ装置1は、所定の導体層に形成されるパッチアンテナ20と、この所定の導体層の上方に配置された誘電体層11に形成され誘電体基板の厚さ方向であるZ方向から見た平面視でパッチアンテナ20を取り囲む形状を有するキャビティ12と、Z方向に所定の導体層を挟んで誘電体層11と対向して配置されるグランド導体21、22、23とを備えており、キャビティの第1の方向に沿った高さは、誘電体基板における使用周波数の波長λに対し、0.8λから1.0λの範囲内に設定されている。
【選択図】図2

特許請求の範囲【請求項１】
誘電体基板を用いて構成されたアンテナ装置であって、
前記誘電体基板の所定の導体層に形成されるパッチアンテナと、
前記誘電体基板の前記所定の導体層の上方に配置された誘電体層に形成され、前記誘電体基板の厚さ方向である第１の方向から見た平面視で前記パッチアンテナを取り囲む形状を有するキャビティと、
前記第１の方向に前記所定の導体層を挟んで前記誘電体層と対向して配置されるグランド導体と、
を備え、
前記キャビティの前記第１の方向に沿った高さは、前記誘電体基板における使用周波数の波長λに対し、０．８λから１．０λの範囲内に設定されることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
続きを表示（約 470 文字）【請求項２】
前記パッチアンテナ及び前記キャビティは、それぞれ前記第１の方向から見た平面視で矩形の形状を有することを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
【請求項３】
前記第１の方向から見た平面視で、前記キャビティの矩形の四辺は、前記パッチアンテナの矩形の四辺から、０．０３λから０．０７λの範囲内の距離だけ大きく設定されることを特徴とする請求項２に記載のアンテナ装置。
【請求項４】
前記第１の方向から見た平面視で、前記パッチアンテナ及び前記キャビティは、前記誘電体基板の中心に対し対称的に配置されることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
【請求項５】
前記グランド導体は、前記第１の方向に延伸する複数のビア導体を介して相互に接続される複数の導体層に形成されることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
【請求項６】
前記パッチアンテナには、水平偏波と垂直偏波の一方又は両方に給電するための給電構造が設けられることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、誘電体基板を用いて構成されたアンテナ装置に関するものである。
続きを表示（約 2,300 文字）【背景技術】
【０００２】
５Ｇや６Ｇなどの移動通信においては、建物の内部や屋外などの様々な環境の下で高周波帯域の電波の送受信を行うため、アンテナ装置には、多様な方向の電波を送受信し得る広い角度の放射指向性を有することが要求される。また、この種のアンテナ装置には、広い角度の放射指向性を得ることに加えて、放射指向性の正面方向におけるアンテナ利得のピークを十分に高めることが要求される。これらの要求に対応するために、複数のアンテナ素子をアレイ状に並べたアレイアンテナを構成し、全体的に広角度の放射指向性を実現する手法が知られている。例えば、特許文献１には、複数のアンテナをアレイ状に配列したアレイアンテナにおいて、各アンテナに位相差を与えてビームフォーミングを行い、広角度の放射指向性を得ること可能な技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特許第６８１８７５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年のアンテナ装置においては、小型軽量化の観点から誘電体基板を用いる構造が広く利用されている。例えば、誘電体基板に１つのパッチアンテナを形成すればアンテナ装置の小型化が容易であるが、広い角度の放射指向性を実現することは困難である。前述したようにアンテナ装置の広角度の放射指向性及び正面方向の高利得化の両方を実現するには、誘電体基板に複数のパッチアンテナ等のアンテナをアレイ状に並べてアレイアンテナを構成する必要がある。
しかし、誘電体基板を用いたアレイアンテナは、複数のアンテナを配置するためのスペースが必要であり、サイズが拡大してアンテナ装置の小型化が困難になる。また、複数のアンテナにビームフォーミングのための位相差を与える複雑な電子回路を形成する必要があり、部品コストと実装コストの両方の増加を招くことになるし、誘電体基板の製作時の寸法公差も厳しくなる。
以上のように、上記従来の手法により誘電体基板を用いたアンテナ装置を構成する場合、小型かつ低コストで広角度の放射指向性と正面方向の高利得化の両方を実現することは困難であった。
【０００５】
本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、誘電体基板を用いてアンテナ装置を構成する場合、１つのパッチアンテナのみを配置して広角度の放射指向性と正面方向の高利得化を両立しつつ、アンテナ装置の小型化と低コスト化が可能なアンテナ装置を実現するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明のアンテナ装置（１）は、誘電体基板を用いて構成されたアンテナ装置であって、前記誘電体基板の所定の導体層に形成されるパッチアンテナ（２０）と、前記誘電体基板の前記所定の導体層の上方に配置された誘電体層（１１）に形成され、前記誘電体基板の厚さ方向である第１の方向（Ｚ）から見た平面視で前記パッチアンテナを取り囲む形状を有するキャビティ（１２）と、前記第１の方向に前記所定の導体層を挟んで前記誘電体層と対向して配置されるグランド導体（２１、２２、２３）とを備え、前記キャビティの前記第１の方向に沿った高さ（Ｚ２）は、前記誘電体基板における使用周波数の波長λに対し、０．８λから１．０λの範囲内に設定されることを特徴としている。
【０００７】
本発明のアンテナ装置によれば、誘電体基板を用いたアンテナ装置において、パッチアンテナ及び直下のグランド導体が形成されるとともに、パッチアンテナの上方に積層された誘電体層に第１の方向から見た平面視でパッチアンテナを取り囲む形状のキャビティが形成され、このキャビティの高さが使用周波数の波長λに対し、０．８λから１．０λの範囲内に設定されている。このような構造により、給電構造を経てパッチアンテナから放射される電波は、上方のキャビティの側面の誘電体表面の電磁界分布の影響で放射方向が拡がり、放射指向性が広角度化することに加えて、キャビティの高さを上記範囲内に設定したことで正面方向の利得を高めることができる。従って、アレイ化に伴うスペース増加やビームフォーミングに必要な複雑な電子回路を不要としてアンテナ装置の小型化と低コスト化を実現しつつ、広角度の放射指向性と正面方向の高利得化を両立することができる。
【０００８】
本発明において、パッチアンテナ及びキャビティは、それぞれ第１の方向から見た平面視で多様な形状とすることができる。例えば、第１の方向から見た平面視で、矩形の形状を有するパッチアンテナ及びキャビティや、円形の形状を有するパッチアンテナ及びキャビティを採用することができる。また、第１の方向から見た平面視で、キャビティ矩形の四辺は、パッチアンテナの矩形の四辺から、０．０３λから０．０７λの範囲内の距離だけ大きく設定することが望ましい。
【０００９】
本発明において、第１の方向から見た平面視で、パッチアンテナ及びキャビティは、誘電体基板の中心に対し対称的に配置することができる。これにより、アンテナ装置には、基板平面内の略中央から各方向への対称的な放射指向性を得ることができる。
【００１０】
本発明において、グランド導体は、第１の方向に延伸する複数のビア導体を介して相互に接続される複数の導体層に形成することができる。これにより、グランド導体の面積を拡大してグランドを強化し、アンテナ特性の向上が可能となる。
（【００１１】以降は省略されています）

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