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公開番号2025175790
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-12-03
出願番号2024082054
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】上下1対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、全方位にわたる広角度の放射指向性を実現することが可能な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、グランド導体21、22a、22b、23a、23bと、第1のパッチアンテナ20aと、第2のパッチアンテナ20bと、第1の誘電体層11aに形成され平面視で第1のパッチアンテナ20aを取り囲む形状の第1のキャビティ12aと、第2の誘電体層11bに形成され平面視で第2のパッチアンテナ20bを取り囲む形状の第2のキャビティ12bとを備えている。グランド導体21、22a、22b、23a、23bを挟んで、第1及び第2のパッチアンテナ20a、20bがZ方向に対向し、かつ第1及び第2のキャビティ12a、12bがZ方向に対向している。
【選択図】図2

特許請求の範囲【請求項１】
厚さ方向である第１の方向に対向する第１の表面及び第２の表面を有する誘電体基板を用いて構成されたアンテナ装置であって、
前記第１の表面と前記第２の表面との間の領域に配置されるグランド導体と、
前記グランド導体と前記第１の表面との間の第１の導体層に形成される第１のパッチアンテナと、
前記グランド導体と前記第２の表面との間の第２の導体層に形成される第２のパッチアンテナと、
前記第１の導体層と前記第１の表面との間の第１の誘電体層に形成され、前記第１の方向に沿って前記第１の表面から見た平面視で前記第１のパッチアンテナを取り囲む形状を有する第１のキャビティと、
前記第２の導体層と前記第２の表面との間の第２の誘電体層に形成され、前記第１の方向に沿って前記第２の表面から見た平面視で前記第２のパッチアンテナを取り囲む形状を有する第２のキャビティと、
を備え、前記グランド導体を挟んで、前記第１のパッチアンテナと前記第２のパッチアンテナとが前記第１の方向に対向するとともに、前記第１のキャビティと前記第２のキャビティとが前記第１の方向に対向する、ことを特徴とするアンテナ装置。
続きを表示（約 860 文字）【請求項２】
前記第１のパッチアンテナ、前記第２のパッチアンテナ、前記第１のキャビティ、及び前記第２のキャビティは、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のキャビティ及び前記第２のキャビティのそれぞれの前記第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、０．７λから０．８λ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。
【請求項４】
前記第１の方向から見た平面視で、前記第１のキャビティ及び前記第２のキャビティのそれぞれの外縁部は、前記第１のパッチアンテナ及び前記第２のパッチアンテナのそれぞれの外縁部から、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１に記載のアンテナ装置。
【請求項５】
前記第１のパッチアンテナと前記第２のパッチアンテナとは前記第１の方向に対して互いに対称的な形状であるとともに、前記第１のキャビティと前記第２のキャビティとは前記第１の方向に対して互いに対称的な形状であ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】
前記第１の方向から見た平面視で、前記第１のパッチアンテナ、前記第２のパッチアンテナ、前記第１のキャビティ、及び前記第２のキャビティは、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５に記載のアンテナ装置。
【請求項７】
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８】
前記第１のパッチアンテナ及び前記第２のパッチアンテナのそれぞれには、水平偏波と垂直偏波の一方又は両方を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 2,700 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。このような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。さらに、一般にはアンテナ装置の放射指向性は主に天頂方向を向くのに対し、用途によっては天頂方向とその反対方向を含む全方位の放射指向性を確保したい場合も想定されるが、かかる全方位の放射指向性は容易に実現することができない。
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、全方位を含めた広角度の放射指向性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、上下対称に配置された１対のパッチアンテナを用いて、それぞれのパッチアンテナの放射指向性を十分に保ちつつ全方位の放射指向性を確保し、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、厚さ方向である第１の方向（Ｚ）に対向する第１の表面（Ｓ１）及び第２の表面（Ｓ２）を有する誘電体基板を用いて構成されたアンテナ装置であって、前記第１の表面と前記第２の表面との間の領域に配置されるグランド導体（２１、２２ａ、２２ｂ、２３ａ、２３ｂ）と、前記グランド導体と前記第１の表面との間の第１の導体層に形成される第１のパッチアンテナ（２０ａ）と、前記グランド導体と前記第２の表面との間の第２の導体層に形成される第２のパッチアンテナ（２０ｂ）と、前記第１の導体層と前記第１の表面との間の第１の誘電体層（１１ａ）に形成され、前記第１の方向に沿って前記第１の表面から見た平面視で前記第１のパッチアンテナを取り囲む形状を有する第１のキャビティ（１２ａ）と、前記第２の導体層と前記第２の表面との間の第２の誘電体層（１１ｂ）に形成され、前記第１の方向に沿って前記第２の表面から見た平面視で前記第２のパッチアンテナを取り囲む形状を有する第２のキャビティ（１２ｂ）とを備えて構成され、前記グランド導体を挟んで、前記第１のパッチアンテナと前記第２のパッチアンテナとが前記第１の方向に対向するとともに、前記第１のキャビティと前記第２のキャビティとが前記第１の方向に対向することを特徴としている。
【０００７】
本発明のアンテナ装置は、誘電体基板を用いたアンテナ装置には、中央のグランド導体を挟んで上下１対のパッチアンテナ及び上下１対のキャビティが形成され、それぞれのキャビティは第１の方向から見た平面視でそれぞれのパッチアンテナを取り囲む形状を有して構成される。このような構造により、給電構造を経て上下のパッチアンテナから放射される電波は、上下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指向性が広角度化するとともに、第１の方向の両側を含む全方位にわたって放射方向を広げることができる。従って、複数のアンテナをアレイ状に配置するためのスペース増加やビームフォーミング時の位相制御のための複雑な電子回路が不要となり、多様な用途に適用可能な全方位の放射指向性を有するアンテナ装置を小型かつ低コストで構成することができる。
【０００８】
本発明において、１対のパッチアンテナ及び１対のキャビティは、それぞれ第１の方向から見た平面視で矩形の形状とすることができる。この場合、それぞれのキャビティの第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、０．７λから０．８λの範囲内に設定することが望ましい。また、第１の方向から見た平面視で、それぞれのキャビティの外縁部は、それぞれのパッチアンテナの外縁部から、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。また、第１のパッチアンテナと第２のパッチアンテナとは第１の方向に対して互いに対称的な形状とし、第１のキャビティと第２のキャビティとは第１の方向に対して互いに対称的な形状とすることができる。これにより、第１の方向の両側で概ね等しい放射指向性を確保することができる。
【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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