WO2019059062A1 - アンテナ装置 - Google Patents

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WO2019059062A1
WO2019059062A1 PCT/JP2018/033784 JP2018033784W WO2019059062A1 WO 2019059062 A1 WO2019059062 A1 WO 2019059062A1 JP 2018033784 W JP2018033784 W JP 2018033784W WO 2019059062 A1 WO2019059062 A1 WO 2019059062A1
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line
dielectric layer
antenna device
wiring
tip
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PCT/JP2018/033784
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Inventor
シャレンドラ カウシャル
官　寧
Original Assignee
株式会社フジクラ
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Publication date
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
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    • H01Q21/06—Arrays of individually energised antenna units similarly polarised and spaced apart
    • H01Q21/061—Two dimensional planar arrays
    • H01Q21/065—Patch antenna array
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P5/00—Coupling devices of the waveguide type
    • H01P5/02—Coupling devices of the waveguide type with invariable factor of coupling
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    • H01Q5/30—Arrangements for providing operation on different wavebands
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    • H01Q5/314—Individual or coupled radiating elements, each element being fed in an unspecified way using frequency dependent circuits or components, e.g. trap circuits or capacitors
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    • H01Q5/342—Individual or coupled radiating elements, each element being fed in an unspecified way for different propagation modes
    • H01Q5/357—Individual or coupled radiating elements, each element being fed in an unspecified way for different propagation modes using a single feed point
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    • H01Q9/00—Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
    • H01Q9/04—Resonant antennas
    • H01Q9/0407—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna
    • H01Q9/045—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna with particular feeding means
    • H01Q9/0457—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna with particular feeding means electromagnetically coupled to the feed line

Definitions

  • the present invention relates to an antenna device.
  • Priority is claimed on Japanese Patent Application No. 2017-181339, filed September 21, 2017, the content of which is incorporated herein by reference.
  • an antenna apparatus provided with a planar antenna of an electromagnetic coupling feed system is known.
  • a rectangular feed slot is formed in a feed slot layer which is a ground layer, and a phased coupler in which a distributor / combiner is electromagnetically coupled to a circular radiating element through the feed slot layer.
  • An array antenna arrangement is described.
  • the radiation elements are arranged in a zigzag form in a plan view, and power is simultaneously supplied to the respective radiation elements as a pair of two adjacent radiation elements by a branch wiring pattern of the distribution / combination device.
  • the impedance at the power supply source and the impedance at the electromagnetic coupling portion to each radiation element depend on the specifications of the device. For example, it is necessary to set the power supply source to a fixed value such as 50 ⁇ and the electromagnetic coupling unit to 120 ⁇ . Further, in order to match the phases of the currents in the respective radiation elements, it is necessary to match the line lengths from the feed source to the feed point. For this reason, when the power supply wiring is a branch wiring pattern, it is necessary to first match the impedance at the branch point. Furthermore, the branch wiring patterns need to be laid out so that the line lengths match.
  • the arrangement of the radiation elements and the layout design of the branch wiring patterns are complicated operations, and the design takes time. Furthermore, in the branch wiring pattern, if the impedance matching at the branch point is insufficient, reflection of the current occurs, and the gain of the antenna device is reduced.
  • the present invention has been made in view of the problems as described above, and provides an antenna device that can be efficiently designed and has a good gain.
  • an antenna device comprising: a first dielectric layer; and a flat plate disposed on a first surface of the first dielectric layer and including an electrode portion for electromagnetic coupling.
  • 2 N (wherein N is an integer of 2 or more) patch antenna, and a position which is disposed on the second surface opposite to the first surface in the first dielectric layer and faces the electrode portion
  • the second dielectric layer is formed on the second dielectric layer so as to face the ground conductor plate with the second dielectric layer interposed therebetween, and the tip is in the normal direction of the patch antenna It extends in a second direction that intersects the first direction, and intersects the slot when viewed in the normal direction.
  • a linear feeding conductor disposed in a positional relationship, and the patch antenna includes four radiating elements arranged in a rectangular grid at four positions centered on the feeding point in the electrode section, and the radiation
  • the device further includes a wiring portion electrically connecting each of the elements and the feeding point with equal wiring lengths, and the feeding conductor is connected to the tip end from the base end, and has a plurality of linear shapes.
  • the wiring portion has a repeating branch pattern connected in a T shape orthogonal to each other at a total of 2 N -1 branch points, and each of the tip portions is the linear wiring portion to which the tip portion is connected Are bent in the same direction in the second direction from the end of.
  • an end of the linear wiring portion is provided with an impedance matching portion whose line width is widened by two or more steps toward the end. It is also good.
  • a change in impedance of each stage of the impedance matching portion may be 50 ⁇ or less.
  • the impedance matching portion provided at the proximal end of the feeding conductor in the impedance matching portion is the most at the end of the proximal end.
  • the change in impedance of the near widening stage may be 30 ⁇ or less.
  • the second direction is orthogonal to the first direction
  • the power feeding conductor The tip may be orthogonal to the slot when viewed in the normal direction.
  • the antenna device of the present invention efficient design is possible and gain is good.
  • FIG. 1 is a schematic exploded perspective view showing an example of the antenna device of the present embodiment.
  • FIG. 2 is a schematic longitudinal sectional view showing an example of the configuration of the main part of the antenna device of the present embodiment.
  • FIG. 3 is a schematic plan view showing an example of a patch antenna of the antenna device of the present embodiment.
  • FIG. 4 is a schematic plan view showing an example of the opening shape of the slot used in the antenna device of the present embodiment.
  • FIG. 5 is a schematic plan view showing an example of the wiring pattern of the feed conductor of the antenna device of the present embodiment.
  • FIG. 6 is a schematic plan view showing an example of a wiring pattern of a feeding conductor for feeding power to the antenna block in the antenna device of the present embodiment.
  • FIG. 7 is a schematic plan view showing an example of the impedance matching portion on the base end side of the feed conductor in the antenna device of the present embodiment.
  • the antenna device 20 of the present embodiment shown in FIG. 1 includes a planar antenna of an electromagnetic coupling feed system.
  • the antenna device 20 can be used as an antenna device in communication in the IoT (Internet of Things) field or in high-speed wireless communication such as WiGig (Wireless Gigabit).
  • IoT Internet of Things
  • WiGig Wireless Gigabit
  • the patch antenna 1, the first dielectric layer 2, the ground conductor plate 4, the second dielectric layer 5, and the feeding conductor 60 are stacked in this order. ing.
  • the stacking direction is referred to as the Z-axis direction
  • biaxial directions orthogonal to the Z-axis direction and orthogonal to each other will be referred to as an X-axis direction (second direction) and a Y-axis direction (first direction).
  • the coordinate system here is right-handed.
  • the patch antenna 1 is patterned on a first surface 2a (first surface) of a first dielectric layer 2 described later based on a predetermined arrangement pattern.
  • the normal direction of the patch antenna 1 and the first surface 2a is the Z-axis direction.
  • the patch antenna 1 is a flat antenna electromagnetically coupled and fed from a feed conductor 60 described later.
  • a plurality of patch antennas 1 are, for example, arranged in the form of a square grid arranged in the X-axis direction and the Y-axis direction.
  • each patch antenna 1 includes, as an example, four radiating elements 1 a and a divided circuit pattern 1 d which is a divider for arraying the respective radiating elements 1 a.
  • Each of the radiation elements 1a is formed in a rectangular shape having sides extending in the X-axis direction and the Y-axis direction. Each of the radiation elements 1a is arranged in a substantially square lattice rectangular grid arranged in the X axis direction and the Y axis direction.
  • the divided circuit pattern 1 d includes an electrode portion 1 b for electromagnetic coupling, and four wiring portions 1 c that electrically connect the electrode portion 1 b and the radiation elements 1 a to each other.
  • the electrode portion 1b is formed in a rectangular shape extending in the X-axis direction centering on a point P which is an intersection point of diagonal lines connecting centers of arrangement positions of the radiation elements 1a.
  • the feeding point in the electrode portion 1b is formed at the center of the electrode portion 1b.
  • Each wiring portion 1c extends from the side portion in the Y-axis direction at the four corner portions of the electrode portion 1b toward the radiation element 1a connected thereto. Specifically, each wiring portion 1c extends in the Y-axis direction toward the radiation element 1a to which each wiring portion 1c is connected, and then a position facing the central portion of the side portion in the X-axis direction of the radiation element 1a to which each is connected It bends at a right angle so as to go in the X-axis direction. The path lengths of the wiring portions 1c are equal to one another. At the corner of the bent portion in each wiring portion 1c, a chamfered portion 1f which intersects the X axis at 45 degrees is formed.
  • each patch antenna 1 having such a configuration is disposed at a corner of a rectangular area having a width W X in the X-axis direction and a width W Y in the Y-axis direction.
  • W x and W y may be 4.4 mm and 4.52 mm, respectively.
  • the width W aX in the X-axis direction of the radiating elements 1a, the width in the Y-axis direction W aY, respectively, 1.15 mm may be 1.15 mm.
  • the width W bX in the X-axis direction of the electrode portion 1 b and the width W bY in the Y-axis direction may be 0.8 mm or 0.4 mm, respectively.
  • the line width of each wiring portion 1c may be 0.13 mm.
  • the quarter effective length (hereinafter simply referred to as the effective length) of such a patch antenna 1 is 1.15 mm.
  • the patch antenna 1 is formed of, for example, a metal material such as copper.
  • the impedance from the point P to each radiation element 1 a is set to an impedance such that the current direction in each radiation element 1 a is the same.
  • the current direction in each radiation element 1a flows in the same direction in the X-axis direction which is a direction parallel to the tip line 6e described later as a whole.
  • the first dielectric layer 2 is a flat member having a dielectric constant and a layer thickness defined in accordance with the required radiation characteristics.
  • the first dielectric layer 2 may be a single layer dielectric, or a plurality of dielectrics may be bonded. Whether to use a single layer or multiple layers may be determined in consideration of, for example, the material cost.
  • the example shown in FIG. 2 shows an example in which the dielectric 2A having a certain thickness is formed by being bonded by the resin adhesive layer 2B which is a dielectric.
  • a second surface 2b (second surface), which is a surface opposite to the first surface 2a in the first dielectric layer 2, is formed of a resin adhesive layer 2B.
  • the resin adhesive layer 2B constituting the second surface 2b joins a ground conductor plate 4 described later.
  • the first dielectric layer 2 is composed of a plurality of layers, it is easy to change the dielectric constant and the layer thickness of the first dielectric layer 2. This makes it easier to set the impedance of each part to a predetermined value.
  • the ground conductor plate 4 is a plate member of a conductor in which slots 7 are formed at positions facing the patch antennas 1.
  • the ground conductor plate 4 is grounded.
  • the ground conductor plate 4 is fixed to the first dielectric layer 2 via the resin adhesive layer 2B constituting the second surface 2b.
  • the slot 7 is a nonconductor in the ground conductor plate 4. As shown in FIGS. 3 and 4, the slot 7 extends in the Y-axis direction which is the first direction.
  • the opening shape of the slot 7 is a shape capable of achieving impedance matching between the impedance of the patch antenna 1 and a feeding conductor 60 described later.
  • the slot 7 in this embodiment is H-shaped as viewed from the Z-axis direction, as shown in FIG. Specifically, the slot 7 has a rectangular first opening 7a and second openings 7b formed at both ends in the longitudinal direction (first direction) of the first opening 7a, Equipped with As shown in FIG.
  • the center (centre) of the slot 7 is arranged to overlap the point P which is the center (centre) of the electrode portion 1 b of the patch antenna 1. Therefore, when viewed from the Z-axis direction, the slot 7 is orthogonal to the centers of the electrode portion 1b and the electrode portion 1b, and traverses the electrode portion 1b in the Y-axis direction.
  • the first opening 7a constitutes a passing signal portion through which a signal passes.
  • Each second opening 7 b is an opening that increases the impedance at both ends of the passing signal portion. More preferably, the length d3 of the slot 7 in the longitudinal direction (first direction) is adjusted to the effective length of the patch antenna 1.
  • the width W2 in the short direction of the first opening 7a is more preferably 0.75 mm, for example, in order to set the coupling impedance to 112 ⁇ .
  • W2 is more preferably 0.2 mm.
  • each second opening 7b widens from the width W2 in the short direction of the first opening 7a in order to form an impedance larger than the coupling impedance by the first opening 7a.
  • each second opening 7b is a rectangle having a length d2 in the Y-axis direction and a width W3 in the X-axis direction (where W3> W2).
  • d2 and W3 may be 0.2 mm and 0.4 mm, respectively.
  • the coupling impedance of the electromagnetic coupling feeding portion is 112 ⁇ at the central portion of the electrode portion 1 b.
  • the second dielectric layer 5 includes a ground conductor plate 4 and a feeding conductor 60 described later so as to perform electromagnetic coupling feeding to the patch antenna 1 from the feeding conductor 60 described later and the slot 7. It is provided to be separated by a fixed insulation distance. For this reason, the ground conductor plate 4 is disposed on the first surface 5 a of the second dielectric layer 5, and a feeding conductor 60 described later is disposed on the second surface 5 b of the second dielectric layer 5. It is done.
  • the relative permittivity ⁇ r of the second dielectric layer 5 is preferably as small as possible.
  • the relative dielectric constant ⁇ r of the second dielectric layer 5 is more preferably 1 or more and 2.5 or less.
  • the layer thickness of the second dielectric layer 5 is more preferably 130 ⁇ m.
  • quartz glass may be used as a material of the second dielectric layer 5.
  • the quartz glass may be bonded to the ground conductor plate 4 by an adhesive sheet which is a dielectric. The thicknesses of the quartz glass and the adhesive sheet may be set in accordance with the respective relative dielectric constants.
  • the feed conductor 60 is patterned on the second surface 5 b of the second dielectric layer 5.
  • the feed conductor 60 can be electrically connected to an external circuit (not shown) via a connection path having a predetermined impedance.
  • the feed conductor 60 includes a first block wiring portion 6, a second block wiring portion 16, a third block wiring portion 26, and a proximal end wiring portion 36.
  • the first block wiring unit 6 is a first power supply that simultaneously feeds each patch antenna 1 of the antenna block with 2 ⁇ 2 patch antennas 1 adjacent to each other in the X-axis direction and the Y-axis direction as one antenna block. It is a wiring pattern which forms a block.
  • the patch antennas 1 are arranged in a square grid of 8 ⁇ 8
  • J 1,..., 4).
  • the subscript i represents the arrangement order in the Y-axis direction, and means that the arrangement position shifts in the Y-axis negative direction as i increases from one.
  • the subscript j represents the arrangement order in the X-axis direction, and means that the arrangement position deviates in the positive X-axis direction as j increases from one.
  • Arrangement pitch P X in the X-axis direction of each block Bij, the arrangement pitch P Y in the Y-axis direction, in the present embodiment, both are 14 mm. Therefore, four first block wiring portions 6 are arranged at the arrangement pitch P X in the X axis direction according to the arrangement of the blocks Bij in the X axis direction, and the arrangement pitch P in the Y axis direction according to the arrangement in the Y axis direction. Four are arranged in Y.
  • the configuration of the first block wiring unit 6 in each block Bij is the same in all cases, and therefore, an example of the first block wiring unit 6 corresponding to the block B11 shown in FIG. 5 will be described.
  • Four tips formed on the tip of the first block wiring portion 6 so as to overlap with the four slots 7 corresponding to the block B 11 and the respective electrode portions 1 b of the four patch antennas 1 when viewed from the Z-axis direction A line 6e (tip) is formed.
  • Each tip line 6 e is a linear conductor that constitutes the open end of the feed conductor 60.
  • each tip end line 6 e extends in the X axis direction, passing through the longitudinal center of the first opening 7 a of each slot 7 as viewed from the Z axis direction. . Therefore, when viewed from the Z-axis direction, the tip end line 6e crosses the first opening 7a so as to be orthogonal to the first opening 7a.
  • the line width W1 of the tip line 6e is such that a very wide line width leads to more losses and radiation, and a very thin line width makes it difficult to manufacture, thus minimizing production and back radiation It has been decided as such.
  • the line width W1 of the tip end line 6e may be 0.1 mm. As shown in FIG.
  • the length (stub length) from the central axis O of the first opening 7 a to the tip 6 f of the tip track 6 e is ds.
  • the stub length ds is made equal to the length d1 of the first opening 7a.
  • the stub length ds is 0.75 mm.
  • each of the tip lines 6e is a first line 6d (line) extending in the Y-axis direction at the end where the two tip lines 6e adjacent in the Y-axis direction are opposite to the tip 6f.
  • the line width of each first line 6d is equal to the line width W1 of the tip line 6e.
  • the two first lines 6d adjacent to each other in the X-axis direction are connected to each other by a second line 6c (a linear wiring portion) extending in the X-axis direction at a position where each longitudinal length is equally divided.
  • the line width of each second line 6c is equal to the line width W1 of the tip end line 6e except for both ends in the longitudinal direction.
  • the first line 6 d and the second line 6 c are connected in a T shape orthogonal to each other.
  • the first line 6d is a branch line when viewed from the second line 6c, and the middle point in the longitudinal direction of the first line 6d is a branch point.
  • the "midpoint" of the line means the "longitudinal midpoint of the line”.
  • an impedance matching portion 6b is formed whose line width is widened stepwise from W1 as it goes from the center of the second line 6c to each branch point.
  • the impedance matching unit 6b in the present embodiment performs impedance matching with the second line 6c at the branch point of the first line 6d.
  • the line width of the impedance matching portion 6b is widened in three steps as W11, W12, and W13 (where W11 ⁇ W12 ⁇ W13) from the middle portion to the end portion of the second line 6c.
  • the length of each portion of the line widths W11, W12, and W13 is L11, L12, and L13.
  • the line widths W11, W12, and W13 are 0.12 mm, 0.22 mm, and 0.3 mm, respectively.
  • the impedance of each portion of the line width W11, W12, and W13 is 96 ⁇ , 70 ⁇ , and 58 ⁇ , respectively.
  • the impedance gradually changes from the main body to the branch point of the first line 6d, such as 112 ⁇ , 96 ⁇ , 70 ⁇ , and 58 ⁇ , and is matched with the impedance 56 ⁇ of the branch point.
  • the amount of change in impedance by the impedance matching unit 6b is 16 ⁇ , 26 ⁇ , and 12 ⁇ for each of the line width change portions toward the branch point.
  • the frequency band used by the antenna device 20 is in the 60 GHz band
  • the amount of change in impedance in the line width change portion in the impedance matching portion 6b is 50 ⁇ or less
  • the branch point Return loss due to current reflection in it is more preferable if the amount of change in impedance at the change in line width is 30 ⁇ or less.
  • the number of stages of the widening is three.
  • each tip line 6e extends from the first line 6d in the positive X-axis direction. For this reason, the current distributed to each of the tip end lines 6e flows in the same phase and in the same direction.
  • Such tip lines 6e have impedance matching with the slots 7 facing each other.
  • the second block wiring section 16 electrically connects the first block wiring sections 6 in the four blocks Bij adjacent to each other and arranged in a square lattice.
  • the second block wiring portion 16 is a substantially H-shaped wiring pattern which forms a second feeding block for feeding the four patch antennas 1 forming the block Bij together in units of four blocks.
  • the second block wiring portion 16 corresponds to each first block wiring portion 6 corresponding to the blocks B11, B12, B21 and B22, and each first block wiring portion corresponding to the blocks B13, B14, B23 and B24.
  • the second block wiring section 16 includes a first line 16a (linear wiring section), a second line 16b (linear wiring section), and a third line 16c (linear wiring section).
  • the first line 16a includes a middle point of the second line 6c of the first block wiring section 6 corresponding to the block B11 and a middle point of the second line 6c of the first block wiring section 6 corresponding to the block B21. Electrically connect in the Y-axis direction. For example, as shown in FIG.
  • the end of the first line 16a connected to the second line 6c of the first block wiring portion 6 corresponding to the block B11 is bent in the negative direction of the X axis, and then the Y axis direction
  • the second line 6c is connected to the second line 6c at a position opposed to the middle point of the second line 6c via the impedance matching portion 6b extending in the direction.
  • the second line 6c is a branch line when viewed from the first line 16a, and the middle point of the second line 6c is a branch point.
  • the second line 16b includes a middle point of the second line 6c of the first block wiring section 6 corresponding to the block B12 and a middle point of the second line 6c of the first block wiring section 6 corresponding to the block B22. Electrically connect in the Y-axis direction.
  • the shape and arrangement of the second line 16b are the same as the first line 16a except that the connected second line 6c is different.
  • the third line 16c electrically connects the middle point of the first line 16a and the middle point of the second line 16b via the impedance matching unit 6b.
  • the third line 16c is formed in a linear shape extending in the X-axis direction.
  • the first line 16a and the second line 16b are branch lines when viewed from the third line 16c, and the middle points of the first line 16a and the second line 16b are branch points.
  • the line widths of the main portions of the first line 16a, the second line 16b, and the lines of the third line 16c excluding the impedance matching portion 6b are all W1. For this reason, at each branch point of the second block wiring portion 16, impedance matching is performed by the impedance matching portion 6b as in the case of the first block wiring portion 6 described above.
  • the third block wiring unit 26 electrically connects the four second feed blocks electrically connected by the second block wiring units 16 to each other.
  • the third block wiring portion 26 is a substantially H-shaped wiring pattern that forms a third power feeding block that feeds power to the four second power feeding blocks collectively.
  • the third block wiring section 26 includes a second block wiring section 16 connected to the first block wiring sections 6 corresponding to the blocks B11, B12, B21 and B22, and the blocks B13, B14, B23 and B24.
  • the third block wiring section 26 includes a first line 26 a (linear wiring section), a second line 26 b (linear wiring section), and a third line 26 c (linear wiring section).
  • the first line 26a is located between the middle point of the third line 16c extending in the X-axis direction and interposed between the blocks B11 and B12 and the blocks B21 and B22, the blocks B31 and B32, and the blocks B41 and B42.
  • the middle point of the third line 16c extending in the X-axis direction are electrically connected to each other through the impedance matching portion 6b.
  • the first line 26a is formed in a straight line extending in the Y-axis direction.
  • Each third line 16c to which the first line 26a is connected is a branch line when viewed from the first line 26a, and the middle point of the third line 16c is a branch point.
  • the second line 26b is located between the middle point of the third line 16c extending in the X-axis direction and interposed between the blocks B13 and B14 and the blocks B23 and B24, the blocks B33 and B34, and the blocks B43 and B44. And the middle point of the third line 16c extending in the X-axis direction are electrically connected to each other through the impedance matching portion 6b.
  • the second line 26 b is formed in a linear shape extending in the Y-axis direction.
  • Each third line 16c to which the second line 26b is connected is a branch line when viewed from the second line 26b, and the middle point of the third line 16c is a branch point.
  • the third line 26c electrically connects the middle point of the first line 26a and the middle point of the second line 26b via the impedance matching unit 6b.
  • the third line 26c is formed in a linear shape extending in the X-axis direction.
  • the first line 26a and the second line 26b are branch lines when viewed from the third line 26c, and the middle points of the first line 26a and the second line 26b are branch points.
  • the line widths of the main portions of the first line 26a, the second line 26b, and the third line 26c excluding the impedance matching portions 6b are all W1. For this reason, at each branch point of the third block wiring section 26, impedance matching is performed by the impedance matching section 6b as in the case of the first block wiring section 6 described above.
  • the base end wiring portion 36 is extended in the Y-axis direction between the blocks B32 and B42 and the blocks B33 and B43 in order to electrically connect the outside of the antenna device 20 to the third block wiring portion 26.
  • a substantially straight base end line 36a (a linear wiring portion) is provided.
  • the illustrated upper end of the base end line 36 a is connected to the third line 26 c of the third block wiring section 26.
  • the upper end of the base end line 36a is bent in the negative X-axis direction, and then the third end of the base line 36a is extended through the impedance matching portion 6b extending in the Y-axis direction. It is connected to the middle point of the line 26c.
  • the third line 26c is a branch line when viewed from the base end line 36a, and the middle point of the third line 26c is a branch point.
  • An impedance matching portion 36b is formed at the lower end portion of the base end line 36a in the drawing.
  • the impedance matching portion 36 b is provided at the base end of the feed conductor 60 and is a feed source of the feed conductor 60.
  • a coaxial cable for feeding of the impedance 50 ⁇ (not shown) is electrically connected to the impedance matching unit 36b.
  • the line width of the main body excluding the impedance matching portions 6b and 36b is W1 as in the case of the third line 26c.
  • the impedance matching portion 36b has three stages of line widths W21, W22, W23 (where W21 ⁇ W22 ⁇ W23) from the middle portion of the base end line 36a toward the lower end in the figure. Widening.
  • the lengths of respective portions of the line widths W21, W22, and W23 are L21, L22, and L23.
  • the impedance matching portion 36b at the base end of the feeding conductor 60 changes in impedance in the line width changing portion It is more preferable that the amount is 50 ⁇ or less, and the change in impedance of the widening stage closest to the end at the proximal end is 30 ⁇ or less. In this case, the return loss due to the current reflection at the base end of the feeding conductor 60 is better suppressed.
  • the line widths W21, W22, and W23 are 0.18 mm, 0.28 mm, and 0.38 mm, respectively.
  • the impedance of each portion of the line widths W21, W22, and W23 is 78 ⁇ , 60 ⁇ , and 50 ⁇ , respectively.
  • the lengths L21, L22 and L23 in the impedance matching portion 36b are 1 mm, 2 mm and 5 mm, respectively.
  • the line width of the impedance matching section 36b is expanded in three stages, and the impedance is 112 ⁇ , 78 ⁇ , 60 ⁇ , 50 ⁇ , etc., from the main body of the base end line 36a toward the feed source. It changes gradually in multiple steps and is matched with the impedance 50 ⁇ of the coaxial cable.
  • the amount of change in impedance by the impedance matching unit 36b is 42 ⁇ , 18 ⁇ , and 10 ⁇ for each of the line width change portions toward the power supply source.
  • the antenna device 20 having such a configuration is manufactured, for example, as follows. First, conductor films are formed on the first surface 5a and the second surface 5b of the second dielectric layer 5, respectively, and then the ground conductor plate 4 and the feeding conductor 60 are respectively patterned by etching or the like. Furthermore, the first dielectric layer 2 to which the dielectric 2A is bonded is bonded onto the ground conductor plate 4. Thereafter, a conductor film is formed on the first surface 2 a of the first dielectric layer 2, and the patch antenna 1 is patterned by, for example, etching or the like. After the patch antenna 1 is patterned on the first dielectric layer 2, the first dielectric layer 2 and the ground conductor plate 4 may be bonded.
  • FIG. 8A is a simulation diagram of an example for explaining the wiring pattern of the feed conductor in the antenna device of the present embodiment.
  • FIG. 8B is a simulation diagram of a comparative example.
  • each of the T-shaped branch wiring patterns of the feeding conductor 60 when power is supplied from the impedance matching portion 36b of the feeding conductor 60, each of the T-shaped branch wiring patterns of the feeding conductor 60 The current is equally distributed to the tip end line 6e.
  • the line lengths from the feeding source to each tip line 6e are equal to each other, and the direction of the tip of the tip line 6e is uniform in the X-axis positive direction.
  • the currents of the same phase are electromagnetically coupled and fed by the same amount in the same direction.
  • the coupling impedance in the electromagnetic coupling feed from the tip line 6e to the electrode portion 1b of the patch antenna 1 also needs to be matched.
  • the arrangement and shape of the first opening 7a of the slot 7 in the ground conductor plate 4 are optimized, the second opening 7b is provided in the slot 7, and the tip end line 6e
  • the coupling impedance is matched by optimizing the stub length ds.
  • high impedance regions are formed outside the both ends of the first opening 7a. Therefore, in the first opening 7a, the signal passes efficiently, so that the reflection loss as a whole is reduced.
  • the current fed to the electrode portion 1 b is equally divided into the respective radiation elements 1 a in the same phase by the divided circuit pattern 1 d of the patch antenna 1. In this manner, in the antenna device 20, currents flow through the respective radiation elements 1a in the same phase and in substantially the same direction. For this reason, the gain of the radio wave radiated from each patch antenna 1 becomes good.
  • FIG. 8A The structure of the antenna apparatus 101 of an Example and simulation result are shown in figure by FIG. 8A.
  • FIG. 8A is a schematic view, a part of the shape is simplified.
  • the 64 patch antennas 1 in the antenna device 20 are replaced with four patch antennas 1, and the first block wiring portion 6 and the base end wiring portion are substituted for the feeding conductors 60 correspondingly.
  • a feed conductor 106 is provided.
  • the other configuration is the same as that of the antenna device 20.
  • the proximal end wiring portion 36 in the antenna device 101 extends in the Y-axis direction, and is connected to the middle point of the second line 6 c.
  • the structure of the antenna apparatus 111 of a comparative example and simulation result are shown in figure by FIG. 8B. However, since FIG. 8B is a schematic view, a part of the shape is simplified.
  • the antenna device 111 includes a feeding conductor 126 instead of the feeding conductor 106 of the antenna device 101.
  • the feeding conductor 126 includes a first block wiring portion 116 instead of the first block wiring portion 6 of the feeding conductor 106.
  • differences from the antenna device 101 will be mainly described.
  • the first lines 6d and the respective tip lines 6e for feeding the two patch antennas 1 in the lower portion of the drawing are inverted in the X-axis direction with respect to the pattern of the first block wiring portion 6.
  • the point differs in that the inverted first line 6d and the first line 6d at the top of the figure are connected by a second line 116c having impedance matching portions 6b at both ends.
  • the second line 116c has a line length shorter than that of the second line 6c.
  • the base end wiring portion 36 in the feed conductor 126 is formed at a position facing the middle point of the second line 116 c, and is translated in the positive X-axis direction relative to the base end wiring portion 36 in the feed conductor 106. There is.
  • each patch antenna 1 The electric current and radiation pattern which flow into each patch antenna 1 at the time of supplying electric power from proximal end wiring part 36 to antenna apparatus 101 and 111 of such composition were simulated, respectively.
  • the current direction in each of the radiation elements 1a is aligned in a substantially fixed direction (the X-axis positive direction in the illustrated example) as indicated by a solid arrow in FIG. 8A.
  • the antenna device 111 as shown in FIG. 8B, the current directions of the radiation elements 1a of the two lower patch antennas 1 shown in the figure are the same as those of the antenna device 101.
  • each radiation element 1 a was opposite to that of the antenna device 101.
  • the direction of the current flowing through each patch antenna 1 as a whole is opposite to the direction of the tip of the tip line 6e.
  • FIG. 9A is a graph showing the radiation pattern of the example
  • FIG. 9B is a graph showing the radiation pattern of the comparative example.
  • the horizontal axis is the elevation angle ⁇ (degrees)
  • the vertical axis is the gain (dBi).
  • 9A and 9B broken lines (curves 201 and 203) represent total gains in the XZ plane
  • solid lines represent total gains in the YZ plane.
  • the XZ plane is an electric plane (E plane)
  • the YZ plane is a magnetic plane (H plane).
  • FIG. 10 is a graph showing the total gain in the antenna device of the present embodiment.
  • FIG. 11 is a graph showing the reflection loss (S11) in the antenna device of the present embodiment.
  • FIG. 10 shows simulation results of all gains in the XZ plane and the YZ plane.
  • the horizontal axis is the elevation angle ⁇ (degrees), and the vertical axis is the gain (dBi).
  • a curve 210 (broken line) represents the total gain in the XZ plane
  • a curve 211 (solid line) represents the total gain in the YZ plane.
  • the XZ plane is an electric plane (E plane)
  • the YZ plane is a magnetic plane (H plane).
  • good total gain is obtained in both the XZ plane and the YZ plane in the range of the elevation angle of 0 ° to ⁇ 4 °.
  • FIG. 11 shows the frequency characteristics of the reflection loss (S11).
  • the horizontal axis is frequency (GHz) and the vertical axis is reflection loss (dB).
  • the reflection loss is ⁇ 10 dB or less. For this reason, the antenna device 20 has a good return loss characteristic in a 60 GHz band wireless communication application.
  • the antenna device 20 of the present embodiment is excellent in the efficiency of design work because it is easy to make design changes according to other specifications.
  • the arrangement of the patch antenna 1 and the radiation element 1a is a square lattice and a substantially square lattice, respectively, and the tip line 6e is arranged in a predetermined positional relationship with each patch antenna 1 when viewed from the normal direction. .
  • the linear wiring portions except for the tip line 6e may be provided to extend in the X-axis direction or the Y-axis direction in the region between the adjacent patch antennas 1, the arrangement space is insufficient even if the wiring pattern increases. I have nothing to do.
  • the line width of the main body is fixed, and a predetermined impedance matching portion is formed only at the end connected to the branch point, whereby impedance matching with less return loss is performed. For this reason, the design of each linear wiring portion is easy, and the antenna can be miniaturized.
  • the antenna device 20 of the present embodiment efficient design is possible, and the gain is good.
  • the number of patch antennas 1 is 64 and 4 in the above embodiment, the number of patch antennas 1 is 2 N (where N is an integer of 2 or more). For example, 64 or 4 are not limited.
  • the four radiating elements 1a are arranged in a rectangular grid of substantially square grid to form the patch antenna 1, and the patch antenna 1 is further arranged in a square grid.
  • the four radiation elements 1a may be arranged in a rectangular grid shape in which the arrangement pitch in the first direction and the second direction is largely different.
  • the patch antenna 1 is not limited to the square lattice arrangement, and may be arranged in a rectangular lattice arrangement.

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Abstract

パッチアンテナは，給電点を中心とする四方に矩形格子状に配列する４つの放射素子，各放射素子と給電点とを電気的に同相接続する配線部を備え，地導体板に形成されたスロットと交差する位置に配置された線状の給電用導体によって給電されており，給電用導体は基端部から先端部にそれぞれに接続するまで複数の線状配線部が合計２Ｎ－１個の分岐点において互いに直交するＴ字状に連結された繰り返し分岐パターンを有し，先端部のそれぞれは先端部が接続された線状配線部の末端から第２の方向における同じ向きに屈曲している。

Description

アンテナ装置
　本発明は、アンテナ装置に関する。
　本願は、２０１７年９月２１日に、日本に出願された特願２０１７－１８１３３９号に基づき優先権を主張し、これらの内容をここに援用する。
　高速無線通信の分野において、電磁結合給電方式の平面アンテナを備えるアンテナ装置が知られている。
　例えば、特許文献１には、接地層である給電用スロット層に矩形の給電用スロットが形成され、分配合成器が給電用スロット層を介して円形の放射素子と電磁的に結合されているフェーズドアレーアンテナ装置が記載されている。
　特許文献１では、放射素子は平面視千鳥状に配列されており、分配合成器の分岐配線パターンによって、隣り合う２つの放射素子を一組として各放射素子に同時に給電が行われる。
日本国特開平１１－７４７１７号公報
　しかしながら、特許文献１に記載の技術のように、多数の放射素子に分岐配線パターンによって給電する場合、給電元におけるインピーダンスと、各放射素子への電磁結合部におけるインピーダンスとは、機器の仕様に応じて、例えば、給電元は５０Ω、電磁結合部は１２０Ωなどの一定値にする必要がある。また、各放射素子における電流の位相を一致させるため、給電元から給電点までの線路長を一致させる必要がある。
　このため、給電用配線が分岐配線パターンである場合、まず分岐点においてインピーダンスをインピーダンス整合させる必要がある。さらに分岐配線パターンは、線路長が一致するようにレイアウトされる必要がある。
　このため、放射素子の配列および分岐配線パターンのレイアウト設計は複雑な作業になり、設計に時間がかかる。
　さらに、分岐配線パターンでは、分岐点におけるインピーダンス整合が不充分であると、電流の反射が生じるため、アンテナ装置の利得（ゲイン）が低下する。
　本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、効率的な設計が可能であり、利得が良好となるアンテナ装置を提供する。
　本発明の第１の態様は、アンテナ装置であって、第１の誘電体層と、前記第１の誘電体層の第１の表面に配置され、電磁結合用の電極部を備える平板形の２Ｎ個（ただし、Ｎは２以上の整数）のパッチアンテナと、前記第１の誘電体層において前記第１の表面と反対側の第２の表面に配置され、前記電極部と対向する位置に、第１の方向に延びる無導体部を構成するスロットが形成された地導体板と、前記地導体板を挟んで前記第１の誘電体層と対向するように前記地導体板に固定された第２の誘電体層と、前記第２の誘電体層を挟んで前記地導体板と対向するように前記第２の誘電体層に形成され、先端部が前記パッチアンテナの法線方向に見て前記第１の方向と交差する第２の方向に延び、前記法線方向に見て前記スロットと交差する位置関係に配置された線状の給電用導体と、を備え、前記パッチアンテナは、前記電極部における給電点を中心とする４位置に矩形格子状に配列された４つの放射素子と、前記放射素子のそれぞれと前記給電点とを等配線長で電気的に接続する配線部と、をさらに備え、前記給電用導体は、基端部から前記先端部にそれぞれに接続するまで、複数の線状配線部が合計２Ｎ－１個の分岐点において互いに直交するＴ字形に連結された繰り返し分岐パターンを有しており、前記先端部のそれぞれは、前記先端部が接続された前記線状配線部の末端から前記第２の方向における同じ向きに屈曲されている。
　本発明の第２態様は、上記第１態様に係るアンテナ装置において、前記線状配線部の端部には、末端に向かって線幅が２段以上拡幅されたインピーダンス整合部が設けられていてもよい。
　本発明の第３態様は、上記第２態様に係るアンテナ装置において、前記インピーダンス整合部の各段のインピーダンスの変化は５０Ω以下であってもよい。
　本発明の第４態様は、上記第３態様に係るアンテナ装置において、前記インピーダンス整合部のうち前記給電用導体の前記基端部に設けられたインピーダンス整合部は、前記基端部の末端に最も近い拡幅段のインピーダンスの変化が３０Ω以下であってもよい。
　本発明の第５態様は、上記第１～第４態様のいずれか一態様に係るアンテナ装置において、前記第２の方向は、前記第１の方向と直交しており、前記給電用導体の前記先端部は、前記法線方向に見て前記スロットと直交してもよい。
　本発明のアンテナ装置によれば、効率的な設計が可能であり、利得が良好となる。
本実施形態のアンテナ装置の一例を示す模式的な分解斜視図である。 本実施形態のアンテナ装置の主要部の構成の一例を示す模式的な縦断面図である。 本実施形態のアンテナ装置のパッチアンテナの一例を示す模式的な平面図である。 本実施形態のアンテナ装置に用いるスロットの開口形状の一例を示す模式的な平面図である。 本実施形態のアンテナ装置の給電用導体の配線パターンの一例を示す模式的な平面図である。 本実施形態のアンテナ装置におけるアンテナブロックに給電する給電用導体の配線パターンの一例を示す模式的な平面図である。 本実施形態のアンテナ装置における給電用導体の基端側のインピーダンス整合部の一例を示す模式的な平面図である。 本実施形態のアンテナ装置における給電用導体の配線パターンを説明する実施例のシミュレーション図である。 比較例のシミュレーション図である。 実施例の放射パターンを示すグラフである。 比較例の放射パターンを示すグラフである。 本実施形態のアンテナ装置における全ゲインを示すグラフである。 本実施形態のアンテナ装置における反射損失（Ｓ１１）を示すグラフである。
　以下では、本発明の実施形態のアンテナ装置について図面を参照して説明する。
　図１は、本実施形態のアンテナ装置の一例を示す模式的な分解斜視図である。図２は、本実施形態のアンテナ装置の主要部の構成の一例を示す模式的な縦断面図である。図３は、本実施形態のアンテナ装置のパッチアンテナの一例を示す模式的な平面図である。図４は、本実施形態のアンテナ装置に用いるスロットの開口形状の一例を示す模式的な平面図である。図５は、本実施形態のアンテナ装置の給電用導体の配線パターンの一例を示す模式的な平面図である。図６は、本実施形態のアンテナ装置におけるアンテナブロックに給電する給電用導体の配線パターンの一例を示す模式的な平面図である。図７は、本実施形態のアンテナ装置における給電用導体の基端側のインピーダンス整合部の一例を示す模式的な平面図である。
　各図面は模式図のため、寸法や形状は誇張または簡略化されている（以下の他の図面も同様）。
　図１に示す本実施形態のアンテナ装置２０は、電磁結合給電方式の平面アンテナを備える。例えば、アンテナ装置２０は、ＩｏＴ（Internet of Things）分野における通信、あるいはＷｉＧｉｇ（Wireless Gigabit）などの高速無線通信などにおけるアンテナ装置として用いることが可能である。
　図１、２に示すように、アンテナ装置２０は、パッチアンテナ１、第１の誘電体層２、地導体板４、第２の誘電体層５、および給電用導体６０が、この順に積層されている。
　以下では、積層方向をＺ軸方向とし、Ｚ軸方向に直交しかつ互いに直交する２軸方向をＸ軸方向（第２の方向）、Ｙ軸方向（第１の方向）と称する。ここでの座標系は右手系である。
　図１に示すように、パッチアンテナ１は、後述する第１の誘電体層２の第１面２ａ（第１の表面）上に、予め決められた配列パターンに基づいてパターニングされている。パッチアンテナ１および第１面２ａの法線方向はＺ軸方向である。
　パッチアンテナ１は、後述する給電用導体６０から電磁結合給電される平面アンテナである。本実施形態では、パッチアンテナ１は、一例として、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に並ぶ正方格子状に複数配列されている。具体的には、パッチアンテナ１は８×８の正方格子状に６４（＝２６）個配列されている。
　図３に示すように、本実施形態では、各パッチアンテナ１は、一例として、４個の放射素子１ａと、各放射素子１ａをアレー化するデバイダーである分割回路パターン１ｄと、を備える。
　各放射素子１ａは、Ｘ軸方向およびＹ軸方向にそれぞれ延びる辺を有する方形に形成されている。各放射素子１ａは、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に並ぶ略正方格子状の矩形格子状に配列されている。
　分割回路パターン１ｄは、電磁結合用の電極部１ｂと、電極部１ｂと各放射素子１ａとを互いに電気的に接続する４本の配線部１ｃと、を備える。
　電極部１ｂは、各放射素子１ａの配置位置の中心を結ぶ対角線の交点である点Ｐを中心としてＸ軸方向に延びる矩形に形成されている。電極部１ｂにおける給電点は、電極部１ｂの中心部に形成される。
　各配線部１ｃは、電極部１ｂの４つの角部におけるＹ軸方向の側部からそれぞれが接続する放射素子１ａに向かって延びている。具体的には、各配線部１ｃは、それぞれが接続する放射素子１ａに向かってＹ軸方向に延びてから、それぞれが接続する放射素子１ａのＸ軸方向の側部の中央部に対向する位置でＸ軸方向に向かうように、直角に屈曲している。各配線部１ｃの経路長は互いに等しい。各配線部１ｃにおける屈曲部の角部には、Ｘ軸に対して４５度に交差する面取部１ｆがそれぞれ形成されている。
　図３に示すように、このような構成の各パッチアンテナ１は、Ｘ軸方向における幅がＷＸ、Ｙ軸方向における幅がＷＹの矩形領域の角部に配置されている。
　例えば、６０ＧＨｚ帯の無線通信用途では、ＷＸ、ＷＹは、それぞれ、４．４ｍｍ、４．５２ｍｍであってもよい。
　この場合、各放射素子１ａのＸ軸方向における幅ＷａＸ、Ｙ軸方向における幅ＷａＹは、それぞれ、１．１５ｍｍ、１．１５ｍｍであってもよい。電極部１ｂのＸ軸方向における幅ＷｂＸ、Ｙ軸方向における幅ＷｂＹは、それぞれ、０．８ｍｍ、０．４ｍｍであってもよい。各配線部１ｃの線幅は、０．１３ｍｍであってもよい。
　例えば、このようなパッチアンテナ１の４分の１実効長（以下、単に実効長）は、１．１５ｍｍになる。
　パッチアンテナ１は、例えば、銅などの金属材料によって形成される。
　パッチアンテナ１において、点Ｐから各放射素子１ａまでのインピーダンスは、各放射素子１ａにおける電流方向が、同じ向きになるようなインピーダンスに設定されている。本実施形態では、各放射素子１ａにおける電流方向は全体として、後述する先端線路６ｅに平行な方向であるＸ軸方向において同じ向きに流れる。
　図１、２に示すように、第１の誘電体層２は、必要な放射特性に応じて誘電率、層厚が規定された平板部材である。第１の誘電体層２は、単層の誘電体であってもよいし、複数の誘電体が貼り合わされていてもよい。単層とするか、複数層とするかは、例えば、材料コストなどを考慮して決められてもよい。
　図２に示す例では、一定の厚さを有する誘電体２Ａが、誘電体である樹脂接着層２Ｂによって接合されて構成された場合の例が示されている。第１の誘電体層２における第１面２ａと反対側の表面である第２面２ｂ（第２の表面）は、樹脂接着層２Ｂで構成されている。第２面２ｂを構成する樹脂接着層２Ｂは、後述する地導体板４を接合する。
　このように、第１の誘電体層２が複数層からなる場合に、第１の誘電体層２の誘電率および層厚の変更が容易になるため、パッチアンテナ１の各部における導体形状と併せて、各部のインピーダンスを所定値に設定することがより容易となる。
　図１、２に示すように、地導体板４は、各パッチアンテナ１と対向する位置にスロット７が形成された導体の板状部材である。地導体板４は接地されている。
　地導体板４は、第２面２ｂを構成する樹脂接着層２Ｂを介して、第１の誘電体層２に固定されている。
　スロット７は、地導体板４における無導体部である。図３、４に示すように、スロット７は、第１の方向であるＹ軸方向に延びている。スロット７の開口形状は、パッチアンテナ１のインピーダンスと後述する給電用導体６０とのインピーダンス整合をとることが可能な形状である。
　本実施形態におけるスロット７は、図４に示すように、Ｚ軸方向から見て、Ｈ字形である。具体的には、スロット７は、矩形の第１の開口部７ａと、第１の開口部７ａの長手方向（第１の方向）の両端部にそれぞれ形成された第２の開口部７ｂと、を備える。
　図３に示すように、スロット７の中心（図心）は、パッチアンテナ１における電極部１ｂの中心（図心）である点Ｐと重なるように配置されている。このため、Ｚ軸方向から見ると、スロット７は、電極部１ｂと電極部１ｂの中心で直交し、電極部１ｂをＹ軸方向に横断する。
　第１の開口部７ａは、信号が通過する通過信号部を構成する。各第２の開口部７ｂは、通過信号部の両端部におけるインピーダンスを増大させる開口部である。
　スロット７の長手方向（第１の方向）の長さｄ３は、パッチアンテナ１の実効長に合わせることがより好ましい。
　第１の開口部７ａは、短手方向（第２の方向）であるＸ軸方向の幅（第１の幅）がＷ２、長手方向であるＹ軸方向（第１の方向）の長さがｄ１（ただし、ｄ１＞Ｗ２）の矩形に開口している。
　第１の開口部７ａの短手方向の幅Ｗ２は、例えば、結合インピーダンスを１１２Ωにするため、０．７５ｍｍであることがより好ましい。例えば、パッチアンテナ１のインピーダンスが２２０Ωの場合、Ｗ２は、０．２ｍｍであることがより好ましい。
　各第２の開口部７ｂは、第１の開口部７ａによる結合インピーダンスより大きなインピーダンスを形成するため、第１の開口部７ａの短手方向の幅Ｗ２から拡幅する。
　図４に示す例では、各第２の開口部７ｂは、Ｙ軸方向の長さがｄ２、Ｘ軸方向の幅がＷ３（ただし、Ｗ３＞Ｗ２）の矩形に開口している。
　例えば、第２の開口部７ｂにおいて、ｄ２、Ｗ３は、それぞれ、０．２ｍｍ、０．４ｍｍであってもよい。この場合、第１の開口部７ａの長さｄ１は、０．７５ｍｍ（＝１．１５ｍｍ－２×０．２ｍｍ）である。
　以上説明したスロット７のより好ましい数値例によれば、電磁結合給電部の結合インピーダンスは、電極部１ｂの中心部において１１２Ωである。
　図２に示すように、第２の誘電体層５は、後述する給電用導体６０からスロット７を通してパッチアンテナ１に電磁結合給電できるように、地導体板４と後述する給電用導体６０とを一定の絶縁距離だけ離すように設けられている。
　このため、第２の誘電体層５の第１面５ａには地導体板４が配置されており、第２の誘電体層５の第２面５ｂには、後述する給電用導体６０が配置されている。
　給電効率を向上するため、第２の誘電体層５の比誘電率εｒはできるだけ小さいことが好ましい。例えば、第２の誘電体層５の比誘電率εｒは、１以上２．５以下であることがより好ましい。
　例えば、第２の誘電体層５の比誘電率εｒが２．２の場合、第２の誘電体層５の層厚は、１３０μｍであることがより好ましい。
　第２の誘電体層５の材料としては、石英ガラスが用いられてもよい。この場合、石英ガラスは、誘電体である接着剤シートで地導体板４に接着されてもよい。石英ガラス、接着剤シートの厚さは、それぞれの比誘電率に応じて設定されればよい。
　図２に示すように、給電用導体６０は、第２の誘電体層５の第２面５ｂ上にパターニングされている。給電用導体６０は、図示略の外部回路と所定のインピーダンスを有する接続路を介して電気的に接続可能である。
　図５に示すように、給電用導体６０は、第１ブロック配線部６、第２ブロック配線部１６、第３ブロック配線部２６、および基端配線部３６を備える。
　第１ブロック配線部６は、Ｘ軸方向とＹ軸方向とにおいて互いに隣り合う２×２個のパッチアンテナ１を一つのアンテナブロックとして、アンテナブロックの各パッチアンテナ１に同時に給電する第１の給電ブロックを形成する配線パターンである。
　アンテナ装置２０では、パッチアンテナ１が８×８の正方格子状に配列されており、各パッチアンテナ１は、２×２の正方格子単位のアンテナブロックであるブロックＢｉｊ（ｉ＝１，…，４、ｊ＝１，…，４）に分割されている。ここで、添字ｉは、Ｙ軸方向における配置順を表しており、ｉが１から増えるにつれて、Ｙ軸負方向に配置位置がずれることを意味する。添字ｊは、Ｘ軸方向における配置順を表しており、ｊが１から増えるにつれて、Ｘ軸正方向に配置位置がずれることを意味する。各ブロックＢｉｊのＸ軸方向の配列ピッチＰＸ、Ｙ軸方向の配列ピッチＰＹは、本実施形態では、いずれも１４ｍｍである。
　このため、第１ブロック配線部６は、各ブロックＢｉｊのＸ軸方向の並びに応じてＸ軸方向に配列ピッチＰＸで４個配列され、Ｙ軸方向の並びに応じてＹ軸方向に配列ピッチＰＹで４個配列されている。
　各ブロックＢｉｊにおける第１ブロック配線部６の構成はいずれも同じであるため、図５に示すブロックＢ１１に対応する第１ブロック配線部６の場合の例で説明する。
　第１ブロック配線部６の先端部には、Ｚ軸方向から見て、ブロックＢ１１に対応する４つのスロット７および４つのパッチアンテナ１の各電極部１ｂとそれぞれ重なるように形成された４つの先端線路６ｅ（先端部）が形成されている。
　各先端線路６ｅは、給電用導体６０の開放端を構成する線状の導体である。本実施形態では、各先端線路６ｅは、図６に示すように、Ｚ軸方向から見て、各スロット７の第１の開口部７ａの長手方向の中心を通り、Ｘ軸方向に延びている。このため、Ｚ軸方向から見て、先端線路６ｅは、第１の開口部７ａと直交するように、第１の開口部７ａを横断している。
　先端線路６ｅの線幅Ｗ１は、非常に幅の広い線幅はより多くのロスおよび放射をもたらし、非常に細い線幅は製造が困難であるため、製造および後方放射の最小化が可能になるように決定されている。例えば、先端線路６ｅの線幅Ｗ１は、０．１ｍｍであってもよい。
　図４に示すように、第１の開口部７ａの中心軸線Ｏから先端線路６ｅの先端６ｆまでの長さ（スタブ長）は、ｄｓである。本実施形態では、リアクタンス成分を合わせるため、スタブ長ｄｓは、第１の開口部７ａの長さｄ１に一致されている。上述のスロット７の数値例の場合、スタブ長ｄｓは、０．７５ｍｍである。
　図６に示すように、各先端線路６ｅは、Ｙ軸方向において隣り合う２本の先端線路６ｅが、先端６ｆと反対側に位置する端部において、Ｙ軸方向に延びる第１線路６ｄ（線状配線部）によって互いに接続されている。各第１線路６ｄの線幅は、先端線路６ｅの線幅Ｗ１に等しい。
　Ｘ軸方向において隣り合う２本の第１線路６ｄは、それぞれの長手方向の長さを２等分する位置において、Ｘ軸方向に延びる第２線路６ｃ（線状配線部）によって互いに接続されている。各第２線路６ｃの線幅は、長手方向の両端部を除いては、先端線路６ｅの線幅Ｗ１に等しい。
　このように第１線路６ｄと第２線路６ｃとは互いに直交するＴ字に接続されている。第１線路６ｄは、第２線路６ｃから見ると、分岐線路になっており、第１線路６ｄの長手方向の中点は分岐点である。以下、誤解の生じるおそれがない限り、線路の「中点」は、線路の「長手方向の中点」を意味する。
　第２線路６ｃの両端部には、第２線路６ｃの中心部から各分岐点に向かうにつれて、線幅が、Ｗ１から段階的に拡幅するインピーダンス整合部６ｂが形成されている。
　本実施形態におけるインピーダンス整合部６ｂは、第１線路６ｄの分岐点における第２線路６ｃとのインピーダンス整合をとる。
　インピーダンス整合部６ｂは、第２線路６ｃの中間部から端部に向かって、線幅が、Ｗ１１、Ｗ１２、Ｗ１３（ただし、Ｗ１１＜Ｗ１２＜Ｗ１３）のように３段に拡幅している。線幅Ｗ１１、Ｗ１２、Ｗ１３のそれぞれの部分の長さは、Ｌ１１、Ｌ１２、Ｌ１３である。
　インピーダンス整合部６ｂの具体的な数値例としては、例えば、線幅Ｗ１１、Ｗ１２、Ｗ１３は、それぞれ、０．１２ｍｍ、０．２２ｍｍ、０．３ｍｍである。このとき、幅線幅Ｗ１１、Ｗ１２、Ｗ１３の各部のインピーダンスは、それぞれ９６Ω、７０Ω、５８Ωである。
　第２線路６ｃの本体（両端のインピーダンス整合部６ｂを除く幅Ｗ１の部分）のインピーダンスは、１１２Ωであり、分岐点のインピーダンスは、５６Ω（＝１１２Ω／２）であるため、第２線路６ｃの本体から第１線路６ｄの分岐点に向かって、インピーダンスが１１２Ω、９６Ω、７０Ω、５８Ωのように、緩やかに変化して、分岐点のインピーダンス５６Ωと整合されている。
　この例では、インピーダンス整合部６ｂによるインピーダンスの変化量は、分岐点に向かって、線幅の変化部ごとに、それぞれ１６Ω、２６Ω、１２Ωである。
　本発明者の検討結果によれば、例えば、アンテナ装置２０が使用する周波数帯域が６０ＧＨｚ帯域の場合、インピーダンス整合部６ｂにおける線幅の変化部におけるインピーダンスの変化量が５０Ω以下であれば、分岐点における電流反射によるリターンロスが良好に抑制される。上記数値例のように、線幅の変化部におけるインピーダンスの変化量が３０Ω以下であれば、より好ましい。
　例えば、３０Ω以下のインピーダンスの変化量の範囲で１１２Ωの配線のインピーダンスを分岐点のインピーダンス（５６Ω）に整合させるには、インピーダンス整合部６ｂの拡幅の段数は、２段以上であればよい（（１１２Ω－５６Ω）／３０Ω＝１．８６＜２）。ただし、段数が多くなりすぎると、製造上、微小な線幅差を高精度に形成することが難しくなるため、拡幅の段数は３段であることが特に好ましい。
　このような第１ブロック配線部６は、第２線路６ｃの中点から各給電点までの４つの線路における線路長が互いに等しくなっている。このため、第２線路６ｃの中点に流入した電流は、各先端線路６ｅに４分の１ずつ分配される。
　さらに、各先端線路６ｅは、いずれも第１線路６ｄからＸ軸正方向に向かって延びている。このため、各先端線路６ｅに分配された電流は、同位相で同じ向きに流れる。
　このような各先端線路６ｅは、それぞれが対向するスロット７とインピーダンスマッチングが取れている。
　図５に示すように、第２ブロック配線部１６は、互いに隣接して正方格子状に並ぶ４つのブロックＢｉｊにおける各第１ブロック配線部６を互いに電気的に接続する。第２ブロック配線部１６は、ブロックＢｉｊを形成する４つのパッチアンテナ１をさらに４ブロックごとにまとめて給電する第２の給電ブロックを形成する略Ｈ字形の配線パターンである。
　具体的には、第２ブロック配線部１６は、ブロックＢ１１、Ｂ１２、Ｂ２１、Ｂ２２に対応する各第１ブロック配線部６同士、ブロックＢ１３、Ｂ１４、Ｂ２３、Ｂ２４に対応する各第１ブロック配線部６同士、ブロックＢ３１、Ｂ３２、Ｂ４１、Ｂ４２に対応する各第１ブロック配線部６同士、およびブロックＢ３３、Ｂ３４、Ｂ４３、Ｂ４４に対応する各第１ブロック配線部６同士をそれぞれ接続するため、４箇所に同様な配線パターンで形成されている。
　以下、一例として、ブロックＢ１１、Ｂ１２、Ｂ２１、Ｂ２２に対応する各第１ブロック配線部６同士を接続する第２ブロック配線部１６の構成の例で説明する。
　第２ブロック配線部１６は、第１線路１６ａ（線状配線部）、第２線路１６ｂ（線状配線部）、および第３線路１６ｃ（線状配線部）を備える。
　第１線路１６ａは、ブロックＢ１１に対応する第１ブロック配線部６の第２線路６ｃの中点と、ブロックＢ２１に対応する第１ブロック配線部６の第２線路６ｃの中点と、を、Ｙ軸方向において電気的に接続する。
　例えば、図６に示すように、ブロックＢ１１に対応する第１ブロック配線部６の第２線路６ｃに接続する第１線路１６ａの端部は、Ｘ軸負方向に屈曲されてから、Ｙ軸方向に延びるインピーダンス整合部６ｂを介して、第２線路６ｃの中点に対向する位置で第２線路６ｃに接続している。
　第２線路６ｃは、第１線路１６ａから見ると分岐線路であり、第２線路６ｃの中点は分岐点である。
　特に拡大図は示さないが、図５に示すように、ブロックＢ２１に対応する第１ブロック配線部６の第２線路６ｃに接続する第１線路１６ａの端部も同様に構成されている。
　第２線路１６ｂは、ブロックＢ１２に対応する第１ブロック配線部６の第２線路６ｃの中点と、ブロックＢ２２に対応する第１ブロック配線部６の第２線路６ｃの中点と、を、Ｙ軸方向において電気的に接続する。
　第２線路１６ｂの形状および配置は、接続する第２線路６ｃが異なる以外は、第１線路１６ａと同様である。
　第３線路１６ｃは、第１線路１６ａの中点と、第２線路１６ｂの中点とを、それぞれ、インピーダンス整合部６ｂを介して電気的に接続する。第３線路１６ｃは、Ｘ軸方向に延びる直線状に形成されている。
　第１線路１６ａおよび第２線路１６ｂは、第３線路１６ｃから見ると分岐線路であり、第１線路１６ａおよび第２線路１６ｂの各中点は分岐点である。
　第２ブロック配線部１６において、第１線路１６ａ、第２線路１６ｂ、および第３線路１６ｃにおける各インピーダンス整合部６ｂを除く各線路の本体の線幅は、いずれもＷ１である。
　このため、第２ブロック配線部１６の各分岐点では、上述した第１ブロック配線部６と同様に、インピーダンス整合部６ｂによってインピーダンス整合がとられている。
　このような第２ブロック配線部１６は、第３線路１６ｃの中点から各第２線路６ｃの分岐点までの４つの線路における線路長が互いに等しくなっている。このため、第３線路１６ｃの中点に流入した電流は、各第１ブロック配線部６に４分の１ずつ分配される。
　図５に示すように、第３ブロック配線部２６は、各第２ブロック配線部１６によって電気的に接続された４つの第２の給電ブロックを、互いに電気的に接続する。第３ブロック配線部２６は、４つの第２の給電ブロックにまとめて給電する第３の給電ブロックを形成する略Ｈ字形の配線パターンである。
　具体的には、第３ブロック配線部２６は、ブロックＢ１１、Ｂ１２、Ｂ２１、Ｂ２２に対応する各第１ブロック配線部６と接続する第２ブロック配線部１６と、ブロックＢ１３、Ｂ１４、Ｂ２３、Ｂ２４に対応する各第１ブロック配線部６と接続する第２ブロック配線部１６と、ブロックＢ３１、Ｂ３２、Ｂ４１、Ｂ４２に対応する各第１ブロック配線部６と接続する第２ブロック配線部１６と、およびブロックＢ３３、Ｂ３４、Ｂ４３、Ｂ４４に対応する各第１ブロック配線部６と接続する第２ブロック配線部１６と、をそれぞれ接続するため、第２の誘電体層５の中央部に形成されている。
　第３ブロック配線部２６は、第１線路２６ａ（線状配線部）、第２線路２６ｂ（線状配線部）、および第３線路２６ｃ（線状配線部）を備える。
　第１線路２６ａは、ブロックＢ１１、Ｂ１２と、ブロックＢ２１、Ｂ２２との間に挟まれてＸ軸方向に延びる第３線路１６ｃの中点と、ブロックＢ３１、Ｂ３２と、ブロックＢ４１、Ｂ４２との間に挟まれてＸ軸方向に延びる第３線路１６ｃの中点と、を、それぞれ、インピーダンス整合部６ｂを介して電気的に接続する。第１線路２６ａはＹ軸方向に延びる直線状に形成されている。
　第１線路２６ａが接続する各第３線路１６ｃは、第１線路２６ａから見ると分岐線路であり、第３線路１６ｃの中点は分岐点である。
　第２線路２６ｂは、ブロックＢ１３、Ｂ１４と、ブロックＢ２３、Ｂ２４との間に挟まれてＸ軸方向に延びる第３線路１６ｃの中点と、ブロックＢ３３、Ｂ３４と、ブロックＢ４３、Ｂ４４との間に挟まれてＸ軸方向に延びる第３線路１６ｃの中点と、を、それぞれ、インピーダンス整合部６ｂを介して電気的に接続する。第２線路２６ｂは、Ｙ軸方向に延びる直線状に形成されている。
　第２線路２６ｂが接続する各第３線路１６ｃは、第２線路２６ｂから見ると分岐線路であり、第３線路１６ｃの中点は分岐点である。
　第３線路２６ｃは、第１線路２６ａの中点と、第２線路２６ｂの中点とを、それぞれ、インピーダンス整合部６ｂを介して電気的に接続する。第３線路２６ｃは、Ｘ軸方向に延びる直線状に形成されている。
　第１線路２６ａおよび第２線路２６ｂは、第３線路２６ｃから見ると分岐線路であり、第１線路２６ａおよび第２線路２６ｂの各中点は分岐点である。
　第３ブロック配線部２６において、第１線路２６ａ、第２線路２６ｂ、および第３線路２６ｃにおける各インピーダンス整合部６ｂを除く各線路の本体の線幅は、いずれもＷ１である。
　このため、第３ブロック配線部２６の各分岐点では、上述した第１ブロック配線部６と同様に、インピーダンス整合部６ｂによってインピーダンス整合がとられている。
　このような第３ブロック配線部２６は、第３線路２６ｃの中点から各第３線路１６ｃの分岐点までの４つの線路における線路長が互いに等しくなっている。このため、第３線路２６ｃの中点に流入した電流は、各第２ブロック配線部１６に４分の１ずつ分配される。
　基端配線部３６は、アンテナ装置２０の外部と第３ブロック配線部２６とを電気的に接続するため、ブロックＢ３２、Ｂ４２と、ブロックＢ３３、Ｂ４３との間で、Ｙ軸方向に延ばされた略直線の基端線路３６ａ（線状配線部）を備える。
　基端線路３６ａにおける図示上端は、第３ブロック配線部２６の第３線路２６ｃに接続している。具体的には、第１線路１６ａの端部と同様に、基端線路３６ａの上端部は、Ｘ軸負方向に屈曲されてから、Ｙ軸方向に延びるインピーダンス整合部６ｂを介して、第３線路２６ｃの中点に接続している。
　第３線路２６ｃは、基端線路３６ａから見ると分岐線路であり、第３線路２６ｃの中点は分岐点である。
　基端線路３６ａの図示下端部には、インピーダンス整合部３６ｂが形成されている。
　インピーダンス整合部３６ｂは、給電用導体６０の基端部に設けられており、給電用導体６０の給電元である。インピーダンス整合部３６ｂには、例えば、図示略のインピーダンス５０Ωの給電用の同軸ケーブルが電気的に接続される。
　基端線路３６ａにおいてインピーダンス整合部６ｂ、３６ｂを除く本体の線幅は、第３線路２６ｃの本体と同様、Ｗ１である。
　図７に示すように、インピーダンス整合部３６ｂは、基端線路３６ａの中間部から図示下端に向かって、線幅が、Ｗ２１、Ｗ２２、Ｗ２３（ただし、Ｗ２１＜Ｗ２２＜Ｗ２３）のように３段に拡幅している。線幅Ｗ２１、Ｗ２２、Ｗ２３のそれぞれの部分の長さは、Ｌ２１、Ｌ２２、Ｌ２３である。
　本発明者の検討結果によれば、例えば、アンテナ装置２０が使用する周波数帯域が６０ＧＨｚ帯域の場合、給電用導体６０の基端部のインピーダンス整合部３６ｂは、線幅の変化部におけるインピーダンスの変化量がそれぞれ５０Ω以下であって、かつ、基端部における末端に最も近い拡幅段のインピーダンスの変化量が３０Ω以下であることがより好ましい。この場合、給電用導体６０の基端部における電流反射によるリターンロスがより良好に抑制される。
　インピーダンス整合部３６ｂの具体的な数値例としては、例えば、線幅Ｗ２１、Ｗ２２、Ｗ２３は、それぞれ、０．１８ｍｍ、０．２８ｍｍ、０．３８ｍｍである。このとき、線幅Ｗ２１、Ｗ２２、Ｗ２３の各部のインピーダンスは、それぞれ７８Ω、６０Ω、５０Ωである。
　インピーダンス整合部３６ｂにおける長さＬ２１、Ｌ２２、Ｌ２３は、それぞれ１ｍｍ、２ｍｍ、５ｍｍである。
　インピーダンス整合部３６ｂは、インピーダンス整合部６ｂと同様、線幅が３段で拡幅されており、基端線路３６ａの本体から給電元に向かって、インピーダンスが１１２Ω、７８Ω、６０Ω、５０Ωのように、多段階に緩やかに変化して、同軸ケーブルのインピーダンス５０Ωと整合されている。
　この例では、インピーダンス整合部３６ｂによるインピーダンスの変化量は、給電元に向かって、線幅の変化部ごとに、それぞれ４２Ω、１８Ω、１０Ωである。
　このような構成により、給電用導体６０は、給電元である基端部（インピーダンス整合部３６ｂ）から先端部（先端線路６ｅ）にそれぞれ接続するまで、第１の方向であるＹ軸方向または第２の方向であるＸ軸方向に沿って延びる複数の線状配線部が、合計２Ｎ－１（本実施形態では、Ｎ＝６）個の分岐点において互いに直交するＴ字に連結された繰り返し分岐パターンを有している。給電用導体６０における分岐点は、基端配線部３６から各先端線路６ｅに到る２Ｎ個の枝分かれした配線経路をたどると、それぞれの配線経路上には、Ｎ個ずつ形成されている。
　このような構成のアンテナ装置２０は、例えば、以下のようにして製造される。
　まず、第２の誘電体層５の第１面５ａ、第２面５ｂにそれぞれ導体膜が形成された後、例えば、エッチングなどによって、それぞれ地導体板４、給電用導体６０がパターニングされる。さらに、地導体板４上に、誘電体２Ａが貼り合わされた第１の誘電体層２が貼り合わせられる。この後、第１の誘電体層２の第１面２ａに、導体膜が成膜され、例えば、エッチングなどによって、パッチアンテナ１がパターニングされる。
　第1の誘電体層２にパッチアンテナ１がパターニングされてから、第１の誘電体層２と地導体板４が貼り合わせられてもよい。
　次に、本実施形態のアンテナ装置２０の作用について説明する。
　図８Ａは、本実施形態のアンテナ装置における給電用導体の配線パターンを説明する実施例のシミュレーション図である。図８Ｂは比較例のシミュレーション図である。
　本実施形態のパッチアンテナ１の形状および給電用導体６０の配線パターンによれば、給電用導体６０のインピーダンス整合部３６ｂから給電されると、給電用導体６０のＴ字の分岐配線パターンによって、各先端線路６ｅに電流が等分に分配される。
　このとき、給電用導体６０において、給電元から各先端線路６ｅまでの線路長が互いに等しく、かつ先端線路６ｅの先端の向きがＸ軸正方向に統一されているため、各パッチアンテナ１の電極部１ｂには、同位相の電流が同方向に同量だけ電磁結合給電される。
　先端線路６ｅからパッチアンテナ１の電極部１ｂまでの電磁結合給電部における結合インピーダンスも整合がとられる必要がある。
　本実施形態では、地導体板４におけるスロット７の第１の開口部７ａの配置および開口形状が適正化されることと、スロット７に第２の開口部７ｂが設けられることと、先端線路６ｅのスタブ長であるｄｓが適正化されること、とによって、結合インピーダンスの整合がとられている。
　特に、第１の開口部７ａの両端部において拡幅された第２の開口部７ｂが設けられることによって、第１の開口部７ａの両端部の外側に、高インピーダンスの領域が形成される。このため、第１の開口部７ａにおいて、効率的に信号が通過するため、全体として反射損失が低減される。
　電極部１ｂに給電された電流は、パッチアンテナ１の分割回路パターン１ｄによって各放射素子１ａに同位相で等分に分割される。
　このようにして、アンテナ装置２０では、各放射素子１ａに同位相で略同方向に電流が流れる。このため、各パッチアンテナ１から放射される電波のゲインが良好となる。
　このような給電用導体６０を検証するため、第１ブロック配線部６の第２線路６ｃの中点に直接給電した場合の実施例と、線路長が同じでも先端線路６ｅの向きが異なる場合の比較例と、電流方向のシミュレーションが行われた。
　以下の数値シミュレーションに用いられた具体的な数値は、上記実施形態において、例示された数値が用いられている。
　図８Ａには、実施例のアンテナ装置１０１の構成と、シミュレーション結果とが、図示されている。ただし、図８Ａは模式図のため、一部の形状は簡略化されている。
　アンテナ装置１０１は、例えば、アンテナ装置２０における６４個のパッチアンテナ１を４個のパッチアンテナ１に置き換え、これに対応して給電用導体６０に代えて第１ブロック配線部６および基端配線部３６で構成される給電用導体１０６を備える。その他の構成は、アンテナ装置２０と同様である。
　アンテナ装置１０１における基端配線部３６は、Ｙ軸方向に延びており、第２線路６ｃの中点に接続している。
　図８Ｂには、比較例のアンテナ装置１１１の構成と、シミュレーション結果とが、図示されている。ただし、図８Ｂは模式図のため、一部の形状は簡略化されている。
　アンテナ装置１１１は、アンテナ装置１０１の給電用導体１０６に代えて、給電用導体１２６を備える。給電用導体１２６は、給電用導体１０６の第１ブロック配線部６に代えて、第１ブロック配線部１１６を備える。
　以下、アンテナ装置１０１と異なる点を中心に説明する。
　第１ブロック配線部１１６は、第１ブロック配線部６のパターンに対して、図示下部の２つのパッチアンテナ１に給電する第１線路６ｄおよび各先端線路６ｅが、Ｘ軸方向において反転されている点と、反転された第１線路６ｄと図示上部の第１線路６ｄとが、両端にインピーダンス整合部６ｂを備える第２線路１１６ｃによって接続されている点と、が異なる。第２線路１１６ｃは第２線路６ｃよりも線路長が短い。
　給電用導体１２６における基端配線部３６は、第２線路１１６ｃの中点に対向する位置に形成されており、給電用導体１０６における基端配線部３６よりもＸ軸正方向に平行移動されている。
　このような構成のアンテナ装置１０１、１１１に、それぞれ基端配線部３６から給電した場合の各パッチアンテナ１に流れる電流および放射パターンがシミュレーションされた。
　各放射素子１ａにおける電流方向は、アンテナ装置１０１では、図８Ａに実線矢印で示すように、略一定方向（図示の例ではＸ軸正方向）に揃っていた。このため、各パッチアンテナ１において、パッチアンテナ１全体として、図示白抜き矢印Ｃ１で示すように、略同一方向に電流が流れていた。
　これに対して、アンテナ装置１１１では、図８Ｂに示すように、図示下部２つのパッチアンテナ１の各放射素子１ａの電流方向はアンテナ装置１０１と同様であったが、図示上部の２つのパッチアンテナ１の各放射素子１ａの電流方向はアンテナ装置１０１と反対であった。
　アンテナ装置１１１では、図示白抜き矢印Ｃ１、Ｃ２で示すように、各パッチアンテナ１に全体として流れる電流の方向は、先端線路６ｅの先端の向きと反対方向であった。
　図９Ａは実施例の放射パターンを、図９Ｂは比較例の放射パターンを示すグラフである。図９Ａおよび図９Ｂにおいて、横軸は仰角θ（度）、縦軸はゲイン（ｄＢｉ）である。図９Ａおよび図９Ｂにおいて、破線（曲線２０１、２０３）はＸＺ面における全ゲインを、実線（曲線２０２、２０４）はＹＺ面における全ゲインを表す。ここで、ＸＺ面は電気面（Ｅ面）であり、ＹＺ面は磁気面（Ｈ面）である。
　実施例のアンテナ装置１０１では、図９Ａに示すように、ＸＺ面の放射パターン（曲線２０１参照）と、ＹＺ面の放射パターン（曲線２０２参照）とは、略同様であった。θ＝０（度）では、ＸＺ面およびＹＺ面のゲインは最大であった。
　これに対して、比較例のアンテナ装置１１１では、図９Ｂに示すように、ＸＺ面の放射パターン（曲線２０３参照）は、θ＝±１８（度）でピークを有する二峰性の放射パターンになっており、θ＝０（度）にはほとんど電波が放射されなかった。
　また、ＹＺ面の放射パターン（曲線２０４参照）のゲインは、曲線２０３に比べて著しく低くなった。この理由は、Ｘ軸方向に対向するパッチアンテナ１では、放射素子１ａを流れる電流の向きが反対であるため、電波が互いに干渉して互いに打ち消し合っているからであると考えられる。
　このように、比較例では、Ｔ字の分岐配線パターンを有する給電用導体１２６を備えていても先端線路６ｅの向きが揃っていないため、アンテナの放射特性が実施例に比べて著しく劣っていた。
　次に、上記アンテナ装置２０のアンテナ特性について説明する。
　図１０は、本実施形態のアンテナ装置における全ゲインを示すグラフである。図１１は、本実施形態のアンテナ装置における反射損失（Ｓ１１）を示すグラフである。
　図１０には、ＸＺ面およびＹＺ面の全ゲインのシミュレーション結果が示されている。
図１０において、横軸は仰角θ（度）、縦軸はゲイン（ｄＢｉ）である。図１０において、曲線２１０（破線）はＸＺ面における全ゲインを、曲線２１１（実線）はＹＺ面における全ゲインを表す。ここで、ＸＺ面は電気面（Ｅ面）であり、ＹＺ面は磁気面（Ｈ面）である。
　図１０における曲線２１０、２１１に示されたように、アンテナ装置２０では、仰角０度～±４度の範囲において、ＸＺ面およびＹＺ面とも良好な全ゲインが得られている。
　図１１には、反射損失（Ｓ１１）の周波数特性が示されている。図１１において、横軸は周波数（ＧＨｚ）、縦軸は反射損失（ｄＢ）である。
　図１１において曲線２１２に示されるように、約５６ＧＨｚから約６４ＧＨｚまでの範囲において、反射損失が－１０ｄＢ以下である。このため、アンテナ装置２０は、６０ＧＨｚ帯の無線通信用途において良好な反射損失特性を有する。
　さらに、本実施形態のアンテナ装置２０は、異なる仕様のアンテナ装置を設計する場合、他の仕様に応じて設計変更を行うことが容易であるため、設計作業の効率に優れる。
　例えば、パッチアンテナ１の数を変更する場合、パッチアンテナ１の個数が、２Ｎ個であれば、最適な給電用導体の配線レイアウトを新たに検討することなく、同様な繰り返しパターンからなるＴ字の分岐配線パターンを増減することで容易に対応できる。
　例えば、本実施形態では、パッチアンテナ１、放射素子１ａの配列はそれぞれ正方格子、略正方格子であり、先端線路６ｅは法線方向から見て各パッチアンテナ１と所定の位置関係に配置される。先端線路６ｅを除く線状配線部は、隣り合うパッチアンテナ１の間の領域においてＸ軸方向またはＹ軸方向に延びるように設ければよいため、配線パターンが増加しても配置スペースが不足することもない。
　本実施形態における線状配線部は、本体の線幅を一定とし、分岐点と接続する端部のみに所定のインピーダンス整合部を形成することで、リターンロスの少ないインピーダンス整合が行われる。このため、各線状配線部の設計も容易であり、かつアンテナの小型化が可能になる。
　以上説明したように、本実施形態のアンテナ装置２０によれば、効率的な設計が可能であり、利得（ゲイン）が良好となる。
　上記実施形態の説明では、パッチアンテナ１の個数が、６４個および４個の場合の例で説明したが、パッチアンテナ１の個数は、２Ｎ個（ただし、Ｎは２以上の整数）であればよく、６４個、４個には限定されない。
　上記実施形態の説明では、４つの放射素子１ａが略正方格子の矩形格子状に配列されてパッチアンテナ１が形成され、さらにパッチアンテナ１が正方格子状に配列される場合の例で説明した。
　しかし、４つの放射素子１ａは第１の方向と第２の方向とにおける配列ピッチがより大きく異なる矩形格子状に配列されていてもよい。同様に、パッチアンテナ１も正方格子状の配列には限定されず、矩形格子状に配列されていてもよい。
　以上、本発明の好ましい実施形態を説明したが、本発明はこの実施形態に限定されることはない。本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能である。
　また、本発明は前述した説明によって限定されることはなく、添付の特許請求の範囲によってのみ限定される。
　１…パッチアンテナ，１ａ…放射素子，１ｂ…電極部，１ｃ…配線部，１ｄ…分割回路パターン，２…第１の誘電体層，２ａ…第１面（第１の表面），２ｂ…第２面（第２の表面），４…地導体板，５…第２の誘電体層，６０、１０６…給電用導体，６ｂ…インピーダンス整合部，６ｃ…第２線路６ｃ（線状配線部），６ｄ…第１線路６ｄ（線状配線部），６ｅ…先端線路（先端部），７…スロット，１６ａ、２６ａ…第１線路（線状配線部），１６ｂ、２６ｂ…第２線路（線状配線部），１６ｃ、２６ｃ…第３線路（線状配線部），２０、１０１…アンテナ装置，３６ａ…基端線路，Ｐ…点（給電点）

Claims (5)

  1. 　第１の誘電体層と、
    　前記第１の誘電体層の第１の表面に配置され、電磁結合用の電極部を備える平板形の２Ｎ個（ただし、Ｎは２以上の整数）のパッチアンテナと、
    　前記第１の誘電体層において前記第１の表面と反対側の第２の表面に配置され、前記電極部と対向する位置に、第１の方向に延びる無導体部を構成するスロットが形成された地導体板と、
    　前記地導体板を挟んで前記第１の誘電体層と対向するように前記地導体板に固定された第２の誘電体層と、
    　前記第２の誘電体層を挟んで前記地導体板と対向するように前記第２の誘電体層に形成され、先端部が前記パッチアンテナの法線方向に見て前記第１の方向と交差する第２の方向に延び、前記法線方向に見て前記スロットと交差する位置関係に配置された線状の給電用導体と、
    を備え、
    　前記パッチアンテナは、
    　前記電極部における給電点を中心とする４位置に矩形格子状に配列された４つの放射素子と、前記放射素子のそれぞれと前記給電点とを等配線長で電気的に接続する配線部と、をさらに備え、
    　前記給電用導体は、
    　基端部から前記先端部にそれぞれに接続するまで、複数の線状配線部が合計２Ｎ－１個の分岐点において互いに直交するＴ字形に連結された繰り返し分岐パターンを有しており、
    　前記先端部のそれぞれは、前記先端部が接続された前記線状配線部の末端から前記第２の方向における同じ向きに屈曲されている、
    アンテナ装置。
  2. 　前記線状配線部の端部には、末端に向かって線幅が２段以上拡幅されたインピーダンス整合部が設けられている、請求項１に記載のアンテナ装置。
  3. 　前記インピーダンス整合部の各段のインピーダンスの変化は５０Ω以下である、請求項２に記載のアンテナ装置。
  4. 　前記インピーダンス整合部のうち前記給電用導体の前記基端部に設けられたインピーダンス整合部は、前記基端部の末端に最も近い拡幅段のインピーダンスの変化が３０Ω以下である、
    請求項３に記載のアンテナ装置。
  5. 　前記第２の方向は、前記第１の方向と直交しており、
    　前記給電用導体の前記先端部は、
    　前記法線方向に見て前記スロットと直交する、請求項１～４のいずれか１項に記載のアンテナ装置。
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