WO2016203921A1 - アンテナ装置 - Google Patents

Abstract

多層基板（２）の裏面（２Ｂ）には、接地導体板（６）が設けられる。多層基板（２）の内部には、絶縁層（３），（４）間に位置して高次モード電極板（７）が設けられる。高次モード電極板（７）の中心位置付近には、第１のスロット（８）が設けられる。高次モード電極板（７）には、ストリップ線路（９）が接続される。多層基板（２）の表面（２Ａ）には、高次モード電極板（７）と対向した基本モード電極板（１２）が設けられる。基本モード電極板（１２）の中心位置付近には、第２のスロット（１３）が設けられる。高次モード電極板（７）と基本モード電極板（１２）とは電磁界結合する。これにより、高次モード電極板（７）が高次モードで励振したときには、基本モード電極板（１２）は基本モードで励振される。

Description

アンテナ装置

　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アンテナ装置に関する。

　高周波信号に用いるアンテナ装置として、各種のマイクロストリップアンテナ（パッチアンテナ）が知られている（例えば、特許文献１，２参照）。特許文献１には、基板の内部にストリップ導体を設けると共に、ストリップ導体と一部が重なった状態で基板の表面にパッチを設け、ストリップ導体とパッチとを結合させたスタック型のマイクロストリップアンテナが開示されている。特許文献２には、互いに異なる共振モードをもった２つの放射電極を積み重ねたマイクロストリップアンテナが開示されている。

特開平５－１４５３２９号公報 特開平７－２２１５３５号公報

　ところで、特許文献１に記載されたアンテナでは、単一のパッチを励振するため、例えばアンテナの指向性の自由度が低く、所望の指向性が得られないという問題がある。

　一方、特許文献２に記載されたアンテナでは、互いに異なる共振モードをもつ２つの放射電極を励振するから、アンテナの指向性の自由度を高めることができる。しかしながら、例えばＴＭ１０とＴＭ２０のように２つの共振モードを近い周波数で使用する場合に、２つの放射電極の結合量を調整するためには、２つの放射電極の重なりを制御すると共に、それぞれを独立して励振し、外部で合成すること等が必要になる。この場合には、インピーダンス整合の周波数特性と指向性とを独立に制御することが難しい。これに加えて、外部で合成するための合成回路や２つの放射電極の励振を切り換える切換回路等が別途必要になるという問題もある。

　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、インピーダンス整合の周波数特性と指向性の調整が容易なアンテナ装置を提供することにある。

（１）．上述した課題を解決するために、本発明によるアンテナ装置は、給電線路から給電され、高次モードと基本モードのうち一方のモードで励振される第１の電極板と、前記第１の電極板と離間した状態で前記第１の電極板に積み重ねて設けられ、前記第１の電極板と結合して基本モードと高次モードのうち他方のモードで励振される第２の電極板とを備え、前記第１の電極板には、電流が流れる長さ方向の途中位置に第１のスロットが設けられ、前記第２の電極板には、電流が流れる長さ方向の途中位置に第２のスロットが設けられている。

　本発明によれば、例えば第１の電極板を高次モードで励振し、第２の電極板を基本モードで励振することによって、これら２つの異なるモードによるアンテナの指向性を組み合わせて、所望の指向性特性を得ることができる。また、第１の電極板に第１のスロットが設けられ、第２の電極板に第２のスロットが設けられたから、第１，第２のスロットの大きさや形状を適宜設定することによって、第１の電極板と第２の電極板との間の結合量を調整することができる。このため、第１の電極板と第２の電極板との間の結合量に応じて、インピーダンス整合の周波数特性を調整することができる。なお、第１の電極板を基本モードで励振し、第２の電極板を高次モードで励振したときでも、同様の作用効果を奏する。

（２）．本発明では、前記第１のスロットは、前記第１の電極板のうち定在波電流の腹の位置に配置されている。

　本発明によれば、第１のスロットは第１の電極板のうち定在波電流の腹の位置に配置されたから、例えば第１の電極板を高次モードで励振するときには、第１の電極板には、第１のスロットを迂回した状態で定在波電流が流れる。このため、第１のスロットを省いた場合に比べて、第１のスロットの周囲を流れる電流の経路を長くすることができ、電流が流れる長さ方向に対して、第１の電極板の長さ寸法を小さくすることができる。また、第１のスロットの周囲には、電界の強い領域を配置することができる。これに対し、例えば第２の電極板を基本モードで励振するときには、第２の電極板では、その端縁部に電界の強い領域が配置される。このため、第１のスロットの位置と第２の電極板の端縁部と近付けることによって、第１の電極板と第２の電極板との結合量を大きくすることができる。また、第１のスロットの位置と第２の電極板の端縁部と遠ざけることによって、第１の電極板と第２の電極板との結合量を小さくすることができる。なお、第１の電極板を基本モードで励振し、第２の電極板を高次モードで励振したときでも、同様の作用効果を奏する。

（３）．本発明では、前記第２のスロットは、前記第２の電極板のうち定在波電流の腹の位置に配置されている。

　本発明によれば、第２のスロットは第２の電極板のうち定在波電流の腹の位置に配置されたから、第２の電極板には、第２のスロットを迂回した状態で定在波電流が流れる。このため、第２のスロットを省いた場合に比べて、第２のスロットの周囲を流れる電流の経路を長くすることができ、電流が流れる長さ方向に対して、第２の電極板の長さ寸法を小さくすることができる。

（４）．本発明では、前記第１のスロットと前記第２のスロットとは、交叉角度をもって形成されている。

　本発明によれば、第１のスロットと第２のスロットとは交叉角度をもって形成されたから、第１の電極板と第２の電極板とで電磁界の向きを傾斜させることができ、円偏波の送信または受信が可能になる。また、第１のスロットと第２のスロットとの間の交叉角度に応じて、第１の電極板と第２の電極板との結合量を調整することができる。

本発明の第１の実施の形態によるパッチアンテナを示す斜視図である。 図１中のパッチアンテナを示す平面図である。 パッチアンテナを図２中の矢示III－III方向からみた断面図である。 パッチアンテナを図３中の矢示IV－IV方向からみた断面図である。 パッチアンテナの高次モード電極板等を示す平面図である。 パッチアンテナの電界分布を図３と同じ位置で示す説明図である。 第１の実施の形態および比較例において、リターンロスの周波数特性を示す特性線図である。 第１の実施の形態および比較例において、アンテナの放射パターンを示す特性線図である。 本発明の第２の実施の形態によるパッチアンテナを示す斜視図である。 図９中のパッチアンテナを示す平面図である。 パッチアンテナを図１０中の矢示XI－XI方向からみた断面図である。 パッチアンテナの電界分布を図１１と同じ位置で示す説明図である。 第１の変形例によるパッチアンテナを示す図３と同様な位置の断面図である。 第２の変形例によるパッチアンテナを示す図３と同様な位置の断面図である。

　以下、本発明の実施の形態によるアンテナ装置として例えば６０ＧＨｚ帯用のパッチアンテナを例に挙げて、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。

　図１ないし図６は第１の実施の形態によるパッチアンテナ１を示している。このパッチアンテナ１は、多層基板２、接地導体板６、高次モード電極板７、ストリップ線路９、基本モード電極板１２を含んで構成されている。

　多層基板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。この多層基板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。

　また、多層基板２は、絶縁性を有する材料として、例えばセラミックス材料や樹脂材料によって形成されている。多層基板２は、表面２Ａ側から裏面２Ｂ側に向けてＺ軸方向に積層した３層の絶縁層３～５を有している。各絶縁層３～５は、薄い層状に形成されている。

　接地導体板６は、例えば銅、銀等の導電性金属材料を用いて形成され、グランドに接続されている。具体的には、接地導体板６は、金属薄膜によって形成され、多層基板２の略全面を覆っている。接地導体板６は、多層基板２の裏面２Ｂ（絶縁層５の裏面）に配置されている。

　高次モード電極板７は、第１の電極板を構成している。このため、高次モード電極板７は、給電線路となるストリップ線路９から給電され、高次モードと基本モードのうち高次モード（一方のモード）で励振される。高次モード電極板７は、例えば接地導体板６と同様の導電性金属材料を用いて形成され、接地導体板６と間隔をもって対向している。具体的には、高次モード電極板７は、略四角形状の金属薄膜によって形成され、絶縁層３と絶縁層４との間に配置されている。高次モード電極板７と接地導体板６との間には、絶縁層４，５が配置されている。このため、高次モード電極板７は、接地導体板６と絶縁された状態で、接地導体板６と対面している。

　図５に示すように、高次モード電極板７は、Ｙ軸方向の幅寸法Ｌ1に比べてＸ軸方向の長さ寸法Ｌ2の方が長い。高次モード電極板７のＸ軸方向の長さ寸法Ｌ2は、電気長で例えば使用する高周波信号の１．５波長よりも小さい値に設定されている。

　さらに、高次モード電極板７には、Ｘ軸方向の途中位置にビア１１が接続されると共に、ビア１１を介してストリップ線路９が接続されている。そして、高次モード電極板７には、ストリップ線路９からの給電によって、Ｘ軸方向に向けて電流Ｉhが流れる。このとき、定在波電流Ｉhには、高次モード電極板７の複数個所に節部分Ｋhが生じると共に、高次モード電極板７の複数個所に腹部分が生じる。図５に示す一例では、定在波電流Ｉhは、例えば高次モード電極板７には、Ｘ軸方向に沿って、節部分Ｋhが４箇所に生じ、腹部分が３箇所に生じている。これにより、高次モード電極板７は、例えば２次の高次モードで励振する。このとき、節部分Ｋhの周囲では、電界Ｅが強くなる傾向がある。

　第１のスロット８は、高次モード電極板７のうち電流Ｉhが流れるＸ軸方向の途中位置に設けられている。図５に示す一例では、第１のスロット８は、高次モード電極板７のうちＸ軸方向の中央部付近に配置されている。これにより、第１のスロット８は、高次モード電極板７のうち定在波電流Ｉhの腹の位置に配置されている。

　また、第１のスロット８は、Ｘ軸方向と直交したＹ軸方向に延びる細長い溝によって形成されている。具体的には、第１のスロット８は、高次モード電極板７をＺ軸方向（厚さ方向）で貫通した例えば四角形の開口によって形成されている。この第１のスロット８は、Ｘ軸方向の溝幅寸法Ｌ3とＹ軸方向の長さ寸法Ｌ4とを有している。第１のスロット８の長さ寸法Ｌ4は、例えば第１のスロット８の溝幅寸法Ｌ3に比べて長くなっている。第１のスロット８の長さ寸法Ｌ4は、電気長で例えば使用する高周波信号の半波長よりも小さい値に設定されている。

　第１のスロット８は、電流Ｉhが第１のスロット８を横切ってＸ軸方向に流れるのを遮断している。このため、電流Ｉhは、第１のスロット８を迂回して、高次モード電極板７のうちで第１のスロット８の周囲を流れる。このとき、定在波電流Ｉhの２箇所の節部分Ｋhは、第１のスロット８を挟んでＸ軸方向の両側に配置される。

　ストリップ線路９は、高次モード電極板７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、ストリップ線路９は、接地導体板６と、接地導体板６と離間した状態で接地導体板６と対向して設けられたストリップ導体１０とによって構成されている。

　ストリップ導体１０は、例えば接地導体板６と同様の導電性金属材料からなり、細長い帯状に形成されている。ストリップ導体１０は、絶縁層４と絶縁層５との間に配置されている。ストリップ導体１０は、例えばＸ軸方向に延びている。このストリップ導体１０の端部は、高次モード電極板７のうちＸ軸方向の中心位置よりも一側に配置され、接続線路としてのビア１１を介して高次モード電極板７に接続されている。

　ビア１１は、絶縁層４を貫通して内径が数十～数百μｍ程度（例えば１００μｍ）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。ビア１１は、Ｚ軸方向に延びている。ビア１１の基端は、接地導体板６に接続され、ビア１１の先端は、高次モード電極板７に接続されている。このとき、ビア１１は、例えばＸ軸方向に対して、高次モード電極板７のうち、Ｘ軸方向で定在波電流Ｉhの節部分Ｋhと腹部分との間の位置に配置されている。

　基本モード電極板１２は、第２の電極板を構成している。このため、基本モード電極板１２は、高次モード電極板７と結合して、高次モードと基本モードのうち基本モード（他方のモード）で励振される。基本モード電極板１２は、例えば接地導体板６と同様の導電性金属材料を用いて略四角形状に形成され、高次モード電極板７からみて接地導体板６と反対側に位置して、多層基板２の表面２Ａ（絶縁層３の表面）に配置されている。この基本モード電極板１２と高次モード電極板７との間には、絶縁層３が配置されている。このため、基本モード電極板１２は、高次モード電極板７および接地導体板６と絶縁された状態で、高次モード電極板７と間隔をもって対面している。これにより、基本モード電極板１２は、高次モード電極板７と離間した状態で高次モード電極板７に積み重ねて設けられている。

　図２に示すように、基本モード電極板１２は、Ｙ軸方向に幅寸法Ｌ5を有すると共に、Ｘ軸方向に長さ寸法Ｌ6を有している。この基本モード電極板１２の幅寸法Ｌ5は、例えば高次モード電極板７の幅寸法Ｌ1よりも大きくなっている。なお、基本モード電極板１２の幅寸法Ｌ5は、高次モード電極板７の幅寸法Ｌ1よりも小さくしてもよい。

　また、基本モード電極板１２の長さ寸法Ｌ6は、例えば高次モード電極板７の長さ寸法Ｌ2よりも小さくなっている。基本モード電極板１２のＸ軸方向の長さ寸法Ｌ6は、電気長で例えば使用する高周波信号の半波長よりも小さい値に設定されている。

　そして、基本モード電極板１２は、高次モード電極板７と電磁界係合を生じる。このとき、基本モード電極板１２は、高次モード電極板７のうち第１のスロット８よりもＸ軸方向の他側の部分（図２、図３中の左側の部分）と対面している。このため、基本モード電極板１２は、高次モードで励振される高次モード電極板７のうち、Ｘ軸方向の他側部分と強く結合する。

　なお、基本モード電極板１２および高次モード電極板７の大小関係やこれらの具体的な形状は、上述のものに限らず、パッチアンテナ１の放射パターン等を考慮して適宜設定されるものである。

　第２のスロット１３は、基本モード電極板１２のうち電流Ｉfが流れるＸ軸方向の途中位置に設けられている。この第２のスロット１３は、例えば基本モード電極板１２のうちＸ軸方向の中央部付近に配置されている。これにより、第２のスロット１３は、基本モード電極板１２のうち定在波電流Ｉfの腹の位置に配置されている。

　また、第２のスロット１３は、Ｘ軸方向と直交したＹ軸方向に延びる細長い溝によって形成されている。具体的には、第２のスロット１３は、基本モード電極板１２をＺ軸方向（厚さ方向）で貫通した例えば四角形の開口によって形成されている。この第２のスロット１３は、Ｘ軸方向の溝幅寸法Ｌ7とＹ軸方向の長さ寸法Ｌ8とを有している。第２のスロット１３の長さ寸法Ｌ8は、例えば第２のスロット１３の溝幅寸法Ｌ7に比べて長くなっている。第２のスロット１３の長さ寸法Ｌ8は、電気長で例えば使用する高周波信号の半波長よりも小さい値に設定されている。

　第２のスロット１３は、電流Ｉfが第２のスロット１３を横切ってＸ軸方向に流れるのを遮断している。このため、電流Ｉfは、第２のスロット１３を迂回して、基本モード電極板１２のうちで第２のスロット１３の周囲を流れる。このとき、定在波電流Ｉfの２箇所の節部分Ｋfは、第２のスロット１３を挟んでＸ軸方向の両側に位置して、基本モード電極板１２のＸ軸方向の両端部付近に配置される。このとき、節部分Ｋfの周囲では、電界Ｅが強くなる傾向がある。

　また、基本モード電極板１２のうち定在波電流Ｉfの２箇所の節部分Ｋfは、高次モード電極板７のうち定在波電流Ｉhの２箇所の節部分Ｋhに近い位置に配置されている。これにより、基本モード電極板１２と高次モード電極板７との電磁界係合が強くなり、高次モード電極板７からの給電によって、基本モード電極板１２は励振される。

　本実施の形態によるパッチアンテナ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。

　まず、ストリップ線路９から高次モード電極板７に給電すると、高次モード電極板７には、Ｘ軸方向に向けて電流Ｉhが流れる。これにより、高次モード電極板７は、Ｘ軸方向の長さ寸法Ｌ2等に応じて、例えば２次の高次モードで励振される。

　このような高次モード電極板７の励振状態で、高次モード電極板７は基本モード電極板１２と電磁界結合（容量結合）する。このため、基本モード電極板１２には、Ｘ軸方向に向けて電流Ｉfが流れる。これにより、基本モード電極板１２は、Ｘ軸方向の長さ寸法Ｌ6等に応じて、例えば０次の基本モードで励振される。この結果、パッチアンテナ１は、高次モード電極板７や基本モード電極板１２の励振状態に応じた高周波信号を送信または受信する。

　このとき、高次モード電極板７と基本モード電極板１２には、第１，第２のスロット８，１３を設けたから、第１，第２のスロット８，１３を省いた場合に比べて、両者の結合量を増加させて、高周波信号のリターンロスを低下させることができる。このため、第１，第２のスロット８，１３を省いた場合に比べて、使用可能な高周波信号の帯域が広がる。

　ここで、高次モード電極板７の中心位置からＺ軸方向で多層基板２から離れる方向を０度とする。また、Ｘ軸方向でストリップ線路９側に向けて傾斜した方向を正の角度とし、Ｘ軸方向で基本モード電極板１２側に向けて傾斜した方向を負の角度とする。

　このとき、高次モード電極板７は２次の高次モードで励振されるから、正側と負側の角度で利得が大きくなるものの、０度付近で利得が小さくなる。即ち、高次モード電極板７は、正面から斜めに傾斜した斜め方向で利得が大きくなり、正面方向で利得が小さくなる。

　一方、基本モード電極板１２は基本モードで励振されるから、０度付近で利得が大きくなるものの、正側と負側の角度では利得が小さくなる。即ち、基本モード電極板１２は、正面方向で利得が大きくなり、斜め方向で利得が小さくなる。このため、高次モード電極板７と基本モード電極板１２とのうちいずれか一方だけを用いたときには、例えば０度から１２０度程度までの広い角度範囲で放射パターンを得ることができない傾向がある。

　これに対し、本実施の形態では、高次モード電極板７と基本モード電極板１２とを電磁結合させて、両者を一緒に励振するから、これらの指向性を組み合わせて、広角な放射パターンを得ることができる。

　このような高次モード電極板７、基本モード電極板１２および第１，第２のスロット８，１３による効果を確認するために、第１，第２のスロット８，１３を設けた場合（第１の実施の形態）と、省いた場合（比較例）について、リターンロス（ＳパラメータのＳ11）の周波数特性および放射パターンを測定した。その結果を図７および図８に示す。

　図７に示すリターンロスの結果より、第１，第２のスロット８，１３を設けない場合には、リターンロスが－１０ｄＢよりも低下する帯域が２ＧＨｚ程度となる。これに対し、第１，第２のスロット８，１３を設けた場合には、リターンロスが－１０ｄＢよりも低下する帯域が４ＧＨｚ程度となり、帯域が広がることが分かる。このように、第１，第２のスロット８，１３を設けたことによって、高次モード電極板７と基本モード電極板１２との電界結合の強さを調整して、インピーダンス整合可能な帯域を広げることができる。

　また、図８に示す放射パターンの結果より、第１，第２のスロット８，１３を設けない場合には、０ｄＢ程度の利得が得られるのは、４５度から１３５度の範囲になり、０度付近（正面方向）での利得が低下する。この理由としては、第１，第２のスロット８，１３を設けない場合には、６０ＧＨｚ付近で高次モード電極板７と基本モード電極板１２とを励振したときに、高次モード電極板７と基本モード電極板１２との結合が弱く、基本モード電極板１２が十分に励振されないこと等が考えられる。

　これに対し、第１，第２のスロット８，１３を設けた場合には、０ｄＢ程度の利得が得られるのは、０度から１３５度程度の範囲になり、広い指向性が得られることが分かる。このように、第１，第２のスロット８，１３を設けたことによって、広角な放射パターンを得ることができる。

　かくして、本実施の形態では、高次モード電極板７を高次モードで励振し、基本モード電極板１２を基本モードで励振することによって、これら２つの異なるモードによるアンテナの指向性を組み合わせて、所望の指向性特性を得ることができる。また、高次モード電極板７に第１のスロット８が設けられ、基本モード電極板１２に第２のスロット１３が設けられたから、第１，第２のスロット８，１３の大きさや形状を適宜設定することによって、高次モード電極板７と基本モード電極板１２との間の結合量を調整することができる。このため、高次モード電極板７と基本モード電極板１２との間の結合量に応じて、インピーダンス整合の周波数特性を調整することができる。

　また、第１のスロット８は高次モード電極板７のうち定在波電流Ｉhの腹の位置に配置されたから、高次モード電極板７には、第１のスロット８を迂回した状態で定在波電流Ｉhが流れる。このため、第１のスロット８を省いた場合に比べて、第１のスロット８の周囲を流れる電流Ｉhの経路を長くすることができ、高次モード電極板７の長さ寸法Ｌ2を小さくすることができる。

　これに加え、第１のスロット８の周囲に電界Ｅの強い領域（定在波電流Ｉhの節部分Ｋh）を配置することができる。これに対し、基本モード電極板１２では、その端縁部に電界Ｅの強い領域（定在波電流Ｉfの節部分Ｋf）が配置される。このため、第１のスロット８の位置と基本モード電極板１２の端縁部と近付けることによって、高次モード電極板７と基本モード電極板１２との結合量を大きくすることができる。また、第１のスロット８の位置と基本モード電極板１２の端縁部と遠ざけることによって、高次モード電極板７と基本モード電極板１２との結合量を小さくすることができる。

　さらに、第２のスロット１３は基本モード電極板１２のうち定在波電流Ｉfの腹の位置に配置されたから、基本モード電極板１２には、第２のスロット１３を迂回した状態で定在波電流Ｉfが流れる。このため、第２のスロット１３を省いた場合に比べて、第２のスロット１３の周囲を流れる電流Ｉfの経路を長くすることができ、基本モード電極板１２の長さ寸法Ｌ6を小さくすることができる。

　次に、図９ないし図１２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、第１のスロットと第２のスロットとが交叉角度をもって形成されたことにある。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。

　第２の実施の形態によるパッチアンテナ２１は、多層基板２、接地導体板６、高次モード電極板７、ストリップ線路９、基本モード電極板２２を含んで構成されている。

　基本モード電極板２２は、例えば接地導体板６と同様の導電性金属材料を用いて略四角形状に形成され、高次モード電極板７からみて接地導体板６と反対側に位置して、多層基板２の表面２Ａ（絶縁層３の表面）に配置されている。この基本モード電極板２２と高次モード電極板７との間には、絶縁層３が配置されている。このため、基本モード電極板２２は、高次モード電極板７および接地導体板６と絶縁された状態で、高次モード電極板７と間隔をもって対面している。これにより、基本モード電極板２２は、高次モード電極板７と離間した状態で高次モード電極板７に積み重ねて設けられている。

　図１０に示すように、基本モード電極板２２は、Ｙ軸方向に幅寸法Ｌ9を有すると共に、Ｘ軸方向に長さ寸法Ｌ10を有している。この基本モード電極板２２の幅寸法Ｌ9は、例えば高次モード電極板７の幅寸法Ｌ1よりも大きくなっている。なお、基本モード電極板２２の幅寸法Ｌ9は、高次モード電極板７の幅寸法Ｌ1よりも大きくてもよい。

　また、基本モード電極板２２の長さ寸法Ｌ10は、例えば高次モード電極板７の長さ寸法Ｌ2よりも小さくなっている。基本モード電極板２２のＸ軸方向の長さ寸法Ｌ10は、電気長で例えば使用する高周波信号の半波長よりも小さい値に設定されている。

　そして、基本モード電極板２２は、高次モード電極板７と電磁界係合を生じる。このとき、基本モード電極板２２は、高次モード電極板７のうち第１のスロット８の周辺部分と対面している。このため、基本モード電極板２２は、高次モードで励振される高次モード電極板７のうち、Ｘ軸方向の中央部分の周辺と強く結合する。

　なお、基本モード電極板２２および高次モード電極板７の大小関係やこれらの具体的な形状は、上述のものに限らず、パッチアンテナ２１の放射パターン等を考慮して適宜設定されるものである。

　第２のスロット２３は、基本モード電極板２２のうち電流Ｉfが流れるＸ軸方向の途中位置に設けられている。この第２のスロット２３は、例えば基本モード電極板２２のうちＸ軸方向の中央部付近に配置されている。これにより、第２のスロット２３は、基本モード電極板１２のうち定在波電流Ｉfの腹の位置に配置されている。

　また、第２のスロット２３は、第１のスロット８と所定の交叉角度θをもって形成されている。このため、第２のスロット２３は、Ｘ軸方向とＹ軸方向との間の傾斜方向に延びる細長い溝によって形成されている。具体的には、第２のスロット２３は、基本モード電極板２２をＺ軸方向（厚さ方向）で貫通した例えば四角形の開口によって形成されている。この第２のスロット２３は、溝幅寸法Ｌ11と長さ寸法Ｌ12とを有している。第２のスロット２３の長さ寸法Ｌ12は、例えば第２のスロット１３の溝幅寸法Ｌ11に比べて長くなっている。第２のスロット２３の長さ寸法Ｌ12は、電気長で例えば使用する高周波信号の半波長よりも小さい値に設定されている。このとき、第２のスロット２３と第１のスロット８との交叉角度θは、例えば３０度以上で６０度以下程度の値に設定されている。なお、交叉角度θは、３０度以下の値でもよく、６０度以上の値でもよい。

　第２のスロット２３は、電流Ｉfが第２のスロット２３を横切ってＸ軸方向に流れるのを遮断している。このため、電流Ｉfは、第２のスロット２３を迂回して、基本モード電極板２２のうちで第２のスロット２３の周囲を流れる。

　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、本実施の形態では、第１のスロット８と第２のスロット２３とは交叉角度θをもって形成されたから、高次モード電極板７と基本モード電極板２２とで電磁界の向きを傾斜させることができ、円偏波の送信または受信が可能になる。また、第１のスロット８と第２のスロット２３との間の交叉角度θに応じて、高次モード電極板７と基本モード電極板２２との結合量を調整することができる。

　なお、前記第１の実施の形態では、基本モード電極板１２と接地導体板６との間に高次モード電極板７を配置した場合を例に挙げて説明した。本発明はこれに限らず、例えば図１３に示す第１の変形例によるパッチアンテナ３１のように、高次モード電極板３２と接地導体板６との間に基本モード電極板３４を配置してもよい。この場合は、高次モード電極板３２は、第１の電極板を構成し、ビア１１が接続される。これにより、高次モード電極板３２は、ストリップ線路９（給電線路）から給電され、高次モードで励振される。この高次モード電極板３２には、第１のスロット３３が形成されている。一方、基本モード電極板３４は、第２の電極板を構成し、高次モード電極板３２と結合して基本モードで励振される。この基本モード電極板３４には、第２のスロット３５が形成されている。このような構成は、第２の実施の形態にも適用することができる。

　前記第１の実施の形態では、高次モード電極板７は第１の電極板を構成し、基本モード電極板１２は第２の電極板を構成するものとした。本発明はこれに限らず、例えば図１４に示す第２の変形例によるパッチアンテナ４１のように、基本モード電極板４２が第１の電極板を構成し、高次モード電極板４４が第２の電極板を構成してもよい。この場合、基本モード電極板４２は、ビア１１が接続され、ストリップ線路９（給電線路）から給電され、高次モードと基本モードのうち基本モード（一方のモード）で励振される。この基本モード電極板４２には、第１のスロット４３が形成されている。一方、高次モード電極板４４は、基本モード電極板４２と結合して、高次モードと基本モードのうち高次モード（他方のモード）で励振される。この高次モード電極板４４には、第２のスロット４５が形成されている。このような構成は、第２の実施の形態にも適用することができる。

　前記第１の実施の形態では、第１の電極板（高次モード電極板７）に単一の第１のスロット８を設けた場合を例に挙げて説明したが、第１の電極板に複数の第１のスロットを設けてもよい。同様に、第２の電極板（基本モード電極板１２）に単一の第２のスロット１３を設けた場合を例に挙げて説明したが、第２の電極板に複数の第２のスロットを設けてもよい。このような構成は、第２の実施の形態や第１，第２の変形例にも適用することができる。

　前記各実施の形態では、高次モード電極板７に２次の高次モードを励振した場合を例に挙げて説明したが、高次モード電極板には１次の高次モードを励振してもよく、３次以上の高次モードを励振してもよい。励振される高次モードに応じて、高次モード電極板の形状、大きさ等は適宜設定されるものである。

　前記各実施の形態では、パッチアンテナ１，２１を多層基板２に形成した場合を例に挙げて説明したが、単層の基板に導体板等を設けることによって、パッチアンテナを形成してもよい。

　前記各実施の形態では、ストリップ線路９は、ストリップ導体１０と、ストリップ導体１０のＺ軸方向の一側に設けられた接地導体板６とによって構成するものとした。本発明はこれに限らず、Ｚ軸方向に離間した２枚の接地導体板と、２枚の接地導体板の間に設けられたストリップ導体とによって、ストリップ線路を構成してもよい。

　また、前記各実施の形態では、給電線路としてストリップ線路９を用いた場合を例に挙げて説明したが、例えばマイクロストリップ線路、コプレーナ線路、同軸ケーブル等の他の給電線路を用いてもよい。

　さらに、前記各実施の形態では、６０ＧＨｚ帯のミリ波に用いるパッチ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パッチアンテナに適用してもよい。

　１，２１，３１，４１　パッチアンテナ（アンテナ装置）
　２　多層基板
　６　接地導体板
　７，３２　高次モード電極板（第１の電極板）
　８，３３，４３　第１のスロット
　９　ストリップ線路
　１０　ストリップ導体
　１１　ビア（柱状の導体）
　１２，２２，３４　基本モード電極板（第２の電極板）
　１３，２３，３５，４５　第２のスロット
　４２　基本モード電極板（第１の電極板）
　４４　高次モード電極板（第２の電極板）

Claims (4)

1. 　給電線路から給電され、高次モードと基本モードのうち一方のモードで励振される第１の電極板と、
   　前記第１の電極板と離間した状態で前記第１の電極板に積み重ねて設けられ、前記第１の電極板と結合して高次モードと基本モードのうち他方のモードで励振される第２の電極板とを備え、
   　前記第１の電極板には、電流が流れる長さ方向の途中位置に第１のスロットが設けられ、
   　前記第２の電極板には、電流が流れる長さ方向の途中位置に第２のスロットが設けられてなるアンテナ装置。
2. 　前記第１のスロットは、前記第１の電極板のうち定在波電流の腹の位置に配置されてなる請求項１に記載のアンテナ装置。
3. 　前記第２のスロットは、前記第２の電極板のうち定在波電流の腹の位置に配置されてなる請求項１に記載のアンテナ装置。
4. 　前記第１のスロットと前記第２のスロットとは、交叉角度をもって形成されてなる請求項１に記載のアンテナ装置。

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