(57)【要約】  利得や効率等の放射特性の劣化を回避しつつ、小型化を図ったパッチアンテナ装置及びアンテナ装置を提供する。  第１の電極３を直方体状の誘電体基体２の正面２ａに形成すると共に、第２の電極４を誘電体基体２の背面２ｂに形成し、第１の電極３を同軸ケーブル１２０を通じて給電部１００に接続する。そして、第１及び第２の電極３，４の幅Ｗをその長さＬの４分の１以下に設定すると共に、誘電体基体２の厚さＴを上記幅Ｗの１倍以上に設定する。より好ましくは、第２の電極４を第１の電極３よりも長く設定して、第２の電極４の両端部を折り曲げて誘電体基体２の両端面２ｅ，２ｆに配設する。
2008056476.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
正面と背面とが互いに対向し且つこれら正面及び背面に垂直な断面がほぼ長方形状をなす誘電体基体と、当該誘電体基体の正面に形成され且つ給電部に接続された第１の電極と、当該誘電体基体の背面に形成された第２の電極とを備えるパッチアンテナ装置であって、
上記第１の電極の幅を、励振方向を向く当該第１の電極の長さの４分の１以下に設定すると共に、上記第２の電極の幅を、励振方向を向く当該第２の電極の長さの４分の１以下に設定し、
上記誘電体基体の正面及び背面のそれぞれの幅を、上記第１及び第２の電極のそれぞれの幅に等しく設定すると共に、当該誘電体基体の厚さを当該幅の１倍以上に設定した、
ことを特徴とするパッチアンテナ装置。
【請求項２】
上記第１又は第２の電極の少なくとも一方の長さを、上記誘電体基体の正面又は背面の長さよりも長く設定し、その長さ方向の両端部を折り曲げて、当該誘電体基体の両端面に配設した、
ことを特徴とする請求項１に記載のパッチアンテナ装置。
【請求項３】
上記第２の電極の長さを、上記第１の電極の長さよりも長く設定した、
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のパッチアンテナ装置。
【請求項４】
電極を誘電体基体の少なくとも対向する概略平行な二面にそれぞれ設けて形成した１対のパッチアンテナ素子を、一方のパッチアンテナ素子の電極と他方のパッチアンテナ素子の電極とが向き合うように平行に所定間隔で配列し、
一方のパッチアンテナ素子に給電して給電素子とすると共に、他方のパッチアンテナ素子を無給電素子とした、
ことを特徴とするアンテナ装置。
【請求項５】
請求項１から請求項３のいずれかに記載のパッチアンテナ装置を、上記パッチアンテナ素子として用いる、
ことを特徴とする請求項４に記載のアンテナ装置。
【請求項６】
上記無給電素子であるパッチアンテナ素子を、上記給電素子であるパッチアンテナ素子の放射方向に対して逆側の位置に配した、
ことを特徴とする請求項４又は請求項５に記載のアンテナ装置。
【請求項７】
上記無給電素子であるパッチアンテナ素子にリアクタンス回路を接続して終端した、
ことを特徴とする請求項４から請求項６のいずれかに記載のアンテナ装置。
【請求項８】
上記１対のパッチアンテナ素子の上記間隔を、使用周波数における自由空間波長の０．１２倍以上０．３０倍以下に設定した、
ことを特徴とする請求項４から請求項７のいずれかに記載のアンテナ装置。
【請求項９】
請求項４から請求項８のいずれかに記載の１対のパッチアンテナ素子をサブアレイユニットとして用い、後段のサブアレイユニットの給電素子が前段のサブアレイユニットの無給電素子の背後に位置するように、複数のサブアレイユニットを所定間隔で一列に配置するアンテナ装置であって、
上記一方のパッチアンテナ素子を第１パッチアンテナ素子とすると共に、上記他方のパッチアンテナ素子を第２パッチアンテナ素子とし、且つ各パッチアンテナ素子における一方の電極を第１電極とすると共に、他方の電極を第２電極とし、
前段のサブアレイユニットの第２パッチアンテナ素子の第２電極と後段のサブアレイユニットの第１パッチアンテナ素子の第１電極とが対向するように、上記複数のサブアレイユニットを所定間隔で１列に配列した、
ことを特徴とするアンテナ装置。
【請求項１０】
前段のサブアレイユニットと後段のサブアレイユニットとの上記所定間隔を、使用周波数における自由空間波長のほぼ２分の１に設定し、
後段のサブアレイユニットの第１パッチアンテナ素子に対する給電と、前段のサブアレイユニットの第１パッチアンテナ素子に対する給電とに、ほぼ１８０°の位相差を設けた、
ことを特徴とする請求項９に記載のアンテナ装置。
【請求項１１】
上記各サブアレイユニットの第２パッチアンテナ素子にリアクタンス回路を接続した、
ことを特徴とする請求項９又は請求項１０に記載のアンテナ装置。
【請求項１２】
電極を誘電体基体の少なくとも対向する概略平行な二面にそれぞれ設けて形成した１対のパッチアンテナ素子を、一方のパッチアンテナ素子の電極と他方のパッチアンテナ素子の電極とが向き合うように平行に所定間隔で配列し、
これら１対のパッチアンテナ素子に給電してそれぞれ給電素子とした、
ことを特徴とするアンテナ装置。
【請求項１３】
請求項１から請求項３のいずれかに記載のパッチアンテナ装置を、上記パッチアンテナ素子として用いる、
ことを特徴とする請求項１２に記載のアンテナ装置。
【請求項１４】
上記一方のパッチアンテナ素子に給電する信号と他方のパッチアンテナ素子に給電する信号との位相差を、６０度以上１２０度以下に設定した、
ことを特徴とする請求項１２又は請求項１３に記載のアンテナ装置。
【請求項１５】
上記一方のパッチアンテナ素子からの放射電波の振幅を、他方のパッチアンテナ素子からの放射電波の振幅よりも２ｄＢ以上６ｄＢ以下の値だけ高くなるように設定した、
ことを特徴とする請求項１２から請求項１４のいずれかに記載のアンテナ装置。
【請求項１６】
後段のパッチアンテナ素子が前段のパッチアンテナ素子の背後に位置するように、複数のパッチアンテナ素子を所定間隔で１列に配列すると共に、各パッチアンテナ素子にそれぞれ給電するアンテナ装置であって、
上記各パッチアンテナ素子を、第１及び第２電極を誘電体基体の前面及び後面にそれぞれ設けて形成し、
前段のパッチアンテナ素子の第２電極と後段のパッチアンテナ素子の第１電極とが対向するように、複数の上記パッチアンテナ素子を所定間隔で１列に配列した、
ことを特徴とするアンテナ装置。
【請求項１７】
前段のパッチアンテナ素子と後段のパッチアンテナ素子との上記所定間隔を、使用周波数における自由空間波長のほぼ４分の１に設定し、
後段のパッチアンテナ素子に対する給電と、前段のパッチアンテナ素子に対する給電とに、ほぼ９０°の位相差を設けた、
ことを特徴とする請求項１６に記載のアンテナ装置。
【請求項１８】
請求項１から請求項３のいずれかに記載のパッチアンテナ装置を、上記パッチアンテナ素子として用いる、
ことを特徴とする請求項１６又は請求項１７に記載のアンテナ装置。
【請求項１９】
電極を誘電体基体の少なくとも対向する概略平行な二面にそれぞれ設けて形成した１対のパッチアンテナ素子を、一方のパッチアンテナ素子の電極と他方のパッチアンテナ素子の電極とが向き合うように平行に所定間隔で配列し、
これら１対のパッチアンテナ素子からそれぞれ引き出された１対の給電線を切換スイッチを通じて給電部に接続した、
ことを特徴とするアンテナ装置。
【請求項２０】
電極を誘電体基体の少なくとも対向する概略平行な二面にそれぞれ設けて形成した３つのパッチアンテナ素子を、隣り合うパッチアンテナ素子の電極同士が向き合うように平行に所定間隔で配列し、
中間のパッチアンテナ素子に給電して給電素子とすると共に、他のパッチアンテナ素子に可変リアクタンス回路を接続して無給電素子とした、
ことを特徴とするアンテナ装置。
【請求項２１】
請求項１から請求項３のいずれかに記載のパッチアンテナ装置を、上記パッチアンテナ素子として用いる、
ことを特徴とする請求項１９又は請求項２０に記載のアンテナ装置。
【請求項２２】
上記可変リアクタンス回路を、可変容量ダイオードを用いて形成した、
ことを特徴とする請求項２０又は請求項２１に記載のアンテナ装置。
【請求項２３】
上記可変リアクタンス回路は、リアクタンス値が異なる複数の固定リアクタンス回路をスイッチで切り換える構成である、
ことを特徴とする請求項２０又は請求項２１に記載のアンテナ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ＵＨＦ帯ＲＦＩＤのハンディターミナル等に使用可能なパッチアンテナ装置及びアンテナ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
パッチアンテナ装置は、導体によって形成されるグラウンド電極と、このグラウンド電極上に載置された誘電体基体と、この誘電体基体上に形成された導体の放射電極とで構成されている。
かかる構成のパッチアンテナ装置は、薄型化が可能で且つ高利得が得られるだけでなく、同軸線路やマイクロストリップ線路等の不平衡回路との相性が良く、これらの回路に容易に整合させることができる等の多くのメリットがある。
このことから、パッチアンテナ装置はＲＦＩＤのハンディターミナルやその他の送受信機に広く使用されている（例えば、特許文献１参照）。【０００３】
また、アンテナ装置には、パッチアンテナ装置をパッチアンテナ素子として用い、これら多数のパッチアンテナ素子を配列して構成したアレイ型のアンテナ装置も考案されている（例えば、特許文献２参照）。
かかるアレイ型のアンテナ装置は、平面的構成を採っているのが、一般的である。すなわち、多数の放射電極を１枚の誘電体基体の広い表面に平面的に配列し、同軸ケーブルを誘電体基体の裏面側から各放射電極に接続して、給電部からの電力をこの同軸ケーブルを通じて各放射電極に給電したり、又はストリップラインを誘電体基体の裏面等に設けて、給電部からの電力をこのストリップラインを通じて各放射電極に電磁結合させることで、放射電極からの電波を誘電体基体表面に対して垂直な正面方向に放射する。【０００４】
【特許文献１】特開２００６−２４５７５１号公報
【特許文献２】特開２００１−１１１３３６号公報
【発明の開示】
【０００５】
しかし、上記した従来のパッチアンテナ装置には、次のような問題がある。
パッチアンテナ装置を小型化する場合には、誘電体基体の比誘電率を高くする方法がとられる。しかし、誘電体基体の比誘電率を高くして、アンテナ電極のサイズを小さくすると共に、グランド電極のサイズをも小さくしようとすると、背面のグランド側への放射が増加し、正面側への放射利得が減少してしまう。
すなわち、パッチアンテナ装置を小型化すると、Ｆ／Ｂ比（Front to Back ratio）が劣化し、急激に正面方向の利得が低下するという不具合が生じる。
したがって、高誘電率基体を用いたパッチアンテナ装置において、所望の利得やＦ／Ｂ比を得ようとすると、グランドサイズを半波長程度以上に設定しなければならず、パッチアンテナ装置の小型化が困難であった。
このように、従来のパッチアンテナによるパッチアンテナ装置では、利得やＦ／Ｂ比の増加と装置の小型化との両方を同時に得ることができなかった。  
【０００６】
また、従来のアレイ型のパッチアンテナ装置では、多数の放射電極を１枚の誘電体基体の広い表面に配列した平面構成を採用しているので、広い実装面積を小型の電子機器内に必要とし、狭いアンテナ実装領域には、実装することができない。これに対して、アンテナ素子数を減らして、小型化する方法も考えられるが、アンテナ素子数を減らすと、所望の利得を得ることができなくなってしまう。
【０００７】
この発明は、上述した課題を解決するためになされたもので、正面方向への十分な利得を確保しつつ小型化が可能でしかも指向性を容易に変えることが可能なパッチアンテナ装置及びアンテナ装置を提供することを目的とする。
【０００８】
上記課題を解決するために、請求項１の発明は、正面と背面とが互いに対向し且つこれら正面及び背面に垂直な断面がほぼ長方形状をなす誘電体基体と、当該誘電体基体の正面に形成され且つ給電部に接続された第１の電極と、当該誘電体基体の背面に形成された第２の電極とを備えるパッチアンテナ装置であって、第１の電極の幅を、励振方向を向く当該第１の電極の長さの４分の１以下に設定すると共に、第２の電極の幅を、励振方向を向く当該第２の電極の長さの４分の１以下に設定し、誘電体基体の正面及び背面のそれぞれの幅を、第１及び第２の電極のそれぞれの幅に等しく設定すると共に、当該誘電体基体の厚さを当該幅の１倍以上に設定した構成とする。
かかる構成により、給電部から第１の電極に給電すると、所定周波数の電磁波が、第１の電極から放射される。このとき、第１の電極と第２の電極の幅がそれぞれその長さの４分の１以下に設定され、しかも、誘電体基体の正面及び背面の幅もこれら第１及び第２の電極のそれぞれの幅に等しく設定されているので、パッチアンテナ装置全体の小型化は図られているが、パッチアンテナ装置の利得が低下するおそれがある。しかし、この発明のパッチアンテナ装置では、誘電体基体の厚さが当該幅の１倍以上に設定されているので、利得の低下が抑えられ、十分な利得を確保することができる。
【０００９】
請求項２の発明は、請求項１に記載のパッチアンテナ装置において、第１又は第２の電極の少なくとも一方の長さを、誘電体基体の正面又は背面の長さよりも長く設定し、その長さ方向の両端部を折り曲げて、当該誘電体基体の両端面に配設した構成とする。
【００１０】
請求項３の発明は、請求項１又は請求項２に記載のパッチアンテナ装置において、第２の電極の長さを、第１の電極の長さよりも長く設定した構成とする。
【００１１】
請求項４の発明に係るアンテナ装置は、電極を誘電体基体の少なくとも対向する概略平行な二面にそれぞれ設けて形成した１対のパッチアンテナ素子を、一方のパッチアンテナ素子の電極と他方のパッチアンテナ素子の電極とが向き合うように平行に所定間隔で配列し、一方のパッチアンテナ素子に給電して給電素子とすると共に、他方のパッチアンテナ素子を無給電素子とした構成とする。
かかる構成により、給電素子である一方のパッチアンテナ素子に給電すると、所定周波数の電磁波が、パッチアンテナ素子から放射される。そして、他方のパッチアンテナ素子と電磁結合して、他方のパッチアンテナ素子が当該所定周波数で共振する。
このとき、他方のパッチアンテナ素子自体のリアクタンス値や１対のパッチアンテナ素子の間隔を適宜設定することで、他方のパッチアンテナ素子から放射される電磁波を一方のパッチアンテナ素子から他方のパッチアンテナ素子に向かう電磁波と干渉させることができる。
具体的には、リアクタンス値を適宜設定することで、他方のパッチアンテナ素子から放射される電磁波の位相や振幅を変えると共に、１対のパッチアンテナ素子の間隔を波長に対応させて設定することで、一方のパッチアンテナ素子から正面方向に放射する電磁波の利得を高くすることができると共に、背面方向に存する電磁波を減衰させて、Ｆ／Ｂ比を高めることができる。
【００１２】
請求項５の発明は、請求項４に記載のアンテナ装置において、請求項１から請求項３のいずれかに記載のパッチアンテナ装置を、パッチアンテナ素子として用いた構成とする。
【００１３】
請求項６の発明は、請求項４又は請求項５に記載のアンテナ装置において、無給電素子であるパッチアンテナ素子を、給電素子であるパッチアンテナ素子の放射方向に対して逆側の位置に配した構成とする。
【００１４】
請求項７の発明は、請求項４から請求項６のいずれかに記載のアンテナ装置において、無給電素子であるパッチアンテナ素子にリアクタンス回路を接続して終端した構成とする。
かかる構成により、無給電素子であるパッチアンテナ素子に接続されたリアクタンス回路のリアクタンス値を変えることで、パッチアンテナ素子自体を大きくすることなく、無給電素子側のリアクタンス値を大きくすることができる。
【００１５】
請求項８の発明は、請求項４から請求項７のいずれかに記載のアンテナ装置において、１対のパッチアンテナ素子の間隔を、使用周波数における自由空間波長の０．１２倍以上０．３０倍以下に設定した構成とする。
かかる構成により、最適な利得とＦ／Ｂ比を得ることができる。
【００１６】
請求項９の発明は、請求項４から請求項８のいずれかに記載の１対のパッチアンテナ素子をサブアレイユニットとして用い、後段のサブアレイユニットの給電素子が前段のサブアレイユニットの無給電素子の背後に位置するように、複数のサブアレイユニットを所定間隔で一列に配置するアンテナ装置であって、上記一方のパッチアンテナ素子を第１パッチアンテナ素子とすると共に、上記他方のパッチアンテナ素子を第２パッチアンテナ素子とし、且つ各パッチアンテナ素子における一方の電極を第１電極とすると共に、他方の電極を第２電極とし、前段のサブアレイユニットの第２パッチアンテナ素子の第２電極と後段のサブアレイユニットの第１パッチアンテナ素子の第１電極とが対向するように、上記複数のサブアレイユニットを所定間隔で１列に配列した構成とする。
かかる構成により、前位の給電素子である第１パッチアンテナ素子と後位の無給電素子である第２パッチアンテナ素子とが交互に所定間隔で配列されているので、第１及び第２パッチアンテナ素子が電波の放射方向に沿って１列に並んだ状態になる。したがって、この発明のアンテナ装置では、複数の放射電極を誘電体基体の表面に平面的に配列した従来のアレイ型のパッチアンテナ装置と異なり、面方向への広がりがなく、アンテナ実装面積が狭い電子機器に対しても、容易に実装することができる。
また、各サブアレイユニットにおいて、第１パッチアンテナ素子に給電すると、所定周波数の電波が、第１パッチアンテナ素子から前方及び後方に放射される。そして、後方への電波が第２パッチアンテナ素子と電磁結合して、第２パッチアンテナ素子が当該所定周波数で共振する。このとき、第１及び第２パッチアンテナ素子自体のリアクタンス値やこれらの素子間隔を適宜設定することで、後方への電波が減衰され、前方への電波の利得のみを高くすることができる。かかる設定により、各サブアレイユニットは、高利得の電波を前方に放射させることができる。したがって、この発明のアンテナ装置では、このような複数のサブアレイユニットが、前段のサブアレイユニットの第２パッチアンテナ素子の第２電極と後段のサブアレイユニットの第１パッチアンテナ素子の第１電極とが対向するように、所定間隔で１列に配列されているので、サブアレイユニット同士の間隔を適宜設定することで、各サブアレイユニットから前方に放射される電波同士を重畳させて、アンテナ装置から放射される電波の利得を増加させることができる。すなわち、アンテナ装置からの電波の利得を、サブアレイユニットの数に対応させて増加させることができる。
【００１７】
請求項１０の発明は、請求項９に記載のアンテナ装置において、前段のサブアレイユニットと後段のサブアレイユニットとの所定間隔を、使用周波数における自由空間波長のほぼ２分の１に設定し、後段のサブアレイユニットの第１パッチアンテナ素子に対する給電と、前段のサブアレイユニットの第１パッチアンテナ素子に対する給電とに、ほぼ１８０°の位相差を設けた構成とする。
かかる構成により、前段のサブアレイユニットから放射される電波と後段のサブアレイユニットから放射される電波とが一致し、アンテナ装置から放射される電波の利得を確実に高めることができる。
【００１８】
請求項１１の発明は、請求項９又は請求項１０に記載のアンテナ装置において、各サブアレイユニットの第２パッチアンテナ素子にリアクタンス回路を接続した構成とする。
かかる構成により、第２パッチアンテナ素子に接続されたリアクタンス回路のリアクタンス値を変えることで、第２パッチアンテナ素子自体を大きくすることなく、第２パッチアンテナ素子のリアクタンス値を大きくすることができる。
【００１９】
請求項１２の発明に係るアンテナ装置は、電極を誘電体基体の少なくとも対向する概略平行な二面にそれぞれ設けて形成した１対のパッチアンテナ素子を、一方のパッチアンテナ素子の電極と他方のパッチアンテナ素子の電極とが向き合うように平行に所定間隔で配列し、これら１対のパッチアンテナ素子に給電してそれぞれ給電素子とした構成とする。
かかる構成により、給電素子である１対のパッチアンテナ素子にそれぞれ給電すると、所定周波数の電磁波が、それぞれのパッチアンテナ素子の二枚の電極から放射される。このとき、他方のパッチアンテナ素子からの電磁波の位相や振幅を適宜設定することで、他方のパッチアンテナ素子から放射される電磁波を一方のパッチアンテナ素子から他方のパッチアンテナ素子に向かう電磁波と干渉させることができる。すなわち、他方のパッチアンテナ素子から放射される電磁波の位相や振幅を適宜設定することで、一方のパッチアンテナ素子から正面方向に放射する電磁波の利得を高くすることができると共に、背面方向に存する電磁波を減衰させて、Ｆ／Ｂ比を高めることができる。
【００２０】
請求項１３の発明は、請求項１２に記載のアンテナ装置において、請求項１から請求項３のいずれかに記載のパッチアンテナ装置をパッチアンテナ素子として用いる構成とする。
【００２１】
請求項１４の発明は、請求項１２又は請求項１３に記載のアンテナ装置において、一方のパッチアンテナ素子に給電する信号と他方のパッチアンテナ素子に給電する信号との位相差を、６０度以上１２０度以下に設定した構成とする。
【００２２】
請求項１５の発明は、請求項１２から請求項１４のいずれかに記載のアンテナ装置において、一方のパッチアンテナ素子からの放射電波の振幅を、他方のパッチアンテナ素子からの放射電波の振幅よりも２ｄＢ以上６ｄＢ以下の値だけ高くなるように設定した構成とする。
【００２３】
請求項１６の発明は、後段のパッチアンテナ素子が前段のパッチアンテナ素子の背後に位置するように、複数のパッチアンテナ素子を所定間隔で１列に配列すると共に、各パッチアンテナ素子にそれぞれ給電するアンテナ装置であって、各パッチアンテナ素子を、第１及び第２電極を誘電体基体の前面及び後面にそれぞれ設けて形成し、前段のパッチアンテナ素子の第２電極と後段のパッチアンテナ素子の第１電極とが対向するように、複数のパッチアンテナ素子を所定間隔で１列に配列した構成とする。
かかる構成により、前段のパッチアンテナ素子の第２電極と後段のパッチアンテナ素子の第１電極とが対向するように、複数のパッチアンテナ素子が配列されているので、複数のパッチアンテナ素子が電波の放射方向に沿って１列に並んだ状態になる。したがって、この発明のアンテナ装置では、複数の放射電極を誘電体基体の表面に平面的に配列した従来のアンテナ装置と異なり、面方向への広がりがなく、アンテナ実装面積が狭い電子機器に対しても、容易に実装することができる。
また、各パッチアンテナ素子に給電すると、所定周波数の電波が、パッチアンテナ素子から放射される。したがって、この発明のアンテナ装置では、このような複数のパッチアンテナ素子が、前段のパッチアンテナ素子の第２電極と後段のパッチアンテナ素子の第１電極とが対向するように、所定間隔で１列に配列されているので、パッチアンテナ素子同士の間隔と各パッチアンテナ素子の位相を適宜設定することで、各パッチアンテナ素子から放射される電波同士を重畳させて、アンテナ装置から放射される電波の利得を増加させることができる。すなわち、アンテナ装置からの電波の利得を、パッチアンテナ素子の数に対応させて増加させることができる。
【００２４】
請求項１７の発明は、請求項１６に記載のアンテナ装置において、前段のパッチアンテナ素子と後段のパッチアンテナ素子との所定間隔を、使用周波数における自由空間波長のほぼ４分の１に設定し、後段のパッチアンテナ素子に対する給電と、前段のパッチアンテナ素子に対する給電とに、ほぼ９０°の位相差を設けた構成とする。
かかる構成により、前段のパッチアンテナ素子から放射される電波と後段のパッチアンテナ素子から放射される電波とが一致し、アンテナ装置から放射される電波の利得を確実に高めることができる。
【００２５】
請求項１８の発明は、請求項１６又は請求項１７に記載のアンテナ装置において、請求項１から請求項３のいずれかに記載のパッチアンテナ装置を、パッチアンテナ素子として用いる構成とする。
【００２６】
請求項１９の発明に係るアンテナ装置は、電極を誘電体基体の少なくとも対向する概略平行な二面にそれぞれ設けて形成した１対のパッチアンテナ素子を、一方のパッチアンテナ素子の電極と他方のパッチアンテナ素子の電極とが向き合うように平行に所定間隔で配列し、これら１対のパッチアンテナ素子からそれぞれ引き出された１対の給電線を切換スイッチを通じて給電部に接続した構成とする。
かかる構成により、切換スイッチを切り換えて、一方のパッチアンテナ素子と給電部とを接続した状態にすると、この一方のパッチアンテナ素子が給電素子となり、他方のパッチアンテナ素子が無給電素子となる。この結果、所定周波数の電磁波が、一方のパッチアンテナ素子から放射される。そして、他方のパッチアンテナ素子と電磁結合して、他方のパッチアンテナ素子が当該所定周波数で共振する。このとき、他方のパッチアンテナ素子の給電線のリアクタンス値や１対のパッチアンテナ素子の間隔を適宜設定することで、他方のパッチアンテナ素子から放射される電磁波を一方のパッチアンテナ素子から他方のパッチアンテナ素子に向かう電磁波と干渉させることができる。具体的には、給電線の長さを適宜設定して、他方のパッチアンテナ素子から放射される電磁波の位相や振幅を変えると共に、１対のパッチアンテナ素子の間隔を波長に対応させて設定することで、一方のパッチアンテナ素子から正面方向に放射する電磁波の利得を高くすることができると共に、後方に存する電磁波を減衰させて、Ｆ／Ｂ比を高めることができる。すなわち、かかる状態では、一方のパッチアンテナ素子の正面方向に高利得の電磁波が放射される。ここで、切換スイッチを再度切り換えて、他方のパッチアンテナ素子と給電部とを接続した状態にすると、この他方のパッチアンテナ素子が給電素子となり、一方のパッチアンテナ素子が無給電素子となる。この結果、高利得の電磁波が他方のパッチアンテナ素子の背面方向から放射されることとなる。すなわち、アンテナ装置の正面方向から放射されていた電磁波が、切換スイッチの切り換えによって、背面方向に放射されるように変化する。
【００２７】
請求項２０の発明は、電極を誘電体基体の少なくとも対向する概略平行な二面にそれぞれ設けて形成した３つのパッチアンテナ素子を、隣り合うパッチアンテナ素子の電極同士が向き合うように平行に所定間隔で配列し、中間のパッチアンテナ素子に給電して給電素子とすると共に、他のパッチアンテナ素子に可変リアクタンス回路を接続して無給電素子とした構成とする。
かかる構成により、給電素子である中間のパッチアンテナ素子に給電すると、所定周波数の電磁波が、パッチアンテナ素子から放射される。そして、このパッチアンテナ素子から両側に放射された電磁波が、両側のパッチアンテナ素子と電磁結合して、両側のパッチアンテナ素子が当該所定周波数で共振する。このとき、パッチアンテナ素子の間隔を適宜設定すると共に、可変リアクタンス回路を用いてリアクタンス値を変化させて、無給電素子である両側のパッチアンテナ素子の一方を容量性にし、他方を誘導性にすると、誘導性のパッチアンテナ素子があたかも反射器のごとく機能する。これにより、中間のパッチアンテナ素子から誘導性のパッチアンテナ素子側に放射された電磁波は、誘導性のパッチアンテナ素子で反射されたがごとく戻り、容量性のパッチアンテナ素子側に放射された電磁波と干渉して増幅する。この結果、高利得且つ高Ｆ／Ｂの電磁波が中間のパッチアンテナ素子から容量性のパッチアンテナ素子の方向に放射される。また、可変リアクタンス回路を用いてリアクタンス値を変化させて、両側のパッチアンテナ素子の容量性及び誘導性を逆にすると、中間のパッチアンテナ素子から放射される電磁波の方向も逆になる。
【００２８】
請求項２１の発明は、請求項１９又は請求項２０に記載のアンテナ装置において、請求項１から請求項３のいずれかに記載のパッチアンテナ装置を、パッチアンテナ素子として用いる構成とした。
【００２９】
請求項２２の発明は、請求項２０又は請求項２１に記載のアンテナ装置において、可変リアクタンス回路を、可変容量ダイオードを用いて形成した構成とする。
【００３０】
請求項２３の発明は、請求項２０又は請求項２１に記載のアンテナ装置において、可変リアクタンス回路は、リアクタンス値が異なる複数の固定リアクタンス回路をスイッチで切り換える構成である。
【００３１】
以上詳しく説明したように、請求項１の発明に係るパッチアンテナ装置によれば、第１及び第２の電極の幅が長さの４分の１以下に設定され、誘電体基体の幅が第１及び第２の電極の幅に等しく設定されているので、パッチアンテナ装置全体の小型化を図ることができる。しかも、誘電体基体の厚さが当該幅の１倍以上に設定されて、電磁波の利得の低下が抑えられているので、十分な利得を確保することができる。すなわち、この発明によれば、所望の利得を確保しつつ装置の小型化を図ることができるという優れた効果がある。したがって、その体積サイズを、従来のパッチアンテナ装置の約１／２のサイズまでに小型化しても、同等の利得を得ることができる。
特に、請求項２の発明によれば、第１及び第２の電極のいずれかの両端部を、折り曲げて、誘電体基体の両端面に配設したので、パッチアンテナ装置をより一層、小型化することができる。
また、請求項３の発明によれば、第２の電極の長さを、第１の電極の長さよりも長く設定したので、パッチアンテナ装置の小型化を保持しつつ、正面方向への利得を効果的に高めることができる。
【００３２】
請求項４の発明に係るアンテナ装置によれば、それぞれ誘電体基体に電極を設けて形成した１対のパッチアンテナ素子によってアンテナ装置を構成し、かかる構成によって、正面方向に放射する電磁波の利得やＦ／Ｂ比を高めることができるので、正面方向への十分な利得やＦ／Ｂ比を確保しつつ小型化を図ることができるアンテナ装置を提供することができるという優れた効果がある。
また、請求項６の発明によれば、更なる小型化と高利得・高Ｆ／Ｂ比化とを図ったアンテナ装置を提供することができる。
特に、請求項７の発明によれば、パッチアンテナ素子自体を大きくすることなく、無給電素子側のリアクタンス値を大きくすることができるので、アンテナ装置のさらなる小型化が可能となる。
さらに、請求項８の発明によれば、最適な利得とＦ／Ｂ比を確保したアンテナ装置を得ることができる。
【００３３】
請求項９及び請求項１６の発明に係るアンテナ装置によれば、面方向への広がりを抑えた小型化が可能であり、この結果、アンテナ実装面積が狭い電子機器に対しても、容易に実装することができる。しかも、アンテナ装置からの電波の利得を、パッチアンテナ素子の数に対応させて増加させることができる。すなわち、この発明のアンテナ装置によれば、高い利得を得ることができ、しかも小型化が可能であるという優れた効果がある。
また、パッチアンテナ素子を構成要素としているため、同軸線路等の不平衡回路との整合が容易であり、給電部からアンテナ装置に効率よく給電することができるという効果もある。
特に、請求項１０及び請求項１７の発明によれば、アンテナ装置からの電波の利得を、確実に増加させることができるという効果がある。
また、請求項１１の発明によれば、各サブアレイユニットの第２パッチアンテナ素子自体を大きくすることなく、第２パッチアンテナ素子のリアクタンス値を大きくすることができるので、アンテナ装置のさらなる小型化が可能となる。
【００３４】
請求項１２の発明に係るアンテナ装置によれば、それぞれ誘電体基体に電極を設けて形成した１対のパッチアンテナ素子によってアンテナ装置を構成し、双方のパッチアンテナ素子を給電素子とすることで、正面方向に放射する電磁波の利得やＦ／Ｂ比を高めることができるので、正面方向への十分な利得やＦ／Ｂ比を確保しつつ小型化を図ることができるアンテナ装置を提供することができるという優れた効果がある。
また、請求項１４及び請求項１５の発明によれば、最適な利得とＦ／Ｂ比を確保したアンテナ装置を得ることができる。
【００３５】
請求項１９の発明に係るアンテナ装置によれば、高利得且つ高Ｆ／Ｂ比の電磁波の指向性を切り換えスイッチで容易に変えることができる小型のアンテナ装置を提供することができるという優れた効果がある。
また、請求項２０の発明によれば、高利得且つ高Ｆ／Ｂ比の電磁波の指向性を、可変リアクタンス回路のリアクタンス値を変えることにより、容易に変えることができる小型のアンテナ装置を提供することができるという優れた効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】この発明の第１実施例に係るパッチアンテナ装置を示す斜視図である。
【図２】図１のパッチアンテナ装置の縦断面図である。
【図３】図１のパッチアンテナ装置の横断面図である。
【図４】図１のパッチアンテナ装置の展開図である。
【図５】従来型のパッチアンテナ装置を示す斜視図である。
【図６】従来型のパッチアンテナ装置とその電流分布を模式的に示す正面図である。
【図７】電極の幅と誘電体基体の厚みとの関係を説明するための斜視図である。
【図８】パッチアンテナ装置の幅及び厚さと利得との関係を示す線図である。
【図９】パッチアンテナ装置の幅及び厚さと効率との関係を示す線図である。
【図１０】この実施例のパッチアンテナ装置が示す作用及び効果を説明するための断面図である。
【図１１】この発明の第２実施例に係るパッチアンテナ装置を示す斜視図である。
【図１２】第２の電極の長さの変化の態様を示す斜視図である。
【図１３】第２の電極の長さと利得，Ｆ／Ｂ比及び帯域との相関関係を示す線図である。
【図１４】この発明の第３実施例に係るアンテナ装置を示す概略斜視図である。
【図１５】パッチアンテナ素子の展開図である。
【図１６】給電素子であるパッチアンテナ素子の概略断面図である。
【図１７】無給電素子であるパッチアンテナ素子の概略断面図である。
【図１８】第３実施例のアンテナ装置が示す作用及び効果を説明するための概略側面図である。
【図１９】素子間隔と利得との相関図である。
【図２０】素子間隔とＦ／Ｂ比との相関図である。
【図２１】リアクタンス値及び素子間隔と利得との相関図である。
【図２２】リアクタンス値及び素子間隔とＦ／Ｂ比との相関図である。
【図２３】この発明の第４実施例に係るアンテナ装置の構成を示す概略図である。
【図２４】各サブアレイユニットの構成を示す斜視図である。
【図２５】第１パッチアンテナ素子の概略断面図である。
【図２６】第２パッチアンテナ素子の側面図である。
【図２７】リアクタンス回路の変形例を示す第２パッチアンテナ素子の側面図である。
【図２８】各サブアレイユニットの電波放射を説明するための概略側面図である。
【図２９】アンテナ装置が示す作用及び効果を説明するための概略図である。
【図３０】パッチアンテナ素子の素子数と利得との相関図である。
【図３１】この発明の第５実施例に係るアンテナ装置を示す概略斜視図である。
【図３２】各パッチアンテナ素子の概略断面図である。
【図３３】第５実施例のアンテナ装置が示す作用及び効果を説明するための概略側面図である。
【図３４】位相差及び振幅比と利得との相関図である。
【図３５】位相差及び振幅比とＦ／Ｂ比との相関図である。
【図３６】この発明の第６実施例に係るアンテナ装置の構成を示す概略図である。
【図３７】アンテナ装置の構成を示す斜視図である。
【図３８】アンテナ装置が示す作用及び効果を説明するための概略図である。
【図３９】素子数と利得との相関図である。
【図４０】この発明の第７実施例に係るアンテナ装置を示す概略斜視図である。
【図４１】各パッチアンテナ素子と切換スイッチと給電部との接続状態を示す概略断面図である。
【図４２】第７実施例のアンテナ装置が示す作用及び効果を説明するための概略側面図である。
【図４３】左側のパッチアンテナ素子を給電素子とした場合の指向性を示す概略側面図である。
【図４４】右側のパッチアンテナ素子を給電素子とした場合の指向性を示す概略側面図である。
【図４５】給電素子である１対のパッチアンテナ素子の向き態様を示す概略側面図である。
【図４６】この発明の第８実施例に係るアンテナ装置を示す概略斜視図である。
【図４７】無給電素子であるパッチアンテナ素子を示す概略断面図である。
【図４８】第８実施例のアンテナ装置が示す作用及び効果を説明するための概略側面図である。
【図４９】アンテナ装置の指向性を示す概略側面図である。
【図５０】この発明の第９実施例に係るアンテナ装置の要部を示す断面図である。
【図５１】上記実施例の第１変形例を示す斜視図である。
【図５２】上記実施例の第２変形例を示す斜視図である。
【図５３】上記実施例の第３変形例を示す斜視図である。
【図５４】上記実施例の第４変形例を示す斜視図である。
【図５５】上記実施例の第５変形例を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００３７】
１…パッチアンテナ装置、  １Ａ，１Ｂ…パッチアンテナ素子、  ２，２Ａ，２Ｂ…誘電体基体、  ２ａ，２Ａａ，２Ｂａ…正面、  ２ｂ，２Ａｂ，２Ｂｂ…背面、  ２ｃ，２ｄ，２Ａｃ，２Ａｄ，２Ｂｃ，２Ｂｄ…側面、  ２ｅ，２ｆ，２Ａｅ，２Ａｆ，２Ｂｅ，２Ｂｆ…端面、  ２ｇ，４ａ，２Ａｇ，４Ａａ，２Ｂｇ，４Ｂａ…孔、  ２ｈ…空間、  ３，４，３Ａ，４Ａ，３Ｂ，４Ｂ…電極、  ５…リアクタンス回路、  ６…分配器、  ３１，３２…折り曲げ部、  ３３，４３，５１，５２…延出部、  ４１，４２…両端部、  ５３…可変容量ダイオード、  ５４…インダクタ、  ５５…切換スイッチ、  ５６〜５９…固定リアクタンス回路、  ６１…可動接点、  ６２，６３…固定接点、  １００…給電部、  １１０，１２０…同軸ケーブル、  １１１，１２１…内部導体、  １２２…外部導体、  １３０，１３１，１４０，１４１…導線、  ２００〜２０５…アンテナ装置、  ２１０−１〜２１０−ｎ…サブアレイユニット、  Ｄ，Ｄ１…間隔、  Ｌ…長さ、  Ｔ…厚さ、  Ｕ１〜Ｕｎ，Ｖ２，Ｖ３…電波、  Ｗ…幅、  Ｗ０，Ｗ１〜Ｗｎ…電力。  
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
以下、この発明の最良の形態について図面を参照して説明する。
【実施例１】
【００３９】
図１は、この発明の第１実施例に係るパッチアンテナ装置を示す斜視図であり、図２は、図１のパッチアンテナ装置の縦断面図であり、図３は、図１のパッチアンテナ装置の横断面図であり、図４は、図１のパッチアンテナ装置の展開図である。
図１に示すように、この実施例のパッチアンテナ装置１は、誘電体基体２と第１の電極３と第２の電極４とを備えている。【００４０】
誘電体基体２は、直方体状をなす。具体的には、図２に示すように、誘電体基体２の正面２ａと背面２ｂとが互いに対向し、図３に示すように、正面２ａ及び背面２ｂに垂直な断面が長方形をなす。つまり、誘電体基体２の側面２ｃ，２ｄが、破線で示すような中膨れではなく、実線で示すような直線状をなす。
第１及び第２の電極３，４は、図４に示すように、誘電体基体２の正面２ａ，背面２ｂの全面にそれぞれ設けられている。すなわち、この実施例では、誘電体基体２の正面２ａ，背面２ｂの幅を、第１及び第２の電極３，４の幅Ｗに等しく設定している。さらに、この実施例では、誘電体基体２の厚さＴを、第１及び第２の電極３，４の幅Ｗの１倍以上に設定して、誘電体基体２に厚みを持たせている。【００４１】
図１において、第１の電極３は、誘電体基体２の正面２ａ上にパターン形成された放射電極であり、給電線としての同軸ケーブル１２０を通じて給電部１００に接続され、その長さ方向（図１で上下方向）を励振方向とする。
具体的には、図２に示すように、第１の電極３に至る孔２ｇ，４ａを誘電体基体２，第２の電極４にそれぞれ開け、同軸ケーブル１２０の内部導体１２１をこれら孔２ｇ，４ａに挿通させて、第１の電極３に接続し、第１の電極３を給電部１００に電気的に接続した。また、同軸ケーブル１２０の外部導体１２２は第２の電極４に接続した。
かかる第１の電極３の幅Ｗは、励振方向を向く第１の電極３の長さＬの４分の１以下に設定した。【００４２】
図１において、第２の電極４は、誘電体基体２の背面２ｂ上にパターン形成された無給電電極であり、第１の電極３と同様に、この第２の電極４の幅Ｗも、第２の電極４の長さＬの４分の１以下に設定されている。
すなわち、この実施例のパッチアンテナ装置１は、細長い直方体状に形成されており、従来型の正方形のパッチアンテナ装置よりも、小型に形成されている。【００４３】
以下、このパッチアンテナ装置１の小型化の設定方法について、説明する。
図５は、従来型のパッチアンテナ装置を示す斜視図であり、図６は、従来型のパッチアンテナ装置とその電流分布を模式的に示す正面図である。
図５に示すように、従来のパッチアンテナ装置１′では、正方形状の第１の電極３′が誘電体基体２′の正面に配されると共に、第２の電極４′が誘電体基体２′の裏面に配された構成を成しており、所定周波数の電力を給電部１００から第１の電極３′に給電することで、所定の共振周波数の電磁波を正面側に放射するようになっている。
しかし、このようなパッチアンテナ装置１′では、例えば、第１の電極３′の幅Ｗ及び長さＬが共に同一の長さに設定され、占有面積が大きい。しかも、図６に示すように、第１の電極３′の励振時における電流が、第１の電極３′の側辺３′ａ側寄りのＩで示す領域に集中する。すなわち、破線で示すように、電流は、第１の電極３′の中央部３′ｂ側にはあまり流れないため、第１の電極３′の中央部３′ｂが励振に寄与せずに遊んだ状態になっている。
そこで、発明者は、この遊びの部分をなくして、パッチアンテナ装置の小型化を図るべく、考察を行った。
図７は、電極の幅と誘電体基体の厚みとの関係を説明するための斜視図である。
図７の（ａ）に示すように、第１の電極３′と第２の電極４′との幅Ｗを狭くして、図６に示す電流の余り流れない領域３′ｂをなくすことで、パッチアンテナ装置１′の小型化を図ることができる。
しかし、このパッチアンテナ装置１′では、第２の電極４′の幅Ｗも狭くするため、第１の電極３′に分布する電流Ｉも小さくなり、正面方向への利得が低下してしまう。そこで、図７の（ｂ）に示すように、第１の電極３′の幅Ｗに対応させて、誘電体基体２′の厚さＴを厚くすることにより、第１の電極３′に分布する電流Ｉを大きくすることができ、この結果、正面方向への利得を高くすることが考えられる。
しかしながら、小型にするために、電極３′，４′の幅Ｗを余り小さくすると、利得を得るために、誘電体基体２′の厚さＴを厚くしなければならず、結局、パッチアンテナ装置１′が厚さ方向に大型化してしまう。かといって、誘電体基体２′の厚さＴをあまり厚くしないようにすると、電極３′，４′の幅Ｗを大きくしなければならず、結局、パッチアンテナ装置１′が幅方向に大型化してしまう。
そこで、発明者は、第１の電極３′の幅Ｗや誘電体基体２′の厚さＴをどのような範囲に設定すると、その体積が、従来型のパッチアンテナ装置よりも小さく、しかも利得が従来型の利得以上になるかを、次のようなシミュレーションを用いて考察した。【００４４】
図８は、パッチアンテナ装置の幅及び厚さと利得との関係を示す線図であり、図９は、パッチアンテナ装置の幅及び厚さと効率との関係を示す線図である。
発明者は、パッチアンテナ装置１の誘電体基体２として、比誘電率が６．４、誘電損失（tanδ）が０．００２の誘電体を用い、その長さＬを８０ｍｍに設定した。すなわち、第１及び第２の電極３，４及び誘電体基体２の長さＬが８０ｍｍのパッチアンテナ装置１を用い、周波数９１０ＭＨｚの電力を給電した。そして、パッチアンテナ装置１の幅Ｗ（第１及び第２の電極３，４及び誘電体基体２の幅）と厚さＴ（誘電体基体２の厚さ）を変えながら、パッチアンテナ装置１の各利得をシミュレーションしたところ、図８の利得曲線Ｇ１〜Ｇ４で示すような結果を得た。ここで、利得曲線Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３，Ｇ４は、１ｄＢｉ，２ｄＢｉ，３ｄＢｉ，３．５ｄＢｉの各利得における幅Ｗと厚さＴとの関係を示し、領域Ｊは、従来型のパッチアンテナ装置が採っている幅Ｗ及び厚さＴの範囲を示し、領域Ｈは、この実施例のパッチアンテナ装置が採る幅Ｗ及び厚さＴの範囲を示す。
図８の領域Ｊで示すように、従来型のパッチアンテナ装置では、３ｄＢｉの利得を得ようとすると、幅Ｗが約６５ｍｍ以上で厚さＴが約８ｍｍ程度必要があり、その体積は、最低でも約４１．６ｃｃになる。これに対して、領域Ｈで示すように、幅Ｗを長さ８０ｍｍの４分の１以下で、厚さＴを幅Ｗ以上に設定したパッチアンテナ装置１において、３ｄＢｉの利得を得るには、幅Ｗが２０ｍｍで厚さＴが約２０ｍｍ程度であればよく、その体積は、約３２ｃｃ程度でよい。すなわち、長さ８０ｍｍのパッチアンテナ装置１において、幅Ｗを長さの４分の１以下で、厚さＴを幅Ｗ以上に設定することで、同じ利得を得ながら、その体積を従来型のパッチアンテナ装置の体積に対して約２５パーセント以上も削減することができることを確認した。
次に、発明者は、上記と同様の比誘電率，誘電損失及び長さを有した誘電体基体２と第１及び第２の電極３，４とを備えたパッチアンテナ装置１を用い、周波数９１０ＭＨｚの電力を給電した。そして、幅Ｗと厚さＴを変えながら、パッチアンテナ装置１の各効率をシミュレーションしたところ、図９の効率曲線Ｅ１〜Ｅ３で示すような結果を得た。ここで、効率曲線Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３は、７０％，８０％，９０％の各効率における幅Ｗと厚さＴとの関係を示す。
図９の領域Ｊで示すように、従来型のパッチアンテナ装置では、９０％の効率を得ようとすると、幅Ｗが約７０ｍｍ以上で厚さＴが約１０ｍｍ程度必要があり、その体積は、最低でも約５６ｃｃになる。これに対して、領域Ｈで示すように、幅Ｗを長さ８０ｍｍの４分の１以下で、厚さＴを幅Ｗ以上に設定したパッチアンテナ装置１において、９０％の効率を得るには、幅Ｗが２０ｍｍで厚さＴが約２５ｍｍ程度であればよく、その体積は、最高でも約４０ｃｃ程度でよい。すなわち、長さ８０ｍｍのパッチアンテナ装置１において、幅Ｗを長さの４分の１以下で、厚さＴを幅Ｗ以上に設定することで、同じ効率を得ながら、その体積を従来型のパッチアンテナ装置の体積に対して約２９パーセント以上も削減することができることを確認した。
発明者は、このようなシミュレーションの結果を踏まえて考察した結果、パッチアンテナ装置１の厚さＴを、幅Ｗの１倍以上に設定し、幅Ｗを、長さＬの４分の１以下に設定することで、３ｄＢｉ利得及び９０％効率という従来型のパッチアンテナ装置と同じ利得及び効率で、従来型のパッチアンテナ装置よりも小型にすることができるという結論に達した。
そこで、この実施例では、上記したように、パッチアンテナ装置１の誘電体基体２の厚さＴを第１及び第２の電極３，４の幅Ｗの１倍以上に設定し、第１及び第２の電極３，４の幅Ｗを、第１及び第２の電極３，４の長さＬの４分の１以下に設定した。【００４５】
次に、この実施例のパッチアンテナ装置１が示す作用及び効果について説明する。
図１０は、この実施例のパッチアンテナ装置１が示す作用及び効果を説明するための断面図である。
図１０に示すように、所定周波数の電力Ｗ０を給電部１００から同軸ケーブル１２０を通じて第１の電極３に給電すると、第１の電極３が放射電極として機能し、また、接地された同軸ケーブル１２０の外部導体１２２に接続された第２の電極４が、グランド電極として機能する。この結果、第１の電極３で励振された所定周波数の電磁波Ｖが、正面側（図１０の左側）に放射されることとなる。
このとき、第１及び第２の電極３，４の幅Ｗがそれぞれその長さＬの４分の１以下に設定され、しかも、誘電体基体２の正面２ａ及び背面２ｂの幅もこれら第１及び第２の電極３，４の幅Ｗに等しく設定されているので、パッチアンテナ装置１全体の小型化は図られている。したがって、電子部品が高密度実装され、アンテナ実装領域が狭いＲＦＩＤのハンディターミナルやその他の送受信機においても、このパッチアンテナ装置１は容易に実装することができる。しかも、誘電体基体２の厚さＴが第１及び第２の電極３，４の幅Ｗの１倍以上に設定されているので、第１の電極３から放射される電磁波Ｖの利得の低下がない。このため、十分な利得の電磁波Ｖが、パッチアンテナ装置１の正面方向に放射される。
このように、この実施例のパッチアンテナ装置１によれば、小型でありながら、正面方向への高い利得を得ることができる。
【実施例２】
【００４６】
次に、この発明の第２実施例について説明する。
図１１は、この発明の第２実施例に係るパッチアンテナ装置を示す斜視図である。
この実施例は、第１及び第２の電極３，４の長さが異なる点が、上記第１実施例と異なる。
図１１に示すように、この実施例のパッチアンテナ装置１′′では、第２の電極４の長さを第１の電極３の長さ（Ｌ）よりも長く設定した。具体的には、第１の電極３の長さＬ及び幅Ｗは、上記第１実施例と同様であるが、第２の電極４の長さを第１実施例の場合よりも、長く設定し、第２の電極４の長さを誘電体基体２の背面２ｂの長さＬよりも長い長さ（Ｌ＋Ｌ２×２）にした。そして、第２の電極４の両端部４１，４２を折り曲げて、誘電体基体２の両端面２ｅ，２ｆに配設した。【００４７】
かかる構成により、本来、第２の電極４の長さ（Ｌ＋Ｌ２×２）分の長さを有する誘電体基体を必要とするところを、従前の長さＬの誘電体基体２で済むので、折り曲げ部４１，４２の長さ（Ｌ２×２）分だけ、パッチアンテナ装置自体を小型化することができる。
また、グランド電極として機能する第２の電極４の長さを長くすることで、第１の電極３から背面側（第２の電極４側）に向かう電磁波を低減させることができる。これにより、パッチアンテナ装置の小型化を保持しつつ、Ｆ／Ｂ比を高め、その結果、正面方向（第１の電極３の左方向）への利得を高めることができる。【００４８】
ところで、この実施例のように、第１及び第２の電極３，４の長さを有するパッチアンテナ装置１′′を設計する場合、給電部１００側の負荷（例えば５０Ω）との整合を図る必要がある。特定の周波数において、負荷と整合可能な第１及び第２の電極３，４の長さは、いろいろあり、負荷と整合する第２の電極４の長さが決まれば、第１の電極３の長さも第２の電極４の長さに対応して決まる。そして、特定の周波数で、負荷と整合する第２の電極４の長さは、誘電体基体２の背面２ｂの長さだけでなく、両端面２ｅ，２ｆ及び正面２ａの長さにも至る。
しかしながら、パッチアンテナ装置１′′の利得やＦ／Ｂ比及び帯域といった放射特性は、第２の電極４の長さによって異なる。したがって、これら利得やＦ／Ｂ比及び帯域等を考慮して、最適なパッチアンテナ装置１′′を設計する必要がある。【００４９】
そこで、発明者は、長さが異なる第１及び第２の電極３，４を、比誘電率が６．４、誘電損失が０．００２、長さＬ，幅Ｗ及び厚さＴがそれぞれ８０ｍｍ，１０ｍｍ，３０ｍｍの誘電体基体２に形成した。そして、周波数９１０ＭＨｚの電力を、このパッチアンテナ装置１′′に給電し、第２の電極４の長さを変えながら、パッチアンテナ装置１′′の利得，Ｆ／Ｂ比及び帯域とをシミュレーションした。
図１２は、第２の電極４の長さの変化の態様を示す斜視図であり、図１３は、第２の電極４の長さと利得，Ｆ／Ｂ比及び帯域との相関関係を示す線図である。
図１２の（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）及び（ｅ）は、折り曲げ部４１，４２の長さを含む第２の電極４の全長Ｌ＋Ｌ２×２をそれぞれ、１０１ｍｍ，１０８ｍｍ，１１４ｍｍ，１３０ｍｍ及び１４０ｍｍに設定したときのパッチアンテナ装置１′′を示している。かかるパッチアンテナ装置１′′において、特定の周波数で負荷との整合を図るため、折り曲げ部３１，３２を含む第１の電極３の全長Ｌ＋Ｌ１×２は、第２の電極４が長くなるに従って、短くなるように設定する。
シミュレーションは、図１２の（ａ）〜（ｅ）に示す第２の電極４の各長さを有するパッチアンテナ装置１′′と、第２の電極４の全長が１０４ｍｍ，１１３ｍｍ，１１６ｍｍ，１２０ｍｍのパッチアンテナ装置１′′との各装置について、周波数９１０ＭＨｚの電力を供給し、第２の電極４の各長さにおける利得，Ｆ／Ｂ比及び帯域を測定した。
すると、図１３の利得曲線Ｓ１で示すように、第２の電極４の全長が１０８ｍｍ付近の時に、利得が最大となった。また、Ｆ／Ｂ比曲線Ｓ２で示すように、Ｆ／Ｂ比は、第２の電極４の全長が１１４ｍｍ〜１３０ｍｍのあたりで、大きくなっている。そして、帯域曲線Ｓ３で示すように、帯域は、第２の電極４の全長が長くなるに従って広がっていった。しかし、帯域に関しては、第２の電極４を長くする程広がるが、それに反して、利得やＦ／Ｂ比が低下し、また、５０Ω負荷との整合も得にくくなるので、第２の電極４の長さを１４０ｍｍ以上に設定する利点はほとんどない。
以上のシミュレーションの結果から、比誘電率が６．４、誘電損失が０．００２、長さＬ，幅Ｗ及び厚さＴがそれぞれ８０ｍｍ，１０ｍｍ，３０ｍｍの誘電体基体２を使用する場合には、第２の電極４の長さを１０８ｍｍ〜１３０ｍｍ以内（図１２の（ｂ）〜（ｄ）の態様）に設定することが、利得，Ｆ／Ｂ比及び帯域の面から好ましいといえる。
その他の構成、作用及び効果は、上記第１実施例と同様であるので、その記載は省略する。
【実施例３】
【００５０】
図１４は、この発明の第３実施例に係るアンテナ装置を示す概略斜視図であり、図１５は、パッチアンテナ素子の展開図であり、図１６は、給電素子であるパッチアンテナ素子の概略断面図であり、図１７は、無給電素子であるパッチアンテナ素子の概略断面図である。【００５１】
図１４に示すように、この実施例のアンテナ装置２００は、平行に所定間隔Ｄで配列された１対のパッチアンテナ素子１Ａ，１Ｂを具備する。
この実施例では、上記第１実施例のパッチアンテナ装置１を１対のパッチアンテナ素子として用いた。そこで、理解を容易にするため、給電素子であるパッチアンテナ素子自体及びその構成部分には「Ａ」を付した符号を用い、無給電素子であるパッチアンテナ素子自体及びその構成部分には「Ｂ」を付した符号で用いた。なお、図１１及び図１２に示したパッチアンテナ装置もパッチアンテナ素子１Ａ，１Ｂとして用いることができることは勿論である。
すなわち、パッチアンテナ素子１Ａ（１Ｂ）は、電極３Ａ，４Ａ（３Ｂ，４Ｂ）を直方体状の誘電体基体２Ａ（２Ｂ）の対向する正面２Ａａ（２Ｂａ）と背面２Ａｂ（２Ｂｂ）とにそれぞれ設けることで、形成されている。
そして、図１５に示すように、誘電体基体２Ａ（２Ｂ）が、正面２Ａａ（２Ｂａ）と背面２Ａｂ（２Ｂｂ）と側面２Ａｃ（２Ｂｃ）及び２Ａｄ（２Ｂｄ）と端面２Ａｅ（２Ｂｅ）及び２Ａｆ（２Ｂｆ）とを有し、電極３Ａ，４Ａ（３Ｂ，４Ｂ）が正面２Ａａ（２Ｂａ），背面２Ａｂ（２Ｂｂ）の略全面に形成されている。【００５２】
アンテナ装置２００は、図１４に示すように、パッチアンテナ素子１Ａの背面２Ａｂの電極４Ａとパッチアンテナ素子１Ｂの正面２Ｂａの電極３Ｂとが向き合うように、パッチアンテナ素子１Ａ，１Ｂを平行に間隔Ｄで配列した構成になっている。
給電素子であるパッチアンテナ素子１Ａには、給電部１００から引き出された同軸ケーブル１２０が接続されている。
具体的には、図１６に示すように、パッチアンテナ素子１Ａの電極３Ａに至る孔２Ａｇ，４Ａａを誘電体基体２Ａと電極４Ａとに開け、同軸ケーブル１２０の内部導体１２１をこの孔２Ａｇ，４Ａａに挿通させて、電極３Ａに接続した。また、同軸ケーブル１２０の外部導体１２２は電極４Ａに接続した。【００５３】
無給電素子であるパッチアンテナ素子１Ｂには、正面及び背面側の電極間にリアクタンス回路５が接続されている。
具体的には、図１７に示すように、パッチアンテナ素子１Ｂの電極３Ｂに至る孔２Ｂｇ，４Ｂａを誘電体基体２Ｂと電極４Ｂとに開け、導線１３０をこの孔２Ｂｇ，４Ｂａに挿通させて、その一方端を電極３Ｂに接続すると共に、他方端をリアクタンス回路５の入力端に接続した。そして、リアクタンス回路５の出力端を導線１３１に接続させると共に、この導線１３１を接地された背面側の電極４Ｂに接続した。【００５４】
このようなパッチアンテナ素子１Ａ，１Ｂは、図１４及び図１５に示すように、同形であり、各電極３Ａ，３Ｂ（４Ａ，４Ｂ）の幅Ｗが長さＬよりも短く設定されている。つまり、パッチアンテナ素子１Ａ，１Ｂを共に細長い四角柱状に形成することで、一般的な正方形の素子と比べ、幅方向について小型化を図っている。
また、この実施例では、無給電素子であるパッチアンテナ素子１Ｂを、給電素子であるパッチアンテナ素子１Ａの放射方向に対して逆側の位置に配した。
具体的には、アンテナ装置２００は、電磁波の放射方向をパッチアンテナ素子１Ａの電極３Ａ側に設定しており、この方向への電磁波の利得を高めるべく、パッチアンテナ素子１Ｂを、パッチアンテナ素子１Ａの電磁波の放射方向の逆側、すなわち、パッチアンテナ素子１Ａの図１４の右側に間隔Ｄだけ離して配置した。
そして、パッチアンテナ素子１Ａ，１Ｂの間隔Ｄを、ＵＨＦ帯の使用周波数における自由空間波長の０．１２倍以上０．３０倍以下に設定した。【００５５】
次に、この実施例のアンテナ装置２００が示す作用及び効果について説明する。
図１８は、この実施例のアンテナ装置２００が示す作用及び効果を説明するための概略側面図である。
図１８に示すように、所定周波数の信号を給電部１００から同軸ケーブル１２０を介してパッチアンテナ素子１Ａに給電すると、パッチアンテナ素子１Ａが励振し、実線で示すように、所定周波数の電磁波Ｖ２が、パッチアンテナ素子１Ａの電極３Ａ，４Ａからパッチアンテナ素子１Ａの正面側と背面側とに放射される。
そして、電極４Ａ側から放射された電磁波Ｖ２が、パッチアンテナ素子１Ｂと電磁結合して、パッチアンテナ素子１Ｂが当該所定の周波数で共振し、破線で示すように、電磁波Ｖ３を電極３Ｂ，４Ｂからパッチアンテナ素子１Ｂの正面側と背面側に放射する。この電磁波Ｖ３の位相や振幅は、パッチアンテナ素子１Ｂのリアクタンス回路５のリアクタンス値とパッチアンテナ素子１Ａ，１Ｂの素子間隔Ｄとを適宜設定することで、調整することができる。
したがって、パッチアンテナ素子１Ｂの電磁波Ｖ３の位相や振幅を適宜調整することで、パッチアンテナ素子１Ｂの背面側に向かう電磁波Ｖ３とパッチアンテナ素子１Ａからの電磁波Ｖ２とを干渉させて、抑圧することができる。そして、パッチアンテナ素子１Ｂの正面側に向かう電磁波Ｖ３とパッチアンテナ素子１Ａの正面側に放射される電磁波Ｖ２とを干渉させることで、強め合わせることができる。
これにより、アンテナ装置２００の正面方向（図１８の左方向）の電磁波の利得を高めることができると共に、アンテナ装置２００の正面方向の電磁波の利得と背面方向の電磁波の利得の比であるＦ／Ｂ比をも高めることができる。【００５６】
発明者は、かかる効果を確認すべく、つぎのような実験を行った。
図１９は、素子間隔Ｄと利得との相関図であり、図２０は、素子間隔ＤとＦ／Ｂ比との相関図である。
この実験では、誘電体基体２Ａ，２Ｂの比誘電率が６．４で、幅Ｗ，長さＬ及び厚さＴが１５ｍｍ，８０ｍｍ及び１５ｍｍのパッチアンテナ素子１Ａ，１Ｂを構成し、周波数９２０ＭＨｚの信号を給電部１００からパッチアンテナ素子１Ａに給電した。そして、パッチアンテナ素子１Ａ，１Ｂの素子間隔Ｄを変化させて、各素子間隔Ｄでの利得とＦ／Ｂ比とを解析したところ、図１９及び図２０に示す曲線Ｓ４で示す結果を得た。
なお、この実験における素子間隔Ｄは、使用周波数９２０ＭＨｚにおける波長の倍数を示している。
図１９の曲線Ｓ４から明らかなように、このアンテナ装置２００では、素子間隔Ｄを波長の０．１２倍〜０．３０倍に設定することで、約５ｄＢ以上の利得を得ることが確認された。
また、Ｆ／Ｂ比においても、図２０の曲線Ｓ４で示すように、素子間隔Ｄを波長の０．１２倍〜０．３０倍に設定することで、約７．５ｄＢ以上を得ることができた。【００５７】
次に、誘電体基体２Ａ，２Ｂの比誘電率を変えて、パッチアンテナ素子１Ａ，１Ｂを小型にした。
具体的には、誘電体基体２Ａ，２Ｂの比誘電率を３Ａに設定し、パッチアンテナ素子１Ａ，１Ｂの幅Ｗ，長さＬ及び厚さＴを１５ｍｍ，５５ｍｍ及び１０ｍｍに設定して、上記と同様の実験を行ったところ、図１９の曲線Ｓ５で示すように、素子間隔Ｄが波長の０．１２倍〜０．３０倍の範囲で、約４ｄＢ以上の利得を得ることができると共に、図２０の曲線Ｓ５で示すように、約６ｄＢ以上のＦ／Ｂ比を得ることができた。
さらに、誘電体基体２Ａ，２Ｂの比誘電率を３８に上げ、パッチアンテナ素子１Ａ，１Ｂの幅Ｗ，長さＬ及び厚さＴを１０ｍｍ，４０ｍｍ及び１５ｍｍに設定して、上記と同様の実験を行ったところ、図１９の曲線Ｓ６で示すように、素子間隔Ｄが波長の０．１２倍〜０．３０倍の範囲で、約３ｄＢ以上の利得を得ることができると共に、図２０の曲線Ｓ６で示すように、約５ｄＢ以上のＦ／Ｂ比を得ることができた。
すなわち、この実施例のアンテナ装置２００によれば、パッチアンテナ素子１Ａ，１Ｂの素子間隔Ｄを使用周波数における波長の０．１２倍〜０．３０倍の範囲に設定することで、長さが４０ｍｍという超小型のパッチアンテナ素子１Ａ，１Ｂを用いても、約３ｄＢ以上の利得と約５ｄＢ以上のＦ／Ｂ比を得ることが確認された。【００５８】
次に、発明者は、パッチアンテナ素子１Ｂのリアクタンス回路５のリアクタンス値とアンテナ装置２００の利得との関係及びリアクタンス値とＦ／Ｂ比との関係を、素子間隔Ｄを波長の０．１５倍〜０．２４倍の範囲で変化させながら確認した。
図２１は、リアクタンス値及び素子間隔Ｄと利得との相関図であり、図２２は、リアクタンス値及び素子間隔ＤとＦ／Ｂ比との相関図である。
この実験では、誘電体基体２Ａ，２Ｂの比誘電率が６．４で、幅Ｗ，長さＬ及び厚さＴが１５ｍｍ，８０ｍｍ及び１５ｍｍのパッチアンテナ素子１Ａ，１Ｂを構成し、周波数９２０ＭＨｚの信号を給電部１００からパッチアンテナ素子１Ａに給電した。そして、パッチアンテナ素子１Ｂのリアクタンス回路５のリアクタンス値を変化させながら、各素子間隔Ｄにおける利得とＦ／Ｂ比とを解析した。
すると、図２１及び図２２の曲面Ｓｇ，Ｓｆｂで示す結果を得た。
図２１の曲面Ｓｇから明らかなように、リアクタンス回路５のリアクタンス値を概ねｊ１．０Ω付近の値に設定すると、６ｄＢ以上の利得を得ることができる。通常、同じサイズの単体のパッチアンテナ素子を用いた場合には、３〜４ｄＢ程度が限度であるのに対して、この実施例のアンテナ装置２００では、同じ大きさで２〜３ｄＢ程度高い利得を得ることができる。
また、図２２の曲面Ｓｆｂから明らかなように、リアクタンス回路５のリアクタンス値を概ねｊ１．０Ω付近の値に設定すると、１０ｄＢ以上のＦ／Ｂ比を得ることができる。しかも、リアクタンス回路５のリアクタンス値と素子間隔Ｄとを最適値に設定することで、２０ｄＢ以上のＦ／Ｂ比を得ることができる。【００５９】
以上のように、この実施例のアンテナ装置２００によれば、小型でありながら、正面方向への高い利得と大きなＦ／Ｂ比を得ることができる。
また、素子として、パッチアンテナ素子１Ａ，１Ｂを用いるため、同軸線路等の不平衡回路との整合が容易であり、信号を給電部１００からアンテナ装置２００に効率よく給電することができる。
さらに、パッチアンテナ素子１Ａ，１Ｂのうちのパッチアンテナ素子１Ｂを無給電の非励振素子としたので、パッチアンテナ素子１Ａ，１Ｂの双方を励振素子とするアンテナに比べると、信号の分配回路等を必要としない分、構造が簡単となり、アンテナ装置２００自体のコストを低廉化することができる。
その他の構成、作用及び効果は、上記第１及び第２実施例と同様であるので、その記載は省略する。
【実施例４】
【００６０】
図２３は、この発明の第４実施例に係るアンテナ装置の構成を示す概略図であり、図２４は、各サブアレイユニットの構成を示す斜視図であり、図２５は、第１パッチアンテナ素子の概略断面図である。【００６１】
図２３に示すように、この実施例のアンテナ装置２０１は、ｎ数（ｎは２以上の整数）のサブアレイユニット２１０−１〜２１０−ｎと、給電部１００からの電力に所定の位相差を設けてサブアレイユニット２１０−１〜２１０−ｎに出力するための分配器６とを備えている。【００６２】
各サブアレイユニット２１０−１（２１０−２〜２１０−ｎ）は、図２４に示すように、前位の給電素子である第１パッチアンテナ素子１Ａと後位の無給電素子である第２パッチアンテナ素子１Ｂとで構成されている。すなわち、この実施例では、上記第３実施例で用いられた１対のパッチアンテナ素子１Ａ，１Ｂを、各サブアレイユニット２１０−１（２１０−２〜２１０−ｎ）を構成する第１パッチアンテナ素子１Ａ及び第２パッチアンテナ素子１Ｂとした。【００６３】
第１パッチアンテナ素子１Ａは、誘電体基体２Ａと第１電極３Ａと第２電極４Ａとで成り、第１電極３Ａと第２電極４Ａが、直方体状の誘電体基体２Ａの対向する前面２Ａａと後面２Ａｂにそれぞれ形成されている。
そして、図２３及び図２５に示すように、各第１パッチアンテナ素子１Ａには、給電部１００から分配器６を介して延出された同軸ケーブル１２０が接続されている。【００６４】
無給電素子である第２パッチアンテナ素子１Ｂは、図２４に示すように、誘電体基体２Ｂと第１電極３Ｂと第２電極４Ｂとで成り、第１電極３Ｂと第２電極４Ｂが直方体状の誘電体基体２Ｂの対向する前面２Ｂａと後面２Ｂｂとにそれぞれ形成されている。
そして、リアクタンス回路５が、第２パッチアンテナ素子１Ｂの側面２Ｂｄ側に接続されている。これにより、第２パッチアンテナ素子１Ｂ全体のリアクタンス値をリアクタンス回路５によって調整することができるようになっている。
図２６は、第２パッチアンテナ素子１Ｂの側面図である。
リアクタンス回路５としては、多種の回路を適用することができる。例えば、単品のインダクタや単品のコンデンサ、インダクタとコンデンサとの直列共振回路や並列共振回路、又はこれらの共振回路にインダクタやコンデンサを直列に接続した回路、さらに、コンデンサの代わりにバラクダ等の容量可変素子を使用した回路等を適用することができる。
この実施例では、リアクタンス回路５として、インダクタを適用した。
具体的には、図２６に示すように、第２パッチアンテナ素子１Ｂの第１及び第２電極３Ｂ，４Ｂの延出部５１，５２を誘電体基体２Ｂの側面２Ｂｄに形成して、インダクタ部品５の両端を延出部５１，５２に接続した。なお、インダクタは、チップ部品状のインダクタ部品５だけでなく、電極で形成することもできる。例えば、図２７に示すように、ミアンダ状で且つ適切な長さの電極５′を、誘電体基体２Ｂの側面２Ｂｄにパターン形成し、この電極の両端を第１及び第２電極３Ｂ，４Ｂに接続しても良い。これにより、部品点数の削減を図ることができる。【００６５】
このような同形の第１及び第２パッチアンテナ素子１Ａ，１Ｂにおいては、図２３及び図２４に示すように、第１パッチアンテナ素子１Ａが第２パッチアンテナ素子１Ｂの前方に位置するように配列されている。具体的には、第１及び第２パッチアンテナ素子１Ａ，１Ｂが平行に間隔Ｄで配列され、前位の第１パッチアンテナ素子１Ａの第２電極４Ａが後位の第２パッチアンテナ素子１Ｂの第１電極３Ｂに対向している。【００６６】
図２８は、各サブアレイユニット２１０−１（２１０−２〜２１０−ｎ）の電波放射を説明するための概略側面図である。
図２３に示すように、所定周波数の電力Ｗ１（Ｗ２〜Ｗｎ）を給電部１００から分配器６及び同軸ケーブル１２０を介して各サブアレイユニット２１０−１（２１０−２〜２１０−ｎ）の第１パッチアンテナ素子１Ａに給電すると、図２８の実線で示すように、所定周波数の電波Ｖ２が、第１パッチアンテナ素子１Ａの第１電極３Ａから前方と後方とに放射される。
そして、第１パッチアンテナ素子１Ａの第２電極４Ａ側から放射された電波Ｖ２が、第２パッチアンテナ素子１Ｂと電磁結合して、第２パッチアンテナ素子１Ｂが当該所定の周波数で共振する。これにより、破線で示すように、第２パッチアンテナ素子１Ｂが、電波Ｖ３を第１及び第２電極３Ｂ，４Ｂから第２パッチアンテナ素子１Ｂの前方向及び後方向に放射する。このとき、リアクタンス回路５によって、電波Ｖ３の位相や振幅を適宜調整することで、第２パッチアンテナ素子１Ｂの後方に向かう電波Ｖ３と第１パッチアンテナ素子１Ａからの電波Ｖ２とを干渉させて、抑圧することができる。そして、第２パッチアンテナ素子１Ｂの前方に向かう電波Ｖ３と第１パッチアンテナ素子１Ａの前方に放射される電波Ｖ２とを重畳させることで、強め合わせることができる。
すなわち、各サブアレイユニット２１０−１（２１０−２〜２１０−ｎ）を用いることで、二点鎖線で示すように、電波Ｖ２，Ｖ３が合成された高利得の電波Ｕ１（Ｕ２〜Ｕｎ）を各サブアレイユニット２１０−１（２１０−２〜２１０−ｎ）の前方（図２８の左方向）に放射させることができる。【００６７】
ｎ数のサブアレイユニット２１０−１〜２１０−ｎは、図２３に示すように、間隔Ｄ１で１列に配列されており、前段のサブアレイユニット２１０−ｍ（１≦ｍ＜ｎ）の第２パッチアンテナ素子１Ｂの第２電極４Ｂが、後段のサブアレイユニット２１０−（ｍ＋１）の第１パッチアンテナ素子１Ａの第１電極３Ａに対向するように配されている。すなわち、全てのサブアレイユニット２１０−１〜２１０−ｎの電波放射方向が前方（図２３の左方）を向くように設定されている。
そして、前段と後段のサブアレイユニット２１０−ｍ，２１０−（ｍ＋１）の間隔Ｄ１が、使用周波数における自由空間波長のほぼ２分の１に設定されている。具体的には、間隔Ｄ１は、給電部１００から供給される電力Ｗ０の周波数における波長の２分の１に設定されている。【００６８】
分配器６は、周知の分配器であり、給電部１００から給電された電力Ｗ０に所定の位相差を持たせ、位相がずれた電力Ｗ１〜Ｗｎをサブアレイユニット２１０−１〜２１０−ｎにそれぞれ分配する機器である。
具体的には、分配器６は、前段と後段のサブアレイユニット２１０−ｍ，２１０−（ｍ＋１）に供給する電力Ｗｍ，Ｗｍ＋１の位相差が１８０°になるように機能する。しかも、分配器６は、後段のサブアレイユニット２１０−（ｍ＋１）に供給される電力Ｗｍ＋１を、前段のサブアレイユニット２１０−ｍに供給される電力Ｗｍよりも位相差１８０°だけ先に進ませるように機能する。
したがって、後段のサブアレイユニット２１０−（ｍ＋１）から放射される電波の位相は、前段のサブアレイユニット２１０−ｍから放射される電波の位相よりも１８０°だけ先に進むこととなる。【００６９】
次に、この実施例のアンテナ装置が示す作用及び効果について説明する。
図２９は、アンテナ装置が示す作用及び効果を説明するための概略図である。
図２９に示すように、電力Ｗ０が給電部１００から出力されると、分配器６によって、１８０°の位相差を持った電力Ｗ１〜Ｗｎが形成され、これら電力Ｗ１〜Ｗｎがサブアレイユニット２１０−１〜２１０−ｎの第１パッチアンテナ素子１Ａにそれぞれ供給される。
これにより、二点鎖線で示す電波Ｕｎが最後段のサブアレイユニット２１０−ｎから放射され、電波Ｕｎ−１が、電波Ｕｎより１８０°だけ位相が遅れた状態で、前段のサブアレイユニット２１０−（ｎ−１）から放射される。そして、一点鎖線で示す電波Ｕ２が、電波Ｕｎより１８０°×（ｎ−２）だけ位相が遅れた状態で、サブアレイユニット２１０−２から放射され、最後に、実線で示す電波Ｕ１が、電波Ｕｎより１８０°×（ｎ−１）だけ位相が遅れた状態で、サブアレイユニット２１０−１から放射されることとなる。
このとき、隣り合うサブアレイユニット２１０−ｍ，２１０−（ｍ＋１）の間隔Ｄ１が、サブアレイユニット２１０−１（２１０−２〜２１０−ｎ）から放射される電波Ｕ１（Ｕ２〜Ｕｎ）の波長の２分の１に設定されているので、サブアレイユニット２１０−１の前方に放射された全ての電波Ｕ１〜Ｕｎが一致することとなる。この結果、電波Ｕ１〜Ｕｎが重畳して、アンテナ装置２０１から放射される電波の利得がサブアレイユニット数ｎに対応して高くなる。【００７０】
発明者は、かかる効果を確認すべく、次のようなシミュレーションを行った。
図３０は、パッチアンテナ素子の素子数と利得との相関図である。
このシミュレーションでは、誘電体基体２Ａ，２Ｂの比誘電率が６．４で、幅Ｗ，長さＬ及び厚さＴ（図２４参照）が１５ｍｍ，８０ｍｍ及び１５ｍｍのパッチアンテナ素子を構成し、周波数９２０ＭＨｚの電力をパッチアンテナ素子に給電した。そして、パッチアンテナ素子の素子数を変化させて、各素子数での利得を解析したところ、図３０に示す結果を得た。
なお、このシミュレーションにおいて、素子数「１」の場合の利得は、無給電素子である第２パッチアンテナ素子１Ｂを伴わない第１パッチアンテナ素子１Ａのみをシミュレーションしたときの利得を示し、素子数「２」は、各サブアレイユニットを構成する第１及び第２パッチアンテナ素子１Ａ，１Ｂをシミュレーションしたときの利得を示し、素子数「４」は、第１及び第２パッチアンテナ素子１Ａ，１Ｂで構成される２つのサブアレイユニットを１列に配列して、シミュレーションしたときの利得を示し、素子数「８」は、４つのサブアレイユニットを１列に配列して、シミュレーションしたときの利得を示す。
図３０から明らかなように、パッチアンテナ素子の素子数が２倍になると、利得も概ね３ｄＢｉだけ高くなる。
したがって、この実施例のアンテナ装置２０１のように、ｎ数のサブアレイユニット２１０−１〜２１０−ｎを用いることで、その利得をサブアレイユニットの数ｎに対応させて増加させることができることを確認した。【００７１】
以上のように、この実施例のアンテナ装置２０１によれば、電波の利得を、サブアレイユニットの数やパッチアンテナ素子の数に対応させて増加させることができるので、高利得の電波を放射するアンテナ装置を実現することができる。
さらに、第１及び第２パッチアンテナ素子１Ａ，１Ｂを電波の放射方向に沿って一列に配列した構成であるので、面方向への広がりを抑えた小型のアンテナ装置２０１を実現することができる。この結果、アンテナ実装面積が狭い電子機器に対しても、この実施例のアンテナ装置２０１を容易に実装することができる。
また、パッチアンテナ素子１Ａ，１Ｂを構成要素としているため、同軸線路等の不平衡回路との整合が容易であり、給電部１００からアンテナ装置２０１に効率よく給電することができる。
その他の構成、作用及び効果は、上記第１実施例から第３実施例と同様であるので、その記載は省略する。
【実施例５】
【００７２】
図３１は、この発明の第５実施例に係るアンテナ装置を示す概略斜視図であり、図３２は、各パッチアンテナ素子の概略断面図である。【００７３】
図３１に示すように、この実施例のアンテナ装置２０２は、平行に所定間隔Ｄで配列された１対のパッチアンテナ素子１Ａ，１Ａ′を具備する。
パッチアンテナ素子１Ａ（１Ａ′）は、上記第１実施例のパッチアンテナ装置１であり、電極３Ａ，４Ａ（３Ａ′，４Ａ′）を直方体状の誘電体基体２Ａ（２Ａ′）の対向する正面２Ａａ（２Ａａ′）と背面２Ａｂ（２Ａｂ′）とにそれぞれ設けて形成した給電素子である。【００７４】
アンテナ装置２０２は、図３１に示すように、パッチアンテナ素子１Ａの背面２Ａｂの電極４Ａとパッチアンテナ素子１Ａ′の正面２Ａａ′の電極３Ａ′とが向き合うように、パッチアンテナ素子１Ａ，１Ａ′を平行に間隔Ｄで配列し、パッチアンテナ素子１Ａ，１Ａ′の同軸ケーブル１２０，１２０′を分配器６を介して給電部１００に接続した構成になっている。【００７５】
各パッチアンテナ素子１Ａ（１Ａ′）には、図３２に示すように、分配器６から引き出された同軸ケーブル１２０（１２０′）が接続されている。【００７６】
このようなパッチアンテナ素子１Ａ，１Ａ′は、図３１に示すように、同形であり、また、各電極３Ａ，３Ａ′（４Ａ，４Ａ′）の幅Ｗが長さＬよりも短く設定されている。つまり、パッチアンテナ素子１Ａ，１Ａ′を共に細長い四角柱状に形成することで、一般的な正方形の素子と比べ、幅方向について小型化を図っている。【００７７】
分配器６は、給電部１００からの所定周波数の電力Ｗ０を電力Ｗ１，Ｗ２に分配して、パッチアンテナ素子１Ａ，１Ａ′に給電させる機器である。
この分配器６は、分配の際、電力Ｗ１の位相と電力Ｗ２の位相とに差を設けて出力する機能を有する。この実施例では、電力Ｗ１，Ｗ２の位相差を６０度以上１２０以下に設定した。なお、位相差を設けて出力する機能がない分配器の場合には、各素子への同軸ケーブル１２０及び１２０′の長さを変えることで上記位相差を設けるようすることもできる。
また、分配器６としては、電力Ｗ１と電力Ｗ２との分配比を等分配にするものの他に、不等分配にするものをも選択することができるが、この実施例では、パッチアンテナ素子１Ａ，１Ａ′の内の一方からの放射電波の振幅が、他方からの放射電波の振幅よりも２ｄＢ以上６ｄＢ以下の値だけ高くなるように電力Ｗ１と電力Ｗ２との分配比を設定した分配器６を選択した。
このような分配器６は、周知の回路であり、例えば、９０度ハイブリットカプラ，Ｔ分岐回路及び遅延線路等において、出力側の分配比を適切に設定した回路が適用される。【００７８】
次に、この実施例のアンテナ装置２０２が示す作用及び効果について説明する。
図３３は、この実施例のアンテナ装置２０２が示す作用及び効果を説明するための概略側面図である。
図３３に示すように、所定周波数の電力Ｗ０を給電部１００から給電すると、分配器６で分配された電力Ｗ１，電力Ｗ２が同軸ケーブル１２０，１２０′を通じてパッチアンテナ素子１Ａ，１Ａ′に給電される。
これにより、パッチアンテナ素子１Ａ，１Ａ′が共に励振し、実線で示すように、所定周波数の電波Ｖ２が、パッチアンテナ素子１Ａの電極３Ａ，４Ａからパッチアンテナ素子１Ａの正面側と背面側とに放射されると共に、破線で示すように、所定周波数の電波Ｖ３が、パッチアンテナ素子１Ａ′の電極３Ａ′，４Ａ′からパッチアンテナ素子１Ａ′の正面側と背面側とに放射される。
このとき、電波Ｖ２，Ｖ３間の位相差を適宜設定することで、アンテナ装置２０２の希望する放射方向の利得やＦ／Ｂ比を高めることができる。また、電波Ｖ２，Ｖ３の振幅比を適宜設定することで、放射方向の利得をさらに高めることができる。【００７９】
例えば、アンテナ装置２０２の放射方向をパッチアンテナ素子１Ａの正面方向（図３３の左方向）にした場合には、パッチアンテナ素子１Ａに給電される電力Ｗ１の位相をパッチアンテナ素子１Ａ′に給電される電力Ｗ２の位相よりも、６０度〜１２０度だけ遅れるような分配器６を選択する。
これにより、パッチアンテナ素子１Ａの正面側に向かう電波Ｖ２がパッチアンテナ素子１Ａ′からの電波Ｖ３によって増幅され、アンテナ装置２０２の正面方向の利得が高くなる。また、パッチアンテナ素子１Ａ′の背面側に向かう電波Ｖ３は、パッチアンテナ素子１Ａの背面側の電波Ｖ２と干渉して、抑圧され、アンテナ装置２０２のＦ／Ｂ比が大きくなる。
また、かかる位相差において、アンテナ装置２０２の正面方向の利得をさらに高くする場合には、パッチアンテナ素子１Ａの電波Ｖ２の振幅が、パッチアンテナ素子１Ａ′からの電波Ｖ３の振幅よりも高くなるような分配比を有した分配器６を選択する。【００８０】
逆に、アンテナ装置２０２の放射方向をパッチアンテナ素子１Ａ′の背面方向（図３３の右方向）にした場合には、パッチアンテナ素子１Ａ′に給電される電力Ｗ２の位相をパッチアンテナ素子１Ａに給電される電力Ｗ１の位相よりも、６０度〜１２０度だけ遅れるような分配器６を選択する。これにより、パッチアンテナ素子１Ａ′の背面側に向かう電波Ｖ３がパッチアンテナ素子１Ａからの電波Ｖ２によって増幅され、アンテナ装置２０２の背面方向の利得が高くなる。また、パッチアンテナ素子１Ａの正面側に向かう電波Ｖ２は、パッチアンテナ素子１Ａ′の正面側の電波Ｖ３と干渉して、抑圧され、アンテナ装置２０２のＦ／Ｂ比が大きくなる。
また、かかる位相差において、アンテナ装置２０２の背面方向の利得をさらに高くする場合には、パッチアンテナ素子１Ａ′の電波Ｖ３の振幅が、パッチアンテナ素子１Ａからの電波Ｖ２の振幅よりも高くなるような分配比を有した分配器６を選択する。
なお、この実施例では、上記分配比や位相差を有した分配器６を選択して使用したが、これら分配比、位相差を可変可能な分配器を用いれば、分配器６を交換することなく、利得やＦ／Ｂ比を向上させることができるだけでなく、アンテナ装置２０２の指向性を任意に変化させることができる。【００８１】
発明者は、上記のような作用及び効果を奏するために最適な位相差と振幅比とを確認すべく、つぎのようなシミュレーションを行った。
図３４は、位相差及び振幅比と利得との相関図であり、図３５は、位相差及び振幅比とＦ／Ｂ比との相関図である。
このシミュレーションでは、誘電体基体２Ａ，２Ａ′の比誘電率が６．４で、幅Ｗ、長さＬ及び厚さＴが１５ｍｍ、８０ｍｍ及び１５ｍｍのパッチアンテナ素子１Ａ，１Ａ′を構成して、６０ｍｍの素子間隔Ｄで配列し、周波数９００ＭＨｚの電力を給電部１００からパッチアンテナ素子１Ａ，１Ａ′に給電した。そして、パッチアンテナ素子１Ａ′の電力Ｗ２に対するパッチアンテナ素子１Ａの電力Ｗ１の位相差を変化させながら、各振幅比における利得とＦ／Ｂ比とを解析した。
その結果を図３４及び図３５の曲面Ｓｇ、Ｓｆｂで示す。
ここで、位相差については、曲面Ｓｇ，Ｓｆｂで示すように、約６０度〜１２０度の範囲内に位相差を設定すると、６ｄＢ以上の利得及びＦ／Ｂ比とを得ることができる。通常、この実施例のアンテナ装置２０２におけるパッチアンテナ素子とほぼ同じサイズの単体のパッチアンテナ素子を用いた場合には、利得で３〜４ｄＢ程度であるのに対して、この実施例のアンテナ装置２０２では、同じサイズで２ｄｂ程度高い利得を得ることができる。
また、図３４の曲面Ｓｇに示すように、上記位相差の範囲内では、パッチアンテナ素子１Ａ，１Ａ′からの電波の振幅に差がない場合でも（図３４及び図３５の「振幅比０ｄＢ」）、５ｄｂ以上の高い利得を得ることができる。しかし、図３５の曲面Ｓｆｂで示すように、パッチアンテナ素子１Ａの電波の振幅をパッチアンテナ素子１Ａ′の電波の振幅よりも２ｄＢ〜６ｄＢだけ高く設定することで、アンテナ装置２０２の正面方向の利得を高くすることができるだけでなく、Ｆ／Ｂ比も極めて大きくすることができる。【００８２】
以上のように、この実施例のアンテナ装置２０２によれば、小型でありながら、正面方向への高い利得と大きなＦ／Ｂ比を得ることができる。
また、素子として、パッチアンテナ素子１Ａ，１Ａ′を用いるため、同軸線路等の不平衡回路との整合が容易であり、電力を給電部１００からアンテナ装置２０２に効率よく給電することができる。
その他の構成、作用及び効果は、上記第１実施例から第５実施例と同様であるので、その記載は省略する。
【実施例６】
【００８３】
次に、この発明の第６実施例について説明する。
図３６は、この発明の第６実施例に係るアンテナ装置の構成を示す概略図であり、図３７は、アンテナ装置の構成を示す斜視図である。
図３６に示すように、この実施例のアンテナ装置２０３は、ｎ数（ｎは２以上の整数）のパッチアンテナ素子１Ａ−１〜１Ａ−ｎと、給電部１００からの電力に所定の位相差を設けてパッチアンテナ素子１Ａ−１〜１Ａ−ｎに出力するための分配器６とを備えている。【００８４】
各パッチアンテナ素子１Ａ−１（１Ａ−２〜１Ａ−ｎ）は、給電素子であり、図３７に示すように、上記第４実施例で適用された第１パッチアンテナ素子１Ａと同構造を成す。すなわち、各パッチアンテナ素子１Ａ−１（１Ａ−２〜１Ａ−ｎ）は、誘電体基体２Ａと第１電極３Ａと第２電極４Ａとで成り、給電部１００から分配器６を介して延出された同軸ケーブル１２０に接続されている。第１電極３Ａと第２電極４Ａは、直方体状の誘電体基体２Ａの対向する前面２Ａａと後面２Ａｂにそれぞれ形成されている。【００８５】
ｎ数のパッチアンテナ素子１Ａ−１〜１Ａ−ｎは、図３６及び図３７に示すように、間隔Ｄで１列に配列され、後段のパッチアンテナ素子１Ａ−（ｍ＋１）が、前段のパッチアンテナ素子１Ａ−ｍ（１≦ｍ＜ｎ）の背後に位置する。
すなわち、前段のパッチアンテナ素子１Ａ−ｍ（１≦ｍ＜ｎ）の第２電極４Ａと、後段のパッチアンテナ素子１Ａ−（ｍ＋１）の第１電極３Ａとが対向するように配列され、全てのパッチアンテナ素子１Ａ−１〜１Ａ−ｎの電波放射方向が前方（図３６の左方）を向くように設定されている。
そして、前段と後段のパッチアンテナ素子１Ａ−ｍ，１Ａ−（ｍ＋１）の間隔Ｄが、使用周波数における自由空間波長のほぼ４分の１に設定されている。【００８６】
分配器６は、周知の分配器であるが、この分配器６では、前段と後段のパッチアンテナ素子１Ａ−ｍ，１Ａ−（ｍ＋１）に供給する電力Ｗｍ，Ｗｍ＋１の位相差が９０°になるように機能する。しかも、分配器６は、後段のパッチアンテナ素子１Ａ−（ｍ＋１）に供給される電力Ｗｍ＋１を、前段のパッチアンテナ素子１Ａ−ｍに供給される電力Ｗｍよりも位相差９０°だけ先に進ませるように機能する。
したがって、後段のパッチアンテナ素子１Ａ−（ｍ＋１）から放射される電波の位相は、前段のパッチアンテナ素子１Ａ−ｍから放射される電波の位相よりも９０°だけ先に進むこととなる。【００８７】
次に、この実施例のアンテナ装置が示す作用及び効果について説明する。
図３８は、アンテナ装置が示す作用及び効果を説明するための概略図である。
図３８に示すように、電力Ｗ０が給電部１００から出力されると、分配器６によって、９０°の位相差を持った電力Ｗ１〜Ｗｎが形成され、これら電力Ｗ１〜Ｗｎがパッチアンテナ素子１Ａ−１〜１Ａ−ｎにそれぞれ供給される。
これにより、二点鎖線で示す電波Ｕｎ′が最後段のパッチアンテナ素子１Ａ−ｎから放射され、電波Ｕｎ−１′が、電波Ｕｎ′から９０°だけ位相が遅れた状態で、前段のパッチアンテナ素子１Ａ−（ｎ−１）から放射される。そして、一点鎖線で示す電波Ｕ２′が、電波Ｕｎ′から９０°×（ｎ−２）だけ位相が遅れた状態で、パッチアンテナ素子１Ａ−２から放射され、最後に、実線で示す電波Ｕ１′が、電波Ｕｎ′から９０°×（ｎ−１）だけ位相が遅れた状態で、パッチアンテナ素子１Ａ−１から放射されることとなる。
このとき、隣り合うパッチアンテナ素子１Ａ−ｍ，１Ａ−（ｍ＋１）の間隔Ｄが、パッチアンテナ素子１Ａ−１〜１Ａ−ｎから放射される電波Ｕ１′〜Ｕｎ′の波長の４分の１に設定されているので、パッチアンテナ素子１Ａ−１の前方に放射された電波Ｕ１′〜Ｕｎ′が全て一致することとなる。この結果、アンテナ装置２０３から放射される電波の利得がパッチアンテナ素子数ｎに対応して高くなる。【００８８】
発明者は、かかる効果を確認すべく、次のようなシミュレーションを行った。
図３９は、素子数と利得との相関図である。
このシミュレーションにおいても、上記第４実施例のシミュレーションと同様に、誘電体基体２Ａの比誘電率が６．４で、幅，長さ及び厚さが１５ｍｍ，８０ｍｍ及び１５ｍｍのパッチアンテナ素子を構成し、周波数９２０ＭＨｚの電力をパッチアンテナ素子に給電した。そして、パッチアンテナ素子の素子数を変化させて、各素子数での利得を解析したところ、図３９に示す結果を得た。
図３９に示す結果から明らかなように、この実施例のアンテナ装置２０３においても、ｎ数のパッチアンテナ素子１Ａ−１〜１Ａ−ｎを用いることで、パッチアンテナ素子の数ｎに対応した利得の増加が確認された。
その他の構成、作用及び効果は、上記第４実施例と同様であるので、その記載は省略する。
【実施例７】
【００８９】
図４０は、この発明の第７実施例に係るアンテナ装置を示す概略斜視図であり、図４１は、各パッチアンテナ素子と切換スイッチ６と給電部１００との接続状態を示す概略断面図である。
図４０に示すように、この実施例のアンテナ装置２０４は、平行に所定間隔Ｄで配列された１対のパッチアンテナ素子１Ａ，１Ａ′と切換スイッチ６とを具備する。
具体的には、アンテナ装置２０４は、パッチアンテナ素子１Ａの背面２Ａｂの電極４Ａとパッチアンテナ素子１Ａ′の背面２Ａｂ′の電極４Ａ′とが向き合うように、パッチアンテナ素子１Ａ，１Ａ′を平行に間隔Ｄで配列し、パッチアンテナ素子１Ａ，１Ａ′の同軸ケーブル１２０，１２０′を切換スイッチ６を介して給電部１００に接続した構成になっている。【００９０】
これらのパッチアンテナ素子１Ａ，１Ａ′は、図４０に示すように、同形であり、また、各電極３Ａ，３Ａ′（４Ａ，４Ａ′）の幅Ｗが長さＬよりも短く設定されている。つまり、パッチアンテナ素子１Ａ，１Ａ′を共に細長い四角柱状に形成することで、一般的な正方形の素子と比べ、幅方向について小型化を図っている。【００９１】
図４０に示すように、このようなパッチアンテナ素子１Ａ，１Ａ′からは、同軸ケーブル１２０，１２０′がそれぞれ引き出され、これら同軸ケーブル１２０，１２０′が切換スイッチ６を通じて給電部１００に接続されている。【００９２】
一方、切換スイッチ６は、図４１に示すように、可動接点６１と１対の固定接点６２，６３とを有している。そして、可動接点６１が給電部１００から引き出された同軸ケーブル１１０の内部導体１１１に接続され、固定接点６２，６３が同軸ケーブル１２０，１２０′の内部導体１２１，１２１′に接続されている。
これにより、切換スイッチ６の可動接点６１を実線で示すように、固定接点６２に接触させると、パッチアンテナ素子１Ａが給電素子となり、パッチアンテナ素子１Ａ′が無給電素子となる。逆に、可動接点６１を破線で示すように、固定接点６３に接触させると、パッチアンテナ素子１Ａが無給電素子となり、パッチアンテナ素子１Ａ′が給電素子となる。【００９３】
次に、この実施例のアンテナ装置２０４が示す作用及び効果について説明する。
図４２は、この実施例のアンテナ装置２０４が示す作用及び効果を説明するための概略側面図であり、図４３は、左側のパッチアンテナ素子１Ａを給電素子とした場合の指向性を示す概略側面図であり、図４４は、右側のパッチアンテナ素子１Ａ′を給電素子とした場合の指向性を示す概略側面図である。
図４２の実線で示すように、切換スイッチ６の可動接点６１を固定接点６２に接触させた状態で、所定周波数の信号を給電部１００から給電すると、この信号が切換スイッチ６を介してパッチアンテナ素子１Ａに給電される。
これにより、パッチアンテナ素子１Ａが給電素子として機能して、励振する。この結果、実線で示す電波Ｖ２が、パッチアンテナ素子１Ａの電極３Ａ，４Ａからパッチアンテナ素子１Ａの正面側と背面側とに放射される。
一方、パッチアンテナ素子１Ａ′は、かかる状態において、無給電素子として機能し、パッチアンテナ素子１Ａからの電波Ｖ２に共振する。この結果、破線で示す電波Ｖ３が、パッチアンテナ素子１Ａ′の電極３Ａ′，４Ａ′からパッチアンテナ素子１Ａ′の正面側と背面側とに放射される。
このとき、パッチアンテナ素子１Ａ′から引き出されている同軸ケーブル１２０′の長さを調整し、同軸ケーブル１２０′を含むパッチアンテナ素子１Ａ′の付加リアクタンス値を設定しておくと、パッチアンテナ素子１Ａとパッチアンテナ素子１Ａ′が正面方向（図４２の左方向）で同相となるように共振して、アンテナ装置２０４の正面方向の利得が高くなる。また、パッチアンテナ素子１Ａ′の背面側（図４２の右側）に向かう電波Ｖ３は抑圧され、アンテナ装置２０４のＦ／Ｂ比が大きくなる。
すなわち、パッチアンテナ素子１Ａ′が反射器として機能し、アンテナ装置２０４の左方向の電波の利得やＦ／Ｂ比を高める。この結果、図４３に示すように、アンテナ装置２０４の指向性が左方向に偏る。【００９４】
そして、切換スイッチ６を切り換え、図４２の破線で示すように、切換スイッチ６の可動接点６１を固定接点６３に接触させると、給電部１００からの信号が切換スイッチ６を介してパッチアンテナ素子１Ａ′に給電され、パッチアンテナ素子１Ａ′が給電素子として機能して、励振する。
この結果、破線で示す電波Ｖ３が、パッチアンテナ素子１Ａ′からその正面側と背面側とに放射される。そして、パッチアンテナ素子１Ａは、かかる状態において、無給電素子として機能し、パッチアンテナ素子１Ａ′からの電波Ｖ３で共振し、実線で示す電波Ｖ２が、パッチアンテナ素子１Ａの電極３Ａ，４Ａから正面側と背面側とに放射される。
このとき、上記と同様に、パッチアンテナ素子１Ａから引き出されている同軸ケーブル１２０の長さを調整し、パッチアンテナ素子１Ａの付加リアクタンスを調整しておくと、パッチアンテナ素子１Ａとパッチアンテナ素子１Ａ′が背面方向で同相となるように共振して、アンテナ装置２０４の背面方向の利得が高くなる。また、パッチアンテナ素子１Ａの正面側に向かう電波Ｖ２は抑圧される。
すなわち、切換スイッチ６を切り換えると、パッチアンテナ素子１Ａが反射器として機能し、アンテナ装置２０４の右方向の電波の利得やＦ／Ｂ比を高める。この結果、図４４に示すように、アンテナ装置２０４の指向性が右方向に変わる。【００９５】
以上のように、この実施例のアンテナ装置２０４によれば、小型でありながら、正面方向もしくは背面方向に高い利得と大きなＦ／Ｂを得ることができると共にその指向性を容易に切り換えることができる。
また、素子として、パッチアンテナ素子１Ａ，１Ａ′を用いるため、同軸線路等の不平衡回路との整合が容易であり、信号を給電部１００からアンテナ装置２０４に効率よく給電することができる。【００９６】
なお、この実施例のアンテナ装置２０４では、パッチアンテナ素子１Ａ（１Ａ′）の電極３Ａ（３Ａ′）をアンテナ電極とし、電極４Ａ（４Ａ′）をグランド電極として捉え、電極３Ａ（３Ａ′）を放射方向である正面側に向け、電極４Ａ（４Ａ′）を背面側に向けた配列にした。
しかし、この実施例のように、小型で且つ電極３Ａ，４Ａ（３Ａ′，４Ａ′）がほぼ同サイズの場合には、どちらがグラウンド電極で、どちらがアンテナ電極なのか、明確な区別がつきにくい。そして、どちらをグラウンド電極及びアンテナ電極としても、アンテナ特性が大きく相違することはない。
したがって、図４５に示すようなパッチアンテナ素子１Ａ，１Ａ′の配列を有したアンテナ装置であっても、上記実施例のアンテナ装置２０４と同様の作用及び効果を奏する。すなわち、図４５（ａ）に示すように、パッチアンテナ素子１Ａ′を実施例とは逆向きにしたり、同図（ｂ）に示すように、パッチアンテナ素子１Ａを実施例とは逆向きにしても、実施例のアンテナ装置２０４と同様の特性を発揮する。
その他の構成、作用及び効果は、上記第１実施例から第６実施例と同様であるので、その記載は省略する。
【実施例８】
【００９７】
次に、この発明の第８実施例について説明する。
図４６は、この発明の第８実施例に係るアンテナ装置を示す概略斜視図であり、図４７は、無給電素子であるパッチアンテナ素子を示す概略断面図である。
図４６に示すように、この実施例のアンテナ装置２０５は、３つのパッチアンテナ素子１Ｂ−１，１Ａ，１Ｂ−２を備えている。
これら、パッチアンテナ素子１Ｂ−１，１Ａ，１Ｂ−２は、隣り合うパッチアンテナ素子１Ａ，１Ｂ−１（１Ｂ−２，１Ａ）の電極４Ａ，３Ｂ（４Ｂ，３Ａ）同士が向き合うように平行に所定間隔Ｄで配列されている。
そして、中間のパッチアンテナ素子１Ａを給電部１００に接続された給電素子とし、両側のパッチアンテナ素子１Ｂ−１，１Ｂ−２を可変リアクタンス回路５を有した無給電素子とした。【００９８】
パッチアンテナ素子１Ａは、同軸ケーブル１２０で給電部１００に直接接続されている。【００９９】
無給電素子であるパッチアンテナ素子１Ｂ−１，１Ｂ−２には、可変リアクタンス回路５がそれぞれ接続されて終端されている。
具体的には、図４７に示すように、各パッチアンテナ素子１Ｂ−１（１Ｂ−２）の電極３Ｂに至る孔２Ｂｇ，４Ｂａを誘電体基体２Ｂと電極４Ｂとに開け、導線１４０をこの孔２Ｂｇ，４Ｂａに挿通させて、その一方端を電極３Ｂに接続すると共に、他方端を可変リアクタンス回路５の入力端に接続した。そして、可変リアクタンス回路５の出力端を導線１４１に接続させると共に、この導線１４１を電極４Ｂに接続した。
可変リアクタンス回路５として、周知の可変リアクタンス回路の全てを採用することができるが、この実施例では、可変リアクタンス回路５を可変容量ダイオードを用いて形成した。具体的には、可変容量ダイオード５３とインダクタ５４とを直列に接続し、可変容量ダイオード５３のカソード側を導線１４０に接続すると共にインダクタ５４の一端を導線１４１に接続した。
これにより、可変容量ダイオード５３のカソード側に印加する直流電圧Ｖccの大きさを変え、可変容量ダイオード５３の容量値を変化させることで、可変リアクタンス回路５全体のリアクタンス値を調整することができる。
なお、この可変リアクタンス回路５も周知の可変リアクタンス回路と同様に、リアクタンス値を誘導性の範囲から容量性の範囲まで変化させることができる。【０１００】
次に、この実施例のアンテナ装置２０５が示す作用及び効果について説明する。
図４８は、この実施例のアンテナ装置２０５が示す作用及び効果を説明するための概略側面図であり、図４９は、アンテナ装置２０５の指向性を示す概略側面図である。
図４８に示すように、所定周波数の信号を給電部１００から同軸ケーブル１２０を介してパッチアンテナ素子１Ａに給電し、パッチアンテナ素子１Ｂ−１の可変リアクタンス回路５を誘導性のリアクタンス値に調整すると共に、パッチアンテナ素子１Ｂ−２の可変リアクタンス回路５を容量性のリアクタンス値に調整する。
すると、パッチアンテナ素子１Ｂ−１が反射器として機能し、パッチアンテナ素子１Ａの背面側（図４８の右方向）に向かう電波Ｖ２が抑圧され、パッチアンテナ素子１Ａの正面側（図４８の左方向）に向かう電波Ｖ２が増大する。
これにより、アンテナ装置２０５の正面方向の電波の利得が高まり、Ｆ／Ｂ比が大きくなり、図４９の実線で示すような指向性を示す。
逆に、パッチアンテナ素子１Ｂ−１の可変リアクタンス回路５を容量性のリアクタンス値に調整すると共に、パッチアンテナ素子１Ｂ−２の可変リアクタンス回路５を誘導性のリアクタンス値に調整すると、パッチアンテナ素子１Ｂ−２が反射器として機能し、アンテナ装置２０５は、図４９の破線で示すような指向性を示すこととなる。【０１０１】
以上のように、この実施例のアンテナ装置２０５によれば、小型でありながら、正面方向への高い利得と大きなＦ／Ｂ比を得ることができるだけでなく、パッチアンテナ素子１Ｂ−１，１Ｂ−２の可変リアクタンス回路５によってアンテナ装置２０５の指向性を容易に変えることができる。
その他の構成、作用及び効果は、上記第１実施例から第７実施例と同様であるので、その記載は省略する。
【実施例９】
【０１０２】
次に、この発明の第９実施例について説明する。
図５０は、この発明の第９実施例に係るアンテナ装置の要部を示す断面図である。
上記第８実施例では、パッチアンテナ素子１Ｂ−１，１Ｂ−２の可変リアクタンス回路を可変容量ダイオード５３とインダクタ５４とで構成し、そのリアクタンス値を連続的に変化させることができる可変リアクタンス回路５を例示した。
これに対し、この実施例では、そのリアクタンス値を離散的に変化させることができる可変リアクタンス回路５′′を適用した。
具体的には、図５０に示すように、可変リアクタンス回路５′′を、切換スイッチ５５とリアクタンス値が異なる複数の固定リアクタンス回路５６〜５９とで構成した。
これにより、切換スイッチ５５を切り換えることで、固定リアクタンス回路５６〜５９のいずれかとパッチアンテナ素子１Ｂ−１（１Ｂ−２）とを接続して、可変リアクタンス回路５′′のリアクタンス値を変化させることができる。
その他の構成、作用及び効果は、上記第２実施例と同様であるので、その記載は省略する。【０１０３】
なお、この発明は、上記実施例に限定されるものではなく、発明の要旨の範囲内において種々の変形や変更が可能である。【０１０４】
また、上記実施例では、図１や図１１に示したように、誘電体基体２の正面２ａ全面に形成した電極３に対して、電極４の全長を等しいか又は長くした例を示した。しかし、図５１に示すように、長さＬが誘電体基体２の正面２ａの長さよりも短い第１の電極３を正面２ａ上に形成して、第２の電極４の全長をこの第１の電極３よりも相対的に長くしたパッチアンテナ装置も、この発明の範囲に含まれることは勿論である。
また、上記第２実施例では、電極４を電極３よりも長くして、その両端部４１，４２を誘電体基体２の両端面２ｅ，２ｆに折り曲げて配置した例を示した。しかし、電極３，４の少なくとも一方の長さを誘電体基体２の正面２ａ，背面２ｂの長さよりも長く設定し、その電極を両端面２ｅ，２ｆに折り曲げて配置することもできる。したがって、電極３を電極４よりも長くして、その両端部を折り曲げて誘電体基体２の両端面２ｅ，２ｆに配置した発明も、この発明の範囲に含まれる。【０１０５】
また、上記実施例では、図１や図１４等に示したように、誘電体基体２（２Ａ，２Ｂ）を直方体に形成し、電極３，４をその正面２ａ（２Ａａ，２Ｂａ），背面２ｂ（２Ａｂ，２Ｂｂ）全面に形成して、パッチアンテナ装置（パッチアンテナ素子）全体を直方体形状にした例を示した。しかし、パッチアンテナ装置１（パッチアンテナ素子）の幅Ｗと長さＬと厚さＴとが所定の条件を満たし、且つその断面形状がほぼ長方形の形状であれば、パッチアンテナ装置１（パッチアンテナ素子）の形状は任意である。したがって、例えば、図５２に示すように、両端面２ｅ，２ｆ（２Ａｅ，２Ａｆ、２Ｂｅ，２Ｂｆ）が半円形に湾曲した形状のパッチアンテナ装置（パッチアンテナ素子）や、図５３に示すように、誘電体基体２（２Ａ，２Ｂ）の中央部に空間２ｈを有したパッチアンテナ装置（パッチアンテナ素子）も、この発明の範囲内に含まれる。【０１０６】
上記実施例では、図２，図１０，図１６，図２５，図３２及び図４１に示したように、給電素子としてのパッチアンテナ装置１（パッチアンテナ素子１Ａ）への給電構造として、給電部１００から引き出された同軸ケーブル１２０の内部導体１２１をパッチアンテナ素子１（１Ａ）の誘電体基体２（２Ａ）や電極４（４Ａ）の孔２ｇ，４ａ（２Ａｇ，４Ａａ）に挿通して電極３（３Ａ）に接続すると共に、外部導体１２２を電極４（４Ａ）に接続する構造を採用したが、給電構造はこれに限定されるものではない。
例えば、図５４に示すように、同軸ケーブル１２０をパッチアンテナ装置１（パッチアンテナ素子１Ａ）の側面に接続することにより、誘電体基体２（２Ａ）や電極４（４Ａ）に孔を開けることなく、給電することができる。すなわち、電極３，４（３Ａ，４Ａ）の延出部３３，４３を誘電体基体２（２Ａ）の側面２ｄ（２Ａｄ）上に形成し、同軸ケーブル１２０の内部導体１２１を電極３（３Ａ）の延出部３３に接続すると共に、外部導体１２２を電極４（４Ａ）の延出部４３に接続することで、給電部１００からパッチアンテナ装置１（パッチアンテナ素子１Ａ）に給電することができる。
また、同軸ケーブル１２０を用いずに電磁結合を用いて、給電部１００からパッチアンテナ装置１（パッチアンテナ素子１Ａ）に給電することもできる。【０１０７】
また、上記第７実施例において説明したように、小型で且つ電極３Ａ，４Ａ（３Ｂ，４Ｂ）がほぼ同サイズの場合には、どちらがグラウンド電極で、どちらがアンテナ電極なのか、明確な区別がつきにくい。そして、どちらをグラウンド電極及びアンテナ電極としても、アンテナ特性が大きく相違することはない。
したがって、図５５に示すようなパッチアンテナ素子１Ａ，１Ｂの配列を有したアンテナ装置であっても、上記実施例のアンテナ装置と同様の作用及び効果を奏する。すなわち、図５５（ａ）に示すように、パッチアンテナ素子１Ａを通常とは逆向きにしたり、同図（ｂ）に示すように、パッチアンテナ素子１Ｂを通常とは逆向きにし、また、同図（ｃ）に示すように、パッチアンテナ素子１Ａ，１Ｂの双方を通常と逆向きにしても、上記実施例のアンテナ装置と同様の特性を発揮する。そして、これらの配列を有したアンテナ装置もこの発明の範囲内に含まれる。【０１０８】
また、上記第４実施例では、図２３に示したように、リアクタンス回路５を各サブアレイユニット２１０−１（２１０−２〜２１０−ｎ）の第２パッチアンテナ素子１Ｂに接続した例を示した。しかし、リアクタンス回路５が第２パッチアンテナ素子１Ｂに接続されていないサブアレイユニット２１０−１〜２１０−ｎで構成されるアンテナ装置を、この発明の範囲から除外する意ではない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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【図５２】
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【図５３】
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【図５４】
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【図５５】
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【国際調査報告】
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