(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
スパイラル型に形成されたアンテナ素子と、
前記アンテナ素子の背面に密着した状態で配置されるシート状の磁性体と、
前記磁性体と空隙を隔てて配置される反射板と
を具備することを特徴とするアンテナ装置。
【請求項２】
前記アンテナ素子は、前記スパイラル形状が円形又は多角形に形成してなることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
【請求項３】
前記磁性体は、円形、リング状、又は多角形に形成してなることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
【請求項４】
前記反射板をキャビティとすることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
【請求項５】
前記アンテナ素子の上面にさらに誘電体を具備することを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、広帯域特性を有するアンテナ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
前方方向のみに放射するスパイラルアンテナでは、アンテナエレメントとキャビティとの間の空間に電波吸収材料を装荷し、広帯域性や薄型化を実現することが知られている（例えば、特許文献１を参照。）。周波数が低くなると、損失のある磁性材料の採用もまた薄型化が実現できる（例えば、非特許文献１を参照。）。しかし、このように、スパイラル背面に空隙を設けて磁性体を設置する場合は、磁性体の比誘電率と比透磁率がほぼ等しく、損失がある材料に限り薄型化が実現でき、そのときの厚さが重要な要因となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−２５２７３８公報
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Faruk Erkmen, Chi-Chih Chen, and John L. Volakis, “UWB Magneto-Dielectric Ground Plane for Low-Profile Antenna Applications” IEEE Antennas and Propagation Magazine, Vol. 50, No.4, August 2008.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述したように、アンテナエレメントとキャビティとの間の空隙に電波吸収材料を敷き詰めた場合、使用周波数下限が低くなるとキャビティとスパイラルアンテナの空隙が物理的広くなるため、使用する電波吸収材料も増加する。この場合、軽量化が問題となる。
【０００６】
また、磁性体を装荷する場合については、使用する磁性体の比誘電率と比透磁率が概ね等しく、磁性損失がある場合に限り実現可能といわれている。この場合の磁性材料は極めて厚くする必要があるため、アンテナの小型化、薄型化は実現できてもアンテナの軽量化という観点では問題がある。
【０００７】
本実施形態の目的は、広帯域特性を確保しつつアンテナの薄型化、小型化及び軽量化を実現可能なアンテナ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本実施形態に係るアンテナ装置は、スパイラル型に形成されたアンテナ素子と、前記アンテナ素子の背面に密着した状態で配置されるシート状の磁性体と、前記磁性体と空隙を隔てて配置される反射板とを具備するものである。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本実施形態に係るアンテナ装置の構成を示す図。
【図２】図１のアンテナ装置の分解図。
【図３Ａ】図１のアンテナ装置の利得の特性を示す図。
【図３Ｂ】図１のアンテナ装置の軸比の特性を示す図。
【図４Ａ】従来のアンテナ装置の利得の特性を示す図。
【図４Ｂ】従来のアンテナ装置の軸比の特性を示す図。
【図５Ａ】従来のアンテナ装置の利得の特性を示す図。
【図５Ｂ】従来のアンテナ装置の軸比の特性を示す図。
【図６】変形例１のアンテナ装置の構成を示す図。
【図７】変形例２のアンテナ装置の構成を示す図。
【図８】変形例３のアンテナ装置の構成を示す図。
【図９】変形例４のアンテナ装置の構成を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照しながら本実施形態に係るアンテナ装置を説明する。
【００１１】
図１は、本実施形態に係るアンテナ装置の斜視図である。図２は、図１のアンテナ装置の分解図である。
【００１２】
このアンテナ装置は、スパイラルアンテナ１１と、スパイラルアンテナ１１の背面に密着した状態で配置される磁性体シート１２と、磁性体シート１２と空隙Ｌを隔てて配置される金属導体（反射板）１３とを具備する。
【００１３】
次に、このように構成されたスパイラルアンテナの動作について説明する。  
図３Ａ及び３Ｂは、図１に示したアンテナ装置の利得及び軸比の周波数特性の計算結果を示したものである。図３Ａは、横軸に周波数［ＭＨｚ］、縦軸に利得［ｄＢ］を示す。図３Ｂは、横軸に周波数［ＭＨｚ］、縦軸に軸比［ｄＢ］を示す。図３Ａ及び３Ｂにおいて、太い破線は、比誘電率が比透磁率より大きい場合、細い破線は比誘電率と比透磁率とが等しい場合、実線は比誘電率が比透磁率より小さい場合を示す。
【００１４】
スパイラルアンテナの動作原理は、バンド理論で説明できる。すなわち動作周波数に対する波長とアンテナ外周が等しい領域（１波長円周）でアンテナからの放射が起こる。したがって動作下限周波数において、スパイラルアンテナの最外周が１波長円周よりも小さい場合は、当該周波数においてスパイラルアンテナからの放射が起こらず、スパイラルアームに流れる電流はスパイラルアーム終端部で反射し、アンテナ特性の劣化を招く。この反射波を抑圧する技術として、スパイラルアンテナとキャビティとの間に吸収体を敷き詰めることにより電波吸収体の損失成分が寄与し反射波を抑圧し軸比特性が改善できる。しかしながら軸比特性は改善できても、利得特性はアンテナの大きさに依存するため改善は困難である。
【００１５】
周波数が１ＧＨｚを下回るアンテナについての薄型化については、磁性体を使用することも有効な手段となる。その場合、装荷する磁性体の比誘電率と比透磁率が概ね等しく、損失がある材料に限り実現可能になるといわれている。しかしながら、この場合、性能を満足させるためには、磁性材料は厚くする必要があるため、アンテナの小型化、薄型化は実現できても、磁性体は本質的に重いため、アンテナの軽量化という観点では問題がある。
【００１６】
ここで、非特許文献１に示す厚さの磁性体を装荷した場合のアンテナ装置の利得と、軸比の計算結果の一例を図４Ａ及び４Ｂに示す。図４Ａに示す利得の計算結果では、比誘電率と比透磁率が等しい場合は良好な性能が得られることが確認できる。また、この例では比誘電率が比透磁率より低い場合も比較的良好な結果が得られている。しかしながら、図４Ｂの軸比特性については、一般に３ｄＢ以下が円偏波とされているが、本来円偏波を放射するアンテナであるはずが、円偏波を放射していない。本来、非特許文献１は、アンテナの薄型化に伴う、反射板からの反射波の影響を軽減し、利得を向上させる対策であり、この反射波は本来のアンテナの偏波とは逆旋の偏波となることから、この反射波をさらに抑圧しないと軸比は改善できない。これを改善するためには、磁性体の損失を増やすか、磁性体を厚くすればよいがアンテナの軽量化には問題があった。この構成で磁性体厚を薄く（非特許文献１での厚さの１／６４）すると、図５Ａ及び５Ｂに示すように、軸比特性はもちろん、アンテナ利得も周波数特性が生じて、性能が著しく劣化する。
【００１７】
これに対し、本実施形態のアンテナ装置は、比誘電率と比透磁率がある程度の値を有し、磁性損失を有する磁性体を薄くスパイラルアンテナの背面に密着させる。このように構成することにより、上記図３に示したように、利得と軸比特性の改善が実現できる。図３Ａにおいて、アンテナ利得に関しては比誘電率と比透磁率の大きさの関係に係らず良好な結果が得られている。また、図３Ｂにおいて、軸比についても比誘電率と比透磁率の大きさの関係により性能は異なるが、図５Ｂに示す値と比較すると、円偏波がより広い周波数帯で放射されていることがわかる。これは比誘電率と比透磁率による波長短縮効果を利用しているため、比誘電率と比透磁率の積の平方根が大きくなる材料であれば効果は同じとなることは明らかである。従って、非特許文献１に示されているように比誘電率と比透磁率が概ね一致しているという条件は、本実施形態においては不可欠とはならない。さらに、本実施形態のアンテナ装置は、従来と比較して磁性体の厚さを極端に薄くできるため、軽量化も同時に実現できる。
【００１８】
なお、本実施形態は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、例えば、以下に示すような変形例が考えられる。
【００１９】
（変形例１）  
図６は、変形例１の構成を示したものである。上記実施形態では、円形のスパイラルアンテナであったが、この形状は必ずしも円形である必要はなく、図６に示すような四角形などの多角形としたスパイラルの場合でも同様の効果が得られる。さらに、アンテナエレメントを１点給電のスパイラルアンテナとした場合でも、上記実施形態と同様の効果が得られる。
【００２０】
（変形例２）  
図７は、変形例２の構成を示したものである。図７に示すように、装着する磁性体１２の形状を円形やリング状及び多角形にした場合も、上記実施形態と同様な効果を得ることができる。
【００２１】
（変形例３）  
図８は、変形例３の構成を示したものである。図８に示すように、背面に装着する反射板１３をキャビティにした場合も、上記実施形態と同様な効果を得ることができる。
【００２２】
（変形例４）  
図９は、変形例４の構成を示したものである。実用上は薄い磁性体１２は自立するのが困難であるため、図９に示すように、スパイラルアンテナ１１の前面に誘電体１４を付加することが必要となる。アンテナ性能としてはこの場合も上記実施形態と同様な特性が得られる。
【００２３】
また、上記変形例１乃至４を適宜組み合わせても、同様な効果を得ることができる。
【００２４】
なお、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００２５】
１１…スパイラルアンテナ、１２…磁性体シート、１３…金属導体（反射板）、１４…誘電体。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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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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