(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一の通信システムが使用する第１周波数帯および他の通信システムが使用する第２周波数帯が互いに近接している複数の通信システムにおける送受信用の複合アンテナにおいて、
第１パッチ素子および当該第１パッチ素子の第１方向に離間して配置された第１グランド板を有し第１周波数帯で送受信する第１パッチアンテナと、
前記第１グランド板から前記第１方向に離間して当該第１グランド板に対向した第２グランド板、および、前記第２グランド板から前記第１方向に離間して配置された第２パッチ素子を備え、前記第１周波数帯とは異なると共に当該第１周波数帯に近接した第２周波数帯にて前記第１パッチアンテナの逆側の方向に主指向性を有する第２パッチアンテナとを備え、
前記第１周波数帯内の波長を第１所定波長、前記第２周波数帯内の波長を第２所定波長としたとき、
前記第１および第２グランド板は、その互いの間隔が前記第１所定波長および前記第２所定波長に基づく距離相互作用に応じてアンテナ利得特性が良化する０を超えた間隔であって、前記第１所定波長から前記第２所定波長までの長さの４分の１の奇数倍、または、当該長さの４分の１の奇数倍に位相シフトを考慮した所定の周期的条件を満たした間隔に形成されていることを特徴とする複合アンテナ。
【請求項２】
請求項１記載の複合アンテナであって、
前記第１グランド板および前記第２グランド板はそれぞれ正方形状に成形されていることを特徴とする複合アンテナ。
【請求項３】
請求項１または２記載の複合アンテナであって、
前記第１グランド板および前記第２グランド板はそれぞれ正方形状に成形され、
前記第１グランド板は、その一辺の長さが、前記第１所定波長から前記第２所定波長までの長さを４分の１した長さまたはその周辺の長さに形成されていることを特徴とする複合アンテナ。
【請求項４】
請求項１ないし３の何れかに記載の複合アンテナであって、
前記第１および第２グランド板間には導電体が構成されていることを特徴とする複合アンテナ。
【請求項５】
請求項４記載の複合アンテナであって、
前記第１パッチアンテナはＷｉＭＡＸ通信規格の周波数の電波信号を伝播するものであり、前記第２パッチアンテナはＢｌｕｅｔｏｏｔｈ通信規格の周波数の電波信号を伝播するものであり、
前記導電体が第１パッチアンテナ側よりも第２パッチアンテナ側に設置されていることを特徴とする複合アンテナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、使用周波数帯が近接した２つの通信システムで使用される各々のアンテナを一体型とした複合アンテナに関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の複合アンテナとして、例えばパッチアンテナのパッチ素子を組み合わせることで実現する手法が開発されている（例えば、特許文献１参照）。この特許文献１記載の技術思想によれば、パッチアンテナを構成するパッチ素子が１つのグランド面を挟んで両面側に配置されている。これにより、グランド面の両面方向に高指向化している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１７１１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１記載の技術思想では、パッチアンテナはグランドプレーンと同一面に給電素子および給電線路を配置しているため、利得が低下し、また２つのパッチアンテナのグランドを共有しているため、電波が互いに回り込み現象を生じ、不必要な方向に電波の指向性が高くなってしまう。
【０００５】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、一の通信システムが使用する第１周波数帯および他の通信システムが使用する第２周波数帯が互いに近接している場合の送受信アンテナについてアンテナ利得特性を良好にできるようにした複合アンテナを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１記載の複合アンテナは、一の通信システムが使用する第１周波数帯および他の通信システムが使用する第２周波数帯が互いに近接している場合の送受信アンテナを対象としている。第１パッチアンテナは第１周波数帯で送受信する。第２パッチアンテナは、第１グランド板から第１方向に離間して対向した第２グランド板、および、第２グランド板から第１方向に離間して配置された第２パッチ素子を備え、第１周波数帯とは異なると共に当該第１周波数帯に近接した第２周波数帯にて第１パッチアンテナの逆側の方向に主指向性を有している。
【０００７】
第１グランド板および第２グランド板は、その互いの距離が第１所定波長および第２所定波長に基づく距離相互作用に応じてアンテナ利得特性が良化する０を超えた間隔に設定されているため、複合アンテナのアンテナ利得特性を良好にできる。しかも、第１グランド板および第２グランド板間の間隔は、第１所定波長から第２所定波長までの長さの４分の１の奇数倍または当該長さの４分の１の奇数倍に位相シフトを考慮した所定の周期的条件を満たした間隔に形成されているため、アンテナ利得特性を良好にできる。
【０００８】
請求項２記載の発明のように、第１グランド板および第２グランド板はそれぞれ正方形状に成形されていると良い。
【０００９】
なお、前述の発明でいう所定の周期的条件とは、例えば第１パッチアンテナ、第２パッチアンテナの各諸特性（例えば第１グランド板、第２グランド板の大きさなど）を考慮した周期的条件を示しており、これらは実用的な設計範囲（例えばシミュレーション、アンテナ設置環境における実験等）で周期的条件を導出できる範囲を示すものである。
【００１０】
請求項３記載の発明によれば、第１グランド板および第２グランド板はそれぞれ正方形状に成形され、第１グランド板は、その一辺の長さが、第１所定波長から第２所定波長までの長さを４分の１した長さまたはその周辺の長さに形成されているため、アンテナ利得特性を良好にできる。
【００１１】
請求項４記載の発明のように、第１および第２グランド板間には導電体が構成されていると良い。請求項５記載の発明のように、第１パッチアンテナがＷｉＭＡＸ通信規格の周波数の電波信号を伝播し、第２パッチアンテナがＢｌｕｅｔｏｏｔｈ通信規格の周波数の電波信号を伝播するアンテナである場合には、導電体が、第１パッチアンテナ側よりも第２パッチアンテナ側に配置されていると良い。このような場合、アンテナ特性を良好にできる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１実施形態について通信システムの電気的構成を概略的に示すブロック図
【図２】複合アンテナの構成図（（ａ）は第１パッチアンテナの平面図、（ｂ）は第２パッチアンテナの平面図、（ｃ）は第１パッチアンテナおよび第２パッチアンテナの配置関係を示す側面図）
【図３】車両内における複合アンテナの搭載例を示す配置態様図
【図４】発明者らが実施したシミュレーションにおける各アンテナの寸法条件を示す図
【図５】第１周波数帯、第２周波数帯近辺の周波数帯におけるアイソレーション特性図
【図６】第１グランド板と第２グランド板との間の距離に応じた主伝播方向の最大利得特性を示す図
【図７】グランド板のサイズを変更したときの主伝播方向の最大利得変化を示す特性図
【図８】本発明の第２実施形態を示す図２相当図
【図９】図３（ｂ）相当図
【図１０】（ａ）（ｂ）指向性特性、（ｃ）主伝播方向の最大利得の導電柱位置依存性を示す図
【図１１】導電柱として角柱を適用し当該角柱と第１パッチアンテナとの距離、角柱のサイズを変更したときの利得変化を示す特性図
【図１２】導電柱として円柱を適用し当該円柱と第１パッチアンテナとの距離を変更したときの利得変化を示す特性図
【図１３】本発明の第３実施形態について第１パッチアンテナおよび第２パッチアンテナを互いに傾斜して設置した場合の互いの設置関係を示す図
【図１４】第１パッチアンテナおよび第２パッチアンテナを互いに傾斜して設置した場合のシミュレーション結果を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
（第１実施形態）
以下、複合アンテナの第１実施形態について図１ないし図７を参照しながら説明する。図１は、ＷｉＭＡＸ（登録商標）−Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）通信システムの電気的構成を概略的に示すブロック図を示している。本実施形態では、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ−ＷｉＭＡＸ通信システムを車両内に搭載したＷｉＭＡＸ−Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ共用システムの形態について説明する。
【００１４】
ＷｉＭＡＸ−Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ通信システム１は、制御装置（ＥＣＵ）２に接続された第１通信部３ａ、第２通信部３ｂ、第１通信部３ａに接続された第１パッチアンテナ４、第２通信部３ｂに接続された第２パッチアンテナ５を互いに接続して構成されている。複合アンテナ６は、第１パッチアンテナ４と第２パッチアンテナ５を一体化したアンテナである。
【００１５】
第１通信部３ａは、ＷｉＭＡＸ規格に準拠した送受信部であり、この送受信部はフィルタ、ミキサ、増幅器などを組み合わせて構成されている。第２通信部３ｂは、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ規格に準拠した送受信部であり、この送受信部もまたフィルタ、ミキサ、増幅器などを組み合わせて構成されている。
【００１６】
制御装置２は、位置検出器（図示せず）を接続した例えばマイクロコンピュータを主体として構成されるものであり、位置検出器を用いてメモリに記憶されたソフトウェアにより車両の現在位置を特定するナビゲーション機能を実現する。
【００１７】
また、制御装置２には、ＷｉＭＡＸ規格、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ規格の送受信用のベースバンド部が構成されており、このベースバンド部により各規格に応じたデータを変復調する。なお、本実施形態では特に特徴部分に関係しないためナビゲーション機能を構成する各要素は省略している。
【００１８】
ＷｉＭＡＸ規格では、その使用周波数帯が２〜１１ＧＨｚ（２．５ＧＨｚ帯：２．３〜２．４／２．５〜２．７ＧＨｚ、３．５ＧＨｚ帯：３．３〜３．８ＧＨｚ、５．８ＧＨｚ帯：５．２５〜５．８５ＧＨｚ）と規定されている。このうち、２．５ＧＨｚ帯では、２５３５ＭＨｚ〜２６３０ＭＨｚの第１周波数帯を使用している。したがって、このＷｉＭＡＸ帯（第１周波数帯：２５３５ＭＨｚ〜２６３０ＭＨｚ）を良好に送受信可能なアンテナを必要とする。
【００１９】
また、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ規格では、免許申請や使用登録の不要な２．４ＧＨｚ帯のＩＳＭ帯（第２周波数帯：２４０２ＭＨｚ〜２４８０ＭＨｚ）の周波数帯を使用し、７９の周波数チャネルに分けて、利用周波数をランダムに変更する周波数ホッピング方式の送受信規格が採用されている。したがって、このＢｌｕｅｔｏｏｔｈ帯（第２周波数帯：２４０２ＭＨｚ〜２４８０ＭＨｚ）の周波数帯を良好に送受信するアンテナを要する。
【００２０】
ＷｉＭＡＸ帯（第１周波数帯：２５３５ＭＨｚ〜２６３０ＭＨｚ）の中心周波数は２５８２．５ＭＨｚとなっており、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ帯（第２周波数帯：２４０２ＭＨｚ〜２４８０ＭＨｚ）はその中心周波数が２４４１ＭＨｚとなっている。
【００２１】
以下、本実施形態の特徴に係るアンテナの構成について説明する。図２は、複合アンテナの構成図を示している。図２（ａ）は第１パッチアンテナの平面図、図２（ｂ）は第２パッチアンテナの平面図、図２（ｃ）は第１パッチアンテナおよび第２パッチアンテナの配置関係を側面図により示している。
【００２２】
図２（ａ）に示すように、第１パッチアンテナ４は、導電性の第１グランド板４ａを具備する。この第１グランド板４ａの上には第１誘電体板４ｂを挟んで導電性の第１パッチ素子４ｃが構成されている。第１グランド板４ａ、第１誘電体板４ｂ、第１パッチ素子４ｃは、それぞれ正方形状（矩形状）の板状に構成され、一辺の長さは、第１グランド板４ａ、第１誘電体板４ｂ、第１パッチ素子４ｃの順に短く成形されている。また、これらの第１グランド板４ａ、第１誘電体板４ｂ、第１パッチ素子４ｃはその板面中心は同心位置に設定されている。第１グランド板４ａの一辺の長さをＧ１とすると、この長さＧ１は例えばＢｌｕｅｔｏｏｔｈ帯（第２周波数帯）の平均周波数の１／２波長程度に成形されている。
【００２３】
第１パッチ素子４ｃには、その板面中心位置からｙ方向に所定距離Ａだけ離間した位置に給電点４ｄが構成されている。この給電点４ｄはパッチアンテナ４から放射される電波（伝播）信号が垂直偏波となる偏波方向となるように構成されている。
【００２４】
図２（ｂ）に示すように、第２パッチアンテナ５は、導電性の第２グランド板５ａを具備する。この第２グランド板５ａの上には第２誘電体板５ｂを挟んで導電性の第２パッチ素子５ｃが構成されている。第２グランド板５ａ、第２誘電体板５ｂ、第２パッチ素子５ｃは、それぞれ正方形状（矩形状）に構成され、一辺の長さは、第２グランド板５ａ、第２誘電体板５ｂ、第２パッチ素子５ｃの順に短く成形されている。また、これらの第２グランド板５ａ、第２誘電体板５ｂ、第２パッチ素子５ｃの板面中心は同心位置に設定されている。
【００２５】
第２グランド板５ａの一辺の長さをＧ２とすると、この長さは例えばＷｉＭＡＸ帯（第１周波数帯）の平均周波数の１／２波長程度に成形されている。この第２グランド板５ａの一辺の長さＧ２は、第１グランド板４ａの一辺の長さＧ１に比較して短く成形されている。第２パッチ素子５ｃは、その板面中心位置からｘ方向に所定距離Ｂだけ離間した位置に給電点５ｄが構成されている。この給電点５ｄは第２パッチアンテナ５から放射される電波信号が水平偏波の偏波方向となるように構成されている。図面中、ｘ方向、ｙ方向、ｚ方向は互いに直交する方向に設定されている。なお、ｚ方向の正方向が第１方向に相当し、ｚ方向の正方向の反対方向が第２方向に相当する。
【００２６】
図２（ｃ）に示すように、複合アンテナ６は、第１パッチアンテナ４および第２パッチアンテナ５がｚ方向に互いに離間して配置されて構成されている。この例では、第１グランド板４ａと第２グランド板５ａとは所定間隔Ｗを存して構成されている。この所定間隔Ｗは、後述説明するように、ＷｉＭＡＸ帯、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ帯近辺（各規格の使用周波数帯内またはその間の周波数帯）の所定波長λに応じた距離相互作用によりアンテナゲイン特性を良好にする間隔に調整設定すると良い。
【００２７】
図３（ａ）〜図３（ｃ）は、車両内における複合アンテナの搭載例を示している。図３（ｃ）は、車両Ｃ内の構成を示している。車両Ｃは、その前部Ｃ１の運転席、搭乗席の脇にＷｉＭＡＸ−Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ通信システム（ナビゲーション装置）１の搭載ボックス７が配置されており、また、上部Ｃ２には運転席脇にルームミラー８が配置されている。
【００２８】
図３（ａ）に示すように、複合アンテナ６は、ＷｉＭＡＸ−Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ通信システム（ナビゲーション装置）１の搭載ボックス７上の表示画面部７ａ側に設置されていても良いし、図３（ｂ）に示すように、複合アンテナ６は、その第１パッチアンテナ４および第２パッチアンテナ５間に位置してルームミラー８の支柱８ａを挟んで構成されていても良い。
【００２９】
以下、複合アンテナ６を構成する構成要素の各寸法に応じたシミュレーション条件とその実験結果について説明する。図４は、発明者らが実施したシミュレーションにおける各アンテナの寸法条件を示している。
【００３０】
この図４に示す条件は、第１パッチアンテナ４の寸法をＷｉＭＡＸ用途として考慮しており、第２パッチアンテナ５の寸法をＢｌｕｅｔｏｏｔｈ用途として考慮している。第１パッチアンテナ４はその動作周波数を２６１０ＭＨｚ（波長λ１＝約０．１１４［ｍ］）と設定し、第２パッチアンテナ５はその動作周波数を２４４０ＭＨｚ（波長λ２＝０．１２２［ｍ］）と設定している。
【００３１】
この場合の第１グランド板４ａの縦横厚さの寸法（サイズ）は、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ帯の動作周波数内の所定波長λ２を２分の１した長さを正方形状の一辺の長さＧ１としている。また、厚さは０．５［ｍｍ］と設定している。
【００３２】
また、第２グランド板５ａの縦横厚さの寸法（サイズ）は、ＷｉＭＡＸ帯の動作周波数内の波長λ１を２分の１した長さを正方形状の一辺の長さＧ２としている。また、厚さは０．５［ｍｍ］と設定している。
【００３３】
パッチ素子４ｃの縦横厚さの寸法（サイズ）は、ＷｉＭＡＸ帯の動作周波数内の所定波長λ１に基づいて設定されており、図４に示すサイズに設定されている。パッチ素子５ｃの縦横厚さの寸法（サイズ）は、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ帯の動作周波数内の波長λ２に基づいて設定されており、図４に示すサイズに設定されている。
【００３４】
また、第１誘電体板４ｂの縦横厚さの寸法（サイズ）は、ＷｉＭＡＸ帯の動作周波数内の波長λ１に基づいて設定されており、図４に示す（Ｉ１×Ｉ１×厚さ）が下記（１）のように設定されている（３３ｍｍ×３３ｍｍ×３．４ｍｍ）。εは第１誘電体板４ｂ、第２誘電体板５ｂの構成材料の誘電率を示す。
【００３５】
λ１／（２×√ε）×１．３×λ１／（２×√ε）×１．３×λ１／（１５×√ε）
…（１）
また、第２誘電体板５ｂの縦横厚さの寸法（サイズ）は、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ使用周波数帯の動作周波数に対応した波長λ２に基づいて設定されており、図４に示す（Ｉ２×Ｉ２×厚さ）が下記（２）のように設定されている（３６ｍｍ×３６ｍｍ×３．７ｍｍ）。
【００３６】
λ２／（２×√ε）×１．３×λ２／（２×√ε）×１．３×λ２／（１５×√ε）
…（２）
また、グランド板４ａおよび５ａ間の距離（間隔）は、波長λ１およびλ２に基づいて設定した所定間隔Ｗに設定している。また、偏波は、ＷｉＭＡＸは垂直偏波であり、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈは水平偏波としている。
【００３７】
パッチアンテナ４の給電点４ｄは、その位置がパッチ素子４ｃの中心位置からＡ（＝４［ｍｍ］）だけｙ方向に離間した位置に設定されており、また、パッチアンテナ５の給電点５ｄは、その位置がパッチ素子４ｃの中心位置からＢ（＝４［ｍｍ］）だけｘ方向に離間した位置に設定されている。
【００３８】
偏波方向を互いに直交する方向としている理由は、偏波方向を互いに同一とするのに比較して電波干渉の影響がより少ないためである。図５は、第１周波数帯、第２周波数帯近辺（２２００［ＭＨｚ］〜２８００［ＭＨｚ］）の周波数帯におけるアイソレーション特性を示している。この図５に示すように、第１パッチアンテナ４と第２パッチアンテナ５の偏波方向を互いに同方向とした場合と互いに垂直方向とした場合とでは、アイソレーション特性がほぼ２５［ｄＢ］以上異なることが判明している。
【００３９】
ＷｉＭＡＸ帯およびＢｌｕｅｔｏｏｔｈ帯は、互いに近接した周波数帯であるため、両通信規格を採用した通信システム１では、第１通信部３ａ、第２通信部３ｂ内にそれぞれバンドパスフィルタを構成したとしても、第１通信部３ａではＷｉＭＡＸ規格の通信信号を通過すると共にＢｌｕｅｔｏｏｔｈ規格の通信信号を除去することがほぼ不可能であり、第２通信部３ｂではＢｌｕｅｔｏｏｔｈ規格の通信信号を通過すると共にＷｉＭＡＸ規格の通信信号を除去することがほぼ不可能である。したがって、相互干渉が生じやすいため、アイソレーション特性を向上することが望ましい。したがって、第１パッチアンテナ４と第２パッチアンテナ５の偏波方向を互いに直交する方向とすると良い。
【００４０】
図６（ａ）は、第１パッチアンテナおよび第２パッチアンテナ間の各グランド板の間隔変化に応じたアンテナ利得特性を示している。なお、この図６（ａ）中、点線で示す利得はＷｉＭＡＸ帯の第１パッチアンテナの単体利得を示している。
【００４１】
この図６（ａ）に示すように、アンテナ利得特性は、グランド板４ａ、５ａ間の間隔に応じて周期的に変化する。このような特性変化は、各パッチアンテナ４、５の後方に放射された電波信号が他のパッチアンテナ５、４のグランド板５ａ、４ａにそれぞれ反射するときに位相が１８０°ずれるために生じる変化であり、直接波と反射波が重畳することになり各グランド板４ａ、５ａ間の間隔に応じて利得が向上したり減衰するためである。
【００４２】
なお、アンテナ利得が増加して極大となる基本的条件は下記の（３）式で表され、アンテナ利得が減衰して極小となる基本的条件は（４）式で表される。
λ／４  ×  （２Ｎ−１）  （但し、Ｎは正の整数）…（３）
λ／４  ×    ２Ｎ                          …（４）
したがって、基本原則的には、λ／４、３λ／４、５λ／４…の（３）式の条件を満たすとアンテナ利得が向上し、２λ／４、４λ／４、６λ／４…の（４）式の条件を満たすとアンテナ利得が減衰することが推定される。
【００４３】
図６（ｂ）は、ＷｉＭＡＸ帯の波長と基本波と反射波の位相の関係を示している。この図６（ｂ）および図６（ａ）に示すように、グランド板４ａおよび５ａの間隔は、基本波と反射波が同相となる（３）式の条件を満たしたときにアンテナ利得が増加し、基本波と反射波が逆相となる（４）式の条件を満たしたときにアンテナ利得が減衰する傾向を示すことが把握できる。
【００４４】
また、図６（ａ）に示すように、グランド板４ａ、５ａの間隔に応じた最大利得変化を考慮すると、グランド板４ａおよび５ａが互いに接触したことを想定したグランド板間隔０［ｍｍ］からわずかに間隔を増やした場合にもアンテナ利得が格段に上昇していることがわかる。図６（ｃ）は、グランド板間隔を０［ｍｍ］からわずかに増やした場合のアンテナ利得特性の拡大図を示している。この図６（ｃ）に示すように、グランド板間隔を狭くすると、０．７３［ｍｍ］のときにアンテナ利得が極大となり、更に間隔を狭くするに従いアンテナ利得が減衰し徐々に６．１５ｄＢｉに近づく。これは、間隔が格段に狭くなると、グランド板４ａおよび５ａ間に生じるインピーダンスが低下し、グランド板４ａおよび５ａ間が見た目導通しているように見えるためである。
【００４５】
また、図６（ａ）に示すように、３λ／４、５λ／４から所定の間隔（所定波長λ０）だけ間隔を増加したときに、アンテナ利得が周期的な極大利得（最大利得）となっていることがわかる。したがって、前記した（３）（４）の基本式をそのまま適用するよりもより条件を良好にすることができる。これは、誘電体板４ｂ、５ｂの厚さにより主伝播方向とその逆方向との伝搬遅延差が生じるためその位相シフトが生じるためであると考えられる。またその他の要因に基づく位相ずれ、周期ずれなどを考慮する必要があると推定される。
【００４６】
すなわち（３）式の条件を基本とした実用的な設計範囲（例えば、誘電体板を考慮したシミュレーション、さらに、車両設置環境におけるシミュレーション、実験等）で様々な波長シフト（例えば所定波長λ０シフト）、所定波長周期（λ／４を目標値とした所定範囲の波長周期）の所定の周期的条件を満たす条件とすると良い。アンテナ利得がユーザ所望の利得を得られる範囲で第１グランド板４ａおよび第２グランド板５ａ間の間隔を調整すると良い。また、各第１パッチアンテナ４および第２パッチアンテナ５に至るまでの伝搬線路による伝搬遅延差に基づく位相シフトなどを考慮に入れても良い。
【００４７】
図７（ａ）は、第１グランド板のサイズを変更したときの主伝播方向の最大利得変化を概略的に示している。尚、この図７（ａ）においては、Ｘ軸はＢｌｕｅｔｏｏｔｈ通信規格の波長に応じた係数を示している。Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ通信規格内の波長λ２は１２３［ｍｍ］（２４４０ＭＨｚ）を使用しており、例えば、この図７（ａ）のＸ軸に示す０．５は、０．５×λ２≒６１．５［ｍｍ］を表している。この図７（ａ）に示すように、第１パッチアンテナ４の第１グランド板４ａのサイズを変化させると、主伝播方向の最大利得が大きく変化することがわかる。この場合、第１パッチアンテナ４の第１グランド板４ａの正方形一辺のサイズをλ１／４、λ２／４、または、それらの間、その周辺の値に設定すると良いことがわかる。
【００４８】
言い換えると、第１グランド板４ａの正方形一辺のサイズを、ＷｉＭＡＸ使用周波数帯の波長、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ使用周波数帯の波長、または、その間の使用周波数帯の波長の１／４の長さもしくはその周辺の長さに設定すると良い。これは、前記の周波数帯内の最小周波数である２４０２［ＭＨｚ］では波長λｌ＝約１２．４９［ｃｍ］となりλｌ／４＝３．１２［ｃｍ］、前記の周波数帯内の最大周波数２６３０［ＭＨｚ］では波長λｈ＝約１１．４１［ｃｍ］となり、λｈ／４＝２．８５［ｃｍ］であるため、第１グランド板４ａはこの間（２．８５〜３．１２［ｃｍ］）もしくはその周辺の所定の長さに形成されていると、アンテナ利得特性を良化できる。すると、ＷｉＭＡＸ用のアンテナ単体、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ用のアンテナ単体よりも複合アンテナ６の利得特性を良好にできる。
【００４９】
図７（ｂ）は、複合アンテナの相互作用を考慮した特性、すなわち複合アンテナのそれぞれの規格のアンテナ特性を加算した特性、ＷｉＭＡＸ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈのそれぞれの規格のアンテナ単体特性を加算した特性とを比較している。尚、この図７（ｂ）においても、Ｘ軸はＢｌｕｅｔｏｏｔｈ通信規格の波長λ２に応じた係数を示している。Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ通信規格の波長λ２は約１２３［ｍｍ］（２４４０ＭＨｚ）を使用しており、例えば、この図７（ｂ）のＸ軸に示す０．５は、０．５×λ２≒６１．５［ｍｍ］を表している。
【００５０】
この図７（ｂ）に示すように、２つの通信システムの周波数帯が近接している場合には、ＷｉＭＡＸ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈの単体のアンテナ特性を加算するよりも、第１および第２パッチアンテナ４および５が互いに相互作用の存在する実用的範囲で適切な距離だけ離間して配置した方がより最大利得を良好にできることがわかる。すなわち、大幅に良好な利得向上が見込まれることがわかる。
【００５１】
以上説明したように、本実施形態によれば、第１グランド板４ａと第２グランド板５ａとの距離が、距離相互作用によりアンテナ利得特性が良化する０を超えたＷｉＭＡＸ帯内の波長λ１に応じた所定距離（例えばλ１／４＋λ０、または、３×λ１／４＋λ０、または、５×λ１／４＋λ０、…：但しλ０は０〜λ／８〜λ／４未満の所定波長）に設定されていると、アンテナ利得を向上できる。
【００５２】
また、第１グランド板４ａと第２グランド板５ａとの距離が、距離相互作用によりアンテナ利得特性が良化する０を超えたＢｌｕｅｔｏｏｔｈ帯内の波長λ２に応じた所定距離（例えばλ２／４＋λ０、または、３×λ２／４＋λ０、または、５×λ２／４＋λ０、…：但しλ０は０〜λ／８〜λ／４未満の所定波長）に設定されていると、アンテナ利得を向上できる。これにより、たとえＷｉＭＡＸ通信時に使用する第１周波数帯（２５３５［ＭＨｚ］〜２６３０［ＭＨｚ］）とＢｌｕｅｔｏｏｔｈ通信時に使用する第２周波数帯（２４０２［ＭＨｚ］〜２４８０［ＭＨｚ］）とが近接していたとしても、アンテナ利得特性を向上できる。
【００５３】
また、第１パッチアンテナ４、第２パッチアンテナ５を同時に送受信アンテナとして機能させたときに、それぞれのパッチアンテナ４、５単独の特性を超える諸特性とすることができる。この実施形態に示したように、所定間隔Ｗを選択した場合には通信性能を向上できる。
【００５４】
（第２実施形態）
図８ないし図１２は、本発明の第２実施形態を示すもので、前述実施形態と異なるところは、第１パッチアンテナと第２パッチアンテナとの間に導電体を構成したところにある。以下、前述実施形態と同一部分については同一符号を付して説明を省略し、異なる部分について説明する。
【００５５】
図８（ａ）〜図８（ｃ）は複合アンテナの構造を示しており、それぞれ図２（ａ）〜図２（ｃ）に対応した図面である。図８（ｃ）に示すように、導電体としての導電柱９は、複合アンテナ６を構成する第１パッチアンテナ４の第１グランド板４ａと第２パッチアンテナ５の第２グランド板５ａとの間に位置して構成されている。
【００５６】
図９は車両内の配置例を示しており、図３（ｂ）に相当する図面である。この図９に示すように、支柱８ａが導電柱９を兼ねていると良く、この支柱８ａは第１パッチアンテナ４および第２パッチアンテナ５の取付用途を兼ねていると良い。
【００５７】
図８（ｃ）に示す配置例では、導電柱９は車両Ｃ内に上下方向に延設された態様で構成されている。この導電柱９は、第１パッチアンテナ４の偏波方向と同方向に沿って設置されている。導電柱９は、１辺約０．１波長程度の正方形断面を有した角柱により構成されていても良いし、円柱により構成されていても良い。このような設置態様を考慮すると、以下に示すシミュレーションを用いて複合アンテナ６の周辺の導電柱９の設置位置を決定すると良い。
【００５８】
図１０（ａ）は第１パッチアンテナのｚｘ面内の垂直偏波の指向性を示しており、図１０（ｂ）は第２パッチアンテナのｚｘ面内の水平偏波の指向性を示している。これらの図１０（ａ）および図１０（ｂ）には、各グランド板間に導電柱９が存在する場合と導電柱９が存在しない場合の比較を示しており、導電柱９が存在しない場合と導電柱９が存在した場合とで最も特性が悪化する場合も合わせて示している。また、図１０（ｃ）は、第１グランド板４ａおよび第２グランド板５ａから導電柱９の中心までの距離に応じた最大利得特性を示している。
【００５９】
図１０（ｃ）に示すように、導電柱９が、第１グランド板４ａおよび第２グランド板５ａの中央から第１グランド板４ａよりの距離が４．７［ｍｍ］となる位置に設置されていると、特に最大利得特性が悪化してしまうことがわかる。図１０（ａ）に示すように、この４．７［ｍｍ］のときには、特性がかなり悪化していることが判明している。
【００６０】
また、図１０（ｃ）の特性に示すように、導電柱９が、第１グランド板４ａおよび第２グランド板５ａ間の中央から第１パッチアンテナ４よりの所定距離（例えば１．８７ｍｍ＝臨界距離）の位置から第２パッチアンテナ５のグランド板５ａ側に設置されていると、導電柱９無しの特性に比較して良化した特性が得られることがわかる。なお、ここで示した１．８７［ｍｍ］の臨界距離は導電柱９無しの特性と比較した距離であるが、この臨界位置は一例を示している。このような設置形態を適用することにより、第１パッチアンテナ４および第２パッチアンテナ５の特性を共に良好にすることができる。
【００６１】
図１１（ａ）、図１１（ｂ）は、導電柱として角柱を適用し、当該角柱の断面縦横サイズを変更したときの利得変化を示している。この図１１（ａ）は導電柱９の角柱サイズを１５［ｍｍ］×１５［ｍｍ］四方で長さλ１／２とした場合の特性を示しており、図１１（ｂ）は導電柱９の角柱サイズを１０［ｍｍ］×１０［ｍｍ］四方で長さλ１／２とした場合の特性を示している。これらの図１１（ａ）および図１１（ｂ）に示すように、導電柱９のサイズに応じて利得が良化する距離が僅かにずれることが確認されているものの傾向は変化しない。したがって、導電柱９として角柱を適用したとしても、当該導電柱９を適切な位置に挿入することでアンテナ利得特性を良好にできることがわかる。
【００６２】
図１２は、導電柱として円柱を適用し当該円柱の断面サイズを固定したときの円柱位置を変えたときの利得変化を示している。この図１２に示すように、図１０に示す特性とは大きく変化することはない。したがって、導電柱９として円柱を適用したとしても、当該導電柱９を適切な位置に挿入することでアンテナ利得特性を良好にできることがわかる。
【００６３】
以上説明したように、本実施形態によれば、第１および第２グランド板４ａおよび５ａ間には導電柱９が構成されているため、アンテナ利得特性を良好にすることができる。
また、導電柱９は、その中心位置が第１グランド板４ａと第２グランド板５ａとの中間から第１グランド板４ａよりの１．８７［ｍｍ］を臨界距離として第２グランド板５ａ側の位置に設置されていると、導電柱９を設けない複合アンテナ６の特性よりも良好にできる。
【００６４】
この１．８７［ｍｍ］の臨界距離は、グランド板４ａ、５ａの大きさ、設置環境などに応じて様々に変化することが推定されるが、導電柱９が第１パッチアンテナ４側よりも第２パッチアンテナ５側に設置されていれば、アンテナ利得を向上できる。
【００６５】
なお、前述実施形態に示した図６（ａ）〜図６（ｃ）の実験結果は、第１グランド板４ａおよび第２グランド板５ａ間に導電柱９を挿入していない場合を考慮しているが、本実施形態に示したように、導電柱９を第１グランド板４ａおよび第２グランド板５ａ間に挿入するとアンテナ利得が向上する傾向があるため、前記の所定の周期的条件を適用し実用的範囲で調整すると良い。
【００６６】
（第３実施形態）
図１３および図１４は、本発明の第３実施形態を示すもので、第１実施形態と異なるところは、第１パッチアンテナおよび第２パッチアンテナを互いに傾斜して設置したところにある。
【００６７】
図１３は、複合アンテナを構成する第１パッチアンテナ４および第２パッチアンテナ５を互いに傾斜して設置した場合の互いの設置関係を示しており、図１４（ａ）〜図１４（ｃ）は複合アンテナの第２パッチアンテナ指向性特性とその条件を示している。なお、図１４（ｃ）は、この特性を測定したときの複合アンテナ６の形状を示しており、前述の導電柱９を非挿入の条件にてシミュレーションした結果を示している。
【００６８】
図１３に示すように、複合アンテナ６のうち、第１パッチアンテナ４と第２パッチアンテナ５とのグランド面の角度をθとしたとき、図１４（ａ）に示すように、角度θに応じて指向性の主方向が僅かにずれる。また、図１４（ｂ）に示すように、傾き角度θに比例して最大利得が得られる角度が変化することがわかる。
【００６９】
以上説明したように、本実施形態によれば、第１パッチアンテナ４および第２パッチアンテナ５を傾斜して設置した場合の特性を考慮しているため、様々な実用的な設置形態を考慮して設置できるようになる。
【００７０】
（他の実施形態）
本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下に示す変形または拡張が可能である。
【００７１】
前述実施形態では、第１グランド板４ａおよび第２グランド板５ａはそれぞれ正方形状に成形され、第１グランド板４ａはその一辺の長さが、ＷｉＭＡＸ帯（２５３５［ＭＨｚ］〜２６３０［ＭＨｚ］）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ帯（２４０２［ＭＨｚ］〜２４８０［ＭＨｚ］）、または、第１周波数帯および第２周波数帯間（２４８０［ＭＨｚ］〜２５３５［ＭＨｚ］）における所定波長の４分の１の長さに形成されていると良い。特に、第１グランド板４ａは、その一辺の長さがλ１／４（＝２．８８［ｃｍ］）、λ２／４（＝約３［ｃｍ］）に成形されているとアンテナ利得特性を良好にできる。
【００７２】
２．４ＧＨｚ〜２．５ＧＨｚ帯のＢｌｏｕｔｏｏｔｈ、ＷｉＭＡＸ通信システムを複合した通信システムに適用した実施形態を示したが、これに限定されるものではなく、例えば、通信周波数帯の中心周波数が近接した２つの通信システムを複合した通信システムを適用し、これらの複合通信システムの第１周波数帯、第２周波数帯の通信用の複合アンテナに適用しても良い。
【００７３】
第１パッチアンテナ４の第１グランド板４ａと、第２パッチアンテナ５の第２グランド板５ａとが互いに平行に構成され、第２パッチアンテナ５による電波信号の主指向方向が、第１パッチアンテナ４による電波信号の主指向方向とは真逆方向となっている実施形態を主に示しているが、前記実施形態に限定されるものでなく、実用的範囲内でグランド板４ａ、５ａが互いに傾斜して設置されていても良い。
【００７４】
グランド板４ａおよび５ａ間の導電柱９は必要に応じて構成すれば良い。すなわち、複合アンテナ６の設置環境に合わせて構成すれば良い。
前述した導電柱９がグランド板４ａおよび５ａ間に挿入されている場合、その他、グランド板４ａおよび５ａ間の適切な距離は設置環境に応じて実験的に確認すれば様々に変化することが想到できる。したがって、導電柱９は、第１グランド板４ａおよび第２グランド板５ａ間に実用範囲で適宜設置されていれば良い。
【００７５】
また、本発明、本実施形態に係る周期的条件は、前記した実施形態にて説明した所定の周期的条件に限定されるものではない。
前述実施形態では、第１グランド板４ａおよび第２グランド板５ａ間の距離を、例えばλ１／４＋λ０、または、３×λ１／４＋λ０、または、５×λ１／４＋λ０…などの波長λ１（＝３×１０8／２６１０×１０6［ｍ］）に応じた所定距離に設定した実施形態を示したが、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ帯の波長λ２（＝３×１０8／２４４０×１０6［ｍ］）に応じた所定距離（例えば、λ２／４＋λ０、または、３×λ２／４＋λ０、または、５×λ２／４＋λ０…など）の波長λ２に応じた所定距離に設定しても良い。
【符号の説明】
【００７６】
図面中、１はＷｉＭＡＸ−Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ通信システム、２は制御装置、３ａは第１通信部、３ｂは第２通信部、４は第１パッチアンテナ、５は第２パッチアンテナ、４ａは第１グランド板、５ａは第２グランド板、４ｂは第１誘電体板、５ｂは第２誘電体板、４ｃは第１パッチ素子、５ｃは第２パッチ素子、６は複合アンテナ、７は搭載ボックス、８はルームミラー、９は導電柱（導電体）を示す。
【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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