(57)【要約】【課題】薄く、かつ、一つの周波数帯域ではアンテナ表面に平行な電波を放射可能で、他の周波数帯域ではアンテナ表面に直交する電波を放射可能なパッチアンテナを提供する。【解決手段】パッチアンテナ１は、誘電体層１１の下面に設けられた接地電極１０と、誘電体層１１の内部に配置され、第１の周波数を持つ信号を放射する台形状の第１のパッチ１２と、誘電体層１１の上面に配置され、第２の周波数を持つ信号を放射する台形状の第２のパッチ１３と、二つのパッチの短辺をそれぞれ接地電極１０と接続する二つの導体１２ｃ、１３ｃを有する。二つのパッチは、その短辺同士が誘電体層１１の同一の端部側に位置し、かつ長辺同士がその端部と対向する端部側に位置するように配置される。第１のパッチ１２は、その短辺近傍の給電点１２ｄを介して給電され、第２のパッチ１３は、第１のパッチ１２の短辺よりも誘電体層１１の端部側の給電点１３ｄを介して給電される。【選択図】図１
2014135703.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体層と、
前記誘電体層の下面に設けられた接地電極と、
前記誘電体層の内部に、前記接地電極と平行に配置され、第１の周波数を持つ信号を空中へ送信または空中から受信する、台形状に形成された導電性を有する第１のパッチと、
前記誘電体層の上面に、前記第１のパッチと平行に配置され、前記第１の周波数よりも高い第２の周波数を持つ信号を空中へ送信または空中から受信する、台形状に形成された導電性を有する第２のパッチと、
前記第１のパッチの短辺と前記接地電極とを電気的に接続する第１の導体と、
前記第２のパッチの短辺と前記接地電極とを電気的に接続する第２の導体と、を有し、
前記第１のパッチの前記短辺及び前記第２のパッチの前記短辺が、前記誘電体層の第１の端部側に位置し、かつ前記第１のパッチの長辺及び前記第２のパッチの長辺が前記第１の端部と対向する第２の端部側に位置するように前記第１のパッチ及び前記第２のパッチが配置され、かつ、前記第１のパッチは、前記第１のパッチの前記長辺よりも前記第１のパッチの前記短辺に近い第１の給電点を介して給電され、前記第２のパッチは、前記第１のパッチの前記短辺よりも前記第１の端部側に位置する第２の給電点を介して給電される、
パッチアンテナ。
【請求項２】
前記第１のパッチの前記短辺の幅は、前記第１の周波数における前記第１のパッチの表面に平行な面に沿った放射強度が前記第１のパッチの表面に垂直な方向の放射強度よりも強くなるように設定される、請求項１に記載のパッチアンテナ。
【請求項３】
前記第１のパッチの前記短辺の幅は、前記第１のパッチの前記長辺の幅の半分以下である、請求項２に記載のパッチアンテナ。
【請求項４】
前記第１のパッチ及び前記第２のパッチは、それぞれ、等脚台形状に形成され、かつ、前記第１のパッチの前記短辺の中点と前記第１のパッチの前記長辺の中点とを通る第１の中心線が、前記第２のパッチの前記短辺の中点と前記第２のパッチの前記長辺の中点とを結ぶ第２の中心線と一致するように前記第１のパッチ及び前記第２のパッチは配置され、かつ、前記第１の給電点及び前記第２の給電点が前記第１の中心線上に設けられる、請求項１〜３の何れか一項に記載のパッチアンテナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、複数の周波数帯域において利用可能なパッチアンテナに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、人体上の互いに異なる位置に取り付けられた複数の通信機器間で通信するボディエリアネットワーク(Body Area Network、BAN)の研究が進められている。BANは、例えば、ヘルスケアの分野への応用が期待されている。例えば、人体の所定の部位、例えば、手首に取り付けられた生体センサと接続された小型通信機が、人体上の他の位置、例えば、胴体に取り付けられたコントローラと無線通信することにより、その生体センサにより取得された生体情報をコントローラへ送信する。そしてコントローラは、例えば、無線通信回線を介して、医療施設に配置された医療情報管理システムへ、コントローラが取り付けられた人の識別情報またはコントローラの識別情報とともに、生体情報を送信する。
【０００３】
このように、BANでは、人体に通信機器が取り付けられるので、その通信機器が有するアンテナは小型であることが好ましく、特に、人体の表面に垂直な方向のサイズが小さいことが好ましい。さらに、BANでは、複数の通信機器が人体に取り付けられることがある。この場合、各通信機器は、それぞれ異なる周波数帯域を利用する。そのため、BANで利用される通信機器が有するアンテナは、複数の周波数帯域を利用可能であることが好ましい。
【０００４】
一方、小型で、複数の周波数帯域を利用可能なパッチアンテナが提案されている（例えば、特許文献１〜４を参照）。これらの特許文献に開示されたパッチアンテナは、積層された複数の平板状の導体（パッチ）を有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特表２００３−５１６０１１号公報
【特許文献２】特開平１１−１５０４１５号公報
【特許文献３】特開２００１−６０８２３号公報
【特許文献４】特開２００３−２５８５４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
BANでは、人体の姿勢が変わるにつれて、通信機器が取り付けられた人体の複数の部位間の相対的な位置関係も変動することがある。さらに、人体の表面に対して垂直な方向には、人体の他の部位が存在しない可能性が高いので、人体に取り付けられた他の通信機器が存在しない可能性が高い。そのため、人体に取り付けられた通信機器間で通信する場合には、アンテナが人体の表面に取り付けられた状態で、そのアンテナの人体の表面に対して平行な方向の放射特性が、人体の表面に垂直な方向の放射特性よりも優れていることが好ましい。さらにそのアンテナは、人体の表面に対して平行な面において指向性を持たないことが好ましい。
【０００７】
一方、BANでは、人体に取り付けられた通信機器のうちの一つ、例えばコントローラは、人体に取り付けられた他の通信機器だけでなく、基地局装置といった、人体外に設置された通信装置とも、別の無線周波数を利用して通信する。このような通信機を、以下では、便宜上、ハブ通信機と呼ぶ。ハブ通信機が人体外に設置された通信装置と通信するために、ハブ通信機のアンテナは、人体の表面に垂直な方向にも電波を放射できることが求められる。
【０００８】
そこで、本明細書は、薄く、かつ、一つの周波数帯域についてアンテナ表面に平行な面に沿って電波を放射可能で、他の周波数帯域についてアンテナ表面に直交する方向に沿って電波を放射可能なパッチアンテナを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
一つの実施形態によれば、パッチアンテナが提供される。このパッチアンテナは、誘電体層と、誘電体層の下面に設けられた接地電極と、誘電体層の内部に接地電極と平行に配置され、第１の周波数を持つ信号を空中へ送信または空中から受信する、台形状に形成された導電性を有する第１のパッチと、誘電体層の上面に第１のパッチと平行に配置され、第１の周波数よりも高い第２の周波数を持つ信号を空中へ送信または空中から受信する、台形状に形成された導電性を有する第２のパッチと、第１のパッチの短辺と接地電極とを電気的に接続する第１の導体と、第２のパッチの短辺と接地電極とを電気的に接続する第２の導体とを有する。
そして第１のパッチの短辺及び第２のパッチの短辺が、誘電体層の第１の端部側に位置し、かつ第１のパッチの長辺及び第２のパッチの長辺が第１の端部と対向する第２の端部側に位置するように第１のパッチ及び第２のパッチが配置され、かつ、第１のパッチは、第１のパッチの長辺よりも第１のパッチの短辺に近い第１の給電点を介して給電され、第２のパッチは、第１のパッチの短辺よりも第１の端部側に位置する第２の給電点を介して給電される。
【００１０】
本発明の目的及び利点は、請求項において特に指摘されたエレメント及び組み合わせにより実現され、かつ達成される。
上記の一般的な記述及び下記の詳細な記述の何れも、例示的かつ説明的なものであり、請求項のように、本発明を限定するものではないことを理解されたい。
【発明の効果】
【００１１】
本明細書に開示されたパッチアンテナは、薄く、かつ、一つの周波数帯域についてアンテナ表面に平行な面に沿って電波を放射することができ、他の周波数帯域についてアンテナ表面に直交する方向に電波を放射することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１の実施形態に係るパッチアンテナの透過斜視図である。
【図２】第１の実施形態に係るパッチアンテナの概略側面断面図である。
【図３】パッチの長辺の長さに対する短辺の長さの比と、TM01モード及びTM10モードのアンテナ利得の関係のシミュレーション結果を示す図である。
【図４】（ａ）は、950MHz付近のS11パラメータのシミュレーション結果を示す図である。（ｂ）は、2.4GHz付近のS11パラメータのシミュレーション結果を示す図である。
【図５】（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ、周波数954MHzについてのパッチアンテナの遠方界アンテナ利得のシミュレーション結果を示す図である。
【図６】（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ、周波数2.415GHzについてのパッチアンテナの遠方界アンテナ利得のシミュレーション結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図を参照しつつ、一つの実施形態によるパッチアンテナについて説明する。
このパッチアンテナは、複数の周波数帯域を利用可能なパッチアンテナ（マイクロストリップアンテナとも呼ばれる）であり、積層された、サイズの異なる複数のパッチを持つ。そしてこのパッチアンテナは、BANにおいて利用されるハブ通信機に適するように、人体に取り付けられた複数の通信機器間の通信に利用される無線周波数において、そのパッチアンテナの表面に対して平行な面において優れた放射特性を示す。一方、このパッチアンテナは、ハブ通信機と人体外に設置された通信装置間の通信に利用される無線周波数において、パッチアンテナの表面に対して垂直な方向において優れた放射特性を示す。
【００１４】
図１は、一つの実施形態によるパッチアンテナの透過斜視図であり、図２は、図１のＡＡ’における線を矢印の方から見た、パッチアンテナの概略側面断面図である。
パッチアンテナ１は、下側から順に、接地電極１０と、基板１１と、基板１１内に設けられた低周波用パッチ１２と、基板１１の表面に設けられた高周波用パッチ１３とを有する。さらにパッチアンテナ１は、低周波用パッチ１２に給電する給電線１４と、高周波用パッチ１３に給電する給電線１５とを有する。なお、パッチアンテナ１がBANに利用される場合、例えば、図２における基板１１の下側の面、すなわち、接地電極１０が人体の表面に対向するように、パッチアンテナ１は人体に取り付けられる。
なお、接地電極１０よりも下方に、パッチアンテナ１と、パッチアンテナ１を用いて他の通信機器と通信する通信回路（図示せず）とを支持するための絶縁体層（図示せず）が設けられていてもよい。
【００１５】
接地電極１０は、接地された平板状の導体であり、基板１１の下面に設けられる。接地電極１０は、低周波用パッチ１２及び高周波用パッチ１３よりも大きく、パッチアンテナ１を上方から見た場合に、接地電極１０は、低周波用パッチ１２及び高周波用パッチ１３全体と重なるように配置される。
【００１６】
基板１１は、誘電体により形成され、接地電極１０、低周波用パッチ１２及び高周波用パッチ１３を、所定の間隔を空けて支持する、誘電体層の一例である。基板１１の厚さは、第１の周波数で低周波用パッチ１２が共振し、第２の周波数で高周波用パッチ１３が共振するように、基板１１を形成する材料の誘電率に応じて設定される。
【００１７】
また、基板１１は、低周波用パッチ１２と接地電極１０との間に配置される下層１１ａと、低周波用パッチ１２と高周波用パッチ１４３の間に配置される上層１１ｂとを有する。基板１１の下層１１ａ及び上層１１ｂは、例えば接着により固定される。
【００１８】
下層１１ａの上面には、例えば、低周波用パッチ１２の外径と略一致する窪みが形成されており、その窪みに低周波用パッチ１２が配置される。そして低周波用パッチ１２及び下層１１ａの上側に基板１１の上層１１ｂが配置されることにより、その窪みよりも外側において、下層１１ａと上層１１ｂが接し、低周波用パッチ１２が下層１１ａと上層１１ｂの間に固定される。
【００１９】
低周波用パッチ１２は、パッチアンテナ１が利用可能な二つの周波数のうちの低い方の第１の周波数を持つ信号を、通信回路（図示せず）から給電線１４を介して受け取り、その信号を無線信号として空中に放射する。あるいは、低周波用パッチ１２は、第１の周波数を持つ無線信号を受信し、電気信号として給電線１４へ渡す。なお、第１の周波数の無線信号は、例えば、人体に取り付けられた複数の通信機器間での通信に利用される。
【００２０】
低周波用パッチ１２は、台形状に形成された平板状の導体であり、基板１１の下層１１ａと上層１１ｂとの間に、接地電極１０と略平行となるように配置される。なお、本実施形態では、パッチアンテナ１の表面に平行な面内での放射特性が均一化するように、低周波用パッチ１２は等脚台形状に形成される。
【００２１】
また、低周波用パッチ１２の面積を小型化するために、低周波用パッチ１２の短辺１２ａは、垂直に形成された側壁導体１２ｃの上端と電気的に接続されており、一方、その側壁導体１２ｃの下端が接地電極１０と電気的に接続されている。一方、低周波用パッチ１２の長辺１２ｂは開放端となっている。また、低周波用パッチ１２は、長辺１２ｂよりも短辺１２ａの近くに設けられた給電点１２ｄにおいて給電線１４と接続されている。なお、短辺１２ａから給電点１２ｄまでの距離は、第１の周波数が共振周波数となるように決定される。
【００２２】
低周波用パッチ１２が上記のように形成されることにより、低周波用パッチ１２の表面を流れる電流は、主として最小のTMモード、すなわちTM01モードで励起される。そのため、低周波用パッチ１２の表面と平行な方向に放射される電波が、その表面に対して垂直な方向に放射される電波よりも強くなる。
【００２３】
図３は、低周波用パッチ１２の長辺１２ｂの幅Wllに対する短辺１２ａの長さWlsの比(Wls/Wll)と、TM01モード及びTM10モードのアンテナ利得との関係を示す図である。図３において、横軸は比(Wls/Wll)を表し、縦軸は利得（単位dB）を表す。そしてグラフ３００は、TM01モードのアンテナ利得、すなわち、低周波用パッチ１２の表面と平行な方向のアンテナ利得と比(Wls/Wll)の関係を表す。また、グラフ３０１は、TM10モードのアンテナ利得、すなわち、低周波用パッチ１２の表面と直交する方向のアンテナ利得と比(Wls/Wll)の関係を表す。
【００２４】
グラフ３００及びグラフ３０１に示されるように、比(Wls/Wll)が小さくなるほど、パッチアンテナ１の表面に垂直な方向の電場の放射強度に対する、パッチアンテナ１の表面に平行な電場の放射強度の比が高くなる。一方、比(Wls/Wll)が小さくなるほど、TM01モード及びTM10モードの何れに対するアンテナ利得も低下する。しかし、本実施形態では、低周波用パッチ１２によって放射または受信される第１の周波数を持つ信号は、例えば、人体に取り付けられた通信機器間の通信に利用される。すなわち、通信機器間の距離は短いので、アンテナ利得は低くてもよい。一方、パッチアンテナ１は、第１の周波数において、パッチアンテナ１の表面に平行な方向の放射特性に優れていることが好ましい。そこで、パッチアンテナ１の表面に垂直な方向のアンテナ利得よりも、パッチアンテナ１の表面に平行な方向のアンテナ利得が高くなるように、短辺１２ａの長さが設定されることが好ましい。例えば、グラフ３００及びグラフ３０１に示されるように、例えば、比(Wls/Wll)が0.5以下であれば、パッチアンテナ１の表面に垂直な方向のアンテナ利得よりも、パッチアンテナ１の表面に平行な方向のアンテナ利得が高くなる。そこで、比(Wls/Wll)が0.5以下となるように短辺１２ａの長さが設定されることが好ましい。
【００２５】
なお、低周波用パッチ１２の長辺１２ｂの幅及び短辺から長辺１２ｂまでの長さは、第１の周波数が共振周波数となるように設定される。
【００２６】
給電線１４は、低周波用パッチ１２と通信回路（図示せず）とを接続する。本実施形態では、給電線１４は、中心部に位置する内側導線と、その内側導線の周囲に設けられた外周導体とを有する同軸線路である。そして、給電線１４の外周導体は接地電極１０と電気的に接続され、内側導線が基板１１の下層１１ａを貫通して給電点１２ｄにて低周波用パッチ１２と電気的に接続される。これにより、給電線１４のインピーダンスを低周波用パッチ１２のインピーダンスと整合させることが容易となる。
【００２７】
高周波用パッチ１３は、パッチアンテナ１が利用可能な二つの周波数のうちの高い方の第２の周波数を持つ信号を、通信回路（図示せず）から給電線１５を介して受け取り、その信号を無線信号として空中に放射する。あるいは、高周波用パッチ１３は、第２の周波数を持つ無線信号を受信し、電気信号として給電線１５へ渡す。なお、第２の周波数の無線信号は、例えば、パッチアンテナ１を有する、人体に取り付けられたハブ通信機と、人体外に設置された通信装置との間での通信に利用される。
【００２８】
高周波用パッチ１３も、台形状に形成された平板状の導体であり、基板１１の上層１１ｂの上面に、接地電極１０及び低周波用パッチ１２と略平行となるように配置される。なお、本実施形態では、低周波用パッチ１２と同様に、高周波用パッチ１３も等脚台形状に形成される。
【００２９】
さらに、短周波用パッチ１２及び長周波用パッチ１３は、その二つのパッチの短辺が、基板１１の同一の端部側に位置し、かつ、その二つのパッチの長辺がその端部と対向する側の端部側に位置するように配置される。さらに、高周波用パッチ１３の長辺１３ｂと短周波用パッチ１２の長辺１２ｂが略平行となるように、その二つのパッチは配置されることが好ましい。これにより、高周波用パッチ１３のほぼ全体が低周波用パッチ１２とオーバーラップする。ただし、高周波用パッチ１３に給電する給電線１５が低周波用パッチ１２と接しないように、低周波用パッチの短辺１２ａよりも給電点１３ｄが基板１１の端部の近くに位置するように、高周波用パッチ１３は配置される。また、低周波用パッチ１２の短辺１２ａと高周波用パッチ１３の短辺１３ａ間の間隔が短いほど、低周波用パッチ１２と高周波用パッチ１３とがオーバーラップする面積が広くなるので、パッチアンテナ１のサイズが小さくなる。一方、給電線１４と給電線１５とは、給電線１４を通る信号と給電線１５を通る信号との間で電磁波干渉が生じることを防止できる程度に離して配置されることが好ましい。
【００３０】
さらに、低周波用パッチ１２の短辺１２ａの中点と長辺１２ｂの中点を結ぶ第１の中心線が、高周波用パッチ１３の短辺１３ａの中点と長辺１３ｂの中点を結ぶ第２の中心線と一致するように、低周波用パッチ１２及び高周波用パッチ１３は配置される。そして低周波用パッチ１２の給電点１２ｄ及び高周波用パッチ１３の給電点１３ｄが第１の中心線上に位置するように設けられる。これにより、パッチアンテナ１は、第１の中心線を中心とする線対称状の放射特性を持つことができる。
【００３１】
また、高周波用パッチ１３の面積を小型化するために、高周波用パッチ１３の短辺１３ａは、垂直に形成された側壁導体１３ｃの上端と電気的に接続されており、一方、その側壁導体１３ｃの下端が接地電極１０と電気的に接続されている。一方、高周波用パッチ１３の長辺１３ｂは開放端となっている。また、高周波用パッチ１３は、その短辺１３ａ近傍に設けられた給電点１３ｄにおいて給電線１５と接続されている。なお、側壁導体１３ｃから給電点１３ｄまでの距離は、第２の周波数が共振周波数となるように決定される。
【００３２】
さらに、高周波用パッチ１３の長辺１３ｂの幅及び短辺１３ａから長辺１３ｂまでの長さも、第２の周波数が共振周波数となるように設定される。なお、第２の周波数は第１の周波数よりも高いので、高周波用パッチ１３は、低周波用パッチ１２よりも小さくなる。
【００３３】
高周波用パッチ１３が上記のように形成され、かつ低周波用パッチ１２とオーバーラップするように配置されることにより、低周波用パッチ１２と高周波用パッチ１３との間に電磁結合が生じる。その結果として、垂直方向の電場が生じ、高周波用パッチ１３の表面を流れる電流がTM10モードで励起されることになる。その結果として、高周波用パッチ１３の表面に対して垂直な方向、すなわち、ボアサイトに放射される電磁波が強くなる。
【００３４】
なお、高周波用パッチ１３と低周波用パッチ１２間での電磁結合が生じ易くなるように、高周波用パッチ１３の短辺１３ａの幅は、低周波用パッチ１２の短辺１２ａの幅よりも狭いことが好ましい。
【００３５】
給電線１５は、高周波用パッチ１３と通信回路（図示せず）とを接続する。本実施形態では、給電線１５は、中心部に位置する内側導線と、その内側導線の周囲に設けられた外周導体とを有する同軸線路である。そして、給電線１５の外周導体は接地電極１０と電気的に接続され、内側導線が基板１１を貫通して給電点１３ｄにて高周波用パッチ１３と電気的に接続される。これにより、給電線１５のインピーダンスを高周波用パッチ１３のインピーダンスと整合させることが容易となる。
【００３６】
なお、接地電極１０、低周波用パッチ１２、高周波用パッチ１３及び側壁導体１２ｃ、１３ｃは、例えば、銅、金、銀、ニッケルといった金属またはこれらの合金若しくはその他の導電性を有する材料によって形成される。また基板１１は、例えば、FR-4といったガラスエポキシ樹脂、ポリフェニレンエーテルといったフェノール系樹脂、またはポリテトラフルオロエチレンにより形成される。あるいは、基板１１は、層状に形成可能な他の誘電体であってもよい。
【００３７】
以下、パッチアンテナ１の放射特性のシミュレーション結果について説明する。このシミュレーションにおいて、第１の周波数は954MHzであり、第２の周波数は2.415GHzであるとした。また、基板１１の比誘電率が3.1であり、誘電正接は0.002であるとした。また基板１１の厚さは1.6mmであり、接地電極１０と低周波用パッチ１１の間隔及び低周波用パッチ１１と高周波用パッチ１２の間隔は、それぞれ、0.8mmとした。そして、低周波用パッチ１２の長辺１２ｂに平行な方向の接地電極１０の幅は37.4mmであり、低周波用パッチ１２の長辺１２ｂに直交する方向の接地電極１０の長さは35.4mmである。さらに、低周波用パッチ１２の短辺１２ａ及び側壁導体１２ｃの幅は6mmであり、長辺１２ｂの幅は33.65mmである。また、低周波用パッチ１２の短辺１２ａから長辺１２ｂまでの長さは、30.15mmである。さらに、高周波用パッチ１３の短辺１３ａ及び側壁導体１３ｃの幅は5mmであり、長辺１３ｂの幅は13.9mmである。また、高周波用パッチ１３の短辺１３ａから長辺１３ｂまでの長さは、12.65mmである。
なお、上記の各部のサイズは単なる一例であり、パッチアンテナ１の各部のサイズは、使用する信号の周波数、各部の材質の物理特性などに応じて、適宜設定されればよい。
【００３８】
図４（ａ）は、950MHz付近のS11パラメータのシミュレーション結果を示す図であり、図４（ｂ）は、2.4GHz付近のS11パラメータのシミュレーション結果を示す図である。なお、図４（ａ）及び図４（ｂ）において、横軸は周波数(GHz単位)を表し、縦軸はS11パラメータの絶対値をデシベル単位で表す。グラフ４００は、950MHz付近の周波数帯域におけるパッチアンテナ１のS11パラメータのシミュレーション値を示す。一方、グラフ４０１は、2.4GHz付近の周波数帯域におけるパッチアンテナ１のS11パラメータのシミュレーション値を示す。
グラフ４００に示されるように、954MHz付近において、S11パラメータの値は、良好なアンテナ特性の目安とされる-10dB以下となっていることが分かる。またグラフ４０１に示されるように、2.415GHz付近において、S11パラメータの値は、良好なアンテナ特性の目安とされる-10dB以下となっていることが分かる。
【００３９】
図５（ａ）〜図５（ｃ）は、周波数954MHzについてのパッチアンテナ１の遠方界アンテナ利得のシミュレーション結果を示す図である。図５（ａ）〜図５（ｃ）において、図１に示されるように、x軸は、パッチアンテナ１の表面と平行な面における、低周波用パッチ１２の長辺及び高周波用パッチ１３の長辺と平行な方向を表す。y軸は、パッチアンテナ１の表面と平行な面における、低周波用パッチ１２の長辺及び高周波用パッチ１３の長辺と直交する方向を表す。そしてz軸はパッチアンテナ１の表面に対して垂直な方向を表す。したがって、パッチアンテナ１が人体の表面に取り付けられた状態では、x軸及びy軸は人体の表面と略平行な方向となり、z軸は、人体の表面に対して略垂直な方向となる。
図５（ａ）に示されるグラフ５０１は、xy平面、すなわち、パッチアンテナ１の表面に平行な面における、周波数954MHzについてのパッチアンテナ１の遠方界利得(dB単位)を表す。図５（ｂ）に示されるグラフ５０２は、xz平面における、周波数954MHzについてのパッチアンテナ１の遠方界利得(dB単位)を表す。そして図５（ｃ）に示されるグラフ５０３は、zy平面における、周波数954MHzについてのパッチアンテナ１の遠方界利得(dB単位)を表す。
グラフ５０１〜５０３に示されるように、パッチアンテナ１では、周波数954MHzにおいて、パッチアンテナ１の表面に対して平行な面に沿った利得がパッチアンテナ１の表面に対して垂直な方向の利得よりも高いことが分かる。したがって、周波数954MHzでは、主として、パンチアンテナ１の表面に平行な面に沿って電場が放射される。
【００４０】
図６（ａ）〜図６（ｃ）は、周波数2.415GHzについてのパッチアンテナ１の遠方界アンテナ利得のシミュレーション結果を示す図である。
図６（ａ）に示されるグラフ６０１は、xy平面、すなわち、パッチアンテナ１の表面に平行な面における、周波数2.415GHzについてのパッチアンテナ１の遠方界利得(dB単位)を表す。図６（ｂ）に示されるグラフ６０２は、xz平面における、周波数2.415GHzについてのパッチアンテナ１の遠方界利得(dB単位)を表す。そして図６（ｃ）に示されるグラフ６０３は、zy平面における、周波数2.415GHzについてのパッチアンテナ１の遠方界利得(dB単位)を表す。
グラフ６０１〜６０３に示されるように、パッチアンテナ１では、周波数2.415GHzにおいて、パッチアンテナ１の表面に対して垂直な方向の利得がパッチアンテナ１の表面に平行な方向の利得よりも高いことが分かる。したがって、周波数2.415GHzでは、主として、パンチアンテナ１の表面に垂直な方向に電場が放射される。
【００４１】
なお、図３〜図６に示されたシミュレーション値は、有限積分法を用いた電磁界シミュレーションにより算出した。
【００４２】
以上に説明してきたように、このパッチアンテナは、平板状の導体を３層重ねた構造を有するので、高さ方向のサイズが小さい。またこのパッチアンテナは、各パッチが台形状に形成されているので、パッチアンテナの表面に平行な面におけるサイズも小さくて済む。そのため、このパッチアンテナは、人体に取り付ける通信機器への使用に適している。さらにこのパッチアンテナでは、第１の周波数では、パッチアンテナの表面に平行な面の放射特性が表面に垂直な方向の放射特性よりも優れ、第２の周波数では、逆にパッチアンテナの表面に垂直な方向の放射特性が表面に平行な面の放射特性よりも優れている。そのため、このパッチアンテナは、BANでの使用、特に、ハブ通信機のアンテナとして適している。
【００４３】
ここに挙げられた全ての例及び特定の用語は、読者が、本発明及び当該技術の促進に対する本発明者により寄与された概念を理解することを助ける、教示的な目的において意図されたものであり、本発明の優位性及び劣等性を示すことに関する、本明細書の如何なる例の構成、そのような特定の挙げられた例及び条件に限定しないように解釈されるべきものである。本発明の実施形態は詳細に説明されているが、本発明の精神及び範囲から外れることなく、様々な変更、置換及び修正をこれに加えることが可能であることを理解されたい。
【符号の説明】
【００４４】
１    パッチアンテナ
１０    接地電極
１１    基板
１２    低周波用パッチ
１３    高周波用パッチ
１２ｃ、１３ｃ    側壁導体
１４、１５    給電線
【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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