(57)【要約】【課題】  指向性において水平偏波と垂直偏波との両方を改善することが可能なアンテナ装置を提供すること。【解決手段】  基板本体２と、基板本体に形成されたアンテナエレメント３とを備え、アンテナエレメントが、グランド接続部Ｇ１から延在した第１延在部Ｅ１と、グランド接続部から延在した第２延在部Ｅ２と、第２延在部に沿って延在する第３延在部Ｅ３と、第３延在部の先端から延在する第４延在部Ｅ４と、第４延在部の先端から第１延在部に沿って延在する第５延在部Ｅ５と、第１延在部の先端から延在して第５延在部の先端に接続された第６延在部Ｅ６と、第４延在部の先端から延在する第７延在部Ｅ７と、第２延在部の先端から延在した第８延在部Ｅ８と、第６延在部の先端から第５延在部と反対方向に突出した第９延在部Ｅ９と、第２延在部の先端から第９延在部の突出方向に直交する方向に突出した第１０延在部Ｅ１０とを有している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁性の基板本体と、
前記基板本体の表面に、金属箔でパターン形成されたアンテナエレメントとを備え、
前記アンテナエレメントが、グランドに接続されるグランド接続部と、
前記グランド接続部から一定方向に延在した第１延在部と、
前記グランド接続部から前記第１延在部と反対方向に延在した第２延在部と、
前記グランド接続部の近傍に配された基端が給電点とされ前記第２延在部に沿って延在する第３延在部と、
前記第３延在部の先端から前記第２延在部から離間する方向に延在する第４延在部と、
前記第４延在部の先端から前記第１延在部に沿って延在する第５延在部と、
前記第１延在部の先端から延在して前記第５延在部の先端に接続された第６延在部と、
前記第４延在部の先端から前記第５延在部と反対方向に延在する第７延在部と、
前記第２延在部の先端から前記第７延在部の先端まで延在した第８延在部と、
前記第６延在部の先端から前記第５延在部と反対方向に突出した第９延在部と、
前記第２延在部の先端又は前記第７延在部の先端から前記第９延在部の突出方向に直交する方向に突出した第１０延在部とを有していることを特徴とするアンテナ装置。
【請求項２】
請求項１に記載のアンテナ装置において、
前記第１０延在部の基端部から前記第２延在部の反対側に突出した第１１延在部を有していることを特徴とするアンテナ装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のアンテナ装置において、
前記第４延在部に第１受動素子が接続されていることを特徴とするアンテナ装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一項に記載のアンテナ装置において、
前記第７延在部の途中に第２受動素子が接続されていることを特徴とするアンテナ装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一項に記載のアンテナ装置において、
前記第７延在部に誘電体アンテナのアンテナ素子が接続されていることを特徴とするアンテナ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水平偏波及び垂直偏波の両偏波の指向性について両立が可能なアンテナ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、アンテナ利得を無指向性に近いレベルまで改善したアンテナ装置が提案されている。例えば、特許文献１では、給電線が接続される給電部が設けられた基材と、給電部に接続されたアンテナエレメントと、給電部とアンテナエレメントとに接続されてアンテナエレメントと給電線とのリアクタンスを整合する整合回路部とを備え、アンテナエレメントが、開放端とされた先端部分に、環状形状とされ受動部品が接続されたインピーダンスコントロール部を備えているアンテナ装置が提案されている。
このアンテナ装置では、環状形状とされ受動部品が接続されたインピーダンスコントロール部により、周波数調整が可能になると共に特性改善や小型化を可能にしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１３５８３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来の技術においても、以下の課題が残されている。
すなわち、アンテナ特性として水平偏波と垂直偏波との両方において、より良好な等方性のアンテナ利得が得られることが要望されている。また、従来のアンテナ装置では、水平偏波と垂直偏波との少なくとも一方で、指向性パターンにヌル点が生じてしまう場合があり、ヌル点の低減も要望されている。
【０００５】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、指向性において水平偏波と垂直偏波との両方を改善することが可能なアンテナ装置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】
【０００６】
本発明は、前記課題を解決するために以下の構成を採用した。すなわち、第１の発明に係るアンテナ装置は、絶縁性の基板本体と、前記基板本体の表面に、金属箔でパターン形成されたアンテナエレメントとを備え、前記アンテナエレメントが、グランドに接続されるグランド接続部と、前記グランド接続部から一定方向に延在した第１延在部と、前記グランド接続部から前記第１延在部と反対方向に延在した第２延在部と、前記グランド接続部の近傍に配された基端が給電点とされ前記第２延在部に沿って延在する第３延在部と、前記第３延在部の先端から前記第２延在部から離間する方向に延在する第４延在部と、前記第４延在部の先端から前記第１延在部に沿って延在する第５延在部と、前記第１延在部の先端から延在して前記第５延在部の先端に接続された第６延在部と、前記第４延在部の先端から前記第５延在部と反対方向に延在する第７延在部と、前記第２延在部の先端から前記第７延在部の先端まで延在した第８延在部と、前記第６延在部の先端から前記第５延在部と反対方向に突出した第９延在部と、前記第２延在部の先端又は前記第７延在部の先端から前記第９延在部の突出方向に直交する方向に突出した第１０延在部とを有していることを特徴とする。
【０００７】
このアンテナ装置では、アンテナエレメントが、第６延在部の先端から第５延在部と反対方向に突出した第９延在部と、第２延在部の先端又は第７延在部の先端から第９延在部の突出方向に直交する方向に突出した第１０延在部とを有しているので、開口パターンから互いに直交した方向に突出した第９延在部と第１０延在部とにより、水平偏波と垂直偏波との両方の指向性パターンを改善することができる。
上記アンテナエレメントは、第１延在部と第２延在部と第８延在部と第７延在部と第５延在部と第６延在部とで構成された開口パターンを有している。この開口パターンから突出した第９延在部と、開口パターンから突出した第１０延在部とは、互いに直交する方向に突出していることで、水平偏波と垂直偏波との両方を改善することが可能である。このように、第９延在部は、第１延在部及び第６延在部を介してグランド接続部と接続されていると共に、第１０延在部は、第２延在部を介して、又は第２延在部及び第８延在部を介してグランド接続部と接続されていることで、グランドを延ばしたような効果が得られ、両偏波の改善が可能になる。
【０００８】
第２の発明に係るアンテナ装置は、第１の発明において、前記第１０延在部の基端部から前記第２延在部の反対側に突出した第１１延在部を有していることを特徴とする。
すなわち、このアンテナ装置では、第１０延在部の基端部から第２延在部の反対側に突出した第１１延在部を有しているので、グランドをさらに延ばした効果が得られ、指向性パターンのヌル点をさらに低減することができる。
【０００９】
第３の発明に係るアンテナ装置は、第１又は第２の発明において、前記第４延在部に第１受動素子が接続されていることを特徴とする。
すなわち、このアンテナ装置では、第４延在部に第１受動素子が接続されているので、第１受動素子によりインピーダンスを調整することができる。
【００１０】
第４の発明に係るアンテナ装置は、第１から第３の発明のいずれかにおいて、前記第７延在部の途中に第２受動素子が接続されていることを特徴とする。
すなわち、このアンテナ装置では、第７延在部の途中に第２受動素子が接続されているので、第２受動素子により周波数を調整することができる。また、第７延在部上の第２受動素子の位置に応じて利得を調整することができる。
【００１１】
第５の発明に係るアンテナ装置は、第１から第４の発明のいずれかにおいて、前記第７延在部に誘電体アンテナのアンテナ素子が接続されていることを特徴とする。
すなわち、このアンテナ装置では、第７延在部に誘電体アンテナのアンテナ素子が接続されているので、所望の共振周波数に自己共振しないローディング素子のアンテナ素子によってエレメント長の短縮化及び高インピーダンス化と、浮遊容量の増大とが可能になる。
このように高インピーダンス化することにより、アンテナ装置全体のインピーダンスが上がり、空間に電波を放射しやすくなる。すなわち、同じ延在部間の浮遊容量でも、高インピーダンス化に伴い、容量成分が発生し易くなり、開口パターンにより内部に発生する浮遊容量を増大させることができ、電波をより放射しやすくできる。その効果によりアンテナ素子（第７延在部）の両側に接続された第５延在部、第８延在部のインピーダンスも上がり、さらに接続される第９延在部、第１０延在部も含めて全体的にインピーダンスが改善し、垂直、水平の両偏波の性能が良好となる。また、開口パターン内に生じる浮遊容量を効果的に用いることが可能で、例えば、金属や人体等も含む周辺部品が近づいた際に発生する容量成分を吸収することで影響を低減することが可能となる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、以下の効果を奏する。
本発明のアンテナ装置によれば、アンテナエレメントが、第６延在部の先端から第５延在部と反対方向に突出した第９延在部と、第２延在部の先端又は第７延在部の先端から第９延在部の突出方向に直交する方向に突出した第１０延在部とを有しているので、開口パターンから互いに直交する方向に突出した第９延在部と第１０延在部とにより、水平偏波と垂直偏波との両方の指向性パターンを改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係るアンテナ装置の第１実施形態を示す平面図である。
【図２】第１実施形態において、アンテナ装置で生じる浮遊容量を示す配線図である。
【図３】第１実施形態において、アンテナ素子を示す斜視図（ａ）、平面図（ｂ）、正面図（ｃ）および底面図（ｄ）である。
【図４】本発明に係るアンテナ装置の第２実施形態を示す配線図である。
【図５】本発明に係るアンテナ装置の実施例において、水平偏波の指向性パターンを改善した状態と改善前の測定結果を示すグラフである。
【図６】本発明に係るアンテナ装置の実施例において、垂直偏波の指向性パターンを改善した状態と改善前の測定結果を示すグラフである。
【図７】本発明に係るアンテナ装置の実施例において、水平偏波及び垂直偏波の両方の指向性パターンを改善した状態の測定結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明に係るアンテナ装置の第１実施形態を、図１から図６を参照しながら説明する。
【００１５】
本実施形態におけるアンテナ装置１は、図１及び図２に示すように、絶縁性の基板本体２と、基板本体２の表面に、銅箔等の金属箔でパターン形成されたアンテナエレメント３とを備えている。
【００１６】
上記アンテナエレメント３は、グランドＧＮＤに接続されるグランド接続部Ｇ１と、グランド接続部Ｇ１から一定方向に延在した第１延在部Ｅ１と、グランド接続部Ｇ１から第１延在部Ｅ１と反対方向に延在した第２延在部Ｅ２と、グランド接続部Ｇ１の近傍に配された基端が給電点ＦＰとされ第２延在部Ｅ２に沿って延在する第３延在部Ｅ３と、第３延在部Ｅ３の先端から第２延在部Ｅ２から離間する方向に延在する第４延在部Ｅ４と、第４延在部Ｅ４の先端から第１延在部Ｅ１に沿って延在する第５延在部Ｅ５と、第１延在部Ｅ１の先端から延在して第５延在部Ｅ５の先端に接続された第６延在部Ｅ６と、第４延在部Ｅ４の先端から第５延在部Ｅ５と反対方向に延在する第７延在部Ｅ７と、第２延在部Ｅ２の先端から第７延在部Ｅ７の先端まで延在した第８延在部Ｅ８と、第６延在部Ｅ６の先端から第５延在部Ｅ５と反対方向に突出した第９延在部Ｅ９と、第２延在部Ｅ２の先端又は第７延在部Ｅ７の先端から第９延在部Ｅ９の突出方向に直交する方向に突出した第１０延在部Ｅ１０とを有している。
【００１７】
すなわち、上記アンテナエレメント３は、第１延在部Ｅ１と第２延在部Ｅ２と第８延在部Ｅ８と第７延在部Ｅ７と第５延在部Ｅ５と第６延在部Ｅ６とで構成された開口パターンを有している。
なお、本実施形態では、第１０延在部Ｅ１０が第２延在部Ｅ２の先端から第８延在部Ｅ８の反対側に突出しているが、図２に示すように、第７延在部Ｅ７の先端から第８延在部Ｅ８の反対側に突出した第１０延在部Ｅ１０’としても構わない。このように、第１０延在部Ｅ１０，Ｅ１０’は、第９延在部Ｅ９の突出方向に対して直交した方向に突出している。
【００１８】
上記第４延在部Ｅ４には、第１受動素子Ｐ１が接続されている。なお、本実施形態では、第４延在部Ｅ４が短いため、第１受動素子Ｐ１で第３延在部Ｅ３と第５延在部Ｅ５とが接続されており、第１受動素子Ｐ１自体が第４延在部Ｅ４となっている。
また、上記第７延在部Ｅ７の途中には、第２受動素子Ｐ２が接続されている。
さらに、第７延在部Ｅ７には、誘電体アンテナのアンテナ素子ＡＴが接続されている。
【００１９】
上記基板本体２は、一般的なプリント基板であって、本実施形態では、ガラスエポキシ樹脂等からなる第１延在部Ｅ１の延在方向に長いプリント基板を採用している。
なお、上記給電点ＦＰは、高周波回路（図示略）の給電点に接続される。この給電点ＦＰには、例えば高周波回路に接続された同軸ケーブル（図示略）の芯線が接続され、該同軸ケーブルのグランド線は、近傍のグランド接続部Ｇ１に接続される。
上記各受動素子は、例えばインダクタ、コンデンサ、抵抗又はジャンパー線が採用される。
【００２０】
上記アンテナ素子ＡＴは、所望の共振周波数に自己共振しないローディング素子であって、例えば図３に示すように、セラミックス等の誘電体１２１の表面にＡｇ等の導体パターン１２２が形成されたチップアンテナである。この導体パターン１２２の両端部が、実装用に第７延在部Ｅ７の分断された部分の対向端に接続されることで、アンテナ素子ＡＴが第７延在部Ｅ７の一部とされる。
このアンテナ素子ＡＴは、共振周波数等の設定に応じて、その長さ、幅、導体パターン等が異なる素子を選択しても構わない。また、所望の周波数によっては、アンテナ素子ＡＴに使用している誘電体１２１を、磁性体、若しくは誘電体と磁性体とを混合した複合材料としても構わない。
【００２１】
上記アンテナエレメント３では、内側に複数の浮遊容量が発生している。
すなわち、図２に示すように、第３延在部Ｅ３と第１延在部Ｅ１との間の浮遊容量Ｃ１と、第３延在部Ｅ３と第５延在部Ｅ５との間の浮遊容量Ｃ２と、アンテナ素子ＡＴを含む第７延在部Ｅ７と第２延在部Ｅ２との間の浮遊容量Ｃ３とが発生可能である。
【００２２】
なお、アンテナ素子ＡＴから第９延在部Ｅ９の先端までの長さを一定としたとき、第９延在部Ｅ９をできるだけ長く設定することが好ましい。すなわち、開放端となる第９延在部Ｅ９の先端はインピーダンスが高くなるため、その部分を長く設定して高周波電流を効果的に流すことで、アンテナ性能を向上させることができる。
また、第１０延在部Ｅ１０は、できるだけ長く延在していることが好ましい。
また、上記開口パターンは、同じ面積ならば一方に長い形状が良く、正方形状よりも長方形状である方が良い。さらに、上記開口パターンは、一波長に近い方が望ましい。
さらに、第２受動素子Ｐ２とアンテナ素子ＡＴとの距離を長く設定することで、利得を向上させることができる。
【００２３】
このように本実施形態のアンテナ装置１では、アンテナエレメント３が、第６延在部Ｅ６の先端から第５延在部Ｅ５と反対方向に突出した第９延在部Ｅ９と、第２延在部Ｅ２の先端又は第７延在部Ｅ７の先端から第９延在部Ｅ９の突出方向に直交する方向に突出した第１０延在部Ｅ１０とを有しているので、開口パターンから互いに直交した方向に突出した第９延在部Ｅ９と第１０延在部Ｅ１０とにより、水平偏波と垂直偏波との両方の指向性パターンを改善することができる。
【００２４】
すなわち、開口パターンから突出した第９延在部Ｅ９と、開口パターンから突出した第１０延在部Ｅ１０とが、互いに直交する方向に突出していることで、水平偏波と垂直偏波との両方を改善することが可能である。このように、第９延在部Ｅ９は、第１延在部Ｅ１及び第６延在部Ｅ６を介してグランド接続部Ｇ１と接続されていると共に、第１０延在部Ｅ１０は、第２延在部Ｅ２を介して、又は第２延在部Ｅ２及び第８延在部Ｅ８を介してグランド接続部Ｇ１と接続されていることで、グランドＧＮＤを延ばしたような効果が得られ、両偏波の改善が可能になる。
【００２５】
また、第４延在部Ｅ４に第１受動素子Ｐ１が接続されているので、第１受動素子Ｐ１によりインピーダンスを調整することができる。
また、第７延在部Ｅ７の途中に第２受動素子Ｐ２が接続されているので、第２受動素子Ｐ２により周波数を調整することができる。
さらに、第７延在部Ｅ７上の第２受動素子Ｐ２の位置に応じて利得を調整することができる。
【００２６】
また、第７延在部Ｅ７に誘電体アンテナのアンテナ素子ＡＴが接続されているので、所望の共振周波数に自己共振しないローディング素子のアンテナ素子ＡＴによってエレメント長の短縮化及び高インピーダンス化と、浮遊容量の増大とが可能になる。
このように高インピーダンス化することにより、アンテナ装置１全体のインピーダンスが上がり、空間に電波を放射しやすくなる。すなわち、同じ延在部間の浮遊容量でも、高インピーダンス化に伴い、容量成分が発生し易くなり、開口パターンにより内部に発生する浮遊容量を増大させることができ、電波をより放射しやすくできる。その効果によりアンテナ素子ＡＴ（第７延在部Ｅ７）の両側に接続された第５延在部Ｅ５、第８延在部Ｅ８のインピーダンスも上がり、さらに接続される第９延在部Ｅ９、第１０延在部Ｅ１０も含めて全体的にインピーダンスが改善し、垂直、水平の両偏波の性能が良好となる。また、開口パターン内に生じる浮遊容量を効果的に用いることが可能で、例えば、金属や人体等も含む周辺部品が近づいた際に発生する容量成分を吸収することで影響を低減することが可能となる。
【００２７】
次に、本発明に係るアンテナ装置の第２実施形態について、図４を参照して以下に説明する。なお、以下の実施形態の説明において、上記実施形態において説明した同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明は省略する。
【００２８】
第２実施形態と第１実施形態との異なる点は、第１実施形態では、第２延在部Ｅ２の先端から第１０延在部Ｅ１０のみが突出しているが、第２実施形態のアンテナ装置２１は、図４に示すように、第１０延在部Ｅ１０の基端部から第２延在部Ｅ２の反対側に突出した第１１延在部Ｅ１１を有している点である。
すなわち、第２実施形態のアンテナ装置２１では、第１０延在部Ｅ１０の基端部から第２延在部Ｅ２の反対側に突出した第１１延在部Ｅ１１を有しているので、グランドＧＮＤをさらに延ばした効果が得られ、指向性パターンのヌル点をさらに低減することができる。
【実施例】
【００２９】
次に、上記第１実施形態のアンテナ装置を実際に作製した実施例について、指向性パターンを測定した結果を、図５から図７に示す。
まず、第９延在部Ｅ９だけを設けて第１０延在部Ｅ１０を設けていない場合の水平偏波と垂直偏波との指向性パターンを、「水平偏波（改善有り）」と「垂直偏波」として図５に示す。なお、比較例として第９延在部Ｅ９も第１０延在部Ｅ１０も無い場合の水平偏波も「水平偏波（改善無し）」として示している。これらの測定結果からわかるように、第９延在部Ｅ９だけを設けた場合、比較例に比べて水平偏波がより良好な等方性が得られている。
【００３０】
また、第１０延在部Ｅ１０だけを設けて第９延在部Ｅ９を設けていない場合の水平偏波と垂直偏波との指向性パターンを、「垂直偏波（改善有り）」と「水平偏波」として図６に示す。なお、比較例として第９延在部Ｅ９も第１０延在部Ｅ１０も無い場合の垂直偏波も「垂直偏波（改善無し）」として示している。これらの測定結果からわかるように、第１０延在部Ｅ１０だけを設けた場合、比較例に比べて垂直偏波がより良好な等方性が得られている。
【００３１】
さらに、第９延在部Ｅ９と第１０延在部Ｅ１０とを設けた本発明の実施例の水平偏波と垂直偏波との指向性パターンを、「水平偏波（改善有り）」と「垂直偏波（改善有り）」として図７に示す。この測定結果からわかるように、第９延在部Ｅ９と第１０延在部Ｅ１０とを設けた本発明の実施例では、水平偏波と垂直偏波との良好な等方性が得られている。なお、水平偏波の一部にある凹み（ヌル点）は、第２実施形態の第１１延在部Ｅ１１を追加することで、低減することができる。
【００３２】
なお、本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることができる。
【００３３】
例えば、上記各実施形態では、第７延在部にアンテナ素子を設けているが、他の延在部にアンテナ素子を設けてエレメントの短縮化を行い、装置全体の小型化を図っても構わない。例えば、第９延在部にアンテナ素子を設けても構わない。
また、上述したようにアンテナ素子を接続してアンテナエレメントの一部とすることが好ましいが、アンテナ素子を接続せずに、銅箔等の金属箔のみで延在した第７延在部でも構わない。この際、高インピーダンス化するために、第７延在部の少なくとも一部を他の部分よりも幅狭の細いパターンにしたり、ジグザグに折り返しながら全体として一定方向に延在するミアンダパターンとしたりすることが好ましい。
さらに、基板サイズに余裕がある場合には、上記アンテナエレメントの一部を線状若しくは板状の金属を折り返した形状のパターンに置き換えても構わない。また、同一の基板本体の表裏面に対してスルーホールを用いて、螺旋状などの形状に旋回させたパターンにしても構わない。
【符号の説明】
【００３４】
１，２１…アンテナ装置、２…基板本体、３…アンテナエレメント、ＡＴ…アンテナ素子、Ｅ１…第１延在部、Ｅ２…第２延在部、Ｅ３…第３延在部、Ｅ４…第４延在部、Ｅ５…第５延在部、Ｅ６…第６延在部、Ｅ７…第７延在部、Ｅ８…第８延在部、Ｅ９…第９延在部、Ｅ１０…第１０延在部、Ｅ１１…第１１延在部、ＦＰ…給電点、Ｇ１…グランド接続部、ＧＮＤ…グランド、Ｐ１…第１受動素子、Ｐ２…第２受動素子
【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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