(57)【要約】【課題】２つの折返しアンテナ素子の指向性を極力分離できるアンテナ装置を提供する。【解決手段】第１アンテナ素子３を一辺の長さＧｘがλ／２以下であるグランド２に接続する位置Ｇｘ１を、第１辺の左端を基準として０≦Ｇｘ１＜Ｇｘ／２とする。また、第２アンテナ素子１４グランド２に接続する位置Ｇｙ１を、第２辺の上端を基準として０≦Ｇｙ１＜Ｇｙ／２とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
信号波長をλとすると、第１辺の長さＧｘと、前記第１辺に直交する第２辺の長さＧｙとがそれぞれλ／２以下であるグランドと、
前記第１辺に配置されるλ／４長の第１折返しアンテナ素子と、
前記第２辺に配置されるλ／４長の第２折返しアンテナ素子とを備え、
前記第１折返しアンテナ素子と前記グランドとの接続位置Ｇｘ１，前記第２折返しアンテナ素子と前記グランドとの接続位置Ｇｙ１が、前記第１辺，前記第２辺それぞれにおいて、前記第１，第２折返しアンテナ素子それぞれの折返し素子部が伸びる方向と逆方向にある一端を基準として０≦Ｇｘ１＜Ｇｘ／２，０≦Ｇｙ１＜Ｇｘ／２であるアンテナ装置。
【請求項２】
前記接続位置Ｇｘ１，Ｇｙ１が、０≦Ｇｘ１＜Ｇｘ／４，０≦Ｇｙ１＜Ｇｘ／４である請求項１記載のアンテナ装置。
【請求項３】
前記接続位置Ｇｘ１，Ｇｙ１が、Ｇｘ１＝Ｇｙ１＝０である請求項２記載のアンテナ装置。
【請求項４】
前記グランドの形状が正方形である請求項１から３の何れか一項に記載のアンテナ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、グランドの２辺にそれぞれ折返しアンテナ素子を配置してなるアンテナ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
折返しアンテナの１つである逆Ｆアンテナをグランドの一辺に接続する場合、一般に前記一片の中央で接続されることが多い。また、特許文献１に開示されているように、中央からずれた位置で接続されることもある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−９３６４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
そして、特許文献１に開示されているように、グランドの２辺にそれぞれアンテナ素子を配置したアンテナ装置を受信用のアンテナとして使用する際には、受信状態の多様性，所謂ダイバーシティを確保するため、２つのアンテナ素子それぞれの指向性が独立していることが望ましい。
【０００５】
しかしながら、図１７に示すように、２つの逆Ｆアンテナ素子とグランドとの接続位置を各辺の中央にすると、それぞれの指向性が水平から４５°程度傾くことで略同じ方向となり、多様性が確保できないことが判明した。
【０００６】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、２つの折返しアンテナ素子の指向性を極力分離できる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】
【０００７】
請求項１記載のアンテナ装置によれば、λ／４長の第１，第２折返しアンテナ素子を、第１辺の長さＧｘ及び第２辺の長さＧｙがλ／２以下であるグランドにそれぞれ接続する位置Ｇｘ１，Ｇｙ１を、第１辺，第２辺それぞれにおいて、第１，第２折返しアンテナ素子それぞれの折返し素子部が伸びる方向と逆方向にある一端を基準として０≦Ｇｘ１＜Ｇｘ／２，０≦Ｇｙ１＜Ｇｘ／２とする。つまり、各アンテナ素子をグランドに接続する位置を、各辺の中央よりも基準方向に寄せる。
【０００８】
通信時において、アンテナ素子に交流信号が流れると、前記素子と対向するグランドの辺側にも電流が流れる。アンテナ素子の折返し部分に流れる電流は、対向するグランドの辺側において逆方向に流れる電流により相殺される（例えば後述する実施形態の図８中の矢印を参照）。
【０００９】
しかし、従来のように、アンテナ素子がグランドの一辺の中央で接続されていると、前記アンテナ素子と対向しない部分のグランドにも電流が流れることになる。前記一辺が水平方向であれば、アンテナ素子の折返し部分である水平部に流れる電流がグランド側に流れる電流で全て打ち消されないため、アンテナ素子の水平部からは、水平方向から約９０°方向に放射される電波成分が発生する。前記電波成分は、アンテナ素子の垂直部において水平方向から約０°方向に放射される電波成分と合成される。すると、合成された電波は水平方向から約４５°方向に放射される。前記一辺に直交する他辺では、水平，垂直の関係が逆になることで、同様に指向性が斜めに傾く。したがって、互いに直交する第１辺，第２辺にそれぞれ配置される２つのアンテナ素子の指向性がほぼ同じ方向となる。
【００１０】
そこで本発明では、第１，第２折返しアンテナ素子のグランドへの接続位置Ｇｘ１，Ｇｙ１を、それぞれ０≦Ｇｘ１＜Ｇｘ／２，０≦Ｇｙ１＜Ｇｘ／２として中央より基準方向にずらすことで、各辺に対向するアンテナ素子部分に流れる電流を、グランド側に流れる電流により打ち消すようにする。これにより、例えば水平方向の第１辺に配置される第１折返しアンテナ素子については、水平方向から約９０°方向に放射される電波成分の発生を抑制し、アンテナ素子の指向性を水平方向に近付けることができる。また、垂直方向の第２辺に配置される第２折返しアンテナ素子については、垂直方向から約９０°方向に放射される電波成分の発生を抑制し、指向性を垂直方向に近付けることができる。したがって、第１，第２折返しアンテナ素子を結合させることなく分離して、それらの指向性が互いに極力直交する状態を維持できる。
【００１１】
そして、請求項２記載のアンテナ装置のように、接続位置Ｇｘ１，Ｇｙ１をそれぞれ０≦Ｇｘ１＜Ｇｘ／４，０≦Ｇｙ１＜Ｇｘ／４とすれば、第１，第２折返しアンテナ素子の指向性をより直交する状態に近付けることができる。
【００１２】
また、請求項３記載のアンテナ装置のように、接続位置Ｇｘ１＝Ｇｙ１＝０として基準位置，つまり各辺の端にすれば、指向性を更に直交状態に近付けることができる。
請求項４記載のアンテナ装置によれば、グランドの形状を正方形とする。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第１実施形態のアンテナ装置の構成を示す図
【図２】アンテナ装置に電流が流れる状態を示すモデル図
【図３】第１アンテナ素子の指向性を示す図
【図４】第２アンテナ素子の指向性を示す図
【図５】第２実施形態のアンテナ装置の構成を示す図
【図６】第３実施形態のアンテナ装置の構成を示す図
【図７】第４実施形態のアンテナ装置の構成を示す図
【図８】１つのアンテナ素子を用いたアンテナ装置の構成例を示す図（その１）
【図９】１つのアンテナ素子を用いたアンテナ装置の構成例を示す図（その２）
【図１０】従来の１つのアンテナ素子を用いたアンテナ装置の構成を示す図
【図１１】図８に示す構成から図１０に示す構成に至る指向性の変化を推測する図
【図１２】アンテナ素子のグランド接続位置に応じた指向性の変化を推測する図
【図１３】図１０に示すアンテナ装置に電流が流れる状態を示すモデル図
【図１４】図１０に示すアンテナ装置の電波放射状態をシミュレートした図
【図１５】図８に示すアンテナ装置に電流が流れる状態を示すモデル図
【図１６】図８に示すアンテナ装置の電波放射状態をシミュレートした図
【図１７】従来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】
【００１４】
（第１実施形態）
以下、第１実施形態について図１から図４を参照して説明する。先ず、単一のアンテナ素子を備えるアンテナ装置について、従来構成を踏まえ、図８から図１６を参照して説明する。図１０に示すアンテナ装置１は、図示しない誘電体基板上に配線パターン等で形成される正方形状のグランド２と、このグランド２に接続されるアンテナ素子３とを備えている。グランド２の図中水平方向寸法をＧｘ，垂直方向寸法をＧｙ，通信信号波長をλとすると、Ｇｘ，Ｇｙ≦λ／２に設定されている。尚、波長λは、光の波長をλ０，誘電体基板の誘電率を√εとすると、λ＝λ０／√εで表される。
【００１５】
アンテナ素子３は、折返しアンテナの一種である逆Ｆアンテナであり、垂直素子部３ｙ及び水平素子部３ｘからなる。水平素子部３ｘは、垂直素子部３ｙを介してグランド２に直接接続されていると共に、給電点４を介してグランド２に接続されている。垂直素子部３ｙの寸法をａ，水平素子部３ｘの寸法をｂとすると、素子の長さ（ａ＋ｂ）は略λ／４に設定されている。水平素子部３ｘは折返し素子部に相当する。
【００１６】
ここで、アンテナ素子３の垂直素子部３ｙがグランド２の一辺に接続される位置Ｇｘ１を、前記一辺の左端を基準（＝０）として表す。また、Ｇｘ１＋Ｇｘ２＝Ｇｘとする。そして、従来のアンテナ装置１ではＧｘ１＝Ｇｘ２＝Ｇｘ／２として、垂直素子部３ｙを前記一辺の中央で接続するものが一般的であった。
【００１７】
この場合、通信時においてアンテナ素子３及びグランド２に流れる電流の状態をシミュレートすると図１３のようになる。尚、図１３及び図１５中に大きな矢印で示す電流の流れは、小さな矢印で示す流れに対し、交流的に逆になる場合を示している。アンテナ素子３の水平素子部３ｘに流れる電流は、グランド２の対向する辺部において、逆方向に流れる電流で相殺される。
【００１８】
しかし、垂直素子部３ｙを一辺の中央で接続すると、グランド２が水平素子部３ｘと対向しない図中左側の部分にも電流が流れる。その結果、アンテナ素子３では、水平素子部３ｘに流れる電流がグランド２側に流れる電流によって十分に打ち消されず、垂直偏波成分が発生していると考えられる。すると、その垂直偏波成分が、垂直素子部３ｙに流れる電流で発生する水平偏波成分と合成される結果、アンテナ装置１の指向性は、図１４に示すように、水平より仰角方向に４５°傾いている。
【００１９】
しかし、垂直素子部３ｙを一辺の中央で接続すると、グランド２が水平素子部３ｘと対向しない図中左側の部分にも電流が流れる。その結果、アンテナ素子３では、水平素子部３ｘに流れる電流がグランド２側に流れる電流によって十分に打ち消されず、水平方向から約９０°方向に放射される電波成分が発生していると考えられる。すると、その電波成分が、垂直素子部３ｙに流れる電流で発生する水平方向から約０°方向に放射される電波成分と合成される結果、アンテナ装置１の指向性は、図１３に破線矢印で示すように水平より仰角方向に４５°傾いている。
【００２０】
図１４は、図１３の状態に対応するアンテナ装置１の電波放射状態をシミュレートしたものであるが、やはりビーム方向が、水平方向に一致するｘ軸より仰角方向に４５°程傾くことを示している。
【００２１】
そこで、アンテナ装置１１では、図９に示すように、垂直素子部３ｙの接続位置Ｇｘ１を、Ｇｘ１＜λ／４，Ｇｘ１＜Ｇｘ２として、一辺の中央より左端の基準位置側に近付けるようにする。望ましくは、図８に示すアンテナ装置１２のように、Ｇｘ１＝０とする。この場合、図１５に示すように、グランド２の辺部に流れる電流により、水平素子部３ｘに流れる電流を十分に打ち消すことができるようになり、垂直偏波成分をより多く抑圧できる。その結果、アンテナ装置１２の指向性は、図１５に破線矢印で示すように、水平からの仰角方向傾きが１５°程度になっていると考えられる。
【００２２】
図１６は、図１５の状態に対応するアンテナ装置１２の電波放射状態をシミュレートしたものであるが、ビーム方向が上述したように、水平方向より仰角方向に１５°傾くことを示している。
【００２３】
図１４及び図１６に示す結果から、図９に示すアンテナ装置１１の指向性は、図１２に○でプロットして示すように、水平方向に対して４５°から１５°の間にあると考えられる。
【００２４】
そして、本実施形態のアンテナ装置１３は、図１に示すように、図９に示すアンテナ装置１１に、もう１つの逆Ｆアンテナ素子１４を加えたものである。但し、アンテナ装置１３では、接続位置Ｇｘ１を図９よりも基準方向に近付けており、Ｇｘ１＜Ｇｘ／４としている。ここで、アンテナ素子３，１４を、それぞれ第１アンテナ素子３，第２アンテナ素子１４とする。第２アンテナ素子１４は、第１アンテナ素子３が配置されている第１辺に対して直交する図中左側の第２辺に配置されている。第２アンテナ素子１４は、垂直素子部１４ｙが水平素子部１４ｘを介してグランド２に直接接続されていると共に、給電点１５を介してグランド２に接続されている。垂直素子部１４ｙの寸法と、水平素子部１４ｘの寸法との合計は、第１アンテナ素子３と同じく略λ／４である。垂直素子部１４ｙは折返し素子部に相当する。
【００２５】
水平素子部１４ｘの接続位置Ｇｙ１は、第１アンテナ素子３と同様にＧｙ１＜Ｇｙ／４として、第２辺の中央より上端の基準位置側に近付けている。このように、第１アンテナ素子３を第１辺に配置し、第２アンテナ素子１４を第１辺に対して直交する第２辺に配置することで、図２に電流モデルを示すように、双方の結合度が低くなる。その結果、第１アンテナ素子３の指向性は、図３に示すように水平に対して仰角方向１５°程度となり、第２アンテナ素子１４の指向性は、図４に示すように垂直に対して時計回り方向に１５°程度となっている。つまり、互いの指向性が直交している。尚、図２の電流モデルは、Ｇｘ１＝Ｇｙ１＝０とした場合を示している。
【００２６】
以上のように本実施形態によれば、第１アンテナ素子３を第１辺の長さＧｘ及び第２辺の長さＧｙがλ／２以下である正方形状のグランド２に接続する位置Ｇｘ１を、第１辺において水平素子部３ｘが伸びる方向と逆方向にある一端を基準として０≦Ｇｘ１＜Ｇｘ／２とする。また、第２アンテナ素子１４をグランド２に接続する位置Ｇｙ１を、第２辺において垂直素子部１４ｙが伸びる方向と逆方向にある一端を基準として０≦Ｇｙ１＜Ｇｙ／２とする。
【００２７】
このように、接続位置Ｇｘ１を第１辺の中央より基準方向にずらすことで、第１アンテナ素子３の水平素子部３ｘに流れる電流を、グランド２に流れる電流により十分に打ち消すことができる。また、接続位置Ｇｙ１を第２辺の中央より基準方向にずらすことで、第２アンテナ素子１４の垂直素子部１４ｘに流れる電流も、グランド２に流れる電流により十分に打ち消すことができる。これらに加えて、第１アンテナ素子３，第２アンテナ素子１４を、互いに直交する位置関係で配置することでアンテナ素子３，１４を分離させ、両者の指向性を直交させて信号を受信する際の多様性を確保できる。
更に、図２に示すように、接続位置Ｇｘ１＝Ｇｙ１＝０とすることで、第１アンテナ素子３，第２アンテナ素子１４の指向性を、より直交状態に近づけることができる。
【００２８】
（第２〜第４実施形態）
図５から図７は第２〜第４実施形態であり、第２アンテナ素子１４を配置する位置の変形例を示す。図５に示す第２実施形態のアンテナ装置１５では、第２アンテナ素子１４を第１実施形態と同じ左側の辺に配置するが、基準位置を下端にして０≦Ｇｙ１＜λ／８となるように配置している。
【００２９】
図６に示す第３実施形態のアンテナ装置１６では、第２アンテナ素子１４を右側の辺に、基準位置を上端にして０≦Ｇｙ１＜λ／８となるように配置している。図７に示す第４実施形態のアンテナ装置１７では、第２アンテナ素子１４を右側の辺に、基準位置を下端にして０≦Ｇｙ１＜λ／８となるように配置している。以上のような第２〜第４実施形態による場合も、第１実施形態と同様の効果が得られる。
【００３０】
本発明は上記した、又は図面に記載した実施形態にのみ限定されるものではなく、以下のような変形又は拡張が可能である。
グランドの形状は正方形に限ることなく、例えば矩形等でも良い。
接続位置Ｇｘ１，Ｇｙ１については、それぞれＧｘ／２，Ｇｙ／２未満であれば良い。
逆Ｆ形状のアンテナ素子に限ることなく、逆Ｌ形状のアンテナ素子に適用しても良い。
【符号の説明】
【００３１】
図面中、２はグランド、３は第１逆Ｆアンテナ素子、４は給電点、１３はアンテナ装置、１４は第２逆Ｆアンテナ素子、１５〜１７はアンテナ装置を示す。
【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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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