(57)【要約】【課題】接地電位を提供する導体部材としてのグランド部の小型化と、漏洩電流の抑制を両立可能なアンテナ装置を提供する。【解決手段】アンテナとして動作する本体部１００は、同軸ケーブル２００の外部導体と電気的に接続されて接地電位を提供する平板状の導体部材であるメイングランド部２０と、メイングランド部２０の外縁部と所定の間隔をおいて対向するように配置された線状の導体素子であるアース素子５０と、を備える。アース素子５０は、電気的に全長が送受信の対象とする電波の半波長に相当する長さに形成されているとともに、その中央部においてブリッジ部６０によってメイングランド部２０と電気的に接続されている。同軸ケーブル２００は、平面視においてアース素子５０と交差し、かつ、外部導体がアース素子と容量結合するように本体部１００に取り付けられている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の周波数の電波を送受信するためのアンテナ本体部（１００）と、前記アンテナ本体部に接続された同軸ケーブル（２００）と、を備えるアンテナ装置であって、
前記アンテナ本体部は、
前記同軸ケーブルの外部導体と電気的に接続された平板状の導体部材であるグランド部（２０）と、
前記同軸ケーブルの内部導体と電気的に接続された放射素子（４０、９１、９２）と、
前記グランド部の外縁部と所定の間隔をおいて対向するように配置された線状の導体素子であるアース素子（５０）と、を備え、
前記アース素子は、電気的に送受信の対象とする電波の波長である対象波長の２分の１に相当する長さに形成されており、
前記アース素子は、その中央部において前記グランド部の外縁部と電気的に接続されており、
前記同軸ケーブルは、平面視において前記アース素子と交差し、かつ、前記外部導体が前記アース素子と容量結合するように、前記アンテナ本体部に取り付けられ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において、
前記同軸ケーブルは、前記アース素子の中央部から、電気的に対象波長の８分の１に相当する距離以上離れた位置で前記アース素子と交差するように前記アンテナ本体部に取り付けられ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において、
前記グランド部における前記外部導体との電気的な接続点であるグランド接続点は、前記グランド部の中心よりも、前記アース素子が設けられている側となる領域に設けら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、アンテナ本体部から同軸ケーブルの外部導体へ電流が漏洩することを抑制するための構造を有するアンテナ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
アンテナ装置において接地電位を提供する平板状の導体部材（以降、グランド部）の面積が、送受信の対象とする電波の波長（以降、対象波長）に対して不十分である場合、アンテナ素子に生じた放射電流によってグランド部に励起されたイメージ電流が同軸ケーブルの外部導体に漏洩してしまうことが知られている。
【０００３】
同軸ケーブルの外部導体へ漏洩する電流の量は、グランド部の面積が小さいほど増大してしまう傾向がある。同軸ケーブルの外部導体への漏洩電流が大きくなると、同軸ケーブルの長さや引き回しによってアンテナ装置の特性が不安定となり、アンテナが十分な利得を得られなくなることがある。つまり、アンテナ装置の特性を十分に安定させるためには、対象波長に応じた面積のグランド部を必要とする。
【０００４】
特許文献１には、グランド部の小型化と漏洩電流の抑制を両立させるため、同軸ケーブルの外部導体に、電気的に対象波長の４分の１に相当する長さを有するシュペルトップバランを設けたアンテナ装置が開示されている。電気的な長さが対象波長の４分の１となるように形成されたシュペルトップバランを外部導体に取り付けることで、開放端のインピーダンスが大きくなり、同軸ケーブルの外部導体への漏洩電流を抑制することができる。なお、λは対象波長を表している。
【０００５】
なお、電気的な長さとは、誘電体の比誘電率等によって定まる電波にとっての長さである。電気的に対象波長の４分の１となる長さとは、送受信の対象とする電波の実効波長の４分の１に相当する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−７７９３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に開示の構成では、電気的に対象波長の４分の１の長さを有するシュペルトップバランを追加するため、その分だけアンテナ装置全体としてのサイズは大きくなってしまう。
【０００８】
本発明は、この事情に基づいて成されたものであり、その目的とするところは、グランド部の小型化と、漏洩電流の抑制を両立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】
【０００９】
その目的を達成するための本発明は、所定の周波数の電波を送受信するためのアンテナ本体部（１００）と、アンテナ本体部に接続された同軸ケーブル（２００）と、を備えるアンテナ装置であって、アンテナ本体部は、同軸ケーブルの外部導体と電気的に接続された平板状の導体部材であるグランド部（２０）と、同軸ケーブルの内部導体と電気的に接続された放射素子（４０、９１、９２）と、グランド部の外縁部と所定の間隔をおいて対向するように配置された線状の導体素子であるアース素子（５０）と、を備え、アース素子は、電気的に送受信の対象とする電波の波長である対象波長の２分の１に相当する長さに形成されており、アース素子は、その中央部においてグランド部の外縁部と電気的に接続されており、同軸ケーブルは、平面視においてアース素子と交差し、かつ、外部導体がアース素子と容量結合するように、アンテナ本体部に取り付けられていることを特徴とする。
【００１０】
以上の構成においてアース素子は、電気的に対象波長の半波長に相当する長さを有するように形成されている。そのため、グランド部に発生したイメージ電流は、同軸ケーブルの外部導体よりもアース素子へと流れこみやすい。また、アース素子は、同軸ケーブルの外部導体と容量結合するように配置されているため、アース素子に流れ込んだイメージ電流は、同軸ケーブルの外部導体を通ってグランド接続点からグランド部へと戻る。
【００１１】
その結果、グランド部の外縁部においてアース素子に対向する部分（以降、アース対向部）とアース素子との間にループ状の電流経路が形成される。グランド部に発生したイメージ電流が上述した電流経路を還流することによって、イメージ電流は熱となって減衰する。その結果、同軸ケーブルの外部導体への漏洩電流が低減される。
【００１２】
また、以上の構成では、上記の効果を得るためにシュペルトップ等のバランは不要である。そのため、バランを導入することに伴う装置全体としての大型化を抑制することができる。つまり、以上の構成によれば、アンテナ装置の小型化と同軸ケーブルの外部導体への漏洩電流の抑制を両立することができる。
【００１３】
なお、特許請求の範囲に記載した括弧内の符号は、一つの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本実施形態のアンテナ装置１の外観斜視図である。
【図２】本実施形態のアンテナ装置１の上面図である。
【図３】図２に示すＩＩＩ−ＩＩＩ線におけるアンテナ装置１の断面図である。
【図４】図３において符号ＩＶで示す領域の拡大図である。
【図５】比較構成におけるイメージ電流の分布を概念的に表した図である。
【図６】本実施形態のアンテナ装置１におけるイメージ電流の流れを概念的に表した図である。
【図７】本実施形態のアンテナ装置１の指向性と、比較構成の指向性とを比較した図である。
【図８】本実施形態の効果を表した図である。
【図９】変形例２として開示するアンテナ装置１の概略的な構成を示した図である。
【図１０】変形例３として開示するアンテナ装置１の概略的な構成を示した図である。
【図１１】変形例４として開示するアンテナ装置１の概略的な構成を示した図である。
【図１２】変形例４として開示するアンテナ装置１の概略的な構成を示した図である。
【図１３】変形例５として開示するアンテナ装置１の概略的な構成を示した図である。
【図１４】変形例５として開示するアンテナ装置１の概略的な構成を示した図である。
【図１５】変形例６として開示するアンテナ装置１の概略的な構成を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
［実施形態］
以下、本発明の実施形態について図を用いて説明する。本実施形態に係るアンテナ装置１は、概略的には、周知のパッチアンテナと同様の動作原理によって所定の周波数の円偏波を送受信するように構成されている。送受信の対象とする電波の周波数は、適宜設計されればよく、ここでは一例として１．５７５ＧＨｚとする。
【００１６】
もちろん当該アンテナ装置１は、送信と受信の何れか一方のみに供されても良い。以降では、送受信の対象とする電波のことを対象電波と称するとともに、対象電波の波長のことを対象波長とも称する。本実施形態では動作周波数として１．５７５ＧＨｚを想定しているため、空気中を伝搬時の対象波長は約１９１ｍｍとなる。
【００１７】
＜アンテナ装置１の構成＞
図１は、本実施形態に係るアンテナ装置１の概略的な構成の一例を示す外観斜視図である。また、アンテナ装置１の上面図を図２に示す。図３は、図２に示すＩＩＩ−ＩＩＩ線におけるアンテナ装置１の断面図である。
【００１８】
アンテナ装置１は、対象電波の送受信を実現する本体部１００と、給電線としての同軸ケーブル２００とを備えている。すなわち、同軸ケーブル２００は、本体部１００と図示しない無線通信機とを接続する役割を担う。無線通信機は、アンテナ装置１が受信した信号の復調等を実施するとともに、当該アンテナ装置１に対して送信信号に応じた高周波電力を供給するものである。
【００１９】
本体部１００は、主要な部材として、基板１０、メイングランド部２０、サブグランド部２０Ａ、パッチ部４０、支持部３０、アース素子５０、及びブリッジ部６０を備える。
【００２０】
基板１０は、樹脂などの電気絶縁材料（つまり誘電体）を素材とする、板状の部材である。本実施形態では一例として基板１０は、比誘電率εｒ＝４．３の誘電体を用いて実現されているものとする。そのため、基板１０上における対象波長は、基板１０の波長短縮効果によって略１１０ｍｍとなる。
【００２１】
基板１０の一方の面（以降、上面とする）には、メイングランド部２０、及び、アース素子５０が配置されており、他方の面（以降、下面とする）には、サブグランド部２０Ａが配置されている。なお、アンテナ装置１は、メイングランド部２０や後述するパッチ部４０などが設けられている側を相対的に上側とし、サブグランド部２０Ａが設けられている側を相対的に下側として用いられる。
【００２２】
本実施形態において基板１０の平面視における形状（以降、平面形状）は、正方形状とする。もちろん、基板１０の平面形状は正方形でなくともよい。他の構成として基板１０の平面形状は、その他の多角形状であってもよいし、円形（楕円を含む）状であってもよい。もちろん、それらを組み合わせた形状であってもよい。基板１０の大きさ及び形状は、メイングランド部２０及びアース素子５０を配置するために十分な大きさ及び形状となっていればよい。
【００２３】
便宜上以降では、それぞれが互いに直交するＸ、Ｙ、Ｚ軸を備える三次元座標系の概念を適宜導入して、アンテナ装置１の構成を説明する。Ｘ軸は正方形状の基板１０が備える或る１つの辺に平行な軸とし、Ｙ軸は基板１０と平行な平面においてＸ軸と直交する軸とする。Ｚ軸は、Ｘ軸及びＹ軸のそれぞれと直交し、かつ、基板１０の下面から上面に向かう方向を正方向とする軸とする。
【００２４】
メイングランド部２０は、銅などの導体を素材とする板状（箔を含む）の部材である。本実施形態においてメイングランド部２０の平面形状は正方形状とする。これにより、メイングランド部２０は、正方形の各辺に対応する正方形状の外縁部を備える。メイングランド部２０は、基板１０の上面において１組の対辺がＸ軸と平行であり、他の組の対辺がＹ軸と平行となるように配置されている。
【００２５】
便宜上、メイングランド部２０の外縁部のうち、正方形の或る１辺に相当する部分を第１外縁部２１とし、第１外縁部２１に接続する他の１辺に相当する外縁部を第２外縁部２２とする。第１外縁部２１はＸ軸方向に平行であり、第２外縁部２２はＹ軸に平行である。
【００２６】
メイングランド部２０の上には、支持部３０及びパッチ部４０が配置されている。本実施形態では一例として、メイングランド部２０の１辺の長さは、電気的に対象波長の５分の１に相当するように形成されている。なお、電気的な長さとは、誘電体の誘電率等によって定まる対象電波にとっての長さである。電気的に対象波長の５分の１となる長さとは、実効波長の５分の１に相当する。電気的な長さは、実効長とも称される。なお、本実施形態においてメイングランド部２０の平面形状は正方形状とするが、これに限らない。他の態様として、長方形や円形状などであっても良い。ここではメイングランド部２０の重心のことをメイングランド部２０の中心と見なすものとする。メイングランド部２０の中心が請求項に記載のグランド部の中心に相当する。
【００２７】
サブグランド部２０Ａも、メイングランド部２０と同様の形状を有する板状の部材である。メイングランド部２０とサブグランド部２０Ａとは、図３に示すように、複数のグランド架橋部７０によって電気的に接続されている。グランド架橋部７０は、メイングランド部２０とサブグランド部２０Ａとを電気的に接続するための導電性の部材であって、例えばショートピンや、基板１０に設けられたビアなどを用いて実現することができる。
【００２８】
図２に示す点Ｐ１、Ｐ２は、グランド架橋部７０の設置位置を表している。なお、メイングランド部２０とサブグランド部２０Ａとを接続する点は、３箇所以上であってもよい。また、メイングランド部２０とサブグランド部２０Ａとを接続するグランド架橋部７０の設置箇所は適宜設計されればよい。
【００２９】
また、サブグランド部２０Ａは、図４に示すように導電性の部材（以降、外部導体接続部）８０によって同軸ケーブルの外部導体２２０と電気的に接続されている。これにより、メイングランド部２０は、サブグランド部２０Ａ及びグランド架橋部７０を介して外部導体２２０と電気的に接続される。すなわち、メイングランド部２０及びサブグランド部２０Ａは、アンテナ装置１におけるグランド電位（換言すれば接地電位）を提供する。
【００３０】
図２に示す点Ｐ３は、サブグランド部２０Ａと同軸ケーブルの外部導体２２０とを接続する点（以降、接地点）の位置を表している。接地点Ｐ３の位置は、外部導体接続部８０の位置に相当する。外部導体接続部８０は、例えば市販されている同軸ケーブル取付ピンであってもよいし、はんだであってもよい。外部導体接続部８０は、同軸ケーブル２００を本体部１００に固定する役割も担う。
【００３１】
外部導体接続部８０（接地点Ｐ３）から最も近い位置に存在するグランド架橋部７０と、メイングランド部２０との接続点が、請求項に記載のグランド接続点に相当する。具体的には本実施形態では、点Ｐ１がグランド接続点に相当する。なお、グランド接続点を提供するグランド架橋部７０は、平面視において外部導体接続部８０のできるだけ近くに配置することが好ましい。つまり、点Ｐ１とＰ３はできるだけ近接していることが好ましい。また、グランド接続点を提供するグランド架橋部７０と、外部導体接続部８０とは平面視において重なる位置に設けられていることがより好ましい。
【００３２】
支持部３０は、比誘電率が約１６のセラミックスを素材とする板状の部材である。支持部３０は、メイングランド部２０から所定の間隔をおいてパッチ部４０を対向配置するための部材である。支持部３０は、この役割を果たせればよく、支持部３０の形状は板状に限らない。支持部３０は、メイングランド部２０とパッチ部４０とを所定の間隔をおいて対向するように支持する複数の柱であってもよい。
【００３３】
また、本実施形態では一例として支持部３０を、セラミックスを用いて形成するものとするが、これに限らない。その他、樹脂などを用いて実現されていても良い。ただし、波長を短縮し、パッチ部４０を小型化するために、例えば比誘電率が１０以上の材料を用いて実現されていることが好ましい。なお、本実施形態では、支持部３０の材料としてセラミックスを採用することで、支持部３０での実効波長は５０ｍｍとなっているものとする。
【００３４】
パッチ部４０は、銅などの導体を素材とする板状部材である。パッチ部４０は、支持部３０を介してメイングランド部２０と平行（略平行を含む）となるように対向配置されている。パッチ部４０が請求項に記載の放射素子に相当する。
【００３５】
パッチ部４０の形状は、正方形の１組の対角部に切り欠き部４１を設けた形状となっている。切り欠き部４１は、円偏波を放射するための構造であり、周知の縮退分離素子や摂動素子と称されるものに相当する。切り欠き部４１によって、元の正方形から削られる部分の面積は、周知の縮退分離法によって定まる面積となっていればよい。
【００３６】
パッチ部４０の１辺の長さは、電気的に対象波長の約半分の長さとなっている。ここでは支持部３０によって対象電波の波長が短縮されるため、パッチ部４０の１辺の物理的な長さは約２５ｍｍとなっている。なお、ここでの１辺の長さとは、切り欠き部４１を無視した場合の形状、すなわち正方形における１辺の長さである。
【００３７】
なお、本実施形態ではパッチ部４０の平面形状を、正方形に切り欠き部４１を設けた形状とするが、これに限らない。その他の構成としてパッチ部４０の平面形状は、長方形状であってもよいし、長方形以外の形状（例えば円形や八角形等）であってもよい。
【００３８】
図２に示す点Ｐ４は、パッチ部４０が同軸ケーブル２００の内部導体（いわゆる芯線）２１０と電気的に接続される点（以降、給電点）を表している。内部導体２１０とパッチ部４０とは、直接接続されていても良いし、マイクロストリップ線路や、導電性のピン、基板１０に設けられたビアを介して間接的に接続されていてもよい。
【００３９】
なお、本実施形態では一例として、パッチ部４０の中心に給電点Ｐ４を設ける態様とするが、これに限らない。給電点Ｐ４の位置は適宜決定されればよい。また、パッチ部４０に切り欠き部４１を設けるのではなく、給電点Ｐ４を２箇所に設ける方式（いわゆる二点給電方式）によって、円偏波を送受信させてもよい。
【００４０】
アース素子５０は、基板１０の上面において第１外縁部２１及び第２外縁部２２と所定の間隔Ｄをおいて対向するように、Ｌ字型に形成された線状の導体素子である。換言すれば、アース素子５０は、Ｘ軸に平行となるように形成された線状の導体素子と、Ｙ軸に平行となるように形成された線状の導体素子とを接続した線状導体素子である。便宜上、第１外縁部２１と対向する部分を第１素子部５１、第２外縁部２２と対向する部分を第２素子部５２と称する。
【００４１】
第１素子部５１、第２素子部５２はそれぞれ電気的に対象波長の４分の１に相当する長さんに形成されている。つまり、アース素子５０の全長は、電気的に対象波長の２分の１（つまり半分）となるように形成されている。
【００４２】
間隔Ｄは、対象波長の実効長に対して十分に小さければ良く、具体的な値はシミュレーションや試験（以降、試験等）によって適宜決定されれば良い。本実施形態では一例として、対象波長の５０分の１に相当する長さとする。アース素子５０自体の幅も、対象波長の実効長に対して十分に小さければ良く、その具体的な値は適宜設計されればよい。
【００４３】
なお、アース素子５０とメイングランド部２０との間隔Ｄが対象波長に対して大きすぎると、アース素子５０が独立したアンテナエレメントとして励振し、アンテナ装置１全体としての特性（指向性や利得）を乱してしまう。そのため、間隔Ｄは、対象波長の５０分の１以下とすることが好ましい。
【００４４】
ブリッジ部６０は、アース素子５０とメイングランド部２０とを接続する導電性の部材である。ブリッジ部６０は、アース素子５０の中央に位置する素子中央部５３と、メイングランド部２０の第１角部とを接続するように形成されている。メイングランド部２０の第１角部とは、第１外縁部２１と第２外縁部２２とが接続する部分である。アース素子５０の中央とは、一端から他端までの中間に位置する部分を指す。
【００４５】
同軸ケーブル２００は、以上のように構成された本体部１００に対して、アース素子５０と交差し、かつ、外部導体２２０がアース素子５０と容量結合するように取り付けられている。ここでは同軸ケーブル２００は本体部１００の底面に対して、同軸ケーブル２００の保護被膜（いわゆるシース）が密着するように取り付けられているものとする。本体部１００の底面とは、基板１０の下面や、サブグランド部２０Ａを含む面である。
【００４６】
本体部１００に対する同軸ケーブル２００の係止は、はんだづけや、かしめによって実現されば良い。前述の外部導体接続部８０も、同軸ケーブル２００を本体部１００に係止するために寄与する。また、金具等を用いて本体部１００に対して同軸ケーブル２００を係止してもよい。種々の方法によって本体部１００に対する同軸ケーブル２００の引出し位置は固定されている。
【００４７】
本実施形態では一例として同軸ケーブル２００は、第２素子部５２の中点Ｐ５の下方を通るように本体部１００の底面に取り付けられているものとする。中点Ｐ５が、平面視において同軸ケーブル２００とアース素子５０とが交差する点（以降、交差点）に相当する。素子中央部５３から中点Ｐ５までの距離は全長の４分の１に相当するため、素子中央部５３から中点Ｐ５までの距離は、電気的に対象波長の８分の１に相当する。つまり、本実施形態における同軸ケーブル２００は、アース素子５０の素子中央部５３から電気的に対象波長の８分の１に相当する距離だけ離れた位置で、アース素子５０と交差するように本体部１００に取り付けられている。
【００４８】
なお、本実施形態では一例として交差点が第２素子部５２の中点Ｐ５となるように同軸ケーブル２００を本体部１００に取り付けた態様を開示しているが、これに限らない。例えば交差点は、中点Ｐ５からＹ軸方向にずれていてもよい。また、同軸ケーブル２００は、第１素子部５１と交差するように取り付けられていてもよい。
【００４９】
さらに、同軸ケーブル２００は、アース素子５０と外部導体２２０とが容量結合するように取り付けられていればよく、必ずしも本体部１００と密着して取り付けられている必要はない。同軸ケーブル２００と本体部の底面との間には、アース素子５０と外部導体２２０とが容量結合する範囲において外所定の離隔が設けられていても良い。
【００５０】
なお、アース素子５０と外部導体２２０とが容量結合するこれらの離隔の最大値は、送受信の対象とする電波の周波数（つまり対象周波数）に応じて定まる。アース素子５０と外部導体２２０とが容量結合しうる離隔の値域は、実試験やシミュレーション等によって特定されればよく、その値域の中で所望の結合度合いを得られる離隔を採用すればよい。
【００５１】
また、同軸ケーブル２００は、基板１０の上面に取り付けられていてもよい。その場合には、ストリップ線路によって給電点や接地点が形成されるものとする。また、ストリップ線路を用いて外部導体２２０とサブグランド部２０Ａとを接続する場合には、当該ストリップ線路がアース素子５０と交差するように形成するものとする。
【００５２】
＜アンテナ装置１の作動＞
次に、本実施形態のアンテナ装置１の作動及び効果について、比較構成として、一般的な（換言すればアース素子５０を備えない）パッチアンテナを用いて説明する。なお、アンテナ装置１が電波を放射する際の作動と、電波を受信する際の作動は、互いに可逆性を有する。したがって、ここでは電波を放射する際の作動について説明し、電波を受信する際の作動についての説明は省略する。
【００５３】
一般的に、パッチアンテナのパッチ部に放射電流が流れると、グランド部には放射電流とは逆向きのイメージ電流が発生する。図５は、比較構成における電波放射時の電流分布を表した図である。
【００５４】
便宜上、図５では比較構成に対しても、本実施形態におけるアンテナ装置１が備える部材に対応する部材については同一の符号を付与して図示している。図中の実線矢印は、パッチ部４０を流れる電流（つまり放射電流）を表しており、破線矢印は、放射電流によってメイングランド部２０に誘起される電流（つまりイメージ電流）を表している。
【００５５】
このような比較構成において、メイングランド部２０の面積が相対的に小さいと、イメージ電流が同軸ケーブル２００の外部導体２２０に漏洩する。外部導体２２０にイメージ電流が漏洩することで、同軸ケーブル２００から電波が放射されるようになり、指向性を乱してしまう。
【００５６】
本実施形態のアンテナ装置１もまた、メイングランド部２０、サブグランド部２０Ａ、及びパッチ部４０によって、周知のパッチアンテナとして動作する。そのため、パッチ部４０に放射電流が流れると、メイングランド部２０には放射電流とは逆向きのイメージ電流が発生する。
【００５７】
しかしながら、本実施形態ではメイングランド部２０の外周に沿って、アース素子５０を設けている。アース素子５０は、電気的に対象波長の半波長に相当する長さに形成されているため、メイングランド部２０に発生したイメージ電流は、ブリッジ部６０を通ってアース素子５０へと流れこみやすい。メイングランド部２０に発生したイメージ電流にとっては、同軸ケーブル２００よりもアース素子５０のほうがインピーダンスが小さく振る舞うためである。
【００５８】
また、同軸ケーブル２００は、外部導体２２０がアース素子５０と容量結合する位置関係で配置されている。さらに、外部導体２２０においてアース素子と容量結合している部分（以降、容量結合部）からみて、無線通信機と接続されている側よりも、メイングランド部２０を含む本体部１００と接続している側のほうが入力インピーダンスは小さい。そのため、アース素子５０に流れ込んだイメージ電流は、外部導体２２０を通って接地点からサブグランド部２０Ａへ戻り、更にはメイングランド部２０へと戻る。
【００５９】
また、メイングランド部２０の第２外縁部２２近傍領域では、イメージ電流の進行方向はアース素子５０へ流れ込む方向となる。つまり、第２外縁部２２近傍領域では、アース素子５０の第２素子部５２を流れる電流とは逆向きにイメージ電流が流れる。その結果、図６に示すように、ブリッジ部６０、アース素子５０の第２素子部５２、外部導体２２０、及びメイングランド部２０の第２外縁部２２を通る、ループ状の電流経路が形成される。
【００６０】
メイングランド部２０に発生したイメージ電流が上述した電流経路を還流することによって、イメージ電流は熱となって減衰していく。その結果、本体部１００から同軸ケーブル２００の外部導体２２０への漏洩する電流が低減される。
【００６１】
なお、グランド架橋部７０によって実現されるグランド接続点は、メイングランド部２０の中心よりも、第２外縁部２２側となる領域に配置されていればよい。ただし、グランド接続点は第２外縁部２２近傍に設けられていることがより好ましい。例えばグランド接続点は、Ｙ軸方向において、第２外縁部２２から電気的に対象波長の２０分の１以内となる領域に設けられていることが好ましい。そのような態様によれば、メイングランド部２０に流れるイメージ電流を第２外縁部２２に集中させることができ、上述した効果を高めることができるためである。
【００６２】
図７は、シミュレーション等の試験によって得られた、本実施形態のアンテナ装置１の指向性と、比較構成の指向性とを表した図である。図７における実線が本実施形態のアンテナ装置１の指向性を、破線が比較構成の指向性をそれぞれ表している。なお、何れの構成も、同軸ケーブルを取り外した状態において０°方向の利得が最大となるように設計されている。０°方向は、Ｚ軸の正方向に相当する。
【００６３】
図７に示すように、比較構成では、同軸ケーブル２００の外部導体２２０に流れる漏洩電流によって、放射利得が最大となる方向（以降、最大放射方向）が同軸ケーブル２００を引き出している方向である９０°方向に傾斜してしまっている。また、図示は省略しているが、試験等によって同軸ケーブル２００が長くなるほど、最大放射方向が９０°方向に傾いていくことが確認されている。一方、本実施形態の構成によれば、図７において実線で示すように、最大放射方向が０°方向に維持することができる。
【００６４】
また、図８は、本実施形態と比較構成のそれぞれにおいて、同軸ケーブル２００の外部導体２２０上を流れる漏洩電流の強度分布を測定した結果を表した図である。縦軸は、外部導体２２０とサブグランド部２０Ａとの接続点からの距離を表しており、縦軸は、電流振幅を表している。なお、電流の振幅は給電点での電流値で正規化している。実線が本実施形態の特性を、破線が比較構成の特性をそれぞれ表している。
【００６５】
図８に示す結果からも、本実施形態によれば同軸ケーブル２００の外部導体２２０への電流の漏洩を抑制できる事がわかる。特に、接続点からの距離が８０ｍｍ以上となる領域では、比較構成に比べて４０ｄＢ程度抑制できることが分かる。
【００６６】
また、以上の構成では、上記の効果を得るためにシュペルトップ等のバランは不要である。そのため、バランを導入することに伴う装置全体としての大型化を抑制することができる。つまり、以上の構成によれば、アンテナ装置１の小型化と同軸ケーブル２００の外部導体２２０への漏洩電流の抑制を両立することができる。また、バランを導入することに伴う製造コストの増大も回避することができる。
【００６７】
上述したアンテナ装置１は、例えば、ＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System）で用いられる測位衛星から送信される電波を受信するＧＮＳＳ受信機として用いることができる。また、上述したアンテナ装置１は、道路利用料金課金システムで用いられる周波数帯の電波を送受信するために利用されても良い。道路利用料金課金システムは、車両に搭載された無線通信機と、有料道路の出入り口に設けられている通信装置とが無線通信を実施することで有料道路の利用料金の精算処理を実施するシステムである。道路利用料金課金システムとしては、例えば、ＥＴＣ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｔｏｌｌ  Ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ：登録商標）システムが知られている。
【００６８】
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、以降で述べる種々の変形例も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。
【００６９】
なお、前述の実施形態で述べた部材と同一の機能を有する部材については、同一の符号を付し、その説明を省略する。また、構成の一部のみに言及している場合、他の部分については先に説明した実施形態の構成を適用することができる。
【００７０】
［変形例１］
以上では対象周波数を１．５７５ＧＨｚとする態様を例示したが、対象周波数は、５．８ＧＨｚや、２．４ＧＨｚ、７００ＭＨｚなど、任意の周波数を採用することができる。さらに、以上では円偏波を送受信するための構成を開示したが、これに限らない。水平偏波や垂直偏波といった直線偏波を送受信する構成としてもよい。
【００７１】
［変形例２］
上述した実施形態では、第２素子部５２の中点Ｐ５の下方又は上方において、同軸ケーブル２００とアース素子５０とが交差するように、同軸ケーブル２００を本体部１００に取り付けた態様を開示したが、これに限らない。
【００７２】
平面視において同軸ケーブル２００とアース素子５０とが交差する点（つまり交差点）は、ブリッジ部６０とアース素子５０との接続部（つまり素子中央部５３）から離れた位置とすることが好ましい。交差点を素子中央部５３から離れた位置とするほど、図９に示すように、イメージ電流が還流する経路長が長くなり、イメージ電流を熱に変換する効果が高くなる。換言すれば、同軸ケーブル２００の外部導体２２０への漏洩電流を抑制する効果を高めることができる。
【００７３】
なお、図９では、グランド架橋部７０と外部導体接続部８０とを平面視において重なる位置に設けた態様を示している。パッチ部４０への給電は、内部導体２１０から延設されたマイクロストリップ線路（図示略）によって実現されればよい。
【００７４】
［変形例３］
上述した実施形態では、基板１０の下面にもグランド電位を提供する導体パターン（つまり、サブグランド部）を設ける態様を例示したが、これに限らない。図１０に示すようにサブグランド部２０Ａを備えずに、グランド電位を提供する導体パターンとしてメイングランド部２０のみを備える態様を採用してもよい。その場合、メイングランド部２０と外部導体２２０との接続点が請求項に記載のグランド接続点に相当する。
【００７５】
［変形例４］
上述した実施形態では本体部１００を、パッチアンテナとして動作するように構成した態様を例示したが、これに限らない。換言すれば、放射素子は平板状の部材でなくともよい。
【００７６】
例えば図１１に示すように、本体部１００が備える放射素子は、メイングランド部２０に立設するように設けられた線状の導体素子９１であってもよい。つまり、本体部１００はモノポールアンテナとして動作するように構成されていてもよい。また、本体部１００が備える放射素子は、図１２に示すように、基板１０に設けられた線状の導体素子９２であってもよい。
【００７７】
［変形例５］
上述した実施形態ではアース素子５０をＬ字型とした態様を例示したが、これに限らない。アース素子５０は、メイングランド部２０の外縁部に沿って、電気的に対象波長の半波長に相当する長さを有するように形成されていれば良い。したがって、アース素子５０は、例えば図１３に示すようにコの字型（換言すれば角括弧状）に配置してもよい。
【００７８】
また、アース素子５０の形状は、メイングランド部２０の平面形状に応じて決定されれば良く、仮にメイングランド部２０が図１４に示すように円形である場合には、アース素子５０は円弧状に形成すればよい。いずれの態様においても、アース素子５０は、その中央部においてメイングランド部２０と電気的に接続されているものとする。
【００７９】
メイングランド部２０の平面形状は、前述のとおり、長方形や、五角形、六角形などの多角形や、円、楕円など、種々の形状を採用することができる。また、それらの図形の一部に切り欠き部を設けたり、角部を丸めたりした形状も採用することができる。なお、図１３、図１４においては、パッチ部４０や同軸ケーブル２００等の図示を省略している。
【００８０】
［変形例６］
さらに、アース素子５０は、例えば図１５に示すようにコイル５４が挿入されることで、全体としての物理的な長さが短縮されていてもよい。コイル５４が備えるべきインダクタンスは適宜設計されればよい。なお、図１５においては、パッチ部４０や同軸ケーブル２００等の図示を省略している。
【符号の説明】
【００８１】
１００  本体部（アンテナ本体部）、２００  同軸ケーブル、１０  基板、２０  メイングランド部（グランド部）、２０Ａ  サブグランド部、２１  第１外縁部（アース対向縁部）、２２  第２外縁部（アース対向縁部）、３０  支持部、４０  パッチ部、５０  アース素子、５１  第１素子部、５２  第２素子部、５３  素子中央部、６０  ブリッジ部、７０  グランド架橋部、８０  外部導体接続部、９１・９２  導体素子（放射素子）
【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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【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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