(57)【要約】【課題】導体に囲まれた設置スペースに取り付けることが可能なアンテナを提供する。【解決手段】アンテナは、導電性を有し、一端（１２ａ）にて給電され、かつ、他端が開放端となり、無線電波を放射または受信する放射導体（１２）と、導電性を有し、放射導体（１２）の一端側に設けられ、かつ、接地される第１の接地導体（１１）と、導電性を有し、第１の接地導体（１１）と電気的に接続され、かつ、放射導体（１２）の周囲において放射導体（１２）の延伸方向を軸方向とする筒状に形成される第２の接地導体（１３）とを有し、第１の接地導体（１１）及び第２の接地導体（１３）の少なくとも一方は、アンテナが設置される部材を形成する導体と電界結合可能に形成される。【選択図】図１
2019047328.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アンテナであって、
導電性を有し、一端にて給電され、かつ、他端が開放端となり、無線電波を放射または受信する放射導体と、
導電性を有し、前記放射導体の前記一端側に設けられ、かつ、接地される第１の接地導体と、
導電性を有し、前記第１の接地導体と電気的に接続され、かつ、前記放射導体の周囲において前記放射導体の延伸方向を軸方向とする筒状に形成される第２の接地導体と、
を有し、
前記第１の接地導体及び前記第２の接地導体の少なくとも一方は、前記アンテナが設置される部材を形成する導体と電界結合可能に形成される、
アンテナ。
【請求項２】
前記放射導体は、前記放射導体の延伸方向に沿って、前記他端に近づくほど前記延伸方向に直交する面におけるサイズが大きくなるように形成される、請求項１に記載のアンテナ。
【請求項３】
前記第２の接地導体の前記第１の接地導体と反対側の端部に、前記放射導体側へ向けて突起する突起部が形成される、請求項１または２に記載のアンテナ。
【請求項４】
前記第１の接地導体は平板状に形成され、
前記第２の接地導体は、当該第２の接地導体の一端にて前記第１の接地導体の外周と電気的に接続され、
前記放射導体は、前記一端を含み、かつ、前記第１の接地導体と略平行な平板部分と、前記他端を含み、前記平板部分の外周に沿って筒状に形成される筒状部分とを有する、請求項１に記載のアンテナ。
【請求項５】
前記放射導体の延伸方向における前記第２の接地導体の長さが、前記放射導体の前記一端から前記他端までの長さ以下となるように前記第２の接地導体が形成される、請求項１〜４の何れか一項に記載のアンテナ。
【請求項６】
前記アンテナのインピーダンスを所定のインピーダンスに整合させる整合素子をさらに有し、前記整合素子は、前記第１の接地導体と前記放射導体の前記一端との間の導体によるパターンとして形成される、請求項１〜５の何れか一項に記載のアンテナ。
【請求項７】
アンテナと、
前記アンテナを介して無線電波を放射または受信する信号処理回路とを有し、
前記アンテナは、
導電性を有し、一端にて給電され、かつ、他端が開放端となり、無線電波を放射または受信する放射導体と、
導電性を有し、前記放射導体の前記一端側に設けられ、かつ、接地される第１の接地導体と、
導電性を有し、前記第１の接地導体と電気的に接続され、かつ、前記放射導体の周囲において前記放射導体の延伸方向を軸方向とする筒状に形成される第２の接地導体と、
を有し、
前記第１の接地導体及び前記第２の接地導体の少なくとも一方は、前記アンテナが設置される部材を形成する導体と電界結合可能に形成される、
通信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、アンテナ及びアンテナを有する通信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、無線電波の送信または受信を行う様々な用途においてアンテナが利用されている。特に、アンテナの設置面と平行な方向に対して比較的強い放射パターンを持つアンテナの一つとして、モノポールアンテナが利用される。しかし、場合によっては、アンテナを設置するために利用可能なスペースが限られるため、モノポールアンテナを設置することが困難なことがある。そこで、小型化可能なモノポールアンテナが提案されている（例えば、特許文献１を参照）。このモノポールアンテナは、接地導体と、接地導体の表面に位置する給電部と、給電部に接続されたアンテナ素子と、アンテナ素子を含む空間の周囲をアンテナ素子から離間して囲む側面導体と、アンテナ素子を挟んで接地導体に対向する天井導体を有する。
【０００３】
また、接地環境によっては、アンテナの周囲が導体で囲まれることもある。このような場合、アンテナの周囲の導体の影響により、アンテナの放射特性が所望の特性を満たさないことがある。そこで、マンホールカバーに埋め込まれることを前提として設計される、中心で給電される円形状のパッチと、二つの短絡ストリップとを有するモノポールアンテナが提案されている（例えば、非特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−３０８６３０号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Eun-Suk Yang他、「A Low Profile Circular Patch Loaded Monopole Antenna Embedded in a Manhole Cover」
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
非特許文献１に記載のモノポールアンテナについても、所望の放射特性を得るために、マンホールカバーとパッチとは、ある程度離して配置することが求められるので、ある程度のサイズを持った設置スペースが必要となる。しかし、場合によっては、周囲の導体とパッチとの間に、十分な間隔が取れないことがある。
【０００７】
一つの側面では、本発明は、導体に囲まれた設置スペースに取り付けることが可能な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】
【０００８】
一つの実施形態によれば、アンテナが提供される。このアンテナは、導電性を有し、一端にて給電され、かつ、他端が開放端となり、無線電波を放射または受信する放射導体と、導電性を有し、放射導体の一端側に設けられ、かつ、接地される第１の接地導体と、導電性を有し、第１の接地導体と電気的に接続され、かつ、放射導体の周囲において放射導体の延伸方向を軸方向とする筒状に形成される第２の接地導体とを有し、第１の接地導体及び第２の接地導体の少なくとも一方は、アンテナが設置される部材を形成する導体と電界結合可能に形成される。
【０００９】
また他の実施形態によれば、通信装置が提供される。この通信装置は、アンテナと、そのアンテナを介して無線電波を放射または受信する信号処理回路とを有し、アンテナは、導電性を有し、一端にて給電され、かつ、他端が開放端となり、無線電波を放射または受信する放射導体と、導電性を有し、放射導体の一端側に設けられ、かつ、接地される第１の接地導体と、導電性を有し、第１の接地導体と電気的に接続され、かつ、放射導体の周囲において放射導体の延伸方向を軸方向とする筒状に形成される第２の接地導体とを有し、第１の接地導体及び第２の接地導体の少なくとも一方は、アンテナが設置される部材を形成する導体と電界結合可能に形成される。
【発明の効果】
【００１０】
一つの側面では、アンテナは、導体に囲まれた設置スペースに取り付けることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】（ａ）は、一つの実施形態によるアンテナの斜視図である。（ｂ）は、（ａ）に示されるアンテナの矢印ＡＡ’で示される方から見た側面断面図である。
【図２】（ａ）は、一つの実施形態によるアンテナの特性の電磁界シミュレーションに使用した各部の寸法を示す、アンテナの斜視図である。（ｂ）は、一つの実施形態によるアンテナの特性の電磁界シミュレーションに使用した各部の寸法を示す、アンテナの側面断面図である。
【図３】電磁界シミュレーションにより求めた、一つの実施形態によるアンテナ及び比較例によるモノポールアンテナのS11パラメータの周波数特性を示す図である。
【図４】電磁界シミュレーションにより求めた、一つの実施形態によるアンテナ及び比較例によるモノポールアンテナの天面に平行な面における実利得の角度特性を示す図である。
【図５】（ａ）は、一つの実施形態によるアンテナが埋め込まれるマンホールカバーの一例の概略斜視図である。（ｂ）は、一つの実施形態によるアンテナが埋め込まれる窪み部分の概略断面図である。
【図６】電磁界シミュレーションにより求めた、図５（ａ）及び図５（ｂ）に示される、マンホールカバーに埋め込まれたアンテナの放射パターンを示す図である。
【図７】（ａ）は、変形例によるアンテナの斜視図である。（ｂ）は、（ａ）に示されるアンテナの矢印ＢＢ’で示される方から見た側面断面図である。（ｃ）は、整合素子として形成されるパターンの一例を示す図である。
【図８】電磁界シミュレーションにより求めた、変形例によるアンテナのS11パラメータの周波数特性を示す図である。
【図９】他の変形例によるアンテナの斜視図である。
【図１０】（ａ）は、さらに他の変形例によるアンテナの斜視図である。（ｂ）は、（ａ）に示されるアンテナの矢印ＣＣ’で示される方から見た側面断面図である。
【図１１】（ａ）は、さらに他の変形例によるアンテナの斜視図である。（ｂ）は、（ａ）に示されるアンテナの矢印ＤＤ’で示される方から見た側面断面図である。
【図１２】上記の実施形態またはその変形例の何れかによるアンテナを有する通信装置の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図を参照しつつ、アンテナについて説明する。このアンテナは、導体で形成される部材内に埋め込むことが可能なように、放射導体の一端側に設けられる、平板状の第１の接地導体と、第１の接地導体と電気的に接続され、放射導体の周囲を筒状に囲むように形成される第２の接地導体とを有する。そして第１の接地導体及び第２の接地導体の少なくとも一方は、導体で形成される周囲の部材と電界結合可能となっている。なお、第１の接地導体及び第２の接地導体の少なくとも一方と電界結合する導体は、金属に限られず、水などの通電性を有する液体、グラファイト、人体または動物の体であってもよい。
【００１３】
なお、以下では、説明の便宜上、第１の接地導体が設けられる側の面を底面と呼び、放射導体を挟んで底面と対向する側の面を天面と呼ぶ。
【００１４】
図１（ａ）は、一つの実施形態によるアンテナの斜視図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）に示されるアンテナの矢印ＡＡ’で示される方から見た側面断面図である。
【００１５】
アンテナ１は、いわゆるモノポールアンテナであり、第１の接地導体１１と、放射導体１２と、第２の接地導体１３と、整合素子１４とを有する。
【００１６】
第１の接地導体１１は、接地される導体の一例であり、例えば、銅、あるいは金などの金属製の導体または他の導体により円盤状に形成され、かつ、接地される。そして第１の接地導体１１の略中央には、放射導体１２に給電する信号線（例えば、同軸ケーブル）を通すための孔が形成されている。そして例えば、第１の接地導体１１は、放射導体１２に給電する同軸ケーブルの外部導体と接続される。
【００１７】
放射導体１２は、例えば、銅、あるいは金などの金属製の導体または他の導体により、第１の接地導体１１の略中心から、第１の接地導体１１の法線方向に沿って天面側へ延伸するように形成され、無線電波を放射または受信する。すなわち、本実施形態では、放射導体１２の延伸方向は、第１の接地導体１１の法線方向に対して平行となる。また本実施形態では、放射導体１２は、底面側の一端から天面側の他端へ向けて、放射導体１２の法線方向に沿って延伸される棒状部分１２ｂと、棒状部分１２ｂよりも天面側に位置し、円錐形状を有する円錐状部分１２ｃとを有する。円錐状部分１２ｃは、天面側の他端に近づくにつれて、放射導体１２の延伸方向と直交する面における面積が大きくなるように形成される。なお、放射導体１２は、円錐状部分１２ｃは、三角錐、四角錐あるいは六角錐といった多角錐状に形成されてもよい。放射導体１２がこのように形成されることで、アンテナ１が使用可能な周波数帯域が広帯域化されるとともに、放射導体１２を短くできる。そして放射導体１２は、底面側の一端である給電点１２ａにて、第１の接地導体１１の中心に形成された孔を通る同軸ケーブルを介して給電される。そして放射導体１２の天面側の端部は開放端となる。また、放射導体１２は、第１の接地導体１１の法線方向に沿って、アンテナ１が放射または受信する無線電波の周波数（以下、動作周波数と呼ぶ）に対応する設計波長の略1/4または設計波長の略1/4より若干短い長さを持つ。これにより、放射導体１２は、設計波長に対応する周波数の無線電波を放射または受信できる。
【００１８】
第２の接地導体１３は、例えば、銅、あるいは金などの金属製の導体または他の導体により、放射導体１２と間隔を空け、かつ放射導体１２の周囲を囲うように、放射導体１２の延伸方向を軸方向とする円筒状に形成される。本実施形態では、第２の接地導体１３は、底面側の一端にて第１の接地導体１１の外周と電気的に接続される。そのため、第２の接地導体１３も接地される。なお、第２の接地導体１３は、底面側の端部における内径と天面側の端部における内径とが等しくなるように形成されてもよく、あるいは、底面側の端部における内径よりも天面側の端部における内径が広くなるように形成されてもよい。例えば、第２の接地導体１３は、天面側に近づくにつれて内径が広くなるように、テーパ状に形成されてもよく、あるいは、ステップ状に形成されてもよい。なお、第１の接地導体１１と第２の接地導体１３とは、一体的に形成されてもよい。
【００１９】
また、放射導体１２の延伸方向において、第２の接地導体１３の長さは、放射導体１２の長さと等しいか、あるいは短いことが好ましい。これにより、放射導体１２から放射される無線電波が第２の接地導体１３に遮られ難くなるので、アンテナ１の利得の低下が抑制される。一方、動作周波数においてアンテナ１が共振するために、放射導体１２の延伸方向において第２の接地導体１３が短くなるほど、放射導体１２の天面側の端部における直径が大きくなり、アンテナ１が埋め込まれる部材に近づく。そのため、放射導体１２の延伸方向における第２の接地導体１３の長さは、放射導体１２がアンテナ１が埋め込まれる部材と電界結合しない程度の長さ、例えば、放射導体１２の延伸方向における、放射導体１２の長さの半分以上となることが好ましい。
【００２０】
さらに、第１の接地導体１１及び第２の接地導体１３の少なくとも一方は、アンテナ１が設置される部材を形成する導体と電界結合可能となっている。すなわち、第１の接地導体１１がアンテナ１よりも底面側に位置する導体と電界結合しているか、または、第２の接地導体１３がその外周に位置する導体と電界結合している状態で、動作周波数にてアンテナ１のインピーダンスが所定のインピーダンスと整合する。これにより、アンテナ１は、導体で形成される部材で底面側の端部及び第２の接地導体１３の外周が囲まれるように設置されることが可能となる。
【００２１】
整合素子１４は、アンテナ１が導体で形成される部材内に埋め込まれた状態でアンテナ１のインピーダンスが所定のインピーダンス（例えば、50Ω）と整合するように、放射導体１２の給電点１２ａに設けられる。整合素子１４は、集中定数素子とすることができる。この場合、整合素子１４は、例えば、インダクタンス成分を持つ、コイルといったインダクタンス素子、あるいは、容量成分を持つ容量素子とすることができる。また、整合素子１４は、例えば、第１の接地導体１１と同じ面において導体のパターンにより形成される、インターデジタル型の分布定数回路であってもよい。なお、放射導体１２と第２の接地導体１３間の間隔、または、放射導体１２のサイズによっては、整合素子１４がなくても、アンテナ１のインピーダンスは所定のインピーダンスとなることがある。このような場合、整合素子１４は省略されてもよい。
【００２２】
なお、放射導体１２と第２の接地導体１３とは、空気で隔てられてもよい。あるいは、第１の接地導体１１、放射導体１２及び第２の接地導体１３を固定するために、第１の接地導体１１と第２の接地導体１３とで囲まれる、放射導体１２の周囲の部分に誘電体が充填されてもよい。また、第２の接地導体１３の周囲にも、誘電体が設けられてもよい。
【００２３】
以下、電磁界シミュレーションにより求めた、アンテナ１のアンテナ特性について説明する。
図２（ａ）は、アンテナ１の特性の電磁界シミュレーションに使用した各部の寸法を示す、アンテナ１の斜視図である。図２（ｂ）は、アンテナ１の特性の電磁界シミュレーションに使用した各部の寸法を示す、アンテナ１の側面断面図である。この電磁界シミュレーションにおいて、アンテナ１の動作周波数は920MHzである。また、放射導体１２の延伸方向をz軸とし、z軸と直交する面、すなわち、天面と平行な面において互いに直交する二つの軸を、それぞれ、x軸、y軸とした。
【００２４】
この電磁界シミュレーションでは、アンテナ１は、放射導体１２を中心とする、半径30mm、放射導体１２の延伸方向における長さ60mmの円柱状の誘電体内に埋め込まれるものとした。そして誘電体の比誘電率εr=4.2、誘電正接tanδ=0.003とした。
【００２５】
またこの電磁界シミュレーションでは、比較例として、アンテナ１から第２の接地導体１３を省略したモノポールアンテナのアンテナ特性も調べた。そしてアンテナ１及び比較例によるモノポールアンテナは、それぞれ、底面及び誘電体の外周が導体に囲まれ、かつ、その導体と接触するように配置されるものとした。
【００２６】
また、第１の接地導体１１の直径を52mmとし、厚さを0.03mmとした。また、第２の接地導体１３の底面側から2mmまでの部分の内径を52mmとし、その部分よりも天面側の部分の内径を54mmとし、厚さを0.02mmとした。また、放射導体１２の延伸方向に沿った第２の接地導体１３の長さを56mmとした。さらに、放射導体１２の延伸方向の長さを60mmとし、棒状部分の直径を2mmとし、放射導体１２の延伸方向における棒状部分の長さを2.5mmとした。さらにまた、放射導体１２の天面における直径を45.5mmとした。そして整合素子１４は、放射導体１２と並列に接続される、0.8pFの静電容量を持つ容量素子と、放射導体１２と、アンテナ１に無線電波を放射させる通信回路（図示せず）との間に直列に接続される、0.4pFの静電容量を持つ容量素子とを有するものとした。
【００２７】
図３は、電磁界シミュレーションにより求めた、アンテナ１及び比較例によるモノポールアンテナのS11パラメータの周波数特性を示す図である。図３において、横軸は周波数を表し、縦軸はS11パラメータを表す。そしてグラフ３０１は、参考として、比較例によるモノポールアンテナが空中に設置された場合のS11パラメータの周波数特性を表し、グラフ３０２は、比較例によるモノポールアンテナが導体に囲まれるように設置された場合のS11パラメータの周波数特性を表す。さらに、グラフ３０３は、アンテナ１のS11パラメータの周波数特性を表す。
【００２８】
グラフ３０１に示されるように、比較例によるモノポールアンテナのS11パラメータは、モノポールアンテナが空中に設置される場合には動作周波数920MHzを含む広い周波数帯域でインピーダンス整合される。しかし、グラフ３０２に示されるように、比較例によるモノポールアンテナは、導体に囲まれるように設置されると、0.5GHz〜1.5GHzの周波数帯域にわたってS11パラメータは略0dBとなっており、インピーダンス整合がなされていないことが分かる。これに対して、グラフ３０３に示されるように、アンテナ1のS11パラメータは、動作周波数である920MHzにおいて-4dB以下となり、アンテナ１が動作周波数にて良好にインピーダンス整合されていることが分かる。
【００２９】
図４は、電磁界シミュレーションにより求めた、アンテナ１及び比較例によるモノポールアンテナの天面に平行な面における実利得の角度特性を示す図である。図４において、横軸はx軸に対する角度を表し、縦軸は利得の角度特性を表す。そしてグラフ４０１は、比較例によるモノポールアンテナの利得を表し、グラフ４０２は、アンテナ１の利得の角度特性を表す。
【００３０】
グラフ４０１に示されるように、比較例によるモノポールアンテナの利得は、角度によらず-20dB以下となっており、ほぼ無線電波を放射しないことが分かる。これに対して、グラフ４０２に示されるように、アンテナ１は、底面及び外周が導体に囲まれるように設置されても、角度によらず、略-6dBの利得を持つことが分かる。すなわち、アンテナ１は、天面に平行な面に沿って無指向性の放射パターンを持つことが分かる。
【００３１】
本実施形態によるアンテナ１は、上記のように、例えば、マンホールカバーといった導体で形成される部材に埋め込んで使用される。
図５（ａ）は、本実施形態によるアンテナ１が埋め込まれるマンホールカバーの一例の概略斜視図である。図５（ｂ）は、アンテナ１が埋め込まれる窪み部分の概略断面図である。図６は、電磁界シミュレーションにより求めた、図５（ａ）及び図５（ｂ）に示される、マンホールカバーに埋め込まれたアンテナ１の放射パターンを示す図である。この例では、マンホールカバー１００は、導電率σ=5.8x107[S/m]の導体により、直径800mm、厚さ25mmの円盤状に形成される。そしてアンテナ１が埋め込まれる窪み部分１０１は、直径50mmの円柱状の窪みとして形成され、マンホールカバー１００の外周から窪み部分１０１の中心までの距離は75mmである。アンテナ１は、アンテナ１の底面が窪み部分１０１の底面と面するように設置される。
【００３２】
また、動作周波数を920MHzとするために、第１の接地導体１１の直径を32mmとし、第１の接地導体１１の厚さを0.03mmとした。また、第２の接地導体１３の底面側の端部から2mmまでの部分の内径を30mmとし、底面側の端部から2mmの位置での内径を32mmとし、天面側の端部での内径を34mmとし、厚さを0.02mmとした。また、放射導体１２の延伸方向に沿った第２の接地導体１３の長さを19mmとした。さらに、放射導体１２の延伸方向の長さを23mmとし、棒状部分の直径を2mmとし、放射導体１２の延伸方向における棒状部分の長さを7mmとした。さらにまた、放射導体１２の天面における直径を25.1mmとした。そして整合素子１４は、放射導体１２と並列に接続される、0.4nHのインダクタンスを持つインダクタンス素子とした。また、アンテナ１は、放射導体１２を中心とする、直径40mm、放射導体１２の延伸方向における長さ23mmの円柱状の誘電体内に埋め込まれるものとした。そして誘電体の比誘電率εr=2.5、誘電正接tanδ=0.003とした。そしてアンテナ１の底面と窪み部分１０１の底面間の間隔は1mmとした。また、アンテナ１の周囲を囲う誘電体と、窪み部分１０１の側壁との間は空気で満たされるものとした。
【００３３】
図６に示される、アンテナ１の放射パターン６００では、黒くなるほど、利得が大きいことを表す。放射パターン６００に示されるように、アンテナ１は、マンホールカバー１００に埋め込まれた状態にて、天面に平行な面、すなわち、マンホールカバー１００の表面に沿って無指向性の放射パターンを持つことが分かる。
【００３４】
なお、アンテナ１は、マンホールカバーの他の位置に埋め込まれてもよい。例えば、アンテナ１は、マンホールカバーの一方の面の略中心に埋め込まれてもよい。また、アンテナ１が設置される窪み部分の側壁と第２の接地導体１３とが互いに電界結合するほど、窪み部分の直径は小さくてもよい。あるいは、アンテナ１が設置される窪み部分の側壁と第２の接地導体１３とが電界結合しなくなるほど、すなわち、第１の接地導体１１と第２の接地導体１３のうちの第１の接地導体１１のみが電界結合するよう、窪み部分の直径は大きくてもよい。あるいはまた、第１の接地導体１１と第２の接地導体１３のうちの第２の接地導体１３のみが電界結合するよう、アンテナ１が設置される窪み部分の底面と第１の接地導体１１とは離れていてもよい。
【００３５】
以上に説明してきたように、このアンテナでは、放射導体の給電点側に設けられる第１の接地導体と、放射導体の外周を囲むように設けられる第２の接地導体の少なくとも一方が、アンテナ周囲の導体により形成される部材と電界結合可能となっている。そのため、このアンテナは、導体により形成される部材によるアンテナの特性への影響を抑制できるので、導体に囲まれたスペースに設置できる。
【００３６】
なお、放射導体の形状は上記の実施形態に示された形状に限られない。
【００３７】
図７（ａ）は、変形例によるアンテナの斜視図である。図７（ｂ）は、図７（ａ）に示されるアンテナの矢印ＢＢ’で示される方から見た側面断面図である。そして図７（ｃ）は、整合素子１４として第１の接地導体１１が設けられる面に形成される導体のパターンの一例を示す図である。この変形例によるアンテナ２も、上記の実施形態によるアンテナ１と同様に、第１の接地導体１１と、放射導体１２と、第２の接地導体１３と、整合素子１４とを有する。この変形例によるアンテナ２は、アンテナ１と比較して、放射導体１２の形状及び整合素子１４が異なる。そこで以下では、放射導体１２の形状及び整合素子１４について説明する。
【００３８】
この変形例では、放射導体１２は、第１の接地導体１１の法線方向に沿って延伸される棒状部分１２ｂと、棒状部分１２ｂを挟んで第１の接地導体１１と対向し、かつ、第１の接地導体１１と略平行、かつ、円盤状に形成される円盤状部分１２ｄとを有する。そしてこの変形例でも、放射導体１２は、第１の接地導体１１側の一端に形成される給電点１２ａ及び整合素子１４を介して給電される。
【００３９】
この例では、図７（ｃ）に示されるように、整合素子１４は、第１の接地導体１１の略中心に形成され、放射導体１２の給電点１２ａと接続される円形状のパターン１４ａと、パターン１４ａと第１の接地導体１１の間に形成される円弧状のパターン１４ｂを有する。そして放射導体１２は、パターン１４ｂを介して給電される。これにより、パターン１４ａとパターン１４ｂの間に、放射導体１２に対して直列に接続される容量素子が形成されるとともに、パターン１４ｂと第１の接地導体１１との間に、放射導体１２に対して並列に接続される容量素子が形成される。
【００４０】
図８は、電磁界シミュレーションにより求めた、アンテナ２のS11パラメータの周波数特性を示す図である。図８において、横軸は周波数を表し、縦軸はS11パラメータを表す。そしてグラフ８０１は、アンテナ２のS11パラメータの周波数特性を表す。なお、この電磁界シミュレーションにおいて、動作周波数を920MHzとするために、第１の接地導体１１の直径を52mmとし、第１の接地導体１１の厚さを0.03mmとした。また、第２の接地導体１３の底面側の端部における内径を52mmとし、天面側の端部における内径を54mmとし、第２の接地導体１３の厚さを0.02mmとした。また、放射導体１２の延伸方向に沿った第２の接地導体１３の長さを30mmとした。さらに、放射導体１２の延伸方向の長さを34mmとし、棒状部分１２ｂの直径を2mmとした。さらに、放射導体１２の円盤状部分１２ｄの直径を45.5mmとし、厚さを0.03mmとした。また、アンテナ２は、放射導体１２を中心とする、半径30mm、放射導体１２の延伸方向における長さ34mmの円柱状の誘電体内に埋め込まれるものとした。そして誘電体の比誘電率εr=4.2、誘電正接tanδ=0.003とした。さらに、アンテナ２が埋め込まれる誘電体の底面側及び外周は導体（図示せず）により囲まれ、第１の接地導体１１及び第２の接地導体１３は、その導体と電界結合するものとした。また、整合素子１４の円形状のパターン１４ａは、その中心で放射導体１２と接続されるとともに、直径を6mmとした。また、パターン１４ａの中心から円弧状のパターン１４ｂの内側の端辺までの距離を6.6mmとし、パターン１４ａの中心から円弧状のパターン１４ｂの外側の端辺までの距離を8mmとした。さらに、パターン１４ａの中心から第１の接地導体１１のパターン１４と対向する側の辺までの距離を10mmとした。そしてパターン１４ｂは、パターン１４ａと同心円状に形成される、中心角74°の円弧とした。
【００４１】
グラフ８０１に示されるように、動作周波数920MHzにおいて、アンテナ２のS11パラメータは-25dB以下となっており、良好にインピーダンス整合されていることが分かる。また、この電磁界シミュレーションによれば、天面に平行な面におけるアンテナ２の利得は、928MHzで略-3dBとなり、良好な利得が得られた。
【００４２】
図９は、他の変形例によるアンテナの斜視図である。この変形例によるアンテナ３も、上記の実施形態によるアンテナ１と同様に、第１の接地導体１１と、放射導体１２と、第２の接地導体１３と、整合素子１４とを有する。この変形例によるアンテナ３は、アンテナ１と比較して、第１の接地導体１１、放射導体１２及び第２の接地導体１３の形状が異なる。そこで以下では、第１の接地導体１１、放射導体１２及び第２の接地導体１３のそれぞれの形状について説明する。
【００４３】
この変形例では、第１の接地導体１１は、矩形の平板状に形成される。そのため、第２の接地導体１３も、第１の接地導体１１の外周に沿うように、矩形の筒状に形成される。そのため、第１の接地導体１１と第２の接地導体１３により、天面側の一面が開放された箱状に接地導体が形成される。そして第１の接地導体１１及び第２の接地導体１３の少なくとも一方は、アンテナ３が設置される部材を形成する導体と電界結合可能となっている。
【００４４】
また、放射導体１２は、第１の接地導体１１の法線方向に沿って延伸される棒状部分１２ｂと、棒状部分１２ｂを挟んで第１の接地導体１１と対向し、かつ、第１の接地導体１１と略平行、かつ、矩形の平板状に形成される平板状部分１２ｅとを有する。そして上記の実施形態と同様に、棒状部分１２ｂの第１の接地導体１１側の端点が給電点１２ａとなり、平板状部分１２ｅが開放端となる。
【００４５】
この変形例によるアンテナ３も、アンテナ１及びアンテナ２と同様に、第１の接地導体及び第２の接地導体により、他の導体によるアンテナ３の特性への影響を抑制できる。そのため、アンテナ３も、導体により形成される部材に埋め込まれるように設置されても、無線電波を放射または受信できる。
【００４６】
図１０（ａ）は、さらに他の変形例によるアンテナの斜視図である。図１０（ｂ）は、図１０（ａ）に示されるアンテナの矢印ＣＣ’で示される方から見た側面断面図である。この変形例によるアンテナ４は、図９に示されるアンテナ３と比較して、第２の接地導体１３の形状が異なる。そこで以下では、第２の接地導体１３の形状について説明する。
【００４７】
アンテナ４が有する第２の接地導体１３は、第１の接地導体１１と対向する側、すなわち、天面側の端部において、天面に沿って内側へ向けて、すなわち、放射導体１２へ向けて突起する突起部１３ａを有する。第２の接地導体１３が突起部１３ａを有することで、第２の接地導体１３の外側に位置する、アンテナ４の外周に位置する導体による、アンテナ４の特性への影響がより軽減される。
【００４８】
なお、突起部１３ａは、天面に沿って外側へ向けて延伸されるように形成されてもよい。この場合も、アンテナ４の外周に位置する導体による、アンテナ４の特性への影響がより軽減される。
【００４９】
図１１（ａ）は、さらに他の変形例によるアンテナの斜視図である。図１１（ｂ）は、図１１（ａ）に示されるアンテナの矢印ＤＤ’で示される方から見た側面断面図である。この変形例によるアンテナ５も、上記の実施形態によるアンテナ１と同様に、第１の接地導体１１と、放射導体１２と、第２の接地導体１３と、整合素子１４とを有する。この変形例によるアンテナ５は、アンテナ１と比較して、第１の接地導体１１、放射導体１２及び第２の接地導体１３の形状が異なる。そこで以下では、第１の接地導体１１、放射導体１２及び第２の接地導体１３のそれぞれの形状について説明する。
【００５０】
この変形例によるアンテナ５についても、図９に示されるアンテナ２と同様に、第１の接地導体１１は、矩形の平板状に形成される。そのため、第２の接地導体１３も、第１の接地導体１１の外周に沿うように、矩形の筒状に形成される。そのため、第１の接地導体１１と第２の接地導体１３により、天面側の一面が開放された箱状に接地導体が形成される。そして第１の接地導体１１及び第２の接地導体１３の少なくとも一方は、アンテナ５が設置される部材を形成する導体と電界結合可能となっている。
【００５１】
また、放射導体１２も、天面側の一面が開放された箱状に形成され、底面側の面の略中央にある給電点１２ａにて給電される。
【００５２】
この変形例によれば、放射導体１２と第１の接地導体１１との間隔、及び、放射導体１２と第２の接地導体１３との間隔が調整可能となっている。そのため、アンテナ５は、放射導体１２と第１の接地導体１１との間、または、放射導体１２と第２の接地導体１３との間に、容量成分を持たせることができる。そこで、放射導体１２と第１の接地導体１１との間隔または放射導体１２と第２の接地導体１３との間隔を適切に調節することで、放射導体１２がインピーダンス整合させることが可能となる。そのため、アンテナ５において、整合素子１４は省略されてもよい。なお、放射導体１２と第１の接地導体１１との間隔、及び、放射導体１２と第２の接地導体１３との間隔には誘電体が充填されてもよい。
【００５３】
この変形例によるアンテナ５も、上記の実施形態または変形例によるアンテナと同様に、第１の接地導体及び第２の接地導体により、他の導体によるアンテナ５の特性への影響を抑制できる。さらに、この変形例によれば、放射導体１２の内側にスペースがあり、そのスペースに、アンテナ５を介して無線電波を送信したり、あるいは、無線電波を受信するための通信回路を設置することができる。そのため、アンテナ５を用いた通信装置全体のサイズをより小型化できる。
【００５４】
なお、図９〜図１１（ｂ）に示される各変形例によるアンテナ３〜アンテナ５においても、第１の接地導体１１は、円形の平板状に形成され、かつ、第２の接地導体１３は、円筒状に形成されてもよい。また、上記の実施形態及び各変形例によるアンテナにおいて、第１の接地導体１１は、放射導体１２側が凹状となる曲面状に形成されてもよい。この場合も、アンテナは、上記の実施形態及び各変形例と同様に、導体で囲まれるスペースに設置することができる。
【００５５】
また、図１に示されるアンテナ１及び図７（ａ）及び図７（ｂ）に示されるアンテナ２についても、図１０（ａ）及び図１０（ｂ）に示されるように、第２の接地導体１３の天面側の端部に、天面に沿って内側へ向けて延伸される突起部が形成されてもよい。
【００５６】
また、上記の実施形態または変形例によるアンテナにおける、放射導体１２へ給電するための同軸ケーブルといった信号線を通すための孔は、第１の接地導体１１に形成される代わりに第２の接地導体１３に形成されてもよい。あるいは、そのような孔は何れの接地導体にも形成されなくてもよい。この場合には、例えば、放射導体１２へ給電する同軸ケーブルは、給電点１２ａから第１の接地導体１１と第２の接地導体１３の表面に沿って第２の接地導体１３の天面側の端部まで延伸され、その端部を超えてアンテナの外部へ引き出されてもよい。
【００５７】
上記の実施形態または変形例によるアンテナは、導体により、天面側の一端が開放された箱型に形成される筐体に収容されてもよい。そして上記の実施形態または変形例によるアンテナが収容された筐体が、さらに、アンテナの天面側の端部が開放されるように導体により形成される部材に埋め込まれてもよい。この場合、筐体を形成する導体と、筐体が埋め込まれる部材を形成する導体とは、同一であってもよく、あるいは、互いに異なっていてもよい。
【００５８】
図１２は、上記の実施形態またはその変形例の何れかによるアンテナを有する通信装置の概略構成図である。通信装置２００は、例えば、下水水位監視システムに用いられる無線子局であり、例えば、マンホールカバー（図示せず）内に設置される。通信装置２００は、アンテナ２０１と、センサ２０２と、メモリ２０３と、制御回路２０４とを有する。このうち、メモリ２０３及び制御回路２０４は、アンテナ２０１を介して無線信号を放射する信号処理回路２１０の一例である。また、メモリ２０３及び制御回路２０４は、例えば、一つまたは複数の集積回路として形成される。そして信号処理回路２１０は、アンテナ２０１と、例えば、同軸ケーブルにて接続される。
【００５９】
アンテナ２０１は、上記の各実施形態またはその変形例の何れかによるアンテナである。アンテナ２０１は、例えば、導体で形成される部材の一例であるマンホールカバー（図示せず）に対して、天面側が下水道側を向き、かつ、アンテナ２０１の天面側の端部が開放されるように埋め込まれる。なお、アンテナ２０１の天面側の端部も、誘電体でカバーされてもよい。その際、例えば、図５（ａ）に示されるように、アンテナ２０１の第１の接地導体及び第２の接地導体の少なくとも一方がマンホールカバーを形成する導体と電界結合可能なように、アンテナ２０１はマンホールカバーに埋め込まれればよい。そしてアンテナ２０１は、例えば、制御回路２０４から受け取った無線信号を無線電波として、例えば、下水道内、あるいは、電柱などに取り付けられた無線基地局（図示せず）へ向けて放射する。
【００６０】
センサ２０２は、下水道内の水位を検知するセンサであり、水位検出用の様々なセンサの何れかとすることができる。センサ２０２は、所定の周期ごとに水位を検出し、検出した水位を制御回路２０４へ通知する。
【００６１】
メモリ２０３は、不揮発性の半導体メモリ回路を有する。そしてメモリ２０３は、通信装置２００を他の通信装置と識別するためのＩＤコードなどを記憶する。
【００６２】
制御回路２０４は、少なくとも一つのプロセッサを有し、所定の周期ごとに、Bluetooth Low Energy(BLE)（登録商標）といった所定の無線通信規格に従った無線信号を生成する。その際、制御回路２０４は、センサ２０２から通知された最新の水位を表す情報を無線信号に含める。さらに、制御回路２０４は、メモリ２０３から通信装置２００のＩＤコードを読み込み、そのＩＤコードを無線信号に含めてもよい。そして制御回路２０４は、その無線信号をアンテナ２０１へ出力し、アンテナ２０１に、その無線信号を無線電波として放射させる。
【００６３】
なお、通信装置２００は、家畜などの動物の皮膚に埋め込まれる機器であってもよい。この場合には、通信装置２００が有するアンテナは、その天面が開放され、かつ、第１の接地導体及び第２の接地導体の少なくとも一方が、動物の皮膚と電界結合可能なように埋め込まれる。そして通信装置２００は、例えば、動物の生体情報を検出するセンサ（例えば、体温計、血圧計あるいは脈拍計など）を有する。そして通信装置２００の制御回路２０４は、そのセンサにより検出された生体情報を含み、所定の近距離無線通信規格（例えば、Body Area Network）に準拠する無線信号を生成し、生成した無線信号を無線電波としてアンテナ２０１に放射させる。
【００６４】
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】
【００６５】
１−５    アンテナ
１１    第１の接地導体
１２    放射導体
１２ａ    給電点
１２ｂ    棒状部分
１２ｃ    円錐状部分
１２ｄ    円盤状部分
１２ｅ    平板状部分
１３    第２の接地導体
１３ａ    突起部
１４    整合素子
１４ａ    円形状のパターン
１４ｂ    円弧状のパターン
１００    マンホールカバー
１０１    窪み部分
２００    通信装置
２０１    アンテナ
２０２    センサ
２０３    メモリ
２０４    制御回路
２１０    信号処理回路
【図１】
2019047328.tif 000003
【図２】
2019047328.tif 000004
【図３】
2019047328.tif 000005
【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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