(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
自動車、鉄道車両等の車内、鉄筋コンクリート製の建物内等の金属で囲まれた準閉空間内に設置するアンテナ装置であって、
自由空間におけるアンテナの入力インピーダンス値が、所望の反射特性あるいは電圧定在波比を満たす範囲内で、最大値となるように設定された、
アンテナ装置。
【請求項２】
グランドパターンと所定距離離間して対向して配置されて接地された第１素子部及び前記第１素子部に折返部を介して連続し、前記グランドパターンと前記所定距離離間して対向して配置されて給電がなされる第２素子部を有するＵＦＭＡエレメントを備え、
前記第１素子部の幅及び前記第２素子部の幅の比を調整することにより前記入力インピーダンス値を設定した、
請求項１記載のアンテナ装置。
【請求項３】
前記アンテナ装置は、グランドパターンと所定距離離間して対向して配置された素子部、前記素子部に給電を行う給電部及び前記グランドパターンに接続された短絡部を有するＬＩＦＡエレメントを備え、
前記給電部と前記短絡部との間の離間距離を調整することにより前記入力インピーダンス値を設定した、
請求項１記載のアンテナ装置。
【請求項４】
自動車、鉄道車両等の車内、鉄筋コンクリート製の建物内等の金属で囲まれた準閉空間内に設置するアンテナ装置の設計方法であって、
所望の反射特性あるいは電圧定在波比を設定する過程と、
自由空間におけるアンテナの入力インピーダンス値が、前記所望の反射特性あるいは電圧定在波比を満たす範囲内で、最大値となるように設定する過程と、
を備えたアンテナ装置の設計方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、アンテナ装置及びアンテナ装置の設計方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車内、室内等において、配線スペースの削減や、配線作業の簡略化の観点から無線ＬＡＮ等の無線通信システムを構築する流れが加速している。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】T.Ito,  M.Nagatoshi  and  H.Morishita,  ”A  study  of  Planar  folded  dipole  antenna  with  feed  line  for  MIMO”,  Proc.IEEE  AP-S  Int.  Symp.,  IF46.7,  July  2012
【非特許文献２】T.Ito,  M.Nagatoshi  and  H.Morishita,  ”Fundamental  Characteristics  of  L-shaped  and  U-shaped  Folded  Monopole  Antennas  with  Parasitic  Elements  for  WiMAX/Mimo”,  Int’l  conf.  on  Advanced  Technologies  for    Communications,  Oct  2013
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、自動車内、室内等の金属で囲まれた準閉空間において無線通信システムを構築する際には、壁面（金属）に近接するとアンテナ特性が変化してしまい、所望の性能が発揮できなくなることが知られている。
【０００５】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、金属近接耐性を向上させることが可能なアンテナ装置及びアンテナ装置の設計方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
実施形態のアンテナ装置は、自動車、鉄道車両等の車内、鉄筋コンクリート製の建物内等の金属で囲まれた準閉空間内に設置するアンテナ装置であって、自由空間におけるアンテナの入力インピーダンス値が、所望の反射特性あるいは電圧定在波比を満たす範囲内で、最大値となるように設定されている。
【０００８】
この場合において、前記アンテナ装置はグランドパターンと所定距離離間して対向して配置されて接地された第１素子部及び前記第１素子部に折返部を介して連続し、前記グランドパターンと前記所定距離離間して対向して配置されて給電がなされる第２素子部を有するＵＦＭＡエレメントを備え、前記第１素子部の幅及び前記第２素子部の幅の比を調整することにより前記入力インピーダンス値を設定するようにしてもよい。
【０００９】
また、前記アンテナ装置は、グランドパターンと所定距離離間して対向して配置された素子部、前記素子部に給電を行う給電部及び前記グランドパターンに接続された短絡部を有するＬＩＦＡエレメントを備え、前記給電部と前記短絡部との間の離間距離を調整することにより前記入力インピーダンス値を設定するようにしてもよい。
【００１０】
また、実施形態のアンテナ装置の設計方法は、自動車、鉄道車両等の車内、鉄筋コンクリート製の建物内等の金属で囲まれた準閉空間内に設置するアンテナ装置の設計方法であって、所望の反射特性あるいは電圧定在波比を設定する過程と、自由空間におけるアンテナの入力インピーダンス値が、前記所望の反射特性あるいは電圧定在波比を満たす範囲内で、最大値となるように設定する過程と、を備える。
【発明の効果】
【００１２】
実施形態のアンテナ装置及びアンテナ装置の設計方法によれば、金属近接耐性を向上させたアンテナ装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、第１実施形態のアンテナの外観斜視図である。
【図２】図２は、ＵＦＭＡの拡大図である。
【図３】図３は、アンテナの設計方法の手順の説明図である。
【図４】図４は、第１素子部２１の幅ｗａ１と、第２素子部２３の幅ｗａ２の比（ｗａ１：ｗａ２）を変化させた場合の通信周波数とＳ１１パラメータとの関係を表すシミュレーション結果を説明する図である。
【図５】図５は、第１素子部２１の幅ｗａ１と、第２素子部２３の幅ｗａ２の比（ｗａ１：ｗａ２）を変化させた場合のシミュレーション結果のスミスチャートを説明する図である。
【図６】図６は、第１素子部２１の幅ｗａ１と、第２素子部２３の幅ｗａ２の比を一定とした場合に無限金属板ＶＭＰまでの距離ｈｇｐを変化させた場合の通信周波数とＳ１１パラメータとの関係を表すシミュレーション結果を説明する図である。
【図７】図７は、第１素子部２１の幅ｗａ１と、第２素子部２３の幅ｗａ２の比を一定とした場合に無限金属板ＶＭＰまでの距離ｈｇｐを変化させた場合のシミュレーション結果のスミスチャートを説明する図である。
【図８】図８は、通信周波数を２．４ＧＨｚに固定して、無限金属板ＶＭＰまでの距離ｈｇｐを変化させた場合のＳ１１パラメータの変化を説明する図である。
【図９】図９は、第１実施形態及び従来のＵＦＭＡの最大放射方向におけるアンテナゲインの比較説明図である。
【図１０】図１０は、第１実施形態及び従来のＵＦＭＡのアンテナ小型化の総合的評価指数Ｃの値の比較説明図である。
【図１１】図１１は、第１実施形態及び従来のＵＦＭＡのＳ１１パラメータのシミュレーション値と実測値との比較説明図である。
【図１２】図１２は、第２実施形態のアンテナの外観斜視図である。
【図１３】図１３は、ＬＩＦＡの拡大図である。
【図１４】図１４は、給電部４２と短絡部４３との離間距離ｄｘを変化させた場合の通信周波数とＳ１１パラメータとの関係を表すシミュレーション結果を説明する図である。
【図１５】図１５は、給電部４２と短絡部４３との離間距離ｄｘを変化させた場合のシミュレーション結果のスミスチャートを説明する図である。
【図１６】図１６は、離間距離ｄｘを一定とした場合に無限金属板ＶＭＰまでの距離ｈｇｐを変化させた場合の通信周波数とＳ１１パラメータとの関係を表すシミュレーション結果を説明する図である。
【図１７】図１７は、離間距離ｄｘを一定とした場合に無限金属板ＶＭＰまでの距離ｈｇｐを変化させた場合のシミュレーション結果のスミスチャートを説明する図である。
【図１８】図１８は、通信周波数を２．４ＧＨｚに固定して、無限金属板ＶＭＰまでの距離ｈｇｐを変化させた場合のＳ１１パラメータの変化を説明する図である。
【図１９】図１９は、第２実施形態及び従来のＬＩＦＡの最大放射方向におけるアンテナゲインの比較説明図である。
【図２０】図２０は、ＶＳＷＲ値＝３の場合における第２実施形態及び従来のＬＩＦＡのアンテナ小型化の総合的評価指数Ｃの値の比較説明図である。
【図２１】図２１は、ＶＳＷＲ値＝９の場合における第２実施形態及び従来のＬＩＦＡのアンテナ小型化の総合的評価指数Ｃの値の比較説明図である。
【図２２】図２２は、従来のアンテナについての説明図（その１）である。
【図２３】図２３は、従来のアンテナについての説明図（その２）である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
次に図面を参照して実施形態について説明する。
まず、実施形態の原理的な説明を行う。
図２２は、従来のアンテナについての説明図（その１）である。
図２２においては、グランド板上にＵ字型折り返しモノポールアンテナ（ＵＦＭＡ：U-shaped  Folded  Monopole  Antenna）エレメントを形成し、グランド板から距離ｈｇｐの位置にグランド板と並行に無限平面の金属を配置した場合のＵＦＭＡのＳ１１パラメータ（反射特性パラメータ）のシミュレーション結果が示されている。
図２２において、縦軸は、Ｓ１１パラメータ、横軸は周波数である。
【００１５】
以下の説明においては、ＵＦＭＡの特性として、Ｓ１１パラメータが０．５以下であること（＝ＶＳＷＲ≦３）が要求仕様であるものとする。
図２２に示すように、２．４ＧＨｚ帯において、距離ｈｇｐ≧８ｍｍであれば、要求仕様を満足することがわかる。
逆に言えば、距離ｈｇｐ≦４ｍｍでは、要求仕様を満たさないということがわかる。
【００１６】
図２３は、従来のアンテナについての説明図（その２）である。
図２３においては、グランド板から距離ｈｇｐの位置にグランド板と並行に無限平面の金属を配置した場合のＵＦＭＡのシミュレーション結果のスミスチャート（インピーダンス平面）が示されている。
図２３のスミスチャートにおいて、横軸は、仕様上のアンテナの整合インピーダンス（値）に対するアンテナの入力インピーダンス（値）の比（入力インピーダンス／整合インピーダンス）を表している。以下の説明においても、スミスチャートについては同様となっている。
以上のような現象が生じる理由としては、図２３に示すように、金属板の近接に伴い、アンテナの入力インピーダンスが低インピーダンス側にシフトし、これがアンテナの反射特性、ひいては、Ｓ１１パラメータの劣化を引き起こしていることが考えられた。
【００１７】
そこで、実施形態においては、アンテナのＳパラメータのうち、反射特性に対応するＳ１１パラメータ（ひいては、電圧定在波比＝ＶＳＷＲ：Voltage  Standing  Wave  Ratio）の値を予め設定し、この値を最低限満たす範囲内で自由空間におけるアンテナの入力インピーダンスがアンテナの整合インピーダンス（たとえば、５０Ω）に対して、高くなるように設定した。
【００１８】
この結果、実施形態のアンテナによれば、自由空間に配置した場合の反射特性が、予め設定した反射特性（要求仕様の反射特性）を満たす最も特性の悪い場合（すなわち、Ｓ１１パラメータが最も大きな値となる場合）となるので、金属が近接した場合の方がより反射特性が向上した入力インピーダンスとなるので、性能（反射特性あるいは電圧定在波）を確保しつつ、金属近接耐性が向上するのである。
【００１９】
［１］第１実施形態
図１は、第１実施形態のアンテナの外観斜視図である。
第１実施形態は、グランド板上にＵ字型折り返しモノポールアンテナ（ＵＦＭＡ：U-shaped  Folded  Monopole  Antenna）エレメントを形成したアンテナユニット１０についての実施形態である。
アンテナユニット１０は、図示しない基板上に形成されたグランドパターン１１と、グランドパターン１１に対向するように形成されたＵＦＭＡ１２と、を備えている。
【００２０】
図２は、ＵＦＭＡの拡大図である。
ＵＦＭＡ１２は、グランドパターン１１と所定距離離間して対向して配置されるとともに終端がグランドパターン１１に電気的に接続されて接地された第１素子部２１と、グランドパターン１１と所定距離ｈだけ離間して対向して配置され、第１素子部２１に連続する折返部２２と、折返部２２に連続し、グランドパターン１１と所定距離ｈだけ離間して対向して配置された第２素子部２３と、基板上に形成された図示しない給電回路から給電を受けるとともに、一端が第２素子部２３に接続された給電部２４と、を備えている。
【００２１】
ここで、アンテナであるＵＦＭＡ１２の入力インピーダンスの設定について検討する。
ＵＦＭＡ１２においては、第１素子部２１の幅ｗａ１と、第２素子部２３の幅ｗａ２の比（ｗａ１：ｗａ２）を変更させることで、入力インピーダンスを変更することが可能である。
【００２２】
図３は、アンテナの設計方法の手順の説明図である。
本第１実施形態においては、ＵＦＭＡ１２のＳ１１パラメータの値を所望の値に設定する（ステップＳ１１）。
【００２３】
より具体的には、本第１実施形態においては、Ｓ１１パラメータの値＝０．５に設定している。このＳ１１パラメータの値は、電圧定在波比ＶＳＷＲ＝３に相当するものである。
【００２４】
そして、設定したＵＦＭＡ１２のＳ１１パラメータの値に対し、この値を最低限満たす範囲内で自由空間におけるアンテナの入力インピーダンスがアンテナの整合インピーダンス（入力インピーダンス整合値。たとえば、５０Ω）に対して、高くなるように設定する（ステップＳ１２）。
【００２５】
より好ましくは、金属近接耐性の向上の観点から、自由空間におけるアンテナの入力インピーダンスを、Ｓ１１パラメータの値（反射特性）あるいは電圧定在波比を満たす最大値に設定する。
【００２６】
以下の説明においては、グランドパターン１１のサイズは、ＧＰｘ＝５０ｍｍ、ＧＰｙ＝８０ｍｍであるものとする。
図２においては、幅ｗａ１＝２ｍｍ、幅ｗａ２＝０．２ｍｍの場合、すなわち、ｗａ１：ｗａ２＝２：０．２の場合を示している。
【００２７】
また、折返し部の幅ｗａ３＝１ｍｍ、第１素子部２１と第２素子部２３との間の離間距離ｓａ＝１ｍｍ、第１素子部２１及び第２素子部２３の長さｌａ＝２７ｍｍ、給電部２４の幅ｗｆ＝１ｍｍとなっている。
【００２８】
また金属近接耐性は、アンテナエレメントの高さに依存するものであるので、以下の説明においては、給電部２４の長さｌｆ、すなわち、アンテナエレメントの高さｈ＝３ｍｍと固定した場合について説明する。
【００２９】
図４は、第１素子部２１の幅ｗａ１と、第２素子部２３の幅ｗａ２の比（ｗａ１：ｗａ２）を変化させた場合の通信周波数とＳ１１パラメータとの関係を表すシミュレーション結果を説明する図である。
図４において、縦軸は、Ｓ１１パラメータ、横軸は周波数である。
【００３０】
また、図５は、第１素子部２１の幅ｗａ１と、第２素子部２３の幅ｗａ２の比（ｗａ１：ｗａ２）を変化させた場合のシミュレーション結果のスミスチャートを説明する図である。
【００３１】
図４及び図５においては、第１素子部２１の幅ｗａ１と、第２素子部２３の幅ｗａ２の比（ｗａ１：ｗａ２）を１：１（１ｍｍ：１ｍｍ）、２：１（２ｍｍ：１ｍｍ）、２：０．５（２ｍｍ：０．５ｍｍ）、２：０．２（２ｍｍ：０．２ｍｍ）、２：０．１（２ｍｍ：０．１ｍｍ）の５つの場合をそれぞれ示している。
【００３２】
第１素子部２１の幅ｗａ１の第２素子部２３の幅ｗａ２に対する比（＝ｗａ１／ｗａ２）が大きいほど、図４に示すように、Ｓ１１パラメータの値が悪くなっている。
しかし、図４の例の場合、通信に用いる周波数帯が２．４ＧＨｚであれば、いずれの場合でも、Ｓ１１パラメータの値は、０．５以下となっており、実用的には問題はない状態である。
【００３３】
また、第１素子部２１の幅ｗａ１の第２素子部２３の幅ｗａ２に対する比（＝ｗａ１／ｗａ２）が大きいほど、図５のスミスチャートに示すようにＵＦＭＡ１２の入力インピーダンスが高くなっていることがわかる。
【００３４】
したがって、図５に示した例の場合、ＵＦＭＡ１２のＳ１１パラメータの値＝０．５（電圧定在波比＝ＶＳＷＲ＝３に相当）を最低限満たす範囲内で自由空間におけるアンテナの入力インピーダンスがアンテナの整合インピーダンスに対して、高くなっているのは、第１素子部２１の幅ｗａ１と、第２素子部２３の幅ｗａ２の比（ｗａ１：ｗａ２）を２：０．５（２ｍｍ：０．５ｍｍ）、２：０．２（２ｍｍ：０．２ｍｍ）、２：０．１（２ｍｍ：０．１ｍｍ）の３つの場合であり、これらを用いることとなる。
【００３５】
図６は、第１素子部２１の幅ｗａ１と、第２素子部２３の幅ｗａ２の比を一定とした場合に無限金属板ＶＭＰまでの距離ｈｇｐを変化させた場合の通信周波数とＳ１１パラメータとの関係を表すシミュレーション結果を説明する図である。
図６において、縦軸は、Ｓ１１パラメータ、横軸は周波数である。
また、図７は、第１素子部２１の幅ｗａ１と、第２素子部２３の幅ｗａ２の比を一定とした場合に無限金属板ＶＭＰまでの距離ｈｇｐを変化させた場合のシミュレーション結果のスミスチャートを説明する図である。
図６においては、第１素子部２１の幅ｗａ１と、第２素子部２３の幅ｗａ２の比を２：０．２（２ｍｍ：０．２ｍｍ）とした場合のものである。
【００３６】
また、図６においては、距離ｈｇｐを２ｍｍ、４ｍｍ、８ｍｍ、１６ｍｍ、３２ｍｍ及び自由空間（no  plane）とした場合を表している。
【００３７】
図６及び図７に示すように、距離ｈｇｐ≧４ｍｍにおいて設定した仕様（Ｓ１１パラメータ≦０．５及び入力インピーダンス／整合インピーダンス≧１）を満たしており、金属近接耐性が向上していることがわかる。
また、距離ｈｇｐ＝２ｍｍの場合においても、若干の周波数変動はあるものの、Ｓ１１パラメータ≦０．５を満たしている。
【００３８】
図８は、通信周波数を２．４ＧＨｚに固定して、無限金属板ＶＭＰまでの距離ｈｇｐを変化させた場合のＳ１１パラメータの変化を説明する図である。
図８において、縦軸は、Ｓ１１パラメータ、横軸は、無限金属板ＶＭＰまでの距離ｈｇｐである。
第１実施形態のＵＦＭＡによれば、従来のＵＦＭＡと比較して、Ｓ１１パラメータ≦０．５を満たす距離ｈｇｐの範囲の下限値を下げることができていることがわかる。
【００３９】
次に第１実施形態のＵＦＭＡの他の特性について説明する。
まずは、第１実施形態のＵＦＭＡの利得について説明する。
図９は、第１実施形態及び従来のＵＦＭＡの最大放射方向におけるアンテナゲインの比較説明図である。
図９において、縦軸は、アイソトロピックアンテナ［isotropic  antenna］の利得を基準にした各ＵＦＭＡの利得［絶対利得：単位ｄＢｉ］であり、横軸は、無限金属板ＶＭＰまでの距離ｈｇｐである。
図９に示すように、第１実施形態のＵＦＭＡの最大放射方向におけるアンテナゲイン（絶対利得）は、距離ｈｇｐが１ｍｍ〜３０ｍｍの全ての範囲にわたって、従来のＵＦＭＡの最大放射方向におけるアンテナゲインに対して、３ｄＢｉ程度向上していることがわかる。
ここで、利得の向上によるアンテナの性能について検討するため、アンテナ小型化の総合的評価指数Ｃを用いて検証する。
アンテナ小型化の総合的評価指数Ｃは、次式により表せる。
【００４０】
【数１】
0006622020.tif 000002
【００４１】
ここで、Ｖｅは電気的体積、ＱはアンテナＱ値、Ｇは利得、ηは放射効率を表している。
さらにアンテナＱ値は、次式により表される。
【００４２】
【数２】
0006622020.tif 000003
【００４３】
ここで、ρは所望のＶＳＷＲ値、Ｂは、ρに対応する比帯域である。
そして、アンテナ小型化の総合的評価指数Ｃは、その値が小さいほど効率よく小型化がなされているということであり、換言すれば、アンテナの体積を一定と考えた場合に、アンテナ小型化の総合的評価指数Ｃの値が小さいほど高性能なアンテナであると言える。
【００４４】
図１０は、第１実施形態及び従来のＵＦＭＡのアンテナ小型化の総合的評価指数Ｃの値の比較説明図である。
図１０において、縦軸は、アンテナ小型化の総合的評価指数Ｃの値であり、横軸は、無限金属板ＶＭＰまでの距離ｈｇｐである。また、図１０の例は、ＶＳＷＲ値＝３の場合のものである。
【００４５】
図１０において、従来のＵＦＭＡにおける距離ｈｇｐが８ｍｍ未満の領域においては、アンテナ小型化の総合的評価指数Ｃの算出に必要な条件を満たすＳ１１パラメータが得られなかった、すなわち、アンテナとして十分な特性が得られていないため計算を行っていない。
【００４６】
図１０に示すように、第１実施形態のＵＦＭＡアンテナによれば、従来のＵＦＭＡと比較して、アンテナ小型化の総合的評価指数Ｃの値が小さくなっており、高性能なアンテナとなっていることがわかる。
【００４７】
図１１は、第１実施形態及び従来のＵＦＭＡのＳ１１パラメータのシミュレーション値と実測値との比較説明図である。
図１１において、縦軸は、Ｓ１１パラメータの値であり、横軸は、無限金属板ＶＭＰまでの距離ｈｇｐである。
図１１に示すように、第１実施形態及び従来のＵＦＭＡのＳ１１パラメータのシミュレーション値と実測値とは、概ね一致しており、ＵＦＭＡの設計時にシミュレーションを行うことで、所望の性能を有するＵＦＭＡを容易に設計することが可能であることがわかる。
【００４８】
以上の説明のように、第１実施形態によれば、アンテナユニット１０の金属近接耐性を向上することができ、自動車、鉄道車両等の車内、鉄筋コンクリート製の建物内等における通信性能の低下を抑制することが可能となる。
【００４９】
また、第１実施形態のＵＦＭＡによれば、金属近接時においても、従来のＵＦＭＡと比較して、アンテナ利得が向上しているとともに、アンテナ小型化の総合的評価指数Ｃの値が小さくなっており、アンテナとしての性能も向上していることがわかる。
【００５０】
［２］第２実施形態
上記第１実施形態は、アンテナユニットとしてＵＦＭＡエレメントを備えた場合について説明したが、本第２実施形態は、アンテナユニットとしてＬＩＦＡを備えた場合の実施形態である。
【００５１】
図１２は、第２実施形態のアンテナの外観斜視図である。
第２実施形態は、グランド板上に線状逆Ｆアンテナ（ＬＩＦＡ：Linear  Inverted  F  Antenna）エレメントを形成したアンテナユニット３０についての実施形態である。
アンテナユニット３０は、図示しない基板上に形成されたグランドパターン３１と、グランドパターン３１に対向するように形成されたＬＩＦＡ３２と、を備えている。
【００５２】
図１３は、ＬＩＦＡの拡大図である。
ＬＩＦＡ３２は、グランドパターン３１と所定距離離間して配置された金属ワイヤで形成された素子部４１と、素子部４１の後端に接続され、基板上に形成された図示しない給電回路から給電を受けて素子部４１に給電を行う給電部４２と、給電部４２と離間距離ｄｘだけ離間して素子部４１とグランドパターン３１とを短絡させた短絡部４３と、を備えている。
【００５３】
ここで、アンテナであるＬＩＦＡ３２の入力インピーダンスの設定について検討する。
ＬＩＦＡ３２においては、給電部４２と短絡部４３との離間距離ｄｘを変更させることで、入力インピーダンスを変更することが可能である。
本第２実施形態においても、第１実施形態と同様にＬＩＦＡ３２のＳ１１パラメータの値＝０．５（電圧定在波比＝ＶＳＷＲ＝３に相当）に予め設定し、この値を最低限満たす範囲内で自由空間におけるアンテナの入力インピーダンスがアンテナの整合インピーダンス（たとえば、５０Ω）に対して、高くなるように設定するものとする。
【００５４】
図１３においては、素子部４１の長さｌａ＝２６ｍｍであり、離間距離ｄｘ＝１ｍｍの場合を示している。
また、素子部４１として、半径０．２５ｍｍの金属製ワイヤを用い、短絡部４３の長さ、すなわち、素子部４１とグランドパターン３１との間の距離ｈ＝３ｍｍとなっている。
【００５５】
図１４は、給電部４２と短絡部４３との離間距離ｄｘを変化させた場合の通信周波数とＳ１１パラメータとの関係を表すシミュレーション結果を説明する図である。
図１４において、縦軸は、Ｓ１１パラメータ、横軸は周波数である。
図１５は、給電部４２と短絡部４３との離間距離ｄｘを変化させた場合のシミュレーション結果のスミスチャートを説明する図である。
【００５６】
図１４及び図１５においては、給電部４２と短絡部４３との離間距離ｄｘを１ｍｍ、２ｍｍ、３ｍｍ、４ｍｍ、５ｍｍ、６ｍｍの６つの場合をそれぞれ示している。
給電部４２と短絡部４３との離間距離ｄｘが小さいほど、図１２に示すように、ＬＩＦＡの入力インピーダンスが高くなっていることがわかる。
【００５７】
図１６は、離間距離ｄｘを一定とした場合に無限金属板ＶＭＰまでの距離ｈｇｐを変化させた場合の通信周波数とＳ１１パラメータとの関係を表すシミュレーション結果を説明する図である。
図１６において、縦軸は、Ｓ１１パラメータ、横軸は周波数である。
図１６においては、通信周波数（中心共振周波数）２．４ＧＨｚにおいて、ＬＩＦＡ３２のＳ１１パラメータの値＝０．５（電圧定在波比＝ＶＳＷＲ＝３に相当）を最低限満たす範囲内で自由空間におけるアンテナの入力インピーダンスをアンテナの整合インピーダンスに対して高く設定するために、素子部４１の長さｌａ＝２６ｍｍ、離間距離ｄｘ＝１ｍｍの場合に無限金属板ＶＭＰまでの距離ｈｇｐを２ｍｍ、４ｍｍ、８ｍｍ、１６ｍｍ、３２ｍｍ及び自由空間（no  plane）とした場合の通信周波数とＳ１１パラメータとの関係を表すシミュレーション結果を示している。
図１７は、離間距離ｄｘを一定とした場合に無限金属板ＶＭＰまでの距離ｈｇｐを変化させた場合のシミュレーション結果のスミスチャートを説明する図である。
【００５８】
図１６及び図１７に示すように、距離ｈｇｐ≧４ｍｍにおいて設定した仕様（Ｓ１１パラメータ≦０．５及び入力インピーダンス／整合インピーダンス≧１）を満たしており、金属近接耐性が向上していることがわかる。
【００５９】
図１８は、通信周波数を２．４ＧＨｚに固定して、無限金属板ＶＭＰまでの距離ｈｇｐを変化させた場合のＳ１１パラメータの変化を説明する図である。
図１８において、縦軸は、Ｓ１１パラメータ、横軸は、無限金属板ＶＭＰまでの距離ｈｇｐである。
第２実施形態のＬＩＦＡによれば、図１８に示すように、従来のＬＩＦＡと比較して、Ｓ１１パラメータ≦０．５を満たす距離ｈｇｐの範囲の下限値を下げることができていることがわかる。
【００６０】
次に第２実施形態のＬＩＦＡの他の特性について説明する。
まずは、第２実施形態のＬＩＦＡの利得について説明する。
図１９は、第２実施形態及び従来のＬＩＦＡの最大放射方向におけるアンテナゲインの比較説明図である。
図１９において、縦軸は、アイソトロピックアンテナの利得を基準にした各ＵＦＭＡの利得［絶対利得：単位ｄＢｉ］であり、横軸は、無限金属板ＶＭＰまでの距離ｈｇｐである。
図１９に示すように、第２実施形態のＬＩＦＡの最大放射方向におけるアンテナゲイン（絶対利得）は、距離ｈｇｐが１ｍｍ超、６ｍｍ未満の範囲にわたって、従来のＬＩＦＡの最大放射方向におけるアンテナゲインが向上していることがわかる。
ここで、利得の向上によるアンテナの性能について検討するため、アンテナ小型化の総合的評価指数Ｃを用いて検証する。
【００６１】
図２０は、ＶＳＷＲ値＝３の場合における第２実施形態及び従来のＬＩＦＡのアンテナ小型化の総合的評価指数Ｃの値の比較説明図である。
図２０において、縦軸は、アンテナ小型化の総合的評価指数Ｃの値であり、横軸は、無限金属板ＶＭＰまでの距離ｈｇｐである。
【００６２】
図２０に示すように、ＶＳＷＲ値＝３の場合、図１９において第２実施形態のＬＩＦＡアンテナのアンテナゲインが向上していた距離ｈｇｐが６ｍｍ以下の領域においては、従来のＬＩＦＡに対応するアンテナ小型化の総合的評価指数Ｃの算出に必要な条件を満たすＳ１１パラメータが得られなかった。
【００６３】
そこで、ＶＳＷＲ値＝９の場合において第２実施形態及び従来のＬＩＦＡのアンテナ小型化の総合的評価指数Ｃの値を比較した。
図２１は、ＶＳＷＲ値＝９の場合における第２実施形態及び従来のＬＩＦＡのアンテナ小型化の総合的評価指数Ｃの値の比較説明図である。
図２１においても、縦軸は、アンテナ小型化の総合的評価指数Ｃの値であり、横軸は、無限金属板ＶＭＰまでの距離ｈｇｐである。
【００６４】
図２１に示すように、第２実施形態のＬＩＦアンテナによれば、従来のＬＩＦＡと比較して、アンテナゲインが向上していた距離ｈｇｐが６ｍｍ以下の領域において、アンテナ小型化の総合的評価指数Ｃの値が小さくなっており、高性能なアンテナとなっていることがわかる。
【００６５】
以上の説明のように、第２実施形態によっても、アンテナユニット３０の金属近接耐性を向上することができ、自動車、鉄道車両等の車内、鉄筋コンクリート製の建物内等における通信性能の低下を抑制することが可能となる。
【００６６】
また、第２実施形態のＬＩＦＡによれば、金属近接時においても、従来のＬＩＦＡと比較して、アンテナ利得が向上しているとともに、アンテナ小型化の総合的評価指数Ｃの値が小さくなっており、アンテナとしての性能も向上していることがわかる。
【００６７】
［３］実施形態の効果
以上の説明のように、各実施形態によれば、アンテナユニット１０の金属近接耐性を向上することができ、自動車、鉄道車両等の車内、鉄筋コンクリート製の建物内等における通信性能の低下を抑制でき、様々な分野で容易に小型の無線通信システムを構築することができる。
【００６８】
また、各実施形態によれば、金属近接時においても、従来のアンテナユニットと比較して、アンテナ利得が向上しているとともに、アンテナ小型化の総合的評価指数Ｃの値が小さくなっており、アンテナユニット１０としての性能も向上していることがわかる。
【００６９】
以上、本発明を実施形態をもとに説明したが、これらの実施形態は例示であり、それらの各構成要素及びその組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。
【００７０】
例えば、インピーダンス調整として、第１素子部２１の幅ｗａ１と、第２素子部２３の幅ｗａ２の比を調整したり、給電部４２と短絡部４３との離間距離ｄｘを変化させたりするようにしていたが、これに限らず、インダクタ及びキャパシタの相加によりインピーダンス調整を行うようにすることも可能である。
また、アンテナとして、ＵＦＭＡ、ＬＩＦＡに限らず、他のアンテナであっても適用が可能である。
【符号の説明】
【００７１】
１０    アンテナユニット
１１    グランドパターン
１２    ＵＦＭＡ（アンテナ）
２１    第１素子部
２２    折返部
２３    第２素子部
２４    給電部
３０    アンテナユニット
３１    グランドパターン
３２    ＬＩＦＡ（アンテナ）
４１    素子部
４２    給電部
４３    短絡部
ＧＰｘ、ＧＰｙ  （グランドパターンの）サイズ
ＶＭＰ  無限金属板
ｄｘ    離間距離
ｈｇｐ  距離
ｗａ１、ｗａ２  幅
【図１】
0006622020.tif 000004
【図２】
0006622020.tif 000005
【図３】
0006622020.tif 000006
【図４】
0006622020.tif 000007
【図５】
0006622020.tif 000008
【図６】
0006622020.tif 000009
【図７】
0006622020.tif 000010
【図８】
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【図９】
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【図１０】
0006622020.tif 000013
【図１１】
0006622020.tif 000014
【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】
0006622020.tif 000020
【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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