(57)【要約】【課題】広帯域化、特に高域の特性確保に有効なアンテナ装置を提供する。【解決手段】本発明のアンテナ装置は、グランドパターンと、グランドパターンに併置された面状エレメントと、グランドパターン及び面状エレメントを覆うカバーとを備え、グランドパターンと面状エレメントとの距離が連続して変化する連続変化部が設けられ、カバーには連続変化部に対応する位置に窓又は肉薄部が設けられる。一方、基板には連続変化部に対応する位置にスリット又は肉薄部が設けられる場合もある。これにより、アンテナをパッケージングした場合や無線機器に内蔵した場合における、高域の特性劣化を防止することができる。【選択図】  図３
2004328686.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
グランドパターンと、
前記グランドパターンに併置された面状エレメントと、
前記グランドパターン及び前記面状エレメントを覆うカバーと、
を備え、
前記グランドパターンと前記面状エレメントとの距離が連続して変化する連続変化部が設けられ、
前記カバーには前記連続変化部に対応する位置に窓又は肉薄部が設けられる
ことを特徴とするアンテナ装置。
【請求項２】
グランドパターンと、
前記グランドパターンに併置された面状エレメントと、
を基板上に備え、
前記グランドパターンと前記面状エレメントとの距離が連続して変化する連続変化部が設けられ、
前記基板には前記連続変化部に対応する位置にスリット又は肉薄部が設けられる
ことを特徴とするアンテナ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、無線通信装置等に使用されるアンテナ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、特開平８−２１３８２０号公報には、扇形状の放射用パターンと矩形状の接地用パターンとを有する８００ＭＨｚ及び１．５ＧＨｚ帯域用の自動車電話用ガラスアンテナ装置が開示されている。放射用パターンは、円弧部分を上方に円弧の中心を下方にして配置されている。また、別の実施例として、二等辺三角形の放射用パターンと矩形状の接地用パターンとを有する自動車電話用ガラスアンテナ装置も開示されている。放射用パターンは、二等辺三角形の等しい長さの辺が接続される頂点を下方にして配置されている。さらに別の実施例として、扇形状の放射用パターンの内側を中抜きにし、矩形状の接地パターンの内側を中抜きにすることも開示されている。
【０００３】
また、米国特許公開公報２００２−１２２０１０号公報には、楕円形状の駆動エレメントと、当該駆動エレメント全体を囲うように設けられているが駆動エレメントの給電点に向けて当該駆動エレメントとの間隔が細くなっている楕円形の空領域が設けられているグランド・エレメントとを有するＵＷＢ（Ｕｌｔｒａ  Ｗｉｄｅ  Ｂａｎｄ）アンテナが開示されている。別の実施例としては、駆動エレメントの形状がハート型である例も開示されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平８−２１３８２０号公報
【特許文献２】
米国特許公開公報２００２−１２２０１０号公報
【特許文献３】
特開平９−２１９６１７号公報
【特許文献４】
特開平１０−１７８３１２号公報
【特許文献５】
特開平１０−２３３６１３号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来のアンテナは広帯域化に有効な技術であるが、この種のアンテナをパッケージングした場合や無線機器に内蔵した場合に、高域の特性が劣化することが今回明らかとなった。
【０００６】
そこで、本発明は、広帯域化、特に高域の特性確保に有効なアンテナ装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の態様に係るアンテナ装置は、グランドパターンと、グランドパターンに併置された面状エレメントと、グランドパターン及び面状エレメントを覆うカバーとを備え、グランドパターンと面状エレメントとの距離が連続して変化する連続変化部が設けられ、カバーには連続変化部に対応する位置に窓又は肉薄部が設けられる。
【０００８】
本発明の第２の態様に係るアンテナ装置は、グランドパターンと、グランドパターンに併置された面状エレメントとを基板上に備え、グランドパターンと面状エレメントとの距離が連続して変化する連続変化部が設けられ、基板には連続変化部に対応する位置にスリット又は肉薄部が設けられる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
上で述べたようにアンテナをパッケージングした場合や無線機器に内蔵した場合における高域の特性劣化という現象に対して、本発明者がその原因追究を行ったところ、アンテナをカバーする部材の誘電率が影響していることが明らかとなった。
【００１０】
具体的には、アンテナを樹脂等のε＝４程度の誘電率を有する部材で取り囲み、当該アンテナの特性を測定したところ、７ＧＨｚ辺りから高域の特性が劣化することが確認された。これは、アンテナから放射された電磁界は、当該アンテナの周辺に位置する部材の誘電率に影響されるため、高域特性を決定する、面状エレメントとグランドパターンとの間隔が連続的に変化する部分（連続変化部）の周辺に誘電体が存在すると、このような高域特性の劣化が生じると考えられる。
【００１１】
そこで、本発明の実施の形態では、上記連続変化部の周辺に位置する部材の誘電率を下げることで高域特性の向上を図る。なお、本実施の形態に類似する手法として上で述べた特許公報３乃至５記載の技術が公開されているが、これらのアンテナは、単にエレメントの上方または下方に窓やスリットを設けた例であり、いずれのアンテナも上記連続変化部に相当する部分はなく、高域特性の劣化という課題の提起もないため、本発明の実施の形態における解決手段を動機付けるものではない。
【００１２】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００１３】
［実施の形態１］
最初に、本実施の形態に係る広帯域アンテナの基本的な構成について図１（ａ）及び図１（ｂ）を用いて説明する。
【００１４】
本実施の形態に係るアンテナは、半円形状を有し且つ切欠部３５が設けられている、導体の切欠付き面状エレメント３１と、切欠付き面状エレメント３１と併置されるグランドパターン３２と、切欠付き面状エレメント３１の給電点３１ａと接続される高周波電源３３とにより構成される。切欠付き面状エレメント３１の直径Ｌ１は例えば２０ｍｍであり、切欠部３５の間口Ｌ２は例えば１０ｍｍであり、切欠付き面状エレメント３１の天頂部３１ｂ（給電点３１ａから最も遠い縁部）からグランドパターン３２側に例えば深さＬ３（＝５ｍｍ）くぼんでいる。給電点３１ａは、切欠付き面状エレメント３１とグランドパターン３２との距離が最短となる位置に設けられる。
【００１５】
また、給電点３１ａを通る直線３４に対して切欠付き面状エレメント３１とグランドパターン３２とは左右対称となっている。切欠部３５についても直線３４に対して対称となっている。また、切欠付き面状エレメント３１の円弧上の点からグランドパターン３２までの最短距離についても、直線３４に対して左右対称となっている。すなわち、直線３４からの距離が同じであれば、切欠付き面状エレメント３１の円弧上の点からグランドパターン３２までの最短距離は同じになる。
【００１６】
本実施の形態では、切欠付き面状エレメント３１に対向するグランドパターン３２の辺３２ａは直線となっている。従って、切欠付き面状エレメント３１の円弧上の任意の点とグランドパターン３２の辺３２ａとの最短距離は、給電点３１ａから遠ざかると共に円弧に従って曲線的に且つ連続的に変化（漸増）するようになっている。
【００１７】
また本実施の形態では、図１（ｂ）で示すように、切欠付き面状エレメント３１は、グランドパターン３２の中心線５上に配置されている。従って、本実施の形態においては切欠付き面状エレメント３１とグランドパターン３２とが同一平面内に配置されている。但し、必ずしも同一平面内に配置しなくともよく、例えば互いの面が平行又はほぼ平行といった形で配置しても良い。
【００１８】
図１（ａ）及び（ｂ）に示したアンテナの動作原理としては、給電点３１ａから切欠付き面状エレメント３１の外周に向けて放射状に若しくは切欠部３５を迂回して流れる各電流がそれぞれ共振点を形成するため、連続的な共振特性を得ることができ、広帯域化が実現される。すなわち、切欠付き面状エレメント３１上に流れる電流による電磁界結合がグランドパターン３２との間に発生し、この電磁界結合の度合いが連続的に変化するために、広帯域化が実現できる。より具体的には、周波数が低い場合には、放射に寄与する電流路がグランドパターン３２の辺３２ａに対して大きな角度を有するために広範囲にグランドパターン３２との結合を生じ、より高い周波数の場合には、電流路が水平に傾いていくため、狭い範囲にてグランドパターン３２との結合が生じる。切欠部３５は、面状エレメントを小型化した際に、切欠付き面状エレメント３１における電流路の長さを長くして放射の下限周波数を低くする効果がある。なぜなら、切欠部３５により給電点３１ａから天頂部３１ｂまでの電流は直線的に流れることができず、電流路は切欠部３５を迂回するような形で構成されるため長くなり、対応する周波数が低くなるためである。
【００１９】
グランドパターン３２との結合については、アンテナのインピーダンス等価回路における容量成分Ｃと考えられ、高周波帯域と低周波帯域では電流路の長さ（傾き具合）によって容量成分Ｃが変化する。容量成分Ｃの値が変化すれば、アンテナのインピーダンス特性に大きく影響を与えることになる。より具体的には、容量成分Ｃは切欠付き面状エレメント３１とグランドパターン３２との距離に関係している。図１（ａ）及び（ｂ）に示すように切欠付き面状エレメント３１とグランドパターン３２とを併置する場合には、グランドパターン３２の形状を変更すれば、アンテナのインピーダンス等価回路における容量成分Ｃを変更することができるため、より好ましいアンテナ特性を得るように設計することができる。
【００２０】
本実施の形態におけるアンテナは、切欠部３５の形状及び切欠付き面状エレメント３１とグランドパターン３２との距離によりそのアンテナ特性を制御し得るようになっている。但し、放射導体をグランド面に対して垂直に立設するようなアンテナでは、切欠部ではアンテナ特性を制御することができないことが知られている。本実施の形態のように、切欠付き面状エレメント３１とグランドパターン３２を併置することにより、切欠部３５によりアンテナ特性を制御できるようになる。
【００２１】
図２に、切欠付き面状エレメント３１と同一形状の放射導体をグランド面に対して垂直に立設した場合のインピーダンス特性と、図１に示す本実施の形態に係るアンテナのインピーダンス特性をグラフにして示す。図２においては、縦軸はＶＳＷＲを示し、横軸は周波数を示す。実線２０１で表された本実施の形態に係るアンテナの周波数特性は３ＧＨｚより低い周波数でＶＳＷＲが２を下回り、５ＧＨｚから７ＧＨｚぐらいまでＶＳＷＲが２を若干超える部分があるが、１１ＧＨｚを超えるまでほぼ２程度となっている。一方、太線２０２で表された、放射導体を立設した場合のアンテナの周波数特性は５ＧＨｚになる前ぐらいまで本実施の形態と同様の値にはならず、また１１ＧＨｚあたりからＶＳＷＲの値が大きくなってしまっている。すなわち、本実施の形態のアンテナの方が低周波帯域及び高周波帯域にて特性がよいという結果が得られている。
【００２２】
このように単に切欠付き面状エレメント３１とグランドパターン３２との距離が制御しやすくなるというだけではなく、切欠付き面状エレメント３１とグランドパターン３２の「併置」により安定的に広帯域化できるという効果もある。
【００２３】
次に本実施の形態におけるパッケージングの例を図３を用いて説明する。
【００２４】
図３において、切欠付き面状エレメント３１とグランドパターン３２とは基板３６上に形成されている。また、カバーは、カバー部分３７ａとカバー部分３７ｂとに分けられ、切欠付き面状エレメント３１の外周である円弧部分３１ｃの少なくとも一部とグランドパターン３２の辺３２ａの少なくとも一部とを含む、切欠付き面状エレメント３１とグランドパターン３２との距離が連続的に変化する連続変化部に対応する位置に窓が設けられている。これにより、連続変化部の周辺の誘電率を下げることができ、高域の特性を向上させている。
【００２５】
なお、図３に示した構造に限られず、上記連続変化部周辺の誘電率を下げる構造であればよく、例えば、カバーの厚さを連続変化部周辺のみ薄くした肉薄部を形成してもよい。
【００２６】
また、カバーの強度等を確保するために、窓又は肉薄部を可能な限り少なく形成したい場合は、連続変化部の形状と同じ形状あるいは、やや大きな相似形の窓又は肉薄部を形成してもよい。例えば、図３ではカバー部分３７ａとカバー部分３７ｂに分けられているが、これらを結合させて窓の部分を最小限度以上の大きさとして設けるようにしても良い。
【００２７】
望ましくは、切欠付き面状エレメント３１の一部とグランドパターン３２の一部にかかる大きさの窓又は肉薄部を形成し、高域特性を向上させる。
【００２８】
［実施の形態２］
第１の実施の形態では、図３に示すように、カバーに窓を設けるような構成であった。しかし、カバーの窓でなければならないわけではない。
【００２９】
例えば図４のように、切欠付き面状エレメント３１とグランドパターン３２とを基板３６上に形成するが、切欠付き面状エレメント３１の外周である円弧部分３１ｃの一部とグランドパターン３２の辺３２ａの一部との間の部分を含む矩形部分に対応するスリット３８を下地となる基板に設ける。このようにしても、高域の特性を向上させることができる。
【００３０】
なお、スリット３８の形状は、矩形でなければならないわけではなく、切欠付き面状エレメント３１の外周である円弧部分３１ｃの少なくとも一部とグランドパターン３２の辺３２ａの少なくとも一部とを含む、切欠付き面状エレメント３１とグランドパターン３２との距離が連続的に変化する連続変化部に対応する位置に、当該連続変化部の形状と同じ形状あるいは、やや大きな相似形のスリットを形成してもよい。
【００３１】
スリット３８が形成できない場合には、上記連続変化部周辺の誘電率を下げる構造であればよいので、例えば、基板３６の厚さを連続変化部周辺のみ薄くした肉薄部を形成してもよい。肉薄部の形状も、矩形に限定されず、スリット３８のように変更することができる。
【００３２】
［実施の形態３］
広帯域化を実現できるアンテナの構成は図１（ａ）に示したものに限定されるものではない。本実施の形態では、面状エレメントの形状を変更した例を示す。
【００３３】
本発明の第３の実施の形態に係るアンテナの構成を図５（ａ）及び図５（ｂ）に示す。図５（ａ）に示すように、第３の実施の形態に係るアンテナは、導体で平板の円形面状エレメント１と、当該円形面状エレメント１に並設されるグランドパターン２と、高周波電源３とにより構成される。円形面状エレメント１は、進行波エレメントとも呼ばれ、高周波電源３と給電点１ａにて接続されている。給電点１ａは、円形面状エレメント１とグランドパターン２との距離が最短となる位置に設けられている。
【００３４】
また、給電点１ａを通る直線４に対して円形面状エレメント１とグランドパターン２とは左右対称となっている。従って、円形面状エレメント１の円周上の点からグランドパターン２までの最短距離についても、直線４に対して左右対称となっている。すなわち、直線４からの距離が同じであれば、円形面状エレメント１の円周上の点からグランドパターン２までの最短距離Ｄ１及びＤ２は、同じになる。
【００３５】
本実施の形態では、円形面状エレメント１に対向するグランドパターン２の辺２ａは直線となっている。従って、円形面状エレメント１の下側円弧上の任意の点とグランドパターン２の辺２ａとの最短距離は、給電点１ａから遠ざかると共に円弧に従って連続的に（曲線的に）変化（増加）するようになっている。
【００３６】
また本実施の形態では、図５（ｂ）で示すように、円形面状エレメント１は、グランドパターン２の中心線５上に配置されている。従って、本実施の形態においては円形面状エレメント１とグランドパターン２とが同一平面内に配置されている。但し、必ずしも同一平面内に配置しなくともよく、例えば互いの面が平行又はほぼ平行といった形で配置しても良い。
【００３７】
なお、円形面状エレメント１は、モノポールアンテナの放射導体であるとも考えられる。一方で、本実施の形態におけるアンテナは、グランドパターン２も放射に寄与している部分もあるので、ダイポールアンテナであるとも言える。但し、ダイポールアンテナは通常同一形状を有する２つの放射導体を用いるため、本実施の形態におけるアンテナは、非対称型ダイポールアンテナとも呼べる。このような考え方は第１の実施の形態及び以下で述べる全ての実施の形態に適用可能である。
【００３８】
このようなアンテナに対するカバーの窓又は肉薄部を連続変化部に対応する位置に設けたり、基板のスリット又は肉薄部を連続変化部に対応する位置に設けたりすることにより、第１及び第２の実施の形態のように高域の特性劣化を防止することができるようになる。
【００３９】
［実施の形態４］
本発明の第４の実施の形態に係るアンテナの構成を図６に示す。第３の実施の形態と同様に、円形面状エレメント１１と、当該円形面状エレメント１１と並設されるグランドパターン１２と、円形面状エレメント１１の給電点１１ａと接続する高周波電源１３とにより構成される。給電点１１ａは、円形面状エレメント１１とグランドパターン１２との距離が最短となる位置に設けられる。
【００４０】
また、給電点１１ａを通る直線１４に対して円形面状エレメント１１とグランドパターン１２とは左右対称となっている。さらに、円形面状エレメント１１の円周上の点から直線１４に平行にグランドパターン１２まで降ろした線分の長さ（以下距離と呼ぶ）についても、直線１４に対して左右対称となっている。すなわち、直線１４からの距離が同じであれば、円形面状エレメント１１の円周上の点からグランドパターン１２までの距離Ｄ１１及びＤ１２は同じになる。
【００４１】
本実施の形態では、円形面状エレメント１１に面するグランドパターン１２の辺１２ａ及び１２ｂは、直線１４から遠くなるほど円形面状エレメント１１とグランドパターン１２の距離が、より長くなるように傾けられている。すなわち、グランドパターン１２は円形面状エレメント１１に向けて先が細くなるような形状を有している。なお、辺１２ａ及び１２ｂの傾きについては、所望のアンテナ特性を得るために調整する必要がある。
【００４２】
すなわち、第１の実施の形態でも述べたが、円形面状エレメント１１とグランドパターン１２の距離を変更することにより、アンテナのインピーダンス等価回路における容量成分Ｃを変更することができる。図６に示すように外側に向けて円形面状エレメント１１とグランドパターン１２の距離は広がっており、第１の実施の形態に比して容量成分Ｃの大きさは小さくなる。従って、インピーダンス等価回路における誘導成分Ｌが比較的大きく効くようになる。このようにしてインピーダンス制御を行うことにより、所望のアンテナ特性を得ることができるようになる。図６に示したアンテナも広帯域化を実現している。
【００４３】
なお、本実施の形態では、第３の実施の形態と同様に、円形面状エレメント１１は、グランドエレメント１２と同一平面内に配置されている。但し、必ずしも同一平面内に配置しなくともよく、例えば互いの面が平行又はほぼ平行といった形で配置しても良い。
【００４４】
このようなアンテナに対するカバーの窓又は肉薄部を連続変化部に対応する位置に設けたり、基板のスリット又は肉薄部を連続変化部に対応する位置に設けたりすることにより、第１及び第２の実施の形態のように高域の特性劣化を防止することができるようになる。
【００４５】
［実施の形態５］
本発明の第５の実施の形態に係るアンテナの構成を図７に示す。本実施の形態に係るアンテナは、半円面状エレメント２１と、半円面状エレメント２１と併置されるグランドパターン２２と、半円面状エレメント２１の給電点２１ａと接続する高周波電源２３とにより構成される。給電点２１ａは、半円面状エレメント２１とグランドパターン２２との距離が最短となる位置に設けられる。
【００４６】
また、給電点２１ａを通る直線２４に対して半円面状エレメント２１とグランドパターン２２とは左右対称となっている。従って、半円面状エレメント２１の円弧上の点からグランドパターン２２までの最短距離についても、直線２４に対して左右対称となっている。すなわち、直線２４からの距離が同じであれば、半円面状エレメント２１の円弧上の点からグランドパターン２２までの最短距離は同じになる。
【００４７】
本実施の形態では、半円面状エレメント２１に面するグランドパターン２２の辺２２ａは直線となっている。従って、半円面状エレメント２１の円弧上の任意の点とグランドパターン２２の辺２２ａとの最短距離は、給電点２１ａから遠ざかると共に円弧に従って曲線的に増加するようになっている。
【００４８】
また本実施の形態では、第１の実施の形態と同様に、半円面状エレメント２１は、グランドエレメント２２と同一平面内に配置されている。但し、必ずしも同一平面内に配置しなくともよく、例えば互いの面が平行又はほぼ平行といった形で配置しても良い。
【００４９】
本実施の形態におけるアンテナの周波数特性は、半円面状エレメント２１の半径及び半円面状エレメント２１とグランドパターン２２の距離によって制御することができる。半円面状エレメント２１の半径によって、ほぼ下限周波数が決定される。なお、第４の実施の形態と同様にグランドパターン２２の形状を変形してテーパーを付すようにしても良い。本実施の形態におけるアンテナについても広帯域化を実現している。
【００５０】
このようなアンテナに対するカバーの窓又は肉薄部を連続変化部に対応する位置に設けたり、基板のスリット又は肉薄部を連続変化部に対応する位置に設けたりすることにより、第１及び第２の実施の形態のように高域の特性劣化を防止することができるようになる。
【００５１】
［実施の形態６］
本発明の第６の実施の形態に係るアンテナの構成を図８（ａ）及び図８（ｂ）に示す。第６の実施の形態に係るアンテナは、３ＧＨｚから８ＧＨｚ帯に最適化されたアンテナの一例を示すものである。本アンテナは、凹型面状エレメント７１を内部に含み且つ誘電率約２０の誘電体基板７５と、誘電体基板７５にＬ７（＝１．０ｍｍ）の間隔をおいて併置され且つ誘電体基板７５に向かってテーパーが付されたグランドパターン７２と、例えばプリント基板である基板７６と、凹型面状エレメント７１の給電点７１ａに接続される高周波電源７３とにより構成される。誘電体基板７５のサイズは、８ｍｍ×１０ｍｍ×１ｍｍとなっている。また、給電点７１ａを通る直線７４に対して凹型面状エレメント７１の底辺７１ｂは垂直になっており、辺７１ｃは直線７４に平行になっている。凹型面状エレメント７１の底辺７１ｂの角は隅切されており、辺７１ｆが設けられ、底辺７１ｂはこの辺７１ｆを介して辺７１ｃに接続している。また、凹型面状エレメント７１の天頂部７１ｄには矩形の切欠部７１ｅが設けられている。切欠部７１ｅは、天頂部７１ｄからグランドパターン７２側に矩形に窪ませることにより形成されている。給電点７１ａは底辺７１ｂの中点に設けられている。
【００５２】
また、給電点７１ａを通る直線７４に対して凹型面状エレメント７１とグランドパターン７２とは左右対称となっている。また、凹型面状エレメント７１の底辺７１ｂ上の点から直線７４に平行にグランドパターン７２まで降ろした線分の長さ（以下距離と呼ぶ）についても、直線７４に対して左右対称となっている。
【００５３】
図８（ｂ）は側面図であり、基板７６の上にグランドパターン７２と、誘電体基板７５とが設けられている。基板７６とグランドパターン７２が一体形成される場合もある。なお、本実施の形態では、誘電体基板７５の内部に凹型面状エレメント７１が形成されている。すなわち、誘電体基板７５は、セラミックス・シートを積層して形成され、そのうちの一層として導体の凹型面状エレメント７１も形成される。従って、実際は上から見ても図８（ａ）のようには見えない。誘電体基板７５内部に凹型面状エレメント７１を構成すれば、露出させた場合に比して誘電体の効果が若干強くなるため小型化でき、さびなどに対する信頼性も増す。但し、誘電体基板７５表面に凹型面状エレメント７１を形成するようにしてもよい。また、誘電率も変更することができ、単層基板、多層基板のいずれを用いてもよい。単層基板ならば基板上に凹型面状エレメント７１を形成することになる。
【００５４】
このように凹型面状エレメント７１を誘電体基板７５で覆うような形で形成すると、誘電体により凹型面状エレメント７１周辺の電磁界の様子が変化する。具体的には、誘電体の中の電界密度が増す効果と波長短縮効果が得られるため、凹型面状エレメント７１を小型化することができるようになる。また、これらの効果により電流路の打ち上げ角度が変化し、アンテナのインピーダンス等価回路における誘導成分Ｌ及び容量成分Ｃが変化する。即ち、インピーダンス特性に大きな影響が出てくる。
【００５５】
本実施の形態において、グランドパターン７２の上縁部７２ａ及び７２ｂは、グランドパターン７２の幅が２０ｍｍのところ、側端部において長さＬ８（＝２乃至３ｍｍ）だけ直線７４との交点より下に下がっている。すなわち、グランドパターン７２は凹型面状エレメント７１に向かって先が細くなるような形状を有している。凹型面状エレメント７１の底辺７１ｂは直線７４に対して垂直になっているので、凹型面状エレメント７１の底辺７１ｂとグランドパターン７２との距離は、側端部に向けて線形に増加する。
【００５６】
本実施の形態に係る凹型面状エレメント７１の形状は、より小型化を図ると共に、図９に示すように、所望の周波数帯域を得るための電流路７７を確保するため凹型となっている。この切欠部７１ｅの形状によってアンテナ特性を調整することができる。
【００５７】
本実施の形態に係るアンテナを無線通信カードに実装する場合のプリント基板１６６を図１０に示す。本実施の形態に係るプリント基板１６６は、誘電体基板７５と同じ誘電体基板１６１と、給電点１６１ａに接続される高周波電源１６３と、グランドパターン１６２とを有する。誘電体基板１６１は、プリント基板１６６の右上端部に、グランドパターン１６２に対してＬ２１（＝１ｍｍ）離れて設置される。誘電体基板１６１に対向する辺１６２ａは給電点１６１ａに向かってテーパーが付されている。すなわち、給電点１６１ａに近い点において誘電体基板１６１との距離が最も短くなっている。給電点１６１ａに最も近い点とプリント基板１６６の側端部と辺１６２ａとが交わる点の高さの差Ｌ２２は２乃至３ｍｍである。辺１６２ａは、給電点を通る直線に対して対称となっているが、左側の辺１６２ａは、長さＬ２２の垂直の辺１６２ｂと接続しており、当該辺１６２ｂは水平の辺１６２ｃに接続している。本実施の形態では、辺１６２ｃはさらに垂直の辺１６２ｅに接続している。すなわち、本実施の形態では、グランドパターン１６２に、誘電体基板１６１の側面に対向する部分１６２ｄが存在している。これにより、グランドパターン１６２は、辺１６２ｅ、辺１６２ｃ、辺１６２ｂ、辺１６２ａにより誘電体基板１６１を囲う形状を有している。なお、２本の辺１６２ａの水平方向の長さＬ２０は１０ｍｍである。
【００５８】
このような無線通信カードのプリント基板１６６にカバー１６８に設ける場合には、図１１に示すように、窓１６９を設ける。この窓１６９については、グランドパターン１６２の辺１６２ａと誘電体基板１６１内に設けられた凹型面状エレメント７１の辺７１ｂとを含む、グランドパターン１６２と凹型面状エレメント７１との距離が連続的に変化する連続変化部に対応する位置に設けられている。なお、窓１６９の大きさや形については、矩形でなければならないわけではなく、上記のような連続変化部がカバー１６８により覆われないような任意の形状であってもよい。なお、カバー１６８の強度などから窓ではなく肉薄部を設けるようにしても良い。
【００５９】
［実施の形態７］
本発明の第７の態様に係るアンテナは、図１２に示すように、第６の実施の形態と同じ形状の凹型面状エレメント７１を含む誘電体基板７５と、当該誘電体基板７５に併置され且つその上縁部が円弧形状を有するグランドパターン８２と、誘電体基板７５及びグランドパターン８２が設置される基板８６と、凹型面状エレメント７１の給電点７１ａと接続される高周波電源８３とから構成される。
【００６０】
凹型面状エレメント７１とグランドパターン８２とは、給電点７１ａを通る直線８４に対して、左右対称となっている。また、凹型面状エレメント７１の底辺７１ｂ上の点から直線８４に平行にグランドパターン８２まで降ろした線分の長さ（以下距離と呼ぶ）についても、直線８４に対して左右対称となっている。
【００６１】
グランドパターン８２の上縁部が上に凸の円弧となっているため、グランドパターン８２の側端部に向かって、凹型面状エレメント７１とグランドパターン８２との距離は漸増してゆく。側面の構成については図８（ｂ）と同様である。
【００６２】
グランドパターン８２の上縁部の曲線についてはその曲率を調整することにより、所望の周波数帯において所望のインピーダンス特性を得るようにすることができる。
【００６３】
グランドパターン８２の上縁部を図１２に示したような形状として、図１０に示したようにプリント基板を構成するようにし、さらに図１１に示したような窓を有するカバーを設置するようにしても良い。窓の代わりに肉薄部を有するカバーであってもよい。
【００６４】
［実施の形態８］
本発明の第８の態様に係るアンテナは、図１３に示すように、第６の実施の形態と同じ形状の凹型面状エレメント７１を含む誘電体基板７５と、当該誘電体基板７５に併置され且つその上縁部９２ａ及び９２ｂがそれぞれ下向きの飽和曲線となっているグランドパターン９２と、誘電体基板７５及びグランドパターン９２が設置される基板９６と、凹型面状エレメント７１の給電点７１ａと接続される高周波電源９３とから構成される。
【００６５】
凹型面状エレメント７１とグランドパターン９２とは、給電点７１ａを通る直線９４に対して、左右対称となっている。また、凹型面状エレメント７１の底辺７１ｂ上の点から直線９４に平行にグランドパターン９２まで降ろした線分の長さ（以下距離と呼ぶ）についても、直線９４に対して左右対称となっている。
【００６６】
グランドパターン９２の上縁部９２ａ及び９２ｂが、それぞれ直線９４との交点を起点とする下向きの飽和曲線となっているため、凹型面状エレメント７１とグランドパターン９２との距離は次第に所定の値に漸近するようになる。
【００６７】
グランドパターン９２の上縁部９２ａ及び９２ｂの曲線についてはその曲率を調整することにより、所望の周波数帯域において所定のインピーダンス特性を得るようにすることができる。
【００６８】
グランドパターン９２の上縁部を図１３に示したような形状として、図１０に示したようにプリント基板を構成するようにし、さらに図１１に示したような窓を有するカバーを設置するようにしても良い。窓の代わりに肉薄部を有するカバーであってもよい。
【００６９】
［実施の形態９］
本発明の第９の実施の形態に係るアンテナの構成を図１４に示す。グランドパターンと対向する部分が曲線である凹型面状エレメントを誘電率約２０の誘電体基板に形成した場合の例を説明する。第９の実施の形態に係るアンテナは、凹型面状エレメント１９１を内部に含み且つ外部電極１９５ａが外部に設けられている誘電体基板１９５と、高周波電源と接続して凹型面状エレメント１９１に給電し且つ誘電体基板１９５の外部電極１９５ａと接続するための給電部１９６と、給電部１９６を収容するための窪み１９７を有しており且つプリント基板等に形成されたグランドパターン１９２とにより構成される。なお図１４では給電部１９６に接続される高周波電源については図示が省略されている。外部電極１９５ａは、凹型面状エレメント１９１の突起部１９１ａと接続しており、誘電体基板１９５の裏面（点線部分）まで伸びている。給電部１９６は、誘電体基板１９５の側面端部及び裏面の外部電極１９５ａと接触し、点線部分で重なっている。
【００７０】
凹型面状エレメント１９１には、外部電極１９５ａと接続する突起部１９１ａと、グランドパターン１９２の辺１９２ａに対向する曲線部１９１ｂと、低周波用の電流路を確保するための腕部１９１ｃと、天頂部１９１ｄからグランドパターン方向に窪ませた矩形の切欠部１９１ｅとが設けられている。凹型面状エレメント１９１を含む誘電体基板１９５は、グランドパターン１９２に対して併置されている。
【００７１】
なお、本実施の形態では、誘電体基板１９５の内部に凹型面状エレメント１９１が形成されている。すなわち、誘電体基板１９５は、セラミックス・シートを積層して形成され、そのうちの一層として導体の凹型面状エレメント１９１も形成される。従って、実際は上から見ても図１４のようには見えない。誘電体基板１９５内部に凹型面状エレメント１９１を構成すれば、露出させた場合に比して誘電体の効果が若干強くなるため小型化でき、さびなどに対する信頼性も増す。但し、誘電体基板１９５表面に凹型面状エレメント１９１を形成するようにしてもよい。
【００７２】
グランドパターン１９２には、給電部１９６を収容するための窪み１９７が設けられているため、凹型面状エレメント１９１に対向する辺１９２ａは、一直線になっておらず、２つの辺に分割されている。なお、給電位置となる給電部１９６の中心を通る直線１９４にて、本実施の形態に係るアンテナは左右対称となっている。凹型面状エレメント１９１の曲線１９１ｂとグランドパターン１９２の辺１９２ａとの距離は、直線１９４から離れるほど次第に長くなっている。また、直線１９４に対して左右対称である。なお、側面の構成については図８（ｂ）とほぼ同じである。
【００７３】
この凹型面状エレメント１９１を図１４に示したような形状とした誘電体基板１９５を採用し、凹型面状エレメント１９１の曲線部１９１ｂに対向するグランドパターン１９２の形状を図１４に示したような形状とするプリント基板を全体としては図１０のように構成するようにし、そして図１１に示したような窓を有するカバーを設置するようにしても良い。窓の代わりに肉薄部を有するカバーであってもよい。
【００７４】
［実施の形態１０］
本発明の第１０の実施の形態に係るアンテナの構成を図１５に示す。逆三角形型面状エレメントを誘電率約２０の誘電体基板に形成した場合の例を説明する。なお、逆三角形は従来技術にも類似の形状を採用したものはあるが、誘電体基板に形成した場合については考察されていない。第１０の実施の形態に係るアンテナは、逆三角形型面状エレメント１１０１を内部に含み且つ外部電極１１０５ａが外部に設けられている誘電体基板１１０５と、高周波電源と接続して逆三角形型面状エレメント１１０１に給電し且つ誘電体基板１１０５の外部電極１１０５ａと接続するための給電部１１０６と、給電部１１０６を収容するための窪み１１０７を有しており且つプリント基板等に形成されたグランドパターン１１０２とにより構成される。なお図１５では給電部１１０６に接続される高周波電源については図示は省略されている。外部電極１１０５ａは、逆三角形型面状エレメント１１０１の突起部１１０１ａと接続しており、誘電体基板１１０５の裏面（点線部分）まで伸びている。給電部１１０６は、誘電体基板１１０５の側面端部及び裏面の外部電極１１０５ａと接触し、点線部分で重なっている。
【００７５】
逆三角形型面状エレメント１１０１には、外部電極１１０５ａと接続する突起部１１０１ａと、グランドパターン１１０２の辺１１０２ａに対向する辺１１０１ｂと、天頂部１１０１ｄとが設けられている。逆三角形型面状エレメント１１０１を含む誘電体基板１１０５は、グランドパターン１１０２に対して併置されている。ここでは、三角形部分は二等辺三角形がベースとなっている。
【００７６】
なお、本実施の形態では、誘電体基板１１０５の内部に逆三角形型面状エレメント１１０１が形成されている。すなわち、誘電体基板１１０５は、セラミックス・シートを積層して形成され、そのうちの一層として導体の逆三角形型面状エレメント１１０１も形成される。従って、実際は上から見ても図１５のようには見えない。但し、誘電体基板１１０５表面に逆三角形型面状エレメント１１０１を形成するようにしてもよい。
【００７７】
グランドパターン１１０２には、給電部１１０６を収容するための窪み１１０７が設けられているため、逆三角形型面状エレメント１１０１に対向する辺１１０２ａは、一直線になっておらず、２つの辺に分割されている。なお、給電位置となる給電部１１０６の中心を通る直線１１０４にて、本実施の形態に係るアンテナは左右対称となっている。逆三角形型面状エレメント１１０１の辺１１０１ｂとグランドパターン１１０２の辺１１０２ａとの距離は、直線１１０４から離れるほど直線的に長くなっている。また、直線１１０４に対して左右対称である。なお、側面の構成については図８（ｂ）とほぼ同じである。
【００７８】
この逆三角形型面状エレメント１１０１を図１５に示したような形状とした誘電体基板１１０５を採用し、逆三角形型面状エレメント１１０１に対向するグランドパターン１１０２の形状を図１５に示したような形状とするプリント基板を全体として図１０のように構成するようにし、そして図１１に示したような窓を有するカバーを設置するようにしても良い。窓の代わりに肉薄部を有するカバーであってもよい。
【００７９】
［実施の形態１１］
本実施の形態では、第６の実施の形態（図１０）をダイバーシティ・アンテナに適用した場合の例を示す。通常スペース・ダイバーシティ・アンテナは、１／４波長離れた２つのアンテナを切り替えて使用する。従って、図１６に示すように、２つの誘電体基板をプリント基板１７６の左右の上端部に配置する。
【００８０】
第１のアンテナとしては、誘電体基板７５と同じ誘電体基板１７１と、給電点１７１ａに接続される高周波電源１７３ａと、グランドパターン１７２とを含む。誘電体基板１７１は、プリント基板１７６の右上端部に、グランドパターン１７２に対して垂直方向に１ｍｍ離れて設置される。誘電体基板１７１に対向する、グランドパターン１７２の辺１７２ａは給電点１７１ａに向かってテーパーが付されている。すなわち、給電点１７１ａに最も近い点が誘電体基板１７１との距離が最も短くなっている。給電点１７１ａに最も近い点とプリント基板１７６の側端部と辺１７２ａとが交わる点の高さの差は２乃至３ｍｍである。辺１７２ａは、給電点を通る直線に対して対称となっているが、左側の辺１７２ａは、垂直の辺１７２ｂと接続しており、当該辺１７２ｂは水平の辺１７２ｃに接続している。辺１７２ｃはさらに垂直の辺１７２ｅに接続している。すなわち、グランドパターン１７２に、誘電体基板１７１の側面に対向し且つ第２のアンテナから分離するための部分１７２ｄが追加されている。これにより、グランドパターン１７２は、辺１７２ｅ、辺１７２ｃ、辺１７２ｂ、辺１７２ａにより誘電体基板１７１を囲う形状を有している。
【００８１】
第２のアンテナとしては、誘電体基板７５と同じ誘電体基板１７８と、給電点１７８ａに接続される高周波電源１７３ｂと、グランドパターン１７２とを含む。誘電体基板１７８は、プリント基板１７６の左上端部に、グランドパターン１７２に対して垂直方向に１ｍｍ離れて設置される。誘電体基板１７８に対向する、グランドパターン１７２の辺１７２ｆは給電点１７８ａに向かってテーパーが付されている。すなわち、給電点１７８ａに最も近い点が誘電体基板１７８との距離が最も短くなっている。給電点１７８ａに最も近い点とプリント基板１７６の側端部と辺１７２ｆとが交わる点の高さの差は２乃至３ｍｍである。辺１７２ｆは、給電点を通る直線に対して対称となっているが、右側の辺１７２ｆは、垂直の辺１７２ｇと接続しており、当該辺１７２ｇは水平の辺１７２ｈに接続している。辺１７２ｈはさらに垂直の辺１７２ｊに接続している。グランドパターン１７２には、誘電体基板１７８の側面に対向し且つ第１のアンテナから分離するための部分１７２ｄが存在している。これにより、グランドパターン１７２は、辺１７２ｆ、辺１７２ｇ、辺１７２ｈ、辺１７２ｊにより誘電体基板１７８を囲う形状を有している。基本的にこの無線通信カードのプリント基板及び誘電体基板１７８は直線１７４に対して左右対称となっている。
【００８２】
このようにすれば無線通信カードにおいてスペース・ダイバーシティを実現することができるようになる。
【００８３】
このような無線通信カードのプリント基板にカバーに設ける場合には、誘電体基板１７１及び１７８のいずれに対しても、窓を設ける。第１の窓については、グランドパターンの辺１７２ｆと誘電体基板１７８内に設けられた凹型面状エレメント７１の辺７１ｂとを含む、グランドパターンと凹型面状エレメント７１との距離が連続的に変化する連続変化部に対応する位置に設けられている。また第２の窓については、グランドパターンの辺１７２ａと誘電体基板１７１内に設けられた凹型面状エレメント７１の辺７１ｂとを含む、グランドパターンと凹型面状エレメント７１との距離が連続的に変化する連続変化部に対応する位置に設けられている。なお、窓の大きさや形については、矩形でなければならないわけではなく、上記のような連続変化部がカバーにより覆われないような任意の形状であってもよい。なお、カバー１６８の強度などから窓ではなく肉薄部を設けるようにしても良い。さらに、第１の窓及び第２の窓を連結するようにしてもよい。さらに、第１の窓及び第２の窓を連結した形状の肉薄部を設けるようにしても良い。
【００８４】
［実施の形態１２］
本実施の形態では、第６の実施の形態に係るアンテナをスティック型カードに適用した場合の例を図１７を用いて説明する。本実施の形態に係るプリント基板１８６は、誘電体基板７５と同じ誘電体基板１８１と、給電点１８１ａから接続される高周波電源１８３と、グランドパターン１８２とを有する。誘電体基板１８１は、プリント基板１８６の上端部に、グランドパターン１８２に対してＬ２４（＝１ｍｍ）離れて設置される。誘電体基板１８１に対向する辺１８２ａは給電点１８１ａに向かってテーパーが付されている。すなわち、給電点１８１ａに最も近い点が誘電体基板１８１との距離が最も短くなっている。給電点１８１ａに最も近い点とプリント基板１８６の側端部と辺１８２ａとが交わる点の高さの差Ｌ２５は２乃至３ｍｍとなっている。また辺１８２ａは、給電点を通る直線に対して対称となっている。なお、２本の辺１８２ａの水平方向の長さＬ２３は２０ｍｍである。
【００８５】
このように誘電体基板１８１を用いれば、小さなスティック型カードに実装可能となる。
【００８６】
このようなスティック型カードのプリント基板１８６にカバーに設ける場合には、図１１に示すように、窓を設ける。この窓については、グランドパターン１８２の辺１８２ａの少なくとも一部と誘電体基板１８１内に設けられた凹型面状エレメント７１の辺７１ｂの少なくとも一部とを含む、グランドパターン１８２と凹型面状エレメント７１との距離が連続的に変化する連続変化部に対応する位置に設けられている。なお、窓の大きさや形については、矩形でなければならないわけではなく、上記のような連続変化部がカバーにより覆われないような任意の形状であってもよい。なお、カバーの強度などから窓ではなく肉薄部を設けるようにしても良い。
【００８７】
以上本発明の実施の形態を説明したが、本発明はこれに限定されない。第１１及び第１２の実施の形態において、誘電体基板に含まれる面状エレメントの形状は凹型を一例に説明したが、その他の形状のエレメントを含むような構成であってもよい。
【００８８】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、広帯域化、特に高域の特性確保に有効なアンテナ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は第１の実施の形態におけるアンテナの構成を示す正面図、（ｂ）は側面図である。
【図２】第１の実施の形態におけるアンテナと従来技術のアンテナのインピーダンス特性を示す図である。
【図３】第１の実施の形態におけるアンテナのパッケージングの例を示す図である。
【図４】第２の実施の形態における基板の例を示す図である。
【図５】（ａ）は第３の実施の形態におけるアンテナの構成を示す正面図であり、（ｂ）は側面図であるる。
【図６】第４の実施の形態におけるアンテナの構成を示す図である。
【図７】第５の実施の形態におけるアンテナの構成を示す図である。
【図８】第６の実施の形態におけるアンテナの構成を示す図である。
【図９】第６の実施の形態におけるアンテナの動作原理を説明するための図である。
【図１０】第６の実施の形態におけるアンテナをプリント基板に実装した例を示す図である。
【図１１】第６の実施の形態におけるアンテナのパッケージングの例を示す図である。
【図１２】第７の実施の形態におけるアンテナの構成を示す図である。
【図１３】第８の実施の形態におけるアンテナの構成を示す図である。
【図１４】第９の実施の形態におけるアンテナの構成を示す図である。
【図１５】第１０の実施の形態におけるアンテナの構成を示す図である。
【図１６】第１１の実施の形態におけるアンテナの構成を示す図である。
【図１７】第１２の実施の形態におけるアンテナの構成を示す図である。
【符号の説明】
１  面状エレメント  １ａ  給電点    ２  グランドパターン
３  高周波電源
【図１】
2004328686.tif 000003
【図２】
2004328686.tif 000004
【図３】
2004328686.tif 000005
【図４】
2004328686.tif 000006
【図５】
2004328686.tif 000007
【図６】
2004328686.tif 000008
【図７】
2004328686.tif 000009
【図８】
2004328686.tif 000010
【図９】
2004328686.tif 000011
【図１０】
2004328686.tif 000012
【図１１】
2004328686.tif 000013
【図１２】
2004328686.tif 000014
【図１３】
2004328686.tif 000015
【図１４】
2004328686.tif 000016
【図１５】
2004328686.tif 000017
【図１６】
2004328686.tif 000018
【図１７】
2004328686.tif 000019