(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
広帯域な共振特性を有する放射器（１０２ａ、１０２ｂ）と、
導波器（１０４）と、を備えた平面アンテナであって、
前記導波器（１０４）は、
前記放射器（１０２）に近い側に配置され、前記放射器（１０２）において励振される電流の向きと平行である第１の辺（１０４ａ）と、
前記放射器（１０２）から遠い側に配置され、前記放射器（１０２）において励振される電流の向きと平行であると共に前記第１の辺（１０４ａ）より長い第２の辺（１０４ｂ）と、
前記第２の辺（１０４ｂ）の両端部から前記第１の辺（１０４ａ）の対応する端部にテーパー状に伸びる２つのテーパー辺（１０４ｃ、１０４ｄ）と、を備え、
前記第１の辺（１０４ａ）の長さおよび前記放射器（１０２）に対する配置は、前記放射器（１０２）の使用周波数帯域の上限周波数において導波器として機能できる長さおよび配置となっており、
前記第２の辺（１０４ｂ）の長さおよび前記放射器（１０２）に対する配置は、前記放射器（１０２）の使用周波数帯域の下限周波数において導波器として機能できる長さおよび配置となっていることを特徴とする平面アンテナ。
【請求項２】
当該平面アンテナは車両に搭載され、
前記放射器（１０２）から前記導波器（１０４）への方向は、前記車両の車室内に向う方向であることを特徴とする請求項１に記載の平面アンテナ。
【請求項３】
請求項１または２に記載の平面アンテナ（１）と、
前記平面アンテナ（１）への給電を制御する制御装置とを備えた通信装置。
【請求項４】
請求項１に記載の平面アンテナ（１）を車両に搭載する方法であって、
前記放射器（１０２）から前記導波器（１０４）への方向を、前記車両の車室内へ向けて前記平面アンテナ（１）を搭載することを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、平面アンテナ、通信装置、および平面アンテナの搭載方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、プリント基板に導体パターンを形成した平面形状の広帯域アンテナが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００６−３４５０３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、特許文献１の広帯域アンテナは、導体パターンが形成される面内において無指向性となっているが、導体パターンが形成される面内において指向性を有する広帯域アンテナも望まれる。また、指向性を有するようにするための構成は、薄い平面形状であるが故のコンパクト性を維持するようになっていることが望ましい。
【０００４】
本発明は上記点に鑑み、平面形状の広帯域アンテナにおいて、コンパクト性を確保しつつ指向性を有するようにする技術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】
【０００５】
上記目的を達成するための請求項１に係る発明は、広帯域な共振特性を有する放射器（１０２）と、導波器（１０４）と、を備えた平面アンテナにおいて、導波器（１０４）は、第１の辺（１０４ａ）、第２の辺（１０４ｂ）、および２つのテーパー辺（１０４ｃ、１０４ｄ）を備える。
【０００６】
第１の辺（１０４ａ）は、放射器（１０２）に近い側に配置され、放射器（１０２）において励振される電流の向きと平行である。また、第２の辺（１０４ｂ）は、放射器（１０２）から遠い側に配置され、放射器（１０２）において励振される電流の向きと平行であると共に第１の辺（１０４ａ）より長い。また、２つのテーパー辺（１０４ｃ、１０４ｄ）は、第２の辺（１０４ｂ）の両端部から第１の辺（１０４ａ）の対応する端部にテーパー状に伸びる。なお、テーパー辺（１０４ｃ、１０４ｄ）は、直線によって形成されていてもよいし、曲線によって形成されていてもよい。
【０００７】
このようになっていることで、放射器（１０２）に対する導波器（１０４）の第２の辺（１０４ｂ）の位置および長さに対応した周波数（下限周波数）から、放射器（１０２）に対する導波器（１０４）の第１の辺（１０４ａ）の位置および長さに対応した周波数（上限周波数）までの周波数帯域において、放射器（１０２）において励振される電流の向きと同じ向きの電流が導波器（１０４）においても励振される。その結果、平面アンテナは、放射器（１０２）から導波器（１０４）の方向に指向性を有するようになる。
【０００８】
しかも、指向性を有するための構成である導波器（１０４）が、放射器（１０２）と同様に平面形状を有しているので、平面アンテナのコンパクト性（すなわち、省スペース性）を維持することができる。
【０００９】
なお、「広帯域アンテナ」とは、例えば、ＵＷＢ（ウルトラワイドバンド）通信に使用可能な、比帯域２５％以上あるいは帯域幅１．５ＧＨｚ以上であるものを指している。
【００１０】
また、請求項１に記載のように、平面アンテナは、第１の辺（１０４ａ）の長さおよび放射器（１０２）に対する配置は、放射器（１０２）の使用周波数帯域の上限周波数において導波器として機能できる長さおよび配置となっており、また、第２の辺（１０４ｂ）の長さおよび放射器（１０２）に対する配置は、放射器（１０２）の使用周波数帯域の下限周波数において導波器として機能できる長さおよび配置となっていてもよい。
【００１１】
このようになっていることで、放射器（１０２）の使用周波数帯域において、好ましい指向性を得ることができる。
【００１２】
なお、使用周波数帯域は、放射器（１０２）の構成から特定できる場合もあれば、さらに放射器（１０２）に給電を行う制御装置の作動から特定できる場合もある。
【００１３】
また、請求項２に記載のように、当該平面アンテナは車両に搭載され、放射器（１０２）から導波器（１０４）への方向は、車両の車室内に向う方向となっていてもよい。
【００１４】
このようになっていることで、平面アンテナの平面は、車室内への方向に対して垂直となるので、車室内から見た場合に、広い面積を占有することがない。
【００１５】
また、請求項３に記載のように、請求項１または２に記載の平面アンテナ（１）と、平面アンテナ（１）への給電を制御する制御装置とを備えた通信装置としても、本発明を捉えることができる。また、請求項４に記載のように、請求項３に記載の発明の特徴は、請求項１に記載の平面アンテナ（１）を車両に搭載する方法として捉えることもできる。
【００１６】
なお、上記および特許請求の範囲における括弧内の符号は、特許請求の範囲に記載された用語と後述の実施形態に記載される当該用語を例示する具体物等との対応関係を示すものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の一実施形態について説明する。図１に、本実施形態に係る平面アンテナ１の構成を示す。この平面アンテナ１は、車両に搭載され、車載ナビゲーション装置等の車載装置が車室内の通信機（例えば、携帯電話機、ＰＤＡ、無線タグ）と無線送受信するために用いられる。
【００１８】
図１に示すように、この平面アンテナ１は、矩形（具体的にはほぼ正方形）のプリント基板１０１と、プリント基板１０１の一方の面に共にパターン形成された放射器１０２および導波器１０４とを備えている。
【００１９】
放射器１０２は、給電点１０３からそれぞれ反対方向に伸びる平面形状の導体素子１０２ａ、１０２ｂを有している。このような構成により、図示しない制御装置から給電点１０３に電流が供給されたときに、放射器１０２はダイポールアンテナとして機能する。なお、制御装置は、増幅、周波数変換、変調、復調等の処理によって、給電点１０３への給電を制御する無線回路であり、上記車載装置の制御に従って作動する。
【００２０】
素子１０２ａ、素子１０２ｂは、給電点１０３を頂点として互いに反対方向に伸びるホームベース形状となっている。素子１０２ａおよび素子１０２ｂの長さおよび幅は、広帯域な使用周波数帯域に渡り導波器としての特性を有し、広帯域な共振特性を有することができる程度の幅を有している。
【００２１】
例えば、素子１０２ａ、素子１０２ｂの長さおよび幅は、ＵＷＢ（ウルトラワイドバンド）におけるローバンド（３．１〜４．８ＧＨｚ）の超広帯域に渡って導波器としての特性を有するように設計されていてもよいし、ＵＷＢにおけるハイバンド（７〜１０．６ＧＨｚ）の超広帯域に渡って導波器としての特性を有するように設計されていてもよい。
【００２２】
ここで、素子１０２ａ、１０２ｂの長さとは、素子１０２ａ、１０２ｂにおいて、給電点１０３からの給電によって励振される電流の向き１０５（具体的には紙面上下方向）の方向の寸法をいい、素子１０２ａ、１０２ｂの幅とは、当該電流の向き１０５に直交する方向（具体的には紙面左右方向）の寸法をいう。
【００２３】
導波器１０４は、給電点１０３から見て、上記の放射器１０２における電流の向き１０５に直交する方向（具体的には紙面左右方向）側に配置された、平面かつ台形形状の導電素子である。なお、導波器１０４は、放射器１０２とは直流的に絶縁されている。また、導波器１０４の台形の内部はすべて導体で満たされている。すなわち、導波器１０４には穴が開いていない。
【００２４】
導波器１０４の台形の短辺（第１の辺の一例に相当する）１０４ａは、導波器１０４のうち最も放射器１０２に近い側の辺である。また、短辺１０４ａの向き１０６は、上述の放射器１０２の電流の方向１０５に対して平行となっている。
【００２５】
また、導波器１０４の台形の長辺（第２の辺の一例に相当する）１０４ｂは、導波器１０４のうち最も放射器１０２から遠い側の辺である。また、長辺１０４ｂの向き１０７は、上述の放射器１０２の電流の方向１０５に対して平行となっている。
【００２６】
また、長辺１０４ｂの紙面上側の端点から短辺１０４ａの同じ側の端点に伸びる辺１０４ｃと、長辺１０４ｂの紙面下側の端点から短辺１０４ａの同じ側の端点に伸びる辺１０４ｄは、それぞれ長辺１０４ｂ側から短辺１０４ａ側へテーパー状に伸びている。すなわち、長辺１０４ｂ側から短辺１０４ａ側に向って先細りするように伸びている。
【００２７】
また、短辺１０４ａの長さおよび放射器１０２に対する配置（具体的には、放射器１０２から短辺１０４ａまでの距離）は、放射器１０２の使用周波数帯域の上限周波数において導波器として機能できる長さおよび配置となるように設計されている。
【００２８】
使用周波数帯および平面アンテナ１の構成（誘電率、寸法等）が定まれば、短辺１０４ａのどのような長さよび放射器１０２に対するどのような配置が、放射器１０２の使用周波数帯域の上限周波数において導波器として機能できるか否かは、当業者にとっては明らかである。
【００２９】
なお、従来の通常の導波器においては、通常は、使用周波数の波長をλとし、基板を構成する誘電体による波長短縮率をαとすると、放射器からαλ／４の距離に導波器を設置し、導波器の長さを放射器よりもわずかに小さくすることで、当該波長λにおいて導波器として機能できる。
【００３０】
また、長辺１０４ｂの長さおよび放射器１０２に対する配置（具体的には、放射器１０２から長辺１０４ｂまでの距離）は、放射器１０２の使用周波数帯域の下限周波数において導波器として機能できる長さおよび配置となるように設計されている。
【００３１】
使用周波数帯および平面アンテナ１の構成（誘電率、寸法等）が定まれば、長辺１０４ｂのどのような長さよび放射器１０２に対するどのような配置が、放射器１０２の使用周波数帯域の下限周波数において導波器として機能できるか否かは、当業者にとっては明らかである。
【００３２】
以下、上記のような構成の平面アンテナ１の作動について説明する。制御装置が、使用周波数帯中のいずれかの周波数で無線送信すべく給電点１０３に対して給電を行うと、放射器１０２において電流が励振される。すると、導波器１０４においても、向き１０５の方向に、電流が励振される。
【００３３】
導波器１０４中においては、向き１０５の方向の長さとして、短辺１０４ａの長さから長辺１０４ｂの長さまでが連続的に存在する。したがって、放射器１０２の使用周波数帯域中のどの周波数に対しても、導波器１０４の短辺１０４ａから長辺１０４ｂまでのうちのいずれかの部分が、導波器として機能することができる。
【００３４】
その結果、平面アンテナ１の広帯域な仕様周波数帯域全体に渡って、プリント基板１０１に平行な方向（より具体的には放射器１０２から導波器１０４への方向）に指向性を持たせることができる。
【００３５】
このようになっていることで、放射器１０２の使用周波数帯域において、好ましい指向性を得ることができる。しかも、指向性を有するための構成である導波器１０４が、放射器１０２と同様に平面形状を有しているので、平面アンテナ１のコンパクト性（すなわち、省スペース性）を維持することができる。
【００３６】
図２に、平面アンテナ１の車両への搭載例を示す。上述の通り、平面アンテナ１は、プリント基板１０１に平行な方向に指向性を有するので、平面アンテナ１の側面を車室内に向けるような搭載方法を採用することができる。より具体的には、放射器１０２から導波器１０４への方向が、車両の車室内に向う方向となるように搭載することができる。
【００３７】
したがって、図２に示すように、車両のセンターコンソールに収納された画像表示装置２の下側の隙間に平面アンテナを配置することもできる。
【００３８】
このように、平面アンテナ１の平面は、車室内への方向に対して垂直となるので、例えば、アンテナ３のように車室内に面を向けて搭載する場合に比べ、車室内から見た場合に、平面アンテナ１が広い面積を占有することがない。したがって、平面アンテナ１の搭載スペースの確保が比較的容易になる。
【００３９】
以下、本実施形態の平面アンテナ１の広帯域性を例示するため、ＵＷＢのローバンド（周波数３．１〜４．８ＧＨｚ、波長９６．８〜６２．５ｍｍ）を使用周波数帯域とする場合の指向性のシミュレーション結果を、比較例と共に示す。
【００４０】
図３に、このシミュレーションに用いた平面アンテナ１の各部の寸法［ミリメートル単位］を示す。なお、このシミュレーションにおいては、プリント基板１０１の厚さは０．８ｍｍであり、プリント基板１０１の誘電率は４．９である。
【００４１】
この図に示すように、放射器１０２から短辺１０４ａまでの長さ（より具体的には、電流の向き１０５に垂直な方向に関する放射器１０２の中央位置から短辺１０４ａまでの長さ）は、９ｍｍである。また、短辺１０４ａの長さは１２ｍｍである。これらの設計値は、ローバンドの上限周波数４．８ＧＨｚにおいて導波器として機能できる長さおよび配置の一例である。
【００４２】
また、放射器１０２から長辺１０４ｂまでの長さ（より具体的には、電流の向き１０５に垂直な方向に関する放射器１０２の中央位置から長辺１０４ｂまでの長さ）は、１５ｍｍである。また、長辺１０４ｂの長さは２０ｍｍである。これらの設計値は、ローバンドの下限周波数３．１ＧＨｚにおいて導波器として機能できる長さおよび配置の一例である。
【００４３】
図４に、比較例としての平面アンテナ４の構成および寸法を示す。なお、この図において図１と同じ符号が付された構成部品は、図１の当該部品と同じものである。この比較例の平面アンテナ４においては、導波器４０４は、細い直線状となっているので、特定の狭い周波数においてのみ導波器として機能する。
【００４４】
具体的には、周波数３４３２ＭＨｚ（波長λ＝８７．４ｍｍ）に対して、導波器４０４の長さが０．２８αλ（具体的には２０ｍｍ）、放射器１０２から導波器４０４までの長さが０．２１αλ（具体的には１５ｍｍ）となっている。ただし、αは、プリント基板１０１を構成する誘電体による波長短縮率である。
【００４５】
図５および図６に、それぞれ図３および図４の構成の平面アンテナ１、４に対応するシミュレーション結果の放射強度グラフを示す。なお、グラフは、放射器１０２の電流方向１０５に垂直かつ給電点１０３を通る面内における放射強度であり、０°の方向がプリント基板１０１の中心からプリント面への方向に対応し、２７０°の方向が放射器１０２から導波器１０４への方向に対応する。
【００４６】
図５のグラフにおいては、線１１がＵＷＢのローバンド３チャネルのうちＦ１帯（３４３２±２６４ＭＨｚ）の中心周波数におけるシミュレーション結果に対応し、線１２がＦ２帯（３９６０±２６４ＭＨｚ）の中心周波数におけるシミュレーション結果に対応し、線１３がＦ３帯（４４８８±２６４ＭＨｚ）の中心周波数におけるシミュレーション結果に対応する。
【００４７】
これら線１１〜１３に示されるように、図３の平面アンテナ１は、ローバンド３チャネルすべてにおいて、放射器１０２から導波器１０４の方向への指向性を有するようになる。
【００４８】
図６のグラフにおいては、線４１がＦ１の中心周波数におけるシミュレーション結果に対応し、線４２がＦ２の中心周波数におけるシミュレーション結果に対応し、線４３がＦ３の中心周波数におけるシミュレーション結果に対応する。
【００４９】
これら線４１〜４３に示されるように、図４の平面アンテナ４は、Ｆ１およびＦ２の中心周波数においては放射器１０２から導波器１０４の方向への指向性を有するが、Ｆ３の中心周波数においては十分な指向性を有さない。
【００５０】
（他の実施形態）
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の範囲は、上記実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の各発明特定事項の機能を実現し得る種々の形態を包含するものである。
【００５１】
例えば、テーパー辺１０４ｃ、１０４ｄは、直線でなくても、曲線であってもよい。すなわち、長辺１０４ｂから短辺１０４ａに向けて先細りしていれば足りる。また、平面アンテナ１は、必ずしも車両に搭載されていなくてもよい。また、放射器１０２は、必ずしもダイポールアンテナである必要はない。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の実施形態に係る平面アンテナ１の構成を示す図である。
【図２】平面アンテナ１の車両への搭載例を示す図である。
【図３】平面アンテナ１の各部の寸法の一例を示す図である。
【図４】比較例としての平面アンテナ３の構成および寸法を示す図である。
【図５】図３の例を用いた場合の平面アンテナ１の指向性を示すグラフである。
【図６】図４の例を用いた場合の平面アンテナ１の指向性を示すグラフである。
【符号の説明】
【００５３】
１                        平面アンテナ
２                        画像表示装置
３、４                    比較例の平面アンテナ
１１〜１３、４１〜４３    放射分布特性
１０１                    プリント基板
１０２                    放射器
１０２ａ、１０２ｂ        素子
１０３                    給電点
１０４、４０４            導波器
１０４ａ                  短辺
１０４ｂ                  長辺
１０４ｃ、１０４ｄ        テーパー辺
１０５                    電流の向き
１０６                    短辺の向き
１０７                    長辺の向き
【図１】
0004623141.tif 000002
【図２】
0004623141.tif 000003
【図３】
0004623141.tif 000004
【図４】
0004623141.tif 000005
【図５】
0004623141.tif 000006
【図６】
0004623141.tif 000007