(57)【要約】パッチ導体が設けられた第１の誘電体基板と、第１の誘電体基板に対向した基板であって、パッチ導体に対向した対向基板面に接地導体が設けられた第２の誘電体基板と、第２の誘電体基板の該対向基板面から第１の誘電体基板の側に向かって伸長されている電磁結合用導体とが備えられており、電磁結合用導体は接地導体と直流的に接続されていなく、電磁結合用導体とパッチ導体とが電磁結合されているため、小型で、車両用の窓ガラス板に装着可能なアンテナ装置を提供する。
2004095639.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パッチ導体が設けられた第１の誘電体基板と、
第１の誘電体基板に対向した基板であって、パッチ導体に対向した対向基板に接地導体が設けられた第２の誘電体基板とが備えられており、
第２の誘電体基板が第１の誘電体基板の上に設けられているスペーサの上に設けられており、
第２の誘電体基板が第１の誘電体基板との間に介在している該スペーサにより、第２の誘電体基板と第１の誘電体基板とが所定間隔で離間されていることを特徴とするアンテナ装置。
【請求項２】
前記スペーサが下部ケースとして機能するように前記第１の誘電体基板の上に設けられており、
スペーサに第１の固定手段が設けられており、
上蓋ケースが備えられており、
上蓋ケースには第２の固定手段が設けられており、
第１の固定手段に第２の固定手段が固定されることにより、上蓋ケースが第２の誘電体基板を覆うように該スペーサに上蓋ケースが取り付けられる請求項１に記載のアンテナ装置。
【請求項３】
第１の誘電体基板である車両用の窓ガラス板の車内側の面、又は、窓ガラス板の車内側の面の上に設けられている誘電体膜の上に設けられているパッチ導体と、該パッチ導体に対向し、所定間隔で離間して窓ガラス板に配設される第２の誘電体基板と、第２の誘電体基板に設けられている接地導体とを備えるマイクロストリップアンテナを有するアンテナ装置において、
通信する電波の空気中の波長をλ０とし、パッチ導体と車体開口縁との最短間隔をＤとする場合、
０．０１≦Ｄ／λ０であり、
かつ、車体開口縁から最も離間した該アンテナ装置の部分と、車体開口縁との最短間隔が２００ｍｍ以下であることを特徴とするアンテナ装置。
【請求項４】
前記第２の誘電体基板が前記第１の誘電体基板との間に介在しているスペーサ、絶縁性シート及び絶縁性基板から選ばれる少なくとも１つにより、第２の誘電体基板と第１の誘電体基板とが所定間隔で離間している請求項３に記載のアンテナ装置。
【請求項５】
前記スペーサ及び前記第２の誘電体基板の少なくとも一方に流動性を有する誘電性物質を注入するための孔が設けられている請求項１、２又は４に記載のアンテナ装置。
【請求項６】
前記第１の誘電体基板に対向する前記第２の誘電体基板の対向基板面から第１の誘電体基板の側に向かって伸長されている電磁結合用導体とが備えられており、
電磁結合用導体と前記接地導体とは直流的に接続されていないように構成されており、
電磁結合用導体とパッチ導体とが電磁結合されている請求項１〜５のいずれかに記載のアンテナ装置。
【請求項７】
前記電磁結合用導体が前記パッチ導体と平行又は略平行の部分を有している請求項６に記載のアンテナ装置。
【請求項８】
前記電磁結合用導体が前記第２の誘電体基板から前記第１の誘電体基板側に向かって一旦伸長されており、第１の誘電体基板の、第２の誘電体基板側の面に到達する前に曲がって前記パッチ導体に平行又は略平行に伸長されている請求項６又は７に記載のアンテナ装置。
【請求項９】
前記第２の誘電体基板の、前記パッチ導体に対向する対向基板面に接地導体が設けられており、
前記第２の誘電体基板の、前記パッチ導体に対向していない基板面に伝送導体が設けられており、
前記電磁結合用導体は、第２の誘電体基板の厚さ方向に貫通し、伝送導体と接続されている請求項６〜８のいずれかに記載のアンテナ装置。
【請求項１０】
前記第２の誘電体基板の、前記パッチ導体に対向していない基板面に接地導体が設けられており、該基板面には接地導体が設けられていないスロット部が設けられており、
スロット部の中央又は略中央には伝送導体が接地導体に直流的に接続されていないように設けられており、
前記電磁結合用導体は、第２の誘電体基板の厚さ方向に貫通し、伝送導体と接続されている請求項６〜８のいずれかに記載のアンテナ装置。
【請求項１１】
前記第１の誘電体基板には前記パッチ導体を有するアンテナ素子が設けられており、
前記接地導体と直流的に絶縁されて前記第２の誘電体基板の、第１の誘電体基板に対向する基板面から第１の誘電体基板の側に向かって突出し、第１の誘電体基板に設けられたパッチ導体に信号線路として電気的に接続された柱状導体を有する請求項１〜５のいずれかに記載のアンテナ装置。
【請求項１２】
前記第２の誘電体基板の、前記パッチ導体に対向する対向基板面に接地導体が設けられており、
前記第２の誘電体基板の、前記パッチ導体に対向していない基板面に伝送導体が設けられており、
前記柱状導体は、前記第２の誘電体基板の厚さ方向に貫通し、伝送導体と接続されている請求項１１に記載のアンテナ装置。
【請求項１３】
前記第２の誘電体基板の、前記パッチ導体に対向していない基板面に接地導体が設けられており、該基板面には接地導体が設けられていないスロット部が設けられており、
スロット部の中央又は略中央には伝送導体が接地導体に直流的に接続されていないように設けられており、
前記柱状導体は、第２の誘電体基板の厚さ方向に貫通し、伝送導体と接続されている請求項１１に記載のアンテナ装置。
【請求項１４】
前記第１の誘電体基板に設けられた前記アンテナ素子は、前記パッチ導体の他に、該パッチ導体から離間し該パッチ導体によって周囲が囲まれた島状導体を有し、この島状導体に前記柱状導体が接続されている請求項１１〜１３のいずれかにに記載のアンテナ装置。
【請求項１５】
前記柱状導体がスプリングプローブである請求項１１〜１４のいずれかに記載のアンテナ装置。
【請求項１６】
前記スプリングプローブの反発力が０．２〜５．０Ｎである請求項１５に記載のアンテナ装置。
【請求項１７】
前記第１の誘電体基板と前記第２の誘電体基板との間に、空気、空気以外の１種の誘電性物質及び複数種の誘電性物質から選ばれる少なくとも１つが介在している請求項１〜１６のいずれかに記載のアンテナ装置。
【請求項１８】
前記誘電性物質を誘電性物質Ａとする場合、誘電性物質Ａが流動性又は半流動性を有するか、又は、少なくとも初期には流動性又は半流動性を有し、経時的に又は所定の処理により硬化性又は半硬化性を有する請求項１７に記載のアンテナ装置。
【請求項１９】
前記誘電性物質Ａの比誘電率より大きい比誘電率を有する粉体を有する誘電性物質Ｍが誘電性物質Ａに混入されている請求項１８に記載のアンテナ装置。
【請求項２０】
前記誘電性物質Ｍの粒径が、０．１〜５０μｍである請求項１９に記載のアンテナ装置。
【請求項２１】
前記第１の誘電体基板と前記第２の誘電体基板との間の所定間隔の間隙に、第２の誘電体基板側に硬化した誘電性物質Ｂが設けられており、第１の誘電体基板側に誘電性物質Ａが設けられており、
誘電性物質Ａが流動性又は半流動性を有するか、又は、少なくとも初期には流動性又は半流動性を有し、経時的に又は所定の処理により硬化性又は半硬化性を有し、
前記電磁結合用導体の一部が誘電性物質Ｂ内に埋没しているか、又は、該電磁結合用導体の一部が誘電性物質Ｂに接している請求項１８〜２０のいずれかに記載のアンテナ装置。
【請求項２２】
通信する電波の空気中の波長をλ０とし、
前記第１の誘電体基板と前記第２の誘電体基板との間に誘電性物質が介在しており、該誘電性物質の比誘電率をεｒとし、接地導体の面積をＳとした場合、
正規化した接地導体の幅Ｗｇを、（Ｓ）０．５×（εｒ）０．５÷λ０と表せば、
０．４２≦Ｗｇ≦０．８１である請求項１〜２０のいずれかに記載のアンテナ装置。
【請求項２３】
前記第１の誘電体基板と前記第２の誘電体基板との間に前記誘電性物質Ａ及び前記誘電性物質Ｂが介在しており、
前記誘電性物質Ａの比誘電率をεＡとし、
前記誘電性物質Ｂの比誘電率をεＢとする場合、
｛εＡ・εＢ・（誘電性物質Ａの厚さ＋誘電性物質Ｂの厚さ）｝÷（εＢ・誘電性物質Ａの厚さ＋εＡ・誘電性物質Ｂの厚さ）をεｑとすれば、
正規化した接地導体の幅Ｗｇを、（Ｓ）０．５×（εｑ）０．５÷λ０と表せば、
０．４２≦Ｗｇ≦０．８１である請求項２１に記載のアンテナ装置。
【請求項２４】
通信する電波の周波数が、２．１０〜２．６５ＧＨｚである場合、
前記第１の誘電体基板と前記第２の誘電体基板との間に誘電性物質が介在しており、
該誘電性物質の比誘電率が、１．８９〜５．８０であり、前記接地導体の面積が、１０２４〜３９６０ｍｍ２である請求項１〜１６のいずれかに記載のアンテナ装置。
【請求項２５】
通信する電波の周波数が、２．１０〜２．６５ＧＨｚである場合、
前記第１の誘電体基板と前記第２の誘電体基板との間に前記誘電性物質Ａ及び前記誘電性物質Ｂが介在しており、
前記誘電性物質Ａの比誘電率をεＡとし、
前記誘電性物質Ｂの比誘電率をεＢとする場合、
｛εＡ・εＢ・（誘電性物質Ａの厚さ＋誘電性物質Ｂの厚さ）｝÷（εＢ・誘電性物質Ａの厚さ＋εＡ・誘電性物質Ｂの厚さ）をεｑとすれば、
εｑが、１．８９〜５．８０であり、前記接地導体の面積が、１０２４〜３９６０ｍｍ２である請求項２１に記載のアンテナ装置。
【請求項２６】
通信する電波の周波数が、２．１０〜２．６５ＧＨｚである場合、
前記第１の誘電体基板と前記第２の誘電体基板との間に誘電性物質が介在しており、
該誘電性物質の比誘電率が１．８９〜５．２０であり、
前記パッチ導体の縦幅とパッチ導体の横幅とをＬ１とした場合、
Ｌ１が２１．３〜３６．１１ｍｍである請求項１〜１６のいずれかに記載のアンテナ装置。
【請求項２７】
通信する電波の周波数が、２．１０〜２．６５ＧＨｚである場合、
前記パッチ導体の縦幅とパッチ導体の横幅とをＬ１とした場合、
Ｌ１が２１．５〜３４．８５ｍｍであり、
前記接地導体の面積が、１０２４〜２３０４ｍｍ２であり、
前記電磁結合用導体がパッチ導体と平行又は略平行の部分を有しており、
電磁結合用導体の、パッチ導体に平行又は略平行な部分の長さが７．９〜２９．４ｍｍである請求項６〜１０のいずれかに記載のアンテナ装置。
【請求項２８】
通信する電波の周波数が、２．１０〜２．６５ＧＨｚである場合、
前記パッチ導体と前記接地導体との間隔が、３．６〜１０．８ｍｍである請求項１〜２７のいずれかに記載のアンテナ装置。
【請求項２９】
通信する電波の周波数が、２．１０〜２．６５ＧＨｚである場合、
前記第１の誘電体基板と前記第２の誘電体基板との間に空気が介在しており、
前記パッチ導体の縦幅と前記パッチ導体の横幅とをＬ１とした場合、
Ｌ１が、３２．６８〜４１．８０ｍｍであり、
前記電磁結合用導体がパッチ導体と平行又は略平行の部分を有しており、
電磁結合用導体の、パッチ導体に平行又は略平行な部分の長さが、１０．４〜２７．３ｍｍである請求項６〜１０のいずれかに記載のアンテナ装置。
【請求項３０】
前記接地導体の面積が、３２４０〜３９６０ｍｍ２である請求項２９に記載のアンテナ装置。
【請求項３１】
前記電磁結合用導体が前記パッチ導体と平行又は略平行の部分を有しており、
電磁結合用導体の、パッチ導体に平行又は略平行な部分がパッチ導体に立体的に重なって、該部分が立体的にパッチ導体の内側に配されており、
立体的に見て、該部分の軸の中心とパッチ導体の周縁との間隔が、１．１７〜２．４２ｍｍである請求項６〜１０、２７又は２９のいずれかに記載のアンテナ装置。
【請求項３２】
前記第１の誘電体基板１と前記第２の誘電体基板２との間に介在している誘電性物質が空気である場合、
前記電磁結合用導体が前記パッチ導体と平行又は略平行の部分を有しており、
電磁結合用導体の、パッチ導体に平行又は略平行な部分の長さが４．７〜４９．３ｍｍである請求項６〜１０又は３１のいずれかに記載のアンテナ装置。
【請求項３３】
通信する電波の周波数が、２．１０〜２．６５ＧＨｚである場合、
前記第１の誘電体基板と前記第２の誘電体基板との間に誘電性物質が介在しており、
該誘電性物質の比誘電率が、１．８９〜５．２０であり、
前記電磁結合用導体が前記パッチ導体と平行又は略平行の部分を有しており、
電磁結合用導体の、パッチ導体に平行又は略平行な部分の長さが８．７〜２８．７ｍｍである請求項７，８又は３１に記載のアンテナ装置。
【請求項３４】
前記電磁結合用導体のヤング率が、５×１０１０Ｐａ以上であり、かつ、電磁結合用導体の断面積が０．１６〜１６ｍｍ２である請求項３２又は３３に記載のアンテナ装置。
【請求項３５】
前記第１の誘電体基板が車両用の窓ガラス板であり、
前記接地導体の面積が、１０２４〜２３０４ｍｍ２であり、
前記スペーサが前記パッチ導体を囲むように窓ガラス板に接着されており、
スペーサが窓ガラス板に接着されている前記接着部の面積が１５０〜７７０ｍｍ２である請求項１，２，４又は５に記載のアンテナ装置。
【請求項３６】
前記スペーサが前記窓ガラス板に接着されている前記接着部の接着強度が０．４Ｎ／ｍｍ２以上である請求項３５に記載のアンテナ装置。
【請求項３７】
前記第１の誘電体基板と前記第２の誘電体基板との間に誘電性物質が介在しており、該誘電性物質の比誘電率が、２．５６〜５．８０である場合、
前記スペーサが帯状に正方形の４辺又は略正方形の４辺を描くように前記窓ガラス板に設けられており、
該スペーサの外側周縁の幅が３３〜５０ｍｍである請求項３５又は３６に記載のアンテナ装置。
【請求項３８】
前記スペーサが前記窓ガラス板に接着部を介して接着されており、
該接着部の厚さが、０．４〜３．０ｍｍである請求項３５〜３７のいずれかに記載のアンテナ装置。
【請求項３９】
前記スペーサと前記第２の誘電体基板との間に前記接地導体の一部が配されており、
スペーサの比誘電率が１．８９〜１２．０である請求項１，２，４，５又は３５〜３８のいずれかに記載のアンテナ装置。
【請求項４０】
第１の誘電体基板である車両用の窓ガラス板の車内側の面、又は、窓ガラス板の車内側の面の上に設けられている誘電体膜の上に設けられているパッチ導体と、該パッチ導体に対向し窓ガラス板に配設される絶縁性シート又は絶縁性基板と、該絶縁性シート又は該絶縁性基板に設けられている接地導体とを備えるマイクロストリップアンテナを有するアンテナ装置において、
通信する電波の空気中の波長をλ０とし、パッチ導体と車体開口縁との最短間隔をＤとする場合、
０．０１≦Ｄ／λ０であり、
かつ、車体開口縁から最も離間した該アンテナ装置の部分と、車体開口縁との最短間隔が２００ｍｍ以下であることを特徴とするアンテナ装置。
【請求項４１】
前記絶縁性シート又は前記絶縁性基板を絶縁支持手段というとき、
該絶縁支持手段の、前記窓ガラス板とは反対側に第２の誘電体基板が設けられており、
該絶縁支持手段と第２の誘電体基板との間に前記接地導体が介在しているか、又は、該絶縁支持手段に該接地導体が設けられている代りに、第２の誘電体基板に該接地導体が設けられている請求項４０に記載のアンテナ装置。
【請求項４２】
通信する電波の周波数が、２．１０〜２．６５ＧＨｚである場合、
前記接地導体の面積が、１０２４〜２３０４ｍｍ２であり、
前記パッチ導体の縦幅とパッチ導体の横幅とをＬ１とした場合、
Ｌ１が１９．０〜２９．０ｍｍであり、
前記絶縁性シート又は前記絶縁性基板の比誘電率が、２．５６〜５．８０である請求項４０又は４１に記載のアンテナ装置。
【請求項４３】
パッチ導体と接地導体との間に該絶縁性シート又は該絶縁性基板以外に、空気、空気以外の１種の誘電性物質及び複数種の誘電性物質から選ばれる少なくとも１つが介在しており、
該１種の誘電性物質の比誘電率が、２．５６〜５．８０であるか、又は、該複数種の誘電性物質の比誘電率の少なくとも１つが、２．５６〜５．８０である請求項４２に記載のアンテナ装置。
【請求項４４】
前記絶縁性シート又は前記絶縁性基板を絶縁支持手段というとき、
前記パッチ導体と前記接地導体との間に該絶縁支持手段以外に、空気、空気以外の１種の誘電性物質及び複数種の誘電性物質から選ばれる少なくとも１つが介在して誘電性介在物を構成しており、
誘電性介在物の比誘電率の少なくとも１つが、２．５６〜５．８０である請求項４０〜４３のいずれかに記載のアンテナ装置。
【請求項４５】
通信する電波の周波数が、２．１０〜２．６５ＧＨｚである場合、
前記接地導体の面積が、１０２４〜２３０４ｍｍ２であり、
前記パッチ導体の縦幅とパッチ導体の横幅とをＬ１とした場合、
Ｌ１が１９．０〜２９．０ｍｍであり、
パッチ導体と接地導体との間に、空気、空気以外の１種の誘電性物質及び複数種の誘電性物質から選ばれる少なくとも１つが介在しており、
該１種の誘電性物質の比誘電率が、２．５６〜５．８０であるか、又は、該複数種の誘電性物質の比誘電率の少なくとも１つが２．５６〜５．８０である請求項１〜１６のいずれかに記載のアンテナ装置。
【請求項４６】
通信する電波の周波数が、２．１０〜２．６５ＧＨｚである場合、
前記接地導体の面積が、１０２４〜２３０４ｍｍ２であり、
前記パッチ導体の縦幅とパッチ導体の横幅とをＬ１とした場合、
Ｌ１が１９．０〜２９．０ｍｍであり、
パッチ導体と接地導体との間に、空気、空気以外の１種の誘電性物質及び複数種の誘電性物質から選ばれる少なくとも１つが介在して誘電性介在物を構成しており、
誘電性介在物の比誘電率が、２．５６〜５．８０である請求項１〜１６のいずれかに記載のアンテナ装置。
【請求項４７】
前記誘電性介在物の比誘電率が、該誘電性介在物を構成しているそれぞれの物質の比誘電率の平均値からなる請求項４４又は４６に記載のアンテナ装置。
【請求項４８】
前記パッチ導体と前記接地導体との間隔が、２．９２〜１５．３ｍｍである請求項４０〜４７のいずれかに記載のアンテナ装置。
【請求項４９】
通信する電波の周波数が、２．１０〜２．６５ＧＨｚである場合、
前記パッチ導体が正方形状又は略正方形状であり、
パッチ導体の１つの角と対角とに、直角二等辺三角形状又は略直角二等辺三角形状の切欠部を設けられており、
切欠部の直角を挟む１辺の長さが、０．７７〜１６．７ｍｍである請求項１〜１７又は４０〜４８のいずれかに記載のアンテナ装置。
【請求項５０】
前記パッチ導体と前記接地導体との間に電磁結合用導体の一部又は全部が配されており、
パッチ導体と電磁結合用導体とが電磁結合することにより給電されている４０〜４９のいずれかに記載のアンテナ装置。
【請求項５１】
通信する電波の周波数が、２．１０〜２．６５ＧＨｚである場合、
前記接地導体の面積が、１０２４〜２３０４ｍｍ２であり、
前記パッチ導体の縦幅とパッチ導体の横幅とをＬ１とした場合、
Ｌ１が１９．０〜２９．０ｍｍであり、
パッチ導体と接地導体との間に介在している、前記誘電性物質、前記絶縁性シート及び前記絶縁性基板から選ばれる少なくとも１つの比誘電率が、２．５６〜５．８０であり、
前記電磁結合用導体が前記パッチ導体と平行又は略平行の部分を有しており、
前記電磁結合用導体の、パッチ導体に平行又は略平行な部分の長さが、３．９５〜２８．７ｍｍである請求項６〜１０又は５０のいずれかに記載のアンテナ装置。
【請求項５２】
以下（１）〜（５）の工程を備える請求項１，２，４，５又は３５〜３９のいずれかに記載のアンテナ装置の製造方法。
（１）車両の開口部に嵌め込まれ、かつ、前記パッチ導体が設けられた、前記第１の誘電体基板である窓ガラス板を準備するか、
又は、車両の開口部に嵌め込まれる前であり、かつ、前記パッチ導体が設けられた、前記第１の誘電体基板である窓ガラス板を準備する。
（２）窓ガラス板に接着部を形成するか、又は、前記スペーサの窓ガラス板側の面に接着部を形成する。
（３）接着部を介して窓ガラス板にスペーサが接着されるように、窓ガラス板の所定の箇所にスペーサを貼着する。
（４）第２の誘電体基板の、窓ガラス板側の基板面上に誘電性物質を形成した後、第２の誘電体基板をスペーサに固定する。
（５）上記工程（１）において、車両の開口部に嵌め込まれる前の窓ガラス板を用いる場合には、窓ガラス板を車両の開口部に嵌め込む。
【請求項５３】
前記工程（４）の代りに、
前記窓ガラス板に前記スペーサを貼着した後、前記パッチ導体の上に前記誘電性物質を形成し、さらに、前記第２の誘電体基板を前記スペーサに固定する工程を備える請求項５２に記載のアンテナ装置の製造方法。
【請求項５４】
前記工程（４）の代りに、
前記第２の誘電体基板を前記スペーサに固定した後、前記スペーサ又は第２の誘電体基板に設けられている孔を通して流動性を有する誘電性物質を、前記窓ガラス板と第２の誘電体基板とで囲まれた空隙に注入する工程を備える請求項５２に記載のアンテナ装置の製造方法。
【請求項５５】
前記（４）の工程又は前記工程（４）の代りに備えられる工程において、
前記スペーサには第１の固定手段が設けられており、さらに、第２の固定手段が設けられている上蓋ケースを準備し、
第１の固定手段に第２の固定手段が固定されることにより、前記第２の誘電体基板がスペーサと上蓋ケースとの間に挟み込まれ、上蓋ケースが第２の誘電体基板を覆うようにスペーサに上蓋ケースが取り付けられるようにする請求項５２〜５４のいずれかに記載のアンテナ装置の製造方法。
【請求項５６】
前記（４）の工程又は前記工程（４）の代りに備えられる工程において、
前記スペーサには第１の固定手段が設けられており、さらに、第２の固定手段が設けられ、内側に第２の誘電体基板が設けられている上蓋ケースを準備し、
第１の固定手段に第２の固定手段が固定されることにより、スペーサに上蓋ケースが取り付けられるようにする請求項５２〜５４のいずれかに記載のアンテナ装置の製造方法。
【請求項５７】
前記（４）の工程又は前記工程（４）の代りに備えられる工程において、
前記第２の誘電体基板に、前記電磁結合用導体又は前記柱状導体が取り付けられている請求項５２〜５４のいずれかに記載のアンテナ装置の製造方法。
【請求項５８】
前記工程（４）において、
前記誘電性物質が流動性を有し、
前記第２の誘電体基板上の前記接地導体の上に該誘電性物質を形成する際、第２の誘電体基板上に成形用の枠を設け、該枠内に該誘電性物質を流入させた後、流動性を失わせるか、又は、やや流動性を失わせた後に該枠を外し、第２の誘電体基板を前記スペーサに固定する工程を備える請求項５２に記載のアンテナ装置の製造方法。
【請求項５９】
以下（１）〜（５）の工程を備える請求項１，２，４，５又は３５〜３９のいずれかに記載のアンテナ装置の製造方法。
（１）車両の開口部に嵌め込まれ、かつ、前記パッチ導体が設けられた、前記第１の誘電体基板である窓ガラス板を準備するか、
又は、車両の開口部に嵌め込まれる前であり、かつ、前記パッチ導体が設けられた、前記第１の誘電体基板である窓ガラス板を準備する。
（２）窓ガラス板に接着部を形成するか、又は、前記スペーサの窓ガラス板側の面に接着部を形成する。
（３）第２の誘電体基板をスペーサに固定する。
（４）第２の誘電体基板の、窓ガラス板側の基板面上に誘電性物質を形成した後、接着部を介して窓ガラス板にスペーサが接着されるように、窓ガラス板の所定の箇所にスペーサを貼着する。
（５）上記工程（１）において、車両の開口部に嵌め込まれる前の窓ガラス板を用いる場合には、窓ガラス板を車両の開口部に嵌め込む。
【請求項６０】
前記工程（４）の代りに、
前記窓ガラス板の上の前記パッチ導体の上に誘電性物質を形成した後、前記スペーサを窓ガラス板に固定する工程を備える請求項５９に記載のアンテナ装置の製造方法。
【請求項６１】
前記工程（４）の代りに、
前記スペーサを前記窓ガラス板に固定した後、前記スペーサ又は前記第２の誘電体基板に設けられている孔を通して流動性を有する誘電性物質を、窓ガラス板と第２の誘電体基板とで囲まれた空隙に注入する工程を備える請求項５９に記載のアンテナ装置の製造方法。
【請求項６２】
前記（３）の工程の代り、
前記スペーサには第１の固定手段が設けられており、さらに、第２の固定手段が設けられている上蓋ケースを準備し、
第１の固定手段に第２の固定手段が固定されることにより、前記第２の誘電体基板がスペーサと上蓋ケースとの間に挟み込まれ、上蓋ケースが第２の誘電体基板を覆うようにスペーサに上蓋ケースが取り付けられるようにする工程を備える請求項５９〜６１のいずれかに記載のアンテナ装置の製造方法。
【請求項６３】
前記（３）の工程の代り、
前記スペーサには第１の固定手段が設けられており、さらに、第２の固定手段が設けられ、内側に第２の誘電体基板が設けられている上蓋ケースを準備し、
第１の固定手段に第２の固定手段が固定されることにより、スペーサに上蓋ケースが取り付けられるようにする工程を備える請求項５９〜６１のいずれかに記載のアンテナ装置の製造方法。
【請求項６４】
前記（３）の工程又は前記工程（４）の代りに備えられるにおいて、
前記第２の誘電体基板を前記スペーサに固定する前に、又は、第２の誘電体基板をスペーサに固定する後に、第２の誘電体基板に前記電磁結合用導体又は前記柱状導体が取り付けられている請求項５９〜６３のいずれかに記載のアンテナ装置の製造方法。
【請求項６５】
前記工程（４）の代りに備えられる工程において、
前記誘電性物質が流動性を有し、
前記窓ガラス板の上の前記パッチ導体の上に該誘電性物質を形成する際、窓ガラス板上に成形用の枠を設け、該枠内に該誘電性物質を流入させた後、流動性を失わせるか、又は、やや流動性を失わせた後に該枠を外し、窓ガラス板の所定の箇所にスペーサを貼着する工程を備える請求項６０に記載のアンテナ装置の製造方法。
【請求項６６】
前記スペーサと上蓋ケースとが一体化されている請求項５９〜６１，又は、６３〜６５のいずれかに記載のアンテナ装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  本発明は、ＧＨｚの周波数を用いる通信に適するアンテナ装置に関し、特に車両のガラスアンテナに適用可能なアンテナ装置に関する。
【背景技術】  近年、車載通信装置と外部通信装置との間で電磁波を用いた通信を行って車両の走行をより円滑にするために、ＧＰＳ（衛星測位システム：Ｇｌｏｂａｌ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）、ＶＩＣＳ（道路交通情報システム：Ｖｅｈｉｃｌｅ  Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍ）及びＥＴＣ（自動料金収受システム：Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｔｏｌｌ  Ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍ）等が用いられている。
これらのシステムにおいて用いられる車載通信装置のアンテナとしては、例えば、マイクロストリップアンテナ（以下、ＭＳＡという）を備えるアンテナ装置を車両の前部窓ガラス板に貼着される試みもなされているが、前部窓ガラス板を通して外部通信装置と通信するため、前部窓ガラス板による電磁波の反射等による送信電力の低下、受信電力の低下が発生する。すなわち、ＭＳＡから放射された電磁波の一部は前部窓ガラス板の境界面で反射して反射波となり、この反射波とＭＳＡからの放射波とが干渉することでアンテナ装置の利得を低下させる問題があった。
このため、従来例では、特開２００２−２４６８１７号公報に記載されるように、ＭＳＡの設置箇所を設置スペーサを用いて制限し、放射される電磁波の２分の１の波長に補正定数を乗じた長さを基準長さとし、この基準長さの整数倍だけ、前部窓ガラス板から離れた位置近傍にＭＳＡを配置することでＭＳＡの利得の低下を防止することができた。
また、特開２００２−２５２５２０号公報には、誘電体基板の片面だけにパッチ導体及び接地導体が形成された平面アンテナが開示されている。この平面アンテナでは、誘電体基板の片面に所定のパッチ導体が形成され、この同一平面にパッチ導体の周囲に所定の間隔（スロット）を設けて接地導体が形成されている。この平面アンテナはコプレーナパッチアンテナ（Ｃｏｐｌａｎａｒ  Ｐａｔｃｈ  Ａｎｔｅｎｎａ：ＣＰＡ、以下ＣＰＡとする）と称されている。
また、特開平５−６３４２３号公報には「車両用の平面アンテナ」として車両用の窓ガラス板上の少なくとも一部に下から放射素子用導体層、誘電体層、接地導体層を設け、近傍に設置した増幅器の入力端を放射導体と接続した平面アンテナが開示されている。この平面アンテナは、放射素子用導体層や接地導体層として銀ペーストを、誘電体層はガラス、樹脂、セラミックス等の誘電体を用いて厚膜印刷し焼成して形成している。
しかし、窓ガラス板に対して多層の厚膜印刷は、印刷と乾燥を繰り返す必要があり、その工程が複雑で連続的に印刷を行う場合にはそれぞれ印刷機と乾燥機が必要であり設備が多大なものとなる。また、多層印刷を施し、最適に車両用の窓ガラスに適合する形状を有し、さらに各層が十分に焼成されるような同時焼成は困難である。そして、金属の板状体、シート状、フィルム状のものを接着剤により接着することが開示されているが、接着剤の層を有するためそのアンテナ特性は異なったものとなる。
また、各層の総和は数百μｍ以下にすることが可能とされているが、誘電体層が波長に比べて非常に薄い場合、マイクロストリップアンテナの構造では共振構造とすることが困難であり、放射効率も悪い。誘電体層の比誘電率を大きくして誘電体層を薄くすることがあるが、一般的に比誘電率を大きくすると誘電損失も大きくなりアンテナとしての放射効率は低下するとともに狭帯域となり、例えば、人口衛星からの微弱な電波を受信するには適さないアンテナ装置となる問題があった。
また、特開２００２−２３７７１４号公報の図６には、接地導体が設けられた基板にスペーサを設け、四角形状の金属板からなるパッチ導体をこのスペーサで支持しているパッチアンテナ装置が記載されている。しかし、この従来例では、パッチ導体が誘電体基板に設けられていないので、車両用等として利用するには実装しにくい問題があった。
また、特開平８−２６５０３８号公報の図８には、誘電体基板の一方の面に設けられている環状パッチ導体の内側に島状導体を設けてインピーダンスマッチングを行なっている環状マイクロストリップアンテナが記載されている。しかし、この従来例では、この誘電体基板の他面に接地導体が設けられており、この誘電体基板及び接地導体に孔を設けて同軸ケーブルの芯線をこの孔に貫通させた後にこの芯線の先端を島状導体に接続させているため、車両用等として利用するには実装しにくい問題があった。
また、米国特許ＵＳ６５９３８８７号公報の図２等には、パッチ導体と接地導体とが離間して配されており、接地導体に設けられている孔を通して電磁結合用導体がパッチ導体側に伸長されているパッチアンテナが記載されている。しかし、この従来例では、アンテナ装置全体としての具体的な構造が示されておらず、車両用等として利用するには実装手段が不明瞭である問題があった。
上述したＭＳＡを備えるアンテナ装置が前部窓ガラス板に貼着される場合、上述したように、放射される電磁波の２分の１の波長に補正定数を乗じた長さを基準長さとし、この基準長さの正の整数倍分、前部窓ガラス板から離れた位置近傍にＭＳＡを配置しなければならない。
このため、ＭＳＡの設けられる誘電体基板と前部窓ガラス板との間に厚さの厚い空間が必要となり、ＭＳＡを備えるアンテナ装置の厚さが増し、車両を運転するドライバの視界の妨げになる他、車室内のデザインの点でも好ましくない問題があった。
特開２００２−２５２５２０号公報に開示されるＣＰＡについては、誘電体基板の片面に設けられた導体でアンテナ素子が構成されているので、前部窓ガラス板や後部窓ガラス板等に容易に形成することも可能である。しかし、前部窓ガラス板や後部窓ガラス板に設けられたＣＰＡからの受信信号の取り出しにコネクタを用いたり、同軸ケーブルをハンダにより直付けすること等が必要となり、製作効率やコストの上で必ずしも実用的なアンテナ装置を構成することができない問題があった。
また、ＣＰＡが外部通信装置と通信するために車両に取り付けられる場合、誘電体基板の一方の面にだけ導体が形成されてＣＰＡが構成されるので、誘電体基板の両面の双方向にアンテナの指向性を有するものとなり、必ずしも効率のよい送信、受信を行うことができない問題があった。このため、従来に比べてより小型、薄型、高性能でかつ低コストの高周波帯用のアンテナ装置が求められていた。
【発明の開示】
本発明は、パッチ導体が設けられた第１の誘電体基板と、
第１の誘電体基板に対向した基板であって、パッチ導体に対向した対向基板に接地導体が設けられた第２の誘電体基板とが備えられており、
第２の誘電体基板が第１の誘電体基板の上に設けられているスペーサの上に設けられており、
第２の誘電体基板が第１の誘電体基板との間に介在している該スペーサにより、第２の誘電体基板と第１の誘電体基板とが所定間隔で離間されていることを特徴とするアンテナ装置を提供する。
また、第１の誘電体基板である車両用の窓ガラス板の車内側の面、又は、窓ガラス板の車内側の面の上に設けられている誘電体膜の上に設けられているパッチ導体と、該パッチ導体に対向し、所定間隔で離間して窓ガラス板に配設される第２の誘電体基板と、第２の誘電体基板に設けられている接地導体とを備えるマイクロストリップアンテナを有するアンテナ装置において、
通信する電波の空気中の波長をλ０とし、パッチ導体と車体開口縁との最短間隔をＤとする場合、
０．０１≦Ｄ／λ０であり、
かつ、車体開口縁から最も離間した該アンテナ装置の部分と、車体開口縁との最短間隔が２００ｍｍ以下であることを特徴とするアンテナ装置を提供する。
また、第１の誘電体基板である車両用の窓ガラス板の車内側の面、又は、窓ガラス板の車内側の面の上に設けられている誘電体膜の上に設けられているパッチ導体と、該パッチ導体に対向し窓ガラス板に配設される絶縁性シート又は絶縁性基板と、該絶縁性シート又は該絶縁性基板に設けられている接地導体とを備えるマイクロストリップアンテナを有するアンテナ装置において、
通信する電波の空気中の波長をλ０とし、パッチ導体と車体開口縁との最短間隔をＤとする場合、
０．０１≦Ｄ／λ０であり、
かつ、車体開口縁から最も離間した該アンテナ装置の部分と、車体開口縁との最短間隔が２００ｍｍ以下であることを特徴とするアンテナ装置を提供する。
また、以下（１）〜（５）の工程を備える上記アンテナ装置の製造方法を提供する。
（１）車両の開口部に嵌め込まれ、かつ、前記パッチ導体が設けられた、前記第１の誘電体基板である窓ガラス板を準備するか、
又は、車両の開口部に嵌め込まれる前であり、かつ、前記パッチ導体が設けられた、前記第１の誘電体基板である窓ガラス板を準備する。
（２）窓ガラス板に接着部を形成するか、又は、前記スペーサの窓ガラス板側の面に接着部を形成する。
（３）接着部を介して窓ガラス板にスペーサが接着されるように、窓ガラス板の所定の箇所にスペーサを貼着する。
（４）第２の誘電体基板の、窓ガラス板側の基板面上に誘電性物質を形成した後、第２の誘電体基板をスペーサに固定する。
（５）上記工程（１）において、車両の開口部に嵌め込まれる前の窓ガラス板を用いる場合には、窓ガラス板を車両の開口部に嵌め込む。
また、前記工程（４）の代りに、
前記窓ガラス板に前記スペーサを貼着した後、前記パッチ導体の上に前記誘電性物質を形成し、さらに、前記第２の誘電体基板を前記スペーサに固定する工程を備える上記アンテナ装置の製造方法を提供する。
また、前記工程（４）の代りに、
前記第２の誘電体基板を前記スペーサに固定した後、前記スペーサ又は第２の誘電体基板に設けられている孔を通して流動性を有する誘電性物質を、前記窓ガラス板と第２の誘電体基板とで囲まれた空隙に注入する工程を備える上記アンテナ装置の製造方法を提供する。
また、前記（４）の工程又は前記工程（４）の代りに備えられる工程において、
前記スペーサには第１の固定手段が設けられており、さらに、第２の固定手段が設けられている上蓋ケースを準備し、
第１の固定手段に第２の固定手段が固定されることにより、前記第２の誘電体基板がスペーサと上蓋ケースとの間に挟み込まれ、上蓋ケースが第２の誘電体基板を覆うようにスペーサに上蓋ケースが取り付けられるようにする上記アンテナ装置の製造方法を提供する。
前記（４）の工程又は前記工程（４）の代りに備えられる工程において、
また、前記スペーサには第１の固定手段が設けられており、さらに、第２の固定手段が設けられ、内側に第２の誘電体基板が設けられている上蓋ケースを準備し、
第１の固定手段に第２の固定手段が固定されることにより、スペーサに上蓋ケースが取り付けられるようにする上記アンテナ装置の製造方法を提供する。
前記（４）の工程又は前記工程（４）の代りに備えられる工程において、
前記第２の誘電体基板に、前記電磁結合用導体又は前記柱状導体が取り付けられている上記アンテナ装置の製造方法を提供する。
また、前記工程（４）において、
前記誘電性物質が流動性を有し、
前記第２の誘電体基板上の前記接地導体の上に該誘電性物質を形成する際、第２の誘電体基板上に成形用の枠を設け、該枠内に該誘電性物質を流入させた後、流動性を失わせるか、又は、やや流動性を失わせた後に該枠を外し、第２の誘電体基板を前記スペーサに固定する工程を備える上記アンテナ装置の製造方法を提供する。
また、以下（ａ１）〜（ａ５）の工程を備える上記アンテナ装置の製造方法を提供する。
（ａ１）車両の開口部に嵌め込まれ、かつ、前記パッチ導体が設けられた、前記第１の誘電体基板である窓ガラス板を準備するか、
又は、車両の開口部に嵌め込まれる前であり、かつ、前記パッチ導体が設けられた、前記第１の誘電体基板である窓ガラス板を準備する。
（ａ２）窓ガラス板に接着部を形成するか、又は、前記スペーサの窓ガラス板側の面に接着部を形成する。
（ａ３）第２の誘電体基板をスペーサに固定する。
（ａ４）第２の誘電体基板の、窓ガラス板側の基板面上に誘電性物質を形成した後、接着部を介して窓ガラス板にスペーサが接着されるように、窓ガラス板の所定の箇所にスペーサを貼着する。
（ａ５）上記工程（ａ１）において、車両の開口部に嵌め込まれる前の窓ガラス板を用いる場合には、窓ガラス板を車両の開口部に嵌め込む。
また、前記工程（ａ４）の代りに、
前記窓ガラス板の上の前記パッチ導体の上に誘電性物質を形成した後、前記スペーサを窓ガラス板に固定する工程を備える上記アンテナ装置の製造方法を提供する。
また、前記工程（ａ４）の代りに、
前記スペーサを前記窓ガラス板に固定した後、前記スペーサ又は前記第２の誘電体基板に設けられている孔を通して流動性を有する誘電性物質を、窓ガラス板と第２の誘電体基板とで囲まれた空隙に注入する工程を備える上記アンテナ装置の製造方法を提供する。
また、前記（ａ３）の工程の代り、
前記スペーサには第１の固定手段が設けられており、さらに、第２の固定手段が設けられている上蓋ケースを準備し、
第１の固定手段に第２の固定手段が固定されることにより、前記第２の誘電体基板がスペーサと上蓋ケースとの間に挟み込まれ、上蓋ケースが第２の誘電体基板を覆うようにスペーサに上蓋ケースが取り付けられるようにする工程を備える上記アンテナ装置の製造方法を提供する。
また、前記（ａ３）の工程の代り、
前記スペーサには第１の固定手段が設けられており、さらに、第２の固定手段が設けられ、内側に第２の誘電体基板が設けられている上蓋ケースを準備し、
第１の固定手段に第２の固定手段が固定されることにより、スペーサに上蓋ケースが取り付けられるようにする工程を備える上記アンテナ装置の製造方法を提供する。
また、前記（ａ３）の工程又は前記工程（ａ４）の代りに備えられるにおいて、
前記第２の誘電体基板を前記スペーサに固定する前に、又は、第２の誘電体基板をスペーサに固定する後に、第２の誘電体基板に前記電磁結合用導体又は前記柱状導体が取り付けられている上記アンテナ装置の製造方法を提供する。
また、前記工程（ａ４）の代りに備えられる工程において、
前記誘電性物質が流動性を有し、
前記窓ガラス板の上の前記パッチ導体の上に該誘電性物質を形成する際、窓ガラス板上に成形用の枠を設け、該枠内に該誘電性物質を流入させた後、流動性を失わせるか、又は、やや流動性を失わせた後に該枠を外し、窓ガラス板の所定の箇所にスペーサを貼着する工程を備える上記アンテナ装置の製造方法を提供する。
前記スペーサと上蓋ケースとが一体化されている上記アンテナ装置の製造方法を提供する。
本発明のアンテナ装置に用いられる電磁波の周波数は３００ＭＨｚ〜３ＴＨｚの電磁波が好ましく、０．８〜６０ＧＨｚがより好ましく、１．０〜３０ＧＨｚが特に好ましく、１．２〜６．３８ＧＨｚが特に特に好ましい。
【図面の簡単な説明】図１：本発明のアンテナ装置の一実施形態を示すアンテナ装置の断面図。
図２：図１に示すアンテナ装置の主要構成部の概略概念図。
図３：図１に示すアンテナ装置のパッチ導体８及び電磁結合用導体３の拡大平面図。
図４：スペーサである下部ケース２０を窓ガラス板に接着した１例を示す平面図。
図５：図１に示す例の応用例を示す断面図。
図６：図１に示す例とは別の本発明のアンテナ装置の一実施形態を示す断面図。
図７：図６に示す例の主要構成部の概略概念図。
図８：図６に示すアンテナ装置のアンテナ素子の平面図。
図９：図６に示すアンテナ装置の組み立て方法を説明する断面図。
図１０：例３のアンテナ装置を示す断面図。
図１１：例１のリターンロス−周波数特性図。
図１２：例１の指向性図。
図１３：例２のリターンロス−周波数特性図。
図１４：例２の指向性図。
図１５：例３の指向性図。
図１６：例４において、横軸を正方形の接地導体の１辺（横幅、縦幅）の長さ、縦軸をアンテナ利得とする特性図。
図１７：例４において、横軸をＬｇ×（εｑ）０．５÷λ０とし、縦軸をアンテナ利得とする特性図。
図１８：例５における、誘電性物質Ａの比誘電率とＬ１、アンテナ利得との関係図。
図１９：例５における、Ｌ２、Ｌ４及び窓ガラス板とプリント基板との間隔とアンテナ利得との関係図。
図２０：アンテナ装置が窓ガラス板に設けられている態様を示す平面図。
図２１：窓ガラス板の車内側の面上に誘電体膜２５を介在させて設けられているパッチ導体８部分の断面図。
図２２：本発明における、接地導体１０及びスロット部５０を示す平面図。
図２３：図１，６に示す例とは別の実施態様を示す断面図。
【符号の説明】
１：第１の誘電体基板
２：第２の誘電体基板
２ａ：孔
３：電磁結合用導体
３ａ：電磁結合用導体３の一方の端部
４：凸部
５：爪部
７：柱状導体
８：パッチ導体
９：車体開口縁
１０：接地導体
１４：伝送導体
１６：同軸ケーブル
１８：上蓋ケース
１８ａ：上蓋ケース１８の周縁
１９：島状導体
２０：下部ケース
２０ａ：孔
２２：接着部
２４：空間
２５：誘電体層
２６ａ：誘電性物質Ａ
２６ｂ：誘電性物質Ｂ
２７：絶縁支持手段
５０：スロット部
【発明を実施するための最良の形態】  以下、本発明のアンテナ装置を添付の図面に示される好適実施形態に基づいて詳細に説明する。図１は本発明のアンテナ装置の一実施形態を示すアンテナ装置の断面図であり、図２はアンテナ装置の主要構成部の概略概念図である。図１に示す断面図は、図２に示すＡ−Ａ’線の矢視断面図である。図３は図１に示すアンテナ装置のパッチ導体８及び電磁結合用導体３の拡大平面図であって、図１、２に示す例のパッチ導体８と電磁結合用導体３との位置関係を示す平面図であり、第１の誘電体基板１の面に垂直方向に上蓋ケース１８側から第１の誘電体基板を見た平面図である。
本発明には、パッチ導体８が設けられた第１の誘電体基板１と、第１の誘電体基板１に対向した基板であって、パッチ導体８に対向した対向基板の面（以下、第２の対向基板面という）に接地導体１０が設けられた第２の誘電体基板２とが備えられている。
また、第２の対向基板面から第１の誘電体基板１の側に向かって伸長されている電磁結合用導体３が備えられており、電磁結合用導体３とパッチ導体８とが電磁結合されている。電磁結合用導体３は接地導体１０と直流的に接続されていない。
第１の誘電体基板１と、第１の誘電体基板１に対向して配置された第２の誘電体基板２とは所定の距離離間している。
スペーサである下部ケース２０は、接着部２２により第１の誘電体基板１に貼着されて固定されている。これにより、上蓋ケース１８が第１の誘電体基板１の所定の位置に固定され、電磁結合用導体３が所定の位置に配され、かつ、第２の誘電体基板２が第１の誘電体基板１との間に介在しているスペーサにより、第２の誘電体基板２と第１の誘電体基板１とが所定間隔で離間されているＭＳＡアンテナを有するアンテナ装置が組み立てられる。このようにスペーサを用いるのは、アンテナ利得を向上させるために第１の誘電体基板１と第２の誘電体基板２との間隔を数ｍｍ以上とりたい場合には、スペーサを用いることで簡単な構造にすることができるとともに容易に生産でき、生産性に優れる。さらに、第１の誘電体基板１として、車両用の窓ガラス板を用いる場合には、この窓ガラス板が、通常、曲率を有するため、この曲率をスペーサにより吸収して窓ガラス板に第２の誘電体基板２を確実に設けることができるからである。また、スペーサから第２の誘電体基板２を容易に外すことができるような構造にしておけば、修理の際便利である。
第１の誘電体基板１の、第２の誘電体基板２に対向した対向基板の面（以下、第１の対向基板面という）には、パッチ導体８が設けられている。図１に示す例では、パッチ導体８の形状は、正方形又は略正方形の１つの角と対角とに切欠部８ｂを設けてなる六角形であり、円偏波に有効な形状となっている。しかし、これに限定されず、パッチ導体８の形状は、正方形状及び長方形状等の四角形、略四角形、多角形、略多角形、円形、略円形、略楕円形及び楕円形等であってもよい。なお、円偏波特性を向上させるために、パッチ導体８に切欠部８ｂを設けることが好ましい。しかし、これに限定されず、パッチ導体８に切欠部８ｂを設けなくても使用できる。図１に示す例では、切欠部８ｂの形状は直角二等辺三角形又は略直角二等辺三角形であるが、切欠部８ｂの形状はこれに限定されない。
電磁結合用導体３は、第２の誘電体基板２に設けられている貫通孔（不図示）を貫通しており、電磁結合用導体３の一方の端部３ａは、第２の誘電体基板２の、第２の対向基板面とは反対側の面（以下、第２の非対向基板面という）に設けられている、信号線路として機能する伝送導体１４にハンダ付け等により接続されている。貫通孔を貫通した電磁結合用導体３は第２の対向基板面から突出するように伸長されている。この突出する部分を電磁結合用導体３の垂直部３ｂと称する。
この貫通孔近傍の第２の対向基板面に設けられている接地導体１０は垂直部３ｂと直流的に接続されていない。さらに、垂直部３ｂと接地導体１０とが電気的に接続しないように、この貫通孔の周縁部と、この貫通孔の周囲の接地導体１０とは、０．０５〜１０ｍｍ、特には０．２〜３ｍｍ離間されていることが好ましい。０．０５ｍｍ以上であると、伝送損失が小さくなり好ましい。また、１０ｍｍ以下であると接地導体１０の面積が充分に確保でき好ましい。
図１に示す例では、電磁結合用導体３が第２の誘電体基板２から、第１の誘電体基板１側に向かって一旦伸長されており、第１の対向基板面に到達する前に曲がって又は曲折してパッチ導体８に平行又は略平行に伸長されている。この曲がって又は曲折してから伸長されている部分を第１の平行部３ｃと称する。
さらに、パッチ導体８の角８ａ近傍にて第１の平行部３ｃは曲折してパッチ導体８の周縁に沿って伸長されており、第２の平行部３ｄを構成している。第１の平行部３ｃと第２の平行部３ｄとは、ともにパッチ導体８に平行又は略平行であり、パッチ導体８の面に垂直な方向において、パッチ導体８とは所定間隔ｈをもって離間されている。
図１に示す例では、電磁結合用導体３は、第１の平行部３ｃと第２の平行部３ｄを有しており、第１の平行部３ｃと第２の平行部３ｄとはパッチ導体８の周縁と平行又は略平行であり、このようにすることが電磁結合を良好にするので好ましいが、これに限定されず、電磁結合用導体３は第２の平行部３ｄを有さなくても使用でき、必ずしも、電磁結合用導体３の、パッチ導体８との近傍部分がパッチ導体８と平行又は略平行でなくともよい。また、電磁結合用導体３は円柱状導体を所定の形状に構成させたものよりなるが、これに限定されず、導電性板状体を所定の形状に構成させたものであってもよい。
図６は図１に示す例とは別の本発明のアンテナ装置の一実施形態を示す断面図であり、図７は図６に示す例の主要構成部の概略概念図である。図６に示す断面図は、図７に示すＡ−Ａ’線の矢視断面図である。ただし、図７において、上蓋ケース１８は図示されていない。図８は図６に示す例のアンテナ素子６の平面図であり、図９は図６に示す例の組み立て方法を説明する断面図である。
図６に示す例は、第１の誘電体基板１と、第１の誘電体基板１に対向して配置された第２の誘電体基板２とが所定の距離離間して構成されている。第１の誘電体基板１の基板面には、電磁波を放射する平面状のアンテナ素子６が設けられている。
アンテナ素子６は、放射導体であるパッチ導体８と、パッチ導体８から離間してパッチ導体８によって周りが囲まれた島状導体１９とを有する（図８参照）。
島状導体１９は、図８に示すように、パッチ導体８によって周りを囲まれ、例えば、幅０．５ｍｍの導体のないギャップによりパッチ導体８から離間した矩形状の導体である。島状導体１９は、後述するように柱状導体７がアンテナ素子６と接続するときのアンテナ素子６の接続部分となっている。なお、アンテナ素子６における島状導体１９は矩形状に限られず、円形状のものであってもよく、特に形状は制限されない。
図６に示す例では、第２の対向基板面に接地導体１０が設けられ、かつ、第２の対向基板面から柱状導体７が突出するように設けられている。柱状導体７の一方の端部は、第２の誘電体基板２を穿孔して貫通する貫通孔を通り、第２の非対向基板面に設けられた信号線路である伝送導体１４にハンダ付け等により接続されて、第２の誘電体基板２に固定されている。一方、柱状導体７の他方の端部は、第１の誘電体基板１に設けられた島状導体１９の略中心で当接されている。なお、接地導体１０は、第２の誘電体基板２に穿孔された貫通孔及びこの貫通孔の周りの近傍領域を除いた、第２の誘電体基板２における対向基板面の全面に設けられることが好ましい。柱状導体７は接地導体１０と直流的に絶縁されて第２の対向基板面から突出している。
このように柱状導体７は、アンテナ素子６と伝送導体１４との間を接続し、送信の際には外部回路からの伝送信号をパッチ導体８へ給電し、又は、受信の際にはパッチ導体８からの伝送信号を伝送導体１４及び同軸ケーブル１６等を介して外部回路へ伝送する信号線路を成す。なお、島状導体１９は、第１の誘電体基板１の面に導体が設けられていないことよりなる一定のギャップによりパッチ導体８から離間し、周囲がパッチ導体８で囲まれた構成を成している。また、島状導体１９には柱状導体７が接続されている。この構成により、島状導体１９は柱状導体７又はパッチ導体８の有する誘導性（インダクタンス）を補正する容量性補正素子として機能する。島状導体１９は、通常高周波の信号線路で用いられる特性インピーダンスである例えば５０Ωに整合するように調整されている。具体的には、柱状導体７の誘導性さらにはパッチ導体８の誘導性を考慮して、島状導体１９の形状及び寸法、及び、島状導体１９とパッチ導体８との間のギャップの幅が調整がされる。このように柱状導体７は、アンテナ素子６と高周波回路的に接続されている。
第１の誘電体基板１として、車両用の窓ガラス板を用いる場合には、車両用の窓ガラス板が通常曲率を有するため、個々の窓ガラス板の曲率の違いにより、柱状導体７が島状導体１９に接触しにくく接続しなくなる問題がある。したがって、このような場合には、柱状導体７としてスプリングプローブを用いることが好ましい。柱状導体７としてスプリングプローブを用いる場合には、図６に示すアンテナ装置全体の設計を変更することなく、柱状導体７を島状導体１９に確実に接触し接続させることができる。
また、柱状導体７としてスプリングプローブを用いる場合には、量産の際、窓ガラス板のゆがみのバラツキ及び第２の誘電体基板２のゆがみのバラツキ等を吸収して円滑に生産することができる。この場合、スプリングプローブのストロークは０．２〜１．５ｍｍ、特には０．２〜０．８ｍｍであることが好ましい。
スプリングプローブの押圧力は島状導体１９を破損することなく、自動車等の車両の振動によって接触部分が振動しないようにするために、さらに、スプリングの反発力で組み立てにくくならないようにすることも考慮して０．２〜５０Ｎが好ましい。スプリングプローブは信号伝送の際、電気的損失を低減するためにその電気抵抗は低いことが好ましい。
また、図６に示すアンテナ装置の組み立てでは、後述するとおり、柱状導体７を島状導体１９に当接させるように、第１の誘電体基板１に対して第２の誘電体基板２が所定距離離間して配置される。その際、柱状導体７の当接位置が組み立て誤差により変動する。柱状導体７は容量性補正素子として機能し、この組み立て誤差によって生じるアンテナ素子６の性能の変動を吸収することができる。
柱状導体７は、例えば、島状導体１９と当接される一方の先端がスプリングによって支持されたスプリングプローブによって構成され、島状導体１９と当接する際、柱状導体７の先端がスプリングの弾性力により島状導体１９に向けて付勢するように構成されている。これにより、図６に示すアンテナ装置の組み立ての際、柱状導体７を島状導体１９に損傷を与えずに滑らかに当接させることができる。
一方、スペーサである下部ケース２０は、接着部２２により第１の誘電体基板１に貼着されて固定されている。これにより、上蓋ケース１８が第１の誘電体基板１の所定の位置に固定され、柱状導体７が島状導体１９の中心に当接され、かつ、第２の誘電体基板２が第１の誘電体基板１に対して所定の距離離れて平行に保持されたＭＳＡアンテナを有するアンテナ装置が組み立てられる。
なお、柱状導体７はスプリングプローブを例に挙げたが、このスプリングプローブの替わりに、上蓋ケース１８が第２の誘電体基板２を下部ケース２０側に向け付勢して支持固定するように、上蓋ケース１８の基板の支持機構はスプリングや弾性体等の付勢手段を備えてもよい。島状導体１９に柱状導体７が当接する際、少なくとも柱状導体７が島状導体１９に向けて弾性力によって付勢するようにすればどのような機構であってもよい。
また、柱状導体７は予め第２の誘電体基板２に固定されたものでなく、予めアンテナ素子６の島状導体１９に柱状導体７の一端をハンダ付け等により固定して接続したものであってもよい。この場合、上蓋ケース１８を下部ケース２０に係止するとき、例えば、第２の誘電体基板２に設けられたソケットにより柱状導体７の他端を受けて伝送導体１４に接続させるように構成する。図６に示す例において、柱状導体７が第１の誘電体基板１と第２の誘電体基板２との間の間隙を横断するように第２の誘電体基板２から突出する限りにおいて、どのような構成を用いてもよい。しかし、実用上取り付け作業が容易で短時間で済み、かつコストのかからない点から、第２の誘電体基板２に予め柱状導体７が設けられた上述の実施形態の構成が好ましい。
なお、図６に示す例では、第１の誘電体基板１と第２の誘電体基板２との間を横切る柱状導体７を１つ設けたものであるが、本発明では柱状導体を複数設け、アンテナ素子の異なる複数の位置で柱状導体を接続させてもよい。例えば、２本の柱状導体からアンテナ素子に給電する場合、円偏波の電磁波を放射するように、柱状導体からアンテナ素子に給電するときの信号の位相をずらして給電してもよい。
本発明において、接地導体１０の大きさはアンテナ装置の小型化の観点から小さくすることが好ましいが、一方において、アンテナ装置の指向性を良好なものとし、インピーダンス特性を整合させて送受信電力を大きくするためには、接地導体１０を大きくすることが好ましい。このことから、接地導体１０が四角形状又は略四角形状の場合には、接地導体１０の一辺の長さは、電磁波の波長の少なくとも１／２波長以上の長さを有することが好ましい。さらに、本発明を車両用のアンテナ装置とするためには、小型化の観点から、接地導体１０の面積は３９６０ｍｍ２以下が好ましい。接地導体１０の面積のより好ましい範囲は２３０４ｍｍ２以下であり、特に好ましい範囲は１９２０ｍｍ２以下、特に特に好ましい範囲は１７６０ｍｍ２以下である。また、接地導体１０の形状については、上記したとおり、四角形又は略四角形であって、正方形又は略正方形が通信特性を向上させる上で好ましいが、これに限定されず、円、略円、楕円、略楕円、多角形又は略多角形等が使用できる。
図１，６に示す例において、第２の対向基板面には接地導体１０が設けられ、第２の非対向基板面に一定の幅の導体によって構成された伝送導体１４が設けられ、マイクロストリップ線路が構成されている。
図２２に示すとおり、第２の非対向基板面に接地導体１０が設けられるようにし、さらに第２の非対向基板面には接地導体１０が設けられていないスロット部５０が設けられるようにし、スロット部５０の中央又は略中央には伝送導体１４が接地導体１０に直流的に接続されていないように設けられるようにし、電磁結合用導体３又は柱状導体７が、第２の誘電体基板２の厚さ方向に貫通し、伝送導体１４と接続されるようにしてもよい。ここで、スロット部５０とは誘電体基板の上に導体が設けられていない細長い領域がスロット部５０である。スロット部５０は、通常、誘電体基板の材質が剥き出しになって露出しているが、これに限定されず、スロット部５０の上に絶縁物質が設けられていてもよい。
図１，６に示す例では、第２の非対向基板面に伝送導体１４が設けられており、このようにすることがアンテナ特性を向上させるために好ましい。しかし、これに限定されず、第２の対向基板面に伝送導体１４を設けても使用できる。第２の対向基板面に伝送導体１４及び接地導体１０を設ける場合には、上記のように接地導体１０にスロット部５０を設け、スロット部５０の中央又は略中央に伝送導体が接地導体１０に直流的に接続されないように伝送導体１４が設けられるようにする。
また、図示されていないが、第２の非対向基板面に接地導体が設けられるようにし、第２の対向基板面に伝送導体が設けられるようにしてもよい。本発明において、第２の対向基板面及び第２の非対向基板面の少なくとも一方に誘電体層を形成し積層してもよい。
伝送導体１４は、アンテナ装置の外部にあるＲＦ（Ｒａｄｉｏ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）回路等の外部回路と接続された同軸ケーブル１６の芯線と接続され、接地導体１０は、同軸ケーブル１６の外部導体と接続されている。同軸ケーブル１６の外部導体は接地することが好ましい。
第１の誘電体基板１に設けられたパッチ導体８と、第２の誘電体基板２に設けられた接地導体１０とによって、第１の誘電体基板１と第２の誘電体基板２との間隙中に存在する例えば空気の空間を誘電体とするＭＳＡが構成されている。
図１に示す例では、前述したとおり、電磁結合用導体３は、パッチ導体８と電磁結合により接続し、外部回路からの信号を同軸ケーブル１６及び伝送導体１４等を介して、パッチ導体８へ給電し、パッチ導体８からの信号を伝送導体１４及び同軸ケーブル１６等を介して外部回路へ伝送する。第２の誘電体基板２は、上蓋ケース１８の所定の位置に収納されて支持固定され、さらに、上蓋ケース１８はパッチ導体８の周りを取り巻くように構成されており、第１の誘電体基板１に固定された下部ケース２０に係止されている。
本発明において、パッチ導体８との接地導体１０との間隔は、アンテナ装置の送受信の性能を確保する点から、アンテナ装置で用いる電磁波の波長に応じて適宜設定される。
前述したとおり、本発明のアンテナ装置では第１の誘電体基板１と第２の誘電体基板２との間隙中に存在する空気の空間を誘電体としてもよいが、小型化等のため、この間隙中に接着剤、充填剤等の誘電性物質である誘電体材料を別途注入・介在させることが好ましい。
第１の誘電体基板１と第２の誘電体基板２との間に介在させる誘電性物質を誘電性物質Ａとする場合、製造及び修理等の便宜のために、誘電性物質Ａが流動性、半流動性又は非硬化性を有することが好ましい。また、誘電性物質Ａが少なくとも初期には流動性又は半流動性を有し、経時的に又は所定の処理により硬化性又は半硬化性を有するな誘電性物質を用いる場合には、故障を少なくすることができる。ここで、所定の処理とは、誘電性物質Ａに別の物質を加えることによる化学反応又は加熱等の処理により誘電性物質Ａに硬化性又は半硬化性を持たせるすべての処理をいう。
第１の誘電体基板１を車両用の窓ガラス板とすると、通常車両用の窓ガラス板は曲率を有するので流動性又は半流動性の誘電性物質を用いると空隙に均一に充填し介在させることが可能であり、密着性を有することが好ましい。また、本発明のアンテナ装置に増幅器などの電子部品が含まれる場合にはそれらを水滴や湿気などの水分から保護する効果も持たせられるという点で実用上好ましい。また、この誘電性物質はアンテナ特性を低下させないという点で低損失であることが望ましく、車両用途に用いる場合にはさらには難燃性であり、耐熱、耐寒性を有し、他の電子部品や銀ペースト等の導体ペーストを焼成した導体などに対して電食、腐食をさせないことが好ましい。
誘電性物質Ａの有する比誘電率εＡが小さいために、本発明のアンテナ装置が所望のアンテナ特性を達成できないときには、比誘電率εＡより大きい比誘電率εＭを有する粉体を含有する誘電性物質Ｍを誘電性物質Ａに混入させ、見かけ上、誘電性物質Ａの比誘電率を大きくすることが好ましい。
誘電性物質Ａとしては、流動性を有し、生産性に優れるシリコーン（高分子珪素有機化合物）、ゴム、各種合成樹脂等が挙げられるが、これらに限定されず、所望の比誘電率を有する誘電性物質ならどんなものでも使用できる。
また、シリコーンの比誘電率は、通常、２．３〜４．３である。誘電性物質Ａとしてシリコーン又は同程度の比誘電率を有する誘電性物質を用い、さらに、必要に応じて誘電性物質Ｍをシリコーンに混入させる場合には、比誘電率εＭは、８．０以上であることが、見かけ上、誘電性物質Ａの比誘電率を効率よく大きくするので好ましい。生産性を考慮すると、比誘電率εＭは、８．０〜１２．０がより好ましい。
誘電性物質Ｍが含有する、比誘電率εＭを有する粉体の粒径（直径）は、０．１〜５０μｍ、特には０．３〜２０μｍ、が好ましい。この粒径が０．１μｍ以上の場合には、生産性に優れ好ましく、５０μｍ以下の場合には、アンテナ特性が安定して好ましい。
図５は、図１に示す例の応用例を示す断面図である。図５に示す例では、第１の誘電体基板１と第２の誘電体基板２との間の所定間隔の間隙に、第２の誘電体基板２側に硬化した誘電性物質Ｂ（図５に示されている２６ｂ（斜線部））が設けられている。さらに、第１の誘電体基板１側に流動性、半流動性又は非硬化性を有する誘電性物質Ａ（図５に示されている２６ａ）が設けられている。電磁結合用導体３の一部が誘電性物質Ｂ内に埋没しているか、又は、電磁結合用導体３の一部が誘電性物質Ｂに接していて、電磁結合用導体３の先端が振動によりふらつかないように誘電性物質Ｂにより電磁結合用導体３を固定している。このようにして本発明のアンテナ装置のアンテナ特性を安定なものにすることができる。
本発明のアンテナ装置において、通信する電波の空気中の波長をλ０とし、第１の誘電体基板１と第２の誘電体基板２との間（図１，６に示す例では、パッチ導体と接地導体との間）に誘電性物質が介在しており、該誘電性物質の比誘電率をεｒとし、接地導体の面積をＳとした場合、正規化した接地導体の幅Ｗｇを、（Ｓ）０．５×（εｒ）０．５÷λ０と表せば、０．４２≦Ｗｇ≦０．８１、特には、０．５≦Ｗｇ≦０．６であることが好ましい。幅Ｗｇが０．４２以上であると、アンテナ利得が向上し好ましく、幅Ｗｇが０．８１以下であれば、小型化が図れ好ましい。
同様の理由で、本発明のアンテナ装置において、第１の誘電体基板１と第２の誘電体基板２との間に誘電性物質Ａ及び誘電性物質Ｂが介在している場合には、｛εＡ・εＢ・（誘電性物質Ａの厚さ＋誘電性物質Ｂの厚さ）｝÷（εＢ・誘電性物質Ａの厚さ＋εＡ・誘電性物質Ｂの厚さ）をεｑ（パッチ導体と接地導体との間に介在する誘電性物質の比誘電率の平均値）とすれば、前記εｒの代りにεｑを用い、正規化した接地導体の幅Ｗｇを、（Ｓ）０．５×（εｑ）０．５÷λ０と表し、０．４２≦Ｗｇ≦０．８１、特には、０．５≦Ｗｇ≦０．６であることが好ましい。
本発明において、通信する電波の周波数が、２．１０〜２．６５ＧＨｚである場合、第１の誘電体基板１と第２の誘電体基板２との間、又は、パッチ導体と接地導体との間に誘電性物質が介在しており、この誘電性物質の比誘電率が、１．８９〜５．２０、接地導体１０の面積が、１２８０〜３９６０ｍｍ２、かつ、パッチ導体の縦幅Ｌ１又はパッチ導体の横幅Ｌ１が、２１．３〜３６．１１ｍｍであることが好ましい。この比誘電率が１．８９以上、接地導体１０の面積が１２８０ｍｍ２以上、かつ、Ｌ１が２１．３ｍｍ以上であるとアンテナ利得が向上する。また、この比誘電率が５．２０以下であるとアンテナ利得が向上し生産性に優れ、誘電性物質が安価に生産できる。さらに、接地導体１０の面積が３９６０ｍｍ２以下であると小型化が達成できる。この誘電性物質の比誘電率が、２．３０〜３．１０、かつ、接地導体１０の面積が、１２８０〜１９２０ｍｍ２であることがより好ましい。また、接地導体１０の面積が、１４４０〜１７６０ｍｍ２であることが特に好ましい。
なお、後述する最小型実施態様では、さらに小型にするために、接地導体１０の面積を、１０２４〜２３０４ｍｍ２とするので、この誘電性物質の比誘電率が、２．５６〜５．８０が好ましい。したがって、本発明において、この誘電性物質の比誘電率の好ましい範囲は、１．８９〜５．８０である。また、本発明において、後述する最小型実施態様を考慮すると、接地導体１０の面積の好ましい範囲は、１０２４〜３９６０ｍｍ２である。
本発明において、給電手段として電磁結合用導体を用いる場合には、通信する電波の周波数が、２．１０〜２．６５ＧＨｚである場合、Ｌ１が、２１．５〜３４．８５ｍｍであり、接地導体１０の面積が、１０２４〜２３０４ｍｍ２である。電磁結合用導体３の、パッチ導体８に平行又は略平行な部分の長さ（第１の平行部３ｃの長さと第２の平行部３ｄの長さとの和の長さ）が、７．９〜２９．４ｍｍであることが好ましい。Ｌ１が、２１．５〜３４．８５ｍｍであり、接地導体１０の面積が１０２４ｍｍ２以上であり、磁結合用導体３の、パッチ導体８に平行又は略平行な部分の長さが、７．９〜２９．４ｍｍであればアンテナ利得が向上する。また、接地導体１０の面積が、２３０４ｍｍ２以下であればより小型化でき好ましい。この場合、通信する電波の周波数が、２．１０〜２．６５ＧＨｚである場合、パッチ導体と接地導体との間隔、すなわち、第１の誘電体基板と第２の誘電体基板との略間隔が、３．６〜１０．８ｍｍであることが、アンテナ利得が向上するので好ましい。
次に、本発明において、通信する電波の周波数が、２．１０〜２．６５ＧＨｚであり、さらに、より小型化となり、よりアンテナ利得が向上する場合（最小型実施態様）について、後述する図１８，１９に基づいて説明する。接地導体１０の面積は、１０２４〜２３０４ｍｍ２とすることが好ましい。
最小型実施態様である場合、パッチ導体と接地導体との間に誘電性物質が介在しており、この誘電性物質の比誘電率が、２．５６〜５．８０、パッチ導体の縦幅Ｌ１又はパッチ導体の横幅Ｌ１が、１９．０〜２９．０ｍｍであることが好ましい。この範囲内である場合にはこの範囲外であるときと比較してアンテナ利得が向上する。ここでいう、比誘電率の範囲「２．５６〜５．８０」についての、より好ましい範囲と特に好ましい範囲とは、後述する表１の誘電性物質の比誘電率が適用され、以下の説明でも同様である。
パッチ導体と接地導体との間に介在している誘電性物質は１種に限定されない。空気、誘電性物質Ａ、誘電性物質Ｂ、誘電性物質Ｍ、後述する絶縁性シート、後述する絶縁性基板及びこれら以外の誘電性物質から選ばれる少なくとも１つがパッチ導体と接地導体との間に介在していても使用できる。この場合、空気以外の、該複数種の誘電性物質の比誘電率の少なくとも１つが、２．５６〜５．８０が好ましい。また、空気以外の該誘電性物質の比誘電率のそれぞれが、２．５６〜５．８０がより好ましい。
また、この場合、パッチ導体と接地導体との間に介在している空気、空気以外の１種の誘電性物質及び複数種の誘電性物質から選ばれる少なくとも１つが介在して誘電性介在物を構成していると考えると、この誘電性介在物の比誘電率が、２．５６〜５．８０であることが特に好ましい。この誘電性介在物の比誘電率とは、この誘電性介在物を構成している各誘電性物質の比誘電率の平均値が、２．５６〜５．８０であることをいう。この誘電性介在物の比誘電率は通常測定によって得られる値が好ましいが、計算で得られる値でもよい。各誘電性物質が複数層をなしている場合、この平均値を計算で算出するに当たっては、通常、各誘電性物質の厚さと比誘電率とが考慮される。なお、パッチ導体と接地導体との間に空気が介在している場合には、該比誘電率は空気の比誘電率を含めて計算される。
介在する態様としては、それぞれ複数層を構成してもよいし、それぞれ誘電性物質の固まりや空気の泡が混在していても使用できる。接地導体が第２の非対向基板面又は第２の非対向基板の内部に設けられている場合には、第２の誘電体基板もこれらの誘電性物質に含まれる。例えば、誘電体板又は誘電体層（例えば、セラミックス板、セラミックス層等）と空気層とをパッチ導体と接地導体との間に介在させて、この誘電体板又は誘電体層の比誘電率と、この空気層の比誘電率（１．０）との平均値が、２．５６〜５．８０になるように、この誘電体板又は誘電体層の厚さと比誘電率とを設定する場合が挙げられる。
例えば、この誘電体板又は誘電体層に比誘電率が、８．０〜２０．０、特には１２．０〜１６．０の誘電性物質を用いることにより、空気とこの誘電性物質との比誘電率の平均値を、２．５６〜５．８０にして安価にし生産性を向上させることができる。
さらに、パッチ導体と接地導体との間隔が、２．９２〜１５．３ｍｍであることが、アンテナ利得が向上するので好ましい。この範囲内である場合にはこの範囲外であるときと比較してアンテナ利得が向上する。また、パッチ導体８に切欠部８ｂを設ける場合には切欠部８ｂの直角８ｃを挟む１辺の長さＬ２が０．７７〜１６．７ｍｍであることが好ましい。この範囲内である場合にはこの範囲外であるときと比較してアンテナ利得が向上する。
最小型実施態様であり、給電手段として電磁結合用導体を用い、かつ、電磁結合用導体がパッチ導体と平行又は略平行の部分を有している場合には、電磁結合用導体の、パッチ導体に平行又は略平行な部分の長さは、３．９５〜２８．７ｍｍであることが好ましい。この範囲内である場合にはこの範囲外であるときと比較してアンテナ利得が向上する。以下、最小型実施態様である場合の好ましい範囲、より好ましい範囲は、特に好ましい範囲を表１にまとめて記載する。
2004095639.tif 000003
本発明において、給電手段として電磁結合用導体を用い、かつ、電磁結合用導体がパッチ導体と平行又は略平行の部分を有しており、通信する電波の周波数が、２．１０〜２．６５ＧＨｚであり、第１の誘電体基板１と第２の誘電体基板２との間に介在している誘電性物質が空気である場合には、第１の平行部３ｃの長さと第２の平行部３ｄの長さとの和の長さが４．７〜４９．３ｍｍ、特には、１８．８〜３４．０ｍｍであるのがアンテナ利得が向上するので好ましい。
また、本発明において、給電手段として電磁結合用導体を用い、かつ、電磁結合用導体がパッチ導体と平行又は略平行の部分を有している場合には、第１の誘電体基板１と第２の誘電体基板２との間に介在している誘電性物質が空気であり、Ｌ１が、３２．６８〜４１．８０ｍｍであり、第１の平行部３ｃの長さと第２の平行部３ｄの長さとの和の長さが、１０．４〜２７．３ｍｍであることがアンテナ利得が向上するので好ましい。この場合、接地導体１０の面積が、３２４０〜３９６０ｍｍ２であることが好ましい。接地導体１０の面積が、３２４０ｍｍ２以上であればアンテナ利得が向上し好ましく、接地導体１０の面積が、３９６０ｍｍ２以下であれば小型化でき好ましい。
本発明において、給電手段として電磁結合用導体を用い、かつ、電磁結合用導体がパッチ導体と平行又は略平行の部分を有している場合には、電磁結合用導体３が、パッチ導体８に平行又は略平行な部分（第１の平行部３ｃと第２の平行部３ｄ）の軸がパッチ導体８に立体的に重なっており、立体的に見て、該部分の軸の中心とパッチ導体の周縁との間隔Ｌ３が、−１．１７〜−２．４２ｍｍであることが好ましい。ここで、Ｌ３が負の数値である場合には、電磁結合用導体３の、第１の平行部３ｃと第２の平行部３ｄとがパッチ導体８に立体的に重なっており、第１の平行部３ｃと第２の平行部３ｄとが立体的にパッチ導体８の内側に配されている。Ｌ３が、−１．１７より小さいと、電磁結合用導体３が放射導体として作用せず、図１に示すアンテナ装置が電波の飛来方向に対して傾斜しても、指向性に悪影響を与えないため、好ましい。Ｌ３が、−２．４より大きいと給電の状態が良好で好ましい。
本発明において、給電手段として電磁結合用導体を用い、かつ、電磁結合用導体がパッチ導体と平行又は略平行の部分を有しており、通信する電波の周波数が、２．１０〜２．６５ＧＨｚであり、第１の誘電体基板１と前記第２の誘電体基板２との間に介在している誘電性物質の比誘電率が１．８９〜５．２０である場合には、電磁結合用導体３の、第１の平行部３ｃの長さと第２の平行部３ｄの長さとの和の長さが８．７〜２８．７ｍｍであることがアンテナ利得が向上するので好ましい。
電磁結合用導体３の材質は、銅、錫、アルミニウム、鉄、銀、金、白金、これらの合金、又はこれらの金属の表面にメッキを施したものが用いることができる。
本発明のアンテナ装置を車両に使用する場合であって、図５に示すような、硬化した誘電性物質Ｂにより電磁結合用導体３を固定しない場合には、振動に耐えうるような機械的強度を有するように電磁結合用導体３の材質のヤング率が、５×１０１０Ｐａ以上、特には、７×１０１０Ｐａ以上であることが好ましい。また、振動に耐えうるような機械的強度を有するように、かつ、給電を効率的に行なえるようにするために、電磁結合用導体３の断面積が、０．１６〜１６ｍｍ２、特には、０．６４〜２．２５ｍｍ２であることが好ましい。電磁結合用導体３の断面の形状は円形、多角形等が用いることができるが、生産性を考慮すると、円形が好ましい。
ただし、アンテナ装置として上蓋ケース１８を下部ケース２０に係止する取付作業が簡易であることが組み立ての点から好ましく、さらに、電磁波の通過する境界面を少なくしパッチ導体８としての送信又は受信の性能に影響を与えないことが好ましい。このことから、低損失の誘電体材料を誘電体として用いるか、又は、空気の空間を誘電体として用いるのが好ましい。
本発明において、第２の誘電体基板２としては単層基板又は多層基板が用いることができる。図１，６に示す例では、第２の誘電体基板２としては単層基板を用いている。このように生産性向上の観点からすれば、単層基板を用いることが好ましい。しかし、本発明において、これに限定されず、第２の誘電体基板２として多層基板を用いてもよい。
第２の誘電体基板２としては単層基板を用いる場合には、図１，６に示す例では、第２の誘電体基板２の表面に接地導体１０と伝送導体１４とを設けたが、これに限定されず、第２の誘電体基板２の内部に接地導体１０及び伝送導体１４の少なくとも一方を設けても使用できる。
第２の誘電体基板２として多層基板を用いる場合には、接地導体１０と伝送導体１４とが別の層に設けられることが好ましい。しかし、これに限定されず、接地導体１０と伝送導体１４とが同層に設けられても使用できる。接地導体１０と伝送導体１４とが同層に設けられる場合には、この層には接地導体１０が設けられていないスロット部が設けられるようにし、スロット部の中央又は略中央には伝送導体１４が接地導体１０に直流的に接続されていないように設けられるようにし、電磁結合用導体３又は柱状導体７が、第２の誘電体基板２の厚さ方向に貫通し、伝送導体１４と接続されるようにしてもよい。
本発明において、種々の給電手段を述べたが、本発明に用いられる給電手段は上記給電手段及び後述する給電手段に限定されず、アンテナ性能を引き出せれば、他の給電手段であっても使用できる。
第１の誘電体基板１及び第２の誘電体基板２の材質としては、樹脂、セラミック、ガラス等の各種の誘電体材料が挙げられる。また、第２の誘電体基板２としてはガラス布基材ふっ素樹脂両面銅貼プリント基板、ガラスエポキシ基板、セラミック基板等の各種のプリント基板を用いることができ、耐久性を有し、かつ、低コストのものが好ましい。
パッチ導体８、接地導体１０及び伝送導体１４としては、例えば、銀ペースト等の導体ペーストを誘電体基板に印刷した後焼成してなる導体、導体性塗料を誘電体基板に塗布して形成した導体、又は、銅箔等を誘電体基板に貼着してなる導体等が挙げられる。また、別の態様として、電磁波の波長に対して無視できる程度の厚さのフレキシブルプリント基板に設けられている銅箔によって形成されたものであってもよい。この場合、極めて薄い接着層や粘着層等を介して上記フレキシブルプリント基板を別体の誘電体基板に貼着されることで、パッチ導体８等を構成してもよい。このように、パッチ導体８等の材質及び作製手段は特に制限されない。
上蓋ケース１８及び下部ケース２０の材質は、特に制限されない。例えば、ＡＢＳ（アクリロニトリルブタジエンスチレン）樹脂、ＰＥＫ（ポリエーテルケトン）樹脂、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）樹脂、ＰＰＳ（ポリフェニレンスルフィド）樹脂、ＰＰ（ポリプロピレン）樹脂及びＰＡ（ポリアミド）樹脂等の各種樹脂等が挙げられ、アンテナ装置の要求される耐久性、接着剤による第１の誘電体基板１への接着性又はコスト等によって適宜選択される。
下部ケース２０を第１の誘電体基板１に貼着する接着部２２には、例えば、両面接着テープである厚さ０．８ｍｍのアクリルフォームテープ（３Ｍ社製）等が用いられるが、テープの厚さ及び材質は特に制限されず、第１の誘電体基板１の材料及び下部ケース２０の材料の接着性や耐久性を考慮して種々の両面接着テープや接着剤が用いられる。
第１の誘電体基板１が自動車等の車両用の窓ガラス板であり、接地導体１０の面積が、１０２４〜２３０４ｍｍ２である場合には、例えば、下部ケース２０であるスペーサがパッチ導体８を囲むように窓ガラス板１に接着されており、このスペーサが窓ガラス板に接着されている接着部の面積が１５０〜７７０ｍｍ２であることが好ましい。さらに、このスペーサの垂直引っ張り強度が１９６Ｎ以上であることが好ましいことより、接着部の面積が１５０ｍｍ２以上であると振動に耐えうるような機械的強度を有することとなる。このスペーサが窓ガラス板に接着されている接着部の面積が７７０ｍｍ２以下であると小型化できる。この場合、スペーサが窓ガラス板に接着されている接着部２２の接着強度が０．４Ｎ／ｍｍ２以上であることが機械的強度を有し、小型化の点で好ましい。
図４は、スペーサである下部ケース２０を窓ガラス板に接着した１例を示す平面図である。図４に示す例では、下部ケース２０が帯状に正方形の４辺又は略正方形の４辺を描くように窓ガラス板に接着されて設けられている。図４において、Ｗ１は下部ケース２０の内側周縁の幅、Ｗ２は下部ケース２０の外側周縁の幅、Ｗ３は下部ケース２０の内側周縁の１辺とパッチ導体８との最短間隔である。
本発明において、通信する電波の周波数が、２．１０〜２．６５ＧＨｚであり、第１の誘電体基板１と第２の誘電体基板２との間、又は、パッチ導体と接地導体との間に誘電性物質が介在しており、この誘電性物質の比誘電率が表１に示す好ましい範囲（２．５６〜５．８０）、より好ましい範囲又は特に好ましい範囲である場合には、Ｗ２は３３〜５０ｍｍが好ましい。Ｗ２が３３ｍｍ以上であればアンテナ利得が向上し、Ｗ２が５０ｍｍ以下では小型化が図れるからである。また、この場合、車両、特に自動車の窓ガラス板の場合には、接着部２２の厚さが、０．４〜３．０ｍｍであることが好ましい。接着部２２の厚さが０．４ｍｍ以上であると窓ガラス板の有する曲率を吸収でき、接着部２２の厚さが３．０ｍｍ以下であると生産性に優れている。
図５に示すとおり、スペーサである下部ケース２０に孔２０ａを設けるか、及び／又は、第２の誘電体基板２に誘電性物質Ａを注入するための孔２ａを設けてもよい。製造する際には、スペーサと第２の誘電体基板２とが窓ガラス板に設けられた後に、この孔を通して注射器のような器具で流動性を有する誘電性物質Ａを注入できるからである。
図１、６に示す例では、スペーサである下部ケース２０と第２の誘電体基板との間に接地導体の一部が配されており、このような場合には、下部ケース２０の比誘電率がアンテナ利得に影響するため、下部ケース２０の比誘電率が、１．８９〜１２．０、特には、２．７〜４．０であることが好ましい。下部ケース２０の比誘電率が１．８９以上であるとアンテナ利得が向上し、下部ケース２０の比誘電率が１２．０以下であると生産性に優れている。
図３，８に示す例では、矩形状のパッチ導体８から放射される電磁波が円偏波になるように、パッチ導体８は正方形形状の対角位置にある一対の角部分が切り欠かれた切欠き部８ｂを有する形状を備える。
図３に示すパッチ導体８の形状は、左円偏波の送受信を行うために設けられており、図８に示すパッチ導体８の形状は、右円偏波の送受信を行うために設けられる。本発明のパッチ導体の形状は一対の切欠部８ｂの位置を変更することにより左円偏波、右円偏波どちらにも対応することができ、切欠部８ｂを有しない場合には直線偏波用とすることも可能である。このパッチ導体の形状は、ＭＳＡにおけるパッチ導体の形状と同様な公知の手法、例えば、「小型・平面アンテナ」（羽石他著、電子情報通信学会編）に記載された手法を用いて、パッチ導体８を構成することができる。特に、円偏波用とする場合、パッチ導体の一部に切欠き部や突起部を設け、縮退分離素子を用いることができる。
図３，８に示すパッチ導体８の形状は、左円偏波の送受信を行うために設けられているが、本発明におけるパッチ導体の形状は左円偏波用の形状に制限されない。左円偏波用の他に、直線偏波用又は右円偏波用とすることができ、ＭＳＡにおけるパッチ導体の形状と同様な公知の手法、例えば、「小型・平面アンテナ」（羽石他著、電子情報通信学会編）に記載された手法を用いて、パッチ導体８を構成することができる。特に、円偏波用とする場合、パッチ導体の一部に切欠き部や突起部を設け、縮退分離素子を用いることができる。
また、パッチ導体８を小型化するために、ＭＳＡで用いられる公知の小型化の方法が種々用いられる。パッチ導体に切り込みを入れたり、パッチ導体８の輪郭の形状にフラクタル構造として公知のコッホ曲線を用いたり、パッチ導体８の形状にフラクタル構造として公知のシェルピンスキーのガスケットのパターンを用いることもできる。
図１に示す例では、上蓋ケース１８が第１の誘電体基板１に貼着された下部ケース２０に係止されて第１の誘電体基板１上の所定の位置に固定されることにより第２の誘電体基板２は第１の誘電体基板１に対して所定の距離離間しつつ、電磁結合用導体３がパッチ導体８に近接してパッチ導体８と電磁結合される。
図１、６に示す例の製作手順を説明する。
（１）最初に、第１の誘電体基板１が車両用の窓ガラス板である場合、この窓ガラス板にパッチ導体８を形成する。すなわち、パッチ導体が設けられた窓ガラス板を準備する。
この窓ガラス板にパッチ導体８を形成する方法は、銀ペースト等の、導電性金属を含有するペーストを窓ガラス板の車内側表面にスクリーン印刷等でプリントし、焼付けて形成される。しかし、この形成方法に限定されず、銅等の導電性物質からなる箔状体を窓ガラス板の車内側表面に形成してもよく、窓ガラス板自身の内部に設けてもよい。なお、以後の工程で窓ガラス板に接着部２２を形成する際に位置決めのために用いるマークをパッチ導体８を形成する方法で同時に形成してもよい。
（２）次に、窓ガラス板に接着部２２を形成するか、又は、下部ケース２０に接着部２２を形成する。
（３）接着部を介して窓ガラス板にスペーサが接着されるように、窓ガラス板の所定の箇所に下部ケース２０を貼着する。
（４）上蓋ケース１８に電磁結合用導体３又は柱状導体１９が設けられ同軸ケーブル１６が伝送導体１４に接続された第２の誘電体基板２を所定の位置に収納して支持固定したものを予め準備しておく。
（５）第２の誘電体基板２上の接地導体１０の上に誘電性物質を形成する。下部ケース２０の外周部に設けられている、第１の固定手段である凸部４に、上蓋ケース１８の内側外周部に設けられている、第２の固定手段である爪部５が係合又は嵌合するように、上蓋ケース１８を車両用の窓ガラス板上の下部ケース２０に係止させる。すなわち、第１の固定手段に第２の固定手段が固定されることにより、上蓋ケース１８が第２の誘電体基板２を覆うように下部ケース２０に上蓋ケース１８が取り付けられる。このように処理された窓ガラス板を車両の開口部に嵌め込む。なお、本発明において、固定とは、嵌合、固着又は貼着等のすべての固定手段をいう。
なお、予め下部ケース２０が取り付けられた窓ガラス板を車両の開口部に嵌め込んでおき、窓ガラス板を車両の開口部に取り付けられた後に上蓋ケース１８を取り付けることもできる。また、上蓋ケース１８の、第１の誘電体基板１への取付けについては、図１，６に示す例に限定されず、下部ケース２０を設けず、上蓋ケース１８を接着部２２を介して、第１の誘電体基板１へ取付けてもよい。この場合には、上蓋ケース１８がスペーサとして機能する。
第２の誘電体基板２上の接地導体１０の上に流動性を有する誘電性物質を形成する場合には、第２の誘電体基板２上に成形用の枠を設け、該枠内に該誘電性物質を流入させた後、流動性を失わせるか、又は、やや流動性を失わせた後に該枠を外し、第２の誘電体基板２をスペーサに固定するようにしてもよい。なお、成形用の枠は、第２の誘電体基板２をスペーサに固定する際に、第２の誘電体基板２上の誘電性物質がスペーサに衝突しないような形状及び寸法を有していることが好ましい。この成形用の枠の形状は、例えば、図１に示す下部ケース２０であって凸部４が設けられていないものとほぼ同様の形状のものが使用できる。
図６に示す例では、図９に示すように、上蓋ケース１８が第１の誘電体基板１に貼り付けられた下部ケース２０に係止されて第１の誘電体基板１上の所定の位置に固定されることで、第２の誘電体基板２は、第１の誘電体基板１に対して所定の距離離間しつつ、島状導体１９に柱状導体７が当接してアンテナ素子６と接続される。
第１の誘電体基板１が車両用の窓ガラス板である場合、この車両用の窓ガラス板にアンテナ素子６を形成し、このアンテナ素子６の周りを囲むように接着部２２等で下部ケース２０を貼り付ける。一方、柱状導体７が設けられ、同軸ケーブル１６が伝送導体１４に接続された第２の誘電体基板２を予め上蓋ケース１８の所定の位置に収納して固定支持しておき、この上蓋ケース１８を車両用の窓ガラス板に貼り付けられた下部ケース２０に係止させる。これにより、本発明のアンテナ装置を組み立てることができるとともに車両用の窓ガラス板に取り付けることができる。このため、コネクタ等の接続部品を必要とせず、安価かつコンパクトで耐久性が高く、しかも作業性の良好な実用性に優れたアンテナ装置が実現される。
図１に示す例では、第２の非対向基板面にはマイクロストリップ線路の伝送導体１４を設け、伝送導体１４と同軸ケーブル１６とをハンダ付けにより接続させているが、これに限定されず、ＲＦ回路等の外部回路と接続された同軸ケーブル１６をコネクタにより伝送導体１４と接続させてもよい。
第２の誘電体基板２と上蓋ケース１８との間の空間２４内であって、伝送導体１４の設けられた第２の誘電体基板２の基板面上にＬＮＡ（Ｌｏｗ  Ｎｏｉｓｅ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）等の回路部品を搭載してもよい。特に、本発明のアンテナ装置が衛星から微弱な信号を受信する場合、空間２４を利用してＬＮＡ等の回路部品を搭載するのが好ましい。また、第１の誘電体基板１に対して第２の誘電体基板２を傾斜して保持することで、アンテナ装置の指向性の分布を調整することができる。図６に示す例では、この場合、ＬＮＡ等の回路部品の入力インピーダンスに合わせて容量性補正素子である島状導体を設け、島状導体の大きさ及びギャップを調整することもできる。
本発明において、第１の誘電体基板１として車両用の窓ガラス板を用いる場合、パッチ導体８は車両用の窓ガラス板の車内側の面に形成されることが好ましい。車両用の窓ガラス板は、前部窓ガラス板又は後部窓ガラス板が好ましい。また、車両用の窓ガラス板の面上に隠蔽膜を形成し、この隠蔽膜の上に上蓋ケース１８等を設けてもよい。隠蔽膜は黒色セラミック膜等のセラミックスが挙げられる。
また、パッチ導体８と車両用の窓ガラス板の面との間に隠蔽膜を形成してもよい。すなわち、図２１に示すとおり、窓ガラス板１に形成された隠蔽膜等の誘電体膜２５の上にパッチ導体８の一部又は全部を形成してもよい。この場合、車両用の窓ガラス板の車外側から見た場合、隠蔽膜によりパッチ導体８が遮蔽されるので、車外からみてアンテナ装置が見えないデザインの優れた車両用の窓ガラス板となる。
前部窓ガラス板として合わせガラス板を用いる場合、車内側に本発明のアンテナ装置を設け、合わせガラス板の合わせ面に着色した中間膜を挟むことで、車内側に設けられたアンテナ装置が車外側から視認されないように遮蔽してもよい。中間膜の色は黒色に限定されない。
図１，６に示す例とは別の実施態様について、図２３に従って説明する。本実施態様は、第１の誘電体基板１である車両用の窓ガラス板の車内側の面に設けられているパッチ導体８と、パッチ導体８に対向し窓ガラス板に配設される絶縁性シート又は絶縁性基板（以下、絶縁性シート又は絶縁性基板をまとめて絶縁支持手段２７というときもある）と、絶縁支持手段２７に設けられている接地導体１０とを備えるマイクロストリップアンテナである。したがって、本実施態様では、パッチ導体８の上に絶縁支持手段２７が配設される。このような構成にすることにより、第２の誘電体基板２を備えなくともアンテナ装置が構成できる。この絶縁支持手段２７は、スペーサ及び前記誘電性物質の代わりとなりえる。したがって、図１，６に示す例のようにスペーサを窓ガラス板に設けなくとも、パッチ導体８から所定間隔、離間させて接地導体１０を絶縁支持手段２７により支持することができる。なお、図２３に示す例では、同軸ケーブル等は省略して示されている。
本実施態様では、パッチ導体８側とは反対側の、絶縁支持手段２７の面に、通常、接地導体１０が設けられる。この場合、接地導体１０にスロット部が設けられるようにし、スロット部の中央又は略中央には伝送導体が接地導体１０に直流的に接続されていないように設けられるようにすることが好ましい。なお、絶縁支持手段２７の内部に接地導体１０を設けてもよい。この場合、パッチ導体８側とは反対側の、絶縁支持手段２７の面に、伝送導体１４を設けることが好ましいが、絶縁支持手段２７の内部に接地導体１０に直流的に接続されていないように伝送導体１４を設けてもよい。
また、絶縁支持手段２７が多層であり、この任意の層に接地導体１０を設ける場合、接地導体１０にスロット部が設けられるようにし、スロット部の中央又は略中央に伝送導体が接地導体１０に直流的に接続されていないように設けられるようにすることが好ましい。
本実施態様において、第２の誘電体基板２を備える場合には、窓ガラス板とは反対側の、絶縁支持手段２７の上に第２の誘電体基板２が設けられる。第２の誘電体基板２は単層又は多層が用いることができる。この場合、絶縁支持手段２７の上に接地導体１０を設けずに、第２の誘電体基板２の、絶縁支持手段２７側の面、第２の誘電体基板２の内部、又は、第２の誘電体基板２の、絶縁支持手段２７側とは反対側の面に接地導体１０を設けてもよい。
また、伝送導体１４を第２の誘電体基板２に設ける場合には、第２の誘電体基板２の、絶縁支持手段２７側の面、第２の誘電体基板２の内部、又は、第２の誘電体基板２の、絶縁支持手段２７側とは反対側の面に接地導体１０を設けることができる。
絶縁支持手段２７の上に第２の誘電体基板２が設けられる場合であって、第２の誘電体基板２が多層基板である場合には、第２の誘電体基板２の、絶縁支持手段側の面、第２の誘電体基板２の任意の層、又は、第２の誘電体基板２の、絶縁支持手段２７側とは反対側の面に接地導体１０を設けることができる。この場合、伝送導体１４が第２の誘電体基板２の、接地導体１０が設けられている同面又は同層に設けられる場合には、接地導体１０にスロット部が設けられるようにし、スロット部の中央又は略中央には伝送導体１４が接地導体１０に直流的に接続されていないように設けられるようにし、電磁結合用導体３又は柱状導体７が、第２の誘電体基板２の厚さ方向に貫通し、伝送導体１４と接続されるようにしてもよい。
絶縁性シート又は絶縁性基板としては単層シート又は単層基板を用いることができ、生産性向上の観点からすれば、このようにすることが好ましい。しかし、本発明において、これに限定されず、絶縁性シート又は絶縁性基板として多層シート又は多層基板を用いてもよい。
給電手段として、電磁結合用導体３又は柱状導体等の給電導体を用いる場合には、パッチ導体８と接地導体１０との間にこれらの給電導体が配されることができるように、絶縁支持手段２７には必要に応じて穴、貫通孔及び溝等が設けられる。別の態様の給電手段として、絶縁支持手段２７の上に第２の誘電体基板２を設ける場合であっても、設けない場合であっても、給電導体、同軸ケーブル等の給電手段をパッチ導体８と接地導体１０との間に配して、パッチ導体８と給電手段とを電気的に接続してもよい。また、絶縁支持手段２７の、窓ガラス板側の面及び窓ガラス板とは反対側の面の少なくとも一方に誘電体層を形成し積層してもよい。
接地導体１０を絶縁支持手段２７に設けるための手段、窓ガラス板に設けるための手段及び第２の誘電体基板２を絶縁支持手段２７に設けるための手段は、通常、接着剤による接着である。しかし、これに限定されず、他の手段であっても使用できる。絶縁性シートの材質は、合成樹脂及びゴム等が使用できる。絶縁性基板の材質は、セラミックス、合成樹脂及びガラス等使用できる。しかし、絶縁性シート又は絶縁性基板の材質はこれらに限定されず、適当な比誘電率を有し、かつ、必要な機械的強度を有すれば、どのようなものでも使用できる。
図２０に示すとおり、本発明において、第１の誘電体基板１として車両用の窓ガラス板を用いる場合であって、通信する電波の空気中の波長をλ０とし、パッチ導体８と車体開口縁９との最短間隔をＤとする場合、０．０１≦Ｄ／λ０であることがアンテナ特性向上の点で好ましい。ここで、車体開口縁９とは窓ガラス板がはめ込まれる車体の開口部の周縁であって車体アースとなるべきものをいい、例えば、金属等の導電性材料で構成されている。接地導体１０が車体開口縁９とが近接し又は接触して電気的に接続されていても使用できる。
また、ドライバの運転の視野の妨げにならないように、車体開口縁９から最も離間した本発明のアンテナ装置の部分（図２０に示す例では、上蓋ケース１８の周縁１８ａ）と、車体開口縁９との最短間隔が２００ｍｍ以下、特には１００ｍｍ以内の範囲なるように本発明のアンテナ装置を窓ガラス板に設けることが好ましい。なお、図２０では、接地導体１０等は省略されて示されている。
本発明のアンテナ装置を前部窓ガラス板に設ける場合には、前部窓ガラス板を車両に装着する際の左右方向の中心線を中心とする例えば左右１００ｍｍ以内の範囲に形成されるのが好ましい。特に、本発明のアンテナ装置の取り付け位置をドライバの視点から見てルームミラーの裏側となる位置とするのが、ドライバの運転の視野の妨げにならない点及び車室内のデザインの点から好ましい。
本発明のアンテナ装置は、２．３ＧＨｚの周波数帯を用いた衛星放送受信用のアンテナ装置としてだけでなく、ＥＴＣや同様の周波数帯を用いるＤＳＲＣ（専用狭域通信：Ｄｅｄｉｃａｔｅｄ  Ｓｈｏｒｔ  Ｒａｎｇｅ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）のほか種々のデータ通信にも使用可能である。例えば、電話用の８００ＭＨｚ帯、１．５ＧＨｚ帯、１．８ＧＨｚ帯、１．９ＧＨｚ帯やＧＰＳ（衛星測位システム：Ｇｌｏｂａｌ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）の１．２ＧＨｚ帯、１．５ＧＨｚ帯、衛星デジタル放送の２．３ＧＨｚ、２．６ＧＨｚ帯、ＶＩＣＳ（道路交通情報システム：Ｖｅｈｉｃｌｅ  Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍ）の２．５ＧＨｚの電磁波の送受信に用いることもできる。上記帯域以外にもＵＨＦ帯（３００ＭＨｚ〜３ＧＨｚ）、高周波帯（３ＧＨｚ〜３０ＧＨｚ）やミリ波帯（３０ＧＨｚ〜３００ＧＨｚ）の電波の送受信にも用いることができる。
【実施例】  以下に実施例を用いて本発明を説明するが、本発明はこれらの実施例には限定されず、本発明の要旨を損なわない限り、各種の改良や変更も本発明に含まれる。
「例１（実施例）」
自動車の車両用の窓ガラス板を使用し、図１に示すようなアンテナ装置を製作した。第１の誘電体基板１としてガラス板を用い、第２の誘電体基板２としてガラス布基材ふっ素樹脂両面銅張のプリント基板を用いた。ガラス板とプリント基板との間の誘電性物質は空気とした。電磁結合用導体３は銅線に錫のメッキを施したものを用いた。動作周波数は２．３ＧＨｚとなるようにアンテナ装置を設定した。各部の寸法、定数は以下のとおりである。リターンロス−周波数特性を図１１に示し、指向性を図１２に示す。
ガラス板の厚さ                                              ３．５ｍｍ、
プリント基板（縦×横×厚さ）            ６０．０×６０．０×０．８ｍｍ、
プリント基板の比誘電率                                          ３．４、
Ｌ１                                                      ３７．０ｍｍ、
Ｌ２                                                        ６．０ｍｍ、
Ｌ３                                                        ２．５ｍｍ、
Ｌ４                                                      １０．０ｍｍ、
電磁結合用導体３の直径                                      １．０ｍｍ、
ｈ                                                          ０．５ｍｍ、
プリント基板とガラス板との間隔                              ４．５ｍｍ、
正方形の接地導体１０の１辺（横幅、縦幅）の長さ
６０．０×６０．０ｍｍ。
ガラス板に銀ペーストを印刷し焼成してパッチ導体８を形成した。上蓋ケース１８及び下部ケース２０はＡＢＳ樹脂材料を用いた。下部ケース２０の厚さは３ｍｍとした。下部ケース２０をガラス板に接着するために厚さ０．８ｍｍのアクリルフォームテープを接着部２２として用い、下部ケース２０をガラス板に貼り付けた。
プリント基板に電磁結合用導体３が貫通するように、電磁結合用導体３の直径と略同等の貫通孔を設けた。第２の対向基板面の銅箔から貫通孔の周りの近傍領域０．５ｍｍ（直径２．０ｍｍの円）の銅箔を除去し、上記貫通孔の近傍領域を除く略全面領域の銅箔を接地導体１０とした。また、第２の非対向基板面には、銅箔によりマイクロストリップ線路の伝送導体１４を設けた。
電磁結合用導体３の一方の端をプリント基板に穿孔された貫通孔に挿入して伝送導体１４とハンダ付けにより接続し、電磁結合用導体３をプリント基板に固定した。さらに、伝送導体１４と接続する同軸ケーブル１６をプリント基板に装着した。
実施例のアンテナ装置は、図１１からわかるように、略２．３（ＧＨｚ）にて共振して略２．３（ＧＨｚ）の電磁波を受信した。実施例では、左円偏波のアンテナとして機能するようにパッチ導体８の形状を設定したが、図１２に示すように、放射される電磁波は左円偏波で良好な指向性を有し、良好な指向性を有する左円偏波のアンテナとして機能することがわかった。
「例２（実施例）」
図６に示すようなアンテナ装置を製作した。第１の誘電体基板１として例１で用いたガラス板と同じものを用い、第２の誘電体基板２として例１で用いたガラス布基材ふっ素樹脂両面銅張のプリント基板と同じものを用いた。アンテナ素子６の形状を、２．３ＧＨｚの周波数で共振して電磁波を放射するように設計した。各部の寸法、定数は以下のとおりである。リターンロス−周波数特性を図１３に示し、指向性を図１４に示す。
Ｌ１                                                          ４１ｍｍ、
Ｌ２                                                        ７．５ｍｍ、
Ｌ５                                                      １０．５ｍｍ、
Ｌ６                                                        ５．０ｍｍ、
プリント基板とガラス板との間隔                              ４．５ｍｍ、
正方形の接地導体１０の１辺（横幅、縦幅）の長さ
６０．０×６０．０ｍｍ。
島状導体１９とパッチ導体８との間のギャップの幅              ０．５ｍｍ。
ここで、切欠き部は、放射する電磁波が右円偏波となるように設けられていた。
パッチ導体８及び島状導体１９はガラス板に銀ペーストを印刷して焼成して形成した。上蓋ケース１８及び下部ケース２０はＡＢＳ樹脂材料を用いた。下部ケース２０の厚さは３ｍｍとした。下部ケース２０をガラス板からなる誘電体基板に接着するために厚さ０．８ｍｍのアクリルフォームテープ（３Ｍ社製）を接着部２２として用い、アンテナ素子６の周りを取り囲むように下部ケース２０をガラス板に貼り付けた。
上記プリント基板の一部に柱状導体７が挿入されるように、柱状導体７の挿入部外径と概略同等の貫通孔を設けた。そして、第１の誘電体基板１であるガラス板と対向する対向基板面の銅箔から貫通孔の周りの近傍領域の銅箔を除去し、上記貫通孔の近傍領域を除く略全面領域の銅箔を接地導体１０とした。また、接地導体１０の設けられた、上記プリント基板の基板面と反対側の基板面には、銅箔によりマイクロストリップ線路の伝送導体１４を設けた。
柱状導体７として、島状導体１９と当接する一方の先端までの突出長さが最大５ｍｍとなるスプリングプローブを用い、柱状導体７の他方の端を上記プリント基板に穿孔された貫通孔に挿入して伝送導体１４とハンダ付けにより接続し、柱状導体７を上記プリント基板に固定した。さらに、伝送導体１４と接続する同軸ケーブル１６を上記プリント基板に装着した。
上蓋ケース１８には、柱状導体７が設けられさらに上記プリント基板上の伝送導体１４と接続する同軸ケーブル１６が装着された上記プリント基板を所定の位置に支持固定して収納した。この状態で、上蓋ケース１８をガラス板に貼り付けられた下部ケース２０に係止して固定し、例２のアンテナ装置を組み立てた。この時の接地導体１０と島状導体１９との間隔は４．５（ｍｍ）となるように設定した。
図１３に示すリターンロス特性からわかるように、略２．３（ＧＨｚ）にて共振して略２．３（ＧＨｚ）の電磁波を放射した。本実施例では、右円偏波のアンテナとして機能するようにパッチ導体８の形状を設定したが、図１４に示すように、放射される電磁波は、右円偏波で良好な指向性特性を有し、良好な指向性特性を有する右円偏波のアンテナとして機能することがわかった。
「例３（実施例）」
例２に用いたガラス板とプリント基板とを用いて、図１０に示すような構成のアンテナ装置を作成した。ガラス板に対してプリント基板を傾斜して保持した際の指向性を図１５に示す。図１５に示すとおり、このようにして、指向性の分布を調整することができる。
「例４（実施例）」
ガラス板の厚さを３．１ｍｍとし、以下の記載及び表２の記載以外は、例１と同様のアンテナ装置を製作した。表２において、距離、間隔及び長さの単位はすべて、ｍｍとする。ガラス板とプリント基板との間の誘電性物質は空気（比誘電率＝１．０）、流動性を有するシリコーン（比誘電率＝２．７）又はシリコーン（比誘電率＝２．７）にアルミナの粉（比誘電率＝９、粒径＝０．４〜１８μｍ）を混入させたもの（比誘電率＝４．０）を用いた。測定周波数は２．３３８ＧＨｚとした。また、ガラス板の大きさ（縦×横）は２００×２００ｍｍとした。
図１６には、横軸を正方形の接地導体の１辺（横幅、縦幅）の長さ、縦軸をアンテナ利得とする特性を示した。また、図１６に基づき、横軸を正規化した接地導体の横幅又は縦幅Ｌｇ、すなわち、横軸をＬｇ×（εｑ）０．５÷λ０とし、縦軸をアンテナ利得とする特性を図１７に示した。
図１６において、特性線３０は表２におけるサンプル番号１〜３であり、特性線３１はサンプル番号４，５であり、図１６にはサンプル番号６は示されていない。図１７において、特性線３２は表２におけるサンプル番号４，５であり、特性線３３はサンプル番号１〜３であり、測定点３４はサンプル番号６である。なお、表２において、Ｌ３が負の数値である場合には、第１の平行部３ｃと第２の平行部３ｄとがパッチ導体８に立体的に重なっており、第１の平行部３ｃと第２の平行部３ｄとが立体的にパッチ導体８の内側に配されている。サンプル番号６の下部ケース２０の寸法は以下のとおりである。
Ｗ１                                                ３５．０ｍｍ、
Ｗ２                                                ４２．０ｍｍ、
Ｗ３                                                  ５．０ｍｍ。
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「例５（実施例）」
例４のサンプル番号６について、横軸を各諸数値の変化率とし、縦軸をアンテナ利得とした関係を図１８，１９に示した。図１８は各諸数値として誘電性物質Ａの比誘電率（曲線４０）とＬ１（曲線４１）とが示されており、図１９は各諸数値としてＬ２（曲線４２）、Ｌ４（曲線４３）及び窓ガラス板とプリント基板との間隔（曲線４４）が示されている。なお、図１８，１９はモーメント法による計算値に基づいている。
【産業上の利用可能性】  本発明のアンテナ装置はパッチ導体を有する第１の誘電体基板と、パッチ導体に対向した接地導体を備える。また、必要に応じて、パッチ導体に対向した対向基板面に接地導体が設けられた第２の誘電体基板を備える。そして、パッチ導体に第２の誘電体基板から突出する電磁結合用導体を近接させる場合には、パッチ導体と電磁結合用導体を高周波的に接続するので、送受信電力及び指向性を低下させずに小型化できる。
また、給電手段がパッチ導体と接触し接続する構造ではないので、接触する部分の耐久性を考慮する必要がなく、信頼性を向上できる。そして、パッチ導体を有する第１の誘電体基板と、電磁結合用導体又は柱状導体を有する第２の誘電体基板とが分離されており、第１の誘電体基板として車両用の窓ガラス板を用いる場合には、容易に組み立ることができる。
さらに、第１の誘電体基板を車両用の窓ガラス板とし、パッチ導体が車両用の窓ガラス板の車内側のガラス面に形成される場合には、パッチ導体から外部通信装置に向けて放射される電磁波の通過する誘電体の境界面の数が従来のＭＳＡに比べて少なく、電磁波の反射を原因とする送信電力、受信電力の低下（利得の低下）が従来に比べて低減する。このため、従来に比べて良好な送信電力、受信電力を実現するとともに、アンテナ装置の厚さを薄くすることができ、ドライバの運転時の視野の妨げになりにくい効果を奏する。また、車両用の窓ガラス板と対向する第２の誘電体基板に接地導体が設けられるので、車両用の窓ガラス板から外部通信装置の側（車外側）に指向性を有し、基板の両側に双方向の指向性を有する従来のＣＰＡに比べて送受信電力が増大する。
このように、第１の誘電体基板として、前部窓ガラス板、後部窓ガラス板等のような車両用の窓ガラス板を用いることで、車両に装着された実用性に優れたアンテナ装置とすることができる。さらには、ＧＰＳ、衛星デジタル放送、ＶＩＣＳ、ＥＴＣ、ＤＳＲＣシステムに好適なアンテナ装置とできる。
すなわち、本発明は、車両用として、ＧＰＳ、衛星デジタル放送、ＶＩＣＳ、ＥＴＣ、ＤＳＲＣシステム等に利用できる。
【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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【図１６】
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【図１７】
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【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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【国際調査報告】
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