(57)【要約】【課題】大型化を抑えつつ、且つ外観への悪影響を抑えつつ、所望の方向の利得を適切に確保することが可能なアンテナ装置を提供する【解決手段】アンテナ装置５は、給電点１２を有する放射素子１１と、少なくとも１つの共振器２０とを備える。放射素子１１は、地板３上に配置される。共振器２０は、地板３に形成された凹部３ａ内に配置される。地板３の板面を基準とした共振器２０の高さは放射素子の高さよりも低い。【選択図】図１
2016001791.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
板状の地板であって、その板面と垂直な特定の深さ方向へその板面から所定の深さ凹んだ凹部（３ａ）が少なくとも１つ形成された地板（３）と、
前記地板上に配置され、給電点を有し、前記地板の板面から前記深さ方向とは逆の高さ方向において所定の高さを有する放射素子（１１）と、
前記地板のうち前記凹部内の領域の地板である凹部内地板（３ｂ）上に配置された、少なくとも１つの共振器（４０，５０，８０，１１０，１２０，１３０）と、
を備え、
前記少なくとも１つの共振器は、前記地板の板面からの高さが前記放射素子よりも低い
ことを特徴とするアンテナ装置（３０，７０，９０，１４０）。
【請求項２】
請求項１に記載のアンテナ装置であって、
前記共振器は、前記凹部内地板からの高さが、前記地板のうち前記凹部以外の領域の板面を越えないように形成されている
ことを特徴とするアンテナ装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載のアンテナ装置であって、
前記共振器のうち１つは、前記放射素子に対する反射器（２０，４０，５０）として動作する
ことを特徴とするアンテナ装置。
【請求項４】
請求項１〜請求項３の何れか１項に記載のアンテナ装置であって、
前記共振器の少なくとも１つは、前記放射素子に対する導波器（５０，８０，１１０，１２０，１３０）として動作する
ことを特徴とするアンテナ装置（７０，９０，１４０）。
【請求項５】
請求項１〜請求項４の何れか１項に記載のアンテナ装置であって、
前記共振器は、前記凹部内地板からの高さが前記放射素子の高さよりも低く、且つ、共振時の電界の方向が、前記放射素子における共振時の電界の方向と同じである
ことを特徴とするアンテナ装置。
【請求項６】
請求項１〜請求項５の何れか１項に記載のアンテナ装置であって、
前記共振器は、
板状のパッチ導体（４１，５１，８１，１１１，１２１，１３１）と、
前記パッチ導体と前記地板との間に設けられ、前記地板上に前記パッチ導体を支持すると共に前記地板と前記パッチ導体とを導通させるための導体支持部（４２，５２，８２，１１２，１２２，１３２）と、
前記導体支持部とは別に、前記パッチ導体と前記地板との間に設けられ、前記パッチ導体と前記地板とを導通させるためのショートピン（４３，６１〜６４，８３，１１３，１２３，１３３）と、
を備えた円環パッチアンテナである
ことを特徴とするアンテナ装置。
【請求項７】
請求項６に記載のアンテナ装置であって、
前記円環パッチアンテナの少なくとも１つは、前記ショートピンを複数備え、
各前記ショートピンにそれぞれ設けられたスイッチ部であって、当該ショートピンによる前記パッチ導体と前記地板との導通状態を有効又は無効に切り替えるスイッチ部（６１ｂ，６２ｂ，６３ｂ，６４ｂ）と、
前記スイッチ部を個別に制御することにより何れか１つの前記ショートピンのみ前記導通状態を有効にすることが可能な制御部（６０）と、
を備えることを特徴とするアンテナ装置。
【請求項８】
請求項１〜請求項７の何れか１項に記載のアンテナ装置であって、
前記放射素子は、モノポール素子である
ことを特徴とするアンテナ装置。
【請求項９】
請求項１〜請求項８の何れか１項に記載のアンテナ装置であって、
当該アンテナ装置は、車両（１）のルーフ（３）に配置され、前記ルーフが前記地板として機能する
ことを特徴とするアンテナ装置。
【請求項１０】
請求項９に記載のアンテナ装置であって、
前記放射素子よりも車両前方に配置されて導波器として機能する少なくとも１つの前記共振器、及び、前記放射素子よりも車両後方に配置されて反射器として機能する前記共振器、のうち少なくとも一方を備えている
ことを特徴とするアンテナ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アンテナ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両に搭載される各種のアンテナ装置として、車両のルーフ上に取り付けられるアンテナ装置が知られている。車両のルーフにアンテナ装置を取り付けると、回折やルーフの傾斜などの影響を受けて、水平方向の利得を十分に得られない場合がある。
【０００３】
これに対し、特許文献１には、アンテナグランドをルーフ面から垂直方向に所定距離離して設けることで、アンテナエレメントから車両前方への見通しを確保して車両前方の利得を適切に確保できるようにしたアンテナ装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−２２３０２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、アンテナグランドを車両のルーフ面から垂直方向に離すと、必然的にアンテナ装置全体の高さが高くなり、アンテナ装置の大型化を招く。ルーフ上に取り付けられるアンテナ装置が大型化することは、外観上も好ましくない。
【０００６】
本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、大型化を抑えつつ、且つ外観への悪影響を抑えつつ、所望の方向の利得を適切に確保することが可能なアンテナ装置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】
【０００７】
上記課題を解決するためになされた本発明のアンテナ装置は、地板と、放射素子と、少なくとも１つの共振器とを備える。地板は、板状であって、その板面と垂直な特定の深さ方向へその板面から所定の深さ凹んだ凹部が少なくとも１つ形成されている。放射素子は、給電点を有し、地板上に配置される。この放射素子は、地板の板面から上記深さ方向とは逆の高さ方向において所定の高さを有する。共振器は、地板のうち凹部内の領域の地板である凹部内地板上に配置されており、地板の板面からの高さが放射素子よりも低い。
【０００８】
このように構成されたアンテナ装置は、放射素子とは別に共振器を備えているため、共振器の共振周波数を適宜設定することで、共振器を放射素子に対する反射器又は導波器として動作させることが可能である。しかも、共振器の高さは放射素子よりも低い。そのため、装置全体の大型化を抑えつつ、且つ外観への悪影響を抑えつつ、所望の方向の利得を適切に確保することが可能なアンテナ装置を提供することが可能となる。
【０００９】
また、本発明では、放射素子に対して共振器の高さをより低くするために、地板に形成された凹部内に共振器が配置されている。
このように、地板として、全面がくぼみのない一律に平面構成となっている地板ではなく、一部に凹部が形成された地板を用い、その凹部内に共振器を配置することで、放射素子に対する共振器の相対的な高さをより低くすることができる。
【００１０】
なお、特許請求の範囲に記載した括弧内の符号は、一つの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】参考例のアンテナ装置の概略構成を示す説明図である。
【図２】（ａ）は参考例のアンテナ装置の斜視図、（ｂ）は参考例のアンテナ装置の平面図である。
【図３】（ａ）は参考例の共振器（反射器）の寸法例を示す説明図、（ｂ）はその共振器の周波数特性を示す説明図である。
【図４】参考例のアンテナ装置から放射される電力を説明するための説明図である。
【図５】（ａ）は第１実施形態のアンテナ装置の斜視図、（ｂ）はそのアンテナ装置の略断面図である。
【図６】第１実施形態のアンテナ装置における、ギャップｇ０と車両前方方向の利得との関係を示す説明図である。
【図７】アンテナ装置の水平面指向性を示す説明図である。
【図８】（ａ）は第２実施形態の共振器の斜視図、（ｂ）はその共振器の平面図である。
【図９】第３実施形態のアンテナ装置の斜視図である。
【図１０】第４実施形態のアンテナ装置の斜視図である。
【図１１】アンテナ装置の他の実施例を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。
［参考例］
本発明のアンテナ装置の具体例を示す前に、まず、本発明のアンテナ装置の構成要素の一部を省いた基本的な構成例を、参考例として説明する。
【００１３】
図１に示すように、本参考例のアンテナ装置５は、車両１のルーフ３上における、車両１の後部側に搭載されている。ルーフ３は導体であり、本参考例では、アンテナ装置５のグランド（地板）としても機能する。そのため、以下の説明で、「ルーフ」というときは、特にことわりのない限り、アンテナ装置５のグランドも意味しているものとする。
【００１４】
図１中、水平ラインＬ１は、車両が走行する地面と平行な線である。図１から明らかなように、ルーフ３の板面は水平ラインＬ１と平行ではなく傾斜している。つまり、ルーフ３全体における、アンテナ装置５が搭載されている後部側は、図１に示すように、地面と平行な面（以下「水平面」ともいう）に対して車両後方側に若干傾斜している。
【００１５】
アンテナ装置５は、その全体がカバー７によって覆われている。そのため、車両１の外部から車両１を見たとき、直接見えるのはルーフ３上のカバー７であり、カバー７内のアンテナ装置５は直接は見えない。
【００１６】
ルーフ３上においてカバー７で覆われた状態で搭載されているアンテナ装置５は、図１及び図２に示すように、モノポールアンテナ１０と、共振器２０とを備える。なお、共振器２０は、本参考例では反射器として機能、動作する。そのため、本参考例では、共振器２０を反射器２０ともいう。モノポールアンテナ１０及び反射器２０は、ルーフ３上において、車両１の前後方向に所定距離隔てて配置されている。
【００１７】
モノポールアンテナ１０は、モノポール素子１１と、給電点１２とを備える。モノポール素子は、ルーフ３の板面からその板面に対して垂直に立設されている。モノポール素子１１の両端のうちルーフ３の板面側の一端は、給電点１２であり、この給電点１２に給電線（不図示）が接続されている。モノポール素子１１への給電は、給電点１２から行われる。
【００１８】
モノポールアンテナ１０の高さ、即ち、ルーフ３の板面からモノポール素子１１の他端までの垂直方向の距離は、図２（ａ）に示すように、ｈ１である。この高さｈ１は、モノポール素子１１の長さ（エレメント長）でもある。
【００１９】
アンテナ装置５によって送受信される電波の中心周波数ｆ１は、本参考例では例えば７６０ＭＨｚである。そのため、モノポールアンテナ１０は、中心周波数ｆ１と同じ周波数ｆ１で共振するように構成されている。具体的には、モノポール素子１１の長さが、中心周波数ｆ１に対応した波長の１／４程度となっている。
【００２０】
反射器（共振器）２０は、モノポールアンテナ１０に対し、車両１の前後方向における後方側に配置されている。反射器（共振器）２０は、図１及び図２に示すように、パッチ２１と、導体支柱２２と、ショートピン２３とを備える。つまり、本参考例の反射器２０は、ＴＭ０１モードで動作する円環パッチアンテナとして構成されている。ただし、反射器２０は、直接的に給電は行われず、アンテナ装置５において無給電素子として機能する。
【００２１】
パッチ２１は、円板状の導体である。導体支柱２２は、円柱状の導体であり、ルーフ３に立設されている。導体支柱２２の一端にはパッチ２１が接続され、他端はルーフ３に接続されている。つまり、パッチ２１は、その中央部において導体支柱２２によって物理的に支持されていると共に、導体支柱２２によってルーフ３と電気的に導通されている。
【００２２】
なお、パッチ２１は、その板面がルーフ３の板面と並行となるように導体支柱２２により支持されている。また、パッチ２１の中心軸（パッチ２１の中心を通り且つパッチ２１の板面に垂直な線）は、導体支柱２２の軸心と一致する。
【００２３】
ショートピン２３は、棒状の導体であり、一端がパッチ２１に接続され、他端がとルーフ３に接続されている。そのため、パッチ２１とルーフ３とは、ショートピン２３によって短絡されている。なお、ショートピン２３は、ルーフ３の板面に対して垂直に立設された状態となっている。
【００２４】
反射器２０は、本参考例では、モノポールアンテナ１０に対して反射器２０として動作するが、反射器２０単体としてはいわゆる共振器である。仮に、共振器として、共振周波数がモノポールアンテナ１０の共振周波数ｆ１よりも高い共振器を用いれば、その共振器は導波器として動作する。これに対し、本参考例では、共振器２０として、共振周波数ｆ２がモノポールアンテナ１０の共振周波数ｆ１よりも若干低い共振器を用いており、これにより、共振器２０は反射器として動作する。
【００２５】
なお、共振器２０は、共振時の電界の方向が、モノポールアンテナ１０における共振時の電界の方向と同じである。即ち、モノポールアンテナ１０の共振時の電界方向は、モノポール素子１１の長さ方向（垂直方向）である。一方、共振器２０の共振時の電界方向も、ショートピン２３の立設方向（垂直方向）である。
【００２６】
また、本参考例の共振器２０は、円環パッチアンテナである。円環パッチアンテナの共振周波数は、ショートピン２３の位置によって変化する。より詳しくは、パッチ２１の中心からからショートピン２３の軸心までの板面方向の距離ｒ（図２（ｂ）参照）によって、共振器２０の共振周波数ｆ２は異なる。なお、距離ｒは、導体支柱２２の軸心とショートピン２３との板面方向の距離ともいえる。板面方向とは、ルーフ３の板面に平行な方向である。距離ｒを調整することで、共振器２０の共振周波数ｆ２を変えることができる。本参考例では、共振器２０の共振周波数ｆ２は、モノポールアンテナ１０の共振周波数ｆ１よりも若干低い。
【００２７】
反射器２０の高さ、即ち、ルーフ３の板面から反射器２０のパッチ２１の上面までの垂直方向の距離は、図２（ａ）に示すように、ｈ２である。反射器２０の高さｈ２は、モノポールアンテナ１０の高さｈ１よりも低い。
【００２８】
図２（ｂ）に示すように、モノポール素子１１の軸心と、ショートピン２３の軸心と、パッチ２１の中心（導体支柱２２の軸心）は、板面方向においては一直線上に並ぶ。パッチ２１の中心からショートピン２３の軸心までの板面方向距離は、既述の通りｒである。パッチ２１の中心からモノポール素子１１の軸心までの板面方向距離は、Ｒである。この距離Ｒは、本参考例では、上記中心周波数ｆ１に対応した波長λのおよそ１／４である。
【００２９】
また、上記の距離ｒを含め、共振器２０の各部の寸法（波長λを基準とした長さ）を調整することで、共振器２０の共振周波数を任意に設定することができる。本参考例では，共振器２０を反射器として動作させるべく、共振器２０の共振周波数ｆ２が上記中心周波数ｆ１よりもわずかに低い値となるように、共振器２０の各部寸法を決めている。
【００３０】
共振器２０を共振周波数ｆ２の反射器として動作させるための各部寸法の一例を、図３（ａ）に示す。図３（ａ）に例示した共振器２０の共振特性は、図３（ｂ）に示す通りである。図３（ａ）に例示した寸法は、地板として機能するルーフ３の大きさや形状も考慮されている。つまり、ルーフ３に搭載した場合に所望の共振特性が得られるような寸法となっている。共振器２０の各部寸法を図３（ａ）に例示したように決めることで、図３（ｂ）に例示したように、周波数ｆ２（ｆ１よりわずかに低い周波数）で共振する共振特性が得られる。
【００３１】
なお、図３（ａ）に示した寸法の例は、パッチ２１とルーフ３との間に誘電体が充填されず空間となっている場合の例である。パッチ２１とルーフ３との間に誘電体を充填する場合は、誘電体による波長短縮率を考慮して各部寸法を決める必要がある。
【００３２】
アンテナ装置５から車両前後方向へ放射される電力の大きさについて、その概要を図４を用いて説明する。図４に例示するように、アンテナ装置５から車両前方側の領域に対しては広がりをもって電力Ｐｆが放射され、車両後方側の領域に対しても広がりをもって電力Ｐｂが放射される。
【００３３】
車両前方側の領域への放射電力Ｐｆ全体のうち、地板３の板面に対して仰角方向に放射される成分をＰｆ１、地板３の板面に平行な方向に放射される成分をＰｆ２、地板３の板面に対して俯角方向であって且つ地面（水平面）に対しては平行な方向（即ち車両前方）に放射される成分をＰｆ３とする。アンテナ装置５から車両前方側の領域へ放射される電力Ｐｆの各成分のうち車両前方（水平面方向）への放射電力はＰｆ３である。
【００３４】
一方、車両後方側の領域への放射電力Ｐｂ全体のうち、地板３の板面に対して仰角方向であって且つ地面（水平面）に対しては平行な方向（即ち車両後方）に放射される成分をＰｂ１、水平面に対しては俯角方向であって且つ地板３の板面に対しては平行な方向に放射される成分をＰｂ２、水平面及び地板３の板面の双方に対して俯角方向に放射される成分をＰｂ３とする。
【００３５】
アンテナ装置５から車両後方側の領域へ放射された電力ＰｂのうちＰｂ２及びＰｂ３については、反射器２０によって車両前方側の領域へ反射される。その反射波も広がりをもって車両前方側の領域へ放射される。その反射波を、上記の車両前方側の領域へ直接放射される電力と同じように３成分に分けると、Ｐｆ１と同じ方向の成分がＰｂ’１、Ｐｆ２と同じ方向の成分がＰｂ’２、Ｐｆ３と同じ方向の成分がＰｂ’３となる。
【００３６】
よって、アンテナ装置５全体として、車両前方側の領域全体のうち車両前方（水平方向）に対しては、Ｐｆ３＋Ｐｂ’３の電力が放射される。つまり、反射器２０による反射電力の分だけ、車両前方への利得が増加する。
【００３７】
車両後方には、少なくともＰｂ１の電力が伝搬されていく。本参考例では、アンテナ装置５に対し、主に車両前方との通信を良好に行えることが要求されている。そのため、車両前方方向の利得は高ければ高いほどよい。ただし、車両後方方向についても一定レベル以上の利得が要求される。
【００３８】
これに対し、本参考例では、反射器２０の高さｈ２はモノポールアンテナ１０の高さｈ１よりも十分低く、後方領域への放射電力のうち一部（Ｐｂ２＋Ｐｂ３）のみが反射器２０で反射されてそれ以外（Ｐｂ１）は後方へ伝搬するため、車両後方に対しても必要な利得が確保されている。しかも、後方領域へ放射される電力のうち、反射器２０で反射される電力は、主に、水平面に対して俯角方向へ放射される放射電力Ｐｂ２＋Ｐｂ３である。つまり、水平方向への電力Ｐｂ１はほとんど反射されることなく後方へ伝搬され、俯角方向への電力Ｐｂ２＋Ｐｂ３が反射器２０にて反射される。また、その反射波は、車両前方に対して広がりをもって放射される。そのため、車両後方への利得にあまり影響を及ぼすことなく、車両前方の利得を十分に確保することができる。
【００３９】
なお、図４に基づく上記説明は、アンテナ装置５の機能の概要、即ち車両前方への放射電力に反射波が加わることや車両後方への利得も適切に確保されることなど、をわかりやすく説明するための概念的な説明である。よって、車両後方側の領域への放射電力Ｐｂのうちどの方向への成分がどの程度反射するのか、またその反射波が車両前方側の領域へどのように広がりを持って放射されるのか、などを含む、アンテナ装置５における放射電力の分布状態を必ずしも正確且つ厳密に表現しているわけではない。
【００４０】
以上説明したように、本参考例のアンテナ装置５は、モノポールアンテナ１０とは別に反射器２０を備えている。しかも、反射器２０の高さｈ２はモノポールアンテナ１０の高さｈ１よりも十分に低い。そのため、装置全体の大型化を抑えつつ、且つ外観への悪影響を抑えつつ、所望の方向の利得を適切に確保することが可能なアンテナ装置５を提供することが可能となる。
【００４１】
本参考例では、アンテナ装置５に対し、車両の前方方向及び後方方向のいずれに対しても所定レベルの利得が要求され、特に車両前方方向に対してはより高い利得が要求されている。本参考例のアンテナ装置５は、そのような利得要求を十分に満たしている。
【００４２】
［第１実施形態］
次に、本発明が適用された第１実施形態のアンテナ装置３０について、図５を用いて説明する。本第１実施形態のアンテナ装置３０は、参考例のアンテナ装置５と同様、車両１のルーフ３に搭載されており、モノポールアンテナ１０と共振器４０とを備える。そして、本第１実施形態のアンテナ装置３０が参考例のアンテナ装置５と異なる主な構成は、地板としてのルーフ３に凹部３ａが形成されていること、及び、その凹部３ａ内に共振器４０が配置されていること、である。
【００４３】
図５に示すように、凹部３ａは、ルーフ３における所定の円形状の領域（モノポールアンテナ１０よりも車両後方側の領域）が、ルーフ３の板面よりも下方向（深さ方向）に深さｈ０１だけ凹んだ形状とされることによって形成される。つまり、ルーフ３における、その板面から深さｈ０１だけ凹んだ円筒状の空間が、凹部３ａである。凹部３ａの底面である凹部底面３ｂも、ルーフ３の一部であって、アンテナ装置３０の地板として機能する。
【００４４】
そして、凹部底面３ｂ上に、共振器４０が配置されている。つまり、共振器４０がルーフ３に埋め込まれた状態となっている。共振器４０の構成及び寸法は、参考例の共振器２０と同じである。即ち、本第１実施形態の共振器４０は、パッチ４１と、導体支柱４２と、ショートピン４３とを備え、モノポールアンテナ１０に対して反射器として機能する。そのため、以下の説明では、本第１実施形態の共振器４０のことを、反射器４０ともいう。なお、本第１実施形態においても、モノポール素子１１の軸心と、ショートピン４３の軸心と、パッチ４１の中心（導体支柱４２の軸心）は、板面方向においては一直線上に並んでいる。
【００４５】
凹部底面３ｂの板面を基準とした反射器４０の高さｈ０２は、凹部３ａの深さｈ０１と同じである。そのため、ルーフ３の板面と、反射器４０を構成するパッチ４１の板面は、同一面上にある。換言すれば、凹部底面３ｂに配置されている反射器４０は、その凹部底面３ｂからの高さが、ルーフ３の板面（詳しくはルーフ３全体のうち凹部３ａ以外の領域の板面）を越えないように配置されている。
【００４６】
パッチ４１の外周端と凹部３ａの開口端との間隔（ギャップ）ｇ０は、本実施形態では、ショートピン４３の長さと同じである。
図６に示すように、ギャップｇ０がショートピン４３の長さよりも小さくなるほど、アンテナ装置３０の車両前方方向の利得が小さくなる。逆に、ギャップｇ０をショートピン４３の長さより長くしても、アンテナ装置３０の車両前方方向の利得は、ショートピン４３と同じ長さの場合の利得とあまり変わらない。そのため、本第１実施形態では、ギャップｇ０をショートピン４３と同じ長さにしている。なお、パッチ４１の外周端と凹部３ａの開口端の間の開口部分を絶縁体等で覆うようにしてもよい。そのようにすることで、外観上、反射器４０の存在を目立たなくすることができる。
【００４７】
本第１実施形態のアンテナ装置３０の水平面指向性を、図７（ｂ）に示す。また、比較のために、アンテナ装置３０から反射器４０を省いた構成、即ち単にモノポールアンテナ１０のみからなるアンテナ装置の水平面指向性を、図７（ａ）に示す。なお、図７は、使用周波数帯域の中心周波数ｆ１を７６０ＭＨｚとし、モノポール素子１１の長さを、中心周波数ｆ１に対応した波長の１／４にさらに０．９５を乗じた長さとした場合の水平面指向性のシミュレーション結果である。
【００４８】
図７（ａ）に示すように、モノポールアンテナ１０のみで反射器４０がない場合、ルーフ３面の傾斜等に起因して、車両前方の利得は車両後方の利得に比べて１ｄＢ程度低くなっている。これに対し、本第１実施形態のアンテナ装置３０は、図７（ｂ）に示すように、車両後方の利得低下が抑えられながらも、車両前方の利得が増加している。つまり、図７（ａ）と比較すると、車両後方の利得にほとんど影響を与えることなく、車両前方の利得が効果的に改善されている。
【００４９】
以上説明した本第１実施形態のアンテナ装置３０によれば、反射器４０が、ルーフ３の凹部３ａに埋め込まれている。そのため、モノポールアンテナ１０に対する反射器４０の相対的な高さが、参考例よりもより低く抑えられている。これにより、参考例のアンテナ装置５と同等の作用効果に加え、外観上の影響をより抑えることができる。特に、本第１実施形態では、ルーフ３の板面とパッチ４１の板面が同一面上にある。そのため、結果として、ルーフ３に凹部３ａが形成されていることがほとんど目立たなくなり、外観上の悪影響が抑制される。
【００５０】
なお、凹部３ａの形状は、必ずしも厳密な円筒状である必要はない。例えば、図５（ｂ）において円弧状の破線で示すように、側面から底面にかけて傾斜がなめらかに（円弧状に）変化していくような形状としてもよい。
【００５１】
［第２実施形態］
アンテナ装置を構成する共振器の変形例を、第２実施形態として説明する。図８に示すように、本第２実施形態の共振器５０は、上記第１実施形態の共振器４０と同様、パッチ５１と、導体支柱５２とを備える。これらの形状及び寸法は、上記共振器４０と同じである。また、本第２実施形態の共振器５０は、上記第１実施形態の共振器４０と同様、ルーフ３に形成された凹部３ａ内に、その高さがルーフ３の板面を越えないように配置されている。
【００５２】
そして、本第２実施形態の共振器５０が上記第１実施形態と異なるのは、ショートピンを４つ備え、且つ、各ショートピンのうち何れか１つを選択的に有効にすることができる構成である。
【００５３】
具体的には、本第２実施形態の共振器５０は、第１ショートピン６１、第２ショートピン６２、第３ショートピン６３、及び第４ショートピン６４の、４つのショートピンを備えている。パッチ５１の中心からから各ショートピン６１〜６４の軸心までの板面方向の距離ｒはいずれも同じである。また、各ショートピン６１〜６４は、パッチ５１の中心からみて、パッチ５１の周方向に９０°間隔で配置されている。
【００５４】
第１ショートピン６１は、導体部６１ａと、スイッチ６１ｂとを備える。スイッチ６１ｂがオフされると、第１ショートピン６１による、パッチ５１とルーフ３との導通状態は遮断される。つまり、第１ショートピン６１は、ショートピンとしての機能が無効化される。スイッチ６１ｂがオンされると、パッチ５１とルーフ３との導通状態が有効化される。つまり、パッチ５１とルーフ３とが、導体部６１ａ及びスイッチ６１ｂを介して導通し、これにより、第１ショートピン６１はショートピンとして機能するようになる。他の３つのショートピン６２，６３，６４も、第１ショートピン６１と全く同じ構成である。
【００５５】
各スイッチ６１ｂ、６２ｂ，６３ｂ，６４ｂは、スイッチ制御部６０からの制御信号によってそれぞれ個別にオン、オフされる。スイッチ制御部６０は、その機能として、少なくとも、各スイッチ６１ｂ，６２ｂ，６３ｂ，６４ｂのうち何れか１つのみをオンさせて他の３つを何れもオフさせる機能を有する。つまり、４つのショートピン６１〜６４のうち何れか１つのみを有効とする機能を有する。
【００５６】
有効化するショートピンを切り替えることで、等価的にモノポールアンテナ１０と共振器５０の距離を変化させることができる。そのため、有効化するショートピンを切り替えることで、アンテナ装置全体の指向性を変化させることができる。なお、本第２実施形態の共振器５０は、上述した反射器として動作させるようにしてもよいし、後述する導波器として動作させるようにしてもよい。
【００５７】
［第３実施形態］
図９を用いて、第３実施形態のアンテナ装置７０について説明する。本第３実施形態のアンテナ装置７０は、第１実施形態のアンテナ装置３０（図５参照）に対し、さらに、導波器として動作する共振器８０（以下「導波器８０」ともいう）を設けた構成となっている。導波器８０は、モノポールアンテナ１０に対して車両前方に配置されている。
【００５８】
導波器８０は、反射器４０と同様、パッチ８１と、導体支柱８２と、ショートピン８３とを備える。導波器８０が反射器４０と異なるのは、パッチ８１の中心からショートピン８３までの板面方向の距離である。導波器８０は、その共振周波数ｆ３がモノポールアンテナ１０の共振周波数ｆ１よりもわずかに高くなるように構成されている。
【００５９】
また、導波器８０は、反射器４０と全く同様、ルーフ３に形成された凹部内に埋め込まれた構成となっている。
モノポール素子１１の軸心と、反射器４０のショートピン４３の軸心と、反射器４０のパッチ４１の中心（導体支柱４２の軸心）と、導波器８０のショートピン８３の軸心と、導波器８０のパッチ８１の中心（導体支柱８２の軸心）とは、板面方向において一直線上に並んでいる。モノポール素子１１と導波器８０のショートピン８３との板面方向の距離は、モノポール素子１１と反射器４０のショートピン４３との板面方向の距離Ｒと同じ（中心周波数ｆ１に対応した波長λのおよそ１／４）である。
【００６０】
このように、モノポールアンテナ１０の後方側に反射器４０を備えると共にモノポールアンテナ１０の前方側に導波器８０を備えることで、導波器８０を有しないアンテナ装置に比べて、車両前方の利得をより増加させることができる。
【００６１】
［第４実施形態］
図１０を用いて、第４実施形態のアンテナ装置９０について説明する。本第４実施形態のアンテナ装置９０は、第３実施形態のアンテナ装置７０（図９参照）に対し、さらに、導波器を２つ増設した構成となっている。具体的には、第３実施形態のアンテナ装置７０に対して、さらに、２つの導波器１１０，１２０が設けられている。これら２つの導波器１１０，１２０のうち一方の導波器１１０は、モノポールアンテナ１０に対して車両右方向に配置されており、他方の導波器１２０は、モノポールアンテナ１０に対して車両左方向に配置されている。
【００６２】
これら２つの導波器１１０，１２０の構成自体は、いずれも、モノポールアンテナ１０の前方側の導波器８０と全く同じである。また、これら２つの導波器１１０，１２０はいずれも、モノポールアンテナ１０の前方側の導波器８０と全く同様、ルーフ３に形成された凹部内に埋め込まれた構成となっている。
【００６３】
そして、モノポール素子１１の軸心と、導波器１１０のショートピン１１３の軸心と、導波器１１０のパッチ１１１の中心（導体支柱１１２の軸心）と、導波器１２０のショートピン１２３の軸心と、導波器１２０のパッチ１２１の中心（導体支柱１２２の軸心）とは、板面方向において一直線上に並んでいる。また、モノポール素子１１と各導波器１１０，１２０の各ショートピン１１３、１２３との板面方向の距離は、いずれも、モノポール素子１１と反射器４０のショートピン４３との板面方向の距離Ｒと同じ（中心周波数ｆ１に対応した波長λのおよそ１／４）である。
【００６４】
このように、モノポールアンテナ１０の後方側に反射器４０を備えると共にモノポールアンテナ１０の側方から前方にかけて複数の導波器８０，１１０，１２０を備えることで、導波器を１つ有する第３実施形態のアンテナ装置７０に比べて、車両前方の利得をより増加させることができる。
【００６５】
［他の実施形態］
（１）共振器をルーフ３の凹部に埋め込む場合、第１実施形態のアンテナ装置３０のように、共振器４０のパッチ４１とルーフ面を同一面とすることは必須ではない。パッチがルーフ３の板面よりも上側に突出してもよいし、逆に、パッチがルーフ３の板面よりも下に位置するようにしてもよい。ただし、外観を考慮すると、共振器を凹部内に完全に埋め込むようにするのが好ましい。特に、共振器を反射器として動作させる場合には、放射素子１１から見てその反射器の方向への放射利得の低下を抑制するためにも、凹部内に完全に埋め込むようにするのが好ましい。更に、外観を考慮すれば、上記第１実施形態のように、ルーフ３の板面と、共振器４０を構成するパッチ４１の板面が、同一面となるようにするのが好ましい。
【００６６】
（２）共振器を構成するパッチの形状は、円形に限らない。例えば、多角形状であってもよい。共振器を構成する導体支柱についても、円柱状に限らず、例えば多角柱状であってもよい。
【００６７】
（３）上記各実施形態では、共振器として、パッチ、導体支柱、及びショートピンを有する円環パッチアンテナを採用したが、共振器の具体的構成は円環パッチアンテナに限定されない。例えば逆Ｌ型アンテナ、逆Ｆ型アンテナ、半ループアンテナなど、種々の構成のアンテナを、無給電の共振器として用いることができる。
【００６８】
（４）共振器をいくつ設けるかについては、適宜決めることができる。また、共振器を複数設ける場合に、各々をモノポールアンテナ１０に対してどこに設けるか、また導波器及び反射器のうちどちらとして動作させるか、などについても、適宜決めることができる。
【００６９】
上記第４実施形態では、導波器を複数有するアンテナ装置９０（図１０参照）を示したが、導波器を複数設ける場合にいくつ設けるか、またどこに設けるか、については適宜決めることができる。例えば、図１１に示すアンテナ装置１４０のように、モノポールアンテナ１０の前方に複数の導波器８０，１３０を順に配置するようにしてもよい。
【００７０】
図１１のアンテナ装置１４０において、モノポール素子１１の軸心と、導波器８０のショートピン８３の軸心と、導波器８０のパッチ８１の中心（導体支柱８２の軸心）と、導波器１３０のショートピン１３３の軸心と、導波器１３０のパッチ１３１の中心（導体支柱１３２の軸心）とは、板面方向において一直線上に並んでいる。なお、各導波器８０，１３０の各ショートピン８３，１３３の板面方向の距離は、各導波器８０，１３０の各パッチ８１，１３１が干渉しない限り、モノポール素子１１と導波器８０のショートピン８３の距離Ｒと同じにするのが好ましい。
【００７１】
また、共振器として導波器のみを１つ又は複数備えたアンテナ装置を構成してもよい。具体的には、図９に示した第３実施形態のアンテナ装置７０から反射器４０を省いてもよい。図１０に示した第４実施形態のアンテナ装置９０から反射器４０を省いてもよいし、図１１に示したアンテナ装置１４０から反射器４０を省いてもよい。
【００７２】
（５）共振器を複数備える場合、各共振器のうち少なくとも１つ又は全てを、第２実施形態の共振器５０のような、ショートピンを複数備えてそのうち１つを有効化できる構成の共振器としてもよい。
【００７３】
（６）第２実施形態に示した共振器５０は、４つのショートピン６１〜６４が何れもパッチ５１の中心から距離ｒの位置に設けられていたが、複数のショートピンをどこに設けるかについては適宜決めることができる。例えば、複数のショートピンがそれぞれパッチ５１の中心からの距離ｒが異なるようにしてもよい。この場合、有効化するショートピンを切り替えることで、共振器の共振周波数を変化させることができる。そのため、同じ１つの共振器を、ショートピンを切り替えることによって導波器として動作させたり反射器として動作させたりすることも可能となる。
【００７４】
（７）上記各実施形態では、放射素子としてモノポール素子１１を用いたが、これはあくまでも一例である。放射素子として、モノポール素子以外の他の素子（アンテナエレメント）を用いてもよい。
【００７５】
（８）本発明は、車両１に搭載されるアンテナ装置への適用に限定されるものではない。車両への搭載以外の他の用途で用いるアンテナ装置に対して本発明を適用してもよい。
（９）その他、本発明は、上記の実施形態に示された具体的手段や構造等に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の形態を採り得る。例えば、上記の実施形態の構成の一部を、同様の機能を有する公知の構成に置き換えたり、他の実施形態の構成に対して付加、置換等したり、課題を解決できる限りにおいて省略したりしてもよい。また、上記の複数の実施形態を適宜組み合わせて構成してもよい。
【符号の説明】
【００７６】
１…車両、３…ルーフ、３ａ…凹部、３ｂ…凹部底面、５，３０，７０，９０，１４０…アンテナ装置、７…カバー、１０…モノポールアンテナ、１１…モノポール素子、１２…給電点、２０，４０…共振器（反射器）、２１，４１，５１，８１，１１１，１２１，１３１…パッチ、２２，４２，５２，８２，１１２，１２２，１３２…導体支柱、２３，４３，８３，１１３，１２３，１３３…ショートピン、５０…共振器、６０…スイッチ制御部、６１…第１ショートピン、６１ａ，６２ａ，６３ａ，６４ａ…導体部、６１ｂ，６２ｂ，６３ｂ，６４ｂ…スイッチ、６２…第２ショートピン、６３…第３ショートピン、６４…第４ショートピン、８０，１１０，１２０，１３０…共振器（導波器）。
【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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