CN117044040A - 天线装置、通信装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供天线装置、通信装置。天线装置(100)具备底板(1)、线状供电元件(6)以及两个伞形单元(2)。线状供电元件(6)是与底板(1)平行地配置的直线状的导体元件且端部与供电电路连接。各伞形单元(2)具有组合平行于底板(1)的对置导体板(3)和将该对置导体板(3)的中心与底板(1)电连接的短路部(4)而成的伞形结构。各伞形单元(2)沿着线状供电元件(6)排列配置。

Description

天线装置、通信装置

相关申请的交叉引用

本申请以2021年3月26日在日本申请的日本专利申请第2021－053968号为基础，通过参照整体上引用基础申请的内容。

技术领域

本公开涉及具备利用了作为超材料(metamaterial)的应用技术的零阶谐振的天线的天线装置、通信装置。

背景技术

在专利文献1中，公开了一种具备作为接地发挥功能的平板状的金属导体亦即底板、配置为与该底板对置的平板状的金属导体亦即贴片部、以及将贴片部的中央电连接于底板的短路部的结构的天线。该结构是所谓的伞形结构，与超材料的基本结构相同。这种天线装置在一个方面能够解释为应用了超材料技术的天线，因此有被称为超材料天线的情况。

在超材料天线中，通过形成于底板与贴片部之间的静电电容、以及短路部所具备的电感，在与静电电容和电感相应的频率下产生并联谐振。此外，将超材料的分散特性中，在相位常数β为零(0)的频率下谐振的现象称为零阶谐振。相位常数β是在传送线路上传播的波的传播系数γ的虚部。上述天线在一个方面能够解释为被设计为在所希望的动作频率下以零阶谐振模式进行动作的天线。因此，上述天线也有被称为零阶谐振天线的情况。

在专利文献2中，公开了以扩大超材料天线的动作频率范围为目的的结构。即，在专利文献2中公开了以下结构：将具备三角形的贴片部和短路部作为一组的六个单元作为整体配置成正六边形，且在其外侧配置有作为环状的导体部件的环部。在专利文献2的结构中，供电点设置于环部，经由环部对各单元供电。此外，在专利文献3中，作为专利文献2所公开的结构的改进版，公开了使用了四个单元和环的结构。

专利文献1：日本特开2017－5663号公报

专利文献2：日本特开2017－153032号公报

专利文献3：日本特开2019－129439号公报

天线装置被要求小型化。虽然根据专利文献2～3所公开的结构能够期待动作频率的放大效果，但需要配置四个或六个以对象频率进行动作的单元，并且需要环状的供电用导体。因此，在尺寸的观点上还有改善的余地。

发明内容

本公开是基于上述的着眼点而完成的，其目的之一在于提供能够增大动作频率范围，并且进一步小型化的天线装置、通信装置。

这里公开的天线装置具备：底板，是平板状的导体部件；线状供电元件，是形成为非环状且在任意的位置设置有供电点的线状的导体部件；第一伞形单元，使用导体部件构成；以及第二伞形单元，使用导体部件构成，第一伞形单元以及第二伞形单元分别包含对置导体板和短路部，其中，上述对置导体板是与底板隔开规定的间隔来配置的平板状的导体部件，上述短路部将对置导体板与底板电连接，第一伞形单元以及第二伞形单元构成为使用短路部所具备的电感和由底板与对置导体板形成的静电电容在规定的对象频率下并联谐振，线状供电元件配置为与多个对置导体板中的每个对置导体板具有小于规定的耦合极限值的间隔。

在上述结构中，线状供电元件通过配置为与各对置导体板的间隔小于规定值而在对象频率附近电磁耦合。因此，经由线状供电元件向各伞形单元间接地进行供电。但是，在线状供电元件中，从供电点到第一伞形单元的长度和从供电点到第二伞形单元的长度不同。因此，源自连接于各伞形单元的线状供电元件的电感成分有微小量的不同。其结果是，第一伞形单元的谐振频率和第二伞形单元的谐振频率也偏离微小量(例如，对象频率的5％左右)。其结果是，作为装置整体，动作频带变宽。另外，在上述结构中，伞形单元至少为两个即可，不需要四个或者六个伞形单元。此外，线状供电元件也不需要为环状。因此，根据上述结构，能够增大动作频率范围，并且进一步小型化。

另外，这里公开的通信装置具备：底板，是平板状的导体部件；线状供电元件，是形成为非环状且在任意的位置设置有供电点的线状的导体部件；第一伞形单元，使用导体部件构成；第二伞形单元，使用导体部件构成；以及电路模块，进行用于发送或者接收规定的对象频率的无线信号的信号处理，第一伞形单元以及第二伞形单元分别包含对置导体板和短路部，其中，上述对置导体板是与底板隔开规定的间隔来配置的平板状的导体部件，上述短路部将对置导体板与底板电连接，第一伞形单元以及第二伞形单元构成为使用短路部所具备的电感和由底板与对置导体板形成的静电电容在对象频率下并联谐振，线状供电元件配置为与多个对置导体板中的每个对置导体板具有小于规定的耦合极限值的间隔。

根据该结构，基于与上述的天线装置相同的理由，能够增大动作频率，并且进一步小型化。

此外，权利要求书中记载的括弧内的附图标记表示与作为一个方式后述的实施方式中记载的具体部件的对应关系，并不限定本公开的技术范围。

附图说明

图1是天线装置100的外观立体图。

图2是天线装置100的俯视图。

图3是概念性地表示沿着图1所示的III－III线的截面的图。

图4是概念性地表示沿着图1所示的IV－IV线的截面的图。

图5是用于对超材料天线的基本结构进行说明的图。

图6是表示超材料天线的基本结构的指向性的图。

图7是提出结构的等效电路图。

图8是表示在提出结构中使短路部的半径变化时的每个频率的VSWR的图。

图9是表示提出结构(r＝5mm)中的1.2GHz下的指向性的图。

图10是表示提出结构(r＝5mm)中的1.3GHz下的指向性的图。

图11是并排表示比较结构和提出结构的VSWR特性的图。

图12是用于对比较结构进行说明的图。

图13是用于对第一变形结构进行说明的图。

图14是表示第一变形结构的VSWR特性的图。

图15是用于对与第一变更结构对应的比较结构进行说明的图。

图16是表示第一变形结构中的1.16GHz下的指向性的图。

图17是表示第一变形结构中的1.32GHz下的指向性的图。

图18是表示提出结构的其他结构例的图。

图19是表示提出结构的其他结构例的图。

图20是表示提出结构的其他结构例的图。

图21是表示提出结构的其他结构例的图。

图22是表示提出结构的其他结构例的图。

图23是表示提出结构的其他结构例的图。

图24是表示提出结构的其他结构例的图。

图25是表示提出结构的其他结构例的图。

图26是表示提出结构的其他结构例的图。

图27是表示提出结构的其他结构例的图。

图28是表示提出结构的其他结构例的图。

图29是用于对第二变形结构的图。

图30是用于对越减小短路部的半径则VSWR为3以下的频率越少的情况进行说明的图。

图31是表示第二变形结构(r＝1mm)的VSWR特性的图。

图32是表示第二变形结构(r＝1mm)的810MHz下的指向性的图。

图33是表示第二变形结构(r＝1mm)的930MHz下的指向性的图。

图34是表示其他结构例的图。

图35是表示其他结构例的图。

图36是表示其他结构例的图。

图37是概念性地表示沿着图36所示的XXXVII－XXXVII线的截面的图。

图38是用于对第三变形结构进行说明的图。

图39是概念性地表示沿着图38所示的XXXIX－XXXIX线的截面的图。

图40是表示第三变形结构中的VSWR特性的图。

图41是表示对第三变形结构中的指向性进行了试验的结果的图。

图42是表示其他结构例的图。

图43是用于对第四变形结构进行说明的图。

图44是表示第四变形结构中的VSWR特性的图。

图45是表示第四变形结构的820MHz下的指向性的图。

图46是表示第四变形结构的980MHz下的指向性的图。

具体实施方式

以下，使用附图对本公开的实施方式进行说明。此外，以下，对具有相同的功能的部件标注相同的附图标记，并省略其说明。另外，在仅提及结构的一部分的情况下，对于其他部分，能够应用之前说明的实施方式的结构。

＜序言＞

本公开的天线装置100例如安装于车辆等移动体来使用。天线装置100构成为能够收发属于由国际电信联盟规定的、为了在工业以及科学等领域中通用地使用而分配的频带(所谓的ISM频带)的电波。为了方便起见，将作为天线装置100收发的对象的频带称为对象频带。天线装置100也可以仅用于发送和接收中的任意一方。由于电波的收发具有可逆性，因此能够发送某频率的电波的结构也是能够接收该频率的电波的结构。以下的收发的记载是指发送和接收中的至少任意一方。

在这里，作为一个例子，作为收发的对象的频带的中心频率亦即主对象频率为1.3GHz。天线装置100不仅能够收发主对象频率的电波，还能够收发以主对象频率为基准规定的规定范围内的频率的电波。例如，天线装置100构成为如后述那样能够收发属于1.2GHz至1.4GHz的频带(以下，1.3GHz带)的频率。

当然，主对象频率可以适当地设计，作为其他方式，例如也可以为760MHz、850MHz、900MHz、1.17GHz、1.28GHz、1.55GHz、2.4GHz、5.9GHz等。例如，天线装置100也可以构成为能够收发在Bluetooth Low Energy(Bluetooth是注册商标(蓝牙))、Wi-Fi(注册商标)等这样的近距离无线通信中使用的频带的电波。另外，天线装置100也可以设计为以在UWB－IR(Ultra Wide Band-Impulse Radio：超宽带脉冲无线电)通信中使用的频带进行动作。

以下的“λ”表示主对象频率的电波的波长(以下，也记载为对象波长)。例如，“λ/2”以及“0.5λ”是指对象波长的一半的长度，“λ/4”以及“0.25λ”是指对象波长的四分之一的长度。此外，真空中以及空气中的1.3GHz的电波的波长(也就是λ)为230.6mm。以下的部件的尺寸是假定1.3GHz的情况下的一个例子，能够根据主对象频率而变更。由于频率和波长呈反比的关系，因此例如，在将2.6GHz作为主对象频率的情况下，能够将以下例示的尺寸的1/2倍的值为基准来实施本公开。基于有效的波长受到电介质的缩短效果的情况，可以调整各部件的尺寸。

该天线装置100例如经由电缆与搭载于车辆的通信用的ECU(Electronic ControlUnit：电子控制单元)连接并使用。天线装置100接收到的信号被依次输出至通信用ECU。另外，天线装置100基于从通信用ECU输入的信号而动作，并辐射电波。通信用ECU是利用天线装置100接收到的信号，并且对该天线装置100输入发送信号的装置。

在这里，作为一个例子，假定天线装置100和通信用ECU通过AV线连接的情况来进行说明。AV线是汽车用低压电线，例如通过利用氯乙烯等绝缘材料覆盖软铜绞线来实现。AV线的“A”是指汽车用低压电线，“V”是指乙烯树脂。作为与天线装置100连接的AV线，有用于提供接地电位的AV线亦即接地用电缆和供信号流动的AV线亦即信号用电缆。此外，作为天线装置100和通信用ECU的连接电缆，也能够采用汽车用薄壁低压电线(AVSS电缆)、汽车用压缩导体超薄壁氯乙烯绝缘低压电线(CIVUS电缆)等。AVSS的“SS”是指极薄壁型。CIVUS的“C”是指压缩导体型，“I”是指ISO标准，“V”是指乙烯树脂，“US”是指超极薄壁型。另外，作为连接天线装置100和通信用ECU的电缆，也可以使用同轴电缆、馈线等其他通信电缆来连接。

本公开中的“平行”不限于完全的平行状态。也可以倾斜几度至15度左右。也就是说，也可包含大概平行的状态(所谓的大致平行的状态)。关于本公开中的“垂直”这一表达，也不限于完全垂直的状态，也包含倾斜几度～15度左右的方式。在本公开中，对置表示具有规定的间隔地相对的状态。

＜关于天线装置100的具体结构＞

以下，描述天线装置100的具体结构。如图1等所示，天线装置100具备底板1、第一伞形单元2A、第二伞形单元2B、支承部5以及线状供电元件6。为了方便起见，为了与另外后述的基本结构200、比较结构300相区分，图1～图4所示的天线装置100也称为提出结构。

第一伞形单元2A以及第二伞形单元2B分别具备对置导体板3、以及将对置导体板3的中央区域与底板1电连接的短路部4。这样的结构相当于作为超材料的基本结构的伞形结构。第一伞形单元2A以及第二伞形单元2B如以下说明的那样，设定为通过与底板1的协作来作为超材料天线进行动作。此外，在图2中，为了清楚地示出底板1而省略了支承部5的图示。在不区分第一伞形单元2A和第二伞形单元2B的情况下，将它们记载为伞形单元2。伞形单元2也能够称为谐振器或者谐振结构体。

为了方便起见，在区分第一伞形单元2A所具备的对置导体板3和第二伞形单元2B所具备的对置导体板3的情况下，将第一伞形单元2A所具备的对置导体板3记载为第一对置导体板3A。另外，将第二伞形单元2B所具备的对置导体板3记载为第二对置导体板3B。第一短路部4A这样的记载是指第一伞形单元2A的短路部4，第二短路部4B这样的记载是指第二伞形单元2B的短路部4。在不区分第一伞形单元2A所具备的要素和第二伞形单元2B所具备的要素的情况下，仅记载为对置导体板3、短路部4。

在本实施方式中，作为一个例子，第一对置导体板3A和第二对置导体板3B构成为相同形状。另外，第一短路部4A和第二短路部4B也为相同形状。

第一伞形单元2A和第二伞形单元2B隔开规定的间隔Dab沿着规定的并列方向形成于底板1的上侧。图1等各种图所示的X轴表示第一伞形单元2A和第二伞形单元2B排列的方向亦即并列方向。也就是说，X轴方向对应于并列方向。另外，X轴表示对天线装置100而言的高度方向。Y轴是与X轴以及Z轴正交的轴。Y轴方向对应于宽度方向。具备这些X轴、Y轴以及Z轴的三维坐标系是用于对天线装置100的结构进行说明的概念。以下，适当地使用X轴、Y轴、Z轴对天线装置100的结构进行说明。

底板1是以铜等导体为材料的板状的导体部件。底板1沿着后述的板状的支承部5的下侧面来设置。这里的板状中也包含金属箔那样的薄膜状。也就是说，底板1也可以是通过电镀等在印刷布线板等树脂制的板的表面形成图案的板。另外，底板1也可以使用配置于包含多个导体层以及绝缘层的多层基板的内部的导体层来实现。该底板1例如经由电源电路等与接地用的电缆电连接，提供天线装置100中的接地电位(换句话说，地电位)。

底板1在俯视时具有包括第一对置导体板3A以及第二对置导体板3B等的大小。底板1形成为长方形。X轴方向相当于底板1的长边方向，Y轴相当于底板1的短边方向。底板1的短边的长度例如在电学上设定为相当于0.4λ的值。另外，底板1的长边的长度在电学上设定为1.2λ。这里的所谓的电学上的长度是考虑到边缘电场、电介质引起的波长缩短效果等后的有效的长度。该结构相当于短边方向的长度比对象波长短，并且长边方向的长度设定为短边方向的2倍以上的结构。此外，底板1的短边的长度也可以为0.6λ、0.8λ等。底板1的长边方向的长度也可以为1.0λ、1.5λ等。此外，从抑制泄漏电流、动作稳定性、或者其他的观点来看，优选底板1的各边例如具有0.75λ以上的长度。

此外，底板1的尺寸能够适当地变更。另外，从上侧观察底板1的形状(以下，平面形状)能够适当地变更。底板1具有在俯视时与各对置导体板的大致整个面重叠的大小/形状即可。在这里，作为一个例子，使底板1的平面形状成为长方形，但作为其他方式，底板1的平面形状也可以为圆形、正方形。另外，也可以为六边形、八边形等其他的多边形形状。矩形这一表达中包含长方形和正方形。圆形这一表达中不仅包含正圆，也可以包含椭圆形。此外，从底板1向对置导体板3的方向，即Z轴正方向相当于对天线装置100而言的上方。

各对置导体板3是以铜等导体为材料的板状的导体部件。如上述那样，这里的板状也包含铜箔等薄膜状。对置导体板3配置为隔着支承部5与底板1对置。对置导体板3也可以与底板1同样地是在印刷布线板等树脂制的板的表面形成图案的板。

各对置导体板3通过配置为与底板1对置，而形成与对置导体板3的面积、以及对置导体板3与底板1的间隔相应的静电电容。对置导体板3形成为形成与短路部4所具备的电感在主对象频率下并联谐振的静电电容的大小。对置导体板3的面积适当地设计为提供所希望的静电电容即可。所谓的所希望的静电电容是通过与短路部4的电感的协作而在主对象频率下进行动作的静电电容。此外，若将动作频率设为f、将短路部4所具备的电感设为Ls、将对置导体板3与底板1之间形成的静电电容设为C，则f≈1/{2π√(Ls·C)}的关系成立。如果是本领域技术人员，则能够基于该关系式来决定适当的对置导体板3的面积。

例如，对置导体板3形成为一边在电学上为60mm的正方形。此外，60mm这一值在电学上相当于约0.25λ。当然，对置导体板3的一边的长度能够适当地变更，也可以为20mm、30mm、40mm等。对置导体板3的尺寸可以考虑对象波长、电介质的支承部5所提供的波长缩短效果等来决定。此外，对置导体板3的平面形状也可以为圆形、正八边形、正六边形等。另外，对置导体板3也可以为长方形、长椭圆形等。

第一对置导体板3A和第二对置导体板3B以沿着X轴方向的方式隔开规定的间隔地排列。第一对置导体板3A的X轴正方向侧的边缘部和第二对置导体板3B的X轴负方向侧的边缘部相互平行。第一对置导体板3A和第二对置导体板3B的间隔亦即导体板间隔Dab例如设定为0.2mm～3mm等。

导体板间隔Dab以及对置导体板3的尺寸设定为图2所示的中心间距离Dcn不为λ/4的奇数倍。中心间距离Dcn相当于从第一对置导体板3A的中心到第二对置导体板3B的中心的距离。此外，例如在对置导体板3为正方形、长方形的情况下，对置导体板3的中心相当于对角线的交点。在本公开中，以下也将对置导体板3的中心记载为导体板中心。此外，在对置导体板3为三角形的情况下，能够采用其内心作为中心。三角形的对置导体板3的中心也可以是垂心、外心。几何地决定对置导体板3的中心。

所谓的中心间距离Dcn不为λ/4的奇数倍的状态是指从成为λ/4的奇数倍的值进一步远离λ/40以上的值的状态。若中心间距离Dcn为1/λ的奇数倍，则如专利文献1所公开的那样，产生第二伞形单元2B对第一伞形单元2A而言作为反射元件进行工作的担忧。通过调整为中心间距离Dcn不为1/λ的奇数倍，能够抑制在指向性中产生偏差。

另外，优选将导体板间隔Dab设定为第一对置导体板3A和第二对置导体板3B高频耦合的值。所谓的高频耦合在一个方面是指在主对象频率下电容耦合。例如，导体板间隔Dab设定为0.2mm、0.5mm、1.0mm等3mm以下。根据其他观点，上述结构相当于通过具有相当于导体板间隔Dab的宽度的狭缝将具有对置导体板3的2倍的长度的矩形的导体图案分成两部分的结构。此外，作为在主对象频率下耦合的间隔的上限值亦即耦合极限值，例如假定0.01λ～0.02λ左右的值。以下的所谓的“接近”是指以非接触，且间隔小于耦合极限值的状态相互平行的配置方式。

各短路部4是将底板1和对置导体板3电连接的导电性的部件。短路部4使用导电性的销(以下，短路销)实现即可。通过调整作为短路部4的短路销的直径、长度，能够调整短路部4所具备的电感。短路部4的半径(r)例如设定为5mm。当然，半径也可以为1mm、3mm。

此外，短路部4为一端与底板1电连接，另一端与对置导体板3电连接的线状的部件即可。在使用印刷布线板作为基材来实现天线装置100的情况下，能够利用设置于印刷布线板的导通孔作为短路部4。

短路部4例如设置为位于导体板中心。此外，短路部4的形成位置无需严格与导体板中心一致。短路部4也可以从导体板中心偏离几mm左右。短路部4也可以形成于对置导体板3的中央区域。所谓的对置导体板3的中央区域是指比连结将从导体板中心到边缘部内分为1:5的点的线靠近内侧的区域。根据其他观点，中央区域相当于将对置导体板3相似缩小到六分之一左右的同心图形所重叠的区域。

支承部5是用于将底板1和对置导体板3隔开规定的间隔相互对置配置的板状部件。支承部5为矩形平板状，支承部5的大小为在俯视时与底板1几乎相同的大小。例如，使用玻璃环氧树脂等具有规定的相对介电常数的电介质来实现支承部5。这里作为一个例子，使用相对介电常数4.3的玻璃环氧树脂(换句话说，FR4：Flame Retardant Type 4)来实现支承部5。

在本实施方式中，作为一个例子，支承部5的厚度例如设定为6.0～7.0mm左右。支承部5的厚度对应于底板1和对置导体板3的间隔H。通过调整支承部5的厚度，能够调整对置导体板3和底板1的间隔H。支承部5的厚度的具体的值通过模拟、试验适当地决定即可。当然，支承部5的厚度也可以为3.0mm、5.0mm等。

此外，支承部5发挥上述的作用即可，支承部5的形状能够适当地变更。用于将对置导体板3与底板1对置配置的结构也可以为多个柱。另外，在本实施方式中，采用在底板1与对置导体板3之间填充了作为支承部5的树脂的结构，但不限于此。底板1与对置导体板3之间也可以为中空、真空。作为支承部5，也能够采用蜂窝结构等。并且，也可以组合以上例示的结构。在使用印刷布线板来实现天线装置100的情况下，也可以利用印刷布线板所具备的多个导体层作为底板1、对置导体板3，并且利用隔开导体层的树脂层作为支承部5。

支承部5的厚度作为调整短路部4的长度的参数，换句话说，作为调整短路部4所提供的电感的参数发挥功能。此外，支承部5的厚度也作为调整通过底板1和对置导体板3对置而形成的静电电容的参数发挥功能。

线状供电元件6是用于对各对置导体板3间接地供电的线状导体。这里作为一个例子，线状供电元件6是沿X轴方向延伸的直线状的导体。线状供电元件6在支承部5的上侧面41形成于第一对置导体板3A以及第二对置导体板3B的Y轴负方向侧。即，线状供电元件6图案化为与第一对置导体板3A以及第二对置导体板3B的各自的Y轴负方向侧的边缘部具有规定的耦合极限值以下的间隔。线状供电元件6和各对置导体板3的间隔D63例如设定为0.5mm、1.0mm等小于1.5mm。

根据其他观点，该配置方式相对于以沿着线状供电元件6的方式排列第一伞形单元2A以及第二伞形单元2B。此外，线状供电元件6形成为与各对置导体板3的至少一部分接近以使得与各对置导体板3高频耦合即可，配置方式能够适当地变更。

为了方便起见，将线状供电元件6所具备的两个端部中的X轴负方向侧的端部称为第一端部61，并且将相反侧的端部称为第二端部62。另外，在各对置导体板3中，也将与线状供电元件6接近的边缘部记载为供电元件接近边缘31。在图1等所示的例子中，各对置导体板3所具备的平行于X轴的两个边缘部中的相对地靠近Y轴负方向侧的边缘部相当于供电元件接近边缘31。

在线状供电元件6的一端，例如X轴负方向侧的端部(也就是说，第一端部61)形成有供电点。供电点是收发电路的信号用端子和线状供电元件6例如经由包含微带线路等的布线图案电连接的部分。供电点能够解释为与电源或者供电线的连接部位。供电点能够配置于线状供电元件6上的任意的位置。供电点优选在线状供电元件6中设置于与第一伞形单元2A对置的区间。相对于供电点较近的伞形单元2能够解释为第一元素。

此外，作为向线状供电元件6的供电方式，能够采用直接连结供电方式、电磁耦合方式等各种各样的方式。直接连结供电方式是指线状供电元件6和收发电路的信号用端子经由布线图案、导通孔等的导体直接电连接的方式。电磁耦合方式是指利用了供电用的微带线路等与线状供电元件6的电磁耦合的供电方式。

线状供电元件6的长度，换句话说第一端部61和第二端部62的位置可以在能够向各对置导体板3间接供电的范围内适当地变更。这里作为一个例子，线状供电元件6从第一对置导体板3A的X轴负方向侧的角部形成到第二对置导体板3B的X轴正方向侧的角部。线状供电元件6优选第一端部61位于比第一对置导体板3A的中心靠近X轴负方向侧，并且第二端部62位于比第二对置导体板3B的中心靠近X轴正方向侧。

此外，线状供电元件6配置于各对置导体板3的周围即可，作为其他结构例，如另外后述的那样，线状供电元件6也可以为L字型，也可以具有分支部等。另外，线状供电元件6也可以配置于对置导体板3的下侧、上侧。第二端部62也可以为开放端，也可以由具有规定的电阻值的电阻元件终止。

＜关于超材料天线的基本结构及其工作＞

在对天线装置100的工作进行说明之前，在这里使用图5、图6，对超材料天线的基本结构200及其动作原理进行说明。图5是表示超材料天线的基本结构200的图，具备底板1、对置导体板3以及短路部4。供电点在对置导体板3配置于能够取得阻抗匹配的位置。这里的阻抗匹配是指使送出信号一侧的阻抗值和接受信号一侧的阻抗值大致相同。

超材料天线是利用了零阶谐振的天线，其中，零阶谐振是超材料的分散特性中在相位常数β为零的频率下谐振的现象。在超材料天线中，特征在于，通过形成于底板1与对置导体板3之间的静电电容和短路部4所具备的电感器的LC并联谐振来动作。

对置导体板3设计为具有形成与短路部4所具备的电感器在所希望的频率(动作频率)下并联谐振的电容器的面积。另外，对置导体板3通过设置于其中央区域的短路部4与底板1短路。此外，电感器的值(电感)根据短路部4的各部尺寸，例如直径以及Z方向长度来决定。

因此，若被供给动作频率的电力，则通过电感器与电容器之间的能量交换产生并联谐振，在底板1与对置导体板3之间产生相对于底板1垂直的电场。即，产生Z轴方向的电场。该垂直电场从短路部4向对置导体板3的边缘部传播，在对置导体板3的边缘部成为垂直极化波而在空间中传播。此外，这里的垂直极化波是指电场的振动方向相对于底板1、对置导体板3垂直的电波，也能够称为底板垂直极化波。

图6示出对基本结构200进行电磁场模拟的结果。由于通过LC并联谐振产生的垂直电场的传播方向以短路部4为中心对称，因此对天线水平面上的全部方位具有同等程度的增益。换句话说，一个超材料天线在从对置导体板3的中央区域朝向边缘部的全方向上具有指向性。特别是，在配置为底板1水平的情况下，超材料天线相对于水平方向具有指向性。

此外，这里的天线水平面是指平行于底板1以及对置导体板3的平面。以下，也将从对置导体板3的中心朝向其边缘部的方向称为天线水平方向。根据其他观点，天线水平方向是相对于Z轴方向正交的方向，包含X轴方向、Y轴方向。简单地说，天线水平方向相对于对天线装置而言的横向(换句话说，侧方)。

另外，天线发送(辐射)电波时的工作和接收电波时的工作相互具有可逆性。以上，以辐射电波时为例进行了说明，但根据上述结构，能够接收从天线水平方向到来的垂直极化波。

然而，除了超材料天线以外，作为使用与底板对置的金属板的天线，存在贴片天线、板状倒F天线。贴片天线、板状倒F天线是利用通过电流的路径长度为λ/4的整数倍而产生的谐振现象的天线，与超材料天线在动作原理上不同。另外，贴片天线、板状倒F天线在动作原理上需要辐射元件具有为λ/4的整数倍的尺寸，另一方面，超材料天线不需要对置导体板3具有λ/4的整数倍的长度。并且，从指向性的观点来看，超材料天线也与贴片天线以及板状倒F天线不同。即，贴片天线、板状倒F天线在相对于底板垂直的方向(也就是上方)上形成波束，相对于此，超材料天线基本上不在天线上方而在天线横向上形成波束。这样，从动作原理以及指向性等的观点来看，超材料天线是与贴片天线以及板状倒F天线不同的天线。

＜关于天线装置100的动作＞

基于上述的超材料天线的基本结构200等，这里对作为提出结构的天线装置100的动作进行说明。在上述结构中，供电点设置于线状供电元件6，并且线状供电元件6与各对置导体板3接近配置。因此，电流在从线状供电元件6经过第一对置导体板3A、第一短路部4A到达底板1的路径、以及从线状供电元件6经过第二对置导体板3B、第二短路部4B到达底板1的路径中的每个路径中流动。也就是说，向各伞形单元2经由线状供电元件6间接地供电。

在这里，各伞形单元2的对置导体板3分别通过设置于其中央区域的短路部4与底板1短路，并且对置导体板3的面积为形成与短路部4所具备的电感在主对象频率下LC并联谐振的静电电容的面积。

因此，若经由线状供电元件6被供给主对象频率的电力，则在各伞形单元2产生LC并联谐振，分别作为超材料天线进行动作。即，在底板1与对置导体板3之间形成相对于底板1以及对置导体板3垂直的电场，并朝向天线水平方向辐射底板垂直极化波。

图7是图1等所示的天线装置100的等效电路。图7所示的ZSL1和ZSL2是线状供电元件6的阻抗。具体而言，ZSL1表示线状供电元件6中的在第一伞形单元2A激励时电流流动的区间的阻抗。另外，ZSL2相当于从线状供电元件6中的在第二伞形单元2B激励时电流流动的区间的阻抗减去ZSL1所得的参数。Cg1表示由线状供电元件6和第一对置导体板3A的间隙产生的电容，Cg2表示由线状供电元件6和第二对置导体板3B的间隙产生的电容。Ce表示由第一对置导体板3A和第二对置导体板3B的间隙产生的电容。Le1表示在第一对置导体板3A中电流从线状供电元件6流动到第一短路部4A的路径的电感。Le2表示在第二对置导体板3B中电流从线状供电元件6流动到第二短路部4B的路径的电感。Lv1表示第一短路部4A的电感。Lv2表示第二短路部4B的电感。C1表示由第一对置导体板3A和底板1形成的电容。C2表示由第二对置导体板3B和底板1形成的电容。

如图7所示，在第一伞形单元2A和第二伞形单元2B中，电流流动的路径不同。因此，在第一伞形单元2A为主体进行动作的模式和第二伞形单元2B为主体进行动作的模式下，来自线状供电元件6的电感成分、电容有微小量不同。伴随于此，第一伞形单元2A和第二伞形可以为良好的谐振频率微量不同。通过第一伞形单元2A和第二伞形单元2B的谐振频率微量偏离，以主对象频率为中心，起到扩宽整体的动作频带的作用。这里的微量例如是指主对象频率的15％以下，即200MHz以下。更具体而言，第一伞形单元2A和第二伞形单元2B的谐振频率可以相差10MHz～100MHz左右。

此外，第一对置导体板3A和第二对置导体板3B接近配置为电磁(高频)耦合。该结构也成为原因之一，在包含第一伞形单元2A和第二伞形单元2B的整体中，有助于电波辐射的部分根据频率而连续地变化。其结果是，与基本结构200相比，动作频率可宽带化。此外，各伞形单元2在比其谐振频率低的频率下作为容抗发挥作用，在比谐振频率高的频率下作为感抗发挥作用。对于两个伞形单元2的谐振频率而言，即使两者为完全相同的尺寸也如上述那样，因供电路径的不同，而谐振频率微量地不同。因此，根据频率，以另一个伞形单元2作为电感型或者电容型电感与一个伞形单元2并联连接的方式行动。其结果是，动作频带可进一步增大。

图8是表示在提出结构中使第一对置导体板3A以及第二对置导体板3B的尺寸为一定，并且变更了短路部4的半径r的情况下的每个频率的电压驻波比(VSWR：VoltageStanding Wave Ratio)的测定结果的图表。此外，变更半径r对应于变更Lv1以及Lv2。

图8所示的图表的横轴表示频率，纵轴表示VSWR。点线表示r＝1mm的每个频率的VSWR，虚线表示r＝3mm的每个频率的VSWR，实线表示r＝5mm的每个频率的VSWR。

如图8所示，可知短路部4的半径r越小，则VSWR越劣化。假定这是因为半径越小，阻抗的失配越增大。另外，可知在使半径r成为1mm、3mm以及5mm中的任意一个的结构中，在为r＝5mm的结构中，VSWR特性最好，在宽频带下进行动作。

此外，在通信用的天线的技术领域中，一般将VSWR为3以下的频率范围视为可实用的情况较多。根据这样的在本技术领域中惯用的基准，可知提出结构以可作为主对象频率用的天线充分实用的等级进行动作。另外，根据提出结构，在1.2GHz～1.4GHz的频带下，VSWR为3以下。也就是说，能够实现200MHz左右的动作频带。这里的动作频带是可用于信号的收发的频带，为了方便起见，是指VSWR为3以下的频率的范围。

另外，图9和图10是表示短路部4的半径r＝5mm的提出结构的XY平面上的指向性的图。图9表示1.2GHz下的指向性，图10表示1.3GHz下的指向性。如图9、图10所示，可知虽然在提出结构中也在X轴方向上产生偏差，但与基本结构200同样地，可对天线水平方向的全方位获得辐射。

另外，图11是将提出结构的VSWR与两种比较结构300a、300b的VSWR相比较并示出的图表。如图12的(A)所示，比较结构300a是从提出结构中去除线状供电元件6，并且在第一对置导体板3A中取得阻抗匹配的位置设置了供电点的结构。比较结构300b代替直线状的线状供电元件6而以包围两个对置导体板3的方式配置了环状的导体元件亦即环部Rp，并在该环部设置了供电点的结构。

提出结构和比较结构300a、300b除了上述不同点以外的其他结构相同，例如对置导体板3的尺寸、短路部4的半径等相同。例如，第一对置导体板3A和第一对置导体板3A为相同尺寸。此外，在任一结构中，短路部4的半径r都设定为5mm。在图12中，为了清楚地示出底板1也省略了支承部5的图示。

图11所示的图表中的实线表示提出结构中的VSWR。图11的图表中的虚线表示比较结构300a中的VSWR，点线表示比较结构300b中的VSWR。如图11所示，在比较结构300a中实现主对象频率的11.7％左右的动作频带，另一方面，根据提出结构，实现主对象频率的15.6％左右的动作频带。这样，根据提出结构，与比较结构300a相比能够扩展动作频带。

此外，在比较结构300中，通过第二伞形单元2B与第一伞形单元2A电磁耦合，第二伞形单元2B也可以辐射电波。此时，在第一伞形单元2A和第二伞形单元2B中由于从供电点到短路部4的路径不同，因此谐振频率微量不同。其结果是，在比较结构300中，与基本结构200相比也能够使动作频带扩展。但是，由于在第一伞形单元2A设置有供电点，而第二伞形单元2B难以激励。其结果是，在比较结构300中，得不到提出结构那种程度的频带扩展效果。

另外，在比较结构300b中，在1.26GHz附近，电场集中在环部与对置导体板3的间隙，而产生反谐振。与此相对，根据提出结构，不会产生反谐振，而能够从约1180MHz到约1380MHz连续地将VSWR抑制在3以下。

＜关于提出结构的效果＞

上述提出结构在一个方面，相当于排列两个伞形单元2，经由配置于它们附近的非环状的线状供电元件6间接地对各伞形单元2供电的结构。根据该提出结构，两个伞形单元2分别因电流路径的不同而在稍微不同的频率下进行动作，并且整体的动作频带成为各伞形单元2的动作频带结合后的范围。因此，与基本结构200相比，能够以主对象频率为中心扩展动作频带。与比较结构300相比，能够增大动作频带。

并且，根据本公开的提出结构，无需以包围多个对置导体板的方式配置环状的线状导体。因此，能够缩短供电用的线状元件的长度，能够降低制造成本。另外，由于无需以包围多个对置导体板的方式配置环状的线状导体，因此能够抑制整体的尺寸。

以上，对本公开的实施方式进行了说明，但本公开并不限定于上述的实施方式，以下所述的各种补充事项、变形例也包含于本公开的技术范围，并且除了下述以外也能够在不脱离主旨的范围内进行各种变更来实施。例如，下述的各种补充、变形例等能够在不产生技术矛盾的范围内适当地组合实施。此外，对于具有与以上所述的部件相同的功能的部件，存在标记相同的附图标记，并省略其说明的情况。另外，在仅提及结构的一部分的情况下，对于其他部分能够应用上述说明。

＜对第二伞形单元2B的结构的补充＞

在上述的一个实施方式中，公开了使第一对置导体板3A和第二对置导体板3B成为相同尺寸的结构，但并不限于此。第一对置导体板3A和第二对置导体板3B也可以为不同的大小。

例如如图13所示，也可以将第二横向长度Wx2设定为比第一横向长度Wx1长，其中，该第二横向长度Wx2是第二对置导体板3B的X轴方向的长度，该第一横向长度Wx1是第一对置导体板3A的X轴方向的长度。此外，图13所示的Wy1表示第一对置导体板3A的Y轴方向的长度亦即第一纵向长度，Wy2表示第二对置导体板3B的Y轴方向的长度亦即第二纵向长度。在图13所示的例子中，示出设为Wy1＝Wy2的结构。

更具体而言，天线装置100能够为Wx1＝50mm、Wx2＝70mm、Wy1＝Wy2＝60mm。此外，作为上述的实施方式公开的提出结构相当于Wx1＝Wx2＝Wy1＝Wy2＝60mm的结构。为了方便起见，将Wx1＝50mm、Wx2＝70mm、Wy1＝Wy2＝60mm的图13所示的结构称为第一变形结构。对置导体板3和底板1的间隔例如设定6.0mm等与支承部5的相对介电常数相应的值。

图14是表示第一变形结构、上述的提出结构、以及针对第一变形结构的比较结构300中的每个结构中的VSWR的测定结果的图表。图14所示的实线表示第一变形结构中的VSWR，点划线表示提出结构中的VSWR。虚线表示与第一变形结构对应的比较结构300中的VSWR。

如图15所示，与第一变形结构对应的比较结构300是从第一变形结构中去除线状供电元件6，并且在第一对置导体板3A的取得阻抗匹配的位置设置了供电点的结构。与第一变形结构对应的比较结构300和第一变形结构的除了上述不同点以外的部分，例如对置导体板3的尺寸、短路部4的半径等相同。在图14所示的模拟中，设定为Wx1＝50mm、Wx2＝70mm、Wy1＝Wy2＝60mm、r＝5mm。

如图14所示，根据第一变形结构，与提出结构相比能够进一步扩大动作频带。具体而言，提出结构的动作频带为主对象频率的15.6％左右，于此相对，根据第一变形结构，能够将动作频带扩大到主对象频率的约20％(20.8％)。作为其因素，考虑通过使第一对置导体板3A和第二对置导体板3B的面积不同，而各个动作频率的偏差度增大。

另外，图16和图17是表示第一变形结构的XY平面上的指向性的图。图16表示1.16GHz下的指向性，图17表示1.32GHz下的指向性。如图16、图17所示，可知在第一变形结构中，也与基本结构200以及提出结构同样地、对天线水平方向的全方位具备大概0dB以上的增益。另外，可知根据第一变形结构，与提出结构相比，可获得X轴正方向，即从第一伞形单元2A观察存在第二伞形单元2B的方向上的增益的改善效果。

此外，第一变形结构相当于将第二对置导体板3B的面积设定为第一对置导体板3A的1.4倍的结构。第二对置导体板3B相对于第一对置导体板3A的面积的倍率(面积比)不限于1.4，也可以为1.1、1.2、1.3等。

以上，公开了使第一对置导体板3A和第二对置导体板3B的X轴方向的长度亦即第一横向长度Wx1和第二横向长度Wx2不同的方式，但也可以如图18所示，第一对置导体板3A和第二对置导体板3B的Y轴方向的长度不同。也就是说，第一纵向长度Wy1和第二纵向长度Wy2也可以不同。作为一个例子，在图18中示出Wy1＞Wy2、Wx1＝Wx2的结构。当然，作为另一结构，第一对置导体板3A和第二对置导体板3B也可以设计为Wx1≠Wx2，并且Wy1≠Wy2。

另外，如图19所示，线状供电元件6与第一对置导体板3A的间隔D63A也可以与线状供电元件6与第二对置导体板3B的间隔D63B不同。根据该结构，也与上述提出结构等同样地进行工作，并获得相同的效果。此外，在图19中，示出了D63A＞D63B的结构。天线装置100也可以构成为D63A＜D63B。越增大线状供电元件6与对置导体板3的间隔63，则对置导体板3与线状供电元件6的电磁耦合程度越弱。具体而言，起到使图7的等效电路所示的Cg1变小的作用。

＜关于伞形单元2的配置数以及布局＞

以上，公开了排列两个伞形单元2的结构，但并不限于此。如图20、图21所示，天线装置100所具备的伞形单元2也可以配置有三个伞形单元2。在图20中，公开了将第三伞形单元2C配置于第二伞形单元2B的X轴正方向侧的结构，换句话说，公开了将三个伞形单元2沿X轴方向排列的结构。另外，在图21中，示出了在上述的提出结构中将第三伞形单元2C配置于线状供电元件6的Y轴负方向侧的结构。图21所示的结构相当于在线状供电元件6的一侧并联配置两个伞形单元2，并且在其相反侧配置一个伞形单元2的结构。各伞形单元2的尺寸也可以是均匀的，也可以是不均匀的。

此外，在图21所示的结构中，与和第一伞形单元2A、第二伞形单元2B联动地动作相比，第三伞形单元2C独立地动作的倾向更强。因此，第三伞形单元2C能够作为与主对象频率不同的副对象频率用的天线来利用。例如，在主对象频率为1.3GHz的情况下，副对象频率能够为700MHz、2.4GHz等。第三伞形单元2C能够设计为在副对象频率下进行动作。这样根据图21所示的结构，能够使天线装置100在多个频带下进行动作。

＜关于对置导体板3的形状＞

如图22和图23所示，作为对置导体板3的形状，能够采用各种各样的形状。例如如图22所示，第二对置导体板3B也可以为在矩形中在一组对角形成了切除部的形状。另外，如图23所示，第二对置导体板3B也可以是具有与第一对置导体板3A的边缘部对置的边缘部和与线状供电元件6对置的边缘部的三角形状。第二对置导体板3B优选构成为具有与线状供电元件6以及第一对置导体板3A中的每一个隔开小于规定的耦合极限值的间隔地对置的边缘部。

在图22、图23中示出了第二对置导体板3B的变形例，但对于第一对置导体板3A也同样地能够采用各种各样的形状。第一对置导体板3A构成为具有与线状供电元件6以及第二对置导体板3B中的每一个隔开小于规定的耦合极限值的间隔地对置的边缘部即可。

＜关于线状供电元件6的形状以及长度＞

在上述的实施方式中，公开了将供电点设置于线状供电元件6的X轴负方向侧的端部(也就是第一端部61)的方式，但并不限于此。如图24所示，供电点也可以形成于第一端部61和第二端部62的中途。另外，在上述实施方式中，公开了将线状供电元件6的长度设定为第一横向长度Wx1和第二横向长度Wx2的相加值以上的结构，但不限于此。如图25所示，也可以将线状供电元件6的长度设定得比第一横向长度Wx1以及第二横向长度Wx2的相加值短。此外，通过模拟可以确认，线状供电元件6比第一横向长度Wx1以及第二横向长度Wx2的相加值长时，动作频带提高。基于该发现，优选将线状供电元件6设定为比第一横向长度Wx1以及第二横向长度Wx2的相加值大规定量。这里的规定量例如优选为λ/50以上。例如，线状供电元件6优选设定得比第一横向长度Wx1以及第二横向长度Wx2的相加值长9mm～10mm(约λ/25)左右。

另外，以上，公开了使线状供电元件6成为平行于X轴方向的直线状的方式，但不限于此。如图26所示，也可以弯折为L字型。即，线状供电元件6也可以构成为具有平行于X轴且与第一对置导体板3A接近的区间和平行于Y轴且在第一对置导体板3A与第二对置导体板3B之间延伸配置的区间。为了方便起见，将在线状供电元件6中平行于X轴的部分称为X轴平行部6x，并且将平行于Y轴的部分称为Y轴平行部6y。在图26所示的例子中，在线状供电元件6中在第一对置导体板3A与第二对置导体板3B之间延伸配置的部分相当于Y轴平行部6y。Y轴平行部6y接近第一对置导体板3A和第二对置导体板3B中的每一个。

并且，如图27所示，线状供电元件6也可以形成为平行于Y轴的直线状。在该情况下，线状供电元件6配置于第一对置导体板3A与第二对置导体板3B之间。此外，如图28所示，线状供电元件6也可以形成为大致T字型。在图28中示出了将供电点设置于从中央向X轴负方向侧偏离了规定量的位置的结构，但供电点也可以设置于中央。

另外，如图29所示，也可以在各对置导体板3设置从供电元件接近边缘31向导体板中心的规定宽度的切口部32，并且在线状供电元件6设置通过该切口部32的内部朝向导体板中心的分支部63。这里的导体板中心能够替换为短路部4和对置导体板3的连接点。如图29所示，将在线状供电元件6设置了朝向各对置导体板3的中央延伸的分支部63的结构也称为第二变形结构。为了方便起见，将在线状供电元件6中除分支部63以外的部分称为主线部64。

切口部32为直线状。切口部32的宽度亦即切口宽度Wc设定为能够保证与分支部63的非接触的值。例如，将切口宽度Wc设定为比分支部63的宽度大1mm～2mm。假设在分支部63的宽度为3mm的情况下，切口宽度Wc可设定为5mm～6mm左右。另外，在分支部63的宽度为2mm的情况下，切口宽度Wc可设定为4mm左右。切口部32例如设置于供电元件接近边缘31中的最接近导体板中心的位置。换句话说，切口部32可形成为沿着从导体板中心落下到供电元件接近边缘31的垂线。此外，切口部32的形成位置也可以从导体板中心向左右偏离规定量。

切口部32的Y轴方向的长度设定为小于对置导体板3的Y轴方向的长度的一半，以使得切口部32的里侧端部不到达短路部4的正上方。切口部32的长度例如设定在从导体板中心到供电元件接近边缘31的距离的25％～99％的范围内。更具体而言，在对置导体板3的Y轴方向的长度为60mm的情况下，也就是说在从导体板中心到供电元件接近边缘31的距离为30mm的情况下，切口部32的长度可设定为20mm、24mm、25mm、26mm等。切口部32的长度如后述那样，设定为取得阻抗匹配。分支部63是配置为在上述的切口部32的内侧不与对置导体板3接触的线状导体。

在超材料天线的基本结构200中，由于在对置导体板3设置供电点，因此能够在能够匹配阻抗的任意的位置设置供电点。另一方面，在作为上述的提出结构的天线装置100中，由于将供电点设置于线状供电元件6上，因此具有难以取得阻抗匹配这样的制造上的技术问题。针对这样的技术问题，根据图29所示的结构，能够调整针对对置导体板3的实质的供电部位。进而具有容易取得阻抗匹配这样的优点。

然而，短路部4的电感越大、或者对置导体板3形成的电容越大，则越能够降低动作频率。短路部4的半径r越小，则短路部4的电感越大。另外，对置导体板3的面积越大，则电容越大。也就是说，实质上，越减小短路部4的半径r、或者越增大对置导体板3的尺寸，则越能够降低动作频率。但是，存在以下技术要求，即，由于增大对置导体板3的面积会导致装置尺寸的增大，因此希望避免增大面积。

基于这样的情况，本公开的开发者对通过减小短路部4的半径r来降低天线装置100的动作频率进行了研究。然而，开发者在进行上述方针下的研究时，如图30所示，发现了越减小短路部4的半径则VSWR越劣化。作为其原因，认为越减小半径r，则从供电元件接近边缘31到短路部4的距离越增大，阻抗的失配程度越增大。此外，图30的点线表示r＝1mm的情况下的VSWR，虚线表示r＝3mm的情况下的VSWR，实线表示r＝5mm的情况下的VSWR。另外，图30是图29所示的结构的Wy1＝Wy2＝60mm、Wx1＝50mm、Wx2＝60mm、Dab＝0.2mm、Wc＝5mm，并将切口部32的长度设定为26mm的情况下的模拟结果。

针对这样的新的技术问题，根据图29所示的结构，也能够将实质的供电位置形成于比供电元件接近边缘31靠仅内侧，而容易取得阻抗匹配。也就是说，通过如图29所示，采用T字型作为线状供电元件6的结构，能够抑制天线尺寸的增大，并且实现动作频率的降低。

图31表示在使短路部4的半径为1mm的情况下，测定了将切口部32的长度形成为24mm，并从切口部32的里侧端部到近前1mm形成了分支部63的情况下的VSWR的结果。切口部32的里侧端部和导体板中心的距离为5mm，切口宽度Wc为5mm，分支部63的宽度为3mm。根据该结构，如图31所示，能够在维持对置导体板3的尺寸的状态下，在810MHz以及930MHz下也作为超材料天线进行动作。此外，图32示出810MHz下的指向性，图33示出930MHz下的指向性。如图32和图33所示，可知在主对象频率以外的副频率下，对天线水平方向示出无指向性，而作为超材料天线进行动作。

＜对整体结构的补充＞

在上述的实施方式中，作为一个例子，公开了在板状的支承部5的上表面配置对置导体板3，在其背面配置底板1的结构，换句话说，公开了在对置导体板3与底板1之间填充了电介质材料的结构，但不限于此。例如，也可以如图34所示，在表面图案形成有对置导体板3的电介质板7与底板1之间为中空。电介质板7的厚度例如能够为0.8mm等0.5mm～2.5mm。

电介质板7也可以通过短路部4固定于底板1，也可以通过未图示的作为支柱的部件固定于底板1。支柱的材料也可以是电介质也可以是导体。当然，对置导体板3也可以是具有能够通过其自身维持板状形状的厚度的金属板。在对置导体板3由金属板来实现的情况下，可以省略电介质板7。

另外，天线装置100可具备收容对置导体板3等的壳体8。对置导体板3以及线状供电元件6也可以一体地设置于壳体8的内侧面。根据该结构，能够省略用于支承对置导体板3的部件。此外，图35是概念性地表示壳体8内部的结构的图。图34以及图35与图4同样地，是概念性地表示通过第一短路部4A和第二短路部4B的截面的图。在图34以及图35中虽未图示线状供电元件6，但形成于与图示的截面不同的位置。

壳体8例如也可以通过将构成为能够在上下方向上分离的上壳体和下壳体组合来构成。壳体8的结构能够实体地或者假想地分为壳体底部81、侧壁部82以及壳体顶板部83来处理。壳体底部81是提供壳体8的底的结构。壳体底部81形成为平板状。在壳体8内，底板1配置为底板1与壳体底部81对置。侧壁部82是提供壳体8的侧面的结构，从壳体底部81的边缘部向上方竖立设置。壳体顶板部83是提供壳体8的上表面部的结构。本实施方式的壳体顶板部83形成为平板状。

图35所示的结构例在一个方面，相当于在壳体顶板部83的内侧面配置线状供电元件6，并且以沿着该线状供电元件6的方式并联形成两个对置导体板3的结构。线状供电元件6例如可通过与沿着侧壁部82的内侧面等形成的供电线路接触而被供电。侧壁部82的高度设计为成为对置导体板3和底板1形成所希望的静电电容的值。

壳体8例如使用聚碳酸酯(PC：polycarbonate)树脂来构成。此外，作为壳体8的材料，能够采用在PC树脂中混合了丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(所谓的ABS)而成的合成树脂、聚丙烯(PP：polypropylene)等各种各样的树脂。作为壳体顶板部83的外侧表面的形状，不限于平板状，而能够采用圆顶型等各种各样的形状。

此外，如图36以及图37所示，天线装置100也可以具备收容电路基板9的金属制的屏蔽壳体10，其中，该电路基板9形成有收发电路91、电源电路92。屏蔽壳体10是用于保护各种电路免受伞形单元2辐射的电波影响的结构，因此也能够称为电路保护壳体。图37是概念性地表示沿着图36所示的XXXVII－XXXVII线的截面上的天线装置100的结构的图。在图36以及图37中，示出了屏蔽壳体10通过形成为下侧面开口的扁平的长方体状，并配置于底板1上，而将底板1作为屏蔽壳体10的底部来使用的结构。当然，作为其他方式，也可以屏蔽壳体10的底部形成为与底板1独立的部件。这里作为一个例子，屏蔽壳体10与底板1电连接。作为其它他方式，屏蔽壳体10也可以不与底板1电连接。

此外，收发电路91是用于进行无线信号的发送以及接收中至少任意一方的电路，实施各种信号处理。收发电路91能够为实施调制、解调、频率转换、放大、数字模拟转换、以及检波中的至少任意一个的电路模块。收发电路91例如可使用IC芯片等来实现。电源电路92是将从车辆电源供给的电压转换为各电路的动作电压并输出的电路模块。电源电路92能够为基于来自通信ECU的控制信号，切换向天线装置100所具备的电路的电力的供给状态的电路。

在图36等中，公开了屏蔽壳体10具有与对置导体板3的整个面对置的充足的尺寸的方式，但并不限于此。例如如图38所示，屏蔽壳体10也可以设定为产生非重叠部33的尺寸/位置关系，其中，该非重叠部33是各对置导体板3的一部分与屏蔽壳体10不重叠的区域。为了方便起见，也将对置导体板3中的在俯视时与屏蔽壳体10重叠的部分，也就是与屏蔽壳体10对置的区域记载为重叠部34。先前作为图36示出的例子相当于各对置导体板3整体成为重叠部34的例子。

在图38中，施加了密度相对较低的点图案的阴影的部分表示非重叠部33，赋予了密度相对较高的点图案的部分相当于重叠部34。在图38中，为了示出底板1而省略了支承部5的图示。图39是概念性地示出XXXIX－XXXIX线上的截面的图。图38所示的结构相当于第一对置导体板3A以及第二对置导体板3B各自的位于Y轴正方向侧的边缘部在俯视时突出至比屏蔽壳体10靠外侧的结构。

为了方便起见，也将图38所示的结构称为第三变形结构。在第三变形结构中，线状供电元件6配置为在俯视时与屏蔽壳体10重叠的位置，例如沿着屏蔽壳体10的Y轴负方向侧的边缘部。当然，线状供电元件6也可以设置于不与屏蔽壳体10重叠的位置。

另外，供电点在线状供电元件6中配置于比第一对置导体板3A的X轴负方向侧的边缘部靠X轴正方向侧规定的偏移量Wof。偏移量Wof例如设定为16mm。偏移量Wof能够在0mm～20mm的范围内变更为取得阻抗匹配的值。另外，在第三变形结构中，线状供电元件6具备比Y轴负方向侧的边缘部进一步向X轴负方向侧突出的短截线部65。短截线部65相当于主线部64的一部分。短截线部65的长度Wst例如为40mm。短截线部65是用于提高阻抗的匹配性的任意的要素。短截线部65的长度Wst能够适当地变更，例如为10mm、20mm等。

在第三变形结构中，底板1和对置导体板3的间隔H设定为20mm，屏蔽壳体10的上表面和对置导体板3的间隔设定为6.5mm。设定为Wx1＝Wx2＝60mm、Wy1＝Wy2＝80mm。这些设定值是作为表示后述的模拟的条件的参数的一个例子，可适当地变更。

此外，在图36所示的例子中，根据屏蔽壳体10的上表面部和对置导体板3的Z方向距离，来决定对置导体板3所形成的静电电容。由于屏蔽壳体10与底板1电连接而作为提供接地电位的部件发挥功能，因此在一个方面，屏蔽壳体10能够视为底板1的一部分。

在第三变形结构中，基于由重叠部34与屏蔽壳体10形成的静电电容亦即重叠部电容、以及由非重叠部33与底板1形成的静电电容亦即非重叠部电容的合计值，来决定主对象频率。此外，基于对置导体板3与底板1的间距和非重叠部33的面积，来决定非重叠部电容。根据对置导体板3与屏蔽壳体10的间距和重叠部34的面积，来决定重叠部电容。如果是本领域技术人员，则能够设定各结构的尺寸，以使得天线装置100在所希望的主对象频率下进行动作。

然而，若要使装置小型化，则优选底板1与对置导体板3的间距较小。这是因为，底板1与对置导体板3的间距越小，则越能够抑制装置的高度。并且对置导体板3与底板1或者屏蔽壳体10协作而形成的静电电容增大，因此也能够减小对置导体板3的面积。

然而，如图36所示，在配置为对置导体板3整体与屏蔽壳体10对置的结构中，作为天线的电体积较小，辐射电阻例如可为作为供电线的一般的电阻值的50Ω的三分之一以下。辐射电阻越小则阻抗能够匹配的范围越窄，作为天线装置100而窄带化。具体而言，在使用50Ω的同轴电缆的情况下，若天线的阻抗为18Ω以下，则VSWR超过3。若将天线的辐射电阻设为ZL，将通信电缆的阻抗设为Z0，则定性地，反射系数Γ通过|(ZL－Z0)/(ZL+Z0)|来决定，VSWR通过(1+Γ)/(1－Γ)来求出。此外，Γ相当于S参数的S11。根据该定性式也可知，若辐射电阻过小，则VSWR增大(恶化)。

针对这样的课题，如图38所示，根据设置了非重叠部33的结构，电体积增大，辐射电阻也增大。其结果是，能够使VSWR为3以下的频率范围增大。也就是说，根据设置了非重叠部33的结构，能够兼顾天线装置100的小型化和宽带化。非重叠部33的Y轴方向长度亦即突出宽度Wτ能够适当地变更，以获得所希望的辐射电阻。突出宽度Wτ能够设定为输入阻抗和输出阻抗匹配。突出宽度Wτ例如能够设定为10mm、15mm、20mm等。突出宽度Wτ也可以通过调整对置导体板3的Y轴方向长度来调整，也可以通过调整屏蔽壳体10的Y轴方向长度来调整。此外，第一对置导体板3A的突出宽度Wτ和第二对置导体板3B的突出宽度Wτ也可以不同。

图40是表示图38所示的第三变形结构和规定的第三比较结构的VSWR的测定结果的图表。这里所谓的第三比较结构是指在对置导体板3未设置非重叠部33的结构，即，对置导体板3的整个面为重叠部的结构。第三变形结构和第三比较结构中，第一对置导体板3A以及第二对置导体板3B的Y轴方向长度均设定为80mm，X轴方向长度均设定为60mm。另外，第三变形结构的突出宽度Wτ设定为20mm。图40的实线表示第三变形结构的每个频率的VSWR，虚线表示第三变形结构的每个频率的VSWR。在图40中作为一个例子，相对地示出650MHz～1000MHz的范围中的VSWR的试验结果。

如图40所示，根据第三变形结构，伴随着因非重叠部33而电体积增大，辐射电阻增大，能够实现阻抗的匹配范围的扩大，进而实现宽带化。图41是模拟了第三变形结构中的700MHz、800MHz、以及900MHz下的指向性的结果。如图41所示，可知在任一频率下，均对天线水平方向的全方位具有辐射特性，换句话说，作为超材料天线进行动作。

此外，在图40中，公开了以在Y轴正方向侧产生非重叠部33的方式配置屏蔽壳体10的结构，但对置导体板3和屏蔽壳体10的位置关系并不限定于此。例如，也可以在Y轴负方向侧形成非重叠部33。另外，如图42所示，也可以在包含第一对置导体板3A和第二对置导体板3B的矩形区域的中央配置屏蔽壳体10，从天线装置100的中心观察，在全方位上形成非重叠部33。

图42相对于第一对置导体板3A的Y轴正方向侧的边缘部、Y轴负方向侧的边缘部、以及X轴负方向侧的边缘部突出到屏蔽壳体10的外侧的结构。另外，图42所示的结构相当于第二对置导体板3B的Y轴正方向侧的边缘部、Y轴负方向侧的边缘部、以及X轴负方向侧的边缘部突出到屏蔽壳体10的外侧的结构。并且，简单来说，图42所示的结构相当于配置为位于与并列方向正交的方向的两侧的边缘部突出到屏蔽壳体10的外侧的例子。X轴方向的突出宽度Wτ和Y轴方向的突出宽度Wτ也可以相同，也可以不同。另外，根据屏蔽壳体10的尺寸，X轴方向的突出宽度Wτ也可以为0。

此外，如上述那样，设置了非重叠部33的结构、各种结构也可以具备壳体8。也可以在壳体8的内部以覆盖各对置导体板3的方式密封作为密封材料的凝胶。

＜供电方法的补充＞

以上，例示了在与对置导体板3相同平面设置线状供电元件6，通过使对置导体板3的边缘部和线状供电元件6电磁耦合而向对置导体板3供电的结构，但向对置导体板3的间接的供电方法并不限于此。例如如图43所示，也可以构成为通过在对置导体板3的下侧配置线状供电元件6，并且在对置导体板3中在线状供电元件6的上侧设置槽35，经由槽35来供电。为了方便起见，也将变形为经由槽35供电的提出结构称为第四变形结构。

设置于各对置导体板3的槽35为长边相对于短边具有3倍以上的长度的矩形，以在俯视时长边方向相对于线状供电元件6呈直角的姿势来设置。槽35例如以导体板中心位于长边方向的延长线上的姿势设置于线状供电元件6的正上方。这里作为一个例子，由于线状供电元件6在X轴方向上延伸配置，因此槽35以长边方向平行于Y轴的姿势来设置。槽35的Y轴方向长度例如可设定为5mm～25mm等。槽35的X轴方向长度例如可设定为1mm～5mm等。此外，槽35的形状例如能够以耦合度的改善为目的而采用狗骨形等长方形以外的形状。设置于第一对置导体板3A的槽35和设置于第二对置导体板3B的槽35也可以X轴方向长度、Y轴方向长度不同。

根据上述结构，由于能够将线状供电元件6配置于对置导体板3的上侧或者下侧，因此能够减少装置整体的Y轴方向或者X轴方向的长度。另外，能够通过调整槽35的位置来变更向伞形单元2的实质的供电位置。因此，与提出结构相比，具有容易取得阻抗匹配这一优点。

根据使用槽35从对置导体板3的上侧或者下侧供电的结构，如图44所示，能够在多个频率下进行动作。此外，图44示出设定为Wy1＝Wy2＝57mm、Wx1＝40mm、Wx2＝70mm的情况下的VSWR特性。此外，线状供电元件6在比对置导体板3靠近下侧0.8mm的平面上，以平行于X轴的方式形成于距短路部4为11mm而成为Y轴负方向侧的位置。设置于第一对置导体板3A的槽35的X轴方向长度(也就是宽度)设定为2mm，槽35的Y轴方向的长度设定为23mm。设置于第二对置导体板3B的槽35的宽度设定为1mm，Y轴方向的长度设定为23mm。

根据上述结构，如图44所示，能够在820MHz附近和980MHz附近作为超材料天线进行动作。此外，图45表示820MHz下的指向性，图46表示980MHz下的指向性。如图45以及图46所示，可知在主对象频率以外的副频率下，对天线水平方向示出无指向性，而作为超材料天线进行动作。这些结果意味着，对于以1.3GHz为主对象频率的结构，能够不大幅变更对置导体板3等的尺寸地、在相对较低的频率下作为超材料天线进行动作、以及在多个频带下进行动作。

＜关于天线装置100的使用方法＞

上述的天线装置100例如安装于车辆的车顶部的中央、比中央向前方或者后方偏离规定量的位置来使用。天线装置100也可以载置于形成车顶部的大致平坦的铁板上，也可以收容于设置于车顶部的用于安装天线装置100的凹部或者孔部。另外，天线装置100也可以安装于车室内的顶棚面、仪表板的上表面来使用。天线装置100的指向性由于朝向与厚度方向正交的方向，因此以上述的安装姿势安装的天线装置100可作为用于接收从水平方向或者斜上方到来的电波的装置发挥功能。更具体而言，可作为用于与构成3G、LTE、4G、5G等这样的移动通信系统的无线基站进行通信的装置发挥功能。

作为其他用途，天线装置100也可以以底板1与安装目的地的车体表面大致平行的姿势安装于车辆的立柱、门板、保险杠等这样的车辆的外侧面来使用。根据该结构，由于在沿着车辆的车体的方向形成波束，因此例如能够作为用于判定用户的移动终端是否存在于车辆附近的通信机来利用。或者也可以安装于车室内的地板部或者顶棚部的中央附近，作为用于与用户携带的移动终端进行无线通信的装置来利用。

除了上述的天线装置100以外，以该天线装置100为构成要素的车辆用通信系统、具备该天线装置100的车辆等各种方式也包含于本公开的范围内。另外，上述的天线装置100不限定于在车辆中使用的结构。能够应用于建筑物内的通信装置、沿着道路配置的通信设备亦即路侧机等。另外，上述天线装置100不限于用于实施数据通信的结构，也能够作为基于无线信号的收发结果来确定通信对象的位置的位置估计用的天线装置来使用。也就是说，天线装置100也可以作为使用了无线信号的位置估计的技术领域中的锚节点来使用。

Claims (11)

1.一种天线装置，具备：

底板(1)，是平板状的导体部件；

线状供电元件(6)，是形成为非环状且在任意的位置设置有供电点的线状的导体部件；

第一伞形单元(2A)，使用导体部件构成；以及

第二伞形单元(2B)，使用导体部件构成，

上述第一伞形单元以及上述第二伞形单元分别包含对置导体板(3)和短路部(4)，其中，上述对置导体板是与上述底板隔开规定的间隔来配置的平板状的导体部件，上述短路部将上述对置导体板与上述底板电连接，上述第一伞形单元以及上述第二伞形单元构成为使用上述短路部所具备的电感和由上述底板与上述对置导体板形成的静电电容在规定的对象频率下并联谐振，

上述线状供电元件配置为与多个上述对置导体板中的每个对置导体板具有小于规定的耦合极限值的间隔。

2.根据权利要求1所述的天线装置，其中，

在上述底板与上述对置导体板之间，金属制的屏蔽壳体(10)配置为与上述底板电连接，其中，上述屏蔽壳体收容电路基板，上述电路基板配置有进行用于发送或接收上述对象频率的无线信号的信号处理的电路。

3.根据权利要求2所述的天线装置，其中，

上述对置导体板的边缘部的一部分形成为在俯视时突出到上述屏蔽壳体的外侧。

4.根据权利要求3所述的天线装置，其中，

上述第一伞形单元以及上述第二伞形单元沿着规定的并列方向隔开规定的间隔来配置，

上述对置导体板的宽度方向的长度被设定为大于上述屏蔽壳体的上述宽度方向的长度，其中，上述宽度方向是与上述并列方向正交的方向。

5.根据权利要求4所述的天线装置，其中，

上述第一伞形单元以及上述第二伞形单元各自的上述对置导体板为矩形，

各上述对置导体板配置为上述宽度方向的两侧的边缘部突出到上述屏蔽壳体的外侧。

6.根据权利要求1～5中任一项所述的天线装置，其中，

上述线状供电元件形成为与上述对置导体板的边缘部的一部分接近，

在接近边缘(31)设置有从该接近边缘向内侧延伸的切口部(32)，其中，上述接近边缘是在上述对置导体板中与上述线状供电元件接近的边缘部，

上述线状供电元件具备线状的分支部(63)，上述分支部形成为进入上述切口部的内侧。

7.根据权利要求6所述的天线装置，其中，

上述第一伞形单元以及上述第二伞形单元沿着规定的并列方向隔开规定的间隔来配置，

上述线状供电元件包含主线部(64)和上述分支部，其中，上述主线部沿着上述并列方向延伸，

上述分支部以及上述切口部相对于上述主线部形成为直角，

上述切口部形成为相对于上述分支部具有小于上述耦合极限值的间距。

8.根据权利要求1～5中任一项所述的天线装置，其中，

上述第一伞形单元的上述对置导体板和上述第二伞形单元的上述对置导体板在同一平面沿着规定的并列方向隔开规定的间隔来配置，

上述线状供电元件以沿着上述并列方向的方式，配置于上述对置导体板的上侧或者下侧，

在上述第一伞形单元以及上述第二伞形单元各自的上述对置导体板，在与上述线状供电元件对置的部分的一部分形成有供电用的槽(35)。

9.根据权利要求1～8中任一项所述的天线装置，其中，

第一对置导体板和第二对置导体板相互尺寸不同，其中，上述第一对置导体板是上述第一伞形单元的上述对置导体板，上述第二对置导体板是上述第二伞形单元的上述对置导体板。

10.根据权利要求1～9中任一项所述的天线装置，其中，

上述第一伞形单元的上述对置导体板与上述线状供电元件的间距和上述第二伞形单元的上述对置导体板与上述线状供电元件的间距不同。

11.一种通信装置，具备：

底板(1)，是平板状的导体部件；

线状供电元件(6)，是形成为非环状且在任意的位置设置有供电点的线状的导体部件；

第一伞形单元(2A)，使用导体部件构成；

第二伞形单元(2B)，使用导体部件构成；以及

电路模块(91)，进行用于发送或者接收规定的对象频率的无线信号的信号处理，

上述第一伞形单元以及上述第二伞形单元分别包含对置导体板(3)和短路部(4)，其中，上述对置导体板是与上述底板隔开规定的间隔来配置的平板状的导体部件，上述短路部将上述对置导体板与上述底板电连接，上述第一伞形单元以及上述第二伞形单元构成为使用上述短路部所具备的电感和由上述底板与上述对置导体板形成的静电电容在上述对象频率下并联谐振，

上述线状供电元件配置为与多个上述对置导体板中的每个对置导体板具有小于规定的耦合极限值的间隔。