JP2000312112A - パッチアンテナ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡単な構造で放射空間に応じて所望の放射エ
リアを得ることができる。 【解決手段】 裏面に接地導体１１が形成された誘電体
基板１８上に、Ｘ軸と平行な共振を所定の共振周波数で
行うための第１の給電点１３と、Ｙ軸と平行な共振を上
記共振周波数で行うための第２の給電点１４とを有する
少なくとも１個の導体パッチ１２が形成される。電力分
配及び合成回路１７のコントローラ１００は、第１の給
電点１３と第２の給電点１４に給電される上記共振周波
数の各無線信号の振幅と位相のうちの少なくとも一方を
変化するように制御する。第１の給電点１３と第２の給
電点１４に上記共振周波数の各無線信号を給電したと
き、パッチアンテナ装置は、Ｘ軸とＹ軸とにそれぞれ平
行で互いに直交する２つの直線偏波を有する電波を、電
力分配及び合成回路１７のコントローラ１００による各
無線信号に対する制御に対応する放射指向特性で放射す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、主として移動体通
信システムにおける基地局用アンテナ装置として用いら
れるパッチアンテナ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図２９は、従来技術のパッチアンテナ装
置の構成を示す斜視図であり、図３０乃至図３２は図２
９のパッチアンテナ装置における放射指向特性の一例を
示す特性図である。

【０００３】図２９において、互いに平行なおもて面と
裏面を有し、裏面に接地導体９１が形成された誘電体基
板９０のおもて面上に、誘電体基板９０の誘電率を考慮
した共振周波数の波長の１／２である１／２波長の１辺
の長さを有する正方形状の導体パッチ９２が形成され
る。ここで、例えば、誘電体基板９０の中心に原点を有
するＸ−Ｙ面において、導体パッチ９２の正方形の直交
する各辺がそれぞれＸ軸とＹ軸と平行となりかつ導体パ
ッチ９２の中心がＸ−Ｙ面の原点に位置するように導体
パッチ９２が形成される。また、給電点９３はＸ軸上に
位置し、すなわち導体パッチ９２の正方形のＹ軸方向の
１辺の垂直二等分線上に位置し、給電点９３に対して上
記共振周波数を有する無線信号を給電したとき、パッチ
アンテナ装置はＸ軸と平行に共振する。これにより、当
該無線信号は、給電点９３を含むＸ軸と平行な励振方向
を有する直線偏波の電波として、Ｘ−Ｙ面とは直交しか
つ接地導体９１とは反対側のＺ軸方向に放射される。

【０００４】すなわち、図３０乃至図３２に示すよう
に、図２９のパッチアンテナ装置から放射される電波
は、Ｘ軸と平行な直線偏波である主偏波を有して、当該
パッチアンテナ装置の正面方向であるＺ方向に対してそ
の放射強度が最大となるように放射される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図２９
に示す従来技術のパッチアンテナ装置では、Ｘ軸に平行
な直線偏波を放射させることは可能であるが、これと垂
直なＹ軸と平行な直線偏波は放射することができない。
また、当該パッチアンテナ装置は電波をアンテナ装置の
正面方向であるＺ方向に強く放射させることは可能であ
るが、アンテナ装置の水平方向や仰角の小さい斜め上方
向に強く放射させることはできない。

【０００６】例えば高さが低く、水平方向に広がりを持
った部屋などの空間に電波を放射させる場合、アンテナ
装置は天井あるいは壁面に設置されることが考えられ
る。しかしながら、景観等を考慮するとアンテナ装置は
人目に付きにくい天井に設置することが望ましい。天井
にアンテナ装置を吊り下げる場合、効率よく電波を放射
させるには、アンテナ装置を誘電体基板９０の平面が天
井の面と平行となるように天井から水平に吊り下げて設
置することが望ましい（以下、この設置方法を天井設置
法という。）。この場合、パッチアンテナ装置から放射
される電波はＸ軸と平行な偏波のみである。移動体通信
システムでは、主に垂直偏波が用いられるが、上述の天
井設置法では、Ｘ軸上ではアンテナ装置から放射される
電波の垂直偏波が最も強く、Ｙ軸上ではアンテナ装置か
ら放射される電波に垂直偏波が存在しない。

【０００７】従って、例えば高さが低く水平方向に広が
りを持った部屋などの空間の場合において、より広い放
射エリアを実現するためには、アンテナ装置から放射さ
れる電波をアンテナ装置の水平方向もしくは仰角の小さ
い斜め上方向に強く放射することが望ましい。

【０００８】本発明の第１の目的は、簡単な構造で、放
射空間に応じて所望の放射エリアを得るように制御する
ことができるパッチアンテナ装置を提供することにあ
る。

【０００９】また、本発明の第２の目的は、簡単な構造
で、従来技術に比較してより広い放射エリアを得ること
ができるパッチアンテナ装置を提供することにある。

【００１０】さらに、本発明の第３の目的は、簡単な構
造で、低仰角方向で電波の放射を最大にすることができ
るパッチアンテナ装置を提供することにある。

【００１１】またさらに、本発明の第４の目的は、簡単
な構造で、従来技術に比較して高い利得を有しかつ狭い
放射ビームを得ることができるパッチアンテナ装置を提
供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本願の第１の発明に係る
パッチアンテナ装置によれば、互いに直交する第１の軸
と第２の軸とを有し、互いに平行な第１の面と第２の面
を有する誘電体基板と、上記第１の面に形成された接地
導体と、上記第２の面に形成され、第１の軸と平行な共
振を所定の共振周波数で行うための第１の給電点と、第
２の軸と平行な共振を上記共振周波数で行うための第２
の給電点とを有する少なくとも１個の導体パッチと、上
記第１の給電点と上記第２の給電点に給電される上記共
振周波数の各無線信号の振幅と位相のうちの少なくとも
一方を変化するように制御する制御手段とを備え、上記
第１の給電点と上記第２の給電点に上記共振周波数の各
無線信号を給電したとき、第１の軸と第２の軸とにそれ
ぞれ平行であって互いに直交する２つの直線偏波を有す
る電波を、上記制御手段による各無線信号に対する制御
に対応する放射指向特性で放射することを特徴とする。

【００１３】上記パッチアンテナ装置において、好まし
くは、少なくとも２個の上記導体パッチを備え、上記少
なくとも２個の導体パッチのうちの２個の導体パッチを
第１の軸に対して対称で配置し、上記制御手段は、第１
の軸に対して対称で配置された２個の導体パッチの各第
１の給電点又は各第２の給電点に同相の無線信号を給電
するように制御することを特徴とする。

【００１４】また、上記パッチアンテナ装置において、
好ましくは、少なくとも４個の上記導体パッチを備え、
上記少なくとも４個の導体パッチのうちの各２個の導体
パッチの組を第１の軸に対して対称で配置し、上記制御
手段は、第１の軸に対して対称で配置された各２個の導
体パッチの組の各第１の給電点又は各第２の給電点に逆
相の無線信号を給電するように制御することを特徴とす
る。

【００１５】本願の第２の発明に係るパッチアンテナ装
置によれば、互いに直交する第１の軸と第２の軸とを有
し、互いに平行な第１の面と第２の面を有する誘電体基
板と、上記第１の面に形成された接地導体と、上記第２
の面に形成され、第１の軸と平行な共振を所定の共振周
波数で行うための第１の給電点を有する少なくとも１個
の第１の導体パッチと、上記第２の面に形成され、第２
の軸と平行な共振を上記共振周波数で行うための第２の
給電点を有する少なくとも１個の第２の導体パッチと、
上記第１の給電点と上記第２の給電点に給電される上記
共振周波数の各無線信号の振幅と位相のうちの少なくと
も一方を変化するように制御する制御手段とを備え、上
記第１の給電点と上記第２の給電点に上記共振周波数の
各無線信号を給電したとき、第１の軸と第２の軸とにそ
れぞれ平行であって互いに直交する２つの直線偏波を有
する電波を、上記制御手段による各無線信号に対する制
御に対応する放射指向特性で放射することを特徴とす
る。

【００１６】上記パッチアンテナ装置において、好まし
くは、少なくとも２個の上記第１の導体パッチを備え、
上記少なくとも２個の導体パッチのうちの２個の第１の
導体パッチを第１の軸に対して対称で配置し、上記制御
手段は、第１の軸に対して対称で配置された２個の第１
の導体パッチの各第１の給電点に同相の無線信号を給電
するように制御することを特徴とする。

【００１７】また、上記パッチアンテナ装置において、
好ましくは、少なくとも２個の上記第２の導体パッチを
備え、上記少なくとも２個の導体パッチのうちの２個の
第２の導体パッチを第１の軸に対して対称で配置し、上
記制御手段は、第１の軸に対して対称で配置された２個
の第２の導体パッチの各第２の給電点に同相の無線信号
を給電するように制御することを特徴とする。

【００１８】さらに、上記パッチアンテナ装置におい
て、好ましくは、少なくとも４個の上記第１の導体パッ
チを備え、上記少なくとも４個の第１の導体パッチのう
ちの各２個の第１の導体パッチの組を第１の軸に対して
対称で配置し、上記制御手段は、第１の軸に対して対称
で配置された各２個の第１の導体パッチの組の各第１の
給電点に逆相の無線信号を給電するように制御すること
を特徴とする。

【００１９】またさらに、上記パッチアンテナ装置にお
いて、好ましくは、少なくとも４個の上記第２の導体パ
ッチを備え、上記少なくとも４個の第２の導体パッチの
うちの各２個の第２の導体パッチの組を第１の軸に対し
て対称で配置し、上記制御手段は、第１の軸に対して対
称で配置された各２個の第２の導体パッチの組の各第２
の給電点に逆相の無線信号を給電するように制御するこ
とを特徴とする。

【００２０】本願の第３の発明に係るパッチアンテナ装
置によれば、互いに直交する第１の軸と第２の軸とを有
し、互いに平行な第１の面と第２の面を有する誘電体基
板と、上記第１の面に形成された接地導体と、上記第２
の面に形成され、第１の軸と平行な共振を所定の共振周
波数で行うための第１の給電点と、第２の軸と平行な共
振を上記共振周波数で行うための第２の給電点とを有す
る少なくとも１個の第１の導体パッチと、上記第２の面
に形成され、第１の軸と平行な共振を上記共振周波数で
行うための第３の給電点を有する少なくとも１個の第２
の導体パッチと、上記第２の面に形成され、第２の軸と
平行な共振を上記共振周波数で行うための第４の給電点
を有する少なくとも１個の第３の導体パッチと、上記第
１乃至第４の給電点に給電される上記共振周波数の各無
線信号の振幅と位相のうちの少なくとも一方を変化する
ように制御する制御手段とを備え、上記第１乃至第４の
給電点に上記共振周波数の各無線信号を給電したとき、
第１の軸と第２の軸とにそれぞれ平行であって互いに直
交する２つの直線偏波を有する電波を、上記制御手段に
よる各無線信号に対する制御に対応する放射指向特性で
放射することを特徴とする。

【００２１】上記パッチアンテナ装置において、上記各
導体パッチの共振方向の長さは、好ましくは、上記誘電
体基板の誘電率を考慮した波長を基準にして、１／２波
長の整数倍に設定されたことを特徴とする。

【００２２】また、上記パッチアンテナ装置において、
好ましくは、上記各導体パッチの２つの共振端のうちの
一方は上記接地導体と電気的に接続され、上記各導体パ
ッチの共振方向の長さは、上記誘電体基板の誘電率を考
慮した波長を基準にして、１／４波長の整数倍に設定さ
れたことを特徴とする。

【００２３】さらに、上記パッチアンテナ装置におい
て、上記各導体パッチは、好ましくは、正方形状、矩形
形状又は円形形状を有することを特徴とする。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明に係
る実施形態について説明する。なお、図面において、同
一の符号は同様のものを示す。

【００２５】＜第１の実施形態＞図１は、本発明に係る
第１の実施形態であるパッチアンテナ装置の構成を示す
斜視図であり、図２は、図１のＡ−Ａ’面についての縦
断面図である。この第１の実施形態のパッチアンテナ装
置は、導体パッチ１２においてＸ軸上に給電点１３を有
しかつＹ軸上に給電点１４を有し、各給電点１３，１４
に対して給電される２つの無線信号の振幅と位相のうち
の少なくとも一方が互いに異なるように制御する電力分
配及び合成回路１７を備えたことを特徴としている。

【００２６】図１において、互いに平行なおもて面と裏
面を有し、裏面に接地導体１１が形成された誘電体基板
１８のおもて面上に、誘電体基板１８の誘電率を考慮し
た共振周波数の波長の１／２である１／２波長の１辺の
長さを有する正方形状の導体パッチ１２が形成される。
ここで、例えば、誘電体基板１８の中心に原点を有する
Ｘ−Ｙ面において、導体パッチ１２の正方形の直交する
各辺がそれぞれＸ軸とＹ軸と平行となりかつ導体パッチ
１２の中心がＸ−Ｙ面の原点に位置するように導体パッ
チ１２が形成される。また、給電点１３はＸ軸上に位置
し、すなわち導体パッチ１２の正方形のＹ軸方向の１辺
の垂直二等分線上に位置する一方、給電点１４はＸ軸上
に位置し、すなわち導体パッチ１２の正方形のＸ軸方向
の１辺の垂直二等分線上に位置する。また、詳細後述す
るように、給電点１３は給電伝送線路１５を介して電力
分配及び合成回路１７の端子１７ｂに接続される一方、
給電点１４は給電伝送線路１６を介して電力分配及び合
成回路１７の端子１７ｃに接続される。

【００２７】図２において、給電点１３の直下の位置の
誘電体基板１８及び接地導体１１は厚さ方向に貫通する
ようにスルーホール８７が形成され、スルーホール８７
内で誘電体基板１８と電気的に絶縁されるように誘電体
８６を介してスルーホール導体８５が形成される。スル
ーホール導体８５の一端は給電点１３で導体パッチ１２
に接続される。給電伝送線路１５は例えば同軸ケーブル
８０であって、同軸ケーブル８０は中心導体８１の周囲
を誘電体８２を介して接地導体８３により被覆すること
により構成される。ここで、同軸ケーブル８０の中心導
体８１はスルーホール導体８５の他端に接続され、同軸
ケーブル８０の接地導体８３は接地導体１１に接続され
る。また、給電点１４に接続される給電伝送線路１６も
給電伝送線路１５と同様に同軸ケーブルであって、給電
伝送線路１５と同様の接続構造を有する。

【００２８】図３は図１の電力分配及び合成回路１７の
構成を示すブロック図である。図３において、端子１７
ｂは増幅度可変型双方向増幅器１０４及び移相器１０２
を介して分配及び分配回路１０１に接続される一方、端
子１７ｃは増幅度可変型双方向増幅器１０５及び移相器
１０３を介して分配及び分配回路１０１に接続される。
各増幅度可変型双方向増幅器１０４，１０５は、その増
幅度がコントローラ１００によって制御され、双方向で
通過する無線信号の振幅を制御しかつ増幅して出力す
る。また、各移相器１０２，１０３は、その移相量がコ
ントローラ１００によって制御され、双方向で通過する
無線信号の位相を制御しかつ増幅して出力する。さら
に、分配及び合成回路１０１は、移相器１０２から入力
される無線信号と移相器１０３から入力される無線信号
を合成して合成後の無線信号を端子１７ａに出力すると
ともに、端子１７ａを介して入力される無線信号を同相
で２分配して、分配後の第１の無線信号を移相器１０２
及び増幅度可変型双方向増幅器１０４を介して端子１７
ｂを介して出力する一方、分配後の第２の無線信号を移
相器１０３及び増幅度可変型双方向増幅器１０５を介し
て端子１７ｃを介して出力する。

【００２９】以上のように構成された電力分配及び合成
回路１７は、端子１７ａを介して入力される無線信号を
２分配しかつ分配後の２つの無線信号の振幅及び位相を
制御して各端子１７ｂ，１７ｂを介して出力する一方、
各端子１７ｂ，１７ｃを介して入力される２つの無線信
号をその振幅及び位相を制御しかつ合成して端子１７ａ
を介して出力する。

【００３０】以上のように構成された第１の実施形態の
パッチアンテナ装置の動作について説明する。本実施形
態においては、２つの給電点１３及び１４に対して上記
共振周波数と同一の共振周波数を有する無線信号を給電
したとき、パッチアンテナ装置はＸ軸と平行に共振しか
つＹ軸と平行に共振する。これにより、当該無線信号
は、給電点１３を含むＸ軸と平行な励振方向を有する直
線偏波と、給電点１４を含むＹ軸と平行な励振方向を有
する直線偏波とを含む、互いに直交する２つの直線偏波
を有する同一の共振周波数の無線信号の電波として、Ｘ
−Ｙ面とは直交しかつ接地導体１１とは反対側のＺ軸方
向に放射される。

【００３１】そして、本実施形態において、電力分配及
び合成回路１７内のコントローラ１００が各給電点１
３，１４に対して給電する２つの無線信号の各振幅が異
なるように増幅度可変型双方向増幅器１０４，１０５を
制御して、各給電点１３，１４に給電される２つの無線
信号の電力を異ならせることにより、給電点１３を含む
Ｘ軸と平行な励振方向を有する直線偏波を有する無線信
号の電波と、給電点１４を含むＹ軸と平行な励振方向を
有する直線偏波を有する無線信号の電波との各放射エリ
アを互いに異ならせることができる。従って、所望の放
射エリアの形状となるように各給電点１３，１４に給電
される２つの無線信号の電力を異ならせることによっ
て、当該パッチアンテナ装置により上記所望の放射エリ
アを得ることができる。

【００３２】また、本実施形態において、電力分配及び
合成回路１７内のコントローラ１００が各給電点１３，
１４に対して給電する２つの無線信号間の位相差を与え
るように移相器１０２，１０３を制御することにより、
給電点１３を含むＸ軸と平行な励振方向を有する直線偏
波を有する無線信号の電波と、給電点１４を含むＹ軸と
平行な励振方向を有する直線偏波を有する無線信号の電
波との各放射エリアを互いに異ならせることができる。
従って、所望の放射エリアの形状となるように各給電点
１３，１４に給電される２つの無線信号間の位相差を与
えることによって、当該パッチアンテナ装置により上記
所望の放射エリアを得ることができる。

【００３３】＜第２の実施形態＞図５は、本発明に係る
第２の実施形態であるパッチアンテナ装置の構成を示す
平面図である。この第２の実施形態のパッチアンテナ装
置は、第１の実施形態のパッチアンテナ装置と同様の構
造を有する９個のパッチアンテナ装置を、例えば互いに
半波長だけ離れて（より具体的には、各導体パッチ１２
−１乃至１２−９（総称して、符号１２を付す。）のう
ち各隣接する導体パッチ１２の各中心の間の間隔が半波
長となるように）誘電体基板１８上に形成したことを特
徴としている。ここで、各導体パッチ１２−１乃至１２
−９はそれぞれ、各導体パッチの中心からＸ軸方向にず
れた位置に位置しＸ軸方向で共振するための給電点１３
−１乃至１３−９と、各導体パッチの中心からＹ軸方向
にずれた位置に位置してＹ軸方向で共振するための給電
点１４−１乃至１４−９とを有し、各導体パッチ１２−
１乃至１２−９の各辺はＸ軸又はＹ軸と平行となるよう
に形成されている。なお、Ｘ−Ｙ平面の原点は導体パッ
チ１２−５の中心と一致するように、複数の導体パッチ
１２−１乃至１２−９を配置させている。

【００３４】図４は、本発明に係る各実施形態であるパ
ッチアンテナ装置３００を部屋２００の天井２０１に設
置したときの放射指向特性を示す断面図である。例え
ば、パッチアンテナ装置３００を、図４に示すように、
高さが低く水平方向に広がりを持った空間である部屋２
００の天井２０１の中央部に吊り下げた場合、パッチア
ンテナ装置３００から放射される電波をアンテナ装置の
水平方向又は仰角θの小さい斜め下方向に強く放射させ
ることが必要になる。この場合において、第２の実施形
態に係るパッチアンテナ装置は以下のように好適であ
る。

【００３５】第２の実施形態に係るパッチアンテナ装置
においては、導体パッチ１２−１乃至１２−９を２次元
形状で配置することにより、アレーアンテナ装置を構成
している。ここで、Ｘ軸と平行な共振を行うための第１
の組の給電点１３−１乃至１３−９に給電する電力和
と、Ｙ軸と平行な共振を行うための第２の組の給電点１
４−１乃至１４−９に給電する電力和とを互いに異なる
ように、コントローラ１００により制御する。これによ
り、Ｘ軸と平行な直線偏波の電波による放射エリアの大
きさと、Ｙ軸と平行な直線偏波の電波による放射エリア
の大きさとを異ならせて所望の放射エリアを実現するこ
とができる。とって代わって、各給電点１３−１乃至１
３−９及び１４−１乃至１４−９に給電する各無線信号
の振幅を異ならせ、又は各無線信号間の位相を異ならせ
ることにより、フェーズドアレーアンテナ装置又はアダ
プティブアレーアンテナ装置を実現することができ、所
望の放射エリアを得ることができる。

【００３６】以上の実施形態においては、複数の導体パ
ッチ１２を２次元形状で配置しているが、本発明はこれ
に限らず、複数の導体パッチ１２を１次元形状で配置し
てもよい。

【００３７】＜第３の実施形態＞図６は、本発明に係る
第３の実施形態であるパッチアンテナ装置の構成を示す
平面図である。この第３の実施形態のパッチアンテナ装
置は、第１の実施形態の導体パッチ１２と同様の構造を
有する２個の導体パッチ１２−１，１２−２を、例えば
互いに半波長だけ離れてかつＹ軸上に沿ってＸ軸に対し
て線対称となるように誘電体基板１８上に形成したこと
を特徴としている。ここで、各導体パッチ１２−１，１
２−２はそれぞれ、各導体パッチの中心からＸ軸方向に
ずれた位置に位置しＸ軸方向で共振するための給電点１
３−１，１３−２と、Ｙ軸方向にずれた位置に位置しＹ
軸方向で共振するための給電点１４−１，１４−２とを
有し、各導体パッチ１２−１，１２−２の各辺はＸ軸又
はＹ軸と平行となるように形成されている。なお、Ｘ−
Ｙ平面の原点は２つの導体パッチ１２−１，１２−２の
間の中間位置と一致するように、２つの導体パッチ１２
−１，１２−２をＸ軸に対して線対称で配置させてい
る。

【００３８】本実施形態においては、所望の放射指向特
性を得るために、１：４の分配比を有する電力分配及び
合成回路１７を用いて、以下のように各給電点１３−
１，１３−２，１４−１，１４−２に給電する各無線信
号の振幅と位相とのうちの少なくとも一方を変化させ
る。なお、無線信号の振幅を変化させることにより、公
知の通り電力を変化させる。

【００３９】具体的には、以下の方法がある。 （ａ）２個の導体パッチ１２−１，１２−２の４個の給
電点１３−１，１３−２，１４−１，１４−２のうち１
個の給電点に分配される電力だけを他の３個の給電点に
分配される電力と異なるように制御する。 （ｂ）また、全ての給電点１３−１，１３−２，１４−
１，１４−２に分配される各電力を互いに異なるように
制御する。 （ｃ）さらに、Ｘ軸と平行な共振を行う２個の給電点１
３−１，１３−２に給電される各電力を等しくし、Ｙ軸
と平行な共振を行う２個の給電点１４−１，１４−２に
給電される各電力を等しくし、かつＸ軸と平行な共振を
行う給電点１３−１，１３−２に給電される電力の和と
Ｙ軸と平行な共振を行う給電点１４−１，１４−２に給
電される電力の和とが互いに異なるように制御する。 （ｄ）またさらに、２個のＸ軸と平行な共振を行う給電
点１３−１，１３−２に給電される各電力を等しくなる
ように、かつＹ軸と平行な共振を行う２個の給電点１４
−１，１４−２に給電される各電力を互いに異なるよう
に制御する。 （ｅ）またさらに、２個のＸ軸と平行な共振を行う給電
点１３−１，１３−２に給電される各電力を互いに異な
るように、かつ、Ｙ軸と平行な共振を行う２個の給電点
１４−１，１４−２に給電される各電力を等しくなるよ
うに制御する。

【００４０】以上の方法の例では、電力差の与え方の例
について説明したが、４個の給電点１３−１，１３−
２，１４−１，１４−２に給電される無線信号間に位相
差を与えることにより、様々な空間に対して所望の放射
指向特性を得ることができる。

【００４１】図６に示すように、Ｘ軸に対して線対称な
位置に配置された２つの導体パッチ１２−１，１２−２
のＸ軸と平行な共振を行う給電点１３−１，１３−２に
同相の無線信号を給電すると、当該パッチアンテナ装置
のＸ軸と平行な直線偏波を有する電波の放射指向特性
は、ＺＸ面において放射電波が強まり利得が大きくなる
という特徴がある。

【００４２】また、図６に示すように、Ｘ軸に対して線
対称な位置に配置された２つの導体パッチ１２−１，１
２−２のＹ軸と平行な共振を行う給電点１４−１，１４
−２に同相の無線信号を給電すると、当該パッチアンテ
ナ装置のＹ軸と平行な直線偏波を有する電波の放射指向
特性は、ＺＸ面において放射電波が強まり利得が大きく
なるという特徴がある。

【００４３】以上のように構成された２つの例は、室内
用のパッチアンテナ装置としては非常に有用な構成であ
り、壁掛け用アンテナ装置又は廊下等の細長い空間の天
井設置アンテナ装置のように、非常に放射指向特性を絞
り大きなアンテナの利得が必要な場合に有用である。

【００４４】以上の実施形態においては、Ｘ軸に対して
線対称に配置された２つの導体パッチ１２−１，１２−
２を用いてパッチアンテナ装置を構成しているが、本発
明はこれに限らず、３個以上の導体パッチを用いてパッ
チアンテナ装置を構成してもよい（図５参照。）。以下
に具体例を示す。

【００４５】第１の具体例として、各２個の導体パッチ
がＸ軸に対して線対称な位置に配置される場合に、各導
体パッチの組毎に２個の導体パッチのＸ軸と平行な共振
を行う給電点に逆相の無線信号を給電すると、当該パッ
チアンテナ装置のＸ軸と平行な直線偏波を有する電波の
放射指向特性は、ＺＸ面において放射電波が弱まり最大
放射方向がＺＹ面で低仰角方向になるという特徴があ
る。

【００４６】第２の具体例として、各２個の導体パッチ
がＸ軸に対して線対称な位置に配置される場合に、各導
体パッチの組毎に２個の導体パッチのＹ軸と平行な共振
を行う給電点に逆相の無線信号を給電すると、当該パッ
チアンテナ装置のＹ軸と平行な直線偏波を有する電波の
放射指向特性は、ＺＸ面において放射電波が弱まり最大
放射方向がＺＹ面で低仰角方向になるという特徴があ
る。

【００４７】以上のように構成された２つの具体例で
は、当該パッチアンテナ装置を、室内の天井中央部に設
置することにより、より広い空間に対して放射すること
ができ、より広い放射エリアを得ることができる。

【００４８】＜第４の実施形態＞図７は、本発明に係る
第４の実施形態であるパッチアンテナ装置の構成を示す
平面図である。この第４の実施形態のパッチアンテナ装
置は、第１の実施形態の導体パッチ１２と同様の構造を
有する２個の導体パッチ１２−１，１２−２を、例えば
互いに半波長だけ離れてかつＸ軸上に沿ってＹ軸に対し
て線対称となるように誘電体基板１８上に形成したこと
を特徴としている。ここで、各導体パッチ１２−１，１
２−２はそれぞれ、各導体パッチの中心からＸ軸方向に
ずれた位置に位置しＸ軸方向で共振するための給電点１
３−１，１３−２と、各導体パッチの中心からＹ軸方向
にずれた位置に位置しＹ軸方向で共振するための給電点
１４−１，１４−２とを有し、各導体パッチ１２−１，
１２−２の各辺はＸ軸又はＹ軸と平行となるように形成
されている。なお、Ｘ−Ｙ平面の原点は２つの導体パッ
チ１２−１，１２−２の間の中間位置と一致するよう
に、２つの導体パッチ１２−１，１２−２をＹ軸に対し
て線対称で配置させている。

【００４９】本実施形態においては、所望の放射指向特
性を得るために、１：４の分配比を有する電力分配及び
合成回路１７を用いて、第３の実施形態で示した方法
で、各給電点１３−１，１３−２，１４−１，１４−２
に給電する各無線信号の振幅と位相とのうちの少なくと
も一方を変化させる。

【００５０】図７に示すように、Ｙ軸に対して線対称な
位置に配置された２つの導体パッチ１２−１，１２−２
のＹ軸と平行な共振を行う給電点１４−１，１４−２に
同相の無線信号を給電すると、当該パッチアンテナ装置
のＹ軸と平行な直線偏波を有する電波の放射指向特性
は、ＺＹ面において放射電波が強まり利得が大きくなる
という特徴がある。

【００５１】また、図７に示すように、Ｙ軸に対して線
対称な位置に配置された２つの導体パッチ１２−１，１
２−２のＸ軸と平行な共振を行う給電点１３−１，１３
−２に同相の無線信号を給電すると、当該パッチアンテ
ナ装置のＸ軸と平行な直線偏波を有する電波の放射指向
特性は、ＺＹ面において放射電波が強まり利得が大きく
なるという特徴がある。

【００５２】以上のように構成された２つの例は、室内
用のパッチアンテナ装置としては非常に有用な構成であ
り、壁掛け用アンテナ装置又は廊下等の細長い空間の天
井設置アンテナ装置のように、非常に放射指向特性を絞
り大きなアンテナの利得が必要な場合に有用である。

【００５３】以上の実施形態においては、Ｙ軸に対して
線対称に配置された２つの導体パッチ１２−１，１２−
２を用いてパッチアンテナ装置を構成しているが、本発
明はこれに限らず、３個以上の導体パッチを用いてパッ
チアンテナ装置を構成してもよい（図５参照。）。以下
に具体例を示す。

【００５４】第１の具体例として、各２個の導体パッチ
がＹ軸に対して線対称な位置に配置される場合に、各導
体パッチの組毎に２個の導体パッチのＹ軸と平行な共振
を行う給電点に逆相の無線信号を給電すると、当該パッ
チアンテナ装置のＹ軸と平行な直線偏波を有する電波の
放射指向特性は、ＺＹ面において放射電波が弱まり最大
放射方向がＺＸ面で低仰角方向になるという特徴があ
る。

【００５５】第２の具体例として、各２個の導体パッチ
がＹ軸に対して線対称な位置に配置される場合に、各導
体パッチの組毎に２個の導体パッチのＸ軸と平行な共振
を行う給電点に逆相の無線信号を給電すると、当該パッ
チアンテナ装置のＸ軸と平行な直線偏波を有する電波の
放射指向特性は、ＺＹ面において放射電波が弱まり最大
放射方向がＺＸ面で低仰角方向になるという特徴があ
る。

【００５６】以上のように構成された２つの具体例で
は、当該パッチアンテナ装置を、室内の天井中央部に設
置することにより、より広い空間に対して放射すること
ができ、より広い放射エリアを得ることができる。

【００５７】＜第５の実施形態＞図８は、本発明に係る
第５の実施形態であるパッチアンテナ装置の構成を示す
斜視図である。この第５の実施形態のパッチアンテナ装
置においては、Ｘ軸と平行な共振を行う給電点２３を有
する導体パッチ２１と、Ｙ軸と平行な共振を行う給電点
２４を有する導体パッチ２２とが、Ｘ軸に沿ってかつＹ
軸に対して線対称になるように誘電体基板１８上に形成
され、さらに、第１の実施形態と同様に、各給電点２
３，２４に対して給電される２つの無線信号の振幅と位
相のうちの少なくとも一方が互いに異なるように制御す
る電力分配及び合成回路１７を備えたことを特徴として
いる。

【００５８】図８において、裏面に接地導体１１が形成
された誘電体基板１８のおもて面上に、誘電体基板１８
の誘電率を考慮した共振周波数の波長の１／２である１
／２波長の１辺の長さを有する正方形状の導体パッチ２
１，２２が形成される。ここで、例えば、誘電体基板１
８の中心に原点を有するＸ−Ｙ面において、各導体パッ
チ２１，２２の正方形の直交する各辺がそれぞれＸ軸と
Ｙ軸と平行となりかつ導体パッチ２１，２２の各中心間
の中間位置がＸ−Ｙ面の原点に位置するように２つの導
体パッチ２１，２２が形成される。また、導体パッチ２
１の給電点２３はＸ軸上に位置し、すなわち導体パッチ
２１の正方形のＹ軸方向の１辺の垂直二等分線上に位置
する。一方、導体パッチ２２の給電点２４は導体パッチ
２２の正方形のＸ軸方向の１辺の垂直二等分線上に位置
する。さらに、給電点２３は給電伝送線路２５を介して
電力分配及び合成回路１７の端子１７ｂに接続される一
方、給電点２４は給電伝送線路２６を介して電力分配及
び合成回路１７の端子１７ｃに接続される。なお、給電
点２３と給電伝送線路２５との間の接続、並びに給電点
２４と給電伝送線路２６との接続は、第１の実施形態と
同様に、スルーホール導体を介して行われる。

【００５９】以上のように構成された第５の実施形態の
パッチアンテナ装置の動作について説明する。本実施形
態においては、２つの給電点２３及び２４に対して上記
共振周波数と同一の共振周波数を有する無線信号を給電
したとき、パッチアンテナ装置はＸ軸と平行に共振しか
つＹ軸と平行に共振する。これにより、当該無線信号
は、給電点２３を含むＸ軸と平行な励振方向を有する直
線偏波と、給電点２４を含むＹ軸と平行な励振方向を有
する直線偏波とを含む、互いに直交する２つの直線偏波
を有する同一の共振周波数の無線信号の電波として、Ｘ
−Ｙ面とは直交しかつ接地導体１１とは反対側のＺ軸方
向に放射される。

【００６０】そして、本実施形態において、電力分配及
び合成回路１７内のコントローラ１００が各給電点２
３，２４に対して給電する２つの無線信号の各振幅が異
なるように増幅度可変型双方向増幅器１０４，１０５を
制御して、各給電点２３，２４に給電される２つの無線
信号の電力を異ならせることにより、給電点２３を含む
Ｘ軸と平行な励振方向を有する直線偏波を有する無線信
号の電波と、給電点２４を含むＹ軸と平行な励振方向を
有する直線偏波を有する無線信号の電波との各放射エリ
アを互いに異ならせることができる。従って、所望の放
射エリアの形状となるように各給電点２３，２４に給電
される２つの無線信号の電力を異ならせることによっ
て、当該パッチアンテナ装置により上記所望の放射エリ
アを得ることができる。

【００６１】また、本実施形態において、電力分配及び
合成回路１７内のコントローラ１００が各給電点２３，
２４に対して給電する２つの無線信号間の位相差を与え
るように移相器１０２，１０３を制御することにより、
給電点２３を含むＸ軸と平行な励振方向を有する直線偏
波を有する無線信号の電波と、給電点２４を含むＹ軸と
平行な励振方向を有する直線偏波を有する無線信号の電
波との各放射エリアを互いに異ならせることができる。
従って、所望の放射エリアの形状となるように各給電点
２３，２４に給電される２つの無線信号間の位相差を与
えることによって、当該パッチアンテナ装置により上記
所望の放射エリアを得ることができる。

【００６２】＜第６の実施形態＞図９は、本発明に係る
第６の実施形態であるパッチアンテナ装置の構成を示す
平面図である。この第６の実施形態のパッチアンテナ装
置は、Ｘ軸に平行な共振を行う給電点２３−１，２３−
２をそれぞれ有する２つの導体パッチ２１−１，２１−
２と、Ｙ軸に平行な共振を行う給電点２４を有する導体
パッチ２２とを用いて構成したことを特徴としている。

【００６３】本実施形態において、導体パッチ２１−
１，２１−２，２２に対する電力分配方法として以下の
方法を用いることができる。

【００６４】（ａ）３つ導体パッチ２１−１，２１−
２，２２に給電される電力が等しくなるように制御す
る。この場合、Ｘ軸と平行な共振を行う導体パッチ２１
−１，２１−２の組に給電される電力和と、Ｙ軸と平行
な共振を行う導体パッチ２２に給電される電力の比は
２：１となる。 （ｂ）また、Ｘ軸と平行な共振を行う２個の導体パッチ
２１−１，２１−２に給電される各電力を等しくし、か
つＹ軸と平行な共振を行う導体パッチ２２に給電される
電力をＸ軸と平行な共振を行う導体パッチ２１−１，２
１−２に給電される電力と異なるように制御する。

【００６５】（ｃ）さらに、Ｘ軸と平行な共振を行う２
個の導体パッチ２１−１，２１−２に給電される電力が
互いに異なるように制御する。２個の導体パッチ２１−
２，２１−２のように、１次元のアレーアンテナ装置で
構成した場合、特にアレーアンテナ装置を構成するアン
テナ素子間に給電される無線信号間に位相差を与えるフ
ェーズドアレーアンテナ装置の場合においては、２つの
アンテナ素子に給電される各電力が等しいとき、放射空
間において放射電波が極めて小さくなる点又は方向が生
じてしまう。これは、２つのアンテナ素子を例に挙げて
説明すると、各アンテナ素子からの電気的距離差が位相
差で１８０度、つまり逆相となる点又は方向で２つのア
ンテナ素子から放射された電波が打ち消されるためであ
る。すなわち、当該電力分配例のように、アレーアンテ
ナ装置の構成時に、アンテナ素子である各導体パッチ間
に分配される電力に差を与えることにより、フェーズド
アレーアンテナ装置の効果による大まかな放射パターン
を保持しつつ、上述のような放射電波が極めて小さくな
る点又は方向を防止することが可能になり、移動中にお
ける連続通話が重要になる移動体無線通信システムにお
いては非常に有用である。

【００６６】（ｄ）また、すべての導体パッチ２１−
１，２１−２，２２に給電される電力を互いに異なるよ
うに制御する。 （ｅ）さらに、Ｘ軸と平行な共振を行う２個の導体パッ
チ２１−１，２１−２のうちの１個の導体パッチに給電
される電力のみを他の導体パッチと異なるように制御す
る。

【００６７】以上のように各導体パッチ２１−１，２１
−２，２２に給電される電力を制御することにより、放
射指向特性を変更することができ、種々の空間に対して
所望の放射エリアを得ることができる。

【００６８】さらに、３個の導体パッチ２１−１，２１
−２，２２に給電される無線信号間に位相差を与えるこ
とにより、放射指向特性を変更することができ、種々の
空間に対して所望の放射エリアを得ることができる。

【００６９】本実施形態において、Ｙ軸に対して線対称
な位置に配置された導体パッチ２１−１，２１−２に同
相の無線信号を給電すると、当該パッチアンテナ装置の
放射指向特性は、ＺＹ面において放射電波が強まり利得
が大きくなるという特徴がある。この実施形態は、室内
用のパッチアンテナとしては非常に有用な構成であり、
特に、室内の天井中央部に設置することにより、より広
い空間に対して放射することができ、より広い放射エリ
アを得ることができる。

【００７０】＜第７の実施形態＞図１０は、本発明に係
る第７の実施形態であるパッチアンテナ装置の構成を示
す平面図である。この第７の実施形態のパッチアンテナ
装置は、Ｘ軸に平行な共振を行う給電点２３−１，２３
−２をそれぞれ有する２つの導体パッチ２１−１，２１
−２と、Ｙ軸に平行な共振を行う給電点２４を有する導
体パッチ２２とを用いて構成し、２つの導体パッチ２１
−１，２１−２をＸ軸に対して線対称で配置したことを
特徴としている。

【００７１】本実施形態において、Ｘ軸に対して線対称
で配置された導体パッチ２１−１，２１−２に同相の無
線信号を給電すると、当該パッチアンテナ装置の放射指
向特性は、ＺＸ面において放射電波が強まり利得が大き
くなるという特徴がある。この実施形態は、室内用のパ
ッチアンテナとしては非常に有用な構成であり、特に、
壁掛け用アンテナ装置又は廊下等の細長い空間の天井設
置アンテナ装置のように、非常に放射指向特性を絞り大
きなアンテナの利得が必要な場合に有用である。

【００７２】＜第８の実施形態＞図１１は、本発明に係
る第８の実施形態であるパッチアンテナ装置の構成を示
す平面図である。この第８の実施形態のパッチアンテナ
装置は、Ｘ軸に平行な共振を行う給電点２３−１乃至２
３−４をそれぞれ有する４つの導体パッチ２１−１乃至
２１−４と、Ｙ軸に平行な共振を行う給電点２４を有す
る導体パッチ２２とを用いて構成し、ここで、各２つの
導体パッチの組（２１−１と２１−２，２１−３と２１
−４）をＸ軸に対して線対称で配置し、かつ各２つの導
体パッチの組（２１−１と２１−３，２１−２と２１−
４）をＹ軸に対して線対称で配置したことを特徴として
いる。

【００７３】本実施形態において、Ｘ軸に対して線対称
で配置された各導体パッチの組毎に２個の導体パッチ
（２１−１と２１−２，２１−３と２１−４）に逆相の
無線信号を給電すると、当該パッチアンテナ装置の放射
指向特性は、ＺＸ面において放射電波が弱まり最大放射
方向がＺＹ面で低仰角方向になるという特徴がある。こ
の実施形態は、室内用のパッチアンテナ装置としては非
常に有用な構成であり、特に、室内の天井中央部に設置
することにより、より広い空間に対して放射することが
でき、より広い放射エリアを得ることができる。

【００７４】また、本実施形態において、Ｙ軸に対して
線対称で配置された各導体パッチの組毎に２個の導体パ
ッチ（２１−１と２１−３，２１−２と２１−４）に逆
相の無線信号を給電すると、当該パッチアンテナ装置の
放射指向特性は、ＺＹ面において放射電波が弱まり最大
放射方向がＺＸ面で低仰角方向になるという特徴があ
る。この実施形態は、室内用のパッチアンテナ装置とし
ては非常に有用な構成であり、特に、室内の天井中央部
に設置することにより、より広い空間に対して放射する
ことができ、より広い放射エリアを得ることができる。

【００７５】＜第９の実施形態＞図１２は、本発明に係
る第９の実施形態であるパッチアンテナ装置の構成を示
す平面図である。この第９の実施形態のパッチアンテナ
装置は、Ｘ軸に平行な共振を行う給電点２３を有する導
体パッチ２１と、Ｙ軸に平行な共振を行う給電点２４−
１，２４−２をそれぞれ有する２つの導体パッチ２２−
１，２２−２とを用いて構成し、２つの導体パッチ２２
−１，２２−２をＹ軸に対して線対称で配置したことを
特徴としている。

【００７６】本実施形態において、Ｙ軸に対して線対称
で配置された導体パッチ２２−１，２２−２に同相の無
線信号を給電すると、当該パッチアンテナ装置の放射指
向特性は、ＺＹ面において放射電波が強まり利得が大き
くなるという特徴がある。この実施形態は、室内用のパ
ッチアンテナとしては非常に有用な構成であり、特に、
壁掛け用アンテナ装置又は廊下等の細長い空間の天井設
置アンテナ装置のように、非常に放射指向特性を絞り大
きなアンテナの利得が必要な場合に有用である。

【００７７】＜第１０の実施形態＞図１３は、本発明に
係る第１０の実施形態であるパッチアンテナ装置の構成
を示す平面図である。この第１０の実施形態のパッチア
ンテナ装置は、Ｘ軸に平行な共振を行う給電点２３を有
する導体パッチ２１と、Ｙ軸に平行な共振を行う給電点
２４−１乃至２４−４をそれぞれ有する４つの導体パッ
チ２２−１乃至２２−４とを用いて構成し、ここで、各
２つの導体パッチの組（２２−１と２２−２，２２−３
と２２−４）をＹ軸に対して線対称で配置し、かつ各２
つの導体パッチの組（２２−１と２２−３，２２−２と
２２−４）をＸ軸に対して線対称で配置したことを特徴
としている。

【００７８】本実施形態において、Ｙ軸に対して線対称
で配置された各導体パッチの組毎に２個の導体パッチ
（２２−１と２２−２，２２−３と２２−４）に逆相の
無線信号を給電すると、当該パッチアンテナ装置の放射
指向特性は、ＺＹ面において放射電波が弱まり最大放射
方向がＺＸ面で低仰角方向になるという特徴がある。こ
の実施形態は、室内用のパッチアンテナ装置としては非
常に有用な構成であり、特に、室内の天井中央部に設置
することにより、より広い空間に対して放射することが
でき、より広い放射エリアを得ることができる。

【００７９】また、本実施形態において、Ｘ軸に対して
線対称で配置された各導体パッチの組毎に２個の導体パ
ッチ（２２−１と２２−３，２２−２と２２−４）に逆
相の無線信号を給電すると、当該パッチアンテナ装置の
放射指向特性は、ＺＸ面において放射電波が弱まり最大
放射方向がＺＹ面で低仰角方向になるという特徴があ
る。この実施形態は、室内用のパッチアンテナ装置とし
ては非常に有用な構成であり、特に、室内の天井中央部
に設置することにより、より広い空間に対して放射する
ことができ、より広い放射エリアを得ることができる。

【００８０】＜第１１の実施形態＞図１４は、本発明に
係る第１１の実施形態であるパッチアンテナ装置の構成
を示す平面図である。この第１１の実施形態のパッチア
ンテナ装置は、Ｘ軸に平行な共振を行う給電点２３を有
する導体パッチ２１と、Ｘ軸に平行な共振を行う給電点
２４−１，２４−２をそれぞれ有する２つの導体パッチ
２２−１，２２−２とを用いて構成し、２つの導体パッ
チ２２−１，２２−２をＸ軸に対して線対称で配置した
ことを特徴としている。

【００８１】本実施形態において、Ｘ軸に対して線対称
で配置された導体パッチ２２−１，２２−２に同相の無
線信号を給電すると、当該パッチアンテナ装置の放射指
向特性は、ＺＸ面において放射電波が強まり利得が大き
くなるという特徴がある。この実施形態は、室内用のパ
ッチアンテナとしては非常に有用な構成であり、特に、
壁掛け用アンテナ装置又は廊下等の細長い空間の天井設
置アンテナ装置のように、非常に放射指向特性を絞り大
きなアンテナの利得が必要な場合に有用である。

【００８２】＜第１２の実施形態＞図１５は、本発明に
係る第１２の実施形態であるパッチアンテナ装置の構成
を示す平面図である。この第１２の実施形態のパッチア
ンテナ装置は、（ａ）それぞれＸ軸に平行に共振する給
電点２３−１，２３−２を有する導体パッチ２１−１，
２１−２と、それぞれＹ軸に平行に共振する給電点２４
−１，２４−２を有する導体パッチ２２−１，２２−２
とを含む１点給電の導体パッチグループと、（ｂ）それ
ぞれＸ軸に平行に共振する給電点１３−１乃至１３−４
及びＹ軸に平行に共振する給電点１４−１乃至１４−４
を有する導体パッチ１２−１乃至１２−４とを含む２点
給電の導体パッチグループと、を混在させて誘電体基板
１８上に形成したことを特徴としている。

【００８３】本実施形態において，各導体パッチ１２−
１乃至１２−４及び２１−１，２１−２，２２−１，２
２−２に対する無線信号の給電は上述の実施形態と同様
に行う。これにより、放射指向特性をより自由に制御す
ることができ、所望の放射エリアを得ることができる。

【００８４】＜変形例＞以上の実施形態においては、半
波長の１辺の長さを有する正方形状の導体パッチ１２，
２１，２２を用いてパッチアンテナ装置を構成している
が、本発明はこれに限らず、半波長の整数倍の１辺の長
さ、又は０．４波長乃至０．６波長の整数倍の１辺の長
さを有する正方形状の導体パッチを用いてパッチアンテ
ナ装置を構成してもよい。

【００８５】以上の実施形態においては、半波長の１辺
の長さを有する正方形状の導体パッチ１２，２１，２２
を用いて対向する２辺の共振端の一方の辺を接地導体１
１と電気的に接続し、当該２辺の共振端間の長さであ
る、当該導体パッチ１２，２１，２２の共振方向の長さ
を、誘電体基板１８の誘電率を考慮した波長を基準にし
て、１／４波長に設定してもよい。この場合において
も、半波長の１辺の長さを有する正方形状の導体パッチ
１２，２１，２２を用いてパッチアンテナ装置と同様の
作用効果を得ることができる。

【００８６】図１６は、本発明に係る第１の変形例であ
るパッチアンテナ装置の構成を示す平面図である。上述
の実施形態においては、正方形状の導体パッチ１２，２
１，２２を用いてパッチアンテナ装置を構成している
が、本発明はこれに限らず、図１６に示すように、矩形
形状の導体パッチを用いてパッチアンテナ装置を構成し
てもよい。

【００８７】矩形形状の導体パッチを用いてパッチアン
テナ装置を構成したとき、例えば、導体パッチからの放
射電波の指向性を変化できるという特徴がある。従来技
術のパッチアンテナ装置に基づいて説明すると、矩形形
状の導体パッチにおいて、共振方向（Ｘ方向）の１辺の
長さが一定であって、共振方向に垂直な方向（Ｙ方向）
の１辺の長さが変化する場合、ＺＹ面に平行な面の放射
指向特性のパターンが変化する。具体的には、共振方向
に垂直な方向（Ｙ方向）の１辺の長さが長くなると、放
射指向特性のパターンがＹ方向に細くなり、Ｙ方向に利
得が大きくなる。このときＸ軸に平行な面の放射指向特
性のパターンは変化しないが、利得はＹ方向の利得の変
化に応じて変化する。すなわち、この場合、ＺＸ面にお
いて利得は増加する。逆に、共振方向に垂直な方向（Ｙ
方向）の１辺の長さが短くなると、放射指向特性のパタ
ーンがＺＹ面に広くなり、Ｚ方向に利得が小さくなる。
このときも同様に、Ｘ軸に平行な面の放射指向特性のパ
ターンは変化しないが、利得はＹ方向の利得の変化に応
じて変化する。すなわち、この場合、ＺＸ面において利
得は減少する。

【００８８】言い換えれば、矩形形状の導体パッチにお
いて、共振方向（Ｘ方向）の１辺の長さが一定で、共振
方向に垂直な方向（Ｙ方向）の１辺の長さが変化する場
合、共振方向に平行なＺＸ面の放射指向特性のパターン
を変えることなく利得のみを変化させることが可能にな
る。

【００８９】また、矩形形状の導体パッチにおいて、共
振方向（Ｘ方向）の１辺の長さが変化して、共振方向に
垂直な方向（Ｙ方向）の１辺の長さが一定の場合、ＺＸ
面に平行な面の放射指向特性のパターンが変化する。共
振方向の１辺の長さが変化すると、一般に共振する周波
数が変化する。しかしながら、通常の導体パッチの場
合、共振方向の１辺の長さが１／２波長の整数倍におい
ても共振する。ここで、共振方向の１辺の長さが１／２
波長のときの共振状態を基本モード、１波長のときを２
倍高調モード、３／２波長のときを３倍高調モード、以
下同様に呼ぶことにする。この共振状態が変化すると共
振方向に平行なＸ軸に平行な面の放射指向特性が変化す
る。例えば、ＺＸ面の放射指向特性のパターンは、基本
モードでは、図３２のＺＸ面の放射指向特性において太
線で示したようにＺ方向に大きいが、２倍高調モードに
おいては、Ｚ方向にヌル（ゼロ又は極めて小さな値）の
パターンになる。

【００９０】すなわち、矩形形状の導体パッチの共振方
向に垂直な１辺の長さを変化させることにより、共振方
向に平行な面の放射指向特性の利得を変化させることが
でき、従って、共振方向に平行な１辺の長さを変化させ
ることにより共振状態を変化させ共振方向に平行な面の
放射指向特性のパターンを変化させることができる。こ
のように、矩形形状の導体パッチを用いることにより導
体パッチ単体の放射指向特性を変化させることができ
る。本発明に係るパッチアンテナ装置のように、複数の
導体パッチによりアレーアンテナ装置を構成する場合、
特にアレーアンテナ装置の構成要素である導体パッチの
放射指向特性が多様なものになれば、様々な環境におい
て所望の放射指向特性のアンテナが可能になる。また、
導体パッチが１個の場合においても、所望の放射指向特
性により近い放射指向特性を得ることが可能なアンテナ
になる。

【００９１】図１７は、本発明に係る第２の変形例であ
るパッチアンテナ装置の構成を示す平面図である。上述
の実施形態においては、正方形状の導体パッチ１２，２
１，２２を用いてパッチアンテナ装置を構成している
が、本発明はこれに限らず、図１７に示すように、円形
状の円形パッチを用いてパッチアンテナ装置を構成して
もよい。

【００９２】以上の実施形態においては、給電伝送線路
１５，１６，２５，２６は同軸ケーブルを用いて構成し
ているが、本発明はこれに限らず、誘電体基板に形成さ
れたマイクロストリップ線路、もしくは多層誘電体基板
内に形成されたマイクリストリップ線路を用いて構成し
てもよい。

【００９３】以上の実施形態においては、実施形態の動
作説明において、送信アンテナ装置としての動作説明を
主として行っているが、本発明に係るパッチアンテナ装
置は双方向の可逆回路装置であり、受信アンテナ装置と
して用いることができる。

【００９４】

【実施例】＜第１の実施例＞図１８は、本発明に係る第
１の実施例であるパッチアンテナ装置の構成を示すブロ
ック図であり、図１９は、図１８のパッチアンテナ装置
のおもて面の構成を示す平面図であり、図２０は、図１
８のパッチアンテナ装置の裏面の構成を示す平面図であ
る。

【００９５】図１８において、第１の実施例のパッチア
ンテナ装置は、８個の導体パッチ３１−１乃至３１−８
を備える。ここで、導体パッチ３１−１はマイクロスト
リップ線路３２−１を介してスルーホール導体３５−１
に接続され、導体パッチ３１−２はマイクロストリップ
線路３２−２を介してスルーホール導体３５−１に接続
される。また、導体パッチ３１−３はマイクロストリッ
プ線路３２−３を介してスルーホール導体３５−２に接
続され、導体パッチ３１−４はマイクロストリップ線路
３２−４を介してスルーホール導体３５−２に接続され
る。さらに、導体パッチ３１−５はマイクロストリップ
線路３２−５を介してスルーホール導体３５−３に接続
され、導体パッチ３１−６はマイクロストリップ線路３
２−６を介してスルーホール導体３５−３に接続され
る。またさらに、導体パッチ３１−７はマイクロストリ
ップ線路３２−７を介してスルーホール導体３５−４に
接続され、導体パッチ３１−８はマイクロストリップ線
路３２−８を介してスルーホール導体３５−４に接続さ
れる。

【００９６】一般に、誘電体基板１８を挟設するマイク
ロストリップ導体と接地導体１１とによりマイクロスト
リップ線路を構成するが、本明細書においては、説明の
便宜上、誘電体基板１８上に形成されるマイクロストリ
ップ導体を、マイクロストリップ線路と呼ぶことにす
る。

【００９７】スルーホール導体３５−１は同軸ケーブル
にてなる給電伝送線路３３−１を介して電力分配及び合
成回路３４の端子３４ｂに接続され、スルーホール導体
３５−２は同軸ケーブルにてなる給電伝送線路３３−２
を介して電力分配及び合成回路３４の端子３４ｃに接続
され、スルーホール導体３５−３は同軸ケーブルにてな
る給電伝送線路３３−３を介して電力分配及び合成回路
３４の端子３４ｄに接続され、スルーホール導体３５−
４は同軸ケーブルにてなる給電伝送線路３３−４を介し
て電力分配及び合成回路３４の端子３４ｅに接続され
る。電力分配及び合成回路３４において、電力分配すべ
き無線信号は端子３４ａに入力されて、電力分配された
後、各電力分配された無線信号は端子３４ｂ，３４ｃ，
３４ｄ，３４ｅから出力される。一方、各端子３４ｂ，
３４ｃ，３４ｄ，３４ｅに入力された各無線信号は電力
合成された後、端子３４ａから出力される。

【００９８】図１９において、それぞれＸ軸に対して平
行な給電点３６−１，３６−２を有する正方形状の導体
パッチ３１−１，３１−２は、Ｘ軸に対して線対称とな
るように形成される。アンテナ素子と線路との間のイン
ピーダンス整合のために、導体パッチ３１−１の給電点
３６−１は、導体パッチ３１−１の共振端である１辺よ
りも導体パッチ内部に位置しかつマイクロストリップ線
路３２−１の一端と接続され、マイクロストリップ線路
３２−１の他端はスルーホール導体３５−１に接続され
る。同様に、導体パッチ３１−２の給電点３６−２は、
導体パッチ３１−２の共振端である１辺よりも導体パッ
チ内部に位置しかつマイクロストリップ線路３２−２の
一端と接続され、マイクロストリップ線路３２−２の他
端はスルーホール導体３５−１に接続される。

【００９９】さらに、導体パッチ３１−３，３１−４及
びマイクロストリップ線路３２−３，３２−４、並び
に、導体パッチ３１−５，３１−６及びマイクロストリ
ップ線路３２−５，３２−６は、導体パッチ３１−１，
３１−２及びマイクロストリップ線路３２−１，３２−
２と同様に形成される。ここで、給電点３６−１乃至３
６−６は、Ｘ軸に対して平行な共振を行うために、各導
体パッチ３１−１乃至３１−６の中心からＸ軸方向の−
Ｘ方向にずれた位置に位置する。

【０１００】それぞれＹ軸に対して平行な給電点３６−
７，３６−８を有する正方形状の導体パッチ３１−７，
３１−８は、Ｘ軸に対して線対称となるように形成され
る。アンテナ素子と線路との間のインピーダンス整合の
ために、導体パッチ３１−７の給電点３６−７は、導体
パッチ３１−７の共振端である１辺よりも導体パッチ内
部に位置しかつマイクロストリップ線路３２−７の一端
と接続され、マイクロストリップ線路３２−７の他端は
スルーホール導体３５−４に接続される。同様に、導体
パッチ３１−８の給電点３６−８は、導体パッチ３１−
８の共振端である１辺よりも導体パッチ内部に位置しか
つマイクロストリップ線路３２−８の一端と接続され、
マイクロストリップ線路３２−８の他端はスルーホール
導体３５−４に接続される。ここで、給電点３６−７，
３６−８は、Ｙ軸に対して平行な共振を行うために、各
導体パッチ３１−７，３１−８の中心からＹ軸方向でか
つ互いにＸ軸に向う方向でずれた位置に位置し、Ｘ軸を
挟んで互いに対向している。

【０１０１】図２０において、スルーホール導体３５−
１は同軸ケーブルにてなる給電伝送線路３３−１を介し
て電力分配及び合成回路３４の端子３４ｂに接続され、
スルーホール導体３５−２は同軸ケーブルにてなる給電
伝送線路３３−２を介して電力分配及び合成回路３４の
端子３４ｃに接続され、スルーホール導体３５−３は同
軸ケーブルにてなる給電伝送線路３３−３を介して電力
分配及び合成回路３４の端子３４ｄに接続され、スルー
ホール導体３５−４は同軸ケーブルにてなる給電伝送線
路３３−４を介して電力分配及び合成回路３４の端子３
４ｅに接続される。

【０１０２】図１８乃至図２０のパッチアンテナ装置に
おいて、誘電体基板１８の比誘電率は２．６である。ま
た、導体パッチ３１−１乃至３１−８の共振方向の長さ
は、誘電体基板１８の誘電率を考慮した波長を基準にし
て、０．４乃至０．６波長の長さに設定され、より好ま
しくは０．５波長に設定される。

【０１０３】図２１は、図１８の電力分配及び合成回路
３４の構成を示す一部破断平面図である。図２１におい
て、裏面に接地導体５８が形成された誘電体基板５９上
に以下のようにマイクロストリップ線路４０，４１，４
２，４３ａ，４３ｂ，４４ａ，４４ｂ，４６，４７，４
８ａ，４８ｂ，５１，５２，５３，５４及びチップ抵抗
４５，５０ａ，５０ｂが形成される。

【０１０４】端子３４ａは、直列接続された２本のマイ
クロストリップ線路４０及び４１を介してマイクロスト
リップ線路４２に接続される。マイクロストリップ線路
４２の右側端部の幅方向の一端はマイクロストリップ線
路４３ａを介してチップ抵抗４５の一端に接続され、マ
イクロストリップ線路４２の右側端部の幅方向の他端は
マイクロストリップ線路４３ｂを介してチップ抵抗４５
の他端に接続される。チップ抵抗４５の一端はマイクロ
ストリップ線路４４ａを介してマイクロストリップ線路
４６に接続され、チップ抵抗４５の他端はマイクロスト
リップ線路４４ｂを介してマイクロストリップ線路４７
に接続される。

【０１０５】また、マイクロストリップ線路４６の右側
端部の幅方向の一端はマイクロストリップ線路４８ａを
介してチップ抵抗５０ａの一端に接続され、マイクロス
トリップ線路４６の右側端部の幅方向の他端はマイクロ
ストリップ線路４８ｂを介してチップ抵抗５０ａの他端
に接続される。さらに、チップ抵抗５０ａの一端はマイ
クロストリップ線路５１を介して端子３４ｂに接続さ
れ、チップ抵抗５０ａの他端はマイクロストリップ線路
５２を介して端子３４ｃに接続される。

【０１０６】また、マイクロストリップ線路４７の右側
端部の幅方向の一端はマイクロストリップ線路４９ａを
介してチップ抵抗５０ｂの一端に接続され、マイクロス
トリップ線路４７の右側端部の幅方向の他端はマイクロ
ストリップ線路４９ｂを介してチップ抵抗５０ｂの他端
に接続される。さらに、チップ抵抗５０ｂの一端はマイ
クロストリップ線路５３を介して端子３４ｄに接続さ
れ、チップ抵抗５０ｂの他端はマイクロストリップ線路
５４を介して端子３４ｅに接続される。

【０１０７】図２１の実施例において、マイクロストリ
ップ線路４０，４３ａ，４３ｂ，４８ａ，４８ｂ，４９
ａ，４９ｂ，５１，５２，５３，５４の特性インピーダ
ンスは５０Ωであり、マイクロストリップ線路４１，４
４ａ，４４ｂの特性インピーダンスは２５√（２）Ωで
あり、マイクロストリップ線路４２，４６，４７の特性
インピーダンスは２５Ωである。ここで、マイクロスト
リップ線路４１，４３ａ，４３ｂ，４８ａ，４８ｂは、
誘電体基板５９の誘電率を考慮した１／４波長の電気長
を有する。さらに、チップ抵抗４５，５０ａ，５０ｂの
抵抗値は１００Ωであり、誘電体基板５９の比誘電率は
約１０である。

【０１０８】図２１のように構成された電力分配及び合
成回路３４は、１対４の分配比を有し、１対２のウィル
キンソン型電力分配及び合成回路を２段縦続接続するこ
とにより構成している。ここで、大きな比誘電率を有す
る誘電体基板５９を用いたのは、当該回路を小型化する
ためである。一方、マイクロストリップ線路の線路幅に
ついては、一般に、同一の特性インピーダンスを保つた
めには、誘電体基板の比誘電率が大きくなるにつれ線路
幅を狭くする必要がある。一例として周波数が２ＧＨｚ
の場合において、誘電体基板５９の厚さが１ｍｍで比誘
電率が１０である場合、マイクロストリップ線路の線路
幅は、特性インピーダンスが２５Ωの線路で約３ｍｍ、
５０Ωの線路で約１ｍｍ、１００Ωの線路で約０．１４
ｍｍである。従って、製作上および精度の面で抵抗値が
５０Ω以下のマイクロストリップ線路で当該電力分配及
び合成回路３４を構成することが望ましい。また、チッ
プ抵抗４５，５０ａ，５０ｂは、分岐したマイクロスト
リップ線路間のアイソレーションを良くするために設け
られる。以上のように構成された電力分配及び合成回路
３４においては、各端子３４ａ乃至３４ｅの特性インピ
ーダンスはすべて５０Ωであり、等電力分配特性、同相
分配特性、端子反射特性、アイソレーション特性等に非
常に優れた電力分配及び合成回路を実現できる。

【０１０９】次いで、図１８乃至図２１に図示した構成
を有するパッチアンテナ装置の動作について説明する。

【０１１０】本実施例においては、図１９に示すよう
に、Ｘ軸と平行に共振する導体パッチは６個の導体パッ
チ３１−１乃至３１−６であり、Ｙ軸と平行に共振する
導体パッチは２個の導体パッチ３１−７，３１−８であ
り、各導体パッチ３１−１乃至３１−８にそれぞれ等し
い電力の無線信号を給電する。これにより、Ｘ軸と平行
に共振する導体パッチ３１−１乃至３１−６の組に給電
される電力と、Ｙ軸と平行に共振する導体パッチ３１−
７，３１−８の組に給電される電力の比は３：１とな
る。Ｘ軸と平行に共振する６個の導体パッチ３１−１乃
至３１−６のうち、３個の導体パッチ３１−１，３１−
３，３１−５はＸ軸と平行な１次元のアレーアンテナ装
置を構成し、残りの３個の導体パッチ３１−２，３１−
４，３１−６もＸ軸と平行な１次元のアレーアンテナ装
置を構成する。上記２組の１次元のアレーアンテナ装置
は互いにＸ軸に対して線対称構造で形成されている。

【０１１１】本実施例においては、同軸ケーブルにてな
る給電伝送線路３３−１乃至３３−４の電気長を変化さ
せることにより、各導体パッチ３１−１乃至３１−８に
対する無線信号の位相を変化させる。ここで、３個の導
体パッチ３１−１，３１−３，３１−５に給電される無
線信号間に以下のように位相差を与えられる。真ん中に
位置する導体パッチ３１−３に給電される無線信号の位
相を基準の０度とすると、他の両端の導体パッチ３１−
１，３１−５に給電される無線信号の位相を１８０度に
設定される。また、導体パッチ３１−２，３１−４，３
１−６により構成される１次元のアレーアンテナ装置
は、上記導体パッチ３１−１，３１−３，３１−５によ
り構成される１次元のアレーアンテナ装置における給電
の位相差と同様に給電される。なお、Ｘ軸と平行な１次
元のアレーアンテナ装置を構成する３個の導体パッチ３
１−１，３１−３，３１−５のうちの隣接する２つの導
体パッチ同志のＸ軸方向の中心間距離は、自由空間波長
を基準にすると、０．３８波長に設定され、Ｘ軸に対し
て線対称な２つの導体パッチ（３１−１と３１−２，３
１−３と３１−４，３１−５と３１−６）間の中心間距
離は０．７波長に設定される。また、導体パッチ３１−
２，３１−４，３１−６により構成される１次元のアレ
ーアンテナ装置における中心間距離も同様に設定され
る。さらに、２組の１次元アレーアンテナ装置間におい
て、線対称に配置された各２個の導体パッチは同相の無
線信号が給電される。すなわち、２つの導体パッチ３１
−１，３１−２は互いに同相で給電され、２つの導体パ
ッチ３１−３，３１−４は互いに同相で給電され、２つ
の導体パッチ３１−５，３１−６は互いに同相で給電さ
れる。

【０１１２】また、Ｙ軸と平行に共振する２個の導体パ
ッチ３１−７，３１−８は、Ｙ軸と平行に並置され、か
つＸ軸に対して線対称な位置に配置され、２個の導体パ
ッチ３１−７，３１−８は互いに逆相の無線信号を給電
される。ここで、隣接する導体パッチ３１−７，３１−
８の中心間の距離は、誘電体基板１８の誘電率を考慮し
た波長を基準にすると、０．６波長である。さらに、上
述の導体パッチ３１−３に給電される無線信号の位相を
基準の０度とすると、導体パッチ３１−７，３１−８に
給電される無線信号の位相は、それぞれ９０度、２７０
度、又は、２７０度、９０度である。

【０１１３】本実施例においては、各導体パッチ３１−
１乃至３１−８への給電は、当該導体パッチ３１−１乃
至３１−８と同一の平面上に形成されたマイクロストリ
ップ線路３２−１乃至３２−８と、同軸ケーブルにてな
る給電伝送線路３３−１乃至３３−４とを用いて行われ
る。本実施例において用いるマイクロストリップ線路３
２−１乃至３２−８の特性インピーダンスは１００Ωで
あって、給電伝送線路３３−１乃至３３−４で用いる同
軸ケーブルの特性インピーダンスは５０Ωである。導体
パッチの給電においては、Ｘ軸と平行に共振する導体パ
ッチ３１−１乃至３１−６に対して−Ｘ方向から＋Ｘ方
向への同一の方向で給電を行うことにより、これらの導
体パッチ３１−１乃至３１−６に対して同相で給電を行
う。一方、Ｙ軸と平行に共振する２個の導体パッチ３１
−７，３１−８に対してＹ軸と平行に、互いに逆方向か
ら給電を行うことにより、２個の導体パッチ３１−７，
３１−８に対して逆相で給電を行う。

【０１１４】図２２乃至図２４は、図１８のパッチアン
テナ装置における各面内の放射指向特性を示す特性図で
ある。図２２乃至図２４において、当該パッチアンテナ
装置から放射される電波の電界のθ方向の成分（以下、
電界のθ成分という。）Ｅ_θと、電界のφ方向の成分
（以下、電界のφ成分という。）Ｅ_φとを図示してお
り、これらの単位はｄＢｄであって、ダイポールアンテ
ナ装置の放射電力を基準にした利得である。

【０１１５】図２２乃至図２４から明らかなように、本
実施例のパッチアンテナ装置から放射される電波の電界
のθ成分Ｅ_θは、Ｚ−Ｘ面において比較的大きく放射さ
れ、Ｚ−Ｙ面において比較的小さく放射されている。電
波の電界のθ成分Ｅ_θのＺ−Ｘ面における放射指向特性
は、Ｘ軸と平行に共振する６個の導体パッチの放射によ
るもので、Ｘ軸と平行な３個の導体パッチ３１−１，３
１−３，３１−５で構成された１次元のアレーアンテナ
装置に上述の位相差を与えるにより、最大放射方向を低
仰角方向に変化させ、これをもう１組のＸ軸と平行な３
個の導体パッチ３１−２，３１−４，３１−６で構成さ
れた１次元のアレーアンテナ装置をＸ軸に対して線対称
に配置しかつ同相で給電することにより、Ｙ軸方向にビ
ーム幅を絞り、利得を大きくしている。

【０１１６】また、電界のθ成分Ｅ_θのＺ−Ｙ面におけ
る放射指向特性は、Ｙ軸と平行に共振する２個の導体パ
ッチ３１−７，３１−８からの電波の放射によるもの
で、Ｙ軸と平行に共振する２個の導体パッチ３１−７，
３１−８を逆相で給電することにより、最大放射方向を
当該パッチアンテナ装置の正面方向であるＺ軸方向から
Ｙ軸方向に向けて傾けている。すなわち、本実施例のパ
ッチアンテナ装置によれば、Ｘ軸と平行な直線偏波と、
Ｙ軸と平行な直線偏波の２つの互いに直交する直線偏波
を有する電波を放射し、さらに、Ｘ軸と平行な直線偏波
の電波をＺ−Ｘ面において非常に強く低仰角方向に最大
で放射するとともに、Ｙ軸と平行な直線偏波をＺ−Ｙ面
において電波の最大放射方向をＺ軸方向からＹ軸方向に
傾けることができる。従って、本実施例のパッチアンテ
ナ装置を、廊下等の非常に細長い空間の天井等に逆さに
吊り下げて設置する場合において、当該廊下等の空間の
より広い放射エリアにおいて、電波を放射することがで
きる。

【０１１７】以上の実施例において、Ｙ軸と平行に共振
する２個の導体パッチ３１−７，３１−８の共振方向の
長さを、誘電体基板の誘電率を考慮した波長を基準にし
て０．４乃至０．６波長に設定したパッチアンテナ装置
について説明したが、本発明はこれに限らず、Ｙ軸と平
行に共振する導体パッチとして、０．８乃至１．２波長
の共振方向の長さを有する正方形状の１個の導体パッチ
３１−７のみを用いて構成してもよい。このように構成
することにより、放射指向特性を損なうことなく特性イ
ンピーダンスの調整を容易に行うことができる。

【０１１８】以上の実施例においては、それぞれ１つの
給電点３６−１乃至３６−８を有する導体パッチ３１−
１乃至３１−８を用いてパッチアンテナ装置を構成して
いるが、本発明はこれに限らず、第１の実施形態と同様
に２つの給電点１３，１４を有する導体パッチ１２を用
いてパッチアンテナ装置を構成してもよい。これによ
り、導体パッチの数を減らすことが可能になり、パッチ
アンテナ装置の小型化に有効である。

【０１１９】＜第２の実施例＞図２５は、本発明に係る
第２の実施例であるパッチアンテナ装置の構成を示す斜
視図である。この第２の実施例のパッチアンテナ装置
は、それぞれＸ軸と平行に共振する正方形状の３個の導
体パッチ７１，７２，７３と、Ｙ軸と平行に共振する矩
形形状の１個の導体パッチ７４とを用いて、電力分配及
び合成回路を一体的に形成して構成したことを特徴とし
ている。

【０１２０】図２５において、裏面に接地導体７８が形
成された誘電体基板７７上に、それぞれ各導体パッチの
中心からＸ軸方向にずれた位置に位置する給電点７１
ｓ，７２ｓ，７３ｓを有しＸ軸と平行に共振する正方形
状の３個の導体パッチ７１，７２，７３と、各導体パッ
チの中心からＹ軸方向にずれた位置に位置する給電点７
４ｓを有しＹ軸と平行に共振する矩形形状の１個の導体
パッチ７４とが、Ｘ軸に沿って並置して形成される。な
お、Ｘ−Ｙ平面の原点は、導体パッチ７２と導体パッチ
７３の各中心間の中間位置に位置し、Ｚ軸方向は、接地
導体７８から誘電体基板７７の厚さ方向に設定される。
また、スルーホール導体７６と各導体パッチ７１，７
２，７３，７４とを接続するマイクロストリップ線路７
５−１乃至７５−５は誘電体基板７７上に形成され、こ
れらマイクロストリップ線路７５−１乃至７５−５は電
力分配及び合成回路として作用する。

【０１２１】スルーホール導体７６は誘電体基板７７を
厚さ方向で貫通して送受信機（図示せず。）に接続され
る。導体パッチ７１の給電点７１ｓはマイクロストリッ
プ線路７５−１を介してスルーホール導体７６に接続さ
れ、導体パッチ７２の給電点７２ｓはマイクロストリッ
プ線路７５−２を介してスルーホール導体７６に接続さ
れる。また、導体パッチ７３の給電点７３ｓはマイクロ
ストリップ線路７５−３、接続点７９、及びマイクロス
トリップ線路７５−５を介してスルーホール導体７６に
接続され、導体パッチ７４の給電点７４ｓはマイクロス
トリップ線路７５−４、接続点７９、及びマイクロスト
リップ線路７５−５を介してスルーホール導体７６に接
続される。

【０１２２】なお、誘電体基板７７の比誘電率は２．６
であり、導体パッチ７１乃至７３の共振方向の長さは誘
電体基板７７の誘電率を考慮した波長を基準にして、
０．４乃至０．６波長に設定され、より好ましくは０．
５波長に設定され、導体パッチ７４の共振方向の長さは
０．８乃至１．２波長に設定され、より好ましくは１波
長に設定される。また、Ｘ軸と平行に共振する３個の導
体パッチ７１，７２，７３のうちの隣接する２つの導体
パッチ間の中心間距離は、自由空間波長を基準にする
と、０．３８波長に設定される。

【０１２３】以上のように構成された第２の実施例のパ
ッチアンテナ装置の動作について説明する。

【０１２４】スルーホール導体７６を介して各導体パッ
チ７１乃至７４に所定の共振周波数の無線信号を給電し
たときに、導体パッチ７１乃至７３はＸ軸と平行に共振
し、導体パッチ７４はＹ軸と平行に共振する。このと
き、本実施例のパッチアンテナ装置は、等しい共振周波
数でＸ軸と平行な直線偏波と、Ｙ軸と平行な直線偏波と
を含む、互いに直交する２つの直線偏波を有する電波を
放射することができる。

【０１２５】また、放射対象空間の水平方向の形状に応
じて、例えばマイクロストリップ線路７５−１乃至７５
−５の構成形状等を変化することにより、Ｘ軸と平行に
共振する導体パッチ７１乃至７３に分配される電力の組
と、Ｙ軸と平行に共振する導体パッチ７４に分配される
電力に差を与える。これにより、放射対象空間の形状に
応じて、２つの直交する直線偏波の電波の電力を最適に
分配することができる。言い換えれば、２つの直交する
直線偏波の電波の電力を所定の分配比で分配することに
より、所望の放射エリアを実現することができる。

【０１２６】さらに、例えばマイクロストリップ線路７
５−１乃至７５−５の電気長等を変化して各導体パッチ
７１乃至７４に給電される無線信号間に位相差を与え
る。これにより、放射対象空間の形状に応じて放射エリ
アを変更することが可能なフェーズドアレーアンテナ装
置又はアダプティブアレーアンテナ装置を実現できる。

【０１２７】また、給電伝送線路であるマイクロストリ
ップ線路７５−１乃至７５−５及び電力分配及び合成回
路は、導体パッチ７１乃至７４と同一の誘電体基板７７
上に形成され、アンテナ装置において一体的に形成され
ており、当該アンテナ装置の小型化に有効である。

【０１２８】より具体的には、図２５のパッチアンテナ
装置においては、Ｘ軸と平行に共振する導体パッチとし
て３個の導体パッチ７１乃至７３があり、Ｙ軸と平行に
共振する導体パッチとして１個の導体パッチ７４があ
る。本実施例においては、各導体パッチ７１乃至７４に
対して等しい電力の無線信号を給電すると、Ｘ軸と平行
に共振する導体パッチ７１乃至７３の組に給電される電
力と、Ｙ軸と平行に共振する導体パッチ７４に給電され
る電力の比は３：１となる。Ｘ軸と平行に共振する３個
の導体パッチ７１乃至７３はＸ軸と平行な１次元アレー
アンテナ装置を構成する。

【０１２９】ここで、各導体パッチ７１乃至７４に給電
される無線信号間に以下のように位相差を与えられる。
すなわち、真ん中の導体パッチ７２に給電される無線信
号の位相を基準の０度とすると、他の両端の導体パッチ
７１，７３に給電される無線信号の位相は１８０度であ
る。また、Ｙ軸と平行に共振する導体パッチ７４に給電
される無線信号の位相は、上述の導体パッチ７２に給電
される無線信号の位相を基準の０度とすると、９０度又
は２７０度である。なお、各導体パッチ７１乃至７４に
給電される無線信号の振幅及び位相はマイクロストリッ
プ線路７５−１乃至７５−５の構成変更等により行う。

【０１３０】図２６乃至図２８は、図２５のパッチアン
テナ装置における各面内の放射指向特性を示す特性図で
ある。この放射指向特性における電界の各成分の単位は
ｄＢｄであって、ダイポールアンテナ装置の放射電力を
基準にした利得である。

【０１３１】図２６乃至図２８から明らかなように、電
波の電界のθ成分Ｅ_θはＺ−Ｘ面の放射指向特性におい
て比較的大きく放射されており、これは、Ｘ軸と平行に
共振する３個の導体パッチ７１乃至７３からの電波の放
射によるもので、Ｘ軸と平行な３個の導体パッチ７１乃
至７３で構成された１次元のアレーアンテナ装置に上述
の位相差を与えることにより、最大放射方向を低仰角方
向に変化させている。また、電界のθ成分Ｅ_θはＺ−Ｙ
面の放射指向特性において比較的大きく放射されてお
り、これは、Ｙ軸と平行に共振する１波長の導体パッチ
７４からの電波の放射によるもので、最大放射方向をア
ンテナ装置の正面方向であるＺ軸方向からＹ軸方向に向
けて傾けている。

【０１３２】従って、本実施例のパッチアンテナ装置に
よれば、Ｘ軸と平行な直線偏波と、Ｙ軸と平行な直線偏
波とを含む、２つの直交する直線偏波を有する電波を放
射し、ここで、Ｘ軸と平行な直線偏波をＺ−Ｘ面におい
て低仰角方向に最大放射するとともに、Ｙ軸と平行な直
線偏波をＺ−Ｙ面において電波の最大放射方向をＺ軸方
向からＹ軸方向に傾けることができる。当該パッチアン
テナ装置を、例えば長方形状の室内等の天井等に逆さに
吊り下げて設置する場合において、より広い放射エリア
を確保することができる。また、マイクロストリップ線
路等の給電伝送線路並びに電力分配及び合成回路を導体
パッチ７１乃至７４と同一の誘電体基板７７上に形成す
ることにより、アンテナ装置の薄型化を実現できる。

【０１３３】なお、Ｘ軸又はＹ軸と平行に共振する導体
パッチ７１乃至７４の共振方向の長さは、０．４乃至
０．６波長の整数倍に設定してもよい。

【０１３４】以上の実施例においては、１つの給電点の
導体パッチ７１乃至７４を用いてパッチアンテナ装置を
構成したが、第１の実施形態と同様の２つの給電点１
３，１４を有する導体パッチ１２を用いて構成してもよ
い。これにより、導体パッチの数を減らすことが可能に
なり、アンテナ装置の小型化に有効である。

【０１３５】以上の実施例においては、Ｘ軸と平行に共
振する導体パッチ７１乃至７３に分配される電力と、Ｙ
軸と平行に共振する導体パッチ７４に分配される電力に
差を与えるように構成したが、放射対象空間の形状や放
射エリアに応じて分配する各電力を等しくするように構
成してもよい。

【０１３６】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、２
つの直交する方向で共振する２つの直線偏波を有する２
点給電の少なくとも１つの導体パッチを用いて、又は互
いに直交する方向で共振する各直線偏波を有する１点給
電の少なくとも２つの導体パッチを用いて、もしくはこ
れらの組み合わせの導体パッチを用いてパッチアンテナ
装置を構成し、各給電点に対して給電する無線信号の振
幅と位相のうちの少なくとも一方を変化させる。これに
より、簡単な構造で互いに直交する２つの直線偏波を放
射し、放射指向特性を制御することにより、簡単な構造
で、放射空間に応じて所望の放射エリアを得ることがで
きる。ここで、各給電点に対して給電する無線信号の振
幅と位相の制御方法により、以下のような放射エリアを
得ることができる。 （ａ）従来技術に比較してより広い放射エリアを得るこ
とができる。 （ｂ）低仰角方向で電波の放射を最大にすることができ
る。 （ｃ）従来技術に比較して高い利得を有しかつ狭い放射
ビームを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る第１の実施形態であるパッチア
ンテナ装置の構成を示す斜視図である。

【図２】 図１のＡ−Ａ’面についての縦断面図であ
る。

【図３】 図１の電力分配及び合成回路の構成を示すブ
ロック図である。

【図４】 本発明に係る各実施形態であるパッチアンテ
ナ装置を部屋の天井に設置したときの放射指向特性を示
す断面図である。

【図５】 本発明に係る第２の実施形態であるパッチア
ンテナ装置の構成を示す平面図である。

【図６】 本発明に係る第３の実施形態であるパッチア
ンテナ装置の構成を示す平面図である。

【図７】 本発明に係る第４の実施形態であるパッチア
ンテナ装置の構成を示す平面図である。

【図８】 本発明に係る第５の実施形態であるパッチア
ンテナ装置の構成を示す斜視図である。

【図９】 本発明に係る第６の実施形態であるパッチア
ンテナ装置の構成を示す平面図である。

【図１０】 本発明に係る第７の実施形態であるパッチ
アンテナ装置の構成を示す平面図である。

【図１１】 本発明に係る第８の実施形態であるパッチ
アンテナ装置の構成を示す平面図である。

【図１２】 本発明に係る第９の実施形態であるパッチ
アンテナ装置の構成を示す平面図である。

【図１３】 本発明に係る第１０の実施形態であるパッ
チアンテナ装置の構成を示す平面図である。

【図１４】 本発明に係る第１１の実施形態であるパッ
チアンテナ装置の構成を示す平面図である。

【図１５】 本発明に係る第１２の実施形態であるパッ
チアンテナ装置の構成を示す平面図である。

【図１６】 本発明に係る第１の変形例であるパッチア
ンテナ装置の構成を示す平面図である。

【図１７】 本発明に係る第２の変形例であるパッチア
ンテナ装置の構成を示す平面図である。

【図１８】 本発明に係る第１の実施例であるパッチア
ンテナ装置の構成を示すブロック図である。

【図１９】 図１８のパッチアンテナ装置のおもて面の
構成を示す平面図である。

【図２０】 図１８のパッチアンテナ装置の裏面の構成
を示す平面図である。

【図２１】 図１８の電力分配及び合成回路の構成を示
す一部破断平面図である。

【図２２】 図１８のパッチアンテナ装置におけるＸ−
Ｙ面内の放射指向特性を示す特性図である。

【図２３】 図１８のパッチアンテナ装置におけるＺ−
Ｙ面内の放射指向特性を示す特性図である。

【図２４】 図１８のパッチアンテナ装置におけるＺ−
Ｘ面内の放射指向特性を示す特性図である。

【図２５】 本発明に係る第２の実施例であるパッチア
ンテナ装置の構成を示す斜視図である。

【図２６】 図２５のパッチアンテナ装置におけるＸ−
Ｙ面内の放射指向特性を示す特性図である。

【図２７】 図２５のパッチアンテナ装置におけるＺ−
Ｙ面内の放射指向特性を示す特性図である。

【図２８】 図２５のパッチアンテナ装置におけるＺ−
Ｘ面内の放射指向特性を示す特性図である。

【図２９】 従来技術のパッチアンテナ装置の構成を示
す斜視図である。

【図３０】 図２９のパッチアンテナ装置におけるＸ−
Ｙ面内の放射指向特性を示す特性図である。

【図３１】 図２９のパッチアンテナ装置におけるＺ−
Ｙ面内の放射指向特性を示す特性図である。

【図３２】 図２９のパッチアンテナ装置におけるＺ−
Ｘ面内の放射指向特性を示す特性図である。

【符号の説明】

１１…接地導体、 １２，１２−１乃至１２−９，１２ａ，１２ｂ…導体パ
ッチ、 １３，１４，１３−１乃至１３−９，１４−１乃至１４
−９…給電点、 １５，１６…給電伝送線路、 １７…電力分配及び合成回路、 １８…誘電体基板、 ２１，２２，２１−１乃至２１−４，２２−１乃至２２
−４…導体パッチ、 ２３，２４，２３−１乃至２３−４，２４−１乃至２４
−４…給電点、 ２５，２６…給電伝送線路、 ３１−１乃至３１−８…導体パッチ、 ３２−１乃至３２−８…マイクロストリップ線路、 ３３−１乃至３３−４…同軸給電伝送線路、 ３４…電力分配及び合成回路、 ３５−１乃至３５−４…スルーホール導体、 ３６−１乃至３６−８…給電点、 ４０，４１，４２，４３ａ，４３ｂ，４４ａ，４４ｂ，
４６，４８ａ，４８ｂ，４９ａ，４９ｂ，５１乃至５４
…マイクロストリップ線路、 ４５，５０ａ，５０ｂ…チップ抵抗、 ５８…接地導体、 ５９…誘電体基板、 ７１乃至７４…導体パッチ、 ７１ｓ乃至７４ｓ…給電点、 ７５−１乃至７５−５…マイクロストリップ線路、 ７６…スルーホール導体、 ７７…誘電体基板、 ７８…接地導体、 ７９…接続点、 ８０…同軸ケーブル、 １００…コントローラ、 １０１…分配及び合成回路、 １０２，１０３…移相器、 １０４，１０５…増幅度可変型双方向増幅器、 ２００…部屋、 ２０１…天井、 ３００…パッチアンテナ装置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小川 晃一 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Ｆターム(参考） 5J021 AA01 AA05 AA09 AB06 CA03 DB02 DB03 FA20 FA32 GA02 GA03 GA08 HA05 HA10 JA05 5J045 AA12 AA21 CA02 CA03 DA10 EA07 FA02 HA03 JA12 NA01

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 互いに直交する第１の軸と第２の軸とを
   有し、互いに平行な第１の面と第２の面を有する誘電体
   基板と、 上記第１の面に形成された接地導体と、 上記第２の面に形成され、第１の軸と平行な共振を所定
   の共振周波数で行うための第１の給電点と、第２の軸と
   平行な共振を上記共振周波数で行うための第２の給電点
   とを有する少なくとも１個の導体パッチと、 上記第１の給電点と上記第２の給電点に給電される上記
   共振周波数の各無線信号の振幅と位相のうちの少なくと
   も一方を変化するように制御する制御手段とを備え、 上記第１の給電点と上記第２の給電点に上記共振周波数
   の各無線信号を給電したとき、第１の軸と第２の軸とに
   それぞれ平行であって互いに直交する２つの直線偏波を
   有する電波を、上記制御手段による各無線信号に対する
   制御に対応する放射指向特性で放射することを特徴とす
   るパッチアンテナ装置。
2. 【請求項２】 少なくとも２個の上記導体パッチを備
   え、 上記少なくとも２個の導体パッチのうちの２個の導体パ
   ッチを第１の軸に対して対称で配置し、 上記制御手段は、第１の軸に対して対称で配置された２
   個の導体パッチの各第１の給電点又は各第２の給電点に
   同相の無線信号を給電するように制御することを特徴と
   する請求項１記載のパッチアンテナ装置。
3. 【請求項３】 少なくとも４個の上記導体パッチを備
   え、 上記少なくとも４個の導体パッチのうちの各２個の導体
   パッチの組を第１の軸に対して対称で配置し、 上記制御手段は、第１の軸に対して対称で配置された各
   ２個の導体パッチの組の各第１の給電点又は各第２の給
   電点に逆相の無線信号を給電するように制御することを
   特徴とする請求項１記載のパッチアンテナ装置。
4. 【請求項４】 互いに直交する第１の軸と第２の軸とを
   有し、互いに平行な第１の面と第２の面を有する誘電体
   基板と、 上記第１の面に形成された接地導体と、 上記第２の面に形成され、第１の軸と平行な共振を所定
   の共振周波数で行うための第１の給電点を有する少なく
   とも１個の第１の導体パッチと、 上記第２の面に形成され、第２の軸と平行な共振を上記
   共振周波数で行うための第２の給電点を有する少なくと
   も１個の第２の導体パッチと、 上記第１の給電点と上記第２の給電点に給電される上記
   共振周波数の各無線信号の振幅と位相のうちの少なくと
   も一方を変化するように制御する制御手段とを備え、 上記第１の給電点と上記第２の給電点に上記共振周波数
   の各無線信号を給電したとき、第１の軸と第２の軸とに
   それぞれ平行であって互いに直交する２つの直線偏波を
   有する電波を、上記制御手段による各無線信号に対する
   制御に対応する放射指向特性で放射することを特徴とす
   るパッチアンテナ装置。
5. 【請求項５】 少なくとも２個の上記第１の導体パッチ
   を備え、 上記少なくとも２個の導体パッチのうちの２個の第１の
   導体パッチを第１の軸に対して対称で配置し、 上記制御手段は、第１の軸に対して対称で配置された２
   個の第１の導体パッチの各第１の給電点に同相の無線信
   号を給電するように制御することを特徴とする請求項４
   記載のパッチアンテナ装置。
6. 【請求項６】 少なくとも２個の上記第２の導体パッチ
   を備え、 上記少なくとも２個の導体パッチのうちの２個の第２の
   導体パッチを第１の軸に対して対称で配置し、 上記制御手段は、第１の軸に対して対称で配置された２
   個の第２の導体パッチの各第２の給電点に同相の無線信
   号を給電するように制御することを特徴とする請求項４
   記載のパッチアンテナ装置。
7. 【請求項７】 少なくとも４個の上記第１の導体パッチ
   を備え、 上記少なくとも４個の第１の導体パッチのうちの各２個
   の第１の導体パッチの組を第１の軸に対して対称で配置
   し、 上記制御手段は、第１の軸に対して対称で配置された各
   ２個の第１の導体パッチの組の各第１の給電点に逆相の
   無線信号を給電するように制御することを特徴とする請
   求項４記載のパッチアンテナ装置。
8. 【請求項８】 少なくとも４個の上記第２の導体パッチ
   を備え、 上記少なくとも４個の第２の導体パッチのうちの各２個
   の第２の導体パッチの組を第１の軸に対して対称で配置
   し、 上記制御手段は、第１の軸に対して対称で配置された各
   ２個の第２の導体パッチの組の各第２の給電点に逆相の
   無線信号を給電するように制御することを特徴とする請
   求項４記載のパッチアンテナ装置。
9. 【請求項９】 互いに直交する第１の軸と第２の軸とを
   有し、互いに平行な第１の面と第２の面を有する誘電体
   基板と、 上記第１の面に形成された接地導体と、 上記第２の面に形成され、第１の軸と平行な共振を所定
   の共振周波数で行うための第１の給電点と、第２の軸と
   平行な共振を上記共振周波数で行うための第２の給電点
   とを有する少なくとも１個の第１の導体パッチと、 上記第２の面に形成され、第１の軸と平行な共振を上記
   共振周波数で行うための第３の給電点を有する少なくと
   も１個の第２の導体パッチと、 上記第２の面に形成され、第２の軸と平行な共振を上記
   共振周波数で行うための第４の給電点を有する少なくと
   も１個の第３の導体パッチと、 上記第１乃至第４の給電点に給電される上記共振周波数
   の各無線信号の振幅と位相のうちの少なくとも一方を変
   化するように制御する制御手段とを備え、 上記第１乃至第４の給電点に上記共振周波数の各無線信
   号を給電したとき、第１の軸と第２の軸とにそれぞれ平
   行であって互いに直交する２つの直線偏波を有する電波
   を、上記制御手段による各無線信号に対する制御に対応
   する放射指向特性で放射することを特徴とするパッチア
   ンテナ装置。
10. 【請求項１０】 上記各導体パッチの共振方向の長さ
    は、上記誘電体基板の誘電率を考慮した波長を基準にし
    て、１／２波長の整数倍に設定されたことを特徴とする
    請求項１乃至８のうちの１つに記載のパッチアンテナ装
    置。
11. 【請求項１１】 上記各導体パッチの２つの共振端のう
    ちの一方は上記接地導体と電気的に接続され、上記各導
    体パッチの共振方向の長さは、上記誘電体基板の誘電率
    を考慮した波長を基準にして、１／４波長の整数倍に設
    定されたことを特徴とする請求項１乃至８のうちの１つ
    に記載のパッチアンテナ装置。
12. 【請求項１２】 上記各導体パッチは正方形状を有する
    ことを特徴とする請求項１乃至１１のうちの１つに記載
    のパッチアンテナ装置。
13. 【請求項１３】 上記各導体パッチは矩形形状を有する
    ことを特徴とする請求項１乃至１１のうちの１つに記載
    のパッチアンテナ装置。
14. 【請求項１４】 上記各導体パッチは円形形状を有する
    ことを特徴とする請求項１乃至９のうちの１つに記載の
    パッチアンテナ装置。