JP2008109220A - アンテナ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小型化されたアンテナ装置を提供すること。
【解決手段】誘電体基板１２０と、誘電体基板１２０の一面に配置された平板状の導電部材１４２に対し、螺旋状のスロット１４４（１４６，１４８）をアンテナ軸１０２を同一として複数設けてなる導電層１４０と、誘電体基板１２０の導電層配置面の裏面に配置され、スロット１４４に給電する給電パターン１６０と、を備えるアンテナ装置１００であって、導電層１４０の平面方向において、給電パターン１６０を、複数のスロット１４４のうち、外周側の端部付近１４６ｂ，１４８ｂとそれぞれ重なるように設け、導電部材１４２のうち、スロット１４４に対する内周側部位１４２ｂとスロット１４４に対する外周側部位１４２ａとを、導電部材１４２とは異なる繋ぎパターン１７２によって、電気的に接続した。
【選択図】図１

Description

本発明は、アンテナ装置に関し、特に円偏波を放射乃至受信するためのアンテナ装置に関するものである。

従来、特許文献１に示すように、円偏波を放射乃至受信するための広帯域平面アンテナが知られている。

特許文献１に示されるアンテナ（アンテナ装置）は、基板と、基板の一面に配置され、溝付き開口部を複数有する導電性層（導電層）と、基板の導電性層配置面の裏面に配置され、アンテナエレメントとしての溝付き開口部に給電する伝送ライン（給電線）とを備えている。そして、複数の溝付き開口部は、アンテナ軸を同一として螺旋状に設けられている。また、基板の平面方向において、伝送ラインは、複数のスロットのうち、それぞれの内周側の端部付近と基板を介して重なるように設けられている。すなわち、電磁気的な結合により、伝送ラインから螺旋状の溝付き開口部に対してそれぞれ内周側から給電され、これによって円偏波を放射乃至受信することができるように構成されている。
特表２００３−５０７９１５号公報

ところで、伝送ラインは、一方の端部に外部（コネクタ）との接続部を有し、他方の端部に終端抵抗を有している。また、インピーダンスマッチングのための整合部も有している。このように、伝送ラインは所定の長さを有しており、配置には所定の面積が必要である。したがって、基板の平面方向において、溝付き開口部の内周側に配置する場合には、伝送ラインがアンテナの平面方向の大きさに与える影響が大きいため、伝送ラインと溝付き開口部との給電位置の関係を確保しつつアンテナの平面方向の大きさを小型化するのが困難である。

本発明は上記問題点に鑑み、小型化されたアンテナ装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために請求項１に記載の発明は、平板状の導電部材に対し、アンテナエレメントとして導電部材の板厚方向に貫通する螺旋状のスロットを、アンテナ軸を同一として複数設けてなる導電層と、誘電体を介して、導電層と所定距離隔てて配置され、スロットに給電する給電線と、を備えるアンテナ装置であって、導電層の平面方向において、給電線は、複数のスロットのうち、それぞれの外周側の端部付近と誘電体を介して重なるように設けられ、導電部材のうち、スロットに対する内周側部位と、スロットに対する外周側部位が、導電部材とは異なる繋ぎ線によって、電気的に接続されていることを特徴とする。

このように本発明によれば、アンテナエレメントとして導電部材に螺旋状のスロットを設けているので、円偏波を放射乃至受信することができる。また、アンテナ軸を同一として、このようなスロットを複数設けているので、アンテナ特性を向上（円偏波の指向性を向上）することができる。

また、それぞれのスロットに対して外周側の端部付近から給電するように給電線を設けているので、スロットの内周側から給電する構成に比べて、給電線の大きさがアンテナ装置の平面方向の大きさに与える影響を小さくすることができる。すなわち、従来よりもアンテナ装置の体格を小型化することができる。なお、外周側の端部付近とは、スロットの外周側端部又は端部近傍の部位を意味している。

また、導電部材はＧＮＤとして機能する。導電層の平面方向において、アンテナ装置の体格を小型化しようとすると、導電部材のスロットに対する内周側部位はスロットに対する外周側部位よりも小さくなるため、スロットに対して外周側から給電すると、内周側部位の電位が高周波的に不安定となることが考えられる。これに対し、本発明においては、導電部材の内周側部位と外周側部位とを、導電部材とは異なる繋ぎ線によって電気的に接続しているので、アンテナ特性を安定化させることができる。

請求項１に記載の発明においては、請求項２に記載のように、導電層の平面方向において、繋ぎ線と導電部材の外周側部位との接続部位が、給電線と外部（たとえばコネクタ）との接続部位近傍とされた構成とすると良い。

これによれば、繋ぎ線と導電部材の外周側部位との接続部位が給電線と外部との接続部位から離れた位置とされた構成に比べて、繋ぎ線によって内周側部位から外周側部位に逃がした電流の外周側部位における給電線と外部との接続部位方向への伝達距離が短いので、アンテナ特性をより向上することができる。

請求項１又は請求項２に記載の発明においては、請求項３に記載のように、誘電体が平板状の誘電体基板であり、誘電体基板の一面側に導電層が設けられ、導電層が設けられた面の裏面側に給電線が設けられて、繋ぎ線が、誘電体基板を貫通し、導電部材の内周側部位と電気的に接続された内周側貫通部及び導電部材の外周側部位と電気的に接続された外周側貫通部と、誘電体基板の裏面側において内周側貫通部と外周側貫通部とを電気的に接続する接続部とを含む構成とすると良い。

このように誘電体として平板状の誘電体基板を採用すると、導電層、給電線、及び繋ぎ線の相対的な位置を決定するとともに、保持しやすい。また、構成を簡素とすることができる。

請求項１〜３いずれかの発明においては、請求項４に記載のように、複数のスロットとして、互いに電気長の異なる少なくとも２種類のスロットをそれぞれ複数含む構成とすることが好ましい。

これによれば、１つのアンテナ装置において、波長の異なる複数の円偏波を放射乃至受信することができる。また、それぞれにおいて、アンテナ特性を向上することができる。

請求項４に記載の発明においては、請求項５に記載のように、導電層の平面方向において、複数のスロットのうち、電気長（スロットの長さ）を同じくするスロットが、アンテナ軸を中心として回転対称に設けられた構成と良い。これによれば、対称性がよくなり、アンテナ特性をさらに向上することができる。

請求項１〜５いずれかに記載の発明においては、請求項６に記載のように、複数のスロットが、螺旋状の螺旋部と、螺旋部の外周側の端部付近から向きを変えて外周方向に延びる延設部を有し、給電線がスロットの延設部と重なるように設けられた構成とすることが好ましい。これによれば、給電線を複雑な形状としなくとも、スロットに対して給電することができる。

請求項１〜６いずれかに記載の発明においては、請求項７に記載のように、導電層上であって、スロットの少なくとも一部を被覆するように、誘電体よりも比誘電率の高い高誘電部材が前記導電層に対して接触配置された構成とすることが好ましい。

これによれば、高誘電部材の波長短縮効果によって所望の周波数に対するスロットの電気長を短くすることができる。すなわち、アンテナ装置の体格をより小型化することができる。また、同じ電気長において、高誘電部材のない構成よりも低い周波数の円偏波を放射乃至受信することができる。

なお、請求項７に記載の発明においては、請求項８に記載のように、高誘電部材によって、スロットが全て被覆された構成とすると良い。スロットに対する高誘電部材による被覆範囲が増えるほど、波長短縮効果の影響が大きくなる。したがって、スロットが全て被覆された構成とすると一部が被覆された構成よりも、アンテナ装置の体格を小型化することができる。

請求項１〜８いずれかに記載の発明においては、請求項９に記載のように、導電層に対して、間に給電線を挟むように所定距離隔てて配置された電波反射部材又は電波吸収部材を備える構成としても良い。これによれば、電波反射部材又は電波吸収部材によって、導電層の誘電体配置側に放射される円偏波の放射乃至導電層の誘電体配置側からの受信を低減することができる。したがって、円偏波の放射乃至受信方向を、導電層の誘電体配置側の反対側に規定することができる。

以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係るアンテナ装置を、導電層側から見た平面図である。図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。図３は、アンテナ装置を、給電パターン側から見た平面図である。なお、図１においては、スロットと給電パターンの位置関係を示すために、給電パターンを破線で図示している。

図２に示すように、本実施形態に係るアンテナ装置１００は、主要部として、平板状（平面円形状）の導電部材１４２に対し、螺旋状のスロット１４４を複数設けてなる導電層１４０と、誘電体１２０を介して導電層１４０と所定距離隔てて配置され、電磁気的な結合によってスロット１４４に高周波電流を給電する給電パターン１６０と、を備えるものである。

誘電体１２０としては、樹脂基板（少なくとも樹脂を含むものであり、例えばガラスエポキシ樹脂も含む概念）、セラミック基板、ガラス基板等を採用することができる。好ましくは、誘電体１２０の表面に、導電層１４０と給電パターン１６０を保持できるものが良い。本実施形態においては、誘電体１２０として、対向する両面に導体箔（例えば銅箔）が貼着された樹脂からなる誘電体基板１２０を採用している。そして、導体箔をそれぞれパターニングして、導電層１４０と給電パターン１６０としている。このような構成を採用すると、公知のプリント基板の製造方法を適用することができる。それ以外にも、例えば誘電体１２０としてガラス基板を採用し、基板表面に蒸着によって導電層１４０と給電パターン１６０を構成しても良い。また、誘電体１２０として、気体層（例えば空気層）を採用することも可能であるが、導電層１４０と給電パターン１６０とを位置決め状態で保持するるために、支持部材が必要である。このように誘電体１２０として平板状の誘電体基板１２０を採用すると、導電層１４０、給電パターン１６０、及び繋ぎパターン１７２の相対的な位置を決定するとともに、保持しやすい。また、構成を簡素とすることができる。なお、以下においては、誘電体１２０と誘電体基板１２０として示す。

導電層１４０は、アンテナエレメントとして導電部材１４２の板厚方向に貫通する螺旋状のスロット１４４を、アンテナ軸１０２を同一として複数設けてなるものである。本実施形態においては、誘電体基板１２０の一面全面に貼着された導電部材１４２としての導体箔をエッチングすることにより、導体箔に溝部を形成して複数のスロット１４４が構成されている。また、複数のスロット１４４として、図１に示すように、電気長（共振長）の異なる２種類のスロット１４６，１４８をそれぞれ複数含んでいる。より詳しくは、スロット１４６が、周波数１．５７５ＧＨｚにて共振するように電気長が設定され、スロット１４８は、周波数１．２２７ＧＨｚにて共振するように電気長が設定されている。すなわち、本実施形態に係るアンテナ装置１００は、ＲＴＫ−ＧＰＳ（Real Time Kinematic GPS）用のアンテナ装置として構成されている。このように、互いに電気長の異なる少なくとも２種類のスロット１４４（１４６，１４８）をそれぞれ複数含む構成とすると、１つのアンテナ装置１００において、波長の異なる複数の円偏波を放射乃至受信することができる。また、それぞれにおいて、アンテナ特性を向上することができる。

２種類のスロット１４６，１４８は、アンテナ軸１０２を同一としており、アンテナ軸１０２を中心に反時計方向に螺旋を巻く左旋の螺旋部１４６ａ，１４８ａと、螺旋部１４６ａ，１４８ａの外周側端部から、アンテナ軸１０２を中心として外周側に放射状に延びる延設部１４６ｂ，１４８ｂをそれぞれ有している。螺旋部１４６ａ，１４８ａは、隣接する螺旋部１４６ａ，１４８ａの間隔が一定であるアルキメデススパイラルとされており、その長さがそれぞれ所定周波数で共振する長さに設定されている。なお、所定周波数で共振する長さとは、所定周波数をλとすると、誘電体基板１２０による波長短縮効果を除いた状態で、ｎ・λ／４（ｎは自然数）の長さである。本実施形態においては、誘電体基板１２０の比誘電率が小さく、螺旋部１４６ａ，１４８ａの長さを１波長程度（ｎ＝４）としている。また、延設部１４６ｂ，１４８ｂは、その長さが互いに等しく設定されており、図１及び図２に示すように、導電層１４０の平面方向において、給電パターン１６０と重なるように配置されている。すなわち、延設部１４６ｂ，１４８ｂは、スロット１４６，１４８において、電磁気的な結合によって給電パターン１６０から高周波電流が供給される部位としての機能を果たす。このように、複数のスロット１４４（１４６，１４８）が、螺旋部１４６ａ，１４８ａの外周側の端部付近から向きを変えて外周方向に延びる延設部１４６ｂ，１４８ｂを有し、給電パターン１６０が延設部１４６ｂ，１４８ｂと重なるように設けられた構成とすると、給電パターン１６０を複雑な形状としなくとも、スロット１４４（１４６，１４８）に対して給電することができる。

また、スロット１４６，１４８はともに４本ずつ設けられており、導電層１４０の平面方向において、螺旋部１４６ａ，１４８ａが外周側から交互に配置され、各４本のスロット１４６，１４８がアンテナ軸１０２を中心として回転対称にそれぞれ設けられている。このように、導電層１４０の平面方向において、複数のスロット１４４のうち、電気長を同じくするスロット１４４（１４６，１４８）が、アンテナ軸１０２を中心として回転対称に設けられた構成とすると、対称性がよくなり、アンテナ特性（円偏波の指向性）をさらに向上することができる。なお、本実施形態においては、それぞれのスロット１４４（１４６，１４８）において、螺旋部１４６ａ，１４８ａと延設部１４６ｂ，１４８ｂとの連結部を、アンテナ軸１０２を中心とした同一円周上としている。したがって、図１，２に示すように、電気長の関係上、電気長の長いスロット１４８の螺旋部１４８ａが、内周側において、間に螺旋部１４６ａを挟まずに連続して設けられている。

また、導電層１４０において、導電部材１４２はＧＮＤとして機能する。以下において、導電部材１４２のうち、スロット１４４（１４６，１４８）の螺旋部１４６ａ，１４８ａよりも外周側を外周側部位１４２ａ、螺旋部１４６ａ，１４８ａよりも内周側を内周側部位１４２ｂ、螺旋部１４６ａ，１４８ａの間を螺旋間部位１４２ｃとする。なお、外周側部位１４２ａの面積は、内周側部位１４２ｂの面積よりも大きく、ＧＮＤとして機能するに足る面積に設定されている。このような構成とすると、内周側部位１４２ｂの面積を大きくして、ＧＮＤとしての機能を発揮する構成に比べて、誘電体基板１２０（導電層１４０）の平面方向にけるアンテナ装置１００の体格を小型化することができる。

給電パターン１６０は、スロット１４４（１４６，１４８）へ高周波信号を給電するための給電線（特許請求の範囲に記載の給電線に相当）であり、スロット１４４（１４６，１４８）に対して外周側の端部付近から給電すべく、誘電体基板１２０（導電層１４０）の平面方向において、導電部材１４２の内周側部位１４２ｂとは重ならず、少なくとも外周側部位１４２ａと重なるように設けられている。本実施形態においては、誘電体基板１２０の導電層１４０形成面の裏面に貼着された導体箔をエッチングして所定のパターンとすることにより、全てが導電部材１４２の外周側部位１４２ａと重なるように給電パターン１６０が構成されている。

ここで、同じ長さの給電パターン１６０を、導電部材１４２の内周側部位１４２ｂと外周側部位１４２ａにそれぞれ設けるとする。アンテナ軸１０２を中心とした円を考えた場合、中心からの距離が長くなるほどそれに比例して円周の長さも長くなる。したがって、内周側部位１４２ｂにおける配置では給電パターン１６０を例えば４重の螺旋としなければならないところを、外周側部位１４２ａであれば例えば１重の螺旋ですむこととなる。すなわち、誘電体基板１２０（導電層１４０）の平面方向において、給電パターン１６０を外周側部位１４２ａに配置した方が、内周側部位１４２ｂに配置するよりも、アンテナ装置１００の体格を小型化することができる。

より具体的には、図３に示すように、給電パターン１６０は、外周側の端部に設けられた外部（本実施形態においてはコネクタ）との接続部である外部接続部１６２と、外部接続部１６２を介して外部から給電された高周波信号をインピーダンスマッチング（整合）する整合部１６４と、整合された高周波信号を電磁気的な結合によってスロット１４４（１４６，１４８）に供給する供給部１６６と、供給部１６６の終端に設けられた終端抵抗部１６８と、終端抵抗部１６８に隣接して設けられ、終端抵抗部１６８と導電部材１４２の外周側部位１４２ａとを電気的に接続するスルーホール１７０とにより構成される。

供給部１６６は、誘電体基板１２０（導電層１４０）の平面方向において、スロット１４４（１４６，１４８）の延設部１４６ｂ，１４８ｂのそれぞれと重なるように設けられている。本実施形態においては、全ての延設部１４６ｂ，１４８ｂが、給電パターン１６０と２回重なるように、供給部１６６が、導電層１４０側から見て螺旋部１４６ａ，１４８ａと逆旋（給電パターン１６０側から見て反時計周り）の螺旋状に設けられている。なお、図１に示すように、延設部１４８ｂの１つを除いて残りの延設部１４６ｂ，１４８ｂが、供給部１６６と２回重なる構成とされているが、全ての延設部１４６ｂ，１４８ｂが、供給部１６６と２回重なる構成としても良い。また、給電パターン１６０とスロット１４４（１４６，１４８）の延設部１４６ｂ，１４８ｂとの重なりは、２箇所に限定されるものではない。３箇所以上としても良いし、１箇所としても良い。同一の延設部１４６ｂ，１４８ｂにおいて、重なり部分を複数とする場合には、高周波信号の位相差を考慮して、高周波信号を互いに打ち消しあわないように重なり部分の間隔を設定すれば良い。

繋ぎパターン１７２は、導電部材１４２の内周側部位１４２ｂと外周側部位１４２ａとを電気的に接続するものであり、特許請求の範囲に記載の繋ぎ線のうち、接続部に相当する。本実施形態においては、給電パターン１６０と同一の製造工程により、誘電体基板１２０の一面に繋ぎパターン１７２が構成されている。すなわち、誘電体基板１２０の導電層１４０形成面の裏面に貼着された導体箔をエッチングして所定のパターンとすることにより、繋ぎパターン１７２が構成されている。図１及び図３に示すように、繋ぎパターン１７２の一端は、誘電体基板１２０に設けられたスルーホール１７４（特許請求の範囲に記載の内周側貫通部）を介して、導電部材１４２の内周側部位１４２ｂと電気的に接続されている。また、繋ぎパターン１７２の他端は、上述したスルーホール１７０（特許請求の範囲に記載の外周側貫通部としての機能を兼ねる）を介して、導電部材１４２の外周側部位１４２ａと電気的に接続されている。なお、本実施形態においては、図１に示すように、スルーホール１７４をアンテナ軸１０２と重なる位置に設けている。しかしながら、スルーホール１７４の形成位置は、その一端が内周側部位１４２ｂと接する位置であれば、特に限定されるものではない。

また、スルーホール１７０（繋ぎパターン１７２と外周側部位１４２ａとの接続部位）は、給電パターン１６０と外部との接続部である外部接続部１６２の近傍に設けられている。すなわち、誘電体基板１２０（導電層１４０）の平面方向において、繋ぎパターン１７２は、内周側部位１４２ｂから外周側部位１４２ａの外部接続部１６２の方向に引き出された構成となっている。

なお、誘電体基板１２０の給電パターン１６０形成面には、上述した給電パターン１６０と繋ぎパターン１７２以外にも、外部（コネクタ）のＧＮＤ端子と電気的に接続されるＧＮＤ接続部１７６が設けられている。このＧＮＤ接続部１７６は、誘電体基板１２０に設けられたスルーホール１７６ａを介して、導電部材１４２の外周側部位１４２ａと電気的に接続されている。このように、外部接続部１６２と同一面にＧＮＤ接続部１７６を設けているので、外部との接続が容易である。

次に、このように構成されるアンテナ装置１００において、図１及び図３を用いて、アンテナの動作を説明する。外部接続部１６２及びＧＮＤ接続部１７６にコネクタが電気的に接続された状態で、コネクタを介して高周波信号が給電されると、外部接続部１６２に注入された高周波信号は整合部１６４にて整合され、供給部１６６に沿って螺旋状に進行していく。そして、高周波信号は、供給部１６６の終端に設けられた終端抵抗部１６８及びスルーホール１７０を介して、ＧＮＤである導電部材１４２の外周側部位１４２ａへ伝達される。給電パターン１６０を進行する過程で、高周波信号はスロット１４４（１４６，１４８）の延設部１４６ｂ，１４８ｂと電磁気的に結合する。これにより、延設部１４６ｂ，１４８ｂを介して高周波電流が螺旋部１４６ａ，１４８ａに伝達され、螺旋部１４６ａ，１４８ａの螺旋形状に沿って高周波電流が流れることとなる。したがって、スロット１４４周辺（主として螺旋部１４６ａ，１４８ａ）に高周波電流に起因した電磁界が生じるので、アンテナ軸１０２に沿って、導電層１４０の前方（誘電体基板１２０との反対側）及び後方（誘電体基板１２０側）の両方向に対して円偏波を放射乃至受信することができる。なお、本実施形態においては、螺旋部１４６ａ，１４８ａの内周側端部に高周波電流が到達すると、高周波電流は、ＧＮＤである導電部材１４２の内周側部位１４２ｂに設けられたスルーホール１７４を介して、繋ぎパターン１７２に伝達される。そして、繋ぎパターン１７２及びスルーホール１７０を介して、ＧＮＤである導電部材１４２の外周側部位１４２ａへ伝達される。

このように本実施形態に係るアンテナ装置１００によると、アンテナエレメントとして導電部材１４２に螺旋状のスロット１４４を設けているので、円偏波を放射乃至受信することができる。また、アンテナ軸１０２を同一として、このようなスロット１４４を複数設けているので、アンテナ特性を向上（円偏波の指向性を向上）することができる。また、複数のスロット１４４として、互いに電気長の異なる少なくとも２種類のスロット１４６，１４８をそれぞれ複数含むので、１つのアンテナ装置１００において、波長の異なる複数の円偏波を放射乃至受信することができるとともに、それぞれにおいてアンテナ特性を向上することができる。さらには、誘電体基板１２０（導電層１４０）の平面方向において、スロット１４６及びスロット１４８を、それぞれアンテナ軸１０２を中心として回転対称に設けているので、アンテナ特性をさらに向上することができる。

また、本実施形態においては、それぞれのスロット１４４（１４６，１４８）に対して外周側の端部付近から給電するように給電パターン１６０を設けている。したがって、スロット１４４に対して内周側から給電する構成に比べて、給電パターン１６０の大きさがアンテナ装置１００の平面方向の大きさに与える影響を小さくすることができる。すなわち、従来よりもアンテナ装置１００の体格を小型化することができる。

また、本実施形態においては、複数のスロット１４４（１４６，１４８）として、螺旋部１４６ａ，１４８ａの外周側端部からアンテナ軸１０２を中心として外周方向に放射状に延びる延設部１４６ｂ，１４８ｂを設け、延設部１４６ｂ，１４８ｂに対して給電パターン１６０から高周波電流が供給されるようにしている。したがって、部分的にスロット１４４と重なるように給電パターン１６０を複雑な形状としなくとも、スロット１４４に対して給電することができる。なお、延設部１４６ｂ，１４８ｂの形状は放射状に限定されるものではない。また、螺旋部１４６ａ，１４８ａの外周側端部に連結する構成に限定されるものではない。螺旋部１４６ａ，１４８ａの外周側の端部付近から向きを変えて外周方向に延びる形状であれば採用することができる。

また、本実施形態においては、繋ぎパターン１７２（及び、スルーホール１７０，１７４）によって、導電部材１４２の内周側部位１４２ｂと外周側部位１４２ａとを電気的に接続している。したがって、スロット１４４（１４６，１４８）に対して外周側から給電しても、高周波電流は内周側部位１４２ｂから外周側部位１４２ａに逃げるので、内周側部位１４２ｂの電位が高周波的に不安定とならず、アンテナ特性を安定化させることができる。

また、本実施形態においては、繋ぎパターン１７２と導電部材１４２の外周側部位１４２ａとの接続部位（スルーホール１７０）が、給電パターン１６０の外部接続部１６２近傍とされている。接続部位が外部接続部１６２から離れていると、繋ぎパターン１７２によって内周側部位１４２ｂから外周側部位１４２ａに逃がした高周波電流は、外周側部位１４２ａにおいて、外部接続部１６２方向（ＧＮＤ接続部１７６方向）へ伝達されるので、その分、アンテナ特性が低下する恐れがある。これに対し、本実施形態に示すように、接続部位を外部接続部１６２の近傍とすると、逃がした高周波電流の外周側部位１４２ａにおける伝達を抑制し、アンテナ特性をより向上することができる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態を、図４及び図５に基づいて説明する。図４は、本実施形態に係るアンテナ装置１００の概略構成を示す分解斜視図である。図５は、組み付けた状態を示す斜視図である。なお、図４においては、給電パターン１６０と繋ぎパターン１７２を誘電体基板１２０と離して図示しているが、実際は、第１実施形態に示したように、誘電体基板１２０上に配置されている。

第２実施形態に係るアンテナ装置１００は、第１実施形態によるものと共通するところが多いので、以下、共通部分については詳しい説明は省略し、異なる部分を重点的に説明する。なお、第１実施形態と同一の構成要素については、第１実施形態と同一の符号を付与する。

図４及び図５に示すように、本実施形態に係るアンテナ装置１００は、第１実施形態に示したアンテナ装置１００に対し、要部として、高誘電部材１８０と反射部材２００をさらに付加した点を特徴とする。

高誘電部材１８０は、誘電体基板１２０よりも比誘電率の高い材料からなり、導電層１４０上であって、スロット１４４（１４６，１４８）の少なくとも一部を被覆するように導電層１４０に対して接触配置される。このように、高誘電部材１８０を導電層１４０（換言すればスロット１４４）に対して接触配置すると、誘電体中において波長が短くなる波長短縮効果が大きいため、この効果によって、所望の周波数で共振するスロット１４４（１４６，１４８）の電気長を効果的に短くすることができる。すなわち、アンテナ装置１００の体格を、第１実施形態に示す構成に対して、さらに小型化することができる。また、同じ電気長であれば、高誘電部材１８０のない構成よりも低い周波数の円偏波を放射乃至受信することができる。なお、誘電体基板１２０による波長短縮効果によっても、スロット１４４（１４６，１４８）の電気長を短くすることができる。しかしながら、誘電体基板１２０の場合、導電層１４０、給電パターン１６０、及び繋ぎパターン１７２を所望の位置関係に保持する機能を果たすため、波長短縮効果のみを考慮して厚さや大きさを設計することができない。これに対し、誘電体基板１２０とは別に高誘電部材１８０を設けることで、スロット１４４（１４６，１４８）の電気長を効果的に短くすることができる。

本実施形態においては、高誘電部材１８０として、セラミック等を含み、比誘電率が１５〜２０程度のものを採用している。そして、図４及び図５に示すように、スロット１４４（１４６，１４８）が全て被覆されるように、導電層１４０に対して接触配置している。より詳しくは、高誘電部材１８０の平面形状及び大きさを、誘電体基板１２０の平面形状及び大きさと同一としている。このように、スロット１４４（１４６，１４８）において、高誘電部材１８０による被覆範囲が増えるほど、波長短縮効果の影響が大きくなり、結果としてアンテナ装置１００の体格をより小型化することができる。なお、第１実施形態においては、螺旋部１４６ａ，１４８ａの長さを１波長程度としていたが、同一の構成に高誘電部材１８０の効果を付与することにより、本実施形態においては、スロット１４６の螺旋部１４６ａの長さを７０ｍｍ、スロット１４８の螺旋部１４８ａの長さを９０ｍｍとしている。ただし、スロット１４４を被覆する高誘電部材１８０の体積が増加すると、誘電損失も増加するため、誘電損失と波長短縮効果との間でバランスをとることが好ましい。

反射部材２００は、特許請求の範囲に記載の電波反射部材に相当し、導電層１４０の後方（誘電体基板１２０側）に放射されるスロット１４４の螺旋方向とは逆旋の円偏波、又は、導電層１４０の誘電体基板１２０側からの受信を低減するものであり、導電層１４０に対して、間に給電パターン１６０を挟むように所定距離隔てて配置（すなわち、導電層１４０に対して平行配置）される。

このような反射部材２００としては公知のものを採用することができる。本実施形態においては、その一例としてＥＢＧ（Electromagnetic Band Gap）を採用している。ＥＢＧは、誘電体基板上の表面に多角形（例えば六角形）の金属電極を周期的に配置し、各金属電極と誘電体基板の裏面に形成された金属膜との間を、誘電体基板を貫通するビアホール内の接続材料にてそれぞれ電気的に接続してなる構造体である。ＥＢＧは、上述した構造がインダクタ（Ｌ）とキャパシタ（Ｃ）が連続的に接続された回路の特性を示すため、特定周波数においてＬＣの共振が発生し、表面を高周波信号が伝達する際のインピーダンスが高くなる現象が発生する。このインピーダンスが高くなる周波数領域をバンドギャップと呼んでいる。本実施形態においては、導電層１４０の後方にＥＢＧを配置し、スロット１４４（１４６，１４８）とＥＢＧの共振周波数を合致させている。したがって、導電層１４０の後方に放射された高周波信号を、ＥＢＧのＬＣ共振の効果によって減衰させることができる。すなわち、反射部材２００の効果によって、導電層１４０の前方（誘電体基板１２０と反対側）に円偏波を効率よく放射することができる。

なお、図４及び図５に示す符号２２０は、支持部材である。本実施形態おいて、支持部材２２０は、誘電体基板１２０の平面形状と同一の内周形状を有する金属製の筒状部材として構成されている。そして、一方の開口端が接触するように反射部材２００の一面上に支持部材２２０が配置された状態で、筒内に給電パターン１６０が配置されるように、支持部材２２０の他方の開口端上に誘電体基板１２０の給電パターン１６０形成面が接触配置されている。そして、誘電体基板１２０の導電層１４０形成面上に高誘電部材１８０が接触配置されて、アンテナ装置１００が構成されている。

次に、本実施形態に係るアンテナ装置１００の効果について、図６及び図７を用いて説明する。図６は、アンテナの指向性を示す図であり、（ａ）は１．５７５ＧＨｚ（スロット１４６）、（ｂ）は１．２２７ＧＨｚ（スロット１４８）である。図７は、周波数と電圧定在波比（ＶＳＷＲ）との関係を示す図である。なお、図６（ａ），（ｂ）においては、導電層１４０とアンテナ軸１０２との交点を中心とし、アンテナ軸１０２に沿う導電層１４０の前方（誘電体基板１２０と反対側）位置を０°、導電層１４０の平面に沿う方向を９０°，２７０°、アンテナ軸１０２に沿う導電層１４０の後方（誘電体基板１２０側）位置を１８０°としている。また、図６（ａ），（ｂ）においては、反時計方向の螺旋（左旋）の螺旋部１４６ａ，１４８ａに対し、右旋の円偏波を実線で示し、弱いながらも右旋の円偏波とともに放射される左旋の円偏波も参考として破線で示している。

図６（ａ），（ｂ）に示すように、それぞれの周波数（１．５７５ＧＨｚ、１．２２７ＧＨｚ）において、導電層１４０の前方（誘電体基板１２０と反対側）に円偏波を効率よく放射することができることが明らかである。また、それぞれの周波数において、アンテナ特性（円偏波の指向性）が向上されていることが明らかである。また、図７に示すように、それぞれの周波数において、ＶＳＷＲ（Voltage Standing Wave Ratio）が２以下であるので、実用上特に問題がないことが明らかである。

このように本実施形態に係るアンテナ装置１００によると、高誘電部材１８０の効果によって、スロット１４４（１４６，１４８）の電気長を短くすることができる。すなわち、アンテナ装置１００の体格を小型化することができる。

また、反射部材２００の効果によって、導電層１４０の後方に放射される高周波信号を低減し、導電層１４０の前方（誘電体基板１２０と反対側）に円偏波を効率よく放射することができる。

また、本実施形態においては、支持部材２２０としての筒状部材を金属製としている。したがって、支持部材２２０が導電部材１４２とともにＧＮＤとしての機能を果たすので、アンテナ特性をより安定化することができる。また、反射部材２００として筒状部材を採用すると、高周波信号を減衰させるために、導電層１４０と反射部材２００との対向距離を所定距離（例えば１／４波長程度）にするような場合、筒状部材の長さによって対向距離を規定することができる。

なお、本実施形態においては、アンテナ装置１００として、高誘電部材１８０と反射部材２００をともに備える例を示した。しかしながら、高誘電部材１８０と反射部材２００の一方のみを備える構成としても良い。

また、本実施形態においては、導電層１４０の後方に放射される高周波信号を低減するために、反射部材２００としてＥＢＧを配置する例を示した。しかしながら、高周波信号を吸収する公知の電波吸収部材を配置することで、導電層１４０の後方に放射される高周波信号を低減するようにしても良い。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態になんら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々変形して実施することが可能である。

本実施形態においては、誘電体基板１２０の両表面に配置された導体箔をパターニングして、導電層１４０、給電パターン１６０、及び繋ぎパターン１７２が構成されている例を示した。しかしながら、誘電体基板１２０の両面にそれぞれ構成される導電層１４０、給電パターン１６０、及び繋ぎパターン１７２は上記例に限定されるものではない。例えば、導電性ペーストをスクリーン印刷することによって構成されても良い。

本実施形態においては、誘電体基板１２０及び導電層１４０の平面方向における外周形状が円形である例を示した。しかしながら、円形に特に限定されるものではなく、矩形状等を採用することもできる。また、誘電体基板１２０と導電層１４０を互いに異なる形状としても良い。

本実施形態においては、スロット１４４（１４６，１４８）の螺旋部１４６ａ，１４８ａの形状が、アルキメデススパイラルの例を示した。しかしながら、螺旋部１４６ａ，１４８ａの形状は、特に上記例に限定されるものではなく、螺旋状であれば良い。

本実施形態においては、複数のスロット１４４として、電気長の異なる２種類のスロット１４６，１４８をそれぞれ複数含む例を示した。しかしながら、スロット１４４として、すべてを同じ電気長としても良いし、電気長の異なる３種類以上のスロット１４４をそれぞれ複数含んでも良い。

本実施形態においては、スロット１４４（１４６，１４８）が、それぞれ螺旋部１４６ａ，１４８ａと延設部１４６ｂ，１４８ｂを有し、給電パターン１６０が延設部１４６ｂ，１４８ｂと重なって配置される例を示した。しかしながら、給電パターン１６０は、少なくとも螺旋部１４６ａ，１４８ａを有し、スロット１４４の一部として外周側の端部付近と重なって配置されれば良い。

また、本実施形態においては、螺旋部１４６ａ，１４８ａが、アンテナ軸１０２を中心に反時計方向に螺旋を巻く左旋の例を示した。しかしながら、アンテナ軸１０２を中心に時計方向に螺旋を巻く右旋としても良い。すなわち、導電層１４０側から見て、螺旋部１４６ａ，１４８ａと給電パターン１６０の供給部１６６の螺旋方向を同一向きとしても良い。この場合にも、導電層１４０側から見て、螺旋部１４６ａ，１４８ａと給電パターン１６０の供給部１６６の螺旋方向が逆向きと同等乃至それに準ずる効果を期待することができる。

第１実施形態に係るアンテナ装置を、導電層側から見た平面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。 アンテナ装置を、給電パターン側から見た平面図である。 第２実施形態に係るアンテナ装置の概略構成を示す分解斜視図である。 組み付けた状態を示す斜視図である。 アンテナの指向性を示す図であり、（ａ）は１．５７５ＧＨｚ、（ｂ）は１．２２７ＧＨｚである。 周波数と電圧定在波比（ＶＳＷＲ）との関係を示す図である。

符号の説明

１００・・・アンテナ装置
１０２・・・アンテナ軸
１２０・・・誘電体基板（誘電体）
１４０・・・導電層
１４２・・・導電部材
１４２ａ・・・外周側部位
１４２ｂ・・・内周側部位
１４４，１４６，１４８・・・スロット
１４６ａ，１４８ａ・・・螺旋部
１４６ｂ，１４８ｂ・・・延設部
１６０・・・給電パターン（給電線）
１７２・・・繋ぎパターン（繋ぎ線のうち、接続部）

Claims (9)

1. 平板状の導電部材に対し、アンテナエレメントとして前記導電部材の板厚方向に貫通する螺旋状のスロットを、アンテナ軸を同一として複数設けてなる導電層と、
   誘電体を介して、前記導電層と所定距離隔てて配置され、前記スロットに給電する給電線と、を備えるアンテナ装置であって、
   前記導電層の平面方向において、前記給電線は、複数の前記スロットのうち、それぞれの外周側の端部付近と前記誘電体を介して重なるように設けられ、
   前記導電部材のうち、前記スロットに対する内周側部位と、前記スロットに対する外周側部位が、前記導電部材とは異なる繋ぎ線によって、電気的に接続されていることを特徴とするアンテナ装置。
2. 前記導電層の平面方向において、前記繋ぎ線と前記導電部材の外周側部位との接続部位が、前記給電線と外部との接続部位近傍とされていることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
3. 前記誘電体は平板状の誘電体基板であり、
   前記誘電体基板の一面側に前記導電層が設けられ、前記導電層が設けられた面の裏面側に前記給電線が設けられ、
   前記繋ぎ線は、前記誘電体基板を貫通し、前記導電部材の内周側部位と電気的に接続された内周側貫通部及び前記導電部材の外周側部位と電気的に接続された外周側貫通部と、前記誘電体基板の裏面側において前記内周側貫通部と前記外周側貫通部とを電気的に接続する接続部とを含むことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のアンテナ装置。
4. 複数の前記スロットとして、互いに電気長の異なる少なくとも２種類のスロットをそれぞれ複数含むことを特徴とする請求項１〜３いずれか１項に記載のアンテナ装置。
5. 前記導電層の平面方向において、複数の前記スロットのうち、前記電気長を同じくするスロットが、前記アンテナ軸を中心として回転対称に設けられていることを特徴とする請求項４に記載のアンテナ装置。
6. 複数の前記スロットは、螺旋状の螺旋部と、前記螺旋部の外周側の端部付近から向きを変えて外周方向に延びる延設部を有し、
   前記給電線は、前記スロットの延設部と重なるように設けられていることを特徴とする請求項１〜５いずれか１項に記載のアンテナ装置。
7. 前記導電層上であって、前記スロットの少なくとも一部を被覆するように、前記誘電体よりも比誘電率の高い高誘電部材が前記導電層に対して接触配置されていることを特徴とする請求項１〜６いずれか１項に記載のアンテナ装置。
8. 前記高誘電部材によって、前記スロットが全て被覆されていることを特徴とする請求項７に記載のアンテナ装置。
9. 前記導電層に対して、間に前記給電線を挟むように所定距離隔てて配置された電波反射部材又は電波吸収部材を備えることを特徴とする請求項１〜８いずれか１項に記載のアンテナ装置。

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