JP2008113277A - アンテナ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】通信範囲に対応した設計が可能なアンテナ装置を提供する。
【解決手段】アンテナ装置は、給電部と、複数のアンテナ素子を備える。複数のアンテナ素子の各々は、誘電体１０１と、ビアホール７１〜７８と、スロット８１，８２とを含む。ビアホール７１〜７７は、誘電体１０１の側面に沿って配置される。ビアホール７８は、誘電体１０１の幅方向ＤＲ２の中央部に誘電体１０１の長さ方向ＤＲ１に沿って配置される。スロット８１，８２の各々は、複数のスロットからなる。複数のスロットのうちビアホール７４に最も近い位置に配置されたスロットとビアホール７４との距離および複数のスロットの隣接する２つのスロット間の間隔は、アンテナ装置の通信距離を決定する。
【選択図】図２

Description

この発明は、アンテナ装置に関し、特に、通信範囲に対応した設計が可能なアンテナ装置に関するものである。

近年、デジタルコンテンツおよびデータベース等を取り扱うファイル容量が増大しており、ユビキタスネットワーク社会へ向け、高速無線通信技術の需要が益々高まっている。

このような容量が益々増大するデータを送受信するには、無線通信の帯域は、広い方がよい。したがって、広い帯域を確保できるミリ波帯アンテナによって、超高速ギガビット無線ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）を実現することが期待されている。

そして、超高速ギガビット無線ＬＡＮを行なう場面としては、ミリ波帯アンテナを室内の天井に装着し、数メールの範囲で無線通信を行なう場面が想定される。このようなアンテナの設計においては、アンテナのアジマス面の３６０度の方向に電力を給電することが要求される。

従来、アジマス面の３６０度の各方向にビームを形成する場合、各方向に対応したセクタ毎に給電素子が設けられていた（非特許文献１）。
丸山、上原、鹿子嶋，"ものポール八木・宇田アレーアンテナを用いた無線ＬＡＮ小型マルチセクタアンテナの解析と設計"，信学技法，’９７／５ Ｖｏｌ．Ｊ８０−Ｂ−ＩＩ Ｎｏ．５ ｐｐ．４２４−４３３．

しかし、従来のアンテナにおいては、通信範囲に対応してアンテナを設計することが困難であるという問題がある。

また、複数のアンテナ素子を有するアンテナにおいては、隣接する２つのアンテナ素子の境界における利得が低下するという問題がある。

そこで、この発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、その目的は、通信範囲に対応した設計が可能なアンテナ装置を提供することである。

また、この発明の別の目的は、隣接する２つのアンテナ素子の境界における利得を向上可能なアンテナ装置を提供することである。

この発明によれば、アンテナ装置は、１個の給電部と、複数のアンテナ素子とを備える。複数のアンテナ素子は、１個の給電部の周囲に配置される。そして、複数のアンテナ素子の各々は、誘電体と、素子給電部と、金属薄膜と、複数の第１のビアホールと、複数の第２のビアヒールと、複数のスロットとを含む。誘電体は、略平板形状からなる。素子給電部は、誘電体の一方端側に形成され、１個の給電部の一部を構成する。金属薄膜は、誘電体の表面および裏面に形成される。複数の第１のビアホールは、誘電体の長さ方向における両側の側面に沿って配置される。複数の第２のビアホールは、給電部と反対側の誘電体の他方端側において誘電体の側面に形成され、長さ方向に垂直な誘電体の幅方向に沿って配置される。複数のスロットは、誘電体の表面および裏面のいずれか一方に形成され、誘電体の長さ方向に沿って配置される。そして、複数のスロットの隣接するスロット間の間隔および複数のスロットのうち給電部から最も遠い位置に配置されたスロットと複数の第２のビアホールとの距離は、複数のアンテナ素子の通信距離を決定する。

好ましくは、アンテナ装置は、貫通孔を更に備える。貫通孔は、誘電体の他方端側に形成され、周囲が金属で覆われている。貫通孔と素子給電部との距離は、複数の第２のビアホールと素子給電部との距離よりも長い。

好ましくは、貫通孔と複数の第２のビアホールとの距離は、隣接する２つのアンテナ素子の境界に沿った方向における利得を最大にする距離に設定される。

好ましくは、誘電体の面内方向における貫通孔の形状は、幅方向に長辺が配置された略長方形の形状からなる。

好ましくは、スロット間の間隔は、複数の第２のビアホールから素子給電部に向かうに従って広くなる。

好ましくは、複数のスロットの長さは、複数の第２のビアホールから素子給電部に向かうに従って短くなる。

この発明によるアンテナ装置においては、各アンテナ素子の複数のスロットの隣接するスロット間の間隔および複数のスロットのうち給電部から最も遠い位置に配置されたスロットと複数の第２のビアホールとの距離は、複数のアンテナ素子の通信距離を決定する。即ち、隣接するスロット間の間隔および複数のスロットのうち給電部から最も遠い位置に配置されたスロットと複数の第２のビアホールとの距離は、アンテナ装置の通信範囲に応じて決定される。

従って、この発明によれば、通信範囲に対応してアンテナ装置を設計できる。

また、この発明によれば、アンテナ装置は、ビアホールの外側に周囲が金属によって覆われた貫通孔を更に備える。

従って、この発明によれば、隣接する２つのアンテナ素子の境界における利得を向上できる。

本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。

［実施の形態１］
図１は、この発明の実施の形態１によるアンテナ装置の構成を示す斜視図である。この発明の実施の形態１によるアンテナ装置１００は、誘電体１０と、金属薄膜２０，３０と、給電部４０と、スイッチ５１〜５８と、アンテナ素子６１〜６８とを備える。なお、アンテナ装置１００は、ミリ波帯の電波を送受信するアンテナ装置である。

誘電体１０は、略正八角形からなり、１．２ｍｍの厚み、２．１７の比誘電率ε_ｒおよびｔａｎδ＝０．０００６の誘電正接を有する。金属薄膜２０は、例えば、銅薄膜からなり、誘電体１０の表面に形成される。金属薄膜３０は、例えば、銅薄膜からなり、誘電体１０の裏面に形成される。

給電部４０は、誘電体１０の略中央部に設けられる。スイッチ５１〜５８は、それぞれ、アンテナ素子６１〜６８の給電部４０側の一方端に設けられる。

給電部４０は、アンテナ装置１００に供給された電力を受け、その受けた電力を誘電体１０の平面内における３６０度の方向に放射する。スイッチ５１〜５８は、例えば、ビアホールに挿入された金属ポールからなり、金属ポールがビアホールに挿入されると、給電部４０から供給された電力を反射し、金属ポールがビアホールから抜かれると、給電部４０から供給された電力をそれぞれアンテナ素子６１〜６８へ供給する。

アンテナ素子６１〜６８は、それぞれ、スイッチ５１〜５８に対応して配置され、スイッチ５１〜５８を介して給電部４０から供給された電力を誘電体１０の表面から放射する。

図２は、図１に示すアンテナ素子６１の斜視図である。アンテナ素子６１は、誘電体１０１と、金属薄膜２１，３１と、ビアホール７１〜７８と、スロット８１，８２とを含む。

誘電体１０１は、誘電体１０の一部であり、略平板形状からなる。そして、誘電体１０１は、２５ｍｍの長さＬ１、９．８ｍｍの幅Ｗ１および１．２ｍｍの厚みＤ１を有する。

金属薄膜２１は、金属薄膜２０の一部であり、誘電体１０１の表面に形成される。金属薄膜３１は、金属薄膜３０の一部であり、誘電体１０１の裏面に形成される。

ビアホール７１，７３は、誘電体１０１の長さ方向ＤＲ１に沿って誘電体１０１の側面１０１Ａ側に配置される。ビアホール７２は、誘電体１０１の幅方向ＤＲ２に沿ってビアホール７１とビアホール７３との間に配置される。

ビアホール７４は、誘電体１０１の幅方向ＤＲ２に沿って誘電体１０１の側面１０１Ｂ側に配置される。ビアホール７５，７７は、誘電体１０１の長さ方向ＤＲ１に沿って誘電体１０１の側面１０１Ｃ側に配置される。ビアホール７６は、誘電体１０１の幅方向ＤＲ２に沿ってビアホール７５とビアホール７７との間に配置される。ビアホール７８は、誘電体１０１の長さ方向ＤＲ１に沿って誘電体１０１の幅方向ＤＲ２の略中央部に配置される。そして、ビアホール７１とビアホール７７との間隔、ビアホール７３とビアホール７８との間隔およびビアホール７５とビアホール７８との間隔ａは、全て等しく、例えば、３．１ｍｍに設定される。

スロット８１は、誘電体１０１の長さ方向ＤＲ１に沿ってビアホール７３とビアホール７８との間に配置され、スロット８２は、誘電体１０１の長さ方向ＤＲ１に沿ってビアホール７５とビアホール７８との間に配置される。

図３は、図２に示すスロット８１の構成を示す平面図である。スロット８１は、スロット８１１〜８１８からなる。そして、スロット８１１は、給電部４０から最も遠い位置に配置され、スロット８１８は、給電部４０に最も近い位置に配置される。スロット８１２〜８１７は、スロット８１１からスロット８１８へ向かう方向に順次配置される。

スロット８１１〜８１８は、金属薄膜２１の一部を切り欠くことによって誘電体１０１の表面に形成される。そして、スロット８１１〜８１８は、全て同じ０．３ｍｍの幅を有する。また、スロット８１１は、１．９ｍｍの長さＬ２を有し、スロット８１２は、１．５ｍｍの長さＬ３を有し、スロット８１３は、１．４ｍｍの長さＬ４を有し、スロット８１４は、１．３ｍｍの長さＬ５を有し、スロット８１５は、１．２ｍｍの長さＬ６を有し、スロット８１６は、１．１ｍｍの長さＬ７を有し、スロット８１７は、１．０ｍｍの長さＬ８を有し、スロット８１８は、０．９ｍｍの長さＬ９を有する。

更に、スロット８１１とスロット８１２との間隔ｄ１は、１．４ｍｍであり、スロット８１２とスロット８１３との間隔ｄ２は、１．７ｍｍであり、スロット８１３とスロット８１４との間隔ｄ３は、１．７ｍｍであり、スロット８１４とスロット８１５との間隔ｄ４は、１．８ｍｍであり、スロット８１５とスロット８１６との間隔ｄ５は、１．９ｍｍであり、スロット８１６とスロット８１７との間隔ｄ６は、２．１ｍｍであり、スロット８１７とスロット８１８との間隔ｄ７は、２．１ｍｍである。

このように、スロット８１は、給電部４０から最も遠い位置から給電部４０に近づくに従って、長さが短くなり、かつ、間隔が広くなる複数のスロット８１１〜８１８からなる。

なお、スロット８２は、図３に示すスロット８１と同じ構成からなる。また、図１に示すアンテナ素子６２〜６８の各々は、図２に示すアンテナ素子６１と同じ構成からなる。

また、図２には、図示されていないが、アンテナ素子６１は、ビアホール７１，７７側に素子給電部を含む。この素子給電部は、アンテナ装置１００の場合、図１に示す給電部４０を８分の１に分割した一部の給電部からなり、一般的に、アンテナ装置１００がｎ（ｎは正の整数）個のアンテナ素子を備える場合、給電部４０をｎ分の１に分割した一部の給電部からなる。そして、給電部４０は、「１個の給電部」を構成する。

図４は、図２に示すビアホール７１〜７８を構成するビアホールの拡大図である。ビアホール７１〜７８の各々は、所定の間隔で直線状に配列された複数のビアホール７１１からなる。そして、ビアホール７１〜７８を構成する複数のビアホール７１１は、０．３０ｍｍの直径ｒを有し、０．５ｍｍの間隔ｄで直線状に配列される。

図５は、図１に示す給電部４０の拡大図である。給電部４０は、テーパ構造９０と同軸ケーブル１１０とによって挟まれる。 テーパ構造９０は、底部で０．１５ｍｍの直径Ｒ１を有し、上部で２．２ｍｍの直径Ｒ２を有し、０．６ｍｍの高さＨを有する。そして、同軸ケーブル１１０の内導体１１１は、テーパ構造９０の底部に接する。

同軸ケーブル１１０の内導体１１１がテーパ構造９０の底部に接する結果、給電部４０における電波の反射を抑圧できる。

図６は、図２に示すアンテナ素子６１の一部の拡大図である。また、図７は、方位角および仰角の概念図である。給電部４０から最も遠い位置に配置されたスロット８１１と、ビアホール７４との距離ｓは、０．５ｍｍに設定される。

アンテナ装置１００において、誘電体１０の面内方向にｘ−ｙ平面が設定され、誘電体１０の法線方向にｚ軸の正が設定される。そして、ｚ軸の正方向からｘ−ｙ平面方向への傾き角が仰角θとして定義され、ｘ−ｙ平面において、ｘ軸の正方向と成す角度が方位角φとして定義される。

そうすると、上述した０．５ｍｍからなる距離ｓは、主ビームのチルト方向を約−６０度の方向に設定する距離である。即ち、０．５ｍｍからなる距離ｓは、仰角θが約−６０度になる方向に主ビームを放射する。

このように、給電部４０から最も遠い位置に配置されたスロット８１１と、ビアホール７４との距離ｓは、アンテナ装置１００から放射される主ビームの方向を決定する。

アンテナ装置１００から放射される電波の平均波長をλ_ｍとすると、給電部４０から最も遠い位置に配置されたスロット８１１の長さＬ２＝１．９ｍｍは、０．５λ_ｍに相当し、スロット８１１〜８１８の幅＝０．３ｍｍは、０．０８λ_ｍに相当する。そして、６２．５ＧＨｚにおける自由空間波長をλ_０とすると、平均波長λ_ｍは、次式によって表される。

式（１）において、ε_ｒは、上述した誘電体１０（１０１）の比誘電率である。

また、ビアホール７１〜７８によって囲まれた誘電体１０１内の波長をλ_ｇとすると、ビアホール７４とスロット８１１との距離ｓは、約０．１λ_ｇに相当し、波長λ_ｇは、次式によって表される。

式（２）において、ａは、導波管（ビアホール７４，７４，７８またはビアホール７４，７５，７８によって囲まれた誘電体１０１）の幅であり、λ_ｅは、誘電体１０１中の波長である。そして、波長λ_ｅは、次式によって表される。

図８は、アンテナ装置１００の放射パターンを示す図である。なお、図８に示す放射パターンは、有限要素法電磁界シミュレータ（ＨＦＳＳ）を使用した解析結果である。図８に示すように、主ビームは、仰角θ＝−６０度にチルトしており、このときの方位角φ＝０度（各アンテナ素子６１〜６８の幅方向の中央部に沿った方向）における利得は、約１１．０ｄＢｉである。アンテナ装置１００は、アンテナ素子６１〜６８の幅方向の中央部における垂直面においては、ｓｅｃθに比例した放射パターンを示し、円錐面の電力半値幅（ＨＰＢＷ）は、θ＝−７０度〜−５０度の範囲において４０度であり、θ＞−５０度の範囲において５０度よりも大きい。

図９は、Ｓ_１１の解析結果を示す図である。図９において、縦軸は、Ｓ_１１を表し、横軸は、周波数を表す。Ｓ_１１＜−１０ｄＢを基準とした場合、約３ＧＨｚの整合帯域が確保されている。無線ＬＡＮの変復調方式として、ＯＦＤＭ方式およびＦＳＫ方式が想定されるが、ＯＦＤＭ方式では、１．２ＧＨｚの変調帯域幅が要求され、ＦＳＫ方式では、３ＧＨｚの変調帯域幅が要求される。

従って、アンテナ装置１００は、ＯＦＤＭ方式およびＦＳＫ方式の両方の方式における要求帯域幅を１チャネル分満足している。

図１０は、各アンテナ素子６１〜６８の幅方向における中央部と、隣接する２つのアンテナ素子の境界面とにおける垂直面内の放射パターンを示す図である。なお、図１０は、６２．５ＧＨｚにおける垂直面内の放射パターンを示す。図１０において、縦軸は、利得を表し、横軸は、仰角θを表す。また、曲線ｋ１は、各アンテナ素子６１〜６８の幅方向における中央部の垂直面内の放射パターンを示し、曲線ｋ２は、隣接する２つのアンテナ素子の境界面における垂直面内の放射パターンを示し、曲線ｋ３は、通信を確立するためにアンテナ単体に最低限必要とされる利得を示す。そして、通信を確立するためにアンテナ単体に最低限必要とされる利得は、表１に示す回線設計から求められる。

図１０に示すように、各アンテナ素子６１〜６８の中央部における垂直面内の利得および隣接する２つのアンテナ素子の境界面における垂直面内の利得は、通信を確立するためにアンテナ単体に最低限必要とされる利得よりも高い（曲線ｋ１〜ｋ３参照）。

そして、隣接する２つのアンテナ素子の境界面における垂直面内の利得は、各アンテナ素子６１〜６８の中央部における垂直面内の利得よりも一部低い（曲線ｋ１，ｋ２参照）。

各アンテナ素子６１〜６８の中央部における垂直面内の利得は、約−６０度の仰角において最大になり、約−６０度〜約＋４５度の範囲の仰角において徐々に低下する。そして、各アンテナ素子６１〜６８の中央部における垂直面内の利得が仰角に対して低下する割合は、各アンテナ素子６１〜６８に設けられたスロット８１１〜８１８の間隔ｄ１〜ｄ７と長さＬ２〜Ｌ９とによって決定される。

各アンテナ素子６１〜６８の中央部における垂直面内の利得が仰角に対して低下する割合を変化させれば、各アンテナ素子６１〜６８の中央部における垂直面内の利得が通信を確立するためにアンテナ単体に最低限必要とされる利得よりも高くなる仰角の範囲を変えることになるので、スロット８１１〜８１８の間隔ｄ１〜ｄ７および長さＬ２〜Ｌ９は、アンテナ装置１００から放射される電波の領域、即ち、アンテナ装置１００の通信距離を決定する。

上述したように、アンテナ装置１００においては、給電部４０から最も遠い位置に配置されたビアホール７４と、給電部４０から最も遠い位置に配置されたスロット８１１との距離ｓによって、アンテナ装置１００に垂直な面内における主ビームの方向を決定し、スロット８１１〜８１８の間隔ｄ１〜ｄ７と長さＬ２〜Ｌ９とによってアンテナ装置１００から放射される電波の領域を決定するので、アンテナ装置１００は、距離ｓおよびスロット８１１〜８１８の間隔ｄ１〜ｄ７および長さＬ２〜Ｌ９によって通信距離を決定することを特徴とする。

従って、この発明によれば、距離ｓおよびスロット８１１〜８１８の間隔ｄ１〜ｄ７および長さＬ２〜Ｌ９を用いることによって、通信範囲に対応してアンテナ装置を設計できる。

図１に示すスイッチ５１がオンされ、スイッチ５２〜５８がオフされた場合を例にしてアンテナ装置１００の動作について説明する。同軸ケーブル１１０を介して給電部４０に電波が供給されると、給電部４０は、その供給された電波を誘電体１０の平面内において３６０度の方向へ放射する。

そして、給電部４０からスイッチ５２〜５８へ伝搬した電波は、スイッチ５２〜５８によって反射される。この場合、垂直な方向からスイッチ５２〜５８に入射した電波は、スイッチ５２〜５８に垂直な方向に反射され、斜め方向からスイッチ５２〜５８に入射した電波は、斜め方向に反射される。その結果、スイッチ５２〜５８によって繰り返し反射された電波は、オンされたスイッチ５１を介してアンテナ素子６１へ供給される。

そして、アンテナ素子６１へ供給された電波は、アンテナ素子６１内を伝搬し、スロット８１，８２から放射される。この場合、アンテナ素子６１は、距離ｓおよびスロット８１１〜８１８の間隔ｄ１〜ｄ７および長さＬ２〜Ｌ９によって決定された通信範囲へ電波を放射する。

スイッチ５１以外のスイッチがオンされたときも、上述した動作によって１つのアンテナ素子から電波が放射される。

また、スイッチ５１〜５８のうち、２個以上のスイッチがオンされたときも、上述した動作に従って、２個以上のアンテナ素子から電波が放射される。

［実施の形態２］
図１１は、実施の形態２によるアンテナ装置の構成を示す斜視図である。実施の形態２によるアンテナ装置１００Ａは、図１に示すアンテナ装置１００のアンテナ素子６１〜６８をそれぞれアンテナ素子６１Ａ〜６８Ａに代えたものであり、その他は、アンテナ装置１００と同じである。

アンテナ素子６１Ａ〜６８Ａは、それぞれ、スイッチ５１〜５８に対応して配置される。そして、アンテナ素子６１Ａ〜６８Ａの各々は、自己に隣接する他のアンテナ素子との境界面における垂直面内の利得をアンテナ素子６１〜６８よりも高くする構造からなる。

図１２は、図１１に示すアンテナ素子６１Ａの斜視図である。アンテナ素子６１Ａは、図２に示すアンテナ素子６１に貫通孔１２０を追加したものであり、その他は、アンテナ素子６１と同じである。

なお、アンテナ素子６１Ａにおいては、誘電体１０１は、２６ｍｍの長さＬ１０を有する。

貫通孔１２０は、誘電体１０１の幅方向ＤＲ２に長辺が配置された略長方形の形状からなり、誘電体１０１の幅方向ＤＲ２に沿ってビアホール７４よりも側面１０１Ｂ側に配置される。即ち、貫通孔１２０は、貫通孔１２０と給電部４０との距離がビアホール７４と給電部４０との距離よりも長くなるように配置される。そして、貫通孔１２０の周囲は、金属１２１によって覆われている。

図１３は、図１２に示す貫通孔１２０近傍の拡大図である。スロット８１１とビアホール７４との距離ｓは、０．５ｍｍであり、ビアホール７４と貫通孔１２０との距離Ｌ１１は、０．６５ｍｍである。

また、貫通孔１２０は、誘電体１０１の長さ方向ＤＲ１に１ｍｍの長さＬ１２を有し、誘電体１０１の幅方向ＤＲ２に６．２ｍｍの長さＬ１３を有する。更に、貫通孔１２０と誘電体１０１の側面１０１Ｂとの距離Ｌ１４は、１ｍｍである。

なお、図１１に示すアンテナ素子６２Ａ〜６８Ａの各々は、図１２に示すアンテナ素子６１Ａと同じ構成からなる。

図１４は、図１１に示す各アンテナ素子６１Ａ〜６８Ａの幅方向における中央部と、隣接する２つのアンテナ素子の境界面とにおける垂直面内の放射パターンを示す図である。なお、図１４は、６２．５ＧＨｚにおける垂直面内の放射パターンを示す。

図１４において、縦軸は、利得を表し、横軸は、仰角θを表す。また、曲線ｋ４は、各アンテナ素子６１Ａ〜６８Ａの幅方向における中央部の垂直面内の放射パターンを示し、曲線ｋ５は、隣接する２つのアンテナ素子の境界面における垂直面内の放射パターンを示す。

図１４に示すように、各アンテナ素子６１Ａ〜６８Ａの中央部における垂直面内の利得および隣接する２つのアンテナ素子の境界面における垂直面内の利得は、通信を確立するためにアンテナ単体に最低限必要とされる利得よりも高い（曲線ｋ３〜ｋ５参照）。

そして、隣接する２つのアンテナ素子の境界面における垂直面内の利得は、各アンテナ素子６１Ａ〜６８Ａの中央部における垂直面内の利得よりも低い（曲線ｋ４，ｋ５参照）。

また、周囲が金属１２１によって覆われた貫通孔１２０を設けることによって、各アンテナ素子６１Ａ〜６８Ａの幅方向の中央部において、仰角θ＝−６０度付近の最大利得が約１．４ｄＢ上昇する（曲線ｋ４参照）。

更に、周囲が金属１２１によって覆われた貫通孔１２０を設けることによって、隣接する２つのアンテナ素子の境界面の利得は、仰角θ＝−６０度付近で約１ｄＢ上昇する（図１０の曲線ｋ２および図１４の曲線ｋ５参照）。これは、スロット８１１とビアホール７４との距離ｓを０．５ｍｍに設定し、ビアホール７４と貫通孔１２０との距離Ｌ１１を０．６５ｍｍに設定したからである。このように、この発明においては、スロット８１１とビアホール７４との距離ｓおよびビアホール７４と貫通孔１２０との距離Ｌ１１は、隣接する２つのアンテナ素子の境界に沿った方向における利得を最大にする距離に設定される。

更に、各アンテナ素子６１Ａ〜６８Ａの中央部における垂直面内の利得は、約−６０度の仰角において最大になり、約−６０度〜約＋４５度の範囲の仰角において徐々に低下する。そして、各アンテナ素子６１Ａ〜６８Ａの中央部における垂直面内の利得が仰角に対して低下する割合は、各アンテナ素子６１Ａ〜６８Ａに設けられたスロット８１１〜８１８の間隔ｄ１〜ｄ７および長さＬ２〜Ｌ９によって決定される。

各アンテナ素子６１Ａ〜６８Ａの中央部における垂直面内の利得が仰角に対して低下する割合を変化させれば、各アンテナ素子６１Ａ〜６８Ａの中央部における垂直面内の利得が通信を確立するためにアンテナ単体に最低限必要とされる利得よりも高くなる仰角の範囲を変えることになるので、スロット８１１〜８１８の間隔ｄ１〜ｄ７および長さＬ２〜Ｌ９は、アンテナ装置１００Ａから放射される電波の領域、即ち、アンテナ装置１００Ａの通信距離を決定する。

その他は、実施の形態１と同じである。

図１５は、無線ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）環境を示す概念図である。無線ＬＡＮ２００は、アクセスポイント２１０と、ユーザ端末２２０，２３０とからなる。

無線ＬＡＮ２００は、部屋２４０内に設置される。部屋２４０は、１０ｍの幅と、１０ｍの長さと、３ｍの高さとを有する。そして、アクセスポイント２１０は、部屋２４０の天井に設置され、ユーザ端末２２０，２３０は、天井から２ｍの高さｈに設置される。また、アクセスポイント２１０およびユーザ端末２２０，２３０の各々は、図１に示すアンテナ装置１００または図１１に示すアンテナ装置１００Ａを備える。

図１６は、図１５に示す無線ＬＡＮ環境において通信距離Ｒを２ｍ、３ｍ、４ｍ、および５ｍと変化させたときの送信機および受信機の合計利得を示す図である。

図１６において、縦軸は、送信機および受信機の合計利得を表し、横軸は、周波数を表す。また、＊は、図１に示すアンテナ装置１００を用いた場合の利得を示し、◆は、図１１に示すアンテナ装置１００Ａを用いた場合の利得を示し、破線は、回線設計から送信機および受信機の合計で要求される所要利得を示す。更に、図１６の（ａ）は、アンテナ素子の中央部における利得を示し、図１６の（ｂ）は、隣接する２つのアンテナ素子の境界部における利得を示す。

アンテナ素子の中央部における利得（図１６の（ａ）参照）について説明する。通信距離Ｒが２ｍである場合、アンテナ装置１００Ａを用いた場合の利得がアンテナ装置１００を用いた場合の利得よりも約２〜４ｄＢ低下しているが（曲線ｋ６，ｋ７参照）、通信距離が３ｍ以上である場合、アンテナ装置１００Ａを用いた場合の利得は、アンテナ装置１００を用いた場合の利得よりも高くなっている。より具体的には、通信距離が３ｍである場合、アンテナ装置１００Ａを用いた場合の利得は、アンテナ装置１００を用いた場合の利得よりも最大で約１ｄＢ高くなっており（曲線ｋ８，ｋ９参照）、通信距離が４ｍである場合、アンテナ装置１００Ａを用いた場合の利得は、アンテナ装置１００を用いた場合の利得よりも最大で約２ｄＢ高くなっており（曲線ｋ１０，ｋ１１参照）、通信距離が５ｍである場合、アンテナ装置１００Ａを用いた場合の利得は、アンテナ装置１００を用いた場合の利得よりも最大で約４ｄＢ高くなっている（曲線ｋ１２，ｋ１３参照）。

隣接する２つのアンテナ素子の境界部における利得についても（図１６の（ｂ）参照）、同様のことが言える（曲線ｋ１４〜ｋ２１参照）。

従って、貫通孔１２０を設けることによって、アンテナ装置１００Ａの放射パターンを改善することによって、斜め方向（遠距離）の利得をより大きくできる。

図１６は、貫通孔１２０を設けることによって、より広い周波数帯域を確保できることを示している。図１６の（ｂ）の（ｉｖ）は、利得が最も低い場合を示すが、この場合でも、アンテナ装置１００Ａを用いることによって、所要利得を超える周波数帯域は、約２ＧＨｚを示しており、貫通孔１２０を設けることによって、より広い周波数帯域を確保できる。

なお、上記においては、誘電体１０は、平面形状が略正八角形からなると説明したが、この発明においては、これに限らず、誘電体１０は、平面形状が三角形以上の多角形または円形からなっていればよい。そして、アンテナ素子の個数は、誘電体１０の平面形状に応じて決定される。

また、上記においては、スロット８１，８２は、誘電体１０の表面に形成されると説明したが、この発明においては、これに限らず、スロット８１，８２は、誘電体１０の表面および裏面のいずれか一方に形成されていればよい。

更に、この発明によるアンテナ装置は、複数のアンテナ素子を構成する複数の誘電体が一体成形された誘電体を備えていればよい。例えば、アンテナ素子が８個である場合、この発明によるアンテナ装置は、８個のアンテナ素子６１〜６８を構成する８個の誘電体１０１（図２参照）が放射状に配置され、一体成形された誘電体を備えていればよい。勿論、この発明によるアンテナ装置は、図１に示す誘電体１０のように隣接する２つの誘電体１０１間にも誘電体を配置した誘電体１０を備えていてもよい。

更に、この発明においては、アンテナ装置１０，１０Ａは、室内に限らず、車内等の一定の広さを有する空間において使用される通信装置に装備されていればよい。

更に、この発明においては、ビアボール７１〜７３，７５〜７８は、「複数の第１のビアホール」を構成し、ビアホール７４は、「複数の第２のビアホール」を構成し、スロット８１１〜８１８は、「複数のスロット」を構成する。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

この発明は、通信範囲に対応した設計が可能なアンテナ装置に適用される。また、この発明は、隣接する２つのアンテナ素子の境界における利得を向上可能なアンテナ装置に適用される。

この発明の実施の形態１によるアンテナ装置の構成を示す斜視図である。 図１に示すアンテナ素子の斜視図である。 図２に示すスロットの構成を示す平面図である。 図２に示すビアホールを構成するビアホールの拡大図である。 図１に示す給電部の拡大図である。 図２に示すアンテナ素子の一部の拡大図である。 方位角および仰角の概念図である。 アンテナ装置の放射パターンを示す図である。 Ｓ_１１の解析結果を示す図である。 各アンテナ素子の幅方向における中央部と、隣接する２つのアンテナ素子の境界面とにおける垂直面内の放射パターンを示す図である。 実施の形態２によるアンテナ装置の構成を示す斜視図である。 図１１に示すアンテナ素子の斜視図である。 図１２に示す貫通孔近傍の拡大図である。 図１１に示す各アンテナ素子の幅方向における中央部と、隣接する２つのアンテナ素子の境界面とにおける垂直面内の放射パターンを示す図である。 無線ＬＡＮ環境を示す概念図である。 図１５に示す無線ＬＡＮ環境において通信距離Ｒを２ｍ、３ｍ、４ｍ、および５ｍと変化させたときの送信機および受信機の合計利得を示す図である。

符号の説明

１０，１０１ 誘電体、２０，２１，３０，３１ 金属薄膜、４０ 給電部、５１〜５８ スイッチ、６１〜６８，６１Ａ〜６８Ａ アンテナ素子、７１〜７８，７１１ ビアホール、８１，８２，８１１〜８１８ スロット、９０ テーパ構造、１００，１００Ａ アンテナ装置、１０１Ａ、１０１Ｂ，１０１Ｃ 側面、１１０ 同軸ケーブル、１１１ 内導体、１２０ 貫通孔、１２１ 金属、２００ 無線ＬＡＮ ２１０ アクセスポイント、２２０，２３０ ユーザ端末。

Claims (6)

1. １個の給電部と、
   前記１個の給電部の周囲に配置された複数のアンテナ素子とを備え、
   前記複数のアンテナ素子の各々は、
   略平板形状からなる誘電体と、
   前記誘電体の一方端側に形成され、前記給電部の一部を構成する素子給電部と、
   前記誘電体の表面および裏面に形成された金属薄膜と、
   前記誘電体の長さ方向における両側の側面に沿って配置された複数の第１のビアホールと、
   前記素子給電部と反対側の前記誘電体の他方端側において前記誘電体の側面に形成され、前記長さ方向に垂直な前記誘電体の幅方向に沿って配置された複数の第２のビアホールと、
   前記表面および裏面のいずれか一方に形成され、前記長さ方向に沿って配置された複数のスロットとを含み、
   前記複数のスロットの隣接するスロット間の間隔および前記複数のスロットのうち前記素子給電部から最も遠い位置に配置されたスロットと前記複数の第２のビアホールとの距離は、前記複数のアンテナ素子の通信距離を決定する、アンテナ装置。
2. 前記他方端側に形成され、周囲が金属で覆われた貫通孔を更に備え、
   前記貫通孔と前記素子給電部との距離は、前記複数の第２のビアホールと前記素子給電部との距離よりも長い、請求項１に記載のアンテナ装置。
3. 前記貫通孔と前記複数の第２のビアホールとの距離は、隣接する２つのアンテナ素子の境界に沿った方向における利得を最大にする距離に設定される、請求項２に記載のアンテナ素子。
4. 前記誘電体の面内方向における前記貫通孔の形状は、前記幅方向に長辺が配置された略長方形の形状からなる、請求項３に記載のアンテナ装置。
5. 前記スロット間の間隔は、前記複数の第２のビアホールから前記素子給電部に向かうに従って広くなる、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のアンテナ装置。
6. 前記複数のスロットの長さは、前記複数の第２のビアホールから前記素子給電部に向かうに従って短くなる、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のアンテナ装置。