JP2020167604A - アンテナ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】無線通信に対応可能な動作周波数の調整を容易に行い、動作周波数帯の周波数特性を維持するアンテナ装置を提供する。【解決手段】アンテナ装置は、第１のアンテナ導体と、接地導体と、第１のアンテナ導体および接地導体により狭設され、第１のアンテナ導体および接地導体と離隔して配置される人工磁気導体と、第１のアンテナ導体を挟んで人工磁気導体の反対側に配置され、接地導体から最も離間して配置される第２のアンテナ導体と、を備える。【選択図】図３

Description

本開示は、アンテナ装置に関する。

特許文献１には、人工磁気導体（Artificial Magnetic Conductor）を利用したＡＭＣ反射板を備えたアンテナ装置が開示されている。

特開２０１５−７０５４２号公報

本開示は、無線通信に対応可能な動作周波数の調整を容易に行い、動作周波数帯の周波数特性を維持するアンテナ装置を提供することを目的とする。

本開示は、第１のアンテナ導体と、接地導体と、前記第１のアンテナ導体および前記接地導体により狭設され、前記第１のアンテナ導体および前記接地導体と離隔して配置される人工磁気導体と、前記第１のアンテナ導体を挟んで前記人工磁気導体の反対側に配置され、前記接地導体から最も離間して配置される第２のアンテナ導体と、を備える、アンテナ装置である。

本開示によれば、アンテナ装置において、無線通信に対応可能な動作周波数の調整を容易に行い、動作周波数帯の周波数特性を維持できる。

実施の形態１に係るアンテナ装置の外観例を示す斜視図 図１のＩＩ−ＩＩ’線の縦断面図 アンテナ装置を構成する各層を示す平面図 アンテナ装置が組み込まれるフレームの一部を拡大して示す断面図 キャビンに設置されたキャビンモニタと乗客を示す図 実施の形態の２次素子を含むアンテナ装置と比較例の２次素子を含まないアンテナ装置に対しＸ−Ｙ面における利得の周波数変化を示すグラフ 実施の形態の２次素子を含むアンテナ装置と比較例の２次素子を含まないアンテナ装置に対しＸ−Ｚ面における利得の周波数変化を示すグラフ ２次素子の長さを説明する図 ２次素子の長さを変更した場合におけるアンテナ装置のアンテナ特性の変化を示すグラフ 幅の異なる２次素子が配置される２次素子層の面を示す図 ２次素子の幅Ｗに対応するＶＳＷＲの周波数特性を示すグラフ Ｘ−Ｙ面における電波の放射パターンを示す指向特性図 Ｘ−Ｚ面における電波の放射パターンを示す指向特性図 Ｘ−Ｙ面における電波のピーク利得の周波数変化を示すグラフ Ｘ−Ｚ面における電波のピーク利得の周波数変化を示すグラフ

（本開示に至る経緯）
特許文献１等の従来のアンテナ装置では、ＡＭＣ反射板がアンテナ装置全体の中で中間層に配置されている。このため、アンテナ装置としての製造が完成して実際の配置環境に取り付けた後、アンテナ装置が行う無線通信に対応した動作周波数（言い換えると、通信周波数）帯の調整が困難であった。例えば、アンテナ装置を実際の配置環境（例えば金属が設けられる空間内）に取り付けた際、アンテナ装置に対応した動作周波数帯が高域側にシフトすることがあった。このようなシフトがあった場合、動作周波数帯を所望の周波数帯（例えばＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）の場合には２４５０ＭＨｚ）に合うように細かく調整するためにはＡＭＣ反射板のパッチ素子の長さを調整する等の作業が必要となっていた。言い換えると、アンテナ装置の作り直し作業が実質的に発生し、作業者の利便性を低下させる原因となっていた。

そこで、以下の実施の形態では、無線通信に対応可能な動作周波数の調整を容易に行い、動作周波数帯の周波数特性を維持するアンテナ装置の例を説明する。例えば、アンテナ装置の動作周波数帯として、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）の２．４５ＧＨｚ帯を例示する。なお、アンテナ装置の動作周波数帯は、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）ではなく、Ｗｉｆｉ（登録商標）等の無線ＬＡＮ（Local Area Network）に対応した周波数帯でも構わない。

以下、適宜図面を参照しながら、本開示に係るアンテナ装置を具体的に開示した実施形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。なお、添付図面及び以下の説明は、当業者が本開示を十分に理解するために提供されるのであって、これらにより特許請求の範囲に記載の主題を限定することは意図されていない。

以下の実施の形態に係るアンテナ装置は、例えば航空機内に搭載される電子機器に用いられる。例えばエコノミークラスの場合、アンテナ装置は、航空機の座席背面に設置されたシートモニタの筐体内に配置される。例えばファーストクラスの場合、アンテナ装置は、キャビンの壁面に設置されたキャビンモニタの筐体内に配置される。アンテナ装置の用途としては、モニタに限らず、コードレス電話機の親機あるいは子機、電子棚札（例えば、小売店の陳列棚に貼付される、商品の売価が表示されたカード型の電子機器）、スマートスピーカ、車載機器、電子レンジ、冷蔵庫等の多くのＩｏＴ（Internet of Things）機器が挙げられる。

実施の形態１に係るアンテナ装置は、並列共振回路を形成するダイポールアンテナで構成される。ダイポールアンテナは、積層基板であるプリント配線基板上に、表面の金属箔を例えばエッチングすることで成形される。積層基板は、銅箔およびガラスエポキシ等、複数の層で形成される。

図１は、実施の形態１に係るアンテナ装置１０１の外観例を示す斜視図である。アンテナ装置１０１は、長尺な板状のプリント配線基板１で構成される。プリント配線基板１の表面１ａは、２次素子１５が中央に配置された２次素子面である。プリント配線基板１の裏面１ｂは、接地導体８が一面に形成された接地導体面である。ここで、プリント配線基板１の表面に対し垂直な方向をｘ方向とする。プリント配線基板１の表面に平行かつ長手方向をｙ方向とする。プリント配線基板１の表面に平行かつ短手方向をｚ方向とする。

図２は、図１のＩＩ−ＩＩ’線の縦断面図である。プリント配線基板１は、接地導体８が形成された誘電体基板１２と、人工磁気導体（つまり、ＡＭＣ７）が形成された誘電体基板１１と、アンテナ導体２，３（第１のアンテナ導体の一例）および無給電導体６が形成された誘電体基板１０と、２次素子１５（第２のアンテナ導体の一例）が形成された誘電体基板１４とが順に積層された積層基板である。誘電体基板１０，１１，１２，１４（基板の一例）は、例えばガラスエポキシ等で成形される。ＡＭＣ７は、ＰＭＣ（Perfect Magnetic Conductor）特性を有する人工磁気導体であり、所定の金属（例えば銅）パターンにより成形される。ＡＭＣ７は、アンテナ装置１０１の薄型化および高利得化のために積層される。なお、ここでは、ＡＭＣ７が形成された誘電体基板１１と接地導体８が形成された誘電体基板１２とは、別々に分かれていたが、共通の誘電体基板の表面（ｘ方向の面）にＡＭＣが形成され、裏面（−ｘ方向の面）に接地導体が形成されてもよい。

図３は、アンテナ装置１０１を構成する各層を示す平面図である。アンテナ装置１０１は、接地導体８を含むグランド（ＧＮＤ：ground）層、ＡＭＣ７を含むＡＭＣ層、アンテナ導体２，３および無給電導体６を含むアンテナ層、および２次素子１５を含む２次素子層を有する。

アンテナ層は、給電アンテナの一例としてのストリップ導体であるアンテナ導体２と、非給電アンテナの一例としてのストリップ導体であるアンテナ導体３と、アンテナ導体２，３の側方に配置される無給電導体６と、を含む。アンテナ導体２，３は、一例として、幅１ｍｍの寸法を有する。アンテナ導体２は、給電側アンテナ導体の一例である。アンテナ導体３は、接地側アンテナ導体の一例である。

ここで、アンテナ装置１０１およびそのアンテナ導体２，３の長手方向は、ｙ軸方向となる（図１参照）。アンテナ装置１０１およびそのアンテナ導体２，３の幅方向は、ｚ軸方向となる（図１参照）。アンテナ装置１０１の厚さ方向は、ｘｙ平面に対して直交するｘ軸方向となる（図１参照）。

プリント配線基板１において、ビア導体４，５は、それぞれ給電点Ｑ１，Ｑ２の直下の実質的に対向する位置に形成される。なお、アンテナ装置１０１のプリント配線基板１は、例えば電子機器のプリント配線基板上に実装されてもよい。

無給電導体６は、アンテナ導体２，３と電気的に分離されている。アンテナ導体２，３は、プリント配線基板１のビア導体４，５にそれぞれ接続される。ビア導体４は、アンテナ導体２の給電点Ｑ１と無線通信回路（図示略）との間の給電線を構成する。この無線通信回路は、例えば、プリント配線基板１の裏面１ｂに実装される。ビア導体５は、アンテナ導体３の給電点Ｑ２と上述した無線通信回路との間の接地線を構成する。

アンテナ導体２，３は、ダイポールアンテナを構成し、それらの長手方向が一直線上でｙ方向および−ｙ方向で延在し、かつ各アンテナ導体２，３の給電点Ｑ１，Ｑ２側の端部が所定の間隔だけ離隔するように、誘電体基板１０の表面に形成される。

無給電導体６は、アンテナ導体２，３と互いに所定の距離を確保した状態で隣接して配置される。所定の距離は、例えば、受信電波波長の４分の１以内である。無給電導体６は、アンテナ導体２，３の配置方向（言い換えると、ｙ方向および−ｙ方向）に並列し、アンテナ導体２，３の側面の一方側に配置される。無給電導体６は、アンテナ導体２，３と同様にＡＭＣ７と静電結合するため、アンテナ導体２，３とＡＭＣ７との間の静電容量を増加させ、アンテナ装置１０１が対応可能な無線周波数を低減側にシフトすることが可能である。なお、無給電導体６の大きさ、形状、数等は、特に限定されない。無給電導体６は、アンテナ導体２，３と同じ側にあり、ＡＭＣ７と静電結合する限り、アンテナ導体２，３と同一の面に限らず、ＡＭＣ７と同一の面に配置されてもよい。

ビア導体４，５は、それぞれプリント配線基板１の表面１ａから裏面１ｂにわたって厚さ方向に形成されたスルーホールあるいはビアホールとしての貫通孔に導体を充填することで成形される。アンテナ導体２は、給電アンテナとして機能するので、ビア導体４を介して、プリント配線基板１の裏面１ｂ上の無線通信回路（上述参照）の給電端子に接続される。また、アンテナ導体３は、非給電アンテナとして機能するので、ビア導体５を介して、プリント配線基板１内のＡＭＣ７および接地導体８と無線通信回路（上述参照）の接地端子とにそれぞれ接続される。

ビア導体４は、例えば円柱形状を有し、アンテナ導体２をアンテナとして駆動するための電力を供給するための給電線であり、プリント配線基板１の表面１ａに形成されたアンテナ導体２を、無線通信回路（上述参照）の給電端子に電気的に接続する。ビア導体４は、ＡＭＣ７および接地導体８と電気的に接続しないように、ＡＭＣ７および接地導体８にそれぞれ形成されたビア導体絶縁用孔１７，１８と実質的に同軸となるように形成される。ビア導体４の直径は、ビア導体絶縁用孔１７，１８の直径よりも小さい（図２参照）。

一方、ビア導体５は、アンテナ導体３を無線通信回路（上述参照）の接地端子に電気的に接続する。ビア導体５は、接地導体８およびＡＭＣ７と電気的に接続される。アンテナ導体２に対応するＡＭＣ層の面とＧＮＤ層の面とは非接続（つまり、非導通）となり、アンテナ導体３に対応するアンテナ層の面とＡＭＣ層の面とＧＮＤ層の面とは接続（つまり、導通）する。但し、アンテナ導体３に対応するＡＭＣ層の面とＧＮＤ層の面とは接続しなくてもよい。

ＡＭＣ７には、図３に示すように、ｙ軸方向の中央部に形成され、その厚さ方向に貫通し、幅方向の端部近傍まで延在するスリット７１が形成される。スリット７１は、ＡＭＣ層において人工磁気導体が形成されていない部分である。スリット７１は、アンテナ導体２，３の位置に合わせてＡＭＣ７を分離し、アンテナ導体２とＡＭＣ７の右側（言い換えると、図３に示す−ｙ方向）半分の静電容量、およびアンテナ導体３とＡＭＣ７の左側（言い換えると、図３に示すｙ方向）半分の静電結合を強めることができる。なお、スリット７１は、ＡＭＣ７の幅方向の両端部まで形成され、ＡＭＣ７を完全に２つに分離してもよい。

接地導体８は、無線通信回路（上述参照）の接地端子に接続されるアース領域である。接地導体８には、ビア導体４を貫通させかつ接地導体８と電気的に絶縁して形成されるビア導体絶縁用孔１８と、ビア導体５を貫通させかつ接地導体８と電気的に接続して形成される孔とが形成される。

アンテナ装置１０１では、ＡＭＣ７の平面形状は、接地導体８の平面形状と比べ、長さ方向および幅方向において僅かに小さな形状である。また、ＡＭＣ７と接地導体８は、互いに対向し、かつ厚さ方向で所定の間隔で離隔して重なるように形成される。具体的に、接地導体８は、誘電体基板１２の面と同一の寸法（一例として、幅６ｍｍ）の平面形状を有する。ＡＭＣ７は、誘電体基板１１の幅６ｍｍに対し、上下方向（ｚ方向，−ｚ方向）の端部にそれぞれ０．５ｍｍ余白（クリアランス）を残して幅５ｍｍに成形される。このように、ＡＭＣ７の長手方向の長さは、接地導体８の長手方向の長さと実質的に同一となるように形成される。これにより、ＡＭＣ７および接地導体８の一方が他方に対してはみ出ることが無く、プリント配線基板１の小型化に貢献でき、ひいてはアンテナ装置１０１の小型化に繋がる。

２次素子１５は、アンテナ装置１０１のアンテナ性能を改善するために設けられる。２次素子１５は、誘電体基板１４の表面の中央に配置され、銅箔で長尺な板状に成形される。２次素子１５の寸法は、一例として、長さ１０ｍｍ，幅１ｍｍである。２次素子１５は、アンテナ装置１０１の表面に露出して積層されるので、その寸法は、アンテナ装置１０１の製造後においても調整可能である。２次素子１５には、ビア導体４を貫通させる孔２１を挿通し２次素子１５と導通するビア導体４の給電側端子１５ｐと、ビア導体５を貫通させる孔２２挿通し２次素子１５と導通するビア導体５の接地側端子１５ｑとが形成される。

上記構成を有するアンテナ装置１０１の使用状態を示す。

アンテナ装置１０１は、一例として、キャビンモニタの筐体内の前面に取り付けられた金属フレームに組み込まれる。図４は、アンテナ装置１０１が組み込まれる金属フレーム２００の一部を拡大して示す断面図である。金属フレーム２００は、スチール等の金属材料で成形される。金属フレーム２００は、内側に嵌め込まれた、液晶ディスプレイの一部である保護ガラスを補強するように支持する。金属フレーム２００の上部には、直方体状にくり抜かれた形状を有するポケット２１０が形成される。アンテナ装置１０１は、ポケット２１０の下面に接着剤やねじ止め等により固着される。ポケット２１０の下面にアンテナ装置１０１が固着されることで、アンテナ装置１０１とこれと対向する金属フレーム２００の下面および背面との距離が一定に保たれる。アンテナ装置１０１が組み込まれる空間内で近接する金属とアンテナ装置１０１との間の距離が一定になることで、マイクロ波等の高周波帯の電磁波を送受信するアンテナ装置１０１のアンテナ性能が安定する。また、金属フレーム２００のポケット２１０の周縁部には、Ｌアングル状のカバー２２０がポケット２１０を覆うように嵌め込まれる。カバー２２０の材質は、非金属であり、例えば樹脂である。なお、ここでは、アンテナ装置が組み込まれるポケットの下面および背面の２面が金属製のフレームである場合を示したが、下面の１面だけが金属製のフレームであってもよいし、下面、背面および上面の３面が金属製のフレームであってもよい。

また、アンテナ装置は、保護ガラスの裏側に両面テープで貼り付けられてもよい。アンテナ装置が両面テープで保護ガラスに貼付される場合、２次素子層が無い場合、アンテナ層の面と保護ガラスの面との間の距離は、両面テープの厚さに依存する。従って、両面テープの厚さが材質等によって一定しない場合、アンテナ層の面に配置されたアンテナ導体と、アンテナ装置の背部に存在する金属フレームとの間の距離が安定せず、アンテナ性能に影響が出る。これに対し、実施の形態１では、アンテナ層の前面に２次素子層が設けられるので、アンテナ層の面と保護ガラスの面との間の距離は、両面テープの厚さおよびに２次素子層の厚さに依存する。２次素子層の厚さは一定であるので、両面テープの厚さが材質等によって一定しなくても、アンテナ層の面と保護ガラスの面との間の距離の変動は、全体として緩和される。これにより、アンテナ装置１０１の背部に存在する金属フレームとの間の距離の変動が抑えられ、アンテナ性能への悪影響が抑制される。

図５は、キャビン１５０に設置されたキャビンモニタ２５０と乗客ｈｍを示す図である。乗客ｈｍは、キャビン１５０内の座席３００に背もたれた状態でキャビンモニタ２５０を視聴する場合を想定する。キャビンモニタ２５０の金属フレーム２００の上部の１箇所は、カバー２２０で覆われている。カバー２２０で覆われた金属フレーム２００の内部には、アンテナ装置１０１が組み込まれている。乗客ｈｍは、近距離無線用の電波（例えば２．４ＧＨ帯の電波）を受信可能なヘッドフォン３１０を装着している。ヘッドフォン３１０は、アンテナ装置１０１が乗客ｈｍの方向（ｘ方向）に送信する、例えば２．４ＧＨ帯の電波を受信し、受信信号に含まれる音声信号を基に、キャビンモニタ２５０に映し出される映像と同期した音声を出力する。

次に、実施の形態に係るアンテナ装置１０１の無線周波数の特性について説明する。

図６は、実施の形態の２次素子１５を含むアンテナ装置１０１と比較例の２次素子を含まないアンテナ装置に対しＸ−Ｙ面における利得の周波数変化を示すグラフである。グラフの横軸は２．４０ＧＨｚ〜２．４８ＧＨｚ帯域の周波数を表す。グラフの縦軸は平均実効利得（ＭＲＧ：Mean Effective Gain）を表す。

２次素子１５を含むアンテナ装置１０１の場合、グラフｇ２１に示すように、Ｘ−Ｙ面における利得は、周波数２．４０ＧＨｚ〜２．４８ＧＨｚの帯域で３．５ｄＢｉ〜４ｄＢｉ付近の値を示し、高利得である。一方、２次素子を含まないアンテナ装置の場合、グラフｇ２２に示すように、利得は、周波数２．４０ＧＨｚ〜２．４８ＧＨｚの帯域で１．５ｄＢｉ〜２．５ｄＢｉ付近の値を示し、アンテナ装置１０１と比べて低い利得である。このように、アンテナ装置が２次素子を含むことで、アンテナ装置のＸ−Ｙ面における利得が向上する。

図７は、実施の形態の２次素子１５を含むアンテナ装置１０１と比較例の２次素子を含まないアンテナ装置に対しＸ−Ｚ面における利得の周波数変化を示すグラフである。グラフの横軸は２．４０ＧＨｚ〜２．４８ＧＨｚ帯域の周波数を表す。グラフの縦軸は平均実効利得（ＭＲＧ：Mean Effective Gain）を表す。

２次素子１５を含むアンテナ装置１０１の場合、グラフｇ２３に示すように、Ｘ−Ｚ面における利得は、周波数２．４０ＧＨｚ〜２．４８ＧＨｚの帯域で３．５ｄＢｉ〜５．５ｄＢｉ付近の値を示し、高利得である。一方、２次素子を含まないアンテナ装置の場合、グラフｇ２４に示すように、利得は、周波数２．４０ＧＨｚ〜２．４８ＧＨｚの帯域で２．５ｄＢｉ〜３．５ｄＢｉ付近の値を示し、アンテナ装置１０１と比べて低い利得である。このように、アンテナ装置が２次素子を含むことで、アンテナ装置のＸ−Ｚ面における利得が向上する。

図８は、２次素子１５の長さＬを説明する図である。２次素子１５は、前述したように、誘電体基板１４の表面の中央に配置され、銅箔で長尺な板状に成形される。２次素子１５は、アンテナ装置１０１の最も外側にある誘電体基板１４の表面に配置されるので、２次素子１５の寸法は、アンテナ装置１０１を製造した後でも、切削加工等によって調整可能である。２次素子１５の寸法である、２次素子１５の長さＬ（ｙ方向の距離）および幅Ｗ（ｚ方向の距離）が変更される。なお、２次素子１５の厚さ（ｘ方向の距離）が変更されてもよい。

図９は、２次素子１５の長さＬを変更した場合におけるアンテナ装置１０１のアンテナ特性の変化を示すグラフである。縦軸は電圧定在波比（ＶＳＷＲ：Voltage Standing Wave Ratio）を示し、横軸は周波数を示す。図９に示すグラフでは、各長さＬに対応する、ＶＳＷＲの中心周波数および帯域幅が示される。ＶＳＷＲは、定在波における進行波と反射波の比率でインピーダンスの整合の度合い（言い換えると、反射の度合い）を示すものであり、特に定在波である電波における電圧の最大の振幅と最小の振幅の比率で算出される。ＶＳＷＲが値１に近づくほど、反射波が少なく、インピーダンス整合がとれている状態である。従って、ＶＳＷＲが値１に近いほど、電波の伝送効率が高いことになる。また、実施の形態１では、ＶＳＷＲが値３．０以下である周波数域を比帯域幅とし、比帯域幅の大きさによって広帯域であるか狭帯域であるかを判断する。比帯域幅は、ＶＳＷＲが値３．０以下である帯域幅を中心周波数で除算することで算出される。

図９では、一例として、２．２ＧＨｚ近傍の周波数域におけるＶＳＷＲの中心周波数および比帯域幅が示される。２次素子１５の長さＬ＝５ｍｍである場合、ＶＳＷＲの中心周波数は、２．３２ＧＨｚである。長さＬ＝１０ｍｍである場合、ＶＳＷＲの中心周波数は、２．２６ＧＨｚである。長さＬ＝１５ｍｍである場合、ＶＳＷＲの中心周波数は、２．１８ＧＨｚである。このように、２次素子１５の長さが長くなる程、ＶＳＷＲの中心周波数は、低域にシフトする。従って、通信周波数を設定する際、２次素子１５の長さＬを長くすることで、通信周波数が低域側にシフトするように調整可能であり、また、２次素子１５の長さＬを短くすることで、通信周波数が高域側にシフトするように調整可能である。

また、ＶＳＲＷの曲線は、中心周波数を中心としほぼ左右対称であると仮定すると、比帯域幅は、中心周波数からＶＳＷＲ＝値３．０である高域側の周波数までの帯域幅を２倍した値である。長さＬ＝５ｍｍである場合、ＶＳＷＲの比帯域幅は、０．５５ＧＨｚ×２である。長さＬ＝１０ｍｍである場合、ＶＳＷＲの比帯域幅は、０．９ＧＨｚ×２である。長さＬ＝１５ｍｍである場合、ＶＳＷＲの比帯域幅は、１．１ＧＨｚ×２である。このように、２次素子１５の長さが長くなる程、ＶＳＷＲの比帯域幅は、大きな値となる。つまり、広帯域化が促進される。従って、２次素子１５の長さＬを長くすることで、ＶＳＷＲの非帯域幅が大きくなるように調整可能である。このような通信周波数の低域側へのシフトおよび広帯域化は、２次素子１５の幅を拡げることで、ＡＭＣ７の電気長（経路長）が長くなり、並列共振が起き易くなることによると推察される。

図１０は、幅Ｗの異なる２次素子１５が配置される２次素子層の面を示す図である。図１０では、幅Ｗが０．６ｍｍ，１．０ｍｍ，１．５ｍｍ，２．０ｍｍである場合の２次素子層の面を示す。なお、他の例として、２本のビア導体が２次素子と非導通である場合の２次素子層の面を示す。なお、上述した他の例における２本のビア導体および２次素子は、実施の形態のビア導体４，５および２次素子１５に相当する。

図１１は、２次素子１５の幅Ｗに対応するＶＳＷＲの周波数特性を示すグラフである。２次素子１５の幅Ｗが０．６ｍｍである場合、グラフｇ１１に示すように、ＶＳＷＲの中心周波数は、２．２２ＧＨｚであり、比帯域幅は、略０．２６ＧＨｚである。２次素子１５の幅Ｗが１．０ｍｍである場合、グラフｇ１２に示すように、ＶＳＷＲの中心周波数は、２．１８ＧＨｚであり、比帯域幅は、略０．２６ＧＨｚである。２次素子１５の幅Ｗが１．５ｍｍである場合、グラフｇ１３に示すように、ＶＳＷＲの中心周波数は、２．１６ＧＨｚであり、比帯域幅は、略０．２６ＧＨｚである。２次素子１５の幅Ｗが２．０ｍｍである場合、グラフｇ１４に示すように、ＶＳＷＲの中心周波数は、２．１１ＧＨｚである。

このように、２次素子１５の幅Ｗを広くする程、アンテナ装置１０１の中心周波数は、低域側へシフトする。これは、２次素子１５の幅を拡げることで、ＡＭＣ７の電気長（経路長）が長くなり、並列共振が起き易くなることによると推察される。ただし、比帯域幅については、大きな変化は見られない。従って、動作周波数を設定する際、２次素子１５の幅Ｗを広くすることで、動作周波数が低域側にシフトするように調整可能であり、また、２次素子１５の幅Ｗを狭くすることで、動作周波数が高域側にシフトするように調整可能である。

なお、２本のビア導体４，５が２次素子１５と非導通である場合、ＶＳＷＲの中心周波数は、グラフｇ１５に示すように、２．３８ＧＨｚと高く、比帯域幅は、０．１６ＧＨｚと狭い。言い換えると、例えば２本のビア導体４，５と２次素子１５とが接続（導通）状態であったがビア導体４，５と２次素子１５との接続（導通）を切断するように調整することで、アンテナ装置の動作周波数（中心周波数）を高域側にシフトできる。従って、２本のビア導体４，５が２次素子１５と非導通であるアンテナ装置の場合、通信周波数の低域側へのシフトおよび広帯域化が難しい。また、２本のビア導体４，５のうち、ビア導体４が導通でビア導体５が非導通である場合、およびビア導体４が非導通でビア導体５が導通である場合のいずれにおいても、ＶＳＷＲの中心周波数の低域側へのシフトおよび非帯域幅の広がりは確認できなかった。従って、本開示では、２本のビア導体４，５が２次素子１５と導通することが好ましい。

図１２は、Ｘ−Ｙ面における電波の放射パターンを示す指向特性図である。図１２には、アンテナ装置１０１を自由空間に配置した場合のＸ−Ｙ面における放射パターンｐ２が示される。放射パターンｐ２は、電波の放射方向が、ｘ方向（０度方向）でピークとなる利得を有する。また、アンテナ装置１０１の前側（２７０度〜０度〜９０°）の利得は、後側の（９０度〜１８０度〜２７０度）の利得と比べて大きい。また、放射パターンｐ２では、電波の放射方向によって利得の小幅な変動が生じていない。

一方、図１２には、アンテナ装置１０１をキャビンモニタ２５０の金属フレーム２００のポケット２１０に組み込んだ場合のＸ−Ｙ面における放射パターンｐ１が示される。放射パターンｐ１は、電波の放射方向がｘ方向（０度方向）、つまりキャビンモニタ２５０を視聴するユーザ側でピークとなる利得を有する。また、アンテナ装置１０１の前側（２７０度〜０度〜９０度）の利得は、後側の（９０度〜１８０度〜２７０度）の利得と比べて大きい。また、放射パターンｐ１では、電波の放射方向によって利得が小幅に変動する。これは、アンテナ装置１０１がキャビンモニタ２５０の金属フレーム２００のポケット２１０に組み込まれていることから、金属フレーム２００を含むキャビンモニタ２５０の内蔵部品の影響を受けていることによると考えられる。

このように、アンテナ装置１０１を金属フレーム２００のポケット２１０に組み込んだ場合でも、アンテナ装置１０１のアンテナ性能に大きな劣化は生じない。却って、金属フレーム２００に組み込まれたアンテナ装置１０１の放射パターンｐ１のピーク利得を含む前側（３００度〜３０度）の利得は、自由空間に配置されたアンテナ装置１０１の放射パターンｐ２の利得よりも大きくなっている。従って、アンテナ装置１０１は、Ｘ−Ｙ面において、キャビンモニタ２５０の正面（ｘ方向）に電波を効率良く放射できる。

図１３は、Ｘ−Ｚ面における電波の放射パターンを示す指向特性図である。図１３には、アンテナ装置１０１を自由空間に配置した場合のＸ−Ｚ面における放射パターンｐ４が示される。放射パターンｐ４は、Ｘ−Ｚ面において、略一様な利得を有する。

一方、図１３には、アンテナ装置１０１を金属フレーム２００のポケット２１０に組み込んだ場合のＸ−Ｚ面における放射パターンｐ３が示される。放射パターンｐ３は、Ｘ−Ｚ面において、電波の放射方向がアンテナ装置１０１の前側（３００度〜９０度）で略一様な利得を有する。また、放射パターンｐ３には、電波の放射方向が２４０度〜２７０度の間において節が現れ、利得が著しく低下する。これは、アンテナ装置１０１がキャビンモニタ２５０の金属フレーム２００に組み込まれ、金属フレーム２００を含むキャビンモニタ２５０の内蔵部品の影響を受けていることによると考えられる。

このように、アンテナ装置１０１を金属フレーム２００のポケット２１０に組み込んだ場合、Ｘ−Ｚ面において、アンテナ装置１０１の前側では、アンテナ性能に大きな劣化は生じない。むしろ、金属フレーム２００に組み込まれたアンテナ装置１０１の放射パターンｐ３の前側（３３０度〜９０度）の利得は、自由空間に配置されたアンテナ装置１０１の放射パターンｐ４の利得よりも大きくなっている。従って、アンテナ装置１０１は、Ｘ−Ｚ面において、キャビンモニタの正面（ｘ方向）に電波を効率良く放射できる。

図１４は、Ｘ−Ｙ面における電波のピーク利得の周波数変化を示すグラフである。縦軸はピーク利得（ｄＢｉ）を示し、横軸は２．４０ＧＨｚ〜２．４８ＧＨｚ帯域の周波数を示す。図１４には、アンテナ装置１０１を自由空間に配置した場合のＸ−Ｙ面におけるピーク利得ｇ２が示される。２．４０ＧＨｚ〜２．４８ＧＨｚにおいて、ピーク利得ｇ２は、０．５ｄＢｉ付近の低い値を示す。また、図１４には、アンテナ装置１０１を金属フレーム２００のポケット２１０に組み込んだ場合のＸ−Ｙ面におけるピーク利得ｇ１が示される。２．４０ＧＨｚ〜２．４８ＧＨｚにおいて、ピーク利得ｇ１は、４．０ｄＢｉ〜３．０ｄＢｉの範囲で大きな値を示し、低周波数になる程に利得が大きくなる傾向を示す。

このように、ピーク利得ｇ１とピーク利得ｇ２を比較した場合、アンテナ装置１０１を自由空間に配置した場合と比べ、アンテナ装置１０１をキャビンモニタ２５０の金属フレーム２００のポケット２１０に組み込んだ場合、Ｘ−Ｙ面において、アンテナ装置１０１の前面から放射される電波を強くすることができる。

図１５は、Ｘ−Ｚ面における電波のピーク利得の周波数変化を示すグラフである。縦軸はピーク利得（ｄＢｉ）を示し、横軸は２．４０ＧＨｚ〜２．４８ＧＨｚ帯域の周波数を示す。図１５には、アンテナ装置１０１を自由空間に配置した場合のＸ−Ｚ面におけるピーク利得ｇ４が示される。２．４０ＧＨｚ〜２．４８ＧＨｚにおいて、ピーク利得ｇ４は、１．０ｄＢｉ付近の低い値を示す。また、図１５には、アンテナ装置１０１を金属フレーム２００のポケットに組み込んだ場合のＸ−Ｚ面におけるピーク利得ｇ３が示される。２．４０ＧＨｚ〜２．４８ＧＨｚにおいて、ピーク利得ｇ３は、４．０ｄＢｉ〜５．０ｄＢｉの範囲で大きな値を示し、２．４ＧＨｚ付近で最も利得が大きくなる特性を示す。

このように、ピーク利得ｇ３とピーク利得ｇ４を比較した場合、アンテナ装置１０１を自由空間に配置した場合と比べ、アンテナ装置１０１を金属フレーム２００のポケットに組み込んだ場合、Ｘ−Ｚ面において、アンテナ装置１０１の前面から放射される電波を強くすることができる。

以上により、実施の形態１に係るアンテナ装置１０１は、アンテナ導体２，３と、接地導体８と、アンテナ導体２，３および接地導体８により狭設され、アンテナ導体２，３および接地導体８と離隔して配置されるＡＭＣ７と、アンテナ導体２，３を挟んでＡＭＣ７の反対側に配置され、接地導体８から最も離間して配置される第２素子１５と、を備える。

これにより、アンテナ装置１０１は、中間層に配置されるＡＭＣ７と異なり、接地導体８から最も離間して配置される第２素子１５が最も外側に配置されるので、第２素子１５によって無線通信に対応可能な動作周波数の調整を容易に行え、動作周波数帯の周波数特性を効率よく維持できる。

また、アンテナ装置１０１は、第２素子１５が配置される略矩形状の誘電体基板１４の中心から離隔して配置され、アンテナ導体２，３と第２素子１５とＡＭＣ７と接地導体８とを導通するビア導体５を更に備える。これにより、第２素子１５にアンテナ導体としての機能を持たせることで第２素子１５をアンテナ装置１０１の一部に含めることができ、アンテナ装置１０１の性能として、動作周波数の低域側へのシフトおよび利得の向上が可能となる。

また、第２素子１５は、ビア導体４の給電側端子１５ｐおよびビア導体５の接地側端子１５ｑを有する。給電側端子１５ｐおよび接地側端子１５ｑは、それぞれビア導体４，５を介してＡＭＣ７と導通する。これにより、アンテナ装置１０１は、第２素子１５によって動作周波数を調整することが可能となり、アンテナ性能が向上する。

また、第２素子１５の長手方向の長さＬが可変である。これにより、２次素子１５の長さが長くなる程、ＶＳＷＲの中心周波数は、低域にシフトする。従って、動作周波数を設定する際、２次素子１５の長さＬを長くすることで、動作周波数が低域側にシフトするように調整可能であり、また、２次素子１５の長さＬを短くすることで、動作周波数が高域側にシフトするように調整可能である。また、２次素子１５の長さＬが長くなる程、ＶＳＷＲの比帯域幅は、大きな値となるので、２次素子１５の長さＬを長くすることで、ＶＳＷＲの非帯域幅が大きくなるように調整可能である。

また、第２素子１５の幅方向の長さ、つまり幅Ｗが可変である。これにより、２次素子１５の幅Ｗを広くする程、アンテナ装置１０１の中心周波数は、低域側へシフトする。従って、動作周波数を設定する際、２次素子１５の幅Ｗを広くすることで、動作周波数が低域側にシフトするように調整可能であり、また、２次素子１５の幅Ｗを狭くすることで、動作周波数が高域側にシフトするように調整可能である。

また、アンテナ装置１０１は、アンテナ導体２，３が配置される誘電体基板１０上に設けられる無給電導体６、を更に備える。これにより、無給電導体６は、アンテナ導体２，３と同様にＡＭＣ７と静電結合するため、アンテナ導体２，３とＡＭＣ７との間の静電容量を増加させ、アンテナ装置１０１が対応可能な無線周波数を低減側にシフトすることが可能である。

また、接地導体８とＡＭＣ７とは、互いに対向し、かつ、平面視において実質的に重なるように配置される。これにより、ＡＭＣ７および接地導体８の一方が他方に対してはみ出ることが無く、プリント配線基板１の小型化に貢献でき、ひいてはアンテナ装置１０１の小型化に繋がる。

また、アンテナ装置１０１は、キャビンモニタ２５０の金属フレーム２００のポケット２１０に組み込まれる（つまり、少なくとも一部に金属が含まれる空間に近接して配置される）。アンテナ装置１０１は、２次素子１５によってアンテナ性能が改善されるので、金属フレーム２００に組み込まれた場合でも、動作周波数帯を所望の周波数帯に適合できるのでアンテナ性能を維持できる。

また、アンテナ装置１０１は、アンテナ導体２とアンテナ導体３とを有するダイポールアンテナである。接地側のビア導体５は、第２素子１５とアンテナ導体３とＡＭＣ７と接地導体８とを導通する。給電側のビア導体４は、第２素子１５とアンテナ導体２とを導通する。これにより、アンテナ装置１０１は、無線通信に対応可能な通信周波数（つまり動作周波数）の調整を容易なダイポールアンテナを実現できる。

また、ＡＭＣ７には、上層に形成されたアンテナ導体２と、上層に形成されたアンテナ導体３との静電結合を仕切るスリットが形成される。これにより、アンテナ導体２とＡＭＣ７の右側（言い換えると、図３に示す−ｙ方向）半分の静電容量、およびアンテナ導体３とＡＭＣ７の左側（言い換えると、図３に示すｙ方向）半分の静電結合を強めることができる。

以上、添付図面を参照しながら実施の形態について説明したが、本開示はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例、修正例、置換例、付加例、削除例、均等例に想到し得ることは明らかであり、それらについても本開示の技術的範囲に属すると了解される。また、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した実施の形態における各構成要素を任意に組み合わせてもよい。

例えば、上述した実施の形態１では、アンテナ装置は、２．４ＧＨｚ帯の高周波数帯の電波を送信する場合を示したが、１．９ＧＨｚ，１ＧＨｚ等、他の帯域の電波を送信してもよい。

本開示は、無線通信に対応可能な動作周波数の調整を容易に行い、動作周波数帯の周波数特性を維持するアンテナ装置として有用である。

１ プリント配線基板
２、３ アンテナ導体
４、５ ビア導体
７ 人工磁気導体（ＡＭＣ）
８ 接地導体
１５ ２次素子
１０１ アンテナ装置

Claims (10)

1. 第１のアンテナ導体と、
   接地導体と、
   前記第１のアンテナ導体および前記接地導体により狭設され、前記第１のアンテナ導体および前記接地導体と離隔して配置される人工磁気導体と、
   前記第１のアンテナ導体を挟んで前記人工磁気導体の反対側に配置され、前記接地導体から最も離間して配置される第２のアンテナ導体と、を備える、
   アンテナ装置。
2. 前記第２のアンテナ導体が配置される略矩形状の基板の中心から離隔して配置され、前記第１のアンテナ導体と前記第２のアンテナ導体と前記人工磁気導体と前記接地導体とを導通するビア導体、を更に備える、
   請求項１に記載のアンテナ装置。
3. 前記第２のアンテナ導体は、給電側端子および接地側端子を有し、
   前記給電側端子および接地側端子は、前記ビア導体を介して前記人工磁気導体と導通する、
   請求項２に記載のアンテナ装置。
4. 前記第２のアンテナ導体の長手方向の長さが可変である、
   請求項１〜３のうちいずれか一項に記載のアンテナ装置。
5. 前記第２のアンテナ導体の幅方向の長さが可変である、
   請求項１〜３のうちいずれか一項に記載のアンテナ装置。
6. 前記第１のアンテナ導体が配置される基板上に設けられる無給電導体、を更に備える、
   請求項１に記載のアンテナ装置。
7. 前記接地導体と前記人工磁気導体とは、互いに対向し、かつ、平面視において実質的に重なるように配置される、
   請求項１〜４のうちいずれか一項に記載のアンテナ装置。
8. 前記アンテナ装置は、少なくとも一部に金属が設けられた空間内に配置される、
   請求項１〜７のうちいずれか一項にアンテナ装置。
9. 前記第１のアンテナ導体は、給電側アンテナ導体と接地側アンテナ導体とを有するダイポールアンテナであり、
   前記アンテナ装置は、
   前記第２のアンテナ導体と前記接地側アンテナ導体と前記人工磁気導体と前記接地導体とを導通する接地側ビア導体と、
   前記第２のアンテナ導体と前記給電側アンテナ導体とを導通する給電側ビア導体と、を更に備える、
   請求項１に記載のアンテナ装置。
10. 前記人工磁気導体には、上層に形成された前記給電側アンテナ導体と、上層に形成された前記接地側アンテナ導体との静電結合を仕切るスリットが形成された、
    請求項９に記載のアンテナ装置。

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