JP2020174284A - アンテナ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】互いに直交する２つの方向に電波を放射でき、かつ、装置高さを低くすることができるアンテナ装置を提供する。【解決手段】グランド電位を提供するグランド板５０と、グランド板５０に備えられた第１給電部５１と、第１給電部５１に電気的に接続され、グランド板５０の一方の面から離隔する方向に配置されたアンテナエレメントとして機能し、偏波面がグランド板に垂直な方向になる電波を放射可能な対向導体板４０と、グランド板５０に備えられた第２給電部５２と、第２給電部５２に電気的に接続され、グランド板５０に平行に配置されたアンテナエレメントであって、偏波面がグランド板５０に平行な方向になる電波を放射可能な水平方向アンテナエレメント７０と、グランド板５０および水平方向アンテナエレメント７０に対向しており、かつ、少なくとも水平方向アンテナエレメント７０に対向する部分が誘電体であるアンテナベース２０とを備える。【選択図】図３

Description

本開示は、アンテナ装置に関し、特に、偏波面が互いに異なる２種類の電波を放射するアンテナ装置に関する。

特許文献１には、樹脂基板にグランドパターンを形成したアンテナシステムが開示されており、樹脂基板は車両屋根から上方に離隔して垂直配置されている。このアンテナシステムは、グランドパターンに接続された２つの給電点を備え、一方の給電点からは水平方向にモノポールアンテナのアンテナエレメントが延び、他方の給電点からは鉛直方向にモノポールアンテナのアンテナエレメントが延びている。水平方向に延びるアンテナエレメントは主として水平偏波を送受信し、垂直方向に延びるアンテナエレメントは主として垂直偏波を送受信する。

特開２０１５−９７３７７号公報

特許文献１に開示の構成では、水平偏波を送受信するアンテナエレメントを地板からλ／２以上離す必要がある。そのため、地板からアンテナ装置の上端までのアンテナ装置の高さが高くなる。

本開示は、この事情に基づいて成されたものであり、その目的とするところは、互いに直交する２つの方向に電波を放射でき、かつ、装置高さを低くすることができるアンテナ装置を提供することにある。

上記目的は独立請求項に記載の特徴の組み合わせにより達成され、また、下位請求項は更なる有利な具体例を規定する。特許請求の範囲に記載した括弧内の符号は、一つの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、開示した技術的範囲を限定するものではない。

上記目的を達成するための１つの開示は、
グランド電位を提供するグランド板（５０、１５０）と、
グランド板に備えられた第１給電部（５１）と、
第１給電部に電気的に接続され、グランド板の一方の面から離隔する方向に配置されたアンテナエレメントであって、偏波面がグランド板に垂直な方向になる電波を放射可能な垂直方向アンテナエレメント（４０）と、
グランド板に備えられた第２給電部（５２）と、
第２給電部に電気的に接続され、グランド板に平行に配置されたアンテナエレメントであって、偏波面がグランド板に平行な方向になる電波を放射可能な水平方向アンテナエレメント（７０）と、
グランド板の垂直方向アンテナエレメントがある側とは反対側の面に配置され、グランド板および水平方向アンテナエレメントに対向しており、かつ、少なくとも水平方向アンテナエレメントに対向する部分が誘電体であるアンテナベース（２０）と、を備えているアンテナ装置である。

このアンテナ装置は、アンテナベースにおいて水平方向アンテナエレメントに対向する部分が誘電体である。したがって、水平方向アンテナエレメントが放射する電波に波長短縮効果が生じる。波長短縮効果が生じることにより、水平方向アンテナエレメントから水平方向アンテナエレメントが電波を放射する方向に、その電波の真空中における波長の半波長以上、金属体を離す必要がなくなる。よって、その金属体を基準面としたとき、基準面からアンテナ装置の上端までの高さを低くすることができる。

アンテナ装置１が車両Ｃに搭載されている状態を説明する図である。 アンテナ装置１の構成を示す斜視図である。 図２のIII−III線断面図である。 アンテナ装置１の垂直偏波特性を示す図である。 アンテナ装置１の水平偏波特性を示す図である。 第２実施形態においてグランド板５０と水平方向アンテナエレメント７０の関係を示す図である。 エレメント間距離と利得向上量との関係を示す図である。 第２実施形態においてグランド板５０と水平方向アンテナエレメント７０の関係を示す図である。

以下、実施形態を図面に基づいて説明する。実施形態の説明では、図１に示すように、アンテナ装置１が車両Ｃに搭載されているとする。詳しくは、アンテナ装置１は、車両Ｃの屋根に設置されている。ただし、アンテナ装置１は、必ずしも車両Ｃの屋根に設置される必要はない。アンテナ装置１の設置位置に特に制限はない。アンテナ装置１は、車両Ｃにおいて屋根以外の部分に設置されてもよいし、車両Ｃとは異なる移動体に備えられていてもよい。また、アンテナ装置１は静止物体に備えられてもよい。

アンテナ装置１は、たとえば、同軸ケーブルを介して無線機（何れも図示略）と接続されており、アンテナ装置１が受信した信号は逐次無線機に出力される。また、アンテナ装置１は無線機から入力される電気信号を電波に変換して空間に放射する。無線機は、アンテナ装置１が受信した信号を利用するとともに、当該アンテナ装置１に対して送信信号に応じた高周波電力を供給する。なお、アンテナ装置１への給電線としては、同軸ケーブルの他にも、フィーダ線など、その他の給電線を用いてもよい。

アンテナ装置１は、所定の対象周波数の電波を送受信するように構成されている。もちろん、他の態様としてアンテナ装置１は、送信と受信の何れか一方のみに利用されてもよい。電波の送受信には可逆性があるため、周波数ｆ１の電波を送信可能な構成は、その周波数ｆ１の電波を受信可能な構成でもある。

対象周波数は、ここでは一例として、第５世代の携帯電話向け通信システムに割り当てられている周波数帯の１つである２８ＧＨｚ帯とする。もちろん、対象周波数は適宜設計されればよく、対象周波数は２８ＧＨｚ帯に限られない。アンテナ装置１は、対象周波数の電波であって、グランド板５０（図２参照）に平行な偏波面の電波およびグランド板５０に垂直な偏波面の電波に放射可能である。グランド板５０が水平に配置される場合、グランド板５０に平行な偏波面の電波は水平偏波であり、グランド板５０に垂直な偏波面の電波は垂直偏波である。

図２に、アンテナ装置１の構成を示す。本実施形態のアンテナ装置１は、車両Ｃの屋根を地板１０として用いる。また、図２には省略しているが、アンテナ装置１には適宜、全体を覆うカバーが設けられる。

図２に示すように、アンテナ装置１は、全体として平板状である。アンテナ装置１の平面視形状は長方形状である。図２には、アンテナ装置１が備える要素として、地板１０の他、アンテナベース２０、樹脂基板３０、対向導体板４０が視認できる。なお、平面視は、アンテナ装置１を対向導体板４０から地板１０に向かう方向に見ることを意味する。

地板１０は、車両Ｃの屋根とは別に用意することもできる。地板１０を車両Ｃの屋根とは別に設ける場合、地板１０は、アンテナベース２０よりも大きいものとする。

アンテナベース２０は、グランド板５０と地板１０とを電気的に接続し、グランド電位を安定させる目的、および、水平方向アンテナエレメント７０と地板１０との間に間隔を設ける目的で設けられた部材である。なお、以下、この明細書において「接続」は電気的に接続されていることを意味する。

これら２つの目的のために、アンテナベース２０は、導電体部である金属製の金属ベース部２１と、誘電体部である樹脂製の樹脂ベース部２２とを備えている。金属ベース部２１と樹脂ベース部２２の幅方向長さは同一である。したがって、アンテナベース２０は、全体として薄い矩形平板状、換言すれば薄い直方体形状である。

図２等の種々の図に示すＸ軸はアンテナベース２０の幅方向を示す。Ｙ軸はアンテナベース２０の長手方向を示す。Ｚ軸はアンテナベース２０の上下方向を示している。これらＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸を備える３次元座標系は、アンテナ装置１の構成を説明するための概念である。以下の説明では、図３も参照する。 図３は、図２のIII−III線断面図である。III−III線断面は、アンテナ装置１を幅方向に２等分する断面である。

金属ベース部２１は、一方の面がグランド板５０に接しており、他方の面が地板１０に接している。したがって、グランド板５０と地板１０は同電位になる。樹脂ベース部２２は、一方の面が樹脂基板３０に対向し、他方の面が地板１０に接している。樹脂ベース部２２は、水平方向アンテナエレメント７０が送受信する電波に波長短縮効果を生じさせるための部材である。水平方向アンテナエレメント７０の比誘電率はたとえば４．２である。

樹脂基板３０も薄板状である。樹脂基板３０は、グランド板５０と対向導体板４０とを、所定の間隔をおいて互いに対向配置するための板状部材である。樹脂基板３０の材料には、ガラスエポキシ樹脂など、所定の比誘電率を有する誘電体を用いることができる。ここでは一例として樹脂基板３０は比誘電率３．２であるとする。樹脂基板３０の平面視形状は長方形である。樹脂基板３０はアンテナベース２０よりも平面視形状が小さい。

本実施形態では一例として樹脂基板３０の厚さは０．１ｍｍであるとする。樹脂基板３０の厚さは、グランド板５０と対向導体板４０との間隔に相当する。樹脂基板３０の厚さを調整することで、対向導体板４０とグランド板５０との間隔を調整することができる。樹脂基板３０の厚さの具体的な値はシミュレーションや試験によって適宜決定されればよい。

なお、樹脂基板３０は前述の役割を果たせればよく、樹脂基板３０の形状は適宜変更可能である。対向導体板４０をグランド板５０に対向配置するための構成は、複数の柱であってもよい。また、本実施形態においてグランド板５０と対向導体板４０の間は、樹脂基板３０としての樹脂が充填された構成を採用するが、これに限らない。グランド板５０と対向導体板４０の間は、中空や真空となっていてもよい。樹脂基板３０としては、ハニカム構造などを採用することもできる。さらに、以上で例示した構造が組み合わさっていてもよい。アンテナ装置１がプリント配線板を用いて実現される場合には、プリント配線板が備える複数の導体層を、グランド板５０や対向導体板４０として利用するとともに、導体層を隔てる樹脂層を樹脂基板３０として利用してもよい。

樹脂基板３０の厚さは、後述するように短絡部６０の長さ（換言すれば短絡部６０が提供するインダクタンス）を調整するパラメータとしても機能する。また、樹脂基板３０の厚さは、グランド板５０と対向導体板４０とが対向することによって形成する静電容量を調整するパラメータとしても機能する。

対向導体板４０は、銅などの導体を素材とする板状の導体部材であって、垂直方向アンテナエレメントである。ここでの板状には、銅箔などの薄膜状も含まれる。対向導体板４０は、平面視においてグランド板５０よりも小さい大きさであり、その厚み方向において樹脂基板３０を介してグランド板５０と対向する。一方、対向導体板４０は樹脂ベース部２２とは対向しない。また、対向導体板４０は、グランド板５０と平行になっている。ここでの平行とは完全な平行に限らない。数度から十度程度傾いていても良い。つまり概ね平行である状態（いわゆる略平行な状態）を含む。

図２に示す対向導体板４０の平面形状は正方形である。対向導体板４０は、図２に示すように、或る１組の対辺がＸ軸と平行となり、かつ、他の組の対辺がＹ軸に平行となる姿勢で樹脂基板３０に配置されている。

ただし、対向導体板４０の平面形状はその他の形状であってもよい。対向導体板４０の平面形状は、円形や、正八角形、正六角形などであってもよい。また、対向導体板４０は、長方形状や長楕円形などであってもよい。対向導体板４０は、互いに直交する２つの直線のそれぞれを対称の軸として線対称な形状（以下、２方向線対称形状）であることが好ましい。２方向線対称形状とは、ある直線を対称の軸として線対称であって、かつ、その直線と直交する他の直線についても線対称な図形を指す。たとえば、楕円形や、長方形、円形、正方形、正六角形、正八角形、ひし形などが２方向線対称形状に該当する。また、対向導体板４０は、円形や正方形、長方形、平行四辺形など、点対称な図形であることがより好ましい。

また、対向導体板４０にスリットが設けられたり、対向導体板４０の角部が丸められたりしていてもよい。例えば１対の対角部分に縮退分離素子としての切り欠き部が設けられていてもよい。対向導体板４０の縁部は、部分的に又は全体的にミアンダ形状に設定されていてもよい。対向導体板４０の縁部に設けられた、動作に影響を与えない程度の凹凸は無視して取り扱うことができる。

図３に示すように、アンテナ装置１は、地板１０、アンテナベース２０、樹脂基板３０、対向導体板４０の他にグランド板５０を備えている。グランド板５０は、銅などの導体を素材とする板状の導体部材である。ここでの板状にも箔状、薄膜状が含まれる。グランド板５０は樹脂基板３０の厚さ方向の一方の面であるグランド配置面３１に配置されている。

グランド配置面３１は、樹脂基板３０の地板１０側の面である。グランド板５０は、樹脂基板３０の金属ベース部２１に対向している部分と平面視において一致する形状である。なお、図２には、グランド板５０の図示省略している。金属ベース部２１の平面視形状は長方形状である。したがって、グランド板５０の平面視形状も長方形である。

グランド板５０の大きさは適宜変更可能である。グランド板５０の１つの辺の長さは、電気的に１波長よりも小さい値（例えば対象波長の１／３）に設定されていてもよい。反対に、グランド板５０の大きさは、直径が１波長の円よりも大きな大きさとすることもできる。

グランド板５０を上側から見た形状（以降、平面形状）は適宜変更可能である。ここでは一例としてグランド板５０の平面形状を長方形状とするが、他の態様としてグランド板５０の平面形状は、正方形状であってもよいし、その他の多角形状であってもよい。たとえばグランド板５０は、１辺が電気的に１波長に相当する値に設定された正方形状であってもよい。また、グランド板５０の形状を、２方向線対称形状とすることもできる。なお、金属ベース部２１は、グランド板５０の大きさ以上の大きさとすることが好ましい。

グランド板５０には、第１給電部５１と第２給電部５２が備えられている。第１給電部５１は図示しない給電線がエレメント接続線５３に接続される部分である。第２給電部５２図示しない給電線がエレメント接続線５４に接続される部分である。給電線には、同軸ケーブルを用いることができる。

第１給電部５１では、同軸ケーブルの外部導体とグランド板５０が接続される。第２給電部５２では、同軸ケーブルの外部導体とグランド板５０に接続される。これにより、グランド板５０は、アンテナ装置１においてグランド電位（換言すれば接地電位）を提供する。

第１給電部５１は、同軸ケーブルの特性インピーダンスと、対象周波数における第１給電部５１よりも対向導体板４０側の部分とのインピーダンスの整合が取れる位置に設けられればよい。ここでの対象周波数は対向導体板４０をアンテナエレメントとして動作させる対象となる周波数である。第１給電部５１の位置を別の観点で説明すると、第１給電部５１は、リターンロスが所定の許容レベルとなる位置に設けられればよい。

第２給電部５２は、本実施形態では、グランド板５０のエレメント対向辺５５に設けられている。エレメント対向辺５５は、グランド板５０において水平方向アンテナエレメント７０に対向する辺である。このエレメント対向辺５５の長さは、水平方向アンテナエレメント７０の長さよりも長くなっている。

エレメント接続線５３は、一端が第１給電部５１に接続され、他端が対向導体板４０に接続されている。エレメント接続線５３の対向導体板４０に接続されている端は、アンテナエレメントである対向導体板４０に給電するエレメント給電点５６である。エレメント接続線５３は導体ピン、ビア等により形成される。また、同軸ケーブルの内部導体をエレメント接続線５３とすることもできる。

なお、対向導体板４０への給電方式としては、直結給電方式や電磁結合方式など多様な方式を採用可能である。直結給電方式は、同軸ケーブルの内部導体に接続している（つまり給電用の）マイクロストリップ線路や導体ピン、ビア等が、対向導体板４０と直接接続される方式を指す。電磁結合方式は、給電用のマイクロストリップ線路等と対向導体板４０との電磁結合を利用した給電方式を指す。

エレメント接続線５４は、一端が第２給電部５２に接続され、他端が水平方向アンテナエレメント７０に接続されている。エレメント接続線５４はマイクロストリップ線路により形成することができる。また、同軸ケーブルの内部導体をエレメント接続線５４とすることもできる。

短絡部６０は、グランド板５０と対向導体板４０とを電気的に接続する導電性の部材である。短絡部６０は、導電性のピン（以降、ショートピン）を用いて実現されればよい。短絡部６０としてのショートピンの径や長さを調整することによって、短絡部６０が備えるインダクタンスを調整することができる。

なお、短絡部６０は、一端がグランド板５０と接続され、他端が対向導体板４０と接続された線状の部材であればよい。アンテナ装置１がプリント配線板を基材として用いて実現される場合には、プリント配線板に設けられたビアを短絡部６０として利用することができる。

短絡部６０は、例えば導体板中心に位置するように設けられている。なお、短絡部６０の形成位置は、厳密に導体板中心と一致している必要はない。短絡部６０は、対向導体板４０の中央領域に形成されていればよい。短絡部６０は、短絡部６０の部分を節とする電圧定在波を生じさせるためのものである。そして、電圧定在波が生じることでアンテナ装置１は、対向導体板４０およびグランド板５０に垂直な偏波面を持つ電波を送受信する。短絡部６０は、この電波の送受信特性が許容される範囲で、対向導体板４０の中心からずれた位置に配置されていてもよい。たとえば、対向導体板４０の中央領域は、導体板中心から縁部までを１：５に内分する点を結ぶ線よりも内側の領域とすることができる。また、中央領域を、対向導体板４０を６分の１程度に相似縮小した同心図形が重なる領域としてもよい。
水平方向アンテナエレメント７０は、樹脂基板３０の樹脂ベース部２２に対向する面に設けられている。また、図３に示すように、樹脂基板３０の樹脂ベース部２２に対向する面と地板１０との間の距離は４ｍｍになっている。この距離になるように、アンテナベース２０の厚さは調整されている。

対象周波数が２８ＧＨｚであると、波長は真空中であれば約１０ｍｍである。水平方向アンテナエレメント７０が放射する電波の利得が地板１０の影響で低下しないようにするためには、水平方向アンテナエレメント７０を地板１０から半波長以上離す必要がある。真空中であれば半波長は５ｍｍとなる。しかし、アンテナ装置１では、樹脂基板３０の樹脂ベース部２２に対向する面と地板１０との間に、樹脂ベース部２２が介在している。樹脂ベース部２２があることで波長短縮効果が生じる。そのため、樹脂基板３０の樹脂ベース部２２に対向する面と地板１０との間の距離は、半波長である５ｍｍよりも短い４ｍｍとすることができる。

水平方向アンテナエレメント７０は、形状が線状である。水平方向アンテナエレメント７０の電気長は対象周波数の電波の波長（以下、対象波長）λの半分である。なお、水平方向アンテナエレメント７０の電気長は、厳密にλ／２である必要はない。水平方向アンテナエレメント７０から、対象周波数の電波が必要とされる電力で送信されれば、水平方向アンテナエレメント７０の電気長は、λ／２よりも長くても短くてもよい。

水平方向アンテナエレメント７０の配置向きは、直線形状であるエレメント対向辺５５に平行である。水平方向アンテナエレメント７０とエレメント対向辺５５の間の距離は、対象波長λの半分の距離になっている。対象周波数が２８ＧＨｚである場合、波長は約１０ｍｍである。したがって、対象周波数が２８ＧＨｚである場合、エレメント対向辺５５と水平方向アンテナエレメント７０の間の距離は、図３に示すように約５ｍｍになる。

また、水平方向アンテナエレメント７０はグランド配置面３１にも平行になっている。つまり、水平方向アンテナエレメント７０が、その一方の端から他方の端に延びている方向は、グランド配置面３１およびそのグランド配置面３１に平行であるグランド板５０に沿った方向である。

水平方向アンテナエレメント７０は、エレメント接続線５４を介して第２給電部５２に接続されている。エレメント接続線５４は水平方向アンテナエレメント７０の長手方向中心に接続されている。この点をエレメント給電点７１とする。

ただし、エレメント給電点７１の位置は、水平方向アンテナエレメント７０の長手方向中心に限られない。水平方向アンテナエレメント７０の一方の端がエレメント給電点７１とされるなど、エレメント給電点７１は水平方向アンテナエレメント７０の種々の長手方向位置とすることができる。

また、水平方向アンテナエレメント７０は、一直線状である必要はなく、一部にエレメント対向辺５５と平行になっている部分があればよい。たとえば、水平方向アンテナエレメント７０として、Ｌ型の線状アンテナエレメントを採用することもできる。

［アンテナ装置１の動作説明］
このように構成されたアンテナ装置１の動作を説明する。このアンテナ装置１の動作説明では、地板１０およびグランド板５０は、大地に平行すなわち水平であるとする。この場合、アンテナ装置１は水平偏波と垂直偏波を送受信する。

まず、アンテナ装置１が垂直偏波を送信する動作を説明する。対向導体板４０はその中央領域に設けられた短絡部６０でグランド板５０に短絡されており、かつ、対向導体板４０の面積は、短絡部６０が備えるインダクタンスと対象周波数において並列共振する静電容量を形成する面積となっている。

このため、インダクタンスと静電容量との間のエネルギー交換によって並列共振（いわゆるＬＣ並列共振）が生じ、グランド板５０と対向導体板４０との間には、グランド板５０および対向導体板４０に対して垂直な電界が発生する。この垂直電界は、短絡部６０から対向導体板４０の縁部に向かって伝搬していき、対向導体板４０の縁部において、垂直電界はグランド板５０に垂直な偏波面を持つ直線偏波（以降、地板垂直偏波）になって空間を伝搬していく。なお、ここでの地板垂直偏波とは、電界の振動方向がグランド板５０や対向導体板４０に対して垂直な電波を指す。アンテナ装置１が水平面に平行な姿勢で使用されている場合、地板垂直偏波は、電界振動方向が地面に垂直な偏波（いわゆる垂直偏波）を指す。

垂直電界の伝搬方向は、短絡部６０を中心として対称である。そのため、図４に示すように、アンテナ水平面の全方位に対して同程度の利得を有する。換言すれば、アンテナ装置１は対象周波数において、対向導体板４０の中央領域から縁部に向かう全方向（つまりアンテナ水平方向）に指向性を有する。なお、図４は、シミュレーションにより得た結果であり、地板１０は有限の大きさとして１００ｍｍ×１００ｍｍとした。

グランド板５０が水平となるように配置されている場合、アンテナ装置１は水平方向にメインビームを備えるアンテナとして機能する。なお、ここでのアンテナ水平面とは、グランド板５０および対向導体板４０に平行な平面を指す。また、アンテナ水平方向とは、対向導体板４０の中心からその縁部に向かう方向を指す。アンテナ水平方向は、別の観点によれば、対向導体板４０の中心を通るグランド板５０への垂線に直交する方向を指す。アンテナ水平方向は、アンテナ装置１にとっての横方向（換言すれば側方）に相当する。

なお、短絡部６０は導体板中心に配置されているため、対向導体板４０に流れる電流は、短絡部６０を中心として対称となる。そのため、対向導体板４０において導体板中心からある方向に流れる電流が発するアンテナ高さ方向の電波は、逆向きに流れる電流が発する電波によって相殺される。つまり、対向導体板４０に励起される電流は、電波の放射に寄与しない。故に、アンテナ上方向には垂直偏波の電波を放射しない。以降では便宜上、グランド板５０と対向導体板４０との間に形成される静電容量と、短絡部６０が備えるインダクタンスのＬＣ並列共振によって動作するモードのことをＬＣ共振モードと称する。当該ＬＣ共振モードは、グランド板５０に対する対向導体板４０の電圧振動を利用する動作モードに相当する。ＬＣ共振モードは０次共振モードに相当する。ＬＣ共振モードとしてのアンテナ装置１は電圧系アンテナに相当する。

次に、アンテナ装置１が水平偏波を送信する動作を説明する。第２給電部５２からエレメント接続線５４を介して水平方向アンテナエレメント７０に給電される。水平方向アンテナエレメント７０に給電されると、水平方向アンテナエレメント７０は、直線状である水平方向アンテナエレメント７０を中心とする軸周りに、対象周波数の電波を放射する。水平方向アンテナエレメント７０がグランド板５０に平行に配置されているので、水平方向アンテナエレメント７０が放射する電波の偏波面はグランド板５０および地板１０に平行である。よって、グランド板５０が水平に配置されている場合、水平方向アンテナエレメント７０から放射される電波は水平偏波になる。

ここで、水平方向アンテナエレメント７０とエレメント対向辺５５の距離は対象波長λの半分となっている。したがって、エレメント対向辺５５が反射器として機能する。そのため、水平方向アンテナエレメント７０から放射された電波は強められるので利得が高くなる。その結果、図５に示すように、水平偏波の利得も、図４に示した垂直偏波の利得に近くなる。

なお、アンテナ装置１が電波を送信（放射）する際の作動と、電波を受信する際の作動は、互いに可逆性を有する。つまりアンテナ装置１は、アンテナ水平方向から到来する地板垂直偏波、および、アンテナ水平方向から到来し、地板１０に平行な偏波を受信できる。

［実施形態のまとめ］
以上、説明した本実施形態のアンテナ装置１は、アンテナベース２０において、水平方向アンテナエレメント７０に対向する部分が、誘電体である樹脂ベース部２２となっている。これにより、水平方向アンテナエレメント７０が放射する電波に波長短縮効果が生じるので、水平方向アンテナエレメント７０から地板１０までの距離を、対象波長λの半波長以上とする必要がない。よって、地板１０からアンテナ装置１の最上部までの高さを低くすることができる。

また、アンテナベース２０は、全部が樹脂ではない。アンテナベース２０は、グランド板５０に接している金属ベース部２１を備える。これにより、グランド電位となる部材が大きくなるので、グランド電位が安定する。

さらに、金属ベース部２１は地板１０に接している。これにより、グランド電位がさらに安定する。また、地板１０は水平方向アンテナエレメント７０に対向しており、地板１０と水平方向アンテナエレメント７０との距離は対象波長λの半分よりも短い。しかし、水平方向アンテナエレメント７０と地板１０との間には樹脂ベース部２２が介在しているので、前述した波長短縮効果が生じる。これにより、地板１０と水平方向アンテナエレメント７０との距離は対象波長λの半分よりも短くしつつ、水平偏波の利得低下を抑制できる。

また、アンテナ装置１は、対向導体板４０とグランド板５０とを短絡部６０により接続して、それらをＬＣ並列共振させて垂直偏波を生じさせている。この構成によれば、垂直偏波を生じさせる構成を薄型化できる。これにより、アンテナ装置１全体の装置高さをより低くできる。

また、アンテナ装置１では、エレメント対向辺５５が水平方向アンテナエレメント７０の反射器として機能するように、これらエレメント対向辺５５と水平方向アンテナエレメント７０が配置されている。つまり、アンテナ装置１は、垂直偏波を生じさせる構成であるグランド板５０を活用して、水平偏波の利得を向上させている。

＜第２実施形態＞
次に、第２実施形態を説明する。この第２実施形態以下の説明において、それまでに使用した符号と同一番号の符号を有する要素は、特に言及する場合を除き、それ以前の実施形態における同一符号の要素と同一である。また、構成の一部のみを説明している場合、構成の他の部分については先に説明した実施形態を適用できる。

図６に第２実施形態のアンテナ装置の構成の一部を示す。図６は、グランド板５０と水平方向アンテナエレメント７０の関係を示す図である。図６に示すように、第２実施形態のアンテナ装置は、同一のエレメント対向辺５５に対向する２つの水平方向アンテナエレメント７０を備えている。２つの水平方向アンテナエレメント７０のエレメント給電点７１間の距離は、λ／４以上となっている。

第１実施形態のアンテナ装置１では、第２給電部５２は、エレメント対向辺５５の中心に設けられていた。これに対して、第２実施形態では、第２給電部５２は、１つのエレメント対向辺５５に２つ設けられている都合上、そのエレメント対向辺５５の端方向にそれぞれ移動している。

第２給電部５２の位置が移動していることに伴い、２つの水平方向アンテナエレメント７０の位置も、第１実施形態における水平方向アンテナエレメント７０の位置から、それぞれエレメント対向辺５５に沿って平行移動している。それ以外は、水平方向アンテナエレメント７０の大きさ、姿勢は第１実施形態と同じである。

２つのエレメント給電点７１の間隔は、λ／４以上になっている。このようにすると、１つの水平方向アンテナエレメント７０のみを備えた構成よりも利得が向上する。図７に、エレメント間距離と利得向上量との関係を示す。エレメント間距離は、一方の水平方向アンテナエレメント７０のエレメント給電点７１から、他方の水平方向アンテナエレメント７０のエレメント給電点７１までの距離である。

図７に示すように、０．２５λ以上、すなわち、λ／４以上では１ｄＢ以上利得が向上する。したがって、エレメント間距離はλ／４以上であることが好ましい。なお、図７に示されるように、エレメント間距離が０．６５λ以上では、エレメント間距離が大きくなるほど、利得向上量が低下する。さらに、エレメント間距離がλ以上になるとサイドローブが大きくなるという問題もある。しかし、エレメント間距離が大きくなっても、水平方向アンテナエレメント７０が１つのときよりは利得は向上する。

＜第３実施形態＞
図８に第３実施形態のアンテナ装置の構成の一部を示す。図８に示すグランド板１５０は、平面視において正六角形である。第３実施形態では、グランド板１５０の各辺がエレメント対向辺５５になっている。水平方向アンテナエレメント７０は６つ設けられ、各水平方向アンテナエレメント７０は別々のエレメント対向辺５５に対向して配置されている。

第３実施形態のアンテナ装置では、グランド板１５０は、異なる水平方向アンテナエレメントがそれぞれ対向する複数のエレメント対向辺５５を備えている。そして、各エレメント対向辺５５に対して平行に配置された複数の水平方向アンテナエレメント７０を備えている。したがって、第３実施形態のアンテナエレメントは、複数の方向に水平偏波の指向性を持つことができる。なお、各水平方向アンテナエレメント７０には、同時に給電してもよいし、また、各時刻において給電する水平方向アンテナエレメント７０の数を、一部の水平方向アンテナエレメント７０のみにしてもよい。たとえば、各時刻において給電する水平方向アンテナエレメント７０を１つにしてもよい。

以上、実施形態を説明したが、開示した技術は上述の実施形態に限定されるものではなく、次の変形例も開示した範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施できる。

＜変形例１＞
実施形態では、垂直方向アンテナエレメントとして対向導体板４０を示した。しかし、垂直方向アンテナエレメントとして、グランド板５０に対して垂直に設けられた線状のアンテナエレメントを用いてもよい。この線状のアンテナエレメントは、一部にコイル部分を備えていてもよいし、折り曲げられた形状でもよい。

＜変形例２＞
実施形態では、導電体部として金属製の金属ベース部２１を示した。しかし、導電体部の材料として、金属以外の導電体を用いることもできる。また、誘電体部として樹脂製の樹脂ベース部２２を示した。しかし、誘電体部の材料として、樹脂以外の誘電体を用いることもできる。

＜変形例３＞
第３実施形態では、グランド板１５０の形状は正六角形であった。しかし、グランド板１５０の形状は他の多角形、たとえば、正方形、正三角形などでもよい。

＜変形例４＞
第２実施形態では、２つの水平方向アンテナエレメント７０を１つのエレメント対向辺５５に対向配置していた。しかし、１つのエレメント対向辺５５に３つ以上の水平方向アンテナエレメント７０を対向配置してもよい。

１：アンテナ装置 １０：地板 ２０：アンテナベース ２１：金属ベース部 ２２：樹脂ベース部 ３０：樹脂基板 ３１：グランド配置面 ４０：対向導体板（垂直方向アンテナエレメント） ５０：グランド板 ５１：第１給電部 ５２：第２給電部 ５３：エレメント接続線 ５４：エレメント接続線 ５５：エレメント対向辺 ５６：エレメント給電点 ６０：短絡部 ７０：水平方向アンテナエレメント ７１：エレメント給電点 １５０：グランド板 Ｃ：車両

Claims (7)

1. グランド電位を提供するグランド板（５０、１５０）と、
   前記グランド板に備えられた第１給電部（５１）と、
   前記第１給電部に電気的に接続され、前記グランド板の一方の面から離隔する方向に配置されたアンテナエレメントであって、偏波面が前記グランド板に垂直な方向になる電波を放射可能な垂直方向アンテナエレメント（４０）と、
   前記グランド板に備えられた第２給電部（５２）と、
   前記第２給電部に電気的に接続され、前記グランド板に平行に配置されたアンテナエレメントであって、偏波面が前記グランド板に平行な方向になる電波を放射可能な水平方向アンテナエレメント（７０）と、
   前記グランド板の前記垂直方向アンテナエレメントがある側とは反対側の面に配置され、前記グランド板および前記水平方向アンテナエレメントに対向しており、かつ、少なくとも前記水平方向アンテナエレメントに対向する部分が誘電体であるアンテナベース（２０）と、を備えているアンテナ装置。
2. 前記アンテナベースは、前記グランド板と接触する導電体部（２１）と、前記水平方向アンテナエレメントに対向する誘電体部（２２）とを備える、請求項１に記載のアンテナ装置。
3. 前記アンテナベースが載せられる地板（１０）を備え、
   前記水平方向アンテナエレメントと前記地板との距離が、前記水平方向アンテナエレメントが放射する電波の波長の半分よりも短くなっている、請求項２に記載のアンテナ装置。
4. 前記垂直方向アンテナエレメントとして、前記グランド板と間隔をおいて設置された平板状の導体部材であって、前記第１給電部に電気的に接続する対向導体板（４０）を備え、
   前記対向導体板の中央領域に設けられ、前記対向導体板と前記グランド板とを電気的に接続する短絡部（６０）を備える、請求項１〜３のいずれか１項に記載のアンテナ装置。
5. 前記水平方向アンテナエレメントは、線状のアンテナエレメントであり、
   前記グランド板の前記水平方向アンテナエレメントに対向するエレメント対向辺（５５）は直線状であり、
   前記水平方向アンテナエレメントは、前記エレメント対向辺と平行に配置され、
   前記水平方向アンテナエレメントと前記エレメント対向辺との距離は、前記水平方向アンテナエレメントが放射する電波の波長の半分である、請求項１〜４のいずれか１項に記載のアンテナ装置。
6. 同一の前記エレメント対向辺に対向する前記水平方向アンテナエレメントを複数備え、
   複数の前記水平方向アンテナエレメントは、それぞれ、前記第２給電部と電気的に接続するエレメント給電点（７１）を備え、
   複数の前記水平方向アンテナエレメントがそれぞれ備える前記エレメント給電点の間隔が、前記水平方向アンテナエレメントが放射する電波の波長の１／４以上である請求項５に記載のアンテナ装置。
7. 前記水平方向アンテナエレメントを複数備え、
   前記グランド板（１５０）は、互いに異なる前記水平方向アンテナエレメントが対向する複数の前記エレメント対向辺を備えている請求項５に記載のアンテナ装置。

Images