JP2022129251A - パッチアンテナ - Google Patents

Abstract

【課題】低仰角の利得を向上できるパッチアンテナを提供する。【解決手段】パッチアンテナは、放射素子と、前記放射素子が設けられる第１誘電体部材と、前記第１誘電体部材の周囲に設けられる少なくとも一つの第２誘電体部材と、を備える。さらに、前記第２誘電体部材の比誘電率は、前記第１誘電体部材の比誘電率よりも大きい。また、前記第２誘電体部材の比誘電率は、３０以上である。【選択図】図３

Description

本発明は、パッチアンテナに関する。

特許文献１には、地導体板、誘電体基板及び放射素子を含むパッチアンテナが開示されている。

特開２０１４－１６０９０２号公報

ところで、パッチアンテナを収納するアンテナ装置を小型化すると、パッチアンテナが接地されるベースの面積が小さくなり、パッチアンテナの低仰角の利得が低下してしまうことがある。

本発明の目的の一例は、パッチアンテナの低仰角の利得を向上することである。本発明の他の目的は、本明細書の記載から明らかになるであろう。

本発明の一態様は、放射素子と、前記放射素子が設けられる第１誘電体部材と、前記第１誘電体部材の周囲に設けられる少なくとも一つの第２誘電体部材と、を備えるパッチアンテナである。

本発明の一態様によれば、低仰角におけるパッチアンテナの利得が向上する。

車両１の側面図である。 車載用アンテナ装置１０の分解斜視図である。 パッチアンテナ３０の斜視図である。 パッチアンテナ３０の断面図である。 １給電方式のパッチアンテナ３０の平面図である。 ２給電方式のパッチアンテナ３０の平面図である。 比較例のパッチアンテナ３０Ｘの平面図である。 比較例のパッチアンテナ３０Ｘ及び本実施形態のパッチアンテナ３０のそれぞれの電界分布の様子を示す図である。 比較例のパッチアンテナ３０Ｘにおける仰角と平均利得の関係の図である。 パッチアンテナ３０（ε_ｒ２＝２０）における仰角と平均利得の関係の図である。 パッチアンテナ３０（ε_ｒ２＝３０）における仰角と平均利得の関係の図である。 パッチアンテナ３０（ε_ｒ２＝４０）における仰角と平均利得の関係の図である。 パッチアンテナ３０（ε_ｒ２＝２）における仰角と平均利得の関係の図である。 パッチアンテナ３０（ε_ｒ２＝７．８２）における仰角と平均利得の関係の図である。 パッチアンテナ３０（Ｔ＝５ｍｍ）における仰角と平均利得の関係の図である。 パッチアンテナ３０（Ｔ＝３ｍｍ）における仰角と平均利得の関係の図である。 パッチアンテナ３０（Ｔ＝７ｍｍ）における仰角と平均利得の関係の図である。 パッチアンテナ３０（Ｔ＝８ｍｍ）における仰角と平均利得の関係の図である。 パッチアンテナ３０Ａの平面図である。 パッチアンテナ３０Ａにおける仰角と平均利得の関係の図である。 パッチアンテナ３０Ｂの平面図である。 パッチアンテナ３０Ｂにおける仰角と平均利得の関係の図である。 パッチアンテナ３０Ｃの平面図である。 パッチアンテナ３０Ｃにおける仰角と平均利得の関係の図である。 パッチアンテナ３０Ａ（Ｗ＝１ｍｍ）における仰角と平均利得の関係の図である。 パッチアンテナ３０Ａ（Ｗ＝４ｍｍ）における仰角と平均利得の関係の図である。 パッチアンテナ３０Ａ（Ｗ＝８ｍｍ）における仰角と平均利得の関係の図である。 パッチアンテナ３０Ａ（Ｗ＝１０ｍｍ）における仰角と平均利得の関係の図である。 パッチアンテナ３０Ａ（Ｄ＝１５ｍｍ）における仰角と平均利得の関係の図である。 パッチアンテナ３０Ａ（Ｄ＝１０ｍｍ）における仰角と平均利得の関係の図である。 パッチアンテナ３０Ａ（Ｄ＝５ｍｍ）における仰角と平均利得の関係の図である。 パッチアンテナ３０Ｄの平面図である。 パッチアンテナ３０Ｄにおける仰角と平均利得の関係の図である。 パッチアンテナ３０Ｅの平面図である。 パッチアンテナ３０Ｅにおける仰角と平均利得の関係の図である。

本明細書及び添付図面の記載により、少なくとも以下の事項が明らかとなる。

＜＜＜車両１における車載用アンテナ装置１０の取り付け位置＞＞＞
図１は、車載用アンテナ装置１０が取り付けられた車両１の前部の側面図である。以下、車載用アンテナ装置１０が取り付けられる車両の前後方向をＸ方向、Ｘ方向と垂直な左右方向をＹ方向、Ｘ方向とＹ方向に垂直な鉛直方向をＺ方向とする。また、車両の運転席からフロント側（前側）を＋Ｘ方向、右側を＋Ｙ方向とし、天頂方向（上方向）を＋Ｚ方向とする。以下、本実施形態では、車載用アンテナ装置１０の前後、左右、及び上下のそれぞれの方向は、車両の前後、左右、及び上下の方向と同じであるとして説明する。

車載用アンテナ装置１０は、車両１のルーフパネル２と、車室内の天井面のルーフライニング３との間の空洞４に収納されている。ここで、ルーフパネル２は、車載用アンテナ装置１０が電磁波（以下、適宜「電波」と称する。）を受信できるよう、例えば、絶縁性の樹脂で構成されている。

空洞４に収納された車載用アンテナ装置１０は、ビス等によって絶縁性の樹脂で構成されたルーフライニング３に固定されている。このように、車載用アンテナ装置１０は、絶縁性のルーフパネル２及びルーフライニング３によって包囲されている。なお、本実施形態では、車載用アンテナ装置１０は、ルーフライニング３に固定されたが、例えば、車両フレーム、または樹脂製のルーフパネル２に固定されても良い。

また、実際の空洞４のスペースは限られているため、車載用アンテナ装置１０のグランドとして機能する地板の面積を大きくすることは難しい。このため、車載用アンテナ装置において、一般的なパッチアンテナを設けた場合、低仰角の利得が低下してしまうことがある。以下、本実施形態では、低仰角の利得を改善可能なパッチアンテナを含む車載用アンテナ装置１０について説明する。

＜＜＜車載用アンテナ装置１０の概要＞＞＞
図２は車載用アンテナ装置１０の分解斜視図である。車載用アンテナ装置１０は、動作する周波数帯が異なる複数のアンテナを含むアンテナ装置であり、ベース１１、ケース１２、アンテナ２１～２６、及びパッチアンテナ３０を備える。

ベース１１は、アンテナ２１～２６、及びパッチアンテナ３０に共通のグランドとして利用される四辺形の金属板であり、空洞４内においてルーフライニング３上に設置される。また、ベース１１は、前後左右に広がった薄板である。

ケース１２は、箱状の部材であり、六面のうち下側の面が開口している。また、ケース１２は、絶縁性の樹脂で形成されているため、電波は、ケース１２を通過し得る。そして、ケース１２は、ケース１２の開口が、ベース１１によって閉塞されるよう、ベース１１に取り付けられる。このため、ケース１２の内側の空間には、アンテナ２１～２６及びパッチアンテナ３０が収容される。

アンテナ２１～２６及びパッチアンテナ３０は、ケース１２内においてベース１１上に搭載されている。パッチアンテナ３０は、ベース１１の中央付近に配置され、アンテナ２１～２６は、パッチアンテナ３０の周囲に配置されている。具体的には、アンテナ２１，２２は、パッチアンテナ３０の前側及び後ろ側にそれぞれ配置される。また、アンテナ２３，２４は、パッチアンテナ３０の左側及び右側にそれぞれ配置される。さらに、アンテナ２５は、アンテナ２２の左側且つアンテナ２３の後ろ側に配置され、アンテナ２６は、アンテナ２１の右側且つアンテナ２４の前側に配置されている。

アンテナ２１は、例えば、ＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System）に利用される平面アンテナであり、人工衛星からの１．５ＧＨｚ帯の電波を受信する。

アンテナ２２は、例えば、Ｖ２Ｘ（Vehicle-to-everything）のシステムに利用されるモノポールアンテナであり、５．８ＧＨｚ帯又は５．９ＧＨｚ帯の電波を送受信する。なお、アンテナ２２は、Ｖ２Ｘ用のアンテナであることとしたが、例えば、Ｗｉ－ＦｉやＢｌｕｅｔｏｏｔｈ用のアンテナであっても良い。

アンテナ２３，２４は、テレマティックス用のアンテナであり、例えば、ＬＴＥ（Long Term Evolution）及び第５世代移動通信システムに利用されるアンテナである。アンテナ２３，２４は、ＬＴＥの規格で定められた７００ＭＨｚ周波数帯から２．７ＧＨｚ帯の電波を送受信する。さらに、アンテナ２３，２４は、第５世代移動通信システムの規格で定められたＳｕｂ－６帯、つまり３．６ＧＨｚ帯から６ＧＨｚ未満の周数帯の電波も送受信する。

アンテナ２５，２６は、テレマティックス用のアンテナであり、例えば、第５世代移動通信システムに利用されるアンテナである。アンテナ２５，２６は、第５世代移動通信システムの規格で定められたＳｕｂ－６帯の電波を送受信する。

なお、アンテナ２１～２６の適用可能な通信規格及び周波数帯は上述のものに限定するものではなく、他の通信規格及び周波数帯域であってもよい。

パッチアンテナ３０は、例えば、衛星デジタル音声ラジオサービス（SDARS：Satellite Digital Audio Radio Service）の方式に利用されるアンテナである。パッチアンテナ３０は、２．３ＧＨｚ帯の左旋円偏波を受信する。なお、SDARSの衛星は静止衛星である。このため、特にカナダ北部（高緯度地域）のサービスエリアにおいてSDARS信号を受信するために、パッチアンテナ３０には、低仰角においても良好な利得が求められる。

＜＜＜パッチアンテナ３０の詳細＞＞＞
以下、図３～図６を参照して、パッチアンテナ３０について詳細に説明する。図３は、パッチアンテナ３０の斜視図であり、図４は、図３のＡ－Ａ線のパッチアンテナ３０の断面図であり、図５及び図６は、パッチアンテナ３０の平面図である。

パッチアンテナ３０は、導電性のパターン３１，３３（後述）が形成された回路基板３２、第１誘電体部材３４、放射素子３５、第２誘電体部材３６、及びシールドカバー５０を備えて構成される。なお、以下、本実施形態では、Ｚ軸正方向に順に積み重ねられた、回路基板３２、第１誘電体部材３４及び第２誘電体部材３６、及び放射素子３５を、「パッチアンテナ３０の本体部」と称する。

回路基板３２は、うら面（Ｚ軸負方向の面）と、おもて面（Ｚ軸正方向の面）とのそれぞれに、導電性のパターン３１，３３が形成された誘電体の板材であって、例えばガラスエポキシ樹脂からなる。そして、導電性のパターン３１は、回路パターン３１ａと、グランドパターン３１ｂとを含む。

回路パターン３１ａは、例えば、アンプ基板（不図示）からの同軸ケーブル４５の信号線４５ａが接続される導電性のパターンである。また、同軸ケーブル４５の編組４５ｂは、はんだ（不図示）により、グランドパターン３１ｂに電気的に接続されている。なお、回路パターン３１ａと、放射素子３５とを接続する構成については後述する。

グランドパターン３１ｂは、パッチアンテナ３０の本体部を接地させるための導電パターンである。グランドパターン３１ｂと、金属製のベース１１に設けられた４つの台座部１１ａとは、電気的に接続される。ここで、４つの台座部１１ａの各々は、パッチアンテナ３０の本体部を支持できるよう、ベース１１の一部が曲げ加工によって形成されている。そして、グランドパターン３１ｂと、台座部１１ａとが電気的に接続されることにより、グランドパターン３１ｂは接地される。なお、回路基板３２のうら面には、例えば、回路パターン３１ａを保護するための金属性のシールドカバー５０が取り付けられている。

回路基板３２のおもて面に形成された導電性のパターン３３は、パッチアンテナ３０の地導体板（または、地導体膜）、及び回路（不図示）のグランドとして機能するグランドパターンである。導電性のパターン３３は、スルーホールを介し、グランドパターン３１ｂに電気的に接続されている。また、グランドパターン３１ｂは、回路基板３２を台座部１１ａに固定する固定用のビス及び台座部１１ａを介し、ベース１１に電気的に接続される。したがって、導電性のパターン３３は、ベース１１に電気的に接続されることになる。

第１誘電体部材３４は、Ｘ軸に平行な辺及びＹ軸に平行な辺を有する略四辺形の板状の部材である。第１誘電体部材３４のおもて面及びうら面は、Ｘ軸及びＹ軸に対して平行であり、第１誘電体部材３４のおもて面がＺ軸正方向に向けられ、第１誘電体部材３４のうら面は、Ｚ軸負方向に向けられている。そして、第１誘電体部材３４のうら面は、例えば両面テープにより導電性のパターン３３に取り付けられている。なお、第１誘電体部材３４は、セラミック等の誘電体材料で形成されている。また、第１誘電体部材３４は、Ｙ軸に平行な辺３４ａ，３４ｃと、Ｘ軸に平行な辺３４ｂ，３４ｄを有している。

放射素子３５は、第１誘電体部材３４のおもて面の面積より小さい、略四辺形の導電性の素子であり、第１誘電体部材３４のおもて面に形成されている。なお、本実施形態では、放射素子３５の放射面の法線方向が、Ｚ軸正方向となっている。

ここで、「略四辺形」とは、例えば、正方形や長方形を含む、４つの辺からなる形状をいい、例えば、少なくとも一部の角が辺に対して斜めに切り欠かれていても良い。また、「略四辺形」の形状では、辺の一部に切り込み（凹部）や出っ張り（凸部）が設けられていても良い。つまり、「略四辺形」には、放射素子３５が、所望の周波数帯の電波を送受信できる形状であれば良い。

第２誘電体部材３６は、第１誘電体部材３４の周囲に設けられる誘電体部材である。第１誘電体部材３４と同様に、第２誘電体部材３６のおもて面及びうら面は、Ｘ軸及びＹ軸に対して平行であり、第２誘電体部材３６のおもて面がＺ軸正方向に向けられ、第２誘電体部材３６のうら面は、Ｚ軸負方向に向けられている。そして、第１誘電体部材３４と同様に、第２誘電体部材３６のうら面は、例えば両面テープにより導電性のパターン３３に取り付けられている。

図３～図６に示すように、本実施形態では、第２誘電体部材３６は、第１誘電体部材３４の周囲を囲う形状に形成されている。さらに、第２誘電体部材３６は、第１誘電体部材３４の外縁（ここでは、辺３４ａ～３４ｄ）に接している。ここで、「第１誘電体部材３４の周囲」とは、第１誘電体部材３４の外縁から離れた範囲も含む。したがって、図３～図６では、第２誘電体部材３６が第１誘電体部材３４の外縁に接しつつ、第１誘電体部材３４の周囲を囲う形状に形成されているが、第１誘電体部材３４の外縁から外側に離間しつつ、第１誘電体部材３４の周囲の少なくとも一部を囲う形状に形成されても良い。なお、第１誘電体部材３４の外側とは、ベース１１において、第１誘電体部材３４上に形成される放射素子３５の中心点３５ｐから離れる方向である。さらに、第２誘電体部材３６の外縁の形状は、略四辺形である。但し、後述するように、第２誘電体部材３６の数量、形状及び設置態様は、図３～図６に示す場合に限られない。

なお、第２誘電体部材３６は、セラミック等の誘電体材料で形成されている。第２誘電体部材３６は、第１誘電体部材３４と同じ誘電体材料で形成されても良いし、第１誘電体部材３４と異なる誘電体材料で形成されても良い。

貫通孔４１は、回路基板３２、導電性のパターン３３、及び第１誘電体部材３４を貫通する。貫通孔４１の内側には、回路パターン３１ａと、放射素子３５とを接続する給電線４２が設けられている。なお、給電線４２は、接地される導電性のパターン３３とは電気的に絶縁された状態で、回路パターン３１ａと、放射素子３５とを接続する。また、本実施形態では、給電線４２が放射素子３５に電気的に接続される点を給電点４３ａとする。

図５は、１給電方式の放射素子３５の給電点４３ａの位置を示す図である。本実施形態では、図５の実線で示すように、給電点４３ａを、放射素子３５の中心点３５ｐからＸ軸正方向にずれた位置に設けている。ただし、給電点４３ａの位置はこれに限られず、例えば、図５の破線で示すように、給電点４３ａを、放射素子３５の中心点３５ｐからＸ軸正方向及びＹ軸負方向にずらした位置に設けてもよい。

なお、「放射素子３５の中心点３５ｐ」とは、放射素子３５の外縁の形状における中心点、つまり幾何中心をいう。図５の１給電方式の放射素子３５は、例えば、所望の円偏波を送受信できるよう、縦、横の長さが異なる略長方形状の形状を有する。なお、「略長方形」は、上述した「略四辺形」に含まれる形状である。このため、「放射素子３５の中心点３５ｐ」は、放射素子３５の対角線が交わる点となる。

なお、図３～５では、放射素子３５に接続される給電線が、給電線４２の１本のみの構成を説明したが、放射素子３５に接続される給電線を追加し、２本設けても良い。なお、追加する給電線は、給電線４２と同様に、第１誘電体部材３４等を貫通する貫通孔（不図示）を介して設けることができるため、ここでは詳細な構成の説明は省略する。

図６は、２給電方式の放射素子３５の給電点４３ａの位置を示す図である。なお、図６の２つの給電点４３ａの位置は一例であり、放射素子３５が所望の円偏波を送受信できるよう、適した位置にあれば良い。また、図６の放射素子３５は、例えば、所望の円偏波を送受信できるよう、縦、横の長さが等しい略正方形状の形状を有する。なお、「略正方形」は、上述した「略四辺形」に含まれる形状である。

＝＝比較例＝＝
図７は、比較例のパッチアンテナ３０Ｘの平面図である。パッチアンテナ３０Ｘは、パッチアンテナ３０において第２誘電体部材３６が設けられていないアンテナである。なお、パッチアンテナ３０Ｘは、第２誘電体部材３６が設けられていないこと以外は、上述した本実施形態のパッチアンテナ３０と同様の構成を備える。例えば、パッチアンテナ３０Ｘは、回路基板３２、第１誘電体部材３４、放射素子３５、及びシールドカバー５０を備えて構成される。

＝＝パッチアンテナの電界分布について＝＝
図８の上側は、比較例のパッチアンテナ３０Ｘを使用した場合の電界分布を側面から見た様子を示している。また、図８の下側は、本実施形態のパッチアンテナ３０を使用した場合の電界分布を側面から見た様子を示している。図８に示されるように、比較例のパッチアンテナ３０Ｘでは、放射素子３５の略上側のみに電界が広がっているのに対し、本実施形態のパッチアンテナ３０では、放射素子３５の下側まで電界が広がっている。これにより、本実施形態のパッチアンテナ３０では、比較例のパッチアンテナ３０Ｘと比較すると、電波の低仰角の放射が強くなることがわかる。したがって、本実施形態のパッチアンテナ３０では、第２誘電体部材３６が第１誘電体部材３４の周囲に設けられることにより、電波の低仰角の放射を強くするような機能を有することになる。

＜＜＜第２誘電体部材の設置条件について＞＞＞
上述のように、第２誘電体部材３６は、電波の低仰角の放射が強くなるように機能し、放射素子３５は、２．３ＧＨｚ帯の左旋円偏波を受信する。したがって、第２誘電体部材３６の設置態様、サイズを変化させることにより、放射素子３５で受信する電波は影響を受ける。このため、まず、第２誘電体部材３６の設置条件について、図４及び図６を参照しつつ説明する。なお、図６には、放射素子３５が受信する左旋円偏波の旋回の向きが、矢印Ａによって示されている。

＝＝第２誘電体部材の比誘電率について＝＝
本実施形態では、第２誘電体部材３６として、第１誘電体部材３４の比誘電率ε_ｒ１よりも大きい比誘電率ε_ｒ２の誘電体材料を用いている（ε_ｒ２＞ε_ｒ１）。具体的には、第１誘電体部材３４として比誘電率ε_ｒ１が７．８２の誘電体材料を用い、第２誘電体部材３６として比誘電率ε_ｒ２が２０の誘電体材料を用いている。但し、後述するように、第２誘電体部材３６として、第１誘電体部材３４の比誘電率ε_ｒ１以下の比誘電率ε_ｒ２の誘電体材料を用いても良い（ε_ｒ２≦ε_ｒ１）。

＝＝第２誘電体部材の幅について＝＝
図６に示すように、第２誘電体部材３６は、第１誘電体部材３４の周囲を囲うように設けられている。ここで、第２誘電体部材３６の「幅Ｗ」は、放射素子３５のおもて面をＺ軸正方向からみた平面視において、第１誘電体部材３４の外縁（ここでは、辺３４ａ～辺３４ｄ）に直交する向きにおける第２誘電体部材３６の大きさとなる。言い換えると、幅Wは、第１誘電体部材３４の外縁に対応する第２誘電体部材３６の外縁と、第１誘電体部材３４の外縁との距離である。本実施形態では、第２誘電体部材３６の幅Ｗは、一周にわたって同じであることとしたが、これに限られない。例えば、第１誘電体部材３４の各辺に対向する第２誘電体部材３６の幅Ｗは、それぞれ異なっていても良い。また、第１誘電体部材３４の各辺に対向する第２誘電体部材３６の幅Ｗのうち、一部が同じであっても良い。また、第１誘電体部材３４の各辺に対向する第２誘電体部材３６の外縁の各辺とは、互いに平行であることとしたが、これに限定されない。例えば、幅Wが段階的又は漸次的に大きくなる形状であったり、小さくなる形状であったりしてもよい。

＝＝第２誘電体部材の厚みについて＝＝
「厚みＴ」とは、例えば、対象の鉛直方向（Ｚ方向）の大きさをいう。例えば、図４において、第２誘電体部材３６の鉛直方向（Ｚ方向）の大きさを、第２誘電体部材３６の「厚みＴ」とする。本実施形態では、第２誘電体部材３６の厚みＴが、第１誘電体部材３４の厚みＴに等しくなるように第２誘電体部材３６が形成されている。

＝＝シミュレーション条件１＝＝
ここで、放射素子３５のサイズ、第１誘電体部材３４の比誘電率ε_ｒ１及びサイズ、第２誘電体部材３６の比誘電率ε_ｒ２及びサイズ、ベース１１のサイズ、回路基板３２のサイズ、給電方式など、所定の条件（以下、「シミュレーション条件１」と称する。）において、パッチアンテナ３０、及び比較例のパッチアンテナ３０Ｘの利得を計算した。また、パッチアンテナ３０及びパッチアンテナ３０Ｘのシミュレーションにあたっては、便宜上、利得への影響の小さい回路パターン３１ａ等を省略したモデルを用いている。

図９は、比較例のパッチアンテナ３０Ｘにおける仰角と平均利得の関係の図である。図１０は、本実施形態のパッチアンテナ３０（ε_ｒ２＝２０）における仰角と平均利得の関係の図である。これらの図において、横軸は仰角を表し、縦軸は平均利得を表す。図９に示すように、比較例のパッチアンテナ３０Ｘでは、仰角２０°，２５°，３０°における平均利得が－１．２ｄＢｉｃ，０．１ｄＢｉｃ，１．２ｄＢｉｃである。これに対して、図１０に示すように、本実施形態のパッチアンテナ３０では、仰角２０°，２５°，３０°における平均利得が－０．５ｄＢｉｃ，０．６ｄＢｉｃ，１．６ｄＢｉｃである。したがって、本実施形態のパッチアンテナ３０は、比較例のパッチアンテナ３０Ｘよりも２０°～３０°の低仰角における平均利得が高い。

このように、第２誘電体部材３６が第１誘電体部材３４の周囲に設けられることによって、低仰角におけるパッチアンテナ３０の利得が向上する。この結果、パッチアンテナ３０は、低仰角の到来電波を効率的に受信することができる。

＜＜＜第２誘電体部材の設置条件の変更について＞＞＞
ここで、第２誘電体部材３６の設置条件を変更した場合について説明する。なお、以下に説明する条件を２以上変更させ、組み合わせて適用してもよい。

＝＝比誘電率ε_ｒ２を変更した場合＝＝
まず、第２誘電体部材３６の設置条件のうち、比誘電率ε_ｒ２を変化させた場合のパッチアンテナ３０の特性について検証する。なお、比誘電率ε_ｒ２以外のパッチアンテナ３０の各種条件（例えば、パッチアンテナ３０の主要部の物理的なサイズ、給電方式、第１誘電体部材３４の比誘電率ε_ｒ１）等は、上述したシミュレーション条件１と同じである。

ここでは、比誘電率ε_ｒ２が３０の第２誘電体部材３６を用いた場合（ε_ｒ２＞ε_ｒ１）、比誘電率ε_ｒ２が４０の第２誘電体部材３６を用いた場合（ε_ｒ２＞ε_ｒ１）、比誘電率ε_ｒ２が２の第２誘電体部材３６を用いた場合（ε_ｒ２＜ε_ｒ１）、比誘電率ε_ｒ２が７．８２の第２誘電体部材３６を用いた場合（ε_ｒ２＝ε_ｒ１）、と変化させた結果を、図１１～１４に示す。図１１は、パッチアンテナ３０（ε_ｒ２＝３０）における仰角と平均利得の関係の図である。図１２は、パッチアンテナ３０（ε_ｒ２＝４０）における仰角と平均利得の関係の図である。図１３は、パッチアンテナ３０（ε_ｒ２＝２）における仰角と平均利得の関係の図である。図１４は、パッチアンテナ３０（ε_ｒ２＝７．８２）における仰角と平均利得の関係の図である。これらの図において、横軸は仰角を表し、縦軸は平均利得を表す。また、これらの比誘電率ε_ｒ２を変更した場合の結果を実線で表し、シミュレーション条件１（比誘電率ε_ｒ２＝２０）の第２誘電体部材３６を用いた場合の結果（図１０）を一点鎖線で表し、比較例のパッチアンテナ３０Ｘの結果（図９）を破線で表して比較する。

比誘電率ε_ｒ２が３０の第２誘電体部材３６を用いたパッチアンテナ３０は、比誘電率ε_ｒ２が２０の第２誘電体部材３６を用いた場合と同様に、比較例のパッチアンテナ３０Ｘよりも２０°～３０°の低仰角における平均利得が高い。図１１に示すように、比誘電率ε_ｒ２が３０の第２誘電体部材３６を用いたパッチアンテナ３０では、仰角２０°，２５°，３０°における平均利得が－０．４ｄＢｉｃ，０．８ｄＢｉｃ，１．７ｄＢｉｃである。さらに、図１２に示すように、比誘電率ε_ｒ２が４０の第２誘電体部材３６を用いたパッチアンテナ３０では、仰角２０°，２５°，３０°における平均利得が０．０ｄＢｉｃ，１．１ｄＢｉｃ，２．０ｄＢｉｃである。したがって、比誘電率ε_ｒ２が３０の第２誘電体部材３６及び比誘電率ε_ｒ２が４０の第２誘電体部材３６を用いたパッチアンテナ３０は、比誘電率ε_ｒ２が２０の第２誘電体部材３６を用いた場合よりも２０°～３０°の低仰角における平均利得の向上の効果が高くなっている。

なお、上述では、第２誘電体部材３６の比誘電率ε_ｒ２が第１誘電体部材３４の比誘電率ε_ｒ１よりも大きい場合（ε_ｒ２＞ε_ｒ１）を検証したが、図１３及び図１４に示すように、第２誘電体部材３６の比誘電率ε_ｒ２が第１誘電体部材３４の比誘電率ε_ｒ１以下の場合（ε_ｒ２≦ε_ｒ１）であっても、比較例のパッチアンテナ３０Ｘよりも２０°～３０°の低仰角における平均利得が高い。但し、第２誘電体部材３６の比誘電率ε_ｒ２が第１誘電体部材３４の比誘電率ε_ｒ１以下の場合よりも、第２誘電体部材３６の比誘電率ε_ｒ２が第１誘電体部材３４の比誘電率ε_ｒ１よりも大きい場合の方が低仰角における平均利得の向上の効果は高い。また、図１０～図１４から明らかなように、第２誘電体部材３６の比誘電率ε_ｒ２を大きくするほど、低仰角における平均利得の向上の効果は高くなる。

したがって、第２誘電体部材３６が低仰角における利得の向上に寄与するためには、第２誘電体部材３６の比誘電率ε_ｒ２を第１誘電体部材３４の比誘電率ε_ｒ１よりも大きくすることが好ましい。この場合、第２誘電体部材３６の比誘電率ε_ｒ２を３０以上とすることが好ましく、３５以上とすることがより好ましい。また、第２誘電体部材３６の比誘電率ε_ｒ２を４０以上とすることがさらに好ましい。

＝＝厚みＴを変更した場合＝＝
シミュレーション条件１におけるパッチアンテナ３０では、第１誘電体部材３４の厚みＴは６ｍｍであり、第２誘電体部材３６の厚みＴも６ｍｍである。すなわち、第１誘電体部材３４の厚みＴと、第２誘電体部材３６の厚みＴとは同一である。しかしながら、第２誘電体部材３６の厚みＴを変更しても良い。

ここでは、第１誘電体部材３４の厚みＴよりも第２誘電体部材３６の厚みＴを小さくする場合として、第２誘電体部材３６の厚みＴを５ｍｍ、３ｍｍと変化させた結果を、それぞれ図１５、１６に示す。また、第１誘電体部材３４の厚みＴよりも第２誘電体部材３６の厚みＴを大きくする場合として、第２誘電体部材３６の厚みＴを７ｍｍ、８ｍｍと変化させた結果を、それぞれ図１７、１８に示す。なお、図１５～１８は、比誘電率ε_ｒ２が４０の第２誘電体部材３６を用いた場合の検証結果を示している。このため、図１５～１８において、これらの結果を実線で表し、厚みＴが６ｍｍで、比誘電率ε_ｒ２が４０の第２誘電体部材３６を用いた場合の結果（図１２）を一点鎖線で表し、比較例のパッチアンテナ３０Ｘの結果（図９）を破線で表して比較する。

第２誘電体部材３６の厚みＴが６ｍｍに設定されたパッチアンテナ３０と同様に、第２誘電体部材３６の厚みＴが５ｍｍ又は３ｍｍに設定されたパッチアンテナ３０（図１５、１６）は、パッチアンテナ３０Ｘ（図９）よりも２０°～３０°の低仰角における平均利得が高い。したがって、第１誘電体部材３４の厚みＴよりも第２誘電体部材３６の厚みＴが小さい場合であっても、パッチアンテナ３０Ｘよりも２０°～３０°の低仰角における平均利得が高くなることがわかる。

また、第２誘電体部材３６の厚みＴが６ｍｍに設定されたパッチアンテナ３０と同様に、第２誘電体部材３６の厚みＴが７ｍｍ又は８ｍｍに設定されたパッチアンテナ３０（図１７、１８）も、パッチアンテナ３０Ｘ（図９）よりも２０°～３０°の低仰角における平均利得が高い。したがって、第１誘電体部材３４の厚みＴよりも第２誘電体部材３６の厚みＴが大きい場合であっても、パッチアンテナ３０Ｘよりも２０°～３０°の低仰角における平均利得が高くなることがわかる。しかし、第２誘電体部材３６の厚みＴが６ｍｍに設定されたパッチアンテナ３０（図１２）と比べると、２０°～３０°の低仰角における平均利得の大きな改善は見られない。しかも、第２誘電体部材３６の厚みＴを増す毎に誘電体部材自体の製造コストが大きくなってしまうと共に、アンテナ装置及びパッチアンテナの小型化を図ることが困難となってしまう。

したがって、製造コストを抑制しつつ、アンテナ装置及びパッチアンテナを小型化すると共に、低仰角における利得をさらに向上させるためには、第２誘電体部材３６の厚みＴは、第１誘電体部材３４の厚みＴと略同じ又はより小さくすることが好ましい。

＝＝第１誘電体部材３４の周囲に複数の第２誘電体部材３６を設ける場合＝＝
上述では、１体の第２誘電体部材３６が第１誘電体部材３４を囲う形状に形成されるパッチアンテナ３０について検証したが、これに限られない。第１誘電体部材３４の周囲に複数の第２誘電体部材を設けても良い。

図１９は、パッチアンテナ３０Ａの平面図である。図１９に示すように、パッチアンテナ３０Ａでは、４体の第２誘電体部材３７～４０が第１誘電体部材３４の周囲にそれぞれ設けられている。第２誘電体部材３７～４０の設置態様、サイズを変化させることにより、放射素子３５で受信する電波は影響を受ける。そこで、第２誘電体部材３７～４０の設置条件について、図１９を参照しつつ説明する。

＝＝第２誘電体部材の幅について＝＝
第２誘電体部材３７～４０のうち、例えば、第２誘電体部材３９の「幅Ｗ」は、図６に示すパッチアンテナ３０と同様に、放射素子３５のおもて面をＺ軸正方向からみた平面視において、第１誘電体部材３４の外縁（ここでは、辺３４ｃ）に直交する向きにおける第２誘電体部材３６の大きさとなる。言い換えると、幅Wは、第１誘電体部材３４の外縁に対応する第２誘電体部材３６の外縁と、第１誘電体部材３４の外縁との距離である。第２誘電体部材３９以外の第２誘電体部材の「幅Ｗ」についても、同様の定義である。本実施形態では、第２誘電体部材３７～４０の各々の幅Ｗは、全て同じであることとしたが、これに限られない。例えば、第１誘電体部材３４の各辺に対向する第２誘電体部材３７～４０の幅Ｗは、それぞれ異なっていても良い。また、第１誘電体部材３４の各辺に対向する第２誘電体部材３７～４０の幅Ｗのうち、一部が同じであっても良い。また、第１誘電体部材３４の各辺に対向する第２誘電体部材３６の外縁の各辺とは、互いに平行であることとしたが、これに限定されない。例えば、幅Wが段階的又は漸次的に大きくなる形状であったり、小さくなる形状であったりしてもよい。

＝＝第２誘電体部材の長さＤについて＝＝
第２誘電体部材３７～４０のうち、例えば、第２誘電体部材３８の「長さＤ」は、放射素子３５のおもて面をＺ軸正方向からみた平面視において、第１誘電体部材３４の外縁（ここでは、辺３４ｂ）に平行な向きにおける第２誘電体部材３６の大きさとなる。言い換えると、長さDは、第１誘電体部材３４の外縁の一端部から直線距離で最も近い端部までの距離である。第２誘電体部材３８以外の第２誘電体部材の「長さＤ」についても、同様の定義である。本実施形態では、第２誘電体部材３７～４０の各々の長さＤは、全て同じであることとしたが、これに限られない。例えば、第１誘電体部材３４の各辺に対向する第２誘電体部材３７～４０の長さＤは、それぞれ異なっていても良い。また、第１誘電体部材３４の各辺に対向する第２誘電体部材３７～４０の長さＤのうち、一部が同じであっても良い。また、第２誘電体部材３７～４０の形状が略四角の形状であることとしたが、これに限定されない。例えば、第２誘電体部材３７～４０の形状が、正方形、平行四辺形、台形などの四辺形の形状であってもよいし、三角形状であってもよい。

＝＝第１誘電体部材３４とのギャップＧについて＝＝
図３２に示すように、第２誘電体部材３７～４０のうち、例えば、第２誘電体部材３７と第１誘電体部材３４との「ギャップＧ」は、放射素子３５のおもて面をＺ軸正方向からみた平面視において、第２誘電体部材３７の最も第１誘電体部材３４側の辺と、第２誘電体部材３７に対向する第１誘電体部材３４の外縁（ここでは、辺３４ａ）との距離である。第２誘電体部材３７以外の第２誘電体部材の「ギャップＧ」についても、同様の定義である。図１９に示すように、第２誘電体部材３７～４０は、第１誘電体部材３４の外縁（ここでは、辺３４ａ～３４ｄ）に接している。このため、第２誘電体部材３７～４０と、第１誘電体部材３４とのギャップＧは全て０ｍｍである。

＝＝第２誘電体部材の位置及びオフセット量ＯＳについて＝＝
図３４に示すように、第２誘電体部材３８，４０の各々について、Ｘ軸方向における第１誘電体部材３４の辺３４ｂ（または、辺３４ｄ）の中点の位置から、Ｘ軸方向に沿ってずれた距離をＸ軸方向のオフセット量ＯＳとする。また、第２誘電体部材３７，３９の各々について、Ｙ軸方向における第１誘電体部材３４の辺３４ａ（または、辺３４ｃ）の中点の位置から、Ｙ軸方向に沿ってずれた距離をＹ軸方向のオフセット量ＯＳとする。

図１９の例では、Ｘ軸方向における第２誘電体部材３８，４０の中点のＸ軸方向のオフセット量ＯＳは０ｍｍである。つまり、Ｘ軸方向における第２誘電体部材３８，４０の中点の位置が、Ｘ軸方向における第１誘電体部材３４の辺３４ｂ（または、辺３４ｄ）の中点の位置に揃っている。

また、図１９の例では、Ｙ軸方向における第２誘電体部材３７，３９の中点のＹ軸方向のオフセット量ＯＳは０ｍｍである。つまり、Ｙ軸方向における第２誘電体部材３７，３９の中点の位置がＹ軸方向における第１誘電体部材３４の辺３４ａ（または、辺３４ｃ）の中点の位置に揃っている。

＝＝第２誘電体部材の配置について＝＝
なお、第２誘電体部材３７～４０の各々は、第１誘電体部材３４の外縁に対して平行に設けられている。具体的には、第２誘電体部材３７は、第１誘電体部材３４の辺３４ａに対して、第２誘電体部材３８は、第１誘電体部材３４の辺３４ｂに対して、第２誘電体部材３９は、第１誘電体部材３４の辺３４ｃに対して、第２誘電体部材４０は、第１誘電体部材３４の辺３４ｄに対して、それぞれ平行に設けられている。ここで、第２誘電体部材３７～４０のうち、例えば、第２誘電体部材４０が、第１誘電体部材３４の辺３４ｄに対して「平行」とは、第２誘電体部材４０の最も第１誘電体部材３４側の辺と、第２誘電体部材４０に対向する第１誘電体部材３４の外縁（ここでは、辺３４ｄ）とが平行ということである。第２誘電体部材４０以外の、第２誘電体部材と第１誘電体部材３４の外縁との平行の定義についても、同様である。また、第２誘電体部材３７～４０の形状が略四角の形状であることとしたが、これに限定されない。例えば、第２誘電体部材３７～４０の形状が、正方形、平行四辺形、台形などの四辺形の形状であってもよいし、三角形状であってもよい。

＝＝シミュレーション条件２＝＝
以下では、第２誘電体部材３７～４０の各々の幅Ｗ、長さＤ、ギャップＧ及びオフセット量ＯＳなど、所定の条件（以下、「シミュレーション条件２」と称する。）において、パッチアンテナ３０Ａ、及び比較例のパッチアンテナ３０Ｘの利得を計算した。なお、シミュレーション条件２以外のパッチアンテナ３０Ａの各種条件等は、上述したパッチアンテナ３０のシミュレーション条件１と同じである。

図２０は、パッチアンテナ３０Ａにおける仰角と平均利得の関係の図である。この図において、横軸は仰角を表し、縦軸は平均利得を表す。図２０において、この結果を実線で表し、１体の第２誘電体部材３６が第１誘電体部材３４を囲う形状に形成されるパッチアンテナ３０の結果（図１２）を一点鎖線で表し、比較例のパッチアンテナ３０Ｘの結果（図９）を破線で表して比較する。

パッチアンテナ３０と同様に、パッチアンテナ３０Ａについても、パッチアンテナ３０Ｘよりも２０°～３０°の低仰角における平均利得が高い。したがって、４体の第２誘電体部材３７～４０が設けられ、第２誘電体部材３７～４０の各々が第１誘電体部材３４の外縁に対して平行に設けられている場合であっても、パッチアンテナ３０Ｘよりも２０°～３０°の低仰角における平均利得が高くなることがわかる。この結果、パッチアンテナ３０Ａも、低仰角の到来電波を効率的に受信することができる。

＜＜＜第２誘電体部材の設置条件の変更について＞＞＞
ここで、第２誘電体部材３７～４０の設置条件を変更した場合について説明する。なお、以下に説明する条件を２以上変更させ、組み合わせて適用してもよい。

＝＝第２誘電体部材の数を変更した場合＝＝
上述のパッチアンテナ３０Ａでは、４体の第２誘電体部材３７～４０が第１誘電体部材３４の周囲にそれぞれ設けられていた。しかし、第１誘電体部材３４の周囲に設けられる第２誘電体部材の数を変更しても良い。

図２１は、パッチアンテナ３０Ｂの平面図である。パッチアンテナ３０Ｂは、図１９に示すパッチアンテナ３０Ａから第２誘電体部材３７，３９をなくし、２体の第２誘電体部材３８，４０のみを設けたアンテナである。パッチアンテナ３０Ｂでは、第２誘電体部材３８，４０の各々が、第１誘電体部材３４の外縁（ここでは、辺３４ｂ又は辺３４ｄ）に対して平行に設けられている。

図２２は、パッチアンテナ３０Ｂにおける仰角と平均利得の関係の図である。この図において、横軸は仰角を表し、縦軸は平均利得を表す。図２２において、この結果を実線で表し、上述のパッチアンテナ３０Ａの結果（図２０）を一点鎖線で表し、比較例のパッチアンテナ３０Ｘの結果（図９）を破線で表して比較する。

パッチアンテナ３０Ａと同様に、パッチアンテナ３０Ｂについても、パッチアンテナ３０Ｘよりも２０°～３０°の低仰角における平均利得が高い。したがって、４体の第２誘電体部材３７～４０が設けられる場合に限られず、２体の第２誘電体部材３８，４０が第１誘電体部材３４の外縁に対して平行に設けられている場合であっても、パッチアンテナ３０Ｘよりも２０°～３０°の低仰角における平均利得が高くなることがわかる。この結果、パッチアンテナ３０Ｂも、低仰角の到来電波を効率的に受信することができる。

なお、２体の第２誘電体部材の配置位置は、図２１に示す場合に限られない。例えば、２体の第２誘電体部材３７，４９が、それぞれ辺３４ａ又は辺３４ｃに対して平行に設けられても良い。あるいは、２体の第２誘電体部材３７，４９が、隣り合う辺３４ａ，３４ｂに対して平行に設けられていても良い。また、２０°～３０°の低仰角における平均利得が高くなるように、上述した以外の複数の第２誘電体部材３７～４０が第１誘電体部材３４の周囲に設けられても良い。また、第２誘電体部材３７～４０の形状が略四角の形状であることとしたが、これに限定されない。例えば、第２誘電体部材３７～４０の形状が、正方形、平行四辺形、台形などの四辺形の形状であってもよいし、三角形状であってもよい。

なお、上述したパッチアンテナ３０，３０Ａ，３０Ｂは、左旋円偏波を受信するものであるが、直線偏波を受信するものでもよい。このような場合、１給電方式が採用され、給電点４１ａが放射素子３５の中心点からＸ軸正方向にずれることになる。そして、主偏波面は、放射素子３５の中心点と、給電点とを結ぶ直線及び放射素子３５の法線によって定義される平面である。このため、主偏波面は、ＸＺ平面に対して平行である。また、副主偏波面は、主偏波面に対して直交するとともに放射素子３５の中心点を通る平面である。このため、交差偏波面はＹＺ平面に対して平行である。

パッチアンテナ３０Ｂは、上述した直線偏波を受信するものでもよい。この場合、第２誘電体部材３８，４０は、放射素子３５の給電点４３ａと、放射素子３５の形状における中心点３５Ｐとを結ぶ直線方向において、放射素子３５を挟んで互いに対向する位置に設けられている。また、パッチアンテナ３０Ｂが直線偏波を受信する場合、主偏波面はＸＺ平面であり、第２誘電体部材３８，４０が主偏波面に交差する。ここでは、詳細な計算結果は省略するが、このような場合であっても、図２２と同様に、低仰角の利得を向上させることができる。

上述では、第１誘電体部材３４の周囲に複数の第２誘電体部材３６を設ける場合について検証したが、これに限られない。第１誘電体部材３４の周囲の一部に１体の第２誘電体部材を設けても良い。

図２３は、パッチアンテナ３０Ｃの平面図である。パッチアンテナ３０Ｃは、図１９に示すパッチアンテナ３０Ａから第２誘電体部材３７，３９，４０をなくし、１体の第２誘電体部材３８のみを設けたアンテナである。パッチアンテナ３０Ｃでは、第２誘電体部材３８は、第１誘電体部材３４の外縁（ここでは、辺３４ｂ）に対して平行に設けられている。

図２４は、パッチアンテナ３０Ｃにおける仰角と平均利得の関係の図である。この図において、横軸は仰角を表し、縦軸は平均利得を表す。図２４において、この結果を実線で表し、パッチアンテナ３０Ａの結果（図２０）を一点鎖線で表し、比較例のパッチアンテナ３０Ｘの結果（図９）を破線で表して比較する。

パッチアンテナ３０Ａと同様に、パッチアンテナ３０Ｃは、パッチアンテナ３０Ｘよりも２０°～３０°の低仰角における平均利得が高い。したがって、複数の第２誘電体部材３７～４０が設けられる場合に限られず、１体の第２誘電体部材３８が第１誘電体部材３４の外縁に対して平行に設けられている場合であっても、パッチアンテナ３０Ｘよりも２０°～３０°の低仰角における平均利得が高くなることがわかる。

なお、１体の第２誘電体部材の配置位置は、図２３に示す場合に限られない。例えば、１体の第２誘電体部材３７が、辺３４ａに対して平行に設けられても良い。また、第２誘電体部材３７～４０の形状が略四角の形状であることとしたが、これに限定されない。例えば、第２誘電体部材３７～４０の形状が、正方形、平行四辺形、台形などの四辺形の形状であってもよいし、三角形状であってもよい。

＝＝幅Ｗを変更した場合＝＝
ここでは、パッチアンテナ３０Ａのシミュレーション条件２から、幅Ｗを１ｍｍ、４ｍｍ、８ｍｍ、１０ｍｍと変化させた結果を、図２５～２８に示す。図２５～２８は、仰角と平均利得との関係を表す図である。これらの図において、横軸は仰角を表し、縦軸は平均利得を表す。図２５～２８において、これらの結果を実線で表し、４体の第２誘電体部材３７～４０が第１誘電体部材３４の周囲に設けられるパッチアンテナ３０Ａの結果（図２０）を一点鎖線で表し、パッチアンテナ３０Ｘの結果（図９）を破線で表して比較する。

パッチアンテナ３０及びパッチアンテナ３０Ａと同様に、幅Ｗを変化させた場合でも、パッチアンテナ３０Ｘよりも２０°～３０°の低仰角における平均利得が高い。したがって、第２誘電体部材３７～４０の各々の幅Ｗを６ｍｍとする場合に限られず、パッチアンテナ３０Ｘよりも２０°～３０°の低仰角における平均利得が高くなることがわかる。

＝＝長さＤを変更した場合＝＝
ここでは、パッチアンテナ３０Ａのシミュレーション条件２から、長さＤを１５ｍｍ、１０ｍｍ、５ｍｍと変化させた結果を、図２９～３１に示す。図２９～３１は、仰角と平均利得との関係を表す図である。これらの図において、横軸は仰角を表し、縦軸は平均利得を表す。図２９～３１において、これらの結果を実線で表し、４体の第２誘電体部材３７～４０が第１誘電体部材３４の周囲に設けられるパッチアンテナ３０Ａの結果（図２０）を一点鎖線で表し、パッチアンテナ３０Ｘの結果（図９）を破線で表して比較する。

パッチアンテナ３０及びパッチアンテナ３０Ａと同様に、長さＤを変化させた場合でも、パッチアンテナ３０Ｘよりも２０°～３０°の低仰角における平均利得が高い。したがって、第２誘電体部材３７～４０の各々の長さＤを２８ｍｍとする場合に限られず、パッチアンテナ３０Ｘよりも２０°～３０°の低仰角における平均利得が高くなることがわかる。

＝＝ギャップＧを変更した場合＝＝
上述では、第２誘電体部材３７～４０は、第１誘電体部材３４の外縁に接していた。しかし、第２誘電体部材３７～４０を第１誘電体部材３４の外縁から外側に離間して設けても良い。

図３２は、パッチアンテナ３０Ｄの平面図である。パッチアンテナ３０Ｄでは、４体の第２誘電体部材３７～４０が設けられ、第２誘電体部材３７～４０の各々は、第１誘電体部材３４の外縁（ここでは、辺３４ａ～辺３４ｄ）に対して平行に設けられている。さらに、第２誘電体部材３７～４０は、第１誘電体部材３４の外縁から外側に離間して設けてられている。ここで、第１誘電体部材３４とのギャップＧは０．５ｍｍである。

図３３は、パッチアンテナ３０Ｄにおける仰角と平均利得の関係の図である。この図において、横軸は仰角を表し、縦軸は平均利得を表す。図３３において、この結果を実線で表し、パッチアンテナ３０Ａの結果（図２０）を一点鎖線で表し、パッチアンテナ３０Ｘの結果（図９）を破線で表して比較する。

パッチアンテナ３０Ａと同様に、パッチアンテナ３０Ｄについても、パッチアンテナ３０Ｘよりも２０°～３０°の低仰角における平均利得が高い。したがって、ギャップＧが設けられている場合であっても、パッチアンテナ３０Ｘよりも２０°～３０°の低仰角における平均利得が高くなることがわかる。

なお、上述では、４体の第２誘電体部材３７～４０が第１誘電体部材３４の周囲に設けられるパッチアンテナ３０Ａにおいて、ギャップＧを変更した場合を検証したが、これに限られない。１体の第２誘電体部材３６が第１誘電体部材３４を囲う形状に形成されるパッチアンテナ３０（図６）について、ギャップＧを変更した場合についても、詳細な計算結果は省略するが、図３３と同様に、低仰角の利得を向上させることができる。また、第２誘電体部材３７～４０が、第１誘電体部材３４の外縁に対して角度を有するように配置されていても良い。第２誘電体部材３７～４０のうち少なくとも１つが、第１誘電体部材３４の外縁に対して角度を有するように配置されていても良い。さらに、第２誘電体部材３７～４０の形状が、正方形、平行四辺形、台形などの四辺形の形状であってもよいし、三角形状であってもよい。

＝＝オフセット量ＯＳを変更した場合＝＝
図１９に示すように、パッチアンテナ３０Ａでは、Ｘ軸方向のオフセット量ＯＳ、及びＹ軸方向のオフセット量ＯＳは、ともに０ｍｍであるが、これらを変更しても良い。

例えば、図３４は、オフセット量ＯＳを変更したパッチアンテナ３０Ｅの一例の平面図である。ここで、Ｘ軸方向における第２誘電体部材３８，４０の中点の位置は、Ｘ軸方向における第１誘電体部材３４の辺３４ｂ，３４ｄの中点の位置から、左旋円偏波の旋回の向きにずれている。また、Ｙ軸方向における第２誘電体部材３７，３９の中点の位置は、Ｙ軸方向における第１誘電体部材３４の辺３４ａ，３４ｃの中点の位置から、左旋円偏波の旋回の向きにずれている。図３５は、長さＤを１５ｍｍ、Ｘ軸方向及びＹ軸方向のオフセット量を６．５ｍｍとした場合の仰角と平均利得との関係を表す図である。この図において、横軸は仰角を表し、縦軸は平均利得を表す。図３５において、この結果を実線で表し、オフセットの無いパッチアンテナ３０Ａ（Ｄ＝１５）の結果（図２９）を一点鎖線で表し、パッチアンテナ３０Ｘの結果（図９）を破線で表して比較する。

図３５から明らかなように、パッチアンテナ３０Ｅは、オフセットの無いパッチアンテナ３０Ａと同様に、パッチアンテナ３０Ｘよりも低仰角の利得を増加できる。

なお、Ｘ軸方向における第２誘電体部材３８，４０の中点の位置が、Ｘ軸方向における第１誘電体部材３４の辺３４ｂ，３４ｄの中点の位置から、左旋円偏波の旋回の向きの逆向きにずれてもよい。また、Ｙ軸方向における第２誘電体部材３７，３９の中点の位置が、Ｙ軸方向における第１誘電体部材３４の辺３４ａ，３４ｃの中点の位置から、左旋円偏波の旋回の向きの逆向きにずれていても良い。ここでは、詳細な計算結果は省略するが、このような場合であっても、図３５と同様に、低仰角の利得を向上させることができる。また、第２誘電体部材３７～４０の形状が、正方形、平行四辺形、台形などの四辺形の形状であってもよいし、三角形状であってもよい。

ところで、例えば、パッチアンテナ３０Ｅのように、オフセット量ＯＳを設定した場合であっても低仰角の利得を向上させることができるが、第１誘電体部材３４の辺３４ａ～３４ｄの各々の範囲の外側に、第２誘電体部材３７～４０がでてしまうことがある。このため、このような構成では、パッチアンテナ３０Ｅのサイズが大きくなってしまう。したがって、第２誘電体部材３７～４０の各々が、辺３４ａ～３４ｄの範囲内に収まるオフセット量ＯＳを設定することが好ましい。そのようにオフセット量ＯＳを設定することにより、パッチアンテナのスペースを小さくすることができる。

＝＝放射素子の形状について＝＝
パッチアンテナ３０では、放射素子３５及び第１誘電体部材３４が「略四辺形」であるが、これに限られず、例えば、円形、楕円形、略四辺形以外の多角形であっても良い。そして、放射素子３５又は第１誘電体部材３４が、例えば円形である場合、第２誘電体部材３６は、放射素子３５又は第１誘電体部材３４の外縁に沿って弧状の形状を有していても良い。このような放射素子や第２誘電体部材を用いるであっても、低仰角の利得を改善することができる。

本実施形態のパッチアンテナ３０は、車載用アンテナ装置１０に設けられることとしたがこれに限られない。例えば、パッチアンテナ３０は、一般的なシャークフィンアンテナの筐体の中に設けられても良い。また、パッチアンテナ３０は、インストルメントパネルに装着されるアンテナ装置内に設けられても良い。このような場合、パッチアンテナ３０は、ベース１１に相当する金属プレート等に直接設けられていても良い。

＜＜＜＜まとめ＞＞＞＞
以上、本実施形態のパッチアンテナ３０について説明した。例えば、図３、図５、図６、図１９、図２１、図２３、図３２、図３４に示すように、パッチアンテナ３０Ａ～３０Ｅでは、少なくとも一つの第２誘電体部材３６～４０が第１誘電体部材３４の周囲、つまり第１誘電体部材３４の外縁の外側に設けられている。このため、このようなパッチアンテナ３０Ａ～３０Ｅを用いることにより、低仰角における利得を向上させることができる。また、このような構成とすることにより、グランドの面積が小さい場合であっても、低仰角における利得を向上することができ、かつ、アンテナ装置及びパッチアンテナの小型化を妨げることがない。

また、第２誘電体部材３６の比誘電率ε_ｒ２は、第１誘電体部材３４の比誘電率ε_ｒ１以下でも良いが（ε_ｒ２≦ε_ｒ１）、第２誘電体部材３６の比誘電率ε_ｒ２は、第１誘電体部材３４の比誘電率ε_ｒ１よりも大きいことが望ましい（ε_ｒ２＞ε_ｒ１）。このような比誘電率ε_ｒ２の第２誘電体部材３６を設けることにより、確実に低仰角における利得を向上させることができる。

また、第２誘電体部材３６の比誘電率ε_ｒ２は、３０以上であることが望ましい（ε_ｒ２≧３０）。このような比誘電率ε_ｒ２の第２誘電体部材３６を設けることにより、低仰角における利得をさらに向上させることができる。

また、第２誘電体部材３６の厚みＴは、第１誘電体部材３４の厚みＴと略同じ又はより小さいことが望ましい。このような厚みＴの第２誘電体部材３６を設けることにより、製造コストを抑制しつつ、アンテナ装置及びパッチアンテナを小型化することができる。

また、上述のように、パッチアンテナ３０Ａ～３０Ｅは、放射素子３５が円偏波を受信する場合でも、低仰角の利得を向上させることができる。

また、上述したように放射素子３５が円偏波を受信する場合、例えば、図３、図５、図６に示すように、パッチアンテナ３０では、第１誘電体部材３４を囲う形状に形成される。このように、放射素子３５が円偏波を受信する場合でも、低仰角の利得を向上させることができる。

また、上述したように放射素子３５が円偏波を受信する場合、パッチアンテナ３０が第１誘電体部材３４を囲う形状に形成されるだけでなく、例えば、図１９に示すパッチアンテナ３０Ａのように、複数の第２誘電体部材３７～４０が設けられ、複数の第２誘電体部材３７～４０の各々は、第１誘電体部材３４の外縁に対して平行に設けられても良い。このように、放射素子３５が円偏波を受信する場合でも、低仰角の利得を向上させることができる。

また、パッチアンテナ３０は、円偏波のみならず、直線偏波を受信する場合であっても低仰角の利得を向上させることができる。例えば、図２１に示すように、パッチアンテナ３０Ｂは、放射素子３５の主偏波面に沿うとともに、放射素子３５を挟んで互いに対向する位置に複数の第２誘電体部材３８，４０が配置されている。このような位置に第２誘電体部材３８，４０を配置することにより、低仰角の利得を向上させることができる。

また、例えば、図３、図５、図６、図１９、図２１、図２３、図３４に示すパッチアンテナ３０，３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ，３０Ｅの第２誘電体部材３６～４０のように、第１誘電体部材３４の外縁に接している。このようなパッチアンテナ３０，３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ，３０Ｅを用いることにより、低仰角における利得を向上させることができる。

上記の実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。また、本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更や改良され得るとともに、本発明にはその等価物が含まれるのはいうまでもない。

１ 車両
２ ルーフパネル
３ ルーフライニング
４ 空洞
１０ 車載用アンテナ装置
１１ ベース
１１ａ 台座部
１２ ケース
２１～２６ アンテナ
３０，３０Ａ～３０Ｅ パッチアンテナ
３１，３３ パターン
３１ａ 回路パターン
３１ｂ グランドパターン
３２ 回路基板
３４ 第１誘電体部材
３４ａ～３４ｄ 辺
３５ 放射素子
３５ｐ 中心点
３６～４０ 第２誘電体部材
４１ 貫通孔
４２ 給電線
４３ａ 給電点
４５ 同軸ケーブル
４５ａ 信号線
４５ｂ 編組
５０ シールドカバー

Claims (9)

1. 放射素子と、
   前記放射素子が設けられる第１誘電体部材と、
   前記第１誘電体部材の周囲に設けられる少なくとも一つの第２誘電体部材と、
   を備えるパッチアンテナ。
2. 前記第２誘電体部材の比誘電率は、前記第１誘電体部材の比誘電率よりも大きい、
   請求項１に記載のパッチアンテナ。
3. 前記第２誘電体部材の比誘電率は、３０以上である、
   請求項２に記載のパッチアンテナ。
4. 前記第２誘電体部材の厚みは、前記第１誘電体部材の厚みと略同じ又はより小さい、
   請求項１～３の何れか一項に記載のパッチアンテナ。
5. 前記放射素子は、円偏波の電磁波を受信する素子である、
   請求項１～４の何れか一項に記載のパッチアンテナ。
6. 前記第２誘電体部材は、前記第１誘電体部材を囲う形状に形成される、
   請求項５に記載のパッチアンテナ。
7. 前記第２誘電体部材は、複数設けられ、
   前記複数の前記第２誘電体部材の各々は、前記第１誘電体部材の外縁に対して平行に設けられている、
   請求項５に記載のパッチアンテナ。
8. 前記放射素子は、直線偏波の電磁波を受信する素子であり、
   前記第２誘電体部材は、複数設けられ、
   前記複数の前記第２誘電体部材の各々は、前記放射素子の給電点と前記放射素子の形状における中心点とを結ぶ直線方向において、前記放射素子を挟んで互いに対向する位置に設けられる、
   請求項１～４の何れか一項に記載のパッチアンテナ。
9. 前記第２誘電体部材は、前記第１誘電体部材の外縁に接している、
   請求項１～８の何れか一項に記載のパッチアンテナ。
   

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