JP2023131594A - アンテナ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】薄型化と広帯域化とを両立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、給電により電波が放射される第１導体と、第１導体に対して厚さ方向下側に離間して配置される第２導体と、第１導体と第２導体との間にそれぞれに離間して、第１導体の共振周波数より高い帯域においてインピーダンスの変化が安定するよう周期的な配列で配置される第３導体と、第１導体に接続され、第１導体への給電を行う第１線路と、第１線路と同じ形状を有し、第１線路に対して厚さ方向下側に離間して配置され、第１導体への給電と逆方向に電流が流れる第２線路と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、アンテナ装置に関する。

金属の近傍への配置が要求されるアンテナ装置がある。例えば、車両に搭載されるアンテナ装置は、車両外部との電波の送受信のため、車両を構成する金属製の構造物（例えば、車のピラー等）の近傍へ配置することが要求される。

アンテナ装置の近傍の金属は、アンテナ装置のアンテナから放射された電波を反射し、反射された電波は位相が１８０°ずれる。アンテナから放射された電波は、反射された電波と合成されるが、位相がずれている反射された電波と合成されることにより、電波の振幅が小さくなる場合がある。そのため、完全電気導体として機能する金属導体をアンテナ装置に設け、アンテナと金属導体との距離を、放射される電波の波長λの１／４とすることで、反射された電波による影響を低減するようにしている。

このように、アンテナ装置において、アンテナと金属導体との距離を１／４λとすることで、反射された電波による影響を低減することはできる。しかしながら、アンテナと金属導体との距離を１／４λ以外にすることができず、アンテナ装置を厚くすることも薄くすることもできない。

車両等に搭載されるアンテナ装置は、薄型化することが望まれている。例えば、特許文献１には、周波数選択表面（ＦＳＳ；Frequency Selective Surface）として機能する導体板と上記の金属導体とを用いて、ある特定の周波数に対する人工磁気導体（ＡＭＣ；Artificial Magnetic Conductor）を形成することが示されている。このように形成された人工磁気導体を用いることにより、アンテナ装置近傍の金属の影響は受けず、アンテナ装置の薄型化が可能である。

特開２０１９－１４０６６５号公報

ところで、上記構成の人工磁気導体を用いるアンテナ装置では、人工磁気導体はある特定の周波数に対する磁気導体となるので、放射される電波の周波数が選択されることになり、放射される電波の周波数の帯域を広げることができない。このように、薄型化が可能でも、広帯域化ができないため、薄型化と広帯域化とを両立可能なアンテナ装置が望まれている。

本発明の目的は、薄型化と広帯域化とを両立可能なアンテナ装置を提供することにある。

本発明に係るアンテナ装置は、
給電により電波が放射される第１導体と、
前記第１導体に対して厚さ方向下側に離間して配置される第２導体と、
前記第１導体と前記第２導体との間にそれぞれに離間して、前記第１導体の共振周波数より高い帯域においてインピーダンスの変化が安定するよう周期的な配列で配置される第３導体と、
前記第１導体に接続され、前記第１導体への給電を行う第１線路と、
前記第１線路と同じ形状を有し、前記第１線路に対して厚さ方向下側に離間して配置され、前記第１導体への給電と逆方向に電流が流れる第２線路と、
を備える。

本発明によれば、アンテナ装置において、薄型化と広帯域化とを両立することができる。

本発明の実施の形態に係るアンテナ装置を示す平面図である。 図１に示したアンテナ装置のＡ－Ａ線矢示断面図である。 図１に示したアンテナ装置における上部アンテナ導体、上部線路及び信号線路を説明する平面図である。 図１に示したアンテナ装置における下部アンテナ導体、下部線路及び接地導体を説明する平面図である。 図１に示したアンテナ装置における上部アンテナ導体、下部アンテナ導体、上部線路及び下部線路を説明する斜視図である。 図１に示したアンテナ装置と、図１に示したアンテナ装置から対線路及びマイクロストリップ線路を除いたアンテナ装置の反射特性を示すグラフである。 本発明の実施の形態に係るアンテナ装置の変形例を示す平面図である。 図７に示したアンテナ装置のＣ－Ｃ線矢示断面図である。 図１～図５に示したアンテナ装置における上部アンテナ導体、下部アンテナ導体、周波数選択導体及び接地導体の配置及び放射特性を説明する概略図である。 図７、図８に示したアンテナ装置における上部アンテナ導体、下部アンテナ導体、周波数選択導体及び接地導体の配置及び放射特性を説明する概略図である。 図１～図５に示したアンテナ装置と図７、図８に示したアンテナ装置のＺＸ平面における放射特性を示す図である。 図１～図５に示したアンテナ装置と図７、図８に示したアンテナ装置のＺＹ平面における放射特性を示す図である。 本発明の実施の形態に係るアンテナ装置の変形例を示す図であって、アンテナ装置における上部アンテナ導体及び下部アンテナ導体の周囲を拡大した平面図である。 図１１に示した構成の比較例１を示す図である。 図１１に示した構成の比較例２を示す図である。 図１１に示した構成の別の配置例を示す図である。 図１１に示したアンテナ装置と図１２に示した比較例１のＺＸ平面における放射特性を示す図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。

本実施の形態では、直交座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を使用して説明する。後述する図においても共通の直交座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）で示している。Ｚ方向は、アンテナ装置の厚さ方向であり、図中上方はＺ方向の＋側であり、図中下方はＺ方向の－側である。

本実施の形態に係るアンテナ装置１０Ａを、図１、図２を参照して説明する。

図１は、本実施の形態のアンテナ装置１０Ａを示す平面図である。図２は、図１に示したアンテナ装置１０ＡのＡ－Ａ線矢示断面図である。

アンテナ装置１０Ａは、アンテナ導体２０（本発明における第１導体）、接地導体３０（本発明における第２導体）、周波数選択導体４０Ａ（本発明における第３導体）を備える。また、アンテナ装置１０Ａは、対線路６０、マイクロストリップ線路７０を備える。これらの導体及び線路は、誘電体基板５０に設けられている。

誘電体基板５０は、図２に示すように、複数の誘電体層５１～５３からなり、誘電体層５１～５３が厚さ方向（Ｚ方向）に積層されて形成されている。一例として、接地導体３０と誘電体層５３との間や誘電体層５３と後述するアンテナ導体２０の上部アンテナ導体２１、２２との間は、誘電体層５１と誘電体層５２とが交互に積層されて構成されている。また、一例として、誘電体層５３も、薄い誘電体層５１と誘電体層５２とが交互に積層されて構成されているが、ここでは、詳細な図示は省略している。

誘電体層５１～５３は、アンテナ装置１０Ａに必要な特性（例えば、誘電率）が得られるよう、それぞれの誘電率や厚さが設定されている。なお、アンテナ装置１０Ａに必要な特性を得ることができれば、接地導体３０と誘電体層５３との間や誘電体層５３と後述するアンテナ導体２０の下部アンテナ導体２３、２４との間は、１つの誘電体層から構成してもよい。

このように形成された誘電体基板５０のＺ方向において、アンテナ導体２０、接地導体３０及び周波数選択導体４０Ａは、互いに離間して配置されている。

アンテナ導体２０について、図３、図４も参照して説明を行う。

図３は、図１に示したアンテナ装置１０Ａにおける上部アンテナ導体２１、２２、上部線路６１及び信号線路７１を説明する平面図である。また、図４は、図１に示したアンテナ装置１０Ａにおける下部アンテナ導体２３、２４、下部線路６２及び接地導体７２を説明する平面図である。

アンテナ導体２０（本発明における第１導体）は、上部アンテナ導体２１、２２（本発明における上部導体）と、下部アンテナ導体２３、２４（本発明における下部導体）とを有する。上部アンテナ導体２１、２２及び下部アンテナ導体２３、２４は、一例として、平面視において、矩形状に形成されている。

上部アンテナ導体２１、２２は、Ｚ方向において、最上層の誘電体層５１に設けられ、上部アンテナ導体２１、２２の上面が露出するよう配置されている。つまり、Ｚ方向において、上部アンテナ導体２１、２２の上面は空気に対面し、上部アンテナ導体２１、２２の下面は誘電体層５１に対面する。なお、上部アンテナ導体２１、２２は、誘電体層５１の上面に配置してもよい。

上部アンテナ導体２１は、矩形状の１つの角部において、後述の対線路６０の上部線路６１（本発明における第１線路）に接続される。アンテナ装置１０Ａの外部の給電装置（図示省略）から給電されたときには、上部線路６１及び後述のマイクロストリップ線路７０の信号線路７１を介して、上部アンテナ導体２１へ進行電流Ｉｓが流れる。

上部アンテナ導体２２は、上部アンテナ導体２１と同一の平面において、Ｘ方向に離間して配置されている。上部アンテナ導体２２は、他の導体や線路とは接続されていない。

上部アンテナ導体２１、２２は、共に、同じ長さ（Ｘ方向の長さ）、同じ幅（Ｙ方向の長さ）の導体板から形成されている。例えば、上部アンテナ導体２１、２２の長さは、それらの共振周波数を考慮して設定される。

下部アンテナ導体２３、２４は、Ｚ方向において、上部アンテナ導体２１、２２から離間して配置され、一例として、最上層の誘電体層５１の直下の誘電体層５２に設けられている。Ｚ方向において、下部アンテナ導体２３、２４の上面は誘電体層５１に対面し、下部アンテナ導体２３、２４の下面は誘電体層５２に対面する。

また、下部アンテナ導体２３、２４は、上部アンテナ導体２１、２２と同じ長さ、同じ幅の導体板から形成されており、平面視において、上部アンテナ導体２１、２２と重なる位置に対向して配置されている。

下部アンテナ導体２３は、上部アンテナ導体２２に対向して配置されている。下部アンテナ導体２３は、矩形状の１つの角部において、後述の対線路６０の下部線路６２（本発明における第２線路）に接続され、下部線路６２は、後述のマイクロストリップ線路７０の接地導体７２に接続されている。給電時には、下部線路６２を介して、下部アンテナ導体２３から接地導体７２へリターン電流Ｉｒが流れる。

下部アンテナ導体２４は、上部アンテナ導体２１に対向して配置され、下部アンテナ導体２３と同一の平面において、Ｘ方向に離間して配置される。下部アンテナ導体２４は、他の導体や線路とは接続されていない。

上述したように、給電時には、上部アンテナ導体２１に進行電流Ｉｓが流れると、下部アンテナ導体２３にリターン電流Ｉｒが流れる。上部線路６１及び下部線路６２の接続位置により、上部アンテナ導体２１に流れる進行電流Ｉｓと下部アンテナ導体２３に流れるリターン電流Ｉｒは同じ方向である。そのため、上部アンテナ導体２１及び下部アンテナ導体２３から電磁波（電波）が放射され、ダイポールアンテナとして機能することになる。

また、上述したように、上部アンテナ導体２１に進行電流Ｉｓが流れると、磁束が変動し、磁束の変動による電磁誘導により、下部アンテナ導体２４に誘導電流が流れる。下部アンテナ導体２４に流れる誘導電流は、上部アンテナ導体２１に流れる進行電流Ｉｓと同じ方向である。つまり、下部アンテナ導体２３及び下部アンテナ導体２４は、電流の向きが同じであり、そのため、電磁波（電波）が放射され、ダイポールアンテナとして機能することになる。

また、上述したように、下部アンテナ導体２３にリターン電流Ｉｒが流れると、磁束が変動し、磁束の変動による電磁誘導により、上部アンテナ導体２２に誘導電流が流れる。上部アンテナ導体２２に流れる誘導電流は、下部アンテナ導体２３に流れるリターン電流Ｉｒと同じ方向である。つまり、上部アンテナ導体２１及び上部アンテナ導体２２は、電流の向きが同じであり、そのため、電磁波（電波）が放射され、ダイポールアンテナとして機能することになる。

そして、上部アンテナ導体２１及び下部アンテナ導体２３がメインアンテナとして機能し、上部アンテナ導体２１及び上部アンテナ導体２２、下部アンテナ導体２３及び下部アンテナ導体２４がサブアンテナとして機能する。これにより、アンテナ導体２０全体の電流を増加させて、全帯域での反射特性を改善することができる。

上部アンテナ導体２１及び上部アンテナ導体２２の長さＬ、そして、下部アンテナ導体２３及び下部アンテナ導体２４の長さＬは、放射される電波の波長をλとすると、λ／２とする。

接地導体３０は、Ｚ方向において、アンテナ導体２０及び周波数選択導体４０Ａから下側に離間して配置され、誘電体基板５０の最下層に配置されている。接地導体３０は、接地される導体であり、平面視において、アンテナ導体２０及び周波数選択導体４０Ａが内側に配置されるよう、アンテナ導体２０や周波数選択導体４０Ａの面積より大きな面積を有する。

接地導体３０は、例えば、銅等からなり、完全電気導体として機能する。そして、接地導体３０と周波数選択導体４０Ａとにより、特定の周波数に対して、周波数選択導体４０Ａの表面を人工磁気導体として機能させることができる。

接地導体３０と周波数選択導体４０Ａとにより、周波数選択導体４０Ａの表面を人工磁気導体として機能させるので、下部アンテナ導体２３及び下部アンテナ導体２４と接地導体３０との間の厚さＴは、λ／４未満とすることができる。一例として、厚さＴは、λ／１０以下（３ｍｍ以下）とすることができる。

周波数選択導体４０Ａは、Ｚ方向において、アンテナ導体２０と接地導体３０との間に配置され、アンテナ導体２０及び接地導体３０のそれぞれから離間して配置されている。周波数選択導体４０Ａは、一例として、最上層の誘電体層５１から６層目の誘電体層５３に設けられている。周波数選択導体４０Ａの全体は、平面視において、アンテナ導体２０が内側に配置されるよう、アンテナ導体２０の面積より大きな面積を有する。

周波数選択導体４０Ａは、副導体４１、４２を有し、副導体４１、４２は、同一平面において、４列４行（以降、ｍ列ｎ行をｍ×ｎで示す）の二次元アレイ状に配列されている。ここでは、Ｘ方向において、２×４の副導体４１を間に挟み、両側に１×４の副導体４２が配置されている。また、副導体４１、４２は、平面視において等間隔にアレイ状に配列されている。

周波数選択導体４０Ａを構成する副導体４１、４２は、アンテナ導体２０の共振周波数より高い帯域においてインピーダンスの変化が安定するように、副導体４１、４２の長さ、幅、間隔が設定されて、副導体４１、４２が周期的に配置されている。

副導体４１、４２の幅（Ｙ方向の長さ）は同じでもよいが、ここでは、一例として、Ｘ方向外側の副導体４２の幅を副導体４１の幅の半分（１／２）にしている。このような幅に変更しても、周波数選択導体４０Ａの表面を人工磁気導体として機能させることができる。そして、周波数選択導体４０Ａが必要とする面積を小さくし、接地導体３０、ひいては、誘電体基板５０の大きさを小さくし、アンテナ装置１０Ａの小型化を図ることができる。

対線路６０、マイクロストリップ線路７０について、図５も参照して説明を行う。

図５は、図１に示したアンテナ装置１０Ａにおける上部アンテナ導体２１、２２、下部アンテナ導体２３、２４、上部線路６１及び下部線路６２を説明する斜視図である。

対線路６０は、上部線路６１と下部線路６２とを有する。上部線路６１は、上述したように、上部アンテナ導体２１と接続され、上部アンテナ導体２１と同一の平面において延在する。そのため、上部線路６１は、上部アンテナ導体２１と同じ誘電体層５１に設けられ、上部線路６１の上面が露出するよう配置されている。つまり、Ｚ方向において、上部線路６１の上面は空気に対面し、上部線路６１の下面は誘電体層５１に対面する。なお、上部線路６１は、誘電体層５１の上面に配置してもよい。

上部線路６１は、一例として、Ｙ方向に延在し、上部アンテナ導体２１と反対側の端部において、マイクロストリップ線路７０の信号線路７１と接続される。

下部線路６２は、上述したように、下部アンテナ導体２３と接続され、下部アンテナ導体２３と同一の平面において延在する。そのため、下部線路６２は、下部アンテナ導体２３と同じ誘電体層５２に設けられている。Ｚ方向において、下部線路６２の上面は誘電体層５１に対面し、下部線路６２の下面は誘電体層５２に対面する。

下部線路６２は、上部線路６１と同じ長さ（Ｙ方向の長さ）、同じ幅（Ｘ方向の長さ）の導体板から形成されており、Ｚ方向において、上部線路６１から下側に離間し、平面視において、上部線路６１と重なる位置に対向して配置されている。つまり、上部線路６１と下部線路６２とは対となる構成である。

給電時において、上部線路６１には、進行電流Ｉｓが流れ、下部線路６２には、進行電流Ｉｓと逆方向のリターン電流Ｉｒが流れる。このように、上部線路６１と下部線路６２とでは、互いに逆方向の進行電流Ｉｓ及びリターン電流Ｉｒが流れるので、進行電流Ｉｓ及びリターン電流Ｉｒによる誘導磁界は互いに相殺され、電磁波（電波）の放射は起こらない。つまり、対線路６０はアンテナとして機能しない。そのため、対線路６０は、周囲の電磁界に影響を与えたり、受けたりすることはなく、アンテナ導体２０側の特性（例えば、放射特性など）に影響を与えることはない。その結果、アンテナ導体２０側との適切なインピーダンスマッチングを可能として、アンテナ導体２０側へ給電を行うことができる。

マイクロストリップ線路７０は、信号線路７１と接地導体７２とを有する。信号線路７１は、上述したように、上部線路６１と接続され、上部アンテナ導体２１及び上部線路６１と同一の平面において延在する。そのため、信号線路７１は、上部アンテナ導体２１及び上部アンテナ導体２１と同じ誘電体層５１に設けられ、信号線路７１の下面以外が露出するよう配置されている。つまり、Ｚ方向において、上部線路６１の上面及び側面は空気に対面し、上部線路６１の下面は誘電体層５１に対面する。なお、上部アンテナ導体２１、上部線路６１及び信号線路７１は、同一の平面において延在するので、一体の部材として構成してもよい。

接地導体７２は、上述したように、下部線路６２と接続され、下部アンテナ導体２３及び下部線路６２と同一の平面において延在する。そのため、接地導体７２は、下部アンテナ導体２３及び下部線路６２と同じ誘電体層５２に設けられている。なお、下部アンテナ導体２３、下部線路６２及び接地導体７２は、同一の平面において延在するので、一体の部材として構成してもよい。また、誘電体基板５０の最下層において、接地導体７２と同じ大きさで、平面視で接地導体７２と重なる位置に、別の接地導体を設け、当該別の接地導体と接地導体７２とを、例えば、貫通電極で接続する構成としてもよい。

接地導体７２は、Ｚ方向において、信号線路７１から離間し、平面視において、信号線路７１が内側（例えば、Ｘ方向における接地導体７２の中央）に配置されるよう、信号線路７１より広い面積の導体板から形成されている。

対線路６０において、上部線路６１の上面は空気に対面し、上部線路６１の下面は誘電体層５１に対面しており、また、下部線路６２の上面は誘電体層５１に対面し、下部線路６２の下面は誘電体層５２に対面する。つまり、上部線路６１の上面及び下面と下部線路６２の上面及び下面とでは誘電率が異なる。そのため、上部線路６１に流れる進行電流Ｉｓと下部線路６２に流れるリターン電流Ｉｒとでは、電流の伝搬速度に差が生じ、これにより、周波数に対するインピーダンスが大きく変化し、また、対線路６０がアンテナとして振る舞う可能性がある。

そこで、本実施の形態では、対線路６０とマイクロストリップ線路７０とを接続している。この接続点、つまり、下部線路６２と接地導体７２との接続点においては、線路（導体）の幅（Ｘ方向の長さ）が変わり、インピーダンスの不連続点となり、伝搬される信号の反射や共振が生じる。

一般的に、マイクロストリップ線路は、インピーダンスの変化点がないように設計する。ここでは、上述したように、対線路６０とマイクロストリップ線路７０とを接続して、インピーダンスの変化点を形成し、このインピーダンスの変化点で生じる信号の反射や共振を利用して、周波数に対するインピーダンスが変化を緩やかにしている。これにより、対線路６０がアンテナとして振る舞わないようにして、周囲の電磁界に影響を与えないようにしている。

このように、インピーダンスの変化点で生じる信号の反射や共振を利用して、周波数に対するインピーダンスが変化を緩やかにしているので、対線路６０の長さ（Ｙ方向の長さ）は、一例として、λ／２とする。

以上説明したように、本実施の形態において、アンテナ装置１０Ａは、アンテナ導体２０の共振周波数より高い帯域においてインピーダンスの変化が安定するよう構成された周波数選択導体４０Ａを備える。また、アンテナ装置１０Ａは、対となる構成の上部線路６１及び下部線路６２を有する対線路６０とマイクロストリップ線路７０とを備え、対線路６０とマイクロストリップ線路７０とを接続して、アンテナ導体２０側へ給電を行うようにしている。

本実施の形態のアンテナ装置１０Ａは、周波数選択導体４０Ａを備えるので、アンテナ装置１０Ａの薄型化が可能であり、そして、以上のような構成を備えるので、放射される電波の周波数の広帯域化も可能である。

図６は、図１に示したアンテナ装置１０Ａと、図１に示したアンテナ装置１０Ａから対線路６０及びマイクロストリップ線路７０を除いたアンテナ装置の反射特性（Ｓ１１）を示すグラフである。

図１に示したアンテナ装置１０Ａから対線路６０及びマイクロストリップ線路７０を除いたアンテナ装置は、周波数選択導体４０Ａを備えており、そのため、図６中に点線で示すような反射特性を示す。当該アンテナ装置の場合、アンテナとして機能する帯域（反射特性が－１０ｄＢ以下となる帯域）は、図６中Ｂ１で示す範囲であり、帯域は狭くなっている。

これに対して、本実施の形態のアンテナ装置１０Ａは、対線路６０及びマイクロストリップ線路７０も備えており、そのため、図６中に実線で示す反射特性を示す。本実施の形態のアンテナ装置１０Ａの場合、アンテナとして機能する帯域は、図６中Ｂ２で示す範囲であり、点線で示す反射特性と比較して、帯域は広くなっている。このように、本実施の形態のアンテナ装置１０Ａは、薄型化と広帯域化とを両立することができる。

また、本実施の形態のアンテナ装置１０Ａでは、上述したように、外側の列に配置される副導体４２の幅（Ｙ方向の長さ）は、内側の列に配置される副導体４１の幅の半分としている。そのため、周波数選択導体４０Ａの面積を小さくし、接地導体３０、ひいては、誘電体基板５０の大きさを小さくし、アンテナ装置１０Ａの小型化を図ることができる。

なお、アンテナ装置１０Ａにおいて、誘電体基板５０は、例えば、銅箔等の金属箔を有する複数の層が積層されたプリント配線基板であり、プリント配線基板の金属箔をエッチングすることで、上述した導体や線路は形成することができる。

また、アンテナ装置１０Ａは、放射する電波の周波数の帯域が広く、例えば、３．１～１０．６ＧＨｚの帯域のＵＷＢ（Ultra Wide Band）用のアンテナ装置として好適である。

＜変形例１＞
本実施の形態に係るアンテナ装置の変形例を、図７、図８を参照して説明する。

図７は、本実施の形態のアンテナ装置の変形例であるアンテナ装置１０Ｂを示す平面図である。図８は、図７に示したアンテナ装置１０ＢのＣ－Ｃ線矢示断面図である。なお、本変形例のアンテナ装置１０Ｂにおいて、上述したアンテナ装置１０Ａと同等の構成には同じ符号を付し、重複する説明は省略する。

アンテナ装置１０Ｂにおいては、周波数選択導体４０Ｂの構成が、アンテナ装置１０Ａの周波数選択導体４０Ａとは相違し、他の部材の構成は、アンテナ装置１０Ａの構成と同じである。

周波数選択導体４０Ｂは、上記の周波数選択導体４０Ａと同様に、副導体４１、４２（本発明における第２副導体）を有し、更に、副導体４３（本発明における第１副導体）を有する。周波数選択導体４０Ｂでは、上記の周波数選択導体４０Ａにおいてアンテナ導体２０に近接する２×２の副導体４１を、２×２の副導体４３に変更している。

周波数選択導体４０Ｂを構成する副導体４１～４３も、アンテナ導体２０の共振周波数より高い帯域においてインピーダンスの変化が安定するように、副導体４１～４３の長さ、幅、間隔が設定されて、副導体４１～４３が周期的に配置されている。

副導体４３の長さ、幅は、副導体４１の長さ、幅と同じであるが、Ｚ方向において、アンテナ導体２０及び接地導体３０に対する距離が、副導体４１とは異なる。副導体４３も、Ｚ方向において、アンテナ導体２０と接地導体３０との間に配置され、アンテナ導体２０及び接地導体３０のそれぞれから離間して配置される。そして、副導体４３は、Ｚ方向において、アンテナ導体２０に対して、副導体４１より近接して配置され、接地導体３０に対して、副導体４１より離間して配置される。副導体４３は、一例として、最上層の誘電体層５１から４層目の誘電体層５２に設けられている。

アンテナ装置１０Ａとアンテナ装置１０Ｂとを比較する概略図を図９Ａ及び図９Ｂに示す。図９Ａは、アンテナ装置１０Ａにおける上部アンテナ導体２１、２２、下部アンテナ導体２３、２４、副導体４１及び接地導体３０の配置及び放射特性を説明する概略図である。また、図９Ｂは、アンテナ装置１０Ｂにおける上部アンテナ導体２１、２２、下部アンテナ導体２３、２４、副導体４１、４３及び接地導体３０の配置及び放射特性を説明する概略図である。図９Ａ及び図９Ｂにおいては、周波数選択導体の副導体４２の図示は省略する。

本変形例では、Ｚ方向において、副導体４３と周囲の副導体４１、４２との位置が異なるようにしている。そのため、副導体４３と周囲の副導体４１、４２との間隔は、平面視においては、上記の周波数選択導体４０Ａと同様であるが、実際の間隔は、より広い間隔となる。例えば、図９Ａ及び図９Ｂに示すように、間隔Ｇ１＜間隔Ｇ２である。

周波数選択導体においては、副導体同士の間隔を狭くすると、放射する電波の周波数の帯域が狭くなり、副導体同士の間隔を広くすると、放射する電波の周波数の帯域が広くなる性質がある。副導体同士の間隔を単に広くするだけでは、周波数選択導体全体の面積が大きくなり、アンテナ装置が大きくなってしまう。

そこで、本変形例では、Ｘ及びＹ方向（平面視）における副導体４１～４３同士の間隔は変えずに、Ｚ方向において、副導体４１、４２と異なる位置に副導体４３を配置している。これにより、副導体４３に隣接する副導体４１（副導体４２）との間隔Ｇ２を上記の間隔Ｇ１より広くすることができる。このような構成とすることにより、周波数選択導体４０Ｂ全体の面積を大きくすることなく、放射する電波の周波数の帯域を広くすることができる。

図１０Ａは、アンテナ装置１０Ａとアンテナ装置１０ＢのＺＸ平面における放射特性を示す図である。また、図１０Ｂは、アンテナ装置１０Ａとアンテナ装置１０ＢのＺＹ平面における放射特性を示す図である。

図１０Ａ及び図１０Ｂは、一例として、周波数６．５ＧＨｚにおける放射特性であり、破線はアンテナ装置１０Ａの放射特性であり、実線はアンテナ装置１０Ｂの放射特性である。

図１０Ａ及び図１０Ｂに示すように、アンテナ装置１０Ｂの放射特性は、アンテナ装置１０Ａの放射特性より、放射強度が強くなり、また、放射範囲が広くなっていることが分かる。他の周波数、具体的には、７．０ＧＨｚ、７．５ＧＨｚ、８．０ＧＨｚでも放射特性を確認すると、６．５ＧＨｚと同様に、アンテナ装置１０Ｂの放射特性が、アンテナ装置１０Ａの放射特性より、放射強度が強くなり、また、放射範囲が広くなっていた。

以上説明したように、本変形例において、アンテナ装置１０Ｂは、周波数選択導体４０Ｂを用いて薄型化しても、電波の放射範囲を広げることができ、また、放射強度も強くすることができる。

本変形例では、アンテナ導体２０を中心とする中心側の副導体４３と副導体４３の周辺の副導体４１、４２とでＺ方向の位置が異なっており、謂わば、Ｚ方向の位置が一段階変化している。周波数選択導体４０Ｂを構成する副導体が多い場合には、例えば、図７に示すような４×４の配列ではなく、６×６以上の配列の副導体で構成される場合には、Ｚ方向の位置が多段階に変化するように副導体を配置してもよい。このとき、中心側（アンテナ導体２０側）から外側に向かうに従って、接地導体３０に近づくよう、副導体を配置する。

また、副導体のＺ方向の位置を多段階に変化させる場合には、例えば、副導体の接地導体３０に対する距離が離れている位置において、副導体同士の間隔を狭くし、副導体の接地導体３０に対する距離が近い位置において、副導体同士の間隔を広くする。周波数選択導体４０Ｂをこのような構成とすることにより、異なる周波数で位相の変化が０となり、これにより、周波数の広帯域化を図ることができる。

本変形例で示すアンテナ装置１０Ｂは、電波の放射範囲が広いので、例えば、車の四隅に配置されるスマートキー（キーレスエントリーシステム）用のアンテナ装置として好適である。

＜変形例２＞
本実施の形態に係るアンテナ装置の変形例を、図１１～図１４を参照して説明する。

図１１は、本発明の実施の形態に係るアンテナ装置の変形例であるアンテナ装置１０Ｃを示す図であって、アンテナ装置１０Ｃにおける上部アンテナ導体２１、２２及び下部アンテナ導体２３、２４の周囲を拡大した平面図である。また、図１２は、図１１に示した構成の比較例１を示す図であり、図１３は、図１１に示した構成の比較例２を示す図である。図１４は、図１１に示した構成の別の配置例を示す図である。

なお、本変形例のアンテナ装置１０Ｃ及び比較例１、２のアンテナ装置は、基本的には、アンテナ装置１０Ａの構成と同じであり、同じ構成には同じ符号を付し、重複する説明は省略する。

アンテナ装置１０Ａにおいては、平面視において、周波数選択導体４０Ａが配置される範囲の内側に、例えば、その中央部分にアンテナ導体２０が配置されている。

電波の放射効率をより向上させるためには、アンテナ導体２０を構成する上部アンテナ導体２１、２２及び下部アンテナ導体２３、２４と、周波数選択導体４０Ａを構成する副導体４１、４２との位置関係を考慮することが望ましい。

そこで、本変形例においては、平面視において、電流が流れる方向に沿う上部アンテナ導体２１及び下部アンテナ導体２４の両端部２１ａ、２４ａが、互いに隣接する少なくとも一対の副導体４１において近接する端部４１ａにそれぞれ重なるよう配置されている。同様に、平面視において、電流が流れる方向に沿う上部アンテナ導体２２及び下部アンテナ導体２３の両端部２２ａ、２３ａが、互いに隣接する少なくとも一対の副導体４１において近接する端部４１ａにそれぞれ重なるよう配置されている。

例えば、上部アンテナ導体２１及び下部アンテナ導体２４では、Ｘ方向に電流が流れ、上部アンテナ導体２１及び下部アンテナ導体２４内においては、Ｘ方向に沿う両端部（Ｙ方向の両端部）２１ａ、２４ａに多くの電流が流れる。

また、上部アンテナ導体２２及び下部アンテナ導体２３でも、同様に、Ｘ方向に電流が流れ、上部アンテナ導体２２及び下部アンテナ導体２３内においては、Ｘ方向に沿う両端部（Ｙ方向の両端部）２２ａ、２３ａに多くの電流が流れる。

上部アンテナ導体２１及び下部アンテナ導体２４に電流が流れると、磁束が変動し、磁束の変動による電磁誘導により、それらの下方に配置されている副導体４１に誘導電流が流れる。

このとき、図１２、図１３に示す比較例１、２のアンテナ装置のように、例えば、副導体４１におけるＹ方向の中心位置と上部アンテナ導体２１及び下部アンテナ導体２４におけるＹ方向の中心位置が一致するよう配置されているとする。なお、上部アンテナ導体２２及び下部アンテナ導体２３も同様の配置であるので、ここでは、上部アンテナ導体２１及び下部アンテナ導体２４を例にとって説明する。

比較例１、２に示す構成の場合、副導体４１に流れる誘導電流は、Ｙ方向の中心位置に集中して流れようとするが、副導体４１の両端にも流れようとして、電流が分散される。そのため、上部アンテナ導体２１及び下部アンテナ導体２４のＹ方向の両端部に多く流れる電流と、副導体４１において分散して流れる電流とが作用することになり、これらの電流は効率的に作用する位置でない。このように、電流同士が効率的に作用しないので、放射効率を高くする余地がある。

そこで、本変形例では、図１１に示すように、平面視において、上部アンテナ導体２１及び下部アンテナ導体２４の両端部２１ａ、２４ａが、互いに隣接する一対の副導体４１において近接する端部４１ａにそれぞれ重なるよう配置されている。同様に、平面視において、上部アンテナ導体２２及び下部アンテナ導体２３の両端部２２ａ、２３ａが、互いに隣接する一対の副導体４１において近接する端部４１ａにそれぞれ重なるよう配置されている。例えば、平面視において、上部アンテナ導体２１、上部アンテナ導体２２、下部アンテナ導体２３及び下部アンテナ導体２４のＸ方向に沿う中心線Ｌｃが、互いに隣接する一対の副導体４１の隙間に位置するよう配置されている。

本変形例の構成の場合、副導体４１に流れる誘導電流は、互いに隣接する一対の副導体４１において近接する端部４１ａに集中してそれぞれ流れる。そのため、上部アンテナ導体２１及び下部アンテナ導体２４の両端部２１ａ、２４ａに多く流れる電流と、互いに隣接する一対の副導体４１において近接する端部４１ａに集中してそれぞれ流れる電流とが効率的に作用する位置になる。同様に、上部アンテナ導体２２及び下部アンテナ導体２３の両端部２２ａ、２３ａに多く流れる電流と、互いに隣接する一対の副導体４１において近接する端部４１ａに集中してそれぞれ流れる電流とが効率的に作用する位置になる。従って、これらの電流同士が効率的に作用し、損失を減らして、放射効率を高くすることができる。また、インピーダンスの変化も緩やかになり、反射特性の変化も緩やかにすることができる。

本変形例の構成は、図１４に示すアンテナ装置１０Ｄに示すような配置としてもよい。具体的には、図１４に示すアンテナ装置１０Ｄでは、平面視において、上部アンテナ導体２１及び下部アンテナ導体２４の両端部２１ａ、２４ａが、互いに隣接する二対の副導体４１において近接する端部４１ａにそれぞれ重なるよう配置されている。同様に、平面視において、上部アンテナ導体２２及び下部アンテナ導体２３の両端部２２ａ、２３ａが、互いに隣接する二対の副導体４１において近接する端部４１ａにそれぞれ重なるよう配置されている。例えば、平面視において、上部アンテナ導体２１、上部アンテナ導体２２、下部アンテナ導体２３及び下部アンテナ導体２４のＸ方向に沿う中心線Ｌｃが、互いに隣接する二対の副導体４１の隙間に位置するよう配置されている。

このように配置しても、上部アンテナ導体２１及び下部アンテナ導体２４の両端部２１ａ、２４ａに多く流れる電流と、互いに隣接する二対の副導体４１において近接する端部４１ａに集中してそれぞれ流れる電流とが効率的に作用する位置になる。同様に、上部アンテナ導体２２及び下部アンテナ導体２３の両端部２２ａ、２３ａに多く流れる電流と、互いに隣接する二対の副導体４１において近接する端部４１ａに集中してそれぞれ流れる電流とが効率的に作用する位置になる。従って、これらの電流同士が効率的に作用し、損失を減らして、放射効率を高くすることができる。また、インピーダンスの変化も緩やかになり、反射特性の変化も緩やかにすることができる。

ここで、図１５は、図１１に示したアンテナ装置１０Ｃと図１２に示した比較例１のアンテナ装置のＺＸ平面における放射特性を示す図である。

図１５は、一例として、周波数７ＧＨｚにおける放射特性であり、破線はアンテナ装置１０Ｃの放射特性であり、実線は比較例１のアンテナ装置の放射特性である。

図１５に示すように、アンテナ装置１０Ｃの放射特性は、比較例１のアンテナ装置の放射特性より、放射強度が強くなり、また、放射範囲が広くなっていること、つまり、放射効率が高くなっていることが分かる。他の周波数、具体的には、６．５ＧＨｚ、７．５ＧＨｚ、８．０ＧＨｚでも放射特性を確認すると、アンテナ装置１０Ｂの放射効率は、比較例１のアンテナ装置の放射効率と同等以上に高くなっていた。

以上説明したように、本変形例において、アンテナ装置１０Ｂ、１０Ｃは、周波数選択導体４０Ｂを用いて薄型化しても、電波の放射効率を改善することができる。

なお、本変形例は、図１１及び図１４で示したように、上部アンテナ導体２１及び下部アンテナ導体２４の両端部２１ａ、２４ａが、互いに隣接する少なくとも一対の副導体４１において近接する端部にそれぞれ重なるよう配置されている。同様に、上部アンテナ導体２２及び下部アンテナ導体２３の両端部２２ａ、２３ａが、互いに隣接する少なくとも一対の副導体４１において近接する端部にそれぞれ重なるよう配置されている。

そのため、副導体４１や副導体４１、４２の配列は、偶数列×偶数行の配列、例えば、２×２、４×４、６×６等が好ましい。副導体４１や副導体４１、４２をこのような配列とすることにより、上部アンテナ導体２１及び下部アンテナ導体２４を配列の中心に配置することができ、Ｘ方向及びＹ方向のプラス及びマイナス方向に均等な放射特性を得ることができる。

また、本変形例では、一例として、アンテナ装置１０Ａの周波数選択導体４０Ａを前提として説明したが、本変形例は、アンテナ装置１０Ｂの周波数選択導体４０Ｂにも適用可能である。

以上、本発明の実施の形態について説明した。なお、以上の説明は、本発明の好適な実施の形態の例証であり、本発明の範囲はこれに限定されない。つまり、上記装置の構成や各部分の形状についての説明は一例であり、本発明の範囲においてこれらの例に対する様々な変更や追加が可能であることは明らかである。

本発明に係るアンテナ装置は、特に、薄型化、小型化が要求される装置に搭載する場合に好適であり、例えば、自動車や列車等の車両に限らず、船舶や航空機等も含む移動体に搭載してもよいし、また、移動体に限らず、建造物等に設置してもよい。

１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ アンテナ装置
２０ アンテナ導体
２１、２２ 上部アンテナ導体
２３、２４ 下部アンテナ導体
３０ 接地導体
４０Ａ、４０Ｂ 周波数選択導体
４１、４２、４３ 副導体
５０ 誘電体基板
５１、５２、５３ 誘電体層
６０ 対線路
６１ 上部線路
６２ 下部線路
７０ マイクロストリップ線路
７１ 信号線路
７２ 接地導体

Claims (13)

1. 給電により電波が放射される第１導体と、
   前記第１導体に対して厚さ方向下側に離間して配置される第２導体と、
   前記第１導体と前記第２導体との間にそれぞれに離間して配置され、前記第１導体の共振周波数より高い帯域においてインピーダンスの変化が安定するよう周期的に配置される複数の副導体を有する第３導体と、
   前記第１導体に接続され、前記第１導体への給電を行う第１線路と、
   前記第１線路と同じ形状を有し、前記第１線路に対して厚さ方向下側に離間して配置され、前記第１導体への給電と逆方向に電流が流れる第２線路と、
   を備える、
   アンテナ装置。
2. 前記第１導体は、上部導体と下部導体とを有し、
   前記第１線路は、前記上部導体に接続され、
   前記第２線路は、前記下部導体に接続される、
   請求項１に記載のアンテナ装置。
3. 前記第１線路において、前記上部導体と接続される端部と反対側の端部は、マイクロストリップ線路の信号線路に接続され、
   前記第２線路において、前記下部導体と接続される端部と反対側の端部は、前記マイクロストリップ線路の接地導体に接続されている、
   請求項２に記載のアンテナ装置。
4. 誘電体からなる基板を備え、
   前記上部導体及び前記第１線路の上面は、前記基板から露出されている、
   請求項２又は３に記載のアンテナ装置。
5. 前記複数の副導体は、二次元アレイ状に配列され、二次元のうちの一次元方向において、外側の列に配置される副導体の長さは、内側の列に配置される副導体の長さの半分である、
   請求項１から４のいずれか一項に記載のアンテナ装置。
6. 前記複数の副導体は、前記第２導体に対する前記厚さ方向の距離が異なることにより、隣接する副導体との間隔が異なる副導体を含む、
   請求項１から５のいずれか一項に記載のアンテナ装置。
7. 前記複数の副導体は、前記第１導体に近接する第１副導体と、前記第１副導体の周囲に配置される第２副導体とを含み、
   前記第１副導体は、前記第２副導体と前記距離が異なる、
   請求項６に記載のアンテナ装置。
8. 前記第１副導体における前記距離は、前記第２副導体における前記距離より大きい、
   請求項７に記載のアンテナ装置。
9. 前記第１導体に近接する第１副導体から離れる方向に沿って、前記距離は多段階に変更される、
   請求項６に記載のアンテナ装置。
10. 前記第１副導体から離れるに従って、前記距離は小さくなる、
    請求項９に記載のアンテナ装置。
11. 前記複数の副導体は、平面視において等間隔にアレイ状に配置される、
    請求項１から１０のいずれか一項に記載のアンテナ装置。
12. 平面視において、電流が流れる方向に沿う前記第１導体の両端部が、互いに隣接する前記副導体の端部にそれぞれ重なるよう配置されている、
    請求項１から１１のいずれか一項に記載のアンテナ装置。
13. 平面視において、前記電流が流れる方向に沿う前記第１導体の中心線が、互いに隣接する前記副導体の隙間に位置するよう配置されている、
    請求項１２に記載のアンテナ装置。

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