JP2024063632A - アンテナ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】指向性を有し、小型化可能な構造をもつアンテナ装置であって、従来よりも広帯域化が図られたアンテナ装置を提供する。【解決手段】アンテナ装置１０ａは、板状の第１アンテナ素子１１、及び、第１アンテナ素子１１と同一平面上に配置され、板状であって、第１アンテナ素子１１よりも幅が小さく、第１アンテナ素子１１の一辺１１ａに給電部を介して接続される一辺１２ａを有する第２アンテナ素子１２を有する放射器１３と、放射器１３と同一平面上で、かつ、放射器１３に接続されることなく配置される無給電素子１６であって、ｘ軸方向に無給電素子１６を見た場合に、第１アンテナ素子１１及び第２アンテナ素子１２のそれぞれの少なくとも一部と重なる位置に配置されている無給電素子１６と、放射器１３及び無給電素子１６に対向する平面に配置され、ｘ軸方向に幅を有しｙ軸方向に延びる板状で、かつ、無給電の反射板１４とを備える。【選択図】図７

Description

本開示は、アンテナ装置に関し、特に、指向性を有し、小型化可能な構造をもつアンテナ装置に関する。

近年、世界中でＩｏＴ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ ｏｆ Ｔｈｉｎｇｓ）端末の普及が急速に進んでいる。ＩｏＴ端末用アンテナは、デザイン性やモバイル性の観点から小型化が要望される。また、アンテナ近傍に人体や金属物などがあると、その性能が低下するため、周囲物体に強いことが必要である。周囲の金属物などの影響を低減するためには、単一指向性を有するアンテナが有効である。したがって、ＩｏＴ端末用アンテナは、小型で単一指向性を有することが望ましい。

そこで、従来、放射器と対向して無給電の反射板を設け、放射器と反射板との電磁結合により、反射板と逆側への指向性を強めた小型化可能な構造を有するアンテナ装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

国際公開第２０１８／１９８３４９号

しかしながら、特許文献１のアンテナ装置は、指向性を強めた小型化が可能な構造を有するものの、通信システムによっては、さらなる広帯域化が求められている。

そこで、本開示は、指向性を有し、小型化可能な構造をもつアンテナ装置であって、従来よりも広帯域化が図られたアンテナ装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本開示の一形態に係るアンテナ装置は、給電部に接続されて用いられる指向性を有するアンテナ装置であって、第１方向に幅を有し前記第１方向に直交する第２方向に延びる板状の第１アンテナ素子、及び、前記第１アンテナ素子と同一平面上に配置され、前記第１アンテナ素子よりも幅が小さく、前記第１アンテナ素子の一辺に前記給電部を介して接続される一辺を有する第２アンテナ素子を有する放射器と、前記放射器と同一平面上で、かつ、前記放射器に接続されることなく配置される無給電素子であって、前記第１方向に前記無給電素子を見た場合に、前記第１アンテナ素子及び前記第２アンテナ素子のそれぞれの少なくとも一部と重なる位置に配置されている無給電素子と、前記放射器及び前記無給電素子に対向する平面に配置され、前記第１方向に幅を有し前記第２方向に延びる板状で、かつ、無給電の反射板とを備え、前記反射板は、前記放射器よりも長い長さを有し、前記第２アンテナ素子は、使用周波数の波長の１／４よりも短い長さを有し、前記放射器及び前記無給電素子と前記反射板とは、電磁結合できる間隔を有し、前記アンテナ装置の入力インピーダンスの抵抗成分は、前記第１アンテナ素子の長さによって調整され、前記アンテナ装置の入力インピーダンスのリアクタンス成分は、前記第２アンテナ素子の長さによって調整される。

本開示により、指向性を有し、小型化可能な構造をもつアンテナ装置であって、従来よりも広帯域化が図られたアンテナ装置が提供される。

図１は、第１参考例に係るアンテナ装置の構造を示す外観図である。 図２は、第１参考例に係るアンテナ装置のアンテナ特性を示す図である。 図３は、第１参考例に係るアンテナ装置において、第１アンテナ素子の長さを１ｍｍずつ変化させたときのインピーダンス特性を示すスミスチャートである。 図４は、第１参考例に係るアンテナ装置において、第２アンテナ素子の長さを１ｍｍずつ変化させたときのインピーダンス特性を示すスミスチャートである。 図５は、第２参考例に係るアンテナ装置の構造を示す外観図である。 図６は、第２参考例に係るアンテナ装置のアンテナ特性を示す図である。 図７は、実施の形態１に係るアンテナ装置の構造を示す外観図である。 図８は、実施の形態１に係るアンテナ装置のアンテナ特性を示す図である。 図９は、実施の形態２に係るアンテナ装置の構造を示す外観図である。 図１０は、実施の形態２に係るアンテナ装置のアンテナ特性を示す図である。 図１１は、実施の形態３に係るアンテナ装置の構造を示す外観図である。 図１２は、実施の形態３に係るアンテナ装置のアンテナ特性を示す図である。 図１３は、実施の形態４に係るアンテナ装置の構造を示す外観図である。 図１４は、実施の形態４に係るアンテナ装置のアンテナ特性を示す図である。 図１５は、実施の形態５に係るアンテナ装置の構造を示す外観図である。 図１６は、実施の形態５に係るアンテナ装置のアンテナ特性を示す図である。 図１７は、実施の形態６に係るアンテナ装置の構造を示す外観図である。 図１８は、実施の形態６に係るアンテナ装置のアンテナ特性を示す図である。

（参考例に係るアンテナ装置）
本開示の実施の形態を説明する前に、特許文献１に係る技術に基づく２．４ＧＨｚ帯（略中心周波数である使用周波数が２．４５ＧＨｚ、波長が約１２２ｍｍ）向けアンテナ装置の２つの例を、参考例に係るアンテナ装置として、説明する。

（第１参考例）
図１は、第１参考例に係るアンテナ装置９ａの構造を示す外観図である。より詳しくは、図１の（ａ）～（ｆ）は、それぞれ、アンテナ装置９ａの上面を見た斜視図、上面図、底面図、側面図、上面における寸法図、底面における寸法図である。アンテナ装置９ａは、全体として、長尺状の方形である。幅方向をｘ軸（「第１方向」ともいう）、ｘ軸に直交し、長尺に延びる方向をｙ軸（「第２方向」ともいう）、ｘ軸及びｙ軸に直交する方向をｚ軸と定義する。

アンテナ装置９ａは、給電部（図示せず）に接続されて用いられる指向性を有するアンテナであって、ｘ軸方向に幅を有しｙ軸方向に延びる板状の第１アンテナ素子１１、及び、第１アンテナ素子１１と同一平面上に配置され、ｘ軸方向に幅を有しｙ軸方向に延びる板状であって、第１アンテナ素子１１よりも幅が小さく、第１アンテナ素子１１の一辺１１ａに給電部を介して接続される一辺１２ａを有する第２アンテナ素子１２を有する放射器１３と、放射器１３に対向する平面に配置され、ｘ軸方向に幅を有しｙ軸方向に延びる板状で、かつ、無給電の反射板１４とを備える。なお、第２アンテナ素子１２は逆Ｌ形であってよく、その形状はストレートに限定されない。

ここで、反射板１４は、放射器１３よりも長い長さを有し、第２アンテナ素子１２は、使用周波数の波長の１／４よりも短い長さを有し、放射器１３と反射板１４とは、電磁結合できる間隔を有する。なお、反射板１４は、反射板として機能する長さであってよく、使用周波数の波長の１／２以上の長さであってもよい。アンテナ装置９ａの入力インピーダンスの抵抗成分は、第１アンテナ素子１１の長さによって調整され、アンテナ装置９ａの入力インピーダンスのリアクタンス成分は、第２アンテナ素子１２の長さによって調整される。

なお、各部材の長さ又は幅を使用周波数の波長（λ）を用いて規定する場合、波長（λ）は各部材の比誘電率に応じて定まる波長短縮率を乗じた値（電気長）を用いてよい。また、板状とは、厚さに比べて長さ又は幅が十分に大きい（例えば、２倍以上の）平板を意味し、平面視の外形は方形に限られず、楕円等の任意の形であってもよい。方形とは、矩形（長方形）を意味する。なお、単に「平面視」と記載した場合には、アンテナ装置に対する平面視を意味する。

アンテナ装置９ａの具体的な構造は、以下の通りである。

比誘電率εｒ＝４．６のＦＲ－４（Flame Retardant Type 4）の基板１５を用いている。基板１５の外形寸法は、長さＬ５０ｍｍ×幅Ｗ６ｍｍ×厚さｔ１．２ｍｍである。放射器１３（第１アンテナ素子１１及び第２アンテナ素子１２）と反射板１４とは、ともに基板１５上の銅箔で形成している。

アンテナ装置９ａは、長さｌ１×幅ｗ１の第１アンテナ素子１１と長さｌ２×幅ｗ２の第２アンテナ素子１２との間隙ｇに給電部が接続されて構成される放射器１３と、長さｌ３×幅ｗ３の反射板１４とで構成される。基板端（基板１５のｙ軸正方向における端）から第１アンテナ素子１１までの距離をｄ、また、基板端から０．５ｍｍ（基板１５の両面における四方の端から中心に向かって０．５ｍｍ）の領域は、銅箔パターンの禁止領域である。

アンテナ装置９ａの共振周波数については、アンテナ装置９ａのインピーダンスの抵抗成分を第１アンテナ素子１１の長さｌ１で制御し、アンテナ装置９ａのインピーダンスのリアクタンス成分を第２アンテナ素子１２の長さｌ２で制御することにより、チューニングをおこなうことができる。

本参考例に係るアンテナ装置９ａでは、第１アンテナ素子１１の一辺１１ａの中央が第２アンテナ素子１２の一辺１２ａと対向するように、第２アンテナ素子１２が配置されている。各寸法は、例えば、Ｌ＝５０ｍｍ、Ｗ＝６ｍｍ、ｔ＝１．２ｍｍ、ｄ＝１７ｍｍ、ｇ＝０．５ｍｍ、ｌ１＝２５．５ｍｍ、ｗ１＝５ｍｍ、ｌ２＝９ｍｍ、ｗ２＝１ｍｍ、ｌ３＝４９ｍｍ、ｗ３＝５ｍｍである。

これらの各寸法について、使用周波数（２．４５ＧＨｚ）の波長λ（約１２２ｍｍ、電気長約５７ｍｍ（＝１２２／√４．６））との関係で説明すると、第１アンテナ素子１１の長さｌ１は、約０．４（＝２５．５×√４．６／１２２）λであり、第２アンテナ素子１２の長さｌ２は、約０．２（＝９×√４．６／１２２）λである。

なお、給電部（図示せず）から放射器１３への給電は、アンテナ装置９ａの上面側から行われる。給電部（図示せず）と接続される第１アンテナ素子１１の一辺１１ａと第２アンテナ素子１２の一辺１２ａとで挟まれた間隙を「給電点」ともいう。

図２は、図１に示された第１参考例に係るアンテナ装置９ａのアンテナ特性を示す図である。より詳しくは、図２の（ａ）は、第１参考例に係るアンテナ装置９ａのインピーダンス特性を示すスミスチャートであり、図２の（ｂ）は、第１参考例に係るアンテナ装置９ａのＶＳＷＲ（Ｖｏｌｔａｇｅ Ｓｔａｎｄｉｎｇ Ｗａｖｅ Ｒａｔｉｏ）特性を示す。図２の（ａ）から分かるように、第１参考例に係るアンテナ装置９ａは、使用周波数（２．４５ＧＨｚ）において、共振している。また、図２の（ｂ）から分かるように、第１参考例に係るアンテナ装置９ａは、ＶＳＷＲ≦２の帯域幅が４２０ＭＨｚである。

図３は、図１に示された第１参考例に係るアンテナ装置９ａにおいて、第１アンテナ素子１１の長さｌ１を２３．５ｍｍから２７．５ｍｍまで１ｍｍずつ変化させたときのインピーダンス特性を示すスミスチャートである。ここでは、第１アンテナ素子１１の長さｌ１以外の寸法は、固定されている。図３から分かるように、アンテナ装置９ａのインピーダンスの抵抗成分は、第１アンテナ素子１１の長さｌ１で制御される。

図４は、図１に示された第１参考例に係るアンテナ装置９ａにおいて、第２アンテナ素子１２の長さｌ２を７ｍｍから１１ｍｍまで１ｍｍずつ変化させたときのインピーダンス特性を示すスミスチャートである。ここでは、第２アンテナ素子１２の長さｌ２以外の寸法は、固定されている。図４から分かるように、アンテナ装置９ａのインピーダンスのリアクタンス成分は、第２アンテナ素子１２の長さｌ２で制御される。

（第２参考例）
図５は、第２参考例に係るアンテナ装置９ｂの構造を示す外観図である。より詳しくは、図５の（ａ）～（ｆ）は、それぞれ、アンテナ装置９ｂの上面を見た斜視図、上面図、底面図、側面図、上面における寸法図、底面における寸法図である。アンテナ装置９ｂは、第２アンテナ素子１２の配置位置及びサイズを除いて、第１参考例に係るアンテナ装置９ａと同じ構成を備える。

つまり、第２参考例に係るアンテナ装置９ｂでは、第２アンテナ素子１２の一辺１２ａは、第１アンテナ素子１１の一辺１１ａの第１端部１１ｂと対向している。つまり、第２アンテナ素子１２の一辺１２ａは、第１アンテナ素子１１の一辺１１ａの中央ではなく、第１端部１１ｂに対応する位置に配置されている。そして、第２アンテナ素子１２のサイズは、長さｌ２が９．５ｍｍ、つまり、約０．２（＝９．５×√４．６／１２２）λである。他の寸法は、すべて第１参考例に係るアンテナ装置９ａと同じである。

図６は、図５に示された第２参考例に係るアンテナ装置９ｂのアンテナ特性を示す図である。より詳しくは、図６の（ａ）は、第２参考例に係るアンテナ装置９ｂのインピーダンス特性を示すスミスチャートであり、図６の（ｂ）は、第２参考例に係るアンテナ装置９ｂのＶＳＷＲ特性を示す。図６の（ａ）から分かるように、第２参考例に係るアンテナ装置９ｂは、第１参考例に係るアンテナ装置９ａと同様に、使用周波数（２．４５ＧＨｚ）において、共振している。また、図６の（ｂ）から分かるように、第２参考例に係るアンテナ装置９ｂは、第１参考例に係るアンテナ装置９ａと同様に、ＶＳＷＲ≦２の帯域幅が４２０ＭＨｚである。

このように、第１参考例に係るアンテナ装置９ａ及び第２参考例に係るアンテナ装置９ｂは、反射板１４が設けられることで、周囲の金属物などの影響を低減させることが可能な指向性を有し、かつ、小型化された構造を有する。

（実施の形態に係るアンテナ装置）
以下では、第１参考例に係るアンテナ装置９ａ及び第２参考例に係るアンテナ装置９ｂのアンテナ性能の改善例として、さらなる広帯域化を図った例を実施の形態１～６で説明する。

以下、本開示の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも本開示の一具体例を示す。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態等は、一例であり、本開示を限定する主旨ではない。また、各図は、必ずしも厳密に図示したものではない。各図において、実質的に同一の構成については同一の符号を付し、重複する説明は省略又は簡略化する。また、用語の意味、及び、ｘｙｚ軸等については、第１参考例に係るアンテナ装置９ａ及び第２参考例に係るアンテナ装置９ｂの説明と同じである。

いずれの実施の形態も、第１参考例に係るアンテナ装置９ａ、第２参考例に係るアンテナ装置９ｂ、又は、それらに類似するアンテナ装置をベースとし、改良点を有する。以下、その改良点を中心に説明する。

（実施の形態１）
まず、本開示の実施の形態１に係るアンテナ装置について説明する。

図７は、実施の形態１に係るアンテナ装置１０ａの構造を示す外観図である。より詳しくは、図７の（ａ）～（ｄ）は、それぞれ、アンテナ装置１０ａの上面を見た斜視図、上面図、底面図、上面の寸法図である。アンテナ装置１０ａは、図１に示される第１参考例に係るアンテナ装置９ａをベースとし、放射器１３と同一平面上に配置される無給電素子１６を有する点に特徴を有する。第１アンテナ素子１１の幅は、第１参考例に係るアンテナ装置９ａに比べ、小さくなっている。

無給電素子１６は、放射器１３と同一平面上で、かつ、放射器１３に接続されることなく配置され、ｘ軸方向に無給電素子１６を見た場合に、第１アンテナ素子１１及び第２アンテナ素子１２のそれぞれの少なくとも一部と重なる位置に配置されている。ここでは、無給電素子１６は、ｘ軸方向に無給電素子１６を見た場合に、第１アンテナ素子１１の一部と重なり、第２アンテナ素子１２の全部と重なる位置に配置されている。

より詳しくは、無給電素子１６は、アンテナ装置１０ａを平面視した場合に、第１アンテナ素子１１及び第２アンテナ素子１２のｘ軸方向における一方側においてｙ軸方向に延びる板状の第１部分１６１と、第１アンテナ素子１１及び第２アンテナ素子１２のｘ軸方向における他方側においてｙ軸方向に延びる板状の第２部分１６２と、第１部分１６１と第２部分１６２とを接続する第３部分１６３とを有する。

具体的な寸法については、図７の（ｄ）に示される通り、第１アンテナ素子１１の長さｌ１が２２ｍｍ、幅ｗ１が２ｍｍであり、第２アンテナ素子１２の長さｌ２が１１ｍｍ、幅ｗ２が１ｍｍである。無給電素子１６は、第１アンテナ素子１１とは０．５ｍｍの間隙を有し、第２アンテナ素子１２とは１ｍｍの間隙を有し、第１部分１６１及び第２部分１６２の長さが２５ｍｍ、幅が１ｍｍであり、第３部分１６３の長さ（第１部分１６１及び第２部分１６２を含む）が４ｍｍ、幅が５ｍｍである。

これらの各長さについて、使用周波数（２．４５ＧＨｚ）の波長λ（約１２２ｍｍ、電気約長５７ｍｍ（＝１２２／√４．６））との関係で説明すると、第１アンテナ素子１１の長さｌ１は、約０．４（＝２２×√４．６／１２２）λであり、第２アンテナ素子１２の長さｌ２は、約０．２（＝１１×√４．６／１２２）λであり、無給電素子１６の長さは、約０．４（＝２５×√４．６／１２２）λである。

図８は、図７に示された実施の形態１に係るアンテナ装置１０ａのアンテナ特性を示す図である。より詳しくは、図８の（ａ）は、実施の形態１に係るアンテナ装置１０ａのインピーダンス特性を示すスミスチャートであり、図８の（ｂ）は、実施の形態１に係るアンテナ装置１０ａのＶＳＷＲ特性を示し、図８の（ｃ）は、実施の形態１に係るアンテナ装置１０ａにおける電流の流れを示す。

図８の（ａ）から分かるように、実施の形態１に係るアンテナ装置１０ａは、使用周波数（２．４５ＧＨｚ）において、共振している。

また、図８の（ｂ）から分かるように、実施の形態１に係るアンテナ装置１０ａは、ＶＳＷＲ≦２の帯域幅が５８０ＭＨｚであり、ベースとなる第１参考例に係るアンテナ装置９ａの帯域幅（４２０ＭＨｚ）よりも広帯域化されている。

また、図８の（ｃ）から分かるように、無給電素子１６には、第１アンテナ素子１１及び第２アンテナ素子１２と同一方向に（つまり、同相で）電流が流れている。このことが実施の形態１に係るアンテナ装置１０ａの性能を劣化させることなく広帯域化している要因と考えられる。

以上のように、本実施の形態に係るアンテナ装置１０ａは、給電部に接続されて用いられる指向性を有するアンテナ装置１０ａであって、ｘ軸方向に幅を有しｙ軸方向に延びる板状の第１アンテナ素子１１、及び、第１アンテナ素子１１と同一平面上に配置され、ｘ軸方向に幅を有しｙ軸方向に延びる板状であって、第１アンテナ素子１１よりも幅が小さく、第１アンテナ素子１１の一辺１１ａに給電部を介して接続される一辺１２ａを有する第２アンテナ素子１２を有する放射器１３と、放射器１３と同一平面上で、かつ、放射器１３に接続されることなく配置される無給電素子１６であって、ｘ軸方向に無給電素子１６を見た場合に、第１アンテナ素子１１及び第２アンテナ素子１２のそれぞれの少なくとも一部と重なる位置に配置されている無給電素子１６と、放射器１３及び無給電素子１６に対向する平面に配置され、ｘ軸方向に幅を有しｙ軸方向に延びる板状で、かつ、無給電の反射板１４とを備え、反射板１４は、放射器１３及び無給電素子１６よりも長い長さを有し、第２アンテナ素子１２は、使用周波数の波長の１／４よりも短い長さを有し、反射板１４及び無給電素子１６と放射器１３とは、電磁結合できる間隔を有し、アンテナ装置１０ａの入力インピーダンスは、無給電素子１６によって広帯域化され、アンテナ装置１０ａの入力インピーダンスの抵抗成分は、第１アンテナ素子１１の長さによって調整され、アンテナ装置１０ａの入力インピーダンスのリアクタンス成分は、第２アンテナ素子１２の長さによって調整される。

本実施の形態では、無給電素子１６は、ｘ軸方向に無給電素子１６を見た場合に、第１アンテナ素子１１の一部と重なり、第２アンテナ素子１２の全部と重なる位置に配置されている。より詳しくは、無給電素子１６は、アンテナ装置１０ａを平面視した場合に、第１アンテナ素子１１及び第２アンテナ素子１２のｘ軸方向における一方側においてｙ軸方向に延びる板状の第１部分１６１と、第１アンテナ素子１１及び第２アンテナ素子１２のｘ軸方向における他方側においてｙ軸方向に延びる板状の第２部分１６２と、第１部分１６１と第２部分１６２とを接続する第３部分１６３とを有する。

このような無給電素子１６により、第１参考例に係るアンテナ装置９ａと同様に、指向性を有し、小型化可能な構造をもつアンテナ装置であるが、第１参考例に係るアンテナ装置９ａよりも広帯域化が図られたアンテナ装置１０ａが実現される。

（実施の形態２）
次に、本開示の実施の形態２に係るアンテナ装置について説明する。

図９は、実施の形態２に係るアンテナ装置１０ｂの構造を示す外観図である。より詳しくは、図９の（ａ）～（ｄ）は、それぞれ、アンテナ装置１０ｂの上面を見た斜視図、上面図、底面図、上面の寸法図である。アンテナ装置１０ｂは、実施の形態１に係るアンテナ装置１０ａの変形例に相当し、実施の形態１に係るアンテナ装置１０ａと比べ、第１アンテナ素子１１の形状が異なる。以下、実施の形態１との相違点を中心に説明する。

本実施の形態では、第１アンテナ素子１１は、ｘ軸方向に第１幅（ここでは、５ｍｍ）を有しｙ軸方向に延びる幅太部分１１１と、ｘ軸方向に第１幅よりも小さい第２幅（ここでは、２ｍｍ）を有しｙ軸方向に延びる幅狭部分１１２とを含む。幅太部分１１１と幅狭部分１１２とは、幅太部分１１１の第１幅の中心と幅狭部分１１２の第２幅の中心とが同一直線上に並ぶように、繋がっている。幅太部分１１１と幅狭部分１１２とを合わせた第１アンテナ素子１１の長さは、１９．５ｍｍである。

本実施の形態では、無給電素子１６の第１部分１６１及び第２部分１６２は、ｘ軸方向に無給電素子１６を見た場合に、第１アンテナ素子１１のうち幅狭部分１１２とだけ重なる位置に配置されている。無給電素子１６の第１部分１６１及び第２部分１６２は、平面視で、それらの外側の辺と第１アンテナ素子１１の幅太部分１１１の外側の辺とが一直線上に並び、第１アンテナ素子１１の幅狭部分１１２と０．５ｍｍの間隙を有する。

図１０は、図９に示された実施の形態２に係るアンテナ装置１０ｂのアンテナ特性を示す図である。より詳しくは、図１０の（ａ）は、実施の形態２に係るアンテナ装置１０ｂのインピーダンス特性を示すスミスチャートであり、図１０の（ｂ）は、実施の形態２に係るアンテナ装置１０ｂのＶＳＷＲ特性を示す。

図１０の（ａ）から分かるように、実施の形態２に係るアンテナ装置１０ｂは、使用周波数（２．４５ＧＨｚ）において、共振している。

また、図１０の（ｂ）から分かるように、実施の形態２に係るアンテナ装置１０ｂは、ＶＳＷＲ≦２の帯域幅が６００ＭＨｚであり、ベースとなる第１参考例に係るアンテナ装置９ａの帯域幅（４２０ＭＨｚ）及び実施の形態１に係るアンテナ装置１０ａの帯域幅（５８０ＭＨｚ）よりも広帯域化されている。これは、本実施の形態に係るアンテナ装置１０ｂでは、実施の形態１に係るアンテナ装置１０ａと異なり、第１アンテナ素子１１が幅太部分１１１を有する（つまり、幅の広い部分を有する）ためと考えられる。

以上のように、本実施の形態に係るアンテナ装置１０ｂは、実施の形態１に係るアンテナ装置１０ａの変形部分として、第１アンテナ素子１１が、ｘ軸方向に第１幅を有しｙ軸方向に延びる幅太部分１１１と、ｘ軸方向に第１幅よりも小さい第２幅を有しｙ軸方向に延びる幅狭部分１１２とを含み、無給電素子１６の第１部分１６１及び第２部分１６２が、ｘ軸方向に無給電素子１６を見た場合に、第１アンテナ素子１１のうち幅狭部分１１２とだけ重なる位置に配置されているという特徴を有する。

これにより、ベースとなる第１参考例に係るアンテナ装置９ａ及び実施の形態１に係るアンテナ装置１０ａよりもさらに広帯域化される。

（実施の形態３）
次に、本開示の実施の形態３に係るアンテナ装置について説明する。

図１１は、実施の形態３に係るアンテナ装置１０ｃの構造を示す外観図である。より詳しくは、図１１の（ａ）～（ｄ）は、それぞれ、アンテナ装置１０ｃの上面を見た斜視図、上面図、底面図、上面の寸法図である。アンテナ装置１０ｃは、図５に示される第２参考例に係るアンテナ装置９ｂをベースとし、放射器１３と同一平面上に配置される無給電素子１６を有する点に特徴を有する。

無給電素子１６は、ｘ軸方向に無給電素子１６を見た場合に、第１アンテナ素子１１の一部と重なる第４部分１６４と、第４部分１６４と接続され、少なくとも第２アンテナ素子１２の全部と重なる第５部分１６５とを有する。

第１アンテナ素子１１は、第２参考例に係るアンテナ装置９ｂと異なり、一辺１１ａのうち第１端部１１ｂと反対側の第２端部１１ｃを含む切り欠き１１ｄを有する。無給電素子１６の第４部分１６４は、第１アンテナ素子１１の切り欠き１１ｄの領域内に配置されている。

具体的な寸法については、図１１の（ｄ）に示される通り、第１アンテナ素子１１は、長さｌ１が２３ｍｍ、幅ｗ１が５ｍｍの矩形において、切り欠き１１ｄを有する。第２アンテナ素子１２は、長さｌ２が１０．５ｍｍ、幅ｗ２が１ｍｍである。無給電素子１６は、第１アンテナ素子１１及び第２アンテナ素子１２とは０．５ｍｍの間隙を有し、全体の長さが２５ｍｍであり、第４部分１６４の幅が１ｍｍであり、第５部分１６５のうち、ｘ軸方向に見て第２アンテナ素子１２の全部と重なる箇所の幅が３．５ｍｍであり、ｘ軸方向に見て第２アンテナ素子１２と重ならない箇所の長さが２．５ｍｍ、幅が５ｍｍである。

これらの各長さについて、使用周波数（２．４５ＧＨｚ）の波長λ（約１２２ｍｍ、電気長約５７ｍｍ（＝１２２／√４．６））との関係で説明すると、第１アンテナ素子１１の長さｌ１は、約０．４（＝２３×√４．６／１２２）λであり、第２アンテナ素子１２の長さｌ２は、約０．２（＝１０．５×√４．６／１２２）λであり、無給電素子１６の長さは、約０．４（＝２５×√４．６／１２２）λである。

図１２は、図１１に示された実施の形態３に係るアンテナ装置１０ｃのアンテナ特性を示す図である。より詳しくは、図１２の（ａ）は、実施の形態３に係るアンテナ装置１０ｃのインピーダンス特性を示すスミスチャートであり、図１２の（ｂ）は、実施の形態３に係るアンテナ装置１０ｃのＶＳＷＲ特性を示す。

図１２の（ａ）から分かるように、実施の形態３に係るアンテナ装置１０ｃは、使用周波数（２．４５ＧＨｚ）において、共振している。

また、図１２の（ｂ）から分かるように、実施の形態３に係るアンテナ装置１０ｃは、ＶＳＷＲ≦２の帯域幅が５４０ＭＨｚであり、ベースとなる第２参考例に係るアンテナ装置９ｂの帯域幅（４２０ＭＨｚ）よりも広帯域化されている。

以上のように、本実施の形態に係るアンテナ装置１０ｃは、給電部に接続されて用いられる指向性を有するアンテナ装置であって、ｘ軸方向に幅を有しｙ軸方向に延びる板状の第１アンテナ素子１１、及び、第１アンテナ素子１１と同一平面上に配置され、ｘ軸方向に幅を有しｙ軸方向に延びる板状であって、第１アンテナ素子１１よりも幅が小さく、第１アンテナ素子１１の一辺１１ａに給電部を介して接続される一辺１２ａを有する第２アンテナ素子１２を有する放射器１３と、放射器１３と同一平面上で、かつ、放射器１３に接続されることなく配置される無給電素子１６であって、ｘ軸方向に無給電素子１６を見た場合に、第１アンテナ素子１１及び第２アンテナ素子１２のそれぞれの少なくとも一部と重なる位置に配置されている無給電素子１６と、放射器１３及び無給電素子１６に対向する平面に配置され、ｘ軸方向に幅を有しｙ軸方向に延びる板状で、かつ、無給電の反射板１４とを備え、反射板１４は、放射器１３及び無給電素子１６よりも長い長さを有し、第２アンテナ素子１２は、使用周波数の波長の１／４よりも短い長さを有し、反射板１４及び無給電素子１６と放射器１３とは、電磁結合できる間隔を有し、アンテナ装置１０ａの入力インピーダンスは、無給電素子１６によって広帯域化され、アンテナ装置１０ａの入力インピーダンスの抵抗成分は、第１アンテナ素子１１の長さによって調整され、アンテナ装置１０ａの入力インピーダンスのリアクタンス成分は、第２アンテナ素子１２の長さによって調整される。無給電素子１６は、ｘ軸方向に無給電素子１６を見た場合に、第１アンテナ素子１１の一部と重なり、第２アンテナ素子１２の全部と重なる位置に配置されている。

本実施の形態では、第２アンテナ素子１２の一辺１２ａは、第１アンテナ素子１１の一辺１１ａの第１端部１１ｂと対向し、無給電素子１６は、ｘ軸方向に無給電素子１６を見た場合に、第１アンテナ素子１１の一部と重なる第４部分１６４と、第４部分１６４と接続され、少なくとも第２アンテナ素子１２の全部と重なる第５部分１６５とを有する。そして、第１アンテナ素子１１は、一辺１１ａのうち第１端部１１ｂと反対側の第２端部１１ｃを含む切り欠き１１ｄを有し、無給電素子１６の第４部分１６４は、第１アンテナ素子１１の切り欠き１１ｄの領域内に配置されている。

これにより、ベースとなる第２参考例に係るアンテナ装置９ｂの帯域幅（４２０ＭＨｚ）よりも広帯域化される。

（実施の形態４）
次に、本開示の実施の形態４に係るアンテナ装置について説明する。

図１３は、実施の形態４に係るアンテナ装置１０ｄの構造を示す外観図である。より詳しくは、図１３の（ａ）～（ｄ）は、それぞれ、アンテナ装置１０ｄの上面を見た斜視図、上面図、底面図、上面の寸法図である。アンテナ装置１０ｄは、実施の形態３に係るアンテナ装置１０ｃの変形例に相当し、実施の形態３に係るアンテナ装置１０ｃと比べ、無給電素子１６の形状が異なる。以下、実施の形態１との相違点を中心に説明する。

本実施の形態では、無給電素子１６の第５部分１６５は、実施の形態３と異なり、ｙ軸方向の長さが第２アンテナ素子１２と同一である。つまり、無給電素子１６の第５部分１６５は、ｘ軸方向に見て第２アンテナ素子１２と過不足なく重なる。

実施の形態３と比べ、第１アンテナ素子１１に形成された切り欠き１１ｄのサイズが異なるが、第１アンテナ素子１１全体の長さ、第２アンテナ素子１２の長さ、無給電素子１６の全体の長さは、実施の形態３と同じである。

図１４は、図１３に示された実施の形態４に係るアンテナ装置１０ｄのアンテナ特性を示す図である。より詳しくは、図１４の（ａ）は、実施の形態４に係るアンテナ装置１０ｄのインピーダンス特性を示すスミスチャートであり、図１４の（ｂ）は、実施の形態４に係るアンテナ装置１０ｄのＶＳＷＲ特性を示す。

図１４の（ａ）から分かるように、実施の形態４に係るアンテナ装置１０ｄは、使用周波数（２．４５ＧＨｚ）において、共振している。

また、図１４の（ｂ）から分かるように、実施の形態４に係るアンテナ装置１０ｄは、ＶＳＷＲ≦２の帯域幅が５８０ＭＨｚであり、ベースとなる第２参考例に係るアンテナ装置９ｂの帯域幅（４２０ＭＨｚ）及び実施の形態３に係るアンテナ装置１０ｃの帯域幅（５４０ＭＨｚ）よりも広帯域化されている。

以上のように、本実施の形態に係るアンテナ装置１０ｄは、実施の形態３に係るアンテナ装置１０ｃの変形部分として、無給電素子１６の第５部分１６５が、ｙ軸方向の長さが第２アンテナ素子１２と同一であるという特徴を有する。

これにより、ベースとなる第２参考例に係るアンテナ装置９ｂ及び実施の形態３に係るアンテナ装置１０ｃよりもさらに広帯域化される。なお、無給電素子１６における第５部分１６５のｙ軸方向の長さは、第２アンテナ素子１２よりも短くてもよい。

（実施の形態５）
次に、本開示の実施の形態５に係るアンテナ装置について説明する。

図１５は、実施の形態５に係るアンテナ装置１０ｅの構造を示す外観図である。より詳しくは、図１５の（ａ１）、（ａ２）、（ｂ）、（ｃ）及び（ｄ）は、それぞれ、アンテナ装置１０ｅの上面を見た斜視図、下面を見た斜視図、上面図、底面図、スルーホールを含む底面図である。アンテナ装置１０ｅは、実施の形態４に係るアンテナ装置１０ｄにおける底面の反射板１４に切り欠き１４ａが形成されたものに相当する。

反射板１４に形成された切り欠き１４ａは、平面視で、給電部（図示せず）と接続される第１アンテナ素子１１の一辺１１ａと第２アンテナ素子１２の一辺１２ａとで挟まれた間隙である「給電点」と重なる。このような切り欠き１４ａの領域により、図１５の（ｄ）に示されるように、アンテナ装置１０ｅの基板１５の底面（切り欠き１４ａの領域）からスルーホール１５ａ及び１５ｂを経て、それぞれ、第１アンテナ素子１１及び第２アンテナ素子１２に給電することが可能になる。

切り欠き１４ａの寸法については、３ｍｍ×３ｍｍサイズであり、反射板１４のｙ軸方向に延びる一辺を２９ｍｍの部分と１７ｍｍの部分に分断する位置に３ｍｍの開口１４ｂを有するように、切り欠き１４ａが形成されている。

図１６は、図１５に示された実施の形態５に係るアンテナ装置１０ｅのアンテナ特性を示す図である。より詳しくは、図１６の（ａ）は、実施の形態５に係るアンテナ装置１０ｅのインピーダンス特性を示すスミスチャートであり、図１６の（ｂ）は、実施の形態５に係るアンテナ装置１０ｅのＶＳＷＲ特性を示す。

図１６の（ａ）から分かるように、実施の形態５に係るアンテナ装置１０ｅは、使用周波数（２．４５ＧＨｚ）において、共振している。また、インピーダンス特性において、キンク（ｋｉｎｋ）が表われており、これは、反射板１４の全体と放射器１３との結合とともに、切り欠き１４ａにより分断された長さ２９ｍｍの反射板と放射器１３との結合などが加わるためと考えられる。

また、図１６の（ｂ）から分かるように、実施の形態５に係るアンテナ装置１０ｅは、ＶＳＷＲ≦２の帯域幅が７００ＭＨｚであり、ベースとなる第２参考例に係るアンテナ装置９ｂの帯域幅（４２０ＭＨｚ）及び実施の形態４に係るアンテナ装置１０ｄの帯域幅（５８０ＭＨｚ）よりも広帯域化されている。これは、図１６の（ａ）のインピーダンス特性に生じたキンクによる影響と考えられる。

以上のように、本実施の形態に係るアンテナ装置１０ｅは、実施の形態４に係るアンテナ装置１０ｄの変形部分として、反射板１４に切り欠き１４ａが形成されているという特徴を有する。

これにより、ベースとなる第２参考例に係るアンテナ装置９ｂ及び実施の形態４に係るアンテナ装置１０ｄよりもさらに広帯域化される。

なお、本実施の形態では、切り欠き１４ａは、反射板１４において、平面視で給電点と重なる位置に形成されたが、このような位置に限定されるものではなく、例えば、平面視で第２アンテナ素子１２だけと重なる位置、平面視で第１アンテナ素子１１だけと重なる位置、反射板１４のｙ軸方向に延びる２辺のうち実施の形態での辺とは反対側の辺に開口を有する位置等に形成されてもよい。さらに、切り欠き１４ａは、反射板１４において、１箇所に限られず、２以上の箇所に形成されてもよい。

（実施の形態６）
次に、本開示の実施の形態６に係るアンテナ装置について説明する。

図１７は、実施の形態６に係るアンテナ装置１０ｆの構造を示す外観図である。より詳しくは、図１７の（ａ）～（ｄ）は、それぞれ、アンテナ装置１０ｆの上面を見た斜視図、上面図、底面図、上面の寸法図である。アンテナ装置１０ｆは、実施の形態４に係るアンテナ装置１０ｄの変形例に相当し、実施の形態４に係るアンテナ装置１０ｄと比べ、第２アンテナ素子１２の形状等が異なる。以下、実施の形態４との相違点を中心に説明する。

本実施の形態では、無給電素子１６の第５部分１６５は、実施の形態４と異なり、ｙ軸方向の長さが第２アンテナ素子１２よりも短い。無給電素子１６の全体のｙ軸方向の長さは、２４ｍｍである。

そして、第２アンテナ素子１２は、実施の形態４と異なり、ｙ軸方向に延びる部分だけでなく、ｘ軸方向に延びる部分１２ｂも有する。このｘ軸方向に延びる部分１２ｂは、ｙ軸方向に見て、３．５ｍｍに渡って無給電素子１６の第５部分１６５と重なる。つまり、第２アンテナ素子１２は、無給電素子１６の第５部分１６５の２辺に沿う逆Ｌ形を有する。

図１８は、図１７に示された実施の形態６に係るアンテナ装置１０ｆのアンテナ特性を示す図である。より詳しくは、図１８の（ａ）は、実施の形態６に係るアンテナ装置１０ｆのインピーダンス特性を示すスミスチャートであり、図１８の（ｂ）は、実施の形態６に係るアンテナ装置１０ｆのＶＳＷＲ特性を示す。

図１８の（ａ）から分かるように、実施の形態６に係るアンテナ装置１０ｆは、使用周波数（２．４５ＧＨｚ）において、共振している。

また、図１８の（ｂ）から分かるように、実施の形態６に係るアンテナ装置１０ｆは、ＶＳＷＲ≦２の帯域幅が６２０ＭＨｚであり、ベースとなる第２参考例に係るアンテナ装置９ｂの帯域幅（４２０ＭＨｚ）及び実施の形態４に係るアンテナ装置１０ｄの帯域幅（５８０ＭＨｚ）よりも広帯域化されている。

以上のように、本実施の形態に係るアンテナ装置１０ｆは、実施の形態４に係るアンテナ装置１０ｄの変形部分として、無給電素子１６の第５部分１６５が、ｙ軸方向の長さが第２アンテナ素子１２よりも短く、第２アンテナ素子１２は、ｘ軸方向に延びる部分１２ｄを有する。

これにより、ベースとなる第２参考例に係るアンテナ装置９ｂ及び実施の形態４に係るアンテナ装置１０ｄよりもさらに広帯域化される。

以上、本開示に係るアンテナ装置について、実施の形態１～６に基づいて説明したが、本開示は、これらの実施の形態１～６に限定されるものではない。本開示の主旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態１～６に施したものや、実施の形態１～６における一部の構成要素を組み合わせて構築される別の形態も、本開示の範囲内に含まれる。

例えば、実施の形態１～６に係るアンテナ装置では、一枚の基板１５の上面に放射器１３と無給電素子１６とが形成され、下面に反射板１４が形成されたが、このような一枚基板の構成に限られず、放射器１３と反射板１４とが電磁結合できる間隔を有するという制約を実現するために、異なる基板の一方に放射器１３と無給電素子１６とが形成され、他方に反射板１４が形成されてもよい。

また、実施の形態５に係るアンテナ装置１０ｅは、実施の形態４に係るアンテナ装置１０ｄにおける底面の反射板１４に切り欠き１４ａが形成されたが、実施の形態１～３及び６に係るアンテナ装置１０ａ～１０ｃ及び１０ｆにおける底面の反射板１４に切り欠き１４ａが形成されてもよい。

本開示に係るアンテナ装置は、指向性を有し、小型化可能な構造をもつ広帯域なアンテナ装置として、例えば、車載インフォテイメントシステム、ウェアラブル端末、携帯端末等に用いられるアンテナ装置として、利用できる。

１０ａ～１０ｆ アンテナ装置
１１ 第１アンテナ素子
１１ａ 第１アンテナ素子の一辺
１１ｂ 第１アンテナ素子の一辺の第１端部
１１ｃ 第１アンテナ素子の一辺の第２端部
１１ｄ 第１アンテナ素子に形成された切り欠き
１１１ 第１アンテナ素子の幅太部分
１１２ 第１アンテナ素子の幅狭部分
１２ 第２アンテナ素子
１２ａ 第２アンテナ素子の一辺
１２ｂ 第２アンテナ素子のｘ軸方向に延びる部分
１３ 放射器
１４ 反射板
１４ａ 反射板に形成された切り欠き
１４ｂ 反射板に形成された切り欠きの開口
１５ 基板
１５ａ、１５ｂ スルーホール
１６ 無給電素子
１６１ 無給電素子の第１部分
１６２ 無給電素子の第２部分
１６３ 無給電素子の第３部分
１６４ 無給電素子の第４部分
１６５ 無給電素子の第５部分

Claims (9)

1. 給電部に接続されて用いられる指向性を有するアンテナ装置であって、
   第１方向に幅を有し前記第１方向に直交する第２方向に延びる板状の第１アンテナ素子、及び、前記第１アンテナ素子と同一平面上に配置され、前記第１アンテナ素子よりも幅が小さく、前記第１アンテナ素子の一辺に前記給電部を介して接続される一辺を有する第２アンテナ素子を有する放射器と、
   前記放射器と同一平面上で、かつ、前記放射器に接続されることなく配置される無給電素子であって、前記第１方向に前記無給電素子を見た場合に、前記第１アンテナ素子及び前記第２アンテナ素子のそれぞれの少なくとも一部と重なる位置に配置されている無給電素子と、
   前記放射器及び前記無給電素子に対向する平面に配置され、前記第１方向に幅を有し前記第２方向に延びる板状で、かつ、無給電の反射板とを備え、
   前記反射板は、前記放射器よりも長い長さを有し、
   前記第２アンテナ素子は、使用周波数の波長の１／４よりも短い長さを有し、
   前記放射器及び前記無給電素子と前記反射板とは、電磁結合できる間隔を有し、
   前記アンテナ装置の入力インピーダンスの抵抗成分は、前記第１アンテナ素子の長さによって調整され、
   前記アンテナ装置の入力インピーダンスのリアクタンス成分は、前記第２アンテナ素子の長さによって調整される、
   アンテナ装置。
2. 前記無給電素子は、前記第１方向に前記無給電素子を見た場合に、前記第１アンテナ素子の一部と重なり、前記第２アンテナ素子の全部と重なる位置に配置されている、
   請求項１記載のアンテナ装置。
3. 前記無給電素子は、前記アンテナ装置を平面視した場合に、
   前記第１アンテナ素子及び前記第２アンテナ素子の前記第１方向における一方側において前記第２方向に延びる板状の第１部分と、
   前記第１アンテナ素子及び前記第２アンテナ素子の前記第１方向における他方側において前記第２方向に延びる板状の第２部分と、
   前記第１部分と前記第２部分とを接続する第３部分とを有する、
   請求項２記載のアンテナ装置。
4. 前記第１アンテナ素子は、前記第１方向に第１幅を有し前記第２方向に延びる幅太部分と、前記第１方向に前記第１幅よりも小さい第２幅を有し前記第２方向に延びる幅狭部分とを含み、
   前記第１部分及び前記第２部分は、前記第１方向に前記無給電素子を見た場合に、前記第１アンテナ素子のうち前記幅狭部分とだけ重なる位置に配置されている、
   請求項３記載のアンテナ装置。
5. 前記第２アンテナ素子の前記一辺は、前記第１アンテナ素子の前記一辺の第１端部と対向し、
   前記無給電素子は、前記第１方向に前記無給電素子を見た場合に、
   前記第１アンテナ素子の一部と重なる第４部分と、
   前記第４部分と接続され、少なくとも前記第２アンテナ素子の全部と重なる第５部分とを有する、
   請求項２記載のアンテナ装置。
6. 前記第１アンテナ素子は、前記一辺のうち前記第１端部と反対側の第２端部を含む切り欠きを有し、
   前記第４部分は、前記切り欠きの領域内に配置されている、
   請求項５記載のアンテナ装置。
7. 前記第５部分は、前記第２方向の長さが前記第２アンテナ素子と同一である、
   請求項５記載のアンテナ装置。
8. 前記第５部分は、前記第２方向の長さが前記第２アンテナ素子よりも短く、
   前記第２アンテナ素子は、前記第１方向に延びる部分を有する、
   請求項５記載のアンテナ装置。
9. 前記反射板には、切り欠きが形成されている、
   請求項１～８のいずれか１項に記載のアンテナ装置。

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