JP4572922B2 - アンテナシステムおよび車内用無線通信機 - Google Patents

Description

本発明は、アンテナシステムおよび車内用無線通信機に関する。

近年、広い帯域で高性能を発揮する広帯域用アンテナが提案されている。例えば、ＵＷＢ（Ｕｌｔｒａ Ｗｉｄｅ Ｂａｎｄ：超広帯域通信）による高速通信のための広帯域用アンテナとして、円錐や半球状の素子を組み合わせたバイコニカルアンテナ（特許文献１参照）やモノコーンアンテナが知られている。さらに、上記のような立体形状の広帯域用アンテナではなく、プリント基板にパターンを形成するだけで簡易に製作できる広帯域プリント基板アンテナ（特許文献２参照）も提案されている。
特開２００４−１２９２０９号公報 特開２００６−３４５０３８号公報

これまでの広帯域用アンテナは、指向性が必要となるような場面での使用が想定されていなかったが、今後は指向性を必要とする場面で使用されることもあり得る。例えば、車内用無線通信機において広帯域用アンテナを用いる場合、通信エリアとして想定した車室内に対しては電波を放射し、車外へは電波を放射しないことで、情報漏洩や隣接車両への混信等を防ぐことが望ましい。

広帯域用アンテナに適切な指向性を発揮させるためには、反射板を用いることが考えられる。反射板は通常アンテナからλ／４（λは使用する電波の波長）だけ離れた位置に設置する。しかし、広帯域用アンテナは広い帯域を使用する。例えば、ＵＷＢのローバンド（３．１〜４．８ＧＨｚ）においては波長が９６．８〜６２．５ｍｍの範囲に渡る。したがって、反射板とアンテナの間の距離を、ある波長の１／４の距離に設定しても、他の波長においては反射板がその機能を十分に発揮することができなくなってしまう。

本発明は上記点に鑑み、広帯域用アンテナの広い帯域で適切な指向性を発揮させることができる反射板を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明の特徴は、アンテナシステムが、広帯域用アンテナモジュール（１００、２００、３００）と反射板（２７）とを備える。この反射板（２７）は、当該広帯域用アンテナモジュール（１００、２００、３００）に指向性を発揮させるための、板形状の導電性物体から成る。そしてこの板形状は、正方形の外縁（２７１）と正方形の内縁（２７２）とを有する板形状であり、前記内縁（２７２）の４辺のそれぞれから、その辺に対向する前記外縁（２７１）の一辺までの距離は、互いに等しくなっている。

一般的に、反射板（本発明の反射板に限らず一般の反射板）が有効に機能すると、アンテナモジュールから反射板への方向の反対方向に主に強い指向性が形成される。これは、アンテナモジュールがある波長の電波を放出したときまたは電波を受けたとき、反射板表面にはアンテナモジュールと逆位相の電流が流れ、指向性を形成する方向に対してはアンテナモジュールからの電波を強め、逆方向に対しては打ち消す働きをするからである。そして、反射板表面の電流経路がその電波の波長のα／４の整数倍の長さのとき、共振して電流が流れやすくなるため、強い指向性を形成する。ここで、αは、反射板の面における反射板面に平行な方向の波長短縮率である。

本発明の反射板（２７）は、内縁（２７２）を有しているので、内縁（２７２）の周囲を回る電流経路が発生し得るようになる（図６参照の３１、３２、３３参照）。内縁（２７２）の周囲を回るような電流経路は、内縁（２７２）そのものを通る経路から外縁（２７１）そのものを通る経路まで可能である。したがって、発生可能な電流経路長のバリエーションが幅広くなり、その結果、幅広い波長帯域において反射板（２７）が有効に機能する。

また、広帯域用アンテナモジュール（１００、２００、３００）と反射板（２７）とは、直流的に接続されていなくてもよい。広帯域用アンテナモジュール（１００、２００、３００）と反射板（２７）とが直流的に接続されなければ、互いに電気的に悪影響を及ぼし合う可能性が低下し、結果として、広帯域用アンテナモジュール（１００、２００、３００）と反射板（２７）の性能が向上する。

また、広帯域用アンテナモジュール（１００、２００、３００）の使用波長帯域の上限がλである場合、反射板（２７）の広帯域用アンテナモジュール（１００、２００、３００）の共振方向（１２５、１３５、２２５、２３５）に沿った最大長さは、λα／２であってもよい。一般に、反射板が最適に機能するためには、反射板の上記共振方向に沿った最大実効長さは、使用する電波の波長のα／２倍以上であることが望ましい。上記のように、本発明の反射板（２７）の上記共振方向に沿った長さを、使用波長帯域の上限の長さの１／２以上となっていることで、使用する全帯域において、反射板（２７）が最適に機能する。

また、上記のようなアンテナシステム（２）は、車両に搭載される車内用無線通信機に用いられてもよい。この場合、反射板（２７）から広帯域用アンテナモジュール（１００、２００、３００）への向きの延長線上に車室があり、広帯域用アンテナモジュール（１００、２００、３００）から反射板（２７）への向きの延長線上に車室がないようになっていれば、広帯域用アンテナモジュール（１００、２００、３００）から放射される電波はほぼ車室内に向かい、車外に漏れる電波は非常に少なくなる。その結果、車外への情報漏洩や隣接車両への混信等を防ぐことができる。

なお、上記特許請求の範囲における括弧内の符号は、特許請求の範囲に記載された用語と後述の実施形態に記載される当該用語を例示する具体物等との対応関係を示すものである。

（第１実施形態）
以下、本発明の一実施形態について説明する。図１および図２に、本発明の実施形態に係る車内用無線通信機の基板１および基板１上に設けられたアンテナシステム２の正面図および側面図を示す。

車内用無線通信機は、例えば車載用ナビゲーション装置であり、車内の装置（例えばワイアレスＵＳＢメモリ）と無線通信するために、アンテナシステム２を使用して電波の送受を行う。無線通信に用いる周波数帯域は、広帯域となっている。具体的には、使用周波数帯域は、ＵＷＢ（Ｕｌｔｒａ Ｗｉｄｅ Ｂａｎｄ：超広帯域通信）のローバンド帯（３．１〜４．８ＧＨｚ）である。

車内用無線通信機は、インストゥルメントパネル内、ダッシュボード上等の、車室内と車室外の境目付近に設けられ、基板１は、図２に示すように、その一面を車室内に向け、他方の面を車両外部に向けて設置されている。

アンテナシステム２は、この基板１の車室側表面に設けられており、アンテナモジュール１００、反射板２７、およびスペーサ２８を有している。図３に、図１のＡ−Ａ断面図を示す。

反射板２７は、基板１の車室側表面に形成された銅箔のパターンである。この反射板２７の形状については後述する。

アンテナモジュール１００は、基板１の車室側の面と平行に対面し、基板１から離れた位置に配置されている。アンテナモジュール１００と基板１との間には、樹脂性のスペーサ２８が介在している。このスペーサ２８のそれぞれの端部が基板１およびアンテナモジュール１００に固定されている。その結果、このスペーサ２８を介して、アンテナモジュール１００が基板１に固定される。

［アンテナモジュール１００の構成および作動］
図４に、アンテナモジュール１００の正面図を示す。この図に示す通り、アンテナモジュール１００は、誘電体である基板１０１、導体パターンであるグラウンド１１０、導体パターンであるアンテナエレメント１２０、および導体パターンであるアンテナエレメント１３０を有している。

グラウンド１１０は、基板１０１の一角に配置されたパターンであり、円盤を４等分した形状、すなわち９０°の扇形形状を有している。したがって、グラウンド１１０の外周は、角度９０°の開きを有する円弧、および当該円弧の各端部から円弧の回転中心までを繋ぐ２本の直線から成る。

アンテナエレメント１２０は、基板１０１上で、グラウンド１１０の円弧側に近接するように、図４中左上部分に配置されたパターンである。このアンテナエレメント１２０は、偏波面が垂直方向（すなわち、紙面上下方向）に平行となっている電波（すなわち垂直偏波）の送信および／または受信を行うためのアンテナエレメントである。図４に示す通り、アンテナエレメント１２０は、野球のホームベースに似た５角形形状を有している。

また、アンテナエレメント１２０は、その５角形の頂点のうち、グラウンド１１０に最も近い頂点部（すなわち、アンテナエレメント１２０のグラウンド１１０側の端部）に、
給電点１２１が設けられている。

したがって、図示しない車内用無線通信機の信号回路から同軸線またはマイクロストリップ線を介して給電点１２１に電流を供給すると、給電点１２１から、給電点１２１から最も遠い辺である底部１２２の方向に沿って、電流が流れることで、アンテナエレメント１２０は、垂直偏波の送信および／または受信を行うことができる。このように、アンテナエレメント１２０は、モノポール型アンテナエレメントとして機能することで、給電点１２１のある頂点から底部１２２までの長さの４／α倍の波長λ_０以下の波長で電波の送受信が可能となる。

換言すれば、アンテナエレメント１２０の偏波面に平行かつ電波の進行方向に垂直な方向（以下、偏波方向という）の長さは、アンテナモジュール１００の使用帯域の下限周波数の波長λ_０のα／４倍となる。

なお、値αは、周囲の誘電体（基板１０１を構成する誘電体、スペーサ２８を構成する誘電体、基板１を構成する誘電体）の位置、大きさ、形状、誘電率等に起因する波長短縮率であり、位置、方向によってその値が異なる。

また、給電点１２１のある頂点部から伸びる２本の辺１２３、１２４は、給電点１２１から遠ざかるほど互いの間隔が広がっている。したがって、アンテナエレメント１２０の、辺１２３および１２４に挟まれる部分は、アンテナエレメント１２０の偏波方向（以下、共振方向ともいう。第１の偏波方向の一例に相当する）に垂直な方向の幅が、当該偏波方向に沿って給電点１２１から遠ざかるほど広くなるテーパー部（第１のテーパー部の一例に相当する）となっている。

そして、テーパー部の給電点１２１と反対側の終端から、底部１２２までは、アンテナエレメント１２０の偏波方向に垂直な方向の幅が、一定となっている。このように、アンテナエレメント１２０における、アンテナエレメント１２０の偏波方向に垂直な方向の最大幅（以下、単にアンテナエレメント１２０の幅という）は、底部１２２の幅と等しくなっている。周知の通り、モノポール型エレメントは、その幅が大きい程、使用可能周波数帯域が広がる。図４の例においては、アンテナエレメント１２０の幅は、αλ_０／４である。このようになっていることで、アンテナエレメント１３０の広帯域化が実現する。

アンテナエレメント１３０は、基板１０１上で、グラウンド１１０の円弧側に近接するように、図４中右下部分に配置されたパターンである。このアンテナエレメント１３０は、偏波面が水平方向（すなわち、紙面左右方向）に平行となっている電波（すなわち水平偏波）の送信および／または受信を行うためのアンテナエレメントである。図４に示す通り、アンテナエレメント１３０は、野球のホームベースに似た５角形形状を有している。

また、アンテナエレメント１３０は、その５角形の頂点のうち、グラウンド１１０に最も近い頂点部（すなわち、アンテナエレメント１３０のグラウンド１１０側の端部）に、給電点１３１が設けられている。

したがって、車内用無線通信機の信号回路から同軸線またはマイクロストリップ線を介して給電点１３１に電流を供給すると、給電点１３１から、給電点１３１から最も遠い辺である底部１３２の方向に沿って、電流が流れることで、アンテナエレメント１３０は、水平偏波の送信および／または受信を行うことができる。このように、アンテナエレメント１３０は、モノポール型アンテナエレメントとして機能することで、給電点１３１のある頂点から底部１３２までの長さの４／α倍の波長λ_０以下の波長で電波の送受信が可能となる。換言すれば、アンテナエレメント１３０の偏波方向（以下、共振方向ともいう。第２の偏波方向の一例に相当する）の長さは、アンテナモジュール１００の使用帯域の下限周波数の波長λ_０のα／４倍となる。

また、給電点１３１のある頂点部から伸びる２本の辺１３３、１３４は、給電点１３１から遠ざかるほど互いの間隔が広がっている。したがって、アンテナエレメント１３０の、辺１３３および１３４に挟まれる部分は、アンテナエレメント１３０の偏波方向に垂直な方向の幅が、当該偏波方向に沿って給電点１３１から遠ざかるほど広くなるテーパー部（第２のテーパー部の一例に相当する）となっている。

そして、テーパー部の給電点１３１と反対側の終端から、底部１３２までは、アンテナエレメント１３０の偏波方向に垂直な方向の幅が、一定となっている。このように、アンテナエレメント１３０における、アンテナエレメント１２０の偏波方向に垂直な方向の最大幅（以下、単にアンテナエレメント１３０の幅という）は、底部１３２の幅と等しくなっている。図４の例においては、アンテナエレメント１３０の幅は、αλ_０／４である。このようになっていることで、アンテナエレメント１３０の広帯域化が実現する。

また、このテーパー部は、給電点１３１からアンテナエレメント１３０の偏波方向に伸びた直線１３５に関して非線対称である。すなわち、この偏波方向線１３５のうち、アンテナエレメント１２０に近い側の部分の面積は、偏波方向線１３５よりもアンテナエレメント１２０から遠い側の部分の面積に比べて小さくなっている。

このように、アンテナエレメント１２０の偏波方向とアンテナエレメント１３０の偏波方向とが互いに垂直となっているので、基板１０１上のアンテナエレメント１２０、１３０を用いた偏波ダイバシティが実現する。また、これら２つのアンテナエレメント１２０、１３０は、１つのグラウンド１１０を共用しているので、その分、これらアンテナエレメント１２０、１３０から成るアンテナモジュール１００のサイズ増大が緩和される。

また、グラウンド１１０の外周が、円弧状となっているので、当該外周における給電点１２１に最も近い位置から、当該外周に沿って、アンテナエレメント１３０から遠ざかる方向に離れるにつれ、アンテナエレメント１２０とグラウンド１１０との間隔が広がるようになっている。したがって、アンテナエレメント１２０におけるアンテナエレメント１３０の反対側において、グラウンド１１０がアンテナエレメント１２０から逃げるような形状となっている。これにより、不要な偏波方向におけるアンテナエレメント１２０の共振が抑えられる。

同様に、グラウンド１１０の外周が、円弧状となっているので、当該外周における給電点１３１に最も近い位置から、当該外周に沿って、アンテナエレメント１２０から遠ざかる方向に離れるにつれ、アンテナエレメント１３０とグラウンド１１０との間隔が広がるようになっている。したがって、アンテナエレメント１３０におけるアンテナエレメント１２０の反対側において、グラウンド１１０がアンテナエレメント１３０から逃げるような形状となっている。これにより、不要な偏波方向におけるアンテナエレメント１３０の共振が抑えられる。このように、グラウンド１１０を扇型にして角部を無くすことによって、不要な方向での共振を防ぐことができる。

また、グラウンド１１０の形状は、対称線１１１について線対称である。さらに、アンテナエレメント１２０の形状とアンテナエレメント１３０の形状とは、当該対称線１１１について互いに線対称である。さらに、給電点１２１の位置と給電点１３１の位置とは、当該対称線１１１について互いに線対称である。このようになっていることで、グラウンド１１０から見てアンテナエレメント１２０の電気的特性とアンテナエレメント１３０の電気的特性が同一となる。このようになっていることで、２つのアンテナエレメント１２０、１３０において、一方の性能が他方の性能に比べて劣ってしまう要因の１つを排除することができる。

また、上述の通り、２つのアンテナエレメント１２０、１３０のそれぞれが、給電点１２１、１３１のある部分を頂点とするテーパー部を有することで、グラウンド１１０がアンテナエレメント１２０、１３０から逃げるように形成することが容易となる。また、２つのアンテナエレメント１２０、１３０間の間隔を広くすることができるので、２つのアンテナエレメント１２０、１３０間で相互に悪影響を及ぼし合う可能性が低下する。

テーパーについては、より具体的には、アンテナエレメント１２０のテーパー部とアンテナエレメント１３０のテーパー部との間隔１４０が、グラウンド１１０から遠ざかるにつれて拡大するようになっている。このようになっていることで、２つのアンテナエレメント間で相互に悪影響を及ぼし合う可能性がさらに低下する。

なお、アンテナエレメント１２０、１３０の幅を大きくすると、広帯域化には寄与するが、アンテナエレメント１２０とアンテナエレメント１３０との間の間隔１４０が短くなると、両者が互いに電気的に結合してしまい、ダイバシティの性能が悪化する可能性がある。

そのため、アンテナエレメント１２０のテーパー部は、給電点１２１からアンテナエレメント１２０の偏波方向に伸びた直線１２５に関して非線対称となっている。すなわち、この偏波方向線１２５のうち、アンテナエレメント１３０に近い側の部分の面積は、偏波方向線１２５よりもアンテナエレメント１３０から遠い側の部分の面積に比べて小さくなっている。

また同様に、アンテナエレメント１３０のテーパー部は、給電点１３１からアンテナエレメント１３０の偏波方向に伸びた直線１３５に関して非線対称となっている。すなわち、この偏波方向線１３５のうち、アンテナエレメント１２０に近い側の部分の面積は、偏波方向線１３５よりもアンテナエレメント１２０から遠い側の部分の面積に比べて小さくなっている。

このように、アンテナエレメント１２０、１３０の形状を左右非対称とすることで、２つのアンテナエレメント１２０間の距離１４０は確保しつつ、アンテナエレメント１２０の幅を確保することができる。したがって、アンテナモジュール１００の放射性能の低下を抑えつつ、アンテナモジュール１００の広帯域化を実現することができる。

［反射板２７の構成および作動］
図５に、基板１上に形成された反射板２７の正面図を示す。この図に示すように、反射板２７の板形状は、正方形の外縁２７１および正方形の内縁２７２を有する形状となっている。具体的には、外縁２７１を有する正方形の銅箔の中央部にスリットを入れて隙間を設けることで、上記のような内縁２７２が形成される。

通常、反射板（本実施形態の反射板２７に限らず一般の反射板）が有効に機能すると、アンテナモジュールから反射板への方向の反対方向に主に強い指向性が形成される。これは、アンテナモジュール１００が波長λ_０の電波を放出したときまたは電波を受けたとき、反射板表面にはアンテナモジュールと逆位相の電流が流れ、指向性を形成する方向に対してはアンテナモジュールからの電波を強め、逆方向に対しては打ち消す働きをするからである。そして、反射板表面の電流経路がその電波の波長のα／４の整数倍の長さのとき、共振して電流が流れやすくなるため、強い指向性を形成する。ここで、αは、反射板の面における反射板面に平行な方向の波長短縮率である。

本実施形態の反射板２７は、通常の（すなわち内縁を有さない）平板の反射板とは異なり、内縁２７２を有するようなトポロジーを有しているので、図６に示すように、内縁２７２によってできた隙間を迂回して内縁２７２の周囲を回る電流経路が発生し得るようになる。内縁２７２の周囲を回るような電流経路は、外縁２７１そのものを通る経路３１、外縁２７１と内縁２７２から等距離の位置を通る経路３２、内縁２７２そのものを通る経路３３等、多数が可能である。

したがって、発生可能な電流経路長のバリエーションが幅広くなり、その結果、本実施系の使用周波数帯域（ＵＷＢのローバンド）に渡って反射板２７が有効に機能する。つまり、ＵＷＢのローバンドのどの周波数で放射、受信を行っても、その周波数に対応する波長のαＮ／４倍（ただし、Ｎは整数）の長さの電流経路が生成可能である。

また、反射板２７の図５における紙面縦方向の長さは、λ_０α／２以上となっている。ここでλ_０は、アンテナモジュール１００の使用波長帯域の上限である。この紙面縦方向は、アンテナエレメント１２０の共振方向１２５に一致する。また、反射板２７の紙面真横方向の長さも、λ_０α／２以上となっている。この紙面真横方向は、アンテナエレメント１３０の共振方向１３５に一致する。

一般に、反射板が最適に機能するためには、反射板の上記共振方向１２５、１３５に沿った最大実効長さは、使用する電波の波長のα／２倍以上であることが望ましい。上記のように、本実施携帯の反射板２７の上記共振方向１２５、１３５に沿った長さが、使用波長帯域の上限λ_０の長さのα／２倍以上（具体的には最もコンパクトに作成できるα／２倍）となっていることで、使用する全帯域において、反射板が最適に機能する。

また、アンテナモジュール１００と反射板２７とは、直流的に接続されていない。アンテナモジュール１００と反射板２７とが直流的に接続されなければ、互いに電気的に悪影響を及ぼし合う可能性が低下し、結果として、アンテナモジュール１００と反射板２７の性能が向上する。

図７に、本実施形態のアンテナシステム２の水平面内の指向性のシミュレーション結果を示す。ただし、反射板の長さ：３７．６ｍｍ、内縁の正方形の一辺（換言すればスリットの一辺）の長さ：１８ｍｍ、アンテナエレメントの長さ：１５ｍｍ、グラウンドの半径：１５ｍｍ、反射板とアンテナモジュールとの間の距離：１２ｍｍ、基板厚さ：０．８ｍｍ、基板材の誘電率：４、スペーサの形状：基板に平行な断面が１０ｍｍの正方形となる四角柱、スペーサの誘電率：２．８とする。紙面右方向が、車室方向であり、実線５１、５２、５３は、それぞれローバンドの３つのチャネルＦ１（３４３２±２６４ＭＨｚ）、Ｆ２（３９６０±２６４ＭＨｚ）、Ｆ３（４４８８±２６４ＭＨｚ）の周波数における指向性を示している。この場合は、外縁２７１の辺から内縁２７２の辺までの距離がλ_０α／６（ただし、最長波長λ_０＝８７．４ｍｍ：３４３２ＭＨｚとする）となる。

この図７からもわかるように、本実施形態のアンテナシステム２は、ＵＷＢローバンドの広い領域で正面方向（すなわち、車室の方向）への強い指向性を実現することができる。したがって、その結果、車外への情報漏洩や隣接車両への混信等を防ぐことができる。

上述した通り、外縁２７１から内縁２７２までの距離が増大することによる効果は、発生可能な電流経路長のバリエーションを広げる方向に働く。発明者のシミュレーションによれば、外縁２７１の辺から内縁２７２の辺までの距離（外縁２７１の辺から内縁２７２の辺までの最短距離、代表的距離の一例に相当する）は、λ_０α／８以上が望ましい。

図８に、図７のシミュレーションの条件に対して、内縁の正方形の大きさだけを２５ｍｍに変化させた場合のシミュレーション結果を示す。なお、実線６１、６２、６３は、それぞれローバンドの３つのチャネルＦ１（３４３２±２６４ＭＨｚ）、Ｆ２（３９６０±２６４ＭＨｚ）、Ｆ３（４４８８±２６４ＭＨｚ）の周波数における指向性を示している。

この場合は、外縁２７１の辺から内縁２７２の辺までの距離がλ_０α／１０となる。この図に示すように、外縁２７１の辺から内縁２７２の辺までの距離がλ_０α／１０まで短くなると、反射板の反射板としての機能が低下する。

なお、逆に内縁２７２の大きさが極端に（例えば外縁の１／１００程度に）小さくなり過ぎた場合には、発生し得る電流の経路が内縁２７２がない場合とあまり変わらなくなってしまい、内縁２７２の存在による効果が低減してしまう。

なお、本実施形態の反射板２７の外縁２７１、内縁２７２の形状は、正方形のみならず、図９に示すように、円形であってもよい。また、図１０に示すように、外縁２７１が正方形、内縁２７２が正三角形となっていてもよい。また、図１１に示すように、外縁２７１が正方形、内縁２７２が複雑な形状となっていてもよい。また、図１２に示すように、外縁２７１が円形、内縁２７２が正方形となっていてもよい。また、図１３に示すように、外縁２７１が角が丸まった正方形、内縁２７２が正方形となっていてもよい。

なお、図９、図１２のような例においては、反射板２７のアンテナモジュール１００の共振方向１２５、１３５に沿った最大長さが、λ_０α／２（ただし、αは反射板２７の表面における共振方向１２５、１３５に沿った方向の波長短縮率）以上となっていれば、反射板２７はより有効に機能する。

（第２実施形態）
以下、次に、本発明の第２実施形態について説明する。図１４に、本実施形態に係るアンテナモジュール２００の平面図を示す。なお、本実施形態におけるアンテナモジュール２００、基板２０１、グラウンド２１０、対称線２１１、アンテナエレメント２２０、給電点２２１、底部２２２、テーパー部側面２２３、テーパー部側面２２４、偏波方向線２２５、アンテナエレメント２３０、給電点２３１、底部２３２、テーパー部側面２３３、テーパー部側面２３４、偏波方向線２３５、エレメント間隔２４０が、それぞれ第１実施形態におけるアンテナモジュール１００、基板１０１、グラウンド１１０、対称線１１１、アンテナエレメント１２０、給電点１２１、底部１２２、テーパー部側面１２３、テーパー部側面１２４、偏波方向線１２５、アンテナエレメント１３０、給電点１３１、底部１３２、テーパー部側面１３３、テーパー部側面１３４、偏波方向線１３５、エレメント間隔１４０に対応する要素となっている。

本実施形態のアンテナモジュール２００が第１実施形態のアンテナモジュール１００と異なっている点は２点である。１つは、第１実施形態におけるアンテナエレメント１２０、１３０における底部１２２、１３２の幅がαλ_０／４であったのに対し、本実施形態のアンテナエレメント２２０、２３０における底部２２２、２３２の幅がαλ_０／３となっていることである。もう１つは、第１実施形態におけるアンテナエレメント１２０、１３０は偏波方向線１２５、１３５について左右非対称であったのに対し、本実施形態におけるアンテナエレメント２２０、２３０は偏波方向線２２５、２３５について左右対称であることである。

このようになっていても、第１実施形態の効果のうち、２つのアンテナエレメントのそれぞれが左右非対称であることに起因する効果以外の効果が達成される。ただし、広帯域化の程度は第１実施形態と異なる。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について説明する。図１５に、本実施形態に係るアンテナモジュール３００の平面図を示す。なお、本実施形態におけるアンテナモジュール３００、基板３０１、グラウンド３１０、対称線３１１、アンテナエレメント３２０、給電点３２１、底部３２２、テーパー部側面３２３、テーパー部側面３２４、偏波方向線３２５、アンテナエレメント３３０、給電点３３１、底部３３２、テーパー部側面３３３、テーパー部側面３３４、偏波方向線３３５、エレメント間隔３４０が、それぞれ第１実施形態におけるアンテナモジュール１００、基板１０１、グラウンド１１０、対称線１１１、アンテナエレメント１２０、給電点１２１、底部１２２、テーパー部側面１２３、テーパー部側面１２４、偏波方向線１２５、アンテナエレメント１３０、給電点１３１、底部１３２、テーパー部側面１３３、テーパー部側面１３４、偏波方向線１３５、エレメント間隔１４０に対応する要素となっている。

本実施形態のアンテナモジュール３００が第１実施形態のアンテナモジュール１００と異なっている点は２点である。１つは、第１実施形態におけるアンテナエレメント１２０、１３０における底部１２２、１３２の幅がαλ_０／４であったのに対し、本実施形態のアンテナエレメント３２０、３３０における底部３２２、３３２の幅がαλ_０／６０となっていることである。もう１つは、第１実施形態におけるアンテナエレメント１２０、１３０は偏波方向線１２５、１３５について左右非対称であったのに対し、本実施形態におけるアンテナエレメント３２０、３３０は偏波方向線３２５、３３５について左右対称であることである。

このようになっていても、第１実施形態の効果のうち、２つのアンテナエレメントのそれぞれが左右非対称であることに起因する効果以外の効果が達成される。ただし、広帯域化の程度は第１実施形態と異なる。

図１６に、第１〜第３実施形態および他の例におけるアンテナモジュールのＶＳＷＲ−周波数特性を、グラフにて示す。グラフ中、線２１が本実施形態のアンテナモジュール３００の特性を示し、線２２が第２実施形態に対して両アンテナモジュールの幅をαλ_０／６に変更した場合のアンテナモジュールを示し、線２３が第２実施形態に対して両アンテナモジュールの幅をαλ_０／４に変更した場合のアンテナモジュールを示し、線２４が第２実施形態のアンテナモジュール２００の特性を示し、線２５が第１実施施形態のアンテナモジュール１００の特性を示している。また、縦軸がＶＳＷＲ（電圧定在波比）の値に対応し、横軸が周波数（ＧＨｚ単位）に対応する。ある周波数におけるＶＳＷＲの値が低いほど、その周波数におけるアンテナモジュールの作動がより良好になることを意味する。

線２５に示す通り、第１実施形態のアンテナモジュール１００は、４ＧＨｚ〜１０ＧＨｚの周波数帯域のほぼすべてにおいて、ＶＳＷＲが２以下となっている。また、線２４に示す通り、第２実施形態のアンテナモジュール２００は、４ＧＨｚ〜６ＧＨｚ帯の多くでＶＳＷＲが２以上２．５以下となっているが、それ以外のほとんどの帯域ではＶＳＷＲが２以下となっている。

このように、第１実施形態のアンテナモジュール１００は、第２実施形態のアンテナモジュール２００に比べてアンテナエレメントの幅が狭くなっているにもかかわらず、より広い周波数帯域で２以下のＶＳＷRを実現している。これは、第１実施形態のアンテナモジュール１００においては、各アンテナエレメントを左右非対称とすることで、各アンテナエレメント間の間隔を広げており、その結果、両アンテナエレメント間の結合の悪影響が小さくなるからである。また、両アンテナエレメント間の結合の悪影響が小さくなることで、それらの指向性が正面方向に保たれるという効果も得られる。

また、線２３に示す通り、アンテナエレメントを左右対称とし、かつ、アンテナエレメントの幅をαλ_０／４とした例においても、４〜１０ＧＨｚ体のＶＳＷＲの値は２前後となるので、この例のアンテナモジュールをこの帯域内で良好に使用することができる。

これらのことから、アンテナエレメントの幅は、両者が近づきすぎて結合しない程度に幅を広くするという観点から、αλ_０／４〜αλ_０／３が望ましいと考えられる。

また、線２２に示す通り、アンテナエレメントを左右対称とし、かつ、アンテナエレメントの幅をαλ_０／６とした例においても、４〜１０ＧＨｚ体のＶＳＷＲの値は３前後となるので、この例のアンテナモジュールをこの帯域内で使用することは可能である。したがって、アンテナエレメントの幅がαλ_０／６以上であれば、アンテナモジュールの広帯域化が実現する。

また、線２１に示す通り、アンテナエレメントを左右対称とし、かつ、アンテナエレメントの幅をαλ_０／６０とした例においては、４ＧＨｚ付近の帯域でのみ良好に作動する。このような例においても、偏波ダイバシティは実現できる。

（他の実施形態）
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の範囲は、上記実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の各発明特定事項の機能を実現し得る種々の形態を包含するものである。

例えば、スペーサ２８は、内縁２７２の内側で基板１に固定されているが、反射板２７に固定されていてもよい。

また、反射板２７の材質は、銅箔である必要はなく、導電性の板状物であればどのようなものでもよい。

また、上記実施形態においては、使用周波数帯域はＵＷＢのローバンドであったが、ハイバンド（７〜１０．６ＧＨｚ）を使用周波数帯域とすることも、上述のλ_０を７ＧＨｚに対応する値に読み替えることで可能である。また、ＵＷＢに限らず、各種広帯域に用いることができる。

また、上記の各実施形態においては、グラウンドの外周のうち、２つのアンテナエレメントに面する側の形状は、円弧形状であった。しかし、グラウンドが、アンテナエレメントから逃げるような形状となるためには、必ずしもその外周が円弧状となっていなくてもよい。

例えば、グラウンドの外周のうち、２つのアンテナエレメントに面する側の形状は、円弧形状上の複数の点を直線で繋ぎ合わせた多角形外周形状となっていてもよい。すなわち、グラウンドの外周は、当該外周における第１（または第２）の給電点に最も近い位置から、第２（または第１）のアンテナエレメントから遠ざかる方向に離れるにつれ、第１（または第２）のアンテナエレメントとの間隔が広がるように、形成されており、かつ、当該外周における第２の給電点に最も近い位置から、第１（または第２）のアンテナエレメントから遠ざかる方向に離れるにつれ、第２（または第１）のアンテナエレメントとの間隔が広がるように、形成されていれば足りる。

また、第１〜第３実施形態においては、アンテナエレメントはホームベース形状を有していたが、アンテナエレメントの形状はこのようなものに限られるわけではない。例えば、アンテナモジュールは、図１７に示すような、三角形のアンテナエレメント５２０を有するようになっていてもよい。また、図１８、図１９に示すように、アンテナモジュールのテーパー部分の辺は、曲線であってもよい。なお、点５２１、６２１、７２１は、それぞれ給電点であり、線５２５、５２６、５２７は、給電点から偏波方向に伸びる線である。

また、上記の実施形態においては、基板上に設けられた２つのアンテナエレメントの偏波方向が互いに垂直となるように、各アンテナエレメントの向きが決められている。しかし、偏波ダイバシティを実現するためには、２つのアンテナエレメントの偏波方向の成す角は、必ずしも９０°である必要はない。２つのアンテナエレメントの偏波方向の成す角が０°以上でありさえすれば、偏波ダイバシティは実現可能である。

また、広帯域用アンテナモジュールとしては、偏波ダイバシティを実現しないものを用いてもよい。このような片偏波アンテナとしては、例えば、特許文献２に記載のアンテナがある。

本発明の実施形態に係る基板１およびアンテナシステム２の構成を示す正面図である。 基板１およびアンテナシステム２の構成を示す側面図である。 図１のＡ−Ａ断面図である。 第１実施形態に係るアンテナモジュール１００の正面図である。 反射板２７の正面図である。 反射板２７上の電流経路を例示する図である。 第１実施形態のアンテナシステム２の水平面内の指向性のシミュレーション結果を示すグラフである。 アンテナシステムの水平面内の指向性のシミュレーション結果を示すグラフである。 反射板２７の他の形状を示す正面図である。 反射板２７の他の形状を示す正面図である。 反射板２７の他の形状を示す正面図である。 反射板２７の他の形状を示す正面図である。 反射板２７の他の形状を示す正面図である。 第２実施形態に係るアンテナモジュール１００の平面図である。 第３実施形態に係るアンテナモジュール１００の平面図である。 第１〜第３実施形態および他の例におけるアンテナモジュールのＶＳＷＲ−周波数特性を示すグラフである。 アンテナエレメント１２０の変形例を示す図である。 アンテナエレメント１２０の変形例を示す図である。 アンテナエレメント１２０の変形例を示す図である。

符号の説明

２１…左右対称・幅λ_０／６０の特性、２２…左右対称・幅λ_０／６の特性、２３…左右対称・幅λ_０／４の特性、２４…左右対称・幅λ_０／３の特性、２５…左右非対称・幅λ_０／４の特性、１００、２００、３００…アンテナモジュール、１０１、２０１、３０１…基板、１１０、２１０、３１０…グラウンド、１１１、２１１、３１１…対称線、１２０、１３０、２２０、２３０、３２０、３３０、５２０、６２０、７２０…アンテナエレメント、１２１、１３１、２２１、２３１、３２１、３３１、５２１、６２１、７２１…給電点、１２２、１３２、２２２、２３２、３２２、３３２…底部、１２３、１２４、１３３、１３４、２２３、２２４、２３３、２３４、３２３、３２４、３３３、３３４…テーパー部側面、１２５、１３５、２２５、２３５、３２５、３３５、５２５、６２５、７２５…偏波方向線、１４０、２４０、３４０…エレメント間隔。

Claims (4)

1. 広帯域用アンテナモジュール（１００、２００、３００）と、
   前記広帯域用アンテナモジュール（１００、２００、３００）に指向性を発揮させるための、板形状の導電性物体から成る反射板（２７）と、を備えたアンテナシステムであって、
   前記反射板（２７）の前記板形状は、正方形の外縁（２７１）と正方形の内縁（２７２）とを有する板形状であり、
   前記内縁（２７２）の４辺のそれぞれから、その辺に対向する前記外縁（２７１）の一辺までの距離は、互いに等しくなっていることを特徴とするアンテナシステム。
2. 前記広帯域用アンテナモジュール（１００、２００、３００）と前記反射板（２７）とは、直流的に接続されていないことを特徴とする請求項１に記載のアンテナシステム。
3. 前記広帯域用アンテナモジュール（１００、２００、３００）は、波長λを上限とする波長帯域において使用されるものであり、
   前記反射板（２７）の前記広帯域用アンテナモジュール（１００、２００、３００）の共振方向（１２５、１３５、２２５、２３５）に沿った最大長さは、λα／２（ただし、αは誘電体による波長短縮率）以上であることを特徴とする請求項１または２に記載のアンテナシステム。
4. 車両に搭載される車内用無線通信機であって、
   請求項１ないし３のいずれか１つに記載のアンテナシステム（２）を備え、
   前記アンテナシステム（２）の前記反射板（２７）から前記広帯域用アンテナモジュール（１００、２００、３００）への向きの延長線上に車室があり、前記広帯域用アンテナモジュール（１００、２００、３００）から前記反射板（２７）への向きの延長線上に前記車室がないことを特徴とする車内用無線通信機。

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