JP5576522B2 - アンテナ - Google Patents

Description

本発明は、他のアンテナと共に統合アンテナ装置に搭載し得るアンテナ、特に、そのようなダイポールアンテナに関する。

無線通信の用途拡大に伴い、種々の周波数帯域で動作するアンテナが求められている。例えば、車載用アンテナとしては、ＦＭ／ＡＭ放送、ＤＡＢ（Digital Audio Broadcast）等の地上デジタル放送、３Ｇ（3rd Generation：第３世代携帯電話）、ＬＴＥ（Long Term Evolution）、ＧＰＳ（Global Positioning System：全地球測位システム）、ＶＩＣＳ（登録商標）（Vehicle Information and Communication System：道路交通情報通信システム）、ＥＴＣ（Electronic Toll Collection：電子料金徴収システム）等の周波数帯域で動作するアンテナ等が求められている。

従来、相異なる周波数帯域で動作するアンテナは、別体のアンテナ装置として実現されることが多かった。例えば、ＦＭ／ＡＭ放送用のアンテナは、ルーフトップに載せ置くホイップアンテナとして実現され、地上デジタル放送用のアンテナは、フロントガラスに貼り付けるフィルムアンテナとして実現されるといった具合である。

しかし、自動車においてアンテナ装置を取り付け可能な部位は限られている。また、取り付けるアンテナ装置の個数が増えると、意匠が損なわれたり、取り付けコストが増大したりするといった問題を生じる。このような問題を回避するためには、統合アンテナ装置の使用が効果的である。ここで、統合アンテナ装置とは、相異なる周波数帯域で動作する複数のアンテナを備えたアンテナ装置のことを指す。

このような統合アンテナ装置としては、例えば、特許文献１〜５に記載のものなどが挙げられる。特許文献１に記載の統合アンテナ装置は、ＧＰＳ用及びＥＴＣ用の各アンテナを備えたものである。特許文献２に記載の統合アンテナ装置は、３Ｇ用及びＧＰＳ用の各アンテナを備えたものである。特許文献３に記載の統合アンテナ装置は、ＥＴＣ用、ＧＰＳ用、ＶＩＣＳ用、電話用メイン、及び電話用サブの各アンテナを備えたものである。特許文献４に記載の統合アンテナ装置は、ＧＰＳ用、ＥＴＣ用、第１電話用、及び第２電話用の各アンテナを備えたものである。特許文献５に記載の統合アンテナ装置は、１００ｋＨｚ以上１ＧＨｚ以下の帯域（ＦＭ／ＡＭ放送、ＤＡＢ等の地上デジタル放送、ＶＩＣＳ等）で動作するアンテナと、１ＧＨｚ以上の帯域（ＧＰＳ、衛星ＤＡＢ等）で動作するアンテナとを備えたものである。

特開２００７−１５８９５７号公報（２００７年 ６月２１日公開） 特開２００９− １７１１６号公報（２００９年 １月２２日公開） 特開２００９−２６７７６５号公報（２００９年１１月１２日公開） 特開２０１０− ８１５００号公報（２０１０年 ４月 ８日公開） 米国特許６、３９６、４４７号明細書（２００２年 ５月２８日登録）

しかしながら、上記従来の統合アンテナ装置においては、各アンテナを構成する放射素子が互いに重なり合わないように配置されており、小型化が困難であるという問題があった。各アンテナを構成する放射素子を互いに重なり合わないように配置するのは、各アンテナのアンテナ特性が他のアンテナの存在によって損なわれないようにするためである。

例えば、特許文献１に記載の統合アンテナ装置においては、ＧＰＳ用アンテナを構成する放射素子の中央開口部からＥＴＣ用アンテナを臨出させる構成を採用している。このため、中央開口部がＥＴＣアンテナを包含するように、ＧＰＳ用アンテナの放射素子を大型化する必要がある。

また、特許文献２に記載の統合アンテナ装置は、ベースに立設されたアンテナ基板の表裏に、互いに重なり合わないように３Ｇ用アンテナとＧＰＳ用アンテナとを貼り付けたものである。したがって、アンテナ基板に直交する方向から見たサイズを小さくすることが困難であり、低背化の要求に応えることができない。

また、特許文献３に記載の統合アンテナは、スペースファクタを考慮することなく、５つのアンテナを互いに重なり合わないように配置しただけのものである。これに対し、特許文献４に記載の統合アンテナ装置においては、ＥＴＣアンテナをＧＰＳアンテナの一部に重ね合わせて配置する工夫が見られる。しかしながら、ＥＴＣアンテナにおいてＧＰＳアンテナと重ね合わせられる部分は僅かであり、本質的な小型化に資するものではない。

また、特許文献１〜４に記載の技術は、何れもＧＨｚ領域で動作するアンテナ同士を統合するためのものであり、地上デジタル放送用などＭＨｚ領域で動作するアンテナをＧＨｚ領域で動作するアンテナと統合するためのものではない。地上デジタル放送を受信するためのチューナがナビゲーションシステムに統合されている昨今、ＭＨｚ領域で動作するアンテナとＧＨｚ領域で動作するアンテナとの統合に対するニーズが高まっているが、特許文献１〜４に記載の技術では、このニーズに応えることができないという副次的な問題がある。

特許文献５に記載のアンテナは、ＭＨｚ領域で動作するアンテナとＧＨｚ領域で動作するアンテナとを組み合わせたものであるが、ＧＨｚ領域で動作するアンテナが立体的なモジュールとなっており、薄型化が困難である。

このような問題を解決するためには、まず、互いに重なり合った状態で所期の性能を発揮するアンテナを実現することが重要になる。また、これらのアンテナを自動車のルーフトップに載置する統合アンテナ装置に搭載する場合、自動車のルーフや統合アンテナ装置の金属ベースなどの導体面と平行に配置した状態で所期の性能を発揮することも重要である。また、互いに重なり合った複数のアンテナに、これら複数のアンテナと直交する更なるアンテナを統合する場合には、この更なるアンテナの高さ（これら複数のアンテナと直交する方向のサイズ）を小さく抑えることも重要である。

本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、他のアンテナと共に統合アンテナ装置に搭載し得るアンテナであって、統合アンテナ装置の小型化に資するアンテナを実現することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係るアンテナは、楕円上を通る放射素子を備えたループアンテナであって、上記楕円の内部に配置された短絡部であって、上記放射素子上の２点間を短絡する短絡部を備えている、ことを特徴とする。

上記の構成によれば、上記短絡部を設けたことによって、上記放射素子に新たな電流路が生じ、当該ループアンテナの共振周波数が変化する。また、上記短絡部を設けたことによって、当該ループアンテナの入力インピーダンスが変化する。すなわち、上記の構成によれば、短絡部の形状及び／又はサイズを適宜変更することによって、要求される周波数帯域において動作し、かつ、要求される周波数帯域におけるリターンロスの小さいループアンテナを実現することができる。

しかも、上記の構成によれば、上記短絡部を上記放射素子が通る楕円の内部に配置しているので、上記短絡部を設けたことに伴って上記ループアンテナのサイズが大きくなることがない。したがって、当該ループアンテナを統合アンテナ装置に搭載する場合、当該ループアンテナを統合アンテナ装置の台座と平行になるように配置すれば、台座と平行な方向に関する統合アンテナのサイズを小さく抑えることができる。

なお、上記「楕円」は、円を含まない狭義の楕円ではなく、円を含む広義の楕円を意味する。

上記ループアンテナは、上記放射素子の外周に沿う外縁を有する無給電素子を更に備えている、ことが好ましい。

上記の構成によれば、無給電素子を設けたことによって、共振周波数を変化させることなく、要求される周波数帯域における入力反射計数を小さくすることができる。すなわち、要求される周波数帯域におけるリターンロスが更に小さいアンテナを実現することができる。

上記放射素子は、上記楕円上を通るループ部と、上記楕円の中心から見て０時方向に位置する上記ループ部の両端から上記楕円の中心付近に向かって伸びる１対の給電部とにより構成されており、上記短絡部は、上記１対の給電部の先端から９時方向及び３時方向に向かって伸びる１対の短絡部により構成されており、上記無給電素子は、上記楕円の中心から見て６時方向から９時方向に亘って上記ループ部の外周に沿う外縁を有する面状導体を主要部とし、上記楕円の中心から見て９時方向に位置する該主要部の端部から０時方向に伸びる延長部を有する第１の無給電素子と、上記楕円の中心から見て０時方向から３時方向に亘って上記放射素子の外周に沿う外縁を有する面状導体を主要部とし、上記楕円の中心から見て０時方向に位置する該主要部の端部から９時方向に伸びる延長部を有する第２の無給電素子とにより構成されており、上記第１の無給電素子の上記延長部の先端と上記第２の無給電素子の上記延長部の先端とが容量結合している、ことが好ましい。

上記の構成によれば、上記第１の無給電素子の上記延長部の先端と上記第２の無給電素子の上記延長部の先端との間隔を適宜変更し、上記無給電素子の共振周波数を上記放射素子の共振周波数と一致させることによって、当該共振周波数を含む帯域におけるループアンテナのＶＳＷＲ値を、同帯域における上記放射素子（単体）のＶＳＷＲ値よりも小さくすることができる。

上記課題を解決するために、本発明に係るアンテナは、２次元面内に形成された第１の放射素子と第２の放射素子とを備えたダイポールアンテナであって、上記第１の放射素子は、直線状であり、上記第２の放射素子は、上記第１の放射素子の周りを旋回する螺旋状である、ことを特徴とする。

上記の構成によれば、上記第１の放射素子の長さと上記第２の放射素子の長さとの和を、要求される周波数帯域において当該ダイポールアンテナを動作させるために必要な長さとしながらも、上記第１の放射素子と上記第２の放射素子とを、要求されるサイズを有する領域の中に配置することができる。したがって、当該ダイポールアンテナを統合アンテナ装置に搭載する場合、当該ダイポールアンテナを統合アンテナ装置の台座と平行になるように配置すれば、台座と平行な方向に関する統合アンテナのサイズを小さく抑えることができる。

上記ダイポールアンテナは、上記第２の放射素子上の異なる点同士を短絡する短絡部と、上記第２の放射素子の最外周上の点をグランドに接続する接地部と、を更に備えている、ことが好ましい。

上記の構成によれば、ＶＳＷＲの値が規定値を超える領域が要求される周波数帯域に現れることのないダイポールアンテナを実現することができる。

上記ダイポールアンテナにおいて、上記短絡部は、上記第２の放射素子を構成する区間のうち、互いに隣接する３つ以上の区間の短絡する、ことが好ましい。

上記の構成によれば、ＶＳＷＲの値が規定値以下となる帯域の幅を更に拡げることができる。

上記課題を解決するために、本発明に係るアンテナは、２次元面内に形成された地板と放射素子と短絡部とを備えた逆Ｆアンテナであって、上記放射素子は、直線状であり、上記放射素子には、上記地板から引き出された同軸ケーブルと交差する分枝が設けられており、上記地板は、上記分枝の先端を通り上記放射素子に平行な直線と上記放射素子との間の領域に形成されている、ことを特徴とする。

上記の構成によれば、上記分枝を設けたことによって、上記放射素子に新たな電流路が生じ、当該逆Ｆアンテナの共振周波数が変化する。また、上記分枝を上記同軸ケーブルと交差させたことによって、上記放射素子と上記同軸ケーブルの外側導体の間に電磁結合が生じ、当該逆Ｆアンテナの入力インピーダンスが変化する。すなわち、上記の構成によれば、分枝の形状、サイズ、本数等を適宜変更することによって、要求される周波数帯域において動作し、かつ、要求される周波数帯域におけるリターンロスの小さい逆Ｆアンテナを実現することができる。

しかも、上記の構成によれば、上記２次元面において上記放射素子と直交する方向に関する当該逆Ｆアンテナのサイズを、上記放射素子の幅と上記分枝の長さとの和と同程度に抑えることができる。したがって、当該逆Ｆアンテナを統合アンテナ装置に搭載する場合、当該逆Ｆアンテナを統合アンテナ装置の台座に垂直になるように配置すれば、台座と直交する方向に関する統合アンテナのサイズを小さく抑えることができる。

なお、本発明に係るアンテナは、統合アンテナ装置への搭載に適したアンテナであるが、統合アンテナ装置に搭載され状態にあることを必須の構成要件とするものではない。すなわち、統合アンテナ装置に搭載された状態になくとも、請求項に記載した構成要件を充足するアンテナであれば、当然、本発明の範疇に含まれる。

本発明によれば、他のアンテナと共に統合アンテナ装置に搭載し得るアンテナであって、統合アンテナ装置の小型化に資するアンテナを実現することができる。

３Ｇ／ＬＴＥ用アンテナとして機能するアンテナ（逆Ｆアンテナ）の平面図である。 図１に示すアンテナのＶＳＷＲ特性及びゲイン特性を示すグラフである。 図１に示すアンテナの放射パターンを示すグラフである。（ａ）は、ｘｙ面における放射パターンを示し、（ｂ）は、ｙｚ面における放射パターンを示し、（ｃ）は、ｚｘ面における放射パターンを示す。 図１に示すアンテナにおいて、分枝（整合パターン）を設けた場合に得られるＶＳＷＲ特性と、分枝を省いた場合に得られるＶＳＷＲ特性とを比較したグラフである。 ＤＡＢ用アンテナとして機能するアンテナ（ダイポールアンテナ）の平面図である。 図５に示すアンテナのＶＳＷＲ特性及びゲイン特性を示すグラフである。 図５に示すアンテナの放射パターンを示すグラフである。（ａ）は、ｘｙ面における放射パターンを示し、（ｂ）は、ｙｚ面における放射パターンを示し、（ｃ）は、ｚｘ面における放射パターンを示す。 図５に示すアンテナにおいて、短絡部と接地部とを省いた場合に得られるＶＳＷＲ特性を示したグラフである。 ＧＰＳ用アンテナとして機能するアンテナ（ループアンテナ）の平面図である。 図９に示すアンテナの入力反射係数特性を示すグラフである。 図９に示すアンテナの放射パターンを示すグラフである。（ａ）は、水平右旋円偏波（ＲＨＣＰ）と水平左旋円偏波（ＬＨＣＰ）とに関する放射パターンを示し、（ｂ）は、垂直右旋円偏波（ＲＨＣＰ）と垂直左旋円偏波（ＬＨＣＰ）とに関する放射パターンを示す。 （ａ）は、図９に示すアンテナにおいて、無給電素子を省いた場合に得られる入力反射係数特性を示すグラフである。（ｂ）は、図９に示すアンテナにおいて、無給電素子と短絡部とを省いた場合に得られる入力反射係数特性を示すグラフである。 図１、図５、及び図９に示す３つのアンテナの組み合わせ方を示す三面図である。 （ａ）図１に示すアンテナを図５に示すアンテナの下層に配置する組み合わせ方を示す正面図である。（ｂ）は、図１に示すアンテナを図５に示すアンテナと図９に示すアンテナとの中間層に配置する組み合わせ方を示す正面図である。 図１に示すアンテナを図５に示すアンテナの下層に配置する組み合わせ方を用いた場合に得られる図１に示すアンテナのＶＳＷＲ特性と、図１に示すアンテナを図５に示すアンテナと図９に示すアンテナとの中間層に配置する組み合わせ方を用いた場合に得られる図１に示すアンテナのＶＳＷＲ特性とを比較したグラフである。 図１、図５、及び図９に示す３つのアンテナを搭載したアンテナ装置の構成を示す分解斜視図である。 （ａ）は、ループアンテナの変形例を示す平面図である。（ｂ）は、そのループアンテナが備える無給電素子群の等価回路である。 図１７に示すループアンテナの放射パターンを示すグラフである。 図１７に示すループアンテナのＶＳＷＲ特性を示すグラフである。 図１７に示すループアンテナの第１の変形例を示す平面図である。 図１７に示すループアンテナの第２の変形例を示す平面図である。 （ａ）は、ダイポールアンテナの構成例を示す平面図である。（ｂ）は、（ａ）に示すアンテナのＶＳＷＲ特性を示すグラフである。 （ａ）は、ダイポールアンテナの他の構成例を示す平面図である。（ｂ）は、（ａ）に示すアンテナのＶＳＷＲ特性を示すグラフである。 （ａ）は、ダイポールアンテナの更に他の構成例を示す平面図である。（ｂ）は、（ａ）に示すアンテナのＶＳＷＲ特性を示すグラフである。

本発明の一実施形態に係るアンテナについて、図面に基づいて説明すれば以下のとおりである。なお、本実施形態においては、（１）３Ｇ（3rd Generation）／ＬＴＥ（Long Term Evolution）用アンテナ、（２）ＤＡＢ（Digital Audio Broadcast）用アンテナ、（３）ＧＰＳ(Global Positioning System)用アンテナについて説明する。これら３つのアンテナは、それぞれ、他の２つのアンテナと組み合わせた状態で所期の特性を発揮するように工夫されたものである。

〔３Ｇ／ＬＴＥ用アンテナ〕
３Ｇ／ＬＴＥ用アンテナとして機能するアンテナ１について、図１〜図４を参照して説明する。

なお、３Ｇ／ＬＴＥ用アンテナとは、３Ｇ向け周波数帯域の何れかと、ＬＴＥ向け周波数帯域の何れかとの両方において動作するアンテナのことを指す。以下に説明するアンテナ１は、７６１ＭＨｚ以上９６０ＭＨｚ以下の周波数帯域（以下「低周波側要求帯域」と記載）と、１７１０ＭＨｚ以上２１３０ＭＨｚ以下の周波数帯域（以下「高周波側要求帯域」と記載）との両方において動作するものとする。

《３Ｇ／ＬＴＥ用アンテナの構成》
まず、３Ｇ／ＬＴＥ用アンテナとして機能するアンテナ１の構成について、図１を参照して説明する。なお、以下に説明するアンテナ１の各部の寸法は、例示であって、これに限定されるものではない。すなわち、以下に説明するアンテナ１の各部の寸法は、材料の選択や設計方法（構成方法）などに応じて適宜変更し得るものである。

アンテナ１は、地板１１と放射素子１２と短絡部１３とを備えた逆Ｆ型アンテナである。本実施形態においては、これらを構成する導体箔を１対の誘電体フィルム１５で挟み込む構成を採用している。なお、本実施形態においては、４ｍｍ×４ｍｍの凸部を有する５ｍｍ×１４０ｍｍのポリイミドフィルムを誘電体フィルム１５として用いる。

地板１１は、面状の導体により構成される。本実施形態においては、２.０ｍｍ×２．０ｍｍの正方形状の導体箔（例えば、銅箔）を地板１１として用いる。同軸ケーブル５の外側導体は、地板１１上の中央部に接続される。同軸ケーブル５の外側導体が接続される地板１１上の点を、以下、第１の給電点１Ｐと呼ぶ。

放射素子１２は、線状又は帯状の導体により構成される。本実施形態においては、幅１．５ｍｍの帯状の導体箔（例えば、銅箔）を放射素子１２として用いる。放射素子１２は、直線状であり、その長手軸が地板１１の上辺と平行になるように配置される。同軸ケーブル５の内側導体は、放射素子１２の右翼１２ｃ（後述）の左端部に接続される。同軸ケーブル５の内側導体が接続される放射素子１２上の点を、以下、第２の給電点１Ｑと呼ぶ。

放射素子１２には、幅３ｍｍ、深さ０．５ｍｍの切欠１２ａが形成されている。切欠１２ａは、放射素子１２の下縁から上縁に向かって掘り込まれており、地板１１の上端部が、切欠１２ａに嵌入する。なお、本明細書においては、放射素子１２のうち、図１において切欠１２ａよりも左側に位置している部分を左翼１２ｂと呼び、図１において切欠１２ａよりも右側に位置している部分を右翼１２ｃと呼ぶ。

放射素子１２の左翼１２ｂには、幅３ｍｍ、長さ７ｍｍの分枝１２ｄが形成されている。分枝１２ｄは、放射素子１２の左翼１２ｂから下方へ引き出され、放射素子１２の短手軸（長手軸と直交する軸）と平行に延在する。分枝１２ｄを設けることによって、放射素子１２に新たな電流路が生じる。その結果、アンテナ１の共振周波数がシフトする。

なお、アンテナ１においては、高周波側要求帯域内に共振点を設けるために、放射素子１２の右翼１２ｃの長さを３３ｍｍとし、低周波側要求帯域内に共振点を設けるために、放射素子１２の左翼１２ｂの長さを１０３ｍｍとしている。したがって、放射素子１２の全長は、切欠１２ａの幅３ｍｍと合わせて１３９ｍｍとなる。

短絡部１３は、地板１１と放射素子１２とを短絡するためのものであり、線状又は帯状の導体により構成される。本実施形態においては、幅０．５ｍｍの帯状の導体箔（例えば、銅箔）を短絡部１３として用いる。

本実施形態においては、４つの直線部１３ａ〜１３ｄからなる帯状の導体箔を短絡部１３として用いる。ここで、第１の直線部１３ａは、地板１１の下端から右方へ引き出され、放射素子１２の長手軸と平行に延在する。また、第２の直線部１３ｂは、第１の直線部１３ａの右端から上方へ引き出され、放射素子１２の短手軸と平行に延在する。また、第３の直線部１３ｃは、第２の直線部１３ｂの上端から左方へ引き出され、放射素子１２の長手軸と平行に延在する。また、第４の直線部１３ｄは、第３の直線部１３ｃの左端から上方へ引き出され、放射素子１２の短手軸と平行に延在する。そして、第４の直線部１３ｄの上端は、放射素子１２の右翼１２ｃの左端に至る。

アンテナ１において注目すべき第１の点は、図１に示すように、地板１１から引き出された同軸ケーブル５と放射素子１２から引き出された分枝１２ｄとを互いに交差させる構成を採用している点である。この構成により、放射素子１２と同軸ケーブル５の外側導体との間に電磁結合が生じる。換言すれば、分枝１２ｄが放射素子１２と同軸ケーブル５の外側導体との間に介在するインダクタとして機能する。分枝１２ｄの形状及び／又はサイズを変更すれば、この電磁結合の強さが変化し、その結果、アンテナ１の入力インピーダンスが変化する。すなわち、分枝１２ｄを整合パターンとして機能させることができる。

なお、本実施形態においては、１本の分枝１２ｄを同軸ケーブル５と交差させる構成を採用しているが、これに限定されるものはない。すなわち、分枝１２ｄと同様に構成された２本以上の分枝を同軸ケーブル５と交差させる構成を採用してもよい。この場合、各分枝の形状及び／又はサイズを変更することによっても、分枝の本数を変更することによっても、アンテナ１の入力インピーダンスを変化させることができる。このため、アンテナ１の入力インピーダンスをより広範囲に亘って変化させることが可能になる。

アンテナ１において注目すべき第２の点は、図１に示すように、分枝１２ｄの先端を通る放射素子１２（の長手軸）と平行な直線Ｍを引いたときに、この直線Ｍと放射素子１２とに挟まれる領域の内部に、地板１１を配置する構成を採用している点である。この構成により、アンテナ１の高さを、放射素子１２の幅と分枝１２ｄの長さとの和と同程度に抑えることができる。すなわち、アンテナ１の低姿勢化を図ることができる。

なお、上記の構成を実現し得るのは、地板１１のサイズを小型化しているからである。図１に示すように、地板１１の上部を切欠１２ａに嵌入させる構成を採用する場合には、放射素子１２の短手方向に関する地板１１のサイズを、分枝１２ｄの長さと切欠１２ａの深さとの和よりも短くすることによって、上記の構成を実現することができる。また、地板１１の上部を切欠１２ａに嵌入させない構成を採用する場合には、放射素子１２の短手方向に関する地板１１のサイズを、分枝１２ｄの長さよりも短くすることによって、上記の構成を実現することができる。なお、このように地板１１のサイズを小型化する場合、同軸ケーブル５をシャーシ等の導体面に沿って敷設することが好ましい。この場合、同軸ケーブル５の外側導体と結合（静電結合及び／又は電磁結合）したシャーシ等の導体面によって、地板１１の機能を補完できるからである。

なお、アンテナ１は、折り曲げたときに所期の性能を発揮するように設計されたものである。より具体的に言うと、その端面がコの字（Ｕの字）形をなすよう、放射素子１２の短手軸方向に延在する２本の直線Ｌ〜Ｌ’でアンテナ１を折り曲げたときに所期の性能を発揮するように設計されている。

《３Ｇ／ＬＴＥ用アンテナの特性、及び、分枝の効果》
３Ｇ／ＬＴＥ用アンテナとして機能するアンテナ１の特性について、図２〜図３を参照して説明する。なお、アンテナ１は、後述するアンテナ２（図５参照）及びアンテナ３（図９参照）と組み合わせて使用することを想定して設計されたものであり、以下に示す特性は、特定の組み合わせ方でアンテナ２〜３と組み合わせた状態で得られたものである。この特定の組み合わせ方については、図１３を参照して後述する。

図２は、ＶＳＷＲ（Voltage Standing Wave Ratio）及び効率（ゲイン）の周波数依存性を表すグラフである。低周波側要求帯域と高周波側要求帯域との両方において、ＶＳＷＲの値が３以下に抑えられていること、つまり、リターンロスが十分に小さく抑えられていることが、図２のグラフから見て取れる。また、低周波側要求帯域と高周波側要求帯域との両方において、ゲインの値が−３．５ｄＢ以上に保たれていることが、図２のグラフから見て取れる。すなわち、低周波側要求帯域と高周波側要求帯域との両方がアンテナ１の動作帯域となっていることが、図２のグラフから見て取れる。

図３は、７８７ＭＨｚにおける放射パターンを示すグラフである。（ａ）は、ｘｙ面における放射パターンを示し、（ｂ）は、ｙｚ面における放射パターンを示し、（ｃ）は、ｚｘ面における放射パターンを示す。少なくとも７８７ＭＨｚにおいて、略無指向な放射パターンが実現されていることが、図３の各グラフから見て取れる。

次に、分枝１２ｄの効果を、図４を参照して確認する。図４は、分枝１２ｄを設けた場合に得られるＶＳＷＲの周波数依存性と、分枝１２ｄを省いた場合に得られるＶＳＷＲの周波数依存性とを表すグラフである。

分枝１２ｄを設けることによって、共振周波数が高周波側にシフトすると共に、インピーダンス整合が図られ、動作帯域の帯域幅が拡大することが、図４から見て取れる。例えば、ＶＳＷＲが３以下となる周波数帯域をアンテナ１の動作帯域と見做した場合、分枝１２ｄを設けることによって、アンテナ１の動作帯域の帯域幅が約１．５倍に拡大する。

〔ＤＡＢ用アンテナ〕
ＤＡＢ用アンテナとして機能するアンテナ２について、以下、図５〜図８を参照して説明する。なお、ＤＡＢ用アンテナとは、ＤＡＢ向け周波数帯域の何れかにおいて動作するアンテナのことを指す。以下に説明するアンテナ２は、１７４ＭＨＺ以上２４０ＭＨｚ以下の周波数帯域（以下「要求帯域」と記載）において動作するものとする。

《ＤＡＢ用アンテナの構成》
ＤＡＢ用アンテナとして機能するアンテナ２の構成について、図５を参照して説明する。図５は、アンテナ２の平面図である。なお、以下に説明するアンテナ２の各部の寸法は、例示であって、これに限定されるものではない。すなわち、以下に説明するアンテナ２の各部の寸法は、材料の選択や設計方法（構成方法）などに応じて適宜変更し得るものである。

アンテナ２は、第１の放射素子２１と、第２の放射素子２２とを備えたダイポールアンテナである。本実施形態においては、これらを構成する導体箔を１対の誘電体フィルム２５で挟み込む構成を採用している。なお、本実施形態においては、５０ｍｍ×８０ｍｍのポリイミドフィルムを誘電体フィルム２５として用いる。

第１の放射素子２１及び第２の放射素子２２は、何れも、線状又は帯状の導体により構成される。本実施形態においては、幅３．５ｍｍの帯状の導体箔（例えば、銅箔）を第１の放射素子２１として用い、幅１.０ｍｍの帯状の導体箔（例えば、銅箔）を第２の放射素子２２として用いる。

第１の放射素子２１は、直線状であり、その長さは、３２．５ｍｍである。同軸ケーブル６の外側導体は、第１の放射素子２１の右端部に接続される。同軸ケーブル６の外側導体が接続される第１の放射素子２１上の点２Ｐを、以下、第１の給電点と呼ぶ。

第２の放射素子２２は、第１の放射素子２１の周りを旋回する螺旋状である。同軸ケーブル６の内側導体は、第２の放射素子２２の最内周において、第１の放射素子２１の右端部に対向する箇所に接続される。同軸ケーブル６の内側導体が接続される第２の放射素子２２上の点２Ｑを、以下、第２の給電点と呼ぶ。

本実施形態においては、第２の放射素子２２の形状を、直線部と四分円部とを交互に連ねた、反時計周りに９×３６０°旋回する螺旋状としている。ここで、内周側の端部から数えて４ｋ＋１番目（ｋ＝０、１、…、８）の直線部は、第１の放射素子２１の下方において第１の放射素子２１の長手軸と平行に延在し、その長さは、３１．５ｍｍ（ｋ＝０）又は３３ｍｍ（ｋ＝１、２、…、８）である。また、内周側の端部から数えて４ｋ＋２番目（ｋ＝０、１、…、８）の直線部は、第１の放射素子２１の右方において第１の放射素子２１の短手軸と平行に延在し、その長さは、３．５ｍｍである。また、内周側の端部から数えて４ｋ＋３番目（ｋ＝０、１、…、８）の直線部は、第１の放射素子２１の上方において第１の放射素子２１の長手軸と平行に延在し、その長さは、３３ｍｍである。また、内周側の端部から数えて４ｋ＋４番目（ｋ＝０、１、…、８）の直線部は、第１の放射素子２１の左方において第１の放射素子２１の短手軸と平行に延在し、その長さは、６ｍｍである。一方、四分円部の半径は、第２の放射素子２２が螺旋を成すよう、最内周から遠ざかる（最外周に近づく）に従って次第に大きくなっている。なお、最内周の四分円部の外周半径は、２．５ｍｍであり、最外周の四分円部の外周半径は、２２．５ｍｍである。

アンテナ２においては、要求帯域内に共振点を持たせるために、放射素子２１〜２２の全長（第１の放射素子２１の長さと第２の放射素子２２の長さとの和）を７５ｃｍ（λ／２）程度にすることが求められる。前述したように第２の放射素子２２の形状を螺旋状としているのは、この要求を満たす放射素子２１〜２２を５０ｍｍ×８０ｍｍの領域内に収めるためである。

第２の放射素子２２には、短絡部２２ａ１〜２２ａ２と接地部２２ｂ１〜２２ｂ２とが設けられている。短絡部２２ａ１〜２２ａ２及び接地部２２ｂ１〜２２ｂ２は、ＶＳＷＲの値が規定値（例えば、２．５）を超える領域が要求帯域内に形成されることを防止するための構成である。

短絡部２２ａ１〜２２ａ２は、第２の放射素子２２上の相異なる点同士を短絡する面状の導体である。より具体的に言うと、第１の短絡部２２ａ１は、第２の放射素子２２を構成する直線部のうち、第１の放射素子２１の下方に位置する２本の直線部（内周側から数えて３〜４番目の直線部）を短絡する長方形状の導体箔（例えばアルミ箔）である。また、第２の短絡部２２ａ２は、第２の放射素子２２を構成する直線部のうち、第１の放射素子２１の右方に位置する５本の直線部（内周側から数えて４〜８番目の直線部）を短絡する長方形状の導体箔（例えばアルミ箔）である。

接地部２２ｂ１〜２２ｂ２は、第２の放射素子２２の最外周上の点をグランドに接続する線状又は帯状の導体である。より具体的に言うと、第１の接地部２２ｂ１は、第２の放射素子２２の最外周を構成する四分円部のうち、第１の放射素子２１の左上に位置する四分円部上の点をグランドに接続する帯状の導体箔（例えばアルミ箔）である。また、第２の接地部２２ｂ２は、第２の放射素子２２の最外周を構成する四分円部のうち、第１の放射素子２１の左下に位置する四分円部上の点をグランドに接続する帯状の導体箔（例えばアルミ箔）である。

《ＤＡＢ用アンテナの特性、並びに、短絡部及び接地部の効果》
次に、ＤＡＢ用アンテナとして機能するアンテナ２の特性について、図６〜図７を参照して説明する。なお、アンテナ２は、前述したアンテナ１（図１参照）及び後述するアンテナ３（図９参照）と組み合わせて使用することを想定して設計されたものであり、以下に示す特性は、特定の組み合わせ方でアンテナ１，３と組み合わせた状態で得られたものである。この特定の組み合わせ方については、図１３を参照して後述する。

図６は、ＶＳＷＲ及び効率（ゲイン）の周波数依存性を表すグラフである。要求帯域全域において、ＶＳＷＲの値が２．５以下に抑えられていること、つまり、リターンロスが十分に小さく抑えられていることが、図６のグラフから見て取れる。また、要求帯域全域において、ゲインの値が−３．５ｄＢ以上に保たれていることが、図６のグラフから見て取れる。すなわち、要求帯域全域がアンテナ２の動作帯域となっていることが、図６のグラフから見て取れる。

図７は、２４０ＭＨｚにおける放射パターンを表すグラフである。（ａ）は、ｘｙ面における放射パターンを示し、（ｂ）は、ｙｚ面における放射パターンを示し、（ｃ）は、ｚｘ面における放射パターンを示す。少なくとも２４０ＭＨｚにおいて、略無指向な放射パターンが実現されていることが、図７のグラフから見て取れる。

次に、短絡部２２ａ〜２２ｂ及び接地部２２ｃ〜２２ｄの効果を、図８を参照して確認する。図８は、短絡部２２ａ〜２２ｂ及び接地部２２ｃ〜２２ｄを省略した場合に得られるＶＳＷＲの周波数依存性を表すグラフである。

短絡部２２ａ〜２２ｂ及び接地部２２ｃ〜２２ｄを省略した場合、要求帯域内にＶＳＷＲ値が規定値（例えば、２．５）を超える領域が現れることが、図８から見て取れる。短絡部２２ａ〜２２ｂ及び接地部２２ｃ〜２２ｄを設けた場合、このような領域が現れないことは、図６に示した通りである。すなわち、短絡部２２ａ〜２２ｂ及び接地部２２ｃ〜２２ｄを設けることによって、要求帯域全域に亘ってＶＳＷＲの値を２．５以下に抑え得ることが、図６のグラフと図８のグラフとを比較することによって確認できる。

なお、アンテナ２は、後述するように、導体板４（図１３参照）と平行に配置された場合、導体板４との間に電磁結合及び静電結合を生じる。この場合、アンテナ２は、パッチアンテと見做すこともできる。

〔ＧＰＳ用アンテナ〕
ＧＰＳ用アンテナとして機能するアンテナ３について、以下、図９〜図１１を参照して説明する。なお、ＧＰＳ用アンテナとは、ＧＰＳ向け周波数の何れかにおいて動作するアンテナのことを指す。以下に説明するアンテナ３は、１５７５．４２ＭＨｚ（以下、「要求周波数」と記載）において動作するものとする。

《ＧＰＳ用アンテナの構成》
ＧＰＳ用アンテナとして機能するアンテナ３の構成について、図９を参照して説明する。図９は、アンテナ３の平面図である。なお、以下に説明するアンテナ３の各部の寸法は、例示であって、これに限定されるものではない。すなわち、以下に説明するアンテナ３の各部の寸法は、材料の選択や設計方法（構成方法）などに応じて適宜変更し得るものである。

アンテナ３は、図９に示すように、放射素子３１と、２つの短絡部３２ａ〜３２ｂと、無給電素子３３とを備えたループアンテナである。本実施形態においては、これらを構成する導体箔を１対の誘電体フィルム３５で挟み込む構成を採用している。なお、本実施形態においては、５０ｍｍ×８０ｍｍのポリイミドフィルムを誘電体フィルム３５として用いる。

放射素子３１は、線状又は帯状の導体により構成される。本実施形態においては、短軸４２ｍｍ、長軸７０ｍｍの楕円上を通る、最小幅２ｍｍ、最大幅５ｍｍの帯状の導体箔（例えば、銅箔）を放射素子３１として用いる。放射素子３１の両端は、上記楕円の中心から見て６時方向に位置し、放射素子３１の幅は、上記楕円の中心から見て０時方向及び６時方向において最小となり、３時方向及び９時方向において最大となる。

放射素子３１の始端部（放射素子３１を時計回りに辿ったときに始点となる端部）には、上記楕円の中心に向かって突出する第１突出部３１ａが形成されている。第１突出部３１ａは、Ｌ字状であり、放射素子３１の始端部から上方に延伸する第１直線部と、この第１直線部の上端から右方に延伸する第２直線部とにより構成される。また、放射素子３１の終端部（放射素子３１を時計回りに辿ったときに終点となる端部）には、上記楕円の中心に向かって突出する第２突出部３１ｂが形成されている。第２突出部３１ｂは、Ｌ字状であり、放射素子３１の終端部から上方に延伸する第１直線部と、この第１直線部の上端から左方に延伸する第２直線部とにより構成される。第１突出部３１ａと第２突出部３１ｂとは、第１突出部３１ａの第２直線部が、放射素子３１の終端部と第２突出部３１ｂの第２直線部との間に入り込むように組み合わせられる。

同軸ケーブル７の内側導体は、第１突出部３１ａ（より具体的には、第１突出部３１ａの第２直線部）に接続される。同軸ケーブル７の内側導体が接続される第１突出部３１ａ上の点３Ｐを、以下、第１の給電点と呼ぶ。一方、同軸ケーブル７の外側導体は、第２突出部３１ｂ（より具体的には上記第４の直線部）に接続される。同軸ケーブル７の外側導体が接続される第２突出部３１ｂ上の点３Ｑを、以下、第２の給電点と呼ぶ。第２の給電点３Ｑから上方に向かって引き出された同軸ケーブル７は、誘電体フィルム３５の中央に設けられた貫通穴を通ってアンテナ３の裏面へと導かれ、３時方向に引き出される。

２つの短絡部３２ａ〜３２ｂは、アンテナ３の共振周波数を要求周波数にシフトさせると共に、インピーダンス整合を図るべく、アンテナ３の入力インピーダンスを変化させるための構成である。

第１短絡部３２ａは、線状又は帯状の導体により構成され、放射素子３１上の相異なる２点を短絡する。具体的には、上記楕円の中心から見て０時方向に位置する放射素子３１上の点（以下「０時点」と記載）と、上記楕円の中心から見て９時方向に位置する放射素子３１上の点（以下「９時点」と記載）とを短絡する。本実施形態においては、放射素子３１の０時点から下方に延伸する第１直線部と、放射素子３１の９時点から右方に延伸する第２直線部とを有する帯状の導体箔（例えば銅箔）を第１短絡部３２ａとして用いる。

第２短絡部３２ｂは、線状又は帯状の導体により構成され、放射素子３１上の相異なる２点を短絡する。具体的には、上記楕円の中心から見て６時方向に位置する放射素子３１上の点（以下「６時点」とも記載）と、上記楕円の中心から見て３時方向に位置する放射素子３１上の点（以下「３時点」とも記載）とを短絡する。本実施形態においては、放射素子３１の６時点から上方に延伸する第１直線部と、放射素子３１の３時点から左方に延伸する第２直線部とを有する帯状の導体箔（例えば銅箔）を第２短絡部３２ｂとして用いる。

無給電素子３３は、インピーダンス整合を図るべく、アンテナ３の入力インピーダンスを変化させるための構成である。

無給電素子３３は、放射素子３１の外周に沿う外縁を有する面状の導体により構成される。本実施形態においては、放射素子３１の外周に沿う外縁の他に、誘電体フィルム３５の外周に沿う外縁を有する略Ｌ字形の導体箔（例えば、銅箔）を無給電素子３３として用いる。なお、無給電素子３３は、放射素子３１から離隔されており、無給電素子３３と放射素子３１との間には、直流的な導通がない。

なお、ループアンテナは、ゲインがアンテナ形成面の法線方向に集中した放射パターンを有しているため、ＧＰＳ波の受信に適している。何故なら、アンテナ形成面を水平に保っておけば、天頂方向に位置する衛生から到来するＧＰＳ波を何時でも感度良く受信できるからである。しかしながら、このようなゲインの集中が極端になり過ぎると、衛星が天頂以外の方向に位置する場合や、アンテナ形成面を水平に保てなかった場合に、受信障害を生じる可能性がある。前述した無給電素子３３は、インピーダンス整合を図る機能の他に、このようなゲインの集中を緩和する機能を有する。このため、無給電素子３３をループアンテナに付加することによって、このような受信障害が生じる可能性を低減するという効果を奏する。

なお、アンテナ３は、後述するように、導体板４（図１３参照）と平行に配置された場合、導体板４との間に電磁結合及び静電結合を生じる。この場合、アンテナ３は、パッチアンテと見做すこともできる。

《ＧＰＳ用アンテナの特性、並びに、短絡部及び無給電素子の効果》
次に、ＧＰＳ用アンテナとして機能するアンテナ３の特性について、図１０〜図１１を参照して説明する。なお、アンテナ３は、前述したアンテナ１（図１参照）及びアンテナ２（図５参照）と組み合わせて使用することを想定して設計されたものであり、以下に示す特性は、特定の組み合わせ方でアンテナ１〜２と組み合わせた状態で得られたものである。この特定の組み合わせ方については、図１３を参照して後述する。

図１０は、アンテナ３の入力反射係数Ｓ１，１の大きさの周波数依存性を表すグラフである。要求周波数における入力反射係数Ｓ１，１の大きさが−２０ｄＢ以下に抑えられていることが、図１０のグラフから見て取れる。すなわち、要求周波数がアンテナ３の動作帯域に含まれており、また、要求周波数におけるリターンロスが十分に小さく抑えられていることが、図１０のグラフから見て取れる。

図１１は、１５７５．４２ＭＨｚにおけるアンテナ３の放射パターンを示すグラフである。（ａ）は、水平右旋円偏波（ＲＨＣＰ：Right Handed Circularly Polarized Wave）と水平左旋円偏波（ＬＨＣＰ：Left Handed Circularly Polarized Wave）とに関する放射パターンを示し、（ｂ）は、垂直右旋円偏波と垂直左旋円偏波とに関する放射パターンを示す。θ＝０°に関して０ｄＢｉ以上のゲインが得られることが、図１１に示すグラフから見て取れる。また、図１１からは、θ≦６０°に関し−１０ｄＢｉ以上のゲインが得られることが見て取れる。このように比較的広い角度域に関して比較的高いゲインが得られるのは、アンテナ形成面の法線方向へのゲインの集中を緩和する機能を無給電素子３３が有しているからに他ならない。

次に、短絡部３２ａ〜３２ｂ及び無給電素子３３の効果を、図１２を参照して確認する。図１２は、入力反射係数Ｓ１，１の大きさの周波数依存性を表すグラフである。（ａ）は、無給電素子３３を省いた場合の結果を示し、（ｂ）は、短絡部３２ａ〜３２ｂ及び無給電素子３３を省いた場合の結果を示す。

図１２（ａ）のグラフを図１０のグラフと比較すると、無給電素子３３を省くことによって、要求周波数における入力反射係数Ｓ１，１の大きさが大きくなることが分かる。これは、無給電素子３３を設けることによって、インピーダンス整合が図られ、その結果、要求周波数におけるリターンロスが低下することを意味する。

また、図１２（ｂ）のグラフを図１２（ａ）のグラフと比較すると、短絡部３２ａ〜３２ｂを省くことによって、共振周波数が要求周波数からずれ、共振周波数における入力反射係数Ｓ１，１の大きさが大きくなることが分かる。これは、第１短絡部３２ａを設けることによって、放射素子３１に新たな電流路が生じ、その結果、共振周波数がシフトすることを意味する。また、第２短絡部３２ａを設けることによって、インピーダンス整合が図られ、その結果、共振周波数におけるリターンロスが低下することを意味する。

〔アンテナの組み合わせ方〕
前述した３つのアンテナ１〜３の組み合わせ方について、図１３を参照して説明する。図１３は、これら３つのアンテナ１〜３の組み合わせ方を示す三面図である。これら３つのアンテナ１〜３は、図１３に示すように組み合わせた状態で、導体板４の近傍において使用することを想定して設計されてものである（図１３において、導体板４は、正面図及び側面図においてのみ図示し、平面図においては図示を省略している）。なお、実施例として後述する統合アンテナ装置１００（図１６参照）においては、統合アンテナ装置１００が備える金属ベース１０１及び／又は統合アンテナ装置１００が載置される自動車のルーフが導体板４に該当する。

アンテナ１は、図１３に示すように、その主面が導体板４の主面と垂直になるように配置される。また、アンテナ１は、平面図に示すように、その端面がコの字型をなすように折り曲げられている。

アンテナ２は、図１３に示すように、その主面が導体板４の主面と平行になるように配置される。この際、平面図に示すように、アンテナ２の主面は、三方からアンテナ１の端面に取り囲まれる。また、正面図及び側面図に示すように、アンテナ２の端面は、アンテナ１の主面の上端（導体板４側と反対側の端）と重なる。

アンテナ３は、図１３に示すように、その主面が導体板４の主面と平行になるように配置される。この際、平面図に示すように、アンテナ３の主面は、アンテナ１の端面に取り囲まれ、アンテナ２の主面と重なる。また、正面図及び側面図に示すように、アンテナ３の端面は、アンテナ１の主面の上端よりも上方に位置するように配置される。

図１３に示す組み合わせに関して注目すべき第１の点は、導体板４の主面を基準面として、アンテナ１を、その主面が上記基準面と垂直になるように配置し、アンテナ２を、その主面が上記基準面と平行になるように、かつ、その端面がアンテナ１の主面の上端と重なるように配置する構成を採用している点である。この構成により、上記基準面と垂直な方向に関して、配置に要するスペースを殆ど追加することなく、アンテナ１にアンテナ２を組み合わせることができる。

なお、図１３においては、側方から見てアンテナ２の端面がアンテナ１の主面の上端と重なる構成を採用しているが、これに限定されるものではない。すなわち、側方から見てアンテナ２の端面が、アンテナ１の主面の上端よりも下方、かつ、アンテナ１の主面の下端よりも上方に位置する構成であっても、図１３に示す構成と同様の効果を得ることができる。要するに、側方から見てアンテナ２の端面がアンテナ１の主面と重なる構成であれば、図１３に示す構成と同様の効果を得ることができる。

ただし、アンテナ２が、ＤＡＢ用アンテナのように地上送信局から送信される電磁波を受信するものである場合、図１３に示すように、側方から見てアンテナ２の端面がアンテナ１の主面の上端と重なる構成が最良である。何故なら、側方から見てアンテナ２の端面がアンテナ１の主面の上端よりも下方に位置する場合、側方から到来する電磁波がアンテナ１によって遮蔽されてしまうからである。

図１３に示す組み合わせに関して注目すべき第２の点は、上方から見てアンテナ１の端面がアンテナ２の主面の外縁に沿うように、アンテナ１を折り曲げている点である。この構成により、上記基準面と平行な方向に関して、配置に要するスペースを殆ど追加することなく、アンテナ２にアンテナ１を組み合わせることができる。

なお、図１３においては、上方から見てアンテナ１の端面がアンテナ２の主面の３辺に沿うように、アンテナ１を２箇所で折り曲げる構成を採用しているが、これに限定されるものではない。すなわち、上方から見てアンテナ１の端面がアンテナ２の主面の２辺に沿うように、アンテナ１を１箇所で折り曲げる構成、又は、上方から見てアンテナ１の端面がアンテナ２の主面の４辺に沿うように、アンテナ１を４箇所で折り曲げる構成であっても、図１３に示す構成と同様の効果が得られる。

図１３に示す構成において注目すべき第３の点は、アンテナ３を、その主面が上記基準面と平行になるように配置する構成を採用している点である。これにより、アンテナ３を、その主面が上記基準面と垂直になるように配置する構成を採用する場合と比べて、アンテナ３をアンテナ１〜２に組み合わせる際に生じる上記基準面と垂直な方向に関するスペースの増加を小さくすることができる。

ＤＡＢ波を受信するアンテナ２をＧＰＳ波を受信するアンテナ３よりも上記基準面に近い側に配置する構成は、以下の２つの意味で有利な構成である。

まず、ＧＰＳ波の標準電界強度は、ＤＡＢ波の標準電界強度よりも弱く、−１３０〜−１４０ｄＢｍ程度である。したがって、より上層に配置された他の平面アンテナの遮蔽作用による減衰が生じると、受信障害を帰結する可能性が高い。一方、ＤＡＢ波の標準電界強度は、ＧＰＳ波の標準電界強度よりも強く、ー６０ｄＢｍ程度である。したがって、より上層に配置された他の平面アンテナの遮蔽作用による減衰が生じても、受信障害を帰結する可能性が低い。このため、受信障害が生じる可能性を最小化するためには、標準電界強度の弱いＧＰＳ波を受信するアンテナ３を、標準電界強度の強いＤＡＢ波を受信するアンテナ２よりも上層に（上記基準から遠い側に）配置することが好ましい。

なお、より標準電界強度の弱い電磁波を受信する平面アンテナをより標準電界強度の強い電磁波を受信する平面アンテナよりも上層に配置するという設計指針は、言うまでもなく、積層する平面アンテナの枚数に拠らず有効である。

また、ＧＰＳ波は、天頂方向から到来する電磁波である。したがって、より上層に配置された他の平面アンテナの遮蔽作用による減衰が生じると、受信障害を帰結する可能性が高い。一方、ＤＡＢ波は、水平方向から到来する電磁波である。したがって、より上層に配置された他の平面アンテナの遮蔽作用による減衰が生じても、受信障害を帰結する可能性が低い。このため、受信障害が生じる可能性を最小化するためには、天頂方向から到来するＧＰＳ波を受信するアンテナ３を、水平方向から到来するＤＡＢ波を受信するアンテナ２よりも上層に（上記基準から遠い側に）配置することが好ましい。

なお、天頂方向から到来する電磁波を受信する平面アンテナを最上層に積層するという設計指針は、言うまでもなく、積層する平面アンテナの枚数に拠らず有効である。

なお、空間の効率的利用という観点からすれば、図１４（ａ）の正面図に示すように、アンテナ１をアンテナ２よりも下層に配置する構成よりも、図１４（ｂ）の正面図に示すように、アンテナ１をアンテナ２とアンテナ３との中間層に配置する構成の方が有利である。しかしながら、後者の構成を採用した場合、以下に説明するように、アンテナ１が所期の性能を発揮することができない。

図１５は、前者の構成を採用した場合に得られるアンテナ１のＶＳＷＲ特性（灰色の線で示す）と、後者の構成を採用した場合に得られるアンテナ１のＶＳＷＲ特性（黒の線で示す）とを示すグラフである。アンテナ１には、前述したように、低周波側要求帯域（７６１ＭＨｚ以上９６０ＭＨｚ以下）と高周波側要求（１７１０ＭＨｚ以上２１３０ＭＨｚ以下）との両方において動作することが求められる。しかしながら、後者の構成を採用した場合、高周波側要求帯域の一部でＶＳＷＲの値が−３ｄＢを超えてしまうことが、図１５のグラフから見て取れる。このことから、アンテナ１をアンテナ２よりも下層に配置する構成が、空間の効率的利用とアンテナ１のＶＳＷＲ特性とを両立した最良の構成であることが分かる。

〔実施例〕
次に、３つのアンテナ１〜３を組み合わせた統合アンテナ装置１００について、図１６を参照して説明する。図１６は、統合アンテナ装置１００の分解斜視図である。

統合アンテナ装置１００は、自動車のルーフへの搭載に適した車載用アンテナ装置であり、図１６に示すように、３つのアンテナ１〜３に加え、金属ベース１０１と、回路基板１０２と、ゴムベース１０３と、スペーサ１０４と、レドーム１０５とを備えている。

金属ベース１０１は、角丸矩形の板状部材であり、その材質はアルミニウムである。金属ベース１０１の上面には、４つのスペーサ１０１ａが設けられている。これら４つのスペーサ１０１ａは、アンテナ２の下面との間に介在し、アンテナ２を金属ベース１０１から離隔させるためのものである。本実施形態において、スペーサ１０１ａの高さは、５ｍｍに設定される。これにより、アンテナ２は、金属ベース１０１から５ｍｍ離隔される。

回路基板１０２は、長方形の板状部材であり、前述した金属ベース１０１と後述するゴムベース１０３との間に挟み込まれる。回路基板１０２には、２つの増幅回路が形成されている。一方の増幅回路は、ＤＡＢ用のアンテナ２にて生成された電気信号を増幅するためのものであり、他方の増幅回路は、ＧＰＳ用のアンテナ３にて生成された電気信号を増幅するためのものである。

ゴムベース１０３は、金属ベース１１と略同一形状の板状部材であり、その材質はゴムである。ゴムベース１０３の外縁には、下方に迫り出したスカート部が設けられており、前述した金属ベース１０１は、このスカートに囲まれたゴムベース１０３の下側の空間に嵌め込まれる。また、ゴムベース１０３には、金属ベース１０１の上面に設けられたスペーサ１０１ａを貫通させるための貫通孔が設けられている。これにより、金属ベース１０１を樹脂ベース１０３の下側の空間に嵌め込んだとき、金属ベース１０１の上面に設けられたスペーサ１０１ａがゴムベース１０３の上側に露出する。

スペーサ１０４は、アンテナ２とアンテナ３との間に介在する板状部材であり、その材質はモールド成形された樹脂である。スペーサ１０４は、その厚みにより、アンテナ２とアンテナ３とを離隔させる。本実施形態において、スペーサ１０４の厚みは、５ｍｍに設定される。これにより、アンテナ２は、アンテナ３から５ｍｍ離隔される。

レドーム１０５は、船底形のドーム状部材であり、その外縁がゴムベースに嵌合する。これにより、ゴムベース１０３とレドーム１０５とによって密閉された、アンテナ１〜３を収容するための空間ができる。この密閉が保たれている限り、屋外環境においてアンテナ１〜３が雨水に晒される虞はない。また、レドーム１０５の材質は、樹脂である。このため、アンテナ装置１００に到来した電磁波の電界強度がレドーム１０５によって減衰する虞はない。

統合アンテナ装置１００には、３つのアンテナ１〜３が搭載される。これら３つのアンテナ１〜３の構成、及び、これらの３つのアンテナ１〜３の組み合わせ方は、前述したとおりである。

〔ループアンテナの変形例〕
最後に上述したループアンテナの変形例について、図１７〜図２１を参照して説明する。

《ループアンテナの構成》
まず、本変形例に係るループアンテナ５０の構成について、図１７を参照して説明する。図１７（ａ）は、ループアンテナ５０の構成を示す平面図である。図１７（ｂ）は、ループアンテナ５０が備えている無給電素子５４〜５５の等価回路を示す回路図である。

ループアンテナ５０は、図１７に示すように、放射素子５１と、１対の給電部５２ａ〜５２ｂと、１対の短絡部５３ａ〜５３ｂと、第１の無給電素子５４と、第２の無給電素子５５とを備えている。本変形例において、放射素子５１、給電部５２ａ〜５２ｂ、及び短絡部５３ａ〜５３ｂは、１枚の導体箔（例えば、銅箔）により一体成形されている。また、第１の無給電素子５４は、放射素子５１等を構成する導体箔から孤立した他の導体箔により構成されている。また、第２の無給電素子５５は、放射素子５１等を構成する導体箔からも第１の無給電素子５４を構成する導体箔からも孤立した更に他の導体箔により構成されている。

放射素子５１は、閉曲線上に配置された線状又は帯状導体により構成される。本変形例においては、短軸４５ｍｍ、長軸５２ｍｍの楕円上に配置された幅１ｍｍの帯状の導体箔（例えば、銅箔）を放射素子５１として用いる。放射素子５１の一方の端部５１ａは、上記楕円の中心から０時方向に伸びる直線を介して、放射素子５１の他方の端部５１ｂと対向している。

給電部５２ａは、放射素子５１の一方の端部５１ａから上記楕円の中心付近に至る線分上に配置された線状又は帯状導体である。本変形例においては、幅１ｍｍの帯状の導体箔を給電部５２ａとして用いる。給電部５２ａの先端には、同軸ケーブルの外側導体が接続される給電点Ｐが設けられる。したがって、放射素子５１の一方の端部５１ａは、この給電部５２ａを介して同軸ケーブルの外側導体と接続されることになる。

給電部５２ｂは、放射素子５１の他方の端部５１ｂから上記楕円の中心付近に至る線分上に配置された線状又は帯状導体である。本変形例においては、幅１ｍｍの帯状の導体箔を給電部５２ｂとして用いる。給電部５２ｂの先端には、同軸ケーブルの内側導体が接続される給電点Ｑが設けられる。したがって、放射素子５１の他方の端部５１ｂは、この給電部５２ｂを介して同軸ケーブルの内側導体と接続されることになる。

短絡部５３ａは、上記楕円の中心から見て９時方向に位置する放射素子５１上の点５１ｃと、給電点Ｐとを短絡するための構成である。本変形例においては、放射素子５１上の点５１ｃから上記楕円の中心付近に至る線分上に配置された、幅１ｍｍの帯状の導体箔を短絡部５３ａとして用いる。

短絡部５３ｂは、上記楕円の中心から見て３時方向に位置する放射素子５１上の点５１ｄと、給電点Ｐとを短絡するための構成である。本変形例においては、放射素子５１上の点５１ｄから上記楕円の中心付近に至る直線上に配置された、幅１ｍｍの帯状の導体箔を短絡部５３ｂとして用いる。

なお、給電部５２ｂの先端には、給電部５２ａ側に突出した突出部が設けられている。そして、給電部５２ａの先端は、この突出部に沿うように屈曲している。また、上記楕円の中心の上方に位置する給電部５２ａの先端と、該中心の左方に位置する短絡部５３ａの先端とは、四分円弧上に配置された帯状導体（幅２ｍｍ）を介して互いに接続されている。そして、上記楕円の中心の上方に位置する給電部５２ｂの先端と、該中心の右方に位置する短絡部５３ｂの先端とは、四分円弧上に配置された帯状導体（幅２ｍｍ）を介して互いに接続されている。本変形例においては、このような構成を採用することによって、上記楕円の中心から０時方向に伸びる直線上に給電点Ｐ及び給電点Ｑの双方を配置することを可能ならしてめている。これにより、給電点Ｐ及び給電点Ｑから同直線に沿って引き出された同軸ケーブルに掛かるストレスが軽減される。

第１の無給電素子５４は、主要部５４ｂと、第１の延長部５４ａと、第２の延長部５４ｃとにより構成されている。主要部５４ｂは、上記楕円の中心から見て６時方向から９時方向に亘って放射素子５１の外周に沿う外縁を有する略Ｌ字型の面状導体である。第１の延長部５４ａは、上記楕円の中心から見て９時方向に位置する主要部５４ｂの端部から０時方向に直線的に伸びる帯状導体である。第２の延長部５４ｃは、上記楕円の中心から見て６時方向に位置する主要部５４ｂの端部から３時方向に直線的に伸びる帯状導体である。

ループアンテナ５０において、第１の無給電素子５４の第２の延長部５４ｃは、右旋円偏波の利得が最大となる方向（以下、「最大利得方向」と記載）の傾きを変化させるという機能を有する。すなわち、第２の延長部５４ｃの長さを短くすると、右旋円偏波の最大利得方向の傾きが小さくなり、第２の延長部５４ｃの長さを長くすると、右旋円偏波の最大利得方向の傾きが大きくなる。

第２の無給電素子５５は、主要部５５ｂと、第１の延長部５５ａと、第２の延長部５５ｃとにより構成されている。主要部５５ｂは、上記楕円の中心から見て０時方向から３時方向に亘って放射素子５１の外周に沿う外縁を有する略Ｌ字型の面状導体である。第１の延長部５５ａは、上記楕円の中心から見て０時方向に位置する主要部５５ｂの端部から９時方向に直線的に伸びる帯状導体である。第２の延長部５５ｃは、上記楕円の中心から見て３時方向に位置する主要部５５ｂの端部から６時方向に直線的に伸びる帯状導体である。

ループアンテナ５０において、第２の無給電素子５５の第２の延長部５５ｃは、共振周波数を変化させるという機能を有する。すなわち、第２の延長部５５ｃの長さを短くすると、共振周波数が高周波側にシフトし、第２の延長部５５ｃの長さを長くすると、共振周波数が低周波側にシフトする。また、第２の延長部５５ｃの長さを変化させると、ループアンテナ５０の位相角が変化する。

第１の無給電素子５４の第１の延長部５４ａの先端と、第２の無給電素子５５の第１の延長部５５ａの先端とは、容量結合している。すなわち、第１の無給電素子５４の第１の延長部５４ａの先端と、第２の無給電素子５５の第１の延長部５５ａの先端との間のギャップ５６は、キャパシタンスを有している。

第１の無給電素子５４と第２の無給電素子５５とからなる無給電素子群は、図１７（ｂ）に示すＬＣ回路と等価である。図１７（ｂ）に示すＬＣ回路において、Ｌ１は、第１の無給電素子５４の自己インダクタンスを表し、Ｌ２は、第２の無給電素子５５の自己インダクタンスを表す。また、Ｃ１は、第１の無給電素子５４とグランド面との間のキャパシタンスを表し、Ｃ２は、第２の無給電素子５５とグランド面との間のキャパシタンスを表す。また、Ｃ３は、上述したギャップ５６のキャパシタンスを表す。第１の無給電素子５４と第２の無給電素子５５とからなる無給電素子群は、図１７（ｂ）に示すＬＣ回路としての共振周波数を有している。

放射素子５１に電流が流れると、無給電素子群にも誘導電流が流れる。従って、ループアンテナ５０の放射する電磁波は、放射素子５１から放射される電磁波と無給電素子群から放射される電磁波とを重ね合わせたものとなる。ギャップ５６の間隔を適宜変更し、無給電素子群の共振周波数を放射素子５１の共振周波数と一致させることによって、当該共振周波数においてループアンテナ５０から放射される電磁波の強度を、同周波数において放射素子５１（単体）が放射する電磁波の強度よりも強くすることができる。すなわち、ギャップ５６の間隔を適宜変更し、無給電素子群の共振周波数を放射素子５１の共振周波数と一致させることによって、当該共振周波数を含む帯域におけるループアンテナ５０のＶＳＷＲ値を、同帯域における放射素子５１（単体）のＶＳＷＲ値よりも小さくすることができる。

上述したように、ループアンテナ５０において、第１の無給電素子５４の第２の延長部５４ｃは、右旋円偏波の最大利得方向を変化させるという機能を有する。この点について、図１８を参照して説明する。

図１８は、ループアンテナ５０の放射パターンを示すグラフである。（ａ）は、延長部５４ｃが付加されていない場合の放射パターンを示し、（ｂ）は、延長部５４ｃが付加されている場合の放射パターンを示す。各グラフにおいて、ＲＨＣＰは、右旋円偏波の放射パターンを表し、ＬＨＣＰは、左旋円偏波の放射パターンを表す。

延長部５４ｃが付加されていない場合、図１８（ａ）に示すように、右旋円偏波の最大利得方向は、アンテナ形成面（図１７におけるｘｙ面）と直交する方向（図１７におけるｚ軸方向）である。これに対して、延長部５４ｃを付加した場合、図１８（ｂ）に示すように、右旋円偏波の最大利得方向が約３０度傾く。

この最大利得方向の傾きは、延長部５４ｃの長さを変化させることによって変化する。具体的には、延長部５４ｃの長さを短くすると、最大利得方向の傾きが小さくなり、延長部５４ｃの長さを長くすると、最大利得方向の傾きが大きくなる。したがって、右旋円偏波の最大利得方向を測定しながら延長部５４ｃの長さを調整する工程を含めることによって、右旋円偏波の最大利得方向の傾きが所望の値となるループアンテナ５０を製造することが可能になる。

上述したように、ループアンテナ５０においては、第１の無給電素子５４と第２の無給電素子５５との間のギャップ５６について、その間隔を適宜調整することによって、ＶＳＷＲ値を低下させることができる。この点について、図１９を参照して説明する。

図１９は、１．５７５ＧＨｚ近傍におけるループアンテナ５０のＶＳＷＲ特性を示すグラフである。図１９において、ＶＳＷＲ０は、第１の無給電素子５４及び第２の無給電素子５５の双方を取り去った場合のＶＳＷＲ特性を表し、ＶＳＷＲ１は、第１の無給電素子５４及び第２の無給電素子５５の双方を付加した後のＶＳＷＲ特性を表し、ＶＳＷＲ１は、第１の無給電素子５４及び第２の無給電素子５５の双方を付加し、更に、１．５７５ＧＨｚのＶＳＷＲ値を最小化するようギャップ５６のギャップ間隔を調整した後のＶＳＷＲ特性を示す。

図１９に示すように、第１の無給電素子５４及び第２の無給電素子５５の双方を付加することによって、１．５ＧＨｚ以下の帯域においてＶＳＷＲ値が低下し、更に、ギャップ５６のギャップ間隔を調整することによって、１．５７５ＧＨｚにおけるＶＳＷＲ値が低下する。

このように、ギャップ５６のギャップ間隔を調整することによって、所望の周波数におけるＶＳＷＲ値を変化させることができる。したがって、所望の周波数におけるＶＳＷＲ値を測定しながらギャップ５６のギャップ間隔を調整する工程を含めることによって、所望の周波数において低いＶＳＷＲ値を有するループアンテナ５０を製造することが可能になる。

ループアンテナ５０において、放射素子５１は楕円の周上に配置されるものとしたが、これに限定されるものではない。例えば、放射素子５１は、図２０に示すようにメアンダ化されていてもよいし、図２１に示すように長方形の周上に配置されていてもよい。また、ループアンテナ５０において、短絡部５３ａ〜５３ｂは、図２１に示すように省略してもよい。

〔ダイポールアンテナの特性に関する補足〕
なお、アンテナ２（ダイポールアンテナ）は、アンテナ１（図１参照）及びアンテナ３（図９参照）と組み合わせることなく、単体で利用しても良好な特性が得られるものである。以下、アンテナ２を単体で用いた場合の特性について、図２２〜図２４に基づいて補足する。

図２２（ａ）は、アンテナ２の構成例を示す平面図である。図２２（ａ）に示すアンテナ２においては、短絡部及び接地部が省略されている。

図２２（ｂ）は、図２２（ａ）に示すように構成されたアンテナ２のＶＳＷＲ特性を示すグラフである。図２２（ａ）に示すＶＳＷＲ特性は、アンテナ２を単体で利用した場合（アンテナ１及びアンテナ３と組み合わせずに使用した場合）のＶＳＷＲ特性である。

アンテナ２は、短絡部及び接地部を省略したとしても、図２２（ｂ）に示すように、要求帯域（ＤＡＢ帯域）内に共振点を有する。ただし、短絡部及び接地部を省略した場合、図２２（ｂ）に示すように、ＶＳＷＲの値が閾値（例えば４）以下になる帯域の幅は狭い。

図２３（ａ）は、アンテナ２の他の構成例を示す平面図である。図２３（ａ）に示すアンテナ２は、３つの短絡部２２ａ１〜２２ａ３と２つの接地部２２ｂ１〜２２ｂ２とを有している。

３つの短絡部２２ａ１〜２２ａ３は、何れも、第２の放射素子２２を構成する区間のうち、互いに隣接する２つの区間を短絡するものである。より具体的に言うと、第１の短絡部２２ａ１は、第２の放射素子２２を構成する直線部のうち、第１の放射素子２１の下方（第２の放射素子２２の内周側の端部が配置される側）に位置する２本の直線部（内周側から数えて３〜４番目の直線部）を短絡する。また、第２の短絡部２２ａ２は、第２の放射素子２２を構成する直線部のうち、第１の放射素子２１の上方（第２の放射素子２２の内周側の端部が配置される側と反対側）に位置する２本の直線部（内周側から数えて１〜２番目の直線部）を短絡する。また、第３の短絡部２２ａ３は、第２の放射素子２２を構成する直線部のうち、第１の放射素子２１の上方に位置する２本の直線部（内周側から数えて１〜２番目の直線部）を短絡する。

２つの接地部２２ｂ１〜２２ｂ２は、何れも、第２の放射素子２２の最外周を構成する区間をグランドに接続するものである。より具体的に言うと、第１の接地部２２ｂ１は、第２の放射素子２２の最外周を構成する四分円部のうち、第１の放射素子２１の左上に位置する四分円部上の点をグランドに接続する。また、第２の接地部２２ｂ２は、第２の放射素子２２の最外周を構成する四分円部のうち、第１の放射素子２１の左下に位置する四分円部上の点をグランドに接続する。

図２３（ｂ）は、図２３（ａ）に示すように構成されたアンテナ２のＶＳＷＲ特性を示すグラフである。図２３（ａ）に示すＶＳＷＲ特性は、アンテナ２を単体で利用した場合（アンテナ１及びアンテナ３と組み合わせずに使用した場合）のＶＳＷＲ特性である。

短絡部２２ａ１〜２２ａ３及び接地部２２ｂ１〜２２ｂ２を設けたことによって、ＶＳＷＲの値が閾値（例えば４）以下になる帯域の幅が拡がることが、図２３（ｂ）から確かめられる。このように帯域の幅が拡がる要因としては、短絡部２２ａ１〜２２ａ３を設けたことによって、放射素子２２上に形成される電流路のバリエーションが増大した結果生じる、共振点の生成又はシフトが挙げられる。

図２４（ａ）は、アンテナ２の更に他の構成例を示す平面図である。図２４（ａ）に示すアンテナ２は、２つの短絡部２２ａ１〜２２ａ２と２つの接地部２２ｂ１〜２２ｂ２とを有している。

２つの短絡部２２ａ１〜２２ａ２は、何れも、第２の放射素子２２を構成する区間のうち、互いに隣接する３つ以上の区間を短絡するものである。より具体的に言うと、第１の短絡部２２ａ１は、第２の放射素子２２を構成する直線部のうち、第１の放射素子２１の下方（第２の放射素子２２の内周側の端部が配置される側）に位置する６本の直線部（内周側から数えて１〜６番目の直線部）を短絡する。また、第２の短絡部２２ａ２は、第２の放射素子２２を構成する直線部のうち、第１の放射素子２１の上方（第２の放射素子２２の内周側の端部が配置される側と反対側）に位置する５本の直線部（内周側から数えて４〜８番目の直線部）を短絡する。

２つの接地部２２ｂ１〜２２ｂ２は、何れも、第２の放射素子２２の最外周を構成する区間をグランドに接続するものである。より具体的に言うと、第１の接地部２２ｂ１は、第２の放射素子２２の最外周を構成する四分円部のうち、第１の放射素子２１の左上に位置する四分円部上の点をグランドに接続する。また、第２の接地部２２ｂ２は、第２の放射素子２２の最外周を構成する四分円部のうち、第１の放射素子２１の左下に位置する四分円部上の点をグランドに接続する。なお、第１の接地部２２ｂ１は、第２の放射素子２２を構成する四分円部のうち、第１の放射素子２１の左上に位置する４本の四分円部（外周側から数えて１〜４番目の四分円部）を短絡する短絡部を兼ねている。

図２４（ｂ）は、図２４（ａ）に示すように構成されたアンテナ２のＶＳＷＲ特性を示すグラフである。図２４（ａ）に示すＶＳＷＲ特性は、アンテナ２を単体で利用した場合（アンテナ１及びアンテナ３と組み合わせずに使用した場合）のＶＳＷＲ特性である。

短絡部２２ａ１〜２２ａ２及び接地部２２ｂ１〜２２ｂ２を設けたことによって、ＶＳＷＲの値が閾値（例えば４）以下になる帯域の幅が更に拡がることが、図２４（ｂ）から確かめられる。このように帯域の幅が拡がる要因としては、短絡部２２ａ１〜２２ａ２を用いて短絡する第１の放射素子２１の区間の数を３以上としたことによって、放射素子２２上に形成される電流路のバリエーションが更に増大した結果生じる、更なる共振点の生成又はシフトが挙げられる。

〔付記事項〕
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

本発明は、例えば、移動体又は移動端末に搭載するアンテナ装置として、あるいは、そのようなアンテナ装置に搭載するアンテナとして、好適に利用することができる。移動体の例としては、自動車、鉄道車両、船舶などが挙げられる。移動端末の例としては、携帯電話端末、ＰＤＡ（Personal Digital Assistance）、タブレット型ＰＣ（Personal Computer）などが挙げられる。

１ アンテナ（３Ｇ／ＬＴＥ用、逆Ｆアンテナ）
１１ 地板
１２ 放射素子
１２ｄ 分枝
１３ 短絡部
２ アンテナ（ＤＡＢ用、ダイポールアンテナ）
２１ 放射素子
２２ 放射素子
２２ａ１ 短絡部
２２ａ２ 短絡部
２２ｂ１ 接地部
２２ｂ２ 接地部
３ アンテナ（ＧＰＳ用、ループアンテナ）
３１ 放射素子
３２ａ 短絡部
３２ｂ 短絡部
３３ 無給電素子
１００ アンテナ装置（車載用）
１０１ 金属ベース
１０２ 回路基板
１０３ ゴムベース
１０４ スペーサ
１０５ レドーム

Claims (3)

1. ２次元面内に形成された第１の放射素子と第２の放射素子とを備えたダイポールアンテナであって、
   上記第１の放射素子は、直線状であり、
   上記第２の放射素子は、上記第１の放射素子の周りを旋回する螺旋状である、
   ことを特徴とするダイポールアンテナ。
2. 上記第２の放射素子上の異なる点同士を短絡する短絡部と、上記第２の放射素子の最外周上の点をグランドに接続する接地部と、を更に備えている、
   ことを特徴とする請求項１に記載のダイポールアンテナ。
3. 上記短絡部は、上記第２の放射素子を構成する区間のうち、互いに隣接する３つ以上の区間の短絡する、
   ことを特徴とする請求項２に記載のダイポールアンテナ。