JP5692464B2 - デルタ平面パッチアンテナ装置 - Google Patents

Description

以下で説明する実施の形態は、平面アンテナ装置に関し、特に、短距離の無線装置に用いられ、エンドファイア放射パターンから表面波を発生する、デルタ平面パッチアンテナ装置に関する。

平面パッチアンテナは、小さいサイズの装置として製造できるという優位点がある。Bluetooth(登録商標), Zigbee(登録商標) or BAN (Body Area Network)のような技術を用いる短距離無線通信装置は、ウェアラブルなデバイスを含む。より具体的には、ＢＡＮ技術は、例えば、複数の軽量なウェアラブルな検出装置を用い、人体の生体データや体の近傍のデータを集める。従って、ＢＡＮ装置の要求は、小さなアンテナを有するＲＦモジュールを用い、人体に取り付けられる他のウェアラブルな検出装置と効果的に通信することである。

ＢＡＮ検出装置の重要な要求は、人体に取り付けられる装置が互いに効率的に通信できるように、エンドファイア方向の放射パターンを有する表面波を発生することである。従って、BAN装置への要求は、小さくて、人体に平行な放射を行えることである。

人体は高い誘電率を有し、ＲＦ帯やマイクロ波帯の電磁波信号が人体を貫通することを妨げる。人体の表面は反射表面のように作用する。

モノポールやマイクロストリップパッチのような従来のアンテナは、人体の上に位置するときに人体の外側に向かってエネルギを放射する傾向がある。モノポールをウェアラブルな装置に設置することは実現可能ではない、パッチアンテナを配置することは大きなスペースが必要になる、人体の上での通信では効率的ではない、等の不便な点がある。

特開平09-153733号公報

例えば、周知の逆Ｆアンテナ装置がある。アンテナの異なるインピーダンス特性を実現するために、ショートホールやスリットを給電点に設けている。

逆Ｆアンテナは、主に垂直な方向に電磁波を放射し、水平方向には強い指向性を示さない。逆Ｆアンテナは水平方向におけるエンドファイア指向放射パターンを有しないため、逆Ｆアンテナは水平方向の指向性が要求される状況には適さない。

そこで、表面波を放射できるアンテナ装置を提供することを目的とする。

本発明の実施の形態のデルタ平面パッチアンテナ装置は、絶縁体製の基板と、前記基板の第1面に形成され、平面視でデルタ形状のアンテナエレメントと、前記基板の前記第1面とは反対の第2面に形成されるグランドエレメントと、前記アンテナエレメントの角部の近傍に配設され、前記アンテナエレメントと前記グランドエレメントを電気的に接続する接続部と、前記接続部の近傍に配設され、前記接続部と結合される給電点とを含み、前記アンテナエレメントは、通信周波数の１／４波長に対応する長さを有し、エンドファイア放射パターンで表面波を放射する。

表面波を放射できるアンテナ装置を提供することができる。

実施の形態１のデルタ平面パッチアンテナ装置を示す上面透視図である。 実施の形態１のデルタ平面パッチアンテナ装置を示す下面透視図である。 実施の形態１のデルタ平面パッチアンテナ装置を図１ＡのＡ−Ａ矢視断面で示す図である。 実施の形態１のデルタ平面パッチアンテナ装置を図１ＡのＢ−Ｂ矢視断面で示す図である。 実施の形態１のデルタ平面パッチアンテナ装置を示す平面図である。 実施の形態１のデルタ平面パッチアンテナ装置１００のＳパラメータのＳ１１特性を示す図である。 デルタ平面パッチアンテナ装置１００のＹ−Ｚ平面における指向性を示す図である。 実施の形態１のデルタ平面パッチアンテナ装置１００の三次元の指向性を示す図である。 実施の形態１の変形によるデルタ平面パッチアンテナ装置１００Ａを示す平面図である。 実施の形態２のデルタ平面パッチアンテナ装置を示す上面透視図である。 実施の形態２のデルタ平面パッチアンテナ装置を示す下面透視図である。 実施の形態２のデルタ平面パッチアンテナ装置を図６ＡのＡ−Ａ矢視断面で示す図である。 実施の形態２のデルタ平面パッチアンテナ装置を図６ＡのＢ−Ｂ矢視断面で示す図である。 実施の形態２のデルタ平面パッチアンテナ装置を示す平面図である。 デルタ平面パッチアンテナ装置２００のＸ−Ｙ平面における指向性を示す図である。 実施の形態２のデルタ平面パッチアンテナ装置２００の三次元の指向性を示す図である。 実施の形態３のデルタ平面パッチアンテナ装置３００を示す上面透視図である。 実施の形態３のデルタ平面パッチアンテナ装置３００を示す平面図である。 デルタ平面パッチアンテナ装置３００のＸ−Ｙ平面における指向性を示す図である。 実施の形態３のデルタ平面パッチアンテナ装置３００の三次元の指向性を示す図である。

発明の目的及び優位点は、添付の特許請求の範囲に記載される要素及び組み合わせによって実現され、達成される。

以上の概略的な説明と以下の詳細な説明は例示的なものであり、かつ、説明のためのものであり、特許請求の範囲に記載の発明のように限定されるものではない。

デルタ平面パッチアンテナ装置の実施の形態について図面を参照しながら説明を行う。

以下で説明する実施の形態１乃至３のデルタ平面パッチアンテナ装置は、表面波を放射する。このため、デルタ平面パッチアンテナ装置は、複数のデルタ平面パッチアンテナ装置同士が横方向に通信する利用形態、すなわち、デルタ平面パッチアンテナ装置の表面に平行な方向に通信する形態に適している。そのような適用形態の一例は、Body Area Network (BAN)である。

近年、BANは工業界及び研究界の人々から新たな研究分野として注目されている。これは、BANがヘルスケア、高齢者の健康のサポート、エンターテイメント等の解決策としての可能性を秘めているからである。

BAN技術の主要な部分は、人体の生理学的データ、人体近傍のデータ等を集めるのに複数の計量でウェアラブルな検出装置を用いることである。ＢＡＮ装置の要求は、小さなアンテナを有するＲＦモジュールを用い、人体に取り付けられる他のウェアラブルな検出装置と効果的に通信することである。

ＢＡＮ検出装置の重要な要求は、人体に取り付けられるBAN装置同士が互いに効率的に通信できるように、表面波を発生することである。従って、デルタ平面パッチアンテナ装置への要求は、小さくて、人体に平行な放射を行えることである。

従って、以下ではBANに適用した実施の形態１乃至３について説明する。以下では、実施の形態１乃至３によるデルタ平面パッチアンテナ装置について、図面を参照しながら説明を行う。

＜実施の形態１＞
図１Ａは、実施の形態１のデルタ平面パッチアンテナ装置を示す上面透視図である。図１Ｂは、実施の形態１のデルタ平面パッチアンテナ装置を示す下面透視図である。図１Ｃは、実施の形態１のデルタ平面パッチアンテナ装置を図１ＡのＡ−Ａ矢視断面で示す図である。図１Ｄは、実施の形態１のデルタ平面パッチアンテナ装置を図１ＡのＢ−Ｂ矢視断面で示す図である。図１Ｅは、実施の形態１のデルタ平面パッチアンテナ装置を示す平面図である。

図１Ａ〜１Ｅでは、図示するようにＸ−Ｙ−Ｚ座標系を定義する。

実施の形態１のデルタ平面パッチアンテナ装置１００は、基板１０１、アンテナエレメント１０２、グランドエレメント１０３、給電点１０４、及び接続板１０５を含む。

実施の形態１のデルタ平面パッチアンテナ装置１００では、基板１０１は例えばエポキシ樹脂のような絶縁体によって形成される。ＦＲ４(Flame Retardant Type 4)規格のベース材料のガラスエポキシ樹脂に銅箔を形成したものを基板１０１として用いることができる。基板１０１は、矩形状の平板形状に形成される。基板１０１を貫通する孔部１０１Ａは、例えば、レーザドリルによって形成すればよい。基板１０１の厚さは、例えば１ｍｍから２ｍｍである。

アンテナエレメント１０２は、基板１０１の上面に形成される。アンテナエレメント１０２は、平面視でデルタ形状（三角形状）に形成される。アンテナエレメント１０２は、例えば銅のような金属で形成される。アンテナエレメント１０２は、例えば、基板１０１の上面に配設される銅箔をパターニングすることによって形成される。アンテナエレメント１０２の厚さは、例えば、０．０３５ｍｍである。

図１Ｅに示すように、基板１０１、アンテナエレメント１０２、グランドエレメント１０３、給電点１０４、及び接続板１０５は、デルタ平面パッチアンテナ装置１００の中心線Ｌ１に対して対称に配設されている。中心線Ｌ１は、Ｙ軸に沿って伸延している。

図１Ｅに示すように、アンテナエレメント１０２は、エッジ（縁）１０２Ａ〜１０２Ｄを有する。エッジ１０２Ａ、１０２Ｂ、及び１０２Ｃはデルタ形状（三角形状）を形成する。エッジ１０２Ｄは、エッジ１０２Ａ〜１０２Ｄの中で最も短いエッジである。エッジ１０２Ｄは、ショートエッジの一例である。エッジ１０２Ｄは、エッジ１０２Ａと１０２Ｂとの間に位置している。エッジ１０２Cは、エッジ１０２Dのオポジットエッジ（反対側エッジ）の一例である。エッジ１０２Ｄの長さは、一例として通信周波数における波長の１／１６である。

エッジ１０２Ｄは、接続板１０５がアンテナエレメント１０２に接続される角部１０２Ｅに位置している。エッジ１０２Ｄの長さは、エッジ１０２Ｃの長さよりも非常に短い。

角部１０２Ｅから伸延するエッジ１０２Ａ及び１０２Ｂの長さは、通信周波数における波長の１／４である。波長は基板１０１の比誘電率等に応じて変化するため、エッジ１０２Ａ及び１０２Ｂの長さは、基板１０１の比誘電率を考慮して得られる波長の１／４に設定してもよい。

実施の形態１では、アンテナエレメント１０２は、通信周波数の波長の１／４に対応する長さを有する。

例えば、通信周波数が２．４５ＧＨｚで、基板１０１の比誘電率が４．０の場合には、１／４波長は約１５ｍｍである。この場合、エッジ１０２及び１０２Ｂの長さは１５ｍｍに設定される。

エッジ１０２Ｃの長さは、エッジ１０２Ｄの長さよりも非常に長い。エッジ１０２Ｃの長さは、エッジ１０２Ｄの長さよりも長ければ、任意の長さに設定することができる。

グランドエレメント１０３は、基板１０１の底面に形成される。グランドエレメント１０３は、例えば、銅のような金属で形成される。グランドエレメント１０３の厚さは、例えば、０．０３５ｍｍである。グランドエレメント１０３のサイズは、底面視で基板１０１と等しい。グランドエレメント１０３は、例えば、基板１０１の底面に銅箔を貼り付けることによって形成される。グランドエレメント１０３の厚さは、例えば、０．０３５ｍｍである。

アンテナエレメント１０２からＸ軸方向及びＹ軸方向に伸延するグランドエレメント１０３の伸延部の長さは、通信周波数における１／４波長よりも短い。図１Ｅに示すように、グランドエレメント１０３の伸延部のＸ軸方向及びＹ軸方向の最大長は、それぞれ、Ｌｘ、Ｌｙである。

長さＬｘは、アンテナエレメント１０２の頂点１０２Ｆと、グランドエレメント１０３のエッジ１０３Ｂとの間の長さとして与えられる。頂点１０２Ｆは、エッジ１０２Ａと１０２Ｄの間に位置する。エッジ１０３Ｂは、グランドエレメント１０３のエッジのうち、Ｘ軸負方向側に位置するエッジである。

長さＬｙは、アンテナエレメント１０２の頂点１０２Ｇと、グランドエレメント１０３のエッジ１０３Ｃとの間の長さとして与えられる。頂点１０２Ｇは、エッジ１０２Ａと１０２Ｃの間に位置する。エッジ１０３Ｃは、グランドエレメント１０３のエッジのうち、Ｙ軸負方向側に位置するエッジである。

実施の形態１におけるグランドエレメント１０３の伸延部のＸ軸及びＹ軸方向の長さは通信周波数の１／４波長未満であるため、グランドエレメント１０３及び基板１０１のサイズを低減することができる。

グランドエレメント１０３は、グランドエレメント１０３を貫通する開口部１０３Ａを有する。開口部１０３Ａは、同軸ケーブル１５を挿通させるために用いられる。従って、開口部１０３Ａの位置は、平面視で給電点１０４の位置に対応（一致）している。開口部１０３Ａは、基板１０１の孔部１０１Ａと連通している。

同軸ケーブル１５の信号線１５Ａは、開口部１０３Ａを介して、孔部１０１Ａの内部に挿入される。信号線１５Ａは、アンテナエレメント１０２に例えばはんだで接続される。信号線１５Ａがアンテナエレメント１０２に接続される部分は、給電点１０４になる。

同軸ケーブル１５のシールドライン１５Ｂは、例えばはんだでグランドエレメント１０３に接続される。

給電点１０４は、接続板１０５の近傍に配設され、接続板１０５と結合される。

接続板１０５は、アンテナエレメント１０２のエッジ１０２Ｄに沿って、基板１０１の内部に形成される。接続板１０５は、アンテナエレメント１０２とグランドエレメント１０３とを接続し、エッジ１０２のＸ軸方向における長さと等しい長さを有する。接続板１０５は、接続部の一例である。接続板１０５は、エッジ１０２Ｄにおいてアンテナエレメント１０２とグランドエレメント１０３とを接続するので、エッジ１０２Ａ、１０２Ｂ、及び１０２Ｃは、オープンエッジを構築する。

図１Ｄに示す接続板１０５と給電点１０４との間の距離（ギャップ）Ｄ２は、例えば、通信周波数における波長の１／３０である。
例えば、通信周波数が２．４５ＧＨｚで、基板１０１の比誘電率が４．０の場合は、距離Ｄ２は約２ｍｍである。

実施の形態１では、給電点１０４と接続板１０５は上述のように近接して配置されるため、給電点１０４と接続板１０５の結合は強くなる。

図２は、実施の形態１のデルタ平面パッチアンテナ装置１００のＳパラメータのＳ１１特性を示す図である。Ｓ１１特性は、Zigbee、Bluetooth又はBANの標準周波数である２．４５ＧＨｚの通信周波数に対して最適化されたデルタ平面パッチアンテナ装置１００から得られたものである。

図２に示すように、Ｓ１１特性は２．４５ＧＨｚにおいて最小値である−８．６ｄＢを示した。従って、デルタ平面パッチアンテナ装置１００のリターン損失は非常に小さい。

図３は、デルタ平面パッチアンテナ装置１００のＹ−Ｚ平面における指向性を示す図である。図４は、実施の形態１のデルタ平面パッチアンテナ装置１００の三次元の指向性を示す図である。図３及び図４の指向性は、電磁界解析によって得たものである。

図３及び図４に示すように、デルタ平面パッチアンテナ装置１００はＹ方向に沿って強い指向性を示している。デルタ平面パッチアンテナ装置１００のＺ方向における放射は、従来のアンテナ装置に比べて低減されている。

これは、デルタ平面パッチアンテナ装置１００は、主にＹ方向に放射していることを示している。デルタ平面パッチアンテナ装置１００のＹ方向は、デルタ平面パッチアンテナ装置１００の表面に平行であるため、デルタ平面パッチアンテナ装置１００は、Ｙ方向に表面はを放射する。Ｙ方向はデルタ平面パッチアンテナ装置１００のエンドファイア（一様励振）方向である。エンドファイア方向は、給電点１０４、接続板１０５のＸ方向の中点、及び、エッジ１０２ＣのＸ方向の中点を含む方向を向いている。従って、エッジ１０２Ｃ及び１０２Ｄは、デルタ平面パッチアンテナ装置１００のエンドファイア方向を横切っている。放射エネルギは、エンドファイア方向に集中する。

デルタ平面パッチアンテナ装置１００の電磁界解析によれば、給電点１０４と接続板１０５との間の距離Ｄ２が波長の１／３０以下の場合に表面波が支配的になる。これとは反対に、距離Ｄ２が波長の１／３０よりも長い場合には、Ｚ方向に沿った放射が支配的になる。

距離Ｄ２が波長の１／３０以下の場合は、給電点１０４と接続板１０５との結合が強くなり、デルタ平面パッチアンテナ装置１００は、表面波の放射を可能にする混合ＴＭモードを励起することと考えられる。

従って、給電点１０４と接続板の結合が強いことは、大変重要である。
実施の形態１のデルタ平面パッチアンテナ装置１００によれば、上述したようにエンドファイア方向に表面波を放射することが可能になる。

従って、実施の形態１のデルタ平面パッチアンテナ装置１００は、ＢＡＮに適している。

実施の形態１のデルタ平面パッチアンテナ装置１００では、グランドエレメント１０３の伸延部のＸ方向及びＹ方向の長さが通信周波数における１／４波長未満であるため、グランドエレメント１０３及び基板１０１のサイズを低減することが可能になる。

以上では、デルタ平面パッチアンテナ装置１００の給電点１０４と接続板１０５との間の距離Ｄ２が波長の１／３０である形態について説明したが、距離Ｄ２は波長の１／３０未満であってもよい。

以上では、デルタ平面パッチアンテナ装置１００が上述のような接続板１０５を含む形態について説明したが、デルタ平面パッチアンテナ装置１００は、接続板１０５の代わりに１又は複数のビアを含んでもよい。

以上では、デルタ平面パッチアンテナ装置１００が上述のようなエッジ１０２Ｄを含む形態について説明したが、デルタ平面パッチアンテナ装置１００は、エッジ１０２Ｄを含まなくてもよい。この場合には、アンテナエレメント１０２は三角形になる。

さらに、エッジ１０２Ｃの長さは、通信周波数における１／４波長の長さに設定されてもよい。

図５は、実施の形態１の変形によるデルタ平面パッチアンテナ装置１００Ａを示す平面図である。

デルタ平面パッチアンテナ装置１００Ａは、アンテナエレメント１２０が基板１０１の上面に形成されており、接続板１０５の代わりに、ビア１２１がアンテナエレメント１２０とグランドエレメント１０３とを接続している点がデルタ平面パッチアンテナ装置１００と異なる。

その他は、デルタ平面パッチアンテナ装置１００は、実施の形態１のデルタ平面パッチアンテナ装置１００と同一である。

図５に示すように、アンテナエレメント１２０は、平面視で三角形に形成されている。アンテナエレメント１２０は、３つのエッジ１２０Ａ、１２０Ｂ、及び１２０Ｃを有する。エッジ１２０Ａ、１２０Ｂ、及び１２０Ｃの長さは、通信周波数における１／４波長の長さである。エッジ１２０Ｃの長さは、１／４波長の長さよりも短くても、又は、長くてもよい。

ビア１２１は、角部１２０ＤにおいてＺ方向に形成されており、アンテナエレメント１２０とグランドエレメント１０３とを接続する。給電点１０４は、ビア１２１の近くに位置している。従って、給電点１０４とビア１２１の強力な結合が得られる。

デルタ平面パッチアンテナ装置１００Ａは、デルタ平面パッチアンテナ装置１００と同様に表面波を放射する。

<実施の形態２>
実施の形態２のデルタ平面パッチアンテナ装置は、ショートエッジの長さがエッジ１０２Ｄの長さよりも長い点がデルタ平面パッチアンテナ装置１００と異なる。その他は、実施の形態２のデルタ平面パッチアンテナ装置は、実施の形態１のデルタ平面パッチアンテナ装置１００と同一である。従って、デルタ平面パッチアンテナ装置１００と同一又は同等の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。

図６Ａは、実施の形態２のデルタ平面パッチアンテナ装置を示す上面透視図である。図６Ｂは、実施の形態２のデルタ平面パッチアンテナ装置を示す下面透視図である。図６Ｃは、実施の形態２のデルタ平面パッチアンテナ装置を図６ＡのＡ−Ａ矢視断面で示す図である。図６Ｄは、実施の形態２のデルタ平面パッチアンテナ装置を図６ＡのＢ−Ｂ矢視断面で示す図である。図７は、実施の形態２のデルタ平面パッチアンテナ装置を示す平面図である。

図６Ａ〜６Ｄ及び図７では、図示するようにＸ−Ｙ−Ｚ座標系を定義する。

実施の形態２のデルタ平面パッチアンテナ装置２００は、基板１０１、アンテナエレメント２０２、グランドエレメント１０３、給電点１０４、及び接続板１０５を含む。

アンテナエレメント２０２は、基板１０１の上面に形成される。アンテナエレメント２０２は、平面視でデルタ（三角）形状に形成される。アンテナエレメント２０２は、例えば、銅のような金属で形成される。アンテナエレメント２０２の厚さは、例えば、０．０３５ｍｍである。

図７に示すように、基板１０１、アンテナエレメント２０２、グランドエレメント１０３、給電点１０４、及び接続板１０５は、デルタ平面パッチアンテナ装置２００の中心線Ｌ２に対して対称に配設されている。中心線Ｌ２は、Ｙ軸に沿って伸延している。

図７に示すように、アンテナエレメント２０２は、エッジ（縁）２０２Ａ〜２０２Ｄを有する。エッジ２０２Ａ、２０２Ｂ、及び２０２Ｃはデルタ形状（三角形状）を形成する。エッジ２０２Ｄは、エッジ２０２Ａ〜２０２Ｄの中で最も短いエッジである。エッジ２０２Ｄは、ショートエッジの一例である。エッジ２０２Ｄの長さは、一例として通信周波数における波長の１／８である。エッジ２０２Ｄは、エッジ２０２Ａと２０２Ｂとの間に位置している。エッジ２０２Ｃは、エッジ２０２Ｄのオポジットエッジ（反対側エッジ）の一例である。

エッジ２０２Ｄは、接続板１０５がアンテナエレメント２０２に接続される角部２０２Ｅに位置している。エッジ２０２Ｄの長さは、エッジ２０２Ｃの長さよりも非常に短い。

中点２０２Ｉと角部２０２Ｇの間の長さは、通信周波数の１／４波長の長さである。同様に、中点２０２Ｉと角部２０２Ｈの間の長さは、通信周波数の１／４波長の長さである。中点２０２Ｉはエッジ２０２ＤのＸ方向における中点である。

実施の形態１のデルタ平面パッチアンテナ装置１００と同様に、グランドエレメント１０３の伸延部のＸ方向及びＹ方向の長さは、通信周波数における１／４波長の長さ未満である。

波長は基板１０１の比誘電率等に応じて変化するため、中点２０２Ｉと角部２０２Ｇとの間の距離、及び、中点２０２Ｉと角部２０２Ｈとの間の距離は、基板１０１の比誘電率を考慮した１／４波長の長さに設定されてもよい。

図８は、デルタ平面パッチアンテナ装置２００のＸ−Ｙ平面における指向性を示す図である。図９は、実施の形態２のデルタ平面パッチアンテナ装置２００の三次元の指向性を示す図である。図８及び図９の指向性は、電磁界解析によって得たものである。

図８及び図９に示すように、デルタ平面パッチアンテナ装置２００は、Ｙ方向における強い指向性を示している。

これは、デルタ平面パッチアンテナ装置２００は、主にＹ方向に放射していることを示している。デルタ平面パッチアンテナ装置２００のＹ方向は、デルタ平面パッチアンテナ装置２００の表面に平行であるため、デルタ平面パッチアンテナ装置２００は、Ｙ方向に表面を放射する。Ｙ方向はデルタ平面パッチアンテナ装置２００のエンドファイア（一様励振）方向である。エンドファイア方向は、給電点１０４、接続板１０５のＸ方向の中点、及び、エッジ２０２ＣのＸ方向の中点を含む方向を向いている。従って、放射エネルギはエンドファイア方向に集中する。

デルタ平面パッチアンテナ装置２００の電磁界解析によれば、給電点１０４と接続板１０５との間の距離Ｄ２が波長の１／３０以下の場合に表面波が支配的になる。これとは反対に、距離Ｄ２が波長の１／３０よりも長い場合には、Ｚ方向に沿った放射が支配的になる。

距離Ｄ２が波長の１／３０以下の場合は、給電点１０４と接続板１０５との結合が強くなり、デルタ平面パッチアンテナ装置２００は、表面波の放射を可能にする混合ＴＭモードを励起することと考えられる。

従って、給電点１０４と接続板の結合が強いことは、大変重要である。

実施の形態２のデルタ平面パッチアンテナ装置２００によれば、上述したようにエンドファイア方向に表面波を放射することが可能になる。

従って、実施の形態２のデルタ平面パッチアンテナ装置２００は、ＢＡＮに適している。

実施の形態２によれば、１／４波長の長さは、中点２０２Ｉと角部２０２Ｇとの間、及び、中点２０２Ｉと角部２０２Ｈとの間において得られる。

従って、実施の形態１のアンテナエレメント１０２に比べて、アンテナエレメント２０２のＹ方向におけるサイズを低減することができる。

従って、平面パッチアンテナ装置２００をＹ方向に短くすることができる。

<実施の形態３>
実施の形態３のデルタ平面パッチアンテナ装置は、接続板３０５がショートエッジ２０２Ｄの角に位置する点がデルタ平面パッチアンテナ装置２００と異なる。その他は、実施の形態３のデルタ平面パッチアンテナ装置は、実施の形態２のデルタ平面パッチアンテナ装置２００と同一である。従って、デルタ平面パッチアンテナ装置２００と同一又は同等の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。

図１０は、実施の形態３のデルタ平面パッチアンテナ装置３００を示す上面透視図である。図１０では、図示するようにＸ−Ｙ−Ｚ座標系を定義する。図１１は、実施の形態３のデルタ平面パッチアンテナ装置３００を示す平面図である。

実施の形態３のデルタ平面パッチアンテナ装置３００は、基板１０１、アンテナエレメント２０２、グランドエレメント１０３、給電点３０４、及び接続板３０５を含む。

接続板３０５は、エッジ２０２Ｄに沿って、エッジ２０２Ｄの角において基板１０１の内部に形成されている。接続板３０５は、実施の形態２の接続板１０５と同様であるが、接続板３０５がエッジ２０２Ｄの角部に位置するようにＸ軸負方向に位置がずらされている。接続板３０５の左側の端部の位置は、頂点２０２Ｆと一致する。頂点２０２Ｆは、アンテナエレメント２０２の４つの頂点のうち、エッジ２０２Ａと２０２Ｄが接続される頂点である。

接続板３０５は、アンテナエレメント２０２とグランドエレメント１０３とを接続し、実施の形態２における接続板１０５のＸ軸方向における長さと等しい長さを有する。接続板３０５は、接続部の一例である。接続板３０５は、エッジ２０２Ｄの端部においてアンテナエレメント２０２とグランドエレメント１０３とを接続するので、エッジ２０２Ａ、２０２Ｂ、及び２０２Ｃは、オープンエッジを構築する。

給電点３０４は、平面視で、中点３０５Ａを通り、エッジ２０２Ｃと２０２Ｄとに垂直な直線Ｌ３の上に位置する。中点３０５Ａは、接続板３０５のＸ方向における中点である。

図１０及び図１１に示すように、基板１０１、アンテナエレメント２０２、及びグランドエレメント１０３は、デルタ平面パッチアンテナ装置３００の中心線に対して対称に配設されている。中心線は、Ｙ軸に沿って伸延している。

給電点３０４と接続板３０５は、中心線に対して非対称に配設されている。

図１０に示す接続板３０５と給電点３０４との間の距離（ギャップ）は、例えば、通信周波数における波長の１／３０の長さである。給電点３０４と接続板３０５は上述のように互いに近接して配置されているため、給電点３０４と接続板３０５の結合は強くなる。

中点３０５Ａと、中点３０５Ａから最も遠いアンテナエレメント２０２の点である頂点２０２Ｈとの間の距離は、通信周波数における１／４波長の長さである。従って、実施の形態２のデルタ平面パッチアンテナ装置２００に比べて、デルタ平面パッチアンテナ装置３００のサイズを低減することができる。

中点３０５Ａは、実施の形態２のデルタ平面パッチアンテナ装置２００の中点２０２Ｉに比べて左側に位置がずらされているため、エンドファイア方向は、直線Ｌ３に比べて頂点２０２Ｈの方にずらされる。

実施の形態２のデルタ平面パッチアンテナ装置２００と同様に、グランドエレメント１０３の伸延部のＸ方向及びＹ方向の長さは、通信周波数における１／４波長の長さ未満である。

波長は基板１０１の比誘電率等に応じて変化するため、中点３０５Ａと角部２０２Ｈとの間の距離は、基板１０１の比誘電率を考慮した１／４波長の長さに設定されてもよい。

図１２は、デルタ平面パッチアンテナ装置３００のＸ−Ｙ平面における指向性を示す図である。図１３は、実施の形態３のデルタ平面パッチアンテナ装置３００の三次元の指向性を示す図である。図１２及び図１３の指向性は、電磁界解析によって得たものである。

図１２及び図１３に示すように、デルタ平面パッチアンテナ装置３００は、Ｙ方向における強い指向性を示している。

これは、デルタ平面パッチアンテナ装置３００は、主にＹ方向に放射していることを示している。デルタ平面パッチアンテナ装置３００のＹ方向は、デルタ平面パッチアンテナ装置３００の表面に平行であるため、デルタ平面パッチアンテナ装置３００は、Ｙ方向に表面はを放射する。Ｙ方向はデルタ平面パッチアンテナ装置３００のエンドファイア（一様励振）方向である。エンドファイア方向は、中点３０５Ａと、エッジ２０２Ｃの中点を含む方向を向いている。従って、放射エネルギはエンドファイア方向に集中する。

デルタ平面パッチアンテナ装置３００の電磁界解析によれば、給電点３０４と接続板３０５との間の距離Ｄ２が波長の１／３０以下の場合に表面波が支配的になる。これとは反対に、距離Ｄ２が波長の１／３０よりも長い場合には、Ｚ方向に沿った放射が支配的になる。

距離Ｄ２が波長の１／３０以下の場合は、給電点３０４と接続板３０５との結合が強くなり、デルタ平面パッチアンテナ装置３００は、表面波の放射を可能にする混合ＴＭモードを励起することと考えられる。

従って、給電点３０４と接続板３０５の結合が強いことは、大変重要である。

実施の形態３のデルタ平面パッチアンテナ装置３００によれば、上述したようにエンドファイア方向に表面波を放射することが可能になる。

従って、実施の形態３のデルタ平面パッチアンテナ装置３００は、ＢＡＮに適している。

実施の形態３によれば、１／４波長の長さは、中点３０５Ａと頂点２０２Ｈとの間で得られる。

従って、実施の形態２のアンテナエレメント２０２に比べて、アンテナエレメント２０２のＹ方向におけるサイズを低減することができる。

従って、平面パッチアンテナ装置３００をＹ方向に短くすることができる。

デルタ平面パッチアンテナ装置の好適な実施の形態と変形について説明した。しかしながら、本発明は、これらの形態や変形に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の技術的範囲の中で様々な変形や代替が実現可能である。
ここで用いたすべての例及び条件的な文言は、読み手が本発明とその概要を理解することを助けるために用いられたものであり、上述の例や条件に限定することなく解釈されるものであり、説明中における上述の例示的な構成は、本発明の優位性や劣等性を示すものではない。

以上では本発明の実施の形態について詳細に説明したが、本発明の精神及び技術的範囲から逸脱することなく、様々な変更、置き換え、及び代替が実現可能である。

Claims (8)

1. 絶縁体製の基板と、
   前記基板の第1面に形成され、平面視でデルタ形状のアンテナエレメントと、
   前記基板の前記第1面とは反対の第2面に形成されるグランドエレメントと、
   前記アンテナエレメントの角部の近傍に配設され、前記アンテナエレメントと前記グランドエレメントを電気的に接続する接続部と、
   前記接続部の近傍に配設され、前記接続部と結合される給電点と
   を含み、
   前記アンテナエレメントは、通信周波数の１／４波長に対応する長さを有し、エンドファイア放射パターンで表面波を放射する、デルタ平面パッチアンテナ装置。
2. 前記アンテナエレメントは、前記角部から伸延する２つのエッジを有し、前記２つのエッジの長さは前記通信周波数の１／４波長に対応する、請求項１記載のデルタ平面パッチアンテナ装置。
3. 前記アンテナエレメントは、さらに前記アンテナエレメントの前記角部で前記２つのエッジの間に位置するショートエッジをさらに有し、前記ショートエッジの長さは、前記２つのエッジの間で反対側に位置するオポジットエッジよりも短い、請求項２記載のデルタ平面パッチアンテナ装置。
4. 前記グランドエレメントの伸延部の長さは、前記通信周波数の１／４波長未満である、請求項１乃至３のいずれか一項記載のデルタ平面パッチアンテナ装置。
5. 前記接続部は、前記基板を貫通するビアである、請求項１乃至４のいずれか一項記載のデルタ平面パッチアンテナ装置。
6. 前記接続部は、前記基板を貫通する導電壁である、請求項１乃至４のいずれか一項記載のデルタ平面パッチアンテナ装置。
7. 前記給電点と前記接続部との間の平面視におけるギャップは、前記通信周波数における波長の１／３０以下である、請求項１乃至６のいずれか一項記載のデルタ平面パッチアンテナ装置。
8. 前記接続部と前記給電点は、前記アンテナエレメントの中心線に対して非対称に配設される、請求項１乃至７のいずれか一項記載のデルタ平面パッチアンテナ装置。

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