JP5891359B2 - 複共振型アンテナ装置 - Google Patents

Description

本発明は、複数の周波数で動作するアンテナパターンを備えた複共振型アンテナ装置に関する。

近年、車両には、様々な無線通信システム（例えば、ＡＭ／ＦＭ放送、地上デジタル放送、ＧＰＳ、ＶＩＣＳ、ＥＴＣ）が搭載されている。各々の通信システムに対応するためには、数多くのアンテナが必要となることから、複数の周波数に対応するアンテナを設けることで、アンテナの小型化、低コスト化を図っている。

このようなアンテナ装置として、地導体上の誘電体ブロックの表面に２種類のアンテナ電極を設け、地導体の一方の面をグランド側とし、当該２種類のアンテナ電極へ給電する給電線路を地導体の他方の面に形成し、各々のアンテナ電極の給電点に挿入された給電ピンを介して給電線路と電気的に接続することで、当該２種類のアンテナ電極間の相互作用による影響を低減する複共振型誘電体アンテナが知られている（特許文献１）。

また、有限導体板上に設けられた略板状の誘電体基板の表面に、２つのアンテナ素子を含むアンテナ用導体パターンを設け、当該２つのアンテナ素子のうち高周波帯で動作するアンテナ素子の給電点を当該誘電体基板の略中央部に設けることで、低周波帯域のアンテナ素子間のアイソレーションを改善（あるいは調整）することができる多周波共用アンテナが知られている（特許文献２）。

特開２００５−１９８３３５号公報 特開２００７−２６７０８８号公報

しかしながら、特許文献１に記載のアンテナでは、外側に配置されたアンテナ素子は、中心部を矩形状にくり抜かれた略環状形状となっているため、外側のアンテナ素子で共振する周波数帯におけるアンテナ効率が低下する。また、特許文献２に記載のアンテナでは、低周波帯域でのアイソレーションは考慮しているものの、アンテナの効率改善については全く考慮されていない。

本発明は、上記の事情に鑑みなされたものであり、アンテナ効率を改善することができる複共振型アンテナ装置を提供することを目的とする。

本発明の複共振型アンテナ装置は、誘電体基板と、誘電体基板上に形成された略環状形状の第１アンテナ素子と、第１アンテナ素子の内側に配置された第２アンテナ素子と、導電性材料で形成され、第１アンテナ素子の外周に沿うように、第１アンテナ素子から離れた位置に配置された複数の無給電素子とを備えた構成を有する。

この構成により、第１アンテナ素子で発生した磁界が無給電素子に流れ、第１アンテナ素子の両側エッジ部分で互いにキャンセルされる磁界の量を低減することができ、アンテナ効率の改善を図ることができる。

本発明の複共振型アンテナ装置において、複数の無給電素子として、第１アンテナ素子の外周に沿って均等に配置された、４つの矩形状の無給電素子であることが好ましい。また、この無給電素子は、第１アンテナ素子に向けて突出した突起部を設けても良く、これにより、第１アンテナ素子から無給電素子に流れこむ磁界が大きくなり、第１アンテナ素子の両側エッジ部分で互いにキャンセルされる磁界の量をさらに低減することができる。

また、本発明の複共振型アンテナ装置において、複数の無給電素子を互いに接続しても良い。これにより、第１アンテナ素子で発生する磁界分布のバランスが変化し、第１アンテナ素子の両側エッジ部分で互いにキャンセルされる磁界の量をさらに低減することができる。

本発明の複共振型アンテナ装置において、第１及び第２アンテナ素子とは反対側の前記誘電体基板上に設けられた地導体をさらに備え、複数の無給電素子は、地導体と電気的に接続されている構成を有する。この構成によっても、第１アンテナ素子で発生する磁界分布のバランスが変化し、第１アンテナ素子の両側エッジ部分で互いにキャンセルされる磁界の量をさらに低減することができる。

本発明によれば、略環状アンテナ素子の外側に複数の無給電素子を配置することにより、アンテナ素子の周囲でキャンセルされる磁束の量を低減することができ、アンテナ効率の改善を図ることができる。

本発明の第１の実施形態における複共振型アンテナ装置の平面図 図１のＡ−Ａ’線に沿った断面図 （ａ）は、図１６のＤ−Ｄ’線に沿った断面における磁界分布を示す説明図（ｂ）は、図１のＢ−Ｂ’線に沿った断面における磁界分布を示す説明図 本発明の第２の実施形態における複共振型アンテナ装置の平面図 図４のＣ−Ｃ’線に沿った断面図 本発明の第３の実施形態における複共振型アンテナ装置の平面図 本発明の第４の実施形態における複共振型アンテナ装置の平面図 本発明の第５の実施形態における複共振型アンテナ装置の平面図 本発明の第６の実施形態における複共振型アンテナ装置の平面図 本発明の第７の実施形態における複共振型アンテナ装置の平面図 本発明の第８の実施形態における複共振型アンテナ装置の平面図 本発明の第９の実施形態における複共振型アンテナ装置の平面図 本発明の第１０の実施形態における複共振型アンテナ装置の平面図 本発明の第１１の実施形態における複共振型アンテナ装置の平面図 本発明の第１２の実施形態における複共振型アンテナ装置の平面図 従来構成の複共振型アンテナ装置の平面図 従来構成のさらに別の複共振型アンテナ装置の平面図

以下、本発明の好適な実施形態に係るアンテナ装置について、図面を用いて説明する。

（第１の実施形態）
図１及び図２は、第１の実施形態に係る複共振型アンテナ装置を示すものであり、図１は平面図を、図２は断面図を示す。複共振型アンテナ装置１は、基板１０と、この基板１０上に形成された第１アンテナ素子１１、第２アンテナ素子１２、地板１３、第１〜第４無給電素子１４〜１７、第１給電用スルーホール１８ａ、第２給電用スルーホール１８ｂ、第１給電部１９ａ及び第２給電部１９ｂを備える。

基板１０は、例えば、縦横の長さＬ１が５８ｍｍ、厚さＤ１が１．６ｍｍの略直方体形状の誘電体であり、その誘電率εｒは、例えば４．２３である。

第１アンテナ素子１１は、基板１０の上面（＋Ｚ側の面）に設けられ、導電性材料（例えば銅箔）で形成されている。第１アンテナ素子１１は、第２アンテナ素子１２を囲む略環状に形成され、例えば、外形寸法Ｌ２が３２．４８ｍｍの正方形であり、空隙寸法Ｌ３が２２．２２ｍｍの正方形の形状を有している。また、第１アンテナ素子１１は、第１給電用スルーホール１８ａ及び給電ライン（図示せず）を介して、第１給電部１９ａより給電され、例えば、１．５７５ＧＨｚの動作周波数で発振する。

第２アンテナ素子１２は、基板１０の上面（＋Ｚ側の面）に設けられ、導電性材料（例えば銅箔）で形成されている。第２アンテナ素子１２は、第１アンテナ素子１１の空隙内の略中央の位置に設けられており、例えば、縦横の長さＬ４が１１．７６ｍｍの正方形の形状を有する。また、第２アンテナ素子１２は、第２給電用スルーホール１８ｂ及び給電ライン（図示せず）を介して、第１給電部１９ｂより給電され、例えば、５．８ＧＨｚの動作周波数で発振する。

第１無給電素子１４は、導電性材料（例えば銅箔）で形成され、基板１０の上面（＋Ｚ側の面）、かつ、第１アンテナ素子１１に対して＋Ｘ側の位置に設けられている。第２無給電素子１５は、導電性材料（例えば銅箔）で形成され、基板１０の上面（＋Ｚ側の面）、かつ、第１アンテナ素子１１に対して＋Ｙ側の位置に設けられている。第３無給電素子１６は、導電性材料（例えば銅箔）で形成され、基板１０の上面（＋Ｚ側の面）、かつ、第１アンテナ素子１１に対して−Ｘ側の位置に設けられている。第４無給電素子１７は、導電性材料（例えば銅箔）で形成され、基板１０の上面（＋Ｚ側の面）、かつ、第１アンテナ素子１１に対して−Ｙ側の位置に設けられている。これら第１〜第４無給電素子１４〜１７の寸法は、例えば、第１アンテナ素子との空隙寸法Ｌ５が６．２６ｍｍ、長さＬ６が４０ｍｍ、幅Ｗ１が５ｍｍとされている。

地板１３は、例えば、各辺の長さＬ７が５５ｍｍの正方形の形状を有する導電性材料（例えば銅箔）であり、基板１０の下面（−Ｚ側の面）に設けられ、電気的に接地されている。

以下、上記構成による複共振型アンテナ装置の動作について説明する。図３（ａ）は、従来構成による複共振型アンテナ装置２００（図１６参照）において、第１アンテナ素子２０１に給電した場合の、Ｄ−Ｄ’線に沿った断面における磁界分布を模式的に示したものである。また、図３（ｂ）は、上記第１の実施形態における複共振型アンテナ装置１の第１アンテナ素子１１に給電した場合の、Ｂ−Ｂ’線に沿った断面における磁界分布を模式的に示したものである。なお、図３（ａ）（ｂ）において、矢印は磁界を示しており、矢印が太いほど、その地点での磁界強度が強いことを示している。

従来構成による複共振型アンテナ装置２００において、第１アンテナ素子２０１は中心が切り抜かれた略環状の形状とされているため、第１アンテナ素子２０１に給電された電力によって励起される磁界の分布のうち、第１アンテナ素子２０１のエッジ両端の成分２０３ａ、２０３ｂは逆位相となって互いにキャンセルされるため、放射効率が劣化してしまう。

これに対し、上記の第１の実施形態における複共振型アンテナ装置１では、第４無給電素子１７を追加したことで、第１アンテナ素子１１に給電される電力によって励起される磁界の分布が変化する。すなわち、第４の無給電素子１７と地板１３との間の領域を通過する磁束２の強度が、従来構成の複共振型アンテナ装置２００よりも大きくなり、これにより、第１アンテナ素子１１のエッジ両端の成分となる磁束３ａ、３ｂの強度が、従来構成の複共振型アンテナ装置２００に対応する磁界２０３ａ，２０３ｂよりも小さくなる。したがって、第１アンテナ素子１１のエッジ両端においてキャンセルされる磁界成分が小さくなるため、放射効率が改善される。なお、第１〜第３無給電素子１４〜１６についても、第４無給電素子１７と同様に、第１アンテナ素子１１のエッジ両端においてキャンセルされる磁界成分を低減することができる。

上記実施形態において、各アンテナ素子の寸法Ｌ１〜Ｌ５の値はあくまで一例であり、上記実施形態に記載の数値に限定されることはない。例えば、給電部の配置やアンテナ装置周辺に近接する部品、筐体、ケーブル等の材質や配置に応じ、適宜、その値を変化させることができ、これにより放射効率及び利得を改善することができる。Ｌ２及びＬ４の値を大きくすることで、共振周波数を高くすることができる。また、Ｌ１及びＬ７の値を大きくすることで、放射効率を改善することができる。さらに、Ｌ３の値を大きくすると、第１アンテナ素子の効率が低下するが、第２アンテナ素子の効率は改善する。また、Ｌ５の値を小さくすると、１．５７５ＧＨｚにおける放射効率が大きくなるが、この値を過度に大きくすると、５．８ＧＨｚでの利得が小さくなる。このことは、以下に述べる別の実施形態においても同様である。

また、上記実施形態において、第１〜第４無給電素子の寸法Ｌ６、Ｗ１の値はあくまで一例であり、上記実施形態に記載の数値に限定されることはなく、Ｌ６及びＷ１の値を適宜変化することで、放射効率及び利得を変化させることができる。例えば、Ｌ６及びＷ１の値を大きくすれば、１．５７５ＧＨｚにおける放射効率が大きくなるが、Ｌ６及びＷ１の値を過度に大きくすると、５．８ＧＨｚでの利得が小さくなる。Ｗ１＝５ｍｍとした場合、Ｌ６の値を３８〜４２ｍｍとすることが好ましく、Ｌ６＝４０ｍｍとした場合、Ｗ１の値を３〜６ｍｍとすることが好ましい。また、本実施形態では、第１〜第４無給電素子の寸法が同一であるが、例えば、給電部の配置やアンテナ装置周辺に近接する部品、筐体、ケーブル等の材質や配置に応じ、個々の無給電素子の寸法を変化させても良く、これによっても、放射効率及び利得を変化させることができる。このことは、以下に述べる別の実施形態においても同様である。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について、図４を参照しながら説明する。なお、本実施形態において、前記第１の実施形態と同一の部材には、同一の符号を付して詳細な説明を省略する。

本実施形態における複共振型アンテナ装置２０は、第１の実施形態におけるアンテナ装置１（図１参照）と比べ、第１〜第４無給電素子１４〜１７に、接地用の貫通ビア２１〜２４が形成されている点で相違する。

図４及び図５に示すように、第１〜第４貫通ビア２１〜２４は、それぞれ、第１〜第４無給電素子１４〜１７の略中央部分において、基板１０を貫通するように形成され、第１〜第４無給電素子１４〜１７と地板１３とを電気的に接続している。これにより、無給電素子１４〜１７が電気的に接地される。

上記構成による複共振型アンテナ装置２０の動作については、前記第１の実施形態とほぼ同様であるが、無給電素子１４〜１７に接地用の貫通ビア２１〜２４を形成したことにより、無給電素子１４〜１７へ向かう磁界の強度が強くなり、その分だけ第１アンテナ素子１１のエッジ両端でキャンセルされる磁界成分がさらに小さくなる。したがって、複共振型アンテナ装置の放射効率を改善することができる。

（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態について、図６を参照しながら説明する。なお、本実施形態において、前記第１及び第２の実施形態と同一の部材には、同一の符号を付して詳細な説明を省略する。

本実施形態における複共振型アンテナ装置３０は、第２の実施形態におけるアンテナ装置２０（図４参照）と比べ、第１〜第４無給電素子３１〜３４に、突起部が形成されている点で相違する。これら第１〜第４無給電素子３１〜３４は、前記第１及び第２の実施形態と同様、導電性材料（例えば銅箔）で形成されている。

第１〜第４無給電素子３１〜３４の突起部の各々は、対応する無給電素子のほぼ中央部分に設けられ、複共振型アンテナ装置３０の内側に向けて設けられている。すなわち、第１〜第４無給電素子３１〜３４の突起部は、それぞれ、−Ｘ方向、−Ｙ方向、＋Ｘ方向、＋Ｙ方向に向けて設けられている。そして、各突起部の寸法は、例えば、幅Ｌ８が５ｍｍ、高さＬ９が２ｍｍの略長方形状とされている。また、各無給電素子３１〜３４の寸法は、前記第１実施形態と同様に、例えば、第１アンテナ素子との空隙寸法Ｌ５が６．２６ｍｍ、長さＬ６が４０ｍｍ、幅Ｗ１が５ｍｍと定められる。

上記構成による複共振型アンテナ装置３０の動作については、前記第２の実施形態とほぼ同様であるが、無給電素子３１〜３４に突起部を追加したことにより、無給電素子３１〜３４へ向かう磁界の強度がさらに強くなり、その分だけ第１アンテナ素子１１のエッジ両端でキャンセルされる磁界成分がさらに小さくなる。したがって、複共振型アンテナ装置の放射効率を改善することができる。

なお、上記実施形態において、無給電素子に設けられた突起部の寸法Ｌ８、Ｌ９の値はあくまで一例であり、上記実施形態に記載の数値に限定されることはなく、Ｌ８、Ｌ９の値を適宜変化することで、放射効率及び利得を変化させることができる。例えば、Ｌ８及びＬ９の値を大きくすれば、１．５７５ＧＨｚにおける放射効率が大きくなるが、これらの値を過度に大きくすると、５．８ＧＨｚでの利得が小さくなる。Ｌ６＝４０ｍｍ、Ｗ１＝５ｍｍの条件下において、Ｌ９の値を２ｍｍとした場合、Ｌ８の値を４〜６ｍｍとすることが好ましく、Ｌ８の値を５ｍｍとした場合、Ｌ９の値を１〜３ｍｍとすることが好ましい。また、本実施形態では、第１〜第４無給電素子に設けられた突起部の寸法が同一であるが、例えば、給電部の配置やアンテナ装置周辺に近接する部品、筐体、ケーブル等の材質や配置に応じ、個々の無給電素子の寸法を変化させても良く、これによっても、放射効率及び利得を変化させることができる。このことは、以下に述べる別の実施形態においても同様である。

（第４の実施形態）
次に、本発明の第４実施形態について、図７を参照しながら説明する。なお、本実施形態において、前記第１の実施形態と同一の部材には、同一の符号を付して詳細な説明を省略する。

本実施形態における複共振型アンテナ装置４０は、第１の実施形態におけるアンテナ装置１（図１参照）と比べ、無給電素子が２個になっている点で相違する。これら第１及び第２無給電素子４１、４２は、導電性材料（例えば銅箔）で形成されている。

第１無給電素子４１は、第１アンテナ素子１１の＋Ｘ方向の側に、第２無給電素子４２は、第１アンテナ素子１１の−Ｘ方向の側に、それぞれ設けられており、その寸法は、例えば、上記第１実施形態と同様に、第１アンテナ素子１１との空隙寸法Ｌ５が６．２６ｍｍ、長さＬ６が４０ｍｍ、幅Ｗ１が５ｍｍと定められる。

上記構成による複共振型アンテナ装置４０の動作については、前記第１の実施形態とほぼ同様であるが、無給電素子を２個に変更するとともに、無給電素子をアンテナ素子上の電流が強く分布する方向に沿うように配置することで、アンテナ素子近傍の磁界分布のバランスが変化し、第１アンテナ素子１１のエッジ両端でキャンセルされる磁界成分がさらに小さくなる。したがって、複共振型アンテナ装置の放射効率を改善することができる。

なお、上記実施形態では、第１、第２無給電素子４１，４２を、第１アンテナ素子１１の＋Ｘ側及び−Ｘ側に配置しているが、例えば給電部の配置やアンテナ装置周辺に近接する部品、筐体、ケーブル等の材質や配置に応じて、無給電素子の設置箇所を変更しても良い。例えば、第１、第２無給電素子を、第１アンテナ素子１１の＋Ｙ側及び−Ｙ側に配置してもよい。

また、本実施形態では、接地用の貫通ビアを省略しているが、第１、第２無給電素子の略中心部分に接地用の貫通ビアを形成しても良い。これにより、複共振型アンテナ装置の放射効率及び利得を変化させることができる。この点は、以下に説明する別の実施形態においても同様である。

（第５の実施形態）
次に、本発明の第５の実施形態について、図８を参照しながら説明する。なお、本実施形態において、前記第１の実施形態と同一の部材には、同一の符号を付して詳細な説明を省略する。

本実施形態における複共振型アンテナ装置５０は、第１の実施形態におけるアンテナ装置１（図１参照）と比べ、無給電素子が全て連結され、環状の第１無給電素子５１が配置されている点で相違する。この第１無給電素子５１は、導電性材料（例えば銅箔）で形成され、第１アンテナ素子１１の外側に配置されている。本実施形態において、第１無給電素子５１の寸法は、例えば、第１アンテナ素子との空隙寸法Ｌ５が６．２６ｍｍ、縦横の外形寸法Ｌ１０は４０ｍｍ、幅Ｗ２は５ｍｍとされている。

上記構成による複共振型アンテナ装置５０の動作については、前記第１の実施形態とほぼ同様であるが、無給電素子を全て連結して環状の無給電素子とすることで、アンテナ素子近傍の磁界分布のバランスが変化し、第１アンテナ素子１１のエッジ両端でキャンセルされる磁界成分がさらに小さくなる。したがって、複共振型アンテナ装置の放射効率を改善することができる。

なお、上記実施形態における、第１無給電素子５１の寸法Ｌ１０、Ｗ２の値はあくまで一例であり、上記実施形態に記載の数値に限定されることはなく、Ｌ１０及びＷ２の値を適宜変化することで、放射効率及び利得を変化させることができる。例えば、Ｌ１０及びＷ２の値を大きくすれば、１．５７５ＧＨｚにおける放射効率が大きくなるが、これらの値を過度に大きくすると、５．８ＧＨｚでの利得が小さくなる。Ｌ１０の値を５５ｍｍとした場合、Ｗ２の値を４〜６ｍｍとすることが好ましい。

（第６の実施形態）
次に、本発明の第６の実施形態について、図９を参照しながら説明する。なお、本実施形態において、前記第１の実施形態と同一の部材には、同一の符号を付して詳細な説明を省略する。

本実施形態における複共振型アンテナ装置６０は、第１の実施形態におけるアンテナ装置１（図１参照）と比べ、第１及び第２アンテナ素子６１，６２に摂動素子が形成されている点で相違する。第１及び第２アンテナ素子は、基板１０の上面（＋Ｚ側の面）に設けられ、導電性材料（例えば銅箔）で形成されている。

第１アンテナ素子６１は、第２アンテナ素子６２の周囲を囲む略環状の形状を有しており、摂動素子として、対角部分に２つの直角二等辺三角形状の切り欠き部が形成されている。第１アンテナ素子６１の外形寸法Ｌ１１は、例えば３２．４８ｍｍ、切り欠き部の寸法（直角二等辺三角形の各辺の長さ）Ｌ１２は、例えば３．４８ｍｍとされている。

第２アンテナ素子６２は、第１アンテナ素子６１の空隙内のほぼ中央部に設けられており、摂動素子として、対角部分において２つの直角二等辺三角形状の切り欠き部が形成されている。第２アンテナ素子６２の外形寸法Ｌ１３は、例えば１１．７６ｍｍ、切り欠き部の寸法（直角二等辺三角形の各辺の長さ）Ｌ１４は、例えば２．０７ｍｍとされている。

なお、第１及び第２アンテナ素子の他の寸法については、第１実施形態と同一の値とすることができる。また、第１及び第２アンテナ素子６１，６２は、それぞれ、給電用スルーホール１８ａ、１８ｂ及び給電ライン（図示せず）を介して、第１，第２給電部１９ａ、１９ｂにより給電される。

上記構成による複共振型アンテナ装置６０の動作については、前記第１の実施形態とほぼ同様であるが、無給電素子に加えて摂動素子を設けたことで、円偏波形式の電磁波を効率よく送受信することができる。例えば、本実施形態の複共振型アンテナ装置６０を車載用無線装置に適用する場合に、第１アンテナ素子６１では、１．５７５ＧＨｚ帯のＧＰＳの円偏波形式の電磁波を、第２アンテナ素子６２では、５．８ＧＨｚ帯のＥＴＣやＤＳＲＣの円偏波形式の電磁波を効率よく受信できるので、複数のサービスに効率よく対応することができる。

なお、本実施形態では、第１アンテナ素子６１及び第２アンテナ素子６２の両方に摂動素子を形成しているが、送受信する２種類の周波数帯での偏波特性に応じて、第１アンテナ素子６１及び第２アンテナ素子６２の一方にのみ摂動素子を形成しても良い。

また、上記実施形態における、第１、第２アンテナ素子の切り欠き部の寸法Ｌ１２、Ｌ１４の値はあくまで一例であり、上記実施形態に記載の数値に限定されることはなく、例えば、給電部の配置やアンテナ装置周辺に近接する部品、筐体、ケーブル等の材質や配置に応じて、これらの値を適宜変化することで、放射効率、利得及び軸比を変化させることができる。このことは、以下に述べる別の実施形態においても同様である。

（第７の実施形態）
次に、本発明の第７の実施形態について、図１０を参照して説明する。なお、本実施形態において、前記第６の実施形態と同一の部材には、同一の符号を付して詳細な説明を省略する。

本実施形態における複共振型アンテナ装置７０は、第６の実施形態におけるアンテナ装置６０（図９参照）と比べ、第１〜第４無給電素子１４〜１７に、接地用の貫通ビア２１〜２４が形成されている点で相違する。これら貫通ビア２１〜２４の構成は、前記第２の実施形態において説明したものと同様であり、第１〜第４無給電素子１４〜１７と地板１３とを電気的に接続するものである。これにより、無給電素子１４〜１７が電気的に接地される。

上記構成による複共振型アンテナ装置７０の動作については、前記第１の実施形態とほぼ同様であるが、無給電素子に接地用の貫通ビアを形成したことにより、無給電素子へ向かう磁界の強度が強くなり、その分だけ第１アンテナ素子のエッジ両端でキャンセルされる磁界成分がさらに小さくなる。したがって、円偏波の放射効率を改善することができる。

（第８の実施形態）
次に、本発明の第８の実施形態について、図１１を参照しながら説明する。なお、本実施形態において、前記第６及び第７の実施形態と同一の部材には、同一の符号を付して詳細な説明を省略する。

本実施形態における複共振型アンテナ装置８０は、第７の実施形態におけるアンテナ装置７０（図１０参照）と比べ、第１〜第４無給電素子３１〜３４に、突起部が形成されている点で相違する。これら第１〜第４無給電素子３１〜３４の突起部の各々は、前記第３の実施形態と同様に、対応する無給電素子のほぼ中央部分に設けられ、複共振型アンテナ装置３０の内側に向けて設けられている。また、各突起部の寸法は、例えば、幅Ｌ８が５ｍｍ、高さＬ９が２ｍｍの略長方形状とされている。また、各無給電素子３１〜３４の寸法は、前記第３実施形態と同様に、例えば、第１アンテナ素子との空隙寸法Ｌ５が６．２６ｍｍ、長さＬ６が４０ｍｍ、幅Ｗ１が５ｍｍと定められる。

上記構成による複共振型アンテナ装置８０の動作については、前記第７の実施形態とほぼ同様であるが、無給電素子３１〜３４に突起部を追加したことにより、無給電素子３１〜３４へ向かう磁界の強度がさらに強くなり、その分だけ第１アンテナ素子１１のエッジ両端でキャンセルされる磁界成分がさらに小さくなる。したがって、円偏波の放射効率を改善することができる。

（第９の実施形態）
次に、本発明の第９の実施形態について、図１２を参照しながら説明する。なお、本実施形態において、前記第６の実施形態と同一の部材には、同一の符号を付して詳細な説明を省略する。

本実施形態における複共振型アンテナ装置９０は、第６の実施形態におけるアンテナ装置６０（図９参照）と比べ、第１〜第４無給電素子の形状がＬ字型である点において相違する。これら第１〜第４無給電素子９１〜９４は、前記第６の実施形態と同様、導電性材料（例えば銅箔）で形成されている。

第１〜第４無給電素子９１〜９４は、それぞれ、第１アンテナ素子６１の＋Ｘかつ＋Ｙ側、−Ｘかつ＋Ｙ側、−Ｘかつ−Ｙ側、＋Ｘかつ−Ｙ側に配置されている。そして、本実施形態では、各無給電素子の形状はほぼ同一であり、例えば、第１アンテナ素子６１との空隙寸法Ｌ５が６．２６ｍｍ、外形寸法（各辺の長さ）Ｌ１５が２５ｍｍ、幅Ｗ３が５ｍｍとされている。また、隣接する無給電素子９１〜９４間の空隙寸法Ｌ１６は、例えば５ｍｍとされている。

上記構成による複共振型アンテナ装置９０の動作については、前記第６の実施形態とほぼ同様であるが、４個の無給電素子をＬ字型にして配置を変更することにより、第１アンテナ素子６１の両端付近の磁界分布のバランスが変化し、第１アンテナ素子のエッジ両端でキャンセルされる磁界成分がさらに小さくなる。したがって、円偏波の放射効率を改善することができる。

なお、上記実施形態において、無給電素子の寸法Ｌ１５、Ｗ３、及び、無給電素子間の空隙長Ｌ１６の値はあくまで一例であり、上記実施形態に記載の数値に限定されることはなく、これらＬ１５，Ｗ３，Ｌ１６の値を適宜変化することで、放射効率及び利得を変化させることができる。例えば、Ｌ１５及びＷ３の値を大きくすれば、１．５７５ＧＨｚにおける放射効率が大きくなるが、これらの値を過度に大きくすると、５．８ＧＨｚでの利得が小さくなる。また、Ｌ１６の値を小さくすると、１．５７５ＧＨｚにおける放射効率が大きくなるが、これらの値を過度に小さくすると、５．８ＧＨｚでの利得が小さくなる。Ｗ３の値を５ｍｍとした場合、Ｌ１５の値を４９〜５１ｍｍとすることが好ましく、また、Ｌ１６の値を４〜６ｍｍとする（Ｌ１５＋Ｌ１６＝５５ｍｍとする）ことが好ましい。

（第１０の実施形態）
次に、本発明の第１０実施形態について、図１３を参照しながら説明する。なお、本実施形態において、前記第６の実施形態と同一の部材には、同一の符号を付して詳細な説明を省略する。

本実施形態における複共振型アンテナ装置１００は、第６の実施形態におけるアンテナ装置６０（図９参照）と比べ、無給電素子が全て連結され、環状の第１無給電素子１０１が配置されている点で相違する。この第１無給電素子１０１は、導電性材料（例えば銅箔）で形成され、第１アンテナ素子６１の外側に配置されている。本実施形態において、第１無給電素子１０１の寸法は、前記第５実施形態と同様に、例えば、第１アンテナ素子との空隙寸法Ｌ５が６．２６ｍｍ、長さＬ１０が４０ｍｍ、幅Ｗ１が５ｍｍと定められる。

上記構成による複共振型アンテナ装置１００の動作については、前記第６の実施形態とほぼ同様であるが、無給電素子を全て連結して環状の無給電素子とすることで、アンテナ素子近傍の磁界分布のバランスが変化し、第１アンテナ素子６１のエッジ両端でキャンセルされる磁界成分がさらに小さくなる。したがって、円偏波の放射効率を改善することができる。

（第１１の実施形態）
次に、本発明の第１１実施形態につき、図１４を参照しながら説明する。なお、本実施形態において、前記第６の実施形態と同一の部材には、同一の符号を付して詳細な説明を省略する。

本実施形態における複共振型アンテナ装置１１０は、第６の実施形態におけるアンテナ装置６０（図９参照）と比べ、無給電素子が２個になっている点で相違する。これら第１及び第２無給電素子１１１、１１２は、導電性材料（例えば銅箔）で形成される。また、第１無給電素子１１１は、第１アンテナ素子６１の＋Ｘ方向の側に、第２無給電素子１１２は、第１アンテナ素子６１の−Ｘ方向の側に、それぞれ設けられている。第１、第２無給電素子１１１，１１２の寸法は、前記第４実施形態と同様に、例えば、第１アンテナ素子との空隙寸法Ｌ５が６．２６ｍｍ、長さＬ６が４０ｍｍ、幅Ｗ１が５ｍｍと定められる。

上記構成による複共振型アンテナ装置１１０の動作については、前記第６の実施形態とほぼ同様であるが、無給電素子を２個に変更するとともに、無給電素子をアンテナ素子上の電流が強く分布する方向に沿うように配置することで、アンテナ素子近傍の磁界分布のバランスが変化し、第１アンテナ素子６１のエッジ両端でキャンセルされる磁界成分がさらに小さくなる。したがって、円偏波の放射効率を改善することができる。

（第１２の実施形態）
次に、本発明の第１２実施形態につき、図１５を参照しながら説明する。なお、本実施形態において、前記第１１の実施形態と同一の部材には、同一の符号を付して詳細な説明を省略する。

本実施形態における複共振型アンテナ装置１２０は、第１１の実施形態におけるアンテナ装置１１０（図１４参照）と比べ、無給電素子の配置が異なっている点で相違する。これら第１及び第２無給電素子１２１、１２２は、導電性材料（例えば銅箔）で形成される。また、第１無給電素子１２１は、第１アンテナ素子６１の＋Ｙ方向の側に、第２無給電素子１２２は、第１アンテナ素子６１の−Ｘ方向の側に、それぞれ設けられている。第１、第２無給電素子１２１，１２２の寸法は、前記第４実施形態と同様に、例えば、第１アンテナ素子との空隙寸法Ｌ５が６．２６ｍｍ、長さＬ６が４０ｍｍ、幅Ｗ１が５ｍｍと定められる。

上記構成による複共振型アンテナ装置１２０の動作については、前記第１１の実施形態とほぼ同様であるが、無給電素子の配置を変更し、無給電素子をアンテナ素子上の電流が強く分布する方向に沿うように配置することで、アンテナ素子近傍の磁界分布のバランスが変化し、第１アンテナ素子６１のエッジ両端でキャンセルされる磁界成分がさらに小さくなる。したがって、円偏波の放射効率を改善することができる。

なお、本実施形態では、第１及び第２無給電素子を、第１アンテナ素子の＋Ｙ側及び−Ｘ側に配置しているが、給電部の配置やアンテナ装置周辺に近接する部品、筐体、ケーブル等の材質や配置に応じて、例えば、第１アンテナ素子の−Ｙ側と＋Ｘ側、＋Ｘ側と＋Ｙ側、あるいは、−Ｘ側と−Ｙ側に配置しても良く、これによっても放射効率及び利得を変化させることができる。

以上、本発明の実施の形態を例示により説明したが、本発明の範囲はこれらに限定されるものではなく、請求項に記載された範囲内において目的に応じて変更・変形することが可能である。

（実施例１）
上記第１、第２及び第４の実施形態、並びに、無給電素子が設けられていない従来例（図１６参照）における複共振型アンテナ装置の放射効率及び＋Ｚ方向の利得につき、シミュレーションを行い、その結果を比較した。シミュレーションモデルとして用いた複共振型アンテナ装置の寸法等は、Ｌ１＝５８ｍｍ、Ｌ２＝３２．４８ｍｍ、Ｌ３＝２２ｍｍ、Ｌ４＝１１．７６ｍｍ、Ｌ５＝６．２６ｍｍ、Ｌ６＝４０ｍｍ、Ｌ７＝５５ｍｍ、Ｗ１＝５ｍｍとし、基板の厚さを１．６ｍｍ、導電性材料としての銅箔の厚さを０．０３５ｍｍとした。なお、従来例のアンテナ装置では、Ｌ２＝３２．５９ｍｍとしたが、これは、無給電素子が存在しない従来構成のアンテナ装置では、効率が最大となる第１アンテナ素子の寸法が異なるためである。

シミュレーションの結果を表１に示す。なお表１において、「利得」とは、＋Ｚ方向における指向性利得を意味する。

上記表１により、１．５７５ＧＨｚにおける放射効率は、従来例では−８．３ｄＢｉであるところ、本発明の第１、第２、第４実施形態のアンテナ装置では、−７．８ｄＢｉ、−６．０ｄＢｉ、−７．５ｄＢｉと、それぞれ改善されていることが分かる。

また、１．５７５ＧＨｚにおける＋Ｚ方向の利得は、従来例では４．３ｄＢｉであるところ、本発明の第２、第４実施形態のアンテナ装置では、４．６ｄＢｉ、４．５ｄＢｉと、それぞれ改善されていることが分かる。

さらに、５．８ＧＨｚにおける＋Ｚ方向の利得は、従来例では６．５ｄＢｉであるところ、本発明の第１，第２、第４実施形態のアンテナ装置では、７．５ｄＢｉ、７．６ｄＢｉ，７．５ｄＢｉと、それぞれ改善されていることが分かる。

したがって、本実施形態におけるアンテナ装置によれば、無給電素子に向かう磁界分布が強くなり、第１アンテナ素子のエッジ両端でキャンセルされる磁界成分が低減される結果、放射効率を改善することができる。また、無給電素子の略中心に接地用の貫通ビアを形成し、また、無給電素子をアンテナ素子上の電流が強く分布する方向に沿うように配置することで、磁界分布のバランスが変化し、第１アンテナ素子のエッジ両端でキャンセルされる磁界成分をさらに低減することができる。

（実施例２）
上記第１０、第６及び第７の実施形態、並びに、無給電素子が設けられていない従来例（図１７参照）における複共振型アンテナ装置の放射効率及び＋Ｚ方向の右旋円偏波利得につき、シミュレーションを行い、その結果を比較した。シミュレーションモデルとして用いた複共振型アンテナ装置において、アンテナ素子の寸法を、Ｌ１１＝３２．４８ｍｍ、Ｌ１２＝３．４８ｍｍ、Ｌ１３＝１１．７６ｍｍ、Ｌ１４＝２．０７ｍｍと定め、その他の部材の寸法等は、上記実施例１と同一の値とした。なお、従来例のアンテナ装置では、Ｌ１１＝３２．５９ｍｍ、Ｌ１２＝３．４９ｍｍとしたが、これは、無給電素子が存在しない従来構成のアンテナ装置では、効率が最大となり軸比が最良となる第１アンテナ素子の寸法が異なるためである。

シミュレーションの結果を表２に示す。なお表２において、「右旋円偏波利得」とは、＋Ｚ方向における指向性利得を意味する。

上記表２により、１．５７５ＧＨｚにおける放射効率は、従来例では−８．４ｄＢｉであるところ、本発明の第６、第７、第１０実施形態のアンテナ装置では、−７．７ｄＢｉ、−６．２ｄＢｉ、−８．０ｄＢｉと、それぞれ改善されていることが分かる。

また、１．５７５ＧＨｚにおける＋Ｚ方向の右旋円偏波利得は、従来例では４．１ｄＢｉであるところ、本発明の第６、第７、第１０実施形態のアンテナ装置では、４．３ｄＢｉ、４．５ｄＢｉ、４．２ｄＢｉと、改善されていることが分かる。

さらに、５．８ＧＨｚにおける＋Ｚ方向の右旋円偏波利得は、従来例では６．６ｄＢｉであるところ、本発明の第６、第７、第１０実施形態のアンテナ装置では、７．７ｄＢｉ，７．８ｄＢｉ、７．１ｄＢｉと、改善されていることが分かる。

したがって、本実施形態におけるアンテナ装置によれば、無給電素子に向かう磁界分布が強くなり、第１アンテナ素子のエッジ両端でキャンセルされる磁界成分が低減される結果、放射効率を改善することができる。また、無給電素子の略中心に接地用の貫通ビアを形成し、また、無給電素子を環状に形成することで、磁界分布のバランスが変化し、第１アンテナ素子のエッジ両端でキャンセルされる磁界成分をさらに低減することができる。

本発明の複共振型アンテナ装置は、高いアンテナ効率を有し、例えば車載用のアンテナ装置に適用することができ、有用である。

１，２０，３０，４０，５０，６０，７０，８０，９０，１００，１１０，１２０，２００，２１０ 複共振型アンテナ装置
１０ 基板
１１，６１，２０１，２１１ 第１アンテナ素子
１２，６２，２０２，２１２ 第２アンテナ素子
１３ 地板
１４〜１７，３１〜３４，４１，４２，５１，９１〜９４，１０１，１１１，１１２，１２１，１２２ 無給電素子
１８ａ、１８ｂ 給電用スルーホール
１９ａ、１９ｂ 給電部
２１〜２４ 貫通ビア

Claims (5)

1. 誘電体基板と、
   前記誘電体基板上に形成された略環状形状の第１アンテナ素子と、
   前記第１アンテナ素子の内側に配置された第２アンテナ素子と、
   導電性材料で形成され、前記第１アンテナ素子の外周に沿うように、前記第１アンテナ素子から離れた位置に配置された複数の無給電素子と、
   前記第１及び第２アンテナ素子とは反対側の前記誘電体基板上に設けられた地導体と、
   を備え、前記複数の無給電素子は中央部分において前記地導体と電気的に接続されていることを特徴とする複共振型アンテナ装置。
2. 前記複数の無給電素子は、前記第１アンテナ素子の外周に沿って均等に配置された４つの矩形状の無給電素子であることを特徴とする、請求項１記載の複共振型アンテナ装置。
3. 前記無給電素子は、前記第１アンテナ素子に向けて突出した突起部が設けられていることを特徴とする、請求項２記載の複共振型アンテナ装置。
4. 前記複数の無給電素子は、互いに接続されていることを特徴とする、請求項２記載の複共振型アンテナ装置。
5. 前記第１アンテナ素子及び／又は前記第２アンテナ素子は摂動素子を有することを特徴とする、請求項１ないし４のいずれか記載の複共振型アンテナ装置。
   

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