JP6930444B2 - アンテナ装置 - Google Patents

Description

本発明は、円偏波が得られ小型化・低背化が可能なアンテナ装置に関する。

一般に、円偏波が得られる円偏波アンテナは、主に移動体用のＧＰＳ等によく使用されており、機器の小型化・低背化が求められている。従来、円偏波が得られる小型アンテナとして円偏波パッチアンテナが広く使用されているが、小型化・低背化には限界がある。すなわち、円偏波パッチアンテナでは、厚みを薄くすると、基板の表面にある放射電極とグランドとによる容量成分が大きくなり、容量結合においてインピーダンス整合のみならず、位相・利得・軸比等の各特性を良好に保つことが困難であった。

このため低背化を目的に、例えば特許文献１には、電磁結合した給電素子と無給電素子とを逆Ｌ型に折り曲げて低姿勢に保持した円偏波複合モノポールアンテナが提案されている。
また、特許文献２には、導体地板に接続されていると共に開放端が近接し、いずれか一方に給電点が設けられたＬ型の第１及び第２のモノポール導体素子を備えた円偏波アンテナ装置が記載されている。
さらに、特許文献３には、導体地板に接続されたＬ型の第１線状導体素子とＬ型の第２線状導体素子とを備え、無給電の第２線状導体素子と導体地板との接続部と、第１線状導体素子の給電部とを近接させたアンテナ装置が記載されている。

特開２００９−２２５０６８号公報 特開２００７−３３５９８９号公報 特開２０１６−２５４８０号公報

しかしながら、上記従来の技術においても、以下の課題が残されている。
すなわち、特許文献１に記載のモノポールタイプの円偏波アンテナは、逆Ｌ型アンテナであるため、低背化と高利得化とがトレードオフの関係にあり、アンテナを低背化するとグランドに流れるアンテナと逆相のイメージ電流の影響を強く受け、放射効率が低下してしまう不都合があった。また、放電電極とグランドとの間で容量性の結合が大きくなり、それを打ち消すためにアンテナのサイズが大きくなってしまう。
また、特許文献２及び３に記載の無給電素子を設けた逆Ｌ型の円偏波アンテナでは、Ｌ型の給電素子及び無給電素子を導体地板の角部に配置しなければならず、グランドサイズによって円偏波特性が変化してしまうため、設計の自由度が小さいという不都合があった。このような無給電素子付きモノポール円偏波アンテナでは、低背でモノポール（Ｌ型）アンテナで１点給電にて円偏波を得ているが、モノポールアンテナはグランドにイメージ電流を流すことで動作するアンテナであるため、基板が小さい場合でグランドサイズが変化すると、その振幅値も変化してしまう。すなわち、基板グランドの縦横比が変わると、直交した偏波の振幅値も変化してしまい、軸比が悪化してしまう。
さらに、これら従来の円偏波アンテナでは、金属物が近接するとその影響でアンテナの放射が妨げられてしまい、十分なアンテナ特性が得られないという問題があった。

本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、金属物に近接配置されていても良好な円偏波特性が得られると共に低背化が可能なアンテナ装置を提供することを目的とする。

本発明は、前記課題を解決するために以下の構成を採用した。すなわち、第１の発明に係るアンテナ装置は、給電アンテナ部と無給電アンテナ部とを備え、前記給電アンテナ部が、磁性体で形成された第１磁性体シートと、前記第１磁性体シート上に直接又は絶縁性の第１基板を挟んで金属で形成され基端側が給電点と接続された第１アンテナエレメントと、前記第１磁性体シート上に直接又は前記第１基板を挟んで金属で形成され基端がグランドに接続されると共に先端が前記第１アンテナエレメントの基端側に接続された第１接続エレメントとを備え、前記無給電アンテナ部が、磁性体で形成された第２磁性体シートと、前記第２磁性体シート上に直接又は絶縁性の第２基板を挟んで金属で形成された第２アンテナエレメントと、前記第２磁性体シート上に直接又は前記第２基板を挟んで金属で形成され基端がグランドに接続されると共に先端が前記第２アンテナエレメントの基端側に接続された第２接続エレメントとを備え、前記第１アンテナエレメントと前記第２アンテナエレメントとが、互いの開放端を近接させた状態で互いに直交する方向に延在していることを特徴とする。

このアンテナ装置では、第１磁性体シート上の第１アンテナエレメントと第２磁性体シート上の第２アンテナエレメントとが、互いの開放端を近接させた状態で互いに直交する方向に延在しているので、金属物に近接配置しても磁性体シートが逆Ｆ型のアンテナエレメントと金属物とに間に介在することで、低背な構造で直交した偏波を得ることができると共に、金属影響を低減することができる。また、第１磁性体シート及び第２磁性体シートの寸法、透磁率又は損失（ｔａｎδ）を適宜変えることで、給電アンテナ部と無給電アンテナ部との放射効率を変えて直交した偏波の振幅値を調整し、軸比を改善することが可能である。

第２の発明に係るアンテナ装置は、第１の発明において、前記第１磁性体シートの前記第１アンテナエレメントの延在方向における長さと、前記第２磁性体シートの前記第２アンテナエレメントの延在方向における長さとが、互いに異なっていることを特徴とする。
すなわち、このアンテナ装置では、第１磁性体シートの第１アンテナエレメントの延在方向における長さと、第２磁性体シートの第２アンテナエレメントの延在方向における長さとが、互いに異なっているので、第１磁性体シートと第２磁性体シートとの互いの長さに応じて給電アンテナ部と無給電アンテナ部との放射効率が変化し、直交したそれぞれの偏波の振幅値を調整することができる。

第３の発明に係るアンテナ装置は、第１又は第２の発明において、前記第１アンテナエレメントの途中に、第１周波数調整用受動素子が接続され、前記第２アンテナエレメントの途中に、第２周波数調整用受動素子が接続されていることを特徴とする。
すなわち、このアンテナ装置では、第１アンテナエレメントの途中に、第１周波数調整用受動素子が接続され、第２アンテナエレメントの途中に、第２周波数調整用受動素子が接続されているので、集中定数である第１周波数調整用受動素子及び第２周波数調整用受動素子により共振周波数の調整が可能である。

第４の発明に係るアンテナ装置は、第３の発明において、前記第１周波数調整用受動素子及び前記第２周波数調整用受動素子により、前記給電アンテナ部と前記無給電アンテナ部との互いの共振周波数をずらして設定していることを特徴とする。
すなわち、このアンテナ装置では、第１周波数調整用受動素子及び第２周波数調整用受動素子により、給電アンテナ部と無給電アンテナ部との互いの共振周波数をずらして設定しているので、アンテナ線路途中に設けた集中定数である第１周波数調整用受動素子及び第２周波数調整用受動素子により位相差の調整を行い、直交した偏波の９０°の位相差を得ることができる。

第５の発明に係るアンテナ装置は、第１から第４の発明のいずれかにおいて、前記第１アンテナエレメントの先端及び前記第２アンテナエレメントの先端に、それぞれ誘電体アンテナのアンテナ素子が接続されていることを特徴とする。
すなわち、このアンテナ装置では、第１アンテナエレメントの先端及び第２アンテナエレメントの先端に、それぞれ誘電体アンテナのアンテナ素子が接続されているので、所望の共振周波数に自己共振しないローディング素子のアンテナ素子によってエレメント長の短縮化及び高インピーダンス化ができ、小型化とアンテナ特性の向上とを図ることができる。

第６の発明に係るアンテナ装置は、第１から第５の発明のいずれかにおいて、前記給電アンテナ部及び前記無給電アンテナ部が、前記第１磁性体シート又は前記第２磁性体シートを設置面側に配して金属物上に設置されることを特徴とする。
すなわち、このアンテナ装置では、給電アンテナ部及び無給電アンテナ部が、第１磁性体シート又は第２磁性体シートを設置面側に配して金属物上に設置されるので、金属物による金属影響を小さくすることができる。

第７の発明に係るアンテナ装置は、第１から第６の発明のいずれかにおいて、前記第１基板と前記第２基板とが一体となり、一枚の共通基板で構成されていることを特徴とする。
このアンテナ装置では、第１基板と第２基板とが一体となり、一枚の共通基板で構成されているので、部材点数を削減できると共に、広い基板面が得られることでグランドパターンや高周波回路を設ける広いスペースを得ることができる。

本発明によれば、以下の効果を奏する。
本発明のアンテナ装置によれば、第１磁性体シート上の第１アンテナエレメントと第２磁性体シート上の第２アンテナエレメントとが、互いの開放端を近接させた状態で互いに直交する方向に延在しているので、金属物に近接配置しても磁性体シートが逆Ｆ型のアンテナエレメントと金属物との間に介在することで、低背な構造で直交した偏波を得ることができると共に、金属影響を低減することができる。
したがって、本発明のアンテナ装置は、小型化・低背化が要望されていると共に機器の形状も様々な移動端末等の小型機器（例えば、移動体用のＧＰＳ等）に用いられる円偏波アンテナとして好適である。

本発明に係るアンテナ装置の第１実施形態を示す斜視図である。 第１実施形態において、給電アンテナ部単体における第１磁性体シートの長さＬ１を変化させた場合の振幅の変化（ＹＺ面放射パターン）を示すグラフである。 第１実施形態において、給電アンテナ部単体における第１磁性体シートの長さＬ１を変化させた場合の振幅の変化（ＺＸ面放射パターン）を示すグラフである。 第１実施形態において、振幅値及び位相の調整前（第１磁性体シートと第２磁性体シートとの長さが同じ場合）の状態を示す斜視図である。 第１実施形態において、振幅値及び位相の調整前の振幅値（ＹＺ面放射パターン）を示すグラフである。 第１実施形態において、振幅値及び位相の調整前の振幅値（ＺＸ面放射パターン）を示すグラフである。 第１実施形態において、振幅値及び位相の調整前の位相差を示すグラフである。 第１実施形態において、振幅値及び位相の調整前の軸比を示すグラフである。 第１実施形態において、振幅値及び位相の調整後の振幅値（ＹＺ面放射パターン）を示すグラフである。 第１実施形態において、振幅値及び位相の調整後の振幅値（ＺＸ面放射パターン）を示すグラフである。 第１実施形態において、振幅値及び位相の調整後の位相差を示すグラフである。 第１実施形態において、振幅値及び位相の調整後の軸比を示すグラフである。 第１実施形態において、ＶＳＷＲ特性（電圧定在波比）を示すグラフである。 第１実施形態において、放射効率を示すグラフである。 本発明に係るアンテナ装置の第２実施形態を示す斜視図である。 第２実施形態において、給電アンテナ部を示す要部の拡大斜視図である。 第２実施形態において、アンテナ装置の放射効率を示すグラフである。 第２実施形態において、アンテナ装置の軸比を示すグラフである。 本発明に係るアンテナ装置の第３実施形態を示す斜視図である。

以下、本発明に係るアンテナ装置の第１実施形態を、図１から図１４を参照しながら説明する。

本実施形態におけるアンテナ装置１は、図１に示すように、給電アンテナ部２Ａと無給電アンテナ部２Ｂとを備えている。
上記給電アンテナ部２Ａは、磁性体で形成された第１磁性体シート３Ａと、第１磁性体シート３Ａ上に直接、銅板等の金属で形成され基端側が給電点ＦＰと接続された第１アンテナエレメント４Ａと、第１磁性体シート３Ａ上に直接、銅板等の金属で形成され基端がグランドに接続されると共に先端が第１アンテナエレメント４Ａの基端側に接続された第１接続エレメント５Ａとを備えている。

上記無給電アンテナ部２Ｂは、磁性体で形成された第２磁性体シート３Ｂと、第２磁性体シート３Ｂ上に直接、銅板等の金属で形成された第２アンテナエレメント４Ｂと、第２磁性体シート３Ｂ上に直接、銅板等の金属で形成され基端がグランドに接続されると共に先端が第２アンテナエレメント４Ｂの基端側に接続された第２接続エレメント５Ｂとを備えている。

上記第１アンテナエレメント４Ａと第２アンテナエレメント４Ｂとは、互いの開放端を近接させた状態で互いに直交する方向に延在している。
また、上記第１磁性体シート３Ａ及び第２磁性体シート３Ｂは、長方形状とされ、上記第１磁性体シート３Ａの第１アンテナエレメント４Ａの延在方向における長さＬ１と、第２磁性体シート３Ｂの第２アンテナエレメント４Ｂの延在方向における長さＬ２とが、互いに異なっている。すなわち、第１アンテナエレメント４Ａの先端側は、短い第１磁性体シート３Ａから突出して延在しているのに対し、第２アンテナエレメント４Ｂは全長に亘って第２磁性体シート３Ｂ上に設けられている。このように、給電アンテナ部２Ａと無給電アンテナ部２Ｂとは、磁性シートからのアンテナエレメントの突出量が異なっている。

上記第１アンテナエレメント４Ａの途中には、第１周波数調整用受動素子Ｐ１が接続され、第２アンテナエレメント４Ｂの途中には、第２周波数調整用受動素子Ｐ２が接続されている。
上記第１周波数調整用受動素子Ｐ１及び第２周波数調整用受動素子Ｐ２により、給電アンテナ部２Ａと無給電アンテナ部２Ｂとの互いの共振周波数を僅かにずらして設定している。
また、本実施形態では、第１接続エレメント５Ａの途中には、第１インピーダンス調整用受動素子Ｐ３が接続され、第２接続エレメント５Ｂの途中には、第２インピーダンス調整用受動素子Ｐ４が接続されている。
上記各受動素子は、例えばインダクタ、コンデンサ、抵抗又はジャンパ線が採用される。

上記給電アンテナ部２Ａ及び無給電アンテナ部２Ｂは、第１磁性体シート３Ａ又は第２磁性体シート３Ｂを設置面側に配して金属物Ｍ上に設置される。
なお、金属物Ｍは、グランドに接続されており、第１接続エレメント５Ａ及び第２接続エレメント５Ｂは、その基端が金属物Ｍと接続されている。
第１アンテナエレメント４Ａ及び第２アンテナエレメント４Ｂの基端側は、それぞれ対応する第１磁性体シート３Ａ又は第２磁性体シート３Ｂの端部で金属物Ｍ側に折り曲げられている。また、第１アンテナエレメント４Ａの折り曲げられた端部は、金属物Ｍ近傍で給電点ＦＰとされる。

上記給電点ＦＰは、金属物Ｍが高周波回路を有するメイン基板の場合、この高周波回路に配置されたＩＣから接続される。
また、金属物Ｍとは別にメイン基板がある場合、給電点ＦＰは、同軸ケーブル等の給電手段を介してメイン基板に設けられた高周波回路の給電点に接続される。

第１接続エレメント５Ａ及び第２接続エレメント５Ｂは、それぞれ対応する第１磁性体シート３Ａ又は第２磁性体シート３Ｂの上面で延在する第１アンテナエレメント４Ａ及び第２アンテナエレメント４Ｂの基端側で第１磁性体シート３Ａ又は第２磁性体シート３Ｂの端部から突出して延在している。また、第１接続エレメント５Ａ及び第２接続エレメント５Ｂは、金属物Ｍ側に途中で曲げられて端部が金属物Ｍ（グランド）に接続されている。

上記第１磁性体シート３Ａ及び第２磁性体シート３Ｂは、Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ等の飽和磁化の大きい磁性金属の粒子の少なくとも一種以上を絶縁性の媒体中に均一に分散させたシートである。これらのシートは、粒子同士が絶縁されることで抵抗値を高め、渦電流の発生を抑制することができる。また、これらのシートは、磁気異方性を持たせることで、磁性体の磁気共鳴周波数を高くし、より高周波で低損失な特性を得ることができる。
磁性金属の粒子としては、粒径が数ｎｍ〜数十ｎｍのナノ粒子が好ましく、媒体としては、ポリエチレン，ポリスチレン，ポリエチルテレフタレート，エポキシ樹脂等の合成樹脂等が採用可能である。

例えば、第１磁性体シート３Ａ及び第２磁性体シート３Ｂとして、低密度ポリエチレンにＦｅＣｏナノ粉を混練してシート状にしたものや、ＦｅＣｏナノ粒子を溶媒であるプロパノール及びバインダである樹脂に含有させたインクをポリイミドフィルム上に塗布し、磁場配向させた後に、乾燥及び硬化を行ってシート状にし、これを複数積層した状態でプレスしたもの等が採用可能である。
また、第１磁性体シート３Ａ及び第２磁性体シート３Ｂとして、スパッタリングにおいて絶縁性のマトリクス（ＳｉＯ_２，Ａｌ_２Ｏ_３等の損失の小さなセラミックス材料等）中に磁性金属粒子を分散させたナノグラニュラー膜や磁性層と、絶縁層とを交互に積層した薄膜構造等も採用可能である。

なお、第１磁性体シート３Ａ及び第２磁性体シート３Ｂの透磁率は、高いほど金属影響の低減効果があり、理論上、透磁率が高いほど第１磁性体シート３Ａ及び第２磁性体シート３Ｂの厚みを薄くすることができる。
また、第１磁性体シート３Ａ及び第２磁性体シート３Ｂの損失（ｔａｎδ）は低いことが好ましい。

次に、本実施形態のアンテナ装置において、磁性体シートの長さに関してアンテナ特性のシミュレーションを行った結果について説明する。

まず、上記給電アンテナ部２Ａ単体（無給電アンテナ部２Ｂ無し）における第１磁性体シート３Ａの長さＬ１を変化させた場合の振幅（ＹＺ面放射パターン、ＺＸ面放射パターン）について、シミュレーションした結果を図２及び図３に示す。
なお、第１アンテナエレメント４Ａの延在方向に直交する方向をＸ方向とし、第１アンテナエレメント４Ａの延在方向をＹ方向とすると共に、第１磁性体シート３Ａの上面に直交する方向をＺ方向とした。

また、第１磁性体シート３Ａの厚さを１ｍｍとし、第１アンテナエレメント４Ａの長さを１３ｍｍとした。また、第１磁性体シート３Ａの比透磁率μ’を１０とし、損失（ｔａｎδ）は無損失とした。
さらに、給電アンテナ部２Ａおよび給電アンテナ部２Ｂのアンテナ長はどちらも１３ｍｍとした。
なお、金属物Ｍは、無限金属板とした。

これらの結果から、第１磁性体シート３Ａの長さＬ１を短くすると、放射パターンの振幅値は小さくなることがわかる。また、磁性体シートの長さを変えると、給電アンテナ部２Ａの共振周波数も変化するため、集中定数である周波数調整用受動素子により共振周波数の調整を行っている。

次に、図４に示すように、第１磁性体シート３Ａの長さＬ１と第２磁性体シート３Ｂの長さＬ２とが同じ場合であって、振幅値及び位相の調整を行う前の状態において振幅（ＹＺ面放射パターン、ＺＸ面放射パターン）について、シミュレーションした結果を図５及び図６に示す。また、この場合において、位相差及び軸比について、シミュレーションした結果を図７及び図８に示す。

給電アンテナ部２Ａ及び無給電アンテナ部２Ｂのアンテナ長はどちらも１３ｍｍとし、第１磁性体シート３Ａ及び第２磁性体シート３Ｂの長さＬ１，Ｌ２も１３ｍｍとした。
なお、図４に示すように、第１磁性体シート３Ａと第２磁性体シート３Ｂとが接触している状態では、接触部分を共通にして第１磁性体シート３Ａと第２磁性体シート３Ｂとを一体化しても構わない。

また、各受動素子は、以下の設定とした。
第１周波数調整用受動素子Ｐ１：４．６ｎＨのインダクタ
第２周波数調整用受動素子Ｐ２：４．６ｎＨのインダクタ
第１インピーダンス調整用受動素子Ｐ３：１２ｐＦのコンデンサ
第２インピーダンス調整用受動素子Ｐ４：１２ｐＦのコンデンサ

上記結果から分かるように、直交するＥ_ｐｈｉとＥ_{ｔｈｅｔａ}との振幅値は、０°方向で３ｄＢ以上の差があり、位相差も９０°からずれている。また、軸比は、３ｄＢ以下にする必要があるが、３ｄＢ以下はほとんど得られていない。そのため、振幅値を同じにするために、給電アンテナ部２Ａ側の第１磁性体シート３Ａを短くし、ＹＺ面Ｅ_{ｔｈｅｔａ}（又はＺＸ面Ｅ_ｐｈｉ）成分を下げる必要がある。さらに、第１周波数調整用受動素子Ｐ１及び第２周波数調整用受動素子Ｐ２によって位相差を９０°に調整する必要がある。

そこで、図１に示すように、無給電アンテナ部２Ｂの第２磁性体シート３Ｂの長さＬ２に対して給電アンテナ部２Ａの第１磁性体シート３Ａの長さＬ１を短く変更すると共に、第１周波数調整用受動素子Ｐ１、第２周波数調整用受動素子Ｐ２、第１インピーダンス調整用受動素子Ｐ３及び第２インピーダンス調整用受動素子Ｐ４の値を変えて調整を行った結果を、図９から図１２に示す。

すなわち、第１磁性体シート３Ａの長さＬ１を第２磁性体シート３Ｂの長さＬ２より短くして振幅値及び位相の調整を行った後の状態における振幅（ＹＺ面放射パターン、ＺＸ面放射パターン）について、シミュレーションした結果を図９及び図１０に示す。また、この場合において、位相差及び軸比について、シミュレーションした結果を図１１及び図１２に示す。

なお、給電アンテナ部２Ａ及び無給電アンテナ部２Ｂのアンテナ長はどちらも１３ｍｍとし、第１磁性体シート３Ａの長さＬ１は６．５ｍｍとすると共に第２磁性体シート３Ｂの長さＬ２は１３ｍｍとした。
また、各受動素子は、以下の設定とした。
第１周波数調整用受動素子Ｐ１：５．３ｎＨのインダクタ
第２周波数調整用受動素子Ｐ２：４．６３ｎＨのインダクタ
第１インピーダンス調整用受動素子Ｐ３：１１．５ｐＦのコンデンサ
第２インピーダンス調整用受動素子Ｐ４：１５ｐＦのコンデンサ

これらの結果から分かるように、調整後は、直交するＥ_ｐｈｉとＥ_{ｔｈｅｔａ}との振幅値は、０°方向で一致しており、位相差も９０°となっている。また、軸比はＹＺ面で９９°、ＺＸ面で８３°の角度で、３ｄＢ以下となっている。

次に、上記調整後のアンテナ装置１において、ＶＳＷＲ特性（電圧定在波比）及び放射効率を図１３及び図１４に示す。
これらの結果から分かるように、所望の周波数において良好なアンテナ特性が得られている。

このように本実施形態のアンテナ装置１では、第１磁性体シート３Ａ上の第１アンテナエレメント４Ａと第２磁性体シート３Ｂ上の第２アンテナエレメント４Ｂとが、互いの開放端を近接させた状態で互いに直交する方向に延在しているので、金属物Ｍに近接配置しても磁性体シートが逆Ｆ型のアンテナエレメントと金属物Ｍとに間に介在することで、低背な構造で直交した偏波を得ることができると共に、金属影響を低減することができる。また、第１磁性体シート３Ａ及び第２磁性体シート３Ｂの寸法、透磁率又は損失（ｔａｎδ）を適宜変えることで、給電アンテナ部２Ａと無給電アンテナ部２Ｂとの放射効率を変えて直交した偏波の振幅値を調整し、軸比を改善することが可能である。

なお、第１磁性体シート３Ａ及び第２磁性体シート３Ｂが厚いほど、また寸法が大きいほど、金属影響を小さくする効果が得られる。また、第１磁性体シート３Ａ及び第２磁性体シート３Ｂの透磁率が高いほど、金属影響を小さくする効果が得られる。さらに、第１磁性体シート３Ａ及び第２磁性体シート３Ｂの損失が高くなるほど、放射効率が低下する。また、第１アンテナエレメント４Ａ又は第２アンテナエレメント４Ｂに受動素子として抵抗素子を挿入することで、抵抗により電力を損失させて放射効率を低下させることが可能である。また、入力特性の調整による不整合により放射効率を下げることも可能である。

また、第１磁性体シート３Ａの第１アンテナエレメント４Ａの延在方向における長さＬ１と、第２磁性体シート３Ｂの第２アンテナエレメント４Ｂの延在方向における長さＬ２とが、互いに異なっているので、第１磁性体シート３Ａと第２磁性体シート３Ｂとの互いの長さＬ１，Ｌ２に応じて給電アンテナ部２Ａと無給電アンテナ部２Ｂとの放射効率が変化し、直交したそれぞれの偏波の振幅値を調整することができる。

さらに、第１周波数調整用受動素子Ｐ１及び第２周波数調整用受動素子Ｐ２により、給電アンテナ部２Ａと無給電アンテナ部２Ｂとの互いの共振周波数をずらして設定しているので、アンテナ線路途中に設けた集中定数である第１周波数調整用受動素子Ｐ１及び第２周波数調整用受動素子Ｐ２により位相差の調整を行い、直交した偏波の９０°の位相差を得ることができる。
このように本実施形態のアンテナ装置１では、給電アンテナ部２Ａ及び無給電アンテナ部２Ｂが、第１磁性体シート３Ａ又は第２磁性体シート３Ｂを設置面側に配して金属物Ｍ上に設置されるので、金属物Ｍによる金属影響を小さくすることができる。

次に、本発明に係るアンテナ装置の第２及び第３実施形態について、図１５から図１９を参照して以下に説明する。なお、以下の実施形態の説明において、上記実施形態において説明した同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明は省略する。

第２実施形態と第１実施形態との異なる点は、第１実施形態では、第１アンテナエレメント４Ａ及び第２アンテナエレメント４Ｂが直接、第１磁性体シート３Ａ又は第２磁性体シート３Ｂ上に設けられているのに対し、第２実施形態のアンテナ装置２１では、図１５及び図１６に示すように、第１アンテナエレメント２４Ａ及び第２アンテナエレメント２４Ｂが絶縁性の第１基板２７Ａ又は第２基板２７Ｂを挟んで第１磁性体シート３Ａ又は第２磁性体シート３Ｂ上に設けられている点である。
また、第１実施形態では、アンテナグランドを金属物Ｍとしているが、第２実施形態では、第１基板２７Ａ，第２基板２７Ｂ上に第１グランドパターンＧ１，第２グランドパターンＧ２が形成され、金属物Ｍとグランドとは接続されていない。

第２実施形態では、給電アンテナ部２２Ａの第１基板２７Ａの先端側が第１磁性体シート３Ａから突出し、無給電アンテナ部２２Ｂの第２磁性体シート３Ｂ上にまで延在している。また、第１アンテナエレメント２４Ａの先端側も、第１基板２７Ａと同様に、第１磁性体シート３Ａから突出している。
また、第２実施形態では、第１アンテナエレメント２４Ａの先端に、誘電体アンテナの第１アンテナ素子ＡＴ１が接続されていると共に、第２アンテナエレメント２４Ｂの先端に、誘電体アンテナのアンテナ素子ＡＴ２が接続されている点でも第１実施形態と異なっている。

上記第１基板２７Ａ及び第２基板２７Ｂは、例えば一般的なプリント基板であって、本実施形態では、ガラスエポキシ樹脂等からなる長方形のプリント基板を採用している。
また、第１アンテナエレメント２４Ａ及び第２アンテナエレメント２４Ｂは、第１基板２７Ａ又は第２基板２７Ｂ上に銅箔等の金属箔でパターン形成されている。
第２実施形態では、２つの第１周波数調整用受動素子Ｐ１ａ，Ｐ１ｂが第１アンテナエレメント２４Ａに直列に接続されていると共に、２つの第２周波数調整用受動素子Ｐ２ａ，Ｐ２ｂが第２アンテナエレメント２４Ｂに直列に接続されている。

給電アンテナ部２２Ａでは、第１基板２７Ａ上に、グランド（図示略）に接続された第１グランドパターンＧ１が第１基板２７Ａに沿って帯状に延在してパターン形成されている。また、無給電アンテナ部２２Ｂでは、第２基板２７Ｂ上に、グランド（図示略）に接続された第２グランドパターンＧ２が第２基板２７Ｂに沿って帯状に延在してパターン形成されている。
第１アンテナエレメント２４Ａは、基端部が第１グランドパターンＧ１の近傍に配されて給電点ＦＰとされ、給電点ＦＰから第１グランドパターンＧ１の反対側に向けて第１基板２７Ａに沿って延在している。
また、第２アンテナエレメント２４Ｂは、基端部が第２グランドパターンＧ２の近傍に配され第２グランドパターンＧ２の反対側に向けて第２基板２７Ｂに沿って延在している。

なお、例えば給電手段として同軸ケーブルを採用する場合、同軸ケーブルの芯線が給電点ＦＰに接続されると共に、給電点ＦＰ近傍の第１グランドパターンＧ１に同軸ケーブルのグランド線が接続される。このように、給電点ＦＰは、同軸ケーブル等の給電手段を介して別のメイン基板に設けられた高周波回路（図示略）の給電点に接続される。この給電手段としては、同軸ケーブル、レセプタクル等のコネクタ、接点が板バネ形状を有する接続構造、接点がピンプローブ形状またはピン形状を有する接続構造、ハンダ付け用のランドを用いた接続構造等の種々の構造が採用可能である。

第１接続エレメント２５Ａは、第１周波数調整用受動素子Ｐ１ｂのよりも基端側の第１アンテナエレメント２４Ａの途中に一端が接続され、他端が給電点ＦＰから離間した位置の第１グランドパターンＧ１に接続されている。
また、第２接続エレメント２５Ｂは、第２周波数調整用受動素子Ｐ２ｂのよりも基端側の第２アンテナエレメント２４Ｂの途中に一端が接続され、他端が第２アンテナエレメント２４Ｂの基端から離間した位置の第２グランドパターンＧ２に接続されている。
なお、第１グランドパターンＧ１及び第２グランドパターンＧ２と金属物Ｍとの導通は無いが、導通させても構わない。

上記第１アンテナ素子ＡＴ１及び第２アンテナ素子ＡＴ２は、所望の共振周波数に自己共振しないローディング素子であって、例えば図１６に示すように、セラミックス等の誘電体１２１の表面にＡｇ等の導体パターン１２２が螺旋状に巻回形成されたチップアンテナである。
これらの第１アンテナ素子ＡＴ１及び第２アンテナ素子ＡＴ２は、共振周波数等の設定に応じて、その長さ、幅、導体パターン等が異なる素子を選択しても構わない。また、所望の周波数によっては、第１アンテナ素子ＡＴ１及び第２アンテナ素子ＡＴ２に使用している誘電体１２１を、磁性体、若しくは誘電体と磁性体とを混合した複合材料としても構わない。

第２実施形態のアンテナ装置２１について、放射効率と軸比とをシミュレーションした結果を、図１７及び図１８に示す。
なお、第１磁性体シート３Ａの長さＬ１を２４ｍｍとし、第２磁性体シート３Ｂの長さＬ２を３１ｍｍとした。また、第１磁性体シート３Ａ及び第２磁性体シート３Ｂの幅は、どちらも５ｍｍとし、それぞれの厚みは１ｍｍとした。さらに、第１磁性体シート３Ａと第２磁性体シート３Ｂとの間隔は、１ｍｍとしている。
第１磁性体シート３Ａと第２磁性体シート３Ｂとの比透磁率μ’を１０、損失（ｔａｎδ）を０．０１とした。

また、整合回路となる各受動素子は、以下のように設定した。
第１周波数調整用受動素子Ｐ１ａ：１ｎＨのインダクタ
第１周波数調整用受動素子Ｐ１ｂ：４ｎＨのインダクタ
第２周波数調整用受動素子Ｐ２ａ：１ｎＨのインダクタ
第２周波数調整用受動素子Ｐ２ｂ：３ｎＨのインダクタ
第１インピーダンス調整用受動素子Ｐ３：０．５ｎＨのインダクタ
第２インピーダンス調整用受動素子Ｐ４：ジャンパ線（０Ω）

また、放射特性については、比較として給電アンテナ部２２Ａのみで第１磁性体シート３Ａを採用しない場合（「ＡＮＴ基板単体 磁性体シート無」と図中に表記）と、給電アンテナ部２２Ａのみで第１磁性体シート３Ａを採用した場合（「ＡＮＴ基板単体 磁性体シート有」と図中に表記）とについても同様にシミュレーションした。なお、第２実施形態のアンテナ装置２１は、「円偏波構成（ＡＮＴ２個、直交配置」と図中に表記している。
これらの結果から分かるように、軸比はＹＺ面で６０°、ＺＸ面で７５°の角度で３ｄＢ以下の良好な軸比が得られた。このように磁性体シートの挿入により低背で高効率な円偏波特性が得られている。

このように第２実施形態のアンテナ装置２１では、第１アンテナエレメント２４Ａ及び第２アンテナエレメント２４Ｂが絶縁性の第１基板２７Ａ又は第２基板２７Ｂを挟んで第１磁性体シート３Ａ又は第２磁性体シート３Ｂ上に設けられているので、第１アンテナエレメント２４Ａ及び第２アンテナエレメント２４Ｂを直接、第１磁性体シート３Ａ又は第２磁性体シート３Ｂ上に設ける場合に比べて、第１アンテナエレメント２４Ａ及び第２アンテナエレメント２４Ｂを金属箔で高精度にパターン形成することができると共に、アンテナ素子や受動素子の実装が容易になる。

また、第１アンテナエレメント２４Ａの先端及び第２アンテナエレメント２４Ｂの先端に、それぞれ誘電体アンテナの第１アンテナ素子ＡＴ１又は第２アンテナ素子ＡＴ２が接続されているので、所望の共振周波数に自己共振しないローディング素子の第１アンテナ素子ＡＴ１又は第２アンテナ素子ＡＴ２によってエレメント長の短縮化及び高インピーダンス化ができ、小型化とアンテナ特性の向上とを図ることができる。

次に、第３実施形態と第２実施形態との異なる点は、第２実施形態では、第１アンテナエレメント２４Ａ及び第２アンテナエレメント２４Ｂが別々の第１基板２７Ａ，第２基板２７Ｂに設けられているのに対し、第３実施形態のアンテナ装置３１では、図１９に示すように、第１基板と第２基板とが一体となり、一枚の共通基板３７で構成されている点である。

すなわち、第３実施形態では、第２実施形態の第１基板２７Ａや第２基板２７Ｂのように帯状に長い基板ではなく、正方形に近い広い面積の共通基板３７を採用し、共通基板３７に第１アンテナエレメント３４Ａ，第２アンテナエレメント３４Ｂが形成されている。
また、第２実施形態では、第１グランドパターンＧ１と第２グランドパターンＧ２とが別々に設けられているが、第３実施形態では、第１グランドパターンＧ１と第２グランドパターンＧ２とが一体になって共通グランドパターンＧ３が共通基板３７上に形成されている。

このように第３実施形態のアンテナ装置３１では、第１基板と第２基板とが一体となり、一枚の共通基板３７で構成されているので、部材点数を削減できると共に、広い基板面が得られることで共通グランドパターンＧ３や高周波回路を設ける広いスペースを得ることができる。

なお、本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることができる。

例えば、第２実施形態のようにアンテナ素子を接続してエレメントの一部とすることが好ましいが、アンテナ素子を接続せずに、銅箔等の金属箔のみで延在したアンテナエレメントでも構わない。この際、高インピーダンス化するために、アンテナエレメントの少なくとも一部を他の部分よりも幅狭の細いパターンにしたり、ジグザグに折り返しながら全体として一定方向に延在するミアンダパターンとしたりすることが好ましい。
さらに、第１基板及び第２基板のサイズに余裕がある場合には、上記エレメントの一部を線状若しくは板状の金属を折り返した形状のパターンに置き換えても構わない。また、同一の基板本体の表裏面に対してスルーホールを用いて、螺旋状などの形状に旋回させたパターンにしても構わない。

１，２１，３１…アンテナ装置、２Ａ，２２Ａ…給電アンテナ部、２Ｂ，２２Ｂ…無給電アンテナ部、３Ａ…第１磁性体シート、３Ｂ…第２磁性体シート、４Ａ，２４Ａ，３４Ａ…第１アンテナエレメント、４Ｂ，２４Ｂ，３４Ｂ…第２アンテナエレメント、５Ａ，２５Ａ…第１接続エレメント、５Ｂ，２５Ｂ…第２接続エレメント、２７Ａ…第１基板、２７Ｂ…第２基板、３７…共通基板、ＡＴ１…第１アンテナ素子、ＡＴ２…第２アンテナ素子、ＦＰ…給電点、Ｐ１，Ｐ１ａ，Ｐ１ｂ…第１周波数調整用受動素子、Ｐ２，Ｐ２ａ，Ｐ２ｂ…第２周波数調整用受動素子、Ｍ…金属物

Claims (7)

1. 給電アンテナ部と無給電アンテナ部とを備え、
   前記給電アンテナ部が、磁性体で形成された第１磁性体シートと、
   前記第１磁性体シート上に直接又は絶縁性の第１基板を挟んで金属で形成され基端側が給電点と接続された第１アンテナエレメントと、
   前記第１磁性体シート上に直接又は前記第１基板を挟んで金属で形成され基端がグランドに接続されると共に先端が前記第１アンテナエレメントの基端側に接続された第１接続エレメントとを備え、
   前記無給電アンテナ部が、磁性体で形成された第２磁性体シートと、
   前記第２磁性体シート上に直接又は絶縁性の第２基板を挟んで金属で形成された第２アンテナエレメントと、
   前記第２磁性体シート上に直接又は前記第２基板を挟んで金属で形成され基端がグランドに接続されると共に先端が前記第２アンテナエレメントの基端側に接続された第２接続エレメントとを備え、
   前記第１アンテナエレメントと前記第２アンテナエレメントとが、互いの開放端を近接させた状態で互いに直交する方向に延在していることを特徴とするアンテナ装置。
2. 請求項１に記載のアンテナ装置において、
   前記第１磁性体シートの前記第１アンテナエレメントの延在方向における長さと、前記第２磁性体シートの前記第２アンテナエレメントの延在方向における長さとが、互いに異なっていることを特徴とするアンテナ装置。
3. 請求項１又は２に記載のアンテナ装置において、
   前記第１アンテナエレメントの途中に、第１周波数調整用受動素子が接続され、
   前記第２アンテナエレメントの途中に、第２周波数調整用受動素子が接続されていることを特徴とするアンテナ装置。
4. 請求項３に記載のアンテナ装置において、
   前記第１周波数調整用受動素子及び前記第２周波数調整用受動素子により、前記給電アンテナ部と前記無給電アンテナ部との互いの共振周波数をずらして設定していることを特徴とするアンテナ装置。
5. 請求項１から４のいずれか一項に記載のアンテナ装置において、
   前記第１アンテナエレメントの先端及び前記第２アンテナエレメントの先端に、それぞれ誘電体アンテナのアンテナ素子が接続されていることを特徴とするアンテナ装置。
6. 請求項１から５のいずれか一項に記載のアンテナ装置において、
   前記給電アンテナ部及び前記無給電アンテナ部が、前記第１磁性体シート又は前記第２磁性体シートを設置面側に配して金属物上に設置されることを特徴とするアンテナ装置。
7. 請求項１から６のいずれか一項に記載のアンテナ装置において、
   前記第１基板と前記第２基板とが一体となり、一枚の共通基板で構成されていることを特徴とするアンテナ装置。

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