JP6998533B2 - アンテナ装置 - Google Patents

Description

本開示は、アンテナ装置に関する。

非特許文献１には、移動通信端末に搭載される従来のアンテナ装置として、例えば２ＧＨｚ帯の通信周波数を使用するパッチアンテナが開示されている。このパッチアンテナは、通信周波数の広帯域化を図るため、下位層にグランド面、中間層にアンテナ面、上位層に伝送線路で構成されたスタブが積層された３層構造を有する。

中野新司、外４名、"パッチ上面に設けたスタブによる偏波ダイバーシチパッチアンテナの広帯域整合"、２００３年１１月、電子情報通信学会論文誌 Ｂ Ｖｏｌ．Ｊ８６－Ｂ Ｎｏ．１１ ｐｐ．２４２８－２４３２

本開示は、上述した従来の状況に鑑みて案出され、アンテナ装置自体の全体的な厚みを増大すること無く、共振周波数特性のピークの鋭さを示すＱ値を低減し、通信周波数の広帯域化とアンテナとしての利得の向上を図るアンテナ装置を提供することを目的とする。

本開示は、アンテナ導体が設けられたアンテナ面と、前記アンテナ面に対向し、接地導体が設けられたグランド面と、線路幅がそれぞれ異なり同一の線路長を有する複数の伝送線路がそれぞれ直列に接続されたスタブと、を備え、前記スタブは、前記アンテナ面と略同一平面上、又は、前記アンテナ面と前記グランド面との間に位置し、かつ前記アンテナ面側から見た場合、前記スタブは前記アンテナ面の領域内にあり、前記複数の伝送線路は、それぞれ同一の線路長を有する、アンテナ装置を提供する。

本開示によれば、アンテナ装置自体の全体的な厚みを増大すること無く、共振周波数特性のピークの鋭さを示すＱ値を低減でき、通信周波数の広帯域化とアンテナとしての利得の向上を図ることができる。

実施の形態１に係るパッチアンテナの積層構造を示す断面図 アンテナ面を示す斜視図 給電面を示す斜視図 パッチ及びスタブの形状をパッチアンテナの上方から透視して示す平面図 パッチアンテナの等価回路の一例を示す図 スミスチャートを用いてパッチアンテナの広帯域化を説明する図 実施の形態２に係るパッチ及びスタブの形状をパッチアンテナの上方から透視して示す平面図 実施の形態３に係るパッチアンテナの構造を示す断面図 基板の表面に設けられたパッチ及びスタブを示す斜視図 パッチアンテナのインピーダンス特性を示すスミスチャート

（実施の形態の内容に至る経緯）
非特許文献１において、アンテナ面は、誘電体の表面に設けられた銅箔のパッチを有する。パッチは、電波を放射する並列共振回路を形成する。グランド面は、移動通信端末の筐体に沿った形状を有する金属板で成形された接地導体を有する。スタブは、誘電体の表面に設けられた伝送線路を有し、直列共振回路を形成する。スタブは、パッチと直列に結合し、パッチアンテナのリアクタンス成分をゼロに近づけることができ、アンテナ装置としての通信周波数の広帯域化を可能としている。

ところが、非特許文献１に記載のアンテナ装置では、グランド面とスタブとの間にアンテナ面が介在している。このため、アンテナ面とグランド面との間隔が狭い構造であるため、共振周波数特性のピークの鋭さを示すＱ値が増し、さらなる広帯域化が困難となるという課題があった。一方で、アンテナ装置の小型化を図る上で、アンテナ装置自体の全体的な厚さは制限される。従って、非特許文献１のアンテナ装置の構成では、アンテナ面とグランド面との間隔を広くすることができなかった。言い換えると、パッチアンテナのＱ値の低下が困難であり、通信に用いる周波数帯のさらなる広帯域化や、アンテナとしての利得の向上が困難であった。

そこで、以下の各実施の形態では、アンテナ装置自体の全体的な厚みを増大すること無く、共振周波数特性のピークの鋭さを示すＱ値を低減し、通信周波数の広帯域化とアンテナとしての利得の向上を図るアンテナ装置の例を説明する。

以下、適宜図面を参照しながら、本開示に係るアンテナ装置を具体的に開示した各実施の形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になることを避け、当業者の理解を容易にするためである。なお、添付図面及び以下の説明は、当業者が本開示を十分に理解するために提供されるものであり、これらにより特許請求の範囲に記載の主題を限定することは意図されていない。

以下の各実施の形態に係るアンテナ装置は、例えば航空機等に座席に設けられるシートモニタに搭載されるパッチアンテナ（つまり、マイクロストリップアンテナ（Microstrip Antenna）に適用されるユースケースを例示して説明する。但し、アンテナ装置（パッチアンテナ）が搭載される機器は、上述したシートモニタに限定されない。

（第１の実施形態）
図１は、実施の形態１に係るパッチアンテナ５の積層構造を示す断面図である。図１に示す断面図には、図２における矢印Ｅ－Ｅ線方向、並びに図３における矢印Ｆ－Ｆ線方向から見た断面が示される。パッチアンテナ５は、下位層にグランド面１０、中間層に給電面２０、上位層にアンテナ面４０が積層された、３層構造の基板８を有する。実施の形態１のパッチアンテナ５は、動作可能な周波数帯として、例えば２．４ＧＨｚの周波数帯の無線信号（言い換えると、電波）を送信する。

基板８は、ＰＰＯ（Polyphenyleneoxide）等の比誘電率の高い誘電体で成形された誘電体基板であり、第１の基板８ａと第２の基板８ｂとが積層された構造を有する。グランド面１０は、第１の基板８ａの裏面に設けられる。アンテナ面４０は、第２の基板８ｂの表面に設けられる。給電面２０は、第１の基板８ａの表面と第２の基板８ｂの裏面との間に設けられる。従って、実施の形態１に係るパッチアンテナ５は、アンテナ面４０を給電面２０からの下面励振によって給電する。基板８全体の厚さは、例えば３ｍｍである。第１の基板８ａの厚さは、例えば２．９ｍｍである。第２の基板８ｂの厚さは、例えば０．１ｍｍである。また、基板８の裏側（つまり、グランド面１０の裏面側）には、パッチアンテナ５に給電するための無線通信回路（図示略）が設けられる。

基板８の表面（つまり、アンテナ面４０）から裏面（つまり、グランド面１０）にかけて貫通する貫通孔８６，８３には、それぞれビア導体５４，５６が設けられる。ビア導体５４，５６は、貫通孔８６，８３に導電材を充填することで円柱形状に成形される。ビア導体５４は、アンテナ面４０に形成された接点４１（つまり、ビア導体５４の上端面）と、給電面２０に形成された給電点２１（つまり、ビア導体５４の中間断面）と、グランド面１０に形成された接点１１（つまり、ビア導体５４の下端面）とを導通させる１本の導体である。ビア導体５４は、アンテナ面４０をパッチアンテナとして駆動するための給電導体である。接点１１は、基板８の裏面側に配置された無線通信回路（図示略）の給電端子に接続される。

ビア導体５６は、アンテナ面４０に形成されたパッチ４５（アンテナ導体の一例）と、グランド面１０に設けられた接地導体１５とを導通させる複数本の導体である。給電面２０では、ビア導体５６が導通せず、挿通される。給電面２０に形成された複数の貫通孔８３は、所謂スルーホールである。

図２は、アンテナ面４０を示す斜視図である。アンテナ面４０には、２．４ＧＨｚ帯用のアンテナ導体の一例としてのパッチ４５が設けられる。パッチ４５は、矩形状の銅箔で形成される。パッチ４５の面の１ヶ所には、開口部４４が形成され、その中央に接点４１（つまり、ビア導体５４の先端面）が露出する。パッチ４５は、並列共振回路の特性を有し、スタブ２５の給電点２１に供給される無線通信回路（図示略）からの励起信号に従って無線信号（つまり、電波）を放射する。

図３は、給電面２０を示す斜視図である。給電面２０には、スタブ２５（給電線の一例）が設けられる。スタブ２５は、動作対象とする周波数帯に適合したパッチアンテナ５のインピーダンス整合（つまり、インピーダンスマッチング）をとるために、パッチ４５と直列に接続される直列共振回路の特性を有する。つまり、スタブ２５は、パッチ４５と電気的に直列に結合することで、パッチアンテナ５の放射リアクタンス成分をゼロに近づけることが可能である。

図４は、パッチ４５及びスタブ２５の形状をパッチアンテナ５の上方から透視して示す平面図である。スタブ２５は、給電点２１、第１の伝送線路２７、第２の伝送線路２８、及び第３の伝送線路２９が直列に接続された形状を有する。第１の伝送線路２７、第２の伝送線路２８、及び第３の伝送線路２９の長さは、いずれもλ／４（λ：共振周波数に対応する波長の長さ）で同じであり、スタブ２５の全長は３λ／４である。第１の伝送線路２７、第２の伝送線路２８、及び第３の伝送線路２９の長さ（線路長）は、それぞれ必ずしも同一でなくてもよい。

第１の伝送線路２７は、給電点２１を始点として、３ヶ所の折り返し部２７ｚ，２７ｙ，２７ｘで略直角もしくは直角に折れ曲がった４つの線路２７ａ，２７ｂ，２７ｃ，２７ｄを有する。４つの線路２７ａ～２７ｄは、それぞれ線路幅が同一である。

第２の伝送線路２８は、２ヶ所の折り返し部２８ｚ，２８ｙで略直角もしくは直角に折れ曲がった３つの線路２８ａ，２８ｂ，２８ｃを有し、第１の伝送線路２７及び第３の伝送線路２９と比べ、線路幅の大きい直線の線路２８ｂを含む。２つの線路２８ａ，２８ｃと４つの線路２７ａ～２７ｄとは、それぞれ線路幅が同一である。

第３の伝送線路２９は、端部を終点とし、１箇所の折り返し部２９ｚで略直角もしくは直角に折れ曲がった２つの線路２９ａ，２９ｂを有する。２つの線路２９ａ～２９ｂは、それぞれ線路幅が同一である。

なお、第１の伝送線路２７が、４つの線路２７ａ～２７ｄの他に、折り返し部２８ｚを含む線路２８ａを更に有してもよい。また同様に、第３の伝送線路２９が、２つの線路２９ａ～２９ｂの他に、折り返し部２８ｙを含む線路２８ｃを更に有してもよい。この場合には、スタブ２５は、線路幅がそれぞれ異なり線路長が同一の３つの伝送線路により構成される。線路長は、それぞれ必ずしも同一でなくてもよい。

図５は、パッチアンテナ５の等価回路の一例を示す図である。パッチアンテナ５の等価回路は、図５に示すように、インピーダンスＺｒ、インピーダンスＺｓ及びリアクタンスｊＸｐが直列に接続された回路で表される。インピーダンスＺｒは、パッチ４５の放射に寄与するインピーダンスの成分である。インピーダンスＺｓは、スタブ２５による直列共振回路のインピーダンスの成分である。リアクタンスｊＸｐは、給電のためのプローブのリアクタンスの成分である。給電のためのプローブは、無線通信回路（図示略）の給電端子から接点１１，ビア導体５４を経由して給電点２１に至る導体である。

図６は、スミスチャートを用いてパッチアンテナ５の広帯域化を説明する図である。スミスチャートは、複素インピーダンスの全空間を表す。曲線ｃｈ１及び曲線ｃｈ２は、それぞれインピーダンスＺｒ及びインピーダンス（ｊＸｐ＋Ｚｓが）それぞれ給電点から供給される信号の周波数の変化によってどのように変化するかを表すインピーダンス特性である。

放射に寄与するインピーダンスＺｒは、曲線Ｃｈ１に示すように、周波数ｆ_ｌｏｗ（例えば１．８ＧＨｚ）～ｆ_ｈｉｇｈ（例えば２．８ＧＨｚ）にかけて周波数ｆ０で並列共振するインピーダンスとなる。また、インピーダンス（ｊＸｐ＋Ｚｓ）は、曲線Ｃｈ２に示すように、周波数ｆ_ｌｏｗ～ｆ_ｈｉｇｈにかけて周波数ｆ０で直列共振するインピーダンスとなる。

パッチアンテナ５の入力インピーダンスＺｉｎは、インピーダンスＺｒにインピーダンス（ｊＸｐ＋Ｚｓ）を直列的に加算した値となる。入力インピーダンスＺｉｎを表す曲線ｃｈ３は、周波数ｆ_ｌｏｗ～ｆ_ｈｉｇｈにかけて、周波数ｆ０でスミスチャートの中心位置（つまり、インピーダンス整合がとられた所定の設定値となるインビーダンス値：例えば、５０Ωあるいは７５Ω）を接近しながら一回りする。この中心位置に接近する領域では、リアクタンス成分が打ち消し合ってゼロに近づく。つまり、スミスチャートの中心位置を中心とする円ｇ０の範囲内には、電圧定在波比（ＶＳＷＲ）≦例えば２．０となる周波数帯のインピーダンスが多く含まれ、パッチアンテナ５において動作可能な通信周波数の広帯域化が図られる。

以上により、実施の形態１に係るパッチアンテナ５は、パッチ４５が設けられたアンテナ面４０と、アンテナ面４０に対向し、接地導体１５が設けられたグランド面１０と、線路幅がそれぞれ異なる複数の第１の伝送線路２７～第３の伝送線路２９がそれぞれ直列に接続されたスタブ２５と、を備える。スタブ２５は、アンテナ面４０と略同一平面上、又は、アンテナ面４０とグランド面１０との間に位置する。

これにより、実施の形態１に係るパッチアンテナ５は、上述した非特許文献１に記載のパッチアンテナと比べ、パッチアンテナ自体の全体的な厚みを増大することなく、アンテナ面４０とグランド面１０との間隔を広げることが可能となる。従って、パッチアンテナ５において、共振周波数特性のピークの鋭さを示すＱ値を低減できる。言い換えると、パッチアンテナ５の厚さを増やすことなく、通信周波数のＱ値を小さくできる。Ｑ値が小さくなることで、パッチアンテナ５が動作可能な電波の周波数帯を広帯域化できる。また、広帯域化によって、電波の反射が少なくなり、アンテナとしての利得（つまり、通信電力の利得）が向上可能となる。

また、複数の伝送線路（第１の伝送線路２７～第３の伝送線路２９）は、それぞれ同一の線路長を有する。これにより、それぞれの第１の伝送線路２７～第３の伝送線路２９の線路長は全て同一であるため、スタブ２５において、共振周波数に適合するための所定のインピーダンスが得られるためのインピーダンス整合は線路幅によって調整すればよく、インピーダンス整合が簡易化される。

また、基板８は、第１の基板８ａと、第１の基板８ａより上層に設けられた第２の基板８ｂとにより構成される。グランド面１０は、第１の基板８ａの裏面に設けられる。アンテナ面４０は、第２の基板８ｂの表面に設けられる。給電面２０は、第１の基板８ａの表面と第２の基板８ｂの裏面との間に設けられる。このように、パッチアンテナ５は、アンテナ面４０を上層とし、給電面２０を中間層とする３層構造を有する。これにより、給電面２０に設けられたスタブ２５は、アンテナ面４０に対して垂直方向（つまり、図１中の紙面上下方向）に電磁結合し、アンテナ面４０に設けられたパッチ４５に給電を行える。また、スタブ２５の直列共振回路によるリアクタンス成分が、アンテナ面４０の並列共振による放射リアクタンス成分を打ち消すことができる。従って、パッチアンテナ５から送信される電波の送信周波数を広帯域化できる。また、広帯域化によって、電波の反射が少なくなり、通信電力の利得が向上する。

また、パッチアンテナ５では、第１の伝送線路２７、第２の伝送線路２８及び第３の伝送線路２９の中で、スタブ２５に配される給電点２１に最も近い第１の伝送線路２７の線路幅は、第１の伝送線路１７と直列に接続される第２の伝送線路２８の線路幅よりも小さい。これにより、給電点２１側の第１の伝送線路２７の線路幅が狭いので、伝送線路の引き廻しが容易となる。給電点２１に近い第１の伝送線路２７の線路を狭くしてインピーダンスを大きくすることは、インピーダンス整合に効果的である。

また、スタブ２５は、直列に接続された第１の伝送線路２７、第２の伝送線路２８及び第３の伝送線路２９において、同一の伝送線路又は異なる伝送線路を平行に配置するための折り返し部を少なくとも１つ有する。このように、伝送線路に少なくとも１つの折り返し部が設けられることで、線路長が長くなっても、全体の長さを抑えることができる。また、スタブ２５とパッチ４５との電磁結合強度を高めることができる。

（実施の形態２）
実施の形態１では、２．４ＧＨｚの周波数で送信するパッチアンテナを示した。実施の形態２では、２．４ＧＨｚ及び５ＧＨｚの２つの周波数で送信可能なパッチアンテナの例を説明する。

図７は、実施の形態２に係るパッチ４５，７５及びスタブ２５，６５の形状をパッチアンテナ５Ａの上方から透視して示す平面図である。

第２の基板８ｂの表面に設けられたアンテナ面４０には、２．４ＧＨＺ用のパッチ４５及び５ＧＨｚ用のパッチ７５が設けられる。また、第２の基板８ｂの裏面と第１の基板８ａの表面との間に設けられた給電面２０には、２．４ＧＨＺ用のスタブ２５及び５ＧＨｚ用のスタブ６５が設けられる。

２．４ＧＨｚ用のパッチ４５及びスタブ２５は、実施の形態１と同様であるので、同一の構成には同一の符号を付与することで、同一の内容の説明は簡略化又は省略し、異なる内容について説明する。

一方、５ＧＨｚ用のパッチ７５は、パッチ４５の面積より小さい矩形の銅箔である。パッチ７５の面の１ヶ所には、開口部７４が形成され、その中央に接点７１が設けられる。接点７１は、ビア導体（図示略）を介してスタブ６５の給電点６１と導通する。また、接点７１は、接続線路７８を介して、パッチ４５に設けられた接点４１と接続される。また、接点４１は、ビア導体５４の上端面であり、給電点２１と導通する。このように、２．４ＧＨｚ用の給電点２１は、ビア導体５４、接点４１、接続線路７８、接点７１及びビア導体（図示略）を経由して、５ＧＨｚ用の給電点６１と導通する。

５ＧＨｚ用のパッチ７５は、２．４ＧＨｚ用のパッチ４５と同様に、並列共振回路の特性を有し、給電点６１を介して無線通信回路（図示略）から供給される励起信号に従って電波を放射する。

５ＧＨｚ用のスタブ６５は、２．４ＧＨｚ用のパッチ４５と同様、給電点６１、第１の伝送線路６７、第２の伝送線路６８、及び第３の伝送線路６９が直列に接続された形状を有する。第１の伝送線路６７、第２の伝送線路６８、及び第３の伝送線路６９の長さは、いずれもλ／４（λ：共振周波数に対応する波長の長さ）で同じであり、スタブ６５の全長は３λ／４である。５ＧＨｚの波長は、２．４ＧＨｚの波長よりも短いので、５ＧＨｚ用のスタブ６５の全長は、２．４ＧＨｚ用のパッチ４５の全長よりも短い。

第１の伝送線路６７は、給電点６１を始点として、２ヶ所の折り返し部６７ｚ，６７ｙで略直角もしくは直角に折れ曲がった３つの線路６７ａ，６７ｂ，６７ｃを有する。３つの線路６７ａ～６７ｃは、それぞれ線路幅が同一である。

第２の伝送線路２８は、２つの線路６８ｂ，６８ｃを有し、第１の伝送線路６７及び第３の伝送線路６９と比べ、線路幅の大きい直線の線路６８ｂを含む。

第３の伝送線路６９は、端部を終点とし、２箇所の折り返し部６９ｚ，６９ｙで略直角もしくは直角に折れ曲がった２つの線路６９ａ，６９ｂを有する。なお、第３の伝送線路６９が、２つの線路６９ａ～６９ｂの他に、折り返し部６９ｚを含む線路６８ｃを更に有してもよい。この場合には、スタブ６５は、線路幅がそれぞれ異なる３つの伝送線路により構成される。

以上により、実施の形態２に係るパッチアンテナ５Ａでは、第２の基板８ｂの表面に設けられたアンテナ面４０には、それぞれ異なる周波数帯（例えば、２．４ＧＨｚ帯、５ＧＨｚ帯）で動作可能な複数のアンテナ導体（パッチ４５，パッチ７５）が離れて設けられる。また、実施の形態２において、スタブは、第２の基板８ｂの裏面に設けられた給電面２０には、これらの複数のパッチ４５，７５のそれぞれに対応してインピーダンス整合された、複数のサブスタブ（例えば、スタブ２５，６５）が設けられる。これにより、２つの帯域で送信可能なパッチアンテナを単一のパッチアンテナで構成できる。また、周波数帯毎に複数のパッチアンテナを実装しなくても済むので、部品点数を削減でき、コストを抑えることができる。

なお、実施の形態２では、単一のパッチアンテナの基板に、２．４ＧＨｚ用のパッチ及びスタブと５．０ＧＨｚ用のパッチ及びスタブとが設けられる場合を示したが、３つ以上の周波数帯のパッチ及びスタブが単一のパッチアンテナの基板に設けられてもよい。

（実施の形態３）
実施の形態１，２では、パッチアンテナ５は、上層のアンテナ面、中間層の給電面及び下層のグランド面からなる３層構造を有していた。実施の形態３では、アンテナ面及び給電面が同じ表面（同一の面）に形成された、２層構造を有するパッチアンテナの例を説明する。

図８は、実施の形態３に係るパッチアンテナ５Ｂの構造を示す断面図である。図８に示す断面図には、図９における矢印Ｇ－Ｇ線方向から見た断面が示される。パッチアンテナ５Ｂは、基板８Ｃの下位層にグランド面１０、上位層に給電面２０及びアンテナ面４０Ａが積層された２層構造を有する。給電面２０Ａ及びアンテナ面４０Ａは、基板８Ｃの表面（同一の面）に形成される。

図９は、基板８Ｃの表面に設けられたパッチ４５Ａ及びスタブ２５Ａを示す斜視図である。基板８Ｃの表面に設けられたアンテナ面４０Ａには、例えば２．４ＧＨｚ用のパッチ４５Ａが設けられる。アンテナ面４０Ａの内側の一部には、アンテナ面４０Ａから区画された、屈曲した形状のスタブ２５Ａを含む給電面２０Ａが基板８Ｃの表面に設けられる。

パッチ４５Ａは、アンテナ面４０Ａの内側の一部が給電面２０Ａで抜かれた矩形の銅箔である。一方、給電面２０Ａに設けられるスタブ２５Ａは、給電点２１Ａ、第１の伝送線路１２７、第２の伝送線路１２８、及び第３の伝送線路１２９が直列に接続された形状を有する。第１の伝送線路１２７、第２の伝送線路１２８、及び第３の伝送線路１２９の長さは、いずれもλ／４（λ：共振周波数に対応する波長の長さ）で同じであり、スタブ２５Ａの全長は３λ／４である。第１の伝送線路１２７、第２の伝送線路１２８、及び第３の伝送線路１２９の長さ（線路長）、スタブ２５Ａの全長は、これらの例示した長さに限らない。

第１の伝送線路１２７は、給電点２１Ａを始点として、２箇所の折り返し部１２７ｚ，１２７ｙで略直角もしくは直角に折れ曲がった３つの線路１２７ａ，１２７ｂ，１２７ｃを有する。３つの線路１２７ａ～１２７ｃは、それぞれ線路幅が同一である。

第２の伝送線路１２８は、第１の伝送線路１２７及び第３の伝送線路１２９と比べ、線路幅の大きい直線の線路である。

第３の伝送線路１２９は、端部を終点とし、２ヶ所の折り返し部１２９ｚ，１２９ｙで略直角もしくは直角に折れ曲がった３つの線路１２９ａ，１２９ｂ，１２９ｃを有する。３つの線路１２９ａ～１２９ｃは、それぞれ線路幅が同一である。つまり、スタブ２５Ａは、線路幅が異なる３つの伝送線路により構成される。

スタブ２５Ａは、アンテナ面４０Ａに設けられたパッチ４５Ａと面内方向（つまり、図９中の紙面左右方向）に電磁結合し、アンテナ面４０Ａに設けられたパッチ４５Ａに給電を行う。パッチ４５Ａは、並列共振回路の特性を有し、給電点２１Ａを介して無線通信回路（図示略）から供給される励起信号に従って無線信号（つまり、電波）を放射する。

スタブ２５Ａは、動作対象とする周波数帯に適合したパッチアンテナ５Ａのインピーダンス整合（つまり、インピーダンスマッチング）をとるために、パッチ４５Ａと直列に接続される直列共振回路の特性を有する。つまり、スタブ２５Ａは、パッチ４５Ａと電気的に直列に結合することで、パッチアンテナ５Ｂの放射リアクタンス成分をゼロに近づけることが可能である。

なお、実施の形態３に係るパッチアンテナ５Ａの等価回路の構成は、実施の形態１に係るパッチアンテナ５の等価回路（図５参照）と同一であるため、当該回路の構成の説明は実施の形態１と同一であるため、説明を省略する。

図１０は、パッチアンテナ５Ｂのインピーダンス特性を示すスミスチャートである。曲線ｃｈ４は、パッチアンテナ５Ｂの入力インピーダンスＺｉｎが、給電点から供給される信号の周波数の変化によってどのように変化するかを表す。曲線ｃｈ４において、端点ｐ１は、給電点２１Ａからの信号の周波数が２．０ＧＨｚである場合の入力インピーダンスを表す。また、端点Ｐ２は、給電点２１Ａからの信号の周波数が３．０ＧＨｚである場合の入力インピーダンスを表す。この曲線ｃｈ４は、端点ｐ１から、スミスチャートの中心位置に接近するように、中心位置を一回りした後、大きな弧を描くように端点ｐ２に向かう。

また、スミスチャートの中心位置（つまり、インピーダンス整合がとられた所定の設定値となるインピーダンス値： ５０Ωあるいは７５Ω）を中心とする円ｇ１（破線で描画）の内側には、電圧定在波比（ＶＳＷＲ）≦例えば２．０となる周波数帯のインピーダンスが多く含まれる。つまり、この円ｇ１の内側では、電波の反射が少ない、通信周波数が使用可能である。従って、パッチアンテナ５Ｂの通信周波数の帯域が広がる。また、通信周波数の広帯域化により、通信電力の利得が向上する。

以上により、第３の実施形態のパッチアンテナ５Ｂでは、アンテナ面４０（アンテナ導体）に設けられたパッチ４５Ａと、給電面２０に設けられたスタブ２５Ａとがともに基板８の表（おもて）面（一方の面）に設けられる。パッチアンテナ５Ｂは、アンテナ面４０と給電面２０を上層とする２層構造を有する。これにより、給電面２０に設けられたスタブ２５Ａは、アンテナ面４０と左右方向に電磁結合し、アンテナ面４０に設けられたパッチ４５Ａに給電を行える。スタブ２５Ａは、パッチアンテナ５Ａのインピーダンス整合をとるために、パッチ４５Ａと直列に接続される直列共振回路の特性を有する。つまり、スタブ２５Ａは、パッチ４５Ａと直列に結合し、パッチアンテナ５Ｂのリアクタンス成分を値０に近づける。したがって、パッチアンテナ５Ｂから送信される電波の通信周波数を広帯域化できる。また、広帯域化によって、電波の反射が少なくなり、通信電力の利得が向上する。

さらに、実施の形態３に係るパッチアンテナ５Ａでは、アンテナ面４０と給電面２０とが基板８の表面に形成されることで、次のような効果が得られる。例えばパッチアンテナ５Ａを製品（例えば、上述したシートモニタ）に実装する前に、インピーダンス整合をとるために、伝送線路（給電ライン）の長さを調整することが容易である。伝送線路が中間層にある場合、伝送線路の長さや幅を調整することが難しいことがある。

また、パッチアンテナ５Ａを製品（例えば、上述したシートモニタ）に実装した後、金属の筐体に取り付けられた場合、パッチアンテナの周波数特性が高域側又は低域側にシフトすることがある。その場合、共振周波数が低域側にずれた場合、伝送線路の幅を狭くすることで元の帯域に戻すことができる。また、共振周波数が高域側にずれた場合、伝送線路の幅を広くすることで元の帯域に戻すことができる。つまり、パッチアンテナを製品に搭載した後であっても、実施の形態３に係るパッチアンテナ５Ａであれば、インピーダンス整合の自由度が増す。また、パッチアンテナ５Ａが２層構造であるので、３層構造の場合と比べ、製造し易くなり、コストダウンを図ることができる。

なお、実施の形態３においても、実施の形態２と同様、２つ以上の帯域毎のアンテナ面と給電面との組み合わせが同一の基板に設けられてもよく、その場合に実施の形態２と同様の効果が得られることは言うまでも無い。

以上、図面を参照しながら各種の実施の形態について説明したが、本開示はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例、修正例、置換例、付加例、削除例、均等例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。また、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した各種の実施の形態における各構成要素を任意に組み合わせてもよい。

例えば、上述した実施の形態の１～３では、アンテナ装置は、電波を送信する送信装置のアンテナに適用される場合を示したが、電波を受信する受信装置のアンテナとしても適用されてもよい。

なお、本出願は、２０１７年１２月２８日出願の日本特許出願（特願２０１７－２５３８９１）に基づくものであり、その内容は本出願の中に参照として援用される。

本開示は、アンテナ装置自体の全体的な厚みを増大すること無く、共振周波数特性のピークの鋭さを示すＱ値を低減し、通信周波数の広帯域化とアンテナとしての利得の向上を図るアンテナ装置として有用である。

５、５Ａ、５Ｂ パッチアンテナ
８ 基板
１０ グランド面
１５ 接地導体
２０ 給電面
２５、２５Ａ スタブ
２７、６７ 第１の伝送線路
２８、６８ 第２の伝送線路
２９、６９ 第３の伝送線路
２７ｘ、２７ｙ、２７ｚ 折り返し部
４０ アンテナ面
４５、４５Ａ パッチ
７８ 接続線路
８３、８６ 貫通孔

Claims (6)

1. アンテナ導体が設けられたアンテナ面と、
   前記アンテナ面に対向し、接地導体が設けられたグランド面と、
   線路幅がそれぞれ異なる複数の伝送線路がそれぞれ直列に接続されたスタブと、を備え、
   前記スタブは、前記アンテナ面と略同一平面上、又は、前記アンテナ面と前記グランド面との間に位置し、かつ前記アンテナ面側から見た場合、前記スタブは前記アンテナ面の領域内にあり、
   前記複数の伝送線路は、それぞれ同一の線路長を有する、
   アンテナ装置。
2. 誘電体により形成された基板、を更に備え、
   前記基板は、第１の基板と、前記第１の基板より上層に設けられた第２の基板とにより構成され、
   前記接地導体は、前記第１の基板の裏面に設けられ、
   前記アンテナ導体は、前記第２の基板の表面に設けられ、
   前記スタブは、前記第１の基板の表面と前記第２の基板の裏面との間に設けられる、
   請求項１に記載のアンテナ装置。
3. 誘電体により形成された基板、を更に備え、
   前記アンテナ導体と前記スタブとは、前記基板の一方の面にともに設けられる、
   請求項１に記載のアンテナ装置。
4. 前記複数の伝送線路の中で前記スタブに配される給電点に最も近い第１の伝送線路の線路幅は、前記第１の伝送線路と直列に接続される第２の伝送線路の線路幅よりも小さい、
   請求項１に記載のアンテナ装置。
5. 前記スタブは、直列に接続された前記複数の伝送線路において、同一の伝送線路又は異なる伝送線路を平行に配置するための折り返し部を少なくとも１つ有する、
   請求項１に記載のアンテナ装置。
6. 前記アンテナ面には、それぞれ異なる周波数帯で動作可能な複数の前記アンテナ導体が離れて設けられ、
   前記スタブは、複数の前記アンテナ導体のそれぞれに対応してインピーダンス整合された、複数のサブスタブを備える、
   請求項１に記載のアンテナ装置。

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