JP7182137B2 - アンテナ装置および通信装置 - Google Patents

Description

本開示は、アンテナ装置および通信装置に関する。

特許文献１は、人工磁気導体（Ａｒｔｉｆｉｃｉａｌ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ；以下、ＡＭＣという）を利用したアンテナ装置を開示している。

特開２０１５－７０５４２号公報

本開示は、周囲が金属構造体により覆われた配置でも、動作周波数の広帯域化とアンテナ利得の向上とを両立するアンテナ装置および通信装置を提供する。

本開示は、給電アンテナ導体と、非給電アンテナ導体と、接地導体と、前記給電アンテナ導体、前記非給電アンテナ導体および前記接地導体により狭設される第１の人工磁気導体と、前記第１の人工磁気導体と並べて配置され、前記接地導体と導通する少なくとも１つの第２の人工磁気導体と、を備える、アンテナ装置を提供する。

また、本開示は、アンテナ装置と、表示部を保護する前面パネルと、前記アンテナ装置の筐体より大きな窓開口部を有し、前記窓開口部により囲まれて前記前面パネルの一部に固定された前記アンテナ装置を包囲する金属フレームと、を備え、前記アンテナ装置は、給電アンテナ導体と、非給電アンテナ導体と、接地導体と、前記給電アンテナ導体、前記非給電アンテナ導体および前記接地導体により狭設される第１の人工磁気導体と、前記第１の人工磁気導体と並べて配置され、前記接地導体と導通する少なくとも１つの第２の人工磁気導体と、を有する、通信装置を提供する。

本開示によれば、アンテナ装置および通信装置において、周囲が金属構造体により覆われた配置でも、動作周波数の広帯域化とアンテナ利得の向上とを両立できる。

実施の形態１に係るアンテナ装置が搭載された通信装置の外観を示す斜視図 図１に示すモニタ上方中央部の正面図 比較例に係るアンテナ装置とパネルとを接着する両面テープの厚さの変化例を示す側面図 実施の形態１に係るアンテナ装置の外観を示す斜視図 図４の矢印Ａ－Ａ線方向から見たアンテナ装置の内部構造を示す縦断面図 実施の形態１に係るアンテナ装置の層構成の一例を示す図 実施の形態１に係るアンテナ装置の層構成の一例を示す図 比較例に係るアンテナ装置の層構成の一例を示す図 ＡＭＣの多段化の概念を模式的に示す図 実施の形態１に係るアンテナ装置の放射パターンのシミュレーション結果の一例を示す図 比較例に係るアンテナ装置の放射パターンのシミュレーション結果の一例を示す図 ピークゲインの周波数特性の測定結果の一例を示す図 ＶＳＷＲの周波数特性のシミュレーション結果の一例を示す図

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および通信装置を具体的に開示した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のを避け、当業者の理解を容易にするためである。なお、添付図面および以下の説明は、当業者が本開示を十分に理解するために提供されるのであって、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。

以下の実施の形態１では、２．４ＧＨｚ帯（例えば２４００～２５００ＭＨｚ）の周波数を動作周波数とし、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、Ｗｉ－Ｆｉ（登録商標）等の無線ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）の規格に準拠した無線通信が可能なアンテナ装置を例示して説明する。但し、実施の形態１に係るアンテナ装置は、前述した規格以外の他の規格に準拠した周波数帯の無線通信を行ってもよい。

図１は、実施の形態１に係るアンテナ装置１００が搭載された通信装置ＳＭ１の外観を示す斜視図である。図２は、図１に示すモニタ上方中央部ＵＰ１の正面図である。以下の説明において、ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸は図１に示す方向とする。ｘ軸はアンテナ装置１００あるいは通信装置ＳＭ１の厚み方向を示す。ｙ軸はアンテナ装置１００あるいは通信装置ＳＭ１の幅方向を示す。ｚ軸はアンテナ装置１００あるいは通信装置ＳＭ１の長手方向を示す。

図１に示す通信装置ＳＭ１は、例えば、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）の無線通信が利用可能な航空機内の乗客用座席の背面部に取り付けられたシートモニタである。なお、アンテナ装置１００が配置される通信装置ＳＭ１は、上述したシートモニタに限定されない。図１に示すように、通信装置ＳＭ１は、ガラス等のパネルＰＮＬ１を用いたタッチパネルＴＰ１（表示部の一例）が前面側に設けられ、ユーザである乗客がタッチパネルＴＰ１に対面（対向）するように乗客用座席に座った状態で利用される。つまり、通信装置ＳＭ１は、画像等のデータをタッチパネルＴＰ１に表示したり、ユーザの指等による操作をタッチパネルＴＰ１で受け付けたりする。また、通信装置ＳＭ１は、アンテナ装置１００を介して、ユーザが保持しているスマートフォンあるいはタブレット等の通信機器（図示略）との間でＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）の無線通信を行うことが可能である。

アンテナ装置１００は、アンテナ装置１００が実装されたプリント配線基板１（図４参照）が保護用の樹脂カバーＣＶ１に包囲され、通信装置ＳＭ１の筐体のモニタ上方中央部ＵＰ１に固定的に配置される。アンテナ装置１００は、通信装置ＳＭ１の前面（例えばパネルＰＮＬ１）から後側の乗客用座席の正面方向（図１０および図１１参照）に向けて、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）の２．４ＧＨｚ帯の偏波（電磁波）を放射する。アンテナ装置１００の詳細な構成例については後述する。

また図１には、モニタ上方中央部ＵＰ１の要部が示されている。モニタ上方中央部ＵＰ１は、ガラス等のパネルＰＮＬ１の背面部に接着固定された金属フレームＦＲＭ１により構成されている。図１のモニタ上方中央部ＵＰ１の要部および図２ではパネルＰＮＬ１の図示を省略している。金属フレームＦＲＭ１は、ｘ軸方向の断面形状が中空の略長方形状となる、中空の略直方体形状の金属構造体である。例えば図１の金属フレームＦＲＭ１は、４つの異なる長方形状の金属片の端部がそれぞれ隣接する金属片と直交するように溶接等で接合された形状を有している。

金属フレームＦＲＭ１は、ｙｚ平面においてアンテナ装置１００および樹脂カバーＣＶ１よりも広い面積を有する開口部（例えば前方窓部ＷＤ１）を有する。つまり、金属フレームＦＲＭ１の前面側には開口部（例えば前方窓部ＷＤ１）が形成されている。金属フレームＦＲＭ１は、４つの異なる金属片によってアンテナ装置１００を包囲する（図２および図３参照）。つまり、アンテナ装置１００はアンテナ装置１００の周囲が金属フレームＦＲＭ１により囲まれて配置されるので、金属の影響を受け易く、アンテナとしての性能（例えば利得あるいはＶＳＷＲ（Ｖｏｌｔａｇｅ Ｓｔａｎｄｉｎｇ Ｗａｖｅ Ｒａｔｉｏ）の周波数特性）の低下が懸念される。

このため、実施の形態１では、アンテナ装置１００は、アンテナとしての性能（例えば利得あるいはＶＳＷＲの周波数特性）の低下を抑制するために、アンテナ装置１００の前面側が前方窓部ＷＤ１によって金属フレームＦＲＭ１との接触が無い状態で両面テープＴＰＥ１（図３参照）によりパネルＰＮＬ１に接着される。これにより、アンテナ装置１００とパネルＰＮＬ１とが両面テープＴＰＥ１を介して直に固定され、アンテナ装置１００は金属フレームＦＲＭ１の影響を抑制可能となる。

図３は、比較例に係るアンテナ装置１００ｚとパネルＰＮＬｚとを接着する両面テープＴＰＥｚの厚さの変化例を示す側面図である。比較例に係るアンテナ装置１００ｚの詳細な構成例については図７を参照して後述する。

アンテナ装置１００ｚはｘ軸方向の断面形状が略コの字状の金属フレームＦＲＭｚにより覆われ、両面テープＴＰＥｚによってガラス等のパネルＰＮＬｚに接着固定されている。パネルＰＮＬｚと接着固定される前面側の金属フレームＦＲＭｚの厚さは２．６ｍｍである。両面テープＴＰＥｚの厚さは０．１５ｍｍなので、アンテナ装置１００ｚの給電点は２．６ｍｍ厚の金属フレームＦＲＭｚに対してかなり前面側（パネルＰＮＬｚに近い位置）に位置している。これにより、アンテナ装置１００ｚは金属フレームＦＲＭｚに覆われても、アンテナ装置１００ｚからの放射パターンＲＰＮｚから分かるようにアンテナとしての性能（例えば利得）の劣化はそれほど見られない。

ところが、実際の使用実績を想定した設計時の考察を経て、両面テープＴＰＥｚの厚さが０．１５ｍｍであるとアンテナ装置１００ｚの位置を固定する際の機構的信頼性（例えばアンテナ装置１００ｚが落ちにくいことあるいは位置ずれしにくいこと）が不十分であることが分かった。

そこで、実施の形態１に至る経緯として、両面テープＴＰＥｚの厚さが従来の０．１５ｍｍから０．８ｍｍに変更され、厚さ０．８ｍｍの両面テープＴＰＥ１によってアンテナ装置１００はパネルＰＮＬ１に接着固定された。これにより、アンテナ装置１００ｚの位置を固定する際の機構的信頼性（上述参照）を確保することができると思われる。但し、両面テープＴＰＥ１の厚さが０．１５ｍｍから０．８ｍｍと厚くなったことで、アンテナ装置１００ｚはパネルＰＮＬｚからより離間することになる（つまり、図３に示す方向ｂに移動することになる）。このため、アンテナ装置１００ｚは、金属フレームＦＲＭｚ（特にパネルＰＮＬｚと接着される前面側の金属フレーム）の影響を受け、アンテナ装置１００ｚの放射パターンＲＰＮｚが劣化する。

そこで、以上の経緯を踏まえ、パネルＰＮＬ１の背面部に厚さ０．８ｍｍ程の両面テープＴＰＥ１を用いて接着固定された場合（つまり、パネルＰＮＬ１からアンテナが離れた場合）でも、周囲の金属フレームＦＲＭ１の影響を抑制してアンテナとしての性能（例えば利得あるいはＶＳＷＲの周波数特性）の劣化を抑制するアンテナ装置１００（図６参照），１００ａ（図７参照）の例を説明する。

図４は、実施の形態１に係るアンテナ装置１００の外観を示す斜視図である。図５は、図４の矢印Ａ－Ａ線方向から見たアンテナ装置１００の内部構造を示す縦断面図である。図６は、実施の形態１に係るアンテナ装置１００の層構成の一例を示す図である。図７は、実施の形態１に係るアンテナ装置１００ａの層構成の一例を示す図である。図８は、比較例に係るアンテナ装置１００ｚの層構成の一例を示す図である。図４～図８において、ｘ軸、ｙ軸およびｚ軸は図１の図示に従うとする。

アンテナ装置１００，１００ａ，１００ｚの一例として、ダイポールアンテナを例示して説明する。ダイポールアンテナは、複数の層を有する積層基板であるプリント配線基板１上に形成され、表面の金属箔をエッチング等することによってダイポールアンテナのパターンを形成している。複数の層のそれぞれは、例えば銅箔あるいはガラスエポキシ等で構成される。アンテナ装置１００，１００ａ，１００ｚは、アンテナ層Ｌ１、ＡＭＣ層Ｌ２およびグランド層Ｌ３を少なくとも備える構成である。

図４に示すように、アンテナ装置１００，１００ａは、プリント配線基板１と、給電アンテナの一例としてのストリップ導体であるアンテナ導体２と、非給電アンテナの一例としてのストリップ導体であるアンテナ導体３と、アンテナ導体２，３の側方に配置される無給電導体６と、を備える。アンテナ装置１００，１００ａのプリント配線基板１は、シートモニタ等の通信装置ＳＭ１のモニタ上方中央部ＵＰ１に配置される（図１参照）。

アンテナ導体２，３は、それぞれプリント配線基板１のビア導体４，５に接続される。ビア導体４は、例えば導電性を有する銅箔を用いて形成され、アンテナ導体２の給電点Ｑ１と無線通信回路（図示略；例えばプリント配線基板１の裏面１ｂに実装される信号源回路）との間の給電線を構成する。ビア導体５は、例えば導電性を有する銅箔を用いて形成され、アンテナ導体３の給電点Ｑ２と上述した無線通信回路（図示略）との間の接地線を構成する。

アンテナ導体２，３のそれぞれは、例えばダイポールアンテナを構成するよう略長方形状（長方形状を含む）を有し、それらの長手方向が一直線上でｚ方向に延在する。また、アンテナ導体２，３のそれぞれは、アンテナ導体２，３の対向する給電点Ｑ１，Ｑ２側の端部（言い換えると、給電側端部）がアンテナ導体２、３のそれぞれから放射される電磁波の相殺を極力少なくするために所定間隔だけ離隔するように、プリント配線基板１の表面１ａに形成される。

なお、アンテナ導体２，３のそれぞれの給電側端部とは反対のそれぞれの端部（具体的には、アンテナ装置１００，１００ａをｙｚ平面において平面視したときに、最大に互いに離隔する端部）を以下、アンテナ導体２，３のそれぞれの「先端側端部」という。

無給電導体６は、アンテナ導体２，３のそれぞれの配置方向（ｚ方向）に並列し、アンテナ導体２，３のそれぞれの側面の一方側に配置され、アンテナ導体２，３と電気的に分離されている。無給電導体６とアンテナ導体２，３のそれぞれとの間は、同様にそれぞれから放射される電磁波の相殺を極力少なくするために所定の距離だけ確保される。所定の距離は、例えばアンテナ装置１００，１００ａが対応する動作周波数帯の電磁波の１波長の４分の１以内の距離である。無給電導体６は、アンテナ導体２，３と同様にＡＭＣ８と静電結合するため、アンテナ導体２，３とＡＭＣ８との間の静電容量を増加させ、動作周波数を低域側にシフトさせることが可能である。無給電導体６は、アンテナ導体２，３と電気的に分離されている。

なお、無給電導体６の大きさ、形状、数等は特に限定されず、ＡＭＣ８から見てアンテナ導体２，３と同じ側にあり、ＡＭＣ８と静電結合すればよく、無給電導体６がＡＭＣ８上に配置されず、表面には、アンテナ導体２，３のみであってもよい。

ビア導体４，５は、それぞれプリント配線基板１の表面１ａから裏面１ｂにわたって厚み方向（ｘ方向）に形成された貫通孔に銅箔等の導体を充填することで成形されている。ビア導体４，５は、それぞれ給電点Ｑ１，Ｑ２の直下の実質的に対向する位置に形成される。アンテナ導体２は、給電アンテナとして機能するため、ビア導体４を介して、プリント配線基板１の裏面１ｂ上の無線通信回路（上述参照）の給電端子に接続される。アンテナ導体３は、非給電アンテナとして機能するため、ビア導体５を介して、プリント配線基板１内の接地導体１０および無線通信回路（上述参照）の接地端子に接続される。

図５において、プリント配線基板１は、誘電体基板７と、ＡＭＣ８（人工磁気導体：Ａｒｔｉｆｉｃｉａｌ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）と、誘電体基板９と、接地導体１０と、誘電体基板１１とが積層された構成である。プリント配線基板１の積層構成は一例である。ここで、誘電体基板７，９，１１は、それぞれ直流成分に対して絶縁性を有する基板であり、例えばガラスエポキシ等で形成される。

ＡＭＣ８は、ＰＭＣ（Ｐｅｒｆｅｃｔ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）特性を有する人工磁気導体であり、所定の金属パターンにより形成される。ＡＭＣ８は、アンテナ導体２，３および無給電導体６とそれぞれ静電結合するので、アンテナの薄型化および高利得化ができる。ＡＭＣ８には、ｚ軸方向に対向するビア導体４，５の中間部に、ＡＭＣ８の厚さ方向（ｘ軸方向）に貫通しかつＡＭＣ８の幅方向（ｙ軸方向）の端部近傍まで延在するスリット８１が形成される（図６～図８参照）。実施の形態１では、スリット８１は、３つのスリットが幅方向の中央部分で連結する形状を有する（図６～図８参照）。

また、ＡＭＣ８には、スリット８１用の孔と、ビア導体４を貫通させかつ内側ＡＭＣ８ｉ２（後述参照）と電気的に絶縁して形成されるビア導体絶縁用孔１５と、ビア導体５を貫通させかつ内側ＡＭＣ８ｉ１（後述参照）と電気的に接続する孔と、ビア導体Ｖ１，Ｖ２（後述参照）を貫通させかつ外側ＡＭＣ８ｏ１，８ｏ２（後述参照）のそれぞれと電気的に接続する孔とがそれぞれ形成されている。

ビア導体４は、円柱形状を有し、アンテナ導体２をアンテナとして駆動するための電力を供給するための給電線であり、プリント配線基板１の表面１ａに形成されたアンテナ導体２を、無線通信回路（上述参照）の給電端子に電気的に接続する。ビア導体４は、ＡＭＣ８および接地導体１０のそれぞれとは電気的に接続しないように、ＡＭＣ８および接地導体１０のそれぞれに形成されたビア導体絶縁用孔１５，１６と実質的に同軸となるように形成される。したがって、ビア導体４の直径は、ビア導体絶縁用孔１５，１６の直径よりも小さい。

ビア導体５は、円柱形状を有し、アンテナ導体３を無線通信回路（上述参照）の接地端子に電気的に接続する接地線であり、プリント配線基板１の表面１ａに形成されたアンテナ導体３を、無線通信回路（上述参照）の接地端子に電気的に接続する。ビア導体５は、ＡＭＣ８および接地導体１０のそれぞれと電気的に接続される。

接地導体１０は、導電性を有する銅箔を用いて形成されている。接地導体１０には、ビア導体４を貫通させかつ接地導体１０と電気的に絶縁して形成されるビア導体絶縁用孔１６と、スリット８１に対向するように設けられたコネクタ端子接続孔８２と、ビア導体５を貫通させかつ接地導体１０と電気的に接続する孔と、ビア導体Ｖ１，Ｖ２（後述参照）を貫通させかつ接地導体１０と電気的に接続する孔とがそれぞれ形成されている。コネクタ端子接続孔８２は、無線通信回路（上述参照）のコネクタ端子と対向して固定する時の位置合わせ用に設けられている。

また、実施の形態１に係るアンテナ装置１００，１００ａ（図６，図７参照）は、比較例に係るアンテナ装置１００ｚ（図８参照）と比べると、アンテナ導体２，３からＡＭＣ８の端部までの長さは異なるものの、スリット８１をそれぞれの端部に有する内側ＡＭＣ８ｉ１，８ｉ２以外に、ビア導体Ｖ１，Ｖ２を介してそれぞれ接地導体１０に導通する外側ＡＭＣ８ｏ１，８ｏ２を有する。実施の形態１に係るアンテナ装置１００，１００ａ（図６および図７参照）では、アンテナ導体２，３から内側ＡＭＣ８ｉ１，８ｉ２の端部までの長さは１９．５ｍｍであり、比較例に係るアンテナ装置１００ｚ（図８参照）では、アンテナ導体２，３からＡＭＣ８ｉ１ｚ，８ｉ２ｚの端部までの長さは２１．５ｍｍである。

言い換えると、アンテナ装置１００ｚとアンテナ装置１００，１００ａとの違いはＡＭＣ８の数（あるいは面積）である。これにより、アンテナ装置１００，１００ａのＡＭＣ８の配置パターンの数（あるいは面積）は、外側ＡＭＣ８ｏ２あるいは外側ＡＭＣ８ｏ１，８ｏ２の分だけアンテナ装置１００ｚのＡＭＣの配置パターンよりも多く（広く）なっている。後述するが、これらの外側ＡＭＣが設けられたことで、実施の形態１に係るアンテナ装置１００，１００ａは、図３のように厚さ０．８ｍのような両面テープＴＰＥ１で接着固定された場合でも、アンテナとしての性能（例えば利得あるいはＶＳＷＲの周波数特性）の劣化を抑制可能としている（図１２および図１３参照）。なお、図７に示すように、外側ＡＭＣ８ｏ１，８ｏ２のうち少なくとも一方（具体的には、給電点Ｑ１側の外側ＡＭＣ８ｏ２）だけが設けられた場合でも、同様にアンテナとしての性能（例えば利得あるいはＶＳＷＲの周波数特性）の劣化を抑制可能となることが判明した。

ビア導体Ｖ１，Ｖ３は、円柱形状を有し、アンテナ導体３から例えば１９．５ｍｍ離れた位置に、誘電体基板７、外側ＡＭＣ８ｏ１、誘電体基板９、接地導体１０および誘電体基板１１を貫通するように設けられている。ビア導体Ｖ１，Ｖ３は、導電性を有する銅箔を用いて形成され、外側ＡＭＣ８ｏ１と接地導体１０との間の接地線を構成する（図５および図６参照）。外側ＡＭＣ８ｏ１は、内側ＡＭＣ８ｉ１に対し、所定長のギャップ８３を介して離間するように設けられている。ギャップ８３は、例えば動作周波数帯の電磁波の波長の８分の１以下である。また、ビア導体Ｖ１，Ｖ３は、外側ＡＭＣ８ｏ１に最も近い内側ＡＭＣ８ｉ１の端部（上述した先端側端部）から所定長ほど離間した位置に設けられている。ここで、所定長とは、例えば動作周波数帯の電磁波の波長の８分の１以下である。

同様に、ビア導体Ｖ２，Ｖ４は、円柱形状を有し、アンテナ導体２から例えば１９．５ｍｍ離れた位置に、誘電体基板７、外側ＡＭＣ８ｏ１、誘電体基板９、接地導体１０および誘電体基板１１を貫通するように設けられている。ビア導体Ｖ２，Ｖ４は、導電性を有する銅箔を用いて形成され、外側ＡＭＣ８ｏ２と接地導体１０との間の接地線を構成する（図５参照）。外側ＡＭＣ８ｏ２は、内側ＡＭＣ８ｉ２に対し、所定長のギャップ８４を介して離間するように設けられている。ギャップ８４は、ギャップ８３と同様に、例えば０．２ｍｍ程度である。また、ビア導体Ｖ２，Ｖ４は、外側ＡＭＣ８ｏ２に最も近い内側ＡＭＣ８ｉ２の端部（上述した先端側端部）から所定長ほど離間した位置に設けられている。ここで、所定長とは、例えば動作周波数帯の電磁波の波長の８分の１以下である。

実施の形態１では、ビア導体Ｖ１，Ｖ２を介して接地導体１０に導通する外側ＡＭＣ８ｏ１，８ｏ２が設けられたことで、外側ＡＭＣ８ｏ１，８ｏ２が設けられない場合（図８参照）に比べて、厚さ０．８ｍｍ程度の両面テープＴＰＥ１でパネルＰＮＬ１に接着されても周囲の金属フレームＦＲＭ１の影響を抑制して、アンテナ装置１００の性能（例えば利得）を動作周波数帯において向上可能となる（図１２参照）。また、アンテナ装置１００によると、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）の規格に準拠した理想的な動作周波数と一致あるいは近づくように動作周波数帯を低域側にシフトさせることが可能となる。これは、例えば図１３のＶＳＷＲ特性において、最小値（ピーク）が得られる時の動作周波数が低域側にシフトすることを意味する。例えば、接地導体１０にそれぞれ導通する外側ＡＭＣ８ｏ１，８ｏ２が設けられたことで、アンテナ導体３からＡＭＣ８および接地導体１０に流れる電流の経路（面積）がより増加したことことに起因すると考えられる。

図９は、ＡＭＣの多段化の概念を模式的に示す図である。ＡＭＣは、アンテナ装置に使用される際、アンテナ装置の動作周波数帯においてＰＭＣ（完全磁気導体）の特性を有するように形成される。完全磁気導体は、非常に高い表面インピーダンス特性を有するので、表面における磁界の接線成分がゼロになるという特性を有する。このため、ＡＭＣは、アンテナ装置の動作周波数帯の周波数を有する電磁波がＡＭＣの表面に沿って伝搬することを抑制できる。これにより、ＡＭＣからアンテナ素子への不要な放射が抑制されてアンテナ装置としての性能の向上が可能となる。

したがって、図９に示すように、給電点Ｑ１がそれぞれ形成されたアンテナ導体が配置されたＡＭＣパターンＡ１，Ａ２以外に、ＡＭＣパターンＡ１の隣にＡＭＣパターンＡ３，Ａ５，…、ＡＭＣパターンＡ２の隣にＡＭＣパターンＡ４，Ａ６，…がそれぞれ並んで配置（多段化）されることで、理想的な性能を有するアンテナ装置ＩＬＡ１が得られる。つまり、無限周期でＡＭＣパターンが配置されることでアンテナ装置ＩＬＡ１の動作周波数帯の広帯域化が図られ、利得も向上する。ここでいう多段化とは、アンテナ装置において、複数のＡＭＣパターンが隣接するように並べて配置されることをいう。

しかし、このようなアンテナ装置ＩＬＡ１ではＡＭＣパターンの数（あるいは面積）が多く（広く）なり、小型化が困難であるという難点がある。例えば、通信装置ＳＭ１等のように、装置内に配置されるアンテナ装置の配置スペースは限られることが多い。

そこで、実施の形態１に係るアンテナ装置１００では、小型化を実現可能となるように、給電点Ｑ１，Ｑ２がそれぞれ形成されたアンテナ導体２，３が配置されたＡＭＣパターン（具体的には内側ＡＭＣ８ｉ２，８ｉ１）に並んで、接地導体１０と導通する外側ＡＭＣ８ｏ２，８ｏ１が配置される。つまり、実施の形態１に係るアンテナ装置１００では、比較例に係るアンテナ装置１００ｚに比べて、外側ＡＭＣ８ｏ１，８ｏ２が追加されている。外側ＡＭＣ８ｏ１はビア導体Ｖ１，Ｖ３を介して接地導体１０と導通する。外側ＡＭＣ８ｏ２はビア導体Ｖ２，Ｖ４を介して接地導体１０と導通する。これにより、アンテナ装置１００は、内側ＡＭＣ８ｉ１，８ｉ２と外側ＡＭＣ８ｏ１，８ｏ２とが並んで配置されることでＡＭＣ８が多段化され、周囲に金属フレームＦＲＭ１等の金属構造体が配置されている場合でもその影響を抑制して、アンテナとしての性能（例えば利得あるいはＶＳＷＲの周波数特性）が向上する。

図１０は、実施の形態１に係るアンテナ装置１００の放射パターンＰＴＹ１のシミュレーション結果の一例を示す図である。図１１は、比較例に係るアンテナ装置１００ｚの放射パターンＰＴＹｚのシミュレーション結果の一例を示す図である。放射パターンは、アンテナ装置の位置を中心とした場合のアンテナ装置から放射される電磁波の方位（方向）ごとの強さ（利得）を示す。図１０および図１１のそれぞれにおいて、ゼロ度の示す方向は正面方向を示す。ここでいう正面方向は、通信装置ＳＭ１から後部の乗客用座席に向く方向を示す。図１１に示すように、比較例に係るアンテナ装置１００ｚの放射パターンＰＴＹｚによると、正面方向の利得は－２．０ｄＢｉである。しかし、図１０に示すように、実施の形態１に係るアンテナ装置１００の放射パターンＰＴＹ１によると、正面方向の利得は－０．８ｄＢｉに改善している。つまり、アンテナ装置１００は、正面方向にいるユーザの所持する通信機器との間で高利得な無線通信を行える。

図１２は、ピークゲインの周波数特性ＰＴＹ２，ＰＴＹ２ｚの測定結果の一例を示す図である。図１２の横軸は周波数（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）［ＭＨｚ］を示し、図１２の縦軸はピークゲイン（Ｐｅａｋ Ｇａｉｎ）［ｄＢｉ］を示す。周波数特性ＰＴＹ２は実施の形態１に係るアンテナ装置１００のピークゲインを示し、周波数特性ＰＴＹ２ｚは比較例に係るアンテナ装置１００ｚのピークゲインを示す。図１２に示すように、アンテナ装置１００，１００ｚの動作周波数帯をＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）の周波数帯（２４００～２４８０ＭＨｚ）とする場合、アンテナ装置１００ｚのピークゲインは高域側（例えば２４４０～２４８０ＭＨｚ）において低下してしまう。一方、アンテナ装置１００のピークゲインは無線通信の対象とする動作周波数帯において安定して高く推移する。これにより、アンテナ装置１００は、アンテナ装置１００ｚに比べて、無線通信の対象とする動作周波数帯において高利得な無線通信を行える。

図１３は、ＶＳＷＲの周波数特性ＰＴＹ３，ＰＴＹ４のシミュレーション結果の一例を示す図である。ＶＳＷＲは、アンテナ装置での電圧定在波比を示す。図１３の横軸は周波数（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）［ＭＨｚ］を示し、図１３の縦軸はＶＳＷＲを示す。周波数特性ＰＴＹ３は、図７に示すアンテナ装置１００ａ（つまり、内側ＡＭＣ８ｉ１，８ｉ２に外側ＡＭＣ８ｏ２だけが追加された構成）のＶＳＷＲ特性を示す。周波数特性ＰＴＹ４は、図６に示すアンテナ装置１００（つまり、内側ＡＭＣ８ｉ１，８ｉ２に外側ＡＭＣ８ｏ１，８ｏ２の両方が追加された構成）のＶＳＷＲ特性を示す。図１３に示すように、実施の形態１に係るアンテナ装置１００，１００ａによると、ＶＳＷＲの値が３以下となる範囲（つまり動作周波数帯）が広く広帯域化が図られるとともに、動作周波数の中心が低域側（例えば２４５０ＭＨｚ近傍）にシフトしている。このため、例えばＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）の無線周波数（上述した２．４ＧＨｚ帯）に対応するアンテナ装置を構成できる。つまり、実施の形態１に係るアンテナ装置１００，１００ａによれば、例えばＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）の無線周波数（上述した２．４ＧＨｚ帯）に対応した無線通信を行える。

以上により、実施の形態１に係るアンテナ装置１００，１００ａは、給電アンテナ導体（例えばアンテナ導体２）と、非給電アンテナ導体（例えばアンテナ導体３）と、接地導体１０と、給電アンテナ導体、非給電アンテナ導体および接地導体１０により狭設される第１の人工磁気導体（例えば内側ＡＭＣ８ｉ１，８ｉ２）と、を備える。また、アンテナ装置１００には、第１の人工磁気導体と並列に配置され、接地導体１０と導通する少なくとも１つの第２の人工磁気導体（例えば外側ＡＭＣ８ｏ２）を備える。また、実施の形態１に係る通信装置ＳＭ１は、アンテナ装置１００，１００ａと、表示部（例えばタッチパネルＴＰ１）を保護する前面パネル（例えばパネルＰＮＬ１）と、アンテナ装置１００の筐体より大きな窓開口部（例えば前方窓部ＷＤ１）を有し、窓開口部により囲まれて前面パネルの一部に固定されたアンテナ装置１００を包囲する金属フレームＦＲＭ１と、を備える。

これにより、アンテナ装置１００，１００ａあるいは通信装置ＳＭ１は、第１の人工磁気導体より外側に少なくとも第２の人工磁気導体が配置されることでＡＭＣ８が実質的に多段化（図９参照）され、周囲に金属フレームＦＲＭ１等の金属構造体が配置されている場合でもその影響を抑制して、アンテナとしての性能（例えば利得あるいはＶＳＷＲの周波数特性）を向上できる。したがって、アンテナ装置１００，１００ａは、動作周波数の広帯域化とアンテナ利得の向上とを両立できる。

また、第２の人工磁気導体は、給電アンテナ導体（例えばアンテナ導体２）と対向する第１の人工磁気導体（例えば内側ＡＭＣ８ｉ２）に近い側の端部から所定長（例えば動作周波数帯の波長の８分の１以下の長さ）ほど離れた位置に設けられたビア導体（例えばビア導体Ｖ２，Ｖ４）を介して接地導体１０と導通する。これにより、第１の人工磁気導体の近くで第２の人工磁気導体が接地導体１０と導通するように配置されるので、第１の人工磁気導体および第２の人工磁気導体が多段化されてアンテナ装置１００，１００ａの特性が向上する。

また、第２の人工磁気導体は、２つ設けられる。それぞれの第２の人工磁気導体（例えば外側ＡＭＣ８ｏ１，８ｏ２）は、最も近い第１の人工磁気導体（例えば内側ＡＭＣ８ｉ１，８ｉ２）より外側に配置される。ここでいう外側とは、アンテナ層Ｌ１を構成するアンテナ導体２，３より離れる方向を示す。これにより、アンテナ装置１００は、第２の人工磁気導体が１つだけ配置されたアンテナ装置１００ａに比べて、動作周波数帯を低域側にシフトさせることができる（図１３参照）。

また、アンテナ装置１００には、給電アンテナ導体（例えばアンテナ導体２）と非給電アンテナ導体（例えばアンテナ導体３）との間の位置に実質的に対向する、ＡＭＣ８の位置にはスリット８１が形成される。これにより、アンテナ装置１００は、小型化されたダイポールアンテナの利得を高めることができる。

また、アンテナ装置１００は、給電アンテナ導体（例えばアンテナ導体２）および非給電アンテナ導体（例えばアンテナ導体３）が配置される基板（例えば誘電体基板７）上に設けられる無給電導体６をさらに備える。これにより、無給電導体６は、アンテナ導体２，３とＡＭＣ８との間の静電容量を増加させ、アンテナ装置１００の動作周波数を低減側にシフトすることが可能である。したがって、アンテナ装置１００は、小型化されても、基本波帯域（２．４ＧＨｚ帯）の無線周波数の電磁波を送受信可能である。

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。

また、上述した実施の形態１，２では、アンテナ装置１０１，１０２は、航空機内に設置されるシートモニタ内に搭載される例を示した。しかし、シートモニタに限らず、例えばコードレス電話機の親機あるいは子機、電子棚札（例えば小売店の陳列棚に貼付される、商品の売価が表示されたカード型の電子機器）、スマートスピーカ、車載機器、電子レンジ、冷蔵庫等の多くのＩｏＴ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ Ｏｆ Ｔｈｉｎｇｓ）機器等に搭載されてもよい。

また、上述した実施の形態１に係るアンテナ装置１００，１００ａは、電磁波の送受信がともに可能なアンテナ装置の例を説明したが、例えば送信専用あるいは受信専用のアンテナ装置に適用してもよい。

本開示は、周囲が金属構造体により覆われた配置でも、動作周波数の広帯域化とアンテナ利得の向上とを両立するアンテナ装置および通信装置として有用である。

１ プリント配線基板
１ａ 表面
１ｂ 裏面
２、３ アンテナ導体
４、５、Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４ ビア導体
６ 無給電導体
７、９、１１ 誘電体基板
８ ＡＭＣ
８ｉ１、８ｉ２ 内側ＡＭＣ
８ｏ１、８ｏ２ 外側ＡＭＣ
１０ 接地導体
１５、１６ ビア導体絶縁用孔
８１ スリット
８２ コネクタ端子接続孔
８３、８４ ギャップ
１００ アンテナ装置
Ｌ１ アンテナ層
Ｌ２ ＡＭＣ層
Ｌ３ グランド層
ＳＭ１ 通信装置
Ｑ１、Ｑ２ 給電点

Claims (6)

1. 給電アンテナ導体と、
   非給電アンテナ導体と、
   接地導体と、
   前記給電アンテナ導体、前記非給電アンテナ導体および前記接地導体により狭設される第１の人工磁気導体と、
   前記第１の人工磁気導体と並べて配置され、前記接地導体と導通する少なくとも１つの第２の人工磁気導体と、を備える、
   アンテナ装置。
2. 前記第２の人工磁気導体は、前記給電アンテナ導体と対向する前記第１の人工磁気導体に近い側の端部から所定長ほど離れた位置に設けられたビア導体を介して前記接地導体と導通する、
   請求項１に記載のアンテナ装置。
3. 前記第２の人工磁気導体は、２つ設けられ、
   それぞれの前記第２の人工磁気導体は、前記第１の人工磁気導体より外側に配置される、
   請求項１に記載のアンテナ装置。
4. 前記給電アンテナ導体と前記非給電アンテナ導体との間の位置に実質的に対向する、前記第１の人工磁気導体の位置にはスリットが形成される、
   請求項１に記載のアンテナ装置。
5. 前記給電アンテナ導体および前記非給電アンテナ導体が配置される基板上に設けられる無給電導体、をさらに備える、
   請求項１～４のうちいずれか一項に記載のアンテナ装置。
6. アンテナ装置と、
   表示部を保護する前面パネルと、
   前記アンテナ装置の筐体より大きな窓開口部を有し、前記窓開口部により囲まれて前記前面パネルの一部に固定された前記アンテナ装置を包囲する金属フレームと、を備え、
   前記アンテナ装置は、
   給電アンテナ導体と、
   非給電アンテナ導体と、
   接地導体と、
   前記給電アンテナ導体、前記非給電アンテナ導体および前記接地導体により狭設される第１の人工磁気導体と、
   前記第１の人工磁気導体と並べて配置され、前記接地導体と導通する少なくとも１つの第２の人工磁気導体と、を有する、
   通信装置。

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