JP7298505B2 - アンテナ装置 - Google Patents

Description

この明細書における開示は、アンテナ装置に関する。

特許文献１は、アンテナ装置を開示している。先行技術文献の記載内容は、この明細書における技術的要素の説明として、参照により援用される。

特開２０２０－１０１３５号公報

特許文献１のアンテナ装置は、メタマテリアル技術を用いた０次共振アンテナを備えている。０次共振アンテナは、帯域（周波数帯域幅）が狭い。上述の観点において、または言及されていない他の観点において、アンテナ装置にはさらなる改良が求められている。

開示されるひとつの目的は、帯域の広いアンテナ装置を提供することにある。

ここに開示されたアンテナ装置のひとつは、
接地電位を提供する地板（４０）と、
地板の板厚方向において地板との間に所定の間隔を有するように配置され、給電点が設けられた対向導体（５０）と、
対向導体と地板とを電気的に接続する短絡部（７０）と、を備え、
地板と対向導体との間に形成される静電容量と短絡部が備えるインダクタンスとのＬＣ並列共振を利用し、０次の共振モードで動作するアンテナ装置であって、
地板と同電位とされ、板厚方向において地板と対向導体との間に配置された中間導体（８０）をさらに備え、
中間導体が、板厚方向において中間導体を貫通し、板厚方向の平面視において対向導体を内包する貫通部（８１）を有している。
開示されたアンテナ装置の他のひとつは、
接地電位を提供する地板（４０）と、
地板の板厚方向において地板との間に所定の間隔を有するように配置され、給電点が設けられた対向導体（５０）と、
対向導体と地板とを電気的に接続する短絡部（７０）と、
地板と同電位とされ、板厚方向において地板と対向導体との間に配置された中間導体（８０）と、を備え、
中間導体は、板厚方向において中間導体を貫通し、板厚方向の平面視において対向導体を内包する貫通部（８１）を有し、
貫通部は、平面視において矩形状をなしており、矩形の各辺に沿う方向の長さが動作周波数の１／２波長以下である。
開示されたアンテナ装置の他のひとつは、
接地電位を提供する地板（４０）と、
地板の板厚方向において地板との間に所定の間隔を有するように配置され、給電点が設けられた対向導体（５０）と、
対向導体と地板とを電気的に接続する短絡部（７０）と、
地板と同電位とされ、板厚方向において地板と対向導体との間に配置された中間導体（８０）と、を備え、
中間導体は、板厚方向において中間導体を貫通し、板厚方向の平面視において対向導体を内包する貫通部（８１）を有し、
誘電体を含む基材（３０）をさらに備え、
地板、対向導体、および中間導体は、板厚方向において、基材の互いに異なる位置に配置されており、
地板、対向導体、短絡部、および中間導体は、平面視において、基材の一部であって、端部（１１ａ）を含む領域（Ｒ１）に配置されており、
貫通部は、中間導体と端部とにより規定される切り欠きであり、
板厚方向に直交する一方向において、対向導体に対する一方の側に中間導体が配置され、中間導体とは反対側に端部が位置しており、
一方向において、対向導体から端部までの長さが、対向導体から中間導体までの長さよりも長い。

開示されたアンテナ装置では、貫通部を有する中間導体を設けることで、中間導体と対向導体との間にもキャパシタが形成される。これにより共振点が追加形成される。この結果、帯域の広いアンテナ装置を提供することができる。

この明細書における開示された複数の態様は、それぞれの目的を達成するために、互いに異なる技術的手段を採用する。請求の範囲及びこの項に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態の部分との対応関係を例示的に示すものであって、技術的範囲を限定することを意図するものではない。この明細書に開示される目的、特徴、及び効果は、後続の詳細な説明、及び添付の図面を参照することによってより明確になる。

アンテナ装置が適用された電子装置を示す斜視図である。 第１実施形態に係るアンテナ装置を示す分解斜視図である。 対向導体周辺を拡大した平面図である。 図３のIV-IV線に沿う断面図である。 反射特性を示す図である。 アンテナ装置のインダクタ、キャパシタを示す図である。 変形例を示す平面図である。 電界分布を示す図である。 第２実施形態に係るアンテナ装置を示す平面図である。 第３実施形態に係るアンテナ装置を示す平面図である。 アンテナ装置の等価回路図である。 反射特性を示す図である。 第４実施形態に係るアンテナ装置を示す平面図である。 図１３のXIV-XIV線に沿う断面図である。 変形例を示す平面図である。 図１５のXVI-XVI線に沿う断面図である。 変形例を示す平面図である。 図１７のXVIII-XVIII線に沿う断面図である。

図面を参照しながら、複数の実施形態を説明する。複数の実施形態において、機能的に及び／又は構造的に対応する部分には同一の参照符号を付与する。

（第１実施形態）
先ず、図１に基づき、アンテナ装置が適用される電子装置の概略構成について説明する。電子装置は、たとえば、車両などの移動体に搭載された電子制御装置（ＥＣＵ）である。ＥＣＵは、electronic control unitの略である。

＜電子制御装置＞
図１に示すように、電子装置１０は、回路基板１１を備えている。回路基板１１は、絶縁基材に配線が配置された配線基板と、配線基板に実装されて配線とともに回路を形成する電子部品を有している。回路基板１１は、たとえば、図示しない筐体（ケース）に収容される。以下では、回路基板１１（配線基板）の板厚方向をＺ方向とする。また、Ｚ方向に直交する一方向をＸ方向とし、Ｚ方向およびＸ方向に直交する方向をＹ方向とする。

回路基板１１の一部分である領域Ｒ１は、無線通信機能を提供する。領域Ｒ１には、無線通信部１２が形成されている。領域Ｒ１は、Ｚ方向の平面視において一点鎖線で囲まれた部分である。領域Ｒ１は、Ｚ方向からの平面視において、略矩形状をなす回路基板１１のひとつの角部を含む領域である。領域Ｒ１は、回路基板１１のＹ方向の側面１１ａの一部を含んでいる。以下では、側面１１ａを基板端部１１ａと称することがある。無線通信部１２は、後述するアンテナ装置２０と、給電回路（通信回路）を含む。

このように電子装置１０は、無線通信部１２を内蔵している。たとえば、電子装置１０は、車両に配置された他の電子装置との間で無線通信を行うことができる。他の電子装置は、回路基板１１を収容する筐体の外に配置されてもよいし、電子装置１０と共通の筐体内に収容されてもよい。車両外部と無線通信を行う構成としてもよい。

回路基板１１において、領域Ｒ１を除く残りの部分である領域Ｒ２には、電子部品１３が実装されて回路が形成されている。領域Ｒ２は、車両に関する制御を実行する機能を提供する。領域Ｒ２は、Ｚ方向の平面視において領域Ｒ１よりも大きい。領域Ｒ２には、図示しないプロセッサおよびメモリなどが実装されている。メモリは、コンピュータにより読み取り可能なプログラム及びデータ等を非一時的に格納又は記憶する、例えば半導体メモリ、磁気媒体及び光学媒体等のうち、少なくとも一種類の非遷移的実体的記憶媒体（non-transitory tangible storage medium）である。プロセッサは、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）及びＲＩＳＣ（Reduced Instruction Set Computer）－ＣＰＵ等のうち、少なくとも一種類をコアとして含む。

プロセッサは、メモリに記憶されたプログラムにしたがって、機能を実現するための種々の処理を実行する。たとえば、処理結果の少なくともひとつは、無線通信により他の電子装置に送信される。たとえば、プロセッサは、無線通信により他の電子装置から取得した情報を用い、上記プログラムにしたがって処理を実行する。プロセッサおよびメモリは、たとえば、ひとつの電子部品であるマイコン（マイクロコンピュータ）として提供される。回路基板１１の領域Ｒ２には、電源回路なども形成されている。

＜アンテナ装置の構造＞
次に、図２、図３、および図４に基づき、アンテナ装置の構造について説明する。図２は、アンテナ装置の分解斜視図である。図３は、対向導体側から見た、対向導体周辺の拡大平面図である。図４は、図３のIV-IV線に沿う断面図である。

アンテナ装置２０は、所定の動作周波数の電波を送信および／または受信するように構成されている。動作周波数の一例は、２．４４ＧＨｚである。アンテナ装置２０は、近距離無線通信で使用される周波数帯の電波を、送信および／または受信可能に構成されている。動作周波数は適宜設計されればよく、他の周波数（たとえば５ＧＨｚ）としてもよい。

本実施形態のアンテナ装置２０は、回路基板１１に形成されている。換言すれば、回路基板１１を用いてアンテナ装置２０が実現されている。アンテナ装置２０は、回路基板１１におけるＹ方向の一側面の近傍に設けられている。

図２～図４に示すように、アンテナ装置２０は、基材３０と、地板４０と、対向導体５０と、給電線６０と、短絡部７０と、中間導体８０を備えている。以下においては、便宜上、地板４０から対向導体５０に向かう方向を上方向、対向導体５０から地板４０に向かう方向を下方向とする。

基材３０は、回路基板１１（配線基板）を構成する絶縁基材に相当する。基材３０の領域Ｒ１に、アンテナ装置２０が構成されている。基材３０は、樹脂などの誘電体を用いて構成されている。基材３０を用いることで、誘電体の波長短縮効果が期待できる。基材３０としては、たとえば樹脂のみからなるもの、樹脂とガラス布、不織布などとを組み合わせたもの、を採用することができる。

基材３０の厚みにより、地板４０と対向導体５０との対向距離、および、短絡部７０の長さを調整することができる。基材３０は、地板４０と対向導体５０とを所定の位置関係に保持する保持部として機能する。基材３０は、多層構造をなしている。本実施形態の基材３０は、誘電体を用いて構成された薄板３０Ａを３枚積層してなる積層体である。薄板３０Ａは、シート状に限らず、フィルム状でもよい。

地板４０は、銅などを材料とする平板状の導体である。地板４０の板厚方向は、回路基板１１の板厚方向であるＺ方向と略平行である。地板４０の板面に垂直な方向も、Ｚ方向に略平行である。以下、地板４０の板厚方向、すなわちＺ方向から平面視した形状を、単に平面形状と示す。

地板４０は、平面視において、対向導体５０および後述する貫通部８１それぞれの全体を内包する大きさを有している。地板４０は、たとえば平面略矩形状をなしている。本実施形態の地板４０は、基材３０の下面に配置されている。地板４０は、基材３０の下面をなす薄板３０Ａの一面に配置された金属箔をパターニングすることで形成されている。地板４０は、図示しない給電回路に接続されて、アンテナ装置２０におけるグランド電位（接地電位）を提供する。

対向導体５０は、銅などを材料とする板状の導体である。対向導体５０は、Ｚ方向において地板４０との間に所定の間隔を有するように、地板４０に対向配置された導体である。対向導体５０は、パッチ部、放射素子と称されることがある。平面視において、対向導体５０の全体が地板４０と重なっている。すなわち、対向導体５０の板面（下面）全体が、Ｚ方向において地板４０に対向している。対向導体５０は、地板４０に対して略平行に配置されている。本実施形態の対向導体５０は、基材３０の上面に配置されている。対向導体５０は、基材３０の上面をなす薄板３０Ａの一面に配置された金属箔をパターニングすることで形成されている。対向導体５０は、平面正方形をなしている。正方形を規定する辺部として、対向導体５０は、Ｘ方向に略平行な辺部と、Ｙ方向に略平行な辺部を有している。

対向導体５０は、給電線６０を介して、給電回路と電気的に接続されている。本実施形態の給電線６０は、基材３０の上面に配置された導体を含む。この導体は、マイクロストリップラインと称されることがある。給電線６０の一端が、対向導体５０の四辺のひとつに接続されている。対向導体５０における給電線６０の接続部分が、給電点に相当する。給電回路から給電線６０に入力された電流は、対向導体５０に伝搬し、対向導体５０を励振させる。なお、給電方式は、直結給電方式に限定されない。給電線６０と対向導体５０とを電磁結合させる給電方式を採用してもよい。

短絡部７０は、地板４０と対向導体５０とを電気的に接続、すなわち短絡している。短絡部７０は、一端が地板４０に接続され、他端が対向導体５０に接続された柱状の導体である。本実施形態の短絡部７０は、回路基板１１（配線基板）に形成されたビア導体により構成されている。上記したように、基材３０（薄板３０Ａ）には、貫通孔３１が形成されている。そして、貫通孔３１に配置された導体により、短絡部７０が形成されている。

短絡部７０は、平面視において対向導体５０の略中心に接続されている。対向導体５０の中心は、対向導体５０の重心に相当する。本実施形態の対向導体５０は平面正方形をなしているため、中心とは、対向導体５０の２つの対角線の交点に相当する。なお、短絡部７０を構成する導体の数は特に限定されない。対向導体５０の略中心（中央領域）と地板４０とを接続する複数の導体により短絡部７０を構成してもよい。

中間導体８０は、Ｚ方向において、地板４０と対向導体５０との間に配置された、地板４０と同電位（グランド電位）の導体である。本実施形態の中間導体８０は、回路基板１１の基材内部に配置された内層グランドである。中間導体８０は、回路基板１１において地板４０と電気的に接続されている。中間導体８０と地板４０との接続部は、領域Ｒ１、Ｒ２の少なくとも一方に設けられている。中間導体８０も、基材３０（薄板３０Ａ）に配置された金属箔をパターニングすることで形成されている。

中間導体８０は、該中間導体８０をＺ方向に貫通する貫通部８１を有している。貫通部８１は、平面視において対向導体５０を内包するように設けられている。貫通部８１は、対向導体５０の直下の部分と、直下部分を取り囲む周囲部分を有している。平面視において、中間導体８０は、対向導体５０との間に所定の隙間を有している。中間導体８０は、平面視において対向導体５０と重ならないように、対向導体５０の周辺に配置されている。

貫通部８１は、切り欠き、もしくは、貫通孔として提供される。本実施形態の貫通部８１は、切り欠きである。貫通部８１は、平面略矩形状をなしている。具体的には、貫通部８１は、Ｘ方向を長手方向、Ｙ方向を短手方向とする長方形をなしている。矩形状をなす貫通部８１の３つの辺が中間導体８０により規定され、残りの１辺が基板端部１１ａにて規定されている。中間導体８０は、平面略Ｃ字状（略コの字状）をなしている。貫通部８１は、中間導体８０により規定される、導体の非配置領域である。

地板４０と対向導体５０との間に配置される中間導体８０の数は、特に限定されない。少なくともひとつが配置されればよい。中間導体８０を、Ｚ方向に多段に配置してもよい。本実施形態の中間導体８０は、２段（２層）配置されている。２つの中間導体８０の構成は、互いに共通である。中間導体８０は、平面視において互いにほぼ一致する。

＜アンテナ装置の動作＞
次に、アンテナ装置２０の動作について説明する。上記したように、アンテナ装置２０は、互いに対向する地板４０および対向導体５０が、短絡部７０によって接続された構造を有している。この構造は、いわゆるマッシュルーム構造であり、メタマテリアルの基本構造と同じである。アンテナ装置２０は、メタマテリアル技術を応用したアンテナであるため、メタマテリアルアンテナと称されることがある。

アンテナ装置２０は、所望の動作周波数において、０次の共振モードで動作するように設計されているため、０次共振アンテナと称されることがある。メタマテリアルの分散特性のうち、位相定数βがゼロ（０）となる周波数で共振する現象が０次共振である。位相定数βは、伝送線路を伝搬する波の伝搬係数γの虚部である。アンテナ装置２０は、０次共振が発生する周波数を含む所定帯域の電波を良好に送信および／または受信することができる。

アンテナ装置２０は、概略的には、地板４０と対向導体５０との間に形成される静電容量と、短絡部７０が備えるインダクタンスとの、ＬＣ並列共振によって動作する。アンテナ装置２０において、対向導体５０は、その中央領域に設けられた短絡部７０で地板４０に短絡されている。また、対向導体５０の面積は、短絡部７０が備えるインダクタンスと所望の周波数（動作周波数）において並列共振する静電容量を形成する面積となっている。なお、インダクタンスは、短絡部７０の各部寸法、たとえば径およびＺ方向長さに応じて定まる。

このため、動作周波数の電力が給電されると、インダクタンスと静電容量との間のエネルギー交換によって並列共振が生じ、地板４０と対向導体５０との間には、地板４０（及び対向導体５０）に対して垂直な電界が発生する。すなわち、Ｚ方向の電界が発生する。この垂直電界は、短絡部７０から対向導体５０の縁部に向かって伝搬していき、対向導体５０の縁部において垂直偏波となって空間を伝搬していく。なお、ここでの垂直偏波とは、電界の振動方向が地板４０や対向導体５０に対して垂直な電波を指す。また、アンテナ装置２０は、ＬＣ並列共振により、アンテナ装置２０の外部から到来する垂直偏波を受信する。

なお、０次共振は、共振周波数がアンテナサイズによらない。よって、対向導体５０の一辺の長さを０次共振周波数の１／２波長よりも短くすることができる。たとえば、一辺を１／４波長相当の長さにしても、０次共振を生じさせることができる。１／４波長より短くすることも可能であるが、たとえばゲイン（利得）が低下する。

＜第１実施形態のまとめ＞
図５は、参考例と本例とで動作周波数を同じとし、電磁界シミュレーションを行った結果（反射特性）を示している。動作周波数は、２．４４ＧＨｚとした。図５において、破線が参考例の結果を示し、実線が本例、すなわち上記した構成のアンテナ装置２０の結果を示している。参考例のアンテナ装置は、中間導体を備えていない０次共振アンテナである。参考例と本例とにおいて、基材の構成（誘電率および厚み）と短絡部の径を、互いに同じにした。そして、対向導体の大きさ（面積）で最適化設計をそれぞれ行った。具体的には、参考例の対向導体を一辺１５．６４ｍｍの正方形状とし、本例の対向導体を一辺１４．９ｍｍの正方形状とした。

参考例のように中間導体を備えない０次共振アンテナでは、地板の面積が小さいと動作が不安定になる。０次共振アンテナでは、たとえば反射特性を向上するために、地板を無限大とするのが理想である。このため、平面矩形状の地板における各辺の長さを、１波長以上の長さに設定するのが好ましい。参考例では、各辺の長さを１波長よりも長くした。このように地板の大きさを考慮しても、中間導体を備えないアンテナ装置では、図５に破線で示すように、リターンロスＳ１１＝－１０ｄＢの帯域幅である周波数帯域幅が狭い。なお、地板の各辺の長さを１波長よりも短くすると、図５に示す破線よりも反射特性が劣化し、周波数帯域幅がさらに狭くなった。

一方、本例によれば、図５に実線で示すように、参考例に対して反射特性を向上することができる。中間導体８０を設けると、周波数帯域幅が広くなる。本実施形態のアンテナ装置２０によれば、図６に示すように、短絡部７０によるインダクタＬ１と、地板４０と対向導体５０との間のキャパシタＣ１との並列共振構造に、キャパシタＣ２が追加形成される。キャパシタＣ２は、地板４０とともにグランド電位とされる中間導体８０と、対向導体５０との間に形成される。すなわち、インダクタＬ１とキャパシタＣ２の並列共振構造が追加される。キャパシタＣ２により共振点が形成されるため、図５に示すように、周波数帯域幅が広くなる。

以上により、本実施形態によれば、帯域（周波数帯域幅）の広いアンテナ装置２０を提供することができる。帯域が広いため、たとえば、筐体の金属による反射や、回路基板１１に形成された電源回路のスイッチングノイズなどの影響を受けにくい。

貫通部８１の大きさ、すなわち対向導体５０の各辺に平行な方向の長さは、特に限定されない。貫通部８１は、少なくとも平面視において対向導体５０を内包するように設けられればよい。キャパシタＣ２は、平面視において中間導体８０と対向導体５０との間に隙間があることで形成される。中間導体８０が対向導体５０を内包する貫通部８１を有することで、アンテナ装置２０を広帯域化することができる。

上記した構成では、地板４０のうち、平面視において貫通部８１と重なる部分が、実質的に地板（グランド）として機能する。よって、貫通部８１の大きさに合わせて、地板４０を小さくすることが可能である。地板４０を小さくすることで、アンテナ装置２０の体格を小型化することができる。このため、アンテナ装置２０の体格を小さくできる範囲、換言すれば、地板４０の各辺の長さを動作周波数の１波長よりも短くできる範囲で、貫通部８１の大きさを設定するとよい。また、貫通部８１の大きさを、０次共振周波数（動作周波数）において周波数帯域幅がより広くなるよう設定するとよい。

上記した電磁界シミュレーションを行うにあたり、図３に示すように、貫通部８１のＸ方向の長さをＬＸ、Ｙ方向の長さをＬＹと定義した。また、平面視における対向導体５０と中間導体８０との間のＸ方向長さをＬ１、Ｌ２と定義し、対向導体５０と中間導体８０との間のＹ方向長さをＬ３と定義した。基板端面（貫通部８１の一端）と対向導体５０との間のＹ方向長さを、Ｌ４と定義した。すなわち、長さＬ１～Ｌ４は、対向導体５０から貫通部８１の端部までの長さである。そして、長さＬ１、Ｌ２を６ｍｍ、長さＬ３を２．５ｍｍ、長さＬ４を３．２ｍｍとした。

本例における対向導体５０の各辺の長さ１４．９ｍｍは、動作周波数（０次共振周波数）の約１／４波長に相当する。よって、貫通部８１のＸ方向の長さＬＸは２６．９ｍｍであり、Ｙ方向の長さＬＹは２０．６ｍｍである。貫通部８１の大きさは、Ｘ方向およびＹ方向のいずれにおいても、動作周波数の１／２波長より短い。このように貫通部８１の大きさを動作周波数の１／２波長より短くしても、図５に実線で示したように、帯域を広くすることができる。なお、動作周波数（０次共振周波数）の電波の波長λεは、（３００［ｍｍ／ｓ］／２．４４［ＧＨｚ］）／基材３０の誘電率の平方根、により求まる。本実施形態では、基材３０の誘電率を４．４とした。基材３０を備える構成において、実施形態中に示した波長は、すべて上記した波長λεである。

図７は、アンテナ装置２０の変形例を示している。図７は、図３に対応している。このアンテナ装置２０では、電磁界シミュレーションで設定した長さＬ１～Ｌ４、ＬＸ、ＬＹを適用している。中間導体８０は、貫通部８１を規定できる大きさおよび形状を有せばよいため、図３よりも幅の狭い枠体を採用している。中間導体８０の幅は、たとえば、１／４波長よりも短い。幅は、たとえば、長さＬ１～Ｌ４のいずれよりも短い。地板４０は、少なくとも貫通部８１と重なる部分に配置されればよい。貫通部８１に一致の場合、地板４０のＸ方向長さは２６．９ｍｍ、Ｙ方向長さは２０．６ｍｍとなる。地板４０を、貫通部８１および枠体に一致させてもよい。

このように、地板４０の大きさを、Ｘ方向およびＹ方向のいずれにおいても１／２波長未満、または、１／２波長と同程度にすることができる。地板４０の大きさを略１／２波長以下に小さくしても、周波数帯域幅が狭くなるのを抑制することができる。図７に示す構成においても、図５に実線で示した本例と同等の効果を奏する。よって、周波数帯域幅を広くしつつ、体格を小型化することができる。

長さＬ３、Ｌ４の関係は、上記した例に限定されない。本実施形態では、アンテナ装置２０が基板端部１１ａ（側面）を含む領域に設けられている。すなわち、対向導体５０が、基板端部１１ａの近傍に配置されている。このような配置により、Ｙ方向において、対向導体５０よりも基板端部１１ａ側に位置する地板４０の長さと、基板端部１１ａとは反対側に位置する地板４０との長さとが異なる。換言すれば、対向導体５０の中心に対して、地板４０の配置がＹ方向において均等ではなく、偏っている。基板端部１１ａ側の地板４０が短いため、対向導体５０に対して基板端部１１ａ側に中間導体８０を配置せず、貫通部８１を切り欠きにしている。

このような構成では、図８に示すように、Ｙ方向において、基板端部１１ａ（回路基板１１）と外部（空気）との界面に不連続面４１が形成される。また、不連続面４１とは反対側に、中間導体８０の貫通部８１による不連続面４２が形成される。誘電率の差が大きいため、不連続面４１は、不連続面４２よりも電界の反射が生じやすい。本実施形態のように、基板端部１１ａ側の長さＬ４を、反対側の長さＬ３よりも長くすると、Ｘ軸に対する電界の偏りを抑制し、好ましくはほぼ対称にすることができる。このように、対向導体５０から貫通部８１の端部までの長さを調整することで、対向導体５０に対する地板４０の非対称配置により生じる反射特性の劣化を抑制することができる。

長さＬ１、Ｌ２の関係は、上記した例に限定されない。Ｘ方向においては、対向導体５０を挟む両側に、中間導体８０の貫通部８１による不連続面が形成される。不連続面での反射がほぼ等しいため、上記したように長さＬ１、Ｌ２を互いに略等しくすることで、Ｙ軸に対して電界をほぼ対称にすることができる。

基材３０の厚みおよび積層数は、上記した例に限定されない。基材３０（薄板３０Ａ）の厚みにより、キャパシタＣ１、Ｃ２の静電容量、および、インダクタＬ１のインダクタンスを調整することができる。

（第２実施形態）
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例であり、先行実施形態の記載を援用できる。先行実施形態では、貫通部８１として切り欠きを採用した。これに代えて、貫通孔を採用してもよい。

図９は、本実施形態のアンテナ装置２０を示している。図９は、図３に対応している。アンテナ装置２０は、基板端部１１ａ（側面）から離れて形成されている。中間導体８０は、貫通部８１として貫通孔を有している。貫通部８１は、少なくとも対向導体５０を内包している。中間導体８０は、環状をなしている。中間導体８０は、平面視において対向導体５０を取り囲んでいる。

本実施形態では、貫通部８１が平面略正方形をなしている。貫通部８１の長さＬＸ、ＬＹは、互いにほぼ等しい。平面視における対向導体５０と中間導体８０との間隔も、Ｘ方向の長さＬ１、Ｌ２が互いにほぼ等しい。Ｙ方向の長さＬ３、Ｌ４も、互いにほぼ等しい。長さＬ１～Ｌ４が、互いにほぼ等しくされている。それ以外の構成は、先行実施形態に記載の構成と同様である。

＜第２実施形態のまとめ＞
本実施形態のアンテナ装置２０も、先行実施形態に記載の構成と同等の効果を奏する。たとえば、貫通部８１として貫通孔を採用した構成においても、対向導体５０と中間導体８０との間にキャパシタＣ２が形成される。よって、帯域（周波数帯域幅）の広いアンテナ装置２０を提供することができる。

貫通部８１の大きさは、特に限定されない。地板４０のうち、平面視において貫通部８１と重なる部分が、実質的に地板（グランド）として機能するため、アンテナ装置２０の体格を小さくできる範囲で、貫通部８１の大きさを設定するとよい。また、貫通部８１の大きさを、０次共振周波数（動作周波数）において周波数帯域幅がより広くなるよう設定するとよい。

本実施形態においても、貫通部８１の大きさ、すなわち貫通部８１の長さＬＸ、ＬＹが動作周波数の１／２波長より短い場合に、帯域を広くすることができる。地板４０の大きさを、略１／２波長以下に小さくしても、周波数帯域幅が狭くなるのを抑制することができる。よって、周波数帯域幅を広くしつつ、体格を小型化することができる。

長さＬ１、Ｌ２の関係、長さＬ３、Ｌ４の関係は、上記した例に限定されない。Ｘ方向において対向導体５０を挟む両側に、中間導体８０の貫通部８１による不連続面が形成される。不連続面での反射がほぼ等しいため、上記したように長さＬ１、Ｌ２を互いに略等しくすることで、Ｙ軸に対して電界をほぼ対称にすることができる。同様に、長さＬ３、Ｌ４を互いに略等しくすることで、Ｘ軸に対して電界をほぼ対称にすることができる。

長さＬ１（Ｌ２）と長さＬ３（Ｌ４）とを異ならせてもよい。本実施形態では、長さＬ１～Ｌ４が互いにほぼ等しいため、対向導体５０の中央領域から縁部に向かう全方向に指向性を有する。

（第３実施形態）
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例であり、先行実施形態の記載を援用できる。先行実施形態では、対向導体５０が平面正方形をなしていた。これに代えて、平面正方形の対向導体５０にスリットを設けてもよい。

図１０は、本実施形態のアンテナ装置２０を示している。図１０は、図３に対応している。このアンテナ装置２０は、第１実施形態に記載の構成同様、基板端部１１ａを含む領域に形成されている。対向導体５０には、少なくともひとつのスリット５１が形成されている。スリット５１は、Ｚ方向に所定の深さを有し、対向導体５０の端面（側面）のひとつに開口している。

本実施形態のスリット５１は、対向導体５０をＺ方向に貫通している。対向導体５０は、２つのスリット５１を有している。２つのスリット５１は、対向導体５０がＺ軸周りの２回対称性を有するように設けられている。２つのスリット５１は、平面視において短絡部７０、換言すれば対向導体５０の中心を、Ｙ方向において挟むように設けられている。スリット５１のひとつは、対向導体５０の側面のうち、基板端部１１ａ側の側面に開口し、他のひとつは反対側の側面に開口している。スリット５１は、給電線６０が接続されていない、互いに対向する２つの側面に開口している。

２つのスリット５１延設長さおよび幅は、互いに等しい。スリット５１は、対向導体５０を、第１対向部５０ａと第２対向部５０ｂに区画している。第１対向部５０ａおよび第２対向部５０ｂは、形状および面積が互いに等しい。２つのスリット５１により挟まれた部分が、第１対向部５０ａと第２対向部５０ｂとをつなぐ連結部５０ｃをなしている。対向導体５０は、第１対向部５０ａ、第２対向部５０ｂ、および連結部５０ｃを有している。スリット５１の延設長さは連結部５０ｃのＹ方向の長さよりも長く、スリット５１の幅は第１対向部５０ａおよび第２対向部５０ｂよりも短い。対向導体５０は、正方形状からスリット５１部分を除去した平面略正方形をなしている。

図１１は、アンテナ装置２０の等価回路図である。図１１では、便宜上、一部の回路要素、たとえば対向導体５０が備えるインダクタ、を省略している。スリット５１を設けることで、第１対向部５０ａと第２対向部５０ｂとの間にキャパシタＣ３が形成される。キャパシタＣ３は、２つのスリット５１それぞれに形成されるキャパシタの並列回路である。キャパシタＣ３は、キャパシタＣ１に対して直列に接続されている。なお、上記したキャパシタＣ２は、キャパシタＣ１に対して並列に接続されている。

＜第３実施形態のまとめ＞
図１２は、電磁界シミュレーションを行った結果（反射特性）を示している。電磁界シミュレーションの基本条件は、先行実施形態と同じにした。具体的には、動作周波数、基材の構成（誘電率および厚み）、および短絡部の径について、先行実施形態と同じにした。また、貫通部８１の大きさ、すなわち長さＬＸ、ＬＹについても、先行実施形態と同じにした。そして、対向導体５０の大きさおよびスリット５１の大きさで最適化設計を行った。対向導体５０の大きさとは、地板４０と対向導体５０との対向面積である。スリット５１の大きさとは、スリットの長さおよび幅である。

具体的には、対向導体５０の各辺を１３ｍｍとした。また、スリット５１の延設方向長さを５．６ｍｍ、幅を１．７５ｍｍとした。図１２には、比較のために、図５に実線で示した先行実施形態の例をスリットなしとして示している。スリットなしについては二点鎖線で示し、本実施形態の例（スリットあり）を実線で示している。

本実施形態のアンテナ装置２０も、中間導体８０を備えており、キャパシタＣ２が形成される。これにより、図１２に示すように周波数帯域幅を広くすることができる。

本実施形態では、対向導体５０にスリット５１を設けることで、対向導体５０の面積が減少するため、キャパシタＣ１が備える静電容量が減少する。一方、スリット５１により、キャパシタＣ１に対して直列にキャパシタＣ３が接続される。これにより、全体の静電容量を決定する変数が増える。キャパシタＣ３の静電容量は、たとえばスリット５１の延設長さおよび／または幅により設定することができる。

このように、キャパシタＣ３を備えることで、アンテナ装置２０（０次共振アンテナ）の設計自由度が向上する。よって、図１２に示すように、スリットなしの場合に較べて、反射特性を向上することができる。また、周波数帯域を調整（シフト）させることもできる。

さらに、スリット５１を有さない構成に対して同等以上の特性を有しつつ、対向導体５０を小型化することができる。小型化により、たとえば回路基板１１において、対向導体５０の配置の自由度を向上することができる。具体的には、より狭いスペースにも配置が可能となる。

スリット５１の形状、大きさ、配置、および数は、上記した例に限定されない。たとえば、２つのスリット５１の位置をＸ方向においてずらして設けてもよい。また、Ｘ方向の側面に開口するように設けてもよい。スリット５１をひとつのみ設けてもよいし、３つ以上設けてもよい。スリット５１は一直線状に限定されない。たとえば平面略Ｌ字状のスリット５１を採用してもよい。上記したように、対向導体５０が２回対称性を有するようにスリット５１を設けると、電界分布の偏りを抑制することができる。

スリット５１が対向導体５０をＺ方向に貫通する例を示したが、これに限定されない。対向導体５０の深さの途中まで設けられた溝状を採用してもよい。このような構造においても、第１対向部５０ａと第２対向部５０ｂの対向面間に、キャパシタＣ３が形成される。

スリット５１を第１実施形態に記載の構成に組み合わせる例を示したが、これに限定されない。第２実施形態に記載の構成と組み合わせることもできる。

（第４実施形態）
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例であり、先行実施形態の記載を援用できる。先行実施形態に記載の構成に加えて、さらにシールド壁を備えてもよい。

図１３および図１４は、本実施形態のアンテナ装置２０を示している。図１３は、図１０に対応している。図１４は、図１３のXIV-XIV線に沿う断面図である。アンテナ装置２０は、シールド壁９０をさらに備えている。シールド壁９０を除く構成は、第３実施形態に記載の構成（図１０参照）に、変形例（図７参照）に記載の中間導体８０を組み合わせたものとなっている。

シールド壁９０は、複数の柱状部９１により構成されている。柱状部９１は、中間導体８０に接続されるとともに、Ｚ方向に延設されている。柱状部９１は、中間導体８０に接続されてグランド電位とされた柱状の導体である。複数の柱状部９１は、柱状部９１の間から電波が漏れ出ないように動作周波数の１／２波長以下の間隔で配置されることで、電波を遮断する壁として機能する。複数の柱状部９１は、貫通部８１を規定する中間導体８０の内縁に沿って配置されている。中間導体８０が多層（多段）に配置された構成において、柱状部９１は、少なくともひとつの中間導体８０に接続されている。

柱状部９１は、少なくとも１層分の薄板３０Ａを貫通する貫通孔３２に、導体が配置されてなる。柱状部９１は、たとえばビア導体、スルーホール導体として提供される。貫通孔３２は、薄板３０Ａの単位で形成されてもよい。薄板３０Ａが積層された基材３０において形成されてもよい。本実施形態では、貫通孔３２が基材３０を貫通しており、柱状部９１のそれぞれが、地板４０を底として基材３０の上面まで延びている。柱状部９１は、地板４０に接続されている。

図１３に示すように、矩形状をなす貫通部８１の３つの辺が中間導体８０により規定され、残りの１辺が基板端部１１ａにて規定されている。中間導体８０は、平面略Ｃ字状（略コの字状）をなす幅の狭い枠体である。複数の柱状部９１は、中間導体８０の枠に沿って配置されている。柱状部９１は、中間導体８０において、給電線６０側の辺を除く２辺に配置されている。シールド壁９０は、平面視において略Ｌ字状をなしている。対向導体５０に対し、Ｘ方向において給電線６０とは反対側にシールド壁９０が設けられている。また、Ｙ方向において基板端部１１ａとは反対側にシールド壁９０が設けられている。

なお、本実施形態では、５枚の薄板３０Ａを積層して基材３０が構成され、中間導体８０が４層配置されている。各層の中間導体８０は、互いに同一構成となっている。

＜第４実施形態のまとめ＞
本実施形態によれば、シールド壁９０により、アンテナ装置２０から回路基板１１の領域Ｒ２へ伝わっていくエネルギーを遮断することができる。また、シールド壁９０により、回路基板１１において、領域Ｒ２に形成された回路からアンテナ装置２０に入ってくるエネルギーを遮断することができる。シールド壁９０を貫通部８１の外側に設けているため、シールド壁９０を設けても、アンテナ装置２０は先行実施形態に記載の構成と同等の効果を奏することができる。たとえば、周波数帯域幅を広くすることができる。

シールド壁９０の配置は上記した例に限定されない。たとえば、２つの中間導体８０間にのみ配置してもよい。本実施形態では、地板４０から基材３０の上面までシールド壁９０が延設されている。換言すれば、シールド壁９０が、地板４０と、その上方に配置されたすべての中間導体８０に接続されている。よって、回路基板１１を伝わるエネルギーを効果的に遮断することができる。

シールド壁９０を、中間導体８０において給電線６０側の辺を除く２辺に設ける例を示したが、これに限定されない。１辺のみにシールド壁９０を設けてもよい。

地板４０が、中間導体８０よりも外側まで延設される例を示したが、これに限定されない。変形例（図７参照）と同様の構成としてもよい。基材３０を構成する薄板３０Ａの積層数および中間導体８０の数は、上記した例に限定されない。

シールド壁９０は、先行実施形態に記載した各構成との組み合わせが可能である。対向導体５０がスリット５１を有するアンテナ装置２０に、シールド壁９０を設ける例を示したが、これに限定されない。スリット５１を有さない対向導体５０を備えるアンテナ装置２０に、シールド壁９０を設けてもよい。

図１５および図１６に示す変形例のように、基板端部１１ａから離れたアンテナ装置２０に、シールド壁９０を設けてもよい。図１５は、図９に対応している。図１６は、図１５のXVI-XVI線に沿う断面図である。中間導体８０は、矩形環状をなす枠体である。複数の柱状部９１は、中間導体８０において、給電線６０側の辺を除く３辺に配置されている。シールド壁９０は、平面視において略Ｃ字状（略コの字状）をなしている。

図１７および図１８に示す変形例のように、対向導体５０の配置面に、シールド壁９０の一部を配置してもよい。図１７は、図１５に対応している。図１８は、図１７のXVIII-XVIII線に沿う断面図である。シールド壁９０は、柱状部９１に加えて、基材３０の上面に配置された表層導体９２を有している。表層導体９２は、対向導体５０同様、金属箔をパターニングして形成されている。表層導体９２を除く構成は、図１５に示した変形例と同じである。

表層導体９２は、平面視において、中間導体８０とほぼ一致する。表層導体９２は、平面視において貫通部８１とほぼ一致する貫通部９３を有している。貫通部９３は、表層導体９２をＺ方向に貫通している。貫通部９３は、表層導体９２により規定される、導体の非配置領域である。表層導体９２は、さらに貫通溝９４を有している。貫通溝９４は、給電線６０を避けるために設けられ、表層導体９２をＺ方向に貫通している。貫通溝９４は、表層導体９２間のギャップと称されることがある。貫通溝９４は貫通部９３に連なっている。表層導体９２は、平面略Ｃ字状をなしている。貫通溝９４および表層導体９２が、平面視において中間導体８０とほぼ一致する。

シールド壁９０を、対向導体５０を取り囲むように設けてもよい。たとえば、図１５や図１７に示した構成において、給電線６０側の辺部を含む中間導体８０のすべての辺部に、複数の柱状部９１を設けてもよい。

（他の実施形態）
この明細書及び図面等における開示は、例示された実施形態に制限されない。開示は、例示された実施形態と、それらに基づく当業者による変形態様を包含する。たとえば、開示は、実施形態において示された部品及び／又は要素の組み合わせに限定されない。開示は、多様な組み合わせによって実施可能である。開示は、実施形態に追加可能な追加的な部分をもつことができる。開示は、実施形態の部品及び／又は要素が省略されたものを包含する。開示は、ひとつの実施形態と他の実施形態との間における部品及び／又は要素の置き換え、又は組み合わせを包含する。開示される技術的範囲は、実施形態の記載に限定されない。開示されるいくつかの技術的範囲は、請求の範囲の記載によって示され、さらに請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内でのすべての変更を含むものと解されるべきである。

明細書及び図面等における開示は、請求の範囲の記載によって限定されない。明細書及び図面等における開示は、請求の範囲に記載された技術的思想を包含し、さらに請求の範囲に記載された技術的思想より多様で広範な技術的思想に及んでいる。よって、請求の範囲の記載に拘束されることなく、明細書及び図面等の開示から、多様な技術的思想を抽出することができる。

アンテナ装置２０を回路基板１１に構成する例を示したが、これに限定されない。アンテナ装置２０が、基材３０を備える例を示したが、これに限定されない。アンテナ装置２０は、少なくとも地板４０、対向導体５０、短絡部７０、および貫通部８１を有する中間導体８０を備えればよい。

地板４０および対向導体５０の平面形状は、上記した例に限定されない。矩形状以外の略多角形状、略円形状としてもよい。中間導体８０の平面形状も上記した例に限定されない。たとえば略円環状としてもよい。短絡部７０の円形状に限定されない。

１０…電子制御装置、１１…回路基板、１１ａ…基板端部、１２…無線通信部、２０…アンテナ装置、３０…基材、３０Ａ…薄板、３１、３２…貫通孔、４０…地板、４１、４２…不連続面、５０…対向導体、５０ａ…第１対向部、５０ｂ…第２対向部、５０ｃ…連結部、５１…スリット、６０…給電線、７０…短絡部、８０…中間導体、８１…貫通部、９０…シールド壁、９１…柱状部、９２…表層導体部、９３…貫通部、９４…スリット、Ｒ１、Ｒ２…領域

Claims (9)

1. 接地電位を提供する地板（４０）と、
   前記地板の板厚方向において前記地板との間に所定の間隔を有するように配置され、給電点が設けられた対向導体（５０）と、
   前記対向導体と前記地板とを電気的に接続する短絡部（７０）と、を備え、
   前記地板と前記対向導体との間に形成される静電容量と前記短絡部が備えるインダクタンスとのＬＣ並列共振を利用し、０次の共振モードで動作するアンテナ装置であって、
   前記地板と同電位とされ、前記板厚方向において前記地板と前記対向導体との間に配置された中間導体（８０）をさらに備え、
   前記中間導体は、前記板厚方向において前記中間導体を貫通し、前記板厚方向の平面視において前記対向導体を内包する貫通部（８１）を有しているアンテナ装置。
2. 接地電位を提供する地板（４０）と、
   前記地板の板厚方向において前記地板との間に所定の間隔を有するように配置され、給電点が設けられた対向導体（５０）と、
   前記対向導体と前記地板とを電気的に接続する短絡部（７０）と、
   前記地板と同電位とされ、前記板厚方向において前記地板と前記対向導体との間に配置された中間導体（８０）と、を備え、
   前記中間導体は、前記板厚方向において前記中間導体を貫通し、前記板厚方向の平面視において前記対向導体を内包する貫通部（８１）を有し、
   前記貫通部は、前記平面視において矩形状をなしており、矩形の各辺に沿う方向の長さが動作周波数の１／２波長以下であるアンテナ装置。
3. 誘電体を含む基材（３０）をさらに備え、
   前記地板、前記対向導体、および前記中間導体は、前記板厚方向において、前記基材の互いに異なる位置に配置されている請求項１または請求項２に記載のアンテナ装置。
4. 前記地板、前記対向導体、前記短絡部、および前記中間導体は、前記平面視において、前記基材の一部であって、端部（１１ａ）を含む領域（Ｒ１）に配置されており、
   前記貫通部は、前記中間導体と前記端部とにより規定される切り欠きである請求項３に記載のアンテナ装置。
5. 前記板厚方向に直交する一方向において、前記対向導体に対する一方の側に前記中間導体が配置され、前記中間導体とは反対側に前記端部が位置しており、
   前記一方向において、前記対向導体から前記端部までの長さが、前記対向導体から前記中間導体までの長さよりも長い請求項４に記載のアンテナ装置。
6. 前記貫通部は、前記中間導体により取り囲まれた貫通孔である請求項１～３いずれか１項に記載のアンテナ装置。
7. 前記対向導体は、前記板厚方向において所定の深さを有し、前記対向導体の側面に開口するスリット（５１）を有している請求項１～６いずれか１項に記載のアンテナ装置。
8. 接地電位を提供する地板（４０）と、
   前記地板の板厚方向において前記地板との間に所定の間隔を有するように配置され、給電点が設けられた対向導体（５０）と、
   前記対向導体と前記地板とを電気的に接続する短絡部（７０）と、
   前記地板と同電位とされ、前記板厚方向において前記地板と前記対向導体との間に配置された中間導体（８０）と、を備え、
   前記中間導体は、前記板厚方向において前記中間導体を貫通し、前記板厚方向の平面視において前記対向導体を内包する貫通部（８１）を有し、
   誘電体を含む基材（３０）をさらに備え、
   前記地板、前記対向導体、および前記中間導体は、前記板厚方向において、前記基材の互いに異なる位置に配置されており、
   前記地板、前記対向導体、前記短絡部、および前記中間導体は、前記平面視において、前記基材の一部であって、端部（１１ａ）を含む領域（Ｒ１）に配置されており、
   前記貫通部は、前記中間導体と前記端部とにより規定される切り欠きであり、
   前記板厚方向に直交する一方向において、前記対向導体に対する一方の側に前記中間導体が配置され、前記中間導体とは反対側に前記端部が位置しており、
   前記一方向において、前記対向導体から前記端部までの長さが、前記対向導体から前記中間導体までの長さよりも長いアンテナ装置。
9. 前記対向導体に電気的に接続された給電線（６０）をさらに備え、
   前記給電線は、前記平面視において、前記対向導体から前記一方向に直交する方向に延びている請求項８に記載のアンテナ装置。

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