JP7309033B2

JP7309033B2 - アンテナ

Info

Publication number: JP7309033B2
Application number: JP2022503359A
Authority: JP
Inventors: 博道吉川; 慧石川
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2020-02-26
Filing date: 2021-02-19
Publication date: 2023-07-14
Anticipated expiration: 2041-02-19
Also published as: US20230128565A1; WO2021172238A1; EP4113740A4; JPWO2021172238A1; EP4113740A1

Description

本出願は、アンテナに関する。

パッチアンテナ等では、金属のシールドケースにアンテナ本体を配置する構造がある。かかる技術は例えば特許文献１に記載されている。

特開２０１１－２１６９３９号公報

ここで、アンテナは、アンテナ本体の側面と底面を金属のケースを配置すると、特性が低下する場合がある。アンテナの特性が低下すると、受信信号の受信レベルが低下する可能性があり、改善の余地がある。

本開示は、良好なアンテナ特性を得ることができるアンテナを提供することを目的とする。

態様の１つに係るアンテナは、アンテナ本体と、底面と前記底面の周囲に配置された側面を有し、前記底面にアンテナ本体を支持し、金属で形成されたケースと、前記ケースの底面に対面して配置され、側面と接し、誘電体で形成されたえ天井部と、を含み、前記天井部と前記アンテナ本体との距離が、使用周波数である所定周波数の波長の半分よりも短い距離である。

図１は、実施形態に係るアンテナの概略構成を示す側面図である。図２は、実施形態に係るアンテナの上面図である。図３は、実施形態に係るアンテナの斜視図である。図４は、実施形態に係るアンテナ本体の一例を示す斜視図である。図５は、図４に示すＬ１－Ｌ１線に沿ったアンテナ本体の断面図である。図６は、図４に示すアンテナ本体の一部を分解した斜視図である。図７は、図４に示すアンテナ本体のブロック図である。図８は、図４に示す放射導体の構成を説明する平面図である。図９は、アンテナの放射特性を比較した一例を示す図である。図１０は、ギャップを１０ｍｍとした場合のアンテナの特性の一例を示す図である。図１１は、ギャップを１５ｍｍとした場合のアンテナの特性の一例を示す図である。図１２は、ギャップを１ｍｍとした場合のアンテナの特性の一例を示す図である。

本出願に係るアンテナを実施するための複数の実施形態を、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の説明において、同様の構成要素について同一の符号を付すことがある。さらに、重複する説明は省略することがある。

［アンテナの一例］
図１は、実施形態に係るアンテナの概略構成を示す側面図である。図２は、実施形態に係るアンテナの上面図である。図３は、実施形態に係るアンテナの斜視図である。アンテナ１０は、アンテナ本体１１０と、アンテナ収納機構２０と、を含む。アンテナ１０は、使用周波数帯域の波長の電磁波を送信、受信する機器として動作する。

アンテナ本体１１０の構造は後述する。アンテナ収納機構２０は、アンテナ本体１１０と接するケース２２と、ケース２２の蓋となる天井部２４と、を含む。ケース２２は、底面３０と、側面３２と、を含む。底面３０は、アンテナ本体１１０が固定される。側面３２は、底面３０の辺の全周に配置される。側面３２は、底面３０に交差する方向に延びており、底面３０に直交する方向において、アンテナ本体１１０よりも高い。ケース２２は、底面３０と反対側の面が開口となる。ケース２２は、アンテナ１１０の側面の全周を側面３２で覆っている。ケース２２は、電磁波を反射する導電性材料で形成される。導電性材料としは、金属材料、金属材料の合金、金属ペーストの硬化物、及び、導電性高分子の何れかを組成として含み得る。金属材料は、銅、銀、パラジウム、金、白金、アルミニウム、クロム、ニッケル、カドミウム鉛、セレン、マンガン、錫、バナジウム、リチウム、コバルト、及び、チタン等を含む。合金は、複数の金属材料を含む。金属ペースト剤は、金属材料の粉末を有機溶剤、及び、バインダとともに混練したものを含む。バインダは、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、及び、ポリエーテルイミド樹脂を含む。導電性高分子は、ポリチオフェン系ポリマー、ポリアセチレン系ポリマー、ポリアニリン系ポリマー、及び、ポリピロール系ポリマー等を含む。

天井部２４は、ケース２２の側面３２の底面３０とは反対側の面と接触し、ケース２２の開口部分を塞ぐ。天井部２４は、誘電体材料で形成される。誘電体材料は、セラミック材料及び樹脂材料の何れかを組成として含み得る。セラミック材料は、酸化アルミニウム質焼結体、窒化アルミニウム質焼結体、ムライト質焼結体、ガラスセラミック焼結体、ガラス母材中に結晶成分を析出させた結晶化ガラス、及び、雲母若しくはチタン酸アルミニウム等の微結晶焼結体を含む。樹脂材料は、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、及び、液晶ポリマー等の未硬化物を硬化させたものを含む。

このように、ケース収納体２０は、アンテナ本体１１０の底面と側面をケース３０で覆い、上面を天井部３２で覆うことで、アンテナ本体１１０の周囲の全面を覆っている。アンテナ本体１１０と天井部３２とは、離間しており、非接触である。またアンテナ本体１１０と側面３２とも離間しており、非接触である。

［アンテナ本体の構成例］
図４は、実施形態に係るアンテナ本体１１０の一例を示す斜視図である。図５は、図４に示すＬ１－Ｌ１線に沿ったアンテナ本体１１０の断面図である。図６は、図４に示すアンテナ本体１１０の一部を分解した斜視図である。図７は、図４に示すアンテナ本体１１０のブロック図である。図８は、図４に示す放射導体の構成を説明する平面図である。

図４および図５に示すように、アンテナ本体１１０は、基体１２０と、放射導体１３０と、グラウンド導体１４０と、第１接続導体１５５と、第２接続導体１５６と、第３接続導体１５７と、第４接続導体１５８とを含む。アンテナ本体１１０は、給電線１５０と、回路基板１６０とを含む。放射導体１３０、グラウンド導体１４０および給電線１５０は、アンテナ素子１１１として機能する。給電線１５０は、第１給電線１５１と、第２給電線１５２と、第３給電線１５３と、第４給電線１５４とを含む。図４に示すアンテナ本体１１０が含む第１接続導体１５５～第４接続導体１５８の各々の数は、２つである。ただし、アンテナ本体１１０が含む第１接続導体１５５～第４接続導体１５８の各々の数は、１つであってよいし、３つ以上であってよい。

アンテナ素子１１１は、所定の共振周波数で発振可能に構成される。アンテナ素子１１１が所定の共振周波数で発振することにより、アンテナ本体１１０は、電磁波を放射する。アンテナ本体１１０は、アンテナ素子１１１の少なくとも１つの共振周波数帯のうちの少なくとも１つを動作周波数としうる。アンテナ本体１１０は、動作周波数の電磁波を放射しうる。動作周波数の波長は、アンテナ本体１１０の動作周波数における電磁波の波長である動作波長となりうる。

アンテナ素子１１１は、ｚ軸の正方向からアンテナ素子１１１のｘｙ平面に略平行な面に入射する所定周波数（使用周波数）の電磁波に対して、後述のように、人工磁気壁特性（Artificial Magnetic Conductor Character）を示す。本開示において「人工磁気壁特性」は、動作周波数における入射波と反射波との位相差が０度となる面の特性を意味する。人工磁気壁特性を有する面では、動作周波数帯において、入射波と反射波の位相差が－９０度～＋９０度となる。動作周波数帯は、人工磁気壁特性を示す共振周波数と動作周波数とを含む。

アンテナ素子１１１が上述の人工磁気壁特性を示すことにより、図６に示すように、アンテナ本体１１０のｚ軸の負方向側に回路基板１６０の後述のグラウンド導体１６５を位置させても、アンテナ本体１１０の放射効率が維持され得る。

基体１２０は、例えば、セラミック材料、および樹脂材料のいずれかを組成として含みうる。セラミック材料は、酸化アルミニウム質焼結体、窒化アルミニウム質焼結体、ムライト質焼結体、ガラスセラミック焼結体、ガラス母材中に結晶成分を析出させた結晶化ガラス、および雲母もしくはチタン酸アルミニウム等の微結晶焼結体を含む。樹脂材料は、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、および液晶ポリマー等の未硬化物を硬化させたものを含む。

基体１２０は、放射導体１３０、グラウンド導体１４０、および給電線１５０と接する。基体１２０は、放射導体１３０の形状に応じた形状であってよい。基体１２０は、略正四角柱であってよい。基体１２０は、上面１２１および下面１２２を含む。上面１２１および下面１２２の各々は、略正四角柱である基体１２０の上面および底面の各々でありうる。上面１２１および下面１２２は、ｘｙ平面に略平行でありうる。上面１２１および下面１２２の各々は、略正方形でありうる。略正方形である上面１２１および下面１２２の２つの対角線のうちの一方の対角線は、ｘ方向に沿う。当該２つの対角線のうちの他方の対角線は、ｙ方向に沿う。上面１２１は、下面１２２よりも、ｚ軸の正方向側に位置する。

放射導体１３０は、共振器として機能する。放射導体１３０は、例えば、金属材料、金属材料の合金、金属ペーストの硬化物、および導電性高分子のいずれかを組成として含みうる。金属材料は、銅、銀、パラジウム、金、白金、アルミニウム、クロム、ニッケル、カドミウム鉛、セレン、マンガン、錫、バナジウム、リチウム、コバルト、およびチタン等を含む。合金は、複数の金属材料を含む。金属ペースト剤は、金属材料の粉末を有機溶剤、およびバインダとともに混練したものを含む。バインダは、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリエーテルイミド樹脂を含む。導電性ポリマーは、ポリチオフェン系ポリマー、ポリアセチレン系ポリマー、ポリアニリン系ポリマー、ポリピロール系ポリマー等を含む。

図４に示すように、放射導体１３０は、基体１２０の上面１２１に位置しうる。放射導体１３０は、ｘｙ平面に沿って広がる。放射導体１３０は、第１接続導体１５５～第４接続導体１５８を容量的に接続するように構成される。放射導体１３０は、ｘｙ平面において周囲を第１接続導体１５５～第４接続導体１５８によって囲まれる。

放射導体１３０は、例えば第１給電線１５１および第３給電線１５３の各々から互いに逆相の電気信号が供給されることにより、ｙ方向に共振しうる。放射導体１３０がｙ方向に共振する際、放射導体１３０からは、第１接続導体１５５がｙ軸の負方向側に位置する電気壁として観え、第３接続導体１５７がｙ軸の正方向側に位置する電気壁として観える。放射導体１３０がｙ方向に共振する際、放射導体１３０からは、ｘ軸の正方向側が磁気壁として観え、ｘ軸の負方向側が磁気壁として観える。放射導体１３０がｙ方向に共振する際、放射導体１３０がこの２つの電気壁と２つの磁気壁とによって囲まれることにより、アンテナ本体１１０は、ｚ軸の正方向側からアンテナ本体１１０に含まれるｘｙ平面に入射する所定周波数の電磁波に対して人工磁気壁特性を示す。

放射導体１３０は、例えば第２給電線１５２および第４給電線１５４の各々から互いに逆相の電気信号が供給されることにより、ｘ方向に共振するように構成されうる。放射導体１３０がｘ方向に共振する際、放射導体１３０からは、第２接続導体１５６がｘ軸の正方向側に位置する電気壁として観え、第４接続導体１５８がｘ軸の負方向側に位置する電気壁として観える。放射導体１３０がｘ方向に共振する際、放射導体１３０からは、ｙ軸の正方向側が磁気壁として観え、ｙ軸の負方向側が磁気壁として観える。放射導体１３０がｘ方向に共振する際、放射導体１３０がこの２つの電気壁と２つの磁気壁とによって囲まれることにより、アンテナ本体１１０は、ｚ軸の正方向側からアンテナ本体１１０に含まれるｘｙ平面に入射する所定周波数の電磁波に対して、人工磁気壁特性を示す。

図７に示すように、放射導体１３０は、中心О１を含む。中心Ｏ１は、放射導体１３０の、ｘ方向およびｙ方向の両方の中心である。放射導体１３０は、ｘｙ平面に沿って延びる第１対称軸Ｔ１を含みうる。第１対称軸Ｔ１は、中心Ｏ１を通り、ｘ方向およびｙ方向に交わる方向に延びている。第１対称軸Ｔ１は、ｙ軸の正方向からｘ軸の負方向に向けて４５度傾いた方向に沿って延びてよい。放射導体１３０は、ｘｙ平面に沿って延びる第２対称軸Ｔ２を含みうる。第２対称軸Ｔ２は、中心Ｏ１を通り、第１対称軸Ｔ１に交わる方向に延びている。第２対称軸Ｔ２は、ｙ軸の正方向からｘ軸の正方向に向けて４５度傾いた方向に沿って延びてよい。放射導体１３０は、動作波長の２分の１の大きさであってよい。例えば、放射導体１３０のｘ方向における長さ、および放射導体１３０のｙ方向における長さは、動作波長の２分の１であってよい。

図６に示すように、放射導体１３０は、第１導体１３１と、第２導体１３２と、第３導体１３３と、第４導体１３４とを含む。第１導体１３１～第４導体１３４、グラウンド導体１４０、第１給電線１５１～第４給電線１５４、および第１接続導体１５５～第４接続導体１５８の全てが、同じ材料を含んでよいし、または異なる材料を含んでよい。第１導体１３１～第４導体１３４、グラウンド導体１４０、第１給電線１５１～第４給電線１５４、および第１接続導体１５５～第４接続導体１５８のいずれかの組み合わせが同じ材料を含んでよい。

第１導体１３１～第４導体１３４の各々は、例えば同一形状の、略正方形であってよい。略正方形である第１導体１３１の２つの対角線、および、略正方形である第３導体１３３の２つの対角線は、ｘ方向およびｙ方向に沿う。第１導体１３１のｙ方向に沿う対角線の長さ、および、第３導体１３３のｙ方向に沿う対角線の長さは、動作波長の４分の１程度であってよい。略正方形である第２導体１３２の２つの対角線、および、略正方形である第４導体１３４の２つの対角線は、ｘ方向およびｙ方向に沿う。第２導体１３２のｘ方向に沿う対角線の長さ、および、第４導体１３４のｘ方向に沿う対角線の長さは、動作波長の４分の１程度であってよい。

第１導体１３１～第４導体１３４の各々の少なくとも一部は、基体１２０の外側に露わになってよい。第１導体１３１～第４導体１３４の各々の一部は、基体１２０の中に位置してよい。第１導体１３１～第４導体１３４の各々の全体が、基体１２０の中に位置してよい。

第１導体１３１～第４導体１３４は、基体１２０の上面１２１に沿って広がる。一例として、第１導体１３１～第４導体１３４は、上面１２１上に、正方格子状に並んでよい。この場合、第１導体１３１と第４導体１３４とは、および、第２導体１３２と第３導体１３３とは、第１対称軸Ｔ１に沿って並んでよい。第１導体１３１と第２導体１３２とは、および、第４導体１３４と第３導体１３３とは、第２対称軸Ｔ２に沿って並んでよい。第１導体１３１～第４導体１３４が並ぶ正方格子の２つの対角方向は、ｘ方向おおよびｙ方向に沿う。当該２つの対角方向のうち、ｙ方向に沿う対角方向は、第１対角方向と記載する。当該２つの対角方向のうちの、ｘ方向に沿う対角方向は、第２対角方向と記載する。第１対角方向と第２対角方向は、中心Ｏ１で交わりうる。

第１導体１３１～第４導体１３４は、所定間隔を置いて、互いに離れて位置する。例えば、図４に示すように、第１導体１３１と第２導体１３２とは、間隔ｔ１を置いて離れて位置する。第３導体１３３と第４導体１３４とは、間隔ｔ１を置いて離れて位置する。第１導体１３１と第４導体１３４とは、間隔ｔ２を置いて離れて位置する。第２導体１３２と第３導体１３３とは、間隔ｔ２を置いて離れて位置する。第１導体１３１～第４導体１３４は、所定間隔を置いて互いに離れて位置することにより、互いに容量的に接続されるように構成される。

図４に示すように、アンテナ素子１１１は、隙間Ｓｘに容量素子Ｃ１，Ｃ２を有してよい。アンテナ素子１１１は、隙間Ｓｙに容量素子Ｃ３，Ｃ４を有してよい。容量素子Ｃ１～Ｃ４は、チップコンデンサ等であってよい。隙間Ｓｘに位置する容量素子Ｃ１は、第１導体１３１と第２導体１３２とを容量的に接続するように構成されている。隙間Ｓｘに位置する容量素子Ｃ２は、第３導体１３３と第４導体１３４とを容量的に接続するように構成されている。隙間Ｓｙに位置する容量素子Ｃ３は、第１導体１３１と第４導体１３４とを容量的に接続するように構成されている。隙間Ｓｙに位置する容量素子Ｃ４は、第２導体１３２と第３導体１３３とを容量的に接続するように構成されている。容量素子Ｃ１，Ｃ２の隙間Ｓｘにおける位置及び容量素子Ｃ３，Ｃ４の隙間Ｓｙにおける位置は、アンテナ本体１１０の所望の共振周波数に応じて、適宜調整されてよい。容量素子Ｃ１～Ｃ４の容量値は、アンテナ本体１１０の所望の共振周波数に応じて、適宜調整されてよい。容量素子Ｃ１～Ｃ４の容量値を大きくすると、アンテナ本体１１０の共振周波数は低くなり得る。容量素子Ｃ１～Ｃ４の容量値を小さくすると、アンテナ本体１１０の共振周波数は高くなり得る。

グラウンド導体１４０は、金属材料、金属材料の合金、金属ペーストの硬化物、および導電性高分子のいずれかを組成として含みうる。グラウンド導体１４０は、アンテナ素子１１１のグラウンドとして機能しうる。図５に示すように、グラウンド導体１４０は、回路基板１６０の後述のグラウンド導体１６５に接続されていてよい。この場合、グラウンド導体１４０は、回路基板１６０のグラウンド導体１６５と一体化されてよい。グラウンド導体１４０は、平板状の導体となりうる。グラウンド導体１４０は、基体１２０の下面１２２に位置する。

図６に示すように、グラウンド導体１４０は、ｘｙ平面に沿って広がる。グラウンド導体１４０は、ｚ方向において、放射導体１３０と対向している。グラウンド導体１４０と放射導体１３０との間には、基体１２０が介在する。グラウンド導体１４０は、放射導体１３０の形状に応じた形状でありうる。本実施形態では、グラウンド導体１４０は、略正方形状である放射導体１３０に応じた、略正方形状である。ただし、グラウンド導体１４０は、放射導体１３０に応じて、任意の形状であってよい。グラウンド導体１４０は、開口１４１，１４２，１４３，１４４を含む。開口１４１～１４４のｘｙ平面における位置は、第１給電線１５１～第４給電線１５４のｘｙ平面における位置に応じて、適宜調整されてよい。

給電線１５０は、外部からの電気信号をアンテナ素子１１１に供給するように構成されうる。給電線１５０は、アンテナ素子１１１からの電気信号を外部に供給するように構成されうる。給電線１５０は、スルーホール導体またはビア導体等であってよい。給電線１５０は、アンテナ素子１１１からの電気信号を外部の回路基板１６０等に供給可能に構成される。第１給電線１５１～第４給電線１５４の各々は、放射導体１３０の異なる位置に接する。例えば、図４および図７に示すように、第１給電線１５１は、第１導体１３１に電気的に接続されている。第２給電線１５２は、第２導体１３２に電気的に接続されている。第３給電線１５３は、第３導体１３３に電気的に接続されている。第４給電線１５４は、第４導体１３４に電気的に接続されている。ただし、第１給電線１５１～第４給電線１５４の各々は、第１導体１３１～第４導体１３４の各々に磁気的に接続されるように構成されてよい。第１給電線１５１～第４給電線１５４の各々が第１導体１３１～第４導体１３４の各々に接続される箇所は、給電点１５１Ａ、給電点１５２Ａ、給電点１５３Ａ、および給電点１５４Ａとも記載する。図６に示すように、第１給電線１５１～第４給電線１５４の各々は、グラウンド導体１４０の開口１４１～１４４の各々を介して外部に通じている。第１給電線１５１～第４給電線１５４の各々は、ｚ方向に沿って延びてよい。

第１給電線１５１および第３給電線１５３は、放射導体１３０がｙ方向に共振した際の電気信号の外部への供給に少なくとも寄与するように構成される。第２給電線１５２および第４給電線１５４は、放射導体１３０がｘ方向に共振した際の電気信号の外部への供給に少なくとも寄与するように構成される。

第１給電線１５１および第３給電線１５３と、第２給電線１５２と第４給電線１５４とは、放射導体１３０を異なる方向に励振させるように構成される。例えば、第１給電線１５１および第３給電線１５３は、放射導体１３０をｙ方向に励振させるように構成される。第２給電線１５２および第４給電線１５４は、放射導体１３０をｘ方向に励振させるように構成される。アンテナ本体１１０は、かかる給電線１５０を有することで、放射導体１３０を一方に励振させる際に放射導体１３０が他方に励振することを低減することができる。

第１給電線１５１および第３給電線１５３は、差動電圧で放射導体１３０を励振させるように構成される。第２給電線１５２および第４給電線１５４は、差動電圧で放射導体１３０を励振させるように構成される。アンテナ本体１１０は、差動電圧で放射導体１３０を励振させることで、放射導体１３０が励振する際の電位中心の、放射導体１３０の中心О１からの揺らぎを小さくすることができる。

図７に示すように、ｙ方向において、第１給電線１５１と第３給電線１５３との間には、放射導体１３０の中心О１が位置する。第１給電線１５１と中心О１との間の第１距離Ｄ１と、第３給電線１５３と中心Ｏ１との間の第３距離Ｄ３とは略等しい。

図７に示すように、ｘ方向において、第２給電線１５２と第４給電線１５４との間には、放射導体１３０の中心Ｏ１が位置する。第２給電線１５２と中心Ｏ１との間の第２距離Ｄ２と、第４給電線１５４と中心Ｏ１との間の第４距離Ｄ４とは略等しい。本実施形態では、第２距離Ｄ２は、第１距離Ｄ１と略等しい。ただし、第２距離Ｄ２は、第１距離Ｄ１と異なってよい。

第１給電線１５１および第２給電線１５２は、第１対称軸Ｔ１を挟んで対称性を有してよい。第３給電線１５３および第４給電線１５４は、第１対称軸Ｔ１を挟んで対称性を有してよい。例えば、給電点１５１Ａと給電点１５２Ａとは、および給電点１５３Ａと給電点１５４Ａとは、第１対称軸Ｔ１と軸として線対称であってよい。

第１給電線１５１および第４給電線１５４は、第２対称軸Ｔ２を挟んで対称性を有してよい。第２給電線１５２および第３給電線１５３は、第２対称軸Ｔ２を挟んで対称性を有してよい。例えば、給電点１５１Ａと給電点１５４Ａとは、および給電点１５２Ａと給電点１５３Ａとは、第２対称軸Ｔ２を軸として線対称であってよい。

第１給電線１５１と第３給電線１５３とを結ぶ方向は、ｙ方向に沿う。第１給電線１５１と第３給電線１５３とを結ぶ方向は、第１対角方向に沿う。第２給電線１５２と第４給電線１５４とを結ぶ方向は、ｘ方向に沿う。第２給電線１５２と第４給電線１５４とを結ぶ方向は、第２対角方向に沿う。ただし、第１給電線１５１と第３給電線１５３とを結ぶ方向は、第１対角方向に対して傾いていてよい。第２給電線１５２と第４給電線１５４とを結ぶ方向は、第２対角方向に対して傾いていてよい。

図８に示すように、回路基板１６０は、第１給電回路６１と、第２給電回路６２とを含む。第１給電回路６１は、送信端子Ｔｘに電気的に接続されている。第２給電回路６２は、受信端子Ｒｘに電気的に接続されている。すなわち、アンテナ本体１１０は、送信端子Ｔｘと、受信端子Ｒｘとを有する。

第１給電回路６１は、第１給電線１５１および第３給電線１５３に電気的に接続されている。第１給電回路６１は、互いの位相が略逆相となる逆相信号を第１給電線１５１および第３給電線１５３に供給するように構成される。言い換えると、第１給電線１５１に供給される第１給電信号は、第３給電線１５３に供給される第３給電信号と位相が略逆相である。

第１反転回路６３は、共振周波数帯で、入力された１つの電気信号の位相を反転する回路であってよい。第１反転回路６３は、入力された１つの電気信号から、互いの位相が略逆相となる逆相信号を出力する回路であってよい。第１反転回路６３は、バラン（balun）、ならびに電力分配回路およびディレイライン（delay line memory）のいずれかであってよい。第１反転回路６３は、第１給電線１５１および第３給電線１５３の一方に接続されるインダクタンス素子と、他方に接続されるキャパシタンス素子とを含みうる。第１給電回路６１は、互いの位相が略逆相となる逆相信号を第１給電線１５１および第３給電線１５３に供給するように構成される。アンテナ本体１１０では、第１給電線１５１および第３給電線１５３に逆位相の電気信号が供給される。この場合、アンテナ本体１１０は、放射導体１３０がｙ方向に沿って共振する。

第２給電回路６２は、第２給電線１５２および第４給電線１５４に電気的に接続されている。第２給電回路６２は、互いの位相が略逆相となる逆相信号を第２給電線１５２および第４給電線１５４に供給するように構成される。言い換えると、第２給電線１５２に供給される第２給電信号は、第４給電線１５４に供給される第４給電信号と位相が略逆相である。

第２給電回路６２は、第２給電線１５２および第４給電線１５４に電気的に接続されている。第２給電回路６２は、第２反転回路６４と、第２配線１６２と、第４配線１６４とを含む。本実施形態では、第２反転回路６４は、第２給電線１５２および第４給電線１５４の一方に接続されるインダクタンス素子と、他方に接続されるキャパシタンス素子とを含みうる。第２給電回路６２は、互いの位相が略逆相となる逆相信号を第２給電線１５２および第４給電線１５４に供給するように構成される。アンテナ本体１１０では、第２給電線１５２および第４給電線１５４に逆位相の電気信号が供給される。この場合、アンテナ本体１１０は、放射導体１３０がｘ方向に沿って共振する。

第１配線１６１～第４配線１６４は、任意の導電性材料を含む。第１配線１６１～第４配線１６４は、配線パターンとして回路基板１６０に形成されてよい。

第１配線１６１は、第１反転回路６３と、第１給電線１５１とを電気的に接続する。第２配線１６２は、第２反転回路６４と、第２給電線１５２とを電気的に接続する。第３配線１６３は、第１反転回路６３と第３給電線１５３とを電気的に接続する。第４配線１６４は、第２反転回路６４と、第４給電線１５４とを電気的に接続する。

第１配線１６１の配線長および幅と、第３配線１６３の配線長および幅とは、略等しくてよい。第１配線１６１の配線長および幅と、第３配線１６３の配線長および幅とが、略等しくなることにより、第１配線１６１のインピーダンスと第３配線１６３のインピーダンスとが略等しくなりうる。

第２配線１６２の配線長および幅と、第４配線１６４の配線長および幅とは、略等しくてよい。第２配線１６２の配線長および幅と、第４配線１６４の配線長および幅とが、略等しくなることにより、第２配線１６２のインピーダンスと第４配線１６４のインピーダンスとが略等しくなりうる。

図５に示すように、回路基板１６０は、グラウンド導体１６５を含む。グラウンド導体１６５は、任意の導電性材料を含む。グラウンド導体１６５は、導体層であってよい。グラウンド導体１６５は、回路基板１６０に含まれるｘｙ平面に略平行な２つの表面のうち、ｚ軸の正方向側に位置する表面に位置する。

アンテナ本体１１０は、放射導体１３０と、グラウンド導体１４０と、放射導体１３０に電磁気的に接続されるように構成される第１給電線１５１と、放射導体１３０に電磁気的に接続されるように構成される第２給電線１５２と、放射導体１３０に電磁気的に接続されるように構成される第３給電線１５３と、放射導体１３０に電磁気的に接続されるように構成される第４給電線１５４と、第１給電線１５１および第３給電線１５３に互いに逆相な逆相信号を給電するように構成される第１給電回路６１と、第２給電線１５２および第４給電線１５４に互いに逆相な逆相信号を給電するように構成される第２給電回路６２と、を含む。放射導体１３０は、第１給電線１５１および第３給電線１５３からの給電によって第１方向に励振するように構成され、第２給電線１５２および第４給電線１５４からの給電によって第２方向に励振するように構成され、第３給電線１５３は、放射導体１３０の中心から観て、第１方向において第１給電線１５１と反対側に位置し、第４給電線１５４は、放射導体１３０の中心から観て、第２方向において第２給電線１５２と反対側に位置する。アンテナ本体１１０は、第１給電線１５１と第３給電線１５３とを結ぶ方向は、第１方向に対して傾いており、第２給電線１５２と第４給電線１５４とを結ぶ方向は、第２方向に対して傾いている。

アンテナ本体１１０は、第１給電線１５１および第３給電線１５３からの給電によって励振する第１方向と、第２給電線１５２および第４給電線１５４からの給電によって励振する第２方向とが直交し、かつ対象構造である。このため、アンテナ本体１１０は、アイソレーションが確保されている。アイソレーションが確保されるとは、例えば、互いが隔離、分離していることを含む。アンテナ１０は、アンテナ本体１１０の第１対角方向および第２対角方向が直交となるので、アンテナ本体１１０のアイソレーションが確保されている。

［アンテナ本体とアンテナ収納部の関係］
本実施形態のアンテナ１０は、アンテナ本体１００は、ケース２０の底面３０に設置され、側面が側壁３２と対面し、上面が天井部２４と対面する。アンテナ１０は、アンテナ本体１１０と天井部２４との間のＺ方向におけるギャップ（距離）Ｇは、アンテナ本体１１０において送受信する使用周波数である所定周波数の波長をλとすると、λ／２以下となっている。アンテナ１０は、上記関係を満たすことで、アンテナの特性、特に利得を高くしつつ、アイソレーション特性を高くすることができる。

アンテナ１０は、より好ましくは、アンテナ本体１１０と天井部２４との間のＺ方向における距離は、λ／４以下である。さらに好ましくは、アンテナ本体１１０と天井部２４との間のＺ方向における距離は、λ／８以下である。また、アンテナ本体１１０と天井部２４との間のＺ方向における距離は、λ／２４以上であることが好ましい。また、アンテナ本体１１０と天井部２４との間のＺ方向における距離は、５ｍｍ以上１５ｍｍ以下であることが好ましく、１０ｍｍ以上１５ｍｍ以下であることがより好ましい。ここで、電磁波は、ＴＭモードにおいて送受信する周波数帯となっており、例えば、２ＧＨｚ帯となっている。２ＧＨｚ帯における中心周波数の電磁波の波長λは、例えば、略１６ｃｍとなっている。このため、アンテナ本体１０と側壁７２との間の距離であるλ／２は、略８０ｍｍとなっている。

アンテナ１０は、アンテナ本体１１０と側面３２との間のＸ方向及びＹ方向における距離は、アンテナ本体１０において送受信する使用周波数である所定周波数の波長をλとすると、λ／２以下であることが好ましい。より好ましくは、アンテナ本体１１０と側面３２との間のＸ方向及びＹ方向における距離は、λ／４以下である。さらに好ましくは、アンテナ本体１１０と側面３２との間のＸ方向及びＹ方向における距離は、λ／８以下である。また、アンテナ本体１１０と側面３２との間のＸ方向及びＹ方向における距離は、５ｍｍ以上１５ｍｍ以下であることが好ましく、１０ｍｍ以上１５ｍｍ以下であることがより好ましい。

アンテナ１０は、アンテナ本体１１０のＸ方向及びＹ方向における長さは、アンテナ本体１０において送受信する使用周波数である所定周波数の波長をλとすると、λ／２以下であることが好ましい。より好ましくは、アンテナ本体１１０のＸ方向及びＹ方向における長さが、λ／４以下である。

次に、アンテナの放射特性を計測した実験例について説明する。図９は、アンテナの放射特性を比較した一例を示す図である。図９は、本実施形態のアンテナ１０で距離Ｇを５ｍｍとした場合の放射特性の測定結果２００を示す。また、比較のため、ケースを誘電体材料で形成し、距離Ｇを１０ｍｍとした場合の放射特性の測定結果２０２と、ケースと天井部を配置していない構造の放射特性の測定結果２０４と、を示す。

図９に示すように、ケースの周囲を導電性材料で形成し、天井部を誘電体で形成することで、測定結果２０２、２０４に対して、ゲインを高くすることができ、かつ、後方放射を少なくすることができる。周囲の環境変化に対して影響を小さくするためには、アンテナの一部に金属ケースを使うことが行われている。一般的なパッチアンテナでは、半波長に対してケースサイズを大きくすることでケースの有無による特性変動を小さくさせている、または、一部では特性向上を行っている。

次に、距離Ｇを種々の値とした場合の放射特性の測定結果を示す。図１０は、ギャップを１０ｍｍとした場合のアンテナの特性の一例を示す図である。図１１は、ギャップを１５ｍｍとした場合のアンテナの特性の一例を示す図である。図１２は、ギャップを１ｍｍとした場合のアンテナの特性の一例を示す図である。

図１０から図１２と、図９の測定結果２００に示すように、いずれの測定結果でもゲインを高くし、後方放射を少なくすることができる。また、ギャップを５ｍｍ以上１５ｍｍ以下とすることで、後方反射を少なくでき、１０ｍｍ以上１５ｍｍ以下とすることで、後方反射をさらに少なくできる。

以上より、アンテナ１０は、アンテナ本体１１０の周囲に導電性材料の側面３２を配置し、天井部２４を誘電性材料とし、さらに、天井部２４とアンテナ本体１１０との距離をλ／２以下とすることで、アンテナ特性を高くすることができる。具体的には、ゲインを高くし、後方反射を抑制することができる。つまり、ケースに収納している状態で、必要な方向の感度を高くすることができる。

ここで、本実施形態のアンテナ１０は、アンテナ本体１１０が、放射導体１３０と、グラウンド導体１４０と、放射導体１３０に電磁気的に接続されるように構成される第１給電線１５１と、放射導体１３０に電磁気的に接続されるように構成される第２給電線１５２と、放射導体１３０に電磁気的に接続されるように構成される第３給電線１５３と、放射導体１３０に電磁気的に接続されるように構成される第４給電線１５４と、第１給電線１５１および第３給電線１５３に互いに逆相な逆相信号を給電するように構成される第１給電回路６１と、第２給電線１５２および第４給電線１５４に互いに逆相な逆相信号を給電するように構成される第２給電回路６２と、を含む。放射導体１３０は、第１給電線１５１および第３給電線１５３からの給電によって第１方向に励振するように構成され、第２給電線１５２および第４給電線１５４からの給電によって第２方向に励振するように構成され、第３給電線１５３は、放射導体１３０の中心から観て、第１方向において第１給電線１５１と反対側に位置し、第４給電線１５４は、放射導体１３０の中心から観て、第２方向において第２給電線１５２と反対側に位置する。アンテナ本体１１０は、第１給電線１５１と第３給電線１５３とを結ぶ方向は、第１方向に対して傾いており、第２給電線１５２と第４給電線１５４とを結ぶ方向は、第２方向に対して傾いている。これにより、アンテナ１０は、高いアイソレーションを備えることができる。アンテナと、アンテナ収容部が上記関係を満たすことで、アンテナ特性をより向上させることができる。また、本実施形態の場合アンテナ１０を列状に配置してアレイアンテナとしてもよい。

また、本実施形態のアンテナは、アンテナ本体を、第１平面に沿って広がり、複数の第１導体を含む導体部と、導体部と離れて位置し、第１平面に沿って広がるグラウンド導体と、グラウンド導体から導体部に向かって延びる、３つ以上の第１所定数の接続導体と、を有し、複数の第１導体のうちの少なくとも２つは、異なる前記接続導体に接続され、第１所定数の接続導体は、何れか２つが、第１平面に含まれる第１方向に沿って並ぶ、第１接続対と、何れか２つが、第１平面に含まれ且つ前記第１方向と交わる第２方向に沿って並ぶ、第２接続対と、を含み、第１電流経路に沿って第１周波数で共振するように構成され、第２電流経路に沿って第２周波数で共振するように構成され、第１電流経路は、グラウンド導体と、導体部と、第１接続対とを含み、第２電流経路は、グラウンド導体と、導体部と、第２接続対とを含む構成としてもよい。つまり、アンテナは、複数の周波数で共振し、人工磁気壁特性を示す種々のアンテナ本体に用いることができる。

一般的なパッチアンテナ等で、周囲の環境変化に対して影響を小さくするためにアンテナの一部に金属ケースを使う場合、半波長に対してケースサイズを大きくすることでケースの有無による特性変動を小さくさせている。波長よりも大きさが十分に小さいような小形アンテナにおいては、金属ケースはあまり使われず、通常樹脂ケースが使用される。アンテナ周波数が金属筐体の寸法により遮断周波数以下となり、アンテナ特性が低下するためである。小形アンテナでは、小型化に際する構造変形によって指向性がｚ軸から傾く場合が多く、金属ケースが指向性に及ぼす影響が大きい。金属ケースによる影響が大きく、金属ケースによってアンテナ特性の低下や指向性が大きく変化してしまう場合がある。

第１電流経路は、第２電流経路と直交しうる。第１電流経路が第２電流経路と直交すると、磁気壁と電気壁とが直交しているとみられる。磁気壁と電気壁とが直交することで、アンテナ１０は、周囲を導体で囲まれた際に放射特性に与える影響が少なくなる。アンテナ素子として人工磁気壁を有する小形のアンテナ１０の周囲５面である、４つの側面及び底面に金属を配することで、アンテナの特性変動が小さくまた、周囲環境による変動が小さくなる。アンテナ１０は、図９に示すように、主の指向性がｚ軸を向いており、かつ、ｘｙ平面への放射が少ないためである。

さらに、入射する所定周波数の電磁波に対して、人工磁気壁特性を示すアンテナ本体に用いることができる。

添付の請求項に係る技術を完全かつ明瞭に開示するために特徴的な実施形態に関し記載してきた。しかし、添付の請求項は、上記実施形態に限定されるべきものでなく、本明細書に示した基礎的事項の範囲内で当該技術分野の当業者が創作しうるすべての変形例及び代替可能な構成を具現化するように構成されるべきである。

１０アンテナ
２０アンテナ収納部
２２ケース
２４天井部
３０底面
３２側面
６１第１給電回路
６２第２給電回路
６３第１反転回路
６４第２反転回路
１１０アンテナ本体
１１１アンテナ素子
１２０基体
１３０放射導体
１４０グラウンド導体
１５０給電線
１５１第１給電線
１５２第２給電線
１５３第３給電線
１５４第４給電線
１６０回路基板

Claims

アンテナ本体と、
底面と前記底面の周囲に配置された側面を有し、前記底面にアンテナ本体を支持し、金属で形成されたケースと、
前記ケースの底面に対面して配置され、側面と接し、誘電体で形成された天井部と、を含み、
前記天井部と前記アンテナ本体との距離が、使用周波数である所定周波数の波長の半分よりも短い距離であり、
前記アンテナ本体は、
第１平面に沿って広がり、複数の第１導体を含む導体部と、
前記導体部と離れて位置し、前記第１平面に沿って広がるグラウンド導体と、
前記グラウンド導体から前記導体部に向かって延びる、３つ以上の第１所定数の接続導体と、を有し、
前記複数の第１導体のうちの少なくとも２つは、異なる前記接続導体に接続され、
前記第１所定数の接続導体は、
何れか２つが、前記第１平面に含まれる第１方向に沿って並ぶ、第１接続対と、
何れか２つが、前記第１平面に含まれ且つ前記第１方向と交わる第２方向に沿って並ぶ、第２接続対と、を含み、
第１電流経路に沿って第１周波数で共振するように構成され、
第２電流経路に沿って、前記第１周波数とは異なる第２周波数で共振するように構成され、
前記第１電流経路は、前記グラウンド導体と、前記導体部と、前記第１接続対とを含み、
前記第２電流経路は、前記グラウンド導体と、前記導体部と、前記第２接続対とを含むアンテナ。
前記第１電流経路は、前記第２電流経路と直交している、請求項１に記載のアンテナ。
アンテナ本体と、
底面と前記底面の周囲に配置された側面を有し、前記底面にアンテナ本体を支持し、金属で形成されたケースと、
前記ケースの底面に対面して配置され、側面と接し、誘電体で形成された天井部と、を含み、
前記天井部と前記アンテナ本体との距離が、使用周波数である所定周波数の波長の半分よりも短い距離であり、
前記アンテナ本体は、
放射導体と、
グラウンド導体と、
前記放射導体に電磁気的に接続されるように構成される第１給電線と、
前記放射導体に電磁気的に接続されるように構成される第２給電線と、
前記放射導体に電磁気的に接続されるように構成される第３給電線と、
前記放射導体に電磁気的に接続されるように構成される第４給電線と、
前記第１給電線および前記第３給電線に互いに逆相な逆相信号を給電するように構成される第１給電回路と、
前記第２給電線および前記第４給電線に互いに逆相な逆相信号を給電するように構成される第２給電回路と、を含み、
前記放射導体は、
前記第１給電線および前記第３給電線からの給電によって第１方向に励振するように構成され、
前記第２給電線および前記第４給電線からの給電によって第２方向に励振するように構成され、
前記第３給電線は、前記放射導体の中心から観て、前記第１方向において前記第１給電線と反対側に位置し、
前記第４給電線は、前記放射導体の中心から観て、前記第２方向において前記第２給電線と反対側に位置するアンテナ。
前記側面と前記アンテナ本体との距離が、前記アンテナの使用波長帯域の波長の半分よりも短い距離である請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のアンテナ。
前記アンテナ本体は、長さが前記アンテナの使用波長帯域の波長の半分よりも短い請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のアンテナ。
前記アンテナ本体は、入射する所定周波数の電磁波に対して、人工磁気壁特性を示す請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のアンテナ。
前記天井部と前記アンテナ本体との距離は、所定周波数の波長における２４分の１以上である、請求項１から請求項６のいずれか一項に記載のアンテナ。
前記天井部と前記アンテナ本体との距離は、５ｍｍ以上である請求項１から請求項６のいずれか一項に記載のアンテナ。