JP7446939B2 - アンテナ、無線通信モジュール、および無線通信機器 - Google Patents

Description

本開示は、アンテナ、無線通信モジュール、および無線通信機器に関する。

容量結合に給電方式を利用した、円偏波アンテナが知られている。例えば、小型・薄型化と高性能化とをコストアップを伴わずに達成させる円偏波アンテナが開示されている。

特開２０１０－１３６２９６号公報

特許文献１に記載の円偏波アンテナは、基体の上面に放射電極が形成され、下面に全面グラウンド電極が形成されている。グラウンド電極が基体の下面の全面に記載されている場合、更なる薄型化には対応できない可能性がある。

本開示は、装置全体を薄型化することのできるアンテナ、無線通信モジュール、および無線通信機器を提供することを目的とする。

本開示の一態様に係るアンテナは、アンテナであって、第１平面に沿って広がる第１面を有する基体と、前記第１面の上にあるパッチ導体と、前記第１面にあり、前記パッチ導体を囲む周囲導体と、前記パッチ導体および周囲導体を容量的に接続する、少なくとも３つの第１所定数の結合導体と、前記パッチ導体に接続される第１給電線と、を含み、前記第１所定数の結合導体において、何れか２つが、前記第１平面に沿う第１方向に沿って並ぶ、第１結合グループの一部の第１結合対であり、何れか２つが、前記第１平面に沿い且つ前記第１方向と交わる第２方向に沿って並ぶ、第２結合グループの一部の第２結合対であり、前記アンテナは、第１電流経路に沿って第１周波数帯で共振するように構成され、第２電流経路に沿って第２周波数帯で共振するように構成され、前記第１電流経路は、前記パッチ導体と、前記周囲導体と、前記第１結合対とを含み、前記第２電流経路は、前記パッチ導体と、前記周囲導体と、前記第２結合対とを含む。

本開示の一態様に係る無線通信モジュールは、本開示の一態様に係るアンテナと、前記第１給電線に電気的に接続されるように構成されているＲＦモジュールと、を有する。

本開示の一態様に係る無線通信機器は、本開示の一態様に係る無線通信モジュールと、前記無線通信モジュールに電力を供給するように構成されているバッテリと、を有する。

本開示は、装置全体を薄型化することができる。

図１は、実施形態に係るアンテナを上部から見た模式図である。 図２は、実施形態に係るアンテナを下部から見た模式図である。 図３は、実施形態に係るアンテナの一部を分解した模式図である。 図４は、実施形態に係るアンテナの第１共振状態を説明するための図である。 図５は、実施形態に係るアンテナの第２共振状態を説明するための図である。 図６は、実施形態に係るアンテナの方位角方向と仰角方向の放射特性を説明するための図である。 図７は、実施形態に係るアンテナの仰角方向の軸比を説明するための図である。 図８は、実施形態の第１変形例に係るアンテナを上部から見た模式図である。 図９は、実施形態の第１変形例に係るアンテナを下部から見た模式図である。 図１０は、実施形態の第２変形例に係るアンテナを上部から見た模式図である。 図１１は、実施形態の第２変形例に係るアンテナを下部から見た模式図である。 図１２は、実施形態に係る無線通信モジュールの構成例を示すブロック図である。 図１３は、実施形態に係る無線通信機器の構成例を示すブロック図である。

以下、添付図面を参照して、本発明に係る実施形態を詳細に説明する。なお、この実施形態により本発明が限定されるものではなく、また、実施形態が複数ある場合には、各実施形態を組み合わせて構成するものも含む。また、以下の実施形態において、同一の部位には同一の符号を付することにより重複する説明を省略する。

以下の説明においては、３次元直交座標系を設定し、３次元直交座標系を参照しつつ各部の位置関係について説明する。所定面内のＸ軸と平行な方向をＸ軸方向とし、所定面内においてＸ軸と直交するＹ軸と平行な方向をＹ軸方向とし、Ｘ軸およびＹ軸と直交するＺ軸と平行な方向をＺ軸方向とする。

［実施形態］
図１と、図２、図３とを用いて、実施形態に係るアンテナの構成例について説明する。図１は、実施形態に係るアンテナを上部から見た模式図である。図２は、実施形態に係るアンテナを下部から見た模式図である。図３は、実施形態に係るアンテナの一部を分解した模式図である。

図１と、図２とに示すように、アンテナ１は、基体１０と、パッチ導体２０と、周囲導体３０と、第１結合導体４１と、第２結合導体４２と、第３結合導体４３と、第４結合導体４４と、第１給電線５１と、第２給電線５２と、を含む。アンテナ１は、第１接続導体６１と、第２接続導体６２と、第３接続導体６３と、第４接続導体６４と、を含む。アンテナ１は、１又は複数の共振周波数で共振するように構成されている。アンテナ１は、例えば、Ｘ軸方向の長さが５０ｍｍ（millimetre）、Ｙ軸方向の長さが５０ｍｍ、Ｚ軸方向の長さ０．５ｍｍの薄型アンテナである。

基体１０は、誘電体材料で構成され得る。基体１０は、第１平面に沿って広がる上面１１と、上面１１に対向する下面１２とを有する。第１平面は、例えば、ＸＹ平面であり得る。基体１０の上面１１は、第１面とも呼ばれる。基体１０の下面１２は、第２面とも呼ばれる。基体１０は、パッチ導体２０に応じた形状に構成され得る。基体１０は、例えば、パッチ導体２０が略正方形状である場合には、略正四角柱に構成され得る。基体１０の比誘電率は、アンテナ１の所望の共振周波数に応じて、調整され得る。

パッチ導体２０は、導電性材料で構成され得る。パッチ導体２０は、基体１０の上面１１に形成されている。パッチ導体２０は、上面１１に沿って広がる形状を有している。パッチ導体２０は、例えば、略正方形状である。パッチ導体２０は、Ｘ軸方向の長さと、Ｙ軸方向の長さとが、異なっていてもよい。すなわち、パッチ導体２０は、例えば、略長方形上であってもよい。

パッチ導体２０は、共振器の一部として動作するように構成されている。

周囲導体３０は、導線性材料で構成され得る。周囲導体３０は、基体１０の上面１１上にある。周囲導体３０は、パッチ導体２０を囲っている。周囲導体３０は、例えば、パッチ導体２０の形状に沿った枠体で構成され得る。周囲導体３０は、例えば、基体１０の上面１１の各辺に沿って形成された略正方形状の枠体で構成され得る。周囲導体３０は、アンテナ１のグラウンドとして機能し得る。

パッチ導体２０と、周囲導体３０との間は、隙間を有する。パッチ導体２０と、周囲導体３０とは、容量的に接続するように構成されている。パッチ導体２０と、周囲導体３０との間に発生する容量の値は、隙間の大きさ、隙間にある媒体、及び向かい合う面積に応じて変化する。パッチ導体２０と、周囲導体３０との間の隙間の大きさ及び向かい合う面積は、アンテナ１の所望の共振周波数に応じて、適宜調整されてよい。パッチ導体２０と、周囲導体３０との間の隙間にある媒体は、アンテナ１の所望の共振周波数に応じて、適宜調整されてよい。パッチ導体２０と、周囲導体３０との間は、コンデンサで接続するように構成されていてもよい。コンデンサの容量は、アンテナ１の所望の共振周波数に応じて、適宜調整されてよい。

第１結合導体４１と、第２結合導体４２と、第３結合導体４３と、第４結合導体４４とは、導電材料で構成され得る。第１結合導体４１、第２結合導体４２、第３結合導体４３、及び第４結合導体４４の各々は、パッチ導体２０及び周囲導体３０を容量的に接続するように構成される。第１結合導体４１と、第２結合導体４２と、第３結合導体４３と、第４結合導体４４とは、それぞれ、基体１０の下面１２において異なる角部に形成されている。第１結合導体４１と、第２結合導体４２と、第３結合導体４３と、第４結合導体４４とを、特に区別する必要のない場合には、結合導体４０と総称することもある。

結合導体４０は、例えば、略正方形状とし得る。結合導体４０のそれぞれは、互いに異なる形状とし得る。第１結合導体４１と、第２結合導体４２と、第３結合導体４３と、第４結合導体４４とは、それぞれ、パッチ導体２０より小さい。

アンテナ１は、第１結合導体４１、第２結合導体４２、第３結合導体４３、および第４結合導体の４つの結合導体４０を備えるが、本開示はこれに限定されない。アンテナ１は、第１所定数の結合導体４０を有すればよい。第１所定数は、例えば、少なくとも３つである。

第１結合導体４１と、第２結合導体４２とは、ＸＹ平面に沿う第１方向に沿って並ぶ第１グループの一部である。第１方向はＸ軸方向であり得る。第１結合導体４１と、第２結合導体４２とは、第１結合対となる。第３結合導体４３と、第４結合導体４４とは、ＸＹ平面に沿う第１方向に沿って並ぶ第１グループの一部である。第３結合導体４３と、第４結合導体４４とは、第１結合導体４１と、第２結合導体４２との第１結合対とは異なる、第１結合対となる。

第２結合導体４２と、第３結合導体４３とは、ＸＹ平面に沿う第２方向に沿って並ぶ第２グループの一部である。第２方向は、Ｙ軸方向であり得る。第２結合導体４２と、第３結合導体４３とは、第２結合対となる。第１結合導体４１と、第４結合導体４４と、ＸＹ平面に沿う第２方向に沿って並ぶ第２グループの一部である。第１結合導体４１と、第４結合導体４４とは、第２結合導体４２と、第３結合導体４３との第２結合対とは異なる、第２結合対となる。

結合導体４０の各々は、異なる結合導体４０と対となって、第１グループおよび第２グループの両方に属し得る。例えば、第１結合導体４１は、第２結合導体４２と対となって、ＸＹ平面に沿う第１方向に沿って並ぶ第１グループの一部となりうる。第１結合導体４１は、第４結合導体４４と対となって、ＸＹ平面に沿う第２方向に沿って並ぶ第２グループの一部となりうる。

第１結合導体４１は、第１接続導体６１を介して、周囲導体３０と電気的に接続するように構成されている。第２結合導体４２は、第２接続導体６２を介して、周囲導体３０と電気的に接続するように構成されている。第３結合導体４３は、第３接続導体６３を介して、周囲導体３０と電気的に接続するように構成されている。第４結合導体４４は、第４接続導体６４を介して、周囲導体３０と電気的に接続するように構成されている。第１接続導体６１と、第２接続導体６２と、第３接続導体６３と、第４接続導体６４とは、それぞれ、スルーホール導体であり得る。

第１結合導体４１から第４結合導体４４と、パッチ導体２０とは容量的に接続するように構成され得る。具体的には、第１結合導体４１から第４結合導体４４と、パッチ導体２０とは、ＸＹ平面と交わる方向において対向して、容量的に接続するように構成され得る。より具体的には、第１結合導体４１から第４結合導体４４と、パッチ導体２０とは、ＸＹ平面と直交するＺ方向において対向して、容量的に接続するように構成され得る。パッチ導体２０と、結合導体４０との間に発生する容量の値は、パッチ導体２０と、結合導体４０との間の距離、すなわち基体１０のＺ軸方向の長さに応じて変化する。基体１０のＺ軸方向の長さは、アンテナ１の所望の共振周波数に応じて、適宜調整されてよい。

第１給電線５１は、導電材料で構成され得る。第１給電線５１は、基体１０の下面１２において、Ｙ方向における第２結合導体４２と、第３結合導体４３との間に位置し得る。第１給電線５１は、例えば、一端がスルーホール導体を介してパッチ導体２０に電磁気的に接続されるように構成されている。本開示において「電磁気的な接続」は、電気的な接続又は磁気的な接続であってもよい。第１給電線５１は、一端がＸＹ平面のＸ方向に沿うようにパッチ導体２０に電磁気的に接続されるように構成されている。第１給電線５１の他端は、外部の装置などに接続され得る。

第１給電線５１は、アンテナ１が外部に電波を送信する場合には、＋Ｘ方向側からパッチ導体２０に対して電力を供給するように構成されている。第１給電線５１からのパッチ導体２０への電力の供給のことを、０度入力と呼ぶ。第１給電線５１は、アンテナ１が外部から電波を受信する場合には、パッチ導体２０からの電力を外部の機器などに給電するように構成されている。

第２給電線５２は、導電材料で構成され得る。第２給電線５２は、基体１０の下面１２において、Ｘ方向における第１結合導体４１と、第２結合導体４２との間に位置し得る。第２給電線５２は、例えば、一端がするホール導体を介してパッチ導体２０に電磁気的に接続されるように構成されている。第２給電線５２は、一端がＸＹ平面のＹ方向に沿うようにパッチ導体２０に電気的に接続されている。第２給電線５２の他端は、外部の装置などに接続され得る。

第２給電線５２は、アンテナ１が外部に電波を送信する場合には、－Ｙ方向側からパッチ導体２０に対して電力を供給するように構成されている。第２給電線５２からのパッチ導体２０への電力の供給のことを、９０度入力とよぶ。第２給電線５２は、アンテナ１が外部から電波を受信する場合には、パッチ導体２０からの電力を外部の機器などに給電するように構成されている。

アンテナ１は、第１給電線５１と、第２給電線５２との両方を必ずしも備えていなくてもよい。アンテナ１は、第１給電線５１と、第２給電線５２との少なくとも一方を備えていればよい。

第１接続導体６１と、第２接続導体６２と、第３接続導体６３と、第４接続導体６４とは、導電性材料で構成され得る。第１接続導体６１から第４接続導体６４は、それぞれ、基体１０の上面１１から下面１２に渡って構成され得る。

図３に示すように、第１接続導体６１は、周囲導体３０と、第１結合導体４１とを、電気的に接続するように構成され得る。第２接続導体６２は、周囲導体３０と、第２結合導体４２とを、電気的に接続するように構成され得る。第３接続導体６３は、周囲導体３０と、第３結合導体４３とを、電気的に接続するように構成され得る。第４接続導体６４は、周囲導体３０と、第４結合導体４４とを、電気的に接続するように構成され得る。第１接続導体６１から第４接続導体６４は、スルーホール導体であり得る。すなわち、第１接続導体６１から第４接続導体６４は、表面が導電材料で形成された、略円筒形状を有する。

［第１共振状態］
図４を用いて、実施形態に係るアンテナの第１共振状態について説明する。図４は、実施形態に係るアンテナの第１共振状態を説明するための図である。

アンテナ１は、第１電流経路に沿って第１周波数帯で共振するように構成され得る。アンテナ１は、第１電流経路とは異なる第２電流経路に沿って、第１周波数帯域とは異なる第２周波数帯域で共振するように構成され得る。

第１周波数帯および第２周波数帯は、各種の周波数帯を含み得る。第１周波数帯および第２周波数帯は、例えば、数百ＭＨｚから数十ＧＨｚまでの周波数帯を含み得る。具体的には、第１周波数帯および第２周波数帯は、例えばバンド２８、バンド１８、バンド１９、バンド８、バンド１１、バンド２１、バンド３、バンド１、バンド４１、バンド４２、バンドｎ７７、バンドｎ７９、バンドｎ２５７の周波数帯を含み得る。第１周波数帯と、第２周波数帯とは、同じであってもよいし、異なっていてもよい。

第１電流経路は、パッチ導体２０、周囲導体３０、第１結合導体４１と第２結合導体４２との第１結合対、および第３結合導体４３と第４結合導体４４との第１結合対とを含む電流経路である。すなわち、第１電流経路は、電流がＸ軸方向に流れる電流経路を含む。第２電流経路は、パッチ導体２０、周囲導体３０、第１結合導体４１と第４結合導体４４との第２結合対、および第２結合導体４２と第３結合導体４３との第２結合対とを含む電流経路である。すなわち、第２電流経路は、電流がＹ軸方向に流れる電流経路を含む。

アンテナ１は、第１経路Ｐ１に沿って第１周波数帯で共振するように構成されている。第１経路Ｐ１は、見かけ上の電流経路である。第１経路Ｐ１は、第１電流経路と、第２電流経路とを流れる電流によって現れる。アンテナ１が第１周波数帯域で共振するとき、例えば、ＸＹ平面において、第１結合導体４１から第２結合導体４２に向かってパッチ導体２０に電流が流れ得、第１結合導体４１から第４結合導体４４に向かってパッチ導体２０に電流が流れ得る。また、アンテナ１が第１周波数帯域で共振するとき、例えば、ＸＹ平面において、第３結合導体４３から第４結合導体４４に向かってパッチ導体２０に電流が流れ得、第３結合導体４３から第２結合導体４２に向かってパッチ導体２０に電流が流れ得る。結合導体４０間を流れる各電流は、電磁波を誘起する。パッチ導体２０は、誘起された電磁波を、合成して放射するように構成されている。合成された電磁波は、第１経路Ｐ１に沿って流れる高周波電流によって誘起されているかのように見える。

アンテナ１は、第２経路Ｐ２に沿って第２周波数帯で共振するように構成されている。第２経路Ｐ２は、見かけ上の電流経路である。第２経路Ｐ２は、第１電流経路と、第２電流経路とを流れる電流によって現れる。アンテナ１が第２周波数帯で共振するとき、例えば、ＸＹ平面において、第２結合導体４２から第１結合導体４１に向かってパッチ導体２０に電流が流れ得、第２結合導体４２から第３結合導体４３に向かってパッチ導体２０に電流が流れ得る。また、アンテナ１が第２周波数帯で共振するとき、例えば、ＸＹ平面において、第４結合導体４４から第１結合導体４１に向かってパッチ導体２０に電流が流れ得、第４結合導体４４から第３結合導体４３に向かってパッチ導体２０に電流が流れ得る。結合導体４０間を流れる各電流は、電磁波を誘起する。パッチ導体２０は、誘起された電磁波を、合成して放射するように構成されている。合成された電磁波は、第２経路Ｐ２に沿って流れる高周波電流によって誘起されているかのように見える。

アンテナ１は、ＸＹ平面において、パッチ導体２０のＸ方向に略平行な２つの辺の中点を結ぶ直線に対して線対称な形状を有する。アンテナ１は、ＸＹ平面において、パッチ導体２０のＹ方向に平行な２つの辺の中点を結ぶ直線に対して、線対称な形状を有する。アンテナ１は、このような対称的な構成を有しているので、第１経路Ｐ１の長さと、第２経路Ｐ２の長さとが、等しくなり得る。第１経路Ｐ１の長さと、第２経路Ｐ２の長さとが等しくなると、第１周波数帯と、第２周波数帯とが等しくなり得る。なお、第１経路Ｐ１の長さと、第２経路Ｐ２の長さとは、異なっていてもよい。この場合、第１周波数帯と、第２周波数帯とは、異なることがあり得る。

アンテナ１は、第１周波数帯以外の周波数帯域の電磁波を除くフィルタとなり得る。フィルタとしてのアンテナ１は、第１給電線５１および第２給電線５２を有する場合、第１周波数帯の電磁波に応じた電力を、第１経路Ｐ１および第２経路Ｐ２を介して、第１給電線５１および第２給電線５２を経由して、外部の装置などに供給するように構成される。

アンテナ１において、第１経路Ｐ１は、基体１０の第１対角方向に沿う。第２経路Ｐ２は、基体１０の第２対角方向に沿う。すなわち、第１経路Ｐ１と、第２経路Ｐ２とは、ＸＹ平面において直行する。第１経路Ｐ１と、第２経路Ｐ２とがＸＹ平面で直行することにより、第１経路Ｐ１に沿って放射される第１周波数帯の電磁波の電界と、第２経路Ｐ２に沿って放射される第２周波数帯の電磁波の電界とが直交する。第１周波数帯と第２周波数帯とが等しく、かつ第１経路Ｐ１を見かけ上流れる交流電流と、第２経路Ｐ２を見かけ上流れる交流電流との位相差が９０度になるとき、アンテナ１は、第１周波数帯の円偏波を放射し得る。

具体的には、アンテナ１において、第１給電線５１および第２給電線５２の各々からパッチ導体２０へ、第１周波数帯の交流電力を給電するように構成されている。第１給電線５１からパッチ導体２０へ給電する電力の大きさと、第２給電線５２からパッチ導体２０へ給電する電力の大きさは、同等となるように構成されている。第１給電線５１からパッチ導体２０へ給電する交流電力と、第２給電線５２からパッチ導体２０へ給電する交流電力との位相差が、９０度となるように構成されている。例えば、第１給電線５１からパッチ導体２０への交流電力の位相を、第２給電線５２からパッチ導体２０への交流電力の位相に対して、＋９０度又は－９０度に適宜選択可能に構成されている。これにより、アンテナ１から右旋回又は左旋回の円偏波を適宜選択して放射することができる。

アンテナ１は、第１周波数帯よりも小さい第３周波数帯でも、第１経路Ｐ１に沿って共振するように構成され得る。ただし、第３周波数帯では、第１結合対の第１結合導体４１と、第２結合導体４２との間を流れる電流によって誘起される電磁波と、第２結合対の第１結合導体４１と、第４結合導体４４との間を流れる電流によって誘起される電磁波とが打ち消し合う。各結合導体４０間を流れる電流によって誘起される各電磁波が互いに打ち消し合うため、アンテナ１は共振するが、アンテナ１からの電磁波の放射強度は低減し得る。

アンテナ１は、第２周波数帯より小さい第４周波数帯でも、第２経路Ｐ２に沿って共振するように構成され得る。ただし、第３周波数帯では、第１結合対の第２結合導体４２と、第１結合導体４１との間を流れる電流によって誘起される電磁波と、第２結合対の第２結合導体４２と、第３結合導体４３との間を流れる電流によって誘起される電磁波とが打ち消し合う。各結合導体４０間を流れる電流によって誘起される各電磁波が互いに打ち消し合うため、アンテナ１は共振するが、アンテナ１からの電磁波の放射強度は低減し得る。

［第２共振状態］
図５を用いて、実施形態に係るアンテナの第２共振状態について説明する。図５は、実施形態に係るアンテナの第２共振状態を説明するための図である。

アンテナ１は、第３経路Ｐ３に沿って第１周波数帯で共振するように構成されている。第３経路Ｐ３は、第１電流経路の一部である。アンテナ１が第１周波数帯域で共振するとき、例えば、ＸＹ平面において、第１結合導体４１から第２結合導体４２に向かってパッチ導体２０に電流が流れ得る。第１結合導体４１と第２結合導体４２との間を流れる電流は、電磁波を誘起する。言い換えると、電磁波が、第３経路Ｐ３に沿って流れる高周波電流によって誘起される。

アンテナ１は、第４経路Ｐ４に沿って第１周波数帯で共振するように構成されている。第４経路Ｐ４は、第１電流経路の一部である。アンテナ１が第１周波数帯域で共振するとき、例えば、ＸＹ平面において、第３結合導体４３から第４結合導体４４に向かってパッチ導体２０に電流が流れ得る。第３結合導体４３と第４結合導体４４との間を流れる電流は、電磁波を誘起する。言い換えると、電磁波が、第４経路Ｐ４に沿って流れる高周波電流によって誘起される。

アンテナ１は、第５経路Ｐ５に沿って第２周波数帯で共振するように構成されている。第５経路Ｐ５は、第２電流経路の一部である。アンテナ１が第２周波数帯域で共振するとき、例えば、ＸＹ平面において、第２結合導体４２から第３結合導体４３に向かってパッチ導体２０に電流が流れ得る。第２結合導体４２と第３結合導体４３との間を流れる電流は、電磁波を誘起する。言い換えると、電磁波が、第５経路Ｐ５に沿って流れる高周波電流によって誘起される。

アンテナ１は、第６経路Ｐ６に沿って第２周波数帯で共振するように構成されている。第６経路Ｐ６は、第２電流経路の一部である。アンテナ１が第２周波数帯域で共振するとき、例えば、ＸＹ平面において、第４結合導体４４から第１結合導体４１に向かってパッチ導体２０に電流が流れ得る。第４結合導体４４と第１結合導体４１との間を流れる電流は、電磁波を誘起する。言い換えると、電磁波が、第６経路Ｐ６に沿って流れる高周波電流によって誘起される。

アンテナ１は、ＸＹ平面において、パッチ導体２０のＸ方向に略平行な２つの辺の中点を結ぶ直線に対して線対称な形状を有する。アンテナ１は、ＸＹ平面において、パッチ導体２０のＹ方向に平行な２つの辺の中点を結ぶ直線に対して、線対称な形状を有する。アンテナ１は、このような対称的な構成を有しているので、第３経路Ｐ３および第４経路Ｐ４の長さと、第５経路Ｐ５および第６経路Ｐ６の長さとが等しくなり得る。第３経路Ｐ３および第４経路Ｐ４の長さと、第５経路Ｐ５および第６経路Ｐ６の長さとが等しくなると、第１周波数帯と、第２周波数帯とが等しくなり得る。第３経路Ｐ３および第４経路Ｐ４の長さと、第５経路Ｐ５および第６経路Ｐ６の長さとは、異なっていてもよい。この場合、第１周波数帯と、第２周波数帯とは、異なる。

アンテナ１は、第１周波数帯以外の周波数帯域の電磁波を除くフィルとなり得る。フィルタとしてのアンテナ１は、第１給電線５１を有する場合、第１周波数帯の電磁波に応じた電力を、第３経路Ｐ３および第４経路Ｐ４を介して、第１給電線５１を経由して、外部の装置などに共有するように構成される。

アンテナ１は、第２周波数帯以外の周波数帯域の電磁波を除くフィルとなり得る。フィルタとしてのアンテナ１は、第２給電線５２を有する場合、第２周波数帯の電磁波に応じた電力を、第５経路Ｐ５および第６経路Ｐ６を介して、第２給電線５２を経由して、外部の装置などに共有するように構成される。

アンテナ１では、第３経路Ｐ３の電流の向きと、第４経路Ｐ４の電流の向きとは、反対になり得る。第３経路Ｐ３の電流の向きと、第４経路Ｐ４の電流の向きとが反対になる場合、各経路を流れる電流により誘起された電磁波は互いに打ち消し合うので、第１周波数帯では、アンテナ１からの電磁波の放射強度は低減し得る。

アンテナ１では、第５経路Ｐ５の電流の向きと、第６経路Ｐ６の電流の向きとは、反対になり得る。第５経路Ｐ５の電流の向きと、第６経路Ｐ６の電流の向きとが反対になる場合、各経路を流れる電流により誘起された電磁波は互いに打ち消し合うので、第２周波数帯では、アンテナ１からの電磁波の放射強度は低減し得る。

［放射特性］
図６と、図７とを用いて、実施形態に係るアンテナの放射特性について説明する。図６は、実施形態に係るアンテナの方位角方向と仰角方向の放射特性を説明するための図である。図７は、実施形態に係るアンテナの仰角方向の軸比を説明するための図である。

図６では、ＸＹ平面が方位角方向であり、ＹＺ平面が仰角方向である。方位角はφで示し、仰角はθで示している。図６において、ゲインの最大値は－５．０ｄＢであり、最小値は－１２．６ｄＢである。図６に示すように、＋Ｚ軸方向および－Ｚ軸方向でゲインの最大値を示している。すなわち、アンテナ１は、＋Ｚ軸方向およびＺ軸方向に円偏波した電磁波を放射する。アンテナ１は、上面１１および下面１２から円偏波を出力する。

図７は、アンテナ１のθ方向の軸比を示している。図７に示すように、アンテナ１は、θ＝０°の軸比、すなわちＸＹ平面に垂直な方向の軸比が約１．８ｄＢと高い軸比を有している。また、アンテナ１は、θが約－４０°から約４０°の範囲で軸比が３．０ｄＢ以下となっている。すなわち、アンテナ１は、約８０°の広範囲に渡って高い軸比を有している。

上述のとおり、本実施形態のアンテナ１は、基体１０の下面１２に全面に形成されたグラウンド導体を備えていない。本実施形態のアンテナ１では、パッチ導体２０を囲うように上面１１に形成された周囲導体３０と、下面１２に形成された結合導体４０とがグラウンドとして機能する。これにより、本実施形態は、アンテナ１を薄型化することができる。また、本実施形態のアンテナ１は、例えば、０．５ｍｍ程度であるため、窓ガラスなどに貼り付けて使用するのに好適である。

［アンテナの第１変形例］
図８と、図９とを用いて、実施形態に係るアンテナの第１変形例について説明する。図８は、実施形態の第１変形例に係るアンテナを上部から見た模式図である。図９は、実施形態の第１変形例に係るアンテナを下部から見た模式図である。

図８と、図９とに示すように、アンテナ１Ａは、基体１０Ａと、パッチ導体２０Ａと、周囲導体３０Ａと、第１結合導体４１Ａと、第２結合導体４２Ａと、第３結合導体４３Ａと、を備える。アンテナ１Ａは、第１接続導体６１Ａと、第２接続導体６２Ａと、第３接続導体６３Ａと、を備える。図８と、図９とでは、パッチ導体２０Ａに電力を供給する給電線を省略して示している。

基体１０Ａは、誘電体材料で構成され得る。基体１０Ａは、第１平面に沿って広がる上面１１Ａと、上面１１Ａに対向する下面１２Ａとを有する。基体１０Ａは、例えば、パッチ導体２０Ａが略三角形状である場合には、略三角柱に構成され得る。

パッチ導体２０Ａは、導電性材料で構成され得る。パッチ導体２０Ａは、基体１０Ａの上面１１Ａに形成されている。パッチ導体２０Ａは、上面１１Ａに沿って広がる形状を有している。パッチ導体２０Ａは、例えば、略三角形状である。パッチ導体２０Ａは、略正三角形状であってもよいし、略二等辺三角形状であってもよい。

周囲導体３０Ａは、導線性材料で構成され得る。周囲導体３０Ａは、基体１０Ａの上面１１Ａに形成されている。周囲導体３０Ａは、パッチ導体２０Ａを囲っている。周囲導体３０Ａは、例えば、基体１０の上面１１Ａの各辺に沿って形成された枠体で構成され得る。周囲導体３０Ａは、アンテナ１Ａのグラウンドとして機能し得る。

パッチ導体２０Ａと、周囲導体３０Ａとの間は、隙間を有する。パッチ導体２０Ａと、周囲導体３０Ａとは、容量的に接続するように構成されている。パッチ導体２０Ａと、周囲導体３０Ａとの間に発生する容量の値は、隙間の大きさ、隙間にある媒体、及び向かい合う面積に応じて変化する。パッチ導体２０Ａと、周囲導体３０Ａとの間の隙間の大きさ及び向かい合う面積は、アンテナ１Ａの所望の共振周波数に応じて、適宜調整されてよい。パッチ導体２０Ａと、周囲導体３０Ａとの間の隙間にある媒体は、アンテナ１Ａの所望の周波数に応じて、適宜調整されてよい。パッチ導体２０Ａと、周囲導体３０Ａとの間は、コンデンサで接続するように構成されていてもよい。コンデンサの容量は、アンテナ１Ａの所望の共振周波数に応じて、適宜調整されてよい。

第１結合導体４１Ａと、第２結合導体４２Ａと、第３結合導体４３Ａとは、導電材料で構成され得る。第１結合導体４１Ａ、第２結合導体４２Ａ、及び第３結合導体４３Ａの各々は、パッチ導体２０Ａ及び周囲導体３０Ａを容量的に接続するように構成される。第１結合導体４１Ａと、第２結合導体４２Ａと、第３結合導体４３Ａとは、それぞれ、基体１０Ａの下面１２Ａにおいて異なる角部に形成されている。第１結合導体４１Ａと、第２結合導体４２Ａと、第３結合導体４３Ａとを、特に区別する必要のない場合には、結合導体４０Ａと総称することもある。アンテナ１Ａは、第１所定数である３個の結合導体４０Ａを有する。

結合導体４０Ａは、例えば、略三角形状とし得る。結合導体４０Ａのそれぞれは、互いに異なる形状とし得る。第１結合導体４１Ａと、第２結合導体４２Ａと、第３結合導体４３Ａとは、それぞれ、パッチ導体２０Ａより小さい。

第１結合導体４１Ａと、第２結合導体４２Ａとは、ＸＹ平面に沿う第１方向に沿って並ぶ第１グループの一部である。第１結合導体４１Ａと、第２結合導体４２Ａとは、第１結合対となる。

第１結合導体４１Ａと、第３結合導体４３Ａとは、ＸＹ平面に沿う第１方向とは異なる第２方向に沿って並ぶ第２グループの一部である。第１結合導体４１Ａと、第３結合導体４３Ａとは、第２結合対となる。

第２結合導体４２Ａと、第３結合導体４３Ａとは、ＸＹ平面に沿う第１方向および第２方向とは異なる第３方向に沿って並ぶ第３グループの一部である。第２結合導体４２Ａと、第３結合導体４３Ａとは、第３結合対となる。

結合導体４０Ａの各々は、異なる結合導体４０Ａと対となって、第１グループ、第２グループ、および第３グループのうちの、２つのグループに属し得る。例えば、第１結合導体４１Ａは、第２結合導体４２Ａと対となって、ＸＹ平面に沿う第１方向に沿って並ぶ第１グループの一部となり得る。第１結合導体４１Ａは、第３結合導体４３Ａと対となって、ＸＹ平面に沿う第２方向に沿って並ぶ第２グループの一部となり得る。

第１結合導体４１Ａは、第１接続導体６１Ａを介して、周囲導体３０Ａと電気的に接続するように構成されている。第２結合導体４２Ａは、第２接続導体６２Ａを介して、周囲導体３０Ａと電気的に接続するように構成されている。第３結合導体４３Ａは、第３接続導体６３Ａを介して、周囲導体３０Ａと電気的に接続するように構成されている。第１接続導体６１Ａと、第２接続導体６２Ａと、第３接続導体６３Ａとは、それぞれ、スルーホール導体であり得る。

アンテナ１Ａは、基体１０Ａのある頂点から対向する底辺に対して引いた垂線に対して線対称な形状を有する。このため、アンテナ１Ａは、＋Ｚ軸方向および－Ｚ軸方向に円偏波した電磁波を放射し得る。

［アンテナの第２変形例］
図１０と、図１１とを用いて、実施形態に係るアンテナの第２変形例について説明する。図１０は、実施形態の第２変形例に係るアンテナを上部から見た模式図である。図１１は、実施形態の第２変形例に係るアンテナを下部から見た模式図である。

図１０と、図１１とに示すように、アンテナ１Ｂは、基体１０Ｂと、パッチ導体２０Ｂと、周囲導体３０Ｂと、第１結合導体４１Ｂと、第２結合導体４２Ｂと、第３結合導体４３Ｂと、第４結合導体４４Ｂとを備える。アンテナ１Ｂは、第１接続導体６１Ｂと、第２接続導体６２Ｂと、第３接続導体６３Ｂと、第４接続導体６４Ｂと、を備える。図８と、図９とでは、パッチ導体２０Ｂに電力を供給する給電線を省略して示している。

基体１０Ｂは、誘電体材料で構成され得る。基体１０Ｂは、第１平面に沿って広がる上面１１Ｂと、上面１１Ｂに対向する下面１２Ｂとを有する。基体１０Ｂは、例えば、パッチ導体２０Ｂが略円形状である場合には、略円柱に構成され得る。

パッチ導体２０Ｂは、導電性材料で構成され得る。パッチ導体２０Ｂは、基体１０Ｂの上面１１Ｂに形成されている。パッチ導体２０Ｂは、上面１１Ｂに沿って広がる形状を有している。パッチ導体２０Ｂは、例えば、略円形状である。パッチ導体２０Ｂは、略正円形状であってもよいし、略楕円形状であってもよい。

周囲導体３０Ｂは、導線性材料で構成され得る。周囲導体３０Ｂは、基体１０Ｂの上面１１Ｂに形成されている。周囲導体３０Ｂは、パッチ導体２０Ｂを囲っている。周囲導体３０Ｂは、例えば、基体１０の上面１１Ｂの各辺に沿って形成された枠体で構成され得る。周囲導体３０Ｂは、アンテナ１Ｂのグラウンドとして機能し得る。

パッチ導体２０Ｂと、周囲導体３０Ｂとの間は、隙間を有する。パッチ導体２０Ｂと、周囲導体３０Ｂとは、容量的に接続するように構成されている。パッチ導体２０Ｂと、周囲導体３０Ｂとの間に発生する容量の値は、隙間の大きさ、隙間にある媒体、及び向かい合う面積に応じて変化する。パッチ導体２０Ｂと、周囲導体３０Ｂとの間の隙間の大きさ及び向かい合う面積は、アンテナ１Ｂの所望の共振周波数に応じて、適宜調整されてよい。パッチ導体２０Ｂと、周囲導体３０Ｂとの間は、コンデンサで接続するように構成されていてもよい。コンデンサの容量は、アンテナ１Ｂの所望の共振周波数に応じて、適宜調整されてよい。

第１結合導体４１Ｂと、第２結合導体４２Ｂと、第３結合導体４３Ｂ、第４結合導体４４Ｂとは、導電材料で構成され得る。第１結合導体４１Ｂ、第２結合導体４２Ｂ、第３結合導体４３Ｂ、及び第４結合導体４４Ｂの各々は、パッチ導体２０Ｂ及び周囲導体３０Ｂを容量的に接続するように構成されている。第１結合導体４１Ｂと、第３結合導体４３Ｂとは、Ｙ軸上で対向している。第２結合導体４２Ｂと、第４結合導体４４Ｂとは、Ｘ軸上で対向している。第１結合導体４１Ｂと、第２結合導体４２Ｂと、第３結合導体４３Ｂと、第４結合導体４４Ｂとを、特に区別する必要のない場合には、結合導体４０Ｂと総称することもある。アンテナ１Ｂは、４個の結合導体４０Ｂを有する。

結合導体４０Ｂは、例えば、略円形状とし得る。結合導体４０Ｂのそれぞれは、互いに異なる形状とし得る。第１結合導体４１Ｂと、第２結合導体４２Ｂと、第３結合導体４３Ｂと、第４結合導体４４Ｂとは、それぞれ、パッチ導体２０Ｂより小さい。

第１結合導体４１Ｂと、第３結合導体４３Ｂとは、ＸＹ平面に沿うＹ方向に沿って並ぶ第１グループの一部である。第１結合導体４１Ｂと、第３結合導体４３Ｂとは、第１結合対となる。

第２結合導体４２Ｂと、第４結合導体４４Ｂとは、ＸＹ平面に沿うＹ方向に沿って並ぶ第２グループの一部である。第２結合導体４２Ｂと、第４結合導体４４Ｂとは、第２結合対となる。

結合導体４０Ｂの各々は、異なる結合導体４０Ｂと対となって、第１グループおよび第２グループの両方に属し得る。例えば、第１結合導体４１Ｂは、第２結合導体４２Ｂと対となって、ＸＹ平面に沿う第１方向に沿って並ぶ第１グループの一部となりうる。第１結合導体４１Ｂは、第４結合導体４４Ｂと対となって、ＸＹ平面に沿う第２方向に沿って並ぶ第２グループの一部となりうる。

第１結合導体４１Ｂは、第１接続導体６１Ｂを介して、周囲導体３０Ｂと電気的に接続するように構成されている。第２結合導体４２Ｂは、第２接続導体６２Ｂを介して、周囲導体３０Ｂと電気的に接続するように構成されている。第３結合導体４３Ｂは、第３接続導体６３Ｂを介して、周囲導体３０Ｂと電気的に接続するように構成されている。第４結合導体４４Ｂは、第４接続導体６４Ｂを介して、周囲導体３０Ｂと電気的に接続するように構成されている。第１接続導体６１Ｂと、第２接続導体６２Ｂと、第３接続導体６３Ｂと、第４接続導体６４Ｂとは、それぞれ、スルーホール導体であり得る。

アンテナ１Ｂは、基体１０Ｂの直径の線に対して線対称な形状を有する。このため、アンテナ１Ｂは、＋Ｚ軸方向および－Ｚ軸方向に円偏波した電磁波を放射し得る。

［無線通信モジュール］
図１２を用いて、実施形態に係る無線通信モジュールについて説明する。図１２は、実施形態に係る無線通信モジュールの構成例を示すブロック図である。

図１２に示すように、無線通信モジュール１００は、実施形態に係るアンテナ１と、ＲＦ（Radio Frequency）モジュール２と、回路基板１１０と、を備える。

アンテナ１は、図示しない回路基板１１０上に位置する。アンテナ１の第１給電線５１は、回路基板１１０を介して、ＲＦモジュール２に電気的に接続されるように構成されている。アンテナ１の第２給電線５２は、回路基板１１０を介して、ＲＦモジュール２に電気的に接続されるように構成されている。アンテナ１の結合導体４０は、回路基板１１０のグラウンド導体に電気的に接続されるように構成されている。

アンテナ１は、第１給電線５１のみを有するものでもよい。アンテナ１が第１給電線５１のみを有する場合、回路基板１１０の構造は適宜変更される。例えば、ＲＦモジュール２の接続端子は、１つであってよい。例えば、回路基板１１０は、ＲＦモジュール２の接続端子と、アンテナ１の給電線とを接続する電導線が１つであってよい。

アンテナ１は、回路基板１１０と一体として構成され得る。アンテナ１と回路基板１１０とが一体として構成されている場合、アンテナ１の結合導体４０は、回路基板１１０のグラウンド導体と一体として構成され得る。

ＲＦモジュール２は、アンテナ１に給電する電力を制御するように構成され得る。ＲＦモジュール２は、ベースバンド信号を変調して、アンテナ１に供給するように構成され得る。ＲＦモジュール２は、アンテナ１が受信した電気信号を、ベースバンド信号に変調するように構成され得る。

アンテナ１は、回路基板１１０側の導体による共振周波数の変化が小さい。無線通信モジュール１００は、アンテナ１を備えることで、外部環境から受ける影響を低減し得る。

本実施形態では、アンテナ１を薄型化することができる。これにより、無線通信モジュール１００も薄型化することができる。

［無線通信機器］
図１３を用いて、実施形態に係る無線通信機器について説明する。図１３は、実施形態に係る無線通信機器の構成例を示すブロック図である。

図１３に示すように、無線通信機器２００は、無線通信モジュール１００と、センサ２１０と、バッテリ２２０と、メモリ２３０と、コントローラ２４０とを備える。

センサ２１０は、各種のセンサを含む。センサ２１０は、例えば、速度センサ、振動センサ、加速度センサ、ジャイロセンサ、回転角センサ、角速度センサ、地磁気センサ、マグネットセンサ、温度センサ、湿度センサ、気圧センサ、光センサ、照度センサ、ＵＶセンサ、ガスセンサ、ガス濃度センサ、雰囲気センサ、レベルセンサ、匂いセンサ、圧力センサ、空気圧センサ、接点センサ、風力センサ、赤外線センサ、人感センサ、変位量センサ、画像センサ、重量センサ、煙センサ、漏液センサ、バイタルセンサ、バッテリ残量センサ、および超音波センサなどを含んでよい。センサ２１０は、ＧＰＳ（Global Positioning System）信号の受信装置などを含んでよい。

バッテリ２２０は、無線通信モジュール１００に電力を供給するように構成され得る。バッテリ２２０は、センサ２１０、メモリ２３０、およびコントローラ２４０の少なくとも１つに電力を供給するように構成され得る。バッテリ２２０は、１次バッテリおよび２次バッテリの少なくとも一方を含み得る。バッテリ２２０のマイナス電極は、回路基板１１０のグラウンド端子に電気的に接続されるように構成され得る。バッテリ２２０のマイナス電極は、回路基板１１０のグラウンド端子に電気的に接続されるように構成され得る。

メモリ２３０は、例えば、半導体メモリなどを含み得る。メモリ２３０は、コントローラ２４０のワークメモリとして機能するように構成され得る。メモリ２３０は、コントローラ２４０に含まれ得る。メモリ２３０は、無線通信機器２００の各機能を実現する処理内容を記述したプログラム、および無線通信機器２００に用いられる情報などを記憶する。

コントローラ２４０は、例えば、プロセッサを含み得る。コントローラ２４０は、１以上のプロセッサを含んでよい。プロセッサは、特定のプログラムを読み込ませて特定の機能を実行する汎用のプロセッサ、および、特定の処理に特化した専用のプロセッサを含んでよい。専用のプロセッサは、特定用途向けＩＣを含んでよい。特定用途向けＩＣは、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）ともいう。プロセッサは、プログラマブルロジックデバイスを含んでよい。プログラマブルロジックデバイスは、ＰＬＤ（Programmable Logic Device）ともいう。ＰＬＤは、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）を含んでよい。コントローラ２４０は、１つ又は複数のプロセッサが協働するＳｏＣ（System-on-a-Chip）、およびＳｉＰ（System in a Package）の何れかであってよい。コントローラ２４０は、メモリ２３０に、各種情報又は無線通信機器２００の各構成部を動作させるためのプログラムなどを格納してよい。

コントローラ２４０は、無線通信機器２００から送信する送信信号を生成するように構成され得る。コントローラ２４０は、例えば、センサ２１０から測定データを取得するように構成されていてよい。コントローラ２４０は、測定データに応じた送信信号を生成するように構成されていてよい。コントローラ２４０は、無線通信モジュール１００のＲＦモジュール２にベースバンド信号を送信するように構成されていてよい。

本開示では、無線通信モジュール１００を薄型化することができる。これにより、無線通信機器２００も薄型化することができる。

本開示に係る構成は、以上説明してきた実施形態にのみ限定されるものではなく、幾多の変形又は変更が可能である。例えば、各構成部に含まれる機能などは論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の構成部などを１つに組み合わせたり、或いは、分割したりすることが可能である。

１，１Ａ，１Ｂ アンテナ
２ ＲＦモジュール
１０，１０Ａ，１０Ｂ 基体
２０，２０Ａ，２０Ｂ パッチ導体
３０，３０Ａ，３０Ｂ 周囲導体
４１，４１Ａ，４１Ｂ 第１結合導体
４２，４２Ａ，４２Ｂ 第２結合導体
４３，４３Ａ，４３Ｂ 第３結合導体
４４，４４Ｂ 第４結合導体
５１ 第１給電線
５２ 第２給電線
６１，６１Ａ，６１Ｂ 第１接続導体
６２，６２Ａ，６２Ｂ 第２接続導体
６３，６３Ａ，６３Ｂ 第３接続導体
６４，６４Ｂ 第４接続導体
１００ 無線通信モジュール
１１０ 回路基板
２００ 無線通信機器
２１０ センサ
２２０ バッテリ
２３０ メモリ
２４０ コントローラ

Claims (12)

1. アンテナであって、
   第１平面に沿って広がる第１面を有する基体と、
   前記第１面の上にあるパッチ導体と、
   前記第１面にあり、前記パッチ導体を囲む周囲導体と、
   前記パッチ導体および周囲導体を容量的に接続する、少なくとも３つの第１所定数の結合導体と、
   前記パッチ導体に接続される第１給電線と、を含み、
   前記第１所定数の結合導体において、
   何れか２つが、前記第１平面に沿う第１方向に沿って並ぶ、第１結合グループの一部の第１結合対であり、
   何れか２つが、前記第１平面に沿い且つ前記第１方向と交わる第２方向に沿って並ぶ、第２結合グループの一部の第２結合対であり、
   前記アンテナは、
   第１電流経路に沿って第１周波数帯で共振するように構成され、
   第２電流経路に沿って第２周波数帯で共振するように構成され、
   前記第１電流経路は、前記パッチ導体と、前記周囲導体と、前記第１結合対とを含み、
   前記第２電流経路は、前記パッチ導体と、前記周囲導体と、前記第２結合対とを含む、アンテナ。
2. 請求項１に記載のアンテナであって、
   前記第１周波数帯は、前記第２周波数帯と等しい、アンテナ。
3. 請求項１に記載のアンテナであって、
   前記第１周波数帯は、前記第２周波数帯と異なる、アンテナ。
4. 請求項１から３の何れか一項に記載のアンテナであって、
   前記パッチ導体および前記第１所定数の結合導体は、前記第１平面に交わる方向において対向して容量的に接続されるように構成されている、アンテナ。
5. 請求項１から４の何れか一項に記載のアンテナであって、
   前記周囲導体および前記第１所定数の結合導体は、前記第１平面に交わる方向において対向して容量的に接続されるように構成されている、アンテナ。
6. 請求項１から５の何れか一項に記載のアンテナであって、
   前記パッチ導体は、前記第１方向に沿った長さと、前記第２方向に沿った長さとが異なる、アンテナ。
7. 請求項１から６の何れか一項に記載のアンテナであって、
   前記第１給電線は、前記第１電流経路における電流を誘起するように構成されている、アンテナ。
8. 請求項７に記載のアンテナであって、
   前記第１給電線は、前記第２電流経路における電流を誘起するように構成されている、アンテナ。
9. 請求項１から７の何れか一項に記載のアンテナであって、
   前記第１給電線とは異なる位置で前記パッチ導体に接続される第２給電線を有する、アンテナ。
10. 請求項９に記載のアンテナであって、
    前記第２給電線は、前記第２電流経路における電流を誘起するように構成されている、アンテナ。
11. 請求項１から１０の何れか一項に記載のアンテナと、
    前記第１給電線に電気的に接続されるように構成されているＲＦモジュールと、を有する、無線通信モジュール。
12. 請求項１１に記載の無線通信モジュールと、
    前記無線通信モジュールに電力を供給するように構成されているバッテリと、を有する、無線通信機器。

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