特許 6658439 アンテナ装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6658439

(24)【登録日】2020年2月10日

(45)【発行日】2020年3月4日

(54)【発明の名称】アンテナ装置

(51)【国際特許分類】

   H01Q 13/08 20060101AFI20200220BHJP

   H01Q 1/42 20060101ALI20200220BHJP

【ＦＩ】

   H01Q13/08

   H01Q1/42

【請求項の数】6

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2016-197466(P2016-197466)

(22)【出願日】2016年10月5日

(65)【公開番号】特開2018-61137(P2018-61137A)

(43)【公開日】2018年4月12日

【審査請求日】2018年9月7日

(73)【特許権者】

【識別番号】000004695

【氏名又は名称】株式会社ＳＯＫＥＮ

(73)【特許権者】

【識別番号】000004260

【氏名又は名称】株式会社デンソー

(74)【代理人】

【識別番号】100106149

【弁理士】

【氏名又は名称】矢作 和行

(74)【代理人】

【識別番号】100121991

【弁理士】

【氏名又は名称】野々部 泰平

(74)【代理人】

【識別番号】100145595

【弁理士】

【氏名又は名称】久保 貴則

(72)【発明者】

【氏名】杉本 勇次

(72)【発明者】

【氏名】小出 士朗

(72)【発明者】

【氏名】泉 博之

【審査官】 新田 亮

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２０１１／１１４７４６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１２−２５７３１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１０／１１６６７５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１４−１２０９８９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｑ １３／０８

Ｈ０１Ｑ １／４２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

板状の導体部材である地板（１０）と、
前記地板と所定の間隔をおいて対向するように設置された板状の導体部材であるパッチ部（２０）と、
前記パッチ部と前記地板とを電気的に接続する導体部材である短絡部（６０）と、
前記パッチ部にとって前記地板が配置されていない側に、前記パッチ部と所定の間隔をおいて対向するように設置された板状の導体部材である付加導体（３０）と、
前記パッチ部に給電するための給電線路（７０）と、を備え、
前記付加導体の中心が、前記パッチ部の中心および前記短絡部と上面視において重なるように配置されており、
前記短絡部が備えるインダクタンスと、前記地板と前記パッチ部が形成する静電容量と、前記パッチ部と前記付加導体が形成する静電容量とを用いて並列共振することを特徴とするアンテナ装置。

【請求項2】

請求項１において、
前記付加導体は、上面視において前記パッチ部を覆うように、前記パッチ部よりも大きく形成されていることを特徴とするアンテナ装置。

【請求項3】

請求項２において、
前記地板の面積は、前記パッチ部の面積の１．５倍以上であり、
前記付加導体の面積は、前記パッチ部の面積の１．２倍以上であり、かつ、前記地板の面積よりも小さいことを特徴とするアンテナ装置。

【請求項4】

請求項１から３の何れか１項において、
前記パッチ部と前記付加導体の間には樹脂が充填されていることを特徴とするアンテナ装置。

【請求項5】

請求項１から４の何れか１項において、
前記地板は、前記アンテナ装置を収容する筐体の金属部分（１０Ａ）を用いて実現されていることを特徴とするアンテナ装置。

【請求項6】

請求項１から３の何れか１項において、
前記付加導体は、前記アンテナ装置を収容する筐体の金属部分（３０Ａ）を用いて実現されていることを特徴とするアンテナ装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、メタマテリアルの応用技術である０次共振を利用した、平板構造を有するアンテナ装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、０次共振を利用したアンテナ装置として、給電ケーブルの外部導体と接続されてグランドとして機能する平板状の金属導体（以降、地板）と、当該地板に対向するように配置されるとともに任意の位置に給電点が設けられた平板状の金属導体（以降、パッチ部）と、地板とパッチ部とを電気的に接続する短絡部と、を備えるアンテナ装置がある（例えば特許文献１）。

【0003】

この種のアンテナ装置では、地板とパッチ部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によって、その静電容量とインダクタンスに応じた周波数において並列共振を生じさせる。地板とパッチ部との間に形成される静電容量は、パッチ部の面積に応じて定まる。

【0004】

上記構成におけるアンテナ装置は、パッチ部の面積を調整したり、地板とパッチ部との距離を調整したりすることで、当該アンテナ装置において送受信の対象とする周波数（以降、対象周波数）を所望の周波数とすることができる。

【0005】

なお、特許文献１には、地板において短絡部と接続する部分に、らせん負荷としてのスパイラルパターンを設けた構成が開示されている。地板と短絡部との接続部分にスパイラルパターンを導入することによって、並列共振の発生に寄与するインダクタンスが増加する。そのため、スパイラルパターンを導入したアンテナ装置は、同一サイズのパッチ部を備えるスパイラルパターンが導入されていないアンテナ装置に比べて共振周波数（換言すれば対象周波数）を低減することができる。

【0006】

パッチ部の面積を維持したまま対象周波数を低減できるということは、換言すれば、同一の周波数を対象周波数とする場合にはパッチ部の面積を削減できることを意味する。パッチ部の面積を削減できるということは、アンテナ装置の上面視における面積（以降、アンテナ面積）を小さくできることを意味する。つまり、特許文献１の構成は、アンテナ面積の低減にも利用することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特表２０１２−５０８５３８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

アンテナ装置は、さらなる小型化が望まれている。特許文献１の構成では、地板にスパイラルパターンを設けることによってインダクタンスを増加させ、アンテナ面積の低減を実現する。そのため、特許文献１の構成を用いてアンテナ面積をさらに低減しようとすると、スパイラルパターンのターン数（いわゆる巻数）を増加させる必要がある。

【0009】

しかしながら、スパイラルパターンは地板面を利用して（例えばエッチングして）設けられるため、スパイラルパターンのターン数の増加は、地板面積の縮小を意味する。一方、地板の面積が対象周波数に対して小さすぎると、アンテナ装置としての動作が不安定になってしまう。つまり、アンテナ装置の動作を安定させるためには、地板が、対象周波数に応じて定まる所定の面積よりも十分に大きく形成されている必要がある。そのため、特許文献１に開示の方法による共振周波数の低減には限界がある。

【0010】

また、特許文献１の開示の構成は、インダクタンスを増加させる一方、静電容量を減少させてしまう。アンテナ装置が有する静電容量を減少させ、かつ、インダクタンスを大きくすると、共振のピークの鋭さを示すＱ値が大きくなり、アンテナ装置としてのロバスト性が低下してしまう。Ｑ値は下記数式に示すように、インダクタンスが大きいほど、また、静電容量が小さいほど、大きくなるためである。なお、式中のＲは純抵抗値を、Ｌはインダクタンスを、Ｃは静電容量を、それぞれ表している。

【数1】

【0011】

本発明は、この事情に基づいて成されたものであり、その目的とするところは、Ｑ値の増加を抑制しつつ、アンテナ面積の低減が可能なアンテナ装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0012】

その目的を達成するための本発明は、板状の導体部材である地板（１０）と、地板と所定の間隔をおいて対向するように設置された板状の導体部材であるパッチ部（２０）と、パッチ部と地板とを電気的に接続する導体部材である短絡部（６０）と、パッチ部にとって地板が配置されていない側に、パッチ部と所定の間隔をおいて対向するように設置された板状の導体部材である付加導体（３０）と、パッチ部に給電するための給電線路（７０）と、を備え、付加導体の中心が、パッチ部の中心および短絡部と上面視において重なるように配置されており、短絡部が備えるインダクタンスと、地板とパッチ部が形成する静電容量と、パッチ部と付加導体が形成する静電容量とを用いて並列共振することを特徴とする。

【0013】

以上の構成では、短絡部はその長さに応じた所定のインダクタンスを備えており、パッチ部は、地板との間にその面積に応じた静電容量を形成する。アンテナ装置の等価回路において、地板とパッチ部とが形成する静電容量は、短絡部に由来するインダクタンスと並列に接続する。

【0014】

また、付加導体は、パッチ部との間に、パッチ部との離隔及び付加導体の面積に応じた静電容量を形成する。パッチ部と付加導体に由来する静電容量は、アンテナ装置の等価回路において、地板とパッチ部との間に形成される静電容量に並列接続する。

【0015】

したがって、上記構成では、地板とパッチ部に由来する静電容量と、パッチ部と付加導体に由来する静電容量の合計値が、短絡部が備えるインダクタンスと対象周波数で並列共振を生じさせる静電容量となっていればよい。つまり、上記構成によれば、同一の周波数を対象周波数とする従来構成に比べて、パッチ部の面積を小さくすることができる。パッチ部の面積の削減は、前述の通り、アンテナ面積の低減につながる。なお、ここでの従来構成とは、パッチ部の上側に付加導体を設けない構成を指す。パッチ部の上側とは、パッチ部にとって地板が存在しない側である。

【0016】

そして、以上の構成によるアンテナ面積の低減は、静電容量の増加によって達成されるため、インダクタンスを増加させる必要はない。したがって、Ｑ値の増加を抑制しつつ、アンテナ面積を低減することができる。

【0017】

なお、特許請求の範囲に記載した括弧内の符号は、一つの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】アンテナ装置１００の概略的な外観斜視図である。

【図2】図１に示すＩＩ−ＩＩ線におけるアンテナ装置１００の断面図である。

【図3】アンテナ装置１００の等価回路図である。

【図4】比較構成としてのアンテナ装置１００Ｘの構成を示した図である。

【図5】パッチ部２０に対する付加導体３０の面積比率と、並列共振周波数の関係を示したグラフである。

【図6】変形例１におけるアンテナ装置１００の概略的な構成を示した図である。

【図7】変形例２におけるアンテナ装置１００の概略的な構成を示した図である。

【図8】変形例３におけるアンテナ装置１００の概略的な構成を示した図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態について図を用いて説明する。図１は、本実施形態に係るアンテナ装置１００の概略的な構成の一例を示す外観斜視図である。図２は、図１に示すＩＩ−ＩＩ線におけるアンテナ装置１００の断面図である。

【0020】

このアンテナ装置１００は、所定の対象周波数の電波を送受信するように構成されている。もちろん、他の態様としてアンテナ装置１００は、送信と受信の何れか一方のみに利用されても良い。

【0021】

対象周波数は、ここでは一例として８５０ＭＨｚとする。もちろん、対象周波数は適宜設計されれば良く、他の態様として例えば３００ＭＨｚや、７６０ＭＨｚ、９００ＭＨｚ、５．９ＧＨｚ等としてもよい。アンテナ装置１００は、対象周波数だけでなく、対象周波数の前後所定範囲内の周波数の電波もまた送受信可能となる。便宜上以降では、アンテナ装置１００が送受信可能な周波数の帯域を、動作帯域とも記載する。

【0022】

アンテナ装置１００は、例えば同軸ケーブルを介して図示しない無線機と接続されており、アンテナ装置１００が受信した信号は逐次無線機に出力される。また、アンテナ装置１００は無線機から入力される電気信号を電波に変換して空間に放射する。無線機は、アンテナ装置１００が受信した信号を利用するとともに、当該アンテナ装置１００に対して送信信号に応じた高周波電力を供給するものである。

【0023】

なお、本実施形態ではアンテナ装置１００と無線機とを同軸ケーブルで接続する場合を想定して説明するが、フィーダ線など、その他の周知の通信ケーブルを用いて接続しても良い。また、アンテナ装置１００と無線機とは、同軸ケーブルのほかに、周知の整合回路やフィルタ回路などを介して接続される構成となっていても良い。

【0024】

以下、アンテナ装置１００の具体的な構成について述べる。アンテナ装置１００は、図１及び図２に示すように、地板１０、パッチ部２０、付加導体３０、第１支持部４０、第２支持部５０、短絡部６０、及び、給電線路７０を備える。便宜上以降では、地板１０に対してパッチ部２０や付加導体３０が設けられている側を、アンテナ装置１００にとっての上側として各部の説明を行う。

【0025】

地板１０は、銅などの導体を素材とする板状（箔を含む）の導体部材である。この地板１０は、同軸ケーブルの外部導体と電気的に接続されて、アンテナ装置１００におけるグランド電位（換言すれば接地電位）を提供する。なお、地板１０は、アンテナ装置１００を安定して動作させるために必要な大きさを備えていればよい。地板１０の面積は、少なくともパッチ部２０よりは大きく、パッチ部２０の面積の１．５倍以上であることが好ましい。ここでは一例として地板１０は、パッチ部２０の１．８倍相当の面積を有するものとする。

【0026】

また、地板１０を上側から見た形状（以降、平面形状）は適宜設計されればよい。ここでは一例として地板１０の平面形状を正方形状とするが、他の態様として地板１０の平面形状は、長方形状であってもよいし、その他の多角形状であってもよい。また、円形（楕円を含む）状であってもよい。もちろん、直線部分と曲線部分とを組み合わせた形状であってもよい。

【0027】

パッチ部２０は、銅などの導体を素材とする板状の導体部材である。パッチ部２０は、第１支持部４０を介し、地板１０と対向するように配置されている。なお、ここでは一例としてパッチ部２０の平面形状は正方形とするが、その他、長方形状であってもよいし、長方形以外の形状（例えば円形や八角形等）であってもよい。また、一部に切り欠き部やスリットが設けられていてもよい。例えば１対の対角部分に縮退分離素子としての切り欠きが設けられていてもよい。

【0028】

付加導体３０は、銅などの導体を素材とする板状（箔を含む）の導体部材である。この付加導体３０は、第２支持部５０を介し、パッチ部２０と所定の間隔をおいて対向するように配置されている。付加導体３０は、上面視においてパッチ部２０を覆うように、パッチ部２０よりも大きいことが好ましい。ここでは一例として、付加導体３０の平面形状は、付加導体３０の面積がパッチ部２０の面積の１．２倍となるように、パッチ部２０を相似拡大した形状とする。

【0029】

付加導体３０は、その中心がパッチ部２０の中心（以降、パッチ中心点）と上面視において重なるように配置されている。付加導体３０の中心や、パッチ中心点は、それぞれの重心に相当する点とすればよい。本実施形態の付加導体３０は正方形状であるため、付加導体３０の中心とは、正方形の対角線の交点に相当する。また、本実施形態のパッチ部２０は正方形状であるため、パッチ中心点は、正方形の対角線の交点に相当する。

【0030】

なお、ここでは一例として付加導体３０の平面形状はパッチ部２０の相似形状とするがこれに限らない。付加導体３０の平面形状は、正方形以外の四角形であってもよいし、その他の多角形状であってもよい。また、円形状であってもよい。さらに、付加導体３０は、変形例１として後述するようにパッチ部２０よりも小さくてもよい。

【0031】

第１支持部４０は、地板１０とパッチ部２０とを、所定の間隔Ｈ１をおいて互いに対向するように配置するための部材である。第１支持部４０は、樹脂などの誘電体を用いて実現されれば良い。便宜上、第１支持部４０において、パッチ部２０が配置される面をパッチ側面、地板１０が配置される面を地板側面と称する。

【0032】

本実施形態では一例として第１支持部４０は、地板１０とパッチ部２０との間隔がＨ１となる厚さを有する板状の部材とする。第１支持部４０の厚さを調整することで、パッチ部２０と地板１０との間隔を調整することができる。間隔Ｈ１は、対象周波数の電波の波長（以降、対象波長）に対して十分に小さければ良く、具体的な値はシミュレーションや試験によって適宜決定されれば良い。

【0033】

なお、第１支持部４０は前述の役割を果たせればよく、第１支持部４０の形状は板状に限らない。第１支持部４０は、地板１０とパッチ部２０とを所定の間隔Ｈ１をおいて対向するように支持する複数の柱であってもよい。また、本実施形態において地板１０とパッチ部２０の間は、第１支持部４０としての樹脂が充填された構成を採用するが、これに限らない。地板１０とパッチ部２０の間は、中空や真空となっていてもよい。さらに、以上で例示した構造が組み合わさっていてもよい。

【0034】

間隔Ｈ１は、後述するように短絡部６０の長さ（換言すれば短絡部６０が提供するインダクタンス）を調整するパラメータとして機能する。また、間隔Ｈ１は、地板１０とパッチ部２０とが対向することによって形成する静電容量を調整するパラメータとしても機能する。間隔Ｈ１は、少なくとも対象波長の１０分の１以下とすることが好ましい。例えば、対象波長の５０分の１や１００分の１などとすればよい。

【0035】

第２支持部５０は、パッチ部２０と付加導体３０を、所定の間隔Ｈ２をおいて互いに対向するように配置するための部材である。第２支持部５０は、樹脂などの誘電体を用いて実現されれば良い。本実施形態では一例として第２支持部５０は、パッチ部２０と付加導体３０の間隔がＨ２となる厚さを有する板状の部材とする。第２支持部５０の厚さを調整することで、パッチ部２０と付加導体３０との間隔Ｈ２を調整することができる。

【0036】

なお、第２支持部５０は前述の役割を果たせればよく、第２支持部５０の形状は板状に限らない。第２支持部５０は、パッチ部２０と付加導体３０とを所定の間隔Ｈ２をおいて対向するように支持する複数の柱であってもよい。また、本実施形態においてパッチ部２０と付加導体３０との間は、第２支持部５０としての樹脂が充填された構成を採用するが、これに限らない。パッチ部２０と付加導体３０との間は、中空や真空となっていてもよい。

【0037】

間隔Ｈ２は、パッチ部２０と付加導体３０が対向することによって形成する静電容量を調整するパラメータとしても機能する。間隔Ｈ２は、間隔Ｈ１と同様に対象波長に対して十分に小さければ良く、具体的な値はシミュレーションや試験によって適宜決定されれば良い。

【0038】

短絡部６０は、地板１０とパッチ部２０とを電気的に接続する導電性の部材である。短絡部６０は、導電性のピン（以降、ショートピン）を用いて実現されれば良い。短絡部６０としてのショートピンの長さ等を調整することによって、短絡部６０が備えるインダクタンスを調整することができる。

【0039】

なお、アンテナ装置１００がプリント配線板をベースに実現される場合には、プリント配線板に設けられたビアを短絡部６０として機能させてもよい。何れにしても短絡部６０は、一端が地板１０と電気的に接続され、他端がパッチ部２０と電気的に接続された線状の部材である。

【0040】

短絡部６０は、パッチ中心点に位置するように設けられている。なお、短絡部６０は必ずしもパッチ中心点に配置する必要はない。パッチ中心点以外の位置に配置すると、パッチ中心点からのずれ量に応じた指向性の偏りが生じる。指向性の偏りが所定の許容範囲内に収まる範囲においては、パッチ中心点からずれた位置に短絡部６０を配置してもよい。

【0041】

給電線路７０は、パッチ部２０に給電するために、第１支持部４０のパッチ側面に設けられたマイクロストリップ線路である。給電線路７０の一端は、同軸ケーブルの内部導体と電気的に接続されており、他端は、パッチ部２０と電気的に接続されている。給電線路７０とパッチ部２０との接続部分がパッチ部２０にとっての給電点に相当する。なお、給電線路７０とパッチ部２０との接続部分には、給電線路７０とパッチ部２０とが対象周波数において電磁結合する所定の間隔が設けられていても良い。

【0042】

以上で述べたアンテナ装置１００は、例えば、車両などの移動体で用いられる。当該アンテナ装置１００を車両で用いる場合には、車両の屋根部において、地板１０が略水平であって、地板１０からパッチ部２０に向かう方向が天頂方向と略一致するように設置されればよい。

【0043】

＜アンテナ装置１００の等価回路＞
図３は、アンテナ装置１００の等価回路を示している。インダクタＬ１はパッチ部２０に由来する要素であり、パッチ部２０の形状に応じたインダクタンスを備える。インダクタＬ２は、短絡部６０に由来する要素であり、短絡部６０の長さに応じたインダクタンスを備える。

【0044】

キャパシタＣ１は、地板１０とパッチ部２０とが形成する静電容量に対応する要素である。キャパシタＣ１は、パッチ部２０の面積、及び、地板１０とパッチ部２０との間隔Ｈ１に応じた静電容量を備える。キャパシタＣ２は、パッチ部２０と付加導体３０とが形成する静電容量に対応する要素である。キャパシタＣ２は、付加導体３０の面積、及び、パッチ部２０と付加導体３０との間隔Ｈ２に応じた静電容量を備える。

【0045】

等価回路においてキャパシタＣ１はキャパシタＣ２と並列に接続されていることから、キャパシタＣ１とキャパシタＣ２は１つのキャパシタ（以降、合成キャパシタ）Ｃ１２と見なせる。合成キャパシタＣ１２の静電容量は、キャパシタＣ１の静電容量とキャパシタＣ２の静電容量の合計である。

【0046】

また、合成キャパシタＣ１２は、インダクタＬ２と並列に接続している。そのためアンテナ装置１００は、合成キャパシタＣ１２が備える静電容量とインダクタＬ２が備えるインダクタンスから定まる周波数（以降、並列共振周波数とする）において、並列共振する。なお、ここでの並列共振周波数は、メタマテリアルアンテナにおいて０次共振周波数と称される周波数に相当する。

【0047】

以上の構成によれば、並列共振周波数が対象周波数と一致するように、合成キャパシタＣ１２の静電容量とインダクタＬ２のインダクタンスを調整することで、アンテナ装置１００を対象周波数において並列共振させることができる。

【0048】

例えば、地板１０とパッチ部２０との間隔Ｈ１を一定とする場合には、インダクタＬ２が備えるインダクタンスと対象周波数とから、並列共振させるために必要な目標静電容量を算出する。なお、地板１０とパッチ部２０との間隔Ｈ１を一定とする場合には、短絡部６０の長さも一定値となる。そのため、インダクタＬ２が備えるインダクタンスを間隔Ｈ１に応じた一定値として、残りのパラメータを設計することができる。

【0049】

次に、合成キャパシタＣ１２の静電容量が目標静電容量と一致するように、キャパシタＣ１及びキャパシタＣ２のそれぞれが備えるべき静電容量を決定し、各キャパシタに対応する部材の形状や配置を決定すればよい。キャパシタＣ１が備える静電容量は、パッチ部２０の面積によって調整できる。また、キャパシタＣ２が備える静電容量は、間隔Ｈ２や付加導体３０の面積によって調整できる。

【0050】

つまり、アンテナ装置１００が所定の対象周波数で並列共振するように、パッチ部２０の大きさや、付加導体３０の大きさ、パッチ部２０と付加導体３０との間隔Ｈ２などといった、各要素の形状や配置を適宜調整する。もちろん、他の態様として地板１０とパッチ部２０との間隔Ｈ１を固定値ではなく、調整可能なパラメータとして扱っても良い。また、特許文献１に開示の構成を導入することによってインダクタＬ２の値を調整しても良い。

【0051】

［アンテナ装置１００の動作について］
次に、アンテナ装置１００が並列共振している場合の動作について説明する。なお、ここでは一例として付加導体３０が上面視においてパッチ部２０を覆うように、パッチ部２０よりも大きく（例えば面積比率が１．２倍となるように）形成されているものとする。

【0052】

アンテナ装置１００が並列共振している場合、地板１０と付加導体３０との間（特に、地板１０とパッチ部２０との間）には、地板１０に対して垂直な電界が発生する。この垂直電界は、短絡部６０から、パッチ部２０の外縁部及び付加導体３０の外縁部に向かって伝搬していく。そして、付加導体３０の外縁部において、垂直電界は垂直偏波電界になって空間を伝搬していく。このようにして、アンテナ装置１００は、付加導体３０の外縁部において、アンテナ装置１００の厚み方向に直交する方向（以降、遠心方向）に垂直偏波を放射する。

【0053】

また、上記のアンテナ装置１００は、パッチ中心点から付加導体３０の外縁部に向かう全方向に、同程度の利得を有する。特に、地板１０が水平となるようにアンテナ装置１００が載置されている場合、アンテナ装置１００は水平方向に対して無指向性のメタマテリアルアンテナとして動作する。

【0054】

［本実施形態の効果について］
次に、比較構成としてのアンテナ装置１００Ｘを導入し、本実施形態の効果について述べる。比較構成としてのアンテナ装置１００Ｘは、図４に示すように、地板１０Ｘ、パッチ部２０Ｘ、支持部４０Ｘ、短絡部６０Ｘ、及び給電線路７０Ｘを備える。つまり、比較構成としてのアンテナ装置１００Ｘは、本実施形態のアンテナ装置１００から、付加導体３０及び第２支持部５０を除去した構成に相当する。

【0055】

パッチ部２０Ｘは、本実施形態のパッチ部２０と同一形状、同一面積となっており、地板１０Ｘとパッチ部２０Ｘとの間に形成される静電容量は、本実施形態のキャパシタＣ１が備える静電容量と等しい。また、短絡部６０Ｘが提供するインダクタンスも、短絡部６０が提供するインダクタンスと等しいものとする。支持部４０Ｘは第１支持部４０に相当する部材である。この比較構成では、地板１０Ｘとパッチ部２０Ｘとの間に形成される静電容量と、短絡部６０Ｘが備えるインダクタンスによって並列共振を生じさせる。

【0056】

一方、本実施形態の構成では、付加導体３０に由来するキャパシタＣ２が、地板１０とパッチ部２０とによって形成されるキャパシタＣ１に並列に接続する。その結果、並列共振の発生に寄与する静電容量は、キャパシタＣ２とキャパシタＣ１の合計値となる。

【0057】

したがって、本実施形態の短絡部６０が提供するインダクタンスと並列接続する静電容量は、比較構成において短絡部６０Ｘが提供するインダクタンスと並列接続する静電容量よりも大きくなる。また、並列共振周波数Ｆは、下記の式で表されるように、インダクタンスＬが大きいほど、また、静電容量Ｃが大きいほど低くなる。

【数2】

【0058】

したがって、本実施形態のアンテナ装置１００の並列共振周波数は、比較構成のアンテナ装置１００Ｘの並列共振周波数よりも低くなる。つまり、上記の構成によれば、同一サイズのパッチ部２０Ｘを備える比較構成に比べて、並列共振周波数を低減することができる。

【0059】

なお、図５に示すように、付加導体３０が大きいほど、並列共振周波数を低減する効果は高くなる。図５は、付加導体３０を設けない場合の共振周波数Ｆｘが１３００ＭＨｚとなるようにパッチ部２０及び短絡部６０を設計したアンテナ装置１００における、パッチ部２０に対する付加導体３０の面積比率と並列共振周波数の関係を示すグラフである。図５に示すように、付加導体３０を設けることによって並列共振周波数が低減されることが分かる。また、付加導体３０の面積をパッチ部２０の面積よりも大きくすることによって（換言すれば、面積比率を１よりも大きくすることによって）、並列共振周波数を１００ＭＨｚ以上低減することができる。特に、面積比率を１．２以上とすることで並列共振周波数を低減する効果を高めることができる。

【0060】

また、前述の比較構成では、地板１０Ｘとパッチ部２０Ｘとが形成する静電容量が、短絡部６０Ｘが備えるインダクタンスと対象周波数において並列共振する静電容量（つまり目標静電容量）となっている必要がある。すなわち、パッチ部２０Ｘの面積は目標静電容量に応じた面積となっている必要がある。

【0061】

一方、本実施形態の構成によれば、目標静電容量は、パッチ部２０によって形成されるキャパシタＣ１の静電容量と、付加導体３０が提供するキャパシタＣ２の合計によって達成される。したがって、パッチ部２０によって形成されるキャパシタＣ１の静電容量が、目標静電容量と一致している必要はなく、パッチ部２０の面積を従来構成のパッチ部２０Ｘよりも小さくすることができる。

【0062】

したがって、以上の構成によれば、或る所定の周波数を対象周波数とする場合には、比較構成に比べてアンテナ面積を低減できる。例えば、８５０ＭＨｚを対象周波数とする場合、本実施形態の付加導体３０を地板１０と同等のサイズとすることで、比較構成に比べてアンテナ面積を３７％程度削減することができる。

【0063】

以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、以降で述べる種々の変形例も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。

【0064】

なお、前述の実施形態で述べた部材と同一の機能を有する部材については、同一の符号を付し、その説明を省略する。また、構成の一部のみに言及している場合、他の部分については先に説明した実施形態の構成を適用することができる。

【0065】

［変形例１］
上述した実施形態では、付加導体３０をパッチ部２０よりも大きく形成した態様を開示したが、これに限らない。図６に示すように、付加導体３０は、パッチ部２０よりも小さくてもよい。なお、図６において第１支持部４０、第２支持部５０の図示は省略している。

【0066】

［変形例２］
アンテナ装置１００が平板状の金属部分を備える筐体に収容される場合には、当該筐体が備える平板状の金属部分を地板１０として利用しても良い。図７は、そのような態様を概念的に表している。図７中の１０Ａが、地板１０として機能する、筐体の金属部分を表している。なお、アンテナ装置１００を収容する筐体の側面部は、電波の伝搬を妨げない素材（例えば樹脂）によって形成されているものとする。

【0067】

［変形例３］
アンテナ装置１００が平板状の金属部分を備える筐体に収容される場合には、当該筐体が備える平板状の金属部分を付加導体３０として利用しても良い。図８は、そのような態様を概念的に表している。図８中の３０Ａが、付加導体３０として機能する、筐体の金属部分を表している。なお、変形例２と同様に、アンテナ装置１００を収容する筐体の側面部は、電波の伝搬を妨げない素材（例えば樹脂）によって形成されているものとする。

【符号の説明】

【0068】

１００ アンテナ装置、１０ 地板、２０ パッチ部、３０ 付加導体、４０ 第１支持部、５０ 第２支持部、６０ 短絡部、７０ 給電線路

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】