特許 6971350 アンテナ装置、無線通信装置及び移動体

(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】6971350

(24)【登録日】2021年11月4日

(45)【発行日】2021年11月24日

(54)【発明の名称】アンテナ装置、無線通信装置及び移動体

(51)【国際特許分類】

   H01Q 19/10 20060101AFI20211111BHJP

   H01Q 13/08 20060101ALI20211111BHJP

【ＦＩ】

   H01Q19/10

   H01Q13/08

【請求項の数】15

【全頁数】19

(21)【出願番号】特願2020-46712(P2020-46712)

(22)【出願日】2020年3月17日

(65)【公開番号】特開2021-150725(P2021-150725A)

(43)【公開日】2021年9月27日

【審査請求日】2020年3月17日

(73)【特許権者】

【識別番号】501440684

【氏名又は名称】ソフトバンク株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100098626

【弁理士】

【氏名又は名称】黒田 壽

(74)【代理人】

【識別番号】100128691

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 弘通

(72)【発明者】

【氏名】林 合祐

【審査官】 岸田 伸太郎

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２０１８／２３００３９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開平０３−０８２２０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−２４７８１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１９−００９７１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−３１９４９６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｑ １／００−２５／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

アンテナ装置であって、
導電性の地板と、前記地板の主面に垂直な方向における前記地板から離間した位置に配置したアンテナ素子と、を備え、
前記地板は、前記地板の主面に沿った方向における前記アンテナ素子から離間した互いに異なる複数の位置に複数の長尺の開口部を有し、
前記アンテナ素子は、複数の辺を有する平板形状又はシート形状を有し、放射する電波の自由空間波長をλ_０としたとき前記辺の長さは０．５×λ_０であり、
放射する電波の自由空間波長をλ_０としたとき、前記開口部の長手方向の長さＬｓは０．５×λ_０以上及び０．７７×λ_０以下であり、前記開口部の短手方向の幅Ｗｓは０．０３×λ_０以上及び０．１５６×λ_０以下であり、前記開口部の中央と前記アンテナ素子の中央との間の距離Ｄｓは０．５×λ_０以上及び０．７７×λ_０以下である、ことを特徴とするアンテナ装置。

【請求項2】

アンテナ装置であって、
導電性の地板と、前記地板の主面に垂直な方向における前記地板から離間した位置に配置したアンテナ素子と、を備え、
前記地板は、前記地板の主面に沿った方向における前記アンテナ素子から離間した互いに異なる複数の位置に複数の長尺の開口部を有し、
放射する電波の自由空間波長をλ_０としたとき、前記開口部の長手方向の長さＬｓは０．５×λ_０以上及び０．７７×λ_０以下であり、前記開口部の短手方向の幅Ｗｓは０．０３×λ_０以上及び０．１５６×λ_０以下であり、前記開口部の中央と前記アンテナ素子の中央との間の距離Ｄｓは０．５×λ_０以上及び０．７７×λ_０以下である、ことを特徴とするアンテナ装置。

【請求項3】

請求項１又は２のアンテナ装置において、
前記地板は、前記アンテナ素子が位置する主面部分に対して傾斜した傾斜壁部を有することを特徴とするアンテナ装置。

【請求項4】

アンテナ装置であって、
導電性の地板と、前記地板の主面に垂直な方向における前記地板から離間した位置に配置したアンテナ素子と、を備え、
前記地板は、前記地板の主面に沿った方向における前記アンテナ素子から離間した互いに異なる複数の位置に複数の長尺の開口部を有し、
前記アンテナ素子は、複数の辺を有する平板形状又はシート形状を有し、放射する電波の自由空間波長をλ_０としたとき前記辺の長さは０．５×λ_０であり、
前記地板は、前記アンテナ素子が位置する主面部分に対して傾斜した傾斜壁部を有することを特徴とするアンテナ装置。

【請求項5】

請求項１乃至４のいずれかのアンテナ装置において、
前記アンテナ素子が表面に形成された誘電体部材を更に備えることを特徴とするアンテナ装置。

【請求項6】

請求項１乃至５のいずれかのアンテナ装置において、
前記アンテナ素子は、放射する電波が直線偏波又は円偏波になるように、素子形状と、外部回路と接続される一又は複数の接続部の配置とが組み合わせられて構成されていることを特徴とするアンテナ装置。

【請求項7】

請求項１乃至６のいずれかのアンテナ装置において、
前記複数の開口部のそれぞれの長手方向の形状は、直線形状又は曲線形状であることを特徴とするアンテナ装置。

【請求項8】

請求項１乃至７のいずれかのアンテナ装置において、
前記複数の開口部のそれぞれの長手方向端縁の形状は、四角形状、多角形状、円形状又はくさび形状であることを特徴とするアンテナ装置。

【請求項9】

請求項１乃至８のいずれかのアンテナ装置において、
前記地板の外形は、四角形、多角形又は円形であることを特徴とするアンテナ装置。

【請求項10】

アンテナ装置であって、
導電性の地板と、前記地板の主面に垂直な方向における前記地板から離間した位置に配置したアンテナ素子と、を備え、
前記地板は、前記地板の主面に沿った方向における前記アンテナ素子から離間した互いに異なる複数の位置に複数の長尺の開口部と、前記アンテナ素子が位置する主面部分に対して傾斜した傾斜壁部と、を有することを特徴とするアンテナ装置。

【請求項11】

請求項３、４又は１０のアンテナ装置において、
前記複数の開口部は前記傾斜壁部に位置することを特徴とするアンテナ装置。

【請求項12】

請求項１乃至１１のいずれかのアンテナ装置において、
前記アンテナ素子から電波放射方向に離間した位置に配置された天頂板を更に備えることを特徴とするアンテナ装置。

【請求項13】

請求項１乃至１２のいずれかのアンテナ装置と、前記アンテナ装置で送信、受信又は送受信される信号を処理する無線信号処理部と、を備えることを特徴とする無線通信装置。

【請求項14】

請求項１乃至１２のいずれかのアンテナ装置を備えることを特徴とする移動体。

【請求項15】

請求項１４の移動体において、
前記アンテナ装置は、当該移動体の筐体のうち誘電体で形成された筐体部分の内側に埋め込まれていることを特徴とする移動体。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、アンテナ装置、並びに、そのアンテナ装置を備えた無線通信装置及び移動体に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、平板状のアンテナ素子の厚さ方向（天頂方向）の指向性を高める導電性の反射部材を備えた平面アンテナが知られている（例えば、特許文献１，２参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００４−２１４８１９号公報

【特許文献2】特開２０１８−１５７２５３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記従来のアンテナ装置では、厚さ方向の指向性の利得を改善するには、無線装置に接続されるパッチ状のアンテナ素子とその背面側に位置する反射部材との間の厚さ方向に、電波の波長の１／２（１ＧＨｚの場合は１５０ｍｍ程度）のスペースが必要である。そのため、アンテナ装置の厚さ方向のサイズを抑制することが難しいという課題がある。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明の一態様に係るアンテナ装置は、導電性の地板と、前記地板の主面に垂直な方向における前記地板から離間した位置に配置したアンテナ素子とを備え、前記地板は、前記地板の主面に沿った方向における前記アンテナ素子から離間した互いに異なる複数の位置に複数の長尺の開口部を有する。
前記アンテナ装置において、前記アンテナ素子は、複数の辺を有する平板形状又はシート形状を有し、放射する電波の自由空間波長をλ_０としたとき前記辺の長さは０．５×λ_０であってもよい。
前記アンテナ装置において、前記アンテナ素子が表面に形成された誘電体部材を更に備えてもよい。
前記アンテナ装置において、放射する電波の自由空間波長をλ_０としたとき、前記開口部の長手方向の長さＬｓは０．５×λ_０以上及び０．７７×λ_０以下であり、前記開口部の短手方向の幅Ｗｓは０．０３×λ_０以上及び０．１５６×λ_０以下であり、前記開口部の中央と前記アンテナ素子の中央との間の距離Ｄｓは０．５×λ_０以上及び０．７７×λ_０以下であってもよい。
前記アンテナ装置において、前記アンテナ素子は、放射する電波が直線偏波又は円偏波になるように、素子形状と、外部回路と接続される一又は複数の接続部の配置とが組み合わせられて構成されてもよい。
前記アンテナ装置において、前記複数の開口部のそれぞれの長手方向の形状は、直線形状又は曲線形状であってもよい。
前記アンテナ装置において、前記複数の開口部のそれぞれの長手方向端縁の形状は、四角形状、多角形状、円形状又はくさび形状であってもよい。
前記アンテナ装置において、前記地板の外形は、四角形、多角形又は円形であってもよい。
前記アンテナ装置において、前記地板は、前記アンテナ素子が位置する主面部分に対して傾斜した傾斜壁部を有してもよい。ここで、前記複数の開口部は前記傾斜壁部に位置してもよい。
前記アンテナ装置において、前記アンテナ素子から電波放射方向に離間した位置に配置された天頂板を更に備えてもよい。

【0006】

本発明の他の態様に係る無線通信装置は、前記いずれかのアンテナ装置と、前記アンテナ装置で送信、受信又は送受信される信号を処理する無線信号処理部と、を備える。

【0007】

本発明の更に他の態様に係る移動体は、前記いずれかのアンテナ装置を備える。
前記移動体において、前記アンテナ装置は、当該移動体の筐体のうち誘電体で形成された筐体部分の内側に埋め込んでもよい。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、導電性の地板とアンテナ素子との距離を電波の波長の１／２よりも短くすることにより厚さ方向のサイズを抑制することができるともに、アンテナ素子を給電型の第１放射素子として機能させ、地板に有する複数の長尺の開口部を無給電型の複数の第２放射素子として機能させることができるため、厚さ方向の指向性の利得を改善することができる。よって、アンテナ素子の主ビーム方向とは反対側に反射部材を設けた構成に比して厚さ方向のサイズを抑制することができるとともにアンテナ素子の主ビームの指向性の利得を改善することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】実施形態に係るアンテナ装置の一例を示す斜視図。

【図2】図１のアンテナ装置の中央部分の拡大斜視図。

【図3】図１のアンテナ装置の中央部分の拡大側面図。

【図4】（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）はそれぞれ、本実施形態のアンテナ装置における地板の外形状の変形例を示す平面図。

【図5】（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ、本実施形態のアンテナ装置における円偏波の電波を送受信可能なアンテナ素子及びその接続部（接続ポート）の配置の一例を示す平面図。

【図6】（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ、本実施形態のアンテナ装置における直線偏波の電波を送受信可能なアンテナ素子及びその接続部（接続ポート）の配置の一例を示す平面図。

【図7】（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ、本実施形態のアンテナ装置における複数のスロットの配置の一例を示す平面図。

【図8】本実施形態のアンテナ装置における複数のスロットの他の構成例を示す平面図。

【図9】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）及び（ｄ）はそれぞれ、本実施形態のアンテナ装置におけるスロットの長手方向端縁の構成例を示す部分平面図。

【図10】実施形態に係るアンテナ装置の中央部分の他の構成例の拡大側面図。

【図11】実施形態に係るアンテナ装置の中央部分の更に他の構成例の拡大側面図。

【図12】実施形態に係るアンテナ装置の他の例を示す斜視図。

【図13】図１２のアンテナ装置を側方から見た部分断面図。

【図14】実施形態に係るアンテナ装置の指向性ビームの方向を定義する角度の一例を示す説明図。

【図15】（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ、図１〜図３のアンテナ装置の方位角φ＝０［度］及び９０［度］における利得の天頂角（θ）依存性のコンピュータシミュレーション結果の一例を示すグラフ。

【図16】（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ、図７（ａ）及び（ｂ）のアンテナ装置の方位角φ＝０［度］及び９０［度］における利得の天頂角（θ）依存性のコンピュータシミュレーション結果の一例を示すグラフ。

【図17】図１２の落とし込み地板型のアンテナ装置の方位角φ＝０［度］における利得の天頂角（θ）依存性（指向性プロファイル）のコンピュータシミュレーション結果の一例を示すグラフ。

【図18】図１２の落とし込み地板型のアンテナ装置からスロットをなくした比較例に係るアンテナ装置の斜視図。

【図19】単一平板型の地板を有する比較例に係るアンテナ装置の斜視図。

【図20】（ａ）〜（ｆ）はそれぞれ、図１２の落とし込み地板型のアンテナ装置の傾斜壁部の傾斜角ψを０、１０、２０、３０、４０及び５０［度］それぞれに設定したときの方位角φ＝０［度］における利得の天頂角（θ）依存性（指向性プロファイル）のコンピュータシミュレーション結果の一例を示すグラフ。

【図21】実施形態に係るアンテナ装置を有する無線通信装置の構成例を示すブロック図。

【図22】実施形態に係るアンテナ装置の自動車への取り付け例を示す説明図。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
図１は、本実施形態に係るアンテナ装置１０の一例を示す斜視図である。図２及び図３はそれぞれ、図１のアンテナ装置１０の中央部分の拡大斜視図及び拡大側面図である。本実施形態のアンテナ装置１０は、厚さ方向のサイズを小さくして小型化が容易な板形状やシート形状など全体形状を有し、アンテナ素子を有する主面に垂直な方向（天頂方向）に指向性の主ビームを有するアンテナ装置である。

【0011】

アンテナ装置１０は、自動車などの移動体、ＲＦタグ、ＩｏＴ機器など取り付けることができる。アンテナ装置１０を取り付け可能な移動体は、一般の自動車、のほかバス、トラック等の車両、線路上を走行する鉄道車両、航空機又は船舶であってもよい。例えば、アンテナ装置１０は、Ｖ２Ｖ（Vehicle-to-Vehicle）、Ｖ２Ｉ（Vehicle-to-Infrastructure）、Ｖ２Ｐ（Vehicle-to-Pedestrian）、Ｖ２Ｘ（Vehicle-to-Everything）などの通信用のアンテナ装置、パス、鉄道車両などの無線ＬＡＮに使用されるモバイルルータ用外部アンテナ装置などに用いることができる。

【0012】

特に、本実施形態のアンテナ装置１０は、小型化が容易であるため、移動体等の取付対象の外観を損なわないように且つ内部スペースを犠牲にすることなく取付対象の絶縁体（誘電体）からなる外壁部に埋め込んで設置することができる。このように外壁部に埋め込んで設置した場合でも、良好なアンテナ特性（例えば、周波数帯域、指向性及び最大利得）を発揮することができる。

【0013】

図１〜３において、アンテナ装置１０は、有限のサイズを有する導電性の地板１１０と、地板１１０の主面１１０ｓから離間した位置に配置したアンテナ素子１２０とを備える。地板１１０は、例えば平面寸法がＬｘ_ＢＰ［ｍｍ］×Ｌｙ_ＢＰ［ｍｍ］の四角形の外形状を有し、金属等の導電性材料で形成される。また、地板１１０は、その主面１１０ｓに沿った方向におけるアンテナ素子１２０から離間した互いに異なる複数の位置（図示の例では４箇所）に、厚さ方向に貫通した複数の長尺の四角形からなる開口部としてのスロット１５０（１）〜１５０（４）を有する。

【0014】

本実施形態において、アンテナ素子１２０が給電型の第１放射素子として機能するとともに、その周囲に位置する複数のスロット１５０（１）〜１５０（４）がそれぞれ無給電型の第２放射素子として機能することにより、アンテナ素子１２０から背面側に反射器を設置することなく、アンテナ素子１２０に垂直な方向（天頂方向）の指向性ビームの利得を改善することができる。

【0015】

アンテナ素子１２０は、例えば金属等の導電性材料からなり、平板形状又はシート形状を有する。図示の例では、アンテナ素子１２０は、所定の比誘電率を有する樹脂などからなる所定の厚さ（Ｈｄ［ｍｍ］）のブロック形状の誘電体部材１３０の上面に形成されている。

【0016】

アンテナ素子１２０は、支持基板としての誘電体基板１４０により、地板１１０の上面から所定の高さ（Ｈａ［ｍｍ］）を有するように支持されている。誘電体基板１４０は、例えば、所定の比誘電率を有する樹脂などからなる基材の表面に銅などの導電性材料からなる導電性膜が形成された基板である。誘電体基板１４０の導電成膜が形成された表面は絶縁性材料の膜でコーティングしてもよい。誘電体基板１４０は例えば導電性のネジで地板１１０に固定され、誘電体基板１４０の導電性膜と地板１１０が導通した状態になっている。アンテナ素子１２０の高さ（Ｈａ［ｍｍ］）は、従来のアンテナ素子と反射器との距離（λ_０／２）（λ_０：放射する電波の自由空間波長）よりも短くすることができるため、厚さ方向の小サイズ化を図りつつ指向性ビームの利得改善が可能になる。

【0017】

誘電体基板１４０は、アンテナ素子１２０を支持する支持面１４０ａ（高さ：Ｈｓｕｂ１［ｍｍ］）と、地板１１０側に開口した開口部１４０ｂ（内壁の高さ：Ｈｓｕｂ２［ｍｍ］）とを有する。図示の例では、アンテナ素子１２０が形成された誘電体部材１３０が、誘電体基板１４０の支持面１４０ａ上に固定されている。また、誘電体基板１４０の開口部１４０ｂの内部には、誘電体部材１３０の内部を貫通するように又は誘電体部材１３０の表面に沿って迂回するようにアンテナ素子１２０に接続される接続線を配線することができる。

【0018】

アンテナ素子１２０は、複数の辺を有する平板形状又はシート形状を有する。図示のアンテナ素子１２０は、四角形の対角方向に位置する２組の角部のうち一方の１組の角部を面取りするように切り欠いた外形を有し、アンテナ素子１２０の中心からずれた所定位置の接続点（給電点の接続ポート）に、無線通信装置からの接続線を接続することにより、円偏波の電波を送受信できる。

【0019】

アンテナ素子１２０の長辺の長さは、例えば０．５×λ_０（λ_０：放射する電波の自由空間波長）である。また、アンテナ装置１０の指向性ビームの上方への利得を高めるために、スロット１５０（１）〜１５０（４）に関する寸法を次のように設定してもよい。例えば、放射する電波の自由空間波長をλ_０としたとき、スロット１５０（１）〜１５０（４）の長手方向の長さＬｓを０．５×λ_０以上及び０．７７×λ_０以下にし、スロット１５０（１）〜１５０（４）の短手方向の幅Ｗｓを０．０３×λ_０以上及び０．１５６×λ_０以下にし、スロット１５０（１）〜１５０（４）の中央とアンテナ素子１２０の中央との間の距離Ｄｓを０．５×λ_０以上及び０．７７×λ_０以下にする。また、後述のように、アンテナ装置１０の指向性ビームの上方への利得を更に改善するために、スロット１５０（１）〜１５０（４）を形成した構成と組み合わせて、アンテナ素子１２０の上方に天頂板を設けてもよい。

【0020】

図４（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ、本実施形態のアンテナ装置１０における地板１１０の外形状の変形例を示す平面図である。地板１１０の外形状は特定の形状に限定されない。例えば、地板１１０の外形状は、図１及び図４（ａ）に示すような四角形のほか、図４（ｂ）に示す円形でもよいし、三角形又は図４（ｃ）に示すような八角形などの五角形以上の多角形であってもよい。

【0021】

図５（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ、本実施形態のアンテナ装置１０における円偏波の電波を送受信可能なアンテナ素子１２０及びその接続部（接続ポート）１２１，の配置の一例を示す平面図である。図５（ａ）は、アンテナ素子１２０が図中の四角形の右上及び左下の角を切り欠いた（面取りした）素子形状を有し、図中の右回転方向の円偏波を送受信可能なアンテナ素子（右旋偏波アンテナ）１２０の例である。図５（ｂ）は、アンテナ素子１２０が図中の四角形の左上及び右下の角を切り欠いた（面取りした）素子形状を有し、図中の左回転方向の円偏波を送受信可能なアンテナ素子（左旋偏波アンテナ）１２０の例である。図５（ａ）及び（ｂ）それぞれのアンテナ素子１２０では、図中の接続部１２１が設けられ、その接続部１２１に外部回路が接続される。外部回路は、例えば無線通信装置の高周波信号の出力部、入力部、又は、アンテナ共用器（ＤＵＰ）である。

【0022】

図６（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ、本実施形態のアンテナ装置１０における直線偏波の電波を送受信可能なアンテナ素子１２０およびその接続部（接続ポート）１２１，１２２の配置の一例例を示す平面図である。図６（ａ）は図中の上下方向（鉛直方向）の直線偏波を送受信可能なアンテナ素子１２０の例であり、アンテナ素子１２０の中心から上方向（他の例では下方向）にずれた位置にある接続部１２１に外部回路が接続される。図６（ｂ）は図中の左右方向（水平方向）の直線偏波を送受信可能なアンテナ素子１２０の例であり、アンテナ素子１２０の中心から右側（他の例では左方向）にずれた位置にある接続部１２２に外部回路が接続される。

【0023】

図６（ｃ）は図中の鉛直方向から右側に４５度傾いた斜め方向の直線偏波を送受信可能なアンテナ素子１２０の例である。図６（ｃ）の例では、アンテナ素子１２０の中心から上方向（他の例では下方向）にずれた位置にある接続部１２１及び右側（他の例では左方向）にずれた位置にある接続部１２２のそれぞれに外部回路が接続され、例えば送信の場合は同位相の同一送信信号が供給される。また、受信の場合は接続部１２１及び１２２から互いに同位相の同一受信信号が出力される。

【0024】

図７（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ、本実施形態のアンテナ装置における複数のスロット１５０（１）〜１５０（４）の配置の一例を示す上面図である。アンテナ素子１２０に対するスロット１５０（１）〜１５０（４）の相対的な配置は特定の配置に限定されない。例えば、図１及び図７（ａ）の構成例では、アンテナ素子１２０の上辺及び下辺に対して上下の１組のスロット１５０（１）及び１５０（３）それぞれの長辺が平行になり、アンテナ素子１２０の右辺及び左辺に対して他の１組のスロット１５０（２）及び１５０（４）それぞれの長辺が平行になるように、スロット１５０（１）〜１５０（４）を配置している。

【0025】

図７（ｂ）の構成例では、アンテナ素子１２０の長辺（上辺、下辺、右辺、左辺）の方向に対して各スロット１５０（１）〜１５０（４）の長辺の方向が４５度だけ傾くように、スロット１５０（１）〜１５０（４）を配置している。すなわち、図７（ｂ）の構成例のスロット１５０（１）〜１５０（４）は、アンテナ素子１２０を中心に図１及び図７（ａ）の構成例のスロット１５０（１）〜１５０（４）を４５度だけ回転させた配置になっている。図７（ｂ）のようにアンテナ素子１２０の長辺に対してスロット１５０（１）〜１５０（４）を傾けて配置することにより、アンテナ装置１０の指向性ビームのバックロブ領域（後述の天頂角θが−１８０度〜−９０度の角度領域及び９０度〜１８０度の角度領域）の利得を低減することができる。

【0026】

また、スロット１５０（１）〜１５０（４）の外形状及びスロット１５０の個数は特定の形状及び個数に限定されない。

【0027】

図８は、本実施形態のアンテナ装置１０における複数のスロット１５０（１）〜１５０（４）の他の構成例を示す平面図であり、図９（ａ）、（ｂ）、（ｃ）及び（ｄ）はそれぞれ、本実施形態のアンテナ装置１０におけるスロット１５０の長手方向端縁１５０ｅの構成例を示す部分平面図である。例えば、スロット１５０（１）〜１５０（４）の長辺の形状は、図１及び２に示すように直線形状でもよいし、図８に示すように円弧状に形成してもよい。また、スロット１５０の長手方向端縁１５０ｅの形状は、図９（ａ）に示すように四角形状でもよいし、多角形状でもよいし、図９（ｂ）に示すように円形状であってもよい。また、スロット１５０の長手方向端縁１５０ｅの形状は、図９（ｃ）に示すように外向きの凸状に形成されたくさび形状であってもよいし、図９（ｄ）に示すように内向きの凹状に形成されたくさび形状であってもよい。

【0028】

図１０及び図１１はそれぞれ、実施形態に係るアンテナ装置の中央部分の他の構成例の拡大側面図である。前述の図１〜３の構成例ではアンテナ素子１２０が形成された誘電体部材１３０の下面と地板１１０との間に誘電体基板１４０を備えているが、図１０に示すように誘電体基板１４０を設けずに誘電体部材１３０の下面が地板１１０に接するように構成してもよい。また、図１１に示すようにアンテナ素子１２０から電波放射方向に離間した位置に天頂板１６０を備えてもよい。

【0029】

図１２は、実施形態に係るアンテナ装置１０の他の例を示す斜視図である。図１３は、図１２のアンテナ装置の側方から見た部分断面図である。図１２及び図１３の構成例は、落とし込み形態の例である。地板１１０は、アンテナ素子１２０が位置する主面１１０ｓの中央部１１０ａに対して所定の傾斜角（図１３中のＰＳＩ：ψ）で傾斜した複数の傾斜壁部１１０ｂ（１）〜１１０ｂ（４）を有する。この複数の傾斜壁部１１０ｂ（１）〜１１０ｂ（４）にスロット１５０（１）〜１５０（４）が設けられている。なお、スロット１５０（１）〜１５０（４）は、地板１１０の主面１１０ｓの中央部１１０ａに位置してもよい。図１２及び図１３の例のように地板１１０が複数の傾斜壁部１１０ｂ（１）〜１１０ｂ（４）を有する構成では、後述のように指向性の主ビームの中央部の利得低下を抑制しつつ所定の閾値以上の利得が得られる仰角θ’（＝９０度−天頂角θ）の角度範囲を広くすることができる。

【0030】

図１４は、実施形態に係るアンテナ装置１０の指向性ビームＢｍの方向を定義する角度の一例を示す説明図である。図１４のｘ，ｙ，ｚ座標系において、アンテナ装置１０のアンテナ素子１２０の中央部が原点に位置し、ｚ軸のプラス方向（天頂方向）を基準にした指向性ビームＢｍの方向の角度（図中下向きの角度がプラス）が天頂角θ［度］である。また、指向性ビームＢｍをｘ−ｙ面に投影したビーム投影方向Ｂｍ’を基準にした指向性ビームＢｍの方向の角度（図中上向きの角度がプラス）が仰角θ’［度］（＝９０［度］−θ）である。

【0031】

また、ｘ−ｙ面（水平面）においてｘ軸のプラス方向を基準にした上記ビーム投影方向Ｂｍ’の方向の角度（図中左回転方向の角度がプラス）が方位角φ（「水平偏角」ともいう。）［度］である。図示の例では、＋ｘ軸の方向の方位角φが０［度］であり、＋ｙ軸の方向の方位角φが９０［度］である。

【0032】

次に、本実施形態のアンテナ装置１０の特性（利得特性、指向性）のコンピュータシミュレーション結果について説明する。コンピュータシミュレーションは、電磁界シミュレータ（株式会社エーイーティー製の「ＣＳＴ ＭＷＳＴＵＤＩＯ」）を用い、表１のパラメータの値を設定して行った。表１中のλ_０は、電磁波の自由空間波長である。

【表1】

【0033】

図１５（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ、図１〜図３のアンテナ装置１０の方位角φ＝０［度］及び９０［度］における利得（ゲイン）の天頂角（θ）依存性（指向性プロファイル）のコンピュータシミュレーション結果の一例を示すグラフである。本シミュレーションでは、図５（ａ）に示すアンテナ素子１２０の接続部（接続ポート）に送信信号を供給している（下記のシミュレーションでも同様）。図１５（ａ）及び（ｂ）において、曲線Ｃ１０１は、実施形態に係るアンテナ装置１０の利得（ゲイン）［ｄＢｉ］のシミュレーション結果である。曲線Ｃ１０２は、図１のアンテナ装置でスロットがなく且つ天頂板を備えた構成の比較例１の利得のシミュレーション結果である。曲線Ｃ１０３は、図１のアンテナ装置でスロットがない比較例２のシミュレーション結果である。

【0034】

表２は、図１５（ａ）及び（ｂ）の指向性プロファイルの天頂方向（＋ｚ軸方向）における利得（ゲイン）［ｄＢｉ］の値である。この結果に示すように、本実施形態のアンテナ装置１０では、スロット１５０（１）〜１５０（４）を設けることで天頂方向（＋ｚ軸方向）における利得を改善できる。

【表2】

【0035】

図１５（ａ）及び（ｂ）のシミュレーションにおいて、本実施形態のアンテナ装置１０のスロット１５０（１）〜１５０（４）の長さＬｓ［ｍｍ］、幅Ｗｓ［ｍｍ］及びアンテナ素子１２０との距離Ｄｓ［ｍｍ］を変えて天頂方向（＋ｚ軸方向）における利得［ｄＢｉ］を計算したところ、次の表３に示す範囲で、上記比較例１のアンテナ装置よりも高い天頂方向の利得［ｄＢｉ］が得られた。なお、表３中のλ_０は動作周波数の電波の自由空間での波長［ｍｍ］である。

【表3】

【0036】

図１６（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ、図７（ａ）及び（ｂ）のアンテナ装置１０の方位角φ＝０［度］及び９０［度］における利得の天頂角（θ）依存性（指向性プロファイル）のコンピュータシミュレーション結果の一例を示すグラフである。図１６（ａ）及び（ｂ）において、曲線Ｃ２０１は、図７（ａ）のアンテナ装置１０の利得（ゲイン）［ｄＢｉ］のシミュレーション結果である。曲線Ｃ２０２は、図７（ａ）のアンテナ素子１２０を中心にしてスロット１５０（１）〜１５０（４）を４５度回転させた図７（ｂ）のアンテナ装置１０で利得（ゲイン）［ｄＢｉ］のシミュレーション結果である。この結果に示すように、本実施形態のアンテナ装置１０では、スロット１５０（１）〜１５０（４）の長手方向がアンテナ素子１２０の長辺の方向に対して傾くようにスロット１５０（１）〜１５０（４）を４５度回転することにより、天頂方向（＋ｚ軸方向）における利得を維持しつつ、図中Ａで示すバックロブ領域における利得を低減するように改善できる。特に、図１６（ａ）に示すアンテナ装置１０の方位角φ＝０［度］における利得特性では、バックロブ改善（バックロブ領域Ａにおける利得低減）の効果が高い。

【0037】

図１７は、本実施形態に係る図１２の落とし込み地板型のアンテナ装置１０の方位角φ＝０［度］における利得の天頂角（θ）依存性（指向性プロファイル）のコンピュータシミュレーション結果の一例を示すグラフである。図１８は、図１２の落とし込み地板型のアンテナ装置からスロットをなくした比較例に係るアンテナ装置の斜視図である。本シミュレーションにおいて、図１２及び図１８の地板１１０の傾斜壁部１１０ｂ（１）〜１１０ｂ（４）の傾斜角ψを５０［度］に設定した。図１９は、単一平板型の地板を有する比較例に係るアンテナ装置の斜視図である。図１７において、曲線Ｃ３０１（実線）は、図１２に示す落とし込み地板型のアンテナ装置１０の利得［ｄＢｉ］のシミュレーション結果である。曲線Ｃ３０２（破線）は、図１８に示す比較例に係るアンテナ装置１０の利得［ｄＢｉ］のシミュレーション結果である。曲線Ｃ３０３は、図１９に示す比較例に係るアンテナ装置１０の利得［ｄＢｉ］のシミュレーション結果である。図１７のシミュレーション結果に示すように、地板１１０の傾斜壁部１１０ｂ（１）〜１１０ｂ（４）にスロット１５０（１）〜１５０（４）を設けることにより、利得が所定の閾値（例えば図１７の例では０［ｄＢｉ］）以上となる天頂角θの範囲が広くなり、仰角利得特性を改善することができる。

【0038】

図２０（ａ）〜（ｆ）はそれぞれ、図１２の落とし込み地板型のアンテナ装置の傾斜壁部１１０ｂ（１）〜１１０ｂ（４）の傾斜角ψを０、１０、２０、３０、４０及び５０［度］それぞれに設定したときの方位角φ＝０［度］における利得の天頂角（θ）依存性（指向性プロファイル）のコンピュータシミュレーション結果の一例を示すグラフである。図２０（ａ）〜（ｆ）のそれぞれにおいて、曲線Ｃ４０１（破線）は、図１２に示す落とし込み地板型のアンテナ装置１０の利得［ｄＢｉ］のシミュレーション結果である。曲線Ｃ４０２（実線）は、前述の図１８に示す比較例に係るアンテナ装置１０の利得［ｄＢｉ］のシミュレーション結果である。図２０（ａ）〜（ｆ）のシミュレーション結果に示すように、地板１１０の傾斜壁部１１０ｂ（１）〜１１０ｂ（４）にスロット１５０（１）〜１５０（４）を設けることにより、傾斜壁部１１０ｂ（１）〜１１０ｂ（４）の傾斜角ψを大きくしていったときの傾斜角ψの影響による狭ビーム化を抑制することができる。

【0039】

図２１は、実施形態に係る複数のアンテナ装置１０（１），１０（２）を有する無線通信装置４００の構成例を示すブロック図である。例えば、第１のアンテナ装置１０（１）は円偏波の電波を送受信するアンテナ装置であり、第２のアンテナ装置１０（２）は直線偏波の電波を送受信するアンテナ装置である。無線通信装置４００は、例えば、ＧＰＳ受信装置、ムービングセル基地局の基地局装置、車車間通信装置などである。また、無線通信装置４００はドップラーダイバーシチ機能を有してもよい。また、無線通信装置４００は、ドップラーシフト補正機能を有してもよい。

【0040】

図２１において、無線通信装置４００は、アンテナ切替部４１０と無線通信処理部４２０とデータ処理部４３０と制御部４４０と記憶部４５０とを備えている。第１のアンテナ装置１０（１）及び第２のアンテナ装置１０（２）は、アンテナ切替部４１０を介して無線通信処理部４２０と接続されている。アンテナ切替部４１０は、例えば無線通信の用途又は各アンテナ装置の受信強度に基づいて、第１のアンテナ装置１０（１）及び第２のアンテナ装置１０（２）の少なくとも一つを無線通信処理部４２０に接続するようにスイッチを切り替える。

【0041】

無線通信処理部４２０は、送受共用器、ローノイズ高周波増幅器、送信電力増幅器、周波数変換器などを有し、複数のアンテナ装置１０（１），１０（２）の少なくとも一つを介して無線信号の送信及び受信を行う。

【0042】

データ処理部４３０は、無線通信処理部４２０から受けた受信信号の復調及び復号化の処理を行って受信データを復元したり、送信データの符号化及び変調を行って送信信号を生成して無線通信処理部４２０に渡したりする。

【0043】

制御部４４０は、予め組み込まれた制御プログラムを実行することにより、制御情報に基づいて、アンテナ切替部４１０、無線通信処理部４２０及びデータ処理部４３０を制御する。記憶部４５０は、受信データ、送信データ、制御プログラム、制御情報などを記憶する。

【0044】

なお、図２１の無線通信装置４００において、アンテナ装置１０は単数であってもよいし、３以上の複数のアンテナ装置１０を備えてもよい。

【0045】

図２２は、実施形態に係るアンテナ装置１０の自動車４０への取り付け例を示す説明図である。図２２の例は、自動車４０の筐体（ボディ）を構成している屋根の一部をプラスティック等の絶縁体で形成し、その絶縁体で形成された屋根部分の内側に、ＧＮＳＳ人工衛星５０からの電波を受信可能なＧＮＳＳ用のアンテナ装置１０を設け、そのアンテナ装置１０のアンテナ素子と車載の無線通信装置４００とを接続した例である。本実施形態のアンテナ装置１０は厚さが薄く小型であるため、自動車４０の筐体の内側及び外側それぞれへの突出した部分がなくなり、広い室内空間を確保することができるとともに外観の美観を損なうこともない。また、自動車４０の筐体の設計の自由度も高くなる。

【0046】

特に、図２２の自動車４０において、前述の図１２及び図１３に示したような所定の傾斜角ψの傾斜壁部１１０ｂ（１）〜１１０ｂ（４）を有する落とし込み地板型のアンテナ装置１０を設けた場合、指向性の主ビームの中央部の利得低下を抑制しつつ所定の閾値以上の利得が得られる仰角θ’（＝９０度−天頂角θ）の角度範囲を広くすることができる。例えば、仰角θ’（＝９０度−天頂角θ）が下限（Ｌｉｍｉｔ）の２０度から９０度までの角度範囲で所定の閾値以上の利得が得られる。このようにアンテナ装置１０を自動車４０に内蔵することによる広い仰角θ’の範囲における利得の劣化を回避し、ＧＮＳＳ人工衛星５０からの電波を受信感度が劣化しにくくなるので、精度の高いＧＮＳＳ位置情報を安定して取得できる。

【0047】

以上、本実施形態によれば、導電性の地板１１０とアンテナ素子１２０との距離を電波の波長の１／２よりも短くすることにより厚さ方向のサイズを抑制することができる。更に、アンテナ素子１２０を給電型の第１放射素子として機能させ、地板１１０に有する複数のスロット１５０（１）〜１５０（４）を無給電型の複数の第２放射素子として機能させることができるため、アンテナ素子１２０に垂直な厚さ方向（天頂方向）の指向性の利得を改善することができる。よって、アンテナ素子１２０の主ビーム方向とは反対側に反射部材を設けた構成に比して厚さ方向のサイズを抑制することができるとともにアンテナ素子１２０の主ビームＢｍの指向性の利得を改善することができる。また、導波器や反射器などの追加部材を設けることなく、アンテナ装置１０の利得性能を低下させることなく、アンテナ装置１０の厚さ方向のサイズを抑制することができるので、アンテナ装置の大型化及び製造コストの上昇を回避することができる。

【0048】

なお、本明細書で説明された処理工程並びに無線通信装置の構成要素は、様々な手段によって実装することができる。例えば、これらの工程及び構成要素は、ハードウェア、ファームウェア、ソフトウェア、又は、それらの組み合わせで実装されてもよい。

【0049】

ハードウェア実装については、実体（例えば、各種無線通信装置、Ｎｏｄｅ Ｂ、端末、ハードディスクドライブ装置、又は、光ディスクドライブ装置）において上記工程及び構成要素を実現するために用いられる処理ユニット等の手段は、１つ又は複数の、特定用途向けＩＣ（ＡＳＩＣ）、デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）、デジタル信号処理装置（ＤＳＰＤ）、プログラマブル・ロジック・デバイス（ＰＬＤ）、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ）、プロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ、マイクロプロセッサ、電子デバイス、本明細書で説明された機能を実行するようにデザインされた他の電子ユニット、コンピュータ、又は、それらの組み合わせの中に実装されてもよい。

【0050】

また、ファームウェア及び／又はソフトウェア実装については、上記構成要素を実現するために用いられる処理ユニット等の手段は、本明細書で説明された機能を実行するプログラム（例えば、プロシージャ、関数、モジュール、インストラクション、などのコード）で実装されてもよい。一般に、ファームウェア及び／又はソフトウェアのコードを明確に具体化する任意のコンピュータ／プロセッサ読み取り可能な媒体が、本明細書で説明された上記工程及び構成要素を実現するために用いられる処理ユニット等の手段の実装に利用されてもよい。例えば、ファームウェア及び／又はソフトウェアコードは、例えば制御装置において、メモリに記憶され、コンピュータやプロセッサにより実行されてもよい。そのメモリは、コンピュータやプロセッサの内部に実装されてもよいし、又は、プロセッサの外部に実装されてもよい。また、ファームウェア及び／又はソフトウェアコードは、例えば、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）、不揮発性ランダムアクセスメモリ（ＮＶＲＡＭ）、プログラマブルリードオンリーメモリ（ＰＲＯＭ）、電気的消去可能ＰＲＯＭ（ＥＥＰＲＯＭ）、ＦＬＡＳＨメモリ、フロッピー（登録商標）ディスク、コンパクトディスク（ＣＤ）、デジタルバーサタイルディスク（ＤＶＤ）、磁気又は光データ記憶装置、などのような、コンピュータやプロセッサで読み取り可能な媒体に記憶されてもよい。そのコードは、１又は複数のコンピュータやプロセッサにより実行されてもよく、また、コンピュータやプロセッサに、本明細書で説明された機能性のある態様を実行させてもよい。

【0051】

また、前記媒体は非一時的な記録媒体であってもよい。また、前記プログラムのコードは、コンピュータ、プロセッサ、又は他のデバイス若しくは装置機械で読み込んで実行可能であればよく、その形式は特定の形式に限定されない。例えば、前記プログラムのコードは、ソースコード、オブジェクトコード及びバイナリコードのいずれでもよく、また、それらのコードの２以上が混在したものであってもよい。

【0052】

また、本明細書で開示された実施形態の説明は、当業者が本開示を製造又は使用するのを可能にするために提供される。本開示に対するさまざまな修正は当業者には容易に明白になり、本明細書で定義される一般的原理は、本開示の趣旨又は範囲から逸脱することなく、他のバリエーションに適用可能である。それゆえ、本開示は、本明細書で説明される例及びデザインに限定されるものではなく、本明細書で開示された原理及び新規な特徴に合致する最も広い範囲に認められるべきである。

【符号の説明】

【0053】

１０ ：アンテナ装置
４０ ：自動車
５０ ：ＧＮＳＳ人工衛星
１１０ ：地板
１１０ｓ ：主面
１１０ａ ：主面の中央部
１１０ｂ ：傾斜壁部
１２０ ：アンテナ素子
１２１，１２２ ：接続部
１３０ ：誘電体部材
１４０ ：誘電体基板
１４０ａ ：支持面
１４０ｂ ：開口部
１５０ ：スロット
１５０ｅ ：長手方向端縁
１６０ ：天頂板
４００ ：無線通信装置
４１０ ：アンテナ切替部
４２０ ：無線通信処理部
４３０ ：データ処理部
４４０ ：制御部
４５０ ：記憶部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】