特開 2024-26907 平面アンテナ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024026907

(43)【公開日】2024-02-29

(54)【発明の名称】平面アンテナ

(51)【国際特許分類】

   H01Q 13/08 20060101AFI20240221BHJP

   H01Q 9/40 20060101ALI20240221BHJP

   H01Q 1/38 20060101ALI20240221BHJP

   H01Q 1/50 20060101ALI20240221BHJP

【ＦＩ】

H01Q13/08

H01Q9/40

H01Q1/38

H01Q1/50

【審査請求】未請求

【請求項の数】13

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021000843

(22)【出願日】2021-01-06

(71)【出願人】

【識別番号】000000044

【氏名又は名称】ＡＧＣ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(72)【発明者】

【氏名】山中 大輔

(72)【発明者】

【氏名】森本 康夫

【テーマコード（参考）】

5J045

5J046

【Ｆターム（参考）】

5J045DA09

5J045HA03

5J046AB06

5J046PA09

5J046TA03

(57)【要約】

【課題】折り曲げることが可能な平面アンテナを提供する。
【解決手段】平面アンテナは、仮想対称線に沿って延在する端辺を有する誘電体基板と、前記誘電体基板とともに平面的に配置され、前記仮想対称線上に位置する一辺を有するアンテナ部と、前記誘電体基板に設けられ、前記アンテナ部の給電部に接続される一端を有する給電線路と、前記誘電体基板に設けられ、前記給電線路の他端に接続されるコネクタ部とを含み、前記給電部は前記仮想対称線上に位置し、前記給電線路の少なくとも一部の区間は、前記仮想対称線から離れて設置される。
【選択図】図５

【特許請求の範囲】

【請求項1】

仮想対称線に沿って延在する端辺を有する誘電体基板と、
前記誘電体基板とともに平面的に配置され、前記仮想対称線上に位置する一辺を有するアンテナ部と、
前記誘電体基板に設けられ、前記アンテナ部の給電部に接続される一端を有する給電線路と、
前記誘電体基板に設けられ、前記給電線路の他端に接続されるコネクタ部と
を含み、
前記給電部は前記仮想対称線上に位置し、
前記給電線路の少なくとも一部の区間は、前記仮想対称線から離れて設置される、平面アンテナ。

【請求項2】

前記給電線路は、前記一端から前記仮想対称線に沿って延在する第１区間を有し、
前記第１区間の長さは、前記アンテナ部の通信周波数帯のうちの最も低い周波数における波長の１／４以下の長さである、請求項１に記載の平面アンテナ。

【請求項3】

前記給電線路は、前記仮想対称線から離れる方向に延在する１又は複数の第２区間を有する、請求項１又は２に記載の平面アンテナ。

【請求項4】

前記給電線路は、前記仮想対称線に沿って延在する区間と、前記仮想対称線から離れる方向に延在する区間とを組とする組区間を２つ以上含む、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の平面アンテナ。

【請求項5】

前記２つ以上の組区間に含まれる前記仮想対称線に沿って延在する区間の長さのうちの最大の長さは、前記アンテナ部の通信周波数帯のうちの最も低い周波数における波長の１／４以下の長さである、請求項４に記載の平面アンテナ。

【請求項6】

前記コネクタ部は、前記仮想対称線上に配置される、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の平面アンテナ。

【請求項7】

前記給電線路に形成される、インピーダンス整合回路又はフィルタ回路をさらに含む、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の平面アンテナ。

【請求項8】

前記給電線路は、前記仮想対称線に平行な方向に延在する並行区間と、前記並行区間に対して垂直な方向に延在する垂直区間と、前記並行区間と前記垂直区間とを接続する接続区間とを有し、
前記接続区間は、前記並行区間と前記垂直区間との間で直角に屈曲する区間、前記並行区間と前記垂直区間とに対して斜め方向に延在する区間、又は、前記並行区間と前記垂直区間との間で湾曲する区間である、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の平面アンテナ。

【請求項9】

前記給電線路は、前記誘電体基板の第１面に設けられ、前記一端と前記他端との間で延在する信号線導体と、前記誘電体基板の第２面に設けられるグランド層とを有するマイクロストリップラインである、請求項１乃至８のいずれか１項に記載の平面アンテナ。

【請求項10】

前記アンテナ部は、グランド層を含まない、請求項１乃至９のいずれか１項に記載の平面アンテナ。

【請求項11】

前記誘電体基板は、平面視で前記アンテナ部が存在する領域にも延在しており、
前記アンテナ部は、前記誘電体基板に設けられる、請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の平面アンテナ。

【請求項12】

前記アンテナ部は、平面視で四半円の円周部分を有する、請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の平面アンテナ。

【請求項13】

前記誘電体基板は、フレキシブル基板である、請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の平面アンテナ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、平面アンテナに関する。

【背景技術】

【0002】

従来より、セラミック基板と、セラミック基板の表面に形成されたモノポールアンテナ素子と、セラミック基板の表面に形成され、モノポールアンテナ素子の給電部に接続されるコプレーナ線路とを含むＵＷＢ(Ultra-Wide Band)用の平面モノポールアンテナがある。ＵＷＢ用のモノポールアンテナ素子は対称軸を有する線対称な形状を有する。

【0003】

また、上述のようなモノポールアンテナ素子及びコプレーナ線路の対称軸の片側のみを含む半分の構成にすることで小形化を図った平面モノポールアンテナがある。このように対称軸の片側のみの半分の構成を有するモノポールアンテナ素子を用いても、線対称な構成のモノポールアンテナ素子を用いる場合と同様に広帯域化を図ることができ、ＵＷＢ用の平面モノポールアンテナとして利用可能である（例えば、非特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0004】

【非特許文献1】IEEE TRANSACTIONS ON ANTENNAS AND PROPAGATION, VOL. 58, NO. 7, JULY 2010, Miniaturization of Planar Monopole Antenna for Ultrawideband Radios, Mei Sun, Member, IEEE, Yue Ping Zhang, Fellow, IEEE, and Yilong Lu, Member, IEEE

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、従来の対称軸の片側のみの半分の構成を有するモノポールアンテナ素子を用いたＵＷＢ用の平面モノポールアンテナは、セラミック基板に形成されているため、基板ごと折り曲げて利用することはできない。

【0006】

そこで、折り曲げることが可能な平面アンテナを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の実施形態の平面アンテナは、仮想対称線に沿って延在する端辺を有する誘電体基板と、前記誘電体基板とともに平面的に配置され、前記仮想対称線上に位置する一辺を有するアンテナ部と、前記誘電体基板に設けられ、前記アンテナ部の給電部に接続される一端を有する給電線路と、前記誘電体基板に設けられ、前記給電線路の他端に接続されるコネクタ部とを含み、前記給電部は前記仮想対称線上に位置し、前記給電線路の少なくとも一部の区間は、前記仮想対称線から離れて設置される。

【発明の効果】

【0008】

折り曲げることが可能な平面アンテナを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】実施形態の平面アンテナ１００を示す図である。

【図2】実施形態の平面アンテナ１００を示す図である。

【図3】図１のＡ－Ａ矢視断面とＢ－Ｂ矢視断面を示す図である。

【図4】平面アンテナ１００における仮想的な構成を説明する図である。

【図5】平面アンテナ１００の使用態様の一例を示す図である。

【図6】平面アンテナ１００のシミュレーションモデルを示す図である。

【図7】９０度折り曲げた平面アンテナ１００のシミュレーションモデルを示す図である。

【図8】Ｓ１１パラメータの周波数特性のシミュレーション結果を示す図である。

【図9】比較例の平面アンテナ１０のシミュレーションモデルを示す図である。

【図10】平面アンテナ１０を折り曲げずに求めたＳ１１パラメータの周波数特性を示す図である。

【図11】変形例の平面アンテナ１００Ｍ１～１００Ｍ２を示す図である。

【図12】変形例の平面アンテナ１００Ｍ３～１００Ｍ４を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

＜実施形態＞
以下、本開示の平面アンテナを適用した実施形態について説明する。以下では、ＸＹＺ座標系を定義して説明する。Ｘ軸に平行な方向（Ｘ方向）、Ｙ軸に平行な方向（Ｙ方向）、Ｚ軸に平行な方向（Ｚ方向）は、互いに直交する。また、以下では、説明の便宜上、－Ｚ方向側を下側又は下、＋Ｚ方向側を上側又は上と称す場合がある。また、平面視とはＸＹ面視することをいう。また、以下では構成が分かり易くなるように各部の長さ、太さ、厚さ等を誇張して示す場合がある。また、平行、直角、直交、水平、垂直、上下等の文言は、実施形態の効果を損なわない程度のずれを許容するものとする。

【0011】

＜平面アンテナ１００の構成＞
図１及び図２は、実施形態の平面アンテナ１００を示す図である。図１は、平面アンテナ１００の上面側を示し、図２は平面アンテナ１００の下面側を示す。図３は、図１のＡ－Ａ矢視断面とＢ－Ｂ矢視断面を示す図である。

【0012】

平面アンテナ１００は、基板５０、アンテナ素子１１０、信号線路１２０、コネクタ１３０、及びグランド層１４０を含む。基板５０は誘電体基板の一例であり、アンテナ素子１１０はアンテナ部の一例であり、信号線路１２０は、信号線導体の一例であり、コネクタ１３０はコネクタ部の一例である。

【0013】

基板５０は、誘電体製の基板であればよく、一例として可撓性を有するフレキシブル基板である。フレキシブル基板としての基板５０は、例えばポリイミド製の基板で実現できる。基板５０の上面５０Ａは第１面の一例であり、基板５０の下面５０Ｂは第２面の一例である。基板５０の上面５０Ａには、アンテナ素子１１０、信号線路１２０、コネクタ１３０が設けられ、基板５０の下面５０Ｂには、グランド層１４０が設けられる。

【0014】

ここで、図１に示す仮想対称線Ｓは、信号線路１２０の線路部１２１の端辺１２１Ａを含む直線であり、Ｙ軸に平行である。線路部１２１は、アンテナ素子１１０の給電部１１５に接続されてＹ方向に延在する第１区間の一例である。線路部１２１の給電部１１５に接続される端部は、一端の一例である。端辺１２１Ａは、仮想対称線Ｓ上に位置する一辺の一例であり、線路部１２１の端辺のうちの－Ｘ方向側でＹ方向に延在する端辺である。なお、仮想対称線Ｓについては後述する。

【0015】

基板５０は、一例として平面視で矩形状であり、Ｙ軸方向に延在する長手方向を有する。基板５０の長手方向は、平面アンテナ１００の長手方向である。基板５０は、端辺５１、５２、５３、５４を有する。端辺５１は、基板５０の－Ｙ方向側でＸ方向に延在する。端辺５２は、基板５０の－Ｘ方向側でＹ方向に延在する。端辺５３は、基板５０の＋Ｙ方向側でＸ方向に延在する。端辺５４は、基板５０の＋Ｘ方向側でＹ方向に延在する。

【0016】

これらのうち、端辺５２は、平面視で仮想対称線Ｓよりも－Ｘ方向側にオフセットして仮想対称線Ｓに沿って延在している。ここで、端辺５２が仮想対称線Ｓに沿って延在するとは、端辺５２が仮想対称線Ｓと一致していなくても（仮想対称線Ｓに含まれていなくても）、仮想対称線Ｓと平行に延在していることをいう。なお、上述したように、平行という文言は、実施形態の効果を損なわない程度のずれを許容する。

【0017】

ここでは、アンテナ素子１１０、信号線路１２０、コネクタ１３０、及びグランド層１４０の外縁が、基板５０の端辺５１～５４に対して、基板５０の内側にオフセットしている形態について説明する。外縁とは物体の外側を囲むへりである。しかしながら、このようなオフセットが生じないように作製可能である場合には、アンテナ素子１１０、信号線路１２０、コネクタ１３０、及びグランド層１４０の外縁のうちの少なくとも一部分は、基板５０の端辺５１～５４と一致していてもよい。

【0018】

アンテナ素子１１０は、基板５０の上面５０Ａの－Ｙ方向側の約半分の領域内に設けられている。アンテナ素子１１０は、基板５０とともに平面的に配置されている。アンテナ素子１１０は、金属製であればよく、一例として銅箔又は銅板で作製できる。アンテナ素子１１０は、平面視で四半円状の四半円部１１０Ａと、平面視で矩形状の矩形部１１０Ｂとを有する。ここで、四半円とは円の中心を通り互いに垂直な２本の直線で四等分して得られる１／４の円である。四半円状とは四半円の形状を有することをいう。

【0019】

矩形部１１０Ｂは、四半円部１１０Ａの－Ｙ方向側に位置し、平面視で長方形の形状を有する部分である。四半円部１１０Ａと矩形部１１０Ｂは一体的に形成されるが、ここでは分かり易くするために、四半円部１１０Ａと矩形部１１０Ｂとの境界をＸ軸に平行な破線で示す。

【0020】

アンテナ素子１１０の外縁は、端辺５１の近傍でＸ方向に延在する端辺１１１と、端辺５２の近傍でＹ方向に延在する端辺１１２と、四半円部１１０Ａの円周部１１１Ａと、端辺５４の近傍でＹ方向に延在する端辺１１４とで構成される。円周部１１１Ａは円周部分の一例である。端辺１１２は、四半円部１１０Ａの外縁のうちの－Ｘ方向側でＹ方向に延在する端辺と、矩形部１１０Ｂの外縁のうちの－Ｘ方向側でＹ方向に延在する端辺とを合わせた端辺である。端辺１１４は、矩形部１１０Ｂの外縁のうちの＋Ｘ方向側でＹ方向に延在する端辺である。

【0021】

端辺１１２は、信号線路１２０の線路部１２１の端辺１２１Ａと同一直線上に位置する。このため、端辺１１２は、仮想対称線Ｓと同一直線上に位置する。端辺１１２は、四半円部１１０Ａの半径に相当する－Ｘ方向側の端辺を含む。アンテナ素子１１０の端辺１１２は、仮想対称線Ｓ上に位置する一辺の一例である。

【0022】

アンテナ素子１１０は、円周部１１１Ａの端辺５２側の端部に給電部１１５を有する。給電部１１５は、仮想対称線Ｓ上に位置し、アンテナ素子１１０の円周部１１１Ａと端辺１１２とが接する接続部に位置する。給電部１１５の位置は、円周部１１１Ａの両端のうち、グランド層１４０に近い側の端部である。

【0023】

給電部１１５には信号線路１２０が接続される。アンテナ素子１１０は、給電部１１５で給電され、電波を放射するモノポールアンテナ素子である。アンテナ素子１１０の通信周波数帯は、一例として８００ＭＨｚから５ＧＨｚである。四半円部１１０Ａは広帯域化が可能なアンテナ素子である。四半円部１１０Ａを含むアンテナ素子１１０は、広帯域モノポールアンテナの一例である。なお、このように広帯域化を図ったアンテナ素子１１０は、四半円部１１０Ａを有していればよく、矩形部１１０Ｂを有していなくてもよいが、矩形部１１０Ｂを含むことによって、さらに広帯域化を図ることができる。

【0024】

信号線路１２０は、金属製であればよく、一例として銅箔又は銅板で作製できる。信号線路１２０は、基板５０の上面５０Ａの＋Ｙ方向側の約半分の領域内に設けられている。このため、信号線路１２０は、平面視でグランド層１４０と重なっており、マイクロストリップラインを構築する。信号線路１２０とグランド層１４０とで構築されるマイクロストリップラインは、平面アンテナ１００の給電線路の一例である。マイクロストリップラインの特性インピーダンスは、一例として５０Ωに設定される。なお、平面アンテナ１００の給電線路は、マイクロストリップライン以外の構成であってもよい。

【0025】

信号線路１２０は、給電部１１５から＋Ｙ方向に延在する線路部１２１と、線路部１２１の＋Ｙ方向側の端部から平面視で９０度屈曲して＋Ｘ方向に延在する線路部１２２と、線路部１２２の＋Ｘ方向側の端部から平面視で９０度屈曲して＋Ｙ方向に延在する線路部１２３と、線路部１２３の＋Ｙ方向側の端部から平面視で９０度屈曲して－Ｘ方向に延在する線路部１２４とを有する。線路部１２２及び１２４は、仮想対称線Ｓから離れる方向に延在する第２区間の一例である。

【0026】

ここで、線路部１２１の端辺１２１Ａとは反対側の端辺を端辺１２１Ｂとする。また、線路部１２４の－Ｘ方向側の端部は、仮想対称線Ｓよりも＋Ｘ方向側に位置しており、コネクタ１３０の信号端子１３１に接続される。

【0027】

線路部１２１の端辺１２１Ａは、仮想対称線Ｓ上に位置する。換言すれば、端辺１２１Ａは、仮想対称線Ｓに含まれる。また、線路部１２２は仮想対称線Ｓ上に位置する部分を含まないこととする。このため、線路部１２２、１２３、１２４は、平面視で仮想対称線Ｓよりも＋Ｘ方向側に位置している。このように、信号線路１２０は、給電部１１５とコネクタ１３０の信号端子との間で、仮想対称線Ｓよりも＋Ｘ方向側にオフセットし、仮想対称線Ｓ上に位置しない線路部１２２、１２３、１２４を有する。このように、信号線路１２０が仮想対称線Ｓ上に位置しない区間を有する理由については後述する。

【0028】

線路部１２１の端辺１２１Ａは、グランド層１４０の端辺１４２と同一のＹＺ平面上に位置する。このため、線路部１２１の端辺１２１Ａと、グランド層１４０の端辺１４２とのＸ方向における位置は等しい。一般的なマイクロストリップラインは、平面視で線路部よりもグランド層の方が幅広いため、厳密にいうと、線路部１２１については、Ｘ方向において端辺１２１Ｂがある＋Ｘ方向側がマイクロストリップラインを構築していることになる。端辺１２１Ａを含む直線が仮想対称線Ｓになるのは、端辺１２１Ａは、グランド層１４０の端辺１４２と同一のＹＺ平面上に位置し、端辺１２１Ａと端辺１４２とのＸ方向における位置が等しいからである。仮想対称線Ｓの詳細については、図４を用いて後述する。

【0029】

なお、信号線路１２０のうち、給電部１１５に接続される線路部１２１の長さは、アンテナ素子１１０の通信周波数帯のうちの最も低い周波数における波長の電気長の１／４以下の長さに設定される。線路部１２１がアンテナとして機能することを抑制するためである。

【0030】

また、グランド層１４０の外縁のうちの－Ｙ方向側でＸ方向に延在する端辺１４１と、アンテナ素子１１０との間にＹ方向のギャップがあると、線路部１２１の－Ｙ方向側の端部に平面視でグランド層１４０と重ならない区間が生じる。このような線路部１２１のグランド層１４０と重ならない区間をインピーダンスの調整用に利用してもよい。また、線路部１２１のグランド層１４０と重ならない区間が生じないように、端辺１４１とアンテナ素子１１０との間にＹ方向のギャップが生じないような構成にしてもよい。

【0031】

コネクタ１３０は、基板５０の端辺５２の近傍に位置しており、コネクタ１３０の－Ｘ方向側の端部は、平面視で仮想対称線Ｓ上に位置している。コネクタ１３０は、信号端子１３１とグランド端子（図示を省略）とを有する。信号端子１３１は線路部１２４に接続されており、グランド端子は基板５０をＺ方向（厚さ方向）に貫通するビアによってグランド層１４０に接続されている。コネクタ１３０は、同軸ケーブル等を介して、平面アンテナ１００を利用する送信装置、受信装置、又は送受信装置に接続される。

【0032】

グランド層１４０は、基板５０の下面５０Ｂの－Ｙ方向側の約半分の領域内に設けられている。グランド層１４０は、金属製であればよく、一例として銅箔又は銅板で作製できる。グランド層１４０の外縁の四辺のうち、－Ｙ方向側でＸ軸方向に延在する端辺は端辺１４１であり、－Ｘ方向側でＹ軸方向に延在する端辺は端辺１４２である。なお、図１には基板５０の下面５０Ｂ側にあるグランド層１４０の位置を破線で示すが、図２には基板５０の下面５０Ｂにあるグランド層１４０のみを示す。

【0033】

＜平面アンテナ１００における仮想的な構成要素＞
図４は、平面アンテナ１００における仮想的な構成を説明する図である。図４には、平面アンテナ１００の実在の構成要素である、アンテナ素子１１０、信号線路１２０、コネクタ１３０、グランド層１４０、及び基板５０と、平面アンテナ１００の仮想的な構成要素である、アンテナ素子１１０Ｖ、信号線路１２０Ｖ、コネクタ１３０Ｖ、及びグランド層１４０Ｖとを示す。また、図４では、各部の構成が分かり易くなるように、信号線路１２０、コネクタ１３０、信号線路１２０Ｖ、コネクタ１３０Ｖを大型化して示す。

【0034】

アンテナ素子１１０Ｖ、信号線路１２０Ｖ、コネクタ１３０Ｖ、グランド層１４０Ｖは、仮想対称線Ｓを対称軸として、アンテナ素子１１０、信号線路１２０、コネクタ１３０、グランド層１４０とそれぞれ線対称な形状を有する。信号線路１２０Ｖは、線路部１２１Ｖ、１２２Ｖ、１２３Ｖ、１２４Ｖを有し、線路部１２１Ｖ、１２２Ｖ、１２３Ｖ、１２４Ｖは、仮想対称線Ｓを対称軸として、線路部１２１、１２２、１２３、１２４とそれぞれ線対称な形状を有する。

【0035】

信号線路１２０Ｖは、グランド層１４０Ｖとともに仮想的なマイクロストリップラインを構築する。仮想対称線Ｓは、線路部１２１と線路部１２１Ｖとの間（境界）をＹ方向に通る直線である。

【0036】

線路部１２１と線路部１２１Ｖとを合わせた仮想的な線路の仮想対称線Ｓよりも－Ｘ方向側の半分である線路部１２１Ｖを取り払うと、線路部１２１の端辺１２１Ａ側は、端辺１２１Ｂ側から見るとオープンになり、インピーダンスが無限大になったように見える。このため、線路部１２１Ｖが存在しなくても、仮想対称線Ｓを対称軸として線路部１２１と線対称な線路部１２１Ｖが存在しているのと同じような線対称な電流分布が線路部１２１に得られる。

【0037】

別な視点から説明すれば、線路部１２１と線路部１２１Ｖとを合わせた線路を有するマイクロストリップラインが実際に存在する場合に、このマイクロストリップラインのＸ方向の幅の中央をＹ方向に通る直線を含むＹＺ平面はオープンな平面（インピーダンスが無限な平面）になる。このため、片側である線路部１２１Ｖが存在しなくても、仮想対称線Ｓを対称軸として線路部１２１と線対称な線路部１２１Ｖが存在しているのと同じような線対称な電流分布が線路部１２１に得られる。

【0038】

このような対称軸が存在すると、線路部１２２、１２３、１２４についても同様に、線路部１２２Ｖ、１２３Ｖ、１２４Ｖが存在しなくても、仮想対称線Ｓを対称軸として線路部１２２、１２３、１２４と線対称な線路部１２２Ｖ、１２３Ｖ、１２４Ｖが存在しているのと同じような線対称な電流分布が得られる。また、グランド層１４０についても同様に、線対称なグランド層１４０Ｖが存在しているのと同じような線対称な電流分布が得られる。

【0039】

また、信号線路１２０及びグランド層１４０について線対称な信号線路１２０Ｖ及びグランド層１４０Ｖが存在しているのと同じような線対称な電流分布が得られることにより、アンテナ素子１１０についても同様に、アンテナ素子１１０Ｖが存在しなくても、仮想対称線Ｓを対称軸としてアンテナ素子１１０と線対称なアンテナ素子１１０Ｖが存在しているのと同じような線対称な電流分布が得られる。

【0040】

このため、仮想対称線Ｓを対称軸としてアンテナ素子１１０Ｖ、信号線路１２０Ｖ、コネクタ１３０Ｖ、グランド層１４０Ｖが実際に存在しているのと同じように仮想対称線Ｓを対称軸とした線対称な電流分布が得られ、平面アンテナ１００の小形化を図りつつ、アンテナ素子１１０及び１１０Ｖを合わせた半円状で広帯域なアンテナ素子（１１０＋１１０Ｖ）が存在しているのと同等の放射特性を得ることができる。

【0041】

＜平面アンテナ１００の使用態様の一例＞
図５は、平面アンテナ１００の使用態様の一例を示す図である。図５には、湾曲した壁部３０に平面アンテナ１００を固定した状態を示す。壁部３０は、金属以外の材料で形成されていれば、どのような構造物であってもよい。ここでは、一例として平面アンテナ１００は、Ｘ方向に延在する折り曲げ線に対して、長手方向において折り畳まれるように折り曲げられている。このため、図５に示すように湾曲した壁部３０に沿って、アンテナ素子１１０、信号線路１２０、及びグランド層１４０が位置している。また、コネクタ１３０には同軸ケーブル３１の一端が接続されている。同軸ケーブル３１の他端は、一例として８００ＭＨｚから５ＧＨｚまでの高周波電力を出力可能な高周波電源に接続されている。

【0042】

ここで、平面アンテナ１００のうちのアンテナ素子１１０の区間を折り曲げると、アンテナ素子１１０の－Ｙ方向側と＋Ｙ方向側が向かい合うため、結合等が生じて放射特性が劣化する。また、グランド層１４０の区間を同様に向かい合うように折り曲げても結合等が生じて放射特性が劣化する。このため、平面アンテナ１００を長手方向において折り曲げる際には、Ｙ方向において信号線路１２０が位置する区間で折り曲げることが好ましい。このような理由から、図５では壁部３０の曲率が最も小さい部分に信号線路１２０が位置するように平面アンテナ１００が配置されている。

【0043】

ただし、信号線路１２０の線路部１２１又は線路部１２３のようにＹ方向に延在する区間が長いと結合等が生じてインピーダンス特性等が劣化し、平面アンテナ１００の放射特性が劣化するおそれがある。このため、信号線路１２０は、Ｙ方向に延在する区間を短くして、Ｘ方向に延在する区間を長くした方が、折り曲げた場合のインピーダンス特性等の劣化を抑制できる。信号線路１２０の区間を折り曲げる際に、Ｙ方向に延在する区間が折り曲げられると、折り曲げられた部分が弧を形成するように湾曲するため、非常に近い距離で向かい合う部分が生じ、結合が増大する。これに対して、線路部１２２及び線路部１２４のようにＸ方向に延在する別々の区間であれば、位置の調整等によって向かい合うことを避けやすく、結合の増大を抑制しやすい。

【0044】

このような理由から、信号線路１２０は、線路部１２２及び線路部１２４のようにＸ方向に延在する区間を有し、Ｘ方向に延在する区間の長さをなるべく長く取っている。給電部１１５に接続される線路部１２１は、仮想対称線Ｓ上に位置するため、信号線路１２０は、仮想対称線Ｓよりも＋Ｘ方向側にオフセットする区間を有する。本実施形態では、一例として信号線路１２０は、線路部１２２及び１２４のようにＸ方向に延在する区間を有するとともに、線路部１２１以外でＹ方向に延在する区間としては、仮想対称線Ｓよりも＋Ｘ方向側にオフセットした線路部１２３を有する。信号線路１２０は、給電部１１５に接続される線路部１２１を＋Ｙ方向に一直線状に延在させたような構成は採用しない。

【0045】

特に、信号線路１２０は、仮想対称線Ｓに沿ってＹ方向に延在する区間と、仮想対称線Ｓから離れる方向に延在する区間とを組とする組区間を２つ以上含むことが好ましい。このようにすることで、Ｙ方向に延在している各区間の長さを短くできるので、仮にＹ方向に延在する区間で図５に示すように折り曲げられたとしても、その影響が遠くまで及ぶことを抑制できる。具体的には、例えば、信号線路１２０では、線路部１２１及び１２３が仮想対称線Ｓに沿ってＹ方向に延在する区間であり、線路部１２２及び１２４が仮想対称線Ｓから離れる方向に延在する区間である。また、線路部１２１及び１２２が１つの組区間であり、線路部１２３及び１２４が１つの組区間である。信号線路１２０は、仮想対称線Ｓに沿ってＹ方向に延在する区間と、仮想対称線Ｓから離れる方向に延在する区間とを組とする組区間を２つ含む構成を有する。

【0046】

また、２つ以上の組区間に含まれる仮想対称線Ｓに沿って延在する区間の長さのうちの最大の長さは、アンテナ素子１１０の通信周波数帯のうちの最も低い周波数における波長の１／４以下の長さであることが好ましい。仮想対称線Ｓに沿って延在する区間がアンテナとして機能することを抑制するためである。具体的には、例えば、信号線路１２０では、仮想対称線Ｓに沿って延在する線路部１２１及び１２３のうち、線路部１２３の長さの方が線路部１２１よりも長い場合には、線路部１２３の長さが、アンテナ素子１１０の通信周波数帯のうちの最も低い周波数における波長の１／４以下の長さであればよい。また、例えば、線路部１２１の長さの方が線路部１２３よりも長い場合には、線路部１２１の長さが、アンテナ素子１１０の通信周波数帯のうちの最も低い周波数における波長の１／４以下の長さであればよい。

【0047】

また、ノイズの発生を抑制する観点から、信号線路１２０のうちのＸ方向又はＹ方向に延在している各区間の長さは、各区間の幅の３倍以上であることが好ましい。具体的には、例えば、Ｙ方向に延在する線路部１２１及び１２３のＹ方向の長さは、それぞれ、線路部１２１及び１２３のＸ方向の幅の３倍以上であることが好ましい。また、例えば、Ｘ方向に延在する線路部１２２及び１２４のＸ方向の長さは、それぞれ、線路部１２２及び１２４のＹ方向の幅の３倍以上であることが好ましい。なお、一例として、線路部１２１乃至１２４の幅は等しい。

【0048】

＜シミュレーションモデルと結果＞
図６は、平面アンテナ１００のシミュレーションモデルを示す図である。ＸＹＺ座標の原点は、基板５０の上面５０Ａ（図１、３参照）の中心である。図７は、９０度折り曲げた平面アンテナ１００のシミュレーションモデルを示す図である。図７では、平面アンテナ１００は、図６における＋Ｙ方向側の半分の部分が－Ｚ方向側に延在するように、図６におけるＹ方向の中心部分（線路部１２３がある部分）で折り曲げられている。

【0049】

図８は、Ｓ１１パラメータの周波数特性のシミュレーション結果を示す図である。電磁界シミュレーションによって、図６及び図７に示す２つのシミュレーションモデルにおけるＳ１１パラメータの周波数特性を求めた。Ｓ１１パラメータは、コネクタ１３０の信号端子１３１（図１参照）を入力ポートとして、信号端子１３１に入力する電力に対する、反射によって信号端子１３１に戻ってくる電力の比を表す。図８には、折り曲げなしの図６のシミュレーションモデルで得られた特性を実線で示し、９０の折り曲げた図７のシミュレーションモデルで得られた特性を破線で示す。

【0050】

図８に示すように、９０度折り曲げの特性は、折り曲げ無しの特性に比べて殆ど遜色のない結果を示した。９０度折り曲げのＳ１１パラメータは、－１０ｄＢを基準とすると、０．８ＧＨｚから２ＧＨｚあたりの周波数帯で折り曲げ無しのＳ１１パラメータよりも少し劣るが、－５ｄＢ以下の値が得られている。また、２ＧＨｚ以上の周波数帯では、９０度折り曲げのＳ１１パラメータの方が折り曲げ無しのＳ１１パラメータよりも全体的に低くなる結果が得られた。平面アンテナ１００は、折り曲げた状態においても折り曲げていない状態と同様に、通信可能な広い帯域が得られることを確認することができた。

【0051】

このようなシミュレーションにより、平面アンテナ１００は、折り曲げる用途に適用可能であり、折り曲げることによって反射特性の劣化が非常に少ないことを確認することができた。

【0052】

＜比較例のシミュレーションモデルの結果＞
図９は、比較例の平面アンテナ１０のシミュレーションモデルを示す図である。比較例の平面アンテナ１０は、アンテナ素子１１０の円周部１１１Ａのうち、アンテナ素子１１０のＸ方向の幅の中央に位置する部分に給電部１１５を有する。すなわち、給電部１１５は、仮想対称線Ｓ（図１参照）から＋Ｘ方向側にオフセットしている。また、信号線路２０は、給電部１１５から＋Ｙ方向に延在する線路部２１と、線路部２１の＋Ｙ方向側の端部から平面視で９０度屈曲して－Ｘ方向に延在する線路部２２とを有する。コネクタ１３０の－Ｘ方向側の端部は、仮想対称線Ｓ上に位置している。

【0053】

図９に示す平面アンテナ１０を折り曲げずに、Ｓ１１パラメータの周波数特性を求める電磁界シミュレーションを行ったところ、図１０に示す特性を得た。図１０は、平面アンテナ１０を折り曲げずに求めたＳ１１パラメータの周波数特性を示す図である。図１０に示すように、Ｓ１１パラメータの値は図８に示す２つの特性よりも全体的に高くなっており、特に約２．７ＧＨｚから５ＧＨｚの周波数帯では、－２ｄＢ前後の値になった。約２．７ＧＨｚ以上の周波数帯は、良好な通信を行うことが困難なレベルである。

【0054】

このように、比較例の平面アンテナ１０では、平面アンテナ１００のような広帯域は得られないことが分かった。比較例の平面アンテナ１０の反射特性が劣化したのは、給電部１１５及び線路部２１が仮想対称線Ｓ上に位置していないため、図４に示したような仮想的なアンテナ素子１１０Ｖ及び信号線路１２０Ｖ等による線対称な電流分布が得られなかったためである。また、線対称な電流分布が得られなかったため、広帯域化を図ることができなかったものと考えられる。

【0055】

上述のように、比較例の平面アンテナ１０は、給電部１１５が仮想対称線Ｓからオフセットしていることにより、実施形態の平面アンテナ１００と比べると、反射特性が悪く広帯域化を図ることができない。また、このような比較例の平面アンテナ１０を図５又は図７に示すように折り曲げると、信号線路２０の全長に対して折り曲げた部分の弧の長さの割合が大きくなることや、実施形態の平面アンテナ１００に比べて給電部１１５が－Ｙ方向にオフセットすることによってＹ方向に延在する区間である線路部２１の長さが長くなることから、さらに反射特性が劣化し、折り曲げて利用することは困難である。

【0056】

これに対して、実施形態の平面アンテナ１００は、図５又は図７に示すように折り曲げても反射特性が劣化しないため、折り曲げて利用できる。したがって、折り曲げることが可能な平面アンテナ１００を提供できる。

【0057】

平面アンテナ１００では、給電部１１５が円周部１１１Ａの両端のうちのグランド層１４０に近い側の端部において仮想対称線Ｓ上に位置し、信号線路１２０が給電部１１５から＋Ｙ方向に延在する線路部１２１を有する。また、線路部１２１の－Ｘ方向側の端辺１２１Ａは、グランド層１４０の端辺１４２と同一のＹＺ平面上に位置し、端辺１２１Ａと端辺１４２とのＸ方向における位置が等しい。このため、線路部１２１の端辺１２１Ａを含む直線が仮想対称線Ｓとなる。

【0058】

線路部１２１の端辺１２１Ａを含む直線が仮想対称線Ｓになることにより、図４に示すように、仮想対称線Ｓを対称軸として、アンテナ素子１１０、信号線路１２０、コネクタ１３０、グランド層１４０と線対称で仮想的なアンテナ素子１１０Ｖ、信号線路１２０Ｖ、コネクタ１３０Ｖ、及びグランド層１４０Ｖが存在している場合と同様の線対称な電流分布や放射特性が得られる。これにより平面アンテナ１００の小形化を図ることができる。

【0059】

平面アンテナ１００は、仮想対称線Ｓに沿って延在する端辺５２を有する基板５０と、仮想対称線Ｓ上に位置する端辺１１２を有するアンテナ素子１１０と、仮想対称線Ｓ上に位置する給電部１１５と、給電部１１５に接続される信号線路１２０と、信号線路１２０に接続されるコネクタ１３０とを含み、信号線路１２０の少なくとも一部の区間である線路部１２２～１２４は、仮想対称線Ｓから離れて設置される。このため、図５又は図７に示すように折り曲げても、折り曲げていない場合と同様の反射特性が得られる。また、信号線路１２０の少なくとも一部の区間である線路部１２２～１２４が仮想対称線Ｓから離れて設置されることにより、線路部の両側にグランド層１４０が位置する区間を十分に確保することができるとともに、線路部１２２～１２４を取り回す（引き回す）ことで、仮想対称線Ｓの付近にコネクタ１３０を設置できるという配置の自由度が得られる。

【0060】

また、信号線路１２０は、給電部１１５に接続される一端から仮想対称線Ｓに沿って延在する線路部１２１を有し、線路部１２１の長さは、アンテナ素子１１０の通信周波数帯のうちの最も低い周波数における波長の１／４以下の長さである。このため、線路部１２１がアンテナとして動作することを抑制した平面アンテナ１００を提供できる。

【0061】

また、コネクタ１３０は、仮想対称線Ｓ上に配置されるので、信号線路１２０の取り回し（引き回し）を行いやすい平面アンテナ１００を提供できる。また、コネクタ１３０は、仮想対称線Ｓ上に配置されることによって、信号線路１２０を短くできる。

【0062】

また、信号線路１２０は、仮想対称線Ｓから離れる方向に延在する第２区間の一例である線路部１２２及び１２４を有するので、信号線路１２０のうちの仮想対称線Ｓに沿って延在する区間を短くすることができ、折り曲げても反射特性の劣化を抑制しやすい構成を実現できる。

【0063】

また、平面アンテナ１００の給電線路は、基板５０の上面５０Ａに設けられる信号線路１２０と、基板５０の下面５０Ｂに設けられるグランド層１４０とを有するマイクロストリップラインであるので、アンテナ素子１１０とコネクタ１３０との間において、伝送損失の少ない良好な状態で信号を伝送できる。

【0064】

また、基板５０は、平面視でアンテナ素子１１０が存在する領域にも延在しており、アンテナ素子１１０は基板５０に設けられるので、銅箔等の金属箔や金属粉末を含むような導電ペースト等でアンテナ素子１１０を形成する場合においても、アンテナ素子１１０を安定的に保持できる。

【0065】

また、アンテナ素子１１０は、平面視で四半円の円周部１１１Ａを有するので、例えば、三角形を対称軸で半分にしたアンテナ素子や、Ｔ字型を対称軸で半分にしたアンテナ素子等に比べると、円周部１１１Ａに沿ってより長い電流経路を得ることができる。このため、高い周波数帯の短い波長から低い周波数帯の長い波長の送受信が可能な広帯域アンテナを実現できる。

【0066】

また、基板５０はフレキシブル基板であるので、容易に折り曲げることができる。セラミック製の基板等のように可撓性を殆ど有さない基板では、図５又は図７のように折り曲げることは不可能であり、例えば図５に示すように湾曲した壁部３０に固定することはできない。

【0067】

なお、以上では、アンテナ素子１１０が基板５０の上面５０Ａに設けられる形態について説明したが、基板５０は平面視でグランド層１４０が設けられる＋Ｙ方向側の部分にのみ存在し、アンテナ素子１１０が存在する＋Ｙ方向側には設けられなくてもよい。すなわち、アンテナ素子１１０は、例えばモノポールアンテナ素子のようにグランド層を含まない構成でよい。このため、平面アンテナ１００の構成部品を少なくできる。この場合には、アンテナ素子１１０を板金等で作製すればよい。

【0068】

また、以上では、アンテナ素子１１０が四半円部１１０Ａと矩形部１１０Ｂとを含む広帯域アンテナである形態について説明したが、アンテナ素子１１０は、このような形状のものに限られない。アンテナ素子１１０の形状は、例えば、三角形の半分の形状、Ｔ字型の半分の形状、又は、その他の形状であってもよい。好適には、対称軸で二等分されるうちの片方を表す形状のものであればよい。

【0069】

また、図１１及び図１２に示すような構成の平面アンテナ１００Ｍ１～１００Ｍ４であってもよい。図１１及び図１２は、変形例の平面アンテナ１００Ｍ１～１００Ｍ４を示す図である。

【0070】

図１１（Ａ）に示す平面アンテナ１００Ｍ１は、図１に示す信号線路１２０をメアンダ状の信号線路１２０Ｍ１に置き換えた構成を有する。メアンダ状の信号線路１２０Ｍ１は、仮想対称線Ｓから離れるＸ方向に延在する複数の区間と、仮想対称線Ｓと平行なＹ方向に延在する複数の区間とを交互に接続した形状を有する。仮想対称線Ｓと平行なＹ方向に延在する区間は並行区間の一例である。仮想対称線Ｓから離れるＸ方向に延在する区間は、仮想対称線Ｓと平行なＹ方向に延在する区間に対して垂直な方向に延在する垂直区間の一例であるとともに、第２区間の一例である。並行区間と垂直区間とを接続する部分は、接続区間の一例である。また、一例として、メアンダ状の信号線路１２０Ｍ１は、仮想対称線Ｓに沿ってＹ方向に延在する区間と、仮想対称線Ｓから離れる方向に延在する区間とを組とする組区間を１０組含む。

【0071】

メアンダ状の信号線路１２０Ｍ１の接続区間は、図１１（Ａ）に示すように平面視で直角に屈曲する形状に限らず、直角に屈曲する接続区間の外側が斜めに面取りされることで、並行区間と垂直区間とに対して斜め方向に延在する区間であってもよい。また、接続区間は、並行区間と垂直区間との間で湾曲する区間であってもよい。また、このような並行区間と垂直区間とに対して斜め方向に延在する接続区間、又は、並行区間と垂直区間との間で湾曲する接続区間は、例えば図１に示す平面アンテナ１００の信号線路１２０の線路部１２１～１２４の接続区間に適用されてもよい。

【0072】

図１１（Ｂ）に示す平面アンテナ１００Ｍ２は、図１に示す平面アンテナ１００の信号線路１２０の線路部１２３にフィルタ回路１５０を追加したものである。フィルタ回路１５０は、線路部１２３に対して垂直に交差する２本の線路１５１、１５２を有する。線路１５１、１５２は、Ｘ方向に延在し、線路部１２３に垂直に交差している。線路１５１、１５２の長さ設定することでインダクタンス成分（Ｌ成分）を設定可能であり、２本の線路１５１、１５２の容量結合でキャパシタンス成分（Ｃ成分）を設定可能である。このようなＬ成分とＣ成分によって、例えば、ＬＰＦ(Low Pass Filter)又はＨＰＦ(High Pass Filter)を構築できる。また、線路１５１、１５２でインダクタンス成分（Ｌ成分）とキャパシタンス成分（Ｃ成分）を実現できるため、このような線路１５１、１５２を用いて、インピーダンス整合回路を実現してもよい。

【0073】

また、図１２（Ａ）に示す平面アンテナ１００Ｍ３は、図１に示す平面アンテナ１００の信号線路１２０を信号線路１２０Ｍ３に置き換えたものである。信号線路１２０Ｍ３は、給電部１１５に接続される線路部１２１と、線路部１２１の＋Ｙ方向側の端部から平面視で９０度屈曲して＋Ｘ方向に延在する線路部１２２Ｍ３とを有する。線路部１２２Ｍ３は、第２区間の一例であり、基板５０の端辺５２側から端辺５４側まで直線状に延在している。また、コネクタ１３０は、端辺５４側に配置されている。

【0074】

このような信号線路１２０Ｍ３は、線路部１２２Ｍ３が仮想対称線Ｓから離れて配置されている。このため、平面アンテナ１００Ｍ３は、図１に示す平面アンテナ１００と同様に、図５又は図７に示すように折り曲げても反射特性が劣化せず、折り曲げて利用できる。

【0075】

また、図１２（Ｂ）に示す平面アンテナ１００Ｍ４は、図１に示す平面アンテナ１００の信号線路１２０を信号線路１２０Ｍ４に置き換えたものである。信号線路１２０Ｍ４は、給電部１１５に接続される線路部１２１と、線路部１２１の＋Ｙ方向側の端部から平面視で９０度屈曲して＋Ｘ方向に延在する線路部１２２Ｍ４と、線路部１２２Ｍ４の＋Ｘ方向側の端部から平面視で９０度屈曲して＋Ｙ方向に延在する線路部１２３Ｍ４とを有する。線路部１２２Ｍ４は、第２区間の一例であり、基板５０のＸ方向の幅の中央まで直線状に延在している。線路部１２３Ｍ４は、平面視におけるグランド層１４０の略中央に相当する位置まで直線状に延在している。また、コネクタ１３０は、平面視におけるグランド層１４０の略中央に相当する位置に配置されている。

【0076】

このような信号線路１２０Ｍ４は、線路部１２２Ｍ４が仮想対称線Ｓから離れて配置されている。このため、平面アンテナ１００Ｍ４は、図１に示す平面アンテナ１００と同様に、図５又は図７に示すように折り曲げても反射特性が劣化せず、折り曲げて利用できる。

【0077】

以上、本発明の例示的な実施形態の平面アンテナについて説明したが、本発明は、具体的に開示された実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。

【符号の説明】

【0078】

Ｓ 仮想対称線
５０ 基板（誘電体基板の一例）
５０Ａ 上面（第１面の一例）
５０Ｂ 下面（第２面の一例）
５２ 端辺（仮想対称線に沿って延在する端辺の一例）
１００ 平面アンテナ
１１０ アンテナ素子（アンテナ部の一例）
１１１Ａ 円周部
１２０ 信号線路（信号線導体の一例）
１２１ 線路部（第１区間の一例）
１２１Ａ 端辺（仮想対称線上に位置する一辺の一例）
１２２、１２４ 線路部（第２区間の一例）
１３０ コネクタ（コネクタ部の一例）
１４０ グランド層
１４２ 端辺

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】