特許 7285484 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】

(24)【登録日】2023-05-25

(45)【発行日】2023-06-02

(54)【発明の名称】アンテナ装置

(51)【国際特許分類】

   H01Q 13/08 20060101AFI20230526BHJP

   H01Q 1/50 20060101ALI20230526BHJP

【ＦＩ】

H01Q13/08

H01Q1/50

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2019211491

(22)【出願日】2019-11-22

(65)【公開番号】P2021083046

(43)【公開日】2021-05-27

【審査請求日】2021-12-24

(73)【特許権者】

【識別番号】314012076

【氏名又は名称】パナソニックＩＰマネジメント株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002000

【氏名又は名称】弁理士法人栄光事務所

(72)【発明者】

【氏名】濱邉 太一

【審査官】鈴木 肇

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１９／１３２０３４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１９－０９２１３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－２７１１３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－２９９９４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１９／１５１５２９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】米国特許第０６４２４２９９（ＵＳ，Ｂ１）

(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】

アンテナ導体が設けられたアンテナ面と、
前記アンテナ面に対向し、接地導体が設けられたグランド面と、
線路幅がそれぞれ異なる複数の伝送線路がそれぞれ直列に接続して構成されたスタブと、を備え、
前記スタブは、前記アンテナ面と前記グランド面との間に位置し、
前記伝送線路は、前記アンテナ面と対向して前記アンテナ面の領域に収まるように前記スタブに配置され、
前記アンテナ導体は、前記複数の伝送線路のうち一端側の伝送線路に接続される給電点を介して、前記スタブと電気的に導通している、
アンテナ装置。

【請求項2】

前記複数の伝送線路は、それぞれ同一の線路長を有する、
請求項１に記載のアンテナ装置。

【請求項3】

誘電体により形成された基板、を更に備え、
前記基板は、第１の基板と、前記第１の基板より上層に設けられた第２の基板とにより構成され、
前記接地導体は、前記第１の基板の裏面に設けられ、
前記アンテナ導体は、前記第２の基板の表面に設けられ、
前記スタブは、前記第１の基板の表面と前記第２の基板の裏面との間に設けられる、
請求項１または２に記載のアンテナ装置。

【請求項4】

前記基板は、前記第１の基板の表面から前記第２の基板の背面までを貫通する貫通孔を有し、
前記貫通孔には、前記アンテナ導体および前記スタブへの給電を行う給電導体が設けられる、
請求項３に記載のアンテナ装置。

【請求項5】

前記給電導体は、前記スタブの前記一端側に設けられた前記給電点を介して前記スタブに給電する、
請求項４に記載のアンテナ装置。

【請求項6】

前記アンテナ導体は、長方形のパッチである、
請求項１に記載のアンテナ装置。

【請求項7】

前記アンテナ面は、前記アンテナ導体を囲むように、長方形に形成され、
前記アンテナ導体の長手方向に沿って前記複数の伝送線路が直列に接続された前記スタブが設けられた給電面は、長方形に形成され、
前記グランド面は、前記接地導体を囲むように、長方形に形成される、
請求項６に記載のアンテナ装置。

【請求項8】

前記アンテナ面において、前記アンテナ導体と前記給電導体の端面とが短絡する、
請求項４に記載のアンテナ装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、アンテナ装置に関する。

【背景技術】

【0002】

非特許文献１には、移動通信端末に搭載されるアンテナ装置として、例えば２ＧＨｚ帯の通信周波数を使用するパッチアンテナが開示されている。このパッチアンテナは、通信周波数の広帯域化を図るため、下位層にグランド面、中間層にアンテナ面、上位層に伝送線路で構成されたスタブが積層された３層構造を有する。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0003】

【文献】野口 啓介，外４名，“パッチ上面に設けたスタブによる偏波ダイバーシチパッチアンテナの広帯域整合”，２００３年１１月，電子情報通信学会論文誌 Ｂ Ｖｏｌ．Ｊ８６－Ｂ Ｎｏ．１１ ｐｐ．２４２８－２４３２

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本開示は、上述した従来の状況に鑑みて案出され、アンテナ装置自体の全体的な厚みを増大すること無く、通信周波数の広帯域化とアンテナ性能としての利得の向上との両立を図るアンテナ装置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】

【0005】

本開示は、アンテナ導体が設けられたアンテナ面と、前記アンテナ面に対向し、接地導体が設けられたグランド面と、線路幅がそれぞれ異なる複数の伝送線路がそれぞれ直列に接続して構成されたスタブと、を備え、前記スタブは、前記アンテナ面と前記グランド面との間に位置し、前記伝送線路は、前記アンテナ面と対向して前記アンテナ面の領域に収まるように前記スタブに配置され、前記アンテナ面は、前記複数の伝送線路のうち一端側の伝送線路に接続される給電点を介して、前記スタブと電気的に導通している、アンテナ装置である。

【発明の効果】

【0006】

本開示によれば、アンテナ装置において、アンテナ装置自体の全体的な厚みを増大すること無く、通信周波数の広帯域化とアンテナ性能としての利得の向上との両立を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】実施の形態１に係るパッチアンテナの積層構造の一例を示す断面図

【図2】アンテナ面を示す平面図

【図3】給電面を示す平面図

【図4】グランド面を示す平面図

【図5】パッチアンテナの等価回路の一例を示す図

【図6】パッチアンテナの性能の測定環境の一例を模式的に示す図

【図7】２．４ＧＨｚ用のパッチアンテナの第１サンプルを用いた放射特性の一例を示すグラフ

【図8】２．４ＧＨｚ用のパッチアンテナの第２サンプルを用いた放射特性の一例を示すグラフ

【図9】５ＧＨｚ用のパッチアンテナを用いた放射特性の一例を示すグラフ

【図10】パッチアンテナのユースケース例を示す図

【発明を実施するための形態】

【0008】

（本開示に至る経緯）
非特許文献１の構成では、第３層としてのグランド面と第１層としてのスタブとの間に、第２層としてのアンテナ面が介在している。このため、アンテナ面とグランド面との間隔が狭く、共振周波数特性のピークの鋭さを示すＱ値が増し、無線通信のさらなる広帯域化が困難となるという課題があった。一方で、アンテナ装置の小型化を図る上で、アンテナ装置が搭載される最終製品である電子機器の筐体内でアンテナ装置自体の全体的な厚さは制限される傾向が強い。したがって、非特許文献１のアンテナ装置の構成では、アンテナ面とグランド面との間隔を広くすることができない。つまり、パッチアンテナのＱ値の低下が困難であり、無線通信に用いる周波数帯のさらなる広帯域化、ならびにアンテナ性能としての利得の向上が困難であった。

【0009】

そこで、以下の実施の形態１では、アンテナ装置自体の全体的な厚みを増大すること無く、通信周波数の広帯域化とアンテナ性能としての利得の向上との両立を図るアンテナ装置の一例を説明する。

【0010】

以下、適宜図面を参照しながら、本開示に係るアンテナ装置を具体的に開示した実施の形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明および実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。なお、添付図面及び以下の説明は、当業者が本開示を十分に理解するために提供されるのであって、これらにより特許請求の範囲に記載の主題を限定することは意図されていない。

【0011】

（実施の形態１）
実施の形態１に係るアンテナ装置として、航空機等の座席の背面側に設けられるシートモニタに搭載されるパッチアンテナ（言い換えると、マイクロストリップアンテナ（ＭＳＡ：Ｍｉｃｒｏｓｔｒｉｐ Ａｎｔｅｎｎａ）を例示して説明する。ただし、パッチアンテナが搭載される電子機器は上述したシートモニタに限定されない。

【0012】

図１は、実施の形態１に係るパッチアンテナ５の積層構造の一例を示す断面図である。パッチアンテナ５は、下位層にグランド面１０、中間層に給電面２０、上位層にアンテナ面４０が積層された、３層構造の基板８を有する。実施の形態１に係るパッチアンテナ５は、例えば２．４ＧＨｚ帯の無線信号を送信（言い換えると、電波を放射）する。なお、パッチアンテナは、この２．４ＧＨｚの帯域に限らず、例えば５ＧＨｚ帯の無線信号を送信（言い換えると、電波を放射）してもよい。

【0013】

基板８は、ＰＰＯ（Ｐｏｌｙｐｈｈｅｎｙｌｅｎｅｏｘｉｄｅ）等の比誘電率の高い誘電体で成形された誘電体基板であり、第１の基板８ａと第２の基板８ｂとが積層された多層構造を有する。グランド面１０は、第１の基板８ａの裏面（背面）に設けられる。アンテナ面４０は、第２の基板８ｂの表面に設けられる。給電面２０は、第１の基板８ａの表面と第２の基板８ｂの裏面との間に設けられる。実施の形態１では、一例として、誘電体基板８全体の厚さは２ｍｍ、第１の基板８ａの厚さは１．９ｍｍ、第２の基板８ｂの厚さは０．１ｍｍである。また、基板８の裏側（つまり、グランド面１０の裏面側）には、パッチアンテナ５に給電する無線通信回路（図示略）が設けられる。

【0014】

基板８の表面（つまり、アンテナ面４０）から裏面（つまり、グランド面１０）にかけて貫通する孔８６には、ビア導体５４が挿通される。ビア導体５４は、孔８６に導電材を充填することで円柱形状に成形される。ビア導体５４は、アンテナ面４０に形成された接点４１（つまり、ビア導体５４の上端面）と、給電面２０に形成された給電点２１（つまり、ビア導体５４の中間断面）と、グランド面１０に形成された接点１１（つまり、ビア導体５４の下端面）とを導通させる１本の導体である。ビア導体５４は、アンテナ面４０をアンテナとして機能（つまり、作動）させるための給電導体である。接点１１は、基板８の裏面側に配置された無線通信回路（図示略）の給電端子に接続される。

【0015】

図２は、アンテナ面４０を示す平面図である。図２には、図１の矢印Ｅ－Ｅ’線方向から見た面が示されている。図２に示すように、アンテナ面４０には、例えば２．４ＧＨｚ帯用の無線信号に対応した電波を放射するためのパッチ４５が設けられる。パッチ４５は、並列共振回路の特性を有し、スタブ２５の給電点２１に供給される無線通信回路（図示略）からの励起信号にしたがって、２．４ＧＨｚ帯の無線信号を送信（言い換えると、電波を放射）する。パッチ４５は、例えば長方形の銅箔により構成される。パッチ４５が長方形状に成形されることで、シートモニタ等の電子機器に搭載された際に長手方向が水平方向になるようにパッチアンテナ５が配置され、パッチアンテナ５の長手方向の長さに合わせて通信周波数が設定された場合、水平偏波の電波が垂直偏波の電波に対して相対的に強く放射される。つまり、パッチアンテナ５から放射される電波は水平偏波となり易くなる。パッチ４５の面の１ヶ所には、開口部４４が形成され、その中央に接点４１（つまり、ビア導体５４の先端面）が露出する。また、開口部４４を形成するパッチ４５の周縁部と接点４１とが導電部材４２で短絡（ショート）する。導電部材４２は、一例として、パッチ４５の周縁部と接点４１との隙間を、３箇所半田付けすることにより盛られた半田である。なお、導電部材４２は、ワイヤボンディングによりパッチの周縁部と接点との間を結合したワイヤであってもよい。

【0016】

図３は、給電面２０を示す平面図である。図３には、図１の矢印Ｆ－Ｆ’線方向から見た断面が示されている。図３に示すように、給電面２０には、給電線の一例としてのスタブ２５が設けられる。スタブ２５は、パッチアンテナ５のインピーダンス整合をとるために、ビア導体５４を介してパッチ４５と導通し、パッチ４５と直列に接続される直列共振回路の特性を有する。つまり、スタブ２５は、パッチ４５と直列に接続され、パッチアンテナ５のリアクタンス成分を値０に近づける。

【0017】

スタブ２５は、給電点２１と第１の伝送線路２７と第２の伝送線路２８と第３の伝送線路２９とが直列に接続された形状を有する。第１の伝送線路２７と第２の伝送線路２８と第３の伝送線路２９とはそれぞれ線路幅が異なっている。これら複数の伝送線路は、給電点２１を始点とする、ジクザク状に屈曲した線路であり、スタブ２５の線路長をできるだけ短くするために線路幅が狭い部分だけでなく線路幅が広い部分を含む。線路幅が広い部分では、線路幅が狭い部分と比べ、インピーダンスが小さくなる。インピーダンスを小さくすることで、通電時の電力損失が抑えられる。

【0018】

第１の伝送線路２７は、給電点２１を始点として、４ヶ所の折り返し部２７ａ，２７ｂ，２７ｃ，２７ｄで直角に折れ曲がった５つの線路を有する。

【0019】

第２の伝送線路２８は、６ヶ所の折り返し部２８ａ，２８ｂ，２８，２８ｄ，２８ｅ，２８ｆで直角に折れ曲がった７つの線路を有し、第１の伝送線路２７および第３の伝送線路２９と比べ、線路幅の大きい略凹形の線路を含む。

【0020】

第３の伝送線路２９は、端部を終点とし、４ヶ所の折り返し部２９ａ，２９ｂ，２９ｃ，２９ｄで直角に折れ曲がった５つの線路を有する。

【0021】

第１の伝送線路２７、第２の伝送線路２８および第３の伝送線路２９の長さ（いわゆる、線路長）は、いずれもλ／４（λ：共振周波数の波長）で同じである。また、第１の伝送線路２７、第２の伝送線路２８および第３の伝送線路２９の全長、つまりスタブ２５の線路長は、通信周波数λの３／４である。

【0022】

ここで、給電面２０にスタブ２５を設けることで、パッチアンテナ５から送信される無線信号の定在波比（ＶＳＷＲ：Ｖｏｌｔａｇｅ Ｓｔａｎｄｉｎｇ Ｗａｖｅ Ｒａｔｉｏ）が良くなり、パッチアンテナ５から送信される無線信号（つまり、電波）の放射効率は向上する。しかし、スタブ２５の伝送線路の線路幅が狭いと、インピーダンスが大きくなり、伝送線路において通信電力の損失が大きくなる。この結果、無線通信回路（図示略）により増幅された信号送信用の送信電力が電波の放射にあまり使われず、通信対象とする中心周波数（つまり、共振周波数）の高域側および低域側で利得が下がり、アンテナ性能が劣化する（図７，図８，図９参照）。伝送線路における送信電力の損失を減らすために（つまり、伝送線路のインピーダンスを小さくするために）、伝送線路の線路幅は広くしたい。しかし、線路幅を広くすると、スタブ２５全体の長さ（つまり線路長）を短くすることが難しく、結果的にパッチアンテナ５の小型化が難しくなる。つまり、パッチアンテナ５の小型化と、伝送線路の線路幅を広くすることとは、トレードオフの関係にある。

【0023】

そこで、実施の形態１では、スタブ２５全体の長さおよび線路幅を大きく変更することなく、アンテナ面４０においてパッチ４５を給電点２１に短絡させることで、通信対象とする中心周波数（つまり、共振周波数）の低域側および広域側における利得の低下を抑える。

【0024】

図４は、グランド面１０を示す平面図である。図４には、図１の矢印Ｇ－Ｇ’線方向から見た断面が示されている。グランド面１０には、接地導体１５が形成される。接地導体１５は、銅箔の材質で、基板８の裏面ほぼ全体に亘って長方形状に形成される。接地導体１５の全周の長さは、パッチ４５の全周の長さよりも１～２波長長く設定される。接地導体１５の全周が長くなると、パッチ４５が共振し易くなり、またパッチ４５の全周の長さも、接地導体１５に合わせて長くできる。

【0025】

図５は、パッチアンテナ５の等価回路の一例を示す図である。パッチアンテナ５の等価回路は、図５に示すように、インピーダンスＺｒ、インピーダンスＺｓおよびリアクタンスｊＸｐが直列に接続された回路で表される。インピーダンスＺｒは、パッチ４５の放射に寄与するインピーダンスである。インピーダンスＺｓは、スタブ２５による直列共振回路のインピーダンスである。リアクタンスｊＸｐは、給電のためのプローブのリアクタンスである。給電のためのプローブは、無線通信回路（図示略）の給電端子から接点１１、ビア導体５４を経由して給電点２１に至る導体である。また、給電点２１とパッチ４５との間は、導電部材４２によって短絡（ショート）している。

【0026】

次に、実施の形態１に係るパッチアンテナ５の性能および動作を説明する。

【0027】

先ず、パッチアンテナ５の性能を説明する。

【0028】

実施の形態１に係るパッチアンテナ５では、アンテナ面４０に形成されたパッチ４５とビア導体５４の接点４１とが短絡する。ここで、比較例として、アンテナ面に形成されたパッチとビア導体の接点とが非接触（つまり、非短絡）であるパッチアンテナの性能も併せて説明する（図７および図８参照）。なお、比較例に係るパッチアンテナの構造は、アンテナ面に形成されたパッチとビア導体の接点とが非短絡（言い換えると、アンテナ面と給電面とがビア導体を介して導通していない）ことを除けば、他の構造は同様である。

【0029】

また、実施の形態１に係るパッチアンテナ５と比較例に係るパッチアンテナとの比較のために、２．４ＧＨｚ帯用のパッチアンテナとして、２種類のサンプル（具体的には、第１サンプル、第２サンプル）を用いる。例えば、第１サンプルと第２サンプルとでは、パッチアンテナのパラメータ（例えば厚さ）が異なる。第１サンプルのパッチアンテナの厚さは、第２サンプルのパッチアンテナの厚さに比べ、厚くなっている。つまり、アンテナ面とグランド面の間の距離が長くなっている。なお、２つのパッチアンテナとして、パッチアンテナの厚さが同じでスタブの線路長が異なるものが用いられてもよい。また、５ＧＨｚ用のパッチアンテナの性能を併せて説明する（図９参照）。

【0030】

図６は、パッチアンテナ５の性能の測定環境の一例を模式的に示す図である。この測定環境では、パッチアンテナ５の他、受信アンテナ８０およびネットワークアナライザ９０（ＶＮＡ：Ｖｅｃｔｏｒ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ａｎａｌｙｚｅｒ）が用意される。測定の開始前に、所定の方向（例えば受信アンテナ８０の正面となる方向）に電波を放射するように、パッチアンテナ５が設置される。つまり、パッチアンテナ５と所定の方向（上述参照）に対向する面に、パッチアンテナ５から放射される電波を受信する受信アンテナ８０が配置される。例えば、受信アンテナ８０は、壁面にテープで貼り付けられる。パッチアンテナ５から放射される電波は、主に水平偏波の電波であるので、受信アンテナ８０は、パッチアンテナ５から放射される水平偏波の電波を受信可能に配置される。パッチアンテナ５は、ネットワークアナライザ９０の出力端子にケーブルで接続される。受信アンテナ８０は、ネットワークアナライザ９０の入力端子にケーブルで接続される。

【0031】

ネットワークアナライザ９０は、周波数を連続的に変化（つまり掃引）させながら、高周波の励起信号をパッチアンテナ５に給電する。パッチアンテナ５は、給電された励起信号によって電波を放射する。受信アンテナ８０は、パッチアンテナ５から放射される電波を受信し、受信した測定信号（例えば、電波の電界強度に相当する信号）をネットワークアナライザ９０に出力する。ネットワークアナライザ９０は、パッチアンテナ５に給電した高周波の励起信号のレベルと、受信アンテナ８０で受信した測定信号のレベルとの比を基に、パッチアンテナ５の電波の放射特性を測定する。例えば、２．４ＧＨｚ用のパッチアンテナ５の放射特性を測定する場合、ネットワークアナライザ９０は、２．０ＧＨｚ～３．０ＧＨｚの範囲で周波数を連続的に変化（つまり掃引）させながら、高周波の励起信号を給電し、その測定信号を得る。同様に、５ＧＨｚ用のパッチアンテナ５の放射特性を測定する場合、ネットワークアナライザ９０は、４．０ＧＨｚ～６．０ＧＨｚの範囲で周波数を連続的に変化させながら、高周波の励起信号を給電し、その測定信号を得る。

【0032】

図７は、２．４ＧＨｚ用のパッチアンテナ５の第１サンプルを用いた放射特性の一例を示すグラフである。図７の横軸は、パッチアンテナ５が送信する無線信号（つまり電波）の周波数を示す。図７の縦軸は、受信アンテナ８０（図６参照）が受信した無線信号（つまり電波）の測定レベル（言い換えると、電波強度）を示す。この測定レベルは、アンテナ性能としての利得（ゲイン）に対応する。この測定において、ネットワークアナライザ９０は、２ＧＨｚ～３ＧＨｚの範囲で周波数を連続的に変化（つまり掃引）させながら、一定レベルの励起信号をパッチアンテナ５に給電する。パッチアンテナ５は、励起信号にしたがって無線信号（つまり電波）を連続的に送信（つまり放射）する。

【0033】

その結果、図７に示すように、実施の形態１に係るパッチアンテナ５では、グラフｇ１に示すように、測定レベルは、無線通信に用いる２．４０ＧＨｚ～２．４８ＧＨｚの帯域（帯域幅７０ｋＨｚ）で緩やかなピークを有するとともに、２ＧＨｚ～３ＧＨｚの帯域に亘って全体的になだらかな山形のカーブ（曲線）を描くので測定レベルの大きな落ち込みは見られなかった。

【0034】

一方、比較例に係るパッチアンテナでは、グラフｇ１１に示すように、測定レベルは、実施の形態１に係るパッチアンテナ５と同様、無線通信に用いる２．４０ＧＨｚ～２．４８ＧＨｚの帯域で緩やかなピークを有する。ところが、２．４０ＧＨｚ～２．４８ＧＨｚの帯域より低域（２．０ＧＨｚ～２．２ＧＨｚ）側および高域（２．６ＧＨｚ～３．０ＧＨｚ）側の両方の帯域で大きく下がっている。この測定レベルの落ち込み、つまりアンテナ性能としての利得の低下は、スタブで電力損失が大きいことが原因であると考えられる。

【0035】

図８は、２．４ＧＨｚ用のパッチアンテナ５の第２サンプルを用いた放射特性の一例を示すグラフである。図８の横軸は、パッチアンテナ５が送信する無線信号（つまり電波）の周波数を示す。図８の縦軸は、受信アンテナ８０（図６参照）が受信した無線信号（つまり電波）の測定レベルを示す。実施の形態１に係るパッチアンテナ５では、グラフｇ２に示すように、測定レベルは、第１サンプルと比べ、無線通信に用いる２．４０ＧＨｚ～２．４８ＧＨｚの帯域（帯域幅７０ｋＨｚ）でピークを有するとともに、２ＧＨｚ～３ＧＨｚの帯域にかけて全体的に急峻な山形のカーブを描く。

【0036】

一方、比較例に係るパッチアンテナでは、グラフｇ１２に示すように、測定レベルは、無線通信に用いる２．４０ＧＨｚ～２．４８ＧＨｚの帯域でピークを有する。ところが、２．４０ＧＨｚ～２．４８ＧＨｚの帯域より低域（２．０ＧＨｚ～２．２ＧＨｚ）側の帯域および高域（２．６ＧＨｚ～３．０ＧＨｚ）側の両方の帯域で大きく下がっている。この測定レベルの落ち込み、つまりアンテナ性能としての利得の低下は、第１サンプルの場合と同様に、スタブで電力損失が大きいことが原因であると考えられる。

【0037】

図９は、５ＧＨｚ用のパッチアンテナ５を用いた放射特性の一例を示すグラフである。図９の横軸は、パッチアンテナ５が送信する無線信号（つまり電波）の周波数を示す。図９の縦軸は、受信アンテナ８０（図６参照）が受信した無線信号（つまり電波）の測定レベルを示す。実施の形態１に係るパッチアンテナ５では、グラフｇ３に示すように、測定レベルは、無線通信に用いる４ＧＨｚ～６ＧＨｚの帯域にかけて全体的に平坦に変化する広帯域なカーブを描くので測定レベルの大きな落ち込みは見られなかった。なお、近年、Ｗｉｆｉ（登録商標）等の無線ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）では、６ＧＨｚ帯の周波数の無線信号が用いられるので、高域側まで広帯域化に対応することは有用である。

【0038】

一方、比較例に係るパッチアンテナでは、グラフｇ１３に示すように、測定レベルは、平坦に変化するものの、無線通信に用いる４ＧＨｚ～６ＧＨｚの帯域より低域（４．０ＧＨｚ～４．６ＧＨｚ）側および高域（５．７ＧＨｚ～６．０ＧＨｚ）側の両方の帯域で大きく下がっている。この測定レベルの落ち込み、つまりアンテナ性能としての利得の低下は、２．４ＧＨｚ用のパッチアンテナと同様に、スタブで電力損失が大きいことが原因であると考えられる。

【0039】

図１０は、パッチアンテナ５のユースケースの一例を示す図である。実施の形態１に係るパッチアンテナ５は、航空機等の座席の背面側に設置されたシートモニタ１００に搭載される。シートモニタ１００は、例えば映像あるいは音楽等の配信コンテンツデータを提供可能なデータサーバ（図示略）と通信可能に接続される。シートモニタ１００は、パッチアンテナ５から無線信号をデータサーバに送信し、配信コンテンツデータを要求する。シートモニタ１００は、データサーバから送信される配信コンテンツデータをパッチアンテナ５で受信する。シートモニタ１００は、この配信コンテンツデータを基に、モニタに映像を表示し、あるいはパッチアンテナ５から視聴者ｍｎに向けて音楽等のデータを含む電波を放射する。ここで、パッチアンテナ５は、パッチ面がシートモニタ１００の正面と平行となるように配置される。また、パッチアンテナ５は、その長手方向が座席の床面と水平な方向になるように配置される。したがって、シートモニタ１００の正面から水平偏波の電波である無線信号Ｓｇ１が視聴者ｍｎの方向に効率良く放射される。なお、用途として、パッチアンテナは、シートモニタに限らず、無線アクセスポイント（基地局）等に搭載されてもよい。

【0040】

このように、実施の形態１に係るパッチアンテナ５は、アンテナ面４０とグランド面１０との間隔を広げることで、共振周波数特性のピークの鋭さを示すＱ値を低減でき、通信周波数の広帯域化を図れる。また、パッチアンテナ５は、アンテナ面４０において、パッチ４５と給電点２１に繋がるビア導体５４の接点４１とを短絡させることで、パッチ４５と給電点２１が非導通である場合と比べ、通信周波数の低域側および高域側で通信電力の利得を上げることができ、利得の低下を抑止できる。したがって、通信周波数の低域側および高域側を含む広い帯域で、通信電力の利得が高くなり、通信周波数の広帯域化が可能になる。

【0041】

以上のように、実施の形態１に係るパッチアンテナ５（アンテナ装置の一例）は、パッチ４５（アンテナ導体の一例）が設けられたアンテナ面４０と、アンテナ面４０に対向し、接地導体１５が設けられたグランド面１０と、線路幅がそれぞれ異なる第１の伝送線路２７～第３の伝送線路２９（複数の伝送線路の一例）がそれぞれ直列に接続して構成されたスタブ２５と、を備える。スタブ２５は、アンテナ面４０とグランド面１０との間に位置する。パッチ４５は、第１の伝送線路２７～第３の伝送線路２９のうち一端側の第１の伝送線路２７に接続される給電点２１を介して、スタブ２５と電気的に導通している。

【0042】

これにより、パッチアンテナ５は、アンテナ面とグランド面との間隔を広げることが可能であるだけでなく、Ｑ値（共振周波数特定のピークの鋭さを示す）を低減でき、広帯域化を図れる。また、パッチ４５とスタブ２５の一端とが電気的に導通するので、アンテナ性能としての利得が通信周波数の範囲において向上する。

【0043】

また、第１の伝送線路２７，第２の伝送線路２８，第３の伝送線路２９は、それぞれ同一の線路長を有する。これにより、第１の伝送線路２７～第３の伝送線路２９の線路長が全て同一であるので、スタブ２５において、共振周波数に適合するための所定のインピーダンスが得られるためのインピーダンス整合は線路幅によって調整すればよく、インピーダンス整合が簡易化される。

【0044】

また、パッチアンテナ５は、誘電体により形成された基板８を更に備える。基板８は、第１の基板８ａと、第１の基板８ａより上層に設けられた第２の基板８ｂとにより構成される。接地導体１５は、第１の基板８ａの裏面に設けられる。パッチ４５は、第２の基板８ｂの表面に設けられる。スタブ２５は、第１の基板８ａの表面と第２の基板８ｂの裏面との間の給電面２０に設けられる。これにより、パッチアンテナ５は、アンテナ面４０を最上層とし、給電面２０を中間層とし、グランド面１０を最下層とする３層構造を有する。給電面２０に設けられたスタブ２５は、アンテナ面４０に設けられたパッチ４５に給電を行える。また、スタブ２５の直列共振回路によるリアクタンス成分が、パッチ４５の並列共振による放射リアクタンス成分を打ち消すことができる。したがって、パッチアンテナ５から送信される電波の送信周波数が広帯域化される。また、広帯域化によって電波の反射が少なくなり、アンテナ性能としての利得が向上する。

【0045】

また、基板８は、第１の基板８ａの表面から第２の基板８ｂの背面までを貫通する孔８６（貫通孔の一例）を有する。孔８６には、パッチ４５およびスタブ２５への給電を行うビア導体５４（給電導体の一例）が設けられる。これにより、パッチアンテナ５は、給電点２１を含むビア導体５４を介して、簡単に無線通信回路から通信電力をパッチ４５とスタブ２５の両方に給電できる。

【0046】

また、ビア導体５４は、スタブ２５の一端側に設けられた給電点２１を介してスタブ２５に給電する。これにより、スタブは、電磁結合されたパッチに通信電力を給電できる。

【0047】

また、パッチ４５は、長方形のパッチである。これにより、パッチアンテナを用いてアンテナ装置を小型できる。また、パッチアンテナは、放射される水平偏波の電波と垂直偏波の電波とのアイソレーション（絶縁）を確立でき、水平偏波および垂直偏波の干渉を抑制できるだけでなく無線通信の指向性を形成し易い。また、パッチアンテナ５は、その長手方向が水平方向となるように配置され、パッチアンテナ５の長手方向に長さに合わせて通信周波数が設定された場合、垂直偏波の電波に対し水平偏波の電波を効率良く放射できる。

【0048】

また、アンテナ面４０は、パッチ４５を囲むように、長方形に形成される。パッチ４５の長手方向に沿って第１の伝送線路２７～第３の伝送線路２９が直列に接続されたスタブ２５が設けられた給電面２０は、長方形に形成される。グランド面１０は、接地導体１５を囲むように、長方形に形成される。これにより、パッチアンテナは、アンテナ面、給電面およびグランド面が積層されたコンパクトな直方体に成形可能であり、小型化できる。

【0049】

また、アンテナ面４０において、パッチ４５とビア導体５４の端面である接点４１とが短絡（ショート）する。これにより、基板８の外側のアンテナ面４０において、パッチ４５とビア導体５４の接点４１とが短絡するので、パッチ４５を給電点２１に簡単に導通でき、パッチアンテナの製作が容易となる。

【0050】

以上、図面を参照しながら各種の実施の形態について説明したが、本開示はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例、修正例、置換例、付加例、削除例、均等例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。また、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した各種の実施の形態における各構成要素を任意に組み合わせてもよい。

【0051】

例えば、上述した実施の形態１に係るパッチアンテナ５は、電波を送信する送信装置のアンテナに適用されるユースケースを例示して説明したが、電波を受信する受信装置のアンテナに適用されてもよい。

【産業上の利用可能性】

【0052】

本開示は、アンテナ装置自体の全体的な厚みを増大すること無く、通信周波数の広帯域化とアンテナとしての利得の向上との両立を図るアンテナ装置として有用である。

【符号の説明】

【0053】

５ パッチアンテナ
１０ グランド面
１５ 接地導体
２０ 給電面
２１ 給電点
２５ スタブ
４０ アンテナ面
４１ 接点
４２ 導電部材
４５ パッチ
５４ ビア導体

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】