特許 7304542 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】2023-06-29

(45)【発行日】2023-07-07

(54)【発明の名称】アンテナ装置

(51)【国際特許分類】

   H01Q 13/08 20060101AFI20230630BHJP

   H01Q 13/10 20060101ALI20230630BHJP

   H01Q 5/357 20150101ALI20230630BHJP

【ＦＩ】

H01Q13/08

H01Q13/10

H01Q5/357

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2020219304

(22)【出願日】2020-12-28

(65)【公開番号】P2022104229

(43)【公開日】2022-07-08

【審査請求日】2021-11-10

(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】佐藤 当秀

(56)【参考文献】

【文献】欧州特許出願公開第０１１０８６１６（ＥＰ，Ａ２）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｑ ５／００－ ５／５５

Ｈ０１Ｑ １３／００－ １３／２８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１の周波数帯の通信に対応する第１の導体と、
前記第１の導体に対向する接地導体と、
前記第１の導体と前記接地導体との間に対向し、給電点を有する第２の導体と、を備え、
前記第２の導体は、前記第１の導体の上下方向の一端側と対向して設けられ、
前記第１の導体は、前記第２の導体と反対側の他端側と対向する位置に、前記第１の周波数帯と異なる第２の周波数帯の通信に対応するスロットを有し、
前記スロットは、前記第１の導体の長手方向に平行な方向に、前記第２の周波数帯に対応する波長の１／２倍以下の長さを有し、
前記第１の導体は、前記第１の導体の長手方向に平行な方向に、前記第１の周波数帯に対応する波長の１／２倍以下の長さを有する、
アンテナ装置。

【請求項2】

前記第１の導体に対応する前記第１の周波数帯は、前記スロットに対応する前記第２の周波数帯より低い、
請求項１に記載のアンテナ装置。

【請求項3】

前記スロットは、前記給電点から前記第２の周波数帯に対応する波長の１／４倍の距離離れた位置と対向する、前記第１の導体上の位置に配置される、
請求項１に記載のアンテナ装置。

【請求項4】

前記第２の導体は、前記第１の導体のインピーダンスと整合するインピーダンスを有するスタブ導体をさらに有し、
前記第１の導体は、前記スタブ導体の一端側に配置される前記給電点を介して前記スタブ導体と電気的に導通している、
請求項１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】

特許文献１には、誘電体基板と、誘電体基板上に形成され導体からなる略矩形状の放射素子と、放射素子に給電するための給電点に接続される給電線路とを備え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では、給電点は、給電線路とマッチングするインピーダンスを有する。これにより、アンテナ特性が改善される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００６－１３５６７２号公報

【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、複数の通信周波数帯に対応して所望方向へのアンテナ特性の改善を実現す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、第１の周波数の通信に対応する矩形状の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、前記アンテナ面と前記グランド面との間に対向して設けられ、給電点を有する矩形状の給電面と、を備え、前記給電点は、前記給電面の上下方向の一端側に設けられ、前記アンテナ導体は、前記給電面の前記給電点と反対側の他端側と対向する位置に、前記第１の周波数と異なる第２の周波数の通信に対応する矩形状のスロットを有し、前記スロットは、前記第１の導体の長手方向に平行な方向に、前記第２の周波数帯に対応する波長の１／２倍以下の長さを有し、前記第１の導体は、前記第１の導体の長手方向に平行な方向に、前記第１の周波数帯に対応する波長の１／２倍以下の長さを有する、アンテナ装置を提供する。

【発明の効果】

【0006】

本開示によれば、アンテナ装置において、複数の通信周波数帯に対応して所望方向へのアンテナ特性の改善を実現できる。

【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Ｉ－Ｉ方向で見た積層構造を示す断面図

【図2】パッチアンテナのアンテナ面を示す平面図

【図3】パッチアンテナの給電面を示す平面図

【図4A】給電点が中央部寄りに配置された基板の上面（表面）を示す平面図

【図4B】給電点が中央部から端部寄りに変更配置された基板の上面（表面）を示す平面図

【図4C】給電点が中央部から端部寄りに変更配置され、かつ反対側の端部側にスロットが追加配置された第１の基板の上面（表面）を示す平面図

【図5】複数のパッチアンテナを各スロットの長手方向の向きを異ならせて離間配置した六面体アンテナの一面を示す平面図

【図6】図５の配置における２ＧＨｚ帯のアンテナ特性例を示す図

【図7】図５の配置における５ＧＨｚ帯のアンテナ特性例を示す図

【図8】実施の形態１の変形例に係るパッチアンテナの第１の基板を平面視した上面（表面）とアンテナ特性例を示す図

【発明を実施するための形態】

【0008】

（本開示に至る経緯）
特許文献１のパッチアンテナは使用周波数６０ＧＨｚ帯に適用したものとして開示されている。特許文献１では使用周波数が例えば６０ＧＨｚのように単一のものが想定されており、複数の異なる通信周波数帯（例えば２ＧＨｚ帯と５ＧＨｚ帯などのような２つの通信周波数帯）に対応可能なアンテナ装置（いわゆるデュアルバンド対応のアンテナ装置）の構成は開示されていない。デュアルバンド対応のアンテナ装置を構成する上では、例えば対応可能とするそれぞれの通信周波数帯の無線信号が干渉しないように無線信号の分離精度が要求される。

【0009】

そこで、以下の実施の形態では、複数の通信周波数帯に対応して所望方向へのアンテナ特性の改善を実現するアンテナ装置の例を説明する。

【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、添付図面および以下の説明は、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）
本開示に係るアンテナ装置の一例として、実施の形態１ではパッチアンテナ（言い換えると、平面アンテナもしくは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。パッチアンテナは、例えば、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てよい。また、パッチアンテナは、後述するように、空間内の電波の到来方向を測定するための六面体アンテナが有する６つの面のそれぞれに配置されてもよい（図５参照）。このように、パッチアンテナが搭載あるいは適用される製品は特に限定されない。

【0012】

図１は、実施の形態１に係るパッチアンテナ５のＩ－Ｉ方向で見た積層構造を示す断面図である。図１には、図２における矢印Ｉ－Ｉ線方向から見た断面が示されている。実施の形態１に係るパッチアンテナ５は、複数の通信周波数帯（例えば２つの異なる周波数帯の通信を扱うデュアルバンド）対応のアンテナ装置の一例であり、例えばＷｉ－Ｆｉ（登録商標）に代表される２．４５ＧＨｚ帯の無線信号（言い換えると、電波）の送信（放射）を行うとともに、Ｗｉ－Ｆｉ（登録商標）に代表される５．３ＧＨｚ帯の無線信号（言い換えると、電波）の送信（放射）を行う。

【0013】

図１に示すように、パッチアンテナ５は、最下位層にグランド面１０、中間層に給電面２０、最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。基板８は、例えばＰＰＯ（Ｐｏｌｙｐｈｅｎｙｌｅｎｅｏｘｉｄｅ）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。

【0014】

グランド面１０は、第１の基板８ａの下面（背面）側に設けられ、アンテナ面４０および給電面２０のそれぞれよりも広い面積を有する。アンテナ面４０は、第２の基板８ｂの上面（表面）側に設けられる。給電面２０は、第１の基板８ａの上面（表面）側と第２の基板８ｂの下面（裏面）側との間に対向して設けられる。したがって、実施の形態１に係るパッチアンテナ５は、電波を放射する際、アンテナ面４０を給電面２０からの下面励振によって給電する。基板８全体の厚さは例えば３ｍｍ、第１の基板８ａの厚さは２．９ｍｍ、第２の基板８ｂの厚さは０．１ｍｍであるが、これらの値に限定されない。また、基板８の下面（つまりグランド面１０の背面）側には、パッチアンテナ５に給電するための無線信号を供給する無線通信回路（図示略）が設けられる。

【0015】

基板８の上面（表面）に配置されたアンテナ面４０から基板８の下面（背面）側に配置されたグランド面１０にかけて貫通する貫通孔８６には、ビア導体５４が設けられる。ビア導体５４は、貫通孔８６に例えば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（具体的には、第１の導体の一例としてのパッチ４５）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（具体的には、第２の導体の一例としてのスタブ導体２５の一端側）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（具体的には、上述したパッチ４５あるいはスロットＳＬ１（後述参照））をパッチアンテナとして駆動するための給電導体である。接点１１は、基板８の下面（背面）側に配置された無線通信回路（図示略）の給電端子（図示略）に接続される。

【0016】

図２は、パッチアンテナ５のアンテナ面４０を示す平面図である。アンテナ面４０には、第１の周波数帯（例えば２．４ＧＨｚ帯）の通信に対応する矩形状の第１の導体の一例としてのパッチ４５が設けられる。パッチ４５は、例えば長方形状の銅箔で形成される。パッチ４５の面の１箇所には、円形状の開口部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。言い換えると、パッチ４５と接点４１とは非導通であり、ショートしていない。なお、パッチ４５と接点４１とは導通（つまりショート）していてもよい。パッチ４５は、並列共振回路の特性を有し、給電面２０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帯の電波（無線信号）を放射（送信）する。言い換えると、パッチアンテナ５は、パッチ４５のスロットＳＬ１（後述参照）以外の部分において共振することで、第１の周波数帯（例えば２．４ＧＨｚ帯）の電波（無線信号）を放射（送信）する。

【0017】

図２に示すように、パッチ４５は、長手方向に、第１の周波数帯（例えば２．４５ＧＨｚ）に対応する波長λ_１の１／２倍（つまりλ_１／２）の長さが基板８の比誘電率に基づく波長短縮率効果の影響を受けることを想定して設計した長さａ（図４Ｃ参照）を有する。つまり、長さａは、λ_１／２以下となる。また、パッチ４５は、長手方向に直交する方向（短手方向）に、第１の周波数帯（例えば２．４５ＧＨｚ）に対応する波長λ_１の１／４倍（つまりλ_１／４）以下の長さが基板８の比誘電率に基づく波長短縮率効果の影響を受けることを想定して設計した長さｂ（図４Ｃ参照）を有する。つまり、長さｂは、λ_１／４以下となる。ここで、長さａは例えば２８ｍｍであり、長さｂは例えば１４ｍｍである。

【0018】

波長λ_１は、パッチアンテナ５の第１の周波数帯（例えば２．４５ＧＨｚ）を共振周波数とする波長の長さを示し、真空中を伝搬する場合は１２２ｍｍとなる。つまり、第１の周波数帯（例えば２．４５ＧＨｚ）の信号による共振はパッチ４５の部分で発生する（つまり電界が集中する）ため、伝搬する媒体となる基板８の比誘電率の影響（つまり波長短縮率効果）を大きく受けてλ_１／２が６１（＝１２２／２）ｍｍから２８ｍｍへと短縮することを考慮して横方向の長さａを設計している。縦方向の長さｂについても同様に、伝搬する媒体となる基板８の比誘電率の影響（つまり波長短縮率効果）を受けてλ_１／４が３０．５ｍｍから１４ｍｍへと短縮することを考慮して縦方向の長さｂを設計している。

【0019】

このように、パッチアンテナ５のパッチ４５が（長手方向の長さ，短手方向の長さ）＝（ａ，ｂ）［ｍｍ：ミリメートル］を有した長方形状に成形されることで（ａ＞ｂ）、パッチアンテナ５がシートモニタ等の通信端末あるいは六面体アンテナ（上述参照）に搭載された際にパッチ４５の長手方向がパッチアンテナ５の長手方向と平行になる。これにより、パッチアンテナ５の長手方向の長さに合わせて第１の周波数帯（例えば２．４５ＧＨｚ）の波長λ_１が設定された場合、第１の周波数帯（例えば２．４５ＧＨｚ）の通信において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。

【0020】

また、パッチ４５は、給電面２０の給電点２１と反対側の他端側と対向する位置（図２参照）に、第１の周波数帯と異なる第２の周波数帯（例えば５．３ＧＨｚ）の通信に対応する矩形状のスロットＳＬ１を有する。つまり、パッチ４５は全域が銅箔で形成されておらず、一定面積分の領域の銅箔が切り欠かれたことでスロットＳＬ１が形成されている。

【0021】

スロットＳＬ１は、長手方向（言い換えると、パッチ４５の長手方向と平行な方向）に、第２の周波数帯（例えば５．３ＧＨｚ）に対応する波長λ_２の１／２倍（つまりλ_２／２）の長さが基板８の比誘電率に基づく波長短縮率効果の影響を受けることを想定して設計した長さｃ（図４Ｃ参照）を有する。つまり、長さｃは、λ_２／２以下となる。また、スロットＳＬ１は、短手方向（言い換えると、パッチ４５の短手方向と平行な方向）の長さ（例えば１．５ｍｍ）を有する。ここで、長さｃは例えば２３ｍｍである。

【0022】

波長λ_２は、パッチアンテナ５の第２の周波数帯（例えば５．３ＧＨｚ）を共振周波数とする波長の長さを示し、真空中を伝搬する場合は５６ｍｍとなる。つまり、第２の周波数帯（例えば５．３ＧＨｚ）の信号による共振はスロットＳＬ１の部分で発生する（つまり電界が集中する）ため、伝搬する媒体となる基板８の比誘電率の影響（つまり波長短縮率効果）を受けてλ_２／２が２８（＝５６／２）ｍｍから２３ｍｍへと短縮することを考慮して横方向の長さｃを設計している。なお、第１の周波数帯（例えば２．４５ＧＨｚ）はパッチ４５の部分で共振しているため基板８の比誘電率の影響（つまり波長短縮率効果）が大きく、第２の周波数帯（例えば５．３ＧＨｚ）はスロットＳＬ１で共振しているため基板８の比誘電率の影響（つまり波長短縮率効果）の影響を受けにくく、波長短縮率効果に違いが生じている。

【0023】

また、スロットＳＬ１は、給電点２１から第２の周波数帯（例えば５．３ＧＨｚ）に対応する波長λ_２の１／４倍（つまりλ_２／４）の長さほど離れた位置に設けられている。このλ_２／４に相当する長さは、上述した基板８の比誘電率の影響（つまり波長短縮率効果）を受けることを想定して設計されている。これにより、第１の周波数帯（例えば２．４５ＧＨｚ）の通信と比べて、縦方向（言い換えるとパッチアンテナ５の短手方向と平行な上下方向）の共振が発生し易くなってスロットＳＬ１の位置における電界が強くなり、第２の周波数帯（例えば５．３ＧＨｚ）の通信において垂直偏波の電波が水平偏波の電波に対して相対的に強く放射される。

【0024】

図３は、パッチアンテナ５の給電面２０を示す平面図である。給電面２０には、給電線とも言える第２の導体の一例としてのスタブ導体２５が設けられる。スタブ導体２５は、第１の周波数帯（例えば２．４５ＧＨｚ）の通信に適合したパッチ４５のインピーダンスと整合するインピーダンスを有し、パッチ４５のインピーダンスとマッチングするためにパッチ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、スタブ導体２５は、パッチ４５と電気的に直列に結合することで、パッチアンテナ５の放射リアクタンス成分をゼロに近づけることが可能である。

【0025】

スタブ導体２５は、その一端側に設けられた給電点２１と給電点２１を起点として複数の折り返し部を備えた伝送線路部とを有する。この伝送線路部は、複数の伝送線路のそれぞれが直列に接続された線路を有する。スタブ導体２５の全長は、例えば３λ_１／４である。伝送線路部を構成する複数の伝送線路のそれぞれの長さ（線路長）は、それぞれ必ずしも同一でなくてもよい。図３に示す伝送線路部を構成する複数の伝送線路は、線路幅が短い２つの伝送線路と、線路幅が太い１つの伝送線路とにより構成されている。線路幅が太い伝送線路が設けられることで、線路幅が太い伝送線路が設けられない場合に比べてスタブ導体２５の全体長が長くなることを抑制できる。

【0026】

グランド面１０には、接地導体１５が形成される（図１参照）。接地導体１５は、銅箔の材質で、基板８（特に第１の基板８ａ）の下面（背面）側の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数波長分、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。

【0027】

次に、実施の形態１に係るパッチアンテナ５の構成（図４Ｃ参照）に至る経緯について、比較例（図４Ａおよび図４Ｂ参照））を踏まえて説明する。図４Ａは、給電点２１ｚ１が中央部寄りに配置された基板８ｚ１の上面（表面）を示す平面図である。図４Ｂは、給電点２１ｚ２が中央部から端部寄りに変更配置された基板８ｚ２の上面（表面）を示す平面図である。図４Ｃは、給電点２１が中央部から端部寄りに変更配置され、かつ反対側の端部側にスロットＳＬ１が追加配置された第１の基板８ａの上面（表面）を示す平面図である。

【0028】

ここでは、図４Ａ～図４Ｃを参照して、図４Ａ，図４Ｂ，図４Ｃのそれぞれに示すデュアルバンド対応のパッチアンテナを構成した例において、２ＧＨｚ帯および５ＧＨｚ帯のアンテナ特性（例えば水平偏波、垂直偏波の放射特性）のシミュレーション結果とその考察について説明する。図４Ｃに示す第１の基板８ａならびにスタブ導体２５は、実施の形態１に係るパッチアンテナ５に設けられる。なお、比較による説明を分かり易くするため、基板８ｚ１（図４Ａ参照），基板８ｚ２（図４Ｂ参照），第１の基板８ａ（図４Ｃ参照）の長手方向の長さａおよび短手方向の長さｂはそれぞれ同一とする。

【0029】

図４Ａの基板８ｚ１では、スタブ導体２５ｚ１が基板８ｚ１の上面（表面）の縦方向（言い換えると短手方向）の中央部寄りに配置されている。基板８ｚ１を備えたパッチアンテナは、２ＧＨｚ帯の電波を放射する際には長手方向の長さａを有するパッチ（図示略）の全体において共振し、さらに、５ＧＨｚ帯の電波を放射する際にはパッチの長手方向に存在する２つの長さｂの部分でそれぞれ共振する。したがって、図４Ａに示すパッチアンテナの構成によれば、２ＧＨｚ帯，５ＧＨｚ帯の放射特性ＰＴＹｚ１２，ＰＴＹｚ１５において、２ＧＨｚ帯では水平偏波Ｈｚ１が垂直偏波Ｖｚ１よりも強く放射され、５ＧＨｚ帯でも２ＧＨｚ帯と同様に水平偏波Ｈｚ２が垂直偏波Ｖｚ２よりも強く放射される。また、５ＧＨｚ帯では、２つの長さｂの部分でそれぞれ共振するために所望方向（例えば前方方向となる０度方向）においては、電界が弱まる節Ｎ１が発生してしまい、水平偏波Ｈｚ２のアンテナ特性が劣化してしまう。

【0030】

図４Ｂの基板８ｚ２では、スタブ導体２５ｚ２が基板８ｚ２の上面（表面）の縦方向（言い換えると短手方向）の中央部から端部（例えば下端部）寄りに配置されている。基板８ｚ２を備えたパッチアンテナは、２ＧＨｚ帯の電波を放射する際には同様に長手方向の長さａを有するパッチ（図示略）の全体において共振し、さらに、５ＧＨｚ帯の電波を放射する際にはパッチの長手方向に存在する２つの長さｂの部分と新たにパッチの短手方向の長さｂの部分とでそれぞれ共振する。つまり、図４Ａの構成に比べて、５ＧＨｚ帯において縦方向の共振が新たに加わることになる。したがって、図４Ｂに示すパッチアンテナの構成によれば、２ＧＨｚ帯，５ＧＨｚ帯の放射特性ＰＴＹｚ２２，ＰＴＹｚ２５において、２ＧＨｚ帯では水平偏波Ｈｚ３が垂直偏波Ｖｚ３よりも強く放射され、５ＧＨｚ帯では縦方向の共振が加わったことで垂直偏波の特性が改善し垂直偏波Ｖｚ４が水平偏波Ｈｚ４よりも少し強く放射される。但し、５ＧＨｚ帯では、所望方向（例えば前方方向となる０度方向）において垂直偏波Ｖｚ４と水平偏波Ｈｚ４との差分Ｎ２が小さく、水平偏波と垂直偏波との分離精度が劣化してしまう。

【0031】

図４Ｃの第１の基板８ａでは、スタブ導体２５が第１の基板８ａの上面（表面）の縦方向（言い換えると短手方向）の中央部から端部（例えば下端部）寄りに配置され、さらに、給電点２１からλ_２／４離れた位置（図２および図３参照）と対向するパッチ４５の位置にスロットＳＬ１が配置されている。第１の基板８ａの上面（表面）に設けられた給電面２０を備えたパッチアンテナ５は、２ＧＨｚ帯の電波を放射する際には同様に長手方向の長さａを有するパッチ４５のスロットＳＬ１以外の部分において共振し、さらに、５ＧＨｚ帯の電波を放射する際にはスロットＳＬ１の長手方向の長さｃの部分で共振する。つまり、図４Ｂの構成に比べて、５ＧＨｚ帯においてはスロットＳＬ１での共振が支配的となる。したがって、図４Ｃに示すパッチアンテナ５の構成によれば、２ＧＨｚ帯，５ＧＨｚ帯の放射特性ＰＴＹ２，ＰＴＹ５において、２ＧＨｚ帯では水平偏波Ｈ１が垂直偏波Ｖ１よりも強く放射され、５ＧＨｚ帯ではスロットＳＬ１での共振が加わったことで垂直偏波の特性が大幅に改善し垂直偏波Ｖ２が水平偏波Ｈ２よりも強く放射される。これにより、５ＧＨｚ帯では、所望方向（例えば前方方向となる０度方向）において垂直偏波Ｖ２と水平偏波Ｈ２との差分Ｎ３が大きくなり、水平偏波と垂直偏波との分離精度が向上してアンテナ特性が改善する。

【0032】

次に、実施の形態１に係るパッチアンテナ５を、六面体アンテナを構成する一面に複数（例えば２つ）配置した場合のアンテナ特性について、図５～図７を参照して説明する。図５は、複数のパッチアンテナを各スロットの長手方向の向きを異ならせて離間配置した六面体アンテナの一面ＣＵＢ１を示す平面図である。図６は、図５の配置における２ＧＨｚ帯のアンテナ特性例を示す図である。図７は、図５の配置における５ＧＨｚ帯のアンテナ特性例を示す図である。

【0033】

図５に示す六面体アンテナの一面ＣＵＢ１には、合計４つのパッチアンテナ５が配置されている。具体的には、図５の紙面左上には第１のパッチアンテナ５Ａが横長で配置され、同図の紙面左下には第２のパッチアンテナ５Ｂが縦長で配置されている。また、図５の紙面右上には第３のパッチアンテナ５Ｃが縦長で配置され、同図の紙面右下には第４のパッチアンテナ５Ｄが縦長で配置されている。第３のパッチアンテナ５Ｃおよび第４のパッチアンテナ５Ｄは外部出力用に設けられている。

【0034】

第１のパッチアンテナ５Ａ，第２のパッチアンテナ５Ｂにおいて、スロットＳＬ５Ａ，ＳＬ５Ｂの長手方向と第１のパッチアンテナ５Ａ，第２のパッチアンテナ５Ｂの長手方向とは平行である。第２のパッチアンテナ５Ｂは、第１のパッチアンテナ５Ａが９０度時計回りに回転されて配置されている。なお、信号干渉をできるだけ抑制するために、第１のパッチアンテナ５Ａ～第４のパッチアンテナ５Ｄのそれぞれは離間して配置され、第１のパッチアンテナ５Ａおよび第４のパッチアンテナ５Ｄが同じ向きに配置され、第２のパッチアンテナ５Ｂおよび第３のパッチアンテナ５Ｃが同じ向きに配置されている。

【0035】

ここで、第１のパッチアンテナ５Ａおよび第２のパッチアンテナ５Ｂを例示して、図６を参照して２ＧＨｚ帯の無線信号を放射する時のアンテナ特性（例えば放射特性、ピークゲイン特性）を説明する。

【0036】

図６（つまり２ＧＨｚ帯）によれば、第１のパッチアンテナ５Ａの垂直偏波のピークゲイン特性ＰＧ２Ｖｕと第２のパッチアンテナ５Ｂの垂直偏波のピークゲイン特性ＰＧ２Ｖｄとを比べると、第２のパッチアンテナ５Ｂの方が第１のパッチアンテナ５Ａよりもピークゲインが高くなっている。したがって、第２のパッチアンテナ５Ｂの方が第１のパッチアンテナ５Ａよりも強い垂直偏波が放射されていることが分かる。また、第１のパッチアンテナ５Ａの垂直偏波の放射特性ＲＰ２Ｖｕと第２のパッチアンテナ５Ｂの垂直偏波の放射特性ＲＰ２Ｖｄとを比べると、所望方向（例えば前方方向である０度方向）には第２のパッチアンテナ５Ｂの方が第１のパッチアンテナ５Ａよりもより強く垂直偏波を放射している。これは、第１のパッチアンテナ５Ａのパッチの長手方向が横向き（いわゆる横長）に形成され、かつ第２のパッチアンテナ５Ｂのパッチの長手方向が縦向き（いわゆる縦長）に形成されているためである。

【0037】

また、第１のパッチアンテナ５Ａの水平偏波のピークゲイン特性ＰＧ２Ｈｕと第２のパッチアンテナ５Ｂの水平偏波のピークゲイン特性ＰＧ２Ｈｄとを比べると、第１のパッチアンテナ５Ａの方が第２のパッチアンテナ５Ｂよりもピークゲインが高くなっている。したがって、第１のパッチアンテナ５Ａの方が第２のパッチアンテナ５Ｂよりも強い水平偏波が放射されていることが分かる。また、第１のパッチアンテナ５Ａの水平偏波の放射特性ＲＰ２Ｈｕと第２のパッチアンテナ５Ｂの水平偏波の放射特性ＲＰ２Ｈｄとを比べると、所望方向（例えば前方方向である０度方向）には第１のパッチアンテナ５Ａの方が第２のパッチアンテナ５Ｂよりもより強く水平偏波を放射している。これは、第１のパッチアンテナ５Ａのパッチの長手方向が横向き（いわゆる横長）に形成され、かつ第２のパッチアンテナ５Ｂのパッチの長手方向が縦向き（いわゆる縦長）に形成されているためである。

【0038】

図７（つまり５ＧＨｚ帯）によれば、第１のパッチアンテナ５Ａの垂直偏波のピークゲイン特性ＰＧ５Ｖｕと第２のパッチアンテナ５Ｂの垂直偏波のピークゲイン特性ＰＧ５Ｖｄとを比べると、第１のパッチアンテナ５Ａの方が第２のパッチアンテナ５Ｂよりもピークゲインが高くなっている。したがって、第１のパッチアンテナ５Ａの方が第２のパッチアンテナ５Ｂよりも強い垂直偏波が放射されていることが分かる。また、第１のパッチアンテナ５Ａの垂直偏波の放射特性ＲＰ５Ｖｕと第２のパッチアンテナ５Ｂの垂直偏波の放射特性ＲＰ５Ｖｄとを比べると、所望方向（例えば前方方向である０度方向）には第１のパッチアンテナ５Ａの方が第２のパッチアンテナ５Ｂよりもより強く垂直偏波を放射している。これは、第１のパッチアンテナ５Ａのスロットの長手方向が横向き（いわゆる横長）に形成され、かつ第２のパッチアンテナ５Ｂのスロットの長手方向が縦向き（いわゆる縦長）に形成されているためである。

【0039】

また、第１のパッチアンテナ５Ａの水平偏波のピークゲイン特性ＰＧ５Ｈｕと第２のパッチアンテナ５Ｂの水平偏波のピークゲイン特性ＰＧ５Ｈｄとを比べると、第２のパッチアンテナ５Ｂの方が第１のパッチアンテナ５Ａよりもピークゲインが高くなっている。したがって、第２のパッチアンテナ５Ｂの方が第１のパッチアンテナ５Ａよりも強い水平偏波が放射されていることが分かる。また、第１のパッチアンテナ５Ａの水平偏波の放射特性ＲＰ５Ｈｕと第２のパッチアンテナ５Ｂの水平偏波の放射特性ＲＰ５Ｈｄとを比べると、所望方向（例えば前方方向である０度方向）には第２のパッチアンテナ５Ｂの方が第１のパッチアンテナ５Ａよりもより強く水平偏波を放射している。これは、第１のパッチアンテナ５Ａのスロットの長手方向が横向き（いわゆる横長）に形成され、かつ第２のパッチアンテナ５Ｂのスロットの長手方向が縦向き（いわゆる縦長）に形成されているためである。

【0040】

以上により、実施の形態１に係るパッチアンテナ５は、第１の周波数帯（例えば２．４５ＧＨｚ）の通信（例えば無線通信）に対応する矩形状の第１の導体（例えばパッチ４５）と、第１の導体（例えばパッチ４５）に対向する接地導体１５と、第１の導体（例えばパッチ４５）と接地導体１５との間に対向し、給電点２１を有する矩形状の第２の導体（例えばスタブ導体２５）と、を備える。第２の導体（例えばスタブ導体２５）は、第１の導体（例えばパッチ４５）の上下方向の一端側と対向して設けられる。第１の導体（例えばパッチ４５）は、第２の導体（例えばスタブ導体２５）と反対側の他端側と対向する位置に、第１の周波数帯と異なる第２の周波数帯（例えば５．３ＧＨｚ）の通信に対応する矩形状のスロットＳＬ１を有する。

【0041】

これにより、パッチアンテナ５は、第１の周波数帯（例えば２．４５ＧＨｚ）の無線通信においてはパッチ４５で共振し、第２の周波数帯（例えば５．３ＧＨｚ）の無線通信においてはスロットＳＬ１で共振するので、複数の通信周波数帯に対応して所望方向（例えばユーザがいる前方方向）へのアンテナ特性（例えば周波数帯ごとに水平偏波と垂直偏波とのうち一方を他方より高利得とすること）の改善を実現できる。例えば、パッチアンテナ５が搭載される通信端末は航空機等の閉空間で使用されることがあるが、閉空間内では電波の反射が発生しやすく電波が縦揺れの波になりやすくため、水平偏波の利得特性だけでなく垂直偏波の利得特性が高いことが望ましいと考えられる。特に通信端末の前方にはユーザ（例えば航空機内の乗客）がいることがあるので、デュアルバンド対応のパッチアンテナ５が搭載されることで通信周波数別に水平偏波あるいは垂直偏波の一方が他方よりもより強く放射でき、ユーザビリティの向上の貢献が期待される。

【0042】

また、第１の導体（例えばパッチ４５）に対応する第１の周波数帯（例えば２．４５ＧＨｚ）は、スロットＳＬ１に対応する第２の周波数帯（例えば５．３ＧＨｚ）より低い。これにより、パッチアンテナ５において、第１の導体（例えばパッチ４５）は広い面積部分で共振できるので水平偏波を垂直偏波より強く放射可能となり、さらに、スロットＳＬ１は給電点２１から縦方向（パッチ４５の短手方向）にλ_２／４ほど離れた位置で共振できるので垂直偏波を水平偏波より強く放射可能となる。したがって、パッチアンテナ５は、２ＧＨｚと５ＧＨｚとの両方（つまりデュアルバンド）において水平偏波と垂直偏波との分離精度を向上してアンテナ特性を改善できる。

【0043】

また、スロットＳＬ１は、第１の導体（例えばパッチ４５）の長手方向に平行な方向に、第２の周波数帯（例えば５．３ＧＨｚ）に対応する波長λ_２の１／２倍以下の長さを有する。第１の導体（例えばパッチ４５）は、第１の導体（例えばパッチ４５）の長手方向に平行な方向に、第１の周波数帯（例えば２．４５ＧＨｚ）に対応する波長λ_１の１／２倍以下の長さを有する。これにより、縦方向（言い換えるとパッチアンテナ５の短手方向と平行な上下方向）の共振が発生し易くなってスロットＳＬ１の位置における電界が強くなり、第２の周波数帯（例えば５．３ＧＨｚ）の通信において垂直偏波の電波が水平偏波の電波に対して相対的に強く放射される。

【0044】

また、スロットＳＬ１は、給電点２１から第２の周波数帯（例えば５．３ＧＨｚ）に対応する波長λ_２の１／４倍の距離離れた位置と対向する、第１の導体（例えばパッチ４５）上の位置に配置される。これにより、給電点２１からλ_２／４ほど離れた位置と対向するパッチ４５にスロットＳＬ１が配置されることでスロットＳＬ１に電界が集中し易くなって所望方向（例えばユーザがいる前方方向）へのアンテナ特性（例えば利得）が向上する。

【0045】

また、第２の導体は、第１の導体（例えばパッチ４５）のインピーダンスと整合するインピーダンスを有するスタブ導体２５をさらに有する。第１の導体（例えばパッチ４５）は、スタブ導体２５の一端側に配置される給電点２１を介してスタブ導体２５と電気的に導通している。これにより、パッチアンテナ５は、スタブ導体２５がパッチ４５と電気的に直列に結合することで、パッチアンテナ５の放射リアクタンス成分をゼロに近づけることが可能であり、パッチアンテナ５が動作可能な電波の周波数帯を広帯域化できる。

【0046】

（実施の形態１の変形例）
実施の形態１の変形例として、実施の形態１に係るパッチアンテナ５をより小型化することを目的としたパッチアンテナの例を、図８を参照して説明する。図８は、実施の形態１の変形例に係るパッチアンテナの第１の基板８ａを平面視した上面（表面）とアンテナ特性例を示す図である。実施の形態１の変形例でも同様に、パッチアンテナにおいて、第１の基板８ａとその上位に設けられる第１の導体（例えばパッチ、図８では図示略）とは対向配置され、グランド面１０Ａは第１の導体（例えばパッチ４５）より広い面積部分を有する。図８の第１の基板８ａは、例えば図２の第１の基板８ａの１／２の容積（体積）を有する構成であり、紙面右側には、複数のビア導体５６が一列に並んで設けられている。つまり、実施の形態１の変形例においても、スロットＳＬ１Ａの配置、スタブ導体２５Ａおよび給電点２１Ａの位置も実施の形態１のパッチアンテナ５と同様であるため、詳細な説明は省略する。

【0047】

ビア導体５６は、実施の形態１の変形例に係るパッチアンテナのアンテナ面に形成されたパッチ（第１の導体の一例）と、グランド面１０Ａに設けられた接地導体とを導通させる導体であり、複数のビア導体５６が一列に並ぶように等間隔に設けられる（図８参照）。ビア導体５６が挿通されるために第１の基板８ａに形成された複数の貫通孔は、いわゆるスルーホールである。

【0048】

したがって、図８Ｃに示す実施の形態１の変形例に係るパッチアンテナの構成によれば、実施の形態１に係るパッチアンテナ５に比べて小型化が実現可能となるだけでなく、２ＧＨｚ帯，５ＧＨｚ帯の放射特性ＰＴＹ２Ａ，ＰＴＹ５Ａにおいて、実施の形態１に係るパッチアンテナ５と同様に、２ＧＨｚ帯では水平偏波Ｈ１Ａが垂直偏波Ｖ１Ａよりも強く放射され、５ＧＨｚ帯ではスロットＳＬ１Ａでの共振が加わったことで垂直偏波の特性が大幅に改善し垂直偏波Ｖ２Ａが水平偏波Ｈ２Ａよりも強く放射される。これにより、５ＧＨｚ帯では、所望方向（例えば前方方向となる０度方向）において垂直偏波Ｖ２Ａと水平偏波Ｈ２Ａとの差分が大きくなり、水平偏波と垂直偏波との分離精度が向上してアンテナ特性が改善する。

【0049】

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。

【0050】

例えば、上述した実施の形態１もしくはその変形例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】

【0051】

本開示は、複数の通信周波数帯に対応して所望方向へのアンテナ特性の改善を実現するアンテナ装置として有用である。

【符号の説明】

【0052】

５ パッチアンテナ
５Ａ 第１のパッチアンテナ
５Ｂ 第２のパッチアンテナ
８ 基板
８ａ 第１の基板
８ｂ 第２の基板
１０ グランド面
１５ 接地導体
２０ 給電面
２１、２１Ａ 給電点
２５、２５Ａ スタブ導体
４０ アンテナ面
４１ 接点
４４ 開口部
４５ パッチ
５４ ビア導体
８６ 貫通孔
ＳＬ１、ＳＬ１Ａ スロット

【図1】

【図2】

【図3】

【図4A】

【図4B】

【図4C】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】