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(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】2024-04-01
(45)【発行日】2024-04-09
(54)【発明の名称】無線通信機
(51)【国際特許分類】
H01Q 1/52 20060101AFI20240402BHJP
H01Q 1/24 20060101ALI20240402BHJP
【ＦＩ】
H01Q1/52
H01Q1/24 Z
【請求項の数】
7
(21)【出願番号】P 2021021883
(22)【出願日】2021-02-15
(65)【公開番号】P2022124234
(43)【公開日】2022-08-25
【審査請求日】2023-03-09
(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】
【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】松本 翔
(72)【発明者】
【氏名】李 政彦
(72)【発明者】
【氏名】早瀬 陽一
(72)【発明者】
【氏名】熱田 隆
【審査官】佐藤 当秀
(56)【参考文献】
【文献】特開２０２０－１８２１６０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１３－１７９１５２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１７－２２４９０４（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｑ １／５２
Ｈ０１Ｑ １／２４
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
誘電体を含む基板（２０）と、０次共振アンテナ（３０）と、
前記基板に実装された高周波回路（４０）と、
前記基板に実装された金属体（５０）と、を備え、
前記０次共振アンテナは、
前記基板に配置され、接地電位を提供する地板（３１）と、
前記基板の厚み方向において前記地板に対向するように、前記基板に配置されたパッチ部（３２）と、
前記パッチ部との給電点から延びて前記パッチ部と前記高周波回路とを電気的に接続し、前記給電点から少なくとも一部が前記基板において前記パッチ部と同一面に配置された給電線（３３）と、
前記基板に配置され、前記パッチ部と前記地板とを電気的に接続する短絡部（３４）と、を有し、
前記金属体は、
前記地板と同電位とされ、
前記厚み方向の長さが、前記パッチ部よりも長くされ、
前記厚み方向からの平面視において、前記パッチ部と前記高周波回路との間の領域であって、前記パッチ部の中心と前記給電点との並び方向から見た前記給電線の幅の範囲内に、少なくとも一部が配置されている、無線通信機。
【請求項2】
前記０次共振アンテナの動作周波数の電波の波長をλとすると、前記厚み方向からの平面視において前記パッチ部と前記金属体との距離Ｄは、０＜Ｄ＜λ×１／２の関係を満たす、請求項１に記載の無線通信機。
【請求項3】
前記給電線は、前記パッチ部と同一面において前記給電点から一直線状に延びる直線部（３３ａ）を有し、前記金属体は、前記直線部の直上、または、前記直線部の延長線上に配置されている、請求項１または請求項２に記載の無線通信機。
【請求項4】
前記パッチ部は、前記基板の外周端（２１）の近傍に配置されている、請求項１～３いずれか１項に記載の無線通信機。
【請求項5】
前記金属体は、前記厚み方向において前記基板の一面（２０ａ）に実装されている、請求項１～４いずれか１項に記載の無線通信機。
【請求項6】
前記厚み方向において、前記基板の前記一面に、前記パッチ部と、前記給電線の少なくとも一部とが配置され、前記金属体は、前記一面から、前記パッチ部よりも上方に突起している、請求項５に記載の無線通信機。
【請求項7】
前記金属体は、前記高周波回路を保護するシールドケースである、請求項１～６いずれか１項に記載の無線通信機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
この明細書における開示は、無線通信機に関する。
【背景技術】
【0002】
特許文献１は、０次共振アンテナを備えた装置を開示している。先行技術文献の記載内容は、この明細書における技術的要素の説明として、参照により援用される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開２０１６－１８１７５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
０次共振アンテナは、互いに対向する地板およびパッチ部が、短絡部によって接続された構造をなしている。特許文献１では、対向導体に給電するための給電線（給電部）が、対向導体の中央部に接続されている。０次共振アンテナは、地板の板厚方向に直交する平面において、中心をＮＵＬＬとする円環状の放射特性、すなわち無指向性を有する。上述の観点において、または言及されていない他の観点において、０次共振アンテナを備える無線通信機にはさらなる改良が求められている。
【0005】
開示されるひとつの目的は、所望の指向性を有する無線通信機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0006】
ここに開示された無線通信機は、
誘電体を含む基板（２０）と、
０次共振アンテナ（３０）と、
基板に実装された高周波回路（４０）と、
基板に実装された金属体（５０）と、を備え、
０次共振アンテナは、
基板に配置され、接地電位を提供する地板（３１）と、
基板の厚み方向において地板に対向するように、基板に配置されたパッチ部（３２）と、
パッチ部との給電点から延びてパッチ部と高周波回路とを電気的に接続し、給電点から少なくとも一部が基板においてパッチ部と同一面に配置された給電線（３３）と、
基板に配置され、パッチ部と地板とを電気的に接続する短絡部（３４）と、を有し、
金属体は、
地板と同電位とされ、
厚み方向の長さが、パッチ部よりも長くされ、
厚み方向からの平面視において、パッチ部と高周波回路との間の領域であって、パッチ部の中心と給電点との並び方向から見た給電線の幅の範囲内に、少なくとも一部が配置されている。
誘電体を含む基板（２０）と、
０次共振アンテナ（３０）と、
基板に実装された高周波回路（４０）と、
基板に実装された金属体（５０）と、を備え、
０次共振アンテナは、
基板に配置され、接地電位を提供する地板（３１）と、
基板の厚み方向において地板に対向するように、基板に配置されたパッチ部（３２）と、
パッチ部との給電点から延びてパッチ部と高周波回路とを電気的に接続し、給電点から少なくとも一部が基板においてパッチ部と同一面に配置された給電線（３３）と、
基板に配置され、パッチ部と地板とを電気的に接続する短絡部（３４）と、を有し、
金属体は、
地板と同電位とされ、
厚み方向の長さが、パッチ部よりも長くされ、
厚み方向からの平面視において、パッチ部と高周波回路との間の領域であって、パッチ部の中心と給電点との並び方向から見た給電線の幅の範囲内に、少なくとも一部が配置されている。
【0007】
開示された無線通信機によれば、０次共振アンテナの単体で、意図的に指向性を給電線の延びる方向に偏らせている。つまり、電界を給電界の延びる方向に集中させている。そして、電界の集中する方向、具体的には上記した領域内に金属体を意図的に配置することで、延びる方向に放射された電波の一部を反射し、電界を広げるようにしている。このように、０次共振アンテナと金属体とにより、給電線の延びる方向とは異なる方向に指向性を有する。つまり、給電線の延びる方向とは異なる、所望の指向性を有する無線通信機を提供することができる。
【0008】
この明細書における開示された複数の態様は、それぞれの目的を達成するために、互いに異なる技術的手段を採用する。請求の範囲およびこの項に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態の部分との対応関係を例示的に示すものであって、技術的範囲を限定することを意図するものではない。この明細書に開示される目的、特徴、および効果は、後続の詳細な説明、および添付の図面を参照することによってより明確になる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1】第１実施形態に係る無線通信機の概略構成を示す平面図である。
【図4】高周波回路を示す回路図である。
【図5】０次共振アンテナの放射特性を示す図である。
【図6】０次共振アンテナの放射特性を示す図である。
【図7】０次共振アンテナの放射特性を示す図である。
【図8】金属体の配置の一例を示す図である。
【図9】金属体の配置の別の例を示す図である。
【図10】本例と参考例の指向性を示す図である。
【図11】電磁界シミュレーションに用いた本例および参考例の構成を示す図である。
【図12】本例と参考例の放射特性を示す図である。
【図13】本例と参考例の放射特性を示す図である。
【図14】Ｐｈｉ＝０°の面での放射特性を比較した図である。
【図15】Ｐｈｉ＝４°の面での放射特性を比較した図である。
【図16】Ｐｈｉ＝１０°の面での放射特性を比較した図である。
【図17】変形例を示す図である。
【図18】変形例を示す図である。
【図19】変形例を示す図である。
【図20】変形例を示す図である。
【図21】第２実施形態に係る無線通信機において、パッチ部と金属体との距離を示す図である。
【図22】距離が半波長、１／４波長に等しいときの放射特性を示す図である。
【図23】Ｐｈｉ＝０°の面での放射特性を比較した図である。
【図24】Ｐｈｉ＝５５°の面での放射特性を比較した図である。
【図25】第３実施形態に係る無線通信機を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下、図面に基づいて複数の実施形態を説明する。なお、各実施形態において対応する構成要素には同一の符号を付すことにより、重複する説明を省略する場合がある。各実施形態において構成の一部分のみを説明している場合、当該構成の他の部分については、先行して説明した他の実施形態の構成を適用することができる。また、各実施形態の説明において明示している構成の組み合わせばかりではなく、特に組み合わせに支障が生じなければ、明示していなくても複数の実施形態の構成同士を部分的に組み合せることができる。
【0011】
（第１実施形態）
まず、無線通信機の概略構成について説明する。本実施形態の無線通信機は、所定の動作周波数の電波を送信および／または受信するように構成されている。無線通信機は、近距離無線通信で使用される周波数帯の電波を、送信および／または受信可能に構成されている。本実施形態の動作周波数は、２．４４ＧＨｚである。動作周波数は適宜設計されればよく、他の周波数（たとえば５ＧＨｚ）としてもよい。無線通信機は、たとえば、車両に搭載された機器間での通信に用いられる。
まず、無線通信機の概略構成について説明する。本実施形態の無線通信機は、所定の動作周波数の電波を送信および／または受信するように構成されている。無線通信機は、近距離無線通信で使用される周波数帯の電波を、送信および／または受信可能に構成されている。本実施形態の動作周波数は、２．４４ＧＨｚである。動作周波数は適宜設計されればよく、他の周波数（たとえば５ＧＨｚ）としてもよい。無線通信機は、たとえば、車両に搭載された機器間での通信に用いられる。
【0012】
【0013】
図１、図２、および図３に示すように、無線通信機１０は、基板２０、０次共振アンテナ３０、高周波回路４０、および金属体５０を備えている。無線通信機１０は、０次共振アンテナ３０および金属体５０を含むアンテナ装置と、高周波回路４０を備えている。
【0014】
以下においては、基板２０の厚み（板厚）方向をＸ方向とし、Ｘ方向に直交する一方向をＹ方向とする。Ｘ方向およびＹ方向に直交する方向をＺ方向とする。特に断りのない限り、Ｘ方向から平面視した形状、すなわちＹ方向およびＺ方向により規定されるＹＺ平面に沿う形状を、平面形状と示す。また、Ｚ方向からの平面視を、単に平面視と示すことがある。
【0015】
基板２０は、プリント基板の絶縁基材（絶縁部）である。基板２０は、樹脂などの誘電体を用いて構成されている。基板２０を用いることで、誘電体による波長短縮効果が期待できる。基板２０としては、たとえば樹脂のみからなるもの、樹脂とガラス布、不織布などとを組み合わせたもの、を採用することができる。基板２０は、地板３１とパッチ部３２とを所定の位置関係に保持する保持部として機能する。
【0016】
基板２０は、一面２０ａと、一面２０ａとはＸ方向において反対の面である裏面２０ｂを有している。本実施形態では、基板２０の一面２０ａにパッチ部３２および給電線３３が配置され、裏面２０ｂに地板３１が配置されている。この構成では、基板２０の厚みにより、地板３１とパッチ部３２との対向距離、および、短絡部３４のＸ方向の長さを調整することができる。基板２０は、単層構造でもよいし、多層構造でもよい。
【0017】
０次共振アンテナ３０は、地板３１、パッチ部３２、給電線３３、および短絡部３４を備えている。地板３１、パッチ部３２、給電線３３、および短絡部３４は、プリント基板の導体要素（導体部）である。つまり、０次共振アンテナ３０は、プリント基板に構成されている。０次共振アンテナ３０は、基板２０に実装されている。プリント基板は、０次共振アンテナ３０の構成要素以外にも、導体要素を含む。
【0018】
本実施形態の０次共振アンテナ３０は、図１に示すように、Ｚ方向において基板２０の端部２１の近傍に設けられている。端部２１は、Ｚ方向における基板２０の端部のうちのひとつである。パッチ部３２は、基板２０のＺ方向の端部のうち、端部２１側に偏って配置されている。端部２１は、平面矩形状をなす基板２０において、４つの辺のうちのひとつである。端部２１は、Ｙ方向に略平行な辺である。端部２１は、４つの辺のうち、０次共振アンテナ３０がもっとも近い辺である。端部２１は、基板２０の外周端に相当する。
【0019】
地板３１は、０次共振アンテナ３０におけるグランド電位（接地電位）を提供する。地板３１は、プリント基板において接地電位を供給する、図示しないグランドパターンと電気的に接続されている。地板３１は、銅などを材料とする導体である。地板３１の板面に垂直な方向も、Ｘ方向に略平行である。平面視において、地板３１の面積は、パッチ部３２の面積よりも大きい。地板３１は、パッチ部３２の全体を内包する大きさを有している。地板３１は、０次共振アンテナ３０を安定して動作させるための必要な大きさを備えていることが好ましい。
【0020】
本実施形態の地板３１は、平面略長方形をなしている。地板３１の各辺は、たとえば動作周波数の電波の波長の１倍以上、すなわち１波長以上の長さを有している。地板３１は、上記したように基板２０の裏面２０ｂに配置されている。地板３１は、基板２０の裏面２０ｂに配置された金属箔、たとえば銅箔をパターニングすることで形成されている。地板３１は、プリント基板の裏面２０ｂ側の表層パターンの一部である。
【0021】
なお、地板３１の平面形状については適宜変更可能である。本実施形態では、一例として地板３１の平面形状を長方形状とするが、その他の構成として、正方形状でもよいし、その他の多角形状でもよい。また、円形（楕円を含む）状でもよい。地板３１は、直径が１波長の円よりも大きく形成されていることが好ましい。地板３１は、基板２０の裏面配置に限定されない。たとえば、内層導体の一部として、基板２０の内部に配置されてもよい。
【0022】
パッチ部３２は、銅などを材料とする導体である。パッチ部３２は、Ｘ方向において地板３１との間に所定の間隔を有するように、地板３１に対向配置された導体である。パッチ部３２は、放射素子と称されることがある。平面視において、パッチ部３２の全体が地板３１と重なっている。つまり、パッチ部３２の板面（下面）全体が、Ｘ方向において地板３１に対向している。パッチ部３２は、地板３１に対して略平行に配置されている。略平行とは、完全に平行に限らない。たとえば、数度から十度程度傾いていてもよい。
【0023】
本実施形態のパッチ部３２は、上記したように基板２０の一面２０ａに配置されている。パッチ部３２は、基板２０の一面２０ａに配置された金属箔をパターニングすることで形成されている。パッチ部３２は、プリント基板において、一面２０ａ側の表層パターンの一部である。表層パターンとは、プリント基板において多層に配置された導体パターンのうち、基板２０の表面（一面２０ａまたは裏面２０ｂ）に配置されたパターンである。パッチ部３２の基本形状は、平面略正方形である。基本形状は、平面視においてパッチ部３２の外形輪郭である。パッチ部３２は、外形輪郭に開口するスリットを有してもよい。たとえば、平面略正方形に２つのスリットを設けた、平面略Ｈ字状のパッチ部３２を採用することもできる。パッチ部３２は、基板２０の一面配置に限定されない。たとえば、内層導体の一部として、基板２０の内部に配置されてもよい。
【0024】
パッチ部３２は、地板３１に対向配置されることで、パッチ部３２の面積や地板３１との間隔に応じたキャパシタを形成する。パッチ部３２は、短絡部３４が備えるインダクタと対象周波数において並列共振するキャパシタを形成する大きさとされている。パッチ部３２の面積は、所望のキャパシタを提供するように、ひいては動作周波数で動作するように、適宜設計される。
【0025】
本実施形態では、一例としてパッチ部３２の基本形状（外形輪郭）を正方形状とするが、その他の構成として、パッチ部３２の平面形状は、円形や、正八角形、正六角形などでもよい。パッチ部３２の基本形状は、互いに直交する２つの直線のそれぞれを対称の軸として線対称な形状、すなわち２方向線対称形状であることが好ましい。２方向線対称形状とは、ある直線を対称の軸として線対称であって、かつ、その直線と直交する他の直線についても線対称な図形を指す。２方向線対称形状とは、たとえば楕円形、長方形、円形（真円）、正方形、正六角形、正八角形、ひし形などが該当する。また、パッチ部３２は、円形、正方形、長方形、平行四辺形など、点対称な図形であることがより好ましい。
【0026】
給電線３３は、パッチ部３２に給電するための導体である。給電線３３は、パッチ部３２との給電点から延びており、給電点から少なくとも一部が、基板２０においてパッチ部３２と同一面に配置されている。パッチ部３２と同一面に配置された給電線３３は、マイクロストリップラインと称されることがある。給電線３３の端部のひとつは、パッチ部３２の縁部に電気的に接続されている。給電線３３の端部の他のひとつは、高周波回路４０に電気的に接続されている。給電線３３とパッチ部３２との接続部分が、給電点に相当する。高周波回路４０を介して給電線３３に入力された電流は、パッチ部３２に伝搬し、パッチ部３２を励振させる。なお、給電方式は、直結給電方式に限定されない。給電線３３とパッチ部３２とを電磁結合させる給電方式を採用してもよい。
【0027】
本実施形態の給電線３３は、基板２０の一面２０ａに配置された導体を含む。つまり、給電線３３の少なくとも一部も、プリント基板において、一面２０ａ側の表層パターンの一部である。給電線３３も、基板２０の一面２０ａに配置された金属箔をパターニングすることで形成されている。給電線３３において、給電点から少なくとも一部は、パッチ部３２と一体的に形成されている。図１～図３に示す例では、給電線３３は、パッチ部３２において基板２０の端部２１との対向辺ではなく、非対向辺から延びている。給電線３３は、対向辺に隣接する辺から延びている。給電点を有する辺は、給電辺と称される。対向辺に隣接する辺のひとつが、給電辺である。対向辺は、Ｙ方向に略平行な辺である。給電辺を含む、対向辺に隣接する辺は、Ｚ方向に略平行な辺である。給電線３３は、パッチ部３２の給電辺の略中央部分に連なっている。
【0028】
給電線３３は、給電点から少なくとも一部として、一直線状に延びる直線部３３ａを有している。直線部３３ａは、たとえば、パッチ部３２の略中心と給電点とを結ぶ仮想的な直線に沿って、給電点から一直線状に延びている。図１～図３に示す例では、直線部３３ａが、Ｙ方向に延びている。給電線３３は、Ｘ方向において地板３１に対向配置されている。本実施形態の給電線３３は、一面２０ａに配置された導体のみによって構成されている。
【0029】
給電線３３は、直線部３３ａのみを含む構成としてもよい。この場合、給電線３３の全体が、一直線状をなす。給電線３３は、屈曲部を有してもよい。給電線３３は、Ｙ方向に沿って延びる部分と、Ｚ方向に沿って延びる部分を含んでもよい。給電線３３は、Ｙ方向成分とＺ方向成分を有する部分を含んでもよい。給電線３３は、曲線部分を含んでもよい。給電線３３は、一面２０ａに配置された導体に加えて、ビア導体および内層導体を含んでもよい。
【0030】
短絡部３４は、地板３１とパッチ部３２とを電気的に接続、すなわち短絡している。短絡部３４は、基板２０に配置された柱状の導体である。短絡部３４の端部のひとつは地板３１に接続され、端部の他のひとつはパッチ部３２に接続されている。短絡部３４は、たとえば平面略円形をなしている。短絡部３４の径や長さを調整することによって、短絡部３４が備えるインダクタの値（インダクタンス）を調整することができる。短絡部３４は、平面視においてパッチ部３２の略中心に接続されている。パッチ部３２の中心は、パッチ部３２の重心に相当する。
【0031】
パッチ部３２が平面略正方形の場合、中心とは、パッチ部３２の２つの対角線の交点に相当する。短絡部３４は、基板２０に形成された貫通孔（いわゆるビア）内に導体が配置されたビア導体である。貫通孔は、基板２０を一面２０ａから裏面２０ｂにわたって貫通している。短絡部３４を構成するビア導体の数は特に限定されない。本実施形態では、ひとつのビア導体が短絡部３４を構成している。地板３１とパッチ部３２との間に並列配置された複数のビア導体により、短絡部３４を構成してもよい。
【0032】
高周波回路４０は、０次共振アンテナ３０と電気的に接続され、０次共振アンテナ３０を介して外部と無線通信を行う無線通信回路の少なくとも一部をなすものである。高周波回路４０は、基板２０（プリント基板）に実装されている。本実施形態では、高周波回路４０が、基板２０の一面２０ａに実装されている。高周波回路４０は、たとえばＩＣチップとして提供され、プリント基板の図示しない表層パターン（ランド）に、はんだ接合される。高周波回路４０は、基板２０（プリント基板）の内部に配置してもよい。多層基板であれば、高周波回路４０の内蔵が可能である。高周波回路４０とパッチ部３２は、Ｙ方向に並んで配置されている。
【0033】
高周波回路４０は、少なくとも、送信信号を変調して送信する送信機能、および／または、受信信号を復調する受信機能を有している。高周波回路４０は、送信機能を有する場合に送信回路、受信機能を有する場合に受信回路、送受信機能を有する場合に送受信回路と称されることがある。さらに、高周波回路４０は、無線回路、ＲＦ回路、給電回路などと称されることがある。
【0034】
本実施系の高周波回路４０は、図４に示すように、トランシーバ４１、パワーアンプ（ＰＡ）４２、ローノイズアンプ（ＬＮＡ）４３、スイッチ４４、およびバンドパスフィルタ４５を有している。トランシーバ４１は、変換器（ＣＯＮ）４１ａ、変調器（ＭＯＤ）４１ｂ、および復調器（ＤＥＭＯＤ）４１ｃを有している。高周波回路４０は、いわゆるＲＦ部を有している。
【0035】
変換器４１ａは、信号のアナログ・デジタル変換を行う。送信時において、変換器４１ａは、ベースバンド信号（デジタル信号）をアナログ信号に変換する。変調器４１ｂは、変換されたアナログ信号を変調する。トランシーバ４１は、変調信号をＲＦ信号の周波数で発振する。復調器４１ｃは、受信信号を復調する。変換器４１ａは、復調信号（アナログ）をデジタル信号（ベースバンド信号）に変換する。ＲＦは、radio frequencyの略称である。
【0036】
パワーアンプ４２は、ＲＦ信号の電力を増幅してスイッチ４４へ出力する。ローノイズアンプ４３は、スイッチ４４を介して入力する受信信号を増幅し、トランシーバ４１へ出力する。スイッチ４４は、給電ラインを送信側および受信側のいずれかに切り替える。スイッチ４４は、アンテナスイッチと称されることがある。パワーアンプ４２は、送信側の給電ラインにおいて、スイッチ４４とトランシーバ４１との間に設けられている。ローノイズアンプ４３は、受信側の給電ラインにおいて、スイッチ４４とトランシーバ４１との間に設けられている。
【0037】
バンドパスフィルタ４５は、不要な周波数成分を除去する。バンドパスフィルタ４５は、給電ラインにおいて、スイッチ４４と０次共振アンテナ３０との間に設けられている。高周波回路４０は、さらにインピーダンス整合のための整合回路を構成する複数の整合素子４６、および、保護用のダイオード４７を有している。図４では、便宜上、複数の整合素子４６に共通の符号を付与している。
【0038】
図４に示した高周波回路４０は、あくまで一例に過ぎない。送信方式や受信方式も特に限定されない。高周波回路４０は、上記したようにＲＦ部のみを有してもよいし、ＲＦ部とベースバンド部を有してもよい。
【0039】
金属体５０は、０次共振アンテナ３０から放射された電波の一部を反射することで、指向性を調整するものである。金属体５０は、基板２０（プリント基板）に実装されている。金属体５０は、プリント基板の要素とは別の要素である。金属体５０は、地板３１と同電位、つまり接地電位とされている。たとえば、金属体５０は、プリント基板の導体要素を介して地板３１に接続されることで、地板３１と同電位とされてもよい。金属体５０は、グランドパターンを介して地板３１と電気的に接続されることで、地板３１と同電位とされてもよい。金属体５０は、Ｘ方向において、パッチ部３２よりも長い。つまり、金属体５０の高さが、パッチ部３２の厚みよりも長い。金属体５０は、パッチ部３２よりも長いことで、電波を効果的に反射する。金属体５０の配置については後述する。
【0040】
金属体５０としては、たとえば、金属ブロック、プリント基板に実装された電子部品を保護する金属ケース、コネクタが備える端子などの金属部、を採用することができる。本実施形態では、金属体５０として、高周波回路４０を電磁波から保護するシールドケースを採用している。金属体５０は、基板２０の一面２０ａに実装されている。図示を省略するが、プリント基板は、ソルダレジストなどの保護膜を、一面２０ａ上に有している。金属体５０は、保護膜から露出する導体要素であるランド（図示略）に、はんだ接合されている。ランドは、グランドパターンに電気的に接続されている。金属体５０（シールドケース）は、保護膜上に配置されている。金属体５０は、一面２０ａから、パッチ部３２よりも上方に突起している。
【0041】
金属体５０としてのシールドケースは、たとえば一面が開口する箱状をなしている。そして、金属体５０の内部に、高周波回路４０が収容されている。本実施形態では、図４に一点鎖線で示すように、高周波回路４０の要素のすべてが、金属体５０の内部に配置されている。高周波回路４０を構成する要素の一部が金属体５０（シールドケース）内に配置され、他の一部が金属体５０の外に配置される構成としてもよい。金属体５０は、高周波回路４０とともに、モールド部品として提供されてもよい。金属体５０は、基板２０（プリント基板）の内部に配置してもよい。多層基板であれば、金属体５０の内蔵が可能である。
【0042】
＜０次共振アンテナの動作＞
次に、０次共振アンテナ３０の動作について説明する。上記したように、０次共振アンテナ３０は、互いに対向する地板３１およびパッチ部３２が、短絡部３４によって接続された構造を有している。この構造は、いわゆるマッシュルーム構造であり、メタマテリアルの基本構造と同じである。０次共振アンテナ３０は、メタマテリアル技術を応用したアンテナであるため、メタマテリアルアンテナと称されることがある。
次に、０次共振アンテナ３０の動作について説明する。上記したように、０次共振アンテナ３０は、互いに対向する地板３１およびパッチ部３２が、短絡部３４によって接続された構造を有している。この構造は、いわゆるマッシュルーム構造であり、メタマテリアルの基本構造と同じである。０次共振アンテナ３０は、メタマテリアル技術を応用したアンテナであるため、メタマテリアルアンテナと称されることがある。
【0043】
０次共振アンテナ３０は、所望の動作周波数において、０次の共振モードで動作するように設計されている。メタマテリアルの分散特性のうち、位相定数βがゼロ（０）となる周波数で共振する現象が０次共振である。位相定数βは、伝送線路を伝搬する波の伝搬係数γの虚部である。０次共振アンテナ３０は、０次共振が発生する周波数を含む所定帯域の電波を良好に送信および／または受信することができる。
【0044】
０次共振アンテナ３０は、概略的には、地板３１とパッチ部３２との間に形成されるキャパシタと、短絡部３４が備えるインダクタとの、ＬＣ並列共振によって動作する。０次共振アンテナ３０において、パッチ部３２は、その中央領域に設けられた短絡部３４で地板３１に短絡されている。また、パッチ部３２の面積は、短絡部３４が備えるインダクタと所望の周波数（動作周波数）において並列共振するキャパシタを形成する面積となっている。なお、インダクタの値（インダクタンス）は、短絡部３４の各部寸法、たとえば径およびＺ方向長さに応じて定まる。
【0045】
このため、動作周波数の電力が給電されると、インダクタとキャパシタとの間のエネルギー交換によって並列共振が生じ、地板３１とパッチ部３２との間には、地板３１（およびパッチ部３２）に対して垂直な電界が発生する。すなわち、Ｘ方向の電界が発生する。この垂直電界は、短絡部３４からパッチ部３２の縁部に向かって伝搬していき、パッチ部３２の縁部において垂直偏波となって空間を伝搬していく。なお、ここでの垂直偏波とは、電界の振動方向が地板３１やパッチ部３２に対して垂直な電波を指す。また、０次共振アンテナ３０は、ＬＣ並列共振により、０次共振アンテナ３０の外部から到来する垂直偏波を受信する。
【0046】
なお、０次共振は、共振周波数がアンテナサイズによらない。よって、パッチ部３２の一辺の長さを０次共振周波数の１／２波長よりも短くすることができる。たとえば、一辺を１／４波長相当の長さにしても、０次共振を生じさせることができる。たとえば動作周波数が２．４４ＧＨｚの場合、基板２０を備える構成において波長λεは、（３００［ｍｍ／ｓ］／２．４４［ＧＨｚ］）／基板２０の誘電率の平方根、により求まる。一辺を１／４波長より短くすることも可能であるが、たとえばゲイン（アンテナ利得）が低下する。
【0047】
＜給電線の延設方向と指向性＞
次に、給電線３３の延設方向と指向性、つまり、０次共振アンテナ３０の単体の指向性、について説明する。図５、図６、および図７は、給電線３３の延設方向と電磁界シミュレーションの結果（放射特性）をそれぞれ示している。このシミュレーションでは、動作周波数、基板２０の構成（誘電率および厚み）と短絡部３４の径を、各例において同じにした。つまり、給電線３３の延設方向のみを互いに異ならせ、その他は同じ条件でシミュレーションを行った。たとえば、動作周波数は、２．４４ＧＨｚとした。図５～図７では、便宜上、基板２０を省略して０次共振アンテナ３０を示している。図５～図７では、ＮＵＬＬが分かるように、電界強度が高いほどドットを祖にし、電界強度が低いほどドットを密にしている。
次に、給電線３３の延設方向と指向性、つまり、０次共振アンテナ３０の単体の指向性、について説明する。図５、図６、および図７は、給電線３３の延設方向と電磁界シミュレーションの結果（放射特性）をそれぞれ示している。このシミュレーションでは、動作周波数、基板２０の構成（誘電率および厚み）と短絡部３４の径を、各例において同じにした。つまり、給電線３３の延設方向のみを互いに異ならせ、その他は同じ条件でシミュレーションを行った。たとえば、動作周波数は、２．４４ＧＨｚとした。図５～図７では、便宜上、基板２０を省略して０次共振アンテナ３０を示している。図５～図７では、ＮＵＬＬが分かるように、電界強度が高いほどドットを祖にし、電界強度が低いほどドットを密にしている。
【0048】
図５は、図１同様に構成された０次共振アンテナ３０の放射特性を示している。給電線３３は、パッチ部３２の縁部からＹ方向に延びている。地板３１に対向配置された給電線３３の影響により、給電線３３とは反対側にＮＵＬＬが傾くとともに、給電線３３を配置した側に指向性が偏っている。
【0049】
図６では、給電線３３が、Ｚ方向に延びている。給電線３３は、パッチ部３２の縁部のうち、Ｙ方向に略平行な辺のひとつからＺ方向に延びている。給電線３３の延設方向において、ＮＵＬＬが給電線３３とは反対側に傾き、指向性が給電線３３を配置した側に偏っている。
【0050】
図７では、給電線３３が、斜めに延びている。給電線３３は、Ｙ方向成分およびＺ方向成分を有している。給電線３３は、Ｙ方向に略平行な仮想線とのなす角度、および、Ｚ方向に略平行な仮想線とのなす角度が、いずれも鋭角である。給電線３３は、パッチ部３２の四隅（角部）のひとつから延びている。給電線３３の延設方向において、ＮＵＬＬが給電線３３とは反対側に傾き、指向性が給電線３３を配置した側に偏っている。
【0051】
以上のように、０次共振アンテナ３０は、単体で、給電線３３の延設方向に指向性を有する。０次共振アンテナ３０において指向性に対する給電線３３の影響は、本発明者による特願２０２０－０３８０７２号に詳細に記載されている。この文献の記載内容は、本明細書における技術的要素の説明として、参照により援用される。
【0052】
＜金属体の配置＞
次に、金属体５０の配置について説明する。図８および図９は、０次共振アンテナ３０のパッチ部３２および給電線３３、高周波回路４０、および金属体５０の配置を示している。図中の符号３２ｃは、平面視におけるパッチ部３２の中心を示している。符号３５は、給電点を示している。図８および図９では、金属体５０の少なくとも一部を示している。本実施形態では、金属体５０としてシールドケースを採用している。図８および図９では、金属体５０であるシールドケースの一部のみを示している。
次に、金属体５０の配置について説明する。図８および図９は、０次共振アンテナ３０のパッチ部３２および給電線３３、高周波回路４０、および金属体５０の配置を示している。図中の符号３２ｃは、平面視におけるパッチ部３２の中心を示している。符号３５は、給電点を示している。図８および図９では、金属体５０の少なくとも一部を示している。本実施形態では、金属体５０としてシールドケースを採用している。図８および図９では、金属体５０であるシールドケースの一部のみを示している。
【0053】
図８では、給電線３３が、図１同様、Ｙ方向に延設されている。金属体５０は、Ｚ方向からの平面視において、領域Ｒ１と領域Ｒ２との交差領域Ｒ３内に、少なくとも一部が配置されている。領域Ｒ１は、平面視において、パッチ部３２と高周波回路４０との間の領域である。領域Ｒ１は、パッチ部３２の中心３２ｃと給電点３５との並び方向において、パッチ部３２と高周波回路４０との間の領域である。図８において、領域Ｒ１は、パッチ部３２における給電辺と、高周波回路４０におけるパッチ部３２との対向辺との間の領域である。
【0054】
領域Ｒ２は、中心３２ｃと給電点３５との並び方向であるＬ方向から見た、給電線３３の幅の範囲の領域である。Ｌ方向は、本実施形態においてＹ方向に略一致している。図８に示す例では、給電線３３が、直線部３３ａのみを含んでいる。つまり、給電線３３は、給電点３５から高周波回路４０との接続部までの全長において、一直線状をなしている。給電線３３は、基板２０の端部２１に沿って延びている。給電線３３の幅は、全長でほぼ等しい。
【0055】
図８に示す交差領域Ｒ３は、平面視において、給電線３３と形成領域と一致する。金属体５０の一部は、具体的にはシールドケースの側壁５０ａのひとつは、交差領域Ｒ３に配置されている。交差領域Ｒ３に配置された側壁５０ａは、給電線３３の直線部３３ａの直上に位置している。側壁５０ａは、給電線３３を覆う保護膜上に配置され、Ｘ方向に延びている。平面視において、側壁５０ａ（金属体５０）は、給電線３３を横切っている。
【0056】
図９は、図８とはパターンが異なる給電線３３についての一例を示している。図９では、給電線３３が、Ｙ方向に沿って延びる第１延設部と、Ｚ方向に沿って延びる第２延設部を含む。直線部３３ａが、第１延設部のひとつを兼ねている。直線部３３ａにおける給電点３５とは反対の端部に、第２延設部３３ｂの端部のひとつが連なっている。第２延設部３３ｂは、Ｚ方向であって基板２０の端部２１側に延びている。第２延設部３３ｂは、Ｚ方向において、パッチ部３２よりも端部２１に近い位置まで延びている。第２延設部３３ｂの端部の他のひとつには、第１延設部３３ｃの端部のひとつが連なっている。第１延設部３３ｃは、Ｙ方向であって高周波回路４０に近づく方向に延びている。第１延設部３３ｃの端部の他のひとつには、第２延設部３３ｄの端部のひとつが連なっている。第２延設部３３ｄは、Ｚ方向であって端部２１から遠ざかる方向、つまり高周波回路４０に近づく方向に延びている。給電線３３の幅は、全長でほぼ等しい。
【0057】
上記したように、領域Ｒ１は、平面視において、パッチ部３２と高周波回路４０との間の領域である。図８同様、領域Ｒ１は、パッチ部３２における給電辺と、高周波回路４０におけるパッチ部３２との対向辺との間の領域である。領域Ｒ２は、中心３２ｃと給電点３５との並び方向、つまりＬ方向から見た給電線３３の幅の範囲である。Ｌ方向から平面視した給電線３３の幅は、第１延設部である直線部３３ａと第１延設部３３ｃにより定まる。図９に示すように、金属体５０であるシールドケースの側壁５０ａは、交差領域Ｒ３に配置されている。側壁５０ａ（金属体５０）は、給電線３３の直線部３３ａの仮想的な延長線上に配置されている。
【0058】
＜第１実施形態のまとめ＞
本実施形態に示した無線通信機１０によれば、上記したように、０次共振アンテナ３０の単体で、意図的に給電線３３の延設方向に指向性を偏らせている。つまり、給電線３３の延設方向に電界を集中させている。そして、電界の集中する方向、具体的には上記した交差領域Ｒ３内に金属体５０の少なくとも一部を意図的に配置することで、延設方向に放射された電波の一部を反射し、電界を広げるようにしている。このように、０次共振アンテナ３０と金属体５０を備えるアンテナ装置は、給電線３３の延設方向とは異なる方向に指向性を有する。つまり、延設方向とは異なる所望の指向性を有する無線通信機を提供することができる。
本実施形態に示した無線通信機１０によれば、上記したように、０次共振アンテナ３０の単体で、意図的に給電線３３の延設方向に指向性を偏らせている。つまり、給電線３３の延設方向に電界を集中させている。そして、電界の集中する方向、具体的には上記した交差領域Ｒ３内に金属体５０の少なくとも一部を意図的に配置することで、延設方向に放射された電波の一部を反射し、電界を広げるようにしている。このように、０次共振アンテナ３０と金属体５０を備えるアンテナ装置は、給電線３３の延設方向とは異なる方向に指向性を有する。つまり、延設方向とは異なる所望の指向性を有する無線通信機を提供することができる。
【0059】
一例として、給電線３３は、パッチ部３２と同一面において給電点３５から一直線状に延びる直線部３３ａを有している。０次共振アンテナ３０の単体の指向性に対して、給電線３３のうち、パッチ部３２と同一面に配置され、給電点３５から延びる直線部３３ａの影響が大きい。つまり、直線部３３ａに沿う方向に電界が集中しやすい。
【0060】
本実施形態では、たとえば図８に示した例において、金属体５０を直線部３３ａの直上に配置している。金属体５０は、平面視において直線部３３ａと重なる。金属体５０は、図示しないソルダレジストを介して直線部３３ａの上に配置されている。よって、給電線３３の延設方向に放射された電波を金属体５０により、効果的に反射し、電界を広げることができる。図９に示す例では、金属体５０を直線部３３ａの延長線上に配置している。図８同様、給電線３３の延設方向に放射された電波を金属体５０により効果的に反射し、電界を広がることができる。
【0061】
図１０において、参考例は、０次共振アンテナ３０ｒのみで所望の指向性を確保する無線通信機１０ｒを示している。本例は、本実施形態に係る無線通信機１０の一例を示している。参考例では、本実施形態の要素と同一または関連する要素の参照符号を、本実施形態の符号の末尾にｒを付け加えたものとしている。図１０に示すように、参考例、本例いずれも、パッチ部３２、３２ｒ、ひいては０次共振アンテナ３０、３０ｒが、基板２０、２０ｒの端部２１、２１ｒの近傍に配置されている。
【0062】
参考例では、０次共振アンテナ３０ｒの単体で、Ｚ方向成分を含む実線矢印方向の指向性を得ようとすると、給電線３３ｒを基板２０ｒの端部２１ｒの外まで引き出し、基板２０の外に高周波回路４０を配置しなければならない。つまり、基板２０ｒに実装された０次共振アンテナ３０ｒの単体で、所望の指向性を得ることができない。
【0063】
一方、本例では、給電線３３をＹ方向に延設している。これにより、０次共振アンテナ３０の単体で、破線矢印で示す方向、つまりＹ方向の指向性を有する。さらに、金属体５０の配置により、Ｙ方向に放射された電波の一部が反射され、電界が広がる。このように、０次共振アンテナ３０と金属体５０を組み合わせることで、実線矢印で示すように、Ｚ方向成分を含む所望の指向性を有することができる。つまり、パッチ部３２が基板２０の端部２１の近傍に配置された構成においても、パッチ部３２から端部２１に向かう方向、つまり基板２０の外側に向かう方向に、指向性をもたせることができる。
【0064】
一例として、金属体５０は、基板２０の一面２０ａに実装されている。つまり、金属体５０は、表面実装されている。これによれば、位置精度よく金属体５０を配置することができる。したがって、所望の指向性を精度が高まる。
【0065】
一例として、パッチ部３２と給電線３３の少なくとも一部が、基板２０の一面２０ａに配置されている。表面実装された金属体５０は、一面２０ａから、パッチ部３２よりも上方に突起している。Ｚ方向において、金属体５０の高さは、パッチ部３２の厚みよりも長い。これにより、０次共振アンテナ３０から放射された電波を金属体５０にて効果的に反射させることができる。
【0066】
一例として、高周波回路４０を保護するシールドケースを、金属体５０として採用している。これによれば、金属体５０として、金属ブロックなどを別途用意しなくてもよいため、簡素な構成とすることができる。
【0067】
以下、電磁界シミュレーションにて本例と参考例とを評価した結果を示す。図１１は、シミュレーションに用いた本例および参考例の概略構成を示している。図１０同様、参考例では、本実施形態の要素と同一または関連する要素の参照符号を、本実施形態の符号の末尾にｒを付け加えたものとしている。本例は、金属体５０を備えている。一方、参考例は、金属体を備えていない。本例と参考例とで、金属体の有無を除けば、その他は同じ条件とした。動作周波数は、２．４４ＧＨｚとした。０次共振アンテナ３０、３０ｒは、基板２０、２０ｒの端部２１、２１ｒの近傍に配置した。給電線３３、３３ｒのパターンは、図９に示した構成と同様とした。金属体５０、５０ｒは、ともにシールドケースを想定した。
【0068】
図１２および図１３は、電磁界シミュレーションの結果（放射特性）を示している。図１２および図１３では、図５～図７とは異なり、電界強度が高いほどドットを密にし、電界強度が低いほどドットを粗にしている。図１２は、指向性が分かり易いように、ＺＹ平面の電界強度分布を示している。図１３は、Ｙ方向以外の変化が分かりやすいように、基板を立てた状態の電界強度分布を示している。指向性の狙い方向は、図１２に実線矢印で示す方向である。狙い方向は、パッチ部から基板の端部の外側であって、Ｚ方向から少し傾いた方向である。狙い方向は、給電線を引き出せない方向、つまり高周波回路を配置できない方向である。
【0069】
図１２および図１３に示すように、参考例では、電界がＹ方向に集中している。一方、本例では、電界が、他の方向にも広がっていることが分かる。本例では、電界がＸ方向およびＺ方向にも広がっている。そして、図１２に示すように、狙い方向に指向性を有している。
【0070】
図１４は、図１３に実線で示すＰｈｉ＝０°の面において、本例と参考例との放射特性を比較した図である。Ｐｈｉ＝０°の面は、ＺＸ面である。図１５は、Ｐｈｉ＝４°の面において、本例と参考例との放射特性を比較した図である。図１６は、図１３に破線で示すＰｈｉ＝１０°の面において、本例と参考例との放射特性を比較した図である。各図において、実線は本例、破線は参考例を示している。ｍ１は本例の利得（ゲイン）、ｍ２は参考例の利得である。ｍ１、ｍ２は、各面においてＴｈｅｔａ＝６０°の値である。ｍ１、ｍ２は、それぞれの最大利得とほぼ等しい。
【0071】
図１４に示すように、Ｐｈｉ＝０°の面では、ｍ１＝－７．６３［ｄＢｉ］、ｍ２＝－９．１７［ｄＢｉ］である。図１５に示すように、Ｐｈｉ＝４°の面では、ｍ１＝－７．５５［ｄＢｉ］、ｍ２＝－８．８６［ｄＢｉ］である。図１６に示すように、Ｐｈｉ＝１０°の面では、ｍ１＝－７．４８［ｄＢｉ］、ｍ２＝－８．２７［ｄＢｉ］である。Ｐｈｉの値が０°に近づくほど、本例の利得ｍ１と参考例の利得ｍ２との差が大きくなっている。つまり、Ｙ方向とは異なる方向、具体的にはＸ方向にも電界が広がっていることを示している。
【0072】
このように、シミュレーション結果からも、０次共振アンテナ３０のパッチ部３２からＹ方向に放射された電波が金属体５０によって反射され、これにより、Ｘ方向およびＺ方向に電界が広がることが明らかとなった。つまり、給電線３３の延設方向とは異なり、給電線３３を引き出せない狙い方向に、指向性を有することができことが明らかとなった。
【0073】
＜変形例＞
金属体５０として、高周波回路４０のシールドケースの例を示したがこれに限定されない。上記したように、金属ブロックやコネクタが含む金属部を、金属体５０としてもよい。金属ブロックとは、たとえば柱状の金属体である。
金属体５０として、高周波回路４０のシールドケースの例を示したがこれに限定されない。上記したように、金属ブロックやコネクタが含む金属部を、金属体５０としてもよい。金属ブロックとは、たとえば柱状の金属体である。
【0074】
指向性の狙い方向は、上記した例に限定されない。たとえば、図１７に示すように、金属体５０の反射によって、０次共振アンテナ３０の単体の指向性の向きとは、反対の向きに指向性を有するようにしてもよい。図１７では、０次共振アンテナ３０の単体の指向性の向きを破線、０次共振アンテナ３０および金属体５０を含むアンテナ装置の指向性を実線で示している。以下の、変形例でも同様である。
【0075】
無線通信機１０が、ひとつの金属体５０を備える例を示したが、これに限定されない。複数の金属体５０を備えてもよい。たとえば、図１８に示す例では、無線通信機１０が２つの金属体５０を備えている。金属体５０のそれぞれは、共通の基板２０に実装されている。３つ以上の金属体５０を備える構成としてもよい。
【0076】
基板２０上における金属体５０の向きは、特に限定されない。たとえば、図１９に示すように、平面略矩形状をなす金属体５０の四辺が、０次共振アンテナ３０の単体の指向性、つまり給電線３３の延設方向に対して傾くように、金属体５０を配置してもよい。金属体５０の各辺が、Ｙ方向およびＺ方向に略平行とならない配置としてもよい。
【0077】
金属体５０の平面形状は、特に限定されない。たとえば、図２０に示すように、平面台形状の金属体５０を採用してもよい。それ以外にも、正方形、平行四辺形、矩形状以外の多角形状、円形状などを採用することができる。
【0078】
（第２実施形態）
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例であり、先行実施形態の記載を援用できる。
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例であり、先行実施形態の記載を援用できる。
【0079】
図２１は、本実施形態に係る無線通信機１０において、パッチ部３２と金属体５０との距離を示す図である。基板２０、パッチ部３２、および金属体５０以外の要素については、便宜上、記載を省略している。給電線３３は、Ｙ方向に延設されている。パッチ部３２と金属体５０との距離Ｄは、平面視における対向距離である。換言すれば、パッチ部３２の中心３２ｃと給電点３５との並び方向であるＬ方向において、パッチ部３２と金属体５０との間隔である。距離Ｄは、０次共振アンテナ３０の動作周波数の電波の波長をλとすると、０＜Ｄ＜λ×１／２の関係を満たしている。０次共振アンテナ３０は基板２０に実装されており、波長λは上記した波長λεである。その他の構成について、先行実施形態に記載の構成と同様である。給電線３３のパターンは、先行実施形態の図９および図１１と同様である。
【0080】
＜第２実施形態のまとめ＞
図２２、図２３、および図２４は、電磁界シミュレーションの結果を示している。このシミュレーションでは、距離Ｄがλ×１／２、つまり１／２波長に等しい場合と、λ×１／４、つまり１／４波長に等しい場合とを対比した。以下では、距離が１／２波長に等しい場合を、単に１／２波長と示すことがある。同様に、距離が１／４波長に等しい場合を、単に１／４波長と示すことがある。それ以外の条件は、先行実施形態に記載の本例と同じとした。つまり、給電線３３のパターンは、図９および図１１と同様とした。動作周波数は、２．４４ＧＨｚとした。
図２２、図２３、および図２４は、電磁界シミュレーションの結果を示している。このシミュレーションでは、距離Ｄがλ×１／２、つまり１／２波長に等しい場合と、λ×１／４、つまり１／４波長に等しい場合とを対比した。以下では、距離が１／２波長に等しい場合を、単に１／２波長と示すことがある。同様に、距離が１／４波長に等しい場合を、単に１／４波長と示すことがある。それ以外の条件は、先行実施形態に記載の本例と同じとした。つまり、給電線３３のパターンは、図９および図１１と同様とした。動作周波数は、２．４４ＧＨｚとした。
【0081】
図２２は、それぞれの放射特性を示している。図２２では、図１２および図１３同様、電界強度が高いほどドットを密にし、電界強度が低いほどドットを粗にしている。図２２は、図１３同様、基板を立てた状態の電界強度分布を示している。図２３は、図２２に実線で示すＰｈｉ＝０°の面において、１／２波長と１／４波長との放射特性を比較した図である。図２４は、図２２に破線で示すＰｈｉ＝５５°の面において、１／２波長と１／４波長との放射特性を比較した図である。図２３および図２４において、実線は１／２波長、破線は１／４波長を示している。ｍ１は、１／４波長の利得、ｍ２は、１／２波長の利得である。ｍ１、ｍ２は、各面においてＴｈｅｔａ＝６０°の値である。ｍ１、ｍ２は、それぞれの最大利得とほぼ等しい。
【0082】
図２２に示すように、１／４波長のほうが、１／２波長よりも、Ｙ方向の電界の集中が抑制され、他の方向に電界が広がっていることが分かる。１／４波長においては、電界がＸ方向およびＺ方向にも広がっている。つまり、給電線３３の延設方向とは異なる方向に指向性を有していることがわかる。
【0083】
図２３に示すように、Ｐｈｉ＝０°の面では、ｍ１＝－７．６３［ｄＢｉ］、ｍ２＝－９．６３［ｄＢｉ］である。図２４に示すように、Ｐｈｉ＝５５°の面では、ｍ１＝－８．５８［ｄＢｉ］、ｍ２＝－７．１８［ｄＢｉ］である。Ｐｈｉ＝０°の面では、１／４波長の利得が、１／２波長の利得に較べて大きい。Ｐｈｉ＝０°よりもＹ方向に近いＰｈｉ＝５５°の面では、１／４波長の利得が、１／２波長の利得に較べて小さい。１／４波長の利得は、Ｐｈｉ＝０°の値のほうがＰｈｉ＝５５°の値よりも大きい。１／２波長の利得は、Ｐｈｉ＝５５°の値のほうがＰｈｉ＝０°の値よりも大きい。つまり、１／４波長のほうが、金属体５０の反射によるＺ方向、Ｘ方向への電界の広がりの効果が高いことが明らかとなった。
【0084】
上記したように、シミュレーション結果は、距離Ｄを０＜Ｄ＜λ×１／２の範囲内で設定すると、パッチ部３２からＹ方向に放射された電波を金属体５０が効果的に反射できること、つまり、Ｘ方向およびＺ方向に電界が広がることを示している。金属体５０を備えることに加えて、上記した範囲内での距離Ｄを設定することで、給電線３３の延設方向とは異なる方向に指向性をもたせやすくなる。特に、距離Ｄを、１／４波長とほぼ等しい距離にすると、より効果的である。
【0085】
（第３実施形態）
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例であり、先行実施形態の記載を援用できる。先行実施形態では、パッチ部において高周波回路と対向する辺に、給電点を設けていた。これに代えて、高周波回路との非対向辺に、給電点を設けてもよい。
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例であり、先行実施形態の記載を援用できる。先行実施形態では、パッチ部において高周波回路と対向する辺に、給電点を設けていた。これに代えて、高周波回路との非対向辺に、給電点を設けてもよい。
【0086】
図２５は、本実施形態に係る無線通信機１０の概略構成を示す平面図である。図２６は、図２５をXXVI方向から見た側面図である。給電点３５は、パッチ部３２において高周波回路４０との対向辺とは反対の辺に設けられている。給電線３３は、パッチ部３２と同一面に配置された直線部３３ａを有している。直線部３３ａは、給電点３５から、Ｙ方向であって高周波回路４０に対して遠ざかる方向に延びている。パッチ部３２および直線部３３ａは、基板２０の一面２０ａに配置されている。
【0087】
給電線３３は、直線部３３ａに加えて、内層導体３３ｅと、ビア導体３３ｆを有している。内層導体３３ｅは、絶縁基材が多層に積層されてなる基板２０において、基板２０の内部に配置された導体パターンである。つまり、内層パターンである。ビア導体３３ｆは、絶縁基材の少なくとも一層を貫通する貫通孔内に、めっきなどの導体が配置されてなる。貫通孔は、ビアと称されることがある。パッチ部３２は、給電線３３の直線部３３ａ、ビア導体３３ｆ、内層導体３３ｅ、およびビア導体３３ｆを介して、高周波回路４０に電気的に接続されている。内層導体３３ｅおよびビア導体３３ｆは、０次共振アンテナ３０の要素と接触しないように配置されている。
【0088】
パッチ部３２と高周波回路４０は、先行実施形態に示した図１同様、Ｙ方向に並んで配置されている。高周波回路４０は、基板２０の一面２０ａに実装されている。金属体５０は、平面視において、パッチ部３２と高周波回路４０との間の領域に配置されている。金属体５０は、パッチ部３２において高周波回路４０との対向辺である非給電辺と、高周波回路４０におけるパッチ部３２との対向辺との間の領域に配置されている。パッチ部３２において、高周波回路４０との対向辺は、給電辺と反対の辺である。金属体５０は、給電線３３の直線部３３ａの仮想的な延長線上に配置されている。金属体５０は、中心３２ｃと給電点３５との並び方向から見た直線部３３ａの幅の範囲内に配置されている。その他の構成について、先行実施形態に記載の構成と同様である。
【0089】
＜第３実施形態のまとめ＞
上記したように、本実施形態では、給電点３５が、パッチ部３２において高周波回路４０との対向辺とは反対の辺に設けられている。給電線３３において指向性に対する影響が大きい直線部３３ａは、給電点３５から、Ｙ方向であって高周波回路４０に対して遠ざかる方向に延びている。これにより、０次共振アンテナ３０は、単体で、図２５に破線矢印で示すように、Ｙ方向であって給電点３５から直線部３３ａが延びる方向、つまりパッチ部３２に対する直線部３３ａの延設方向に指向性を有する。０次共振アンテナ３０は、直線部３３ａの延設方向に指向性を有するものの、図５～図７、図１２などから明らかなように、延設方向とは反対の方向にも少なからず電波を放射する。
上記したように、本実施形態では、給電点３５が、パッチ部３２において高周波回路４０との対向辺とは反対の辺に設けられている。給電線３３において指向性に対する影響が大きい直線部３３ａは、給電点３５から、Ｙ方向であって高周波回路４０に対して遠ざかる方向に延びている。これにより、０次共振アンテナ３０は、単体で、図２５に破線矢印で示すように、Ｙ方向であって給電点３５から直線部３３ａが延びる方向、つまりパッチ部３２に対する直線部３３ａの延設方向に指向性を有する。０次共振アンテナ３０は、直線部３３ａの延設方向に指向性を有するものの、図５～図７、図１２などから明らかなように、延設方向とは反対の方向にも少なからず電波を放射する。
【0090】
本実施系形態では、金属体５０が、パッチ部３２と高周波回路４０との間に配置されている。金属体５０は、パッチ部３２に対して、直線部３３ａとは反対側に配置されている。金属体５０は、パッチ部３２から高周波回路４０側に放射された電波の一部を反射する。これにより、電界は、パッチ部３２に対する直線部３３ａの延設方向にさらに集中する。つまり、０次共振アンテナ３０と金属体５０を備えるアンテナ装置は、所望の指向性を有し、かつ、０次共振アンテナ３０の単体よりも指向性を高めることができる。図２５では、アンテナ装置の指向性を実線矢印で示している。
【0091】
（他の実施形態）
この明細書および図面等における開示は、例示された実施形態に制限されない。開示は、例示された実施形態と、それらに基づく当業者による変形態様を包含する。たとえば、開示は、実施形態において示された部品および／または要素の組み合わせに限定されない。開示は、多様な組み合わせによって実施可能である。開示は、実施形態に追加可能な追加的な部分をもつことができる。開示は、実施形態の部品および／または要素が省略されたものを包含する。開示は、ひとつの実施形態と他の実施形態との間における部品および／または要素の置き換え、または組み合わせを包含する。開示される技術的範囲は、実施形態の記載に限定されない。開示されるいくつかの技術的範囲は、請求の範囲の記載によって示され、さらに請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものと解されるべきである。
この明細書および図面等における開示は、例示された実施形態に制限されない。開示は、例示された実施形態と、それらに基づく当業者による変形態様を包含する。たとえば、開示は、実施形態において示された部品および／または要素の組み合わせに限定されない。開示は、多様な組み合わせによって実施可能である。開示は、実施形態に追加可能な追加的な部分をもつことができる。開示は、実施形態の部品および／または要素が省略されたものを包含する。開示は、ひとつの実施形態と他の実施形態との間における部品および／または要素の置き換え、または組み合わせを包含する。開示される技術的範囲は、実施形態の記載に限定されない。開示されるいくつかの技術的範囲は、請求の範囲の記載によって示され、さらに請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものと解されるべきである。
【0092】
明細書および図面等における開示は、請求の範囲の記載によって限定されない。明細書および図面等における開示は、請求の範囲に記載された技術的思想を包含し、さらに請求の範囲に記載された技術的思想より多様で広範な技術的思想に及んでいる。よって、請求の範囲の記載に拘束されることなく、明細書および図面等の開示から、多様な技術的思想を抽出することができる。
【0093】
ある要素または層が「上にある」、「連結されている」、「接続されている」または「結合されている」と言及されている場合、それは、他の要素、または他の層に対して、直接的に上に、連結され、接続され、または結合されていることがあり、さらに、介在要素または介在層が存在していることがある。対照的に、ある要素が別の要素または層に「直接的に上に」、「直接的に連結されている」、「直接的に接続されている」または「直接的に結合されている」と言及されている場合、介在要素または介在層は存在しない。要素間の関係を説明するために使用される他の言葉は、同様のやり方で（例えば、「間に」対「直接的に間に」、「隣接する」対「直接的に隣接する」など）解釈されるべきである。この明細書で使用される場合、用語「および／または」は、関連する列挙されたひとつまたは複数の項目に関する任意の組み合わせ、およびすべての組み合わせを含む。
【0094】
空間的に相対的な用語「内」、「外」、「裏」、「下」、「低」、「上」、「高」などは、図示されているような、ひとつの要素または特徴の他の要素または特徴に対する関係を説明する記載を容易にするためにここでは利用されている。空間的に相対的な用語は、図面に描かれている向きに加えて、使用または操作中の装置の異なる向きを包含することを意図することができる。例えば、図中の装置をひっくり返すと、他の要素または特徴の「下」または「真下」として説明されている要素は、他の要素または特徴の「上」に向けられる。したがって、用語「下」は、上と下の両方の向きを包含することができる。この装置は、他の方向に向いていてもよく（９０度または他の向きに回転されてもよい）、この明細書で使用される空間的に相対的な記述子はそれに応じて解釈される。
【符号の説明】
【0095】
１０…無線通信機、２０…基板、２０ａ…一面、２０ｂ…裏面、２１…端部、３０…０次共振アンテナ、３１…地板、３２…パッチ部、３３…給電線、３３ａ…直線部、３３ｂ、３３ｄ…第２延設部、３３ｃ…第１延設部、３３ｅ…内層導体、３３ｆ…ビア導体、３４…短絡部、４０…高周波回路、４１…トランシーバ、４２…パワーアンプ、４３…ローノイズアンプ、４４…スイッチ、４５…バンドパスフィルタ、４６…整合素子、４７…ダイオード、５０…金属体、５０ａ…側壁
【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】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】