JP3917111B2 - アンテナ装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アレーアンテナにより実現される通信用平面アンテナ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来技術における、平面アレーアンテナによる通信用平面アンテナ装置として、パッチ八木・宇田アンテナを用いた平面アンテナが挙げられる。図５に従来における平面アレーアンテナによる通信用平面アンテナ装置の構成を示す（特許文献１、非特許文献１）。
グラウンド２を背面に持つ誘電体基板１の上に２つのパッチアンテナ301，302を構成し、パッチアンテナ301，302の間にパッチアンテナ301，302より電気長の小さい無給電のパッチアンテナ素子群320を構成する。パッチアンテナ301は給電時以外は終端されるようになっている。パッチアンテナ302も同様の構造を持つ。パッチアンテナ301に給電すると、電磁結合により320の無給電パッチアンテナ素子群が励振される。これによってこのリニアアレーアンテナは、パッチアンテナ301を給電素子、無給電のパッチアンテナ素子群320を導波器とするパッチ八木・宇田アンテナとして動作する。よって、パッチアンテナ（給電素子）301からパッチアンテナ302の方向へ基板の面からやや上方に打ち上がった主ビームが得られる。一方、パッチアンテナ301からパッチアンテナ素子群320を介して伝わる進行波はアレー末端であるパッチアンテナ302に反射し、逆向きの進行波が生じ主ビームと反対側に高いバックローブが形成されるため、パッチアンテナ302を終端することによってこれを抑制し高いＦ／Ｂ（前後比）を持つ放射特性が得られる。また、パッチアンテナ302に給電した場合も同様に反対方向に主ビームを形成することが可能である。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００３−１４２９１９
【非特許文献１】
本間，吉良，堀，丸山、「導波素子共有パッチ八木・宇田アレーによる小型６セクタアンテナ」、信学技報、ＡＰ2001−81
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
有限なサイズの地板（グラウンド）を用いた平面アレーアンテナでは、主ビーム方向と基板面法線の角度が大きくなるにつれ、有限なグラウンドサイズの影響により側方の放射レベルが下がるという問題がある。そのため、側方の無線局と通信する場合は大きなグラウンドを用いるか、平面アレー単独では無くモノポールアンテナや複数の基板を用いた立体的な基板構成の採用が必要となり、アンテナ製造工程が複雑になる上、アンテナ体積が増加するという問題があった。
本発明は、小さなグラウンドサイズでも平面構成で実現可能でグラウンド側方への放射レベルを改善可能な、平面アレーアンテナを用いたアンテナ装置を実現するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、平板状グラウンド上に誘電体基板または空気層またはその両方を介し、かつ該誘電体基板または空気層の上に少なくとも２個以上のアンテナ素子を配置した平面アンテナ装置において、前記平板状グラウンド端の下方にさらなる導電性材料層をほぼ鉛直に配置し、かつ前記平板状グラウンドに電気的に接続したことを特徴とする。平板状グラウンド端の下方にさらなる導電性材料層をほぼ鉛直に付加することによって、アンテナの指向性をアンテナ面側方にチルトした場合の側面の放射レベルを改善する。
また、本発明は、平板状グラウンド上に誘電体基板または空気層またはその両方を介し、該誘電体基板または空気層の上にパッチアンテナ素子群を配置し、該パッチアンテナ素子群は少なくとも１素子の給電されるパッチアンテナ素子とＮ素子（Ｎ：自然数）の該給電パッチアンテナ素子より小さい無給電パッチアンテナ素子からなる素子列により構成されるアンテナ装置において、前記平板状グラウンド端の下方にさらなる導電性材料層をほぼ鉛直に配置し、かつ前記平板状グラウンドに電気的に接続したことを特徴とする。
平板状グラウンド端の下方にさらなる導電性材料層をほぼ鉛直に付加することによって、元々グラウンド面よりアンテナ素子側上方打ち上げられるアンテナの主ビームを側方に向けることが可能となる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
図１は実施例１のアンテナ装置の構成を示し、本実施例は請求項１に係わる。１の誘電体基板は背面に201のグラウンドを持ち、上面に301，310のパッチアンテナによるリニアアレーが構成される。リニアアレーはマイクロストリップ線路４により直列に接続される。パッチアンテナ301には給電手段５が構成される。またグラウンド201において給電手段５の反対側の裏面に202の導体板（グラウンド）が201と直角に取り付けられている。導体板の長さは少なくとも１／10〜10波長とする。
給電手段５より給電した場合、301のパッチアンテナ（給電素子）を介して310の複数のパッチアンテナが線路４により励振され、給電手段５からリニアアレーの列方向（ｘ軸正方向）よりややｚ軸方向に打ち上がったビームが形成される。その際、導体板202を取り付けることによって有限なグラウンド201による影響を軽減し、ｘ軸正方向への放射レベルを向上させることができる。よって、グラウンド端の下面に垂直に導体板を取り付けることによって、僅かな工程を付加するだけで側方（ｘ軸方向）への放射レベルを向上させることが可能なアンテナ装置が実現される。
【０００７】
図２は実施例２のアンテナ装置の構成を示す図であって、請求項２に係わる。
図中、同一部分は同一符号を付してその説明を省略する。
１の誘電体基板は背面に201のグラウンドを持ち、上面に301の給電素子であるパッチアンテナが構成される。301には給電手段５が構成される。ここで素子の励振方向は図中ｘ軸方向である。給電素子に連なるパッチアンテナ素子群320は等しい形状の無給電パッチアンテナ素子により構成される無給電素子群であり、給電素子より電気長が小さく、ｘ軸方向の直線状に等間隔で整列している。１の誘電体基板は素子列の給電素子と反対方向が、背面側に折り曲げられており、折り曲げられたグラウンド202はグラウンド201に対し直角になっている。
パッチアンテナ301に給電を行った場合、本アンテナは301を給電素子、320を導波器としたパッチ八木・宇田アンテナとして動作し、給電素子から導波器の方向に主ビームを形成する。主ビームは列方向（ｘ軸正方向）よりややｚ軸方向に打ち上がった方向に形成される。その際、グラウンドを折り曲げることによって有限なグラウンド201による影響を軽減し、ｘ軸正方向への放射レベルを向上させることができる。よって、グラウンド端を下面に折り曲げることによって、僅かな工程を付加するだけで側方への放射レベルを向上させることが可能なアンテナ装置が実現される。
【０００８】
図３は実施例２のアンテナ装置におけるφ＝０°（ｚｘ面）における円錐面放射パターンを計算したものである。
ここで、給電は301から行い、導体板（グラウンド）202の有無による放射特性の違いを求めた。ここで、素子の励振方向はアレー方向（ｘ軸方向）と平行であり、導体板202のｚ方向の幅は半波長とする。計算の結果、導体板を構成することによって、側方（θ＝90°）方向のレベルが約３dB改善することが確認できる。以上の結果から、本構成によって、簡易な構成で側方のレベルが改善可能であることが確認できる。
【０００９】
図４は実施例３のアンテナ装置の構成を示す図であって、請求項２に係わる。図中同一部分は同一符号を付してその説明を省略する。
１の誘電体基板上面に301の給電素子であるパッチアンテナが構成される。301には給電手段（図中×印で示す場所）が構成される。給電素子に連なる330は等しい形状の無給電パッチアンテナ素子により構成される無給電素子群であり、給電素子より電気長が小さく直線状に等間隔で整列している。302〜306の給電されるパッチアンテナ素子も同様、それぞれに、340，350，360，370，380の素子列が連なる。また、203の円筒状の導体が１の誘電体基板グラウンドの下側に接続されている。
パッチアンテナ301に給電を行った場合、本アンテナは301を給電素子、無給電パッチアンテナ素子群330を導波器としたパッチ八木・宇田アンテナとして動作し、給電素子から導波器の方向に主ビームを形成する。主ビームは列方向よりやや上方向に打ち上った方向に形成される。その際、グラウンド（円筒状導体）203によってアンテナ側方への放射レベルを向上させることができる。また、301〜306のパッチアンテナ（給電素子）を切り替えることによって、６方向のビームが得られ、かつ全てのビームにおいて側方への放射レベルを向上させることができる。
よって、円筒状グラウンドを取り付けることによって、僅かな工程を付加するだけで側方への放射レベルを向上させることが可能なアンテナ装置が実現される。
【００１０】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、グラウンド端の下面に垂直に導体板を取り付ける、またはグラウンド端を下側に折り曲げることによって、僅かな工程を付加するだけで側方への放射レベルを向上させることが可能なアンテナ装置が実現される。
請求項１の発明によれば、平板状グラウンド上に誘電体基板または空気層またはその両方を介し、該誘電体基板または空気層の上に少なくとも２個以上のアンテナ素子を配置した平面アンテナ装置において、前記平板状グラウンド端の下方にさらなる導電性材料層をほぼ鉛直に配置し、かつ前記平板状グラウンドに電気的に接続したことを特徴とする。
グラウンド端の下方にさらなる導電性材料層を付加することによって、アンテナの指向性をアンテナ面側方にチルトした場合の側面の放射レベルを改善する。またこれは、一枚の板状の導電性材料の端を下側に折り曲げることによっても実現できる。また、これは前記グラウンドに対しほぼ鉛直な面を有し、その面が導体板、または導電性材料層を貼り付けるまたは塗布されるような板状体と前記グラウンドを電気的に接続することによっても実現できるため、アンテナを取り付ける筐体を利用することもできる。これによって、面積の小さい導電性材料層をグラウンドとして用いた場合でも側方への放射レベルを向上することが可能であり、グラウンド端の下方にほぼ鉛直に導電性材料層を設けるという僅かな工程を付加するだけで側方への放射レベルを向上させることが可能なアンテナ装置が実現される。
【００１１】
請求項２の発明によれば、平板状グラウンド上に誘電体基板または空気層またはその両方を介し、該誘電体基板または空気層の上にパッチアンテナ素子群を配置し、該パッチアンテナ素子群は少なくとも１素子の給電されるパッチアンテナ素子とＮ素子（Ｎ：自然数）の該給電パッチアンテナ素子より小さい無給電パッチアンテナ素子からなる素子列により構成されるアンテナ装置において、前記平板状グラウンド端の下方にさらなる導電性材料層をほぼ鉛直に配置し、かつ前記平板状グラウンドに電気的に接続したことを特徴とする。
グラウンド端の下方に導電性材料層を付加することによって、元々グラウンド面よりアンテナ素子側上方に打ち上げられるアンテナの主ビームを側方に向けることが可能となる。また、下方に導電性材料層を付加した形状は、新たな導電性材料層を用いる以外にも１枚の平板状のグラウンド端を下側に折り曲げるという手段によっても実現できる。また、これはグラウンドに対しほぼ鉛直な面を有し、その面を導体板により構成する、または誘電体基板に導電性材料層を貼り付けるあるいは導電性材料を塗布して、前記グラウンドを電気的に接続することによっても実現できるため、アンテナを取り付ける筐体を利用することができる。これによって、グラウンドサイズを小型化した場合でも側方への放射レベルを向上させることが可能であり、グラウンド端の下方にほぼ鉛直に導電性材料層を取り付けるという僅かな工程を付加するだけで側方への放射レベルを向上させることが可能なアンテナ装置が実現される。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１のアンテナ装置の構成を示す図。
【図２】実施例２のアンテナ装置の構成を示す図。
【図３】実施例２のアンテナ装置の指向性パターンを示す図。
【図４】実施例３のアンテナ装置の構成を示す図。
【図５】従来の平面アレーアンテナの構成を示す構成図。
【符号の説明】
１ 誘電体基板
201，202 グラウンド
301，302，310 パッチアンテナ
320 パッチアンテナ素子群
４ 線路
５ 給電手段
【発明の属する技術分野】
本発明は、アレーアンテナにより実現される通信用平面アンテナ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来技術における、平面アレーアンテナによる通信用平面アンテナ装置として、パッチ八木・宇田アンテナを用いた平面アンテナが挙げられる。図５に従来における平面アレーアンテナによる通信用平面アンテナ装置の構成を示す（特許文献１、非特許文献１）。
グラウンド２を背面に持つ誘電体基板１の上に２つのパッチアンテナ301，302を構成し、パッチアンテナ301，302の間にパッチアンテナ301，302より電気長の小さい無給電のパッチアンテナ素子群320を構成する。パッチアンテナ301は給電時以外は終端されるようになっている。パッチアンテナ302も同様の構造を持つ。パッチアンテナ301に給電すると、電磁結合により320の無給電パッチアンテナ素子群が励振される。これによってこのリニアアレーアンテナは、パッチアンテナ301を給電素子、無給電のパッチアンテナ素子群320を導波器とするパッチ八木・宇田アンテナとして動作する。よって、パッチアンテナ（給電素子）301からパッチアンテナ302の方向へ基板の面からやや上方に打ち上がった主ビームが得られる。一方、パッチアンテナ301からパッチアンテナ素子群320を介して伝わる進行波はアレー末端であるパッチアンテナ302に反射し、逆向きの進行波が生じ主ビームと反対側に高いバックローブが形成されるため、パッチアンテナ302を終端することによってこれを抑制し高いＦ／Ｂ（前後比）を持つ放射特性が得られる。また、パッチアンテナ302に給電した場合も同様に反対方向に主ビームを形成することが可能である。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００３−１４２９１９
【非特許文献１】
本間，吉良，堀，丸山、「導波素子共有パッチ八木・宇田アレーによる小型６セクタアンテナ」、信学技報、ＡＰ2001−81
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
有限なサイズの地板（グラウンド）を用いた平面アレーアンテナでは、主ビーム方向と基板面法線の角度が大きくなるにつれ、有限なグラウンドサイズの影響により側方の放射レベルが下がるという問題がある。そのため、側方の無線局と通信する場合は大きなグラウンドを用いるか、平面アレー単独では無くモノポールアンテナや複数の基板を用いた立体的な基板構成の採用が必要となり、アンテナ製造工程が複雑になる上、アンテナ体積が増加するという問題があった。
本発明は、小さなグラウンドサイズでも平面構成で実現可能でグラウンド側方への放射レベルを改善可能な、平面アレーアンテナを用いたアンテナ装置を実現するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、平板状グラウンド上に誘電体基板または空気層またはその両方を介し、かつ該誘電体基板または空気層の上に少なくとも２個以上のアンテナ素子を配置した平面アンテナ装置において、前記平板状グラウンド端の下方にさらなる導電性材料層をほぼ鉛直に配置し、かつ前記平板状グラウンドに電気的に接続したことを特徴とする。平板状グラウンド端の下方にさらなる導電性材料層をほぼ鉛直に付加することによって、アンテナの指向性をアンテナ面側方にチルトした場合の側面の放射レベルを改善する。
また、本発明は、平板状グラウンド上に誘電体基板または空気層またはその両方を介し、該誘電体基板または空気層の上にパッチアンテナ素子群を配置し、該パッチアンテナ素子群は少なくとも１素子の給電されるパッチアンテナ素子とＮ素子（Ｎ：自然数）の該給電パッチアンテナ素子より小さい無給電パッチアンテナ素子からなる素子列により構成されるアンテナ装置において、前記平板状グラウンド端の下方にさらなる導電性材料層をほぼ鉛直に配置し、かつ前記平板状グラウンドに電気的に接続したことを特徴とする。
平板状グラウンド端の下方にさらなる導電性材料層をほぼ鉛直に付加することによって、元々グラウンド面よりアンテナ素子側上方打ち上げられるアンテナの主ビームを側方に向けることが可能となる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
図１は実施例１のアンテナ装置の構成を示し、本実施例は請求項１に係わる。１の誘電体基板は背面に201のグラウンドを持ち、上面に301，310のパッチアンテナによるリニアアレーが構成される。リニアアレーはマイクロストリップ線路４により直列に接続される。パッチアンテナ301には給電手段５が構成される。またグラウンド201において給電手段５の反対側の裏面に202の導体板（グラウンド）が201と直角に取り付けられている。導体板の長さは少なくとも１／10〜10波長とする。
給電手段５より給電した場合、301のパッチアンテナ（給電素子）を介して310の複数のパッチアンテナが線路４により励振され、給電手段５からリニアアレーの列方向（ｘ軸正方向）よりややｚ軸方向に打ち上がったビームが形成される。その際、導体板202を取り付けることによって有限なグラウンド201による影響を軽減し、ｘ軸正方向への放射レベルを向上させることができる。よって、グラウンド端の下面に垂直に導体板を取り付けることによって、僅かな工程を付加するだけで側方（ｘ軸方向）への放射レベルを向上させることが可能なアンテナ装置が実現される。
【０００７】
図２は実施例２のアンテナ装置の構成を示す図であって、請求項２に係わる。
図中、同一部分は同一符号を付してその説明を省略する。
１の誘電体基板は背面に201のグラウンドを持ち、上面に301の給電素子であるパッチアンテナが構成される。301には給電手段５が構成される。ここで素子の励振方向は図中ｘ軸方向である。給電素子に連なるパッチアンテナ素子群320は等しい形状の無給電パッチアンテナ素子により構成される無給電素子群であり、給電素子より電気長が小さく、ｘ軸方向の直線状に等間隔で整列している。１の誘電体基板は素子列の給電素子と反対方向が、背面側に折り曲げられており、折り曲げられたグラウンド202はグラウンド201に対し直角になっている。
パッチアンテナ301に給電を行った場合、本アンテナは301を給電素子、320を導波器としたパッチ八木・宇田アンテナとして動作し、給電素子から導波器の方向に主ビームを形成する。主ビームは列方向（ｘ軸正方向）よりややｚ軸方向に打ち上がった方向に形成される。その際、グラウンドを折り曲げることによって有限なグラウンド201による影響を軽減し、ｘ軸正方向への放射レベルを向上させることができる。よって、グラウンド端を下面に折り曲げることによって、僅かな工程を付加するだけで側方への放射レベルを向上させることが可能なアンテナ装置が実現される。
【０００８】
図３は実施例２のアンテナ装置におけるφ＝０°（ｚｘ面）における円錐面放射パターンを計算したものである。
ここで、給電は301から行い、導体板（グラウンド）202の有無による放射特性の違いを求めた。ここで、素子の励振方向はアレー方向（ｘ軸方向）と平行であり、導体板202のｚ方向の幅は半波長とする。計算の結果、導体板を構成することによって、側方（θ＝90°）方向のレベルが約３dB改善することが確認できる。以上の結果から、本構成によって、簡易な構成で側方のレベルが改善可能であることが確認できる。
【０００９】
図４は実施例３のアンテナ装置の構成を示す図であって、請求項２に係わる。図中同一部分は同一符号を付してその説明を省略する。
１の誘電体基板上面に301の給電素子であるパッチアンテナが構成される。301には給電手段（図中×印で示す場所）が構成される。給電素子に連なる330は等しい形状の無給電パッチアンテナ素子により構成される無給電素子群であり、給電素子より電気長が小さく直線状に等間隔で整列している。302〜306の給電されるパッチアンテナ素子も同様、それぞれに、340，350，360，370，380の素子列が連なる。また、203の円筒状の導体が１の誘電体基板グラウンドの下側に接続されている。
パッチアンテナ301に給電を行った場合、本アンテナは301を給電素子、無給電パッチアンテナ素子群330を導波器としたパッチ八木・宇田アンテナとして動作し、給電素子から導波器の方向に主ビームを形成する。主ビームは列方向よりやや上方向に打ち上った方向に形成される。その際、グラウンド（円筒状導体）203によってアンテナ側方への放射レベルを向上させることができる。また、301〜306のパッチアンテナ（給電素子）を切り替えることによって、６方向のビームが得られ、かつ全てのビームにおいて側方への放射レベルを向上させることができる。
よって、円筒状グラウンドを取り付けることによって、僅かな工程を付加するだけで側方への放射レベルを向上させることが可能なアンテナ装置が実現される。
【００１０】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、グラウンド端の下面に垂直に導体板を取り付ける、またはグラウンド端を下側に折り曲げることによって、僅かな工程を付加するだけで側方への放射レベルを向上させることが可能なアンテナ装置が実現される。
請求項１の発明によれば、平板状グラウンド上に誘電体基板または空気層またはその両方を介し、該誘電体基板または空気層の上に少なくとも２個以上のアンテナ素子を配置した平面アンテナ装置において、前記平板状グラウンド端の下方にさらなる導電性材料層をほぼ鉛直に配置し、かつ前記平板状グラウンドに電気的に接続したことを特徴とする。
グラウンド端の下方にさらなる導電性材料層を付加することによって、アンテナの指向性をアンテナ面側方にチルトした場合の側面の放射レベルを改善する。またこれは、一枚の板状の導電性材料の端を下側に折り曲げることによっても実現できる。また、これは前記グラウンドに対しほぼ鉛直な面を有し、その面が導体板、または導電性材料層を貼り付けるまたは塗布されるような板状体と前記グラウンドを電気的に接続することによっても実現できるため、アンテナを取り付ける筐体を利用することもできる。これによって、面積の小さい導電性材料層をグラウンドとして用いた場合でも側方への放射レベルを向上することが可能であり、グラウンド端の下方にほぼ鉛直に導電性材料層を設けるという僅かな工程を付加するだけで側方への放射レベルを向上させることが可能なアンテナ装置が実現される。
【００１１】
請求項２の発明によれば、平板状グラウンド上に誘電体基板または空気層またはその両方を介し、該誘電体基板または空気層の上にパッチアンテナ素子群を配置し、該パッチアンテナ素子群は少なくとも１素子の給電されるパッチアンテナ素子とＮ素子（Ｎ：自然数）の該給電パッチアンテナ素子より小さい無給電パッチアンテナ素子からなる素子列により構成されるアンテナ装置において、前記平板状グラウンド端の下方にさらなる導電性材料層をほぼ鉛直に配置し、かつ前記平板状グラウンドに電気的に接続したことを特徴とする。
グラウンド端の下方に導電性材料層を付加することによって、元々グラウンド面よりアンテナ素子側上方に打ち上げられるアンテナの主ビームを側方に向けることが可能となる。また、下方に導電性材料層を付加した形状は、新たな導電性材料層を用いる以外にも１枚の平板状のグラウンド端を下側に折り曲げるという手段によっても実現できる。また、これはグラウンドに対しほぼ鉛直な面を有し、その面を導体板により構成する、または誘電体基板に導電性材料層を貼り付けるあるいは導電性材料を塗布して、前記グラウンドを電気的に接続することによっても実現できるため、アンテナを取り付ける筐体を利用することができる。これによって、グラウンドサイズを小型化した場合でも側方への放射レベルを向上させることが可能であり、グラウンド端の下方にほぼ鉛直に導電性材料層を取り付けるという僅かな工程を付加するだけで側方への放射レベルを向上させることが可能なアンテナ装置が実現される。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１のアンテナ装置の構成を示す図。
【図２】実施例２のアンテナ装置の構成を示す図。
【図３】実施例２のアンテナ装置の指向性パターンを示す図。
【図４】実施例３のアンテナ装置の構成を示す図。
【図５】従来の平面アレーアンテナの構成を示す構成図。
【符号の説明】
１ 誘電体基板
201，202 グラウンド
301，302，310 パッチアンテナ
320 パッチアンテナ素子群
４ 線路
５ 給電手段
Claims (2)
- 平板状グラウンド上に誘電体基板または空気層またはその両方を介し、該誘電体基板または空気層の上に少なくとも２個以上のアンテナ素子を配置した平面アンテナ装置において、
前記平板状グラウンド端の下方にさらなる導電性材料層をほぼ鉛直に配置し、かつ前記平板状グラウンドに電気的に接続したことを特徴とするアンテナ装置。 - 平板状グラウンド上に誘電体基板または空気層またはその両方を介し、該誘電体基板または空気層の上にパッチアンテナ素子群を配置し、該パッチアンテナ素子群は少なくとも１素子の給電されるパッチアンテナ素子とＮ素子（Ｎ：自然数）の該給電パッチアンテナ素子より小さい無給電パッチアンテナ素子からなる素子列により構成されるアンテナ装置において、
前記平板状グラウンド端の下方にさらなる導電性材料層をほぼ鉛直に配置し、かつ前記平板状グラウンドに電気的に接続したことを特徴とするアンテナ装置。
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