JP6318941B2 - アンテナ装置 - Google Patents

Description

本発明は、円偏波を送受信するアンテナ装置に関する。

円偏波を送受信するアンテナ装置として、例えば特許文献１には、正方形状の導体地板に接続する２つのＬ型のモノポール素子を、それぞれの開放端が近接し、かつ、長手部分が直交するように配置したアンテナ装置が開示されている。

各モノポール素子の電気的な長さは、送受信の対象とする電波（対象電波とする）の４分の１波長となっており、また、２つのモノポール素子と導体地板からなる部分は、各開放端の中間点と、導体地板の中心とを通る直線に対して、線対称となるように構成されている。

以上のような構成によれば、開放端の間に存在する浮遊容量によって、片方のモノポール素子に流れる電流と、当該電流によって他方のモノポール素子に誘起される電流とが、それぞれの位相が９０度ずれた状態で共振し、円偏波を生じさせる。

特許第４２２４０８１号公報

特許文献１の構成では、２つのモノポール素子に流れる電流によって円偏波を生じさせるため、各モノポール素子に流れる電流を安定させる必要があり、これに伴って、導体地板も、１辺が対象電波の４分の１波長以上の長さとなっている。

しかしながら、車両などの移動体への搭載性の観点から、円偏波を送受信するアンテナ装置のさらなる小型化が望まれている。

本発明は、この事情に基づいて成されたものであり、その目的とするところは、円偏波を送受信するアンテナ装置であって、より小型化が可能なアンテナ装置を提供することにある。

その目的を達成するための第１の発明は、導体地板（２）と、線状であって、一方の端が給電部（４）を介して導体地板と接続され、他方の端が開放端となっている第１線状導体素子（１）と、線状であって、一方の端が導体地板と接続され、他方の端が開放端となっている第２線状導体素子（３）と、を備えるアンテナ装置であって、第１線状導体素子は、導体地板の外周と対向している第１平行部（１１）を備え、第２線状導体素子は、導体地板と外周と対向し、かつ、第１平行部と略直交する第２平行部（３１）を備え、第２線状導体素子と導体地板との接続部（以降、第２素子接続部）は、給電部と近接するように配置されており、第１線状導体素子及び第２線状導体素子はそれぞれ、導体地板と同一平面上の導体地板の外部に設けられており、第２素子接続部は、給電部から第１線状導体素子に電流を流すことによって導体地板の外周に流れる第１イメージ電流の位相が、当該第１イメージ電流の始点から９０度の整数倍ずれる位置となっていることを特徴とする。
上記目的を達成するための第２の発明は、導体地板（２、２２０）と、線状であって、一方の端が給電部（４）を介して導体地板と接続され、他方の端が開放端となっている第１線状導体素子（１、２１０）と、線状であって、一方の端が導体地板と接続され、他方の端が開放端となっている第２線状導体素子（３、２３０）と、を備えるアンテナ装置であって、第１線状導体素子は、導体地板の外周と対向している第１平行部（１１、２１１）を備え、第２線状導体素子は、導体地板と外周と対向し、かつ、第１平行部と略直交する第２平行部（３１、２３１）を備え、第２線状導体素子と導体地板との接続部（以降、第２素子接続部）は、給電部と近接するように配置されており、導体地板は、１辺の電気的長さが、送受信の対象とする電波の４分の１波長よりも短い正方形状であって、第１平行部は、導体地板が備える複数の辺のうち、給電部が設けられている辺に平行であって、第２素子接続部は、給電部が設けられている辺に直交する辺であって、給電部が設けられている辺の両端に相当する２つの頂点のうち、給電部が設けられている側の頂点を共有する辺に設けられており、第２平行部は、第２素子接続部が設けられている辺に平行であることを特徴とする。
上記目的を達成するための第３の発明は、導体地板（２、２２０）と、線状であって、一方の端が給電部（４）を介して導体地板と接続され、他方の端が開放端となっている第１線状導体素子（１、２１０）と、線状であって、一方の端が導体地板と接続され、他方の端が開放端となっている第２線状導体素子（３、２３０）と、を備えるアンテナ装置であって、第１線状導体素子は、導体地板の外周と対向している第１平行部（１１、２１１）を備え、第２線状導体素子は、導体地板と外周と対向し、かつ、第１平行部と略直交する第２平行部（３１、２３１）を備え、第２線状導体素子と導体地板との接続部（以降、第２素子接続部）は、給電部と近接するように配置されており、導体地板、第１線状導体素子、及び第２線状導体素子は何れも、誘電体を材料とする基板（１０）の片面に設けられてあって、基板のうち、第１線状導体素子及び導体地板の外周部分で囲まれる領域の一部と、第２線状導体素子及び導体地板の外周部分で囲まれる領域の一部を取り除いた形状となっていることを特徴とする。
上記目的を達成するための第４の発明は、導体地板（２、２２０）と、線状であって、一方の端が給電部（４）を介して導体地板と接続され、他方の端が開放端となっている第１線状導体素子（１、２１０）と、線状であって、一方の端が導体地板と接続され、他方の端が開放端となっている第２線状導体素子（３、２３０）と、を備えるアンテナ装置であって、第１線状導体素子は、導体地板の外周と対向している第１平行部（１１、２１１）を備え、第２線状導体素子は、導体地板と外周と対向し、かつ、第１平行部と略直交する第２平行部（３１、２３１）を備え、第２線状導体素子と導体地板との接続部（以降、第２素子接続部）は、給電部と近接するように配置されており、導体地板、第１線状導体素子、及び第２線状導体素子は何れも、誘電体を材料とする基板（１０）の片面（表面とする）に設けられてあって、基板の裏面には、導体地板、第１線状導体素子、及び第２線状導体素子と同様の導体パターンが設けられていることを特徴とする。

以下、このアンテナ装置の作用及び効果について述べる。アンテナ装置は送受信の可逆性があるため、ここでは電波を送信する場合を例にとって以上の構成について説明する。

以上の構成では、給電部から第１線状導体素子に電流を流すと、導体地板の外周の、第１平行部に対向する部分を中心としてイメージ電流（第１イメージ電流とする）が発生する。ここで、給電部と、第２線状導体素子と導体地板との接続部である第２素子接続部とは近接している為、第１イメージ電流は、第２線状導体素子に流入する。

そして、第２線状導体素子が第１イメージ電流によって励振することによって、導体地板の外周の、第２平行部に対向する部分を中心としてイメージ電流（第２イメージ電流とする）が発生する。第１平行部と第２平行部とは略直交な位置関係であるため、第１イメージ電流と第２イメージ電流もまた、互いに直交する方向に流れる。

また、第１イメージ電流と第２イメージ電流との位相差は、第１イメージ電流が流れる範囲における第２素子接続部の位置によって決まる。例えば、第１イメージ電流の位相が、その始端から９０度ずれる位置に第２素子接続部を設けた場合には、第１イメージ電流と第２イメージ電流の位相差は９０度となる。

したがって、仮に第１イメージ電流の位相がその始点から９０度ずれる位置に第２素子接続部を設けた場合には、第１イメージ電流と第２イメージ電流とが互いに直交する方向に、かつ、位相が９０度ずれて流れる。これらのイメージ電流によって、円偏波を送信することができる。もちろん、第２素子接続部の取付位置は、第１イメージ電流の位相が９０度となる位置に限らず、２７０度などの、９０度の整数倍となる位置であってもよい。

そして、以上の構成では、導体地板に流れるイメージ電流によって円偏波を送信するため、第１線状導体素子及び第２線状導体素子は、電気的に対象電波の４分の１波長に相当する長さとなっている必要はなく、さらに短くすることができる。

また、第１イメージ電流と第２イメージ電流の定常波が形成される区間は、部分的に重なっていてもよい。したがって、導体地板の形状を、例えば特許文献１と同様に正方形状とする場合であっても、１辺の電気的な長さを４分の１波長以下に抑制することができる。

したがって、以上の構成によれば、円偏波を送受信するアンテナ装置を、より小型化することができる。

なお、特許請求の範囲に記載した括弧内の符号は、一つの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

実施形態に係るアンテナ装置１００の概略的な構成の一例を示す平面図である。 地板２の外周部分において被給電素子１と無給電素子３とが設けられている部分における構成を説明するための模式図である。 本アンテナ装置１００の作動を説明するための概念図である。 本アンテナ装置１００の作動を説明するための概念図である。 本アンテナ装置１００の作動を説明するための概念図である。 本アンテナ装置１００の放射特性を示す図である。 本発明の変形例の一例を示す平面図である。 本発明の変形例の一例を示す平面図である。 本発明の変形例の一例を示す平面図である。 本発明の変形例の一例を示す平面図である。 本発明の変形例の一例を示す平面図である。 本発明の変形例の一例を示す平面図である。 本発明の変形例の一例を示す平面図である。 図１３の構成の１４−１４線における断面図である。 本発明の変形例の一例を示す平面図である。

以下、本発明の実施形態について図を用いて説明する。図１は、本実施形態に係るアンテナ装置１００の概略的な構成の一例を示す平面図である。このアンテナ装置１００は、円偏波の受信と送信の少なくとも何れか一方を実施する。アンテナ装置１００は、例えば車両のフロントガラス上部などに取り付けられ、ＧＰＳ電波の受信や、ＥＴＣ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｔｏｌｌ Ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ：登録商標）システムで用いられる路側機との通信に用いられる。

アンテナ装置１００は、後述する給電部４において例えば同軸ケーブルを介して無線機（何れも図示略）と接続されており、アンテナ装置１００が受信した信号は逐次無線機に出力される。無線機は、アンテナ装置１００が受信した信号を利用するとともに、当該アンテナ装置１００に対して送信信号に応じた高周波電力を供給するものである。

なお、本実施形態ではアンテナ装置１００への給電線として同軸ケーブルを採用する場合を想定して説明するが、フィーダ線など、その他の周知の給電線を用いても良い。

図１に示すようにアンテナ装置１００は、基板１０、被給電素子１、地板２、無給電素子３、及び給電部４を備えている。

基板１０は、樹脂などの電気絶縁材料からなる板状の部材である。当該基板１０の片面（表面とする）に、被給電素子１、地板２、及び無給電素子３が設けられる。基板１０の形状は、被給電素子１、地板２、及び無給電素子３を配置するために十分な大きさ及び形状となっていればよい。本実施形態では、一例として正方形とするが、その他、長方形や楕円であってもよいし、正方形において部分的に切れ込みなどがなされた形状であっても良い。基板１０の材料は、所望の比誘電率を有する材料を適宜選定して用いれば良い。ここでは一例として基板１０の比誘電率を４．３とする。

地板２は、銅などの導体を素材とする板状（箔を含む）の部材である。この地板２が請求項に記載の導体地板に相当する。当該地板２の形状は、１辺の電気的な長さが、送受信の対象とする電波（以降、対象電波とする）の波長の４分の１未満の所定の長さ（例えば１６分の３波長）とする正方形とする。電気的な長さとは、フリンジング電界や誘電体の比誘電率などの影響を考慮して定まる値であって、実効的な長さとも称される。本実施形態では、地板２の形状を正方形とするが、その他、長方形であってもよいし、円形（楕円を含む）であってもよい。

この地板２は、その外周部分に相当する４つの辺のうちの、或る辺ＡＣ上の点Ｂにおいて無給電素子３と電気的に接続される。また、地板２は、無給電素子３が接続されている辺ＡＣと直交する辺ＣＥ上の点Ｄにおいて、被給電素子１と給電部４を介して接続される。便宜上、地板２において無給電素子３と接続する点Ｂを無給電側接続点と称し、地板２において給電部４と接続する点Ｄを被給電側接続点と称する。無給電側接続点Ｂが請求項に記載の第２素子接続部に相当する。

給電部４は、アンテナ装置１００と同軸ケーブルとが電気的に接続される部分であって、地板２の被給電側接続点Ｄは、同軸ケーブルの外部導体（マイナス側の導体）との電気的な接続点を指す。同軸ケーブルの内部導体（プラス側の導体）は、被給電素子１と電気的に接続される。アンテナ装置１００と同軸ケーブルとは整合回路やフィルタ回路などの種々の回路を介して接続されてあっても良い。被給電素子１は、地板２と交流信号的に接続された構成となる。

便宜上、図１に示すように地板２の外周部において、無給電側接続点Ｂが設けられる辺ＡＣの両端、すなわち、地板２にとっての頂点をそれぞれＡ、Ｃとし、被給電側接続点Ｄが設けられる辺の両端をＣ、Ｅとする。辺ＡＣと辺ＣＥは、頂点Ｃを共有する。頂点Ｃを便宜上、共有頂点と称する。

被給電素子１は、略直線形状のモノポール導体素子を、その途中（直角部とする）において直角（略直角を含む）で曲げた、いわゆるＬ型のモノポール導体素子である。以降では、被給電素子１の片方の端部から直角部までの部分と、他端から直角部までの部分の、２つの部分のうち、相対的に長い方の部分を長手部１１と称し、相対的に短い方の部分を短手部と称する。この被給電素子１が請求項に記載の第１線状導体素子に相当する。

被給電素子１が備える２つの端部のうち、短手部側の端部は、同軸ケーブルの内部導体と電気的に接続される。すなわち、被給電素子１は、短手部側の端部において給電部４を介して地板２の被給電側接続点Ｄと接続される。ここでの被給電素子１と地板２との給電部４を介した接続とは、被給電素子１の一端を同軸ケーブルの内部導体と電気的に接続し、地板２の被給電側接続点Ｄを同軸ケーブルの外部導体と電気的に接続することを指す。すなわち、被給電素子１と地板２とは、直流的には浮いた状態となっている。

もちろん、被給電素子１の一端と同軸ケーブルの内部導体との間には、インピーダンス整合回路やスイッチ回路、フィルタ回路などの種々の回路が介在していてもよい。地板２の被給電側接続点Ｄと同軸ケーブルの外部導体との接続部分も同様である。

被給電素子１が備える２つの端部のうち、地板２と給電部４を介して接続していない方の端部、すなわち、長手部１１側の端部は、開放端となる。

また、被給電素子１は、長手部１１が地板の外周に対して対向するように基板１０上に配置される。より具体的には、被給電素子１は長手部１１が地板２の辺ＣＥに対して略平行であって、かつ、開放端が被給電側接続点Ｄよりも頂点Ｅ側に位置するように配置される。ここでの略平行とは、後述するように、長手部１１に流れる電流によって、地板２の辺ＣＥ上にイメージ電流が誘起される範囲とする。この長手部１１が請求項に記載の第１平行部に相当する。

被給電素子１の電気的な長さは、この被給電素子１に電流を流した場合に地板２にイメージ電流を誘起する長さとなっていればよく、本実施形態では一例として、対象電波の８分の１波長とする。

無給電素子３は、被給電素子１と同様に、Ｌ型のモノポール導体素子である。無給電素子３が備える２つの端部のうち、短手部側の端部が無給電側接続点Ｂで地板２と接続される。地板２と接続していない方の端部、すなわち、長手部３１側の端部は、開放端となる。この無給電素子３が請求項に記載の第２線状導体素子に相当する。

無給電素子３は、長手部３１が地板の外周に対して対向するように基板１０上に配置される。より具体的には、無給電素子３は、長手部３１が地板２の辺ＡＣに対して略平行であって、かつ、開放端が無給電側接続点Ｂよりも頂点Ａ側に位置するように配置される。ここでの略平行とは、後述するように、長手部３１に流れる電流によって、地板２の辺ＡＣにイメージ電流が誘起される範囲とする。無給電素子３の電気的な長さは、被給電素子１と同様に、対象電波の波長の８分の１の長さとする。長手部３１が請求項に記載の第２平行部に相当する。

以上で述べたように、被給電素子１と無給電素子３は、開放端ではなく地板２との接続部分が、共有頂点Ｃ付近において近接するように地板２の外周に沿って配置される。言い換えれば、被給電素子１と無給電素子３は、それぞれの長手方向が直交し、かつ、各開放端が離れるように配置される。

各開放端が離れるような配置とは、被給電素子１の直角部から開放端に向かって伸びる半直線が無給電素子３の長手部３１を通る直線と交差せず、かつ、無給電素子３の直角部から開放端に向かって伸びる半直線が被給電素子１の長手部１１を通る直線と交差しない配置を指す。

また、長手部１１と長手部３１との為す角度は、厳密な直角に限らず、後述するイメージ電流Ｃ２とイメージ電流Ｃ４とによって円偏波が形成される範囲において、略直角となっていてもよい。

図２は、地板２の辺ＡＣ及び辺ＣＥ上における、無給電側接続点Ｂ及び被給電側接続点Ｄの位置関係を説明するための概念図である。なお、図１及び図２を比較すれば分かるように、図２における頂点Ａから頂点Ｅまでの線分のうち、頂点Ａから共有頂点Ｃまでの区間が辺ＡＣを表し、共有頂点Ｃから頂点Ｅまでの区間が辺ＣＥを表す。辺ＡＣを表す区間と、辺ＣＥを表す区間は、実際には直角である。

そのような地板２において、無給電側接続点Ｂは、共有頂点Ｃを通って頂点Ｅからの距離が電気的に４分の１波長となる位置に設ける。すなわち、無給電側接続点Ｂの位置は、辺ＣＥの長さと共有頂点Ｃから無給電側接続点Ｂまでの長さの和が電気的に４分の１波長となる位置に設ける。なお、地板２の１辺の電気的長さは、前述の通り、対象電波の４分の１波長以下である。

また、被給電側接続点Ｄは、共有頂点Ｃを通って頂点Ａからの距離が電気的に４分の１波長となる位置に設ける。すなわち、辺ＡＣの長さ（＝辺ＣＥの長さ）と共有頂点Ｃから被給電側接続点Ｄまでの長さの和が電気的に４分の１波長となる位置に設ける。

なお、本実施形態では、頂点Ａから被給電側接続点Ｄまでの電気的長さと、頂点Ｅから無給電側接続点Ｂまでの電気的長さのそれぞれを、対象電波の４分の１波長となるように配置する構成としたが、これに限らない。他の態様として、頂点Ａから被給電側接続点Ｄまでの電気的長さ、及び頂点Ｅから無給電側接続点Ｂまでの電気的長さは、対象電波の４分の１波長の整数倍の長さとなっていればよく、例えば２分の１波長や、４分の３波長であってもよい。

次に、以上で述べた構成となっているアンテナ装置１００の作動について説明する。アンテナ装置１００の送信時の作動と受信時の作動は対称性を有するため、以降では、対象電波を送信する場合を例にとって説明する。

対象電波の送信時には、図３に示すように給電部４からその対象電波の周波数に応じた高周波電流が被給電素子１に供給され、被給電素子１上を開放端に向かって電流Ｃ１が流れる。この被給電素子１を流れる電流Ｃ１によって、地板２の外周付近にはイメージ電流Ｃ２が誘起される。より具体的には、イメージ電流Ｃ２は、辺ＣＥ、及び共有頂点Ｃから無給電側接続点Ｂまでの間に誘起される。電流Ｃ２の進行方向は、電流Ｃ１とは逆方向、すなわち頂点Ｅから無給電側接続点Ｂに向かう方向である。このイメージ電流Ｃ２が請求項に記載の第１イメージ電流に相当する。

なお、イメージ電流Ｃ２は、実際には、辺ＣＥ及び辺ＡＣ以外の部分、例えば地板２の辺ＡＣの対辺にも電流が誘起されうる。しかし、頂点Ｅから無給電側接続点Ｂまでの電気的な長さが、対象電波の４分の１波長分の長さとなっていることから、イメージ電流Ｃ２は、無給電側接続点Ｂ及び頂点Ｅのそれぞれを節（又は腹）とする定常波を形成しやすい。したがって、電流Ｃ１によって誘起されるイメージ電流Ｃ２は主として頂点Ｅから無給電側接続点Ｂの間に発生する。また、上記理由によって、頂点Ｅをイメージ電流Ｃ２の始点と見なすことができる。

頂点Ｅから無給電側接続点Ｂに向かって流れるイメージ電流Ｃ２は、無給電側接続点Ｂから無給電素子３に流入する。その成分を便宜上、電流Ｃ３とする。なお、無給電素子３に流れる電流Ｃ３の位相は、頂点Ｅから無給電側接続点Ｂまでの長さが電気的に誘起される電流の４分の１波長分の長さとなっているため、イメージ電流Ｃ２に対して９０度遅れたものとなる。

そして、無給電素子３上に電流Ｃ３が発生することによって、図４に示すように辺ＡＣを中心に、イメージ電流Ｃ４が誘起される。より具体的には、イメージ電流Ｃ４は、主として頂点Ａから被給電側接続点Ｄまでの間に誘起される。イメージ電流Ｃ４の向きは頂点Ａから被給電側接続点Ｄに向かう向きである。また、イメージ電流Ｃ４の位相は、イメージ電流Ｃ２に対して９０度遅れている。

イメージ電流Ｃ４が、主として頂点Ａから被給電側接続点Ｄまでの間に発生する理由は、頂点Ａから被給電側接続点Ｄまでの電気的な長さが、対象電波の４分の１波長分の長さとなっているためである。すなわち、共振状態における安定性からイメージ電流Ｃ４は、頂点Ａから被給電側接続点Ｄの間に発生する。ここでの共振状態の安定性とは、定常波の節の形成のしやすさを指す。

ここで、無給電側接続点Ｂから被給電側接続点Ｄまで区間においては、イメージ電流Ｃ２とイメージ電流Ｃ４とが重なりあう。イメージ電流Ｃ２とイメージ電流Ｃ４とは、互いに逆方向の電流であるため、互いに打ち消し合うように振る舞う。ただし、イメージ電流Ｃ２とイメージ電流Ｃ４とは位相がずれているため、完全に打ち消し合うのではなく、無給電側接続点Ｂから被給電側接続点Ｄまで区間には若干の電流が残留する。

図５は、以上で述べたアンテナ装置１００の作動をまとめたものである。地板２の頂点Ｅから被給電側接続点Ｄの間には、被給電素子１に流れる電流Ｃ１に起因するイメージ電流Ｃ２ａが流れる。また、地板２の頂点Ａから無給電側接続点Ｂの間には、イメージ電流Ｃ２ａに対して位相が９０度遅れたイメージ電流Ｃ４ａが流れる。さらに、イメージ電流Ｃ２ａ、Ｃ４ａが生じる辺ＡＣと辺ＣＥは図１に示すように直角である。

すなわち、イメージ電流Ｃ２ａ、Ｃ４ａは互いに直交し、かつ、位相が９０度ずれたものとなる。また、電流の振幅も同程度となるため、これらのイメージ電流Ｃ２ａ、Ｃ４ａによって円偏波が送信される。なお、円偏波は、地板２に垂直な方向に放射される。

図６は、本アンテナ装置１００の円偏波の放射特性を示す図である。図６の０度は、基板１０から地板２へと向かう方向、すなわち基板１０の裏面から表面へと向かう垂直方向を表している。本実施形態の構成によれば、地板２の０度の方向に広角に左旋円偏波を送信及び受信することができる。

さらに、本アンテナ装置１００は、例えば車両のフロントガラス上部などに取り付けられた場合には、１８０度方向に放射する電波を反射する要素が存在しないため、１８０方向にも放射特性を備える。なお、０度方向に放射する円偏波が左旋円偏波（図中実線）である場合には、１８０度の方向に放射する円偏波は右旋円偏波（図中破線）となる。

本実施形態では、０度方向に左旋円偏波を放射する構成となっているが、他の構成として給電部４を無給電素子３側に設けた場合には、０度方向に右旋円偏波を放射するアンテナ装置となる。

以上で述べた本アンテナ装置１００における形状は適宜されればよい。対象電波の周波数を１．５７５ＧＨｚ、対象電波の導波波長を１１７ｍｍと想定した場合には、地板２の１辺の長さを２５ｍｍとすればよい。すなわち、地板２の１辺の長さを導波波長の４分の１に相当する長さ（１１７÷４≒２９ｍｍ）よりも短い値とすることができる。なお、共有頂点Ｃから被給電側接続点Ｄまでの距離は４〜５ｍｍとすればよい。すなわち、１辺の長さと共有頂点Ｃから被給電側接続点Ｄまでの距離の和が、導波波長の４分の１とすればよい。共有頂点Ｃから無給電側接続点Ｂまでの距離もまた４〜５ｍｍとすればよい。

（実施形態のまとめ）
地板２に対して、被給電素子１と無給電素子３を、それぞれの長手方向が直交し、かつ、各開放端が離れるように配置することによって、地板２に、互いに直交し、かつ、位相が９０度ずれたイメージ電流Ｃ２ａ、Ｃ４ａを発生させることができる。そして、当該イメージ電流にＣ２ａ、Ｃ４ａによって円偏波を放射することができる。

ここで、イメージ電流Ｃ２ａを発生させるために、地板２の１辺（例えば辺ＣＥ）の電気的長さが４分の１波長の整数倍となっている必要はなく、辺ＣＥと共有頂点Ｃから無給電側接続点Ｂまで部分の長さの和が、電気的に対象電波の４分の１波長の整数倍となっていればよい。

したがって、地板２の１辺の電気的長さを４分の１波長よりも小さくすることができる。イメージ電流Ｃ４ａ、及び、イメージ電流Ｃ４ａが誘起される辺ＡＣについても同様である。

すなわち、特許文献１の構成よりも地板２を小さくすることができる。さらに、被給電素子１及び無給電素子３の電気的な長さは、対象電波の４分の１波長よりも短い、８分の１としても動作させることができる。したがって、本実施形態の構成によれば、円偏波を送受信するアンテナ装置を、より小型化することができる。

なお、辺ＣＥと共有頂点Ｃから無給電側接続点Ｂまでの長さの和が、電気的に対象電波の４分の１波長の整数倍から多少ずれていても、イメージ電流Ｃ２ａ、Ｃ４ａを発生させることができ、円偏波を放射することができる。ただし、その場合、軸比が劣化してしまったり、利得が低下してしまったりする恐れがある。したがって、辺ＣＥと共有頂点Ｃから無給電側接続点Ｂまでの長さの和は、電気的に対象電波の４分の１波長の整数倍となっていることが好ましい。

また、本アンテナ装置１００は、特許文献１のアンテナ装置に対して著しく小型が実現できることに加えて、対称構造である必要はない。例えば地板２は、辺ＡＣに対して辺ＣＥが長い長方形状であっても良い。その場合もイメージ電流Ｃ２は、無給電側接続点Ｂを節とするように励振するため、円偏波を放射することができる。

以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、次の変形例も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。

例えば、アンテナ装置１００は、小型化に伴って放射抵抗が低下しているため、基板１０における誘電体損失の影響を受けやすい。すなわち、基板１０における誘電体損失によって放射利得が大きく低下する場合がある。

そこで、図７から図９に示すように、相対的に強い電流が流れる被給電素子１と地板２の間、及び無給電素子３と地板２との間に存在する基板１０を部分的に除去（いわゆる肉抜き）してもよい。基板１０のうち、線状導体素子と地板２との間に存在する領域を肉抜きすることによって、基板１０による誘電体損失による影響を低減することができる。

なお、被給電素子１と無給電素子３とを区別しない場合には、単に線状導体素子と称する。また、基板１０のうち、線状導体素子と地板２との間に存在する領域を肉抜きした構成を変形例１とする。図７〜９は、変形例１の一例である。

図７に示す基板１０Ａは、基板１０において線状導体素子と地板２との間に存在する部分を切り取ったものである。また、図８に示す基板１０Ｂ、及び図９に示す基板１０Ｃは、基板１０において線状導体素子と地板２との間に存在する部分に複数の貫通孔を設けたものである。

また、図１０に示すように、基板１０の裏面に、表面に設けられる被給電素子１、地板２、無給電素子３のそれぞれと同様の導体パターン５，６，７を設けた構成としてもよい。すなわち、導体パターン５は、被給電素子１に対応し、導体パターン６は地板２に対応し、導体パターン７は無給電素子３に対応するものである（これを変形例２とする）。

このような構成とすることで、周知の折り返しアンテナと同様の効果が得られ、実施形態で述べた構成に比べて放射抵抗を増大させることができる。したがって、この変形例２の構成によっても、基板１０による誘電体損失の影響を低減することができる。

また、線状導体素子の形状は、Ｌ字側に限らず、適宜変更されても良い。特に、長手部分に関しては、直線形状に限らず、所望のインダクタンス成分を得られるように種々の変形を施してもよい。そのような構成を変形例３とする。

例えば、図１１に示す被給電素子１Ａ及び無給電素子３Ａは、実施形態における被給電素子１及び無給電素子３の長手部分を、Ｚ字状に何度も折り曲げた、いわゆるジグザグ形状としたものである。このような構成によれば、地板２の形状を変更せずに、線状導体素子が備えるインダクタンス成分を調整することで、被給電素子１Ａに流れる電流を共振させ、地板２に流れるイメージ電流Ｃ２を増大させることができる。

図１２に示す被給電素子１Ｂ及び無給電素子３Ｂは、図１１と同様の思想に基づいて、実施形態における被給電素子１及び無給電素子３の長手部分の一部をコイル状にした例である。さらに、図１３及び図１４に示すように、被給電素子１Ｃ及び無給電素子３Ｃは、基板１０を縫うように基板１０に延設してもよい。なお、図１４は、図１３に示すアンテナ装置１００の１４−１４線における断面図である。

以上では、地板２の形状として長方形（実施形態では正方形）を採用した構成について述べたが、地板２の形状はこれに限らない。例えばアンテナ装置が備える地板の形状を打楕円形にした構成（これを変形例４とする）を図１５に示す。

図１５に示すように、変形例４におけるアンテナ装置２００は、楕円形の地板２２０、
被給電素子２１０、及び無給電素子２３０を備える。被給電素子２１０及び無給電素子２３０は、実施形態で述べた被給電素子１及び無給電素子３のそれぞれに相当するものである。被給電素子２１０及び無給電素子２３０は、地板２２０の外周に略平行な長手部２１１、２３１を備える。

この変形例４においては、地板２２０の外周を長軸Ｘ及び短軸Ｙによって４等分して生じる各区間が、実施形態における地板２の１辺に相当する。すなわち、図１５中の、地板２２０の短軸Ｙ方向の一端Ｎから長軸Ｘ方向の一端Ｌまでの区間が、実施形態における辺ＣＥに相当し、端部Ｌから短軸Ｙ方向の他端Ｍまでの区間が、実施形態における辺ＡＣに相当する。端部Ｌが、共有頂点に相当する。

なお、長軸Ｘ及び短軸Ｙが請求項に記載の対称な軸に相当し、長軸Ｘと短軸Ｙとの交点が地板２２０の中心に相当する。

上記構成において被給電素子２１０が備える長手部２１１の一部と、無給電素子２３０が備える長手部２３１の一部とは、互いに直交する構成となっている。したがって、実施形態と同様に、地板２２０には、互いに直交し、かつ位相が９０°ずれたイメージ電流を誘起させることができる。そして、変形例４の構成においても実施形態と同様の効果を奏することができる。

以上の変形例４では、地板２２０の形状を楕円形状とした場合の構成について例示したが、これに限らない。地板２２０の形状は真円であってもよい。その場合、円の中心を通って互いに直交する直線が、請求項に記載の２つの対称の軸に相当する。

１００・２００ アンテナ装置、１０、１０Ａ〜Ｃ 基板、１・１Ａ〜Ｃ・２１０ 被給電素子（第１線状導体素子）、２・２２０ 地板（導体地板）、３・３Ａ〜Ｃ・２３０ 無給電素子（第２線状導体素子）、４ 給電部、１１・２１１ 長手部（第１平行部）、３１・２３１ 長手部（第２平行部）

Claims (8)

1. 導体地板（２、２２０）と、
   線状であって、一方の端が給電部（４）を介して前記導体地板と接続され、他方の端が開放端となっている第１線状導体素子（１、２１０）と、
   線状であって、一方の端が前記導体地板と接続され、他方の端が開放端となっている第２線状導体素子（３、２３０）と、を備えるアンテナ装置であって、
   前記第１線状導体素子は、前記導体地板の外周と対向している第１平行部（１１、２１１）を備え、
   前記第２線状導体素子は、前記導体地板と外周と対向し、かつ、前記第１平行部と略直交する第２平行部（３１、２３１）を備え、
   前記第２線状導体素子と前記導体地板との接続部（以降、第２素子接続部）は、前記給電部と近接するように配置されており、
   前記第１線状導体素子及び前記第２線状導体素子はそれぞれ、前記導体地板と同一平面上の前記導体地板の外部に設けられており、
   前記第２素子接続部は、前記給電部から前記第１線状導体素子に電流を流すことによって前記導体地板の外周に流れる第１イメージ電流の位相が、当該第１イメージ電流の始点から９０度の整数倍ずれる位置となっていることを特徴とするアンテナ装置。
2. 導体地板（２、２２０）と、
   線状であって、一方の端が給電部（４）を介して前記導体地板と接続され、他方の端が開放端となっている第１線状導体素子（１、２１０）と、
   線状であって、一方の端が前記導体地板と接続され、他方の端が開放端となっている第２線状導体素子（３、２３０）と、を備えるアンテナ装置であって、
   前記第１線状導体素子は、前記導体地板の外周と対向している第１平行部（１１、２１１）を備え、
   前記第２線状導体素子は、前記導体地板と外周と対向し、かつ、前記第１平行部と略直交する第２平行部（３１、２３１）を備え、
   前記第２線状導体素子と前記導体地板との接続部（以降、第２素子接続部）は、前記給電部と近接するように配置されており、
   前記導体地板は、１辺の電気的長さが、送受信の対象とする電波の４分の１波長よりも短い正方形状であって、
   前記第１平行部は、前記導体地板が備える複数の辺のうち、前記給電部が設けられている辺に平行であって、
   前記第２素子接続部は、前記給電部が設けられている辺に直交する辺であって、前記給電部が設けられている辺の両端に相当する２つの頂点のうち、前記給電部が設けられている側の頂点を共有する辺に設けられており、
   前記第２平行部は、前記第２素子接続部が設けられている辺に平行であることを特徴とするアンテナ装置。
3. 請求項２において、
   前記給電部が設けられている辺と前記第２素子接続部が設けられている辺とが共有する頂点から前記第２素子接続部までの電気的長さと、前記給電部が設けられている辺の電気的長さの和が、送受信の対象とする電波の４分の１波長の整数倍に相当する長さとなっていることを特徴とするアンテナ装置。
4. 請求項２又は３において、
   前記給電部が設けられている辺と前記第２素子接続部が設けられている辺とが共有する頂点から前記給電部までの電気的長さと、前記第２素子接続部が設けられている辺の電気的長さの和が、送受信の対象とする電波の４分の１波長の整数倍に相当する長さとなっていることを特徴とするアンテナ装置。
5. 導体地板（２、２２０）と、
   線状であって、一方の端が給電部（４）を介して前記導体地板と接続され、他方の端が開放端となっている第１線状導体素子（１、２１０）と、
   線状であって、一方の端が前記導体地板と接続され、他方の端が開放端となっている第２線状導体素子（３、２３０）と、を備えるアンテナ装置であって、
   前記第１線状導体素子は、前記導体地板の外周と対向している第１平行部（１１、２１１）を備え、
   前記第２線状導体素子は、前記導体地板と外周と対向し、かつ、前記第１平行部と略直交する第２平行部（３１、２３１）を備え、
   前記第２線状導体素子と前記導体地板との接続部（以降、第２素子接続部）は、前記給電部と近接するように配置されており、
   前記導体地板、前記第１線状導体素子、及び前記第２線状導体素子は何れも、誘電体を材料とする基板（１０）の片面に設けられてあって、
   前記基板のうち、前記第１線状導体素子及び前記導体地板の外周部分で囲まれる領域の一部と、前記第２線状導体素子及び前記導体地板の外周部分で囲まれる領域の一部を取り除いた形状となっていることを特徴とするアンテナ装置。
6. 導体地板（２、２２０）と、
   線状であって、一方の端が給電部（４）を介して前記導体地板と接続され、他方の端が開放端となっている第１線状導体素子（１、２１０）と、
   線状であって、一方の端が前記導体地板と接続され、他方の端が開放端となっている第２線状導体素子（３、２３０）と、を備えるアンテナ装置であって、
   前記第１線状導体素子は、前記導体地板の外周と対向している第１平行部（１１、２１１）を備え、
   前記第２線状導体素子は、前記導体地板と外周と対向し、かつ、前記第１平行部と略直交する第２平行部（３１、２３１）を備え、
   前記第２線状導体素子と前記導体地板との接続部（以降、第２素子接続部）は、前記給電部と近接するように配置されており、
   前記導体地板、前記第１線状導体素子、及び前記第２線状導体素子は何れも、誘電体を材料とする基板（１０）の片面（表面とする）に設けられてあって、
   前記基板の裏面には、前記導体地板、前記第１線状導体素子、及び前記第２線状導体素子と同様の導体パターンが設けられていることを特徴とするアンテナ装置。
7. 請求項１から６の何れか１項において、
   前記第１線状導体素子は、当該素子が備えるインダクタンス成分を増大させるための構造を備えていることを特徴とするアンテナ装置。
8. 請求項１において、
   前記導体地板は、円形又は楕円形であって、
   前記第１線状導体素子及び前記第２線状導体素子は、前記導体地板の中心を通って互いに直交する対称の軸（Ｘ、Ｙ）によって区分される前記導体地板の外周の４つの区間のうち、前記対称の軸のうち何れか一方の軸において前記導体地板を折り返した場合に重なりあう２つの区間のそれぞれに設けられていることを特徴とするアンテナ装置。

Images