アンテナ装置用基板およびアンテナ装置
【課題】 用途や機器毎に応じて表面側だけでなく、無指向性または裏面側への指向性も任意に得ることが可能なアンテナ装置用基板及びアンテナ装置を提供する。
【解決手段】 基板本体２と、表面主グランド面ＧＮＤ１、先端側グランドパターンＧＮＤ２、基端側中央パターン３、基端側両側パターン４、先端側中央パターン５、先端側両側パターン６、裏面グランド面、アンテナ素子ＡＴとを備え、基端側中央パターンが、給電端子８ａに接続され、基端側両側パターンが、第１導通用素子１１Ａが接続可能な第１接続部４ａを介して表面主グランド面に接続可能とされ、先端側中央パターンが、第２導通用素子１１Ｂが接続可能な第２接続部５ａを介して先端側グランドパターンに接続可能とされ、先端側両側パターンが、第３導通用素子１１Ｃが接続可能な第３接続部６ａを介して先端側グランドパターンに接続可能とされている。
【解決手段】 基板本体２と、表面主グランド面ＧＮＤ１、先端側グランドパターンＧＮＤ２、基端側中央パターン３、基端側両側パターン４、先端側中央パターン５、先端側両側パターン６、裏面グランド面、アンテナ素子ＡＴとを備え、基端側中央パターンが、給電端子８ａに接続され、基端側両側パターンが、第１導通用素子１１Ａが接続可能な第１接続部４ａを介して表面主グランド面に接続可能とされ、先端側中央パターンが、第２導通用素子１１Ｂが接続可能な第２接続部５ａを介して先端側グランドパターンに接続可能とされ、先端側両側パターンが、第３導通用素子１１Ｃが接続可能な第３接続部６ａを介して先端側グランドパターンに接続可能とされている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、指向性を切替可能なアンテナ装置用基板およびこれを備えたアンテナ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、通信機器において、アンテナの指向性を制御するために、例えば特許文献１には、給電点を中心に対称に配置された接続ピンをスイッチにより下面（裏面）の地板と短絡状態ないし開放状態に切り換えることで、放射パターンの最大角度を切り換える指向性制御マイクロストリップアンテナが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−１０９３７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来の技術においても、以下の課題が残されている。
すなわち、特許文献１に記載のアンテナは、いわゆるパッチアンテナであって表面側にのみ放射が得られ、指向性を制御しても裏面全体にグランド面が形成されているため、裏面側に放射され難く、裏面側への指向性を得ることが困難であるという不都合があった。したがって、実装する通信機器やその用途に応じて、表面側だけでなく、裏面側にも指向性を任意に確保したい場合には、不適であった。
【０００５】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、用途や機器毎に応じて表面側だけでなく、無指向性または裏面側への指向性も任意に得ることが可能なアンテナ装置用基板およびこれを備えた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】
【０００６】
本発明は、前記課題を解決するために以下の構成を採用した。すなわち、第１の発明のアンテナ装置用基板は、絶縁性の基板本体と、該基板本体の表面にそれぞれ金属箔でパターン形成された表面主グランド面、先端側グランドパターン、基端側中央パターン、複数の基端側両側パターン、先端側中央パターン及び複数の先端側両側パターンと、前記基板本体の裏面に形成され前記表面主グランド面及び前記先端側グランドパターンにスルーホールを介して接続された裏面グランド面と、前記基板本体の前記表面主グランド面と前記先端側グランドパターンとの間に実装された誘電体アンテナのアンテナ素子とを備え、該アンテナ素子が、直方体形状の誘電体本体と、該誘電体本体の前記表面主グランド面側の側面であって延在方向中央に設けられた給電端子と、該給電端子の両側に少なくとも一対設けられた基端側両側端子と、前記誘電体本体の前記先端側グランドパターン側に前記給電端子に対向して設けられた先端側中央端子と、該先端側中央端子の両側に少なくとも一対設けられた先端側両側端子と、これら各端子に接続され前記基板本体に沿って前記誘電体本体の上面又は上面近傍の内部に形成された放射電極とを備え、前記基端側中央パターンが、前記表面主グランド面側に配した基端に給電点が設けられていると共に先端が前記給電端子に接続され、前記基端側両側パターンが、第１導通用素子が接続可能な第１接続部を介して基端が前記表面主グランド面に接続可能とされていると共に先端が前記基端側両側端子に接続され、前記先端側中央パターンが、基端が前記先端側中央端子に接続されていると共に第２導通用素子が接続可能な第２接続部を介して先端が前記先端側グランドパターンに接続可能とされ、前記先端側両側パターンが、基端が前記先端側両側端子に接続されていると共に第３導通用素子が接続可能な第３接続部を介して先端が前記先端側グランドパターンに接続可能とされていることを特徴とする。
【０００７】
このアンテナ装置用基板では、基端側両側パターンが、第１導通用素子が接続可能な第１接続部を介して基端が表面主グランド面に接続可能とされ、先端側中央パターンが、第２導通用素子が接続可能な第２接続部を介して先端が先端側グランドパターンに接続可能とされ、先端側両側パターンが、第３導通用素子が接続可能な第３接続部を介して先端が先端側グランドパターンに接続可能とされているので、導通用素子の接続を任意に行うことで表面側、無指向性又は裏面側への指向性を容易に切り替えることができる。
すなわち、表面側に強い指向性を得るためには、第２導通用素子及び第３導通用素子だけを第２接続部及び第３接続部に接続することで、給電端子から見た開放端が基端側両側パターンの部分になって、表面主グランド面に向いた方向が開放端方向になり、放射電極側への放射が強くなる。
また、表裏面のどちらにも同レベルで放射される無指向性を得るためには、第２導通用素子だけを第２接続部に接続することで、給電端子から見た開放端が基端側両側パターン及び先端側両側パターンの部分になり、左右方向（表面主グランド面と先端グランド面と間を横切る方向）にも開放端方向が追加されると同時に、アンテナ素子の裏面側への電界分布も発生し、表裏面のどちらにも放射が生じる。
さらに、裏面側に強い指向性を得るためには、第１導通用素子だけを第１接続部に接続することで、給電端子から見た開放端が先端側中央パターン及び先端側両側パターンの部分になり、先端側から裏面側へ回り込むような電界分布が発生し、裏面側への放射が強くなる。このように、指向性切替素子である各導通用素子の実装の有無を選択することで、表面側、表裏面又は裏面側への指向性を切り替えることができ、裏面全体にグランド面が形成されていても、裏面側へ放射させて指向性を得ることも可能になる。
【０００８】
第２の発明のアンテナ装置用基板は、第１の発明において、前記アンテナ素子と前記先端側グランドパターンが形成された前記基板本体の端辺との間の距離が、使用周波数に対応した波長の１６分の１より短いことを特徴とする。
すなわち、このアンテナ装置用基板では、アンテナ素子と先端側グランドパターンが形成された基板本体の端辺との間の距離が、使用周波数に対応した波長の１６分の１より短いので、裏面側への回り込みが効果的に生じて裏面側への指向性を強くすることができる。
【０００９】
第３の発明のアンテナ装置用基板は、第１又は第２の発明において、前記基端側中央パターンが、途中に複数の整合用受動素子が接続されて構成されたインピーダンスの整合回路を有していることを特徴とする。
すなわち、このアンテナ装置用基板では、基端側中央パターンが、途中に複数の整合用受動素子が接続されて構成されたインピーダンスの整合回路を有しているので、いわゆるπ型の整合回路等を構成することで、実装する整合用受動素子の設定により、共振周波数の調整およびインピーダンスの調整が可能になる。
【００１０】
第４の発明のアンテナ装置は、第１から第３のいずれかの発明のアンテナ装置用基板を備え、前記第２導通用素子及び前記第３導通用素子だけが、それぞれ対応する前記第２接続部及び前記第３接続部に接続されていることを特徴とする。
すなわち、このアンテナ装置では、第２導通用素子及び第３導通用素子だけが、それぞれ対応する第２接続部及び第３接続部に接続されているので、表面側に強い指向性を有するアンテナ特性を得ることができる。
【００１１】
第５の発明のアンテナ装置は、第１から第３のいずれかの発明のアンテナ装置用基板を備え、前記第２導通用素子だけが、対応する前記第２接続部に接続されていることを特徴とする。
すなわち、このアンテナ装置では、第２導通用素子だけが、対応する第２接続部に接続されているので、表面側と裏面側との両方に指向性を有する無指向性のアンテナ特性を得ることができる。
【００１２】
第６の発明のアンテナ装置は、第１から第３のいずれかの発明のアンテナ装置用基板を備え、前記第１導通用素子だけが、対応する前記第１接続部に接続されていることを特徴とする。
すなわち、このアンテナ装置では、第１導通用素子だけが、対応する第１接続部に接続されているので、裏面側に強い指向性を有するアンテナ特性を得ることができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、以下の効果を奏する。
本発明のアンテナ装置用基板によれば、裏面全体がグランド面でも、各導通用素子の接続を任意に行うことで表面側、無指向性又は裏面側への指向性を容易に切り替えることができる。
したがって、本発明のアンテナ装置用基板を備えたアンテナ装置によれば、指向性切替素子である導電性素子の実装、選択により、表面側に強い指向性、表面と裏面との両方向への指向性（無指向性）又は裏面側への指向性を有するアンテナ特性を任意に得ることができ、多様な用途や機器に対応することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に係るアンテナ装置用基板及びアンテナ装置の一実施形態において、アンテナ装置用基板を示す平面図である。
【図２】本実施形態において、アンテナ装置用基板を示す裏面図である。
【図３】本実施形態において、アンテナ素子を示す平面図（ａ）及び内部の放射電極を透視して示す斜視図（ｂ）である。
【図４】本実施形態において、アンテナ装置用基板及びアンテナ装置を示す配線図である。
【図５】本実施形態において、表面側に強い指向性を有する場合（ａ）、表面側と裏面側との両方に指向性を有する場合（ｂ）及び裏面側に強い指向性を有する場合（ｃ）の各アンテナ装置の平面図及び側面図である。
【図６】本発明に係るアンテナ装置用基板及びアンテナ装置の実施例において、表面側に強い指向性を有するアンテナ装置のＶＳＷＲ特性（電圧定在波比）を示すグラフである。
【図７】本発明に係る実施例において、表面側に強い指向性を有する場合（ａ）、表面側と裏面側との両方に指向性を有する場合（ｂ）及び裏面側に強い指向性を有する場合（ｃ）の各アンテナ装置の放射パターンを示すグラフである。
【図８】本発明に係る実施例において、開放端ＧＮＤ長を変えた場合の各アンテナ装置の放射パターンを示すグラフである。
【図９】本発明に係る実施例において、開放端ＧＮＤ長とＦＢ比との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明に係るアンテナ装置用基板及びこれを備えたアンテナ装置の一実施形態を、図１から図５を参照しながら説明する。
【００１６】
本実施形態におけるアンテナ装置用基板１は、図１から図４に示すように、絶縁性の基板本体２と、該基板本体２の表面にそれぞれ金属箔でパターン形成された表面主グランド面ＧＮＤ１、先端側グランドパターンＧＮＤ２、基端側中央パターン３、複数の基端側両側パターン４、先端側中央パターン５及び複数の先端側両側パターン６と、基板本体２の裏面に形成され表面主グランド面ＧＮＤ１及び先端側グランドパターンＧＮＤ２にスルーホールＨを介して接続された裏面グランド面ＧＮＤ３と、基板本体２の表面主グランド面ＧＮＤ１と先端側グランドパターンＧＮＤ２との間に実装された誘電体アンテナのアンテナ素子ＡＴとを備えている。
【００１７】
上記アンテナ素子ＡＴは、図３に示すように、直方体形状の誘電体本体７と、該誘電体本体７の表面主グランド面ＧＮＤ１側の側面であって延在方向中央に設けられた給電端子８ａと、該給電端子８ａの両側に一対設けられた基端側両側端子８ｂと、誘電体本体７の先端側グランドパターンＧＮＤ２側に給電端子８ａに対向して設けられた先端側中央端子８ｃと、該先端側中央端子８ｃの両側に一対設けられた先端側両側端子８ｄと、これら各端子に接続され基板本体２に沿って誘電体本体７の上面近傍の内部に形成された放射電極９とを備えている。
【００１８】
すなわち、給電端子８ａの反対側に先端側中央端子８ｃが形成されていると共に、基端側両側端子８ｂの反対側に先端側両側端子８ｄが形成されている。これら６つの各端子は、誘電体本体７の下面から側面を介して上面まで、帯状にＡｇ等の導体パターンで形成されている。
上記誘電体本体７は、例えばＬＴＣＣ（低温同時焼成セラミックス）材等で形成され、誘電率が１０程度である。なお、誘電体本体７の材質は、一般的な誘電体、磁性体あるいは誘電体と磁性体とを加味した磁性誘電体でも構わない。
【００１９】
また、アンテナ素子ＡＴの上面には、表裏識別用のマークＭが印刷又は刻印されている。
上記放射電極９は、誘電体本体７の両側面で６つの上記各端子に接続されている。この放射電極９は、例えば銀（Ａｇ）などの導電率の高い導体で形成されており、その面積は大きい方が望ましく、また誘電体本体７の上面に近いことが望ましい。
なお、アンテナ素子ＡＴは積層構造を有しており、放射電極９は内層に設けられているが、誘電体本体７の上面にスクリーン印刷等で形成しても構わない。この場合、表裏識別の必要がなく、表面の放射電極９により表面（上面）であることが識別可能であるので、マークＭは不要である。
【００２０】
上記基端側中央パターン３は、表面主グランド面ＧＮＤ１側に配した基端に給電点ＦＰが設けられていると共に先端が給電端子８ａに接続されている。
上記基端側両側パターン４は、第１導通用素子１１Ａが接続可能な第１接続部４ａを介して基端が表面主グランド面ＧＮＤ１に接続可能とされていると共に先端が基端側両側端子８ｂに接続されている。
【００２１】
上記先端側中央パターン５は、基端が先端側中央端子８ｃに接続されていると共に第２導通用素子１１Ｂが接続可能な第２接続部５ａを介して先端が先端側グランドパターンＧＮＤ２に接続可能とされている。
上記先端側両側パターン６は、基端が先端側両側端子８ｄに接続されていると共に第３導通用素子１１Ｃが接続可能な第３接続部６ａを介して先端が先端側グランドパターンＧＮＤ２に接続可能とされている。
【００２２】
上記第１〜第３導通用素子１１Ａ〜１１Ｃは、対応するパターン−グランド面間の間隙である第１〜第３接続部４ａ〜６ａに実装、接続されて互いの電気的導通を図ることのできる素子であって、０Ωのジャンパー線や低抵抗値の抵抗が好ましく、インダクタ又はコンデンサであっても構わない。なお、第１〜第３導通用素子１１Ａ〜１１Ｃに、抵抗、インダクタ又はコンデンサ等の受動素子を適宜選択することで、共振周波数を調整することも可能である。
【００２３】
上記基端側中央パターン３は、途中に複数の整合用受動素子Ｐ１〜Ｐ４が接続されて構成されたインピーダンスの整合回路１２を有している。この整合回路１２は、図４に示すように、整合用の第１〜第４受動素子Ｐ１〜Ｐ４をπ型に並べて接続した回路である。すなわち、給電点ＦＰから給電端子８ａまでの間に直列に接続された第１受動素子Ｐ１及び第２受動素子Ｐ２と、第１受動素子Ｐ１及び第２受動素子Ｐ２の両側に一端が接続された第３受動素子Ｐ３及び第４受動素子Ｐ４とを有し、第３受動素子Ｐ３及び第４受動素子Ｐ４の他端が、給電点ＦＰから離間した位置で表面主グランド面ＧＮＤ１に接続されている。なお、上記第１〜第４受動素子Ｐ１〜Ｐ４は、例えばインダクタ、コンデンサまたは抵抗が採用される。
【００２４】
基端側中央パターン３及び基端側両側パターン４の先端部と、先端側中央パターン５及び先端側両側パターン６の基端部とは、アンテナ素子ＡＴの実装用ランドとしても機能している。すなわち、これらパターンの上記部分に、アンテナ素子ＡＴ下面の対応する各端子を載置し、半田等により接合してアンテナ素子ＡＴの接着、実装を行っている。
【００２５】
上記基板本体２は、一般的なプリント基板であって、本実施形態では、長方形状のガラスエポキシ樹脂等からなるプリント基板の本体を採用している。
上記表面主グランド面ＧＮＤ１は、図１に示すように、アンテナ占有領域を空けて基板本体２の表面のほぼ半分を覆って形成され、先端側グランドパターンＧＮＤ２は、表面主グランド面ＧＮＤ１と反対側の基板本体２の端辺近傍に該端辺に沿って帯状に形成されている。なお、表面主グランド面ＧＮＤ１には、ＲＦ回路部品等の実装領域が設けられる。
また、アンテナ素子ＡＴと先端側グランドパターンＧＮＤ２が形成された基板本体２の端辺との間の距離は、使用周波数に対応した波長の１６分の１より短く設定されている。
【００２６】
なお、上記給電点ＦＰは、同軸ケーブル等の給電手段を介して高周波回路（図示略）の給電点に接続される。この給電手段としては、同軸ケーブル、レセプタクル等のコネクタ、接点が板バネ形状を有する接続構造、接点がピンプローブ形状またはピン形状を有する接続構造、ハンダ付け用のランドを用いた接続構造等の種々の構造が採用可能である。
例えば、給電手段として同軸ケーブルを採用する場合、表面主グランド面ＧＮＤ１に同軸ケーブルのグランド線が接続されると共に、同軸ケーブルの芯線が給電点ＦＰに接続される。
【００２７】
このように本実施形態のアンテナ装置用基板１では、基端側両側パターン４が、第１導通用素子１１Ａが接続可能な第１接続部４ａを介して基端が表面主グランド面ＧＮＤ１に接続可能とされ、先端側中央パターン５が、第２導通用素子１１Ｂが接続可能な第２接続部５ａを介して先端が先端側グランドパターンＧＮＤ２に接続可能とされ、先端側両側パターン６が、第３導通用素子１１Ｃが接続可能な第３接続部６ａを介して先端が先端側グランドパターンＧＮＤ２に接続可能とされているので、各導通用素子の接続を任意に行うことで表面側、無指向性又は裏面側への指向性を容易に切り替えることができる。
【００２８】
すなわち、本実施形態のアンテナ装置用基板１を用いて構成されたアンテナ装置は、指向性切替素子である導通用素子の選択により、以下の３通りの指向性の異なるアンテナ特性が得られる。
まず、基板本体２の表面に垂直な方向であって上方への方向を＋Ｚ方向とし、これを０度方向とすると、０度方向（表面側）へ強い指向性を有するアンテナ装置１００Ａは、図５の（ａ）に示すように、上記アンテナ装置用基板１を備え、第２導通用素子１１Ｂ及び第３導通用素子１１Ｃだけが、それぞれ対応する第２接続部５ａ及び第３接続部６ａに接続されている。
【００２９】
すなわち、表面側に強い指向性を得るためには、第２導通用素子１１Ｂ及び第３導通用素子１１Ｃだけを第２接続部５ａ及び第３接続部６ａに接続することで、給電端子８ａから見た開放端が基端側両側パターン４の部分になって、表面主グランド面ＧＮＤ１に向いた方向が開放端方向になり、放射電極９側（表面側）への放射が強くなる。
【００３０】
また、０度方向と１８０度方向（基板本体２の裏面に垂直な方向であって下方への方向（−Ｚ方向））との両方に指向性（無指向性と呼ぶ）を有するアンテナ装置１００Ｂは、図５の（ｂ）に示すように、上記アンテナ装置用基板１を備え、第２導通用素子１１Ｂだけが、対応する第２接続部５ａに接続されている。
【００３１】
すなわち、表裏面のどちらにも同レベルで放射される無指向性を得るためには、第２導通用素子１１Ｂだけを第２接続部５ａに接続することで、給電端子８ａから見た開放端が基端側両側パターン４及び先端側両側パターン６の部分になり、左右方向（表面主グランド面ＧＮＤ１と先端側グランド面ＧＮＤ２と間を横切る方向）にも開放端方向が追加されると同時に、基板本体２の左右から回り込んでアンテナ素子ＡＴの裏面側への電界分布も発生し、表裏面のどちらにも放射が生じる。
【００３２】
さらに、１８０度方向に強い指向性を有するアンテナ装置１００Ｃは、図５の（ｃ）に示すように、上記アンテナ装置用基板１を備え、一対の第１導通用素子１１Ａだけが、対応する第１接続部４ａに接続されている。
すなわち、裏面側に強い指向性を得るためには、第１導通用素子１１Ａだけを第１接続部４ａに接続することで、給電端子８ａから見た開放端が先端側中央パターン５及び先端側両側パターン６の部分になり、基板本体２の先端側から裏面側へ回り込むような電界分布が発生し、裏面側への放射が強くなる。なお、図５において、各開放端方向を矢印で簡易的に図示している。
【００３３】
また、このアンテナ装置１００Ｃでは、アンテナ素子ＡＴと先端側グランドパターンＧＮＤ２が形成された基板本体２の端辺との間の距離Ｌを、使用周波数に対応した波長の１６分の１より短くすることで、裏面側への回り込みが効果的に生じて裏面側への指向性を強くすることができる。すなわち、開放端の向きが給電点ＦＰに対して離間する向きとなり、裏面側への回り込みが発生するが、上記距離Ｌが使用周波数に対応した波長の１６分の１以上になると、回り込みが生じ難くなって、表面側（１８０度方向）への指向性が強くなってしまうためである。なお、このようにアンテナ素子ＡＴと先端側グランドパターンＧＮＤ２が形成された基板本体２の端辺との間の距離Ｌを調整することで、表裏面の指向性をコントロールすることが可能である。
【００３４】
さらに、基端側中央パターン３が、途中に複数の整合用受動素子Ｐ１〜Ｐ４が接続されて構成されたインピーダンスの整合回路１２を有しているので、いわゆるπ型の整合回路を構成することで、実装する整合用受動素子Ｐ１〜Ｐ４の設定により、共振周波数の調整およびインピーダンスの調整が可能になる。
【実施例】
【００３５】
次に、本実施形態のアンテナ装置用基板およびこれを備えたアンテナ装置を実際に作製した実施例について、共振周波数でのＶＳＷＲ特性（電圧定在波比）や放射パターンについて測定した結果を、図６から図９を参照して説明する。
なお、各整合用受動素子は、コンデンサの第１受動素子Ｐ１：Ｃ＝０．５ｐＦ、インダクタの第２受動素子Ｐ２：Ｌ＝１．０ｎＨ、第３受動素子Ｐ３：未実装、インダクタの第４受動素子Ｐ４：Ｌ＝１．２ｎＨを使用した。
また、アンテナ素子ＡＴのサイズは、例えば１２．０×６．０×２．０ｍｍである。さらに、基板本体２のサイズは、５０×２５×０．３ｍｍである。また、開放端方向のグランド長、すなわちアンテナ素子ＡＴと先端側グランドパターンＧＮＤ２が形成された基板本体２の端辺との間の距離Ｌ（ここでは開放端ＧＮＤ長と呼ぶ）は、図５の（ａ）に示すように、２．０ｍｍとした。
【００３６】
まず、第１導通用素子１１Ａ：未実装、第２導通用素子１１Ｂ：ジャンパー線（０Ω）、第３導通用素子１１Ｃ：ジャンパー線（０Ω）を使用して、０度方向へ強い指向性を有するアンテナ装置１００Ａを作製し、ＶＳＷＲ特性を測定した結果を図６に示す。図６から判るように、本発明の実施例では、共振周波数：２４４２．０ＭＨｚ、ＶＳＷＲ：１．４６、帯域幅（Ｖ．Ｓ．Ｗ．Ｒ≦３）：１８０．１ＭＨｚであった。
【００３７】
次に、上記０度方向へ強い指向性を有するアンテナ装置１００Ａの放射パターンを、図７の（ａ）に示す。なお、放射パターンの測定については、表面主グランド面ＧＮＤ１から先端側グランド面ＧＮＤ２に向かう方向を−Ｘ方向とし、−Ｘ方向に直交するアンテナ素子ＡＴの延在方向をＹ方向とし、基板本体２の表面に対する垂直方向（表面上方に向けた方向）をＺ方向とした。この際のＹＺ面に対する垂直偏波を測定した。
この放射パターンからわかるように、０度方向へ強い指向性を有するアンテナ装置１００Ａでは、最大利得：−７．７ｄＢｉ、ＦＢ比（０度方向のアンテナ利得レベル−１８０度方向のアンテナ利得レベル）：５．８ｄＢが得られている。
【００３８】
また、第１導通用素子１１Ａ：未実装、第２導通用素子１１Ｂ：ジャンパー線（０Ω）、第３導通用素子１１Ｃ：未実装を使用して、無指向性を有するアンテナ装置１００Ｂを作製し、放射パターンを測定した結果を、図７の（ｂ）に示す。
この放射パターンからわかるように、無指向性を有するアンテナ装置１００Ｂでは、最大利得：−１１．０ｄＢｉ、ＦＢ比：０．５ｄＢが得られている。
【００３９】
さらに、第１導通用素子１１Ａ：ジャンパー線（０Ω）、第２導通用素子１１Ｂ：未実装、第３導通用素子１１Ｃ：未実装を使用して、１８０度方向へ強い指向性を有するアンテナ装置１００Ｃを作製し、放射パターンを測定した結果を、図７の（ｃ）に示す。
この放射パターンからわかるように、１８０度方向へ強い指向性を有するアンテナ装置１００Ｃでは、最大利得：−１２．６ｄＢｉ、ＦＢ比：１６．３ｄＢが得られている。
【００４０】
次に、１８０度方向へ強い指向性を有するアンテナ装置１００Ｃにおいて、開放端方向のグランド長、すなわちアンテナ素子ＡＴと先端側グランドパターンＧＮＤ２が形成された基板本体２の端辺との間の距離Ｌ（ここでは開放端ＧＮＤ長と呼ぶ）を、先端側グランドパターンＧＮＤ２の幅を変えた際の放射パターン及びＦＢ比について調べた。
開放端ＧＮＤ長として距離Ｌを共振周波数λの約６４分の１である２ｍｍとした場合と、共振周波数λの約１６分の１である８ｍｍとした場合と、共振周波数λの約８分の１である１５ｍｍとした場合とについて、それぞれ放射パターンを測定した結果を図８の（ａ）（ｂ）（ｃ）に示す。
【００４１】
これらの放射パターンからわかるように、開放端ＧＮＤ長：２ｍｍの場合は、最大利得：−１２．６ｄＢｉ、ＦＢ比：１６．３ｄＢが得られ、１８０度方向へ強い指向性を有している。また、開放端ＧＮＤ長：８ｍｍの場合は、最大利得：−１８．７ｄＢｉ、ＦＢ比：０．７ｄＢが得られ、０度方向と１８０度方向とのアンテナ利得がほぼ同じレベルの８の字状の放射パターンを有している。さらに、開放端ＧＮＤ長：１５ｍｍの場合は、最大利得：−１４．３ｄＢｉ、ＦＢ比：１２．４ｄＢが得られ、０度方向へ強い指向性を有している。
【００４２】
なお、これらアンテナ装置の開放端ＧＮＤ長（図中は、先端ＧＮＤ長さと表記）とＦＢ比とを示すグラフを図９に示す。このグラフからわかるように、開放端ＧＮＤ長が共振周波数λの約１６分の１を境に指向性が切り替わり、開放端ＧＮＤ長が共振周波数λの約１６分の１より短いと、１８０度方向に強い指向性が得られている。このように開放端ＧＮＤ長を変えることで、指向性をコントロールすることができ、特に１８０度方向への強い指向性を得るには、開放端ＧＮＤ長が共振周波数λの約１６分の１より短いことが好ましい。
【００４３】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることができる。
【００４４】
上記実施形態では、基端側両側パターン及び先端側両側パターンがそれぞれ一対設けられているが、２対以上の複数対であっても構わない。なお、これら基端側両側パターン及び先端側両側パターンは、基端側中央パターン及び先端側中央パターンを中心とした左右対称な位置に配されることが好ましい。
また、上記実施形態では、同数の基端側両側パターンと先端側両側パターンとを設けているが、互いに異なる数を設けても構わない。
【符号の説明】
【００４５】
１…アンテナ装置用基板、２…基板本体、３…基端側中央パターン、４…基端側両側パターン、４ａ…第１接続部、５…先端側中央パターン、５ａ…第２接続部、６…先端側両側パターン、６ａ…第３接続部、７…誘電体本体、８ａ…給電端子、８ｂ…基端側両側端子、８ｃ…先端側中央端子、８ｄ…先端側両側端子、９…放射電極、１１Ａ…第１導通用素子、１１Ｂ…第２導通用素子、１１Ｃ…第３導通用素子、１２…整合回路、１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ…アンテナ装置、ＡＴ…アンテナ素子、ＦＰ…給電点、ＧＮＤ１…表面主グランド面、ＧＮＤ２…先端側グランドパターン、ＧＮＤ３…裏面グランド面、Ｈ…スルーホール、Ｐ１〜Ｐ４…第１〜第４受動素子（整合用受動素子）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、指向性を切替可能なアンテナ装置用基板およびこれを備えたアンテナ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、通信機器において、アンテナの指向性を制御するために、例えば特許文献１には、給電点を中心に対称に配置された接続ピンをスイッチにより下面（裏面）の地板と短絡状態ないし開放状態に切り換えることで、放射パターンの最大角度を切り換える指向性制御マイクロストリップアンテナが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−１０９３７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来の技術においても、以下の課題が残されている。
すなわち、特許文献１に記載のアンテナは、いわゆるパッチアンテナであって表面側にのみ放射が得られ、指向性を制御しても裏面全体にグランド面が形成されているため、裏面側に放射され難く、裏面側への指向性を得ることが困難であるという不都合があった。したがって、実装する通信機器やその用途に応じて、表面側だけでなく、裏面側にも指向性を任意に確保したい場合には、不適であった。
【０００５】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、用途や機器毎に応じて表面側だけでなく、無指向性または裏面側への指向性も任意に得ることが可能なアンテナ装置用基板およびこれを備えた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】
【０００６】
本発明は、前記課題を解決するために以下の構成を採用した。すなわち、第１の発明のアンテナ装置用基板は、絶縁性の基板本体と、該基板本体の表面にそれぞれ金属箔でパターン形成された表面主グランド面、先端側グランドパターン、基端側中央パターン、複数の基端側両側パターン、先端側中央パターン及び複数の先端側両側パターンと、前記基板本体の裏面に形成され前記表面主グランド面及び前記先端側グランドパターンにスルーホールを介して接続された裏面グランド面と、前記基板本体の前記表面主グランド面と前記先端側グランドパターンとの間に実装された誘電体アンテナのアンテナ素子とを備え、該アンテナ素子が、直方体形状の誘電体本体と、該誘電体本体の前記表面主グランド面側の側面であって延在方向中央に設けられた給電端子と、該給電端子の両側に少なくとも一対設けられた基端側両側端子と、前記誘電体本体の前記先端側グランドパターン側に前記給電端子に対向して設けられた先端側中央端子と、該先端側中央端子の両側に少なくとも一対設けられた先端側両側端子と、これら各端子に接続され前記基板本体に沿って前記誘電体本体の上面又は上面近傍の内部に形成された放射電極とを備え、前記基端側中央パターンが、前記表面主グランド面側に配した基端に給電点が設けられていると共に先端が前記給電端子に接続され、前記基端側両側パターンが、第１導通用素子が接続可能な第１接続部を介して基端が前記表面主グランド面に接続可能とされていると共に先端が前記基端側両側端子に接続され、前記先端側中央パターンが、基端が前記先端側中央端子に接続されていると共に第２導通用素子が接続可能な第２接続部を介して先端が前記先端側グランドパターンに接続可能とされ、前記先端側両側パターンが、基端が前記先端側両側端子に接続されていると共に第３導通用素子が接続可能な第３接続部を介して先端が前記先端側グランドパターンに接続可能とされていることを特徴とする。
【０００７】
このアンテナ装置用基板では、基端側両側パターンが、第１導通用素子が接続可能な第１接続部を介して基端が表面主グランド面に接続可能とされ、先端側中央パターンが、第２導通用素子が接続可能な第２接続部を介して先端が先端側グランドパターンに接続可能とされ、先端側両側パターンが、第３導通用素子が接続可能な第３接続部を介して先端が先端側グランドパターンに接続可能とされているので、導通用素子の接続を任意に行うことで表面側、無指向性又は裏面側への指向性を容易に切り替えることができる。
すなわち、表面側に強い指向性を得るためには、第２導通用素子及び第３導通用素子だけを第２接続部及び第３接続部に接続することで、給電端子から見た開放端が基端側両側パターンの部分になって、表面主グランド面に向いた方向が開放端方向になり、放射電極側への放射が強くなる。
また、表裏面のどちらにも同レベルで放射される無指向性を得るためには、第２導通用素子だけを第２接続部に接続することで、給電端子から見た開放端が基端側両側パターン及び先端側両側パターンの部分になり、左右方向（表面主グランド面と先端グランド面と間を横切る方向）にも開放端方向が追加されると同時に、アンテナ素子の裏面側への電界分布も発生し、表裏面のどちらにも放射が生じる。
さらに、裏面側に強い指向性を得るためには、第１導通用素子だけを第１接続部に接続することで、給電端子から見た開放端が先端側中央パターン及び先端側両側パターンの部分になり、先端側から裏面側へ回り込むような電界分布が発生し、裏面側への放射が強くなる。このように、指向性切替素子である各導通用素子の実装の有無を選択することで、表面側、表裏面又は裏面側への指向性を切り替えることができ、裏面全体にグランド面が形成されていても、裏面側へ放射させて指向性を得ることも可能になる。
【０００８】
第２の発明のアンテナ装置用基板は、第１の発明において、前記アンテナ素子と前記先端側グランドパターンが形成された前記基板本体の端辺との間の距離が、使用周波数に対応した波長の１６分の１より短いことを特徴とする。
すなわち、このアンテナ装置用基板では、アンテナ素子と先端側グランドパターンが形成された基板本体の端辺との間の距離が、使用周波数に対応した波長の１６分の１より短いので、裏面側への回り込みが効果的に生じて裏面側への指向性を強くすることができる。
【０００９】
第３の発明のアンテナ装置用基板は、第１又は第２の発明において、前記基端側中央パターンが、途中に複数の整合用受動素子が接続されて構成されたインピーダンスの整合回路を有していることを特徴とする。
すなわち、このアンテナ装置用基板では、基端側中央パターンが、途中に複数の整合用受動素子が接続されて構成されたインピーダンスの整合回路を有しているので、いわゆるπ型の整合回路等を構成することで、実装する整合用受動素子の設定により、共振周波数の調整およびインピーダンスの調整が可能になる。
【００１０】
第４の発明のアンテナ装置は、第１から第３のいずれかの発明のアンテナ装置用基板を備え、前記第２導通用素子及び前記第３導通用素子だけが、それぞれ対応する前記第２接続部及び前記第３接続部に接続されていることを特徴とする。
すなわち、このアンテナ装置では、第２導通用素子及び第３導通用素子だけが、それぞれ対応する第２接続部及び第３接続部に接続されているので、表面側に強い指向性を有するアンテナ特性を得ることができる。
【００１１】
第５の発明のアンテナ装置は、第１から第３のいずれかの発明のアンテナ装置用基板を備え、前記第２導通用素子だけが、対応する前記第２接続部に接続されていることを特徴とする。
すなわち、このアンテナ装置では、第２導通用素子だけが、対応する第２接続部に接続されているので、表面側と裏面側との両方に指向性を有する無指向性のアンテナ特性を得ることができる。
【００１２】
第６の発明のアンテナ装置は、第１から第３のいずれかの発明のアンテナ装置用基板を備え、前記第１導通用素子だけが、対応する前記第１接続部に接続されていることを特徴とする。
すなわち、このアンテナ装置では、第１導通用素子だけが、対応する第１接続部に接続されているので、裏面側に強い指向性を有するアンテナ特性を得ることができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、以下の効果を奏する。
本発明のアンテナ装置用基板によれば、裏面全体がグランド面でも、各導通用素子の接続を任意に行うことで表面側、無指向性又は裏面側への指向性を容易に切り替えることができる。
したがって、本発明のアンテナ装置用基板を備えたアンテナ装置によれば、指向性切替素子である導電性素子の実装、選択により、表面側に強い指向性、表面と裏面との両方向への指向性（無指向性）又は裏面側への指向性を有するアンテナ特性を任意に得ることができ、多様な用途や機器に対応することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に係るアンテナ装置用基板及びアンテナ装置の一実施形態において、アンテナ装置用基板を示す平面図である。
【図２】本実施形態において、アンテナ装置用基板を示す裏面図である。
【図３】本実施形態において、アンテナ素子を示す平面図（ａ）及び内部の放射電極を透視して示す斜視図（ｂ）である。
【図４】本実施形態において、アンテナ装置用基板及びアンテナ装置を示す配線図である。
【図５】本実施形態において、表面側に強い指向性を有する場合（ａ）、表面側と裏面側との両方に指向性を有する場合（ｂ）及び裏面側に強い指向性を有する場合（ｃ）の各アンテナ装置の平面図及び側面図である。
【図６】本発明に係るアンテナ装置用基板及びアンテナ装置の実施例において、表面側に強い指向性を有するアンテナ装置のＶＳＷＲ特性（電圧定在波比）を示すグラフである。
【図７】本発明に係る実施例において、表面側に強い指向性を有する場合（ａ）、表面側と裏面側との両方に指向性を有する場合（ｂ）及び裏面側に強い指向性を有する場合（ｃ）の各アンテナ装置の放射パターンを示すグラフである。
【図８】本発明に係る実施例において、開放端ＧＮＤ長を変えた場合の各アンテナ装置の放射パターンを示すグラフである。
【図９】本発明に係る実施例において、開放端ＧＮＤ長とＦＢ比との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明に係るアンテナ装置用基板及びこれを備えたアンテナ装置の一実施形態を、図１から図５を参照しながら説明する。
【００１６】
本実施形態におけるアンテナ装置用基板１は、図１から図４に示すように、絶縁性の基板本体２と、該基板本体２の表面にそれぞれ金属箔でパターン形成された表面主グランド面ＧＮＤ１、先端側グランドパターンＧＮＤ２、基端側中央パターン３、複数の基端側両側パターン４、先端側中央パターン５及び複数の先端側両側パターン６と、基板本体２の裏面に形成され表面主グランド面ＧＮＤ１及び先端側グランドパターンＧＮＤ２にスルーホールＨを介して接続された裏面グランド面ＧＮＤ３と、基板本体２の表面主グランド面ＧＮＤ１と先端側グランドパターンＧＮＤ２との間に実装された誘電体アンテナのアンテナ素子ＡＴとを備えている。
【００１７】
上記アンテナ素子ＡＴは、図３に示すように、直方体形状の誘電体本体７と、該誘電体本体７の表面主グランド面ＧＮＤ１側の側面であって延在方向中央に設けられた給電端子８ａと、該給電端子８ａの両側に一対設けられた基端側両側端子８ｂと、誘電体本体７の先端側グランドパターンＧＮＤ２側に給電端子８ａに対向して設けられた先端側中央端子８ｃと、該先端側中央端子８ｃの両側に一対設けられた先端側両側端子８ｄと、これら各端子に接続され基板本体２に沿って誘電体本体７の上面近傍の内部に形成された放射電極９とを備えている。
【００１８】
すなわち、給電端子８ａの反対側に先端側中央端子８ｃが形成されていると共に、基端側両側端子８ｂの反対側に先端側両側端子８ｄが形成されている。これら６つの各端子は、誘電体本体７の下面から側面を介して上面まで、帯状にＡｇ等の導体パターンで形成されている。
上記誘電体本体７は、例えばＬＴＣＣ（低温同時焼成セラミックス）材等で形成され、誘電率が１０程度である。なお、誘電体本体７の材質は、一般的な誘電体、磁性体あるいは誘電体と磁性体とを加味した磁性誘電体でも構わない。
【００１９】
また、アンテナ素子ＡＴの上面には、表裏識別用のマークＭが印刷又は刻印されている。
上記放射電極９は、誘電体本体７の両側面で６つの上記各端子に接続されている。この放射電極９は、例えば銀（Ａｇ）などの導電率の高い導体で形成されており、その面積は大きい方が望ましく、また誘電体本体７の上面に近いことが望ましい。
なお、アンテナ素子ＡＴは積層構造を有しており、放射電極９は内層に設けられているが、誘電体本体７の上面にスクリーン印刷等で形成しても構わない。この場合、表裏識別の必要がなく、表面の放射電極９により表面（上面）であることが識別可能であるので、マークＭは不要である。
【００２０】
上記基端側中央パターン３は、表面主グランド面ＧＮＤ１側に配した基端に給電点ＦＰが設けられていると共に先端が給電端子８ａに接続されている。
上記基端側両側パターン４は、第１導通用素子１１Ａが接続可能な第１接続部４ａを介して基端が表面主グランド面ＧＮＤ１に接続可能とされていると共に先端が基端側両側端子８ｂに接続されている。
【００２１】
上記先端側中央パターン５は、基端が先端側中央端子８ｃに接続されていると共に第２導通用素子１１Ｂが接続可能な第２接続部５ａを介して先端が先端側グランドパターンＧＮＤ２に接続可能とされている。
上記先端側両側パターン６は、基端が先端側両側端子８ｄに接続されていると共に第３導通用素子１１Ｃが接続可能な第３接続部６ａを介して先端が先端側グランドパターンＧＮＤ２に接続可能とされている。
【００２２】
上記第１〜第３導通用素子１１Ａ〜１１Ｃは、対応するパターン−グランド面間の間隙である第１〜第３接続部４ａ〜６ａに実装、接続されて互いの電気的導通を図ることのできる素子であって、０Ωのジャンパー線や低抵抗値の抵抗が好ましく、インダクタ又はコンデンサであっても構わない。なお、第１〜第３導通用素子１１Ａ〜１１Ｃに、抵抗、インダクタ又はコンデンサ等の受動素子を適宜選択することで、共振周波数を調整することも可能である。
【００２３】
上記基端側中央パターン３は、途中に複数の整合用受動素子Ｐ１〜Ｐ４が接続されて構成されたインピーダンスの整合回路１２を有している。この整合回路１２は、図４に示すように、整合用の第１〜第４受動素子Ｐ１〜Ｐ４をπ型に並べて接続した回路である。すなわち、給電点ＦＰから給電端子８ａまでの間に直列に接続された第１受動素子Ｐ１及び第２受動素子Ｐ２と、第１受動素子Ｐ１及び第２受動素子Ｐ２の両側に一端が接続された第３受動素子Ｐ３及び第４受動素子Ｐ４とを有し、第３受動素子Ｐ３及び第４受動素子Ｐ４の他端が、給電点ＦＰから離間した位置で表面主グランド面ＧＮＤ１に接続されている。なお、上記第１〜第４受動素子Ｐ１〜Ｐ４は、例えばインダクタ、コンデンサまたは抵抗が採用される。
【００２４】
基端側中央パターン３及び基端側両側パターン４の先端部と、先端側中央パターン５及び先端側両側パターン６の基端部とは、アンテナ素子ＡＴの実装用ランドとしても機能している。すなわち、これらパターンの上記部分に、アンテナ素子ＡＴ下面の対応する各端子を載置し、半田等により接合してアンテナ素子ＡＴの接着、実装を行っている。
【００２５】
上記基板本体２は、一般的なプリント基板であって、本実施形態では、長方形状のガラスエポキシ樹脂等からなるプリント基板の本体を採用している。
上記表面主グランド面ＧＮＤ１は、図１に示すように、アンテナ占有領域を空けて基板本体２の表面のほぼ半分を覆って形成され、先端側グランドパターンＧＮＤ２は、表面主グランド面ＧＮＤ１と反対側の基板本体２の端辺近傍に該端辺に沿って帯状に形成されている。なお、表面主グランド面ＧＮＤ１には、ＲＦ回路部品等の実装領域が設けられる。
また、アンテナ素子ＡＴと先端側グランドパターンＧＮＤ２が形成された基板本体２の端辺との間の距離は、使用周波数に対応した波長の１６分の１より短く設定されている。
【００２６】
なお、上記給電点ＦＰは、同軸ケーブル等の給電手段を介して高周波回路（図示略）の給電点に接続される。この給電手段としては、同軸ケーブル、レセプタクル等のコネクタ、接点が板バネ形状を有する接続構造、接点がピンプローブ形状またはピン形状を有する接続構造、ハンダ付け用のランドを用いた接続構造等の種々の構造が採用可能である。
例えば、給電手段として同軸ケーブルを採用する場合、表面主グランド面ＧＮＤ１に同軸ケーブルのグランド線が接続されると共に、同軸ケーブルの芯線が給電点ＦＰに接続される。
【００２７】
このように本実施形態のアンテナ装置用基板１では、基端側両側パターン４が、第１導通用素子１１Ａが接続可能な第１接続部４ａを介して基端が表面主グランド面ＧＮＤ１に接続可能とされ、先端側中央パターン５が、第２導通用素子１１Ｂが接続可能な第２接続部５ａを介して先端が先端側グランドパターンＧＮＤ２に接続可能とされ、先端側両側パターン６が、第３導通用素子１１Ｃが接続可能な第３接続部６ａを介して先端が先端側グランドパターンＧＮＤ２に接続可能とされているので、各導通用素子の接続を任意に行うことで表面側、無指向性又は裏面側への指向性を容易に切り替えることができる。
【００２８】
すなわち、本実施形態のアンテナ装置用基板１を用いて構成されたアンテナ装置は、指向性切替素子である導通用素子の選択により、以下の３通りの指向性の異なるアンテナ特性が得られる。
まず、基板本体２の表面に垂直な方向であって上方への方向を＋Ｚ方向とし、これを０度方向とすると、０度方向（表面側）へ強い指向性を有するアンテナ装置１００Ａは、図５の（ａ）に示すように、上記アンテナ装置用基板１を備え、第２導通用素子１１Ｂ及び第３導通用素子１１Ｃだけが、それぞれ対応する第２接続部５ａ及び第３接続部６ａに接続されている。
【００２９】
すなわち、表面側に強い指向性を得るためには、第２導通用素子１１Ｂ及び第３導通用素子１１Ｃだけを第２接続部５ａ及び第３接続部６ａに接続することで、給電端子８ａから見た開放端が基端側両側パターン４の部分になって、表面主グランド面ＧＮＤ１に向いた方向が開放端方向になり、放射電極９側（表面側）への放射が強くなる。
【００３０】
また、０度方向と１８０度方向（基板本体２の裏面に垂直な方向であって下方への方向（−Ｚ方向））との両方に指向性（無指向性と呼ぶ）を有するアンテナ装置１００Ｂは、図５の（ｂ）に示すように、上記アンテナ装置用基板１を備え、第２導通用素子１１Ｂだけが、対応する第２接続部５ａに接続されている。
【００３１】
すなわち、表裏面のどちらにも同レベルで放射される無指向性を得るためには、第２導通用素子１１Ｂだけを第２接続部５ａに接続することで、給電端子８ａから見た開放端が基端側両側パターン４及び先端側両側パターン６の部分になり、左右方向（表面主グランド面ＧＮＤ１と先端側グランド面ＧＮＤ２と間を横切る方向）にも開放端方向が追加されると同時に、基板本体２の左右から回り込んでアンテナ素子ＡＴの裏面側への電界分布も発生し、表裏面のどちらにも放射が生じる。
【００３２】
さらに、１８０度方向に強い指向性を有するアンテナ装置１００Ｃは、図５の（ｃ）に示すように、上記アンテナ装置用基板１を備え、一対の第１導通用素子１１Ａだけが、対応する第１接続部４ａに接続されている。
すなわち、裏面側に強い指向性を得るためには、第１導通用素子１１Ａだけを第１接続部４ａに接続することで、給電端子８ａから見た開放端が先端側中央パターン５及び先端側両側パターン６の部分になり、基板本体２の先端側から裏面側へ回り込むような電界分布が発生し、裏面側への放射が強くなる。なお、図５において、各開放端方向を矢印で簡易的に図示している。
【００３３】
また、このアンテナ装置１００Ｃでは、アンテナ素子ＡＴと先端側グランドパターンＧＮＤ２が形成された基板本体２の端辺との間の距離Ｌを、使用周波数に対応した波長の１６分の１より短くすることで、裏面側への回り込みが効果的に生じて裏面側への指向性を強くすることができる。すなわち、開放端の向きが給電点ＦＰに対して離間する向きとなり、裏面側への回り込みが発生するが、上記距離Ｌが使用周波数に対応した波長の１６分の１以上になると、回り込みが生じ難くなって、表面側（１８０度方向）への指向性が強くなってしまうためである。なお、このようにアンテナ素子ＡＴと先端側グランドパターンＧＮＤ２が形成された基板本体２の端辺との間の距離Ｌを調整することで、表裏面の指向性をコントロールすることが可能である。
【００３４】
さらに、基端側中央パターン３が、途中に複数の整合用受動素子Ｐ１〜Ｐ４が接続されて構成されたインピーダンスの整合回路１２を有しているので、いわゆるπ型の整合回路を構成することで、実装する整合用受動素子Ｐ１〜Ｐ４の設定により、共振周波数の調整およびインピーダンスの調整が可能になる。
【実施例】
【００３５】
次に、本実施形態のアンテナ装置用基板およびこれを備えたアンテナ装置を実際に作製した実施例について、共振周波数でのＶＳＷＲ特性（電圧定在波比）や放射パターンについて測定した結果を、図６から図９を参照して説明する。
なお、各整合用受動素子は、コンデンサの第１受動素子Ｐ１：Ｃ＝０．５ｐＦ、インダクタの第２受動素子Ｐ２：Ｌ＝１．０ｎＨ、第３受動素子Ｐ３：未実装、インダクタの第４受動素子Ｐ４：Ｌ＝１．２ｎＨを使用した。
また、アンテナ素子ＡＴのサイズは、例えば１２．０×６．０×２．０ｍｍである。さらに、基板本体２のサイズは、５０×２５×０．３ｍｍである。また、開放端方向のグランド長、すなわちアンテナ素子ＡＴと先端側グランドパターンＧＮＤ２が形成された基板本体２の端辺との間の距離Ｌ（ここでは開放端ＧＮＤ長と呼ぶ）は、図５の（ａ）に示すように、２．０ｍｍとした。
【００３６】
まず、第１導通用素子１１Ａ：未実装、第２導通用素子１１Ｂ：ジャンパー線（０Ω）、第３導通用素子１１Ｃ：ジャンパー線（０Ω）を使用して、０度方向へ強い指向性を有するアンテナ装置１００Ａを作製し、ＶＳＷＲ特性を測定した結果を図６に示す。図６から判るように、本発明の実施例では、共振周波数：２４４２．０ＭＨｚ、ＶＳＷＲ：１．４６、帯域幅（Ｖ．Ｓ．Ｗ．Ｒ≦３）：１８０．１ＭＨｚであった。
【００３７】
次に、上記０度方向へ強い指向性を有するアンテナ装置１００Ａの放射パターンを、図７の（ａ）に示す。なお、放射パターンの測定については、表面主グランド面ＧＮＤ１から先端側グランド面ＧＮＤ２に向かう方向を−Ｘ方向とし、−Ｘ方向に直交するアンテナ素子ＡＴの延在方向をＹ方向とし、基板本体２の表面に対する垂直方向（表面上方に向けた方向）をＺ方向とした。この際のＹＺ面に対する垂直偏波を測定した。
この放射パターンからわかるように、０度方向へ強い指向性を有するアンテナ装置１００Ａでは、最大利得：−７．７ｄＢｉ、ＦＢ比（０度方向のアンテナ利得レベル−１８０度方向のアンテナ利得レベル）：５．８ｄＢが得られている。
【００３８】
また、第１導通用素子１１Ａ：未実装、第２導通用素子１１Ｂ：ジャンパー線（０Ω）、第３導通用素子１１Ｃ：未実装を使用して、無指向性を有するアンテナ装置１００Ｂを作製し、放射パターンを測定した結果を、図７の（ｂ）に示す。
この放射パターンからわかるように、無指向性を有するアンテナ装置１００Ｂでは、最大利得：−１１．０ｄＢｉ、ＦＢ比：０．５ｄＢが得られている。
【００３９】
さらに、第１導通用素子１１Ａ：ジャンパー線（０Ω）、第２導通用素子１１Ｂ：未実装、第３導通用素子１１Ｃ：未実装を使用して、１８０度方向へ強い指向性を有するアンテナ装置１００Ｃを作製し、放射パターンを測定した結果を、図７の（ｃ）に示す。
この放射パターンからわかるように、１８０度方向へ強い指向性を有するアンテナ装置１００Ｃでは、最大利得：−１２．６ｄＢｉ、ＦＢ比：１６．３ｄＢが得られている。
【００４０】
次に、１８０度方向へ強い指向性を有するアンテナ装置１００Ｃにおいて、開放端方向のグランド長、すなわちアンテナ素子ＡＴと先端側グランドパターンＧＮＤ２が形成された基板本体２の端辺との間の距離Ｌ（ここでは開放端ＧＮＤ長と呼ぶ）を、先端側グランドパターンＧＮＤ２の幅を変えた際の放射パターン及びＦＢ比について調べた。
開放端ＧＮＤ長として距離Ｌを共振周波数λの約６４分の１である２ｍｍとした場合と、共振周波数λの約１６分の１である８ｍｍとした場合と、共振周波数λの約８分の１である１５ｍｍとした場合とについて、それぞれ放射パターンを測定した結果を図８の（ａ）（ｂ）（ｃ）に示す。
【００４１】
これらの放射パターンからわかるように、開放端ＧＮＤ長：２ｍｍの場合は、最大利得：−１２．６ｄＢｉ、ＦＢ比：１６．３ｄＢが得られ、１８０度方向へ強い指向性を有している。また、開放端ＧＮＤ長：８ｍｍの場合は、最大利得：−１８．７ｄＢｉ、ＦＢ比：０．７ｄＢが得られ、０度方向と１８０度方向とのアンテナ利得がほぼ同じレベルの８の字状の放射パターンを有している。さらに、開放端ＧＮＤ長：１５ｍｍの場合は、最大利得：−１４．３ｄＢｉ、ＦＢ比：１２．４ｄＢが得られ、０度方向へ強い指向性を有している。
【００４２】
なお、これらアンテナ装置の開放端ＧＮＤ長（図中は、先端ＧＮＤ長さと表記）とＦＢ比とを示すグラフを図９に示す。このグラフからわかるように、開放端ＧＮＤ長が共振周波数λの約１６分の１を境に指向性が切り替わり、開放端ＧＮＤ長が共振周波数λの約１６分の１より短いと、１８０度方向に強い指向性が得られている。このように開放端ＧＮＤ長を変えることで、指向性をコントロールすることができ、特に１８０度方向への強い指向性を得るには、開放端ＧＮＤ長が共振周波数λの約１６分の１より短いことが好ましい。
【００４３】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることができる。
【００４４】
上記実施形態では、基端側両側パターン及び先端側両側パターンがそれぞれ一対設けられているが、２対以上の複数対であっても構わない。なお、これら基端側両側パターン及び先端側両側パターンは、基端側中央パターン及び先端側中央パターンを中心とした左右対称な位置に配されることが好ましい。
また、上記実施形態では、同数の基端側両側パターンと先端側両側パターンとを設けているが、互いに異なる数を設けても構わない。
【符号の説明】
【００４５】
１…アンテナ装置用基板、２…基板本体、３…基端側中央パターン、４…基端側両側パターン、４ａ…第１接続部、５…先端側中央パターン、５ａ…第２接続部、６…先端側両側パターン、６ａ…第３接続部、７…誘電体本体、８ａ…給電端子、８ｂ…基端側両側端子、８ｃ…先端側中央端子、８ｄ…先端側両側端子、９…放射電極、１１Ａ…第１導通用素子、１１Ｂ…第２導通用素子、１１Ｃ…第３導通用素子、１２…整合回路、１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ…アンテナ装置、ＡＴ…アンテナ素子、ＦＰ…給電点、ＧＮＤ１…表面主グランド面、ＧＮＤ２…先端側グランドパターン、ＧＮＤ３…裏面グランド面、Ｈ…スルーホール、Ｐ１〜Ｐ４…第１〜第４受動素子（整合用受動素子）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁性の基板本体と、
該基板本体の表面にそれぞれ金属箔でパターン形成された表面主グランド面、先端側グランドパターン、基端側中央パターン、複数の基端側両側パターン、先端側中央パターン及び複数の先端側両側パターンと、
前記基板本体の裏面に形成され前記表面主グランド面及び前記先端側グランドパターンにスルーホールを介して接続された裏面グランド面と、
前記基板本体の前記表面主グランド面と前記先端側グランドパターンとの間に実装された誘電体アンテナのアンテナ素子とを備え、
該アンテナ素子が、直方体形状の誘電体本体と、該誘電体本体の前記表面主グランド面側の側面であって延在方向中央に設けられた給電端子と、該給電端子の両側に少なくとも一対設けられた基端側両側端子と、前記誘電体本体の前記先端側グランドパターン側に前記給電端子に対向して設けられた先端側中央端子と、該先端側中央端子の両側に少なくとも一対設けられた先端側両側端子と、これら各端子に接続され前記基板本体に沿って前記誘電体本体の上面又は上面近傍の内部に形成された放射電極とを備え、
前記基端側中央パターンが、前記表面主グランド面側に配した基端に給電点が設けられていると共に先端が前記給電端子に接続され、
前記基端側両側パターンが、第１導通用素子が接続可能な第１接続部を介して基端が前記表面主グランド面に接続可能とされていると共に先端が前記基端側両側端子に接続され、
前記先端側中央パターンが、基端が前記先端側中央端子に接続されていると共に第２導通用素子が接続可能な第２接続部を介して先端が前記先端側グランドパターンに接続可能とされ、
前記先端側両側パターンが、基端が前記先端側両側端子に接続されていると共に第３導通用素子が接続可能な第３接続部を介して先端が前記先端側グランドパターンに接続可能とされていることを特徴とするアンテナ装置用基板。
【請求項２】
請求項１に記載のアンテナ装置用基板において、
前記アンテナ素子と前記先端側グランドパターンが形成された前記基板本体の端辺との間の距離が、使用周波数に対応した波長の１６分の１より短いことを特徴とするアンテナ装置用基板。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のアンテナ装置用基板において、
前記基端側中央パターンが、途中に複数の整合用受動素子が接続されて構成されたインピーダンスの整合回路を有していることを特徴とするアンテナ装置用基板。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一項に記載のアンテナ装置用基板を備え、
前記第２導通用素子及び前記第３導通用素子だけが、それぞれ対応する前記第２接続部及び前記第３接続部に接続されていることを特徴とするアンテナ装置。
【請求項５】
請求項１から３のいずれか一項に記載のアンテナ装置用基板を備え、
前記第２導通用素子だけが、対応する前記第２接続部に接続されていることを特徴とするアンテナ装置。
【請求項６】
請求項１から３のいずれか一項に記載のアンテナ装置用基板を備え、
前記第１導通用素子だけが、対応する前記第１接続部に接続されていることを特徴とするアンテナ装置。
【請求項１】
絶縁性の基板本体と、
該基板本体の表面にそれぞれ金属箔でパターン形成された表面主グランド面、先端側グランドパターン、基端側中央パターン、複数の基端側両側パターン、先端側中央パターン及び複数の先端側両側パターンと、
前記基板本体の裏面に形成され前記表面主グランド面及び前記先端側グランドパターンにスルーホールを介して接続された裏面グランド面と、
前記基板本体の前記表面主グランド面と前記先端側グランドパターンとの間に実装された誘電体アンテナのアンテナ素子とを備え、
該アンテナ素子が、直方体形状の誘電体本体と、該誘電体本体の前記表面主グランド面側の側面であって延在方向中央に設けられた給電端子と、該給電端子の両側に少なくとも一対設けられた基端側両側端子と、前記誘電体本体の前記先端側グランドパターン側に前記給電端子に対向して設けられた先端側中央端子と、該先端側中央端子の両側に少なくとも一対設けられた先端側両側端子と、これら各端子に接続され前記基板本体に沿って前記誘電体本体の上面又は上面近傍の内部に形成された放射電極とを備え、
前記基端側中央パターンが、前記表面主グランド面側に配した基端に給電点が設けられていると共に先端が前記給電端子に接続され、
前記基端側両側パターンが、第１導通用素子が接続可能な第１接続部を介して基端が前記表面主グランド面に接続可能とされていると共に先端が前記基端側両側端子に接続され、
前記先端側中央パターンが、基端が前記先端側中央端子に接続されていると共に第２導通用素子が接続可能な第２接続部を介して先端が前記先端側グランドパターンに接続可能とされ、
前記先端側両側パターンが、基端が前記先端側両側端子に接続されていると共に第３導通用素子が接続可能な第３接続部を介して先端が前記先端側グランドパターンに接続可能とされていることを特徴とするアンテナ装置用基板。
【請求項２】
請求項１に記載のアンテナ装置用基板において、
前記アンテナ素子と前記先端側グランドパターンが形成された前記基板本体の端辺との間の距離が、使用周波数に対応した波長の１６分の１より短いことを特徴とするアンテナ装置用基板。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のアンテナ装置用基板において、
前記基端側中央パターンが、途中に複数の整合用受動素子が接続されて構成されたインピーダンスの整合回路を有していることを特徴とするアンテナ装置用基板。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一項に記載のアンテナ装置用基板を備え、
前記第２導通用素子及び前記第３導通用素子だけが、それぞれ対応する前記第２接続部及び前記第３接続部に接続されていることを特徴とするアンテナ装置。
【請求項５】
請求項１から３のいずれか一項に記載のアンテナ装置用基板を備え、
前記第２導通用素子だけが、対応する前記第２接続部に接続されていることを特徴とするアンテナ装置。
【請求項６】
請求項１から３のいずれか一項に記載のアンテナ装置用基板を備え、
前記第１導通用素子だけが、対応する前記第１接続部に接続されていることを特徴とするアンテナ装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１３−３８６６７（Ｐ２０１３−３８６６７Ａ）
【公開日】平成２５年２月２１日（２０１３．２．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１７４４７６（Ｐ２０１１−１７４４７６）
【出願日】平成２３年８月１０日（２０１１．８．１０）
【出願人】（０００００６２６４）三菱マテリアル株式会社 (4,417)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月２１日（２０１３．２．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月１０日（２０１１．８．１０）
【出願人】（０００００６２６４）三菱マテリアル株式会社 (4,417)
【Ｆターム（参考）】
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