アンテナ装置
【課題】放射器と反射器との距離を１／４波長以下にした場合でも反射器自体を大きくすることなく、装置全体の小型化を図ることができるアンテナ装置を提供すること。
【解決手段】アンテナ装置１は、放射器７と、放射器７に対して平行に設けられると共に当該放射器７の共振周波数の波長の１／４波長より短い距離を設けて配置された導電性材料からなる反射板３とを備え、反射板３には、電界方向と直交する方向に延びる絶縁部１０が形成されていることを特徴とする。
【解決手段】アンテナ装置１は、放射器７と、放射器７に対して平行に設けられると共に当該放射器７の共振周波数の波長の１／４波長より短い距離を設けて配置された導電性材料からなる反射板３とを備え、反射板３には、電界方向と直交する方向に延びる絶縁部１０が形成されていることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、反射器を備えたアンテナ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種のアンテナ装置として、平面視矩形状の反射器と、この反射器に対向配置されたダイポール素子とを備えたアンテナが知られている（特許文献１参照）。このアンテナでは、反射器とダイポール素子との間は1／４波長以下（０．１／波長）離され、ダイポール素子の物理長は０．６波長以上１波長未満で構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−２０３５３０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、従来のアンテナ（装置）において、反射器とダイポール素子（放射器）との間隔を１／４／波長以下にした場合には、電気長を確保すべく反射器の面積を大きくするだけではなく、ダイポール素子の物理長も０．６波長以上にする必要があるため、アンテナ装置が大型化して小型の電子機器等に搭載することができない問題があった。
【０００５】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、放射器と反射器との距離を１／４波長以下にした場合でも反射器自体を大きくすることなく、装置全体の薄型化・小型化を図ることができ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】
【０００６】
本発明のアンテナ装置は、放射器と、前記放射器に対して平行に設けられると共に当該放射器の共振周波数の波長の１／４波長より短い距離を設けて配置された導電性材料からなる反射器とを備え、前記反射器には、電界方向と直交する方向に延びる絶縁部が形成されていることを特徴とする。
【０００７】
この構成によれば、反射器には電界方向と直交する方向に絶縁部が形成されているので、反射器で励振された表面電流は絶縁部の形成領域を避けるように迂回し、反射器の電気長を当該反射器の物理長よりも長くすることができる。従って、放射器と反射器との距離を１／４波長以下にした場合でも、当該距離に応じて反射器の電気長を確保することができるので、反射器自体を大きくすることなく、アンテナ装置全体の薄型化・小型化を図ることができる。
【０００８】
本発明は、上記アンテナ装置において、前記絶縁部は、電界方向と直交する方向に延びる単一の第１のスロットで形成されていることを特徴とする。
【０００９】
この構成によれば、簡易な構成により絶縁部を形成することができ、アンテナ装置全体の薄型化・小型化を図ることができる。
【００１０】
本発明は、上記アンテナ装置において、前記反射器には、前記第１のスロットに平行であって、前記電界方向に直交する方向に延びる第２のスロットを形成してもよい。
【００１１】
この構成によれば、反射器の電気長を当該反射器の物理長よりもさらに長くすることができるので、反射器自体を大きくすることなく、さらにアンテナ装置全体の薄型化・小型化を図ることができる。
【００１２】
本発明は、上記アンテナ装置において、前記反射器は板状に形成されており、前記反射器には、当該反射器の一部を当該反射器の平面部に対して垂直に切り起こした切り起こし部が形成され、この切り起こしによって前記スロットに平行な開口部が形成されていることを特徴とする。
【００１３】
この構成によれば、スロットに平行な開口部が形成されているので、反射器の電気長を当該反射器の物理長よりもさらに長くすることができるので、反射器自体を大きくすることなく、さらにアンテナ装置全体の薄型化・小型化を図ることができる。また、切り起こし部を、例えば、放射器が設けられる基板を支持する支持部として機能させることもできる。
【００１４】
本発明は、上記アンテナ装置において、前記放射器は誘電体基板上に設けられ、前記誘電体基板は、前記反射器に形成された複数の切り起こし部により支持されていることを特徴とする。
【００１５】
この構成によれば、複数の切り起こし部により誘電体基板を支持するので、支持部材を追加することなく簡易な構成で、誘電体基板の安定性を保つことができる。
【００１６】
本発明は、上記アンテナ装置において、前記複数の切り起こし部には、開口部が形成されていることを特徴とする。
【００１７】
この構成によれば、複数の切り起こし部に開口部が形成されているので、反射器の電気長を当該反射器の物理長よりもさらに長くすることができるので、反射器自体を大きくすることなく、さらにアンテナ装置全体の薄型化・小型化を図ることができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、放射器と反射器との距離を１／４波長以下にした場合でも反射器自体を大きくすることなく、装置全体の小型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施の形態に係るアンテナ装置の構成を示した斜視図である。
【図２】本実施の形態に係るアンテナ装置の放射器の構成を示した平面図である。
【図３】本実施の形態に係るアンテナ装置の反射板の構成を示した平面図である。
【図４】本実施の形態に係るアンテナ装置の反射板に形成された絶縁部の一例を示した平面模式図である。
【図５】本実施の形態に係るアンテナ装置の指向特性を示した図である。
【図６】比較例に係るアンテナ装置の指向特性を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係るアンテナ装置をグランド形成面から見た斜視図である。図２は、本実施の形態に係る誘電体基板をグランド形成面側から見た平面図である。図３は、本実施の形態に係る反射板の平面図である。
【００２１】
図１に示すように、アンテナ装置１は、誘電体基板（回路基板）２と、誘電体基板２に対向して設けられた反射板３とを備えている。誘電体基板２は、平面視矩形状に形成され、外周縁部を除く主面には銅泊からなるグランドパターン４が形成されている。本実施の形態では誘電体基板２の全体形状は長方形状で構成されているが、正方形状又は実機器に組み込むために周辺機器の形状に合わせたその他の形状でも良い。以下では、誘電体基板２の下側の長辺を第１の辺部Ｌ１、第１の辺部Ｌ１に対向する上側の長辺を第２の辺部Ｌ２、第１の辺部Ｌ１に隣接する２つの短辺を第３，第４の辺部Ｌ３，Ｌ４として説明する。
【００２２】
誘電体基板２の第１の辺部Ｌ１の近傍には、グランドパターン４の下側外縁部を一部残すようにして、当該第１の辺部Ｌ１に沿って平行にスロット５が形成されている。スロット５は、所定幅で帯状に延びる平面視長方形状に形成されると共に、誘電体基板２の第１の辺部Ｌ１の中心から左右方向に同じ長さに形成されている。スロット５には、給電部となる給電ライン６が設けられている。給電ライン６は、２本のライン給電部６ａ，６ｂに分岐されており、２本のライン給電部６ａ，６ｂがスロット５の長手方向の中心を挟んで対称位置にてスロット５の長手方向と直交する方向に架け渡されている。スロット５及び給電ライン６は、スロットアンテナからなる給電アンテナ素子（放射器）７を構成している。
【００２３】
誘電体基板２の主面において、第３，第４の辺部Ｌ３，Ｌ４の側方外縁部が、第３，第４の辺部Ｌ３，Ｌ４に沿って所定幅の銅箔が除去され、銅箔が除去された領域には、平面視Ｌ字状の無給電アンテナ素子（放射器）８，９がそれぞれ形成されている。以下、第３の辺部Ｌ３に沿って銅箔が除去された領域を銅箔除去領域Ａ１と呼び、第４の辺部Ｌ４に沿って銅箔が除去された領域を銅箔除去領域Ａ２と呼ぶ。銅箔除去領域Ａ１側の無給電アンテナ素子８は、隣接するグランドパターン４の第２の辺部Ｌ２側の角部から第２の辺部Ｌ２に沿って第３の辺部Ｌ３側に向かって直線状に形成されると共に、第３の辺部Ｌ３に沿って第１の辺部Ｌ１の近傍までミアンダ形状に形成されている。一方、銅箔除去領域Ａ２に設けられた無給電アンテナ素子９は、隣接するグランドパターン４の第２の辺部Ｌ２側の角部から第２の辺部Ｌ２に沿って第４の辺部Ｌ４側に向かって直線状に形成され、第４の辺部Ｌ４に沿って第１の辺部Ｌ１の近傍までミアンダ形状に形成されている。無給電アンテナ素子８，９は、スロット５の長手方向の中心位置からアンテナ共振周波数の波長λの略１／４の位置にそれぞれ形成されている。
【００２４】
このようにスロットアンテナからなる給電アンテナ素子７及びモノポールアンテナからなる無給電アンテナ素子８，９が、方形状をなす誘電体基板２の外周縁部に沿って形成されており、それら３本のアンテナ素子で囲まれた基板中央部に電子回路を構成する電気部品が実装される。また、必要に応じて誘電体基板２の裏面側に電子回路を構成する電気部品が実装される。
【００２５】
図３に示すように、反射板３は、平面視矩形状に形成され、銅やアルミニウム等の導電性材料で形成されている。この反射板３は、誘電体基板２（給電アンテナ素子７及び無給電アンテナ素子８，９）に対して平行に設けられ、当該給電アンテナ素子７の共振周波数の波長の１／４より短い距離（例えば、１／１０）を設けて配設されている。なお、反射板３の全体形状は、図３に示す長方形状ではなく正方形状又は実機器に組み込むために周辺機器の形状に合わせたその他の形状でも良い。以下では、反射板３の下側の長辺を第１の辺部Ｌ１１、第１の辺部Ｌ１１に対向する上側の長辺を第２の辺部Ｌ１２，第１の辺部Ｌ１１に隣接する２つの短辺を第３，第４の辺部Ｌ１３，Ｌ１４として説明する。
【００２６】
反射板３の第１の辺部Ｌ１１の近傍には、電界方向（Ｘ方向）に直交する方向に延びる絶縁部１０が形成されている。さらに、反射板３の第２の辺部Ｌ１２の近傍には、絶縁部１０に平行であって、電界方向に直交する方向に延びる絶縁部１１が形成されている。図３に示す反射板３において、絶縁部１０，１１は、所定幅で帯状に延びる平面視長方形状のスロットで形成されており、反射板３の第１，第２の辺部Ｌ１１，Ｌ１２の中心から左右方向に同じ長さに形成されている。なお、絶縁部１０，１１の形状は、図３に示す長方形状に限定されるものではなく、電界方向に直交する方向に延在するものであれば、任意の形状で形成可能である。例えば、図４に示すように、絶縁部１０，１１を、平面視帯状（ａ）、両端部を外方に拡開させた形状（杵状）（ｂ）、平面視Ｈ字状（ｃ）、両端部を略円形状にした形状（ｄ）又は平面視凹状（ｅ）等に形成してもよい。
【００２７】
反射板３の絶縁部１０，１１間には、反射板３の一部を切り起こした左右一対の切り起こし部１２、１３が、スロット１０の長辺部に対して平行に形成され、この切り起こしによってスロット１０に平行な左右一対の開口部１２ａ，１３ａが形成されている（図１）。一対の切り起こし部１２，１３は、反射板３の中央側の一部が当該反射板３の平面部に対して垂直方向に切り起こされ、その自由端側が誘電体基板２の下面を支持するように構成されている。各切り起こし部１２，１３には、開口部１２ｃ，１３ｃが形成されている。本実施の形態では、反射板３には、一対の切り起こし部が反射板３の短辺方向に所定の間隔で二列に形成され、これら４つの切り起こし部１２，１３，１４，１５の自由端側により誘電体基板２の角部近傍が均一に支持される。これにより、支持部材を追加することなく簡易な構成で、誘電体基板２の安定的に支持することができる。また、これら４つの切り起こし部１２，１３，１４，１５の切り起こしによって、一対の開口部１２ａ，１３ａ，１４ａ，１５ａが、反射板３の短辺方向に二列に形成される。
【００２８】
以上のように、給電アンテナ素子７を構成するスロット５と、無給電アンテナ素子８，９を構成する導体部とは直交している。給電アンテナ素子７は、給電によって生じる表面電流の向きがスロット５の長手方向（Ｙ方向）となり、放射電界方向はスロット５の長手方向と直交する方向（Ｘ方向）となる。一方、無給電アンテナ素子８，９は、第３，第４の辺部Ｌ３，Ｌ４と平行なＸ方向に延びるモノポールアンテナを構成しており、励振時に生じる電流の向きがＸ方向となり、電界方向もＸ方向となる。このため、給電アンテナ素子７と、無給電アンテナ素子８，９とは、励振時の電界方向が略同一方向となるので、給電アンテナ素子７と無給電アンテナ素子８，９とが励振時の放射電界位相関係で互いの電界をＺ方向では合成して放射され、Ｙ方向では打ち消す関係で放射を抑えられ、直交配置された給電スロットアンテナと無給電モノポールアンテナ素子でアレイアンテナを構成することができる。
【００２９】
一対の無給電アンテナ素子８，９は、スロット５の中心位置からそれぞれ略λ／８〜λ／４だけ離れている。無給電アンテナ素子８，９では、λ／４〜λ／２離れていて、アレイアンテナとして機能する。上記した通り、給電アンテナ素子７と無給電アンテナ素子８，９の電界方向は同一方向であるので、モノポールアンテナからなる一対の無給電アンテナ素子８，９と、スロットアンテナからなる給電アンテナ素子７とでアレイアンテナを構成することができる。なお、本実施の形態では、放射器を種類の異なるアンテナ素子の組み合わせた構成（無給電モノポールアンテナ及び給電スロットアンテナ）としたが、この構成に限定されるものではなく、例えば、給電スロットアンテナのみや、給電ダイポールアンテナ及び無給電スロットアンテナ、無給電ダイポールアンテナで構成してもよい。
【００３０】
また、反射板３には、電界方向に直交する方向に延在する２つの平行なスロット（絶縁部）１０，１１が対向して形成され、２つのスロット（絶縁部）１０，１１間には、反射板３の切り起こしによってスロット１０（１１）に平行な４つの開口部１２ａ，１３ａ，１４ａ，１５ａが形成されている。２つのスロット１０，１１及び４つの開口部１２ａ，１３ａ，１４ａ，１５ａは、反射板３の電界方向と直交する方向に延在するため、反射板３で励振された表面電流を、これら絶縁部（２つのスロット１０，１１及び４つの開口部１２ａ，１３ａ，１４ａ，１５ａ）の形成領域を避けるように迂回させ、反射板３の電気長を当該反射板３の物理長よりも長くすることができる。そのため、放射器と反射板３との距離を１／４波長以下にした場合でも、当該距離に応じて反射板３の電気長を確保することができ、反射板３の面積を大きくすることなく、アンテナ装置１全体の薄型化・小型化を図ることができる。また各切り起こし部１２〜１５には、開口部１２ｃ〜１５ｃが形成されているので、さらに反射板３の電気長を確保することもできる。なお、反射板３に形成されるスロット１０（１１）及び開口部１２ａ，１３ａ，１４ａ，１５ａの長さ及び数は、誘電体基板２（放射器）と反射板３との距離（つまり放射器の電気長）に応じて、調整される。
【００３１】
次に、以上のように構成されたアンテナ装置１の指向特性について説明する。
スロットアンテナで構成される給電アンテナ素子７は、スロット中心を挟んで左右の対称位置に架け渡された２本のライン給電部６ａ，６ｂによって給電される構成としている。これにより、相対的に電界の強いスロット中央部から外れた位置に給電ラインを配置するので、電界の強いスロット中央部に給電ラインを配置する構成に比べて、スロット長を確保して指向特性を強くすることができる。ただし、スロットアンテナとして機能させるのであれば、給電箇所は１か所でもよい。
【００３２】
スロットアンテナは、原則としてスロット中心位置で電界が最大で磁界が最小となり、スロット端部位置で電界が最小で磁界が最大となる。スロットアンテナにおいてスロット中央部は電界が集中している。スロットアンテナを共振回路とみなせば、電界が集中している場所に給電ラインを配置することで共振周波数が低下することを意味する。共振回路（スロットアンテナ）の共振周波数を維持するのであれば、スロット長を短くしなければならない。ところが、スロットアンテナのスロット長を短縮すると、スロット両端での位相差が小さくなり指向特性が劣化する。そこで、図１及び図２に示すように、電界が集中しているスロット中央部を避けて、スロット中央部に比べて電界集中が少ないスロット中央部から離間した位置にライン給電部６ａ，６ｂを配置することとした。これにより、アンテナに要求される共振周波数を達成しつつ、充分なスロット長を維持することができ、指向特性の強いアンテナを実現できる。また、一対のライン給電部６ａ，６ｂは、スロット中央部から離間した対称位置に配置されているので、指向特性も対称にすることができる。
【００３３】
一方、無給電アンテナ素子８，９は、電気長Ｍがλ／２を基準としたその近傍（±α）に設定されている。無給電アンテナ素子８，９は電気長Ｍが略λ／２の時に共振周波数ｆ０に対して最も効率よく励振されるが、無給電アンテナ素子８，９が共振周波数ｆ０に対してアンテナとして機能する程度に励振する範囲を、λ／２を基準としたその近傍（±α）としている。なお、無給電アンテナ素子８，９の電気長Ｍは、導体部の物理長だけでなく、周辺環境にも影響される。
【００３４】
無給電アンテナ素子８，９の製造段階では、電気長Ｍがλ／２＋αとなるように設定し、用途に応じて求められる指向特性に応じて、所望の指向特性を実現する電気長となるように調整してもよい。無給電アンテナ素子８，９の電気長は、無給電アンテナ素子８，９を構成する導体部の自由端部側をトリミングすることにより調整できる。
【００３５】
無給電アンテナ素子８，９は、無給電アンテナ素子８，９の電気長Ｍがλ／２よりも長ければ（λ／２＋α）、反射器として機能する。図２において、基板右端に位置する無給電アンテナ素子８が反射器として機能する場合、給電アンテナ素子７から放射され基板中央側から入射する電波を基板中央側へ反射させる。また、基板左端に位置する無給電アンテナ素子９が反射器として機能する場合、給電アンテナ素子７から放射される基板中央側から入射する電波を基板中央側へ反射させる。また、図１及び図３において、反射板３は、給電アンテナ素子７から放射された基板中央側から入射する電波を基板中央側へ反射させる。その結果、基板左右方向から基板中央方向に向けて反射された電波と、無給電アンテナ素子８，９から放射される電波と、給電スロットアンテナからの放射電波と、反射板３から放射される電波とが合成され、基板面に対して垂直となる前方方向（図１に示すＺ方向）に合成された電波が放射される前方指向特性となる。
【００３６】
図５は、本実施の形態に係るアンテナ装置１の指向特性を示している。図６は、比較例に係る反射板を有しないアンテナ装置の指向特性を示している。図５及び図６において、（ａ）はアンテナ指向特性の３次元空間における指向特性、（ｂ）はＹ−Ｚ平面における指向特性、（ｃ）はＸ−Ｚ平面における指向特性、（ｄ）はＸ−Ｙ平面における指向特性、（ｅ）は共振特性を示している。図６（ｂ）（ｃ）に示すように、反射板を設けないアンテナ装置では、基板面に垂直なＺ方向（フロントローブＦ及びバックローブＢ）の指向特性が強く出ており、全方向指向特性となっていることがわかる。
【００３７】
一方、図５（ｂ）（ｃ）に示すように、反射板を設けたアンテナ装置では、基板面に垂直なＺ方向のうちバックローブＢ側の指向特性が抑えられ、フロントローブＦ側にのみ指向特性が強く出ており、前方指向特性となっていることがわかる。また、サイドローブＳ側についても、比較例と比べると指向特性が抑えられていることがわかる。また、図５（ｅ）に示すように、アンテナ装置１の共振周波数である共振ポイントＰ１は２．４ＧＨｚであるが、２．４ＧＨｚよりも低周波側及び高周波側に反射板３の共振ポイント及び無給電アンテナ素子の共振ポイントＰ２，Ｐ３が現れている。
【００３８】
このように、本実施の形態によれば、反射板３には電界方向と直交する方向に絶縁部１０（１１）が形成されているので、反射板３で励振される表面電流が絶縁部１０（１１）の形成領域を避けるように迂回し、反射板３の電気長を当該反射板３の物理長よりも長くすることができる。従って、放射器と反射板３との距離を１／４波長以下にした場合でも、当該距離に応じて反射板３の電気長を確保することができるので、反射板３自体を大きくすることなく、アンテナ装置１全体の薄型化・小型化を図ることができる。
【００３９】
また、今回開示された実施の形態は、全ての点で例示であってこの実施の形態に制限されるものではない。本発明の範囲は、上記した実施の形態のみの説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明は、反射器を備えたアンテナ装置であり、センサ装置、通信モジュール等の電子機器に用いられる高指向性・高性能アンテナ装置として有用である。
【符号の説明】
【００４１】
１ アンテナ装置
２ 誘電体基板（回路基板）
３ 反射板（反射器）
４ グランドパターン
５ スロット
６ 給電ライン
６ａ，６ｂ ライン給電部
７ 給電アンテナ素子（放射器）
８，９ 無給電アンテナ素子（放射器）
１０，１１ 絶縁部（スロット）
１２，１３，１４，１５ 切り起こし部
１２ａ，１３ａ，１４ａ，１５ａ 開口部
１２ｃ，１３ｃ，１４ｃ，１５ｃ 開口部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、反射器を備えたアンテナ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種のアンテナ装置として、平面視矩形状の反射器と、この反射器に対向配置されたダイポール素子とを備えたアンテナが知られている（特許文献１参照）。このアンテナでは、反射器とダイポール素子との間は1／４波長以下（０．１／波長）離され、ダイポール素子の物理長は０．６波長以上１波長未満で構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−２０３５３０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、従来のアンテナ（装置）において、反射器とダイポール素子（放射器）との間隔を１／４／波長以下にした場合には、電気長を確保すべく反射器の面積を大きくするだけではなく、ダイポール素子の物理長も０．６波長以上にする必要があるため、アンテナ装置が大型化して小型の電子機器等に搭載することができない問題があった。
【０００５】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、放射器と反射器との距離を１／４波長以下にした場合でも反射器自体を大きくすることなく、装置全体の薄型化・小型化を図ることができ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】
【０００６】
本発明のアンテナ装置は、放射器と、前記放射器に対して平行に設けられると共に当該放射器の共振周波数の波長の１／４波長より短い距離を設けて配置された導電性材料からなる反射器とを備え、前記反射器には、電界方向と直交する方向に延びる絶縁部が形成されていることを特徴とする。
【０００７】
この構成によれば、反射器には電界方向と直交する方向に絶縁部が形成されているので、反射器で励振された表面電流は絶縁部の形成領域を避けるように迂回し、反射器の電気長を当該反射器の物理長よりも長くすることができる。従って、放射器と反射器との距離を１／４波長以下にした場合でも、当該距離に応じて反射器の電気長を確保することができるので、反射器自体を大きくすることなく、アンテナ装置全体の薄型化・小型化を図ることができる。
【０００８】
本発明は、上記アンテナ装置において、前記絶縁部は、電界方向と直交する方向に延びる単一の第１のスロットで形成されていることを特徴とする。
【０００９】
この構成によれば、簡易な構成により絶縁部を形成することができ、アンテナ装置全体の薄型化・小型化を図ることができる。
【００１０】
本発明は、上記アンテナ装置において、前記反射器には、前記第１のスロットに平行であって、前記電界方向に直交する方向に延びる第２のスロットを形成してもよい。
【００１１】
この構成によれば、反射器の電気長を当該反射器の物理長よりもさらに長くすることができるので、反射器自体を大きくすることなく、さらにアンテナ装置全体の薄型化・小型化を図ることができる。
【００１２】
本発明は、上記アンテナ装置において、前記反射器は板状に形成されており、前記反射器には、当該反射器の一部を当該反射器の平面部に対して垂直に切り起こした切り起こし部が形成され、この切り起こしによって前記スロットに平行な開口部が形成されていることを特徴とする。
【００１３】
この構成によれば、スロットに平行な開口部が形成されているので、反射器の電気長を当該反射器の物理長よりもさらに長くすることができるので、反射器自体を大きくすることなく、さらにアンテナ装置全体の薄型化・小型化を図ることができる。また、切り起こし部を、例えば、放射器が設けられる基板を支持する支持部として機能させることもできる。
【００１４】
本発明は、上記アンテナ装置において、前記放射器は誘電体基板上に設けられ、前記誘電体基板は、前記反射器に形成された複数の切り起こし部により支持されていることを特徴とする。
【００１５】
この構成によれば、複数の切り起こし部により誘電体基板を支持するので、支持部材を追加することなく簡易な構成で、誘電体基板の安定性を保つことができる。
【００１６】
本発明は、上記アンテナ装置において、前記複数の切り起こし部には、開口部が形成されていることを特徴とする。
【００１７】
この構成によれば、複数の切り起こし部に開口部が形成されているので、反射器の電気長を当該反射器の物理長よりもさらに長くすることができるので、反射器自体を大きくすることなく、さらにアンテナ装置全体の薄型化・小型化を図ることができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、放射器と反射器との距離を１／４波長以下にした場合でも反射器自体を大きくすることなく、装置全体の小型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施の形態に係るアンテナ装置の構成を示した斜視図である。
【図２】本実施の形態に係るアンテナ装置の放射器の構成を示した平面図である。
【図３】本実施の形態に係るアンテナ装置の反射板の構成を示した平面図である。
【図４】本実施の形態に係るアンテナ装置の反射板に形成された絶縁部の一例を示した平面模式図である。
【図５】本実施の形態に係るアンテナ装置の指向特性を示した図である。
【図６】比較例に係るアンテナ装置の指向特性を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係るアンテナ装置をグランド形成面から見た斜視図である。図２は、本実施の形態に係る誘電体基板をグランド形成面側から見た平面図である。図３は、本実施の形態に係る反射板の平面図である。
【００２１】
図１に示すように、アンテナ装置１は、誘電体基板（回路基板）２と、誘電体基板２に対向して設けられた反射板３とを備えている。誘電体基板２は、平面視矩形状に形成され、外周縁部を除く主面には銅泊からなるグランドパターン４が形成されている。本実施の形態では誘電体基板２の全体形状は長方形状で構成されているが、正方形状又は実機器に組み込むために周辺機器の形状に合わせたその他の形状でも良い。以下では、誘電体基板２の下側の長辺を第１の辺部Ｌ１、第１の辺部Ｌ１に対向する上側の長辺を第２の辺部Ｌ２、第１の辺部Ｌ１に隣接する２つの短辺を第３，第４の辺部Ｌ３，Ｌ４として説明する。
【００２２】
誘電体基板２の第１の辺部Ｌ１の近傍には、グランドパターン４の下側外縁部を一部残すようにして、当該第１の辺部Ｌ１に沿って平行にスロット５が形成されている。スロット５は、所定幅で帯状に延びる平面視長方形状に形成されると共に、誘電体基板２の第１の辺部Ｌ１の中心から左右方向に同じ長さに形成されている。スロット５には、給電部となる給電ライン６が設けられている。給電ライン６は、２本のライン給電部６ａ，６ｂに分岐されており、２本のライン給電部６ａ，６ｂがスロット５の長手方向の中心を挟んで対称位置にてスロット５の長手方向と直交する方向に架け渡されている。スロット５及び給電ライン６は、スロットアンテナからなる給電アンテナ素子（放射器）７を構成している。
【００２３】
誘電体基板２の主面において、第３，第４の辺部Ｌ３，Ｌ４の側方外縁部が、第３，第４の辺部Ｌ３，Ｌ４に沿って所定幅の銅箔が除去され、銅箔が除去された領域には、平面視Ｌ字状の無給電アンテナ素子（放射器）８，９がそれぞれ形成されている。以下、第３の辺部Ｌ３に沿って銅箔が除去された領域を銅箔除去領域Ａ１と呼び、第４の辺部Ｌ４に沿って銅箔が除去された領域を銅箔除去領域Ａ２と呼ぶ。銅箔除去領域Ａ１側の無給電アンテナ素子８は、隣接するグランドパターン４の第２の辺部Ｌ２側の角部から第２の辺部Ｌ２に沿って第３の辺部Ｌ３側に向かって直線状に形成されると共に、第３の辺部Ｌ３に沿って第１の辺部Ｌ１の近傍までミアンダ形状に形成されている。一方、銅箔除去領域Ａ２に設けられた無給電アンテナ素子９は、隣接するグランドパターン４の第２の辺部Ｌ２側の角部から第２の辺部Ｌ２に沿って第４の辺部Ｌ４側に向かって直線状に形成され、第４の辺部Ｌ４に沿って第１の辺部Ｌ１の近傍までミアンダ形状に形成されている。無給電アンテナ素子８，９は、スロット５の長手方向の中心位置からアンテナ共振周波数の波長λの略１／４の位置にそれぞれ形成されている。
【００２４】
このようにスロットアンテナからなる給電アンテナ素子７及びモノポールアンテナからなる無給電アンテナ素子８，９が、方形状をなす誘電体基板２の外周縁部に沿って形成されており、それら３本のアンテナ素子で囲まれた基板中央部に電子回路を構成する電気部品が実装される。また、必要に応じて誘電体基板２の裏面側に電子回路を構成する電気部品が実装される。
【００２５】
図３に示すように、反射板３は、平面視矩形状に形成され、銅やアルミニウム等の導電性材料で形成されている。この反射板３は、誘電体基板２（給電アンテナ素子７及び無給電アンテナ素子８，９）に対して平行に設けられ、当該給電アンテナ素子７の共振周波数の波長の１／４より短い距離（例えば、１／１０）を設けて配設されている。なお、反射板３の全体形状は、図３に示す長方形状ではなく正方形状又は実機器に組み込むために周辺機器の形状に合わせたその他の形状でも良い。以下では、反射板３の下側の長辺を第１の辺部Ｌ１１、第１の辺部Ｌ１１に対向する上側の長辺を第２の辺部Ｌ１２，第１の辺部Ｌ１１に隣接する２つの短辺を第３，第４の辺部Ｌ１３，Ｌ１４として説明する。
【００２６】
反射板３の第１の辺部Ｌ１１の近傍には、電界方向（Ｘ方向）に直交する方向に延びる絶縁部１０が形成されている。さらに、反射板３の第２の辺部Ｌ１２の近傍には、絶縁部１０に平行であって、電界方向に直交する方向に延びる絶縁部１１が形成されている。図３に示す反射板３において、絶縁部１０，１１は、所定幅で帯状に延びる平面視長方形状のスロットで形成されており、反射板３の第１，第２の辺部Ｌ１１，Ｌ１２の中心から左右方向に同じ長さに形成されている。なお、絶縁部１０，１１の形状は、図３に示す長方形状に限定されるものではなく、電界方向に直交する方向に延在するものであれば、任意の形状で形成可能である。例えば、図４に示すように、絶縁部１０，１１を、平面視帯状（ａ）、両端部を外方に拡開させた形状（杵状）（ｂ）、平面視Ｈ字状（ｃ）、両端部を略円形状にした形状（ｄ）又は平面視凹状（ｅ）等に形成してもよい。
【００２７】
反射板３の絶縁部１０，１１間には、反射板３の一部を切り起こした左右一対の切り起こし部１２、１３が、スロット１０の長辺部に対して平行に形成され、この切り起こしによってスロット１０に平行な左右一対の開口部１２ａ，１３ａが形成されている（図１）。一対の切り起こし部１２，１３は、反射板３の中央側の一部が当該反射板３の平面部に対して垂直方向に切り起こされ、その自由端側が誘電体基板２の下面を支持するように構成されている。各切り起こし部１２，１３には、開口部１２ｃ，１３ｃが形成されている。本実施の形態では、反射板３には、一対の切り起こし部が反射板３の短辺方向に所定の間隔で二列に形成され、これら４つの切り起こし部１２，１３，１４，１５の自由端側により誘電体基板２の角部近傍が均一に支持される。これにより、支持部材を追加することなく簡易な構成で、誘電体基板２の安定的に支持することができる。また、これら４つの切り起こし部１２，１３，１４，１５の切り起こしによって、一対の開口部１２ａ，１３ａ，１４ａ，１５ａが、反射板３の短辺方向に二列に形成される。
【００２８】
以上のように、給電アンテナ素子７を構成するスロット５と、無給電アンテナ素子８，９を構成する導体部とは直交している。給電アンテナ素子７は、給電によって生じる表面電流の向きがスロット５の長手方向（Ｙ方向）となり、放射電界方向はスロット５の長手方向と直交する方向（Ｘ方向）となる。一方、無給電アンテナ素子８，９は、第３，第４の辺部Ｌ３，Ｌ４と平行なＸ方向に延びるモノポールアンテナを構成しており、励振時に生じる電流の向きがＸ方向となり、電界方向もＸ方向となる。このため、給電アンテナ素子７と、無給電アンテナ素子８，９とは、励振時の電界方向が略同一方向となるので、給電アンテナ素子７と無給電アンテナ素子８，９とが励振時の放射電界位相関係で互いの電界をＺ方向では合成して放射され、Ｙ方向では打ち消す関係で放射を抑えられ、直交配置された給電スロットアンテナと無給電モノポールアンテナ素子でアレイアンテナを構成することができる。
【００２９】
一対の無給電アンテナ素子８，９は、スロット５の中心位置からそれぞれ略λ／８〜λ／４だけ離れている。無給電アンテナ素子８，９では、λ／４〜λ／２離れていて、アレイアンテナとして機能する。上記した通り、給電アンテナ素子７と無給電アンテナ素子８，９の電界方向は同一方向であるので、モノポールアンテナからなる一対の無給電アンテナ素子８，９と、スロットアンテナからなる給電アンテナ素子７とでアレイアンテナを構成することができる。なお、本実施の形態では、放射器を種類の異なるアンテナ素子の組み合わせた構成（無給電モノポールアンテナ及び給電スロットアンテナ）としたが、この構成に限定されるものではなく、例えば、給電スロットアンテナのみや、給電ダイポールアンテナ及び無給電スロットアンテナ、無給電ダイポールアンテナで構成してもよい。
【００３０】
また、反射板３には、電界方向に直交する方向に延在する２つの平行なスロット（絶縁部）１０，１１が対向して形成され、２つのスロット（絶縁部）１０，１１間には、反射板３の切り起こしによってスロット１０（１１）に平行な４つの開口部１２ａ，１３ａ，１４ａ，１５ａが形成されている。２つのスロット１０，１１及び４つの開口部１２ａ，１３ａ，１４ａ，１５ａは、反射板３の電界方向と直交する方向に延在するため、反射板３で励振された表面電流を、これら絶縁部（２つのスロット１０，１１及び４つの開口部１２ａ，１３ａ，１４ａ，１５ａ）の形成領域を避けるように迂回させ、反射板３の電気長を当該反射板３の物理長よりも長くすることができる。そのため、放射器と反射板３との距離を１／４波長以下にした場合でも、当該距離に応じて反射板３の電気長を確保することができ、反射板３の面積を大きくすることなく、アンテナ装置１全体の薄型化・小型化を図ることができる。また各切り起こし部１２〜１５には、開口部１２ｃ〜１５ｃが形成されているので、さらに反射板３の電気長を確保することもできる。なお、反射板３に形成されるスロット１０（１１）及び開口部１２ａ，１３ａ，１４ａ，１５ａの長さ及び数は、誘電体基板２（放射器）と反射板３との距離（つまり放射器の電気長）に応じて、調整される。
【００３１】
次に、以上のように構成されたアンテナ装置１の指向特性について説明する。
スロットアンテナで構成される給電アンテナ素子７は、スロット中心を挟んで左右の対称位置に架け渡された２本のライン給電部６ａ，６ｂによって給電される構成としている。これにより、相対的に電界の強いスロット中央部から外れた位置に給電ラインを配置するので、電界の強いスロット中央部に給電ラインを配置する構成に比べて、スロット長を確保して指向特性を強くすることができる。ただし、スロットアンテナとして機能させるのであれば、給電箇所は１か所でもよい。
【００３２】
スロットアンテナは、原則としてスロット中心位置で電界が最大で磁界が最小となり、スロット端部位置で電界が最小で磁界が最大となる。スロットアンテナにおいてスロット中央部は電界が集中している。スロットアンテナを共振回路とみなせば、電界が集中している場所に給電ラインを配置することで共振周波数が低下することを意味する。共振回路（スロットアンテナ）の共振周波数を維持するのであれば、スロット長を短くしなければならない。ところが、スロットアンテナのスロット長を短縮すると、スロット両端での位相差が小さくなり指向特性が劣化する。そこで、図１及び図２に示すように、電界が集中しているスロット中央部を避けて、スロット中央部に比べて電界集中が少ないスロット中央部から離間した位置にライン給電部６ａ，６ｂを配置することとした。これにより、アンテナに要求される共振周波数を達成しつつ、充分なスロット長を維持することができ、指向特性の強いアンテナを実現できる。また、一対のライン給電部６ａ，６ｂは、スロット中央部から離間した対称位置に配置されているので、指向特性も対称にすることができる。
【００３３】
一方、無給電アンテナ素子８，９は、電気長Ｍがλ／２を基準としたその近傍（±α）に設定されている。無給電アンテナ素子８，９は電気長Ｍが略λ／２の時に共振周波数ｆ０に対して最も効率よく励振されるが、無給電アンテナ素子８，９が共振周波数ｆ０に対してアンテナとして機能する程度に励振する範囲を、λ／２を基準としたその近傍（±α）としている。なお、無給電アンテナ素子８，９の電気長Ｍは、導体部の物理長だけでなく、周辺環境にも影響される。
【００３４】
無給電アンテナ素子８，９の製造段階では、電気長Ｍがλ／２＋αとなるように設定し、用途に応じて求められる指向特性に応じて、所望の指向特性を実現する電気長となるように調整してもよい。無給電アンテナ素子８，９の電気長は、無給電アンテナ素子８，９を構成する導体部の自由端部側をトリミングすることにより調整できる。
【００３５】
無給電アンテナ素子８，９は、無給電アンテナ素子８，９の電気長Ｍがλ／２よりも長ければ（λ／２＋α）、反射器として機能する。図２において、基板右端に位置する無給電アンテナ素子８が反射器として機能する場合、給電アンテナ素子７から放射され基板中央側から入射する電波を基板中央側へ反射させる。また、基板左端に位置する無給電アンテナ素子９が反射器として機能する場合、給電アンテナ素子７から放射される基板中央側から入射する電波を基板中央側へ反射させる。また、図１及び図３において、反射板３は、給電アンテナ素子７から放射された基板中央側から入射する電波を基板中央側へ反射させる。その結果、基板左右方向から基板中央方向に向けて反射された電波と、無給電アンテナ素子８，９から放射される電波と、給電スロットアンテナからの放射電波と、反射板３から放射される電波とが合成され、基板面に対して垂直となる前方方向（図１に示すＺ方向）に合成された電波が放射される前方指向特性となる。
【００３６】
図５は、本実施の形態に係るアンテナ装置１の指向特性を示している。図６は、比較例に係る反射板を有しないアンテナ装置の指向特性を示している。図５及び図６において、（ａ）はアンテナ指向特性の３次元空間における指向特性、（ｂ）はＹ−Ｚ平面における指向特性、（ｃ）はＸ−Ｚ平面における指向特性、（ｄ）はＸ−Ｙ平面における指向特性、（ｅ）は共振特性を示している。図６（ｂ）（ｃ）に示すように、反射板を設けないアンテナ装置では、基板面に垂直なＺ方向（フロントローブＦ及びバックローブＢ）の指向特性が強く出ており、全方向指向特性となっていることがわかる。
【００３７】
一方、図５（ｂ）（ｃ）に示すように、反射板を設けたアンテナ装置では、基板面に垂直なＺ方向のうちバックローブＢ側の指向特性が抑えられ、フロントローブＦ側にのみ指向特性が強く出ており、前方指向特性となっていることがわかる。また、サイドローブＳ側についても、比較例と比べると指向特性が抑えられていることがわかる。また、図５（ｅ）に示すように、アンテナ装置１の共振周波数である共振ポイントＰ１は２．４ＧＨｚであるが、２．４ＧＨｚよりも低周波側及び高周波側に反射板３の共振ポイント及び無給電アンテナ素子の共振ポイントＰ２，Ｐ３が現れている。
【００３８】
このように、本実施の形態によれば、反射板３には電界方向と直交する方向に絶縁部１０（１１）が形成されているので、反射板３で励振される表面電流が絶縁部１０（１１）の形成領域を避けるように迂回し、反射板３の電気長を当該反射板３の物理長よりも長くすることができる。従って、放射器と反射板３との距離を１／４波長以下にした場合でも、当該距離に応じて反射板３の電気長を確保することができるので、反射板３自体を大きくすることなく、アンテナ装置１全体の薄型化・小型化を図ることができる。
【００３９】
また、今回開示された実施の形態は、全ての点で例示であってこの実施の形態に制限されるものではない。本発明の範囲は、上記した実施の形態のみの説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明は、反射器を備えたアンテナ装置であり、センサ装置、通信モジュール等の電子機器に用いられる高指向性・高性能アンテナ装置として有用である。
【符号の説明】
【００４１】
１ アンテナ装置
２ 誘電体基板（回路基板）
３ 反射板（反射器）
４ グランドパターン
５ スロット
６ 給電ライン
６ａ，６ｂ ライン給電部
７ 給電アンテナ素子（放射器）
８，９ 無給電アンテナ素子（放射器）
１０，１１ 絶縁部（スロット）
１２，１３，１４，１５ 切り起こし部
１２ａ，１３ａ，１４ａ，１５ａ 開口部
１２ｃ，１３ｃ，１４ｃ，１５ｃ 開口部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射器と、前記放射器に対して平行に設けられると共に当該放射器の共振周波数の波長の１／４波長より短い距離を設けて配置された導電性材料からなる反射器とを備え、
前記反射器には、電界方向と直交する方向に延びる絶縁部が形成されていることを特徴とするアンテナ装置。
【請求項２】
前記絶縁部は、電界方向と直交する方向に延びる単一の第１のスロットからなることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
【請求項３】
前記反射器には、前記第１のスロットに平行であって、前記電界方向に直交する方向に延びる第２のスロットが形成されていることを特徴とする請求項２に記載のアンテナ装置。
【請求項４】
前記反射器は板状に形成されており、
前記反射器には、当該反射器の一部を当該反射器の平面部に対して垂直に切り起こした切り起こし部が形成され、この切り起こしによって前記スロットに平行な開口部が形成されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載のアンテナ装置。
【請求項５】
前記放射器は誘電体基板上に設けられ、
前記誘電体基板は、前記反射器に形成された複数の切り起こし部により支持されていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載のアンテナ装置。
【請求項６】
前記複数の切り起こし部には、開口部が形成されていることを特徴とする請求項５に記載のアンテナ装置。
【請求項１】
放射器と、前記放射器に対して平行に設けられると共に当該放射器の共振周波数の波長の１／４波長より短い距離を設けて配置された導電性材料からなる反射器とを備え、
前記反射器には、電界方向と直交する方向に延びる絶縁部が形成されていることを特徴とするアンテナ装置。
【請求項２】
前記絶縁部は、電界方向と直交する方向に延びる単一の第１のスロットからなることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
【請求項３】
前記反射器には、前記第１のスロットに平行であって、前記電界方向に直交する方向に延びる第２のスロットが形成されていることを特徴とする請求項２に記載のアンテナ装置。
【請求項４】
前記反射器は板状に形成されており、
前記反射器には、当該反射器の一部を当該反射器の平面部に対して垂直に切り起こした切り起こし部が形成され、この切り起こしによって前記スロットに平行な開口部が形成されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載のアンテナ装置。
【請求項５】
前記放射器は誘電体基板上に設けられ、
前記誘電体基板は、前記反射器に形成された複数の切り起こし部により支持されていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載のアンテナ装置。
【請求項６】
前記複数の切り起こし部には、開口部が形成されていることを特徴とする請求項５に記載のアンテナ装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１１−２２９０７２（Ｐ２０１１−２２９０７２Ａ）
【公開日】平成２３年１１月１０日（２０１１．１１．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−９８９０７（Ｐ２０１０−９８９０７）
【出願日】平成２２年４月２２日（２０１０．４．２２）
【出願人】（００００１００９８）アルプス電気株式会社 (4,263)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１１月１０日（２０１１．１１．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年４月２２日（２０１０．４．２２）
【出願人】（００００１００９８）アルプス電気株式会社 (4,263)
【Ｆターム（参考）】
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