WO2008056476A1

WO2008056476A1 - Patch antenna unit and antenna unit

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Publication number: WO2008056476A1
Application number: PCT/JP2007/066291
Authority: WO
Inventors: Osamu Shibata
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2006-11-06
Filing date: 2007-08-22
Publication date: 2008-05-15
Anticipated expiration: 2009-05-06
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Description

明細書

パッチアンテナ装置及びアンテナ装置

技術分野

[0001] この発明は、 UHF帯 RFIDのハンディターミナル等に使用可能なパッチアンテナ装置及びアンテナ装置に関するものである。

背景技術

[0002] ノツチアンテナ装置は、導体によって形成されるグラウンド電極と、このグラウンド電極上に載置された誘電体基体と、この誘電体基体上に形成された導体の放射電極とで構成されている。

力、かる構成のパッチアンテナ装置は、薄型化が可能で且つ高利得が得られるだけでなぐ同軸線路やマイクロストリップ線路等の不平衡回路との相性が良ぐこれらの回路に容易に整合させることができる等の多くのメリットがある。

このことから、パッチアンテナ装置は RFIDのハンディターミナルやその他の送受信機に広く使用されて!/、る (例えば、特許文献 1参照）。

[0003] また、アンテナ装置には、パッチアンテナ装置をパッチアンテナ素子として用い、これら多数のパッチアンテナ素子を配列して構成したアレイ型のアンテナ装置も考案されてレ、る（例えば、特許文献 2参照）。

力、かるアレイ型のアンテナ装置は、平面的構成を採っているのが、一般的である。すなわち、多数の放射電極を 1枚の誘電体基体の広い表面に平面的に配列し、同軸ケーブルを誘電体基体の裏面側から各放射電極に接続して、給電部からの電力をこの同軸ケーブルを通じて各放射電極に給電したり、又はストリップラインを誘電体基体の裏面等に設けて、給電部からの電力をこのストリップラインを通じて各放射電極に電磁結合させることで、放射電極からの電波を誘電体基体表面に対して垂直な正面方向に放射する。

[0004] 特許文献 1：特開 2006— 245751号公報

特許文献 2：特開 2001— 111336号公報

発明の開示 [0005] しかし、上記した従来のパッチアンテナ装置には、次のような問題がある。

パッチアンテナ装置を小型化する場合には、誘電体基体の比誘電率を高くする方法力 Sとられる。しかし、誘電体基体の比誘電率を高くして、アンテナ電極のサイズを小さくすると共に、グランド電極のサイズをも小さくしょうとすると、背面のグランド側への放射が増加し、正面側への放射利得が減少してしまう。

すなわち、パッチアンテナ装置を小型化すると、 F/B比（Front to Back ratio)が劣化し、急激に正面方向の利得が低下するという不具合が生じる。

したがって、高誘電率基体を用いたパッチアンテナ装置において、所望の利得や F /B比を得ようとすると、グランドサイズを半波長程度以上に設定しなければならず、ノツチアンテナ装置の小型化が困難であった。

このように、従来のパッチアンテナによるパッチアンテナ装置では、利得や F/B比の増加と装置の小型化との両方を同時に得ることができな力、つた。

[0006] また、従来のアレイ型のパッチアンテナ装置では、多数の放射電極を 1枚の誘電体基体の広レ、表面に配列した平面構成を採用して!/、るので、広、実装面積を小型の電子機器内に必要とし、狭いアンテナ実装領域には、実装すること力できない。これに対して、アンテナ素子数を減らして、小型化する方法も考えられるが、アンテナ素子数を減らすと、所望の利得を得ることができなくなってしまう。

[0007] この発明は、上述した課題を解決するためになされたもので、正面方向への十分な利得を確保しつつ小型化が可能でし力、も指向性を容易に変えることが可能なパッチアンテナ装置及びアンテナ装置を提供することを目的とする。

[0008] 上記課題を解決するために、請求項 1の発明は、正面と背面とが互いに対向し且つこれら正面及び背面に垂直な断面がほぼ長方形状をなす誘電体基体と、当該誘電体基体の正面に形成され且つ給電部に接続された第 1の電極と、当該誘電体基体の背面に形成された第 2の電極とを備えるパッチアンテナ装置であって、第 1の電極の幅を、励振方向を向く当該第 1の電極の長さの 4分の 1以下に設定すると共に、第 2の電極の幅を、励振方向を向く当該第 2の電極の長さの 4分の 1以下に設定し、誘電体基体の正面及び背面のそれぞれの幅を、第 1及び第 2の電極のそれぞれの幅に等しく設定すると共に、当該誘電体基体の厚さを当該幅の 1倍以上に設定した構成とする。

かかる構成により、給電部から第 1の電極に給電すると、所定周波数の電磁波が、第 1の電極から放射される。このとき、第 1の電極と第 2の電極の幅がそれぞれその長さの 4分の 1以下に設定され、しかも、誘電体基体の正面及び背面の幅もこれら第 1 及び第 2の電極のそれぞれの幅に等しく設定されて!/、るので、パッチアンテナ装置全体の小型化は図られているが、パッチアンテナ装置の利得が低下するおそれがある

。しかし、この発明のパッチアンテナ装置では、誘電体基体の厚さが当該幅の 1倍以上に設定されているので、利得の低下が抑えられ、十分な利得を確保することができ

[0009] 請求項 2の発明は、請求項 1に記載のパッチアンテナ装置において、第 1又は第 2 の電極の少なくとも一方の長さを、誘電体基体の正面又は背面の長さよりも長く設定し、その長さ方向の両端部を折り曲げて、当該誘電体基体の両端面に配設した構成とする。

[0010] 請求項 3の発明は、請求項 1又は請求項 2に記載のパッチアンテナ装置において、第 2の電極の長さを、第 1の電極の長さよりも長く設定した構成とする。

[0011] 請求項 4の発明に係るアンテナ装置は、電極を誘電体基体の少なくとも対向する概略平行な二面にそれぞれ設けて形成した 1対のパッチアンテナ素子を、一方のパッチアンテナ素子の電極と他方のパッチアンテナ素子の電極とが向き合うように平行に所定間隔で配列し、一方のパッチアンテナ素子に給電して給電素子とすると共に、他方のパッチアンテナ素子を無給電素子とした構成とする。

力、かる構成により、給電素子である一方のパッチアンテナ素子に給電すると、所定周波数の電磁波が、パッチアンテナ素子から放射される。そして、他方のパッチアンテナ素子と電磁結合して、他方のパッチアンテナ素子が当該所定周波数で共振するこのとき、他方のパッチアンテナ素子自体のリアクタンス値や 1対のパッチアンテナ素子の間隔を適宜設定することで、他方のパッチアンテナ素子から放射される電磁波を一方のパッチアンテナ素子から他方のパッチアンテナ素子に向力、う電磁波と干渉させること力 Sでさる。具体的には、リアクタンス値を適宜設定することで、他方のパッチアンテナ素子から放射される電磁波の位相や振幅を変えると共に、 1対のパッチアンテナ素子の間隔を波長に対応させて設定することで、一方のパッチアンテナ素子から正面方向に放射する電磁波の利得を高くすることができると共に、背面方向に存する電磁波を減衰させて、 F/B比を高めること力 Sできる。

[0012] 請求項 5の発明は、請求項 4に記載のアンテナ装置において、請求項 1から請求項 3のいずれかに記載のパッチアンテナ装置を、パッチアンテナ素子として用いた構成とする。

[0013] 請求項 6の発明は、請求項 4又は請求項 5に記載のアンテナ装置において、無給電素子であるパッチアンテナ素子を、給電素子であるパッチアンテナ素子の放射方向に対して逆側の位置に配した構成とする。

[0014] 請求項 7の発明は、請求項 4から請求項 6のいずれかに記載のアンテナ装置において、無給電素子であるパッチアンテナ素子にリアクタンス回路を接続して終端した構成とする。

力、かる構成により、無給電素子であるパッチアンテナ素子に接続されたリアクタンス回路のリアクタンス値を変えることで、パッチアンテナ素子自体を大きくすることなく、無給電素子側のリアクタンス値を大きくすることができる。

[0015] 請求項 8の発明は、請求項 4から請求項 7のいずれかに記載のアンテナ装置において、 1対のパッチアンテナ素子の間隔を、使用周波数における自由空間波長の 0. 12倍以上 0. 30倍以下に設定した構成とする。

力、かる構成により、最適な利得と F/B比を得ることができる。

[0016] 請求項 9の発明は、請求項 4力、ら請求項 8のいずれかに記載の 1対のパッチアンテナ素子をサブアレイユニットとして用い、後段のサブアレイユニットの給電素子が前段のサブアレイユニットの無給電素子の背後に位置するように、複数のサブアレイュニットを所定間隔で一列に配置するアンテナ装置であって、上記一方のパッチアンテナ素子を第 1パッチアンテナ素子とすると共に、上記他方のパッチアンテナ素子を第 2パッチアンテナ素子とし、且つ各パッチアンテナ素子における一方の電極を第 1電極とすると共に、他方の電極を第 2電極とし、前段のサブアレイユニットの第 2パッチアンテナ素子の第 2電極と後段のサブアレイユニットの第 1パッチアンテナ素子の第 1 電極とが対向するように、上記複数のサブアレイユニットを所定間隔で 1列に配列した構成とする。

かかる構成により、前位の給電素子である第 1パッチアンテナ素子と後位の無給電素子である第 2パッチアンテナ素子とが交互に所定間隔で配列されて!/、るので、第 1 及び第 2パッチアンテナ素子が電波の放射方向に沿って 1列に並んだ状態になる。したがって、この発明のアンテナ装置では、複数の放射電極を誘電体基体の表面に平面的に配列した従来のアレイ型のパッチアンテナ装置と異なり、面方向への広がりがなぐアンテナ実装面積が狭い電子機器に対しても、容易に実装することができるまた、各サブアレイユニットにおいて、第 1パッチアンテナ素子に給電すると、所定周波数の電波が、第 1パッチアンテナ素子から前方及び後方に放射される。そして、後方への電波が第 2パッチアンテナ素子と電磁結合して、第 2パッチアンテナ素子が当該所定周波数で共振する。このとき、第 1及び第 2パッチアンテナ素子自体のリアクタンス値やこれらの素子間隔を適宜設定することで、後方への電波が減衰され、前方への電波の利得のみを高くすることができる。かかる設定により、各サブアレイュニットは、高利得の電波を前方に放射させることができる。したがって、この発明のアンテナ装置では、このような複数のサブアレイユニットが、前段のサブアレイユニットの第 2パッチアンテナ素子の第 2電極と後段のサブアレイユニットの第 1パッチアンテナ素子の第 1電極とが対向するように、所定間隔で 1列に配列されているので、サブァレイユニット同士の間隔を適宜設定することで、各サブアレイユニットから前方に放射される電波同士を重畳させて、アンテナ装置から放射される電波の利得を増加させること力 Sできる。すなわち、アンテナ装置からの電波の利得を、サブアレイユニットの数に対応させて増加させることができる。

請求項 10の発明は、請求項 9に記載のアンテナ装置において、前段のサブアレイユニットと後段のサブアレイユニットとの所定間隔を、使用周波数における自由空間波長のほぼ 2分の 1に設定し、後段のサブアレイユニットの第 1パッチアンテナ素子に対する給電と、前段のサブアレイユニットの第 1パッチアンテナ素子に対する給電とに、ほぼ 180° の位相差を設けた構成とする。

力、かる構成により、前段のサブアレイユニットから放射される電波と後段のサブァレィユニットから放射される電波とがー致し、アンテナ装置から放射される電波の利得を確実に高めることができる。

[0018] 請求項 11の発明は、請求項 9又は請求項 10に記載のアンテナ装置において、各サブアレイユニットの第 2パッチアンテナ素子にリアクタンス回路を接続した構成とす力、かる構成により、第 2パッチアンテナ素子に接続されたリアクタンス回路のリアクタンス値を変えることで、第 2パッチアンテナ素子自体を大きくすることなぐ第 2パッチアンテナ素子のリアクタンス値を大きくすることができる。

[0019] 請求項 12の発明に係るアンテナ装置は、電極を誘電体基体の少なくとも対向する概略平行な二面にそれぞれ設けて形成した 1対のパッチアンテナ素子を、一方のパツチアンテナ素子の電極と他方のパッチアンテナ素子の電極とが向き合うように平行に所定間隔で配列し、これら 1対のパッチアンテナ素子に給電してそれぞれ給電素子とした構成とする。

かかる構成により、給電素子である 1対のパッチアンテナ素子にそれぞれ給電すると、所定周波数の電磁波が、それぞれのパッチアンテナ素子の二枚の電極から放射される。このとき、他方のパッチアンテナ素子からの電磁波の位相や振幅を適宜設定することで、他方のパッチアンテナ素子から放射される電磁波を一方のパッチアンテナ素子から他方のパッチアンテナ素子に向力、う電磁波と干渉させることができる。すなわち、他方のパッチアンテナ素子から放射される電磁波の位相や振幅を適宜設定することで、一方のパッチアンテナ素子から正面方向に放射する電磁波の利得を高くすること力 Sできると共に、背面方向に存する電磁波を減衰させて、 F/B比を高めること力 Sでさる。

[0020] 請求項 13の発明は、請求項 12に記載のアンテナ装置において、請求項 1から請求項 3のいずれかに記載のパッチアンテナ装置をパッチアンテナ素子として用いる構成とする。

[0021] 請求項 14の発明は、請求項 12又は請求項 13に記載のアンテナ装置において、一方のパッチアンテナ素子に給電する信号と他方のパッチアンテナ素子に給電する信号との位相差を、 60度以上 120度以下に設定した構成とする。

[0022] 請求項 15の発明は、請求項 12から請求項 14のいずれかに記載のアンテナ装置において、一方のパッチアンテナ素子からの放射電波の振幅を、他方のパッチアンテナ素子からの放射電波の振幅よりも 2dB以上 6dB以下の値だけ高くなるように設定した構成とする。

[0023] 請求項 16の発明は、後段のパッチアンテナ素子が前段のパッチアンテナ素子の背後に位置するように、複数のパッチアンテナ素子を所定間隔で 1列に配列すると共に、各パッチアンテナ素子にそれぞれ給電するアンテナ装置であって、各パッチアンテナ素子を、第 1及び第 2電極を誘電体基体の前面及び後面にそれぞれ設けて形成し、前段のパッチアンテナ素子の第 2電極と後段のパッチアンテナ素子の第 1電極とが対向するように、複数のパッチアンテナ素子を所定間隔で 1列に配列した構成とする力、かる構成により、前段のパッチアンテナ素子の第 2電極と後段のパッチアンテナ素子の第 1電極とが対向するように、複数のパッチアンテナ素子が配列されているので、複数のパッチアンテナ素子が電波の放射方向に沿って 1列に並んだ状態になる。したがって、この発明のアンテナ装置では、複数の放射電極を誘電体基体の表面に平面的に配列した従来のアンテナ装置と異なり、面方向への広がりがなぐアンテナ実装面積が狭い電子機器に対しても、容易に実装することができる。

また、各パッチアンテナ素子に給電すると、所定周波数の電波が、パッチアンテナ素子から放射される。したがって、この発明のアンテナ装置では、このような複数のパツチアンテナ素子が、前段のパッチアンテナ素子の第 2電極と後段のパッチアンテナ素子の第 1電極とが対向するように、所定間隔で 1列に配列されているので、パッチアンテナ素子同士の間隔と各パッチアンテナ素子の位相を適宜設定することで、各ノツチアンテナ素子から放射される電波同士を重畳させて、アンテナ装置から放射される電波の利得を増加させることができる。すなわち、アンテナ装置からの電波の利得を、パッチアンテナ素子の数に対応させて増加させることができる。

[0024] 請求項 17の発明は、請求項 16に記載のアンテナ装置において、前段のパッチァンテナ素子と後段のパッチアンテナ素子との所定間隔を、使用周波数における自由空間波長のほぼ 4分の 1に設定し、後段のパッチアンテナ素子に対する給電と、前段のパッチアンテナ素子に対する給電とに、ほぼ 90° の位相差を設けた構成とする。力、かる構成により、前段のパッチアンテナ素子から放射される電波と後段のパッチアンテナ素子から放射される電波とがー致し、アンテナ装置から放射される電波の利得を確実に高めることができる。

[0025] 請求項 18の発明は、請求項 16又は請求項 17に記載のアンテナ装置において、請求項 1から請求項 3の!/、ずれかに記載のパッチアンテナ装置を、パッチアンテナ素子として用いる構成とする。

[0026] 請求項 19の発明に係るアンテナ装置は、電極を誘電体基体の少なくとも対向する概略平行な二面にそれぞれ設けて形成した 1対のパッチアンテナ素子を、一方のパツチアンテナ素子の電極と他方のパッチアンテナ素子の電極とが向き合うように平行に所定間隔で配列し、これら 1対のパッチアンテナ素子からそれぞれ引き出された 1 対の給電線を切換スィッチを通じて給電部に接続した構成とする。

かかる構成により、切換スィッチを切り換えて、一方のパッチアンテナ素子と給電部とを接続した状態にすると、この一方のパッチアンテナ素子が給電素子となり、他方のパッチアンテナ素子が無給電素子となる。この結果、所定周波数の電磁波が、一方のパッチアンテナ素子から放射される。そして、他方のパッチアンテナ素子と電磁結合して、他方のパッチアンテナ素子が当該所定周波数で共振する。このとき、他方のパッチアンテナ素子の給電線のリアクタンス値や 1対のパッチアンテナ素子の間隔を適宜設定することで、他方のパッチアンテナ素子から放射される電磁波を一方のノツチアンテナ素子から他方のパッチアンテナ素子に向力、う電磁波と干渉させること力できる。具体的には、給電線の長さを適宜設定して、他方のパッチアンテナ素子から放射される電磁波の位相や振幅を変えると共に、 1対のパッチアンテナ素子の間隔を波長に対応させて設定することで、一方のパッチアンテナ素子から正面方向に放射する電磁波の利得を高くすることができると共に、後方に存する電磁波を減衰させて、 F/B比を高めることができる。すなわち、かかる状態では、一方のパッチアンテナ素子の正面方向に高利得の電磁波が放射される。ここで、切換スィッチを再度切り換えて、他方のパッチアンテナ素子と給電部とを接続した状態にすると、この他方のパッチアンテナ素子が給電素子となり、一方のパッチアンテナ素子が無給電素子となる。この結果、高利得の電磁波が他方のパッチアンテナ素子の背面方向から放射されることとなる。すなわち、アンテナ装置の正面方向から放射されていた電磁波力切換スィッチの切り換えによって、背面方向に放射されるように変化する。

[0027] 請求項 20の発明は、電極を誘電体基体の少なくとも対向する概略平行な二面にそれぞれ設けて形成した 3つのパッチアンテナ素子を、隣り合うパッチアンテナ素子の電極同士が向き合うように平行に所定間隔で配列し、中間のパッチアンテナ素子に給電して給電素子とすると共に、他のパッチアンテナ素子に可変リアクタンス回路を接続して無給電素子とした構成とする。

力、かる構成により、給電素子である中間のパッチアンテナ素子に給電すると、所定周波数の電磁波が、パッチアンテナ素子から放射される。そして、このパッチアンテナ素子から両側に放射された電磁波が、両側のパッチアンテナ素子と電磁結合して、両側のパッチアンテナ素子が当該所定周波数で共振する。このとき、パッチアンテナ素子の間隔を適宜設定すると共に、可変リアクタンス回路を用いてリアクタンス値を変化させて、無給電素子である両側のパッチアンテナ素子の一方を容量性にし、他方を誘導性にすると、誘導性のパッチアンテナ素子があた力、も反射器のごとく機能する。これにより、中間のパッチアンテナ素子から誘導性のパッチアンテナ素子側に放射された電磁波は、誘導性のパッチアンテナ素子で反射されたがごとく戻り、容量性のパッチアンテナ素子側に放射された電磁波と干渉して増幅する。この結果、高利得且つ高 F/Bの電磁波が中間のパッチアンテナ素子から容量性のパッチアンテナ素子の方向に放射される。また、可変リアクタンス回路を用いてリアクタンス値を変化させて、両側のパッチアンテナ素子の容量性及び誘導性を逆にすると、中間のパッチアンテナ素子から放射される電磁波の方向も逆になる。

[0028] 請求項 21の発明は、請求項 19又は請求項 20に記載のアンテナ装置において、請求項 1から請求項 3の!/、ずれかに記載のパッチアンテナ装置を、パッチアンテナ素子として用いる構成とした。

[0029] 請求項 22の発明は、請求項 20又は請求項 21に記載のアンテナ装置において、可変リアクタンス回路を、可変容量ダイオードを用いて形成した構成とする。

[0030] 請求項 23の発明は、請求項 20又は請求項 21に記載のアンテナ装置において、可変リアクタンス回路は、リアクタンス値が異なる複数の固定リアクタンス回路をスィッチで切り換える構成である。

[0031] 以上詳しく説明したように、請求項 1の発明に係るパッチアンテナ装置によれば、第 1及び第 2の電極の幅が長さの 4分の 1以下に設定され、誘電体基体の幅が第 1及び第 2の電極の幅に等しく設定されて!/、るので、パッチアンテナ装置全体の小型化を図ること力 Sできる。しかも、誘電体基体の厚さが当該幅の 1倍以上に設定されて、電磁波の利得の低下が抑えられているので、十分な利得を確保することができる。すなわち、この発明によれば、所望の利得を確保しつつ装置の小型化を図ることができるという優れた効果がある。したがって、その体積サイズを、従来のパッチアンテナ装置の約 1/2のサイズまでに小型化しても、同等の利得を得ることができる。

特に、請求項 2の発明によれば、第 1及び第 2の電極のいずれかの両端部を、折り曲げて、誘電体基体の両端面に配設したので、パッチアンテナ装置をより一層、小型ィ匕すること力 Sでさる。

また、請求項 3の発明によれば、第 2の電極の長さを、第 1の電極の長さよりも長く設定したので、パッチアンテナ装置の小型化を保持しつつ、正面方向への利得を効果的に高めることができる。

[0032] 請求項 4の発明に係るアンテナ装置によれば、それぞれ誘電体基体に電極を設けて形成した 1対のパッチアンテナ素子によってアンテナ装置を構成し、力、かる構成によって、正面方向に放射する電磁波の利得や F/B比を高めることができるので、正面方向への十分な利得や F/B比を確保しつつ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ができるという優れた効果がある。

また、請求項 6の発明によれば、更なる小型化と高利得 ·高 F/B比化とを図ったァンテナ装置を提供することができる。

特に、請求項 7の発明によれば、パッチアンテナ素子自体を大きくすることなぐ無給電素子側のリアクタンス値を大きくすることができるので、アンテナ装置のさらなる小型化が可能となる。さらに、請求項 8の発明によれば、最適な利得と F/B比を確保したアンテナ装置を得ること力 Sでさる。

[0033] 請求項 9及び請求項 16の発明に係るアンテナ装置によれば、面方向への広がりを抑えた小型化が可能であり、この結果、アンテナ実装面積が狭い電子機器に対しても、容易に実装することができる。しかも、アンテナ装置からの電波の利得を、パッチアンテナ素子の数に対応させて増加させることができる。すなわち、この発明のアンテナ装置によれば、高い利得を得ることができ、し力、も小型化が可能であるという優れた効果がある。

また、パッチアンテナ素子を構成要素としているため、同軸線路等の不平衡回路との整合が容易であり、給電部からアンテナ装置に効率よく給電することができるという効果もある。

特に、請求項 10及び請求項 17の発明によれば、アンテナ装置からの電波の利得を、確実に増加させることができるとレ、う効果がある。

また、請求項 11の発明によれば、各サブアレイユニットの第 2パッチアンテナ素子自体を大きくすることなく、第 2パッチアンテナ素子のリアクタンス値を大きくすることができるので、アンテナ装置のさらなる小型化が可能となる。

[0034] 請求項 12の発明に係るアンテナ装置によれば、それぞれ誘電体基体に電極を設けて形成した 1対のパッチアンテナ素子によってアンテナ装置を構成し、双方のパッチアンテナ素子を給電素子とすることで、正面方向に放射する電磁波の利得や F/ B比を高めることができるので、正面方向への十分な利得や F/B比を確保しつつ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ができるという優れた効果があるまた、請求項 14及び請求項 15の発明によれば、最適な利得と F/B比を確保したアンテナ装置を得ることができる。

[0035] 請求項 19の発明に係るアンテナ装置によれば、高利得且つ高 F/B比の電磁波の指向性を切り換えスィッチで容易に変えることができる小型のアンテナ装置を提供すること力 Sできると!/、う優れた効果がある。

また、請求項 20の発明によれば、高利得且つ高 F/B比の電磁波の指向性を、可変リアクタンス回路のリアクタンス値を変えることにより、容易に変えることができる小型のアンテナ装置を提供することができるという優れた効果がある。

図面の簡単な説明

園 1]この発明の第 1実施例に係るパッチアンテナ装置を示す斜視図である。

[図 2]図 1のパッチアンテナ装置の縦断面図である。

[図 3]図 1のパッチアンテナ装置の横断面図である。

[図 4]図 1のパッチアンテナ装置の展開図である。

[図 5]従来型のパッチアンテナ装置を示す斜視図である。

[図 6]従来型のパッチアンテナ装置とその電流分布を模式的に示す正面図である。園 7]電極の幅と誘電体基体の厚みとの関係を説明するための斜視図である。園 8]パッチアンテナ装置の幅及び厚さと利得との関係を示す線図である。

園 9]パッチアンテナ装置の幅及び厚さと効率との関係を示す線図である。

園 10]この実施例のパッチアンテナ装置が示す作用及び効果を説明するための断面図である。

園 11]この発明の第 2実施例に係るパッチアンテナ装置を示す斜視図である。園 12]第 2の電極の長さの変化の態様を示す斜視図である。

園 13]第 2の電極の長さと利得， F/B比及び帯域との相関関係を示す線図である。園 14]この発明の第 3実施例に係るアンテナ装置を示す概略斜視図である。

[図 15]パッチアンテナ素子の展開図である。

園 16]給電素子であるパッチアンテナ素子の概略断面図である。

園 17]無給電素子であるパッチアンテナ素子の概略断面図である。

園 18]第 3実施例のアンテナ装置が示す作用及び効果を説明するための概略側面図である。

園 19]素子間隔と利得との相関図である。

園 20]素子間隔と F/B比との相関図である。

園 21]リアクタンス値及び素子間隔と利得との相関図である。

[図 22]リアクタンス値及び素子間隔と F/B比との相関図である。

園 23]この発明の第 4実施例に係るアンテナ装置の構成を示す概略図である。園 24]各サブアレイユニットの構成を示す斜視図である。

園 25]第 1パッチアンテナ素子の概略断面図である。

園 26]第 2パッチアンテナ素子の側面図である。

園 27]リアクタンス回路の変形例を示す第 2パッチアンテナ素子の側面図である。園 28]各サブアレイユニットの電波放射を説明するための概略側面図である。

園 29]アンテナ装置が示す作用及び効果を説明するための概略図である。

園 30]パッチアンテナ素子の素子数と利得との相関図である。

園 31]この発明の第 5実施例に係るアンテナ装置を示す概略斜視図である。

園 32]各パッチアンテナ素子の概略断面図である。

園 33]第 5実施例のアンテナ装置が示す作用及び効果を説明するための概略側面図である。

園 34]位相差及び振幅比と利得との相関図である。

園 35]位相差及び振幅比と F/B比との相関図である。

園 36]この発明の第 6実施例に係るアンテナ装置の構成を示す概略図である。

[図 37]アンテナ装置の構成を示す斜視図である。

園 38]アンテナ装置が示す作用及び効果を説明するための概略図である。

園 39]素子数と利得との相関図である。

園 40]この発明の第 7実施例に係るアンテナ装置を示す概略斜視図である。

園 41]各パッチアンテナ素子と切換スィッチと給電部との接続状態を示す概略断面図である。

[図 42]第 7実施例のアンテナ装置が示す作用及び効果を説明するための概略側面図である。

園 43]左側のパッチアンテナ素子を給電素子とした場合の指向性を示す概略側面図である。

園 44]右側のパッチアンテナ素子を給電素子とした場合の指向性を示す概略側面図である。

園 45]給電素子である 1対のパッチアンテナ素子の向き態様を示す概略側面図であ [図 46]この発明の第 8実施例に係るアンテナ装置を示す概略斜視図である。

[図 47]無給電素子であるパッチアンテナ素子を示す概略断面図である。

[図 48]第 8実施例のアンテナ装置が示す作用及び効果を説明するための概略側面図である。

[図 49]アンテナ装置の指向性を示す概略側面図である。

[図 50]この発明の第 9実施例に係るアンテナ装置の要部を示す断面図である。

[図 51]上記実施例の第 1変形例を示す斜視図である。

[図 52]上記実施例の第 2変形例を示す斜視図である。

[図 53]上記実施例の第 3変形例を示す斜視図である。

[図 54]上記実施例の第 4変形例を示す斜視図である。

[図 55]上記実施例の第 5変形例を示す斜視図である。

符号の説明

[0037] 1···パッチアンテナ装置、 1A, 1Β···パッチアンテナ素子、 2, 2A, 2Β···誘電体基体、 2a, 2Aa, 2Ba…正面、 2b, 2Ab, 2Bb…背面、 2c, 2d, 2 Ac, 2 Ad, 2 Be, 2Bd…佃 J面、 2e, 2f, 2Ae, 2Af, 2Be, 2Bf…端面、 2g, 4a, 2Ag, 4Aa, 2 Bg, 4Ba…孑し、 2h…空間、 3, 4, 3A, 4A, 3B, 4B…電極、 5…リアクタンス回路、 6…分酉己器、 31, 32…折り曲げ部、 33, 43, 51, 52…延出部、 41, 42··· 両端部、 53···可変容量ダイオード、 54···インダクタ、 55···切換スィッチ、 56 〜59···固定リアクタンス回路、 61···可動接点、 62, 63···固定接点、 100···給電部、 110, 120…同軸ケーブル、 111, 121…内部導体、 122…外部導体、 130, 131, 140, 141…導線、 200〜205…アンテナ装置、 210-1~210-η …サブアレイユニット、 D, D1…間隔、 L…長さ、 Τ···厚さ、 U；!〜 Un, V2, V3 …電波、 W…幅、 WO, W；!〜 Wn…電力。

発明を実施するための最良の形態

[0038] 以下、この発明の最良の形態について図面を参照して説明する。

実施例 1

[0039] 図 1は、この発明の第 1実施例に係るパッチアンテナ装置を示す斜視図であり、図 2 は、図 1のパッチアンテナ装置の縦断面図であり、図 3は、図 1のパッチアンテナ装置の横断面図であり、図 4は、図 1のパッチアンテナ装置の展開図である。図 1に示すように、この実施例のパッチアンテナ装置 1は、誘電体基体 2と第 1の電極 3と第 2の電極 4とを備えて!/、る。

[0040] 誘電体基体 2は、直方体状をなす。具体的には、図 2に示すように、誘電体基体 2 の正面 2aと背面 2bとが互いに対向し、図 3に示すように、正面 2a及び背面 2bに垂直な断面が長方形をなす。つまり、誘電体基体 2の側面 2c, 2dが、破線で示すような中膨れではなく、実線で示すような直線状をなす。

第 1及び第 2の電極 3, 4は、図 4に示すように、誘電体基体 2の正面 2a,背面 2bの全面にそれぞれ設けられている。すなわち、この実施例では、誘電体基体 2の正面 2 a,背面 2bの幅を、第 1及び第 2の電極 3, 4の幅 Wに等しく設定している。さらに、この実施例では、誘電体基体 2の厚さ Tを、第 1及び第 2の電極 3, 4の幅 Wの 1倍以上に設定して、誘電体基体 2に厚みを持たせている。

[0041] 図 1において、第 1の電極 3は、誘電体基体 2の正面 2a上にパターン形成された放射電極であり、給電線としての同軸ケーブル 120を通じて給電部 100に接続され、その長さ方向（図 1で上下方向）を励振方向とする。

具体的には、図 2に示すように、第 1の電極 3に至る孔 2g, 4aを誘電体基体 2,第 2 の電極 4にそれぞれ開け、同軸ケーブル 120の内部導体 121をこれら孔 2g, 4aに揷通させて、第 1の電極 3に接続し、第 1の電極 3を給電部 100に電気的に接続した。また、同軸ケーブル 120の外部導体 122は第 2の電極 4に接続した。

力、かる第 1の電極 3の幅 Wは、励振方向を向く第 1の電極 3の長さ Lの 4分の 1以下に B ^疋しに。

[0042] 図 1において、第 2の電極 4は、誘電体基体 2の背面 2b上にパターン形成された無給電電極であり、第 1の電極 3と同様に、この第 2の電極 4の幅 Wも、第 2の電極 4の長さ Lの 4分の 1以下に設定されている。

すなわち、この実施例のパッチアンテナ装置 1は、細長い直方体状に形成されており、従来型の正方形のパッチアンテナ装置よりも、小型に形成されている。

[0043] 以下、このパッチアンテナ装置 1の小型化の設定方法について、説明する。

図 5は、従来型のパッチアンテナ装置を示す斜視図であり、図 6は、従来型のパッチアンテナ装置とその電流分布を模式的に示す正面図である。

図 5に示すように、従来のパッチアンテナ装置 1' では、正方形状の第 1の電極 3' が誘電体基体^ の正面に配されると共に、第 2の電極が誘電体基体^ の裏面に配された構成を成しており、所定周波数の電力を給電部 100から第 1の電極 3 ' に給電することで、所定の共振周波数の電磁波を正面側に放射するようになっている。

しかし、このようなパッチアンテナ装置 1' では、例えば、第 1の電極 3' の幅 W及び長さ Lが共に同一の長さに設定され、占有面積が大きい。し力、も、図 6に示すように、第 1の電極 3' の励振時における電流力第 1の電極 3' の側辺 3' a側寄りの Iで示す領域に集中する。すなわち、破線で示すように、電流は、第 1の電極; T の中央部； T b側にはあまり流れないため、第 1の電極; T の中央部; T bが励振に寄与せずに遊んだ状態になっている。

そこで、発明者は、この遊びの部分をなくして、パッチアンテナ装置の小型化を図るベぐ考察を行った。

図 7は、電極の幅と誘電体基体の厚みとの関係を説明するための斜視図である。図 7の（a)に示すように、第 1の電極 3' と第 2の電極 4' との幅 Wを狭くして、図 6に示す電流の余り流れない領域; T bをなくすことで、パッチアンテナ装置;^ の小型化を図ること力 Sでさる。

しかし、このパッチアンテナ装置 1' では、第 2の電極の幅 Wも狭くするため、第 1の電極; T に分布する電流 Iも小さくなり、正面方向への利得が低下してしまう。そこで、図 7の（b)に示すように、第 1の電極 3' の幅 Wに対応させて、誘電体基体 2' の厚さ Tを厚くすることにより、第 1の電極； T に分布する電流 Iを大きくすることができ、この結果、正面方向への利得を高くすることが考えられる。

しかしながら、小型にするために、電極 3' , 4' の幅 Wを余り小さくすると、利得を得るために、誘電体基体^ の厚さ Tを厚くしなければならず、結局、パッチアンテナ装置が厚さ方向に大型化してしまう。力、といって、誘電体基体^ の厚さ Tをあまり厚くしないようにすると、電極^ , 4' の幅 Wを大きくしなければならず、結局、パッチアンテナ装置;^ が幅方向に大型化してしまう。そこで、発明者は、第 1の電極^ の幅 Wや誘電体基体^ の厚さ Tをどのような範囲に設定すると、その体積が、従来型のパッチアンテナ装置よりも小さぐし力、も利得が従来型の利得以上になるかを、次のようなシミュレーションを用いて考察した。図 8は、パッチアンテナ装置の幅及び厚さと利得との関係を示す線図であり、図 9は、パッチアンテナ装置の幅及び厚さと効率との関係を示す線図である。

発明者は、パッチアンテナ装置 1の誘電体基体 2として、比誘電率が 6. 4、誘電損失（tan δ )が 0. 002の誘電体を用い、その長さ Lを 80mmに設定した。すなわち、第 1及び第 2の電極 3, 4及び誘電体基体 2の長さ Lが 80mmのパッチアンテナ装置 1を用い、周波数 910MHzの電力を給電した。そして、パッチアンテナ装置 1の幅 W (第 1及び第 2の電極 3, 4及び誘電体基体 2の幅）と厚さ T (誘電体基体 2の厚さ）を変えながら、パッチアンテナ装置 1の各利得をシミュレーションしたところ、図 8の利得曲線 G1〜G4で示すような結果を得た。ここで、利得曲線 Gl , G2, G3, G4は、 ldBi, 2 dBi, 3dBi, 3. 5dBiの各利得における幅 Wと厚さ Tとの関係を示し、領は、従来型のパッチアンテナ装置が採っている幅 W及び厚さ Τの範囲を示し、領域 Ηは、この実施例のパッチアンテナ装置が採る幅 W及び厚さ Τの範囲を示す。

図 8の領で示すように、従来型のパッチアンテナ装置では、 3dBiの利得を得ようとすると、幅 Wが約 65mm以上で厚さ Tが約 8mm程度必要があり、その体積は、最低でも約 41. 6ccになる。これに対して、領域 Hで示すように、幅 Wを長さ 80mmの 4 分の 1以下で、厚さ Tを幅 W以上に設定したパッチアンテナ装置 1において、 3dBiの利得を得るには、幅 Wが 20mmで厚さ Tが約 20mm程度であればよぐその体積は、約 32cc程度でよい。すなわち、長さ 80mmのパッチアンテナ装置 1において、幅 W を長さの 4分の 1以下で、厚さ Tを幅 W以上に設定することで、同じ利得を得ながら、その体積を従来型のパッチアンテナ装置の体積に対して約 25パーセント以上も削減すること力 Sでさることを確言忍した。

次に、発明者は、上記と同様の比誘電率，誘電損失及び長さを有した誘電体基体 2と第 1及び第 2の電極 3, 4とを備えたパッチアンテナ装置 1を用い、周波数 910MH zの電力を給電した。そして、幅 Wと厚さ Tを変えながら、パッチアンテナ装置 1の各効率をシミュレーションしたところ、図 9の効率曲線 E1〜E3で示すような結果を得た。ここで、効率曲泉 El , E2, E3は、 70%, 80%, 90%の各効率における幅 Wと厚さ T との関係を示す。

図 9の領で示すように、従来型のパッチアンテナ装置では、 90%の効率を得ようとすると、幅 Wが約 70mm以上で厚さ Tが約 10mm程度必要があり、その体積は、最低でも約 56ccになる。これに対して、領域 Hで示すように、幅 Wを長さ 80mmの 4分の 1以下で、厚さ Tを幅 W以上に設定したパッチアンテナ装置 1において、 90%の効率を得るには、幅 Wが 20mmで厚さ Tが約 25mm程度であればよぐその体積は、最高でも約 40cc程度でよい。すなわち、長さ 80mmのパッチアンテナ装置 1において、幅 Wを長さの 4分の 1以下で、厚さ Tを幅 W以上に設定することで、同じ効率を得ながら、その体積を従来型のパッチアンテナ装置の体積に対して約 29パーセント以上も肖 IJ減すること力でさることを確言忍した。

発明者は、このようなシミュレーションの結果を踏まえて考察した結果、パッチアンテナ装置 1の厚さ Tを、幅 Wの 1倍以上に設定し、幅 Wを、長さ Lの 4分の 1以下に設定することで、 3dBi利得及び 90%効率という従来型のパッチアンテナ装置と同じ利得及び効率で、従来型のパッチアンテナ装置よりも小型にすることができると!/、う結論に達した。

そこで、この実施例では、上記したように、パッチアンテナ装置 1の誘電体基体 2の厚さ Tを第 1及び第 2の電極 3, 4の幅 Wの 1倍以上に設定し、第 1及び第 2の電極 3, 4の幅 Wを、第 1及び第 2の電極 3, 4の長さ Lの 4分の 1以下に設定した。

次に、この実施例のパッチアンテナ装置 1が示す作用及び効果について説明する図 10は、この実施例のパッチアンテナ装置 1が示す作用及び効果を説明するための断面図である。

図 10に示すように、所定周波数の電力 W0を給電部 100から同軸ケーブル 120を通じて第 1の電極 3に給電すると、第 1の電極 3が放射電極として機能し、また、接地された同軸ケーブル 120の外部導体 122に接続された第 2の電極 4が、グランド電極として機能する。この結果、第 1の電極 3で励振された所定周波数の電磁波 Vが、正面側（図 10の左側）に放射されることとなる。このとき、第 1及び第 2の電極 3, 4の幅 Wがそれぞれその長さ Lの 4分の 1以下に設定され、しかも、誘電体基体 2の正面 2a及び背面 2bの幅もこれら第 1及び第 2の電極 3, 4の幅 Wに等しく設定されているので、パッチアンテナ装置 1全体の小型化は図られている。したがって、電子部品が高密度実装され、アンテナ実装領域が狭い RFID のハンディターミナルやその他の送受信機においても、このパッチアンテナ装置 1は容易に実装することができる。しかも、誘電体基体 2の厚さ Tが第 1及び第 2の電極 3, 4の幅 Wの 1倍以上に設定されているので、第 1の電極 3から放射される電磁波 Vの利得の低下がない。このため、十分な利得の電磁波 Vが、パッチアンテナ装置 1の正面方向に放射される。

このように、この実施例のパッチアンテナ装置 1によれば、小型でありながら、正面方向への高レヽ禾 IJ得を得ること力できる。

実施例 2

[0046] 次に、この発明の第 2実施例について説明する。

図 11は、この発明の第 2実施例に係るパッチアンテナ装置を示す斜視図である。この実施例は、第 1及び第 2の電極 3, 4の長さが異なる点が、上記第 1実施例と異なる。

図 11に示すように、この実施例のパッチアンテナ装置 1' ' では、第 2の電極 4の長さを第 1の電極 3の長さ（L)よりも長く設定した。具体的には、第 1の電極 3の長さ L 及び幅 Wは、上記第 1実施例と同様であるが、第 2の電極 4の長さを第 1実施例の場合よりも、長く設定し、第 2の電極 4の長さを誘電体基体 2の背面 2bの長さ Lよりも長い長さ（L + L2 X 2)にした。そして、第 2の電極 4の両端部 41 , 42を折り曲げて、誘電体基体 2の両端面 2e, 2fに配設した。

[0047] かかる構成により、本来、第 2の電極 4の長さ（L + L2 X 2)分の長さを有する誘電体基体を必要とするところを、従前の長さ Lの誘電体基体 2で済むので、折り曲げ部 41 , 42の長さ（L2 X 2)分だけ、パッチアンテナ装置自体を小型化することができる。また、グランド電極として機能する第 2の電極 4の長さを長くすることで、第 1の電極 3 から背面側（第 2の電極 4側）に向力、う電磁波を低減させることができる。これにより、ノツチアンテナ装置の小型化を保持しつつ、 F/B比を高め、その結果、正面方向（第 1の電極 3の左方向）への利得を高めることができる。

[0048] ところで、この実施例のように、第 1及び第 2の電極 3, 4の長さを有するパッチアンテナ装置 ' を設計する場合、給電部 100側の負荷 (例えば 50 Ω )との整合を図る必要がある。特定の周波数において、負荷と整合可能な第 1及び第 2の電極 3, 4 の長さは、いろいろあり、負荷と整合する第 2の電極 4の長さが決まれば、第 1の電極 3の長さも第 2の電極 4の長さに対応して決まる。そして、特定の周波数で、負荷と整合する第 2の電極 4の長さは、誘電体基体 2の背面 2bの長さだけでなぐ両端面 2e, 2f及び正面 2aの長さにも至る。

しかしながら、ノツチアンテナ装置;^ ' の利得や F/B比及び帯域といった放射特性は、第 2の電極 4の長さによって異なる。したがって、これら利得や F/B比及び帯域等を考慮して、最適なパッチアンテナ装置 ' を設計する必要がある。

[0049] そこで、発明者は、長さが異なる第 1及び第 2の電極 3, 4を、比誘電率が 6. 4、誘電損失が 0. 002、長さ L,幅 W及び厚さ Tがそれぞれ 80mm, 10mm, 30mmの誘電体基体 2に形成した。そして、周波数 910MHzの電力を、このパッチアンテナ装置 ' に給電し、第 2の電極 4の長さを変えながら、パッチアンテナ装置 1' ' の利得 , F/B比及び帯域とをシミュレーションした。

図 12は、第 2の電極 4の長さの変化の態様を示す斜視図であり、図 13は、第 2の電極 4の長さと利得， F/B比及び帯域との相関関係を示す線図である。

図 12の（a) , (b) , (c) , (d)及び（e)は、折り曲げ部 41 , 42の長さを含む第 2の電極 4の全長: L + L2 X 2をそれぞれ、 101mm, 108mm, 114mm, 130mm及び 140 mmに設定したときのパッチアンテナ装置 1' ' を示している。力、かるパッチアンテナ装置;^ ' において、特定の周波数で負荷との整合を図るため、折り曲げ部 31 , 32 を含む第 1の電極 3の全長 L + L1 X 2は、第 2の電極 4が長くなるに従って、短くなるように設定する。

シミュレーションは、図 12の（a)〜（e)に示す第 2の電極 4の各長さを有するパッチアンテナ装置 1' ' と、第 2の電極 4の全長力 S l04mm, 1 13mm, 116mm, 120m mのパッチアンテナ装置 1' ' との各装置について、周波数 910MHzの電力を供給し、第 2の電極 4の各長さにおける利得， F/B比及び帯域を測定した。すると、図 13の利得曲線 SIで示すように、第 2の電極 4の全長が 108mm付近の時に、利得が最大となった。また、 F/B比曲線 S2で示すように、 F/B比は、第 2の電極 4の全長が 114mm〜； 130mmのあたりで、大きくなつている。そして、帯域曲線 S3 で示すように、帯域は、第 2の電極 4の全長が長くなるに従って広がっていった。しかし、帯域に関しては、第 2の電極 4を長くする程広がるが、それに反して、利得や F/ B比が低下し、また、 50 Ω負荷との整合も得にくくなるので、第 2の電極 4の長さを 14 Omm以上に設定する利点はほとんどな!/、。

以上のシミュレーションの結果から、比誘電率が 6. 4、誘電損失が 0. 002、長さ L, 幅 W及び厚さ Tがそれぞれ 80mm, 10mm, 30mmの誘電体基体 2を使用する場合には、第 2の電極 4の長さを 108mm〜； 130mm以内（図 12の（b)〜（d)の態様）に設定することが、利得， F/B比及び帯域の面から好ましいといえる。

その他の構成、作用及び効果は、上記第 1実施例と同様であるので、その記載は省略する。

実施例 3

[0050] 図 14は、この発明の第 3実施例に係るアンテナ装置を示す概略斜視図であり、図 1 5は、パッチアンテナ素子の展開図であり、図 16は、給電素子であるパッチアンテナ素子の概略断面図であり、図 17は、無給電素子であるパッチアンテナ素子の概略断面図である。

[0051] 図 14に示すように、この実施例のアンテナ装置 200は、平行に所定間隔 Dで配列された 1対のパッチアンテナ素子 1A, 1Bを具備する。

この実施例では、上記第 1実施例のパッチアンテナ装置 1を 1対のパッチアンテナ素子として用いた。そこで、理解を容易にするため、給電素子であるパッチアンテナ素子自体及びその構成部分には「A」を付した符号を用い、無給電素子であるパッチアンテナ素子自体及びその構成部分には「B」を付した符号で用いた。なお、図 11及び図 12に示したパッチアンテナ装置もパッチアンテナ素子 1A, 1Bとして用いることができることは勿論である。

すなわち、パッチアンテナ素子 1A(1B)は、電極 3A, 4A(3B, 4B)を直方体状の誘電体基体 2A (2B)の対向する正面 2Aa (2Ba)と背面 2Ab (2Bb)とにそれぞれ設けることで、形成されている。

そして、図 15に示すように、誘電体基体 2A(2B)力 S、正面 2Aa (2Ba)と背面 2Ab ( 2Bb)と側面 2Ac (2Bc)及び 2Ad (2Bd)と端面 2Ae (2Be)及び 2Af (2Bf)とを有し、電極 3A, 4A(3B, 4B)が正面 2Aa (2Ba) ,背面 2Ab (2Bb)の略全面に形成されている。

[0052] アンテナ装置 200は、図 14に示すように、パッチアンテナ素子 1Aの背面 2Abの電極 4Aとパッチアンテナ素子 1Bの正面 2Baの電極 3Bとが向き合うように、パッチアンテナ素子 1A, 1Bを平行に間隔 Dで配列した構成になっている。

給電素子であるパッチアンテナ素子 1Aには、給電部 100から引き出された同軸ケ一ブル 120が接続されている。

具体的には、図 16に示すように、パッチアンテナ素子 1Aの電極 3Aに至る孔 2Ag, 4Aaを誘電体基体 2Aと電極 4Aとに開け、同軸ケーブル 120の内部導体 121をこの孔 2Ag, 4Aaに揷通させて、電極 3Aに接続した。また、同軸ケーブル 120の外部導体 122は電極 4Aに接続した。

[0053] 無給電素子であるパッチアンテナ素子 1Bには、正面及び背面側の電極間にリアクタンス回路 5が接続されて!/、る。

具体的には、図 17に示すように、パッチアンテナ素子 1Bの電極 3Bに至る孔 2Bg, 4Baを誘電体基体 2Bと電極 4Bとに開け、導線 130をこの孔 2Bg, 4Baに揷通させて、その一方端を電極 3Bに接続すると共に、他方端をリアクタンス回路 5の入力端に接続した。そして、リアクタンス回路 5の出力端を導線 131に接続させると共に、この導線 131を接地された背面側の電極 4Bに接続した。

[0054] このようなパッチアンテナ素子 1A, 1Bは、図 14及び図 15に示すように、同形であり、各電極 3A, 3B (4A, 4B)の幅 Wが長さ Lよりも短く設定されている。つまり、パッチアンテナ素子 1A, 1Bを共に細長い四角柱状に形成することで、一般的な正方形の素子と比べ、幅方向について小型化を図っている。

また、この実施例では、無給電素子であるパッチアンテナ素子 1Bを、給電素子であるパッチアンテナ素子 1Aの放射方向に対して逆側の位置に配した。

具体的には、アンテナ装置 200は、電磁波の放射方向をパッチアンテナ素子 1Aの電極 3A側に設定しており、この方向への電磁波の利得を高めるベぐパッチアンテナ素子 1Bを、パッチアンテナ素子 1Aの電磁波の放射方向の逆側、すなわち、パッチアンテナ素子 1Aの図 14の右側に間隔 Dだけ離して配置した。

そして、パッチアンテナ素子 1A, 1Bの間隔 Dを、 UHF帯の使用周波数における自由空間波長の 0. 12倍以上 0. 30倍以下に設定した。

[0055] 次に、この実施例のアンテナ装置 200が示す作用及び効果について説明する。

図 18は、この実施例のアンテナ装置 200が示す作用及び効果を説明するための概略側面図である。

図 18に示すように、所定周波数の信号を給電部 100から同軸ケーブル 120を介してパッチアンテナ素子 1Aに給電すると、パッチアンテナ素子 1Aが励振し、実線で示すように、所定周波数の電磁波 V2が、パッチアンテナ素子 1Aの電極 3A, 4A力、らパツチアンテナ素子 1Aの正面側と背面側とに放射される。

そして、電極 4A側から放射された電磁波 V2が、パッチアンテナ素子 1Bと電磁結合して、ノツチアンテナ素子 1Bが当該所定の周波数で共振し、破線で示すように、電磁波 V3を電極 3B, 4Bからパッチアンテナ素子 1Bの正面側と背面側に放射する。この電磁波 V3の位相や振幅は、パッチアンテナ素子 1Bのリアクタンス回路 5のリアクタンス値とパッチアンテナ素子 1A, 1Bの素子間隔 Dとを適宜設定することで、調整すること力 Sでさる。

したがって、パッチアンテナ素子 1Bの電磁波 V3の位相や振幅を適宜調整することで、パッチアンテナ素子 1Bの背面側に向力、う電磁波 V3とパッチアンテナ素子 1Aからの電磁波 V2とを干渉させて、抑圧すること力 Sできる。そして、パッチアンテナ素子 1 Bの正面側に向力、う電磁波 V3とパッチアンテナ素子 1Aの正面側に放射される電磁波 V2とを干渉させることで、強め合わせること力 Sできる。

これにより、アンテナ装置 200の正面方向（図 18の左方向）の電磁波の利得を高めること力 Sできると共に、アンテナ装置 200の正面方向の電磁波の利得と背面方向の電磁波の利得の比である F/B比をも高めることができる。

[0056] 発明者は、かかる効果を確認すベぐつぎのような実験を行った。

図 19は、素子間隔 Dと利得との相関図であり、図 20は、素子間隔 Dと F/B比との相関図である。

この実験では、誘電体基体 2A, 2Bの比誘電率が 6. 4で、幅 W,長さ L及び厚さ T 力 Sl 5mm, 80mm及び 15mmのパッチアンテナ素子 1A, 1Bを構成し、周波数 920 MHzの信号を給電部 100からパッチアンテナ素子 1Aに給電した。そして、パッチァンテナ素子 1A, 1Bの素子間隔 Dを変化させて、各素子間隔 Dでの利得と F/B比とを解析したところ、図 19及び図 20に示す曲線 S4で示す結果を得た。

なお、この実験における素子間隔 Dは、使用周波数 920MHzにおける波長の倍数を示している。

図 19の曲線 S4から明らかなように、このアンテナ装置 200では、素子間隔 Dを波長の 0. 12倍〜 0. 30倍に設定することで、約 5dB以上の利得を得ることが確認されたまた、 F/B比においても、図 20の曲線 S4で示すように、素子間隔 Dを波長の 0. 1 2倍〜 0. 30倍に設定することで、約 7. 5dB以上を得ることができた。

次に、誘電体基体 2A, 2Bの比誘電率を変えて、パッチアンテナ素子 1A, 1Bを小型にした。

具体的には、誘電体基体 2A, 2Bの比誘電率を 3Aに設定し、パッチアンテナ素子 1A, 1Bの幅 W,長さ L及び厚さ Tを 15mm, 55mm及び 10mmに設定して、上記と同様の実験を行ったところ、図 19の曲線 S5で示すように、素子間隔 Dが波長の 0. 1 2倍〜 0. 30倍の範囲で、約 4dB以上の利得を得ることができると共に、図 20の曲線 S 5で示すように、約 6dB以上の F/B比を得ることができた。

さらに、誘電体基体 2A, 2Bの比誘電率を 38に上げ、パッチアンテナ素子 1A, 1B の幅 W,長さ L及び厚さ Tを 10mm, 40mm及び 15mmに設定して、上記と同様の実験を行ったところ、図 19の曲線 S6で示すように、素子間隔 Dが波長の 0. 12倍〜0. 30倍の範囲で、約 3dB以上の利得を得ることができると共に、図 20の曲線 S6で示すように、約 5dB以上の F/B比を得ることができた。

すなわち、この実施例のアンテナ装置 200によれば、パッチアンテナ素子 1A, 1B の素子間隔 Dを使用周波数における波長の 0. 12倍〜 0. 30倍の範囲に設定することで、長さが 40mmという超小型のパッチアンテナ素子 1A, 1Bを用いても、約 3dB 以上の利得と約 5dB以上の F/B比を得ることが確認された。

[0058] 次に、発明者は、パッチアンテナ素子 1Bのリアクタンス回路 5のリアクタンス値とアンテナ装置 200の利得との関係及びリアクタンス値と F/B比との関係を、素子間隔 D を波長の 0. 15倍〜0. 24倍の範囲で変化させながら確認した。

図 21は、リアクタンス値及び素子間隔 Dと利得との相関図であり、図 22は、リアクタンス値及び素子間隔 Dと F/B比との相関図である。

この実験では、誘電体基体 2A, 2Bの比誘電率が 6. 4で、幅 W,長さ L及び厚さ T 力 Sl 5mm, 80mm及び 15mmのパッチアンテナ素子 1A, 1Bを構成し、周波数 920 MHzの信号を給電部 100からパッチアンテナ素子 1Aに給電した。そして、パッチァンテナ素子 1Bのリアクタンス回路 5のリアクタンス値を変化させながら、各素子間隔 D における利得と F/B比とを解析した。

すると、図 21及び図 22の曲面 Sg, Sfbで示す結果を得た。

図 21の曲面 Sgから明らかなように、リアクタンス回路 5のリアクタンス値を概ね j l . 0 Ω付近の値に設定すると、 6dB以上の利得を得ることができる。通常、同じサイズの単体のパッチアンテナ素子を用いた場合には、 3〜4dB程度が限度であるのに対して、この実施例のアンテナ装置 200では、同じ大きさで 2〜3dB程度高い利得を得ること力 Sでさる。

また、図 22の曲面 Sfbから明らかなように、リアクタンス回路 5のリアクタンスィ直を概ね j l . 0 Ω付近の値に設定すると、 10dB以上の F/B比を得ることができる。しカゝも、リアクタンス回路 5のリアクタンス値と素子間隔 Dとを最適値に設定することで、 20dB 以上の F/Bi:匕を得ること力 Sできる。

[0059] 以上のように、この実施例のアンテナ装置 200によれば、小型でありながら、正面方向への高い利得と大きな F/B比を得ることができる。

また、素子として、パッチアンテナ素子 1A, 1Bを用いるため、同軸線路等の不平衡回路との整合が容易であり、信号を給電部 100からアンテナ装置 200に効率よく給電すること力 Sでさる。

さらに、パッチアンテナ素子 1A, 1Bのうちのパッチアンテナ素子 1Bを無給電の非励振素子としたので、パッチアンテナ素子 1A, 1Bの双方を励振素子とするアンテナに比べると、信号の分配回路等を必要としない分、構造が簡単となり、アンテナ装置 200自体のコストを低廉化することができる。

その他の構成、作用及び効果は、上記第 1及び第 2実施例と同様であるので、その記載は省略する。

実施例 4

[0060] 図 23は、この発明の第 4実施例に係るアンテナ装置の構成を示す概略図であり、図 24は、各サブアレイユニットの構成を示す斜視図であり、図 25は、第 1パッチアンテナ素子の概略断面図である。

[0061] 図 23に示すように、この実施例のアンテナ装置 201は、 n数 (nは 2以上の整数）のサブアレイユニット 210— ;!〜 210— nと、給電部 100からの電力に所定の位相差を設けてサブアレイユニット 210—；!〜 210— nに出力するための分配器 6とを備えてい

[0062] 各サブアレイユニット 210— 1 (210— 2〜210— n)は、図 24に示すように、前位の給電素子である第 1パッチアンテナ素子 1Aと後位の無給電素子である第 2パッチァンテナ素子 1Bとで構成されている。すなわち、この実施例では、上記第 3実施例で用いられた 1対のパッチアンテナ素子 1A, 1Bを、各サブアレイユニット 210— 1 (210 — 2〜210— n)を構成する第 1パッチアンテナ素子 1A及び第 2パッチアンテナ素子 1Bとした。

[0063] 第 1パッチアンテナ素子 1Aは、誘電体基体 2Aと第 1電極 3Aと第 2電極 4Aとで成り、第 1電極 3Aと第 2電極 4Aが、直方体状の誘電体基体 2Aの対向する前面 2Aaと後面 2Abにそれぞれ形成されて!/、る。

そして、図 23及び図 25に示すように、各第 1パッチアンテナ素子 1Aには、給電部 1 00から分配器 6を介して延出された同軸ケーブル 120が接続されている。

[0064] 無給電素子である第 2パッチアンテナ素子 1Bは、図 24に示すように、誘電体基体 2Bと第 1電極 3Bと第 2電極 4Bとで成り、第 1電極 3Bと第 2電極 4Bが直方体状の誘電体基体 2Bの対向する前面 2Baと後面 2Bbとにそれぞれ形成されている。

そして、リアクタンス回路 5が、第 2パッチアンテナ素子 1Bの側面 2Bd側に接続されている。これにより、第 2パッチアンテナ素子 1B全体のリアクタンス値をリアクタンス回路 5によって調整することができるようになつている。

図 26は、第 2パッチアンテナ素子 1Bの側面図である。

リアクタンス回路 5としては、多種の回路を適用することができる。例えば、単品のィンダクタや単品のコンデンサ、インダクタとコンデンサとの直列共振回路や並列共振回路、又はこれらの共振回路にインダクタやコンデンサを直列に接続した回路、さらに、コンデンサの代わりにバラクダ等の容量可変素子を使用した回路等を適用すること力 Sできる。

この実施例では、リアクタンス回路 5として、インダクタを適用した。

具体的には、図 26に示すように、第 2パッチアンテナ素子 1Bの第 1及び第 2電極 3 B, 4Bの延出部 51 , 52を誘電体基体 2Bの側面 2Bdに形成して、インダクタ部品 5の両端を延出部 51 , 52に接続した。なお、インダクタは、チップ部品状のインダクタ部品 5だけでなぐ電極で形成することもできる。例えば、図 27に示すように、ミアンダ状で且つ適切な長さの電極^ を、誘電体基体 2Bの側面 2Bdにパターン形成し、この電極の両端を第 1及び第 2電極 3B, 4Bに接続しても良い。これにより、部品点数の削減を図ることができる。

[0065] このような同形の第 1及び第 2パッチアンテナ素子 1A, 1Bにおいては、図 23及び図 24に示すように、第 1パッチアンテナ素子 1Aが第 2パッチアンテナ素子 1Bの前方に位置するように配列されている。具体的には、第 1及び第 2パッチアンテナ素子 1A , 1Bが平行に間隔 Dで配列され、前位の第 1パッチアンテナ素子 1Aの第 2電極 4A が後位の第 2パッチアンテナ素子 1Bの第 1電極 3Bに対向している。

[0066] 図 28は、各サブアレイユニット 210— 1 (210— 2〜210— n)の電波放射を説明するための概略側面図である。

図 23に示すように、所定周波数の電力 Wl (W2〜Wn)を給電部 100から分配器 6 及び同軸ケーブル 120を介して各サブアレイユニット 210— 1 (210— 2〜210— n) の第 1パッチアンテナ素子 1Aに給電すると、図 28の実線で示すように、所定周波数の電波 V2が、第 1パッチアンテナ素子 1Aの第 1電極 3Aから前方と後方とに放射される。

そして、第 1パッチアンテナ素子 1Aの第 2電極 4A側から放射された電波 V2が、第 2パッチアンテナ素子 IBと電磁結合して、第 2パッチアンテナ素子 1Bが当該所定の周波数で共振する。これにより、破線で示すように、第 2パッチアンテナ素子 1Bが、電波 V3を第 1及び第 2電極 3B, 4Bから第 2パッチアンテナ素子 1Bの前方向及び後方向に放射する。このとき、リアクタンス回路 5によって、電波 V3の位相や振幅を適宜調整することで、第 2パッチアンテナ素子 1Bの後方に向力、う電波 V3と第 1パッチアンテナ素子 1Aからの電波 V2とを干渉させて、抑圧することができる。そして、第 2パッチアンテナ素子 1Bの前方に向力、う電波 V3と第 1パッチアンテナ素子 1Aの前方に放射される電波 V2とを重畳させることで、強め合わせることができる。

すなわち、各サブアレイユニット 210— 1 (210— 2〜210— n)を用いることで、二点鎖線で示すように、電波 V2, V3が合成された高利得の電波 Ul (U2〜Un)を各サブアレイユニット 210— 1 (210— 2〜210— n)の前方（図 28の左方向）に放射させること力 Sでさる。

[0067] n数のサブアレイユニット 210—；!〜 210— nは、図 23に示すように、間隔 D1で 1列に配列されており、前段のサブアレイユニット 210— m (l≤m<n)の第 2パッチアンテナ素子 1Bの第 2電極 4B力後段のサブアレイユニット 210— (m+ 1)の第 1パッチアンテナ素子 1Aの第 1電極 3Aに対向するように配されている。すなわち、全てのサブアレイユニット 210—；!〜 210— nの電波放射方向が前方（図 23の左方）を向くように設定されている。

そして、前段と後段のサブアレイユニット 210— m, 210— (m+ 1)の間隔 D1が、使用周波数における自由空間波長のほぼ 2分の 1に設定されている。具体的には、間隔 D1は、給電部 100から供給される電力 W0の周波数における波長の 2分の 1に設定されている。

[0068] 分配器 6は、周知の分配器であり、給電部 100から給電された電力 W0に所定の位相差を持たせ、位相がずれた電力 Wl〜Wnをサブアレイユニット 210- l— 210 -n にそれぞれ分配する機器である。

具体的には、分配器 6は、前段と後段のサブアレイユニット 210— m, 210- (m+ 1)に供給する電力 Wm, Wm+ 1の位相差が 180° になるように機能する。し力、も、分配器 6は、後段のサブアレイユニット 210— (m+ 1)に供給される電力 Wm+ 1を、前段のサブアレイユニット 210— mに供給される電力 Wmよりも位相差 180° だけ先に進ませるように機能する。

したがって、後段のサブアレイユニット 210— (m+ 1)力も放射される電波の位相は、前段のサブアレイユニット 210— mから放射される電波の位相よりも 180° だけ先に進むこととなる。

[0069] 次に、この実施例のアンテナ装置が示す作用及び効果について説明する。

図 29は、アンテナ装置が示す作用及び効果を説明するための概略図である。図 29に示すように、電力 W0が給電部 100から出力されると、分配器 6によって、 18 0° の位相差を持った電力 W；!〜 Wnが形成され、これら電力 W；!〜 Wnがサブアレイユニット 210—；!〜 210— nの第 1パッチアンテナ素子 1Aにそれぞれ供給される。これにより、二点鎖線で示す電波 Unが最後段のサブアレイユニット 210— nから放射され、電波 Un— 1が、電波 Unより 180° だけ位相が遅れた状態で、前段のサブァレイユニット 210— (n— 1)力、ら放射される。そして、一点鎖線で示す電波 U2が、電波 Unより 180° X (n— 2)だけ位相が遅れた状態で、サブアレイユニット 210— 2から放射され、最後に、実線で示す電波 U1が、電波 Unより 180° X (n— 1)だけ位相が遅れた状態で、サブアレイユニット 210— 1から放射されることとなる。

このとき、隣り合うサブアレイユニット 210— m, 210—(m+ l)の間隔 D1が、サブァレイユニット 210— 1 (210— 2〜210— n)から放射される電波 Ul (U2〜Un)の波長の 2分の 1に設定されているので、サブアレイユニット 210— 1の前方に放射された全ての電波 U；!〜 Unがー致することとなる。この結果、電波 Ul〜Unが重畳して、アンテナ装置 201から放射される電波の利得がサブアレイユニット数 nに対応して高くな

[0070] 発明者は、かかる効果を確認すベぐ次のようなシミュレーションを行った。

図 30は、パッチアンテナ素子の素子数と利得との相関図である。

このシミュレーションでは、誘電体基体 2A, 2Bの比誘電率が 6. 4で、幅 W,長さし及び厚さ T (図 24参照）が 15mm, 80mm及び 15mmのパッチアンテナ素子を構成し、周波数 920MHzの電力をパッチアンテナ素子に給電した。そして、パッチアンテナ素子の素子数を変化させて、各素子数での利得を解析したところ、図 30に示す結果を得た。

なお、このシミュレーションにおいて、素子数「1」の場合の利得は、無給電素子である第 2パッチアンテナ素子 1Bを伴わない第 1パッチアンテナ素子 1Aのみをシミュレーシヨンしたときの利得を示し、素子数「2」は、各サブアレイユニットを構成する第 1及び第 2パッチアンテナ素子 1A, 1Bをシミュレーションしたときの利得を示し、素子数「 4」は、第 1及び第 2パッチアンテナ素子 1A, 1Bで構成される 2つのサブアレイュニットを 1列に配列して、シミュレーションしたときの利得を示し、素子数「8」は、 4つのサブアレイユニットを 1列に配列して、シミュレーションしたときの利得を示す。

図 30から明らかなように、ノツチアンテナ素子の素子数が 2倍になると、利得も概ね 3dBiだけ高くなる。

したがって、この実施例のアンテナ装置 201のように、 n数のサブアレイユニット 210 一；!〜 210— nを用いることで、その利得をサブアレイユニットの数 nに対応させて増カロさせること力 Sでさることを確言忍した。

[0071] 以上のように、この実施例のアンテナ装置 201によれば、電波の利得を、サブァレィユニットの数やパッチアンテナ素子の数に対応させて増加させることができるので、高利得の電波を放射するアンテナ装置を実現することができる。

さらに、第 1及び第 2パッチアンテナ素子 1A, 1Bを電波の放射方向に沿って一列に配列した構成であるので、面方向への広がりを抑えた小型のアンテナ装置 201を実現すること力 Sできる。この結果、アンテナ実装面積が狭い電子機器に対しても、この実施例のアンテナ装置 201を容易に実装することができる。

また、パッチアンテナ素子 1A, 1Bを構成要素としているため、同軸線路等の不平衡回路との整合が容易であり、給電部 100からアンテナ装置 201に効率よく給電すること力 Sでさる。

その他の構成、作用及び効果は、上記第 1実施例から第 3実施例と同様であるので、その記載は省略する。

実施例 5

[0072] 図 31は、この発明の第 5実施例に係るアンテナ装置を示す概略斜視図であり、図 3 2は、各パッチアンテナ素子の概略断面図である。 [0073] 図 31に示すように、この実施例のアンテナ装置 202は、平行に所定間隔 Dで配列

パッチアンテナ素子 1Α(1Α' )は、上記第 1実施例のパッチアンテナ装置 1であり、電極 3Α, 4A(3A' , 4A' )を直方体状の誘電体基体 2Α(2Α' )の対向する正面 2Aa (2Aa' )と背面 2Ab (2Ab' )とにそれぞれ設けて形成した給電素子である。

[0074] アンテナ装置 202は、図 31に示すように、パッチアンテナ素子 1Aの背面 2Abの電極 4Aとパッチアンテナ素子 1A' の正面 2Aa' の電極 3A' とが向き合うように、パッチアンテナ素子 1A, 1A' を平行に間隔 Dで配列し、パッチアンテナ素子 1A, 1A の同軸ケーブル 120, 120' を分配器 6を介して給電部 100に接続した構成になつている。

[0075] 各パッチアンテナ素子 1Α(1Α' )には、図 32に示すように、分配器 6から引き出された同軸ケーブル 120 (120' )が接続されている。

[0076] このようなパッチアンテナ素子 1A, 1A' は、図 31に示すように、同形であり、また、各電極 3Α, 3A' (4Α, 4A' )の幅 Wが長さ Lよりも短く設定されている。つまり、パツチアンテナ素子 1A, 1A' を共に細長い四角柱状に形成することで、一般的な正方形の素子と比べ、幅方向につ!/、て小型化を図って!/、る。

[0077] 分配器 6は、給電部 100からの所定周波数の電力 W0を電力 Wl , W2に分配して、パッチアンテナ素子 1A, 1A' に給電させる機器である。

この分配器 6は、分配の際、電力 W1の位相と電力 W2の位相とに差を設けて出力する機能を有する。この実施例では、電力 Wl , W2の位相差を 60度以上 120以下に設定した。なお、位相差を設けて出力する機能がない分配器の場合には、各素子への同軸ケーブル 120及び 120' の長さを変えることで上記位相差を設けるようすることあでさる。

また、分配器 6としては、電力 W1と電力 W2との分配比を等分配にするものの他に、不等分配にするものをも選択することができる力この実施例では、パッチアンテナ素子 1A, 1A の内の一方からの放射電波の振幅が、他方からの放射電波の振幅よりも 2dB以上 6dB以下の値だけ高くなるように電力 W1と電力 W2との分配比を設定した分配器 6を選択した。このような分配器 6は、周知の回路であり、例えば、 90度ハイブリット力ブラ， T分岐回路及び遅延線路等において、出力側の分配比を適切に設定した回路が適用され

[0078] 次に、この実施例のアンテナ装置 202が示す作用及び効果について説明する。

図 33は、この実施例のアンテナ装置 202が示す作用及び効果を説明するための概略側面図である。

図 33に示すように、所定周波数の電力 W0を給電部 100から給電すると、分配器 6 で分配された電力 W1 ,電力 W2が同軸ケーブル 120, 120' を通じてパッチアンテナ素子 1A, 1A に給電される。

これにより、パッチアンテナ素子 1A, 1A' が共に励振し、実線で示すように、所定周波数の電波 V2が、パッチアンテナ素子 1Aの電極 3A, 4Aからパッチアンテナ素子 1Aの正面側と背面側とに放射されると共に、破線で示すように、所定周波数の電波 V3が、パッチアンテナ素子 1A' の電極 3A' , 4A' 力、らパッチアンテナ素子 1A ' の正面側と背面側とに放射される。

このとき、電波 V2, V3間の位相差を適宜設定することで、アンテナ装置 202の希望する放射方向の利得や F/B比を高めることができる。また、電波 V2, V3の振幅比を適宜設定することで、放射方向の利得をさらに高めることができる。

[0079] 例えば、アンテナ装置 202の放射方向をパッチアンテナ素子 1Aの正面方向（図 33 の左方向）にした場合には、パッチアンテナ素子 1Aに給電される電力 W1の位相をパッチアンテナ素子 1A' に給電される電力 W2の位相よりも、 60度〜 120度だけ遅れるような分配器 6を選択する。

これにより、パッチアンテナ素子 1Aの正面側に向力、う電波 V2がパッチアンテナ素子 1A' 力もの電波 V3によって増幅され、アンテナ装置 202の正面方向の利得が高くなる。また、パッチアンテナ素子 1A' の背面側に向力、う電波 V3は、パッチアンテナ素子 1Aの背面側の電波 V2と干渉して、抑圧され、アンテナ装置 202の F/B比が大きくなる。

また、力、かる位相差において、アンテナ装置 202の正面方向の利得をさらに高くする場合には、パッチアンテナ素子 1Aの電波 V2の振幅が、パッチアンテナ素子 1A' 力の電波 V3の振幅よりも高くなるような分配比を有した分配器 6を選択する。

[0080] 逆に、アンテナ装置 202の放射方向をパッチアンテナ素子 1A' の背面方向（図 3 3の右方向）にした場合には、パッチアンテナ素子に給電される電力 W2の位相をパッチアンテナ素子 1Aに給電される電力 W1の位相よりも、 60度〜 120度だけ遅れるような分配器 6を選択する。これにより、パッチアンテナ素子の背面側に向力、う電波 V3がパッチアンテナ素子 1Aからの電波 V2によって増幅され、アンテナ装置 202の背面方向の利得が高くなる。また、パッチアンテナ素子 1Aの正面側に向力、う電波 V2は、パッチアンテナ素子の正面側の電波 V3と干渉して、抑圧され、アンテナ装置 202の F/B比が大きくなる。

また、力、かる位相差において、アンテナ装置 202の背面方向の利得をさらに高くする場合には、パッチアンテナ素子 1A' の電波 V3の振幅が、パッチアンテナ素子 1A 力の電波 V2の振幅よりも高くなるような分配比を有した分配器 6を選択する。

なお、この実施例では、上記分配比や位相差を有した分配器 6を選択して使用した力これら分配比、位相差を可変可能な分配器を用いれば、分配器 6を交換することなぐ利得や F/B比を向上させることができるだけでなぐアンテナ装置 202の指向性を任意に変化させることができる。

[0081] 発明者は、上記のような作用及び効果を奏するために最適な位相差と振幅比とを確認すベぐつぎのようなシミュレーションを行った。

図 34は、位相差及び振幅比と利得との相関図であり、図 35は、位相差及び振幅比と F/B比との相関図である。

このシミュレーションでは、誘電体基体 2A, 2A' の比誘電率が 6. 4で、幅 W、長さ L及び厚さ Tが 15mm、 80mm及び 15mmのパッチアンテナ素子 1A, lA^f を構成して、 60mmの素子間隔 Dで配列し、周波数 900MHzの電力を給電部 100力もパッチアンテナ素子 1A, 1A' に給電した。そして、パッチアンテナ素子 1A' の電力 W2 に対するパッチアンテナ素子 1Aの電力 W1の位相差を変化させながら、各振幅比における利得と F/B比とを解析した。

その結果を図 34及び図 35の曲面 Sg、 Sfbで示す。

ここで、位相差については、曲面 Sg, Sfbで示すように、約 60度〜 120度の範囲内に位相差を設定すると、 6dB以上の利得及び F/B比とを得ることができる。通常、この実施例のアンテナ装置 202におけるパッチアンテナ素子とほぼ同じサイズの単体のパッチアンテナ素子を用いた場合には、利得で 3〜4dB程度であるのに対して、この実施例のアンテナ装置 202では、同じサイズで 2db程度高い利得を得ることができまた、図 34の曲面 Sgに示すように、上記位相差の範囲内では、パッチアンテナ素子 1A, lA^f 力もの電波の振幅に差がない場合でも（図 34及び図 35の「振幅比 OdB 」）、 5db以上の高い利得を得ることができる。し力、し、図 35の曲面 Sfbで示すように、パッチアンテナ素子 1 Aの電波の振幅をパッチアンテナ素子 1A' の電波の振幅よりも 2dB〜6dBだけ高く設定することで、アンテナ装置 202の正面方向の利得を高くすること力 Sでさるだ'けでなく、 F/Bi:匕あ極めて大さくすること力 Sでさる。

[0082] 以上のように、この実施例のアンテナ装置 202によれば、小型でありながら、正面方向への高い利得と大きな F/B比を得ることができる。

また、素子として、パッチアンテナ素子 1A, 1A を用いるため、同軸線路等の不平衡回路との整合が容易であり、電力を給電部 100からアンテナ装置 202に効率よく給電すること力でさる。

その他の構成、作用及び効果は、上記第 1実施例から第 5実施例と同様であるので、その記載は省略する。

実施例 6

[0083] 次に、この発明の第 6実施例について説明する。

図 36は、この発明の第 6実施例に係るアンテナ装置の構成を示す概略図であり、図 37は、アンテナ装置の構成を示す斜視図である。

図 36に示すように、この実施例のアンテナ装置 203は、 n数 (nは 2以上の整数）のノツチアンテナ素子 1A—；!〜 1A— nと、給電部 100からの電力に所定の位相差を設けてパッチアンテナ素子 1A—;!〜 1Α—ηに出力するための分配器 6とを備えてい

[0084] 各パッチアンテナ素子 1A— 1 (1A— 2〜1A— n)は、給電素子であり、図 37に示すように、上記第 4実施例で適用された第 1パッチアンテナ素子 1Aと同構造を成す。すなわち、各パッチアンテナ素子 1A— 1 (1A— 2〜； 1A— n)は、誘電体基体 2Aと第 1電極 3Aと第 2電極 4Aとで成り、給電部 100から分配器 6を介して延出された同軸ケーブル 120に接続されている。第 1電極 3Aと第 2電極 4Aは、直方体状の誘電体基体 2Aの対向する前面 2Aaと後面 2Abにそれぞれ形成されている。

[0085] n数のパッチアンテナ素子 1A—;!〜 1Α—ηは、図 36及び図 37に示すように、間隔 Dで 1列に配列され、後段のパッチアンテナ素子 1A—（111+ 1)カ、前段のパッチアンテナ素子 1A— m (l≤m<n)の背後に位置する。

すなわち、前段のパッチアンテナ素子 1A— m (l≤m<n)の第 2電極 4Aと、後段のパッチアンテナ素子 1A—（m+ 1)の第 1電極 3Aとが対向するように配列され、全てのパッチアンテナ素子 1A—;!〜 1A— nの電波放射方向が前方（図 36の左方）を向くように設定されている。

そして、前段と後段のパッチアンテナ素子 lA—m, 1A- (m+ 1)の間隔 Dが、使用周波数における自由空間波長のほぼ 4分の 1に設定されている。

[0086] 分配器 6は、周知の分配器であるが、この分配器 6では、前段と後段のパッチアンテナ素子 1A— m, 1A—（m+ 1)に供給する電力 Wm, Wm+ 1の位相差が 90° になるように機能する。しかも、分配器 6は、後段のパッチアンテナ素子 1A— (m+ 1) に供給される電力 Wm+ 1を、前段のパッチアンテナ素子 1A— mに供給される電力 Wmよりも位相差 90° だけ先に進ませるように機能する。

したがって、後段のパッチアンテナ素子 1A—（m+ 1)から放射される電波の位相は、前段のパッチアンテナ素子 1A— mから放射される電波の位相よりも 90° だけ先に進むこととなる。

[0087] 次に、この実施例のアンテナ装置が示す作用及び効果について説明する。

図 38は、アンテナ装置が示す作用及び効果を説明するための概略図である。図 38に示すように、電力 W0が給電部 100から出力されると、分配器 6によって、 90

° の位相差を持った電力 W；!〜 Wnが形成され、これら電力 W；!〜 Wnがパッチアンテナ素子 1A—;!〜 1Α— ηにそれぞれ供給される。

これにより、二点鎖線で示す電波 Un' が最後段のパッチアンテナ素子 1Α—ηから放射され、電波 Un—;^ 力電波 Un' 力 90° だけ位相が遅れた状態で、前段のノツチアンテナ素子 1 A— (n—1)から放射される。そして、一点鎖線で示す電波 U2 ' 力 S、電波 Un' 力、ら 90° X (n— 2)だけ位相が遅れた状態で、パッチアンテナ素子 1A— 2から放射され、最後に、実線で示す電波 U1' 力電波 Un' 力も 90° X (n 1)だけ位相が遅れた状態で、パッチアンテナ素子 1A— 1から放射されることとなる

〇

このとき、隣り合うパッチアンテナ素子 lA—m, 1A— (m+ 1)の間隔 Dが、パッチァンテナ素子 1A—;!〜 1A— nから放射される電波 Ul' 〜Un' の波長の 4分の 1に設定されているので、パッチアンテナ素子 1A— 1の前方に放射された電波 U1' 〜 Un' が全て一致することとなる。この結果、アンテナ装置 203から放射される電波の利得がパッチアンテナ素子数 nに対応して高くなる。

[0088] 発明者は、かかる効果を確認すベぐ次のようなシミュレーションを行った。

図 39は、素子数と利得との相関図である。

このシミュレーションにおいても、上記第 4実施例のシミュレーションと同様に、誘電体基体 2Aの比誘電率が 6. 4で、幅，長さ及び厚さが 15mm, 80mm及び 15mmのノツチアンテナ素子を構成し、周波数 920MHzの電力をパッチアンテナ素子に給電した。そして、パッチアンテナ素子の素子数を変化させて、各素子数での利得を解析したところ、図 39に示す結果を得た。

図 39に示す結果から明らかなように、この実施例のアンテナ装置 203においても、 n数のパッチアンテナ素子 1A—;!〜 1Α—ηを用いることで、パッチアンテナ素子の数 nに対応した利得の増加が確認された。

その他の構成、作用及び効果は、上記第 4実施例と同様であるので、その記載は省略する。

実施例 7

[0089] 図 40は、この発明の第 7実施例に係るアンテナ装置を示す概略斜視図であり、図 4 1は、各パッチアンテナ素子と切換スィッチ 6と給電部 100との接続状態を示す概略断面図である。

図 40に示すように、この実施例のアンテナ装置 204は、平行に所定間隔 Dで配列された 1対のパッチアンテナ素子 1A, 1A と切換スィッチ 6とを具備する。具体的には、アンテナ装置 204は、パッチアンテナ素子 1Aの背面 2Abの電極 4A とパッチアンテナ素子 1A' の背面 2Ab' の電極 4A' とが向き合うように、パッチァンテナ素子 1A, 1A を平行に間隔 Dで配列し、パッチアンテナ素子 1A, 1A' の同軸ケーブル 120, 120' を切換スィッチ 6を介して給電部 100に接続した構成になつている。

[0090] これらのパッチアンテナ素子 1A, 1A' は、図 40に示すように、同形であり、また、各電極 3A, 3A' (4A, 4A' )の幅 Wが長さ Lよりも短く設定されている。つまり、パツチアンテナ素子 1A, 1A を共に細長い四角柱状に形成することで、一般的な正方形の素子と比べ、幅方向につ!/、て小型化を図って!/、る。

[0091] 図 40に示すように、このようなパッチアンテナ素子 1A, 1A' 力もは、同軸ケーブル 120, 120' がそれぞれ引き出され、これら同軸ケーブル 120, 120' 力 S切換スイツチ 6を通じて給電部 100に接続されている。

[0092] 一方、切換スィッチ 6は、図 41に示すように、可動接点 61と 1対の固定接点 62, 63 とを有している。そして、可動接点 61が給電部 100から引き出された同軸ケーブル 1 10の内部導体 111に接続され、固定接点 62, 63が同軸ケーブル 120, 120' の内部導体 121 , 121' に接続されている。

これにより、切換スィッチ 6の可動接点 61を実線で示すように、固定接点 62に接触させると、パッチアンテナ素子 1Aが給電素子となり、パッチアンテナ素子 1A' が無給電素子となる。逆に、可動接点 61を破線で示すように、固定接点 63に接触させると、パッチアンテナ素子 1Aが無給電素子となり、パッチアンテナ素子 1A' が給電素子となる。

[0093] 次に、この実施例のアンテナ装置 204が示す作用及び効果について説明する。

図 42は、この実施例のアンテナ装置 204が示す作用及び効果を説明するための概略側面図であり、図 43は、左側のパッチアンテナ素子 1Aを給電素子とした場合の指向性を示す概略側面図であり、図 44は、右側のパッチアンテナ素子を給電素子とした場合の指向性を示す概略側面図である。

図 42の実線で示すように、切換スィッチ 6の可動接点 61を固定接点 62に接触させた状態で、所定周波数の信号を給電部 100から給電すると、この信号が切換スイツチ 6を介してパッチアンテナ素子 1Aに給電される。

これにより、パッチアンテナ素子 1Aが給電素子として機能して、励振する。この結果、実線で示す電波 V2が、パッチアンテナ素子 1 Aの電極 3A, 4Aからパッチアンテナ素子 1Aの正面側と背面側とに放射される。

一方、パッチアンテナ素子は、かかる状態において、無給電素子として機能し、パッチアンテナ素子 1 Aからの電波 V2に共振する。この結果、破線で示す電波 V 3が、パッチアンテナ素子 1A' の電極 3A' , 4A' からパッチアンテナ素子 1A' の正面側と背面側とに放射される。

このとき、パッチアンテナ素子 1A' 力も引き出されている同軸ケーブル 120' の長さを調整し、同軸ケーブル 120' を含むパッチアンテナ素子 1A' の付加リアクタンス値を設定しておくと、ノツチアンテナ素子 1Aとパッチアンテナ素子 1A' が正面方向（図 42の左方向）で同相となるように共振して、アンテナ装置 204の正面方向の利得が高くなる。また、パッチアンテナ素子 1A' の背面側（図 42の右側）に向かう電波 V3は抑圧され、アンテナ装置 204の F/B比が大きくなる。

すなわち、パッチアンテナ素子 1A' が反射器として機能し、アンテナ装置 204の左方向の電波の利得や F/B比を高める。この結果、図 43に示すように、アンテナ装置 204の指向性が左方向に偏る。

そして、切換スィッチ 6を切り換え、図 42の破線で示すように、切換スィッチ 6の可動接点 61を固定接点 63に接触させると、給電部 100からの信号が切換スィッチ 6を介してパッチアンテナ素子 1A' に給電され、パッチアンテナ素子 1A' が給電素子として機能して、励振する。

この結果、破線で示す電波 V3が、パッチアンテナ素子 1A' からその正面側と背面側とに放射される。そして、パッチアンテナ素子 1Aは、力、かる状態において、無給電素子として機能し、パッチアンテナ素子 1A' からの電波 V3で共振し、実線で示す電波 V2が、パッチアンテナ素子 1Aの電極 3A, 4Aから正面側と背面側とに放射される。

このとき、上記と同様に、パッチアンテナ素子 1Aから引き出されている同軸ケープノレ 120の長さを調整し、パッチアンテナ素子 1Aの付加リアクタンスを調整しておくと、ノツチアンテナ素子 1 Aとパッチアンテナ素子 1A' が背面方向で同相となるように共振して、アンテナ装置 204の背面方向の利得が高くなる。また、パッチアンテナ素子

1Aの正面側に向力、う電波 V2は抑圧される。

すなわち、切換スィッチ 6を切り換えると、パッチアンテナ素子 1Aが反射器として機能し、アンテナ装置 204の右方向の電波の利得や F/B比を高める。この結果、図 4

4に示すように、アンテナ装置 204の指向性が右方向に変わる。

[0095] 以上のように、この実施例のアンテナ装置 204によれば、小型でありながら、正面方向もしくは背面方向に高い利得と大きな F/Bを得ることができると共にその指向性を容易に切り換えることができる。

また、素子として、パッチアンテナ素子 1A, 1A を用いるため、同軸線路等の不平衡回路との整合が容易であり、信号を給電部 100からアンテナ装置 204に効率よく給電すること力でさる。

[0096] なお、この実施例のアンテナ装置 204では、パッチアンテナ素子 1Α(1Α' )の電極 3Α (3Α' )をアンテナ電極とし、電極 4Α(4Α' )をグランド電極として捉え、電極

3A C3A )を放射方向である正面側に向け、電極 4Α(4Α' )を背面側に向けた配列にした。

しかし、この実施例のように、小型で且つ電極 3Α, 4A(3A' , 4A' )がほぼ同サィズの場合には、どちらがグラウンド電極で、どちらがアンテナ電極なのか、明確な区別がつきにくい。そして、どちらをグラウンド電極及びアンテナ電極としても、アンテナ特性が大きく相違することはな!/、。

したがって、図 45に示すようなパッチアンテナ素子 1A, 1A の配列を有したアンテナ装置であっても、上記実施例のアンテナ装置 204と同様の作用及び効果を奏する。すなわち、図 45 (a)に示すように、パッチアンテナ素子を実施例とは逆向きにしたり、同図（b)に示すように、パッチアンテナ素子 1Aを実施例とは逆向きにしても、実施例のアンテナ装置 204と同様の特性を発揮する。

その他の構成、作用及び効果は、上記第 1実施例から第 6実施例と同様であるので、その記載は省略する。

実施例 8 [0097] 次に、この発明の第 8実施例について説明する。

図 46は、この発明の第 8実施例に係るアンテナ装置を示す概略斜視図であり、図 4 7は、無給電素子であるパッチアンテナ素子を示す概略断面図である。

図 46に示すように、この実施例のアンテナ装置 205は、 3つのパッチアンテナ素子 1B- 1 , 1A, 1B— 2を備えている。

これら、パッチアンテナ素子 1B— 1 , 1A, 1B— 2は、隣り合うパッチアンテナ素子 1 A, 1B- K1B- 2, 1A)の電極 4A, 3B (4B, 3A)同士が向き合うように平行に所定間隔 Dで配列されている。

そして、中間のパッチアンテナ素子 1Aを給電部 100に接続された給電素子とし、両側のパッチアンテナ素子 1B— 1 , 1B— 2を可変リアクタンス回路 5を有した無給電素子とした。

[0098] パッチアンテナ素子 1Aは、同軸ケーブル 120で給電部 100に直接接続されている

[0099] 無給電素子であるパッチアンテナ素子 1B— 1 , 1B— 2には、可変リアクタンス回路 5がそれぞれ接続されて終端されて!/、る。

具体的には、図 47に示すように、各パッチアンテナ素子 1B— 1 (1B— 2)の電極 3B に至る孔 2Bg, 4Baを誘電体基体 2Bと電極 4Bとに開け、導線 140をこの孔 2Bg, 4B aに揷通させて、その一方端を電極 3Bに接続すると共に、他方端を可変リアクタンス回路 5の入力端に接続した。そして、可変リアクタンス回路 5の出力端を導線 141に接続させると共に、この導線 141を電極 4Bに接続した。

可変リアクタンス回路 5として、周知の可変リアクタンス回路の全てを採用することができる力この実施例では、可変リアクタンス回路 5を可変容量ダイオードを用いて形成した。具体的には、可変容量ダイオード 53とインダクタ 54とを直列に接続し、可変容量ダイオード 53の力ソード側を導線 140に接続すると共にインダクタ 54の一端を導線 141に接続した。

これにより、可変容量ダイオード 53の力ソード側に印加する直流電圧 Vccの大きさを変え、可変容量ダイオード 53の容量値を変化させることで、可変リアクタンス回路 5 全体のリアクタンス値を調整することができる。なお、この可変リアクタンス回路 5も周知の可変リアクタンス回路と同様に、リアクタンス値を誘導性の範囲から容量性の範囲まで変化させることができる。

[0100] 次に、この実施例のアンテナ装置 205が示す作用及び効果について説明する。

図 48は、この実施例のアンテナ装置 205が示す作用及び効果を説明するための概略側面図であり、図 49は、アンテナ装置 205の指向性を示す概略側面図である。図 48に示すように、所定周波数の信号を給電部 100から同軸ケーブル 120を介してパッチアンテナ素子 1Aに給電し、パッチアンテナ素子 IB— 1の可変リアクタンス回路 5を誘導性のリアクタンス値に調整すると共に、パッチアンテナ素子 1B— 2の可変リアクタンス回路 5を容量性のリアクタンス値に調整する。

すると、ノツチアンテナ素子 1B—1が反射器として機能し、パッチアンテナ素子 1A の背面側（図 48の右方向）に向力、う電波 V2が抑圧され、パッチアンテナ素子 1Aの正面側（図 48の左方向）に向力、う電波 V2が増大する。

これにより、アンテナ装置 205の正面方向の電波の利得が高まり、 F/B比が大きくなり、図 49の実線で示すような指向性を示す。

逆に、パッチアンテナ素子 1B— 1の可変リアクタンス回路 5を容量性のリアクタンス値に調整すると共に、パッチアンテナ素子 1B— 2の可変リアクタンス回路 5を誘導性のリアクタンス値に調整すると、パッチアンテナ素子 1B— 2が反射器として機能し、ァンテナ装置 205は、図 49の破線で示すような指向性を示すこととなる。

[0101] 以上のように、この実施例のアンテナ装置 205によれば、小型でありながら、正面方向への高い利得と大きな F/B比を得ることができるだけでなぐパッチアンテナ素子 1B- 1 , IB— 2の可変リアクタンス回路 5によってアンテナ装置 205の指向性を容易に変えることができる。

その他の構成、作用及び効果は、上記第 1実施例から第 7実施例と同様であるので、その記載は省略する。

実施例 9

[0102] 次に、この発明の第 9実施例について説明する。

図 50は、この発明の第 9実施例に係るアンテナ装置の要部を示す断面図である。上記第 8実施例では、パッチアンテナ素子 IB— 1 , IB— 2の可変リアクタンス回路を可変容量ダイオード 53とインダクタ 54とで構成し、そのリアクタンス値を連続的に変化させることができる可変リアクタンス回路 5を例示した。

これに対し、この実施例では、そのリアクタンス値を離散的に変化させることができる可変リアクタンス回路^ ' を適用した。

具体的には、図 50に示すように、可変リアクタンス回路 5' ' を、切換スィッチ 55とリアクタンス値が異なる複数の固定リアクタンス回路 56〜59とで構成した。

これにより、切換スィッチ 55を切り換えることで、固定リアクタンス回路 56〜59のいずれかとパッチアンテナ素子 IB— 1 (1B— 2)とを接続して、可変リアクタンス回路 5 ' ' のリアクタンス値を変化させることができる。

その他の構成、作用及び効果は、上記第 2実施例と同様であるので、その記載は省略する。

[0103] なお、この発明は、上記実施例に限定されるものではなぐ発明の要旨の範囲内にぉレ、て種々の変形や変更が可能である。

[0104] また、上記実施例では、図 1や図 11に示したように、誘電体基体 2の正面 2a全面に形成した電極 3に対して、電極 4の全長を等しいか又は長くした例を示した。しかし、図 51に示すように、長さ Lが誘電体基体 2の正面 2aの長さよりも短い第 1の電極 3を正面 2a上に形成して、第 2の電極 4の全長をこの第 1の電極 3よりも相対的に長くしたノツチアンテナ装置も、この発明の範囲に含まれることは勿論である。

また、上記第 2実施例では、電極 4を電極 3よりも長くして、その両端部 41 , 42を誘電体基体 2の両端面 2e, 2fに折り曲げて配置した例を示した。しかし、電極 3, 4の少なくとも一方の長さを誘電体基体 2の正面 2a,背面 2bの長さよりも長く設定し、その電極を両端面 2e, 2fに折り曲げて配置することもできる。したがって、電極 3を電極 4 よりも長くして、その両端部を折り曲げて誘電体基体 2の両端面 2e, 2fに配置した発明も、この発明の範囲に含まれる。

[0105] また、上記実施例では、図 1や図 14等に示したように、誘電体基体 2 (2A, 2B)を直方体に形成し、電極 3, 4をその正面 2a (2Aa, 2Ba) ,背面 2b (2Ab, 2Bb)全面に形成して、パッチアンテナ装置 (パッチアンテナ素子）全体を直方体形状にした例を示した。しかし、ノツチアンテナ装置 1 (パッチアンテナ素子）の幅 Wと長さ Lと厚さ T とが所定の条件を満たし、且つその断面形状がほぼ長方形の形状であれば、パッチアンテナ装置 1 (パッチアンテナ素子）の形状は任意である。したがって、例えば、図 52に示すように、両端面 2e, 2f (2Ae, 2Af、 2Be, 2Bf)が半円形に湾曲した形状のノツチアンテナ装置 (パッチアンテナ素子）や、図 53に示すように、誘電体基体 2 (2 A, 2B)の中央部に空間 2hを有したパッチアンテナ装置 (パッチアンテナ素子)も、この発明の範囲内に含まれる。

[0106] 上記実施例では、図 2,図 10,図 16,図 25,図 32及び図 41に示したように、給電素子としてのパッチアンテナ装置 1 (パッチアンテナ素子 1A)への給電構造として、給電部 100から引き出された同軸ケーブル 120の内部導体 121をパッチアンテナ素子 1 (1A)の誘電体基体 2 (2A)や電極 4 (4A)の孔 2g, 4a (2Ag, 4Aa)に揷通して電極 3 (3A)に接続すると共に、外部導体 122を電極 4 (4A)に接続する構造を採用したが、給電構造はこれに限定されるものではなレ、。

例えば、図 54に示すように、同軸ケーブル 120をパッチアンテナ装置 1 (パッチアンテナ素子 1A)の側面に接続することにより、誘電体基体 2 (2A)や電極 4 (4A)に孔を開けることなく、給電することができる。すなわち、電極 3, 4 (3A, 4A)の延出部 33, 43を誘電体基体 2 (2A)の側面 2d (2Ad)上に形成し、同軸ケーブル 120の内部導体 121を電極 3 (3A)の延出部 33に接続すると共に、外部導体 122を電極 4 (4A)の延出部 43に接続することで、給電部 100からパッチアンテナ装置 1 (パッチアンテナ素子 1A)に給電すること力 Sできる。

また、同軸ケーブル 120を用いずに電磁結合を用いて、給電部 100からパッチアンテナ装置 1 (パッチアンテナ素子 1A)に給電することもできる。

[0107] また、上記第 7実施例において説明したように、小型で且つ電極 3A, 4A(3B, 4B )がほぼ同サイズの場合には、どちらがグラウンド電極で、どちらがアンテナ電極なの力、、明確な区別がつきにくい。そして、どちらをグラウンド電極及びアンテナ電極としても、アンテナ特性が大きく相違することはない。

したがって、図 55に示すようなパッチアンテナ素子 1A, 1Bの配列を有したアンテナ装置であっても、上記実施例のアンテナ装置と同様の作用及び効果を奏する。すなわち、図 55 (a)に示すように、パッチアンテナ素子 1Aを通常とは逆向きにしたり、同図（b)に示すように、パッチアンテナ素子 IBを通常とは逆向きにし、また、同図（c) に示すように、パッチアンテナ素子 1A, 1Bの双方を通常と逆向きにしても、上記実施例のアンテナ装置と同様の特性を発揮する。そして、これらの配列を有したアンテナ装置もこの発明の範囲内に含まれる。

また、上記第 4実施例では、図 23に示したように、リアクタンス回路 5を各サブアレイユニット 210— 1 (210— 2〜210— n)の第 2パッチアンテナ素子 1Bに接続した例を示した。しかし、リアクタンス回路 5が第 2パッチアンテナ素子 1Bに接続されていないサブアレイユニット 210—；!〜 210— nで構成されるアンテナ装置を、この発明の範囲から除外する意ではない。

Claims

請求の範囲

[1] 正面と背面とが互いに対向し且つこれら正面及び背面に垂直な断面がほぼ長方形状をなす誘電体基体と、当該誘電体基体の正面に形成され且つ給電部に接続された第 1の電極と、当該誘電体基体の背面に形成された第 2の電極とを備えるパッチァンテナ装置であって、

上記第 1の電極の幅を、励振方向を向く当該第 1の電極の長さの 4分の 1以下に設定すると共に、上記第 2の電極の幅を、励振方向を向く当該第 2の電極の長さの 4分の 1以下に設定し、

上記誘電体基体の正面及び背面のそれぞれの幅を、上記第 1及び第 2の電極のそれぞれの幅に等しく設定すると共に、当該誘電体基体の厚さを当該幅の 1倍以上に

ΒΧ Ειしこ、

ことを特徴とするパッチアンテナ装置。

[2] 上記第 1又は第 2の電極の少なくとも一方の長さを、上記誘電体基体の正面又は背面の長さよりも長く設定し、その長さ方向の両端部を折り曲げて、当該誘電体基体の両端面に配設した、

ことを特徴とする請求項 1に記載のパッチアンテナ装置。

[3] 上記第 2の電極の長さを、上記第 1の電極の長さよりも長く設定した、

ことを特徴とする請求項 1又は請求項 2に記載のパッチアンテナ装置。

[4] 電極を誘電体基体の少なくとも対向する概略平行な二面にそれぞれ設けて形成した 1対のパッチアンテナ素子を、一方のパッチアンテナ素子の電極と他方のパッチァンテナ素子の電極とが向き合うように平行に所定間隔で配列し、

一方のパッチアンテナ素子に給電して給電素子とすると共に、他方のパッチアンテナ素子を無給電素子とした、

ことを特徴とするアンテナ装置。

[5] 請求項 1から請求項 3のいずれかに記載のパッチアンテナ装置を、上記パッチアンテナ素子として用いる、

ことを特徴とする請求項 4に記載のアンテナ装置。

[6] 上記無給電素子であるパッチアンテナ素子を、上記給電素子であるパッチアンテナ素子の放射方向に対して逆側の位置に配した、

ことを特徴とする請求項 4又は請求項 5に記載のアンテナ装置。

[7] 上記無給電素子であるパッチアンテナ素子にリアクタンス回路を接続して終端したことを特徴とする請求項 4から請求項 6のいずれかに記載のアンテナ装置。

[8] 上記 1対のパッチアンテナ素子の上記間隔を、使用周波数における自由空間波長の 0. 12倍以上 0. 30倍以下に設定した、

ことを特徴とする請求項 4から請求項 7のいずれかに記載のアンテナ装置。

[9] 請求項 4から請求項 8のいずれかに記載の 1対のパッチアンテナ素子をサブアレイユニットとして用い、後段のサブアレイユニットの給電素子が前段のサブアレイュニットの無給電素子の背後に位置するように、複数のサブアレイユニットを所定間隔で一列に配置するアンテナ装置であって、

上記一方のパッチアンテナ素子を第 1パッチアンテナ素子とすると共に、上記他方のパッチアンテナ素子を第 2パッチアンテナ素子とし、且つ各パッチアンテナ素子における一方の電極を第 1電極とすると共に、他方の電極を第 2電極とし、

前段のサブアレイユニットの第 2パッチアンテナ素子の第 2電極と後段のサブアレイユニットの第 1パッチアンテナ素子の第 1電極とが対向するように、上記複数のサブァレイユニットを所定間隔で 1列に配列した、

ことを特徴とするアンテナ装置。

[10] 前段のサブアレイュュットと後段のサブアレイュュットとの上記所定間隔を、使用周波数における自由空間波長のほぼ 2分の 1に設定し、

後段のサブアレイユニットの第 1パッチアンテナ素子に対する給電と、前段のサブァレイユニットの第 1パッチアンテナ素子に対する給電とに、ほぼ 180° の位相差を設けた、

ことを特徴とする請求項 9に記載のアンテナ装置。

[11] 上記各サブアレイユニットの第 2パッチアンテナ素子にリアクタンス回路を接続したことを特徴とする請求項 9又は請求項 10に記載のアンテナ装置。

[12] 電極を誘電体基体の少なくとも対向する概略平行な二面にそれぞれ設けて形成した 1対のパッチアンテナ素子を、一方のパッチアンテナ素子の電極と他方のパッチァンテナ素子の電極とが向き合うように平行に所定間隔で配列し、

これら 1対のパッチアンテナ素子に給電してそれぞれ給電素子とした、

ことを特徴とするアンテナ装置。

[13] 請求項 1から請求項 3のいずれかに記載のパッチアンテナ装置を、上記パッチアンテナ素子として用いる、

ことを特徴とする請求項 12に記載のアンテナ装置。

[14] 上記一方のパッチアンテナ素子に給電する信号と他方のパッチアンテナ素子に給電する信号との位相差を、 60度以上 120度以下に設定した、

ことを特徴とする請求項 12又は請求項 13に記載のアンテナ装置。

[15] 上記一方のパッチアンテナ素子からの放射電波の振幅を、他方のパッチアンテナ素子からの放射電波の振幅よりも 2dB以上 6dB以下の値だけ高くなるように設定したことを特徴とする請求項 12から請求項 14のいずれかに記載のアンテナ装置。

[16] 後段のパッチアンテナ素子が前段のパッチアンテナ素子の背後に位置するように、複数のパッチアンテナ素子を所定間隔で 1列に配列すると共に、各パッチアンテナ素子にそれぞれ給電するアンテナ装置であって、

上記各パッチアンテナ素子を、第 1及び第 2電極を誘電体基体の前面及び後面にそれぞれ設けて形成し、

前段のパッチアンテナ素子の第 2電極と後段のパッチアンテナ素子の第 1電極とが対向するように、複数の上記パッチアンテナ素子を所定間隔で 1列に配列した、ことを特徴とするアンテナ装置。

[17] 前段のパッチアンテナ素子と後段のパッチアンテナ素子との上記所定間隔を、使用周波数における自由空間波長のほぼ 4分の 1に設定し、

後段のパッチアンテナ素子に対する給電と、前段のパッチアンテナ素子に対する給電とに、ほぼ 90° の位相差を設けた、

ことを特徴とする請求項 16に記載のアンテナ装置。

[18] 請求項 1から請求項 3のいずれかに記載のパッチアンテナ装置を、上記パッチアンテナ素子として用いる、

ことを特徴とする請求項 16又は請求項 17に記載のアンテナ装置。

[19] 電極を誘電体基体の少なくとも対向する概略平行な二面にそれぞれ設けて形成した 1対のパッチアンテナ素子を、一方のパッチアンテナ素子の電極と他方のパッチァンテナ素子の電極とが向き合うように平行に所定間隔で配列し、

これら 1対のパッチアンテナ素子からそれぞれ引き出された 1対の給電線を切換スイッチを通じて給電部に接続した、

ことを特徴とするアンテナ装置。

[20] 電極を誘電体基体の少なくとも対向する概略平行な二面にそれぞれ設けて形成した 3つのパッチアンテナ素子を、隣り合うパッチアンテナ素子の電極同士が向き合うように平行に所定間隔で配列し、

中間のパッチアンテナ素子に給電して給電素子とすると共に、他のパッチアンテナ素子に可変リアクタンス回路を接続して無給電素子とした、

ことを特徴とするアンテナ装置。

[21] 請求項 1から請求項 3のいずれかに記載のパッチアンテナ装置を、上記パッチアンテナ素子として用いる、

ことを特徴とする請求項 19又は請求項 20に記載のアンテナ装置。

[22] 上記可変リアクタンス回路を、可変容量ダイオードを用いて形成した、

ことを特徴とする請求項 20又は請求項 21に記載のアンテナ装置。

[23] 上記可変リアクタンス回路は、リアクタンスィ直が異なる複数の固定リアクタンス回路をスィッチで切り換える構成である、