JP7231608B2 - パッチアンテナおよび車載用アンテナ装置 - Google Patents

Description

本発明は、パッチアンテナおよび車載用アンテナ装置に関する。

四角形や円形の小面積の放射素子を有する平面アンテナとしてパッチアンテナが知られている。パッチアンテナの用途は広く、特許文献１には、衛星波の円偏波信号と地上波の直線偏波信号とを受信可能で、しかも配設した高さを低く抑えることができるパッチアンテナが開示されている。

特開２００３－３４７８３８号公報

従来のパッチアンテナは、板状の放射素子と平行に板状の地板を配置した構成が一般的であり、放射素子の板面に対する法線方向（放射素子の中心から見た仰角９０度方向）の指向性が強い。そのため、放射素子の中心から見て高仰角の方向の利得は比較的高いが、低仰角の方向では利得が低くなる場合があった。

本発明が解決しようとする課題は、放射素子の中心から見て低仰角の方向の利得を向上させることができるパッチアンテナの技術を提供することである。

本発明の第１の態様は、板状の放射素子と、前記放射素子の板面に垂直な方向から前記放射素子を見た平面視において、前記放射素子から間隔をあけた位置に設けられた無給電素子と、を備えたパッチアンテナである。

第１の態様によれば、放射素子の板面に垂直な方向から放射素子を見た平面視において、放射素子から間隔をあけて無給電素子が設けられる。この無給電素子によって電波の放射特性を変化させることができるため、放射素子の中心から見て低仰角の方向の利得を向上させ得る技術が実現可能となる。

本発明の第２の態様は、前記無給電素子は、前記平面視において、長手方向が前記放射素子の中心と給電点とを結ぶ線分の方向に沿った方向に設けられた、第１の態様に係るパッチアンテナである。

また、本発明の第３の態様は、前記無給電素子は、長手方向の長さが、前記平面視における前記放射素子の最大長さの０．５２倍以上である、第１又は第２の態様に係るパッチアンテナである。

また、本発明の第４の態様は、前記無給電素子は、長手方向の長さが、前記平面視における前記放射素子の最大長さの０．８９倍以下である、第１～第３の何れかの態様に係るパッチアンテナである。

第２～第４の形態によれば、放射素子の中心から見て低仰角の方向の利得を向上させるのに好適な形態とすることができる。

本発明の第５の態様は、前記無給電素子は、前記放射素子が設けられた誘電体の面と同じ面に設けられた、第１～第４の何れかの態様に係るパッチアンテナである。

第５の態様によれば、放射素子が設けられた誘電体の面と同じ面に無給電素子を設けることで、第１～第４の何れかの態様に係る作用効果を発揮するパッチアンテナを容易に製造可能になる。

また、本発明の第６の態様は、前記間隔は、前記平面視における前記放射素子の最大長さの０．５１倍以下である、第１～第５の何れかの態様に係るパッチアンテナである。

また、本発明の第７の態様は、前記無給電素子の上面の高さＨｐと、前記放射素子の上面の高さＨｒとの差は、前記平面視における前記放射素子の最大長さαに対して、０≦Ｈｐ－Ｈｒ＜α×０．０５である、第１～第６の何れかの態様に係るパッチアンテナである。

第６又は第７の態様によれば、放射素子の中心から見て低仰角の方向の利得を向上させるのに好適な形態とすることができる。

本発明の第８の態様は、前記無給電素子は、前記放射素子を挟んだ両側に一対設けられている、第１～第７の何れかの態様に係るパッチアンテナである。

また、本発明の第９の態様は、前記一対の無給電素子は、第１の無給電素子と、長手方向の長さが前記第１の無給電素子よりも長い第２の無給電素子とを有する、第８の態様に係るパッチアンテナである。

第８の態様によれば、放射素子を挟んだ両側に、一対の無給電素子が設けられる。一対の無給電素子が設けられていることで、放射素子の最大放射方向が放射素子の板面に垂直な方向に沿った方向となる。そして、第９の態様によれば、一対の無給電素子は、第１の無給電素子と、長手方向の長さが第１の無給電素子よりも長い第２の無給電素子とを有する。この一対の無給電素子によって、電波の放射特性を変化させて、放射素子の最大放射方向を所望の方向に改変することが可能となる。

また、本発明の第１０の態様は、第１～第９の何れかの態様に係るパッチアンテナを具備する車載用アンテナ装置であって、車両の所定位置に所定向きに設置される筐体と、前記筐体が前記所定位置に前記所定向きに設置されたときに、前記パッチアンテナが垂直偏波用となるように前記パッチアンテナを支持する支持部と、を具備する車載用アンテナ装置である。

第１０の態様によれば、放射素子の中心から見て低仰角の方向の利得を向上させた垂直偏波用の車載用アンテナ装置を実現できる。

車載用アンテナ装置の構成例を示す斜視外観図と、使用例を示す概念図。 車載用アンテナ装置の内部の構成例を説明するための図。 車載用アンテナ装置を図２のIII－III断面に沿って縦断した縦断面図。 車載用アンテナ装置のＨ面（ＹＺ方向平面）における利得特性グラフ。 一対の無給電素子の導体長さを変更した場合のＨ面における利得特性グラフ。 一対の無給電素子の導体長さを変更した場合のＨ面における半値角相対値をテーブル化した図。 第２の無給電素子の導体長さを第１の無給電素子の導体長さより長くした場合のＨ面における最大放射方向をテーブル化した図。 導体長さを示すための車載用アンテナ装置の内部構成図。 変形例における同軸ケーブルの配線方向を説明する図。 一対の無給電素子の上面の高さと放射素子の上面の高さとを変更した変形例を示す図。 上面高低差ｈを変更した場合のＨ面における利得特性グラフ。 放射素子の周縁の外側に一対の無給電素子を設けた変形例を示す図。

以下、本発明を適用した実施形態の一例を説明するが、本発明を適用可能な形態が以下の実施形態に限られない。

また、本実施形態では方向を次のように定義する。まず、誘電体基板３２を挟んで放射素子３１と地板３３（地導体板ともいう）とが積層された構造のパッチアンテナ２０において（図３参照）、誘電体基板３２から放射素子３１に向かう方向を「放射方向」と呼称する。放射方向は、誘電体基板３２から放射素子３１に向かう方向と放射素子３１から誘電体基板３２に向かう方向との両方向ではなく、向きが決まった方向となる。また、左手系の直交３軸を定義する。直交３軸の座標原点は、放射素子３１の板面中心とする。この直交３軸の方向が分かり易いように、直交３軸の各軸方向に平行な方向を示す参照方向を各図に付記した。参照方向としているのは、直交３軸の原点は、正しくは放射素子３１の板面中心であるためである。あくまで方向の参照用として示している。

そして、左手系の直交３軸であるが、放射素子３１の板面に垂直な方向（放射素子３１の板面に対する法線方向）をＺ軸方向とし、放射方向の向きをＺ軸正方向とする。また、放射素子３１の中心と給電点（芯線取付孔とも述べる）３１ｈとを結ぶ線分の方向に沿った方向をＸ軸方向とし（図２参照）、放射素子３１の中心から給電点３１ｈに向かう方向をＸ軸正方向とする。Ｙ軸方向並びにＹ軸正方向は、左手系の直交３軸であること、Ｘ軸正方向およびＺ軸正方向が定義されることで自明となる。

別の表現で方向を定義すると、放射素子３１の中心（直交３軸原点）から見て、放射素子３１の板面に沿った方向（板面方向）を方位とした場合の仰角９０度方向がＺ軸正方向であり、放射素子３１の中心から給電点３１ｈに向かう方向がＸ軸正方向、このＸ軸正方向を１２時方向とした場合の３時方向の方位がＹ軸正方向となる。放射素子３１の板面方向は、Azimuth方向や方位角方向等とも呼ばれる場合がある。

本明細書において、Ｘ軸方向と述べる場合は、Ｘ軸に平行な方向を意味し、Ｘ軸正方向およびＸ軸負方向の±両方向を含む意味とする。Ｙ軸方向およびＺ軸方向についても同様である。よって各軸方向は、各図に示した参照方向となる。

また、パッチアンテナ２０において、放射素子３１の電界面であるＥ面と、磁界面であるＨ面は、放射素子３１の中心（直交３軸原点）から見て、Ｘ軸方向およびＺ軸方向を含むＸＺ方向平面がＥ面、Ｙ軸方向およびＺ軸方向を含むＹＺ方向平面がＨ面となる。別の表現で面を定義すると、放射素子３１の板面に垂直な方向と、放射素子３１の中心と給電点３１ｈとを結ぶ線の方向とを含む平面がＥ面であり、このＥ面に垂直な平面であって且つ、放射素子３１の板面に垂直な方向を含む平面がＨ面である。

図１は、本実施形態の車載用アンテナ装置１０の構成例を示す斜視外観図と、使用例を示す概念図である。

車載用アンテナ装置１０は、パッチアンテナを具備する５．９ＧＨｚのＶ２Ｘ（Vehicle-to-everything；車車間、路車間等）通信用の車載アンテナであって、車両３の所定位置に所定向きに設置され、同軸ケーブル４を介して、Ｖ２Ｘコントローラ５に接続される。

車載用アンテナ装置１０は、車内のフロントガラス上部（例えばルームミラー付近）に、放射方向（Ｚ軸正方向）が車両３の前進方向である前方を向き、Ｙ軸正方向が車両３の前進方向に向かって右方に、Ｙ軸負方向が車両３の前進方向に向かって左方に向くように設置される。

車載用アンテナ装置１０の設置位置と設置数は、想定する通信対象等の環境条件に応じて適宜変更できる。例えば、複数箇所設置するとしてもよい。設置場所も、例えば、ダッシュボードの上部でもよいし、バンパーやナンバープレートの取り付け部、Ａピラー等のピラー部等でもよい。また、車内のリアガラスに、放射方向を車両３の後方を向くように設定してもよい。ここで、後方とは、車両３の後進方向の意味である。また、放射方向を車両３の右方又は左方を向くように設定してもよい。ここで、右方とは、車両３の前進方向に向かって右方の意味であり、左方とは、車両３の前進方向に向かって左方の意味である。また、防水や防塵の性能条件が確保される構造を有する場合には、車両３の屋根上に設置することもできる。

本実施形態の車載用アンテナ装置１０は、直方体状の外観を有し、放射方向に分割される第１筐体１１と第２筐体１２との分割構造のケースの中にパッチアンテナ２０を内蔵する。そして、筐体側部に設けられた車体取付用の支持部１３が車両３に装着されることで、パッチアンテナ２０が垂直偏波用のアンテナとして好適に機能する。本実施形態では、支持部１３を、車載用アンテナ装置１０を設置するために用いるボルトやビスを挿通するためのボスとし、車両３から見て筐体の左右両側面（Ｙ軸方向の両側面）のそれぞれに設ける構成としているが、支持部１３の設定位置や設定数は適宜選択可能である。また、車載用アンテナ装置１０を設置・固定する方法はボルトやビスを用いる方法に限らず他の方法でもよく、それに応じて支持部１３も、適宜クリップ構造等その方法に適した構造を採用することができる。

支持部１３は、第１筐体１１および第２筐体１２が車両３の所定位置に所定向きに設置されるように、第１筐体１１および第２筐体１２を支持する。第１筐体１１および第２筐体１２が車両３の所定位置に所定向きに設置されることで、パッチアンテナ２０が垂直偏波用のアンテナとして機能するように、支持部１３がパッチアンテナ２０を支持する格好となる。

図２は、車載用アンテナ装置１０の内部の構成例を説明するための図であって、第１筐体１１を取り外して、第２筐体１２の内部をＺ軸正方向から見た図である。また、図３は、同じく車載用アンテナ装置１０の内部の構成例を説明するための図であり、第１筐体１１を含めた車載用アンテナ装置１０を図２のIII－III断面に沿って縦断した縦断面図である。

第１筐体１１は、凹部である上部収容空間１１ａを画成し、第２筐体１２は、凹部である下部収容空間１２ａを画成する。上部収容空間１１ａおよび下部収容空間１２ａは、第１筐体１１および第２筐体１２が組み付けられることで連続する１つの収容空間となる。パッチアンテナ２０は、その収容空間の中、主に下部収容空間１２ａに収まるようにして設置される。

パッチアンテナ２０は、アンテナ本体部３０と、一対の無給電素子４０（４０－１，４０－２）と、を備える。

アンテナ本体部３０は、例えば外形がＺ軸正方向から見て四角形形状を有し、図３に向かって上から順に、放射素子３１と、誘電体基板３２と、地板３３と、を備える。アンテナ本体部３０は、従来のパッチアンテナと同様に、プリント基板の製造方法を応用して作成することができる。

放射素子３１は、Ｚ軸正方向から見て四角形形状の板状を有し、板面中心よりＸ軸正方向（パッチアンテナ２０の直線偏波の偏波面に沿った方向）にオフセットした位置（ずれた位置）に、同軸ケーブル４の芯線４１を挿通・固定するＺ軸方向の貫通孔である芯線取付孔３１ｈを備える。この芯線取付孔３１ｈが給電点となる。したがって、同じ符号を用いて、適宜、給電点３１ｈと述べる。本実施形態では、放射素子３１は、Ｚ軸正方向から見て正方形状で、一辺の長さが１３．５ｍｍに設計される。なお、図３では、構造の理解が容易となるように、意図的に放射素子３１や地板３３のＺ軸方向の厚さを大きく描いているが、実際は、薄い板状の薄膜として形成され得る。

誘電体基板３２は、Ｚ軸正方向から見ると、放射素子３１よりも広い面積を有する。そして、組立時において放射素子３１の芯線取付孔３１ｈと連通する位置に、Ｚ軸方向に貫通する不図示の芯線挿通孔を有する。

地板３３は、誘電体基板３２の下面と同じ形状又は僅かに小さい形状を有し、組立時に放射素子３１の芯線取付孔３１ｈおよび誘電体基板３２の芯線挿通孔と連通する不図示の芯線挿通孔を有する。そして、地板３３の下面には、この地板３３の芯線挿通孔と同軸となるように、第２筐体１２の底部に設けられた不図示の挿通孔を通じて基板用同軸コネクタ２２が装着される。

一対の無給電素子４０（４０－１，４０－２）は、Ｚ軸正方向から見て棒状の板状導体（金属板）で構成され、Ｚ軸方向である放射素子３１の板面に垂直な方向から放射素子３１を見た平面視（放射素子３１をＺ軸正方向から見た平面視）において放射素子３１を挟んだ両側に、放射素子３１の端辺から所定の間隔ｂをあけた位置に設けられる。無給電素子４０と放射素子３１との間に間隔をあけない構成では、無給電素子４０が放射素子３１の一部であるかのように働き、パッチアンテナ２０で得られる周波数が変化するおそれがある。

より詳細には、一対の無給電素子４０－１，４０－２は、例えば誘電体基板３２の上面周縁部において、各々の長手方向がＺ軸正方向から見て放射素子３１の中心と給電点３１ｈとを結ぶ線分の方向（Ｘ軸方向）に沿う向きで、各無給電素子４０－１，４０－２によって当該線分を挟む位置に配置される。以下では、一対の無給電素子４０－１，４０－２のうちの一方（例えば図２の下側、Ｙ軸負方向側）の無給電素子４０－１を適宜、第１の無給電素子４０－１とも述べ、他方（図２の上側、Ｙ軸正方向側）の無給電素子４０－２を適宜、第２の無給電素子４０－２とも述べる。

組立時、アンテナ本体部３０は、第２筐体１２の底部に固定される。より詳細には、第２筐体１２の底部には、Ｚ軸正方向に突出した突起部１２ｔが設けられている。突起部１２ｔの先端に地板３３の下面（Ｚ軸負方向側端面）が当接されて、アンテナ本体部３０と突起部１２ｔとが固定される。固定方法は、適宜選択可能であるが、例えば地板３３と突起部１２ｔとを接着するとしてもよい。また、第２筐体１２とアンテナ本体部３０（地板３３）との間の間隔は空気層（空間）としてもよいし、電気絶縁性材料である樹脂層としてもよい。樹脂層とするならば、空間補充剤と接合剤とを兼ねて樹脂を利用することもできる。

次に、本実施形態のパッチアンテナ２０の効果について説明する。効果の説明にあたり、Ｚ軸正方向から見た放射素子３１の対角線の最大長さを「放射素子最大長さ」と称し、図２に示すように、放射素子最大長さを「α」と表記する。本実施形態では、放射素子３１は一辺が１３．５ｍｍの正方形状であるため、放射素子最大長さαは１９．１ｍｍである。そして、各無給電素子４０－１，４０－２の導体長さ（無給電素子４０－１，４０－２の長手方向の長さをいう）や、放射素子３１と無給電素子４０－１，４０－２との間の間隔ｂを、放射素子最大長さαに対する倍率として表記し、併せて実際の長さを直後の括弧内に付記する。例えば、導体長さを０．８６α（約１６．５ｍｍ）と表記したときであれば、当該長さが放射素子最大長さαである１９．１ｍｍの０．８６倍の長さであることを示し、括弧内の約１６．５ｍｍが実際の長さとなる。

まず、図４は、Ｈ面（ＹＺ方向平面）における利得特性グラフであり、Ｈ面におけるＹ軸正方向を０度とし、Ｙ軸負方向を１８０度としたアンテナ利得を示している。９０度がＺ軸正方向となり、放射素子３１の中心から見た仰角９０度方向に相当する。そして、実線が、各無給電素子４０－１，４０－２の導体長さを０．８６α（約１６．５ｍｍ）とし、間隔ｂを０．２５α（約４．７５ｍｍ）として構成した本実施形態のパッチアンテナ２０のアンテナ利得の特性を示している。一方、破線が、一対の無給電素子４０－１，４０－２を省略した、従来技術に相当する比較用構成のアンテナ利得の特性を示している。

図４に示すように、放射素子３１の中心から見て低仰角の方向である０度～４５度および１３５度～１８０度の各範囲に着目すると、一対の無給電素子４０－１，４０－２を省略した構成に比べて利得が向上しており、一対の無給電素子４０－１，４０－２を設けることによる作用効果が表れている。

つぎに、図５は、一対の無給電素子４０－１，４０－２の導体長さを変更した場合のＨ面の低仰角（Ｈ面におけるＹ軸正方向を０度とし、Ｙ軸負方向を１８０度とした場合の０度～４５度および１３５度～１８０度の範囲）における利得の最小値をグラフ化した利得特性グラフであって、異なる間隔ｂで導体長さを変えた場合の利得特性グラフを、線種を変更して示している。具体的には、実線は、間隔ｂを０．５１α（約９．７５ｍｍ）とした場合、一点鎖線は、間隔ｂを０．３８α（約７．２５ｍｍ）とした場合、二点鎖線は、間隔ｂを０．２５α（約４．７５ｍｍ）とした場合の利得特性グラフである。また、図６は、一対の無給電素子４０－１，４０－２の間隔ｂを４．７５ｍｍとし、導体長さを変更した場合のＨ面における半値角の相対値をテーブル化した図である。図６において、最上段の導体長さ「なし」としているのが一対の無給電素子４０－１，４０－２を省略した比較用構成に相当し、この比較用構成の半値角を「１．０００」としたときの相対値（半値角相対値）を示している。

図５に示すように、各無給電素子４０－１，４０－２の導体長さを長くしていくと、低仰角の方向における利得の最小値も上昇していく。そして、導体長さが０．８９α（約１７．０ｍｍ）の付近でピークに達し、これを超えると、利得の最小値は減少傾向を示す。ただし、導体長さが長くなれば、その分パッチアンテナ２０のサイズも大きくなる。よって、パッチアンテナ２０の小型化（車載用アンテナ装置１０の小型化でもある）への影響を考慮して、導体長さは、放射素子最大長さαの０．８９倍以下である０．８９α（約１７．０ｍｍ）以下が望ましい。

一方、導体長さの下限については、図６に示すように、導体長さを１０ｍｍとすると、比較用構成に対して半値角を１．２％上昇させることができ、これ以上の長さであれば、更に半値角を向上させることができる。また、導体長さを８ｍｍとした場合には、比較用構成に対して半値角が０．７％の上昇となる。したがって、比較用構成に対して半値角を１％上昇させる導体長さは、単純比例計算によると（１０＋８）×（１／（１．２＋０．７））＝約９．４７ｍｍとなる。よって、比較用構成に対して半値角を１％以上上昇させ得る導体長さは、余裕を見て、放射素子最大長さαの０．５２倍以上である０．５２α（約９．９９ｍｍ）以上あることが望ましい。

また、図５において間隔ｂに着目すると、間隔ｂを０．２５α（約４．７５ｍｍ）、０．３８α（約７．２５ｍｍ）、０．５１α（約９．７５ｍｍ）の順に長くしていくと、低仰角の方向における利得の最小値も全体的に上昇していく。ただし、導体長さが０．８９α付近の低仰角利得最小値をみると、間隔ｂが０．２５α（約４．７５ｍｍ）のときの利得に対する間隔ｂが０．３８α（約７．２５ｍｍ）のときの利得の上昇幅と、間隔ｂが０．３８α（約７．２５ｍｍ）のときの利得に対する間隔ｂが０．５１α（約９．７５ｍｍ）のときの利得の上昇幅とでは、後者の方が小さい。そのため、ある程度まで間隔ｂを広げると利得は大幅には上昇しないことが予想される。そして、間隔ｂを広げればその分パッチアンテナ２０のサイズも大きくなる。よって、パッチアンテナ２０の小型化（車載用アンテナ装置１０の小型化）とのバランスから、間隔ｂは、放射素子最大長さαの０．５１倍以下である０．５１α（約９．７５ｍｍ）以下が望ましい。

以上説明したように、本実施形態によれば、パッチアンテナ２０において、放射素子３１の中心から見て低仰角の方向の利得を向上させることが可能となる。

以上、本発明を適用した実施形態の一例について説明したが、本発明を適用可能な形態は上記形態に限定されるものではなく適宜構成要素の追加・省略・変更を施すことができる。

［変形例１］
例えば、上記実施形態では、各無給電素子４０－１，４０－２の導体長さを同じとする構成を示した。これに対し、第１の無給電素子４０－１の導体長さと第２の無給電素子４０－２の導体長さとを異なる長さにしてもよい。図７Ａは、第２の無給電素子４０－２の導体長さｄを固定とし、第１の無給電素子４０－１の導体長さｃを変化させた場合のＨ面における最大放射方向をテーブル化した図である。図７Ｂは、第１の無給電素子４０－１の導体長さｃおよび第２の無給電素子４０－２の導体長さｄを示すために、図２相当の車載用アンテナ装置１０の内部構成例を示した図である。図７Ａにおいて、導体長さｃが「なし」である最上段の構成は、第２の無給電素子４０－２のみを配置し、第１の無給電素子４０－１は配置しない構成に相当する。そして、最大放射方向は、放射素子３１の中心から見た仰角９０度方向に相当するＺ軸正方向を０度とし、Ｙ軸正方向を９０度としたＹＺ方向平面であるＨ面内の方位角を示す。

図７Ａに示すように、例えば第２の無給電素子４０－２の導体長さを固定にして第１の無給電素子４０－１の導体長さを変更すると、最大放射方向が変化する。具体的には、導体長さｄを固定にして導体長さｃを６ｍｍから徐々に長くしていくと、最大放射方向の方位角は次第に０度に近づいていく。そして、図示しないが、導体長さｃを導体長さｄと同じ長さまで長くすると最大放射方向の方位角は０度になる。よって、各々の導体長さｃ，ｄを変えてパッチアンテナ２０を構成することで、最大放射方向を改変することができる。改変が必要になる原因の１つに、車載用アンテナ装置１０の設置環境が挙げられる。具体的には、例えば、車載用アンテナ装置１０の車両３への設置に際して、車内のレイアウト等の都合上同軸ケーブルの配線方向が制約される場合がある。例えば、図３に示したように放射素子３１の板面に対して垂直に同軸ケーブル４が挿通されて配線される構成に限らず、図８に示すように、配線方向を放射素子３１の板面に沿わせる構造のコネクタを採用して、当該板面と平行に同軸ケーブル４ａが配線される場合もある。そして、この配線方向が電波の放射特性に影響して、設置時に最大放射方向が想定した方向（例えば車両３の前方）からずれてしまう場合が起こり得た。そこで、パッチアンテナ２０の配線構成が電波の放射特性に与える影響を考慮して、各無給電素子４０－１，４０－２の各々の導体長さを適宜設定することで、車載用アンテナ装置１０の車両３への設置時に最大放射方向が所望の放射方向を向くよう改変することが可能となる。また、例えばＥＴＣ（Electronic Toll Collection System）用のアンテナのように、所望の放射方向が車両の前方からずれている場合にも、当該放射方向に応じて各無給電素子４０－１，４０－２の各々の導体長さを変えることで、同様に適用が可能となる。各無給電素子４０－１，４０－２の少なくとも一方の導体長さが、放射素子最大長さαの０．８９倍以下である０．８９α（約１７．０ｍｍ）以下であればよい。両方がこの条件を満たすとより好適である。さらに、各無給電素子４０－１，４０－２の少なくとも一方の間隔ｂが、放射素子最大長さαの０．５１倍以下である０．５１α（約９．７５ｍｍ）以下であればよい。両方がこの条件を満たすとより好適である。

［変形例２］
また、上記実施形態では、一対の無給電素子４０－１，４０－２の上面が放射素子３１の上面と同じ高さになるように各無給電素子４０－１，４０－２を誘電体基板３２の上面周縁部に設ける例を示した。これに対し、例えば図９に示すように、一対の無給電素子４０－１，４０－２を、その上面の高さが放射素子３１の上面の高さとは異なる高さとなるように設けるとしてもよい。より詳細には、図９では、各無給電素子４０ａ－１，４０ａ－２の上面の高さを、放射素子３１の上面の高さよりも高くした例を示している。ここで、図９に示す両者の高さの差（上面高低差）ｈを変えた場合のＨ面（ＹＺ方向平面）における利得特性について、図１０を参照して説明する。上面高低差ｈは、各無給電素子４０ａ－１，４０ａ－２の上面の高さをＨｐ、放射素子３１の上面の高さをＨｒとすると、Ｈｐ－Ｈｒで表される。Ｈｐ，Ｈｒは誘電体基板３２の上面を基準とした高さである。

図１０は、Ｙ軸正方向を０度とし、Ｙ軸負方向を１８０度としたＨ面（ＹＺ方向平面）内の方位角における利得特性グラフであって、上面高低差ｈを変えた場合の利得特性グラフを、線種を変更して示している。具体的には、実線は、上面高低差ｈ＝０とした構成（Ｈｐ＝Ｈｒの場合）、破線は、上面高低差ｈ＝０．０５αとした構成（Ｈｐ＞Ｈｒで、両者の差が０．０５α（約１ｍｍ）の場合）、一点鎖線は、上面高低差ｈ＝０．１αとした構成（Ｈｐ＞Ｈｒで、両者の差が０．１α（約２ｍｍ）の場合）、二点鎖線は、上面高低差ｈ＝－０．０５αとした構成（Ｈｐ＜Ｈｒで、両者の差が０．０５α（約１ｍｍ）の場合）の利得特性グラフである。どの構成も、各無給電素子４０ａ－１，４０ａ－２の導体長さｃ，ｄは０．８６α（約１６．５ｍｍ）とし、間隔ｂは０．２５α（約４．７５ｍｍ）とした。

先ず、図１０において二点鎖線で示すｈ＝－０．０５αの構成の０度～１８０度の方位角範囲における利得の平均値（平均利得）と、実線で示すｈ＝０の構成の０度～１８０度の方位角範囲における平均利得とを求めて両者を比較した。すると、ｈ＝－０．０５αの平均利得は１．６５５８３１ｄＢｉであり、ｈ＝０の平均利得は３．７８４１４８ｄＢｉであって、ｈ＝－０．０５αの構成で得られる平均利得はｈ＝０の構成で得られる平均利得と比べて格段に低い。よって、各無給電素子４０ａ―１，４０ａ―２の上面の高さＨｐと、放射素子３１の上面の高さＨｒとの差は、０ｍｍ≦Ｈｐ－Ｈｒが望ましい。次に、放射素子３１の中心から見て低仰角の方向である０度～４５度および１３５度～１８０度の各範囲に着目すると、図１０において破線で示すｈ＝０．０５αの構成及び一点鎖線で示すｈ＝０．１αの構成では、ｈ＝０の構成と比べて低仰角での利得が低い。ｈ＝０．０５αの構成とｈ＝０．１αの構成では、低仰角での利得がほぼ同じである。よって、各無給電素子４０ａ－１，４０ａ－２の上面の高さＨｐと、放射素子３１の上面の高さＨｒとの差は、Ｈｐ－Ｈｒ＜０．０５αが望ましい。以上のことから、０ｍｍ≦Ｈｐ－Ｈｒ＜０．０５αが望ましい。一対の無給電素子４０－１，４０－２の少なくとも一方の上面の高さＨｐが、０ｍｍ≦Ｈｐ－Ｈｒ＜０．０５αであればよい。両方がこの条件を満たすとより好適である。

また、アンテナ本体部３０のＺ軸正方向から見た外形は、図２に例示した四角形形状に限らず、円形状等であってもよい。また、放射素子３１のＺ軸正方向から見た外形は、図２に例示した四角形形状に限らず、円形状等であってもよい。放射素子最大長さαはＺ軸正方向から見た放射素子３１の対角線の最大長さであるため、放射素子３１のＺ軸正方向から見た外径が円形状であるときには、放射素子最大長さαは放射素子３１の直径の最大長さとなる。また、一対の無給電素子４０－１，４０－２のいずれか一方の長手方向がＺ軸正方向から見て放射素子３１の中心と給電点３１ｈとを結ぶ線分の方向（Ｘ軸方向）に沿うように配置されていてもよい。両方がこの条件を満たすとより好適である。

［変形例３］
また、上記実施形態では、一対の無給電素子４０－１，４０－２を細長い薄板状とし、誘電体基板３２の上面周縁部に設ける例を示した。これに対し、例えば図１１に示すように、一対の無給電素子４０ｂ－１，４０ｂ－２は、放射素子３１の周縁の外側において、相互に平行又は略平行な平板部又は薄膜部として設ける構成としてもよい。例えば、第２筐体１２の内側面に貼付するようにして配置することとしてもよい。本変形例における一対の無給電素子４０ｂ－１，４０ｂ－２は、四角形形状の板状又は薄膜状を有し、放射素子３１の中心と給電点３１ｈとを結ぶ線分を挟み、且つ、アンテナ本体部３０を挟んだ両側において、長手方向がＸ軸方向（放射素子３１の中心と給電点３１ｈとを結ぶ線分の方向）に沿うように配置される。

［その他の変形例］
また、上記実施形態では、一対の無給電素子４０（４０－１，４０－２）を備えたパッチアンテナ２０を例示したが、無給電素子を１つ備えた構成でもよい。例えば、無給電素子４０－１，４０－２のうちの何れか一方を備えた構成としてもよい。また、無給電素子のＺ軸正方向から見た形状は、上記実施形態で例示した棒状（厳密に言えば長方形状である）に限らず、Ｚ軸正方向から見た短手方向の長さをより大きくした長方形等の四角形状や、多角形状であってもよいし、円形状や楕円形状等であってもよい。

以上詳細に説明したように、本実施形態および各変形例によれば、放射素子の中心から見て低仰角の方向の利得を向上させることができる。誘電体基板３２の材料は、通常用いられるセラミックの他、ガラスなどの安価な材料を使用することができる。

誘電体基板３２は、アメリカ電機工業会（National Electrical Manufacturers Association：ＮＥＭＡ）により記号ＦＲ－４として規定されているガラスエポキシ樹脂基板、記号ＸＰＣとして規定されている紙フェノール基板、記号ＦＲ－３として規定されている紙エポキシ基板や、記号ＣＥＭ－３として規定されているガラス・コンポジット基板、ガラスポリイミド基板、フッ素（セラミック）基板、ガラスＰＰＯ基板、等を使用することができる。そして、要求されるコストと性能に合わせてこれらの材料を適宜選択することで、好適なパッチアンテナを得ることができる。

また、放射素子の板面に垂直な方向から放射素子を見た平面視において、放射素子の形状は、四角形等の多角形の他、多角形の角が切り欠かれた形状、円形、楕円形などの形状を採用することができる。

１０…車載用アンテナ装置
１１…第１筐体
１２…第２筐体
１３…支持部
２０…パッチアンテナ
２２…基板用同軸コネクタ
３０…アンテナ本体部
３１…放射素子
３１ｈ…給電点（芯線取付孔）
３２…誘電体基板
３３…地板
４０（４０－１，４０－２）、４０ａ（４０ａ－１，４０ａ－２）、４０ｂ（４０ｂ－１，４０ｂ－２）…無給電素子
４、４ａ…同軸ケーブル

Claims (11)

1. 車両に対して所定向きで設置されるパッチアンテナであって、
   板状の放射素子を有するアンテナ本体部と、
   前記放射素子の板面に垂直な方向から前記放射素子を見た平面視において、前記放射素子から間隔をあけた位置に設けられた無給電素子と、
   前記アンテナ本体部及び前記無給電素子を収容する収容空間を形成する筐体と、
   を備え、
   前記所定向きは、前記放射素子の放射方向が前記車両の前後方向に沿う向きである、
   パッチアンテナ。
2. 前記無給電素子は、前記平面視において、長手方向が前記放射素子の中心と給電点とを結ぶ線分の方向に沿った方向に設けられた、
   請求項１に記載のパッチアンテナ。
3. 前記無給電素子は、長手方向の長さが、前記平面視における前記放射素子の最大長さの０．５２倍以上である、
   請求項１又は２に記載のパッチアンテナ。
4. 前記無給電素子は、長手方向の長さが、前記平面視における前記放射素子の最大長さの０．８９倍以下である、
   請求項１～３の何れか一項に記載のパッチアンテナ。
5. 前記無給電素子は、前記放射素子が設けられた誘電体の面と同じ面に設けられた、
   請求項１～４の何れか一項に記載のパッチアンテナ。
6. 前記間隔は、前記平面視における前記放射素子の最大長さの０．５１倍以下である、
   請求項１～５の何れか一項に記載のパッチアンテナ。
7. 前記無給電素子の上面の高さＨｐと、前記放射素子の上面の高さＨｒとの差は、前記平面視における前記放射素子の最大長さαに対して、０≦Ｈｐ－Ｈｒ＜α×０．０５である、
   請求項１～６の何れか一項に記載のパッチアンテナ。
8. 前記無給電素子は、前記放射素子を挟んだ両側に一対設けられている、
   請求項１～７の何れか一項に記載のパッチアンテナ。
9. 前記一対の無給電素子は、第１の無給電素子と、長手方向の長さが前記第１の無給電素子よりも長い第２の無給電素子とを有する、
   請求項８に記載のパッチアンテナ。
10. 前記筐体は、その底面から前記収容空間に向けて突出する突起部を有する、
    請求項１～９の何れか一項に記載のパッチアンテナ。
11. 請求項１～１０の何れか一項に記載のパッチアンテナを具備する車載用アンテナ装置であって、
    前記筐体が前記車両の所定位置に前記所定向きに設置されたときに、前記パッチアンテナが垂直偏波用となるように前記パッチアンテナを支持する支持部を具備する車載用アンテナ装置。

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