JP7790362B2 - アンテナ装置 - Google Patents

Description

本開示は、メタマテリアルの応用技術である０次共振を利用したアンテナを備えたアンテナ装置に関する。

特許文献１には、グランドとして機能する平板状の金属導体である地板と、当該地板に対向するように配置される平板状の金属導体である対向導体板と、対向導体板の中央と地板とを電気的に接続する短絡部と、を備える構造のアンテナが開示されている。この構造は、いわゆるマッシュルーム構造であり、メタマテリアルの基本構造と同じである。この種のアンテナ装置は、１つの側面において、メタマテリアル技術を応用したアンテナと解することができるため、メタマテリアルアンテナと称されることがある。

メタマテリアルアンテナでは、地板とパッチ部との間に形成される静電容量と、短絡部が備えるインダクタンスとによって、その静電容量とインダクタンスに応じた周波数において並列共振を生じさせる。なお、メタマテリアルの分散特性のうち、位相定数βがゼロ（０）となる周波数で共振する現象は０次共振と呼ばれる。位相定数βは、伝送線路を伝搬する波の伝搬係数γの虚部である。上記アンテナは、１つの側面において、所望の動作周波数において０次共振モードで動作するように設計されたアンテナと解することができる。故に、メタマテリアルアンテナは、０次共振アンテナと称されることもある。

特許文献２には、メタマテリアルアンテナを構成する対向導体板を複数のスリットで仮想的に複数のサブパッチ部に区分するとともに、サブパッチ部ごとに短絡部を設けた構成が開示されている。

特開２０１７－５６６３号公報 特開２０１９－１２９４３９号公報

通信方式の中には、５００ＭＨｚ以上離れた複数の周波数が使用されるものがある。例えばＷｉ－Ｆｉ（登録商標）では２．４ＧＨｚ帯（２４００～２４９７ＭＨｚ）と５ＧＨｚ帯（５１５０～５７３０ＭＨｚ）といった複数の周波数が使用されうる。このようにアンテナ装置としては、５００ＭＨｚ以上離れた複数の周波数で動作可能な構成が求められることがある。加えて、アンテナ装置としては小型化（低背化）も求められている。

本開示は、上記の検討又は着眼点に基づいて成されたものであり、その目的の１つは、小型かつ複数の周波数で動作可能なアンテナ装置を提供することにある。

ここに開示されるアンテナ装置は、地板（１１）と、所定の第１周波数の電波を送信又は受信するための導体部材であって、給電点が設けられている給電アンテナ（２０）と、第１周波数よりも低い第２周波数の電波を送信又は受信するための導体部材であって、給電点が設けられていない無給電アンテナ（３０）と、を備え、給電アンテナは、地板と所定の間隔をおいて平行に配置されている板状部材である給電側対向部（２１）と、給電側対向部の縁部から地板に向かって延設されてあって、下端に給電点が設けられている延設部（２２）と、を備え、無給電アンテナは、給電側対向部の隣において、地板と対向するように配置されている無給電側対向部（３１）と、無給電側対向部の中央部と地板とを接続する無給電側短絡部（３２）と、を備え、無給電側対向部と給電側対向部の離隔であるアンテナ間隔は、第２周波数において給電側対向部と無給電側対向部が電磁界結合する値に設定されている。

上記アンテナ装置では、第１周波数においては給電アンテナが動作する。また、上記のアンテナ装置が備える無給電アンテナは、無給電側対向部が中央部で短絡されていることから、メタマテリアルアンテナとして動作しうる構成である。ここで、給電アンテナと無給電アンテナとの離隔であるアンテナ間隔は、電磁界結合によって第２周波数の信号が給電アンテナから無給電アンテナへと伝搬可能な値に設定されている。よって、第２周波数では、無給電アンテナが、給電アンテナから伝搬してくる電力によってメタマテリアルアンテナとして作動する。メタマテリアルアンテナは、モノポールのように４分の１波長の長さを要求しない。よって上記の構成によれば、第２周波数のアンテナを小型に実現できる。つまり、上記構成によれば、小型であってかつ複数の周波数帯で動作可能となる。

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

アンテナ装置の外観斜視図である。 アンテナ装置の上面図である。 図１に示すＩＩＩ－ＩＩＩ線に沿う断面図である。 アンテナ装置をＸ軸正方向から見た図である。 支持部及び回路が設けられたアンテナ装置の側面図である。 給電アンテナの元となる板金の一例を示す図である。 メタマテリアルアンテナの基本構成を示す図である。 アンテナ装置の周波数ごとのＶＳＷＲを示すグラフである。 ５．２ＧＨｚにおけるアンテナ装置のＸＹ平面での指向性を示す図である。 ５．２ＧＨｚにおけるアンテナ装置のＸＺ平面での指向性を示す図である。 ２．４ＧＨｚにおけるアンテナ装置のＸＹ平面での指向性を示す図である。 ２．４ＧＨｚにおけるアンテナ装置のＸＺ平面での指向性を示す図である。 アンテナ間隔を変更した際の周波数ごとのＶＳＷＲを示すグラフである。 各周波数帯におけるＶＳＷＲの最低値とアンテナ間隔の関係を示すグラフである。 無給電アンテナを複数備えるアンテナ装置を示す図である。 図１５に示すアンテナ装置のＶＳＷＲと周波数の関係を示すグラフである。 無給電アンテナを複数備える場合の他の構成例を示す図である。 無給電アンテナを複数備える場合の他の構成例を示す図である。 給電アンテナに短絡部を設けた構成を説明するための図である。 短絡部が設けられた給電アンテナを含むアンテナ装置の側面図である。 延設部の他の構成例を説明するための図である。 延設部の他の構成例を説明するための図である。 延設部の他の構成例を説明するための図である。 図２３に示す形状を有する延設部を用いたアンテナ装置のＶＳＷＲと周波数との関係を示すグラフである。 アンテナ装置の他の構成例を示す図である。 図２５に示すアンテナ装置の上面図である。 図２５に示すアンテナ装置の側面図である。 図２５に示すアンテナ装置をＸ軸正方向から見た図である。 図２５に示すアンテナ装置の周波数ごとの水平面平均利得を示す図である。 樹脂ケースを備える場合のアンテナ装置の構成例を説明するための図である。 樹脂ケースが突起部を備える場合の構成例を説明するための図である。 突起部の形成位置の一例を示す図である。 突起部の他の形成例を示す図である。 突起部の量によるＶＳＷＲの変化を示すグラフである。 突起部の他の形成例を示す図である。 図３５に示すＸＸＸＶＩ‐ＸＸＸＶＩ線に沿う断面図である。

以下、本開示の実施形態について図を用いて説明する。本開示は以下の実施形態に限定されるものではなく、以降で述べる種々の変形例も本開示の技術的範囲に含まれる。また、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。種々の補足や変形例などは、技術的な矛盾が生じない範囲において適宜組み合わせて実施することができる。同一の機能を有する部材については、同一の符号を付し、その説明を省略することがある。また、構成の一部のみに言及している場合、他の部分については他の箇所に記載の説明を適用することができる。

本開示での「平行」とは完全な平行状態に限定されない。「平行」な状態には、数度から１５度程度傾いている状態も含まれる。つまり「平行」との表現には、概ね平行である状態（いわゆる略平行な状態）を含みうる。本開示における「垂直」という表現についても、完全に垂直な状態に限らず、数度～１５度程度傾いている態様も含まれる。本開示において対向とは、所定の間隔を有して向き合っている状態を示す。対向状態には、部材同士が１５°程度傾いて向き合っている態様など、部材同士が概ね向き合っている状態も含まれる。

本開示のアンテナ装置１は、例えば、車両などの移動体に取り付けられて用いられる。アンテナ装置１は、車両の屋根部や、フロントガラスの上端部、ダッシュボード、ピラー、ドアパネル、バンパなどに取り付けられてよい。アンテナ装置１は、車両に搭載されている通信用のＥＣＵ（Electronic Control Unit）と接続されて使用されうる。当該ＥＣＵは、アンテナ装置１が受信した信号を利用するとともに、当該アンテナ装置１に対して送信信号を入力しうる。

アンテナ装置１と通信用ＥＣＵとは、同軸ケーブルやフィーダ線などで接続されうる。アンテナ装置１と通信用ＥＣＵとは、１つ又は複数のＡＶ線で接続されていてもよい。ＡＶ線は、自動車用低圧電線であって、軟銅より線を例えば塩化ビニルなどの絶縁材料で被覆することによって実現されている。ＡＶ線の「Ａ」は自動車用低圧電線を指し、「Ｖ」はビニルを指す。

アンテナ装置１は、互いに５００ＭＨｚ以上離れた２つの周波数帯、すなわち第１周波数帯と第２周波数帯で動作するように構成されている。第１周波数帯は、第２周波数帯よりも高い周波数帯である。第１周波数帯及び第２周波数帯はともに、Ｗｉ－Ｆｉ（登録商標）で使用される周波数帯であってよい。アンテナ装置１は、送信と受信の何れか一方のみに利用されても良い。電波の送受信には可逆性があるため、或る周波数の電波を送信可能な構成は、当該周波数の電波を受信可能な構成でもある。以下における送受信との記載は送信と受信の少なくとも何れか一方を意味する。

以下では一例として、アンテナ装置１は、Ｗｉ－Ｆｉの２．４ＧＨｚ帯と、５ＧＨｚをサポートするように構成されている場合について述べる。本実施形態における第１周波数帯は５１５０ＭＨｚからの５７３０ＭＨｚまでの５ＧＨｚ帯を意味し、第２周波数帯は２４００ＭＨｚから２４９７ＭＨｚまでの２．４ＧＨｚ帯を意味する。第１周波数帯は、第２周波数帯に比べて帯域幅が大きい。具体的には第１周波数帯は、５００ＭＨｚ以上の帯域幅を有する。

もちろん、第１周波数帯及び第２周波数帯の具体的な値は、用途に応じて適宜変更されてよい。第１周波数帯と第２周波数帯は、互いに異なる種類の通信で使用される周波数帯であってもよい。第１周波数帯は、ＩＥＥＥ８０２．１５．４ｚで規定されるＵＷＢ（Ultra Wide Band）の第３チャネル、第５チャネル、第７チャネル、又は第９チャネルに対応する周波数帯であってよい。第３チャネルは中心周波数が４４９２ＭＨｚのチャネルであり、第５チャネルは中心周波数が６４８９．６ＭＨｚのチャネルである。第９チャネルは中心周波数が７９８７．２ＭＨｚのチャネルである。各チャネルの帯域幅は５００ＭＨｚである。

第２周波数帯は、Bluetooth（登録商標）で使用される２．４ＧＨｚ帯（２４０２ＭＨｚ～２４８０ＭＨｚ）であっても良い。また、第２周波数帯は、セルラー通信（４Ｇ／５Ｇ）で使用される７００ＭＨｚ帯、８００ＭＨｚ帯、９００ＭＨｚ帯、１．５ＧＨｚ帯、１．７ＧＨｚ帯、２ＧＨｚ帯、２．５ＧＨｚ帯、３．４ＧＨｚ帯、３．７ＧＨｚ帯、４．５ＧＨｚ帯などであってもよい。第２周波数帯は、その他、ＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System）や路車間通信で使用される周波数帯に対応していてもよい。

第１周波数帯に属する任意の周波数が第１周波数に相当する。例えば第１周波数帯の中心周波数が第１周波数に相当する。なお、第１周波数は、第１周波数帯の最低周波数や最高周波数、その他の周波数であってもよい。第１周波数帯は、狙いとする第１周波数を基準として定まる周波数範囲と解されて良い。同様に、第２周波数帯に属する任意の周波数が第２周波数に相当する。例えば第２周波数帯の中心周波数が第２周波数に相当する。第２周波数は、第２周波数帯の最低周波数や最高周波数、その他の周波数であってもよい。第２周波数帯は、狙いとする第２周波数を基準として定まる周波数範囲と解されて良い。各周波数帯は５００ＭＨｚ以上離れているため、第２周波数は第１周波数よりも５００ＭＨｚ以上低い周波数となりうる。

以降における「λ_１Ｌ」は、第１周波数帯の最低周波数の電波の波長である第１最低波長を表す。以降における「λ_１Ｌ／２」及び「０．５λ_１Ｌ」は、第１最低波長の半分の長さを指し、「λ_１Ｌ／４」及び「０．２５λ_１Ｌ」は第１最低波長の４分の１の長さを指す。なお、本実施形態における第１周波数帯の最低周波数は５１５０ＭＨｚである。真空中及び空気中における５１５０ＭＨｚの電波の波長（つまりλ_１Ｌ）は５８．２ｍｍである。よって、λ_１Ｌ／４は、約１４．６ｍｍである。

また、以降では、第１周波数帯の中心周波数の電波の波長である第１中心波長を、「λ_１Ｍ」とも記載する。以降における「λ_１Ｍ／２」及び「０．５λ_１Ｍ」は、第１中心波長の半分の長さを指し、「λ_１Ｍ／４」及び「０．２５λ_１Ｍ」は第１中心波長の４分の１の長さを指す。

さらに、以降では第２周波数帯の中心周波数の電波の波長である第２中心波長を、「λ_２Ｍ」とも記載する。以降における「λ_２Ｍ／２」及び「０．５λ_２Ｍ」は、第２中心波長の半分の長さを指し、「λ_２Ｍ／４」及び「０．２５λ_２Ｍ」は第２中心波長の４分の１の長さを指す。本実施形態における第２周波数帯の中心周波数は約２４５０ＭＨｚである。真空中及び空気中における２４５０ＭＨｚの電波の波長（つまりλ_２Ｍ）は１２２．４ｍｍである。よって、λ_２Ｍ／４は、約３０．６ｍｍである。

本開示では「λ_１Ｌ」や「λ_１Ｍ」、「λ_２Ｍ」といった、波長（λ）を用いた表現は、各種部材の寸法を説明するために使用される。アンテナ装置１を構成する部材の寸法の説明における波長（λ）は、電気的な長さと解する事ができる。ここでの電気的な長さとは、フリンジング電界や、誘電体による波長短縮効果などを考慮した、実効的な長さである。電気的な長さは実効長と呼ばれることもある。

＜アンテナ装置１の具体的な構成について＞
アンテナ装置１は、図１～図４に示すように、地板１１、給電アンテナ２０、及び無給電アンテナ３０を備える。給電アンテナ２０と無給電アンテナ３０は、所定の間隔をおいて所定の並列方向に沿って地板１１の上側に配置されている。本実施形態ではＹ軸方向が並列方向に相当する。

地板１１は、銅などの導体を素材とする板状の導体部材である。ここでの板状には金属箔のような薄膜状も含まれる。つまり、地板１１は、プリント配線板等の樹脂製の板の表面に電気メッキ等によって積層（付与）された導体層でもよい。また、地板１１は、複数の導体層及び絶縁層を含む多層基板の内部に配置された導体層を用いて実現されていても良い。地板１１は、例えば電源回路などを介して接地用のケーブルと電気的に接続され、アンテナ装置１におけるグランド電位（換言すれば接地電位）を提供する。

地板１１は、第１面と第２面を備える。第１面は、無給電アンテナ３０が取り付けられる方の面である。第１面は上面と言い換えられてよい。第２面は第１面とは反対側の面である。第２面は、裏面あるいは下面と言い換えられて良い。地板１１に直交する方向が、アンテナ装置１にとっての上下方向である。上方向は、地板１１が備える２つの面のうち、第２面から第１面に向かう方向である。

地板１１は、長方形状に形成されている。以下ではアンテナ装置１の構成について、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、及びＺ軸を有する右手系の三次元座標系の概念を導入して説明する。図１等の種々の図に示すＸ軸は地板１１の長手方向に平行であり、Ｙ軸は地板１１の短手方向に平行である。Ｚ軸は上下方向に平行である。他の態様として地板１１が正方形状である場合には、任意の１辺に沿う方向をＸ軸とすることができる。

地板１１は、図２に示すように、上面視において給電アンテナ２０及び無給電アンテナ３０などを内包する大きさを有する。地板１１の短辺の長さは、例えば、２５ｍｍや３０ｍｍなど、４０ｍｍ以下の値に設定されている。また、地板１１の長辺の長さは、３５ｍｍや４０ｍｍ、５０ｍｍなど、６０ｍｍ以下に設定されている。地板１１の短辺及び長辺の長さは、λ_２Ｍを基準に設計されて良い。地板１１の短辺の長さは、０．３λ_２Ｍに相当する値に設定されていてよい。地板１１の長辺の長さは、０．６λ_２Ｍに相当する値に設定されていてよい。地板１１は、短手方向の長さが第２中心波長（λ_２Ｍ）よりも短く、かつ、長手方向の長さは短手方向の２倍以上に設定されていてよい。もちろん、地板１１の短辺の長さは、０．６λ_２Ｍや、０．８λ_２Ｍなどであってもよい。地板１１の長手方向の長さは、０．８λ_２Ｍや、１．２λ_２Ｍなどであってもよい。

上記のように、地板１１の寸法は適宜変更可能である。また、地板１１を上側から見た形状もまた、適宜変更可能である。地板１１は、円形や、正方形状であってもよい。また、六角形や、八角形など、その他の多角形状であってもよい。地板１１は、正方形や正六角形などの線対称な形状であってよいし、平行四辺形などの回転対称性を有する形状であってもよい。矩形状との表現には、長方形と正方形とが含まれる。円形との表現には真円だけでなく楕円形も含めることができる。

なお、地板１１の上側には、図５に示すように支持部１２が形成されていてよい。支持部１２は、地板１１の上面に付与された、板状の絶縁体である。支持部１２は、ガラスやカーボンなどの繊維に樹脂を含浸させて硬化させたプリプレグやソルダーレジストなど、任意の絶縁材料を用いて実現されている。前述の通り板状には薄膜状（シート状）も含まれる。支持部１２の上には、送受信回路１３や給電線路１４が形成されていてよい。送受信回路１３は、送信信号や受信信号に対する信号処理を施すための回路モジュールである。送受信回路１３は、ケーブルが接続されるコネクタや、ＩＣチップ（Integrated Circuit）、メモリなどを含みうる。送受信回路１３は、例えば、変調、復調、周波数変換、増幅等を行う。給電線路１４は、送受信回路１３と給電アンテナ２０とを電気的に接続するマイクロストリップ線路／配線パターンである。地板１１と支持部１２を含む構成を本開示では基板１０とも称する。

給電アンテナ２０は、第１周波数帯の電波を送受信するための導体部材である。給電アンテナ２０は、λ_１Ｌ／４の長さを有する立体的な板状モノポールアンテナとして構成されている。給電アンテナ２０は第１アンテナと呼ぶこともできる。給電アンテナ２０は、給電側対向部２１と、延設部２２を備える。

給電側対向部２１は、銅などの導体を素材とする板状の導体部材である。給電側対向部２１は、Ｙ軸方向に長い矩形状を有する。給電側対向部は、給電側第１縁部Ｅ１１、給電側第２縁部Ｅ１２、給電側第３縁部Ｅ１３、及び、給電側第４縁部を備える。給電側第１縁部Ｅ１１及び給電側第２縁部Ｅ１２はそれぞれＹ軸に平行な縁部（換言すれば長辺）であり、給電側第３縁部Ｅ１３及び給電側第４縁部はそれぞれＸ軸に平行な縁部（つまり短辺）である。給電側第１縁部Ｅ１１は、給電側第２縁部Ｅ１２よりもＸ軸負方向に位置する縁部である。給電側第３縁部Ｅ１３は、給電側第４縁部よりもＹ軸負方向に位置する縁部である。

給電側対向部２１は、所定の第１距離（Ｄ１）をおいて地板１１と対向するように配置されている。給電側対向部２１は、延設部２２によって支持されている。なお、給電側対向部２１は、地板１１又は支持部１２の上に付加された樹脂ブロックによって支持されてもよい。図３に示すＤ１は、給電側対向部２１と地板１１との距離である第１距離を示している。第１距離（Ｄ１）は例えば５ｍｍに設定されている。もちろん第１距離（Ｄ１）は、３ｍｍ、４ｍｍ、６ｍｍなどに設定されてもよい。

図２のＬ１ｘは給電側対向部２１のＸ軸方向の長さを表しており、Ｌ１ｙは給電側対向部２１のＹ軸方向の長さを表している。給電側対向部２１のＸ軸方向の長さ（Ｌ１ｘ）は、２ｍｍや３ｍｍ、５ｍｍ、１０ｍｍなど、多様な値に設定されていてよい。給電側対向部２１のＹ軸方向の長さ（Ｌ１ｙ）は、１５ｍや１７ｍｍ、２０ｍｍに設定されていて良い。

延設部２２は、給電側対向部２１の縁部から地板１１に向かって伸びる導体部材である。延設部２２は、地板１１に対して垂直な姿勢を有しており、その上端部は給電側対向部２１の第１縁部に連なっている。延設部２２と給電側対向部２１は直角であってよい。延設部２２の下端に給電点が形成されている。給電点は、送受信回路１３と給電アンテナ２０とが給電線路１４を介して電気的に接続される部分である。

延設部２２もまた板状である。延設部２２のＹ軸方向の長さは給電側対向部２１のＹ軸方向の長さと同じに設定されている。延設部２２の高さ（Ｌ１ｚ）は、第１距離（Ｄ１）に略一致していてよい。なお、延設部２２のＹ軸方向の長さは、給電側対向部２１のＹ軸方向の長さよりも短くとも良い。

給電側対向部２１のＸ軸方向の長さ（Ｌ１ｘ）と延設部２２の高さ（Ｌ１ｚ）の合計値は、給電アンテナ２０が第１周波数帯の電波を送受信可能なように、シミュレーション等に基づいて設計されている。例えばＬ１ｘとＬ１ｚの合算値は、λ_１Ｌ／４に相当する長さに設定されている。つまり、給電点から給電側第２縁部Ｅ１２までの距離がλ_１Ｌ／４となるように各部位の寸法は設計されている。

延設部２２は、図４に示すように上部２２１と脚部２２２とに仮想的に区分されてよい。上部２２１は脚部２２２の上側にあって、給電側対向部２１のＹ軸方向の長さと同じ幅を有する領域を指す。

脚部２２２は、上部２２１の下側にあって、上部２２１よりも幅が縮小されている部分を指す。脚部２２２の幅は、１ｍｍや３ｍｍなどに設定されてよい。脚部２２２の高さは２ｍｍや３ｍｍなどに設定されていて良い。高さ方向における上部２２１の長さは、３ｍｍや４ｍｍであってよい。脚部２２２の下端に給電点が設けられている。脚部２２２は、給電側対向部２１のＹ軸方向の長さ（Ｌ１ｙ）に比べて十分に細い、ピン状／棒状／線状であってよい。

脚部２２２は、延設部２２の下端部全体が地板１１と電磁界結合することを抑制するための構成である。仮に脚部２２２を設けない場合、延設部２２と地板１１とが近接する部分が多くなり、モノポールアンテナとして動作しにくくなってしまう。脚部２２２の幅及び高さは、給電点から供給された電流が給電側対向部２１に向かって流れるように設計されればよい。高さ方向における上部２２１の長さは、給電側対向部２１と地板１１との離隔が第１距離となるように調整されてよい。上部２２１及び給電側対向部２１は、脚部２２２に連なる板状の部材である。ここでの板状とは、線状ではないこと、脚部２２２に対して十分に幅が大きいことを意味するものであって、例えば脚部２２２の３倍又は５倍以上の幅を有する形状を指す。具体的には幅が５ｍｍ以上或いは１０ｍｍ以上の形状が、脚部２２２からみた板状部材に相当する。このような給電アンテナ２０は、放射素子において給電点から所定距離（例えば３ｍｍ）以上離れている部分が板状に形成されている、板状モノポールアンテナに相当する。

なお、上述の通り、電波の波長は誘電体の短縮効果を受ける。また、給電アンテナ２０は板状であるため、多様な電流経路を取りうる。よって、Ｌ１ｘとＬ１ｚの合算値が７ｍｍ～１０ｍｍ程度であっても、給電アンテナ２０は、第１周波数帯用のモノポールアンテナとして動作しうる。延設部２２は、地板１１と電気的に接続しないよう、支持部１２の上にはんだ付け等で固定されている。給電アンテナ２０は、地板１１の上に付加された樹脂製の立体物（例えばブロック）によって支持されていてもよい。

上記の給電アンテナ２０は、例えば図６に示す板金２０Ｂを破線に沿って直角に折り曲げることによって実現されてもよい。上記給電アンテナ２０は、厚みが第１距離の樹脂ブロックの表面にメッキ等で付加された金属薄膜によって実現されていても良い。延設部２２は、下垂部や屈曲部などと言い換えられても良い。また、延設部２２は、基板１０に対して立設された構成と解することができる。そのため、延設部２２は、立設部と呼ぶことができる。また、給電側対向部２１は立設部の上端から延設された構成と解する事もできる。上記給電アンテナ２０は、第１アンテナや、給電素子などと呼ぶことができる。また、給電側対向部２１は第１対向部などと呼ぶことができる。

無給電アンテナ３０は、第２周波数帯の電波を送受信するための導電性の構造体である。無給電アンテナ３０は、給電アンテナ２０のＸ軸正方向側に隣接配置されている。無給電アンテナ３０自体には、給電点が設けられていない。無給電アンテナ３０は、第２周波数帯にて給電アンテナ２０と電磁界的に結合することにより、給電アンテナ２０から供給される電力にて動作する。

無給電アンテナ３０は、無給電側対向部３１と、短絡部３２とを備える。次に説明するように、無給電側対向部３１は、その中央部に設けられた短絡部３２によって地板１１と電気的に接続されている。このような構造は、メタマテリアルの基本構造であるマッシュルーム構造に相当する。無給電アンテナ３０は、第２周波数帯にて、地板１１との協働によりメタマテリアルアンテナとして動作するサイズを有するように設計されている。無給電アンテナ３０は、第２アンテナや共振構造体と呼ぶこともできる。無給電側対向部３１は第２対向部と呼ぶこともできる。

無給電側対向部３１は、銅などの導体を素材とする板状の導体部材である。無給電側対向部３１は、給電側対向部２１と同様に、地板１１と第１距離をおいて対向するように配置されている。無給電側対向部３１は、地板１１と対向配置されることで、無給電側対向部３１の面積、及び、無給電側対向部３１と地板１１との間隔（つまり第１距離）に応じた静電容量を形成する。

無給電側対向部３１は、短絡部３２が備えるインダクタンスと第２周波数帯において並列共振する静電容量を形成する大きさを有する。無給電側対向部３１の面積は、所望の静電容量を提供するように適宜設計されればよい。所望の静電容量とは、短絡部３２が備えるインダクタンスとの協働により、第２周波数帯で動作する静電容量である。なお、動作周波数をｆ、短絡部３２が備えるインダクタンスをＬｓ、無給電側対向部３１が地板１１との間に形成する静電容量をＣとすると、ｆ≒１／｛２π√（Ｌｓ・Ｃ）｝の関係が成り立つ。動作周波数（ｆ）は、第２周波数帯の中心周波数であってよい。当業者であれば、当該関係式をもとに、適正な無給電側対向部３１の面積を決定することができる。

例えば無給電側対向部３１は、一辺の長さが給電側対向部２１のＹ軸方向の長さ（Ｌ１ｙ）と等しい正方形状に形成されている。もちろん、無給電側対向部３１は、一辺の長さがＬ１ｙよりも短い／長い正方形状であってもよい。無給電側対向部３１のＸ軸方向の長さ（Ｌ２ｘ）とＹ軸方向の長さ（Ｌ２ｙ）は、１５ｍｍや１７ｍｍ、２０ｍｍなどに設定されていて良い。無給電側対向部３１の一辺の長さは適宜変更可能であり、２０ｍｍや、２５ｍｍなどであっても良い。無給電側対向部３１が大きいほど、形成される静電容量が大きくなり、無給電アンテナ３０の動作周波数は低くなりうる。無給電側対向部３１の寸法は、第２周波数の値や周辺部材による波長短縮効果などを鑑みて決定されうる。

無給電側対向部３１のＸ軸方向の長さは、０．０２λ_２Ｍや０．１５λ_２Ｍなど、波長を用いて表現されて良い。Ｙ軸方向の長さも同様である。無給電側対向部３１は、円形や六角形、多角形などであってもよい。無給電側対向部３１は、正方形や正六角形などの線対称な形状であってよいし、平行四辺形などの回転対称性を有する形状であってもよい。

無給電側対向部３１は、何れの辺の長さも０．２５λ_２Ｍよりも短く設定された矩形状、又は、直径が０．２５λ_２Ｍの円の内部に収まる大きさに設定されていてよい。無給電アンテナ３０は０次共振を利用するアンテナであるため、無給電側対向部３１は、半波長の大きさを必要とするパッチアンテナに比べて十分に小さく設定可能である。

無給電側対向部３１は、地板１１を基準として給電側対向部２１と同じ高さ（平面）に配置されている。無給電側対向部３１は、短絡部３２にて支持されうる。無給電側対向部３１は、地板１１又は支持部１２の上に付加された樹脂製のブロック（段差）や柱によって支持されてもよい。

矩形状の無給電側対向部３１は、４つの縁部（辺）を備える。無給電側対向部３１は、１つの辺がＸ軸に平行となる姿勢で配置されている。無給電側対向部３１が備える４つの縁部を、以降では無給電側第１縁部Ｅ２１、無給電側第２縁部Ｅ２２、無給電側第３縁部Ｅ２３、及び、無給電側第４縁部Ｅ２４とも称する。無給電側第１縁部Ｅ２１及び無給電側第２縁部Ｅ２２がＹ軸に平行な１組の対辺に相当し、無給電側第３縁部Ｅ２３及び無給電側第４縁部Ｅ２４がＸ軸に平行な１組の対辺に相当する。

無給電側対向部３１と給電側対向部２１は、所定の間隔をおいてＸ軸方向に並んで配置されている。具体的には、無給電側第１縁部Ｅ２１が、給電側第２縁部Ｅ１２と対向し且つ近接するように配置されている。無給電側対向部３１と給電側対向部２１の間隔が、無給電アンテナ３０と給電アンテナ２０との間隔であるアンテナ間隔に対応する。本開示では無給電側対向部３１において給電側対向部２１と近接している縁部を近接縁部とも称する。

ここでの「近接」とは、実質的に第２周波数帯の高周波信号が伝搬しうる程度の離隔、換言すれば、電磁界結合しうる程度の離隔を有する状態を指す。第２周波数帯において電磁界結合する距離の上限値である結合限界値は、例えば２．７５ｍｍである。結合限界値は、各部のサイズや、後述する突出部の有無等によって異なりうる。また、第２周波数帯の電波に対する要求性能によっても、結合限界値は異なりうる。

結合限界値は、シミュレーション及び要求性能によって決定されて良い。第２周波数帯における電圧定在波比（ＶＳＷＲ：Voltage Standing Wave Ratio）が４程度まで許容される場合、結合限界値は３．０ｍｍに設定されても良い。結合限界値は、０．０２５λ_２Ｍや０．０２λ_２Ｍなど、波長を用いて表現されて良い。また、結合限界値は、Ｌ２ｘを基準として規定されても良い。結合限界値は、例えばＬ２ｘの６分の１などであってよい。

図中のＤ２は、アンテナ間隔を示している。アンテナ間隔（Ｄ２）は、結合限界値よりも小さい値に設定されていればよい。アンテナ間隔（Ｄ２）は、３．０ｍｍ以下の任意の値に設定されていてよい。例えばアンテナ間隔（Ｄ２）は、１．０ｍｍに設定されている。アンテナ間隔（Ｄ２）は、０．５ｍｍや、０．７５ｍｍ、１．５ｍｍなどに設定されてもよい。アンテナ間隔（Ｄ２）は、Ｌ２ｘの６分の１よりも小さく、Ｌ２ｘの５０分の１よりも大きい値に設定されていてよい。

短絡部３２は、地板１１と無給電側対向部３１とを電気的に接続する導電性の部材である。短絡部３２は、導電性のピン（以降、ショートピン）や、板金を加工した部材であって良い。短絡部３２の径や長さを調整することによって、短絡部３２が備えるインダクタンスを調整することができる。短絡部３２の長さは、第１距離（Ｄ１）である。短絡部３２の直径は、例えば２ｍｍに設定されている。もちろん、短絡部３２の直径は１．０ｍｍや１．５ｍｍ、３．０ｍｍであってもよい。なお、短絡部３２は、断面が矩形状又は六角形などの多角柱として構成されていてもよい。例えば短絡部３２の断面形状は、Ｘ軸方向の長さが１．５ｍｍ、Ｙ軸方向の長さが０．５ｍｍの矩形状であってもよい。

なお、短絡部３２は、一端が地板１１と電気的に接続され、他端が無給電側対向部３１と電気的に接続された導電部材であればよい。仮にアンテナ装置１がプリント配線板を基材として用いて実現される場合には、プリント配線板に設けられたビアを短絡部３２として利用することができる。

短絡部３２は、無給電側対向部３１の中心である対向板中心に設けられている。無給電側対向部３１の中心とは、無給電側対向部３１が正方形状や長方形状である場合には、対角線の交点に相当する。無給電側対向部３１が三角形である場合には、その内心を中心として採用することができる。三角形の無給電側対向部３１の中心は、垂心や外心であってもよい。無給電側対向部３１の中心は幾何的に決定される。

なお、短絡部３２の形成位置は、厳密に対向板中心と一致している必要はない。短絡部３２は対向板中心から数ｍｍ程度ずれていてもよい。短絡部３２は、無給電側対向部３１の中央部に形成されていれば良い。無給電側対向部３１の中央部とは、対向板中心から縁部までを１：５に内分する点を結ぶ線よりも内側の領域を指す。中央部は、別の観点によれば、無給電側対向部３１を６分の１程度に相似縮小した同心図形が重なる領域に相当する。

＜メタマテリアルアンテナの基本構成とその作動について＞
アンテナ装置１の作動を説明する前に、ここでは図７を用いてメタマテリアルアンテナの基本構成２００とその動作原理について説明する。図７はメタマテリアルアンテナの基本構成２００を示したものであって、地板１１ｘ、対向部３１ｘ、及び短絡部３２ｘを備える。

給電点は、対向部３１ｘにおいてインピーダンス整合を取ることができる位置に配置される。ここでのインピーダンス整合とは、信号を送り出す側のインピーダンス値と信号を受け取る側のインピーダンス値を略同一とすることを指す。なお、インピーダンスが整合していない場合、反射等による利得の低下、ひいてはアンテナとしての実用性の低下が生じうる。

メタマテリアルアンテナは、メタマテリアルの分散特性のうち、位相定数βがゼロとなる周波数で共振する現象である０次共振を利用したアンテナである。メタマテリアルアンテナにおいては、地板１１ｘと対向部３１ｘとの間に形成される静電容量（Ｃ）と、短絡部３２ｘが備えるインダクタンス（Ｌ）とのＬＣ並列共振によって動作することを特徴とする。共振周波数がアンテナとしての動作周波数に対応する。

メタマテリアルアンテナでは、給電点から対向部３１ｘに動作周波数の電力が給電されると、インダクタとキャパシタとの間のエネルギー交換によって並列共振が生じ、地板１１ｘと対向部３１ｘとの間に、地板１１ｘに対して垂直な電界が発生する。すなわち、Ｚ軸方向の電界が発生する。この垂直電界は、短絡部３２ｘから対向部３１ｘの縁部に向かって伝搬していく。当該垂直電界は、対向部３１ｘの縁部において垂直偏波となって空間へと放射される。なお、本開示における垂直偏波とは、電界の振動方向が地板１１ｘや対向部３１ｘに対して垂直な電波を指し、地板垂直偏波あるいは単に、垂直偏波と呼ぶこともできる。

上記のＬＣ並列共振（換言すれば０次共振）によって生じる垂直電界の伝搬方向は、短絡部３２ｘを中心として対称であるため、アンテナ水平面における全方位に対して同程度の利得を有する。換言すれば、１つのメタマテリアルアンテナは、対向部３１ｘの中心から縁部に向かう全方向（３６０°）に指向性を有する。本開示におけるアンテナ水平面とは、地板１１ｘ及び対向部３１ｘに平行な平面を指す。本開示では、対向部３１ｘの中心からその縁部に向かう方向を、アンテナ水平方向とも称する。アンテナ水平方向は、別の観点によれば、Ｚ軸方向に対して直交する方向であって、Ｘ軸方向やＹ軸方向を含む。アンテナ水平方向は、端的に言えば、アンテナ装置１にとっての横方向（換言すれば側方）に相当する。

また、アンテナが電波を送信（放射）する際の作動と、電波を受信する際の作動は、互いに可逆性を有する。以上では電波を放射する際を例にとって説明したが、上記構成によれば、アンテナ水平方向から到来する垂直偏波を受信できる。

上述した地板１１ｘ、対向部３１ｘ、及び短絡部３２は、この順に、アンテナ装置１の地板１１、無給電側対向部３１、及び短絡部３２に対応する構成である。上記基本構成２００の作動にかかる説明は、無給電アンテナ３０の説明として援用されてよい。なお、アンテナ装置１においては、近接縁が無給電アンテナ３０にとっての給電点と解されてよい。

ところで、メタマテリアルアンテナの他に、地板に対向する金属板を用いたアンテナとしては、パッチアンテナがある。パッチアンテナは電流の経路長がλ／２となることで生じる共振現象を利用するアンテナであって、メタマテリアルアンテナとは動作原理からして異質なものである。また、パッチアンテナは動作原理上、放射素子がλ／２となる寸法を有する必要がある一方、メタマテリアルアンテナは対向部３１ｘがλ／２の長さを有することを必要としない。さらに、指向性の観点においてもメタマテリアルアンテナは、パッチアンテナとは異質である。すなわち、パッチアンテナや板状逆Ｆアンテナは地板に対して垂直な方向（つまり上方向）にビームを形成するのに対し、メタマテリアルアンテナは、基本的にアンテナ上方向ではなくアンテナ水平方向にビームを形成する。また、パッチアンテナは短絡部を必要としないアンテナであるのに対し、メタマテリアルアンテナは短絡部を必須とする。このように動作原理及び指向性、構成などの観点から、メタマテリアルアンテナは、パッチアンテナとは異質なものである。

＜アンテナ装置１の動作について＞
ここではアンテナ装置１の作動に付いて説明する。まず、給電アンテナ２０は給電点を備える。また、給電アンテナ２０は、電気的にλ_１Ｌ／４の長さを有し、かつ、開放端側が板状に形成されたモノポールアンテナとして構成されている。故に、アンテナ装置１は、第１周波数帯においては給電アンテナ２０が作動する。なお、開放端側とはモノポールアンテナにおいて給電点が設けられていない方の端部を指す。

また、無給電アンテナ３０は、給電アンテナ２０と第２周波数帯において電磁界結合する間隔で配置されているとともに、第２周波数帯でメタマテリアルアンテナとして動作するマッシュルーム構造を有している。そのため、アンテナ装置１は、第２周波数帯においては無給電アンテナ３０が作動する。メタマテリアルアンテナとしての作動原理は、基本構成２００を用いて説明した通りである。

このようにアンテナ装置１は動作モードとして、給電アンテナ２０が主体的に動作する第１モードと、給電アンテナ２０との電磁結合によって無給電アンテナ３０が主体的に動作する第２モードとを有する。

図８は、アンテナ間隔（Ｄ２）を１．０ｍｍに設定したアンテナ装置１の周波数毎のＶＳＷＲの測定結果を示すグラフである。図８に示すグラフの横軸は周波数を表しており、縦軸はＶＳＷＲを表している。図８に示すようにアンテナ装置１は、第１周波数帯を包含する５．０７ＧＨｚ～６．８８ＧＨｚと、第２周波数帯を包含する２．３７ＧＨｚ～２．５３ＧＨｚにおいて、ＶＳＷＲが３．５以下となることが確認できている。また第１周波数帯と第２周波数帯においては概ねＶＳＷＲが３．０以下となる。

ＶＳＷＲはインピーダンス整合の程度を表す指標であって、１に近いほど伝送線路のインピーダンスが整合していることを示す。通信用のアンテナの技術分野では一般的に、ＶＳＷＲが３．０或いは３．５以下となる範囲が実用可能な周波数と見なされる事がある。そのような当技術分野において慣用されている基準と照らし合わせても、本開示のアンテナ装置１は、２つの周波数帯で動作可能であることがわかる。

また、本実施形態のアンテナ装置１によれば高周波側においては５．０７ＧＨｚから６．８８ＧＨｚの帯域でＶＳＷＲが３．５以下となる。つまり１．５ＧＨｚを超える（１．８Ｈｚ近い）動作帯域を実現できる。ここでの動作帯域とは、信号の送受信に使用可能な周波数帯である。本開示ではＶＳＷＲが３．５以下となる周波数の範囲を指すものとするが、要求性能や用途によってはＶＳＷＲが３以下の周波数範囲を動作帯域とみなしてよい。ＶＳＷＲが３以下の周波数範囲を動作帯域とみなす場合であっても本開示の構成によれば６ＧＨｚ付近において１ＧＨｚの動作帯域を有しうることは図８からも明らかである。

なお、実用上のＶＳＷＲの上限値は、アンテナの用途等に応じて異なりうる。送信電力が小さいほどＶＳＷＲにかかる要件は緩和され、相対的に大きい値が許容されうる。また、受信専用である場合もまた相対的に大きいＶＳＷＲが許容されうる。よって、用途等によっては、ＶＳＷＲが３．５や４となる周波数範囲もアンテナの動作帯域とみなせる場合もある。

また、本開示の構成では、第１周波数帯を狙った給電アンテナ２０が板状モノポールアンテナとして形成されているため、オーソドックスな（線状の）モノポールアンテナに比べて広帯域化できる。仮に給電アンテナ２０を線状モノポールアンテナとした構成では、高周波側の動作帯域が狭く、例えば１ＧＨｚ近い動作帯域を実現することは難しい。つまり、線状モノポールアンテナでは広い第１周波数帯を形成しづらい。そのような課題に対し、本アンテナ装置１によれば比較的簡素な構成で高周波側の動作周波数を広帯域化できるといった利点を有する。

また、図９及び図１０は、第１周波数帯（具体的には５．２ＧＨｚ）におけるアンテナ装置１の指向性を示した図である。図９はＸＹ平面、換言すればアンテナ水平方向に対する指向性を示している。また図１０は、ＸＺ平面における指向性を示している。図９、図１０に示されている通り、給電アンテナ２０はアンテナ水平方向にも上方向にも指向性を有する。これは、給電アンテナ２０が側面視においてＬ字型、つまり地板に対して立設する延設部２２と、地板１１に対して平行な給電側対向部２１を有するためである。なお、アンテナ装置１は５．２ＧＨｚに限らず、６ＧＨｚや７ＧＨｚにおいても同様の指向性を有することはシミュレーションにより確認できている。

図１１及び図１２は、第２周波数帯（具体的には２．４ＧＨｚ）におけるアンテナ装置１の指向性を示した図である。図１１はＸＹ平面、換言すればアンテナ水平方向に対する指向性を示している。また図１２は、ＸＺ平面における指向性を示している。図１１に示されている通り、給電アンテナ２０はアンテナ水平方向全方位に対して指向性を有する。当該指向性は、メタマテリアルアンテナの特性と一致するものである。このことからも第２周波数帯においては無給電アンテナ３０が作動していることがわかる。

図１３は、給電アンテナ２０及び無給電アンテナ３０の構成（例えば寸法など）を一定としつつ、アンテナ間隔（Ｄ２）を変化させた際の周波数ごとのＶＳＷＲを測定した結果を示すグラフである。図１３中の破線はＤ２＝０．６ｍｍのときのＶＳＷＲを、実線はＤ２＝１．０ｍｍのときの周波数毎のＶＳＷＲを、一点鎖線はＤ２＝１．４ｍｍのときの周波数毎のＶＳＷＲを、それぞれ示している。

図１３に示すように、上記の３つの試験パターンにおいてはアンテナ間隔（Ｄ２）が小さくなるにつれて第１周波数帯及び第２周波数帯は低周波側にシフトしうる。ただし、何れのパターンにおいても互いに５００ＭＨｚ以上離れた２つの動作帯域が実現される。アンテナ装置１によれば、アンテナ間隔（Ｄ２）を調整することにより、所望の２つの動作周波数が得られうる。

図１４は、アンテナ間隔を変化させた際の、周波数帯ごとのＶＳＷＲの最低値のシミュレーション結果を示すグラフである。図１４中の実線は２ＧＨｚ～２．７ＧＨｚまでの周波数毎のＶＳＷＲの最低値の推移を表しており、図１４中の破線は５ＧＨｚ～７．２ＧＨｚまでの周波数毎のＶＳＷＲの最低値の推移を表している。図１４にて破線で示される高周波側の動作帯域は給電アンテナ２０に由来するため、あまりアンテナ間隔の影響を受けない。一方、図１４にて実線で示される低周波側の動作帯域は、アンテナ間隔による変動が大きい。アンテナ間隔によって電磁結合のしやすさ、換言すれば、伝送路と無給電アンテナ３０とインピーダンスの整合度合いが変化するためである。図１４に示されるように、第２周波数帯の利得を確保するために、アンテナ間隔は０．３５ｍｍから２．７４ｍｍまでの値に設定されることが好ましい。また、より好ましくは、アンテナ間隔は０．４ｍｍから２．５ｍｍまでの値に設定されて良い。

ところで、本実施形態のアンテナ装置１は、第１周波数付近で広帯域に動作する板状のモノポールアンテナを給電素子として設けるとともに、その隣に、第２周波数用のメタマテリアルアンテナを配置した構成に相当する。一般的に、メタマテリアルアンテナは、λ／４以下の寸法で（つまり小型に）実現可能といった利点を有するが、動作帯域が狭いといった欠点を有する。そのような事情から、本実施形態では、メタマテリアルアンテナとしての無給電アンテナ３０が相対的に帯域の狭い方の周波数帯をサポートし、帯域が広い方の周波数帯は給電アンテナ２０がサポートする。本実施形態の構成によれば、Ｗｉ－Ｆｉや４Ｇ、５Ｇのように、複数の周波数帯を使用する通信方式であって、周波数帯ごとに帯域幅が異なるような通信方式をサポートしやすくなる。また、本開示のアンテナ装置１によれば、多共振可能であってかつ、低背かつ水平方向の全方位に垂直偏波を送信可能となる。さらに、本開示のアンテナ装置１によれば給電点は１つでよいため、回路を簡素化できる。本開示のアンテナ装置１は、ターゲットとする２つの周波数帯のうち、低周波側が相対的に狭帯域であって高周波側が広帯域であることが求められる通信方式に好適である。

＜変形例（１）＞
アンテナ装置１は、無給電アンテナ３０を複数備えていても良い。例えばアンテナ装置１は、図１５に示すように無給電アンテナ３０としての第１無給電アンテナ３０の隣に、第２無給電アンテナ４０が配置された構成を有していても良い。図１５に示す構成において、給電アンテナ２０、第１無給電アンテナ３０、第２無給電アンテナ４０はこの順でＸ軸正方向に並んでいる。第２無給電アンテナ４０は、第１無給電アンテナ３０と同様に、マッシュルーム構造を有する。つまり、第２無給電アンテナ４０は、対向導体板４１と短絡部４２を備える。

対向導体板４１は、無給電側対向部３１と同じ平面において、第３周波数において無給電側対向部３１と電磁界結合する間隔で隣接配置されている。対向導体板４１と無給電側対向部３１の離隔である第３距離（Ｄ３）もまた、０．５ｍｍや１．０ｍｍ、１．５ｍｍなどに設定されて良い。対向導体板４１は、短絡部４２が備えるインダクタンスと第３周波数で並列共振する静電容量を形成する面積を有している。対向導体板４１は第３対向部、短絡部４２は第３短絡部と言い換えられてよい。

第３周波数は、任意の周波数であってよく、例えば３ＧＨｚなどであってよい。対向導体板４１が大きいほど動作周波数は低くなるため、第３周波数が第２周波数よりも高い場合、対向導体板４１は無給電側対向部３１よりも小さくなりうる。例えば対向導体板４１は１つの辺が１２ｍｍ～１４ｍｍ程度の正方形であって良い。

図１６は、対向導体板４１を１３ｍｍ四方の正方形状とした際のアンテナ装置１全体周波数ごとのＶＳＷＲをシミュレーションした結果を示すグラフである。図１６と図８を比較すれば明らかなように、第２無給電アンテナ４０の追加により、アンテナ装置１は２．９ＧＨｚでも動作可能となる。前述の通り、第２無給電アンテナ４０の追加に伴って追加される動作周波数は、第２無給電アンテナ４０の大きさ等によって調整可能である。

なお、第２無給電アンテナ４０の設置位置は、第１無給電アンテナ３０からみて給電アンテナ２０の反対側に限定されない。図１７に示すように第２無給電アンテナ４０は、給電アンテナ２０から見て第１無給電アンテナ３０とは反対側に配置されていても良い。換言すれば第２無給電アンテナ４０は給電アンテナ２０のＸ軸負方向に配置されていてもよい。対向導体板４１と給電側対向部２１との離隔は、第３周波数で電磁結合する値に設定されていれば良い。

また、第２無給電アンテナ４０は図１８に示すように、第１無給電アンテナ３０のＹ軸負方向側に配置されていてもよい。また、第２無給電アンテナ４０は図１８に例示する位置よりもＸ軸負方向側にずらした位置、例えば給電側第３縁部Ｅ１３と無給電側第３縁部Ｅ２３の両方と対向する位置に配置されていてもよい。第２無給電アンテナ４０は給電側第３縁部Ｅ１３又は給電側第４縁部に対して近接（隣接）配置されていてもよい。無給電素子を複数備えることにより、さらなる多共振化を図る事ができる。

＜変形例（２）＞
給電アンテナ２０は、図１９、図２０に示すように給電側対向部２１と地板１１とを電気的に接続する導体部材である給電側短絡部２３を備えていても良い。給電側短絡部２３は、導電性のピン（以降、ショートピン）や、板金を加工した部材であって良い。給電側短絡部２３の長さは第１距離（Ｄ１）となる。給電側短絡部２３の直径は、例えば１ｍｍに設定されている。もちろん、給電側短絡部２３の直径は、０．５ｍｍや１．５ｍｍであってもよい。給電側短絡部２３は、無給電側短絡部３２と同様に、断面が矩形状又は六角形などの多角柱として構成されていてもよい。

給電側短絡部２３は、例えば、給電側第２縁部Ｅ１２と給電側第３縁部Ｅ１３とが接続する角部に配置されている。もちろん、給電側短絡部２３の位置は適宜変更されて良い。例えば給電側短絡部２３は、給電側第２縁部Ｅ１２と給電側第４縁部とが接続する角部に配置されていても良いし、給電側第２縁部Ｅ１２の中央部や角部から所定距離離れた位置に配置されていても良い。給電側短絡部２３は、給電側第３縁部Ｅ１３において延設部２２から所定距離（例えば５ｍｍ）離れた位置に設けられていても良い。

給電側短絡部２３を備える構成においては、インピーダンス調整が容易となる。ひいては、アンテナ装置１としての利得を高めることができる。なお、給電側短絡部２３を備える給電アンテナ２０は、板状逆Ｆアンテナに相当する。逆説的に実施形態の給電アンテナ２０は、板状逆Ｆアンテナから短絡部を除去した構成と解することもできる。給電アンテナ２０は、板状モノポールアンテナの他、板状逆Ｆアンテナであってもよい。

以降では、給電側短絡部２３との区別のため、無給電アンテナ３０が備える短絡部３２を無給電側短絡部３２とも記載する。

＜変形例（３）＞
延設部２２の脚部２２２は図２１に示すように多段階に構成されていてもよい。すなわち、脚部２２２は、Ｙ軸方向の長さ（つまり幅）が異なる一次脚部２２２ａと二次脚部２２２ｂを備えていても良い。一次脚部２２２ａは、二次脚部２２２ｂよりも下側に位置する部位であって、二次脚部２２２ｂよりも細く形成されている。一次脚部２２２ａは給電線路１４と電気的に接続する部位でもある。二次脚部２２２ｂは、一次脚部２２２ａと上部２２１との間に位置する部位であって、一次脚部２２２ａよりも太く形成されている。二次脚部２２２ｂの幅は、一次脚部２２２ａの幅と、上部２２１の幅の間の値であってよい。このように延設部２２は下から上に向かって段階的に幅が大きくなる形状を有していてもよい。当該構成によれば延設部２２と地板１１とが結合する恐れをより一層低減できる。

同様の理由から、延設部２２（主として上部２２１）は、図２２に示すように下向き二等辺三角形の形状を有していても良い。また、延設部２２は、図２３に示すように、下向き二等辺三角形の上に矩形が接続した五角形状、すなわち下向きのホームベース型であってもよい。ホームベース型は、連続する２つの角が直角である五角形であって、直角五角形の一種である。

図２３に示す形を有する延設部２２によれば、給電アンテナ２０において電流は延設部２２の縁部に沿って給電側対向部２１へ流れやすくなる。その結果、高周波側での動作帯域がより一層広くなりうる。

図２４は、実施形態の延設部２２を図２３に示す下向きのホームベース型にした構成における周波数とＶＳＷＲの関係をシミュレーションした結果を示すグラフである。図１８と図２４を比較すればわかるように延設部２２の形状を変更する事により、より一層の広帯域化が実現できる。具体的には高周波側での動作帯域を１．８ＧＨｚから３．１４ＧＨｚまで拡張できる。なお、延設部２２の形状変更は、無給電アンテナ３０の動作に影響を与えないことも上記シミュレーション結果から明らかである。

＜変形例（４）＞
無給電側対向部３１には縁部から対向板中心に向かうようにスリット３３が形成されていてよい。例えば無給電側対向部３１には、図２５に示すように無給電側第３縁部Ｅ２３の中央から対向板中心に向かって延びるスリット３３が形成されていても良い。図２５に示すアンテナ装置１ａは、変形例（２）、（３）として開示の構成を組み合わせてなる構成において、さらに無給電側対向部３１にスリット３３を設けたものである。すなわち図２５に示すアンテナ装置１は、図２７、図２８に示すように給電アンテナ２０は給電側短絡部２３を備えるとともに、延設部２２は下向きのホームベース型に形成されている。また、無給電側対向部３１には図２６に示すようにスリット３３が形成されている。図２５～図２８に示すアンテナ装置１ａは実施形態として開示のアンテナ装置１の改良型に相当する。

当該スリット３３は、Ｙ軸に平行である。スリット３３の幅（Ｗｓ）は例えば３ｍｍや５ｍｍなどであってよい。スリット３３の長さ（Ｌｓ）は例えば無給電側対向部３１のＹ軸方向の長さ（Ｌ２ｙ）の４０％や４５％などに設定されて良い。具体的には、仮にＬ２ｙ＝１８ｍｍである場合には、Ｌｓ＝８ｍｍなどに設定されて良い。スリット３３は、対向板中心又はその１ｍｍ手前で終端するように形成されていてよい。スリット３３は、短絡部３２の直前まで形成されていても良い。

上記構成によれば、板金を用いて無給電アンテナ３０を実現する場合、スリット３３として切り取る部分を用いて無給電側短絡部３２を実現できる。すなわち、１枚の板金に対して切除工程と折曲工程とを含む処理を施すことで無給電アンテナ３０としての立体モジュールを製造可能である。切除工程は、スリット３３に相当する部分のうち無給電側短絡部３２として利用する部分以外を切除する工程であり、折曲工程は、残った無給電側短絡部３２相当の部分を直角に折り曲げる工程である。無給電側対向部３１にスリット３３を形成する構成によれば、スリット３３として除去する部分の一部を無給電側短絡部３２として援用可能となるため、アンテナ装置１の製造コストを低減できる。

また、本開示の開発者らは、スリット３３を設けていないアンテナ装置１の作動を検証したところ、６ＧＨｚ付近では電流の一部が給電アンテナ２０から無給電側対向部３１に流入し、無給電側対向部３１がパッチアンテナとして作動していることがわかった。電流の分布を解析したところ、パッチアンテナとして作動する際の電流経路はＸ軸に平行であることもわかった。これは、無給電側対向部３１のＸ軸方向の長さ（Ｌ２ｘ）が、意図せず電気的に６ＧＨｚの電波の半波長になっているためと推測される。アンテナ上方向の放射が不要である場合、上記の作動は不要な作動である。

そのような課題に対し、本変形例のアンテナ装置１によれば、無給電側対向部３１においてパッチアンテナとして動作する際の電流経路を阻害するようにスリット３３が形成されている。そのため、本変形例によれば、無給電側対向部３１がパッチアンテナとして誤作動することを抑制する効果が期待できる。

図２９は、スリット３３の有無による周波数毎の水平面平均利得の変化を示すグラフである。水平面平均利得はアンテナ水平方向における方位ごとの利得の平均値である。図２９の実線は、アンテナ装置１ａでの周波数と水平面平均利得の関係を示している。点線はアンテナ装置１ａからスリット３３を除去した構成における周波数と水平面平均利得の関係を示している。

図２９に示されるように、無給電側対向部３１がスリット３３を備える構成によれば、スリット３３を備えない構成に比べて、６ＧＨｚ付近での水平面平均利得が４ｄＢほど改善している。これはスリット３３の付与により無給電側対向部３１がパッチアンテナとして動作しにくくなり、アンテナ上方向への放射に寄与していた電力が水平方向への放射に寄与するようになったことを示している。つまり、図２５に構成によれば、無給電側対向部３１がパッチアンテナとして動作することを抑制する効果を奏する。

なお、無給電側対向部３１がパッチアンテナとして動作する周波数は、無給電側対向部３１のＸ軸方向の長さ（Ｌ２ｘ）と周辺の誘電体によって変化しうる。パッチアンテナは半波長の電流経路を必要とするため、無給電側対向部３１がパッチアンテナとして動作する周波数はＬ２ｘを短くするほど高周波化するものと予見される。

ところで、スリット３３の位置や延設方向等は適宜変更されて良い。他の構成としてスリット３３は、無給電側短絡部３２が存在しない方向に向けて形成されていてよい。スリット３３は、図２６に示す位置からＸ軸方向に所定量ずれた位置に形成されていても良い。また、スリット３３の延設方向は必ずしもＹ軸に平行である必要はない。スリット３３は無給電側第１縁部Ｅ２１又は無給電側第２縁部Ｅ２２の任意の位置からＸ軸に平行に形成されていてもよい。

＜変形例（５）＞
アンテナ装置１は、図３０に示すように給電アンテナ２０等を保護するための樹脂ケース９０を備えていても良い。樹脂ケース９０は、例えばポリカーボネート（ＰＣ：polycarbonate）樹脂を用いて実現されている。なお、樹脂ケース９０の材料としては、ＰＣ樹脂にアクリロニトリルブタジエンスチレン共重合体（いわゆるＡＢＳ）を混ぜた合成樹脂や、ポリプロピレン（ＰＰ：polypropylene）など、多様な樹脂を採用できる。

樹脂ケース９０は、実体的又は仮想的に側壁部９１と天板部９２とに分けて取り扱うことができる。側壁部９１は、樹脂ケース９０の側面を提供する構成であって、地板１１の縁部から上方に向かって立設されている。天板部９２は、樹脂ケース９０の上面部を提供する構成である。天板部９２は例えば平板状に形成されていてよい。なお、天板部９２の外側表面はドーム型など任意の形状を有していてよい。天板部９２の内側面（裏面）である内部天井面９２ａは、地板１１／無給電側対向部３１等と対向するように平坦に形成されていてよい。

樹脂ケース９０は、内部天井面９２ａが給電側対向部２１及び無給電側対向部３１と当接するように構成されていてよい。当該構成は側壁部９１の高さの調整により実現可能である。内部天井面９２ａが給電側対向部２１及び無給電側対向部３１と当接することにより、樹脂ケース９０の波長短縮効果により、給電側対向部２１及び無給電側対向部３１をより一層小型化できる。

また、給電側対向部２１及び無給電側対向部３１は内部天井面９２ａに固定されていても良い。例えば給電アンテナ２０及び無給電アンテナ３０が固定された樹脂ケース９０を地板１１に組み付けることでアンテナ装置１は製造されても良い。当該構成によれば、立体構造を有する給電アンテナ２０や無給電アンテナ３０を支持するための部材（例えば樹脂ブロックなど）を省略することができる。

なお、側壁部９１が地板１１に対してネジや接着剤等を用いて固定されることにより、樹脂ケース９０は地板１１と一体的に固定されてよい。他の態様としてアンテナ装置１は、ロアケースを備えていても良い。ロアケースは、地板１１等を下側から収容するケースである。樹脂ケース９０は例えば上下方向に分離可能に構成されているアッパーケースとロアケースとが組み合わさることで構成されていてもよい。

また、給電側対向部２１と無給電側対向部３１の離隔（つまりアンテナ間隔）が設計値からずれてしまうと、アンテナ性能が変化しうる。アンテナ間隔の変動量が同じであっても、アンテナ間隔が設計値よりも小さくなる場合は、アンテナ間隔が設計値よりも大きく場合よりも、周波数特性の変動量が大きい。

そのような事情から、内部天井面９２ａには図３１に示すように突起部９３が形成されていても良い。突起部９３は、給電アンテナ２０と無給電アンテナ３０が接近することを抑制するための構成である。突起部９３は、内部天井面９２ａにおいて給電アンテナ２０と無給電アンテナ３０の間となる部分に、下向きに突出している。突起部９３は、給電アンテナ２０と無給電アンテナ３０の位置を規制する役割を果たせればよく、そのＺ軸方向の長さは数ミリ程度であってよい。突起部９３は隔壁部あるいは位置規制部などと呼ぶことができる。

突起部９３は、例えば図３２に示すように隙間部の両端に設けられていてよい。ここでの隙間部とは、内部天井面９２ａにおいて給電側対向部２１と無給電側対向部３１の間に位置する領域を指す。或いは突起部９３は、図３３に示すように隙間部の中央部に設けられていても良い。さらに、突起部９３は、隙間部の全域に渡って形成されていてもよい。

ただし、突起部９３は樹脂であって波長短縮効果を奏する構成である。隙間部において突起部９３が存在する比率が高くなるにつれて、第２周波数の信号にとっての実質的なアンテナ間隔が長くなりうる。またそれに伴い、給電アンテナ２０から見たときの無給電アンテナ３０のインピーダンスが変化しうる。もちろん、突起部９３の影響を加味した寸法等を設計すれば、突起部９３による性能劣化は低減できるが、設計工数の増大を招きうる。そのような事情から隙間部に設ける突起部９３は少ないことが好ましい。

なお図３４は、隙間部に配置する突起部の量による、周波数特性への影響を試験した結果を示すグラフである。図中の実線は突起部９３を隙間部に設けていない場合を表しており、破線は図３２に示すように隙間部の両端にのみ突起部９３を設けた場合（パターンＡ）を表している。一点鎖線は隙間部の全領域に突起部９３を設けた場合（パターンＢ）を表している。図３４からも、隙間部を占める突起部９３が多いほど無給電アンテナ３０が動作しにくくなることがわかる。

なお、突起部９３は、各アンテナの位置を規制する役割を果たせればよく、その位置及び形状は適宜変更可能である。例えば図３５及び図３６に示すように複数の突起部９３が、無給電側対向部３１に設けられた穴３４が嵌合するように形成されていても良い。同様に突起部９３は、給電側対向部２１に設けられた穴２４が嵌合するように形成されていても良い。穴２４、３４の直径は数ミリ程度であってよい。突起部９３の直径は穴２４、３４の直径に応じた値に設定されればよい。図３５では無給電側対向部３１の四隅に穴３４が形成されている場合を例示しているが、穴３４の形成位置や数は適宜変更されて良い。無給電側対向部３１を係止するための穴３４は、１組の対角にのみ形成されていてもよい。係止箇所は３箇所や５箇所以上であっても良い。

なお、送受信回路１３は任意の要素であって省略されても良い。送受信回路１３を備えるアンテナ装置１は、１つの局面において通信装置と解することができる。本開示のアンテナ装置１は通信装置や、通信システムの形態にて実施されてもよい。

１・１ａ アンテナ装置、１０ 基板、１１ 地板、１２ 支持部、２０ 給電アンテナ、２１ 給電側対向部、２２ 延設部、２３ 給電側短絡部、３０ 無給電アンテナ、３１ 無給電側対向部、３２ 短絡部（無給電側短絡部）、３３ スリット、４０ 第２無給電アンテナ、９０ 樹脂ケース、９１ 側壁部、９２ ケース天板部、９２ａ 内部天井面、９３ 突起部

Claims (15)

1. 地板（１１）と、
   所定の第１周波数の電波を送信又は受信するための導体部材であって、給電点が設けられている給電アンテナ（２０）と、
   前記第１周波数よりも低い第２周波数の電波を送信又は受信するための導体部材であって、給電点が設けられていない無給電アンテナ（３０）と、を備え、
   前記給電アンテナは、
   前記地板と所定の間隔をおいて平行に配置されている板状部材である給電側対向部（２１）と、
   前記給電側対向部の縁部から前記地板に向かって延設されてあって、下端に前記給電点が設けられている延設部（２２）と、を備え、
   前記無給電アンテナは、
   前記給電側対向部の隣において、前記地板と対向するように配置されている無給電側対向部（３１）と、
   前記無給電側対向部の中央部と前記地板とを接続する無給電側短絡部（３２）と、を備え、
   前記無給電側対向部と前記給電側対向部の離隔であるアンテナ間隔は、前記第２周波数において前記給電側対向部と前記無給電側対向部が電磁界結合する値に設定されているアンテナ装置。
2. 前記無給電側対向部は、その縁部から中央部に向かって延設されている所定幅のスリット（３３）を備える、請求項１に記載のアンテナ装置。
3. 前記スリットは、前記無給電側対向部と前記給電側対向部との間隙に対して平行に形成されている、請求項２に記載のアンテナ装置。
4. 前記給電アンテナは、前記給電点から所定距離以上離れている部位が板状に形成された、板状モノポールアンテナとして構成されている、請求項１に記載のアンテナ装置。
5. 前記給電側対向部を短絡する給電側短絡部（２３）を備える、請求項１に記載のアンテナ装置。
6. 前記給電アンテナは、板状逆Ｆアンテナとして構成されている、請求項１に記載のアンテナ装置。
7. 前記無給電側対向部は、矩形状であって、何れの辺の長さも前記第２周波数の波長の４分の１よりも短く設定されている、請求項１に記載のアンテナ装置。
8. 前記無給電側対向部は、直径が前記第２周波数の波長の４分の１の円の内部に収まる大きさである、請求項１に記載のアンテナ装置。
9. 前記給電側対向部と前記無給電側対向部はそれぞれ、前記地板と平行に設けられている樹脂板の表面又はその内部に、金属箔として形成されている、請求項１に記載のアンテナ装置。
10. 前記給電アンテナ及び前記無給電アンテナを収容する樹脂ケース（９０）を備え、
    前記樹脂ケースには、前記給電アンテナ及び前記無給電アンテナのそれぞれと当接することで、前記給電アンテナに対する前記無給電アンテナの位置の変化を規制する突起部（９３）が設けられている、請求項１に記載のアンテナ装置。
11. 前記給電側対向部は、長方形状であり、
    前記無給電側対向部は、前記給電側対向部の短手方向に隣接配置されている請求項１に記載のアンテナ装置。
12. 前記延設部は、前記地板に近づくほど幅が短く設定されている、請求項１から１１の何れか１項に記載のアンテナ装置。
13. 前記延設部は、下向き二等辺三角形状、又は、下向き二等辺三角形の上に矩形が接続した五角形状を有する、請求項１から１１の何れか１項に記載のアンテナ装置。
14. 前記アンテナ間隔は、０．３５ｍｍ～２．７４ｍｍに設定されている、請求項１に記載のアンテナ装置。
15. 前記給電アンテナの周りに、動作帯域が異なる複数の前記無給電アンテナが配置されている、請求項１に記載のアンテナ装置。