JP2018191034A - 無指向性小型平面アンテナ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】目的とする整合周波数の１波長よりも直径を小型化でき、水平偏波だけでなく垂直偏波でも無指向性を実現できる無指向性小型平面アンテナ装置を提供する。【解決手段】無指向性小型平面アンテナ装置１Ａは、第１導電層３と第２導電層４が上下面に形成された正方形の誘電体基板２の四側面中央部に第１〜第４導電連結部６１〜６４を設けて、第１〜第４分割線ＰＬ１〜ＰＬ４で４等分することにより第１〜第４スロットアンテナ領域を形成し、各領域には、第１導電層３の上面第１〜第４スリット部３１〜３４から誘電体基板２の第１〜第４側面スリット部２３１〜２３４を経て第２導電層４の下面第１〜第４スリット部４１〜４４に至る同一形状の第１〜第４通信スロット１１Ｓ〜１４Ｓを設け、第１導電層３の中心に設けた給電ポート５より信号の注入、または取り出しを行う。【選択図】図１

Description

本発明は、無指向性を有する小型で平面構造のアンテナ装置に関する。

アンテナの小型化は可搬性の観点等から携帯無線端末等に望まれるテーマである。また、無指向性は向きの変化する移動局や、全方向の端末と通信を行う基地局にも望まれる特性である。小型で無指向性を実現可能なアンテナ装置として、平板状の上面導体部と下面導体部の縁に帯状の側面導体部を垂直に接続してなり、上面導体部から側面導体部を経て下面導体部へ至る連続したスリットで構成した通信スロットを設け、上面導体部と下面導体部の間を進行するＴＥＭ波に対して、通信スロットの長手方向における経路の一部が交差するようにしたアンテナ装置が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。

上記特許文献１に記載のアンテナ装置は、水平偏波にて無指向性を実現できる。また、誘電体基板の両面および側面に導体を設けた平面構造にてアンテナ装置本体を構成でき、モノポールアンテナなどに比べて超低姿勢である。しかも、通信スロットは、上面導体部から側面導体部を経て下面導体部へ至るようにスリット開設して構成するので、無指向性を実現できる整合周波数の１波長程度にアンテナ装置の直径を小型化できる。

特開２００９−５５５４３号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載された発明では、基板の直径が約１波長であるため、携帯無線端末としての可搬性や実装性を高めるためには、更なる小型化が望まれる。また、マルチパスの影響や、携帯無線端末の向きの変化を受けても、安定した通信を確保するためには、水平偏波の成分だけでなく、垂直偏波の成分によっても無指向性を実現できることが望ましい。

そこで、本発明は、目的とする整合周波数の１波長よりも直径を小型化でき、水平偏波だけでなく垂直偏波でも無指向性を実現できる無指向性小型平面アンテナ装置の提供を目的とする。

前記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、対向する二面が平行な板状の誘電体基板と、前記誘電体基板の第１面に所要厚さの導電体で形成され、所要形状の第１スリット部を設けた第１導電層と、前記誘電体基板の第２面に所要厚さの導電体で形成され、所要形状の第２スリット部を設けた第２導電層と、前記誘電体基板の第１面と第２面に直交して誘電体基板の重心を通る仮想中心軸が第１導電層または第２導電層と交差する部位に設ける給電ポートと、前記誘電体基板の外側面あるいは側面近傍に形成され、前記第１導電層と第２導電層とを電気的に連結する導電連結部と、前記導電連結部から導電連結部まで誘電体基板の側面が連続して露出する側面スリット部と、を備え、前記側面スリット部の一方端を前記第１スリット部と連結し、側面スリット部の他方端を前記第２スリット部と連結することで、第１スリット部から側面スリット部を経て第２スリット部に至る長尺な通信スロットを形成し、前記給電ポートから信号を注入あるいは信号を取り出すようにしたことを特徴とする。

また、請求項２に係る発明は、前記請求項１に記載の無指向性小型平面アンテナ装置において、前記仮想中心軸をそれぞれ通って第１，第２導電層および誘電体基板をｎ等分（ｎは２以上の自然数）する等分割面が誘電体基板の側面と交わる部位に、前記導電連結部をそれぞれ設け、前記等分割面によって等分されたｎ個のスロットアンテナ領域には、それぞれ、同一形状の通信スロットを形成するようにしたことを特徴とする。

また、請求項３に係る発明は、前記請求項１又は請求項２に記載の無指向性小型平面アンテナ装置において、前記第１導電層に設ける第１スリット部と第２導電層に設ける第２スリット部は同一形状であり、前記誘電体基板を挟んで反対称に配置するようにしたことを特徴とする。

また、請求項４に係る発明は、前記請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の無指向性小型平面アンテナ装置において、前記第１スリット部および／または第２スリット部は、少なくとも、側面スリット部に第１端が連結され、他方の第２端が中心方向に延出する所要幅の基端スリットと、前記基端スリットの第２端側へ屈曲状に連結され、誘電体基板の側面と平行に延出する所要幅の屈曲スリットと、を備えることを特徴とする。

また、請求項５に係る発明は、前記請求項１〜請求項４の何れか１項に記載の無指向性小型平面アンテナ装置において、前記第１スリット部の形状と、第２スリット部の形状と、側面スリット部のスリット長とを変化させずに、誘電体基板の厚さおよび／または誘電率を変化させることで、整合周波数を変化させるようにしたことを特徴とする。

本発明に係る無指向性小型平面アンテナ装置によれば、目的とする整合周波数の１波長よりも直径を小型化でき、水平偏波だけでなく垂直偏波でも無指向性を実現できる。

本発明に係る無指向性小型平面アンテナ装置の第１実施形態を示し、（ａ）は無指向性小型平面アンテナ装置の第１面（上面）側を示す斜視図、（ｂ）は無指向性小型平面アンテナ装置の第２面（下面）側を示す斜視図、（ｃ）は無指向性小型平面アンテナ装置の第１スロットアンテナ領域における第１スリット部の詳細形状を示す拡大平面図である。 図１に示す構造の無指向性小型平面アンテナ装置の六面を展開して第１〜第４通信スロットの各形状を示した説明図である。 図１に示す構成の無指向性小型平面アンテナ装置を整合周波数ｆres＝１１７．６ＭＨｚとするように形成した基本構成の設計寸法を示す説明図である。 （ａ）は、基本構成の無指向性小型平面アンテナ装置において、基板厚さｈをパラメータとして変化させた場合を示す反射係数｜Ｓ11｜の周波数特性図である。（ｂ）は、基本構成の無指向性小型平面アンテナ装置において、基板厚さｈをパラメータとして変化させた場合を示す放射効率ηradの周波数特性図である。 基本構成の無指向性小型平面アンテナ装置における整合周波数ｆres、放射効率最大周波数ｆ_η、放射効率最大値ηmaxの基板厚さｈに対する依存特性図である。 （ａ）は、基本構成の無指向性小型平面アンテナ装置において、基板厚さｈをパラメータとして変化させた場合を示す水平偏波の絶対利得Ｇaの垂直面パターン特性図である。（ｂ）は、基本構成の無指向性小型平面アンテナ装置において、基板厚さｈをパラメータとして変化させた場合を示す垂直偏波の絶対利得Ｇaの垂直面パターン特性図である。 （ａ）は、基本構成の無指向性小型平面アンテナ装置において、基板比誘電率εrをパラメータとして変化させた場合を示す反射係数｜Ｓ11｜の周波数特性図である。（ｂ）は、基本構成の無指向性小型平面アンテナ装置において、基板比誘電率εrをパラメータとして変化させた場合を示す放射効率ηradの周波数特性図である。 基本構成の無指向性小型平面アンテナ装置における整合周波数ｆres、放射効率最大周波数ｆ_η、放射効率最大値ηmaxの基板比誘電率εrに対する依存特性図である。 （ａ）は、基本構成の無指向性小型平面アンテナ装置において、基板比誘電率εrをパラメータとして変化させた場合を示す水平偏波の絶対利得Ｇaの垂直面パターン特性図である。（ｂ）は、基本構成の無指向性小型平面アンテナ装置において、基板比誘電率εrをパラメータとして変化させた場合を示す垂直偏波の絶対利得Ｇaの垂直面パターン特性図である。 図１に示す構成の無指向性小型平面アンテナ装置を整合周波数ｆres＝１６９．７ＭＨｚとするように形成した試作構成の設計寸法を示す説明図である。 試作構成の設計寸法に基づいて試作した無指向性小型平面アンテナ装置の第１面（上面）側の外観図である。 試作した無指向性小型平面アンテナ装置で実際に得られた実測結果とシミュレーション結果を示す反射係数｜Ｓ11｜の周波数特性図である。 基本構成の無指向性小型平面アンテナ装置と導電性プレートとの配置構造を示す説明図である。 大きさ無限大の導電性プレートに対する離隔距離Ｈpをパラメータとして変化させた場合を示す反射係数｜Ｓ11｜の周波数特性図である。 基本構成の無指向性小型平面アンテナ装置における共振周波数ｆresおよび共振時反射係数｜Ｓ11｜minの離隔距離Ｈpに対する依存特性図である。 基本構成の無指向性小型平面アンテナ装置における放射効率最大周波数ｆ_ηおよび最大放射効率ηmaxの離隔距離Ｈpに対する依存特性図である。 導電性プレートの幅Ｗpをパラメータとして変化させた場合を示す反射係数｜Ｓ11｜の周波数特性図である。 基本構成の無指向性小型平面アンテナ装置における共振周波数ｆresおよび共振時反射係数｜Ｓ11｜minの導電性プレートの幅Ｗpに対する依存特性図である。 基本構成の無指向性小型平面アンテナ装置における放射効率最大周波数ｆ_ηおよび最大放射効率ηmaxの導電性プレートの幅Ｗpに対する依存特性図である。 （ａ）は、基本構成の無指向性小型平面アンテナ装置の第１面（上面）に設けた第１導電層の外表面における瞬時的な電流ベクトル分布図である。（ｂ）は、基本構成の無指向性小型平面アンテナ装置の第１面（上面）に設けた第１導電層の内表面における瞬時的な電流ベクトル分布図である。 （ａ）は、基本構成の無指向性小型平面アンテナ装置における通信スロットを一部変更した第１改変例である。（ｂ）は、基本構成の無指向性小型平面アンテナ装置における通信スロットを一部変更した第２改変例である。 第２実施形態に係る無指向性小型平面アンテナ装置の概略平面図である。 第３実施形態に係る無指向性小型平面アンテナ装置の概略平面図である。 第４実施形態に係る無指向性小型平面アンテナ装置の概略平面図である。 （ａ）は、第５実施形態に係る無指向性小型平面アンテナ装置の第１構成例を示す概略平面図である。（ｂ）は、第５実施形態に係る無指向性小型平面アンテナ装置の第２構成例を示す概略平面図である。 （ａ）は、第６実施形態に係る無指向性小型平面アンテナ装置の第１構成例を示す概略平面図である。（ｂ）は、第６実施形態に係る無指向性小型平面アンテナ装置の第２構成例を示す概略平面図である。 第７実施形態に係る無指向性小型平面アンテナ装置の概略平面図である。 第８実施形態に係る無指向性小型平面アンテナ装置の概略平面図である。

次に、添付図面に基づいて、本発明に係る無指向性小型平面アンテナ装置の実施形態につき説明する。

図１および図２は、第１実施形態に係る無指向性小型平面アンテナ装置１Ａを示すものである。無指向性小型平面アンテナ装置１Ａは、一辺がＷ［ｍｍ］の略正方形で厚さｈ［ｍｍ］の誘電体基板２と、誘電体基板２の第１面２１に形成された第１導電層３と、誘電体基板２の第２面２２に形成された第２導電層４で構成される。

誘電体基板２は、対向する二面が平行な板状の誘電体板より構成するもので、以下の説明では、仮に、第１面２１側を上面、第２面２２側を下面と呼ぶ場合がある。また、誘電体基板２は、正多角形（正方形）であるから、上面の中心と下面の中心を通る軸線状に必ず重心がある。以下の説明では、誘電体基板２の第１面２１と第２面２２に直交して重心を通る軸線を仮想中心軸ＣＡと呼ぶ。この仮想中心軸ＣＡが第１導電層３と交差する部位に給電ポート５を設け、この給電ポート５から信号を注入、あるいは信号を取り出す。なお、同軸ケーブルを給電ポート５に接続する場合、同軸ケーブルの外部導体を第１導電層３に、中心導体を第２導電層４にそれぞれ導通させる。また、通信ポート５を第２導電層４側に設けるようにしても良い。

第１導電層３は、誘電体基板２の第１面２１に所要厚さの導電体で形成されるもので、所要形状の上面第１スリット部３１、上面第２スリット部３２、上面第３スリット部３３、上面第４スリット部３４を設ける。これら上面第１〜第４スリット部３１〜３３は、全て同一形状で、第１導電層３の中心点（仮想中心軸ＣＡとの交点）に対して点対称に配置される。

第２導電層４は、誘電体基板２の第２面２２に所要厚さの導電体で形成されるもので、所要形状の下面第１スリット部４１、下面第２スリット部４２、下面第３スリット部４３、下面第４スリット部４４を設ける。これら上面第１〜第４スリット部３１〜３３は、全て同一形状で、第１導電層３の中心点（仮想中心軸ＣＡとの交点）に対して点対称に配置される。

なお、上面第１〜第４スリット部３１〜３４および下面第１〜第４スリット部４１〜４４は、第１，第２導電層３，４の一部を除去して形成されるもので、誘電体基板２の外表面が表出した部分である。同様に、誘電体基板２の四側面２３も外部に露出しているので、各側面は第１側面スリット部２３１、第２側面スリット部２３２、第３側面スリット部２３３、第４側面スリット部２３４となる。

更に、第１〜第４側面スリット部２３１〜２３４の各中心位置には、第１導電層３と第２導電層４とを電気的に連結する第１導電連結部６１、第２導電連結部６２、第３導電連結部６３、第４導電連結部６４を形成してある。よって、第１側面スリット部２３１は、第１導電連結部６１を境界として第１側面Ａスリット部２３１ａと第１側面Ｂスリット部２３１ｂに分けられ、第２側面スリット部２３２は、第２導電連結部６２を境界として第２側面Ａスリット部２３２ａと第２側面Ｂスリット部２３２ｂに分けられ、第３側面スリット部２３３は、第３導電連結部６３を境界として第３側面Ａスリット部２３３ａと第３側面Ｂスリット部２３３ｂに分けられ、第４側面スリット部２３４は、第４導電連結部６４を境界として第４側面Ａスリット部２３４ａと第４側面Ｂスリット部２３４ｂに分けられる。

なお、本実施形態の無指向性小型平面アンテナ装置１Ａにおいては、第１〜第４導電連結部６１〜６４は、いずれも幅ｄ［ｍｍ］の帯状導電層を誘電体基板２の四側面２３にそれぞれ形成するものとしたが、導電連結部の構造はこれに限らず、誘電体基板２の四側面２３の近傍に形成したスルーホールで第１導電層３と第２導電層４を連結するような導電連結部としても構わない。

また、第１〜第４導電連結部６１〜６４は、誘電体基板２の第１〜第４側面スリット部２３１〜２３４の中心部に設けたのは、無指向性小型平面アンテナ装置１Ａを４つの領域に等分割するためである。すなわち、仮想中心軸ＣＡをそれぞれ通って第１，第２導電層３，４および誘電体基板２をｎ等分（ｎは２以上の自然数）する等分割面が誘電体基板２の側面と交わる部位に、導電連結部をそれぞれ設ければ、等分割面によって等分されたｎ個のスロットアンテナ領域を形成できるのである。

本実施形態に係る無指向性小型平面アンテナ装置１Ａでは、仮想中心軸ＣＡを通って誘電体基板２の第１側面スリット部２３１に直交する等分割面が無指向性小型平面アンテナ装置１Ａの外表面と交わる第１分割線ＰＬ１と、仮想中心軸ＣＡを通って誘電体基板２の第２側面スリット部２３２に直交する等分割面が無指向性小型平面アンテナ装置１Ａの外表面と交わる第２分割線ＰＬ２と、仮想中心軸ＣＡを通って誘電体基板２の第３側面スリット部２３３に直交する等分割面が無指向性小型平面アンテナ装置１Ａの外表面と交わる第３分割線ＰＬ３と、仮想中心軸ＣＡを通って誘電体基板２の第４側面スリット部２３４に直交する等分割面が無指向性小型平面アンテナ装置１Ａの外表面と交わる第４分割線ＰＬ４とによって、４つのスロットアンテナ領域を形成する。

具体的には、第１等分割線ＰＬ１と第２等分割線ＰＬ２によって区画された第１スロットアンテナ領域１１に第１通信スロット１１Ｓを、第２等分割線ＰＬ２と第３等分割線ＰＬ３によって区画された第２スロットアンテナ領域１２に第２通信スロット１２Ｓを、第３等分割線ＰＬ３と第４等分割線ＰＬ４によって区画された第３スロットアンテナ領域１３に第３通信スロット１３Ｓを、第４等分割線ＰＬ４と第１等分割線ＰＬ１によって区画された第４スロットアンテナ領域１４に第４通信スロット１４Ｓをそれぞれ設けるのである。

第１通信スロット１１Ｓは、第１スロットアンテナ領域１１内に設けられている各スリット部（上面第１スリット部３１、第１側面Ａスリット部２３１ａ、第２側面Ｂスリット部２３２ｂ、下面第１スリット部４１）から構成される。

上面第１スリット部３１は、第１側面Ａスリット部２３１ａの分割端側（第１導電連結部６１の形成側）に第１端３１ａ１が連結され、他方の第２端が第１等分割線ＰＬ１に沿って中心方向に延出する幅ＳＷ１の基端スリット３１ａと、この基端スリット３１ａの第２端側へ屈曲状に連結され、第１側面Ａスリット部２３１ａと平行に延出する幅ＳＷ２の第１屈曲スリット３１ｂと、この第１屈曲スリット３１ｂの延出端側へ屈曲状に連結され、第２側面Ｂスリット部２３２ｂと平行に延出する幅ＳＷ３の第２屈曲スリット３１ｃと、この第２屈曲スリット３１ｃの延出端側へ屈曲状に連結され、第２等分割線ＰＬ２に沿って中心から遠ざかるように延出する幅ＳＷ４の先端スリット３１ｄから成る。よって、上面第１スリット部３１は、誘電体基板２の幅Ｗに匹敵するスリット長を備えるものとなる。なお、図１（ｃ）に示すように、基端スリット３１ａのスリット長はＳＬ１、第１屈曲スリット３１ｂのスリット長はＳＬ２、第２屈曲スリット３１ｃのスリット長はＳＬ３、先端スリット３１ｄのスリット長はＳＬ４とする。

下面第１スリット部４１は、第２側面Ｂスリット部２３２ｂの分割端側（第２導電連結部６２の形成側）に第１端４１ａ１が連結され、他方の第２端が第４等分割線ＰＬ４に沿って中心方向に延出する幅ＳＷ１の基端スリット４１ａと、この基端スリット４１ａの第２端側へ屈曲状に連結され、第４側面Ｂスリット部２３２ｂと平行に延出する幅ＳＷ２の第１屈曲スリット４１ｂと、この第１屈曲スリット４１ｂの延出端側へ屈曲状に連結され、第１側面Ａスリット部２３１ａと平行に延出する幅ＳＷ３の第２屈曲スリット４１ｃと、この第２屈曲スリット４１ｃの延出端側へ屈曲状に連結され、第１等分割線ＰＬ１に沿って中心から遠ざかるように延出する幅ＳＷ４の先端スリット４１ｄから成る。よって、下面第１スリット部４１も、誘電体基板２の幅Ｗに匹敵するスリット長を備えるものとなる。

すなわち、図２に示すように、第１スロットアンテナ領域１１には、上面第１スリット部３１（先端スリット３１ｄ→第２屈曲スリット３１ｃ→第１屈曲スリット３１ｂ→基端スリット３１ａ）から第１側面Ａスリット部２３１ａおよび第２側面Ｂスリット部２３２ｂを経て下面第１スリット部４１（基端スリット４１ａ→第１屈曲スリット４１ｂ→第２屈曲スリット４１ｃ→先端スリット４１ｄ）に至る長尺な第１通信スロット１１Ｓを構成できる。

同様に、第２スロットアンテナ領域１２には、上面第２スリット部３２（先端スリット３２ｄ→第２屈曲スリット３２ｃ→第１屈曲スリット３２ｂ→基端スリット３２ａ）から第２側面Ａスリット部２３２ａおよび第３側面Ｂスリット部２３３ｂを経て下面第２スリット部４２（基端スリット４２ａ→第１屈曲スリット４２ｂ→第２屈曲スリット４２ｃ→先端スリット４２ｄ）に至る長尺な第２通信スロット１２Ｓを構成できる。

第３スロットアンテナ領域１３には、上面第３スリット部３３（先端スリット３３ｄ→第２屈曲スリット３３ｃ→第１屈曲スリット３３ｂ→基端スリット３３ａ）から第３側面Ａスリット部２３３ａおよび第４側面Ｂスリット部２３４ｂを経て下面第３スリット部４３（基端スリット４３ａ→第１屈曲スリット４３ｂ→第２屈曲スリット４３ｃ→先端スリット４３ｄ）に至る長尺な第３通信スロット１３Ｓを構成できる。

第４スロットアンテナ領域１４には、上面第４スリット部３４（先端スリット３４ｄ→第２屈曲スリット３４ｃ→第１屈曲スリット３４ｂ→基端スリット３４ａ）から第４側面Ａスリット部２３４ａおよび第１側面Ｂスリット部２３１ｂを経て下面第４スリット部４４（基端スリット４４ａ→第１屈曲スリット４４ｂ→第２屈曲スリット４４ｃ→先端スリット４４ｄ）に至る長尺な第４通信スロット１４Ｓを構成できる。

上記のように構成した無指向性小型平面アンテナ装置１Ａでは、第１〜第４スロットアンテナ領域１１〜１４に、それぞれ長尺なスロット長を有する第１〜第４通信スロット１１Ｓ〜１１４を等間隔に配置したこととなる。スロットアンテナでは、整合周波数の約半波長のスロット長が必要であるが、本実施形態の無指向性小型平面アンテナ装置１Ａでは、誘電体基板２の四側面２３をスロット開口として利用すると共に、上面および下面に形成するスリットを適宜折り曲げてスリット長を長くすることで、基板直径の０．１波長程度まで小型化できる。

なお、本実施形態に係る無指向性小型平面アンテナ装置１Ａでは、第１導電層３に設ける上面第１〜第４スリット部３１〜３４と、第２導電層４に設ける下面第１〜第４スリット部４１〜４４は全て同一形状であり、誘電体基板２を挟んでそれぞれ反対称に配置されるものとした。斯くすれば、図２に示すように、上面第１〜第４スリット部３１〜３４が形成される第１導電層３と、下面第１〜第４スリット部４１〜４４が形成される第２導電層４とは、同一形状となるので、第１導電層３と第２導電層４を同一のエッチング用マスクで形成できるという利点がある。無論、上面第１〜第４スリット部３１〜３４の形状と下面第１〜第４スリット部４１〜４４の形状は、必ずしも同一にする必要は無く、スリット幅ＳＷやスリット長ＳＬが上面と下面で異なるようにしても構わない。

図３に示すのは、基板幅Ｗ＝３００［ｍｍ］、基板厚さｈ＝１６［ｍｍ］、基板比誘電率εr＝２．１７の誘電体基板２をベースに、分割数ｎ＝４で整合周波数ｆres＝１１７．６［ＭＨｚ］の無指向性小型平面アンテナ装置１Ａを、有限要素法シミュレーションソフトウェアＨＦＳＳ（Ａｎｓｙｓ社）を用いて設計した例である。第１〜第４通信スロット１１Ｓ〜１１４のスロット全長は約８７０ｍｍで、整合周波数の波長λresの約０．３４１倍である。整合周波数の波長λresに対して、基板幅Ｗは０．１１８倍に抑制できていることが分かる。なお、以下の説明では、この設計寸法に基づく無指向性小型平面アンテナ装置１Ａを基本構成と呼ぶ。

基本構成の無指向性小型平面アンテナ装置１Ａにおいて、誘電体基板２の厚さ（基板厚さｈ）が及ぼす影響について、図４〜図６に基づき説明する。

基本構成の基板厚さｈを１６ｍｍから変化させた場合のアンテナ特性を図４に示す。図４（ａ）は、反射係数｜Ｓ１１｜の周波数特性であり、図４（ｂ）は放射効率ηradの周波数特性を示す。基本構成の基板厚さｈ＝１６［ｍｍ］の場合、反射係数｜Ｓ１１｜が−１０ｄＢ以下となる周波数比帯域は約０．４２％と狭帯域である。そして、誘電体基板２の基板厚ｈが薄くなるほど、整合周波数帯域が狭くなることがわかる。ただし、基板厚さｈを変えた場合に、各寸法を最適化することによって整合が改善される可能性がある。また、基本構成の基板厚さｈ＝１６［ｍｍ］の時、整合周波数ｆres＝１１７．６［ＭＨｚ］であり、誘電体基板２の基板幅Ｗ＝３００［ｍｍ］は、整合周波数の波長λres＝２５５１［ｍｍ］の０．１１８倍である。基板厚さｈを半分の８ｍｍに薄くすると、整合周波数ｆres＝９６．３［ＭＨｚ］と０．８２倍に低周波数化し、誘電体基板２の基板幅Ｗは約０．９６λresになるが、ηradは−３．０ｄＢに劣化することが分かる。

この図４より、誘電体基板２の基板厚さｈを変化させると整合周波数ｆresは変化するが、整合がとれる周波数が必ず存在する状態が維持されていることが分かる。また、放射効率ηradも基板厚さｈを変化させることで変化していることが分かる。そこで、基本構成の無指向性小型平面アンテナ装置１Ａにおける整合周波数ｆres、放射効率最大周波数ｆ_η、放射効率最大値ηmaxの基板厚さｈに対する依存特性を図５に示す。

図５より、放射効率ηradが最大となる放射効率最大周波数ｆ_ηは、整合周波数ｆresにほぼ一致したまま変化することが分かる。基板厚さｈを小さくすると整合周波数ｆresが低くなるので、アンテナ本体の小型化に有効である。逆に、誘電体基板２の基板厚さｈを小さくしても、整合周波数ｆresを変えないためには、アンテナ径（誘電体基板２の幅Ｗ）を小さくすればよいので、無指向性小型平面アンテナ装置１Ａは更に小型、軽量となる。ただし、放射効率最大周波数ｆ_ηにおける最大放射効率ηmaxは、基板厚さｈが小さくなるにしたがって低下する。

図６（ａ）は、基本構成の無指向性小型平面アンテナ装置１Ａにおいて、誘電体基板２の基板厚さｈをパラメータとして変化させた場合における水平偏波の絶対利得Ｇaの垂直面パターン特性図であり、図６（ｂ）は、基本構成の無指向性小型平面アンテナ装置１Ａにおいて、誘電体基板２の基板厚さｈをパラメータとして変化させた場合における垂直偏波の絶対利得Ｇaの垂直面パターン特性図である。無指向性小型平面アンテナ装置１Ａは水平面内において水平偏波および垂直偏波のどちらもほぼ無指向性である。ただし、水平偏波が垂直偏波より約１０ｄＢ強く、誘電体基板２の基板厚さｈが薄くなるほど交差偏波識別度が大きくなり、垂直偏波の割合が小さくなることが分かる。

次に、基本構成の無指向性小型平面アンテナ装置１Ａにおいて、誘電体基板２を構成する誘電体の比誘電率εrが及ぼす影響について、図７〜図９に基づき説明する。

基本構成の基板比誘電率εrを２．１７から変化させた場合のアンテナ特性を図７に示す。図７（ａ）は、反射係数｜Ｓ１１｜の周波数特性であり、図７（ｂ）は放射効率ηradの周波数特性を示す。図７より、基板比誘電率εｒを変化させることで整合周波数ｆresは変化するが、整合が得られる周波数が必ず存在し続けることが分かる。

また、基本構成の無指向性小型平面アンテナ装置１Ａにおける整合周波数ｆres、放射効率最大周波数ｆ_η、放射効率最大値ηmaxの基板比誘電率εrに対する依存特性を図８に示す。図８より、放射効率最大周波数ｆ_ηは整合周波数ｆresにほぼ一致し、基板比誘電率εrを大きくすることにより低くなるが、放射効率ηradも低下することが分かる。基板比誘電率εr＝６の高誘電率材料を用いることにより、整合周波数ｆresを１１７．６［ＭＨｚ］から７７．２［ＭＨｚ］に低周波数化できる反面、放射効率ηradも−５．９［ｄＢ］に劣化してしまう。

図９（ａ）は、基本構成の無指向性小型平面アンテナ装置１Ａにおいて、誘電体基板２の基板比誘電率εrをパラメータとして変化させた場合における水平偏波の絶対利得Ｇaの垂直面パターン特性図であり、図９（ｂ）は、基本構成の無指向性小型平面アンテナ装置１Ａにおいて、誘電体基板２の基板比誘電率εrをパラメータとして変化させた場合における垂直偏波の絶対利得Ｇaの垂直面パターン特性図である。無指向性小型平面アンテナ装置１Ａは水平面内において水平偏波および垂直偏波のどちらもほぼ無指向性である。また、誘電体基板２の基板比誘電率εrを高めると、基板厚さｈを薄くした場合と同様に、交差偏波識別度が高まることが分かる。

以上のように、無指向性小型平面アンテナ装置１Ａを構成する誘電体基板２の基板厚さｈを薄くすること、基板比誘電率εrを大きくすることにより、整合周波数ｆresを低周波数化することができる。等価的にこれらの設計変更によりアンテナ本体の小型化が可能である反面、整合周波数帯域は狭くなる。なお、通信スロットを設けるスロットアンテナ領域の分割数ｎを４よりも小さくすれば、各通信スロットのスロット長をアンテナ寸法に対して相対的に長くすることができるので、整合周波数ｆresの低周波数化が可能と考えられる。よって、スロットアンテナ領域の分割数ｎを小さくすれば、整合周波数ｆresを保ったままアンテナ本体を小型化することができる。

図１０に示すのは、基板幅Ｗ＝１２０［ｍｍ］、基板厚さｈ＝１．５８８［ｍｍ］、基板比誘電率εr＝２．１７の誘電体基板２をベースに、分割数ｎ＝４で整合周波数ｆres＝１６９．７［ＭＨｚ］の無指向性小型平面アンテナ装置１Ａを、ＨＦＳＳを用いて設計した例である。整合周波数の波長λresに対して、基板幅Ｗは０．０６８倍と、基本構成と比べて小さく、放射効率ηradの計算値は−４．３［ｄＢ］である。なお、以下の説明では、この設計寸法に基づく無指向性小型平面アンテナ装置１Ａを試作構成と呼ぶ。

図１１は、試作構成の設計寸法に基づいて試作した無指向性小型平面アンテナ装置１Ａの第１面（上面）側の外観を示す。なお、第１〜第４導電連結部６１〜６４は、３［ｍｍ］幅の銅テープを半田付けして構成してある。図１２は、この試作アンテナで実際に得られた実測結果と、有限要素法による電磁界解析シミュレータＨＦＳＳ（Ａｎｓｙｓ社）にて行ったシミュレーション結果を示す反射係数｜Ｓ11｜の周波数特性図である。多少のずれはあるものの、試作構成の無指向性小型平面アンテナ装置１Ａにおいてもほぼ設計周波数で整合が得られ、整合動作が確認できた。なお、計算より良い整合が得られているが、試作精度が低いためにｎ＝４の対称性が崩れているのが原因と考えられる。

上述したように、本実施形態に係る無指向性小型平面アンテナ装置１Ａは低姿勢であるが、上面と下面の両方に跨がる通信スロットを備えるので、アンテナ収容筐体などの導電体に接触させた状態で無指向性小型平面アンテナ装置１Ａを設置すると、特性が劣化すると考えられる。そこで、携帯無線機などの筐体に近接設置する場合を想定して、導体平板へ近接することの影響について説明する。図１３は、平坦で幅Ｗpの導電性プレート７から離隔距離Ｈpだけ離して無指向性小型平面アンテナ装置１Ａを平行に配置した状態を示す。

まず、導電性プレート７の幅Ｗp＝∞とし、無限大の導電性プレート７から基本構成の無指向性小型平面アンテナ装置１Ａまでの離隔距離Ｈpを変化させた場合のアンテナ特性（反射係数｜Ｓ11｜の周波数特性）の変化を図１４に示す。基本構成の無指向性小型平面アンテナ装置１Ａにおける共振周波数ｆresおよび共振時反射係数｜Ｓ11｜minの離隔距離Ｈpに対する依存特性図を図１５に示す。基本構成の無指向性小型平面アンテナ装置１Ａにおける放射効率最大周波数ｆ_ηおよび最大放射効率ηmaxの離隔距離Ｈpに対する依存特性を図１６に示す。

無指向性小型平面アンテナ装置１Ａが導電性プレート７に近接すると、まず共振時反射係数｜Ｓ11｜minの増加が起こり、次に共振周波数ｆresが高周波数化することが分かる。離隔距離Ｈpが４００［ｍｍ］（約０．１６λres）まで近づいても、導電性プレート７がない状態で整合がとれる周波数ｆres＝１１７．６ＭＨｚにおいて｜Ｓ11｜＜−６ｄＢの整合周波数が維持されることが分かる。また、無指向性小型平面アンテナ装置１Ａが導電性プレート７に近づくと、整合の劣化だけでなく、放射効率ηradが劣化することが分かる。離隔距離Ｈpが２００ｍｍに狭まると、放射効率ηradは−４．７ｄＢにまで劣化する。さらに、離隔距離Ｈpが２００ｍｍ以下に狭まると、急激に整合周波数ｆresや放射効率最大周波数ｆ_ηが変化する。

次に、導電性プレート７の厚さは１ｍｍとし、無指向性小型平面アンテナ装置１Ａとの離隔距離Ｈpを５０ｍｍ（約０．０２λｒｅｓ）に固定し、正方形の導電性プレート７のプレート幅Ｗpを変化させた場合のアンテナ特性（反射係数｜Ｓ11｜の周波数特性）の変化を図１７に示す。基本構成の無指向性小型平面アンテナ装置１Ａにおける共振周波数ｆresおよび共振時反射係数｜Ｓ11｜minのプレート幅Ｗpに対する依存特性図を図１８に示す。基本構成の無指向性小型平面アンテナ装置１Ａにおける放射効率最大周波数ｆ_ηおよび最大放射効率ηmaxのプレート幅Ｗpに対する依存特性を図１９に示す。

無指向性小型平面アンテナ装置１Ａが導電性プレート７に近接（離隔距離Ｈp＝５０ｍｍ）していても、プレート幅Ｗp＝１５０［ｍｍ］（約０．０５９λres）のとき、導電性プレート７がない状態で整合がとれる周波数ｆres＝１１７．６［ＭＨｚ］において｜Ｓ11｜＜−８ｄＢの整合が維持できることが分かる。プレート幅Ｗpが２００［ｍｍ］まで大きくなると、導電性プレート７がない状態で整合がとれる周波数ｆres＝１１７．６［ＭＨｚ］において｜Ｓ11｜＞−３ｄＢに劣化する。プレート幅Ｗpがさらに大きくなると、整合周波数ｆresの高周波化が急激である。

図１７〜図１９より、導体近接によるアンテナ特性劣化は、反射係数｜Ｓ11｜や放射効率ηradの劣化というよりも、整合周波数ｆresのずれによるものが大きいことが分かる。したがって、導体近接による整合周波数ｆresのずれを考慮して整合周波数をあらかじめ低周波数側にずらして設計することが、導体近接対策として有効と考えられる。

ここで、基本構成の無指向性小型平面アンテナ装置１Ａ（基板厚さｈ＝１６［ｍｍ］、整合周波数ｆres＝１１８［ＭＨｚ］）における電流分布をベクトル表示で図２０に示す。

図２０（ａ）は、無指向性小型平面アンテナ装置１Ａの第１面（上面）に設けた第１導電層３の外表面に流れる電流分布を示し、図２０（ｂ）は、無指向性小型平面アンテナ装置１Ａの第１面（上面）に設けた第１導電層３の内表面（誘電体基板２の第１面に接している面）に流れる電流分布を示す。第１導電層３の外表面および内表面の何れにおいても、上面第１〜第４スリット部３１〜３４の縁と第１導電層３の外縁に強い電流が流れている。一方、内表面の中央部では放射状に電流が流れ、外表面の中央部では回転方向に電流が流れており、この回転方向の電流が水平偏波放射に関与していると考えられる。なお、アンテナ構造の反対称性より、第２導電層４の表面側と内面側には、図２０（ａ），（ｂ）とは反対称に電流が流れている。

以上説明したように、本実施形態に係る無指向性小型平面アンテナ装置１Ａは、目的とする整合周波数ｆresの波長λresの０．１倍程度のアンテナ幅で構成でき、しかも低姿勢で、無指向性を有する。したがって、誘電体基板２の厚さを薄くすることにより、放射効率の劣化と狭帯域化が伴うものの、アンテナ本体の小型、軽量化が可能である。なお、整合周波数帯域は約１％以下と狭帯域であるものの、隣接システムとの干渉を抑える必要性の高い通信アプリケーションでは、その狭帯域を活かすことができる。

加えて、無指向性小型平面アンテナ装置１Ａの主偏波は水平偏波であるが、約−１０ｄＢの垂直偏波を有する。したがって、両偏波にある程度の感度を有する無指向性小型平面アンテナ装置１Ａは、通常のループアンテナのように指向性が一つの偏波面に制限されないので、この特性に適した通信アプリケーションがあると考えられる。

さらに、無指向性小型平面アンテナ装置１Ａは、整合周波数ｆresの波長λresの約０．１６倍の離隔距離までなら導電性プレート７に近接しても、｜Ｓ１１｜＜−６ｄＢの整合が維持できる。また、整合周波数ｆresのずれが整合劣化の主因であるので、近接設置物による整合周波数の高周波化をキャンセルするように、整合周波数を低くずらして無指向性小型平面アンテナ装置１Ａを設計することが有効と考えられる。

また、無指向性小型平面アンテナ装置１Ａに設ける通信スロットの形状も、必要とされる特性に応じて適宜変更して構わない。例えば、図２１（ａ）に示す無指向性小型平面アンテナ装置１Ａ′は、第１実施形態に係る無指向性小型平面アンテナ装置１Ａの第１改変例であり、上面第１スリット３１′の先端スリット３１ｄ′、上面第２スリット３２′の先端スリット３２ｄ′、上面第３スリット３３′の先端スリット３３ｄ′、上面第４スリット３４′の先端スリット３４ｄ′、下面第１スリット４１′の先端スリット４１ｄ′、下面第２スリット４２′の先端スリット４２ｄ′、下面第３スリット４３′の先端スリット４３ｄ′、下面第４スリット４４′の先端スリット４４ｄ′を、全て中心方向へ延出させた構造である。また、図２１（ｂ）に示す無指向性小型平面アンテナ装置１Ａ″は、第１実施形態に係る無指向性小型平面アンテナ装置１Ａの第２改変例であり、上面第１スリット３１′の第２屈曲スリット３１ｃ′、上面第２スリット３２′の第２屈曲スリット３２ｃ′、上面第３スリット３３′の第２屈曲スリット３３ｃ′、上面第４スリット３４′の第２屈曲スリット３４ｃ′、下面第１スリット４１′の第２屈曲スリット４１ｃ′、下面第２スリット４２′の第２屈曲スリット４２ｃ′、下面第３スリット４３′の第２屈曲スリット４３ｃ′、下面第４スリット４４′の第２屈曲スリット４４ｃ′を、全て先端とし、等分割線にほぼ平行に設ける先端スリットを設けない構造である。

図２２に示すのは、第２実施形態に係る無指向性小型平面アンテナ装置１Ｂである。本実施形態の無指向性小型平面アンテナ装置１Ｂも、第１〜第４スロットアンテナ領域１１〜１４にそれぞれ長尺なスロット長を有する第１〜第４通信スロット１１Ｓ〜１１４を等間隔に配置する構造である。これに加えて、第１スロットアンテナ領域１１においては、第２側面Ｂスリット部２３２ｂの上縁と連なる上縁第１スリット部３５１を第１導電層３に設けると共に、第１側面Ａスリット部２３１ａの下縁と連なる下縁第１スリット部４５１を設ける。同様に、第２スロットアンテナ領域１２においては、第３側面Ｂスリット部２３３ｂの上縁と連なる上縁第２スリット部３５２を第１導電層３に設けると共に、第２側面Ａスリット部２３２ａの下縁と連なる下縁第２スリット部４５２を設ける。第３スロットアンテナ領域１３においては、第４側面Ｂスリット部２３４ｂの上縁と連なる上縁第３スリット部３５３を第１導電層３に設けると共に、第３側面Ａスリット部２３３ａの下縁と連なる下縁第３スリット部４５３を設ける。第４スロットアンテナ領域１４においては、第１側面Ｂスリット部２３１ｂの上縁と連なる上縁第４スリット部３５４を第１導電層３に設けると共に、第４側面Ａスリット部２３４ａの下縁と連なる下縁第４スリット部４５４を設ける。

図２３に示すのは、第３実施形態に係る無指向性小型平面アンテナ装置１Ｃである。本実施形態の無指向性小型平面アンテナ装置１Ｃでは、誘電体基板２の四つ角に第１〜第４導電連結部６１〜６４をそれぞれ設けることで、略三角形状の第１〜第４スロットアンテナ領域１１〜１４を形成したものである。第１スロットアンテナ領域１１においては、第１導電層３に設けた上面第１スリット部３１から第１側面スリット部２３１を経て第２導電層４に設けた下面第１スリット部４１に連なる第１通信スロット１１Ｓが形成される。同様に、第２スロットアンテナ領域１２においては、第１導電層３に設けた上面第２スリット部３２から第２側面スリット部２３２を経て第２導電層４に設けた下面第２スリット部４２に連なる第２通信スロット１２Ｓが形成される。第２スロットアンテナ領域１２においては、第１導電層３に設けた上面第２スリット部３２から第２側面スリット部２３２を経て第２導電層４に設けた下面第２スリット部４２に連なる第２通信スロット１２Ｓが形成される。第３スロットアンテナ領域１３においては、第１導電層３に設けた上面第３スリット部３３から第３側面スリット部２３３を経て第２導電層４に設けた下面第３スリット部４３に連なる第３通信スロット１３Ｓが形成される。第４スロットアンテナ領域１４においては、第１導電層３に設けた上面第４スリット部３４から第４側面スリット部２３４を経て第２導電層４に設けた下面第４スリット部４４に連なる第４通信スロット１４Ｓが形成される。なお、無指向性小型平面アンテナ装置１Ｃの第１〜第４スロットアンテナ領域１１〜１４は、誘電体基板２の四側縁を長辺とする三角形状であることから、上面第１〜第４スリット部３１〜３４および下面第１〜第４スリット部４１〜４４は、基端スリットから屈曲スリットを経て先端スリットへ連なる形状となる。また、上面第１〜第４スリット部３１〜３４および下面第１〜第４スリット部４１〜４４の屈曲スリットは、その途中でスリット幅が異なる段差構造としても良い。

図２４に示すのは、第４実施形態に係る無指向性小型平面アンテナ装置１Ｄである。本実施形態の無指向性小型平面アンテナ装置１Ｄでは、円形の誘電体基板２Ｄを用い、その上面に円形の第１導電層３Ｄを、下面に円形の第２導電層４Ｄを設け、略扇形の第１〜第４スロットアンテナ領域１１〜１４を形成したものである。円形の誘電体基板２Ｄは正多角形の基板と同様に、上面の中心と下面の中心を通る軸線状に必ず重心があるので、仮想中心軸を通るように等分割することができる。なお、焦点が２つある楕円形の基板にも仮想中心軸が存在するが、同一形状に等分割することはできないので、水平方向無指向性を実現する上で障害になると考えられる。しかしながら、端末ケースのサイズ等から正円形状の誘電体基板を使用した無指向性小型平面アンテナ装置１Ｄを収納できない場合、長軸と短軸の差が小さい楕円形の誘電体基板を用いて無指向性小型平面アンテナ装置１Ｄを作れば、無指向性に近い特性を得られる可能性がある。

上記無指向性小型平面アンテナ装置１Ｄの第１スロットアンテナ領域１１においては、第１導電層３Ｄに設けた上面第１スリット部３１から円弧状の第１側面スリット部２３１を経て第２導電層４Ｄに設けた下面第１スリット部４１に連なる第１通信スロット１１Ｓが形成される。同様に、第２スロットアンテナ領域１２においては、第１導電層３Ｄに設けた上面第２スリット部３２から円弧状の第２側面スリット部２３２を経て第２導電層４Ｄに設けた下面第２スリット部４２に連なる第２通信スロット１２Ｓが形成される。第２スロットアンテナ領域１２においては、第１導電層３Ｄに設けた上面第２スリット部３２から円弧状の第２側面スリット部２３２を経て第２導電層４Ｄに設けた下面第２スリット部４２に連なる第２通信スロット１２Ｓが形成される。第３スロットアンテナ領域１３においては、第１導電層３Ｄに設けた上面第３スリット部３３から円弧状の第３側面スリット部２３３を経て第２導電層４Ｄに設けた下面第３スリット部４３に連なる第３通信スロット１３Ｓが形成される。第４スロットアンテナ領域１４においては、第１導電層３Ｄに設けた上面第４スリット部３４から円弧状の第４側面スリット部２３４を経て第２導電層４Ｄに設けた下面第４スリット部４４に連なる第４通信スロット１４Ｓが形成される。なお、無指向性小型平面アンテナ装置１Ｃの第１〜第４スロットアンテナ領域１１〜１４は、それぞれ扇形であることから、上面第１〜第４スリット部３１〜３４および下面第１〜第４スリット部４１〜４４は、基端スリットから屈曲スリットを経て先端スリットへ連なる形状で、各屈曲スリットは、第１〜第４側面スリット部２３１〜２３４に沿った円弧形状である。また、各屈曲スリットの途中でスリット幅が異なる段差構造としても良い。

図２５（ａ）に示すのは、第５実施形態に係る無指向性小型平面アンテナ装置１Ｅで、分割数ｎを６としたものである。本実施形態の無指向性小型平面アンテナ装置１Ｅでは、六角形の誘電体基板２Ｅを用い、その上面に六角形の第１導電層３Ｅを、下面に六角形の第２導電層４Ｅを設け、各辺の中央部に第１〜第６導電連結部６１〜６６を設けることで、第１〜第６スロットアンテナ領域１１〜１６に等分割したものである。第１〜第６スロットアンテナ領域１１〜１６には、それぞれ第１〜第６通信スロット１１Ｓ〜１６Ｓが設けられるが、各通信スロットのスリット長はアンテナ径に対してあまり長くとることができない。図２５（ｂ）に示す無指向性小型平面アンテナ装置１Ｅ′は、第５実施形態に係る無指向性小型平面アンテナ装置１Ｅの改変例で、各角部に第１〜第６導電連結部６１〜６６を設けることで、第１〜第６スロットアンテナ領域１１〜１６に等分割したものである。この無指向性小型平面アンテナ装置１Ｅ′においても、各通信スロットのスリット長はアンテナ径に対してあまり長くとることができない。このため、分割数ｎが４より大きい無指向性小型平面アンテナ装置１Ｅ，１Ｅ′では、第１実施形態に係る無指向性小型平面アンテナ装置１Ａと比較して、アンテナ本体の小型・軽量化に不利であると考えられる。

一方、図２６に示すのは、第６実施形態に係る無指向性小型平面アンテナ装置１Ｆで、分割数ｎを３としたものである。本実施形態の無指向性小型平面アンテナ装置１Ｆでは、三角形の誘電体基板２Ｆを用い、その上面に三角形の第１導電層３Ｆを、下面に三角形の第２導電層４Ｆを設け、各辺の中央部に第１〜第３導電連結部６１〜６３を設けることで、第１〜第３スロットアンテナ領域１１〜１３に等分割したものである。第１〜第３スロットアンテナ領域１１〜１３には、それぞれ第１〜第３通信スロット１１Ｓ〜１３Ｓが設けられ、各通信スロットのスリット長はアンテナ径に対して長くとることができる。図２６（ｂ）に示す無指向性小型平面アンテナ装置１Ｆ′は、第６実施形態に係る無指向性小型平面アンテナ装置１Ｆの改変例で、各角部に第１〜第３導電連結部６１〜６３を設けることで、第１〜第３スロットアンテナ領域１１〜１３に等分割したものである。この無指向性小型平面アンテナ装置１Ｆ′においても、各通信スロットのスリット長はアンテナ径に対して長くとることができる。このため、分割数ｎが４より小さい無指向性小型平面アンテナ装置１Ｆ，１Ｆ′では、第１実施形態に係る無指向性小型平面アンテナ装置１Ａと比較して、アンテナ本体の小型・軽量化に有利であると考えられる。

図２７に示すのは、第７実施形態に係る無指向性小型平面アンテナ装置１Ｇで、分割数ｎを２としたものである。本実施形態の無指向性小型平面アンテナ装置１Ｇでは、四角形の誘電体基板２を用い、対向する二辺の各中央部に第１，第２導電連結部６１，６２を設けることで、第１，第２スロットアンテナ領域１１，１２に等分割したものである。第１スロットアンテナ領域に設けられる第１通信スロット１１Ｓは、第１導電層３に設けた上面第１スリット部３１から第１側面Ａスリット部２３１ａ、第２側面スリット部２３２、第３側面Ｂスリット部２３３ｂを経て第２導電層４に設けた下面第１スリット部４１に連なるものである。第２スロットアンテナ領域に設けられる第２通信スロット１２Ｓは、第１導電層３に設けた上面第２スリット部３２から第３側面Ａスリット部２３３ａ、第４側面スリット部２３４、第１側面Ｂスリット部２３１ｂを経て第２導電層４に設けた下面第２スリット部４２に連なるものである。

第１通信スロット１１Ｓの上面第１スリット部３１は、第１側面Ａスリット部２３１ａに第１端が連結され、他方の第２端が中心方向に延出する所要幅の基端スリット３１と、基端スリット３１の第２端側へ屈曲状に連結され、第１側面Ａスリット部２３１ａと平行に延出する所要幅の第１屈曲スリット３１ｂと、第１屈曲スリット３１ｂの延出端へ屈曲状に連結され、第２側面スリット部２３２と平行に延出する第２屈曲スリット３１ｃと、第２屈曲スリット３１ｃの延出端へ屈曲状に連結され、第３側面Ｂスリット部２３３ｂと平行に延出する第３屈曲スリット３１ｄと、第３屈曲スリット３１ｄの延出端側へ屈曲状に連結され、中心から遠ざかるように延出する先端スリット３１ｅよりなる。よって、上面第１スリット部３１は、基板全周の１／２近いスリット長となる。なお、第２屈曲スリット３１ｃは、スリット幅と第２側面スリット部２３２からの離隔距離が異なる第２屈曲前段スリット３１ｃ１と第２屈曲後段スリット３１ｃ２からなる段差構造である。

説明を省略した上面第２スリット部３２および下面第１，第２スリット部４１，４２は、全て上面第１スリット部３１と同一形状であるから、それぞれ基板全周の１／２近いスリット長を備えるので、第１，第２通信スロット１１Ｓ、１２Ｓの各スロット長は、分割数ｎ＝４とした基本構成の無指向性小型平面アンテナ装置１Ａにおける第１〜第４通信スロット１１Ｓ〜１４Ｓの各スロット長と比べて非常に長いものとなる。したがって、分割数ｎを２とした無指向性小型平面アンテナ装置１Ｇでは、基本構成の無指向性小型平面アンテナ装置１Ａと比較して、アンテナ寸法を変えずに低周波数化を実現できると考えられる。

そこで、アンテナ寸法を変えずに、ｎ＝４の無指向性小型平面アンテナ装置１Ａから、ｎ＝２の無指向性小型平面アンテナ装置１Ｇに変える設計変更をシミュレートしたところ、無指向性小型平面アンテナ装置１Ａでの整合周波数ｆres＝１２８ＭＨｚから無指向性小型平面アンテナ装置１Ｇでは整合周波数ｆres＝６９ＭＨｚとなる結果を得られた。分割数ｎを４から２へ半分にすると、整合周波数ｆresも約半分に低周波数化できるのである。

また、無指向性小型平面アンテナ装置１Ａと同じ整合周波数を得られるように無指向性小型平面アンテナ装置１Ｇを設計するのであれば、無指向性小型平面アンテナ装置１Ａで用いる基板の約半分のサイズ（基板幅がＷ／２）の誘電体基板２で無指向性小型平面アンテナ装置１Ｇを構成できると考えられるので、面積、体積、重量は約１／４に小型・軽量化が可能である。

以上のことから、小さなｎで設計を行うことは小型化に有効であると考えられる。図２８に示すのは、分割数ｎ＝１とした第８実施形態に係る無指向性小型平面アンテナ装置１Ｈである。ｎ＝１の場合、アンテナ領域を２以上に等分割しないので、第１通信スロット１１Ｓが形成される第１スロットアンテナ領域１１のみとなる。ただし、第１導電層３と第２導電層４とを電気的に接続する導電連結部６を設けることで、誘電体基板２の側面が分割され、上面第１スリット部３１は導電連結部６の一側近傍にて第１側面Ａスリット部２３１ａに連なり、下面第１スリット部４１は導電連結部６の他側近傍にて第１側面Ｂスリット部２３１ｂに連なる。すなわち、無指向性小型平面アンテナ装置１Ｈの第１通信スロット１１Ｓは、上面第１スリット部３１から第１側面Ａスリット部２３１ａ、第２側面スリット部２３２、第３側面スリット部２３３、第４側面スリット部２３４、第１側面Ｂスリット部２３１ｂを経て下面第１スリット部４１に至る長尺なスロット長を得ることができる。

なお、一般にアンテナを小型化すると、放射効率が低下することが知られている。すなわち、分割数ｎを小さくすれば、アンテナ本体の小型化を実現できる反面、実用的な放射効率が得られなくなる可能性もあるので、目的とする整合周波数と十分な放射効率を得るのに適切な分割数ｎを選択することが望ましい。

以上、本発明に係る無指向性小型平面アンテナ装置を実施形態に基づき説明したが、本発明は、これらの実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載の構成を変更しない限りにおいて実現可能な全ての無指向性小型平面アンテナ装置を権利範囲として包摂するものである。

１Ａ 無指向性小型平面アンテナ装置（第１実施形態）
１１〜１４ 第１〜第４スロットアンテナ領域
１１Ｓ〜１４Ｓ 第１〜第４通信スロット
２ 誘電体基板
２１ 第１面（上面）
２２ 第２面（下面）
２３ 四側面
３ 第１導電層
３１〜３４ 上面第１〜第４スリット部
４ 第４導電層
４１〜４４ 下面第１〜第４スリット部
５ 給電ポート
６１〜６４ 第１〜第４導電連結部

Claims (5)

1. 対向する二面が平行な板状の誘電体基板と、
   前記誘電体基板の第１面に所要厚さの導電体で形成され、所要形状の第１スリット部を設けた第１導電層と、
   前記誘電体基板の第２面に所要厚さの導電体で形成され、所要形状の第２スリット部を設けた第２導電層と、
   前記誘電体基板の第１面と第２面に直交して誘電体基板の重心を通る仮想中心軸が第１導電層または第２導電層と交差する部位に設ける給電ポートと、
   前記誘電体基板の外側面あるいは側面近傍に形成され、前記第１導電層と第２導電層とを電気的に連結する導電連結部と、
   前記導電連結部から導電連結部まで誘電体基板の側面が連続して露出する側面スリット部と、
   を備え、
   前記側面スリット部の一方端を前記第１スリット部と連結し、側面スリット部の他方端を前記第２スリット部と連結することで、第１スリット部から側面スリット部を経て第２スリット部に至る長尺な通信スロットを形成し、前記給電ポートから信号を注入あるいは信号を取り出すようにしたことを特徴とする無指向性小型平面アンテナ装置。
2. 前記仮想中心軸をそれぞれ通って第１，第２導電層および誘電体基板をｎ等分（ｎは２以上の自然数）する等分割面が誘電体基板の側面と交わる部位に、前記導電連結部をそれぞれ設け、
   前記等分割面によって等分されたｎ個のスロットアンテナ領域には、それぞれ、同一形状の通信スロットを形成するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の無指向性小型平面アンテナ装置。
3. 前記第１導電層に設ける第１スリット部と第２導電層に設ける第２スリット部は同一形状であり、前記誘電体基板を挟んで反対称に配置するようにしたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の無指向性小型平面アンテナ装置。
4. 前記第１スリット部および／または第２スリット部は、少なくとも、
   側面スリット部に第１端が連結され、他方の第２端が中心方向に延出する所要幅の基端スリットと、
   前記基端スリットの第２端側へ屈曲状に連結され、誘電体基板の側面と平行に延出する所要幅の屈曲スリットと、
   を備えることを特徴とする請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の無指向性小型平面アンテナ装置。
5. 前記第１スリット部の形状と、第２スリット部の形状と、側面スリット部のスリット長とを変化させずに、誘電体基板の厚さおよび／または誘電率を変化させることで、整合周波数を変化させるようにしたことを特徴とする請求項１〜請求項４の何れか１項に記載の無指向性小型平面アンテナ装置。