JP4143844B2 - アンテナ装置 - Google Patents

Description

本発明は、パッチアンテナを含むアンテナ装置に関し、特に、人工衛星からの電波（以下「衛星波」とも呼ぶ。）または地上での電波（以下「地上波」とも呼ぶ。）を受信してデジタルラジオ放送を聴取することが可能なデジタルラジオ受信機用のアンテナとして使用されるパッチアンテナを含むアンテナ装置に関する。

近時、衛星波または地上波を受信して、デジタルラジオ放送を聴取可能にしたデジタルラジオ受信機が開発され、米国において実用化されている。このデジタルラジオ受信機は、自動車等の移動局に搭載され、周波数が約２．３ＧＨｚ帯の電波を受信してラジオ放送を聴取することが可能である。すなわち、デジタルラジオ受信機は、モバイル放送を聴取することが可能なラジオ受信機である。受信電波の周波数が約２．３ＧＨｚ帯なので、そのときの受信波長（共振波長）λは約１２８．３ｍｍである。尚、地上波は、衛星波を一旦、地球局で受信した後、周波数を若干シフトし、直線偏波で再送信したものである。

このようにデジタルラジオ放送では、約２．３ＧＨｚ帯の周波数の電波が使用されるので、それを受信するアンテナは室外に設置しなければならない。したがって、デジタルラジオ受信機を自動車に搭載する場合には、そのアンテナを自動車の屋根に取り付けなければならない。

この種のアンテナは、広い指向性を持つことが必要である。何故なら、デジタル受信機では、仰角が２０°〜６０°の範囲にある比較的低仰角の人工衛星から到来する衛星波を受信する必要があるからである。また、地上波はその仰角が実質的に０°であるからである。

一般に、パッチアンテナのような平面型（平板型）アンテナはその指向性が狭いので、この種のアンテナとしては不向きであると考えられていた。しかしながら、たとえパッチアンテナであっても、面積の広いグランド板（アース板）を使用することにより、アンテナ指向性が広がることが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特に、デジタルラジオ受信機を自動車に搭載する場合、上述したように、そのアンテナを自動車の屋根に取り付ける。この場合、自動車の屋根自体がグランド板として働くので、パッチアンテナでも十分にデジタルラジオ受信機用のアンテナとして使用することが可能であることが確認されている。

一方、デジタルラジオ放送を自動車の車内だけでなく、例えば、ＣＤラジカセなどのような可搬型音響電子機器からも聴取したいという要求もある。この要求に応えるために、可搬型音響電子機器の筐体の天面に設けられた、光ディスクを着脱するための開閉可能な扉式の蓋内に、パッチアンテナを搭載することが提案されている。この場合、パッチアンテナの下にグランド板（アース板）を設ける必要がある。

また、回路基板の上面にパッチアンテナが搭載され、低雑音増幅器（ＬＮＡ）等の回路素子を回路基板の下面に設け、回路素子を遮蔽するために回路基板の下面にシールドカバーを付設したものも知られている（例えば、特許文献２参照）。

尚、グローバル・ポジショニング・システム（ＧＰＳ）等に用いられる小型平面パッチアンテナも知られている（例えば、特許文献３参照）。
特開２００３−１６３５２１号公報 特開２００２−２６６４９号公報 特開平７−９４９３４号公報

上述したように、パッチアンテナにおいて、低仰角におけるアンテナ指向性を稼ぐためには比較的広い面積のグランド板を使用する必要がある。しかしながら、上述した可搬型音響電子機器等においては、広い面積のグランド板（アース板）を設けることが困難である。そこで、狭い面積のグランド板（アース板）を用いた場合でも、低仰角におけるアンテナ指向性が劣化しないアンテナ装置が望まれている。

したがって、本発明の課題は、狭い面積のグランド板（アース板）を用いた場合でも、低仰角におけるアンテナ指向性を確保することができるアンテナ装置を提供することにある。

本発明によれば、天面（１２２ｕ）と底面（１２２ｄ）と側面（１２２ｓ）とを持つ誘電体（１２２）と、この誘電体の天面に形成された放射素子（１２４）と、誘電体の底面に形成された接地導体と、を有するパッチアンテナ（１２）を備えたアンテナ装置（１０）において、誘電体の側面および底面から離間して、かつ誘電体の側面および底面を覆うように形成された無給電の導体壁（１８）を有し、上記導体壁（１８）は、パッチアンテナ（１２）の底面（１２２ｄ）から離間して設けられた正方形の主導体板（１８２）と、この主導体板の四辺から上方へ延在する４枚の側板（１８４）と、これら４枚の側壁の上端から内側へ向かって主導体板と平行に延在する４枚の台形状舌片（１８６）とから構成され、４枚の台形状舌片（１８６）は、誘電体（１２２）の天面（１２２ｕ）と実質的に同一面上に形成されていることを特徴とするアンテナ装置が得られる。

上記本発明によるアンテナ装置において、導体壁（１８）は金属製であって良い。

尚、上記括弧内の符号は、本発明の理解を容易にするために付したものであり、一例にすぎず、これらに限定されないのは勿論である。

本発明では、パッチアンテナを囲むように、無給電の導体壁を設けたので、たとえグランド板の面積が狭くても、低仰角におけるアンテナ指向性を確保することができるという効果を奏する。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。

図１を参照して、本発明の第１の実施の形態に係るアンテナ装置１０について説明する。図１において、（ａ）はアンテナ装置１０の斜視図、（ｂ）はアンテナ装置１０の平面図、（ｃ）は（ｂ）のＡ−Ａ線での断面図である。

アンテナ装置１０はパッチアンテナ１２を含む。このパッチアンテナ１２はこの技術分野において周知の構造を有する。詳述すると、パッチアンテナ１２は、略直方体形状の誘電体１２２を有する。図示の例では、誘電体１２２は、長さ（縦）×幅（横）×高さが２５ｍｍ×２５ｍｍ×４ｍｍである。誘電体１２２はセラミック材料や樹脂から成る。誘電体１２２は、天面１２２ｕと底面１２２ｄと側面１２２ｓとを持つ。実際には、図１に示されるように、誘電体１２２の側面１２２ｓの角が面取りされている。

誘電体１２２の天面１２２ｕには放射素子１２４が形成されている。誘電体１２２の底面１２２ｄには接地導体（図示せず）が形成されている。尚、１２５は給電点である。

図１（ｃ）に示されるように、パッチアンテナ１２は回路基板１４の上面上に搭載されている。回路基板１４の下面には、低雑音増幅器（ＬＮＡ）等の回路素子（図示せず）が設けられている。回路素子を遮蔽するために回路基板１４の下面にシールドカバー１６が付設されている。尚、図示はしないが、回路素子からシールドカバー１６を通して出力ケーブルが引き出される。

図示のアンテナ装置１０は、天面１２２ｕを除いてパッチアンテナ１２を覆う無給電の導体壁１８を有する。詳述すると、導体壁１８は、誘電体１２２の側面１２２ｓおよび底面１２２ｄから離間して、かつ誘電体１２２の側面１２２ｓおよび底面１２２ｄを覆うように形成されている。導体壁１８は、例えば、金属製であるが、これに限定されないのは勿論である。導体壁１８は、グランド板（アース板）として働く。

図示の導体壁１８は、長さ（縦）×幅（横）×高さが６０ｍｍ×６０ｍｍ×１０ｍｍである。導体壁１８は、シールドカバー１６を搭載する正方形の主導体板１８２と、この主導体板１８２の四辺から上方へ延在する４枚の側板１８４と、これら４枚の側壁１８４の上端から内側へ向かって主導体板１８２と平行に延在する４枚の台形状舌片１８６とを有する。すなわち、主導体板１８２は、パッチアンテナ１２の底面１２２ｄから離間して設けられている。

主導体板１８２の寸法は、縦×横が６０ｍｍ×６０ｍｍである。各側板１８４の寸法は、長さ×高さが６０ｍｍ×１０ｍｍである。各台形状舌片１８６は、台形の高さが８ｍｍである。図１（ｃ）に示されるように、４枚の台形状舌片１８６は誘電体１２２の天面１２２ｕと実質的に同一面上にある。

図２を参照して、本発明の第２の実施の形態に係るアンテナ装置１０Ａについて説明する。図２において、（ａ）はアンテナ装置１０Ａの斜視図、（ｂ）はアンテナ装置１０Ａの平面図である。

図示のアンテナ装置１０Ａは、導体壁の構成が図１に示したアンテナ装置１０と相違する点を除いて、図１に示したアンテナ装置１０と同様の構成を有する。したがって、図１のものと同様の機能を有するものには同一の参照符号を付し、説明の簡略化のためにそれらの説明は省略する。導体壁に１８Ａの参照符号を付してある。

導体壁１８Ａは、４枚の台形状舌片１８６の代わりに、４枚の側壁１８４の上端から内側へ向かって主導体板１８２と平行に延在する１枚のリング状天板１８６Ａを有する点を除いて、図１に図示した導体壁１８と同様の構成を有する。リング状天板１８６Ａの幅は８ｍｍである。

図３に導体壁を有しないパッチアンテナ１２のみから成る従来のアンテナ装置のアンテナ放射特性を示し、図４に図１に図示したアンテナ装置１０のアンテナ放射特性を示し、図５に図２に図示したアンテナ装置１０Ａのアンテナ放射特性を示す。

図３乃至図５において、衛星波ＳＡＴに対しては、仰角が２０°、２５°、３０°、３５°、４０°、４５°、５０°、５５°、および６０°の場合の、平均利得Ave．［dBi］、最大利得Max．［dBi］、および最小利得Min．［dBi］を示し、仰角が０°の地上波ＴＥＲに対しては、平均利得Ave．［dBi］、最大利得Max．［dBi］、最小利得Min．［dBi］、および最大利得と最小利得との差Max．-Min．［dBi］を示している。

図３乃至図５から、仰角が２５°以下の低仰角において、本発明によるアンテナ装置１０および１０Ａの方が従来のアンテナ装置に比較して、平均利得が大きいことが分かる。

このように、本発明では、パッチアンテナ１２を囲むように、導体壁１８又は１８Ａを設けたので、たとえグランド板の面積が狭くても、低仰角におけるアンテナ指向性を確保することができる。

以上、本発明について好ましい実施の形態によって説明してきたが、本発明は上述した実施の形態に限定しないのは勿論である。たとえば、導体壁は上述した実施の形態のものに限定されず、種々の構造のものを採用することができる。また、導体壁は金属製のものに限定されず、導電性を有するものであればどのような材料のものであっても良い。

本発明の第１の実施の形態に係るアンテナ装置の構成を示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は（ｂ）のＡ−Ａ線での断面図である。 本発明の第２の実施の形態に係るアンテナ装置の構成を示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）は平面図である。 従来のアンテナ装置のアンテナ放射特性を示す図である。 図１に示したアンテナ装置のアンテナ放射特性を示す図である。 図２に示したアンテナ装置のアンテナ放射特性を示す図である。

符号の説明

１０，１０Ａ アンテナ装置
１２ パッチアンテナ
１２２ 誘電体
１２２ｕ 天面
１２２ｄ 底面
１２２ｓ 側面
１２４ 放射素子
１４ 回路基板
１６ シールドケース
１８，１８Ａ 無給電の導体壁
１８２ 主導体板
１８４ 側板
１８６ 台形状舌片
１８６Ａ リング状天板

Claims (2)

1. 天面と底面と側面とを持つ誘電体と、該誘電体の前記天面に形成された放射素子と、前記誘電体の前記底面に形成された接地導体と、を有するパッチアンテナを備えたアンテナ装置において、
   前記誘電体の前記側面および前記底面から離間して、かつ前記誘電体の前記側面および前記底面を覆うように形成された無給電の導体壁を有し、
   前記導体壁は、前記パッチアンテナの底面から離間して設けられた正方形の主導体板と、該主導体板の四辺から上方へ延在する４枚の側板と、前記４枚の側壁の上端から内側へ向かって前記主導体板と平行に延在する４枚の台形状舌片とから構成され、
   前記４枚の台形状舌片は、前記誘電体の前記天面と実質的に同一面上に形成されていることを特徴とするアンテナ装置。
2. 前記導体壁が金属製である、請求項１に記載のアンテナ装置。

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