JP2002084125A

JP2002084125A - アンテナ装置

Info

Publication number: JP2002084125A
Application number: JP2000271074A
Authority: JP
Inventors: Junichi Noro; 順一野呂; Akiyoshi Kato; 明美加藤
Original assignee: Mitsumi Electric Co Ltd
Current assignee: Mitsumi Electric Co Ltd
Priority date: 2000-09-07
Filing date: 2000-09-07
Publication date: 2002-03-22
Also published as: US6549177B2; US20020030633A1

Abstract

(57)【要約】【課題】自動車のリアウインドウやフロントウインド
ウのような傾いた場所にも取付け可能な、アンテナ装置
を提供すること。【解決手段】回路素子を設けた回路基板１１の主面１
１ａ上に搭載されるアンテナ素子１２として、軸方向が
回路基板の主面と実質的に平行な方向に延在したヘリカ
ルアンテナを用いる。シールドカバー１３は、回路基板
の裏面側に付設され、回路素子を遮蔽する。出力ケーブ
ル１４は、シールドカバーの内側で回路素子に接続さ
れ、かつシールドカバーから引き出される。回路素子は
低雑音増幅回路を含む。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＧＰＳアンテナな
どとして使用されるアンテナ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＧＰＳ受信機は、周知のように、地球の
上空を周回している複数機のＧＰＳ（Global Positioni
ng System）衛星から前記地球上に放射される電波を受
信することにより、利用者の移動局の現在位置を検出す
るための装置である。

【０００３】周知のように、ＧＰＳ（Global Positioni
ng System）は、軌道高度約２万ｋｍ、６つの軌道面に
４機づつ、計２４機の非静止衛星から構成される米国国
防総省管理下の軍事衛星を用いた衛星測位システムであ
る。上記非静止衛星（軍事衛星）は「ＧＰＳ衛星」と呼
ばれる。４機のＧＰＳ衛星からの電波（信号）を受信す
れば、三次元測位が可能となる。ちなみに、３機のＧＰ
Ｓ衛星からの電波（信号）を受信すれば、二次元測位が
可能である。

【０００４】換言すれば、ＧＰＳは米国国防総省が打ち
上げた２４機の人工衛星（ＧＰＳ衛星）と地上の制御
局、利用者の移動局から構成される全地球測位システム
である。この全地球測位システムを利用することによ
り、移動局と三機以上のＧＰＳ衛星との距離を、電波が
到来するのに要した時間から計測し、移動局の位置、さ
らに移動方向、速度を求めることができる。この全地球
測位システムは、本来は軍事用であったが、現在では、
カーナビゲーション装置等に広く応用されている。尚、
移動局としては、自動車ばかりでなく、飛行機や船舶等
も含まれる。

【０００５】ここで、「カーナビゲーション」とは、自
らが運転している自動車の位置を車搭機の地図上にリア
ルタイムで表示し、旅行時間などの道路交通情報を表示
したり、目的地までの最適経路を算出してドライバに提
供することをいう。

【０００６】現在使用されているカーナビゲーション装
置は、４機以上のＧＰＳ衛星を捕捉したときに緯度、経
度、高度および時刻を計算し、３機のＧＰＳ衛星しか捕
捉できないときには、高度を固定した状態で、緯度、経
度および時刻を計算する。又、２機のＧＰＳ衛星しか捕
捉できないときには内部時計の時刻を使用し、高度を固
定した状態で、緯度および経度を計算し、１機のＧＰＳ
衛星しかまたは全くＧＰＳ衛星を捕捉できなかった場合
にはエラー表示を行うように構成されている（特開平９
−２３６６５０号公報参照）。

【０００７】ところで、ＧＰＳ衛星から発信されて地上
に到来する電波信号（「ＧＰＳ信号」と呼ばれる。）の
強度は非常に弱いので、地球上にある電波の雑音中に埋
もれてしまう。その為に、ＧＰＳ信号としては、ＰＮ
（Pseudo Noise：擬似雑音）符号でスペクトル拡散変調
されたＰＳＫ（Phase Shift Keying：位相偏移キーイン
グ）波が使用されるとともに、ＧＰＳ受信機には、雑音
の中からＧＰＳ信号を抽出して増幅するための低雑音増
幅（Low Noise Amplifier：ＬＮＡ）回路が備えられて
いる。

【０００８】移動局が自動車であるカーナビゲーション
装置の場合、ＧＰＳアンテナ（アンテナユニット）は自
動車の車体の外面上に磁石等を用いて設置される。詳述
すると、例えばＧＰＳアンテナ（アンテナユニット）が
平面アンテナである場合、平面アンテナは、自動車の金
属製のルーフパネル等に磁気吸着して取り付けられ得
る。ＧＰＳアンテナ（アンテナユニット）は、アンテナ
素子と、付随した上記ＬＮＡ回路を含む回路素子を搭載
した回路基板とを有する。

【０００９】以下、図４および図５を参照して、ＧＰＳ
アンテナとして使用される、一般的な平面アンテナ２０
の基本構造について説明する。図４は平面アンテナ２０
のアンテナ本体を示す概略側面図、図５は平面アンテナ
２０の外観を示す概略側面図である。

【００１０】図４に示されるように、平面アンテナ２０
のアンテナ本体は、上記ＬＮＡ回路等の回路素子（図示
せず）を下面に設けた回路基板２１と、この回路基板２
１の上面（主面）２１ａに搭載され、回路素子に接続さ
れたアンテナ素子２２と、回路基板２１の下面２１ｂに
付設され、回路素子を遮蔽するためのシールドカバー２
３とを備えている。また、回路素子からシールドカバー
２３を通して出力ケーブル（同軸ケーブル）２４が引き
出されている。

【００１１】これら回路基板２１、アンテナ素子２２、
およびシールドカバー２３から成るアンテナ本体は、図
５に示されるように、上ケース２５及び下ケース２６の
間に収容される。出力ケーブル２４は上ケース２５及び
下ケース２６の間から、溝（図示せず）を通って外部に
引き出され、ＧＰＳ装置側に接続されるようになってい
る。

【００１２】尚、下ケース２６の底面２６ａには永久磁
石（図示せず）が取り付けられており、これにより、平
面アンテナ２０を自動車のルーフパネルの表面に磁気吸
着させることが可能になっている。回路基板２１の主面
２１ａと下ケース２６の底面２６ａとは実質的に平行と
なるように延在している。したがって、平面アンテナ２
０の回路基板２１の主面２１ａは、ほぼ水平方向に沿っ
て延在することになる。

【００１３】また、アンテナ素子２２は、略矩形状のセ
ラミック体２２１と、このセラミック体２２１の上面に
設けられた受信面２２２と、この受信面２２２と回路素
子とを接続するために、セラミック体２２１および回路
基板２１を貫通する給電ピン２２３とから構成されてい
る。このような構造のアンテナ素子２２は、この技術分
野において「パッチアンテナ」と呼ばれている。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、図４および
図５に示した平面アンテナ２０（パッチアンテナ２２）
は、図６に示されるような指向特性（指向性）を持って
いる。すなわち、平面アンテナ２０の放射パターンは、
回路基板２１の主面２１ａに対して垂直な方向（鉛直方
向）において最大値（最大利得）を持っている。しかし
ながら、回路基板２１の主面２１ａに対して平行な方向
にはほとんど利得（指向性）が無いことが分かる。これ
は、平面アンテナ２０は、回路基板２１の主面２１ａに
対して平行な方向からの電波（すなわち、仰角がゼロの
ＧＰＳ衛星からの電波）を受信できないことを意味す
る。

【００１５】一方、前述したように、カーナビゲーショ
ン装置においては、利用者の移動局においてそのほぼ正
確な現在位置を測位するには、最低でも４機のＧＰＳ衛
星を捕捉する（からの電波（ＧＰＳ信号）を受信する）
ことが必要である。そして、ＧＰＳ衛星は常に移動して
いるので、捕捉すべきＧＰＳ衛星の仰角が常に高いとは
限らない。

【００１６】したがって、高仰角のＧＰＳ衛星ばかりで
なく低仰角のＧＰＳ衛星をも捕捉するためには、平面ア
ンテナ２０を、その回路基板２１の主面２１ａができる
だけ水平となるように、自動車に取り付ける必要があ
る。何故ならば、平面アンテナ２０を、その回路基板２
１の主面２１ａが水平面に対して傾いた状態で取り付け
ると、回路基板２１の主面２１ａと平行な方向からの電
波を受信することができないからである。その為、従来
のＧＰＳアンテナ（平面アンテナ）２０では、その取付
け場所が自動車のルーフパネルのような水平な場所に制
限されてしまう。換言すれば、平面アンテナ２０を、自
動車のリアウインドウやフロントウインドウなどのよう
な、傾いた場所に取り付けることは不適切であり、好ま
しくない。

【００１７】カーナビゲーション装置の利用者として
は、アンテナ装置（ＧＰＳアンテナ）を、そのような水
平な場所だけでなく、傾いた場所にも取り付けることが
できることを望んでおり、取付け場所の自由度を欲して
いる。

【００１８】したがって、本発明の課題は、自動車のリ
アウインドウやフロントウインドウのような傾いた場所
にも取付け可能な、アンテナ装置を提供することにあ
る。

【００１９】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、アンテナ
装置を、水平な場所ばかりでなく、傾いた場所にも取付
け可能にするには、どのような構成を採用すれば良いの
かについて、種々思案した。前述したように、従来のア
ンテナ素子（パッチアンテナ）の構造では、放射パター
ンの最大値（最大利得）が回路基板の主面に対して垂直
な方向（鉛直方向）にあり、水平な方向にはほとんど利
得（指向性）がないので、平面アンテナを傾けた状態で
取り付けることは実際上困難である。したがって、アン
テナ素子として、指向特性が従来のものとは異なった、
回路基板の主面に対して平行な方向にも利得（指向性）
があるものを使用すれば、良いのではないかと、本発明
者らは思料した。

【００２０】そこで、本発明者らは、そのような指向特
性をもつアンテナ素子の候補を探した。その候補とし
て、本発明者らは、ヘリカルアンテナが相応しいのでは
ないか、ということに気が付いた。何故なら、ヘリカル
アンテナは、放射パターンの最大値（最大利得）がその
軸方向（鉛直方向）になく、軸から傾いた方向（斜め横
方向）にあるからである。尚、ヘリカルアンテナは、絶
縁体から成る円筒状部材と、その円筒状部材の周りにヘ
リックス状に巻かれた少なくとも１本の導線とから構成
されている。したがって、ヘリカルアンテナを、その軸
方向が回路基板の主面に対して平行となるように、回路
基板に搭載すれば、そのように構成されたアンテナ装置
は、回路基板の主面と平行な方向（ヘリカルアンテナの
軸方向）にも利得（放射）がある筈である、という結論
に本発明者らは想到した。

【００２１】すなわち、本発明によれば、回路素子を設
けた回路基板（１１）と、該回路基板の主面（１１ａ）
上に搭載され、前記回路素子に接続されたアンテナ素子
（１２）とを含むアンテナ装置において、前記アンテナ
素子が、軸方向が前記回路基板の主面と実質的に平行な
方向に延在したヘリカルアンテナ（１２）であることを
特徴とするアンテナ装置が得られる。

【００２２】前記回路素子は、前記回路基板の前記主面
と対向する裏面（１１ｂ）に配置されており、前記回路
基板の前記裏面側に付設され、前記回路素子を遮蔽する
シールドカバー（１３）をさらに含んでも良い。また、
前記シールドカバーの内側で前記回路素子に接続され、
かつ前記シールドカバーから引き出された出力ケーブル
（１４）をさらに含んでも良い。さらに、前記回路素子
は低雑音増幅回路を含むものであっても良い。

【００２３】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。

【００２４】

【発明の実施の形態】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。

【００２５】図１および図２を参照して、本発明の一実
施の形態に係るアンテナ装置１０について説明する。図
１はアンテナ装置１０の概略構成を示す断面図、図２は
アンテナ装置１０のアンテナ本体の外観を示す概略斜視
図である。図示のアンテナ装置１０は、カーナビゲーシ
ョン装置用のＧＰＳ受信機のＧＰＳアンテナとして使用
されるものである。

【００２６】アンテナ装置１０は、ＬＮＡ回路等の回路
素子（図示せず）を下面１１ｂに設けた回路基板１１
と、この回路基板１１の上面（主面）１１ａに搭載さ
れ、回路素子に接続されたアンテナ素子１２と、回路基
板１１の下面１１ｂに付設され、回路素子を遮蔽するた
めのシールドカバー１３と、回路素子からシールドカバ
ー１３を通して外部へ引き出される出力ケーブル（同軸
ケーブル）１４とを備えている。これら回路基板１１、
アンテナ素子１２、およびシールドカバー１３から成る
アンテナ本体は、樹脂製の上ケース１５及び下ケース１
６の間に収容される。出力ケーブル１４は上ケース１５
及び下ケース１６の間から、溝（図示せず）を通って外
部に引き出され、ＧＰＳ装置側に接続されるようになっ
ている。

【００２７】本発明では、アンテナ素子１２として四相
ヘリカルアンテナを使用している。詳述すると、四相ヘ
リカルアンテナ１２は、絶縁体から成る円筒状部材１２
１と、その円筒状部材１２１の周りにヘリックス状に巻
かれた４本の導線１２２とから構成されている。この四
相ヘリカルアンテナ１２は、その軸方向が回路基板１１
の主面１１ａと平行となるように搭載される。尚、周知
のように、ヘリカルアンテナは円偏波を受信することが
できる。

【００２８】図３に四相ヘリカルアンテナ１２の指向特
性（指向性）を図示した放射パターンを示す。図３にお
いて、（Ａ）は四相ヘリカルアンテナ１２を立てた状態
の放射パターンを示し、（Ｂ）は四相ヘリカルアンテナ
１２を倒した状態の放射パターンを示す。

【００２９】図３（Ａ）から明らかなように、四相ヘリ
カルアンテナ１２を立てた場合、四相ヘリカルアンテナ
１２の放射パターンの最大値（最大利得）は、その軸方
向（鉛直方向）にはなく、軸から傾いた方向（斜め横方
向）、すなわち、水平面に対して所定の角度θだけ傾い
た方向にある。ここで、この所定の角度θは約３０度で
ある。

【００３０】したがって、図３（Ｂ）に示すように、四
相ヘリカルアンテナ１２をグランド板に対して倒したと
しても、横方向（すなわち、回路基板１２の主面１２ａ
と平行な方向、四相ヘリカルアンテナ１２の軸方向）に
も指向性（利得）がある。勿論、この状態では、鉛直方
向（四相ヘリカルアンテナ１２の軸方向と直角な方向）
にも利得がある。

【００３１】なお、上記所定の角度θは約３０度である
ので、もしアンテナ装置１０を自動車の水平な場所に取
り付けとすると、その最大利得が約６０度の仰角方向で
ある指向性を兼ね備えた棒状のＧＰＳアンテナとして動
作することになる。

【００３２】このように、本実施の形態では、アンテナ
素子１２として、その軸方向が回路基板１１の主面１１
ａと平行となるように搭載された、四相ヘリカルアンテ
ナを使用しているので、たとえアンテナ装置１０を自動
車に水平面に対して傾けた状態で取り付けたとしても、
低仰角のＧＰＳ衛星からのＧＰＳ信号を受信することが
可能となる。したがって、このアンテナ装置１０を、自
動車のリアウインドウやフロントウインドウなどの水平
面に対して傾いたガラス面へ貼り付けて使用することが
可能となる。尚、アンテナ装置１０のガラス面への貼り
付けは、例えば、両面テープなどを使用して行うことが
できる。

【００３３】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。例えば、上記実施の形態
では、ＧＰＳ受信機に適用される場合についてのみ説明
しているが、用途はそれに限定されない。また、上記実
施の形態では、ヘリカルアンテナとして四相ヘリカルア
ンテナを使用しているが、これに限定されないのは勿論
である。

【００３４】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
では、回路基板の主面上に搭載されるアンテナ素子とし
て、軸方向が回路基板の主面と実質的に平行な方向に延
在したヘリカルアンテナを用いているので、アンテナ装
置を、水平な場所ばかりでなく、傾いた場所にも取り付
けることが可能になる、という効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態に係るアンテナ装置（Ｇ
ＰＳアンテナ）の概略構成を示す断面図である。

【図２】図１に示したアンテナ装置のアンテナ本体の外
観を示す概略斜視図である。

【図３】四相ヘリカルアンテナの指向特性を図示した放
射パターンを示す図で、（Ａ）は四相ヘリカルアンテナ
を立てた状態の放射パターンを示し、（Ｂ）は四相ヘリ
カルアンテナを倒した状態の放射パターンを示す。

【図４】従来のＧＰＳアンテナとして使用される平面ア
ンテナのアンテナ本体を示す概略側面図である。

【図５】図４に示した平面アンテナの外観を示す概略側
面図である。

【図６】平面アンテナ（パッチアンテナ）の指向特性を
図示した放射パターンを示す図である。

【符号の説明】

１０アンテナ装置１１回路基板１１ａ主面１２アンテナ素子（四相ヘリカルアンテナ）１２１円筒状部材１２２導線１３シールドカバー１４出力ケーブル１５上ケース１６下ケース

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】回路素子を設けた回路基板と、該回路基
板の主面上に搭載され、前記回路素子に接続されたアン
テナ素子とを含むアンテナ装置において、前記アンテナ素子が、軸方向が前記回路基板の主面と実
質的に平行な方向に延在したヘリカルアンテナであるこ
とを特徴とするアンテナ装置。
【請求項２】前記回路素子は、前記回路基板の前記主
面と対向する裏面に配置されており、前記回路基板の前
記裏面側に付設され、前記回路素子を遮蔽するシールド
カバーをさらに含む、請求項１に記載のアンテナ装置。
【請求項３】前記シールドカバーの内側で前記回路素
子に接続され、かつ前記シールドカバーから引き出され
た出力ケーブルをさらに含む、請求項１又は２に記載の
アンテナ装置。
【請求項４】前記回路素子は低雑音増幅回路を含むも
のである、請求項１又は２又は３に記載のアンテナ装
置。