JP2004048369A - Composite antenna - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車等の移動体に装備されて衛星波と地上波とが受信可能な複合アンテナに関する。
【0002】
【従来の技術】
自動車等の移動体において衛星放送を受信するシステムでは主に円偏波が使用されるが、最近、ビル陰等の不感地帯での受信確率を高めるために、静止衛星からの直接放送波と同様な内容を地上において再送信する衛星放送システムが考えられている。かかる衛星放送システムに適用可能なアンテナとして、従来、図6に示すような複合アンテナが提案されている。
【0003】
図6に示す従来の複合アンテナは、プリント基板1上に、円偏波を受信する4線巻きヘリカルアンテナ2と、地上波である垂直偏波を受信するモノポールアンテナ3とを立設して概略構成される。プリント基板1の上面にはほぼ全面に銅箔等からなる接地導体が設けられており、プリント基板1の下面にはマイクロストリップラインが設けられている。ヘリカルアンテナ2は、誘電体からなる円柱状ブロック4の外周面に螺旋状に延びる4本のヘリックス導体5を設けて、マイクロストリップラインに接続される各ヘリックス導体5を90度の位相差で給電するというものである。このヘリカルアンテナ2を励振すると上方へ円偏波電波が放射されるので、衛星波を受信するアンテナとして機能させることができる。また、モノポールアンテナ3は、使用する電波の波長の約4分の1の長さの直線状導体を起立させ、この導体の下端部をマイクロストリップラインに接続して給電するというものである。このモノポールアンテナ3を励振すると、プリント基板1と平行な面内で無指向性の垂直偏波電波が放射されるので、地上波を受信するアンテナとして機能させることができる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の複合アンテナにおいて、ヘリカルアンテナ2の高さ寸法は、使用する電波の波長をλとすると約0.55λなので、動作周波数が例えば2.3GHz(λ=130mm)の場合、その高さ寸法は約72mmまで大きくなってしまい、自動車等の移動体に装備するアンテナとして好適な薄型化が図れないという問題があった。また、かかる従来の複合アンテナは、ヘリカルアンテナ2とモノポールアンテナ3を並設した構造なので、平面的にも大きな寸法が必要で小型化が図りにくく、かつ、両アンテナ2,3が電磁結合してモノポールアンテナ3の指向性がヘリカルアンテナ2側で歪みやすく、それゆえ特定の方位角で地上波の受信感度が低下しやすいという問題があった。
【0005】
本発明は、このような従来技術の実情に鑑みてなされたもので、その目的は、円偏波アンテナと垂直偏波アンテナを組み合わせてなる小型薄型化に好適で信頼性の高い複合アンテナを提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上述した目的を達成するため、本発明の複合アンテナは、中央部に貫通孔を有する誘電体基板の上面にパッチ電極を設けて下面にグラウンド電極を設け、前記パッチ電極に接続されて前記誘電体基板を貫通する給電ピンを第1の給電線に接続したパッチアンテナと、上面に接地導体を設けて前記パッチアンテナを載置固定したプリント基板と、このプリント基板に固定され、螺旋状に延びるヘリックス導体を前記貫通孔の上方に配置すると共に、前記ヘリックス導体から下方へ延びる直線状導体を前記貫通孔に挿通して第2の給電線に接続したヘリカルアンテナとを備え、前記パッチアンテナを励振して円偏波の電波を放射させると共に、前記ヘリカルアンテナを励振して垂直偏波の電波を放射させるように構成した。
【0007】
このように構成された複合アンテナにおいて、パッチアンテナをTM11モードで励振すれば上方へ円偏波電波が放射されるので、このパッチアンテナを衛星波用の円偏波アンテナとして機能させることができる。また、ヘリカルアンテナをノーマルモードで励振すれば、プリント基板と平行な面内で無指向性の垂直偏波電波が周囲に放射されるので、このヘリカルアンテナを地上波用の垂直偏波アンテナとして機能させることができる。そして、パッチアンテナの中央部に設けた貫通孔の上方にヘリックス導体を配置し、この貫通孔を利用してヘリカルアンテナを立設するという構造を採用しているため、衛星波と地上波とが受信可能で高さ寸法や平面的な大きさが小さくて済むコンパクトな複合アンテナとなる。
【0008】
また、この複合アンテナは、パッチ電極とヘリックス導体の相対位置関係を周方向に沿ってほぼ一様に設定することができるため、パッチアンテナとヘリカルアンテナの電磁結合に起因する方位角面内の無指向性の崩れを回避しやすく、それゆえ方位角による受信感度のばらつきが少ない安定した性能が期待できる。なお、この複合アンテナは、プリント基板の下面側でパッチアンテナの給電ピンやヘリカルアンテナの直線状導体を給電線と簡単に接続することができるので、組立作業性も良好である。
【0009】
【発明の実施の形態】
発明の実施の形態について図面を参照して説明すると、図1は本発明の第1の実施形態例に係る複合アンテナの分解斜視図、図2は該複合アンテナの斜視図、図3は該複合アンテナの上面図、図4は図3のA−A線に沿う断面図である。
【0010】
これらの図に示す複合アンテナは、挿入孔10a,10bを有するプリント基板10と、このプリント基板10上に載置固定された衛星波用のパッチアンテナ11と、このパッチアンテナ11の中心貫通孔11aの上方にヘリックス導体13を配置してプリント基板10に固定された地上波用のヘリカルアンテナ12とによって主に構成されている。
【0011】
プリント基板10の上面にはほぼ全面に接地導体15が設けられており、プリント基板10の下面にはランド16,17が設けられている。このプリント基板10は接地導体15上に絶縁性の両面テープ18を介してパッチアンテナ11を載置固定しており、挿入孔10a内にパッチアンテナ11の給電ピン19の下端部が挿通されている。また、このプリント基板10の挿入孔10b内には、ヘリックス導体13から下方へ延びる直線状導体14の下端部が挿通されている。
【0012】
パッチアンテナ11は、円板状の誘電体基板20と、この誘電体基板20の上面に設けられた略円形のパッチ電極21と、誘電体基板20の下面のほぼ全面に設けられたグラウンド電極22と、パッチ電極21に半田付けされて誘電体基板20を貫通する給電ピン19とによって概略構成されるアンテナであり、給電ピン19に所定の高周波信号が給電されるようになっている。パッチ電極21はマイクロストリップ構造の放射素子であり、このパッチ電極21の外周部には点対称な2箇所に縮退分離素子である切欠き21a(突起でもよい)が設けられている。給電ピン19はインピーダンスがマッチングする適当な給電点を選択してパッチ電極21に接続され、この給電ピン19の下端部がプリント基板10のランド16において同軸ケーブル30の給電線(内部導体)に半田付けされている。
【0013】
このような構成のパッチアンテナ11は、パッチ電極21や切欠き21aの大きさを適宜値に設定してTM11モードで励振すると、上方へ円偏波電波を放射するので、衛星波用の円偏波アンテナとして機能させることができる。なお、このパッチアンテナ11は給電点が一つで、切欠き21a等の縮退分離素子を装荷することにより共振長が異なる二つの直交モードに90度の位相差を生じさせるという1点給電方式である。また、このパッチアンテナ11にはヘリカルアンテナ12用の逃げ孔である中心貫通孔11aが穿設されているが、中心貫通孔11aは直線状導体14を挿通するためのものなので極めて小径でよく、その穿設位置もパッチ電極21の中心なので、パッチアンテナ11のアンテナ特性は中心貫通孔11aの影響をほとんど受けない。
【0014】
ヘリカルアンテナ12のヘリックス導体13と直線状導体14はピアノ線や形状記憶合金等からなる1本の線材であり、直線状導体14を介してヘリックス導体13に所定の高周波信号が給電されるようになっている。このヘリカルアンテナ12は、直線状導体14の下端部をプリント基板10のランド17において同軸ケーブル31の給電線(内部導体)に半田付けすることにより、ヘリックス導体13の軸方向を接地導体15に対し直交させた姿勢でプリント基板10に固定されている。また、図示はしていないが、プリント基板10の下面にはヘリカルアンテナ12用のマッチング回路が設けてある。
【0015】
このような構成のヘリカルアンテナ12をノーマルモードで励振すると、接地導体15に対して起立するモノポールアンテナと同様に、接地導体15と平行な面内で無指向性の垂直偏波電波を周囲に放射するので、このヘリカルアンテナ12を地上波用の垂直偏波アンテナとして機能させることができる。ただし、放射素子であるヘリックス導体13がコイル状に巻き上げてあるため、ヘリカルアンテナ12の高さ寸法は動作周波数が等しいモノポールアンテナの高さ寸法の半分以下で済む。
【0016】
上述したように第1の実施形態例に係る複合アンテナは、板状のパッチアンテナ11によって衛星波が受信できると共に、高さ寸法が小さいヘリカルアンテナ12によって地上波が受信でき、かつ、パッチアンテナ11の中心貫通孔11aを利用してヘリカルアンテナ12を立設しているので、装置全体が薄型で平面的にも小型化されている。したがって、この複合アンテナは、地上波と衛星波のいずれでも受信可能な車載用の小型アンテナとして好適である。また、この複合アンテナは、パッチ電極21とヘリックス導体13の相対位置関係が周方向に沿ってほぼ一様なので、パッチアンテナ11とヘリカルアンテナ12の電磁結合に起因する方位角面内の無指向性の崩れが少なく、よって方位角による受信感度のばらつきが少ない安定した性能が期待できる。なお、給電ピン19や直線状導体14を同軸ケ−ブル30,31の給電線に接続する作業は、プリント基板10の下面側で簡単に行えるので、この複合アンテナは組立作業性も良好である。
【0017】
図5は本発明の第2の実施形態例に係る複合アンテナの斜視図で、符号25はパッチアンテナを総括的に示し、図2に対応する部分には同一符号を付してある。
【0018】
図5に示す複合アンテナは、パッチアンテナ25が2点給電方式でプリント基板10側に90度位相差回路(図示せず)を設けた点が、前述した第1の実施形態例と異なっている。このパッチアンテナ25は、誘電体基板26の上面に円形のパッチ電極27を設けて、パッチ電極27の2箇所に給電ピン28,29を半田付けしており、各給電ピン28,29の下端部が前記90度位相差回路に接続されている。これにより、位相が90度異なる二つの直交モードを励振することができるので、パッチアンテナ25を前記パッチアンテナ11と同様に衛星波用の円偏波アンテナとして機能させることができる。
【0019】
なお、上述した各実施形態例において、実際に自動車等の移動体に取り付けるときには複合アンテナをレドーム(図示せず)で覆っておくことが好ましい。すなわち、誘電体材料からなるレドームで複合アンテナを覆っておけば、アンテナ特性に悪影響を及ぼさずに塵埃等の付着や飛来物の衝突が防止できるので、複合アンテナの長寿命化が図れる。
【0020】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したような形態で実施され、以下に記載されるような効果を奏する。
【0021】
衛星波用の円偏波アンテナであるパッチアンテナの中央部に設けた貫通孔を利用して地上波用の垂直偏波アンテナであるヘリカルアンテナを立設しており、パッチアンテナは板状でヘリカルアンテナの高さ寸法も小さくて済むため、衛星波と地上波とを受信可能で小型薄型化を図りやすい複合アンテナが得られ、特に車載用として好適である。また、この複合アンテナはパッチ電極とヘリックス導体の相対位置関係を周方向に沿ってほぼ一様に設定することができるため、パッチアンテナとヘリカルアンテナの電磁結合に起因する方位角面内の無指向性の崩れを回避しやすく、それゆえ方位角による受信感度のばらつきが少ない安定した性能が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態例に係る複合アンテナの分解斜視図である。
【図2】該複合アンテナの斜視図である。
【図3】該複合アンテナの上面図である。
【図4】図3のA−A線に沿う断面図である。
【図5】本発明の第2の実施形態例に係る複合アンテナの分解斜視図である。
【図6】従来例に係る複合アンテナの斜視図である。
【符号の説明】
10 プリント基板
10a,10b 挿入孔
11,25 パッチアンテナ
11a 中心貫通孔
12 ヘリカルアンテナ
13 ヘリックス導体
14 直線状導体
15 接地導体
19,28,29 給電ピン
20,26 誘電体基板
21,27 パッチ電極
21a 切欠き
22 グラウンド電極
30,31 同軸ケーブル[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a composite antenna mounted on a mobile body such as an automobile and capable of receiving satellite waves and terrestrial waves.
[0002]
[Prior art]
Circularly polarized waves are mainly used in systems that receive satellite broadcasts in vehicles such as automobiles, but recently, in order to increase the reception probability in blind zones such as behind buildings, similar to direct broadcast waves from geostationary satellites, A satellite broadcasting system that retransmits the contents on the ground has been considered. Conventionally, as an antenna applicable to such a satellite broadcasting system, a composite antenna as shown in FIG. 6 has been proposed.
[0003]
The conventional composite antenna shown in FIG. 6 has a 4-wire wound helical antenna 2 for receiving a circularly polarized wave and a monopole antenna 3 for receiving a vertically polarized terrestrial wave on a printed
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
In the above-described conventional composite antenna, the height of the helical antenna 2 is about 0.55λ, where λ is the wavelength of a radio wave to be used. Therefore, when the operating frequency is, for example, 2.3 GHz (λ = 130 mm), the height is The size is increased up to about 72 mm, and there has been a problem that it is not possible to reduce the thickness suitable for an antenna mounted on a moving body such as an automobile. Further, since such a conventional composite antenna has a structure in which the helical antenna 2 and the monopole antenna 3 are arranged side by side, a large size is required in plan view, it is difficult to reduce the size, and the antennas 2 and 3 are electromagnetically coupled. Therefore, the directivity of the monopole antenna 3 tends to be distorted on the side of the helical antenna 2, and therefore, there is a problem that the reception sensitivity of the terrestrial wave at a specific azimuth angle tends to decrease.
[0005]
The present invention has been made in view of such a situation of the related art, and an object thereof is to provide a highly reliable composite antenna suitable for reduction in size and thickness by combining a circularly polarized antenna and a vertically polarized antenna. Is to do.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above-mentioned object, a composite antenna according to the present invention includes a dielectric substrate having a through hole in a central portion, a patch electrode provided on an upper surface, a ground electrode provided on a lower surface, and the dielectric electrode connected to the patch electrode. A patch antenna having a feed pin connected to the first feed line, a printed board on which a ground conductor is provided on the upper surface and the patch antenna is mounted and fixed, and a helix fixed to the printed board and extending spirally A helical antenna in which a conductor is disposed above the through hole and a linear conductor extending downward from the helical conductor is inserted into the through hole and connected to a second feed line, and the patch antenna is excited. The helical antenna is excited to emit a vertically polarized radio wave while radiating a circularly polarized radio wave.
[0007]
In the composite antenna configured as described above, if the patch antenna is excited in the TM11 mode, a circularly polarized wave is radiated upward, so that the patch antenna can function as a circularly polarized wave antenna for satellite waves. In addition, if the helical antenna is excited in the normal mode, omnidirectional vertically polarized radio waves are radiated around in a plane parallel to the printed circuit board, so this helical antenna functions as a terrestrial vertically polarized antenna. Can be done. A helical conductor is placed above the through hole provided in the center of the patch antenna, and a helical antenna is erected using this through hole. It is a compact composite antenna that can receive and requires only a small height or planar size.
[0008]
Also, in this composite antenna, the relative positional relationship between the patch electrode and the helical conductor can be set substantially uniformly along the circumferential direction, so that the antenna in the azimuthal plane due to the electromagnetic coupling between the patch antenna and the helical antenna can be set. It is easy to avoid the loss of directivity, and therefore stable performance with little variation in reception sensitivity depending on the azimuth can be expected. The composite antenna can easily connect the feeder pin of the patch antenna or the linear conductor of the helical antenna to the feeder line on the lower surface side of the printed circuit board.
[0009]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
FIG. 1 is an exploded perspective view of a composite antenna according to a first embodiment of the present invention, FIG. 2 is a perspective view of the composite antenna, and FIG. FIG. 4 is a top view of the antenna, and FIG. 4 is a sectional view taken along line AA of FIG.
[0010]
The composite antenna shown in these figures includes a printed
[0011]
A
[0012]
The
[0013]
In the
[0014]
The
[0015]
When the
[0016]
As described above, the composite antenna according to the first embodiment can receive satellite waves by the plate-shaped
[0017]
FIG. 5 is a perspective view of a composite antenna according to a second embodiment of the present invention.
[0018]
The composite antenna shown in FIG. 5 differs from the first embodiment in that the
[0019]
In each of the above-described embodiments, it is preferable that the composite antenna be covered with a radome (not shown) when the antenna is actually mounted on a moving body such as an automobile. In other words, if the composite antenna is covered with a radome made of a dielectric material, adhesion of dust and the like and collision of flying objects can be prevented without adversely affecting the antenna characteristics, and the life of the composite antenna can be extended.
[0020]
【The invention's effect】
The present invention is implemented in the form described above, and has the following effects.
[0021]
A helical antenna, which is a vertically polarized antenna for terrestrial waves, is erected using a through-hole provided in the center of a patch antenna, which is a circularly polarized antenna for satellite waves. Since the height of the antenna can be small, a composite antenna that can receive satellite waves and terrestrial waves and can be easily reduced in size and thickness can be obtained, and is particularly suitable for use in vehicles. In addition, since this composite antenna can set the relative positional relationship between the patch electrode and the helical conductor almost uniformly along the circumferential direction, the omnidirectional plane in the azimuthal plane caused by the electromagnetic coupling between the patch antenna and the helical antenna It is easy to avoid the loss of sex, and therefore stable performance with little variation in receiving sensitivity depending on the azimuth can be expected.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an exploded perspective view of a composite antenna according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a perspective view of the composite antenna.
FIG. 3 is a top view of the composite antenna.
FIG. 4 is a sectional view taken along line AA of FIG.
FIG. 5 is an exploded perspective view of a composite antenna according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a perspective view of a composite antenna according to a conventional example.
[Explanation of symbols]
Claims (1)
上面に接地導体を設けて前記パッチアンテナを載置固定したプリント基板と、
前記プリント基板に固定され、螺旋状に延びるヘリックス導体を前記貫通孔の上方に配置すると共に、前記ヘリックス導体から下方へ延びる直線状導体を前記貫通孔に挿通して第2の給電線に接続したヘリカルアンテナとを備え、
前記パッチアンテナを励振して円偏波の電波を放射させると共に、前記ヘリカルアンテナを励振して垂直偏波の電波を放射させるように構成したことを特徴とする複合アンテナ。A patch electrode was provided on the upper surface of a dielectric substrate having a through hole in the center, a ground electrode was provided on the lower surface, and a power supply pin connected to the patch electrode and penetrating the dielectric substrate was connected to a first power supply line. A patch antenna,
A printed circuit board on which the patch antenna is mounted and fixed by providing a ground conductor on the upper surface,
A helical conductor fixed to the printed circuit board and extending spirally was disposed above the through-hole, and a linear conductor extending downward from the helical conductor was inserted into the through-hole and connected to a second power supply line. With a helical antenna,
A composite antenna, wherein the patch antenna is excited to emit circularly polarized radio waves, and the helical antenna is excited to emit vertically polarized radio waves.
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