JP2005192165A

JP2005192165A - アンテナ装置

Info

Publication number: JP2005192165A
Application number: JP2003434730A
Authority: JP
Inventors: Yusuke Nakamura; 祐介中村; Akira Shigihara; 亮鴫原
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 2003-12-26
Filing date: 2003-12-26
Publication date: 2005-07-14

Abstract

【課題】衛星波と地上波が受信可能であって指向性の微調整が簡単に行える小型のアンテナ装置を提供すること。
【解決手段】アンテナ装置１は、天面にパッチ電極２を設けた誘電体基体３を接地導体４上に搭載して概略構成されるパッチアンテナであって、給電ピン５，６を介して給電されるパッチ電極２が衛星波および地上波の放射素子となっている。接地導体４は絶縁基板７上に形成された導体層であって、その中央部に誘電体基体３が搭載されており、該搭載領域の周囲には、スリット８群を介して同心状に配置された枠状部９〜１１と、隣接する枠状部どうしを連結する桟部１２，１３とが設けられている。それゆえ、桟部１２，１３を適宜切断することにより不要な枠状部９〜１１を電気的に孤立させることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、誘電体基体の天面にパッチ電極を設けて衛星波と地上波が受信可能なアンテナ装置に係り、特に、車両のルーフ部に装着される車載用小型アンテナなどとして好適なアンテナ装置に関する。

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、赤道上空の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計画されている。かかる衛星放送システムに適用可能なアンテナ装置としては、衛星波（円偏波）を受信する第１のアンテナ素子と地上波（垂直偏波）を受信する第２のアンテナ素子とを並設した構造のものが考えられるが、こうするとアンテナ装置全体の寸法が大きくなってしまうため、車載用アンテナに要求される小型化を満足することができない。

これに対して、誘電体基体の天面にパッチ電極を設けるパッチアンテナ構造を採用した場合、ビーム成形を行って指向性を適切に調整すれば、１個のアンテナ素子で衛星波と地上波を共に受信することが可能となる。すなわち、一般にパッチアンテナの指向性は天頂方向で最も利得が大きくなるように設定されることが多いが、これでは低仰角での利得が小さすぎて地上波の受信には不適なため、低仰角での利得が増大するようにビーム成形を行う必要がある。なお、パッチアンテナの指向性を低仰角方向で増大させるというビーム成形技術は、従来より知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２０００−２２３９３４号公報（第２−３頁、図１）

ところで、前述した衛星放送システムを日本国内で利用する場合、衛星波の利得を仰角３０°〜５５°で２．５ｄＢｉｃ程度に設定し、かつ、地上波の利得を仰角０°〜３０°で０ｄＢｉＬ程度に設定しておくことが必要とされている。ここで、衛星波における仰角の範囲が３０°〜５５°に規定されている理由は、日本国内の北と南で静止衛星の仰角が異なることに対応しているが、アンテナ装置と車両のルーフとの距離に応じて指向性が変化するため、アンテナ装置の指向性の微調整が簡単に行えるように設計されていれば、要求した仰角の受信感度の向上が見込める。これは、衛星波と地上波を併用するシステム全般について言えることであるが、従来技術ではそこまでの配慮はなされていなかった。

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、衛星波と地上波が受信可能であって指向性の微調整が簡単に行える小型のアンテナ装置を提供することにある。

上述した目的を達成するため、本発明のアンテナ装置では、天面にパッチ電極を設けた誘電体基体を第１の接地導体上に搭載し、かつ、前記第１の接地導体を該第１の接地導体よりも大きい第２の接地導体上に所定の間隔を存して配置して、前記パッチ電極を衛星波および地上波の放射素子となし、前記第１の接地導体にその有効領域（接地導体として機能する領域）を変更するための調整手段を設ける構成とした。

このように構成されたアンテナ装置は、第１の接地導体の有効領域を調整手段によって変更でき、それに伴って指向性が変化するので、衛星波と地上波の受信に好適となるように指向性を微調整する作業が比較的簡単に行える。

例えば、前記第１の接地導体が絶縁基板上に形成された導体層からなる場合には、該導体層の中央部に前記誘電体基体を搭載すると共に、該導体層のうち前記誘電体基体を搭載している領域の周囲に、スリットを介して同心状に配置された複数の枠状部と、隣接する該枠状部どうしを複数箇所で連結する前記調整手段としての桟部とを設けておくことが好ましく、これにより、前記桟部を適宜切断することによって不要な前記枠状部を電気的に孤立させることができるため、第１の接地導体の有効領域を簡単に変更することができる。

また、かかる構成のアンテナ装置は、前記誘電体基体および前記第１の接地導体がレドームに覆われており、かつ前記第２の接地導体が車両のルーフ部であることが好ましく、これにより、衛星波および地上波の受信に好適な車両のルーフ部上に小型で感度良好なアンテナ装置を装着することができる。なお、指向性はレドームの影響も受けるが、この点も考慮して第１の接地導体の有効領域を選択すれば、所望の指向性が得られると共に、多種類のレドームに適用可能となる。

本発明のアンテナ装置は、誘電体基体を搭載した第１の接地導体の有効領域を変更するための調整手段を備えているため、衛星波と地上波の受信に好適となるように指向性を微調整する作業が比較的簡単に行える。例えば、第１の接地導体が絶縁基板上に形成された導体層からなる場合には、該導体層のうち誘電体基体搭載領域の周囲に、桟部で連結されて同心状に配置された複数の枠状部を設けることにより、桟部を適宜切断することによって不要な枠状部を電気的に孤立させることができるため、第１の接地導体の有効領域を簡単に変更することができて指向性の微調整が容易となる。

また、第２の接地導体が車両のルーフ部であれば、誘電体基体および第１の接地導体をレドームで覆う構成とし、かつレドームの影響を考慮した指向性の微調整を行うことにより、感度良好な車載用小型アンテナ装置が得られる。

以下、発明の実施の形態を図面を参照して説明すると、図１は本発明の実施形態例に係るアンテナ装置の平面図、図２は該アンテナ装置の斜視図、図３は該アンテナ装置の断面図、図４は該アンテナ装置で選択可能な指向性を示す特性図である。

図１〜図３に示すアンテナ装置１は、天面にパッチ電極２を設けた誘電体基体３を接地導体４上に搭載して概略構成されるパッチアンテナであって、パッチ電極２の給電点に接続された給電ピン５，６を介して２点給電が行われる。各給電ピン５，６からパッチ電極２の二つの給電点に供給される信号には９０度の位相差が設定されているため、このアンテナ装置１は衛星波を受信する円偏波アンテナとして動作するが、低仰角方向から飛来する地上波を受信する垂直偏波アンテナとしても動作するようになっている。つまり、パッチ電極２が衛星波および地上波の放射素子となっている。また、図３に示すように、このアンテナ装置１は電波を透過させるカバー部材であるレドーム２０に覆われおり、衛星波および地上波の受信に好適な車両のルーフ部２１上に装着される。このとき、接地導体４は所定の間隔を存してルーフ部２１上に配置される。

パッチ電極２は銅箔等からなる円形の導体層であり、誘電体基体３はパッチ電極２よりも大径な円柱状に形成されている。接地導体４は絶縁基板７上に所定形状にパターニングされた銅箔等からなる導体層であり、その中央部に誘電体基体３が搭載されている。この接地導体４のうち誘電体基体３を搭載している領域の周囲は、スリット８群を介して同心状に配置された大中小３種類の枠状部９，１０，１１と、隣接する枠状部９，１０どうしを４箇所で連結する外側の桟部１２と、隣接する枠状部１０，１１どうしを４箇所で連結する内側の桟部１３とによって構成されている。使用する電波の実効的な波長をλとしたとき、最も外側に位置する枠状部９の外形は一辺が０．４１λの正方形に形成されており、その内側に位置する枠状部１０の外形は一辺が０．３５λの正方形状に形成されており、最も内側に位置する枠状部１１の外形は一辺が０．２８λの正方形状に形成されている。また、図３において、接地導体４とルーフ部２１との間隔は約０．０５λに設定されており、こうして接地導体４とルーフ部２１とを所定量離間させることによって垂直偏波の受信が可能となっている。

図１および図２は、桟部１２，１３が切断されていないときのアンテナ装置１を示しており、この状態では３種類の枠状部９，１０，１１がすべて連結されているため、接地導体４の有効領域（接地導体として機能する領域）は面積最大である。しかるに、外側の桟部１２を４箇所すべて切断すると、枠状部９が枠状部１０，１１と絶縁されて電気的に孤立するため、接地導体４の有効領域は枠状部９の分だけ小さくなる。また、内側の桟部１３を４箇所すべて切断すると、枠状部９，１０が枠状部１１と絶縁されて電気的に孤立するため、接地導体４の有効領域は枠状部９，１０の分だけ小さくなって面積最小となる。

このようにアンテナ装置１は、桟部１２や桟部１３を切断することによって接地導体４の有効領域を変更できるようになっており、接地導体４の有効領域が変化すると指向性も変化するので、衛星波と地上波の受信に好適となるように指向性を微調整する作業が簡単に行える。具体的には、桟部１２，１３が切断されておらず接地導体４の有効領域が面積最大のとき、アンテナ装置１の指向性は図４に破線Ａで示すようになるため、衛星波の利得が天頂方向でかなり大きく、地上波の利得は低仰角方向でかなり小さい。しかるに、外側の桟部１２を切断して接地導体４の有効領域を枠状部９の分だけ小さくすると、アンテナ装置１の指向性は図４に鎖線Ｂで示すようになるため、衛星波の利得が天頂方向でかなり小さくなり、地上波の利得は低仰角方向でかなり大きくなる。また、内側の桟部１３を切断して接地導体４の有効領域を面積最小にすると、アンテナ装置１の指向性は図４に実線Ｃで示すようになるため、衛星波の利得が仰角３０°〜５５°で十分に大きくなり、地上波の利得も低仰角方向で十分に大きくなる。

したがって、このアンテナ装置１を、赤道上空の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の受信アンテナとして使用する場合には、内側の桟部１３を切断して接地導体４の有効領域を面積最小にしておくことにより、日本国内において衛星波と地上波のいずれに対しても良好な受信感度が期待できる。また、衛星波が高仰角方向から飛来する可能性がない場合には、内側の桟部１３は切断せずに外側の桟部１２を切断することによって低仰角方向の利得を増大させることができるため、良好な受信感度が期待できる。さらにまた、地上波を受信する必要がなく天頂付近から飛来する衛星波のみを受信する場合には、桟部１２，１３を切断せず接地導体４の有効領域を面積最大にしておくことにより、良好な受信感度が期待できる。いずれにせよ、所望の指向性を得るために必要な微調整作業は、桟部１２や桟部１３を切断するだけなので極めて容易である。

また、このアンテナ装置１はレドーム２０に覆われて車両のルーフ部２１上に装着されるが、レドームの形状や材質は多種多様であり、アンテナ装置１の指向性はレドームの影響を受ける。特に接地導体４とルーフ部２１の距離による影響が大きく桟部１２や桟部１３を切断する際には、レドームの影響を考慮して接地導体４の有効領域を選択することが好ましい。具体的には、接地導体４とルーフ部２１の距離が約０．０５λより大きい場合は、低仰角の指向性が強くなるため枠状部９を選択し、接地導体４とルーフ部２１の距離が約０．０５λより小さい場合は、天頂方向の指向性が強くなるため枠状部１０を選択することで、衛星波と地上波のいずれに対しても良好な受信感度が期待でき、これにより所望の指向性が得られると共に、多種類のレドームに適用可能となる。

また、アンテナ装置１においては、誘電体基体３を搭載している接地導体４が絶縁基板７上に形成された導体層であるが、接地導体４は金属板であってもよく、その場合、絶縁基板７は省略できる。

本発明の実施形態例に係るアンテナ装置の平面図である。該アンテナ装置の斜視図である。該アンテナ装置の断面図である。該アンテナ装置で選択可能な指向性を示す特性図である。

符号の説明

１アンテナ装置
２パッチ電極
３誘電体基体
４接地導体（第１の接地導体）
５，６給電ピン
７絶縁基板
８スリット
９，１０，１１枠状部
１２，１３桟部
２０レドーム
２１ルーフ部（第２の接地導体）

Claims

天面にパッチ電極を設けた誘電体基体を第１の接地導体上に搭載し、かつ、前記第１の接地導体を該第１の接地導体よりも大きい第２の接地導体上に所定の間隔を存して配置して、前記パッチ電極を衛星波および地上波の放射素子となし、前記第１の接地導体にその有効領域を変更するための調整手段を設けたことを特徴とするアンテナ装置。
請求項１の記載において、前記第１の接地導体が絶縁基板上に形成された導体層からなり、該導体層の中央部に前記誘電体基体を搭載すると共に、該導体層のうち前記誘電体基体を搭載している領域の周囲に、スリットを介して同心状に配置された複数の枠状部と、隣接する該枠状部どうしを複数箇所で連結する前記調整手段としての桟部とを設け、前記桟部を適宜切断することによって不要な前記枠状部を電気的に孤立させるようにしたことを特徴とするアンテナ装置。
請求項１または２の記載において、前記誘電体基体および前記第１の接地導体がレドームに覆われており、かつ、前記第２の接地導体が車両のルーフ部であることを特徴とするアンテナ装置。