JP2005203879A - 複合アンテナ - Google Patents

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Abstract

【課題】 小型化に好適でアンテナ素子どうしのアイソレーションも良好な複合アンテナを安価に提供すること。
【解決手段】 複合アンテナ1は、誘電体基板2の片面に、第1の周波数帯で共振する放射導体3と、この放射導体3を全周に亘って包囲し第1の周波数帯よりも低周波な第2の周波数帯で共振する放射導体4とを配設し、かつ誘電体基板2の他面に、放射導体3に対応する接地導体8と、放射導体4に対応する接地導体9とを配設している。内側の放射導体3の給電点に給電ピン5を接続し、外側の放射導体4の給電点に給電ピン6を接続することにより、各放射導体3,4は1点給電で励振される円偏波アンテナの放射素子として動作する。また、外側の放射導体4の内周縁部の複数箇所を短絡ピン7を介して接地導体9と短絡させることにより、この放射導体4の給電点インピーダンスを調整している。
【選択図】 図1

Description

本発明は、異なる周波数帯で動作する複数のアンテナ素子を一体化した複合アンテナに係り、特に、車載用等に好適な小型の複合アンテナに関する。
近年、5.8GHz帯の円偏波を使用するETC(自動料金収受システム)用アンテナや、1.5GHz帯の円偏波を使用するGPS(全地球測位システム)用アンテナを搭載した自動車が急速に増加している。しかしながら、単体のETC用アンテナと単体のGPS用アンテナを別々に搭載すると、広い取付スペースが必要となり取付作業も煩雑になるため、従来より、複数種類のアンテナ素子を一体化した複合アンテナが種々提案されている。
かかる従来の複合アンテナの一例として、誘電体基板上にパターニングされる第1の放射導体と第2の放射導体を横並びの位置関係に設定して、各放射導体を別々に給電するという単純な構成のものもあるが、こうすると誘電体基板に広い面積が必要となるため小型化が困難となる。また、横並びで隣接するアンテナ素子どうしのアイソレーションが確保しにくいことから、所望なアンテナ特性を得るためには第1の放射導体と第2の放射導体を十分に離隔させなければならず、この点でも小型化には不利であった。
そこで従来、誘電体基板上に、第1の周波数帯で共振する第1の放射導体と、第1の放射導体を所定間隔を存して包囲し第2の周波数帯で共振する環状または枠状の第2の放射導体とをパターニングし、各放射導体を別々に給電するように構成した複合アンテナが提案されている(例えば、特許文献1参照)。ここで、第1の周波数帯は第2の周波数帯よりも高周波であり、例えば第1の周波数帯がETC用の5.8GHz帯であって、第2の周波数帯がGPS用の1.5GHz帯である。このように概略構成された複合アンテナにおいて、第1の放射導体の中心と第2の放射導体の中心とを略合致させておけば、異なる周波数帯で動作する2種類のアンテナ素子どうしのアイソレーションが良好となるため、所望のアンテナ特性が得やすくなる。また、第1の放射導体の周囲に第2の放射導体を配置させているため、誘電体基板上の限られたスペースに第1および第2の放射導体を効率よく配置させることができ、小型化も図りやすくなる。
特開2003−152431号公報(第3−4頁、図1)
上述したように、第1の放射導体の周囲に環状または枠状の第2の放射導体を配置させるという構成を採用することにより、アイソレーションや小型化を改善した複合アンテナを得ることは可能となるが、この種の複合アンテナにおいて第2の放射導体に給電ピン等を接続して1点給電を行おうとすると、インピーダンスが50Ωとなる給電点が第2の放射導体内に存在しない可能性が高くなる。それゆえ、従来は、インピーダンス整合回路を別途形成して1点給電を行ったり、あるいは90度位相差回路を別途形成して2点給電を行ったり、あるいは給電パターンを別途形成して電磁結合による給電を行っていたが、そうなると回路構成が複雑化したり多層基板が必要となるため、複合アンテナを安価に製造することができないという問題が発生する。
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、小型化に好適でアンテナ素子どうしのアイソレーションも良好な複合アンテナを安価に提供することにある。
上述した目的を達成するため、本発明の複合アンテナでは、1点給電によって第1の周波数帯(例えばETC用の5.8GHz帯)で共振する第1の放射導体と、該第1の放射導体を所定間隔を存して全周に亘って包囲し、1点給電によって前記第1の周波数帯よりも低周波な第2の周波数帯(例えばGPS用の1.5GHz帯)で共振する第2の放射導体と、これら第1および第2の放射導体に対して略平行に配置された接地導体とを備え、前記第2の放射導体の内周縁部の複数箇所を前記接地導体と短絡させることによって該第2の放射導体の給電点インピーダンスを調整するように構成した。
このように第2の放射導体の内周縁部の複数箇所が接地導体と短絡させてあると、該短絡箇所と給電点との距離などに応じて給電点インピーダンスが変化するため、適宜箇所を選択して短絡させることにより、第2の放射導体内にインピーダンスが50Ωとなる給電点を設定することができる。その結果、インピーダンス整合回路を別途形成することなく1点給電を行うことができ、90度位相差回路を別途形成する必要もなくなる。また、給電パターンを別途形成して電磁結合による給電を行う必要もなくなる。なお、複数の短絡箇所のうちの一つを第2の放射導体の給電点の近傍に位置させれば、給電点インピーダンスの調整が容易になるため好ましい。
かかる構成の複合アンテナは例えば誘電体アンテナであればよく、その場合、前記第1および第2の放射導体が誘電体基板の片面に形成した導体パターンからなると共に、前記接地導体が前記誘電体基板の他面に形成した導体パターンからなり、かつ、前記誘電体基板を貫通して前記第2の放射導体および前記接地導体に接続された複数の短絡ピンを備えていることが好ましい。
また、かかる構成の複合アンテナは板金アンテナであってもよく、その場合、前記第1の放射導体が金属板からなり、その給電点から略直角に延出し給電ピンとして動作する金属片によって該第1の放射導体が支持されていると共に、前記第2の放射導体が金属板からなり、その内周縁部の複数箇所から略直角に延出し短絡ピンとして動作する複数の金属片によって該第2の放射導体が支持されていることが好ましい。
本発明の複合アンテナは、第1の放射導体を包囲する第2の放射導体の内周縁部を接地導体と短絡させることによって、該第2の放射導体の給電点インピーダンスを調整しているので、インピーダンス整合回路を別途形成することなく1点給電を行うことができて回路構成が複雑化せず、90度位相差回路や多層基板も不要である。それゆえ、小型化に好適でアンテナ素子どうしのアイソレーションも良好な複合アンテナを安価に提供することができる。
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は本発明の第1実施形態例に係る複合アンテナの平面図、図2は該複合アンテナの底面図、図3は該複合アンテナの要部断面図である。
図1〜図3に示す複合アンテナ1において、誘電体基板2の上面には、ETC用の5.8GHz帯で共振する正方形状の放射導体(パッチ電極)3と、この放射導体3を所定間隔を存して包囲しGPS用の1.5GHz帯で共振する枠状の放射導体(パッチ電極)4とが、それぞれの中心を略合致させてパターニングされている。これらの放射導体3,4は銅箔等をエッチング処理して形成された導体パターンである。内側の放射導体3には対角線の両端部に相当する角部を切り欠いて形成された一対の縮退分離素子3aが装荷されており、この放射導体3の給電点には給電ピン5の上端が接続されている。同様に、外側の放射導体4には対角線の両端部に相当する角部を切り欠いて形成された一対の縮退分離素子4aが装荷されており、この放射導体4の給電点には給電ピン6の上端が接続されている。また、外側の放射導体4の正方形状の内周縁部には、その各辺の略中央にそれぞれ短絡ピン7の上端が接続されており、これら4本の短絡ピン7のうちの1本は放射導体4の給電点の近くに配置させてある。
一方、誘電体基板2の底面には、放射導体3と対向する位置に該放射導体3よりも若干大きい正方形状の接地導体8がパターニングされていると共に、放射導体4と対向する位置に該放射導体4よりも若干大きい枠状の接地導体9がパターニングされており、この外側の接地導体9の4箇所に前記短絡ピン7が接続されている。これらの接地導体8,9は銅箔等をエッチング処理して形成された導体パターンである。ただし、誘電体基板2の底面で給電ピン5,6が貫通する箇所とその近傍は接地導体8,9の存しない無導体領域となっている。誘電体基板2の底面側には鎖線で示すLNA(低雑音増幅)回路基板10が取り付けられ、そのLNA回路のポートに給電ピン5,6の下端が接続される。
このように構成された複合アンテナ1は、給電ピン5を介して給電される内側の放射導体3が、共振周波数が5.8GHz帯の円偏波アンテナ(ETC用アンテナ)の放射素子として動作する。また、給電ピン6を介して給電される外側の放射導体4が、共振周波数が1.5GHz帯の円偏波アンテナ(GPS用アンテナ)の放射素子として動作する。そして、誘電体基板2上において内側の放射導体3の中心と外側の放射導体4の中心とが略合致させてあるため、異なる周波数帯で動作するこれら2種類のアンテナ素子(ETC用アンテナとGPS用アンテナ)どうしのアイソレーションは良好であり、所望のアンテナ特性が得やすくなっている。また、放射導体3の周囲に放射導体4を配置させているため、誘電体基板2上の限られたスペースに両放射導体3,4を効率よく配置させることができ、複合アンテナ1の小型化が実現されている。
また、この複合アンテナ1では、放射導体4の内周縁部の4箇所にバランスよく短絡ピン7を配設して該放射導体4を接地導体9と短絡させてあるため、インピーダンスが50Ωとなる給電点が放射導体4内に設定されている。すなわち、短絡ピン7が存しないと仮定した場合、放射導体4の給電点は図1中のA部になってしまうため、1点給電を行うためにはインピーダンス整合回路を別途形成しなければならない。さもなくば、90度位相差回路を別途形成して2点給電を行うか、給電パターンを別途形成して電磁結合による給電を行う必要がある。いずれにせよ、回路構成の複雑化や多層基板の使用を余儀なくされるため、製造コストは大幅に上昇してしまう。しかるに、短絡ピン7を付設すると短絡箇所と給電点との距離などに応じて給電点インピーダンスが変化するため、適宜箇所を選択して短絡ピン7を付設することにより、放射導体4内にインピーダンスが50Ωとなる給電点を設定することが可能となる。特に、本実施形態例のように、短絡ピン7のうちの1本を放射導体4の給電点の近傍に配置させれば、給電点インピーダンスが調整しやすくなるため設計が容易になる。その結果、小型化に好適でアンテナ素子どうしのアイソレーションも良好な複合アンテナ1を安価に製造することができる。
なお、内側の放射導体3を、縮退分離素子3aとして切欠き部や突起部等を付設した円形状に形成してもよく、その場合、外側の放射導体4は、縮退分離素子4aとして切欠き部や突起部等を付設した環状に形成しておくことが好ましい。
図4は本発明の第2実施形態例に係る複合アンテナの要部断面図である。同図に示す複合アンテナ11は、放射導体や短絡ピン等を金属板にて形成した点が前述した第1実施形態例と大きく異なっている。すなわち、この複合アンテナ11の場合、金属板からなる内側の放射導体12は前記放射導体3と平面視形状は同等(正方形状)であるが、放射導体12の給電点を折り返し部として略直角に下方へ延びる金属片13が突設されており、この金属片13が給電ピンとして動作するようになっている。また、金属板からなる外側の放射導体14は前記放射導体4と平面視形状は同等(枠状)であるが、放射導体14の内周縁部の複数箇所を折り返し部として略直角に下方へ延びる複数の金属片15が突設されており、これらの金属片15が短絡ピンとして動作するようになっている。なお、図示はしていないが、放射導体14の給電点から下方へ延びて給電ピンとして動作する金属片も一体形成されている。
放射導体12,14は回路基板20上の所定の高さ位置に配置されており、この回路基板20の上面には、放射導体12と対向する領域に接地導体16がパターニングされていると共に、放射導体14と対向する領域に接地導体17がパターニングされている。また、回路基板20の底面には図示せぬLNA回路が配設されており、このLNA回路のポートに金属片(給電ピン)13の下端部が半田付けされている。これにより、内側の放射導体12は、その中央付近から下方へ延びる金属片13によって安定的に支持されることになる。また、複数の金属片(短絡ピン)15はいずれも接地導体17に半田付けされているので、外側の放射導体14は、その内周縁部の複数箇所から下方へ延びる金属片15によって安定的に支持されることになる。このように板金製の複合アンテナ11は、誘電体基板が省略できるのみならず、放射導体12,14や金属片13,15等がプレス加工によって簡単に形成できるため、極めて安価に製造することができる。
なお、上述した各実施形態例では、2種類のアンテナ素子どうしのアイソレーションを高めるために、内側の放射導体3(12)に対応する接地導体8(16)と、外側の放射導体4(14)に対応する接地導体9(17)とを離隔させているが、両接地導体8,9(16,17)が連続する一体の接地導体であっても複合アンテナとして動作させることはできる。
また、これらの実施形態例において、外側の放射導体4(14)の周囲にさらに別の放射導体を配設することにより、3種類の異なる周波数帯で動作する複合アンテナを作製することもできる。すなわち、放射導体3(12)を包囲する放射導体4(14)の周囲に、間隔を存して放射導体4(14)を包囲し1点給電によってGPS用の1.5GHz帯よりも低い周波数帯で共振する第3の放射導体を配設すればよく、この場合も第3の放射導体の内周縁部の複数箇所を接地導体と短絡させることによって、該第3の放射導体の給電点インピーダンスを調整することができるので、アイソレーションが良好な3種類の周波数帯で動作する小型の複合アンテナを安価に製造することが可能となる。
なお、本発明はETC用アンテナやGPS用アンテナに限定されるものではなく、円偏波アンテナに限定されるものでもない。例えば、VICS(道路交通情報通信システム)用の直線偏波アンテナを組み込んだ複合アンテナに本発明を適用した場合にも、上述した各実施形態例とほぼ同様の効果が期待できる。
本発明の第1実施形態例に係る複合アンテナの平面図である。 該複合アンテナの底面図である。 該複合アンテナの要部断面図である。 本発明の第2実施形態例に係る複合アンテナの要部断面図である。
符号の説明
1,11 複合アンテナ
2 誘電体基板
3,12 放射導体(第1の放射導体)
4,14 放射導体(第2の放射導体)
5,6 給電ピン
7 短絡ピン
8,9,16,17 接地導体
10 LNA回路基板
13 金属片(給電ピン)
15 金属片(短絡ピン)
20 回路基板

Claims (5)

  1. 1点給電によって第1の周波数帯で共振する第1の放射導体と、該第1の放射導体を所定間隔を存して全周に亘って包囲し、1点給電によって前記第1の周波数帯よりも低周波な第2の周波数帯で共振する第2の放射導体と、これら第1および第2の放射導体に対して略平行に配置された接地導体とを備え、前記第2の放射導体の内周縁部の複数箇所を前記接地導体と短絡させることによって該第2の放射導体の給電点インピーダンスを調整するように構成したことを特徴とする複合アンテナ。
  2. 請求項1の記載において、前記第2の放射導体の内周縁部で該第2の放射導体の給電点近傍が前記接地導体と短絡させてあることを特徴とする複合アンテナ。
  3. 請求項1または2の記載において、前記第1および第2の放射導体が誘電体基板の片面に形成した導体パターンからなると共に、前記接地導体が前記誘電体基板の他面に形成した導体パターンからなり、かつ、前記誘電体基板を貫通して前記第2の放射導体および前記接地導体に接続された複数の短絡ピンを備えていることを特徴とする複合アンテナ。
  4. 請求項1または2の記載において、前記第1の放射導体が金属板からなり、その給電点から略直角に延出し給電ピンとして動作する金属片によって該第1の放射導体が支持されていると共に、前記第2の放射導体が金属板からなり、その内周縁部の複数箇所から略直角に延出し短絡ピンとして動作する複数の金属片によって該第2の放射導体が支持されていることを特徴とする複合アンテナ。
  5. 請求項1〜4のいずれか1項の記載において、前記第1の放射導体が5.8GHz帯円偏波アンテナの放射素子であり、かつ、前記第2の放射導体が1.5GHz帯円偏波アンテナの放射素子であることを特徴とする複合アンテナ。
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