JP2005223879A

JP2005223879A - スロットアンテナ

Info

Publication number: JP2005223879A
Application number: JP2004168751A
Authority: JP
Inventors: Yoshio Saito; 義雄斎藤; Genshu To; 元珠竇
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 2004-01-05
Filing date: 2004-06-07
Publication date: 2005-08-18
Anticipated expiration: 2024-06-07
Also published as: JP3924291B2; US7136024B2; US20050168389A1; EP1555722B1; EP1555722A1; DE602005000682D1; DE602005000682T2

Abstract

【課題】グラウンド導体板の上方に配置されても天頂方向への放射に支障をきたす虞のないスロットアンテナを提供すること。
【解決手段】アンテナ装置１１は、シールドケース１２の上板部１３にスロット１４を開設してスロットアンテナとして動作させるというものであり、シールドケース１２はグラウンド導体板２０上に設置されている。スロット１４は、直線状に延びる第１の開口部１５と、開口部１５の長手方向一端に連通する第２の開口部１６と、開口部１５の長手方向他端に連通する第３の開口部１７とからなり、開口部１６，１７は開口部１５の中心に対して点対称な同形の三角形状に形成されている。給電ピン１８から給電してスロット１４を励振させると、開口部１６，１７に生じる電界の向きは開口部１５に生じる電界の向きに対して斜めに傾き、前者の電界の一部によって後者の電界がキャンセルされる。
【選択図】図２

Description

本発明は、グラウンド導体板の上方に配置されるスロットアンテナに係り、特に、天頂方向に高い利得が要求されるスロットアンテナに関する。

図６は従来の一般的なスロットアンテナを示す平面図であって、金属板や金属箔等からなる導体部材１に直線状に延びるスロット２が開設されており、導体部材１に高周波電力を供給するための給電ピン３が所定の給電点に垂設されている。給電ピン３は図示せぬ増幅回路やフィルタ回路等に接続されており、この給電ピン３を介して給電することによりスロット２を励振させることができる。そして、励振時にはスロット２を幅方向に横切る電界が発生するため、水平偏波が真上（天頂方向）や斜め上方へ放射されることになり、よってこれらの方向から飛来する電波信号を受信することが可能となる。なお、給電方法としてはこのほか、スロット２の幅方向両端近傍に給電点を配設した構成のもの（例えば、特許文献１参照）や、導体部材１の下方にスロット２に対して直交する給電ラインを設けた構成のものなどが知られている。

この種のスロットアンテナは、安価に製造できて小型化も容易なため、車載用のアンテナ装置などに好適である。すなわち、スロット２を有する導体部材１を誘電体基板の上面に設け、この誘電体基板の底面に増幅回路等の電子回路部を実装すれば、安価で小型のアンテナ装置が得られる。また、導体部材１として、回路基板を収納したシールドケースの上板部を利用し、この上板部にスロット２を設ければ、非常に安価なアンテナ装置を得ることができる。
特開２００３−２１８６２９号公報（第２頁、図５）

ところで、スロットアンテナを車載用のアンテナ装置などに適用した場合、前記誘電体基板や前記シールドケースは比較的大きなグラウンド導体板上に設置されることが多い。しかしながら、図７に示すように、スロット２を有する導体部材１の外側にグラウンド導体板４が広がっていると、スロット２の励振時に導体部材１とグラウンド導体板４との間に逆方向電界Ｅｂが誘導されてしまうため、スロット２を幅方向に横切る本来の電界Ｅａが逆方向電界Ｅｂによってキャンセルされやすくなる。その結果、逆方向電界Ｅｂに起因する斜め上方への放射は強くなるものの、天頂方向への放射は弱くなってしまうので、例えばＥＴＣ（自動料金収受システム）用のアンテナ装置などに適用したときに所望の感度が得にくくなる虞がある。

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、グラウンド導体板の上方に配置されても天頂方向への放射に支障をきたす虞のないスロットアンテナを提供することにある。

上述した目的を達成するため、本発明のスロットアンテナでは、グラウンド導体板の上方に所定の間隔を存して配置される導体部材に、直線状に延びる第１の開口部と、該第１の開口部の長手方向一端に連通する第２の開口部と、前記第１の開口部の長手方向他端に連通する第３の開口部とからなるスロットが開設されており、前記第１の開口部の中心に対して前記第２の開口部と前記第３の開口部とが点対称な位置関係にあって、これら第２および第３の開口部が前記第１の開口部よりも幅広に形成されていると共に、給電時に前記第２および第３の開口部に生じる電界の向きが前記第１の開口部に生じる電界の向きに対して斜めに傾いており、前者の電界のうち前記長手方向と直交する成分が後者の電界をキャンセルするように設定した。

このように構成されたスロットアンテナは、スロットの両端部に幅広な第２および第３の開口部が形成されているため、これら第２および第３の開口部からの放射が、それよりも幅狭な第１の開口部からの放射よりも強くなる。そして、第２および第３の開口部に生じる電界Ｅ２，Ｅ３の向きが、第１の開口部に生じる電界Ｅ１の向きに対して斜めに傾いており、電界Ｅ２，Ｅ３のうち第１の開口部の長手方向と直交する成分Ｅ２Ｑ，Ｅ３Ｑによって電界Ｅ１がキャンセルされるため、電界Ｅ２，Ｅ３のうち該長手方向と平行な成分Ｅ２Ｐ，Ｅ３Ｐが主として空間に伝搬していく。しかも、スロットの両端部に生じる電界Ｅ２，Ｅ３は、該スロットを有する導体部材の外側にグラウンド導体板が広がっていても逆方向電界を誘導しにくいため、結局、電界成分Ｅ２Ｐ，Ｅ３Ｐによって水平偏波が天頂方向へ強く放射されることになって、天頂方向に高利得なスロットアンテナが得られる。

かかる構成のスロットアンテナは、例えば、第２の開口部の外形をなす一辺と第３の開口部の外形をなす一辺が、互いに平行であって、かつ第１の開口部の長手方向に対して傾斜していればよい。この場合、第２および第３の開口部の外形が、第１の開口部と連続する部分から漸次幅広となる三角形状に形成されていれば好ましく、これにより、電界Ｅ２，Ｅ３の向きを電界Ｅ１に対して傾けると共に、第２および第３の開口部からの放射を第１の開口部からの放射よりも強くするという所望の構成を、簡単に実現することができる。

また、かかる構成のスロットアンテナにおいて、前記導体部材に一対の前記スロットを互いの中心部を合致させて開設し、これら各スロットの前記第１の開口部どうしを直交させておけば、各スロットを約９０度の位相差で励振させることにより円偏波アンテナとして動作させることができる。

また、かかる構成のスロットアンテナにおいて、前記導体部材が前記グラウンド導体板上に設置される板金製のケースの上板部であれば、回路基板を収納したシールドケース等の上板部をスロットアンテナとして利用することができるため、天頂方向に高利得で非常に安価なアンテナ装置を得ることが可能となる。

この場合において、導体部材をなす前記ケースの上板部にリブ状の補強部が形成され、この補強部が第２および第３の開口部の少なくとも一方の開口部の外形をなす二辺を囲むように形成されていれば、アンテナに加わる衝撃や振動に対する強度が増大するため、外部からの衝撃や振動に起因する性能劣化をなくすことができる。

本発明のスロットアンテナは、スロットの両端部に形成された第２および第３の開口部からの放射が、幅狭な第１の開口部からの放射よりも強く、かつ第２および第３の開口部に生じる電界の向きが第１の開口部に生じる電界の向きに対して斜めに傾いているため、スロットを有する導体部材の外側にグラウンド導体板が広がっていても逆方向電界を誘導しにくく、第２および第３の開口部に生じる電界のうち第１の開口部の長手方向と平行な成分によって水平偏波を天頂方向へ強く放射することができる。それゆえ、天頂方向に高利得で小型かつ安価なスロットアンテナが得られる。

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は本発明の第１実施形態例に係るアンテナ装置の斜視図、図２は該アンテナ装置の平面図、図３は該アンテナ装置の放射パターンを示す特性図である。

図１および図２に示すアンテナ装置１１は、金属板からなるシールドケース１２の上板部１３に略Ｚ字形のスロット１４を開設して、スロットアンテナとして動作させるというものであり、シールドケース１２はグラウンド導体板２０上に設置されている。スロット１４は、直線状に延びる第１の開口部１５と、第１の開口部１５の長手方向一端に連通する第２の開口部１６と、第１の開口部１５の長手方向他端に連通する第３の開口部１７とからなる。第１の開口部１５は幅狭な帯状の開口であるが、第２の開口部１６と第３の開口部１７は、第１の開口部１５の中心に対して点対称な位置および形状に形成された幅広な開口である。具体的には、第２の開口部１６と第３の開口部１７は、第１の開口部１５と連続する部分から漸次幅広となる同形の三角形状に形成されており、該三角形の三辺のうち、一辺は第１の開口部１５の長手方向に対して傾斜しており、他の一辺は該長手方向に対して直角であり、残りの一辺は該長手方向に対して平行である。また、上板部１３の一部には、給電点となる所定位置に給電ピン１８として機能する切り起こし片が形成されており、この給電ピン１８を介して給電することによりスロット１４を励振させることができる。

図２にベクトル表示したように、給電してスロット１４を励振させると、第１の開口部１５に電界Ｅ１が発生し、第２および第３の開口部１６，１７にそれぞれ電界Ｅ２，Ｅ３が発生する。ここで、電界Ｅ２，Ｅ３は電界Ｅ１よりも強く、かつ電界Ｅ１に対して斜めに傾いており、電界Ｅ２，Ｅ３のうち第１の開口部１５の長手方向と直交する成分Ｅ２Ｑ，Ｅ３Ｑによって電界Ｅ１がほぼキャンセルされるように設定してある。

なお、シールドケース１２の内部には、増幅回路やフィルタ回路等が配設された回路基板（図示せず）が収納されており、この回路基板に給電ピン１８の先端部（下端部）が半田付けされている。

このように構成されたアンテナ装置１１では、スロット１４の両端部に幅広な第２および第３の開口部１６，１７が形成されているため、これら第２および第３の開口部１６，１７からの放射が、それよりも幅狭な第１の開口部１５からの放射よりも強くなる。そして、第２および第３の開口部１６，１７に生じる電界Ｅ２，Ｅ３の向きが第１の開口部１５に生じる電界Ｅ１の向きに対して斜めに傾いており、電界Ｅ２，Ｅ３のうち第１の開口部１５の長手方向と直交する成分Ｅ２Ｑ，Ｅ３Ｑによって電界Ｅ１がキャンセルされるため、電界Ｅ２，Ｅ３のうち該長手方向と平行な成分Ｅ２Ｐ，Ｅ３Ｐが主として空間に伝搬していく。しかも、スロット１４の両端部に生じる電界Ｅ２，Ｅ３は、上板部１３の外側にグラウンド導体板２０が広がっていても逆方向電界を誘導しにくいため、結局、電界成分Ｅ２Ｐ，Ｅ３Ｐによって水平偏波が天頂方向へ強く放射されることになる。

図３に実線で示す曲線は、このアンテナ装置１１の放射パターンであり、天頂方向へも強く放射されていることがわかる。これに対し、第２および第３の開口部１６，１７が形成されておらずスロット１４が一般的な直線状の開口であると仮定した場合には、その放射パターンは図３に破線で示す曲線のようになり、天頂方向で放射が弱くなってしまう。

また、このアンテナ装置１１は、シールドケース１２の上板部１３をスロットアンテナとして利用しているため、製造が容易であるのみならず、シールドケース１２の底板部をスロットアンテナの反射板として機能させることにより上方への放射効率を高めることができる。したがって、このアンテナ装置１１は、天頂方向に高利得で小型かつ安価な製品となっている。

図４は、本発明の第２実施形態例に係るアンテナ装置の平面図であって、図２と対応する部分には同一符号が付してある。図４に示すアンテナ装置２１では、シールドケース１２の上板部１３に一対のスロット１４，１４ａが互いの中心部を合致させて開設してあり、円偏波アンテナとして動作するようになっている。ここで、スロット１４ａは、スロット１４と同形の略Ｚ字形の開口であって、第１の開口部１５に対応する第１の開口部１５ａと、第２の開口部１６に対応する第２の開口部１６ａと、第３の開口部１７に対応する第３の開口部１７ａとからなる。また、各スロット１４，１４ａの第１の開口部１５，１５ａどうしは直交させてあり、これら各スロット１４，１４ａが約９０度の位相差で励振されるようにしてある。

具体的には、上板部１３の一部を切り起こして形成された給電ピン１８の位置が、各スロット１４，１４ａに約９０度の位相差を生じさせるように選定してある。つまり、給電ピン１８は、スロット１４からは遠いがスロット１４ａには近い適宜位置に形成されており、各スロット１４，１４ａの対応する箇所と給電ピン１８との距離の相違で約９０度の位相差を生じさせている。

これにより、アンテナ装置２１は、天頂方向に高利得な円偏波アンテナとして動作させることができ、しかも安価に製造できて小型化も容易なため、天頂方向に高い利得が要求される車載用のＥＴＣアンテナなどとして好適である。

図５は本発明の第３実施形態例に係るアンテナ装置の平面図であって、図４と対応する部分には同一符号が付してある。図５に示すアンテナ装置３１では、前述した第２実施形態例と同様に、シールドケース１２の上板部１３に給電ピン１８との距離を異にする一対のスロット１４，１４ａが互いの中心部を合致させて開設してあり、円偏波アンテナとして動作するようになっている。すなわち、給電ピン１８に近い適宜位置に形成されたスロット１４ａは、給電ピン１８から遠い方のスロット１４と同形の略Ｚ字形の開口であって、第１の開口部１５に対応する第１の開口部１５ａと、第２の開口部１６に対応する第２の開口部１６ａと、第３の開口部１７に対応する第３の開口部１７ａとからなる。そして、各スロット１４，１４ａの第１の開口部１５，１５ａどうしは直交させてあり、これら各スロット１４，１４ａが約９０度の位相差で励振されるようにしてある。

また、図５に示すアンテナ装置３１では、シールドケース１２の上板部１３の複数箇所にリブ状の補強部１３ａが形成されており、これら補強部１３ａは両スロット１４，１４ａが有する三角形の第２の開口部１６，１６ａおよび第３の開口部１７，１７ａの二辺を囲むように形成されている。各補強部１３ａは上板部１３を内側または外側に膨出させたもので、上板部１３に一対のスロット１４，１４ａや給電ピン１８をプレス抜きする際に同時に加工することができる。このような補強部１３ａをシールドケース１２の上板部１３に形成すると、比較的大きく切り欠かかれた第２の開口部１６，１６ａおよび第３の開口部１７，１７ａの周囲にリブ状の補強部１３ａが存在し、アンテナに加わる衝撃や振動に対する機械的強度が補強部１３ａによって増大するため、外部からの衝撃や振動に起因する性能劣化をなくすことができる。

さらに、図５に示すアンテナ装置３１では、両スロット１４，１４ａが有する三角形の第２の開口部１６，１６ａおよび第３の開口部１７，１７ａのうち、例えばスロット１４の第２の開口部１６に繋ぎ部１６ｃを形成することによって、円偏波アンテナの軸比を調整できるようになっている。すなわち、この第２の開口部１６は漸次幅広となる複数の開口部間に繋ぎ部１６ｃを介設させた擬似的な三角形状に形成されており、繋ぎ部１６ｃを切断することにより第２の開口部１６の実質的な大きさを変えられるようになっている。

本発明の第１実施形態例に係るアンテナ装置の斜視図である。該アンテナ装置の平面図である。該アンテナ装置の放射パターンを示す特性図である。本発明の第２実施形態例に係るアンテナ装置の平面図である。本発明の第３実施形態例に係るアンテナ装置の平面図である。従来の一般的なスロットアンテナを示す平面図である。従来品の問題点を説明するための図である。

符号の説明

１１，２１，３１アンテナ装置
１２シールドケース
１３上板部
１３ａ補強部
１４，１４ａスロット
１５，１５ａ第１の開口部
１６，１６ａ第２の開口部
１７，１７ａ第３の開口部
１８給電ピン
２０グラウンド導体板

Claims

グラウンド導体板の上方に所定の間隔を存して配置される導体部材に、直線状に延びる第１の開口部と、該第１の開口部の長手方向一端に連通する第２の開口部と、前記第１の開口部の長手方向他端に連通する第３の開口部とからなるスロットが開設されており、前記第１の開口部の中心に対して前記第２の開口部と前記第３の開口部とが点対称な位置関係にあって、これら第２および第３の開口部が前記第１の開口部よりも幅広に形成されていると共に、給電時に前記第２および第３の開口部に生じる電界の向きが前記第１の開口部に生じる電界の向きに対して斜めに傾いており、前者の電界のうち前記長手方向と直交する成分が後者の電界をキャンセルするように設定したことを特徴とするスロットアンテナ。
請求項１の記載において、前記第２の開口部の外形をなす一辺と前記第３の開口部の外形をなす一辺が、互いに平行であって、かつ前記第１の開口部の長手方向に対して傾斜していることを特徴とするスロットアンテナ。
請求項２の記載において、前記第２および第３の開口部の外形が、前記第１の開口部と連続する部分から漸次幅広となる三角形状に形成されていることを特徴とするスロットアンテナ。
請求項１〜３のいずれか１項の記載において、前記導体部材に一対の前記スロットが互いの中心部を合致させて開設されていると共に、これら各スロットの前記第１の開口部どうしが直交させてあり、これら各スロットを約９０度の位相差で励振させることによって円偏波アンテナとして動作することを特徴とするスロットアンテナ。
請求項１〜４のいずれか１項の記載において、前記導体部材が前記グラウンド導体板上に設置される板金製のケースの上板部であることを特徴とするスロットアンテナ。
請求項５の記載において、前記ケースの上板部に前記第２および第３の開口部の少なくとも一方の開口部の外形をなす二辺を囲むようにリブ状の補強部が形成されていることを特徴とするスロットアンテナ。