JP2005236393A

JP2005236393A - 異周波共用アンテナ

Info

Publication number: JP2005236393A
Application number: JP2004040087A
Authority: JP
Inventors: Masahiko Hikasa; 昌彦日笠; Masaru Yomo; 勝四方
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 2004-02-17
Filing date: 2004-02-17
Publication date: 2005-09-02
Also published as: US20050179596A1

Abstract

【課題】薄型化を損なわずに回路構成が簡素化できて低コスト化に有利な異周波共用アンテナを提供すること。
【解決手段】誘電体基板１２の上面に第１の放射導体１３と第２の放射導体１４を同心状に形成すると共に、誘電体基板１２の下面に接地導体１５を形成し、第１の放射導体１３の給電点に給電ピン１６を接続する。また、第２の放射導体１４の内周縁部には複数のショートピン１７を接続して接地導体１５と短絡しておき、第２の放射導体１４が第１の放射導体１３と実質的に電磁結合されるように両放射導体１３，１４の間隔Ｇを狭めておく。このような構成の２周波共用アンテナ１１は、給電ピン１６からの直接給電によって第１の放射導体１３を周波数ｆHで励振させると、第２の放射導体１４が電磁結合により給電されてｆHよりも低い周波数ｆLで励振されることとなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数種類（例えば２種類）の共振周波数を利用可能な異周波共用アンテナに係り、特に、車載用等に好適な小型の異周波共用アンテナに関する。

近年、動作周波数が５．８ＧＨｚ帯のＥＴＣ（自動料金収受システム）用アンテナや、動作周波数が１．５ＧＨｚ帯の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、複数種類の共振周波数を利用可能な異周波共用アンテナが種々提案されている。

かかる異周波共用アンテナの一例として、図７の平面図および図８の断面図に示すようなパッチアンテナ構造のものが従来より知られている（例えば、特許文献１参照）。これらの図に示す２周波共用アンテナ１において、誘電体基板２の上面には高域用と低域用の２種類の放射導体３，４が同心状に形成されており、誘電体基板２の下面にはほぼ全面に接地導体５が形成されている。高域用の放射導体３は円形であり、この放射導体３を十分な間隔を存して包囲する位置に円環形状の低域用の放射導体４が配置されている。各放射導体３，４の給電点にはそれぞれ誘電体基板２を貫通する給電ピン６，７が接続されており、各給電ピン６，７の下端部は接地導体５とは非接触でそれぞれ図示せぬ給電回路に接続されている。また、低域用の放射導体４の内周縁部には誘電体基板２を貫通する短絡壁８が接続されており、短絡壁８の下端は接地導体５に接続されている。この短絡壁８は高域用の給電ピン６と低域用の給電ピン７とのアイソレーションを確保するためのものである。

このように概略構成された２周波共用アンテナ１は、給電ピン６を介して高域用の放射導体３に直接給電することにより、所定の周波数ｆHで放射導体３を励振させることができる。また、給電ピン７を介して低域用の放射導体４に直接給電することにより、ｆHよりも低い周波数ｆLで放射導体４を励振させることができる。

また、他の従来例として、低域用の放射導体を設けた誘電体基板上に高域用の放射導体を設けた別の誘電体基板を積層し、高域用の放射導体だけに給電ピンを接続して、低域用の放射導体に対する給電は電磁結合を利用するという構造の２周波共用アンテナが知られている（例えば、非特許文献１参照）。かかる積層構造の２周波共用アンテナでは、高域用と低域用の放射導体が誘電体基板を介して対向しているため、給電ピンによる直接給電で高域用の放射導体を励振させると、電磁結合によって低域用の放射導体も励振されるようになっている。
実開平７−３８３２８号公報（第２〜３頁、図１）後藤尚久著、「図説・アンテナ」、社団法人電子情報通信学会、平成１３年６月１日、ｐ．２２９

図７および図８に示す前者の従来例は、誘電体基板２の同一面上に高域用と低域用の２種類の放射導体３，４を同心状に配設するというものなので、コンパクトな２周波共用アンテナを実現することができるが、各放射導体３，４にそれぞれ給電ピン６，７を接続して個別に給電しなければならないため、回路構成が複雑になって低コスト化が図りにくいという問題があった。

これに対して、高域用と低域用の放射導体どうしを電磁結合させるという後者の従来例は、各放射導体を個別に給電する必要がないため回路構成が簡素化できるが、２枚の誘電体基板を積層した構造になっているため薄型化が困難であるという問題があり、また誘電体基板の金型が２種類必要なためコスト面でも有利とは言い難かった。

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、薄型化を損なわずに回路構成が簡素化できて低コスト化に有利な異周波共用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、本発明の異周波共用アンテナでは、平坦面に沿って設けられた接地導体と、該接地導体上に誘電体層または空気層を介して配設された第１および第２の放射導体と、前記第１の放射導体に対して直接給電を行う給電手段とを備え、前記第２の放射導体は前記第１の放射導体を所定の間隔を存して包囲する位置に配置されていると共に、該第２の放射導体の内周縁部の少なくとも一部が前記接地導体と短絡させてあり、前記第１の放射導体に対する給電時に前記第２の放射導体の内周縁部を該第１の放射導体と電磁結合させることにより、これら第１および第２の放射導体を互いに異なる周波数で励振させるように構成した。

このように構成された異周波共用アンテナは、第２の放射導体の短絡部である内周縁部と第１の放射導体の外周縁部との間隔を狭めておくことにより、両放射導体を実質的に電磁結合させることができるため、直接給電によって第１の放射導体を周波数ｆHで励振させると、それよりも低い周波数ｆLで第２の放射導体を励振させることができる。また、第２の放射導体を包囲する位置に第３の放射導体を配置して、両放射導体を実質的に電磁結合させれば、ｆLよりもさらに低い周波数で該第３の放射導体を励振させることも可能である。すなわち、この異周波共用アンテナは、同一平面に同心状に配設した複数種類の放射導体を互いに異なる周波数で励振させることができて薄型化に好適であり、しかも個別に給電する必要がないため回路構成が簡素化できる。

かかる構成の異周波共用アンテナは、例えば、第１の放射導体が円形状に形成されていると共に、第２の放射導体が円環状に形成されていることが好ましい。ただし、第１の放射導体が正方形状で、第２の放射導体が該正方形を包囲する四角枠状等であってもよい。

また、かかる構成の異周波共用アンテナは、第２の放射導体の内周縁部に周方向に沿って複数のショートピンを配設し、これらのショートピンを接地導体と接続しておくことが好ましい。この場合、隣り合うショートピンどうしの間隔を第１の放射導体の共振長の４分の１以下に設定しておけば、第２の放射導体を効果的に電磁結合させることができる。

また、かかる構成の異周波共用アンテナは、誘電体基板の片面に第１および第２の放射導体を設け、かつ、該誘電体基板の他面に接地導体を設けることによって、簡単かつ安価に製造することができる。この場合、１枚の誘電体基板の片面に第１および第２の放射導体を一括して形成することができると共に、アンテナの高さ寸法を該誘電体基板の厚み程度に抑えることができる。

また、かかる構成の異周波共用アンテナは、第１および第２の放射導体が金属板であって、第１の放射導体の給電点から接地導体側へ延出する金属片を該接地導体とは離隔させた給電ピンとなし、かつ、第２の放射導体の内周縁部から接地導体側へ延出する金属片を該接地導体と短絡させることによっても、簡単かつ安価に製造することができる。この場合、１枚の金属板から第１および第２の放射導体と給電ピンとショートピン等の短絡手段をすべて形成することができ、しかも誘電体基板を省略できるため、製造コストを大幅に低減することができる。

また、かかる構成の異周波共用アンテナは、第１および第２の放射導体の少なくともいずれか一方に縮退分離素子を装荷し、これら両放射導体が互いに異なる周波数の円偏波を放射するようにしておけば、例えば第１の放射導体をＥＴＣ用、第２の放射導体をＧＰＳ用などとして利用できるため、車載用の小型アンテナとして好適となる。

本発明の異周波共用アンテナは、第１の放射導体を包囲する第２の放射導体の内周縁部が接地導体と短絡させてあり、第１の放射導体を直接給電によって励振させると、第２の放射導体が電磁結合によって異なる周波数で励振するようにしてあるため、アンテナ全体の薄型化を損なわずに複数種類の共振周波数を利用できると共に、個別に給電する必要がないため回路構成が簡素化できて低コスト化が図りやすい。

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実施形態例に係る２周波共用円偏波アンテナの平面図、図２は該２周波共用円偏波アンテナの断面図である。

これらの図に示す２周波共用アンテナ１１において、誘電体基板１２の上面には高域用の第１の放射導体１３と低域用の第２の放射導体１４とが同心状に形成されており、誘電体基板１２の下面にはほぼ全面に接地導体１５が形成されている。第１の放射導体１３は円形状であって、この放射導体１３の外周縁部の相対応する２箇所には切欠き状の縮退分離素子１３ａが装荷されている。第２の放射導体１４は円環形状であって、第１の放射導体１３を所定の間隔Ｇを存して包囲する位置に配置されており、この放射導体１４の外周縁部の相対応する２箇所にも切欠き状の縮退分離素子１４ａが装荷されている。第１の放射導体１３の給電点には誘電体基板１２を貫通する給電ピン１６が接続されており、この給電ピン１６の下端部は接地導体１５とは非接触で図示せぬ給電回路に接続されている。また、第２の放射導体１４の内周縁部には周方向に沿って等間隔に誘電体基板１２を貫通する複数のショートピン１７が接続されており、各ショートピン１７の下端部は接地導体１５に接続されている。

縮退分離素子１３ａが装荷された第１の放射導体１３は、給電ピン１６からの直接給電によって所定の周波数ｆHで円偏波励振させることができる。かかる励振時に第１の放射導体１３の外周縁部と接地導体１５との間には強い電界が発生するが、間隔Ｇが狭くて第１および第２の放射導体１３，１４間の容量値は高いので、該電界によって各ショートピン１７に誘導される電流は十分に大きく、それゆえ第２の放射導体１４は電磁結合により給電されることになる。つまり、第１および第２の放射導体１３，１４は実質的に電磁結合されるため、第１の放射導体１３を周波数ｆHで円偏波励振させることによって、縮退分離素子１４ａが装荷された第２の放射導体１４をｆHよりも低い周波数ｆLで円偏波励振させることができる。なお、第２の放射導体１４を効果的に電磁結合させるためには、隣り合うショートピン１７どうしの間隔を第１の放射導体１３の共振長の４分の１以下に設定しておくことが望ましい。

このように本実施形態例にあっては、同一平面に同心状に配設した２種類の放射導体１３，１４を互いに異なる周波数で円偏波励振させることができるため、例えば小径な第１の放射導体１３をＥＴＣ用として利用し、かつ、大径な第２の放射導体１４をＧＰＳ用として利用することが可能となり、車載用等に好適な薄型の２周波共用アンテナ１１となっている。しかも、この２周波共用アンテナ１１は、１枚の誘電体基板１２の片面に第１および第２の放射導体１３，１４を一括して形成できると共に、各放射導体１３，１４を個別に給電する必要がないため回路構成が簡素化でき、よって簡単かつ安価に製造することができる。

なお、図示はしていないが、第１の放射導体１３だけに縮退分離素子１３ａを装荷した場合や、逆に第２の放射導体１４だけに縮退分離素子１４ａを装荷した場合にも、両放射導体１３，１４を共に円偏波励振させることは可能であるが、本実施形態例のように各放射導体１３，１４にそれぞれ縮退分離素子１３ａ，１４ａを装荷しておいたほうがアンテナ性能は良好となる。また、第２の放射導体１４を包囲する位置に第３の放射導体を配置し、両放射導体を実質的に電磁結合させれば、ｆLよりもさらに低い周波数で該第３の放射導体を励振させることも可能である。

図３は本発明の第２実施形態例に係る２周波共用円偏波アンテナの平面図であって、図１と対応する部分には同一符号が付してある。図３に示す２周波共用アンテナ２１は、電磁結合される第１および第２の放射導体１３，１４の形状が前述した第１実施形態例と異なっている。すなわち、この２周波共用アンテナ２１では、第１の放射導体１３が正方形状であって、該正方形の一方の対角線の両端に相当する２箇所に切欠き状の縮退分離素子１３ａが装荷されていると共に、第２の放射導体１４が該正方形を包囲する四角枠状であって、各縮退分離素子１３ａに対応する角部２箇所に切欠き状の縮退分離素子１４ａが装荷されている。

図４は本発明の第３実施形態例に係る２周波共用直線偏波アンテナの平面図であって、図１と対応する部分には同一符号が付してある。図４に示す２周波共用アンテナ３１は、電磁結合される第１および第２の放射導体１３，１４を互いに異なる周波数で直線偏波励振させるというものである。したがって、各放射導体１３，１４は縮退分離素子が装荷されていない形状、つまり、第１の放射導体１３が円形に形成され第２の放射導体１４が円環形に形成されている。なお、この場合も、第１の放射導体１３を正方形とし第２の放射導体１４を四角枠形としてもよい。

図５は本発明の第４実施形態例に係る２周波共用直線偏波アンテナの平面図、図６は該２周波共用直線偏波アンテナの断面図であって、図中の符号１８は接地導体板を示しており、図１〜図４と対応する部分には同一符号が付してある。図５および図６に示す２周波共用アンテナ４１は、誘電体基板を省略した板金アンテナであり、１枚の金属板から第１および第２の放射導体１３，１４と給電ピン１６とショートピン１７がすべて形成されている。すなわち、第１の放射導体１３は円形の金属板であって、その給電点から接地導体板１８側へ延出する金属片（切り起こし片）を該接地導体板１８とは離隔させた給電ピン１６となしており、この給電ピン１６によって第１の放射導体１３は接地導体板１８の上方に支持されている。また、第２の放射導体１４は第１の放射導体１３を所定の間隔Ｇを存して包囲する円環形の金属板であって、第２の放射導体１４の内周縁部には周方向に沿って等間隔に、接地導体板１８側へ延出する複数の金属片（切り起こし片）が突設されており、これらの金属片を接地導体板１８と短絡させたショートピン１７となしている。そして、これらのショートピン１７によって第２の放射導体１４は接地導体板１８の上方に支持されている。

このように構成された２周波共用アンテナ４１においても、第１および第２の放射導体１３，１４を実質的に電磁結合させることによって、各放射導体１３，１４を互いに異なる周波数で直線偏波励振させることができる。そして、この２周波共用アンテナ４１の場合、板金製で誘電体基板を省略できるため、製造コストを大幅に低減することができる。また、かかる板金製の２周波共用アンテナの場合も、第１の放射導体１３や第２の放射導体１４に縮退分離素子を装荷することによって円偏波アンテナとして動作させることができる。

なお、上述した各実施形態例では、第２の放射導体１４の内周縁部に複数のショートピン１７を設けた場合について例示しているが、第２の放射導体１４の内周縁部を全周に亘って接地導体１５（または接地導体板１８）に短絡させる構成にしてもよい。

本発明の第１実施形態例に係る２周波共用円偏波アンテナの平面図である。該２周波共用アンテナの断面図である。本発明の第２実施形態例に係る２周波共用円偏波アンテナの平面図である。本発明の第３実施形態例に係る２周波共用直線偏波アンテナの平面図である。本発明の第４実施形態例に係る２周波共用直線偏波アンテナの平面図である。該２周波共用アンテナの断面図である。従来例に係る異周波共用アンテナの平面図である。該異周波共用アンテナの断面図である。

符号の説明

１１，２１，３１，４１２周波共用アンテナ（異周波共用アンテナ）
１２誘電体基板
１３第１の放射導体
１３ａ縮退分離素子
１４第２の放射導体
１４ａ縮退分離素子
１５接地導体
１６給電ピン
１７ショートピン
１８接地導体板

Claims

平坦面に沿って設けられた接地導体と、該接地導体上に誘電体層または空気層を介して配設された第１および第２の放射導体と、前記第１の放射導体に対して直接給電を行う給電手段とを備え、前記第２の放射導体は前記第１の放射導体を所定の間隔を存して包囲する位置に配置されていると共に、該第２の放射導体の内周縁部の少なくとも一部が前記接地導体と短絡させてあり、
前記第１の放射導体に対する給電時に前記第２の放射導体の内周縁部を該第１の放射導体と電磁結合させることにより、これら第１および第２の放射導体を互いに異なる周波数で励振させるように構成したことを特徴とする異周波共用アンテナ。
請求項１の記載において、前記第１の放射導体が円形状に形成されていると共に、前記第２の放射導体が円環状に形成されていることを特徴とする異周波共用アンテナ。
請求項１または２の記載において、前記第２の放射導体の内周縁部に周方向に沿って複数のショートピンを配設し、これらのショートピンを前記接地導体と接続したことを特徴とする異周波共用アンテナ。
請求項３の記載において、隣り合う前記ショートピンどうしの間隔を前記第１の放射導体の共振長の４分の１以下に設定したことを特徴とする異周波共用アンテナ。
請求項１〜４のいずれか１項の記載において、誘電体基板の片面に前記第１および第２の放射導体を設け、かつ、該誘電体基板の他面に前記接地導体を設けたことを特徴とする異周波共用アンテナ。
請求項１〜４のいずれか１項の記載において、前記第１および第２の放射導体が金属板であって、前記第１の放射導体の給電点から前記接地導体側へ延出する金属片を該接地導体とは離隔させた給電ピンとなし、かつ、前記第２の放射導体の内周縁部から前記接地導体側へ延出する金属片を該接地導体と短絡させたことを特徴とする異周波共用アンテナ。
請求項１〜６のいずれか１項の記載において、前記第１および第２の放射導体の少なくともいずれか一方に縮退分離素子を装荷し、これら両放射導体が互いに異なる周波数の円偏波を放射するように構成したことを特徴とする異周波共用アンテナ。