JP2006013878A

JP2006013878A - On-vehicle antenna

Info

Publication number: JP2006013878A
Application number: JP2004188127A
Authority: JP
Inventors: Miyuki Mizoguchi; 幸溝口; Koji Sakamoto; 浩二坂本; Shiro Koide; 士朗小出
Original assignee: Denso Corp; Nippon Soken Inc
Current assignee: Denso Corp; Soken Inc
Priority date: 2004-06-25
Filing date: 2004-06-25
Publication date: 2006-01-12
Anticipated expiration: 2024-06-25
Also published as: JP4234643B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an on-vehicle antenna capable of taking a low attitude with a simple configuration without the need for using a thick element width. <P>SOLUTION: The on-vehicle antenna 1 comprises a spiral antenna 2 and a ground plate 3. The spiral antenna 2 is formed by copper wires in spiral so as to function as a radiation element. The a spiral shaped slit 5 the same shape as the spiral antenna 2 is formed to the ground plate 3 at a position direct under the spiral antenna 2, and the spiral antenna 2 is opposed to the slit 5, that is, a space part. Thus, even when a traveling wave travels through the spiral antenna 2, no ground current by the traveling wave is produced. Alternatively, even when the ground current is produced, since it can be suppressed, the cross polarized wave ratio can be enhanced by suppressing production of a standing wave even when the antenna takes the low attitude. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、グランドに相当する地板と、この地板から所定距離離間した位置に配置され給電に応じて流れる進行波に伴って電波を放射するスパイラル形状の放射素子を有する車載アンテナに関する。 The present invention relates to a vehicle-mounted antenna having a ground plate corresponding to a ground and a spiral-shaped radiating element that is disposed at a predetermined distance from the ground plate and emits radio waves along with a traveling wave that flows in response to power feeding.

カールアンテナやスパイラルアンテナ等、進行波給電された円偏波アンテナでは放射素子−地板間の距離（アンテナ高）ｈが、軸比特性等に大きく影響することは広く知られており、一般的にはλ／４程度の時、軸比特性が最良になることから、放射素子−地板間の距離を短くして低姿勢化することは困難である。これを改善する従来技術として、進行波給電された円偏波アンテナを低姿勢化するため、カールアンテナ素子のアーム幅（線幅）を広くするものが提案されている（特許文献１参照）。
特開２００３−２１８６３２号公報 It is widely known that the distance (antenna height) h between the radiating element and the ground plane greatly affects the axial ratio characteristics, etc. in a circularly polarized wave antenna fed with traveling waves, such as a curl antenna and a spiral antenna. Since the axial ratio characteristic is best when λ / 4, it is difficult to reduce the distance by shortening the distance between the radiating element and the ground plane. As a conventional technique for improving this, a technique has been proposed in which the arm width (line width) of a curled antenna element is widened in order to lower the attitude of a circularly polarized antenna fed with traveling waves (see Patent Document 1).
JP 2003-218632 A

しかしながら、特許文献１のものでは、アンテナの放射部分のデザインが複雑になり作製が困難になってしまう。また、線幅の太さが必要となり、放射部分の表面積低減が難しく、小型化が困難になるという問題が発生している。
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、簡単な構造で線幅が太くなることなく、低姿勢化を図ることができる車載アンテナを提供することにある。 However, in the thing of patent document 1, the design of the radiation | emission part of an antenna will become complicated and manufacture will become difficult. In addition, the thickness of the line width is required, and it is difficult to reduce the surface area of the radiating portion, which makes it difficult to reduce the size.
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a vehicle-mounted antenna with a simple structure and capable of reducing the posture without increasing the line width.

放射素子に進行波が流れると、それと反対方向に地板電流が流れる。このとき、放射素子と地板との間の距離が短い場合は、地板電流の影響を受けやすくなり、定在波が増大して交差偏差比が悪化するものの、請求項１の発明によれば、地板に形成されたスリットにより、地板電流の発生が抑制されるので、低姿勢化を図りながら定在波の影響を抑制して交差偏差比が悪化してしまうことを防止できる。 When a traveling wave flows through the radiating element, a ground plane current flows in the opposite direction. At this time, when the distance between the radiating element and the ground plane is short, it is easily affected by the ground plane current, and the standing wave increases and the cross deviation ratio deteriorates. Since the generation of the ground plane current is suppressed by the slit formed in the ground plane, it is possible to prevent the cross deviation ratio from deteriorating by suppressing the influence of the standing wave while reducing the posture.

請求項２の発明によれば、スリットは放射素子の形状に一致しており、地板において放射素子に対向する部位が空間部となるので、放射素子に進行波が流れるにしても、地板電流を効果的に抑制することができる。
請求項３の発明によれば、放射素子に流れる進行波に伴って地板電流が流れるにしても、地板電流は、スリットを回避して流れるので、放射素子においてスリットと対向する部位では、地板電流の影響を受けることがなくなり、交差偏波比が悪化してしまうことを防止できる。 According to the invention of claim 2, the slit matches the shape of the radiating element, and the portion of the ground plane that faces the radiating element is a space portion. It can be effectively suppressed.
According to the invention of claim 3, even if the ground plane current flows along with the traveling wave flowing through the radiating element, the ground plane current flows while avoiding the slit. It is possible to prevent the cross polarization ratio from deteriorating.

請求項４の発明によれば、スリットが存在するにしても、スリットを満たしている誘電体に電子部品を配設することが可能となり、地板のスペース効率を高めることができる。 According to the invention of claim 4, even if there is a slit, it is possible to dispose the electronic component on the dielectric that fills the slit, and the space efficiency of the ground plane can be increased.

以下、本発明の一実施例を図１ないし図８を参照して説明する。図１は、車載アンテナを模式的に示す斜視図、図２はその分解斜視図、図３は車載アンテナの形状を理解し易いように強調して示す斜視図である。これらの図１ないし図３において、車載アンテナ１は、スパイラルアンテナ（放射素子に相当）２と地板３とから構成されており、その間の距離（地板−アンテナ間距離ｈ）は５ｍｍに設定されている。 An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. FIG. 1 is a perspective view schematically showing a vehicle-mounted antenna, FIG. 2 is an exploded perspective view thereof, and FIG. 3 is a perspective view emphasized so that the shape of the vehicle-mounted antenna can be easily understood. In these FIG. 1 thru | or FIG. 3, the vehicle-mounted antenna 1 is comprised from the spiral antenna (equivalent to a radiation | emission element) 2 and the ground plane 3, and the distance (distance h between ground plane-antennas) between them is set to 5 mm. Yes.

スパイラルアンテナ２は放射素子として機能するようにサイズ（□６７ｍｍ）が設定されており、銅線によってスパイラル形状に形成されている。このスパイラルアンテナの経路長は、受信波長λとすると、ほぼ２λに設定されている。つまり、この車載アンテナがＧＰＳ用アンテナとして構成されている場合は、その受信周波数は約１．５ＧＨｚであるので、スパイラルアンテナの長さは約４０ｃｍとなる。
尚、スパイラルアンテナ２を構成する素材は銅線に限らず、導電性フィルムや銅箔で構成してもよい。 The spiral antenna 2 is sized (□ 67 mm) so as to function as a radiating element, and is formed in a spiral shape with a copper wire. The path length of this spiral antenna is set to approximately 2λ when the reception wavelength is λ. That is, when this in-vehicle antenna is configured as a GPS antenna, the reception frequency is about 1.5 GHz, so the length of the spiral antenna is about 40 cm.
In addition, the material which comprises the spiral antenna 2 may be comprised not only with a copper wire but with a conductive film or copper foil.

地板３はスパイラルアンテナ２よりも大きなサイズ（□９０ｍｍ）を有し、両面に銅箔が添着されたガラスエポキシ基板よりなる。スパイラルアンテナ２と地板３は銅ワイヤーで接続され、地板３と図示しない給電線の接続箇所に給電点４を設けて固定されている。この場合、給電線の長さは、地板−アンテナ間距離ｈと等しく５ｍｍに設定されている。この給電点４には、図示しない同軸ケーブルを通じて約１．５ＧＨｚ帯の高周波電力が給電される。 The ground plane 3 has a size (□ 90 mm) larger than that of the spiral antenna 2 and is made of a glass epoxy substrate having copper foil attached on both sides. The spiral antenna 2 and the ground plane 3 are connected by a copper wire, and a feed point 4 is provided and fixed at a connection location between the ground plane 3 and a feed line (not shown). In this case, the length of the feeder line is set to 5 mm, which is equal to the distance h between the ground plane and the antenna. The feeding point 4 is fed with high frequency power of about 1.5 GHz band through a coaxial cable (not shown).

ここで、本実施例の車載アンテナ１においては、地板−アンテナ間距離ｈは、通常の５０ｍｍ（＝λ／４）に比較して１／１０の５ｍｍ（＝λ／４０）に設定されている。これは、本実施例は、アンテナの低姿勢化を図ることにより、ＧＰＳアンテナの小型化を図っているからである。
ところで、上述したスパイラルアンテナ２では、進行波を放射素子に乗せることにより円偏波アンテナとして動作させるようになっているものの、地板−アンテナ間距離ｈがλ／４よりも小さくなると、定在波の割合が増加して進行波が乗りにくくなり、交差偏波比が悪化して円偏波アンテナとしての性能が低下することが知られている。つまり、アンテナ高さが低くなると、スパイラルアンテナ２に流れる進行波とは逆向きに流れる地板電流の影響を強く受けるようになり、進行波に対する定在波の割合が増加してしまって、交差偏波比が悪化するのである。 Here, in the vehicle-mounted antenna 1 of the present embodiment, the distance h between the ground plane and the antenna is set to 5 mm (= λ / 40) which is 1/10 compared to the normal 50 mm (= λ / 4). . This is because in this embodiment, the GPS antenna is miniaturized by reducing the attitude of the antenna.
By the way, in the spiral antenna 2 described above, a traveling wave is placed on the radiating element so as to operate as a circularly polarized antenna. However, when the distance h between the ground plane and the antenna becomes smaller than λ / 4, the standing wave It is known that the traveling wave becomes difficult to ride, the cross polarization ratio deteriorates, and the performance as a circularly polarized antenna decreases. In other words, when the antenna height is lowered, the ground current flowing in the direction opposite to the traveling wave flowing in the spiral antenna 2 is strongly affected, and the ratio of the standing wave to the traveling wave increases, and the cross polarization is increased. The wave ratio gets worse.

そこで、本実施例では、地板３に所定形状のスリットを形成し、そのスリットにより交差偏差比が悪化することを防止するようにした。即ち、地板３に、スパイラルアンテナ２と同形状のスパイラル形状のスリット５をスパイラルアンテナ２の直下となる位置に形成し、スパイラルアンテナ２とスリット５、つまり空間部とが対向するようにした。このようなスリット５を形成した結果、スパイラルアンテナ２に進行波が流れるにしても、その進行波による地板電流が発生しない、或いは発生するにしても抑制することができるので、定在波の発生を抑制して交差偏差比を高めることができる。 Therefore, in this embodiment, a slit having a predetermined shape is formed in the ground plane 3, and the cross deviation ratio is prevented from being deteriorated by the slit. That is, a spiral-shaped slit 5 having the same shape as the spiral antenna 2 is formed in the ground plane 3 at a position directly below the spiral antenna 2 so that the spiral antenna 2 and the slit 5, that is, the space portion face each other. As a result of forming such a slit 5, even if a traveling wave flows through the spiral antenna 2, a ground current due to the traveling wave is not generated or can be suppressed. And the crossing deviation ratio can be increased.

本発明者は、次のような実験により地板３に形成したスリットの効果を確かめた。即ち、地板として□９０ｍｍのものを用い、地板−アンテナ間距離ｈを５ｍｍに設定した車載アンテナ１において、図４に示すように地板３にスリットを形成しない場合と、図５に示すように３０×７０ｍｍの矩形状のスリット６を給電点４が対称中心となるように２個形成した場合と、図６に示すようにスパイラルアンテナ２と同じスパイラル形状のスリット５を形成した場合とを１．５ＧＨｚ帯で比較した。この実験の結果、地板３にスリット５，６を形成した場合の方が、スリットが形成されていない図４に示す構成に比較して交差偏差比が高いことを確認した。 This inventor confirmed the effect of the slit formed in the ground plane 3 by the following experiment. That is, in the in-vehicle antenna 1 having a square plate of □ 90 mm and a ground plane-antenna distance h set to 5 mm, a slit is not formed in the ground plate 3 as shown in FIG. 4, and as shown in FIG. A case where two rectangular slits 6 of 70 mm are formed so that the feeding point 4 is the center of symmetry and a case where the slit 5 having the same spiral shape as the spiral antenna 2 is formed as shown in FIG. Comparison was made in the 5 GHz band. As a result of this experiment, it was confirmed that the cross deviation ratio was higher in the case where the slits 5 and 6 were formed in the base plate 3 than in the configuration shown in FIG. 4 in which no slit was formed.

これは、地板３にスリットが形成されていない車載アンテナでは、アンテナ高さが低いことにより、スパイラルアンテナ２とは逆向きに流れる地板電流の影響を強く受けるため、進行波に対する定在波の割合が増加してしまい、交差偏波比が悪化するからである。
これに対して、地板３にスリット５，６が形成された車載アンテナでは、地板電流がスリット５，６を回避するように流れることから、地板電流が小さくなり、そのため、進行波に対する定在波の割合が低くなり、交差偏波比が向上したと考えられる。特に、図６に示すように、地板３に、スパイラルアンテナ２と同じスパイラル形状のスリット５を形成した場合、地板３において、スパイラルアンテナ２に対向する部位は空間部となっているので、スパイラルアンテナ２に流れた進行波に応じた地板電流が流れず、交差偏差比を効果的に高めることができる。 This is because the in-vehicle antenna in which the slit is not formed in the ground plane 3 is strongly affected by the ground plane current flowing in the direction opposite to that of the spiral antenna 2 due to the low antenna height. This is because the cross polarization ratio deteriorates.
On the other hand, in the vehicle-mounted antenna in which the slits 5 and 6 are formed in the ground plane 3, the ground plane current flows so as to avoid the slits 5 and 6. It is considered that the cross polarization ratio was improved. In particular, as shown in FIG. 6, when the slit 5 having the same spiral shape as the spiral antenna 2 is formed in the ground plane 3, the portion of the ground plane 3 that faces the spiral antenna 2 is a space portion. The ground plane current corresponding to the traveling wave flowing in 2 does not flow, and the crossing deviation ratio can be effectively increased.

さて、上述したようにアンテナ高さが低い場合は、地板３に、スパイラルアンテナ２と同じスパイラル形状のスリット５を形成するのが最も効果的であるものの、図５に示したような矩形状のスリット６でも効果があることを確認できたことから、地板３に形成するスリット６の面積について考察する。
図７は、地板３のスリット面積を変化した場合の交差偏波比のシミュレーション結果を示し、図８は、Ｆ／Ｂ（Front to Side ratio）のシミュレーション結果を示している。これらの図７及び図８において、交差偏波比とＦ／Ｂの線形性を保つことができる範囲として、スリット面積を、地板３の面積の１／４以上且つ３／４以下が望ましいことが判明した。これは、スリット面積が小さくなると、交差偏差比が低下するのに対して、スリット面積が大きくなると、Ｆ／Ｂの線形性が低下するトレードオフの関係にあることに起因する。 When the antenna height is low as described above, it is most effective to form the slit 5 having the same spiral shape as the spiral antenna 2 in the ground plane 3, but the rectangular shape as shown in FIG. Since it has been confirmed that the slit 6 is also effective, the area of the slit 6 formed in the base plate 3 will be considered.
FIG. 7 shows the simulation result of the cross polarization ratio when the slit area of the ground plane 3 is changed, and FIG. 8 shows the simulation result of F / B (Front to Side ratio). 7 and 8, it is desirable that the slit area be 1/4 or more and 3/4 or less of the area of the ground plane 3 as a range in which the cross polarization ratio and the linearity of F / B can be maintained. found. This is because the cross deviation ratio decreases as the slit area decreases, while the F / B linearity decreases as the slit area increases.

このような実施例によれば、地板３に、スパイラルアンテナ２と同じ形状のスパイラル形状のスリット５を形成し、スパイラルアンテナ２とスリット５とが対向するようにしたので、スパイラルアンテナ２に進行波が流れた場合に、反対方向へ地板電流が流れることを防止することができる。従って、アンテナの低姿勢化を図るにしても、簡単な構造で線幅が太くなることなく、地板電流による影響を防止して、交差偏波比が低下してしまうことを防止できる。 According to such an embodiment, the spiral slit 5 having the same shape as the spiral antenna 2 is formed on the ground plate 3 so that the spiral antenna 2 and the slit 5 face each other. When the current flows, the ground plane current can be prevented from flowing in the opposite direction. Accordingly, even if the attitude of the antenna is lowered, the influence of the ground plane current can be prevented and the cross polarization ratio can be prevented from being lowered without increasing the line width with a simple structure.

しかも、地板３においてスリット５が形成されている部位は、スパイラルアンテナ２の直下となる部位であるので、地板においてスパイラルアンテナ２から外れた部位に多数の電子部品を配置することが可能となり、図５に示すような矩形状のスリット６を形成する場合に比較して、スペース効率を高めることができる。 In addition, since the portion where the slit 5 is formed in the ground plane 3 is a portion immediately below the spiral antenna 2, it is possible to arrange a large number of electronic components in a location outside the spiral antenna 2 on the ground plane. Compared with the case where the rectangular slit 6 as shown in FIG.

（その他の実施例）
本発明のスリットとしては、種々の形状のものを実施することができる。
図９は、異なるスリット形状を示す地板３の斜視図である。この図９において、（ａ）のものは、スリット７の一端部を地板３の端部まで延長することによりスリット７の端部を開放し、（ｂ）のものは、細長矩形状のスリット８を複数平行に形成し、（ｃ）のものは、比較的小さなスリット９を多数形成し、（ｄ）のものは、環状のスリット１０を複数形成し、（ｅ）のものは、スリット１１をＬ字形状に形成し、（ｆ）のものは、スリット１２の内部にガラス基板１３をはめ込んだものである。これらのスリットの総面積は、地板３の面積の１／４以上且つ３／４以下が望ましいものの、その数値に限定されることなく実施できるのは勿論である。 (Other examples)
The slit of the present invention can be implemented in various shapes.
FIG. 9 is a perspective view of the base plate 3 showing different slit shapes. In FIG. 9, (a) has one end of the slit 7 extended to the end of the base plate 3 to open the end of the slit 7, and (b) has the elongated rectangular slit 8. (C) forms a plurality of relatively small slits 9, (d) forms a plurality of annular slits 10, and (e) forms slits 11. In the case of (f), a glass substrate 13 is fitted inside the slit 12. Although the total area of these slits is preferably 1/4 or more and 3/4 or less of the area of the ground plane 3, it is needless to say that the present invention can be implemented without being limited to the numerical values.

また、地板３の銅箔部分のみ取り去り、ガラスエポキシ基板等が存在してもスリットとしての役割を果たすことができる。要するに、車載アンテナは地板からある一定距離離れた放射素子を備えていることを満たせば、素材や構成にかかわらず実施可能である。
放射素子の形状は、スパイラル形状に限らず、種々の形状のものを実施可能である。 Moreover, even if only the copper foil part of the ground plane 3 is removed and a glass epoxy board | substrate etc. exist, it can serve as a slit. In short, the vehicle-mounted antenna can be implemented regardless of the material and the configuration as long as it has a radiating element that is a certain distance away from the ground plane.
The shape of the radiating element is not limited to the spiral shape, and various shapes can be implemented.

本発明の一実施例における車載アンテナを模式的に示す斜視図The perspective view which shows typically the vehicle-mounted antenna in one Example of this invention. 車載アンテナの分解斜視図Disassembled perspective view of in-vehicle antenna 形状を誇張して示す図１相当図FIG. 1 equivalent view exaggerating the shape 地板にスリットを形成しない場合を示す（ａ）図１相当図、（ｂ）交差偏差比(A) Fig. 1 equivalent diagram, (b) Crossing deviation ratio 地板に矩形状のスリットを形成した場合を示す（ａ）図１相当図、（ｂ）交差偏差比(A) equivalent to FIG. 1 showing the case where a rectangular slit is formed in the main plate, (b) crossing deviation ratio 地板にスパイラル形状のスリットを形成した場合を示す（ａ）図１相当図、（ｂ）交差偏差比(A) equivalent to FIG. 1 showing the case where a spiral slit is formed on the ground plane, (b) crossing deviation ratio 地板のスリット面積を変化した場合の交差偏波比のシミュレーション結果Simulation results of cross polarization ratio when the slit area of the ground plane is changed 地板のスリット面積を変化した場合のＦ／Ｂのシミュレーション結果F / B simulation results when changing the slit area of the main plate 本発明の他のスリット形状を示す地板の斜視図The perspective view of the ground plane which shows the other slit shape of this invention

Explanation of symbols

図面中、１は車載アンテナ、２はスパイラルアンテナ（放射素子）、３は地板、４は給電点、５〜１２はスリットである。 In the drawings, 1 is an in-vehicle antenna, 2 is a spiral antenna (radiating element), 3 is a ground plane, 4 is a feeding point, and 5 to 12 are slits.

Claims

In a vehicle-mounted antenna having a ground plate corresponding to the ground and a spiral-shaped radiating element that radiates a radio wave along with a traveling wave that is arranged at a predetermined distance from the ground plate and flows according to power feeding,
A vehicle-mounted antenna, wherein a slit facing the radiation element is formed in the ground plane.

The in-vehicle antenna according to claim 1, wherein the slit matches the shape of the radiating element.

2. The vehicle-mounted antenna according to claim 1, wherein a total sum of the areas of the slits is set to ¼ or more and 3/4 or less of the area of the ground plane.

The vehicle-mounted antenna according to any one of claims 1 to 3, wherein a space portion located inside the slit is filled with a dielectric.