JP2006014272A - アンテナ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 小型な平面構造で、かつ生産性に優れ、鉛直方向から水平方向にチルトした主ビームを形成することのできるアンテナ装置を提供すること。
【解決手段】 基板１０８の表面に銅箔を切削して形成され、平行に配置された２つのスロット素子１０９ａ及び１０９ｂと、基板１０８の裏面に銅箔で形成されたマイクロストリップライン１１０ａ及び１１０ｂから構成されたアンテナ１０５を、金属材料で形成されたミラー１０４から間隔ｈを隔ててミラーケース１０３内部の底面に配置する。スロット素子１０９ａ及び１０９ｂは、Ｔ分岐回路を構成するマイクロストリップライン１１０ａ及び１１０ｂにより位相差が生じて励振され、反射板として動作するミラー１０４の影響で基板１０８面の垂直方向から面方向へチルトしたビームが形成される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、自動車に搭載して無線アクセスシステムなどの路車間通信をするための車両搭載用アンテナ装置及びモバイルカード端末に搭載されるモバイル端末用アンテナ装置に関する。

無線アクセスシステムなどの路車間通信においては、一般的に屋外の電波伝搬環境では電波到来方向は水平方向となることから、車両に搭載される端末局のアンテナの指向性としては水平方向に最大利得が向いていることが求められる。

また、自動車においては、車室外と通信を行うものとして、ＥＴＣ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｔｏｌｌ Ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ）やＶＩＣＳ（Ｖｅｈｉｃｌｅ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ）などがあり、これらに対応した複数のアンテナが必要となってくる。このため、車両搭載用アンテナ装置としては、車室内の美観を損なわないような小型なアンテナであることが望ましい。

これまで、この種のアンテナとして、逆Ｆアンテナ（平衡給電型板状逆Ｆアンテナ）が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この逆Ｆアンテナは、互いに所定の間隔を置いて面対向して平行に配置された２枚のプレートと、前記プレートの端部に垂直に配置された垂直整合板と、前記垂直整合板と平行で前記プレートの中間部に互いに対向方向に垂直に配置された垂直給電部とから構成される。このような構成の逆Ｆアンテナは、接地導体板を使用しない平衡型アンテナとして動作するので、水平方向にピーク利得を持つとともに、小型にすることができる。また、この逆Ｆアンテナは、自動車のルームミラーの裏側に設置することで、水平面内は実質的に無指向性とすることができる。

また、この種の他のアンテナとして、ルームミラーのステーに凹部を設けてアンテナを内蔵し、アンテナの取付角度を調整できる角度調整機構を設けたものが提案されている（例えば、特許文献２参照）。このような構成のルームミラー内蔵アンテナは、受信感度の良い方向へアンテナを向けることができ、安定した通信を行うことができる。

一方で、上記路車間通信以外で無線ＬＡＮなどの屋内通信においては、例えば、ノートパソコンに挿入して使用されるモバイルカード端末を用いた無線通信が考えられる。この場合、モバイルカード端末に搭載されるアンテナとしては、生産性や持ち運びの観点から平面構造であることが望ましい。

また、一般にノートパソコンは机上において使用されることを考えると、モバイルカード端末の平面アンテナが実装される面は天井方向に向けられるため、アンテナの指向性としては天井方向から水平方向へチルトした（傾いた）方向に最大利得が向いていることが求められる。

これまで、この種のアンテナとして、パッチ八木・宇田アレーアンテナが提案されている（例えば、特許文献３参照）。このアンテナは、給電素子であるパッチアンテナに隣接して無給電パッチ素子を複数配置することで、八木・宇田アレーとして動作する。このとき、垂直面の仰角θが６０度の方向に主ビームが形成される。
特開平８−２３７０１９号公報 特開２００２−３３７６１２号公報 特開２００３−１４２９１９号公報

しかしながら、特許文献１記載の逆Ｆアンテナは、立体的で複雑な構成であることから、アンテナ装置の製造が困難であるという問題がある。また、特許文献１に記載の逆Ｆアンテナは、水平方向にピーク利得がある８の字の放射パターンであり、さらに水平面において無指向性である。このため、特許文献１記載の逆Ｆアンテナは、路側との通信を行う方向以外にも指向性が向けられていることから、マルチパス波の影響を受けやすく、通信品質が劣化しやすいという問題がある。

また、特許文献２記載のルームミラー内蔵アンテナは、アンテナの取付角度を調整することでアンテナの最大放射方向を水平方向に向けることはできるが、アンテナの取付角度を調整するための角度調整機構が必要であることから、構造が複雑となり、生産性が低下するという問題がある。

また、特許文献３記載のパッチ八木・宇田アレーアンテナは、アンテナ素子として一辺が約１／２波長のパッチを複数用いているため、平面寸法が大きくなるという問題がある。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、小型な平面構造で、かつ生産性に優れ、鉛直方向から水平方向にチルトした主ビームを形成することのできるアンテナ装置を提供することを目的とする。

かかる課題を解決するため、本発明のアンテナ装置は、車両内のフロントガラス近傍に配置された金属材料からなるルームミラーと、金属材料で形成され、前記ルームミラーから所定の間隔を隔てて設けられた導体板と、前記導体板に設けられた第１放射源及び第２放射源と、前記第１放射源及び第２放射源に位相差を設けて励振する励振手段と、を具備する構成を採る。

この構成によれば、第１放射源と第２放射源とに位相差を設けて励振すると、ルームミラーが反射板として動作し、第１放射源及び第２放射源からの放射とルームミラーからの放射とを合成することにより、鉛直方向から水平方向にチルトした主ビームを形成することができ、小型な平面構造で、かつ生産性に優れたアンテナ装置を実現するこができる。

本発明によれば、小型な平面構造で、かつ生産性に優れ、鉛直方向から水平方向にチルトした主ビームを形成することができる。

以下、本発明の実施の形態に係るアンテナ装置について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において同一の構成または機能を有する構成要素及び相当部分には、同一の符号を付してその説明は繰り返さない。

（実施の形態１）
本発明の実施の形態１に係る車両搭載用アンテナ装置を図１から図７を用いて説明する。図１（ａ）は、本発明の実施の形態１に係る車両搭載用アンテナ装置の実装構造を示す概略斜視図、図１（ｂ）は、前記車両搭載用アンテナ装置の実装構造を示す分解斜視図である。図２は、本発明の実施の形態１に係る車両搭載用アンテナ装置の設置状態を示す概略側面図である。

図１（ａ），（ｂ）及び図２に示すように、本発明の実施の形態１に係る車両搭載用アンテナ装置は、ルームミラー１０１にアンテナ１０５を配設した構成を有している。

図１及び図２において、ルームミラー１０１は、支持ステー１０２、ミラーケース１０３、ミラー１０４から構成されている。支持ステー１０２は、例えば、フロントガラス近傍の車室内の天井１０７に固定されている。ミラーケース１０３は、一般的に樹脂で形成された凹型形状の構造で、支持ステー１０２により支持されている。ミラー１０４は、例えば、ステンレスなどの金属材料で形成されており、ミラーケース１０３の凹部を覆うようにミラーケース１０３に取り付けられている。

アンテナ１０５は、図２に示すように、ミラーケース１０３内部の底面に、ミラー１０４から間隔ｈを隔てた位置に配置されている。このアンテナ１０５は、例えば、マイクロストリップラインや同軸線路などにより送受信回路１０６に接続されている。

送受信回路１０６は、変復調部や制御部などにより構成されており、アンテナ１０５と同様にミラーケース１０３内部の底面に配置されている。また、図示はしていないが、送受信回路１０６には、ケーブルやＢｌｕｅｔｏｏｔｈなどの無線通信手段を介してナビゲーション装置や情報通信端末などが接続される。

次に、図３を用いてアンテナ１０５の構成を詳細に説明する。図３（ａ）は、本実施の形態１に係る車両搭載用アンテナ装置のアンテナの表面図、図３（ｂ）は、前記アンテナの裏面図である。ここでは、アンテナ１０５の動作周波数を５ＧＨｚとして説明する。

図３（ａ），（ｂ）において、アンテナ１０５は、例えば、基板１０８の表面に銅箔を切削して形成された２つのスロット素子１０９ａ及び１０９ｂと、基板１０８の裏面に銅箔で形成されたマイクロストリップライン１１０ａ及び１１０ｂとから構成される。

基板１０８は、比誘電率εｒが例えば２．６で、厚さが１．６ｍｍである両面銅張誘電体基板であり、寸法は４６ｍｍ×４６ｍｍ（０．７７波長×０．７７波長）であり、ミラーケース１０３に内蔵可能な大きさに形成されている。スロット素子１０９ａ及び１０９ｂは、例えば、長さが１８．５ｍｍ（約０．５波長）、幅が１ｍｍであり、素子間隔ｄを２０ｍｍとして平行に配置される。

マイクロストリップライン１１０ａ及び１１０ｂは、Ｔ字型の分岐回路を構成しており、マイクロストリップライン１１０ｂはスロット素子１０９ａ及び１０９ｂのほぼ中央を通過するように配置される。このように構成することにより、マイクロストリップライン１１０ｂとスロット素子１０９ａ及び１０９ｂは、電磁界的に結合される。このとき、マイクロストリップライン１１０ｂの先端からスロット素子１０９ａ及び１０９ｂとの結合部までの長さを調整することで、インピーダンス整合をとることができる。

次に、上述した構成を有するアンテナ１０５の送信時の動作について説明する。送受信回路１０６から出力された信号は、マイクロストリップライン１１０ａ及び１１０ｂを介して、スロット素子１０９ａ及び１０９ｂに入力される。マイクロストリップライン１１０ａは、マイクロストリップライン１１０ｂの中央から距離ｓずらして接続されている。これにより、スロット素子１０９ａとスロット素子１０９ｂとは、位相差が生じて励振される。例えば、図３（ｂ）において、距離ｓを４．５ｍｍに設定すると、スロット素子１０９ａはスロット素子１０９ｂに比べて位相が約１００度進んで励振される。

アンテナ１０５は、ミラー１０４から間隔ｈ、例えば１５ｍｍだけ離れて配置されている。これにより、ミラー１０４は反射板として動作する。従って、本実施の形態１に係る車両搭載用アンテナ装置においては、反射板の効果を写像の原理によりモデル化し、イメージ波源からの放射とスロット素子１０９ａ及び１０９ｂからの放射を合成することにより、＋Ｚ方向から−Ｙ側へ３０度チルトした方向に主ビームが形成されることになる。

ここで、ミラーケース１０３及びミラー１０４を含めたルームミラー１０１のミラー部は、角度αだけ傾いて設置されている。このミラー部の角度αを３０度程度と仮定すると、ミラーケース１０３に内蔵されたアンテナ１０５の主ビームは、車両前方の水平方向に向けられることになる。

図４（ａ），（ｂ）は、本発明の実施の形態１に係る車両搭載用アンテナ装置の指向性を示すグラフであって、アンテナ１０５とミラー１０４との間隔ｈを１５ｍｍとしたときの指向性を示している。また、図４（ａ）は、垂直（ＹＺ）面の指向性、図４（ｂ）は、仰角θが３０度における円錐面の指向性を示している。

図４（ａ）において、指向性１１１は、垂直偏波Ｅθ成分の指向性を示しており、仰角θが３０度の方向へチルトした主ビームが得られていることが確認できる。また、図４（ｂ）において、指向性１１２は、指向性１１１と同様に垂直偏波Ｅθ成分の指向性を示しており、主ビームが−Ｙ方向へ向いていることが確認できる。このとき、主ビームの指向性利得は９．２ｄＢｉ、円錐面パターンの半値角は９５度、Ｆ／Ｂ比は１０ｄＢである。

以上のように、本実施の形態１に係る車両搭載用アンテナ装置によれば、２つのスロット素子１０９ａ及び１０９ｂで構成されたビーム傾斜型のアンテナ１０５をルームミラー１０１のミラーケース１０３の内部にミラー１０４から所定の間隔ｈを隔てて配置することで、車両前方との路車間通信に適した水平方向の主ビームを有した小型で平面な構成のルームミラー内蔵アンテナを実現することができる。

なお、本実施の形態１に係る車両搭載用アンテナ装置では、２つのスロット素子１０９ａ及び１０９ｂを所定の間隔ｈを隔てて位相差給電するアンテナ構成について説明したが、図５（ａ），（ｂ）に示すような迂回素子１１５ａ及び１１５ｂを有したループ構造のアンテナ構成としても同様な効果が得られる。

次に、この図５（ａ），（ｂ）に示す車両搭載用アンテナ装置について説明する。図５（ａ）は、本発明の実施の形態１に係る他の車両搭載用アンテナ装置の実装構造を示す概略斜視図、（ｂ）は、前記他の車両搭載用アンテナ装置の実装構造を示す分解斜視図である。図６（ａ）は、図５（ａ），（ｂ）に示した車両搭載用アンテナ装置のアンテナの表面図、（ｂ）は、前記アンテナの裏面図である。

図５（ａ），（ｂ）に示す車両搭載用アンテナ装置のアンテナ１１３は、図６（ａ），（ｂ）に示すように、一辺が約３分の１波長の矩形状のループ素子１１４の一組の頂点に全長が約４分の１波長の迂回素子１１５ａ及び１１５ｂが装荷された構成をしている。アンテナ１１３は、誘電体基板１０８の裏面に形成されたマイクロストリップライン１１６によってループ素子１１４の迂回素子１１５ａ及び１１５ｂが装荷されていない頂点から電磁界結合によって給電される。

次に、上述した構成を有するアンテナ１１３の送信時の動作について説明する。送受信回路１０６から出力された信号は、マイクロストリップライン１１６を介してループ素子１１４に入力される。このとき、アンテナ１１３は、迂回素子１１５ａ及び１１５ｂによりループ素子１１４の迂回素子１１５ａ及び１１５ｂが装荷されていない対向する頂点において電流振幅がピーク値をとり、それらのピーク点間において電流位相差が生じて励振される。また、アンテナ１１３は、ミラー１０４から所定の間隔を隔てて配置されることにより、ミラー１０４は反射板として動作する。従って、反射板の効果を写像の原理によりモデル化し、イメージ波源からの放射とループ素子１１４の頂点からの放射を合成することにより、＋Ｚ方向から−Ｙ側へ３０度チルトした方向に主ビームが形成されることになる。

図７（ａ），（ｂ）は、図５（ａ），（ｂ）に示した車両搭載用アンテナ装置の指向性を示すグラフであって、アンテナ１１３とミラー１０４との間隔を１５ｍｍとしたときのアンテナ１１３の指向性を示している。図７（ａ）において、指向性１１７は、垂直偏波Ｅθ成分の指向性を示しており、図４（ａ），（ｂ）に示すアンテナ１０５のときと同様に、仰角θが３０度の方向へチルトした主ビームが得られていることが確認できる。また、図７（ｂ）において、指向性１１８は、指向性１１７と同様に垂直偏波Ｅθ成分の指向性を示しており、主ビームが−Ｙ方向へ向いていることが確認できる。このとき、主ビームの指向性利得は８．８ｄＢｉ、円錐面パターンの半値角は６５度、Ｆ／Ｂ比は９ｄＢである。

なお、本実施の形態１に係る車両搭載用アンテナ装置では、ルームミラー１０１のミラー部の傾斜角を３０度と仮定したため、ミラー１０４からアンテナ１０１，１１３までの距離ｈを１５ｍｍとして説明したが、距離ｈを変化させることで主ビームのチルト角を変化させることができるので、主ビームが水平方向に放射されるようにルームミラー１０１のミラー部の傾斜角に合わせて距離ｈを設計すれば、同様の効果が得られる。

（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２に係る車両搭載用アンテナ装置について図８から図１０を用いて説明する。図８（ａ）は、本発明の実施の形態２に係る車両搭載用アンテナ装置の実装構造を示す概略斜視図、（ｂ）は、前記車両搭載用アンテナ装置の実装構造を示す分解斜視図である。図８から図１０において、実施の形態１に係る車両搭載用アンテナ装置と共通する構成要素には同一の符号を付し、その詳しい説明は省略する。

本発明の実施の形態２に係る車両搭載用アンテナ装置は、図８（ａ），（ｂ）及び図９に示すように、アンテナ１０５をリアアンダーミラー１１９に内蔵した構成を有している。リアアンダーミラー１１９は、支持アーム１２０、ミラーケース１２１、ミラー１２２から構成されている。

図８（ａ），（ｂ）及び図９において、支持アーム１２０は、車室後部のリアガラス１２３あるいはルーフ１２４に固定されている。ミラーケース１２１は、一般的に樹脂で形成された凹型形状の構造で、支持アーム１２０により支持されている。ミラー１２２は、例えば、ステンレスなどの金属材料で形成されており、ミラーケース１２１の凹部を覆うようにミラーケース１２１に取り付けられている。このように構成されたリアアンダーミラー１１９は、水平方向に対して角度αだけ傾いて設置される。

アンテナ１０５は、ミラー１２２から間隔ｈ離れたミラーケース１２１内部の底面に配置される。アンテナ１０５の構成については、実施の形態１で示した構成と同様であるので、ここでの説明を省略する。

ここで、リアアンダーミラー１１９の設置角度αが４５度程度であると仮定すると、アンテナ１０５の動作周波数を５ＧＨｚとした場合、アンテナ１０５とミラー１２２の間隔ｈを２５ｍｍに設定することでアンテナ１０５の主ビームは＋Ｚ方向から−Ｙ側へ４５度チルトした方向に形成される。これにより、アンテナ１０５の主ビームは、車両後方の水平方向に向けられる。

図１０は、（ａ），（ｂ）は、本発明の実施の形態２に係る車両搭載用アンテナ装置の指向性を示すグラフであって、アンテナ１０５とミラー１２２との間隔ｈを２５ｍｍとしたときの指向性を示している。また、図１０（ａ）は、垂直（ＹＺ）面の指向性、図１０（ｂ）は、仰角θが４５度における円錐面の指向性を示している。

図１０（ａ）において、指向性１２５は、垂直偏波Ｅθ成分の指向性を示しており、仰角θが４５度の方向へチルトした主ビームが得られていることが確認できる。また、図１０（ｂ）において、指向性１２６は、指向性１２５と同様に垂直偏波Ｅθ成分の指向性を示しており、主ビームが−Ｙ方向へ向いていることが確認できる。このとき、主ビームの指向性利得は１０．２ｄＢｉ、円錐面パターンの半値角は８０度、Ｆ／Ｂ比は１０ｄＢである。

このように構成されたリアアンダーミラー１１９に内蔵されたアンテナ１０５と、実施の形態１で説明したルームミラー１０１に内蔵されたアンテナ１０５とを組み合わせることで、車両の前方と後方において通信が可能となり、通信領域を拡大することができる。 例えば、電柱に取り付けられた固定局との通信において、移動中の車両の前方に前記電柱があるときは、ルームミラー１０１に内蔵されたアンテナ１０５により通信が可能となり、移動中の車両の後方に前記電柱があるときは、リアアンダーミラー１１９に内蔵されたアンテナ１０５により通信が可能となる。

以上のように、本実施の形態２に係る車両搭載用アンテナ装置よれば、実施の形態１で説明したアンテナ１０５をリアアンダーミラー１１９のミラーケース１２１の内部に、ミラー１２２から所定の間隔ｈを隔てて配置することで、車両後方との路車間通信に適した水平方向の主ビームを有した小型で平面な構成のリアアンダーミラー内蔵アンテナを実現することができる。

また、本実施の形態２に係る車両搭載用アンテナ装置よれば、そのリアアンダーミラー内蔵アンテナと、実施の形態１に係る車両搭載用アンテナ装置で説明したルームミラー内蔵アンテナと、を組み合わせることで、車両の前方と後方において通信が可能となり、通信領域を拡大することができる。

なお、本実施の形態２に係る車両搭載用アンテナ装置では、実施の形態１に係る車両搭載用アンテナ装置と同じように、図６に示すような迂回素子１１５ａ，１１５ｂを有したループ構造のアンテナを用いても同様な効果が得られる。

（実施の形態３）
次に、本発明の実施の形態３に係る車両搭載用アンテナ装置について図１１から図１４を用いて説明する。図１１は、本発明の実施の形態３に係る他の車両搭載用アンテナ装置の実装構造を示す分解斜視図である。図１１から図１４において、実施の形態１に係る車両搭載用アンテナ装置と共通する構成要素には同一の符号を付し、その詳しい説明は省略する。

本発明の実施の形態３に係る車両搭載用アンテナ装置は、ルームミラー１０１にアンテナ１２７を内蔵させた構成を有している。図１１及び図１２（ａ），（ｂ）に示すように、アンテナ１２７は、ミラー１０４から間隔ｈを隔ててミラーケース１０３内部の底面に配置される。また、アンテナ１２７は、高周波スイッチ１２８を介して、送受信回路１０６に接続される。高周波スイッチ１２８は、例えば、１つの入力端子と２つの出力端子を有するＳＰＤＴ（Single Pole Double Throw）スイッチからなり、その入力端子が送受信回路１０６に接続され、その出力端子がアンテナ１２７に接続される。

次に、図１２（ａ），（ｂ）を用いてアンテナ１２７の構成について説明する。図１２（ａ）は、本発明の実施の形態３に係る車両搭載用アンテナ装置のアンテナの表面図、図１２（ｂ）は、前記アンテナの裏面図である。なお、ここでは、実施の形態１に係る車両搭載用アンテナ装置で説明したアンテナ１０５と異なるマイクロストリップライン部分についてのみ説明する。また、アンテナ１２７の動作周波数を５ＧＨｚとして説明する。

図１２（ａ），（ｂ）において、マイクロストリップライン１２９ａ，１２９ｂ，１２９ｃは、π字型の分岐回路を構成している。マイクロストリップライン１２９ａは、マイクロストリップライン１２９ｃの中心からスロット素子１０９ａ側に距離ｓずらして接続され、マイクロストリップライン１２９ｂは、スロット素子１０９ｂ側に距離ｓずらして接続される。マイクロストリップ１２９ｃは、スロット素子１０９ａ及び１０９ｂのほぼ中央を通過するように配置され、マイクロストリップライン１２９ｃとスロット素子１０９ａ及び１０９ｂとは、電磁界的に結合される。

次に、上述のような構成を有するアンテナ１２７において、高周波スイッチ１２８により送受信回路１０６とマイクロストリップライン１２９ａが接続された場合の動作について説明する。

図１１及び図１２（ａ），（ｂ）において、送受信回路１０６から出力された信号は、マイクロストリップライン１２９ａ及び１２９ｃを介して、スロット素子１０９ａ及び１０９ｂに入力される。マイクロストリップライン１２９ａは、マイクロストリップライン１２９ｂの中央から距離ｓずらして接続されていることにより、スロット素子１０９ａとスロット素子１０９ｂとは位相差が生じて励振される。

このとき、高周波スイッチ１２８のマイクロストリップライン１２９ｂの端子がオープンと仮定すると、マイクロストリップライン１２９ｂとマイクロストリップライン１２９ｃとの接続部から高周波スイッチ１２８の端子までの長さを２分の１波長の整数倍とすることで、マイクロストリップライン１２９ｂとマイクロストリップライン１２９ｃとの接続部において、オープンとなり、マイクロストリップライン１２９ｂの影響を無視することができる。

ここで、例えば、距離ｓを４．５ｍｍに設定すると、スロット素子１０９ａはスロット素子１０９ｂに比べて位相が約１００度進んで励振されるため、反射板の効果を有するミラー１０４の影響を考慮すると、＋Ｚ方向から−Ｙ側へチルトした方向へ主ビームが形成されることになる。

同様に、高周波スイッチ１２８により送受信回路１０６とマイクロストリップライン１２９ｂが接続された場合についても、マイクロストリップライン１２９ａとマイクロストリップライン１２９ｃとの接続部から高周波スイッチ１２８の端子までの長さを２分の１波長の整数倍とすることで、スロット素子１０９ｂはスロット素子１０９ａに比べて位相が進んで励振されるため、＋Ｚ方向から＋Ｙ側へチルトした方向へ主ビームが形成されることになる。

ここで、ルームミラーの設置角度αが３０度程度と仮定すると、マイクロストリップライン１２９ａから励振される場合、水平方向に主ビームが向けられ、マイクロストリップライン１２９ｂから励振される場合、水平方向から６０度上方に傾いた方向に主ビームが向けられる。従って、本実施の形態３に係る車両搭載用アンテナ装置においては、受信感度が良好なビームを選択制御することで通信品質を向上することができる。

図１３（ａ），（ｂ）は、間隔ｈが１５ｍｍとしたときの指向性を示す図であって、図１３（ａ）は、垂直（ＹＺ）面の指向性、図１３（ｂ）は、仰角θが３０度における円錐面の指向性を示している。

図１３（ａ），（ｂ）において、指向性１３０ａ及び１３１ａは、マイクロストリップライン１２９ａから励振した場合の垂直偏波Ｅθ成分の指向性を示しており、指向性１３０ｂ及び１３１ｂは、マイクロストリップライン１２９ｂから励振した場合の垂直偏波Ｅθ成分の指向性を示している。これらの指向性から、仰角θが３０度の方向へチルトした主ビームが得られていることが確認でき、高周波スイッチ１２８により主ビーム方向を切り替えることができると言える。このとき、主ビームの指向性利得は９．２ｄＢｉ、円錐面パターンの半値角は９５度、Ｆ／Ｂ比は１０ｄＢである。

上述のように、本実施の形態３に係る車両搭載用アンテナ装置によれば、実施の形態１に係る車両搭載用アンテナ装置で説明したルームミラー内蔵アンテナにビーム切替手段を設けて車両前方において水平方向と斜め上方向に主ビームを切り替えることで、通信品質を向上することができる。

なお、本実施の形態３に係る車両搭載用アンテナ装置では、実施の形態１３に係る車両搭載用アンテナ装置と同じように、図１４（ａ），（ｂ）に示すような迂回素子を有したループ構造のアンテナ１３２を用いても同様な効果が得られる。このアンテナ１３２は、ループ素子の対角の頂点に実装された２つのマイクロストリップラインから電磁界結合によって給電され、マイクロストリップラインを高周波スイッチ１２８によって切替励振することで、主ビーム方向を切り替えることができる。

（実施の形態４）
次に、本発明の実施の形態４に係る車両搭載用アンテナ装置について図１５から図１８を用いて説明する。図１５（ａ）は、本発明の実施の形態４に係る車両搭載用アンテナ装置の実装構造を示す概略斜視図、（ｂ）は、前記車両搭載用アンテナ装置の実装構造を示す分解斜視図である。図１５から図１８において、実施の形態１から実施の形態３に係る車両搭載用アンテナ装置と共通する構成要素には同一の符号を付し、その詳しい説明は省略する。

本実施の形態４に係る車両搭載用アンテナ装置は、実施の形態３に係る車両搭載用アンテナ装置のアンテナ１２７をアンテナ１３３に変更した構成をしているので、アンテナ１３３の構成のみについて図１６（ａ），（ｂ）を用いて詳細に説明する。ここでは、アンテナ１３３の動作周波数を５ＧＨｚとして説明する。

図１６（ａ）は、本発明の実施の形態４に係る車両搭載用アンテナ装置のアンテナの表面図、（ｂ）は、前記アンテナの裏面図である。本実施の形態４に係る車両搭載用アンテナ装置のアンテナ１３３は、実施の形態３のアンテナ１２７に２つのスロット素子１３４ａ及び１３４ｂを追加した構成を有している。

図１６（ａ），（ｂ）において、スロット素子１３４ａ及び１３４ｂは、スロット素子１０９ａ及び１０９ｂと同様に、基板１０８の表面に銅箔を切削し形成され、スロット素子１０９ａ及び１０９ｂと直交するように所定の間隔を隔てて配置されている。このとき、スロット素子１０９ａ，１０９ｂ，１３４ａ，１３４ｂは、正方形状に配置される。

このアンテナ１３３のマイクロストリップライン１３５ａ，１３５ｂ，１３５ｃ，１３５ｄは、基板１０８の裏面に銅箔で形成される。マイクロストリップライン１３５ａは、スロット素子１０９ａと交差するように形成されたＬ字型の銅箔パターンで、スロット素子１０９ａと電磁界的に結合されており、一端が高周波スイッチ１３７ａに接続されている。このアンテナ１３３は、マイクロストリップライン１３５ａの開放端からスロット素子１０９ａとの結合部までの長さを調整することで、インピーダンス整合をとることができる。同様にして、マイクロストリップライン１３５ａ，１３５ｂ，１３５ｃ，１３５ｄは、スロット素子１０９ｂ，１３４ａ及び１３４ｂとそれぞれ交差するように形成されたＬ字型の銅箔パターンで、スロット素子１０９ｂ、１３４ａ及び１３４ｂと電磁界的に結合される。マイクロストリップライン１３５ｃは、マイクロストリップライン１３５ａと同様に、一端が高周波スイッチ１３７ａに接続され、マイクロストリップライン１３５ｂ及び１３５ｄは、一端が高周波スイッチ１３７ｂに接続されている。

マイクロストリップライン１３６ａ，１３６ｂ，１３６ｃは、実施の形態３に係る車両搭載用アンテナ装置のアンテナ１２７のマイクロストリップライン１２９ａ，１２９ｂ，１２９ｃと同じように、π字型の分岐回路を構成している。マイクロストリップライン１３６ａは、マイクロストリップライン１３６ｃの中心から高周波スイッチ１３７ａ側に距離ｓずらして接続され、マイクロストリップライン１３６ｂは高周波スイッチ１３７ｂ側に距離ｓずらして接続される。マイクロストリップ１３６ｃの先端は、高周波スイッチ１３７ａ及び１３７ｂにそれぞれ接続される。

高周波スイッチ１３７ａ及び１３７ｂは、例えば、ＳＰＤＴスイッチである。高周波スイッチ１３７ａの入力端子は、マイクロストリップライン１３６ｃ、出力端子は、マイクロストリップライン１３５ａ及び１３５ｃにそれぞれ接続されている。また、高周波スイッチ１３７ｂの入力端子は、マイクロストリップライン１３６ｃ、出力端子は、マイクロストリップライン１３５ｂ及び１３５ｄにそれぞれ接続されている。

次に、上述した構成を有する本実施の形態４に係る車両搭載用アンテナ装置の動作について説明する。以下、アンテナ１３３の動作周波数を５ＧＨｚとして説明する。

図１６（ａ），（ｂ）において、まず、高周波スイッチ１３７aは、マイクロストリップライン１３５ａとマイクロストリップライン１３６ｃとが接続されるように、また高周波スイッチ１３７ｂは、マイクロストリップライン１３５ｂとマイクロストリップライン１３６ｃとが接続されるように動作する場合は、実施の形態３に係る車両搭載用アンテナ装置で説明した場合と同様に、スロット素子１０９ａ及び１０９ｂが励振される。高周波スイッチ１２８により送受信回路１０６とマイクロストリップライン１３６ａが接続された場合について説明すると、マイクロストリップライン１３６ａは、マイクロストリップライン１３６ｃの中央から距離ｓずらして接続されているため、スロット素子１０９ａとスロット素子１０９ｂとは位相差が生じて励振される。例えば、距離ｓを４．５ｍｍに設定すると、スロット素子１０９ａは、スロット素子１０９ｂに比べて位相が約１００度進んで励振されるため、＋Ｚ方向から−Ｙ側へチルトした方向へ主ビームが形成されることになる。同様にして、高周波スイッチ１２８により送受信回路１０６とマイクロストリップライン１３６ｂが接続された場合は、スロット素子１０９ｂはスロット素子１０９ａに比べて位相が約１００度進んで励振されるため、＋Ｚ方向から＋Ｙ側へチルトした方向へ主ビームが形成されることになる。

次に、高周波スイッチ１３７aは、マイクロストリップライン１３５ｃとマイクロストリップライン１３６ｃとが接続されるように、また高周波スイッチ１３７ｂは、マイクロストリップライン１３５ｄとマイクロストリップライン１３６ｃとが接続されるように動作する場合について説明する。この場合、マイクロストリップライン１３６ａ及び１３６ｂが距離ｓだけずらして接続されているため、スロット素子３４ａとスロット素子３４ｂとは位相差が生じて励振される。高周波スイッチ１２８により送受信回路１０６とマイクロストリップライン１３６ａが接続された場合は、スロット素子１３４ａは、スロット素子１３４ｂに比べて位相が約１００度進んで励振されるため、＋Ｚ方向から−Ｘ側へチルトした方向へ主ビームが形成され、高周波スイッチ１２８により送受信回路１０６とマイクロストリップライン１３６ｂが接続された場合は、スロット素子１３４ｂはスロット素子１３４ａに比べて位相が約１００度進んで励振されるため、＋Ｚ方向から＋Ｘ側へチルトした方向へ主ビームが形成される。

上記のように構成することで、図１７（ａ），（ｂ）に示すように、車両の上下方向及び横方向に主ビームを切り替えることが可能となる。図１７（ａ）は、本発明の実施の形態４に係る車両搭載用アンテナ装置の指向性のイメージを示す車両の概略側面図、図１７（ｂ）は、前記車両搭載用アンテナ装置の指向性のイメージを示す車両の概略平面図である。

図１７（ａ），（ｂ）において、指向性１３８ａ及び１３８ｂは、スロット素子１０９ａ及び１０９ｂを位相差給電した場合の指向性を示している。指向性１３９ａ及び１３１０９ｂは、スロット素子１３４ａ及び１３４ｂを位相差給電した場合の指向性を示している。このように、指向性を車両前方において上下左右に切り替えることができるため、最適なビームを適宜選択することで通信品質を向上することができる。

また、上記構成のアンテナ１３３を、図１８（ａ），（ｂ）に示すように、リアアンダーミラー１４０に内蔵することで、８方向のビーム切替が可能となり、通信品質を更に向上することができる。図１８（ａ）は、本発明の実施の形態４に係る他の車両搭載用アンテナ装置の指向性のイメージを示す車両の概略側面図、図１８（ｂ）は、前記他の車両搭載用アンテナ装置の指向性のイメージを示す車両の概略平面図である。

以上のように、本実施の形態４に係る車両搭載用アンテナ装置によれば、４つのスロット素子を正方形状に配置し、対向する２組のスロット素子にそれぞれ位相差をもたせて励振させることで、車両前方において上下左右の４方向にビームを形成することができる小型で平面な構成のルームミラーまたはリアアンダーミラー内蔵のアンテナを実現できる。

（実施の形態５）
次に、本発明の実施の形態５に係る車両搭載用アンテナ装置について図１９（ａ），（ｂ）及び図２０（ａ），（ｂ）を用いて説明する。図１９（ａ）は、本発明の実施の形態５に係る車両搭載用アンテナ装置の実装構造を示す概略斜視図、図１９（ｂ）は、前記車両搭載用アンテナ装置の実装構造を示す分解斜視図である。図１９（ａ），（ｂ）及び図２０（ａ），（ｂ）において、実施の形態１から実施の形態４に係る車両搭載用アンテナ装置と共通する構成要素には同一の符号を付し、その詳しい説明は省略する。

図１９（ａ），（ｂ）に示すように、本実施の形態５に係る車両搭載用アンテナ装置は、実施の形態１に係る車両搭載用アンテナ装置で説明したアンテナ１０５が、所定の間隔を隔てて２つ配置され、それぞれのアンテナ１０５を高周波スイッチ１４１で切り替えるように構成されている。

このように構成することで、本実施の形態５に係る車両搭載用アンテナ装置においては、空間ダイバーシチの効果が得られ、通信品質を向上することができる。

また、図２０（ａ）は、本発明の実施の形態５に係る他の車両搭載用アンテナ装置の実装構造を示す概略斜視図、図２０（ｂ）は、前記他の車両搭載用アンテナ装置の実装構造を示す分解斜視図である。

図２０（ａ），（ｂ）に示す車両搭載用アンテナ装置は、実施の形態４に係る車両搭載用アンテナ装置で説明したアンテナ１３３が、所定の間隔を隔てて２つ配置され、それぞれのアンテナ１３３を高周波スイッチ１２８及び１４１で切り替えるように構成されている。

このように構成することで、図２０（ａ），（ｂ）に示す車両搭載用アンテナ装置においては、図１９（ａ），（ｂ）に示した車両搭載用アンテナ装置と同様に、空間ダイバーシチの効果が得られ、通信品質を向上することができる。

上述のように、本実施の形態５に係る車両搭載用アンテナ装置によれば、２つのアンテナをルームミラー内部に所定の間隔を隔てて配置して切り替える構造とすることで、空間ダイバーシチの効果を得られ、通信品質を向上することができる。

なお、本実施の形態５に係る車両搭載用アンテナ装置では、スロット素子を位相差給電する方式の車両搭載用アンテナ装置として説明したが、図５（ａ），（ｂ）及び図１４（ａ），（ｂ）に示すような迂回素子を有したループアンテナとしても同様な効果が得られる。

また、本実施の形態５に係る車両搭載用アンテナ装置では、同じ構成のアンテナを所定の間隔を隔てて配置した構成としたが、一方をスロット素子構成、他方を線状素子構成とするようにしてもよい。このような構成の車両搭載用アンテナ装置においては、双対の原理から主偏波が異なるので、偏波ダイバーシチの効果も得ることができる。

また、本実施の形態５に係る車両搭載用アンテナ装置では、ルームミラー内蔵アンテナの場合について説明したが、実施の形態２に係る車両搭載用アンテナ装置に示すように、リアアンダーミラー１２１に２つのアンテナを内蔵させた構成としてもよい。

（実施の形態６）
次に、本発明の実施の形態６に係るモバイル端末用アンテナ装置について図２１（ａ），（ｂ）を用いて説明する。図２１（ａ）は、本発明の実施の形態６に係るモバイル端末用アンテナ装置の実装構造を示す概略斜視図、図２１（ｂ）は、前記モバイル端末用アンテナ装置の実装構造を示す詳細図である。実施の形態１から実施の形態５に係る車両搭載用アンテナ装置と共通する構成要素には同一の符号を付し、その詳しい説明は省略する。ここでは、アンテナ１３３の動作周波数を２５ＧＨｚとして説明する。

図２１（ａ），（ｂ）に示すように、本実施の形態６に係るモバイル端末用アンテナ装置は、実施の形態４に係る車両搭載用アンテナ装置で説明したアンテナ１３３が、例えば、ノートパソコン１４２の側面に形成されているカードスロットに挿入されるモバイルカード端末１４３の表面に実装される。モバイルカード端末は、例えば、ＰＣＭＣＩＡカード、コンパクトフラッシュ（登録商標）カード、ＳＤカードである。このとき、モバイルカード端末１４３の筐体下部は金属材料で形成された導体板１４４であり、アンテナ１３３との間隔ｔは約５ｍｍに設定される。このため、導体板１４４は反射板として動作し、実施の形態４で説明したように対向する２組のスロット素子に位相差をもたせて励振させることで＋Ｚ側から水平方向へチルトした主ビームが形成される。

上記のように構成することで、図２２（ａ），（ｂ）に示すように、天井方向（＋Ｚ方向）から水平方向にチルトした主ビームが形成され、４方向に主ビームを切り替えることが可能となる。図２２（ａ）は、本発明の実施の形態６に係るモバイル端末用アンテナ装置の垂直（ＸＺ）面指向性を示すグラフ、図２２（ｂ）は、垂直（ＹＺ）面指向性を示すグラフである。このように、指向性を４方向に切り替えることができるため、最適なビームを適宜選択することで通信品質を向上することができる。

上述のように、本実施の形態６に係るモバイル端末用アンテナ装置によれば、筐体下部が導体板で形成されたモバイルカード端末の表面に４つのスロット素子を正方形状に配置し、対向する２組のスロット素子にそれぞれ位相差をもたせて励振させることで、天井方向からチルトした方向において４方向にビームを形成することができる小型で平面な構成のモバイル端末内蔵のアンテナを実現できる。

なお、本実施の形態６に係るモバイル端末用アンテナ装置では、スロット素子を位相差給電する方式の車両搭載用アンテナ装置として説明したが、図５（ａ），（ｂ）及び図１４（ａ），（ｂ）に示すような迂回素子を有したループアンテナを複数配列した構成としても同様な効果が得られる。

本発明に係るアンテナ装置は、小型な平面構造で、かつ生産性に優れ、鉛直方向から水平方向にチルトした主ビームを形成することができ、路車間通信における車両搭載用アンテナ装置及び近距離通信におけるモバイル端末用アンテナ装置として有用である。

（ａ）は、本発明の実施の形態１に係る車両搭載用アンテナ装置の実装構造を示す概略斜視図、（ｂ）は、前記車両搭載用アンテナ装置の実装構造を示す分解斜視図 本発明の実施の形態１に係る車両搭載用アンテナ装置の設置状態を示す概略側面図 （ａ）は、本発明の実施の形態１に係る車両搭載用アンテナ装置のアンテナの表面図、（ｂ）は、前記アンテナの裏面図 （ａ）は、本発明の実施の形態１に係る車両搭載用アンテナ装置の指向性を示すグラフ、（ｂ）は、前記車両搭載用アンテナ装置の他の指向性を示すグラフ （ａ）は、本発明の実施の形態１に係る他の車両搭載用アンテナ装置の実装構造を示す概略斜視図、（ｂ）は、前記他の車両搭載用アンテナ装置の実装構造を示す分解斜視図 （ａ）は、図５（ａ），（ｂ）に示した車両搭載用アンテナ装置のアンテナの表面図、（ｂ）は、前記アンテナの裏面図 （ａ）は、図５（ａ），（ｂ）に示した車両搭載用アンテナ装置の指向性を示すグラフ、（ｂ）は、前記車両搭載用アンテナ装置の他の指向性を示すグラフ （ａ）は、本発明の実施の形態２に係る車両搭載用アンテナ装置の実装構造を示す概略斜視図、（ｂ）は、前記車両搭載用アンテナ装置の実装構造を示す分解斜視図 本発明の実施の形態２に係る車両搭載用アンテナ装置の設置状態を示す概略側面図 （ａ）は、本発明の実施の形態２に係る車両搭載用アンテナ装置の指向性を示すグラフ、（ｂ）は、前記車両搭載用アンテナ装置の他の指向性を示すグラフ 本発明の実施の形態３に係る車両搭載用アンテナ装置の実装構造を示す分解斜視図 （ａ）は、本発明の実施の形態３に係る車両搭載用アンテナ装置のアンテナの表面図、（ｂ）は、前記アンテナの裏面図 （ａ）は、本発明の実施の形態３に係る車両搭載用アンテナ装置の指向性を示すグラフ、（ｂ）は、前記車両搭載用アンテナ装置の他の指向性を示すグラフ （ａ）は、本発明の実施の形態３に係る他の車両搭載用アンテナ装置の実装構造を示す概略斜視図、（ｂ）は、前記他の車両搭載用アンテナ装置の実装構造を示す分解斜視図 （ａ）は、本発明の実施の形態４に係る車両搭載用アンテナ装置の実装構造を示す概略斜視図、（ｂ）は、前記車両搭載用アンテナ装置の実装構造を示す分解斜視図 （ａ）は、本発明の実施の形態４に係る車両搭載用アンテナ装置のアンテナの表面図、（ｂ）は、前記アンテナの裏面図 （ａ）は、本発明の実施の形態４に係る車両搭載用アンテナ装置の指向性のイメージを示す車両の概略側面図、（ｂ）は、前記車両搭載用アンテナ装置の指向性のイメージを示す車両の概略平面図 （ａ）は、本発明の実施の形態４に係る他の車両搭載用アンテナ装置の指向性のイメージを示す車両の概略側面図、（ｂ）は、前記他の車両搭載用アンテナ装置の指向性のイメージを示す車両の概略平面図 （ａ）は、本発明の実施の形態５に係る車両搭載用アンテナ装置の実装構造を示す概略斜視図、（ｂ）は、前記車両搭載用アンテナ装置の実装構造を示す分解斜視図 （ａ）は、本発明の実施の形態５に係る他の車両搭載用アンテナ装置の実装構造を示す概略斜視図、（ｂ）は、前記他の車両搭載用アンテナ装置の実装構造を示す分解斜視図 （ａ）は、本発明の実施の形態６に係るモバイル端末用アンテナ装置の実装構造を示す概略斜視図、（ｂ）は、前記モバイル端末用アンテナ装置の実装構造を示す詳細図 （ａ）は、本発明の実施の形態６に係るモバイル端末用アンテナ装置の垂直（ＸＺ）面指向性を示すグラフ、（ｂ）は、前記モバイル端末用アンテナ装置の垂直（ＹＺ）面指向性を示すグラフ

符号の説明

１０１ ルームミラー
１０２ 支持ステー
１０３ ミラーケース
１０４ ミラー
１０５，１１３ アンテナ
１０６ 送受信回路
１０７ 天井
１０８ 基板
１０９ａ，１０９ｂ スロット素子
１１０ａ，１１０ｂ，１１６ マイクロストリップライン
１１１，１１２，１１７，１１８ 指向性
１１４ ループ素子
１１５ａ，１１５ｂ 迂回素子
１１９ リアアンダーミラー
１２０ 支持アーム
１２１ ミラーケース
１２２ ミラー
１２３ リアガラス
１２４ ルーフ
１２５，１２６ 指向性
１２７ アンテナ
１２８ 高周波スイッチ
１２９ａ，１２９ｂ，１２９ｃ マイクロストリップライン
１３０ａ，１３０ｂ，１３１ａ，１３１ｂ 指向性
１３２ アンテナ
１３３ アンテナ
１３４ａ，１３４ｂ スロット素子
１３５ａ，１３５ｂ，１３５ｃ，１３５ｄ マイクロストリップライン
１３６ａ，１３６ｂ，１３６ｃ マイクロストリップライン
１３７ａ，１３７ｂ 高周波スイッチ
１３８ａ，１３８ｂ，１３９ａ，１３９ｂ 指向性
１４０ リアアンダーミラー
１４１ 高周波スイッチ
１４２ ノートパソコン
１４３ モバイルカード端末
１４４ 導体板

Claims (10)

1. 車両内のフロントガラス近傍に配置された金属材料からなるルームミラーと、
   金属材料で形成され、前記ルームミラーから所定の間隔を隔てて設けられた導体板と、
   前記導体板に設けられた第１放射源及び第２放射源と、
   前記第１放射源及び第２放射源に位相差を設けて励振する励振手段と、
   を具備することを特徴とするアンテナ装置。
2. 車両後部に設置された金属材料からなるリアアンダーミラーと、
   金属材料で形成され、前記リアアンダーミラーから所定の間隔を隔てて設けられた導体板と、
   前記導体板に設けられた第１放射源及び第２放射源と、
   前記第１放射源及び第２放射源に位相差を設けて励振する励振手段と、
   を具備することを特徴とするアンテナ装置。
3. 一面が金属材料で形成されたカード型の端末無線機と、
   前記カード型端末無線機の他面に設けられた第１放射源及び第２放射源と、
   前記第１放射源及び第２放射源に位相差を設けて励振する励振手段と、
   を具備することを特徴とするアンテナ装置。
4. 前記第１放射源及び第２放射源は、前記導体板に互いに平行に形成された第１スロット素子及び第２スロット素子であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載のアンテナ装置。
5. 前記第１スロット素子と直交するように形成された第３スロット素子と、
   前記第３スロット素子と平行に形成された第４スロット素子と、を具備することを特徴とする請求項４に記載のアンテナ装置。
6. 前記第１放射源及び第２放射源は、全長が使用周波数の略４分の１波長の迂回素子を対向する２つの頂点に有する矩形状のループアンテナであることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載のアンテナ装置。
7. 前記励振手段は、対向するスロット素子を励振する位相を切り替えることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載のアンテナ装置。
8. 請求項１から請求項７のいずれかに記載のアンテナ装置を前記ルームミラーまたは前記リアアンダーミラーに複数備えることを特徴とするアンテナ装置。
9. 請求項１または請求項２に記載のアンテナ装置のいずれか一方を備えたことを特徴とする無線通信システム。
10. 請求項１及び請求項２に記載のアンテナ装置の両方を備えたことを特徴とする無線通信システム。
    

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