JP2006086688A - 複合アンテナ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は複合アンテナ装置に関し、複数のアンテナを一体に設けて構成すると共に、小型化が図れるものを提供することを目的とする。
【解決手段】一辺が長さａの地板１１と、この地板１１に所定の間隔ｈを空けて対向配置された平板状の第１アンテナ２１とにより形成された所定の空間ｂ内に、第２、第３アンテナ２２，２３を重ねると共に、第１アンテナ２１の外周の所定の範囲を略コの字状に囲むように第４アンテナ２４を、かつ第１アンテナ２１の直下の地板１１上とは異なる位置に第５アンテナ２５を配置して複合アンテナ装置１０を構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動車などの移動体通信に用いられる複合アンテナ装置に関するものである。

近年、自動車などの移動体には、自動車電話、ＧＰＳ（衛星利用測位システム）、ＶＩＣＳ（道路交通情報通信システム）、ＥＴＣ（自動料金収受システム）などのサービスのために無線通信装置が搭載されている。

そして、これらサービスに対応するため無線通信装置のアンテナとしては、これら各システムの複数の動作周波数に対応できる複合アンテナ装置の要求が高まっている。

このような従来の複合アンテナ装置について、図５を用いて説明する。

図５は従来の複合アンテナ装置の斜視図であり、同図において、１２４は銅などの良導電体からなる地板、１１０，１１２と１１４は、それぞれ第１のサブ地板１１６Ａと第２のサブ地板１１６Ｂに載置されると共に、地板１２４上に所定の間隔を設けて配置された、いずれも平板状の第１から第３アンテナである。

更に、１１８Ａは第１アンテナ１１０及び第２アンテナ１１２に給電する給電線、１１８Ｂは第３アンテナ１１４に給電する給電線である。

そして、１２０は樹脂製の筐体で、この筐体１２０で第１、第２のサブ地板１１６Ａ，１１６Ｂを収容、固定して複合アンテナ装置が構成されている。

以上の構成において、第１から第３のアンテナ１１０，１１２と１１４は、いずれも平板状の誘電体の上面に平面状の導体を設け、それぞれの導体が所定の動作周波数に励振するように形成され、この例では、第１アンテナ１１０が１．６ＧＨｚ帯のＧＰＳ用、第２アンテナ１１２が２．５ＧＨｚ帯のＶＩＣＳ用、第３アンテナ１１４が５．８ＧＨｚ帯のＥＴＣ用で動作する。

このようにして、３つの動作周波数に対応できる複合アンテナ装置が実現されているものであった。

なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
特開２００４−５６７７３号公報

しかしながら上記従来の複合アンテナ装置においては、第１から第３のアンテナ１１０，１１２と１１４が地板１２４上に並べて形成されると共に、これらＧＰＳ用、ＶＩＣＳ用、ＥＴＣ用に加え、電話用には別体のアンテナが必要となるため、全体が大きなものになると共に、それぞれの車体への取付けに手間を要し、また、その場所も必要となるという課題があった。

本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、電話用、ＧＰＳ用、ＶＩＣＳ用、ＥＴＣ用などの各アンテナを一体に設けて構成すると共に、小型の複合アンテナ装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明の複合アンテナ装置は、以下の構成を有するものである。

本発明の請求項１に記載の発明は、地板と第１アンテナの間に形成された所定の空間に、複数のアンテナを設けて複合アンテナ装置を構成したものであり、前記第１アンテナを電話用に用いると共に、前記所定の空間に複数のアンテナを配置できるため、全体の小型化を図ることができるという作用を有する。

請求項２に記載の発明は、請求項１記載の発明において、第１アンテナに開口穴を設けたものであり、下方のアンテナの感度を良好なものとすることができるという作用を有する。

請求項３に記載の発明は、請求項１記載の発明において、所定の空間内のアンテナの一つを、第１アンテナの外周を囲むように配置したものであり、このアンテナと第１アンテナが協働して垂直方向の電磁波（垂直偏波）と、水平方向の電磁波（水平偏波）のいずれか強い方の偏波信号を選択して良好な通信を行う、偏波ダイバーシチ通信を行うことができるという作用を有する。

請求項４に記載の発明は、請求項１記載の発明において、両面に導体を有する基板を設けたものであり、一方の導体を地板に、他方の導体を各アンテナへ給電する給電路に形成できるという作用を有する。

以上のように本発明によれば、地板と、この地板に対向する第１アンテナとにより形成される所定の空間に更にアンテナを配置して、少なくとも自動車電話、ＧＰＳ、ＶＩＣＳ、ＥＴＣなどの４つのサービスに対応できる複合アンテナ装置を得ることができるという有利な効果が得られる。

以下、本発明の実施の形態について、図１〜図４を用いて説明する。

図１は本発明の一実施の形態による複合アンテナ装置の斜視図、図２は同断面図であり、同図において、１２は四角形状の配線基板で、配線基板１２裏面の導体１２Ａで地板１１を、表面の導体１２Ｂで、これをエッチングするなどして給電路（図示せず）を、それぞれ形成している。

そして、２１は第１アンテナで、第１アンテナ２１は一辺の長さｄの四角形状で、地板１１に所定の間隔ｈを空けて対向配置されると共に、その中央部には、高周波信号を給電する給電端子１３Ａと、他端が地板１１に接続された無給電の短絡端子１３Ｂが並立して接続されている。

ここで、配線基板１２（つまり、地板１１）の大きさは、例えば図１に示すように配線基板１２が四角形状の場合、その一辺の長さａが第１アンテナ２１の動作周波数ｆ１の波長の略１／４に形成されている。

なお、地板１１は配線基板１２と別体に設けても良く、地板１１を平板状の銅などの良導電体とした場合、配線基板に比較して強度が向上できる。

また、地板１１及び配線基板１２は、四角形状に限ることはなく、円形状や多角形状としても良く、これらの場合、所定の大きさである四角形状での長さａに相当するのは、円形状の場合はその直径で、多角形状の場合は対向する２辺間の長さである。

更に、地板１１と第１アンテナ２１は、地板１１の周縁から上方に延伸した垂直平面と、第１アンテナ２１の水平面を含み、かつ第１アンテナ２１の水平方向に延伸した水平平面とにより所定の空間ｂを形成している。

また、第１アンテナ２１には、給電端子１３Ａなどが接続される中央部の外側に、十字状の４本の桟と４つの開口穴２１Ａが設けられると共に、地板１１との間隔ｈと長さｄの和が動作周波数ｆ１の波長の略１／４になるように形成されている。

次に、２２，２３は第２、第３アンテナで、まず、第２アンテナ２２は第１アンテナ２１と同心に所定の空間ｂ内に重ねて配置されると共に、給電端子１３Ａと短絡端子１３Ｂが挿通する穴が設けられ、かつ地板１１上に配置された平板状の誘電体２２Ａと、この誘電体２２Ａの上面に設けられた平面状の導体２２Ｂから形成されている。

更に、第３アンテナ２３は同じく所定の空間ｂ内に重ねて配置されると共に、第１アンテナ２１と同心で、給電端子１３Ａと短絡端子１３Ｂが挿通され、かつ第２アンテナ２２と第１アンテナ２１とにより形成された空間ｃ内に、環状の導体２３Ａを設けて形成されている。

ここで、第２アンテナ２２は、その導体２２Ｂの一辺の長さが動作周波数ｆ２の波長の略１／４になるように、また、第３アンテナ２３は、その導体２３Ａの周長が動作周波数ｆ３の波長を円周率で除した寸法になるように、それぞれ形成されている。

また、２４は第４アンテナで、第４アンテナ２４は同じく所定の空間ｂ内に配置されると共に、第１アンテナ２１に対して所定の間隔ｅを空けて、第１アンテナ２１の外周の所定の範囲を略コの字状に囲むように形成されている。

なお、前記所定の間隔ｅは、ある限定されたものではなく、第４アンテナ２４が地板１１外周からはみださない間隔であれば良い。

更に、第４アンテナ２４は、その中央部に給電点（図示せず）が設けられ、この給電点からそれぞれ左右に動作周波数ｆ１の波長の略１／４である長さｌに形成されている。

また、２５は第５アンテナで、第５アンテナ２５も同じく所定の空間ｂ内に配置されると共に、第１アンテナ２１の直下の地板１１上とは異なる位置に、地板１１に対し斜めに配置したサブ地板２５Ｄ上に環状のリング電極２５Ａと、このリング電極２５Ａの中央部に設けた給電部２５Ｂと、この給電部２５Ｂとリング電極２５Ａとを電気的に接続する接続部２５Ｃから形成されている。

そして、第５アンテナ２５は、そのリング電極２５Ａの周長を動作周波数ｆ４の波長を円周率で除した寸法に形成されている。

これら、第１アンテナ２１乃至第５アンテナ２５には、それぞれ給電線３１Ａ乃至給電線３１Ｅと、これら各給電線から配線基板１２の上面の導体１２Ｂをエッチングするなどして形成された給電路（図示せず）を介して高周波信号が給電されるように形成されると共に、これら複数のアンテナを収容する筐体２０とから複合アンテナ装置１０が構成されている。

ここで、筐体２０の２辺の長さを、図２に示すように、地板１１と同じ長さａとすることによって、全体の小型化が図られている。

以上の構成において、図１に示すように、複合アンテナ装置１０への電磁波方向を、地板１１の中央部を中心として左右前後上下の各方向をＸＹＺ軸の座標として以下に説明する。

まず、第１アンテナ２１と第４アンテナ２４とは、動作周波数ｆ１の０．９ＧＨｚ帯の電話用アンテナで、これら２つのアンテナで偏波ダイバーシチ通信を行うものである。

ここで、第１アンテナ２１はＸＹ軸の平面に直交する方向の垂直偏波ｆａに励振されて送受信する垂直偏波用として動作し、第４アンテナ２４はＺ軸面に直交する方向の水平偏波ｆｂに励振されて送受信する水平偏波用として動作する。

従って、電話用の第１アンテナ２１と第４アンテナ２４は、ＸＹＺ軸のいずれの方向からの電磁波に対しても、全方向に通信を行うことが可能となり、これら垂直偏波ｆａと水平偏波ｆｂのいずれか強い方を選択して、常に良好な通信を行う偏波ダイバーシチ通信を行うことが可能となっている。

次に、第２アンテナ２２は動作周波数ｆ２の１．６ＧＨｚ帯のＧＰＳ用アンテナで、地球を周回する人工衛星の電磁波で導体２２Ｂが励振され、天空のあらゆる方向から到来する電磁波を受信し、電磁波の方向がＸＹ軸方向（水平方向）からＺ軸方向（垂直方向）まで所定の感度を有している。

この所定の感度を得るために、第２アンテナ２２の上面に配置される、第１アンテナ２１には４つの開口穴２１Ａが設けられると共に、第３アンテナ２３は環状の導体２３Ａから形成され、垂直方向からの電磁波が第２アンテナ２２に到達できるように構成されている。

また、第２アンテナ２２の受信信号は微弱であり、この微弱信号をすぐに増幅するため、給電線３１Ｂとの間の配線基板１２上には増幅回路２２Ｃが配置されている。

更に、第３アンテナ２３は動作周波数ｆ３の２．５ＧＨｚ帯のＶＩＣＳ用アンテナで、所定の周長を有する環状の導体２３Ａが動作周波数ｆ３に励振されて受信を行うもので、道路側壁などに設置された送信アンテナから到来する電磁波、つまり自動車の走行方向に対し側方（Ｙ軸方向）からの電磁波に所定の感度を有している。

また、第５アンテナ２５は動作周波数ｆ４の５．８ＧＨｚ帯のＥＴＣ用アンテナで、所定の周長を有するリング電極２５Ａが動作周波数ｆ４に励振されて送受信を行う。

このＥＴＣ用アンテナは、自動車が料金所にさしかかったところから、自動車と料金所の無線通信装置との間で通信が始まり、自動車が料金所に到着するまでに通信を完了する必要があるため、第５アンテナ２５は自動車の走行方向の前方側に配置して、自動車の走行方向に対し斜め上方からの電磁波に所定の感度を有するように形成されている。

このようにして、複合アンテナ装置１０には第１アンテナ２１乃至第５アンテナ２５の各アンテナが一体に設けられ、電話、ＧＰＳ、ＶＩＣＳ、ＥＴＣなどの各サービスに対応できるように構成されている。

このように本実施の形態によれば、地板１１と第１アンテナ２１とにより形成された所定の空間ｂに、第２乃至第５アンテナ２２〜２５を配置することによって、従来の複合アンテナ装置に比較して、電話用を含め４つの動作周波数に対応できる複合アンテナ装置１０を得ることができるものである。

そして、第１乃至第３アンテナ２１〜２３を略重ねるように配置しているため、従来の複数のアンテナを地板上に並べて配置するものに比較して、小型にできると共に、第１アンテナ２１の直下の地板上とは異なる位置に別のアンテナを配置することもできる。

また、第１アンテナ２１に開口穴２１Ａを設けることによって、第２、第３アンテナ２２，２３への電磁波が開口穴２１Ａを通過できるため、第２、第３アンテナ２２，２３の特性を良好なものとすることができる。

更に、第１アンテナ２１と第３アンテナとの空間に、更に別の環状の第ｎアンテナを配置することができる。

そして、第１アンテナ２１の外周を囲むように第４アンテナ２４を形成することによって、偏波ダイバーシチ通信ができると共に、第４アンテナ２４が地板の外に飛び出すことがなく、小型化を図ることができる。

更に次に、第１アンテナ２１の直下の地板１１上とは異なる位置に、環状の第５アンテナ２５を独立して配置することによって、第５アンテナ２５は、その位置や仰角などを自由に設定することができる。

また、配線基板１２を用いることによって、一方の導体１２Ａで地板１１を、他方の導体１２Ｂで給電路を形成できるため、全体の薄型・軽量化を図ることができる。

なお、以上の説明では、第１アンテナ２１乃至第５アンテナ２５の各アンテナを一体に設け、電話、ＧＰＳ、ＶＩＣＳ、ＥＴＣなどの全てのサービスに対応できるものとして説明したが、これに限ることはなく、必要なサービスのアンテナのみを一体に設けて複合アンテナ装置を構成しても良い。

更に、他のアンテナを加え、例えばＩＴＳ（高度道路交通システム）など今後の新たなサービスに対応できる新たなアンテナを一体に設けて複合アンテナ装置を構成することも可能である。

また、第１アンテナ２１は、四角形状として説明したが、これに限ることはなく、図３や図４に示すように円形状や多角形状としても良い。

なお、以上のような複合アンテナ装置１０は、その全高Ｈを例えば２０ｍｍ以下にできるため、車両内外の何れの場所にも配置が可能である。

本発明による複合アンテナ装置は、複数の動作周波数に対応できると共に、小型化が図れるという効果を有し、自動車などの移動体通信等に有用である。

本発明の一実施の形態による複合アンテナ装置の斜視図 同断面図 同他の形態による第１アンテナの斜視図 同更に他の形態による第１アンテナの斜視図 従来の複合アンテナ装置の斜視図

符号の説明

１０ 複合アンテナ装置
１１ 地板
１２ 配線基板
１３Ａ 給電端子
１３Ｂ 短絡端子
２１ 第１アンテナ
２１Ａ 開口穴
２２ 第２アンテナ
２２Ａ 誘電体
２２Ｂ 導体
２３ 第３アンテナ
２４ 第４アンテナ
２５ 第５アンテナ
２５Ａ リング電極
２５Ｂ 給電部
２５Ｃ 接続部
３１Ａ乃至３１Ｅ 給電線

Claims (4)

1. 所定の大きさの地板と、この地板に所定の間隔を空けて対向配置された平板状の第１アンテナと、この第１アンテナ中央部の給電端子からなり、前記地板と前記第１アンテナの間に形成された所定の空間に、複数のアンテナを形成した複合アンテナ装置。
2. 第１アンテナに開口穴を設けた請求項１記載の複合アンテナ装置。
3. 所定の空間内のアンテナの一つを、第１アンテナに対して所定の間隔で、前記第１アンテナの外周の所定の範囲を囲むように配置した請求項１記載の複合アンテナ装置。
4. 両面に導体を有する基板を設け、一方の導体を地板とし、他方の導体で各アンテナに給電する給電路を形成した請求項１記載の複合アンテナ装置。

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