JP2006128902A

JP2006128902A - 複合アンテナ

Info

Publication number: JP2006128902A
Application number: JP2004312437A
Authority: JP
Inventors: Masahiko Hikasa; 昌彦日笠; Kiyoshi Koike; 清志小池
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 2004-10-27
Filing date: 2004-10-27
Publication date: 2006-05-18
Anticipated expiration: 2024-10-27
Also published as: JP4148941B2

Abstract

【課題】異なる周波数帯で動作して小型化に好適な複合アンテナにおいて、放射面積を犠牲にすることなく良好なアイソレーション特性が得られるようにする。
【解決手段】複合アンテナ１の誘電体基板２の片面には、第１の周波数帯で共振する第１の放射導体３と、第１の放射導体３を間隙を存して環状に包囲する環状導体４と、環状導体４を間隙を存して包囲し第１の周波数帯よりも低周波な第２の周波数帯で共振する第２の放射導体５とが、同心状にパターン形成されている。また、誘電体基板２の他面には、第１の放射導体３のグラウンドである第１の接地導体６と、第２の放射導体５のグラウンドである第２の接地導体７とが、同心状にパターン形成されている。環状導体４はビアホール１０を介して第１の接地導体６と導通されており、第２の放射導体５の内周縁部はビアホールを介して第２の接地導体７と導通されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、異なる周波数帯で動作する複数のアンテナ素子を一体化した複合アンテナに係り、特に、車載用等に好適な小型の複合アンテナに関する。

近年、５．８ＧＨｚ帯の円偏波を使用するＥＴＣ（自動料金収受システム）用アンテナや、１．５ＧＨｚ帯の円偏波を使用する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用アンテナと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、複数種類のアンテナ素子を一体化した複合アンテナが種々提案されている。

かかる従来の複合アンテナの一例として、誘電体基板上にパターニングされる第１の放射導体と第２の放射導体とを横並びの位置関係に設定し、各放射導体を別々に給電するという単純な構成のものもあるが、こうすると誘電体基板に広い面積が必要となるため小型化が困難となる。また、横並びで隣接するアンテナ素子どうしのアイソレーションが確保しにくいことから、所望のアンテナ性能を得るためには第１の放射導体と第２の放射導体を十分に離隔させなければならず、この点でも小型化には不利であった。

そこで従来、誘電体基板上に、第１の周波数帯で共振する第１の放射導体と、第１の放射導体を所定間隔を存して包囲し第２の周波数帯で共振する第２の放射導体とをパターン形成し、各放射導体を別々に給電するように構成した複合アンテナが提案されている（例えば、特許文献１参照）。ここで、第１の周波数帯は第２の周波数帯よりも高周波であり、例えば第１の周波数帯がＥＴＣ用の５．８ＧＨｚ帯であって、第２の周波数帯がＧＰＳ用の１．５ＧＨｚ帯である。また、第１の放射導体と第２の放射導体の給電点にはそれぞれ給電ピンが接続されており、誘電体基板の反対側の面には接地導体がパターン形成されている。

このように概略構成された複合アンテナは、第２の放射導体の中央部に第１の放射導体よりも大径な開口が形成されており、この開口内に配置された第１の放射導体の中心位置が第２の放射導体の中心位置と略合致させてあるので、各放射導体と平行な面内方向での無指向性を損なわずに、内側のアンテナ素子と外側のアンテナ素子を異なる周波数帯で動作させることができ、アイソレーション特性が改善している。また、第１の放射導体の周囲に第２の放射導体を配置させているため、誘電体基板上の限られたスペースに第１および第２の放射導体を効率よく配置させることができ、小型化も図りやすくなっている。
特開２００３−１５２４３１号公報（第３−４頁、図１）

上述したように、第１の放射導体を所定間隔を存して第２の放射導体が包囲するという構成を採用した従来の複合アンテナは、アイソレーション特性や小型化を改善することが可能であるが、この種の複合アンテナにおいて内側の第１の放射導体と外側の第２の放射導体との間隔が狭いと、第１の放射導体の外周部で発生する電界が第２の放射導体側へ拡散しやすくなるため、共振周波数の高い内側のアンテナ素子の性能が劣化してしまう。したがって、アイソレーション特性を向上させるためには、第２の放射導体の中央部の開口を大きく形成して両放射導体の間隔を広げなければならないが、こうすると第２の放射導体の放射面積が低減するため利得が下がってしまう。つまり、従来のこの種の複合アンテナでは、放射面積を犠牲にしないと良好なアイソレーション特性が得られないという問題があった。

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、異なる周波数帯で動作して小型化に好適であると共に、放射面積を犠牲にすることなく良好なアイソレーション特性が得られる複合アンテナを提供することにある。

前記目的を達成するため、本発明の複合アンテナでは、１点給電によって第１の周波数帯で共振する第１の放射導体と、この第１の放射導体を間隙を存して環状に包囲する環状導体と、この環状導体を間隙を存して包囲し１点給電によって前記第１の周波数帯よりも低周波な第２の周波数帯で共振する第２の放射導体と、前記第１の放射導体に対して略平行に並設された第１の接地導体と、前記第２の放射導体に対して略平行に並設された第２の接地導体とを備え、前記第１および第２の放射導体の各中心位置と前記環状導体の中心位置とを略合致させると共に、前記環状導体を前記第１の接地導体と導通させる構成とした。

このように内側の第１の放射導体と外側の第２の放射導体との間に環状導体を設け、この環状導体を第１の放射導体のグラウンドである第１の接地導体と導通させておけば、第１の放射導体の外周部で発生する電界は環状導体にシールドされて第２の放射導体側へはほとんど拡散しなくなるので、第１の放射導体と第２の放射導体との間隔を特に広げなくても良好なアイソレーション特性が得られる。また、第１および第２の放射導体の各中心位置と環状導体の中心位置とが略合致させてあるので、各放射導体と平行な面内方向での無指向性が損なわれることはなく、スペースファクタも良好となる。

かかる構成の複合アンテナは例えば誘電体アンテナであればよく、その場合、前記第１および第２の放射導体と前記環状導体とが誘電体基板の片面に形成した導体パターンからなると共に、前記第１および第２の接地導体が前記誘電体基板の他面に形成した導体パターンからなり、かつ、前記誘電体基板を貫通する複数のビアホールによって前記環状導体と前記第１の接地導体とを導通させておくことが好ましい。

また、かかる構成の複合アンテナにおいて、前記第２の放射導体の内周縁部の複数箇所を前記第２の接地導体と導通させておけば、該導通箇所を適宜選択することにより、第２の放射導体内にインピーダンスが５０オームとなる給電点を設定することができるため、インピーダンス整合回路を別途形成することなく１点給電が行え、給電パターンを別途形成して電磁結合による給電を行う必要もなくなる。それゆえ、複合アンテナの構造の簡素化および低コスト化を促進するうえで好ましい。特に、複合アンテナを板金アンテナとした場合には、大幅なコストダウンが期待できる。その場合、第１の放射導体が金属平板からなり、この金属平板から切り起こされて給電端子として動作する金属片によって該第１の放射導体が支持されていると共に、環状導体が第１の放射導体を包囲する筒状に形成された金属板からなり、かつ、第２の放射導体が環状導体よりも大径な開口を有する金属平板からなり、この金属平板の内周縁部から切り起こされて第２の接地導体に導通された複数の金属片によって該第２の放射導体が支持されていることが好ましい。

本発明の複合アンテナによれば、内側の第１の放射導体と外側の第２の放射導体との間に設けた環状導体が、第１の放射導体のグラウンドである第１の接地導体に導通させてあるので、第１の放射導体の外周部で発生する電界は環状導体にシールドされて第２の放射導体側へはほとんど拡散しなくなる。それゆえ、第１の放射導体と第２の放射導体との間隔を広げて放射面積を犠牲にしなくても、良好なアイソレーション特性を得ることができる。また、第１および第２の放射導体の各中心位置と環状導体の中心位置とが略合致させてあるので、各放射導体と平行な面内方向での無指向性が損なわれることはなく、スペースファクタも良好となる。したがって、異なる周波数帯で動作して小型化に好適であると共に、放射面積を犠牲にすることなく良好なアイソレーション特性が得られる複合アンテナを提供することができる。

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実施形態例に係る複合アンテナの平面図、図２は図１のII−II線に沿う断面図である。

図１および図２に示す複合アンテナ１において、誘電体基板２の片面には第１の放射導体３と環状導体４および第２の放射導体５が同心状にパターン形成されており、誘電体基板２の他面には第１の接地導体６と第２の接地導体７とが同心状にパターン形成されている。第１の放射導体３の給電点と第２の放射導体５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８，９が接続されており、また、誘電体基板２を貫通する複数のビアホール１０によって環状導体４と第１の接地導体６とが導通されていると共に、誘電体基板２を貫通する複数のビアホール１１によって第２の放射導体５の内周縁部と第２の接地導体７とが導通されている。

第１の放射導体３は外周縁部に一対の切欠き（縮退分離素子）３ａを有する円形状の導体パターンであり、１点給電によって第１の周波数帯（５．８ＧＨｚ帯）で共振する。環状導体４は間隙を存して第１の放射導体３を包囲する円環状の導体パターンであり、ビアホール１０の上端と接続されている。第２の放射導体５は、外形が正方形状で隅部の２箇所に切欠き（縮退分離素子）５ａを有すると共に中央部に円形の開口５ｂを有する導体パターンであり、１点給電によって第１の周波数帯よりも低周波な第２の周波数帯（１．５ＧＨｚ帯）で共振する。この第２の放射導体５は間隙を存して環状導体４を包囲している。また、第２の放射導体５の内周縁部はビアホール１１の上端と接続されている。第１の接地導体６は第１の放射導体３よりも若干大径な導体パターンであり、第１の放射導体３に対して略平行に並設されている。この第１の接地導体６の外周縁部はビアホール１０の下端と接続されている。第２の接地導体７は第２の放射導体５よりも若干大径な導体パターンであり、第２の放射導体５に対して略平行に並設されている。この第２の接地導体７の内周縁部はビアホール１１の下端と接続されている。なお、給電ピン８，９は第１の接地導体６や第２の接地導体７とは導通されておらず、各給電ピン８，９の下端が図示せぬ同軸ケーブルを介して給電回路に接続されている。

このように構成された複合アンテナ１は、給電ピン８からの給電により第１の放射導体３が第１の周波数帯で共振するため、内側のアンテナ素子をＥＴＣ用の円偏波パッチアンテナとして動作させることができる。また、給電ピン９からの給電により第２の放射導体５が第２の周波数帯で共振するため、外側のアンテナ素子をＧＰＳ用の円偏波パッチアンテナとして動作させることができる。そして、これら２種類のアンテナ素子どうしのアイソレーションを確保するため、複合アンテナ１には、第１の放射導体３と第２の放射導体５との間に環状導体４が設けてあり、この環状導体４が第１の放射導体３のグラウンドである第１の接地導体６に導通させてある。これにより、第１の放射導体３の外周部で発生する電界は環状導体４にシールドされて第２の放射導体５側へはほとんど拡散しなくなるので、良好なアイソレーション特性が得られる。つまり、環状導体４が設けられていない構成の場合には、所要のアイソレーションを確保するために開口５ｂを大径化して両放射導体３，５の間隔を広げなければならないので、第２の放射導体５の放射面積が低減して利得が下がってしまうが、本実施形態例に係る複合アンテナ１では、第１の接地導体６に導通させた環状導体４が両放射導体３，５の間に設けてあるので、放射面積を犠牲にすることなくアイソレーション特性の向上が図れる。

また、この複合アンテナ１は、第１および第２の放射導体３，５の各中心位置と環状導体４の中心位置とが合致させてあるので、各放射導体３，５と平行な面内方向での無指向性が損なわれることはなく、かつ、誘電体基板２上に効率よく両放射導体３，５と環状導体４を配置することができて小型化が図りやすくなっている。

さらにまた、この複合アンテナ１では、第２の放射導体５の内周縁部の適宜箇所がビアホール１１を介して第２の接地導体７に導通させてあるので、インピーダンスが５０オームとなる給電点が第２の放射導体５内に設定されている。すなわち、これら短絡用のビアホール１１が存しないと仮定した場合、第２の放射導体５の給電点は開口５ｂ内になってしまうため、１点給電を行うためにはインピーダンス整合回路を別途形成しなければならない。さもなくば、９０度位相差回路を別途形成して２点給電を行うか、給電パターンを別途形成して電磁結合による給電を行う必要がある。いずれにせよ、回路構成の複雑化や多層基板の使用を余儀なくされるため、製造コストは大幅に上昇してしまう。しかるに、第２の放射導体５の内周縁部を複数のビアホール１１を介して第２の接地導体７に導通させると、各ビアホール１１の位置などに応じて給電点インピーダンスが変化するため、適宜箇所を選択してビアホール１１を設けることにより、第２の放射導体５内に給電点を設定することが可能となって製造コストを抑制できる。

図３は本発明の第２実施形態例に係る複合アンテナの要部断面図であって、図１および図２と対応する部分には同一符号を付してあるため、重複する説明は省略する。

図３に示す複合アンテナ２０は、第１および第２の放射導体３，５や環状導体４等を金属板にて形成した点が、第１実施形態例に係る複合アンテナ１と大きく異なっている。すなわち、本実施形態例に係る複合アンテナ２０において、第１の放射導体３は平面視円形状の金属平板からなり、この金属平板から切り起こされて下方へ延びる金属片が給電端子２１として動作し、給電端子２１の下端は回路基板３０の給電用ランド３１に半田付けされている。この回路基板３０の上面には第１の放射導体３と対向する領域に第１の接地導体６がパターン形成されており、第１の放射導体３を包囲する円筒状の金属板からなる環状導体４がこの第１の接地導体６の外周部に半田付けされている。また、第２放射導体５は、外形が平面視正方形状で中央部に環状導体４よりも大径な開口５ｂを有する金属平板からなり、この金属平板の内周縁部から切り起こされて下方へ延びる複数の金属片が短絡端子２２として動作する。そして、回路基板３０の上面には第２の放射導体５と対向する領域に第２の接地導体７がパターン形成されており、この第２の接地導体７の内周部に各短絡端子２２の下端が半田付けされている。

このように本実施形態例に係る複合アンテナ２０は板金アンテナなので、第１および第２の放射導体３，５と環状導体４と給電端子２１と各短絡端子２２を全てプレス加工等によって容易に形成することができ、また、第１の放射導体３を給電端子２１によって支持することができると共に、第２の放射導体５を複数の短絡端子２２によって支持することができる。したがって、この複合アンテナ２０は、部品コストや組立コストの削減が図りやすく、極めて安価に製造することが可能である。

なお、本発明はＥＴＣ用アンテナやＧＰＳ用アンテナに限定されるものではなく、円偏波アンテナに限定されるものでもない。例えば、ＶＩＣＳ（道路交通情報通信システム）用の直線偏波アンテナを組み込んだ複合アンテナに本発明を適用した場合にも、上述した各実施形態例とほぼ同様の効果を期待できる。

本発明の第１実施形態例に係る複合アンテナの平面図である。図１のII−II線に沿う断面図である。本発明の第２実施形態例に係る複合アンテナの要部断面図である。

符号の説明

１，２０複合アンテナ
２誘電体基板
３第１の放射導体
４環状導体
５第２の放射導体
５ｂ開口
６第１の接地導体
７第２の接地導体
８，９給電ピン
１０，１１ビアホール
２１給電端子
２２短絡端子
３０回路基板

Claims

１点給電によって第１の周波数帯で共振する第１の放射導体と、この第１の放射導体を間隙を存して環状に包囲する環状導体と、この環状導体を間隙を存して包囲し１点給電によって前記第１の周波数帯よりも低周波な第２の周波数帯で共振する第２の放射導体と、前記第１の放射導体に対して略平行に並設された第１の接地導体と、前記第２の放射導体に対して略平行に並設された第２の接地導体とを備え、前記第１および第２の放射導体の各中心位置と前記環状導体の中心位置とを略合致させると共に、前記環状導体を前記第１の接地導体と導通させたことを特徴とする複合アンテナ。
請求項１の記載において、前記第１および第２の放射導体と前記環状導体とが誘電体基板の片面に形成した導体パターンからなると共に、前記第１および第２の接地導体が前記誘電体基板の他面に形成した導体パターンからなり、かつ、前記誘電体基板を貫通する複数のビアホールによって前記環状導体と前記第１の接地導体とを導通させたことを特徴とする複合アンテナ。
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の複数箇所を前記第２の接地導体と導通させたことを特徴とする複合アンテナ。
請求項３の記載において、前記第１の放射導体が金属平板からなり、この金属平板から切り起こされて給電端子として動作する金属片によって該第１の放射導体が支持されていると共に、前記環状導体が前記第１の放射導体を包囲する筒状に形成された金属板からなり、かつ、前記第２の放射導体が前記環状導体よりも大径な開口を有する金属平板からなり、この金属平板の内周縁部から切り起こされて前記第２の接地導体に導通された複数の金属片によって該第２の放射導体が支持されていることを特徴とする複合アンテナ。