JP2006310951A - 複合平面アンテナ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 高域および低域の使用周波数帯のいずれにおいても良好な放射効率が確保できる小型の複合平面アンテナ装置を提供すること。
【解決手段】 複合平面アンテナ装置１は、複層ガラス２の一方のガラス板２１の表面２１ａに設けられた第１放射導体層３と、複層ガラス２の他方のガラス板２２の表面２２ａに設けられた第２放射導体層４と、ガラス板２１の表面２１ａに対向して平行に配置された回路基板５と、各放射導体層３，４に対して給電を行う給電ピン６，７と、回路基板５を保持してガラス板２１に取り付けられた金属板製のブラケット８とを備えており、回路基板５の片面に接地導体層９が設けられて他面に電子回路部１０が設けられている。共振周波数が異なる各放射導体層３，４と接地導体層９との間隔を、高域周波数帯に対応する第１放射導体層３では狭く、低域周波数帯に対応する第２放射導体層４では広く設定しておく。
【選択図】 図１

Description

本発明は、異なる周波数帯の電波の受信や送信が可能な小型の複合平面アンテナ装置に係り、特に、車載用として好適な複合平面アンテナ装置に関する。

近年、車載用のアンテナ装置として、ＥＴＣ（自動料金収受システム）用アンテナやＧＰＳ（全地球測位システム）用アンテナ、ＶＩＣＳ（道路交通情報通信システム）用アンテナ等が広く普及している。しかしながら、これら複数種類のアンテナ装置を個別に製造して車室内に分散配置させると、製造コストの上昇や取付作業の煩雑化を余儀なくされ、車室内の見栄えも悪くなる。

そこで従来、共通の誘電体基板の同一平面上に異なる周波数帯で共振する複数の放射導体層を並設することによって、複数種類の電波の受信や送信を可能にした小型の複合平面アンテナ装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。かかる従来の複合平面アンテナ装置において、誘電体基板の片面には、例えば、５．８ＧＨｚ帯のＥＴＣ用円偏波に共振する正方形状の放射導体層と、この放射導体層を間隙を存して包囲するように配置されて２．５ＧＨｚ帯のＶＩＣＳ用直線偏波に共振する方形枠状の放射導体層とが配設されて、各放射導体層の給電点にそれぞれ給電ピンが接続されており、誘電体基板の他面にはほぼ全面に接地導体層が設けられている。したがって、この複合平面アンテナ装置は、ＥＴＣ用アンテナとしてもＶＩＣＳ用アンテナとしても動作させることができると共に、これら両アンテナが誘電体基板や接地導体層を共有して各放射導体層もスペース効率良く配設されているため、小型化や低コスト化が図りやすくなっている。しかも、この複合平面アンテナ装置のアンテナ素子はパッチアンテナ構造なので、ＥＴＣやＧＰＳ等で使用される円偏波に容易に適応させることができる。
特開２００３−１５２４３１号公報（第４−５頁、図４）

前述した従来の複合平面アンテナ装置は、異なる周波数帯で共振する複数の放射導体層を誘電体基板の同一平面上に並設することによって小型化や低コスト化を実現してはいるが、各放射導体層と接地導体層との間隔が誘電体基板の板厚によって一義的に決定されてしまうため、高低２種類の使用周波数帯の少なくともいずれか一方は放射効率を犠牲にせざるを得ないという問題があった。すなわち、一般的にパッチアンテナ構造のアンテナ素子では、共振周波数が高まると放射導体層と接地導体層との最適な間隔が狭くなるという特性があるため、異なる共振周波数に対応する複数の放射導体層が同一平面上に並設されている従来の複合平面アンテナ装置の場合、相対的に高域な周波数帯における放射効率を優先して誘電体基板の板厚を薄くすると低域な周波数帯における放射効率が低下してしまい、逆に相対的に低域な周波数帯における放射効率を優先して誘電体基板の板厚を厚くすると高域な周波数帯における放射効率が低下してしまう。

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、高域および低域の使用周波数帯のいずれにおいても良好な放射効率が確保できる小型の複合平面アンテナ装置を提供することにある。

上記の目的を達成するため、本発明の複合平面アンテナ装置では、第１のガラス面に設けられて所定周波数帯の電波に共振する第１放射導体層と、前記第１のガラス面に対して平行な第２のガラス面に設けられて前記所定周波数帯よりも低域な周波数帯の電波に共振する第２放射導体層と、これら両放射導体層に対して平行に配置されて前記第１放射導体層までの間隔が前記第２放射導体層までの間隔よりも狭い接地導体層と、前記第１および第２放射導体層に対して個別に給電を行う給電手段とを備える構成とした。

このような構成によれば、相対的に高域な周波数帯の電波に共振する第１放射導体層と、相対的に低域な周波数帯の電波に共振する第２放射導体層が、互いに異なるガラス面に設けられているため、各放射導体層と接地導体層との間隔をそれぞれ最適な値またはその近傍に設定することができる。すなわち、接地導体層までの間隔が狭い一方のガラス面（第１のガラス面）に高域用の第１放射導体層を設けると共に、接地導体層までの間隔がそれよりも広い他方のガラス面（第２のガラス面）に低域用の第２放射導体層を設けることによって、高低２種類の使用周波数帯のいずれにおいても良好な放射効率を確保することができる。

上記の構成において、１枚のガラス板の両面に第１放射導体層と第２放射導体層を設けても良いが、車両の窓ガラスのように複層ガラスが利用できる場合には、積層・一体化される２枚のガラス板に第１放射導体層と第２放射導体層を別々に設けることができるので、アンテナ装置の製造が容易になる。なお、複層ガラスが車両の窓ガラスの場合、接地導体層を車室内に配置することによって、アンテナ装置が車室内に設置できるため好ましい。

また、上記の構成において、第２放射導体層が中央部に開口を有する枠状に形成されていると共に、前記開口を前記第１のガラス面に投影した領域の内部に第１放射導体層が位置していると、平面的に見て第２放射導体層が第１放射導体層を包囲することになり両放射導体層が重なり合うことがないため、平面的に限られたスペース内に第１および第２放射導体層を効率良く配設することができて小型化が図りやすくなる。

また、上記の構成において、片面に前記接地導体層を設けた回路基板と、この回路基板を保持して前記第１のガラス面に取り付けられた金属板製のブラケットとを備えていると、回路基板の他面に低雑音増幅回路等の電子回路部を設けることができると共に、この電子回路部を金属板製のブラケットによって電磁的にシールドすることができるため、ＧＰＳ等の微弱電波の受信に好適となる。

本発明の複合平面アンテナ装置は、相対的に高域な周波数帯の電波に共振する第１放射導体層と、相対的に低域な周波数帯の電波に共振する第２放射導体層が、互いに異なるガラス面に設けられているため、各放射導体層と接地導体層との間隔をそれぞれ最適な値またはその近傍に設定することができる。それゆえ、高域および低域の使用周波数帯のいずれにおいても良好な放射効率が確保できて、信頼性の高い小型の複合平面アンテナ装置が得られる。

発明の実施の形態について図面を参照して説明すると、図１は本発明の実施形態例に係る複合平面アンテナ装置の断面図、図２は該複合平面アンテナ装置の平面図、図３は該複合平面アンテナ装置の斜視図である。ただし、図２において複層ガラスは図示省略してある。

これらの図に示す複合平面アンテナ装置１は、車載用として車両の複層ガラス２に取り付けられた小型アンテナ装置であって、高低２種類の周波数帯に対応している。ここで、複層ガラス２は車両の窓ガラスとして一般に使用されているもので、２枚のガラス板２１，２２を積層・一体化して構成されており、ガラス板２１が車室内に臨出しガラス板２２が車外に臨出している。

この複合平面アンテナ装置１は、複層ガラス２の一方のガラス板２１の車室側の表面２１ａに設けられた第１放射導体層３と、複層ガラス２の他方のガラス板２２の車室側の表面２２ａに設けられた第２放射導体層４と、ガラス板２１の表面２１ａに対向して平行に配置された回路基板５と、第１放射導体層３に対して給電を行う給電ピン６と、第２放射導体層４に対して給電を行う給電ピン７と、回路基板５を保持してガラス板２１の表面２１ａに取り付けられた金属板製のブラケット８とによって主に構成されている。また、回路基板５の片面には接地導体層９が設けられており、回路基板５の他面には電子回路部１０が設けられている。

第１放射導体層３はガラス板２１の表面２１ａに略正方形状にパターニングされており、この第１放射導体層３の隅部の２箇所には切欠状の縮退分離素子３ａが装荷されている。第１放射導体層３の給電点には給電ピン６の一端部が接続されており、この給電ピン６の他端部は接地導体層９とは非接触に回路基板５を貫通して電子回路部１０に接続されている。この給電ピン６を介した１点給電によって、第１放射導体層３は周波数ｆ１帯の円偏波に共振するようになっている。

ガラス板２２の表面２２ａにパターニングされた第２放射導体層４は、その中央部に第１放射導体層３よりもひと回り大きな正方形の開口４ｂを有する方形枠状に形成されており、隅部の２箇所に切欠状の縮退分離素子４ａが装荷されている。図２から明らかなように、第２放射導体層４をガラス板２１の表面２１ａに投影すると、その中心は第１放射導体層３の中心と合致し、開口４ｂが間隙を存して第１放射導体層３を包囲する位置関係となる。第２放射導体層４の給電点にはガラス板２１の透孔２１ｂに挿通された給電ピン７の一端部が接続されており、この給電ピン７の他端部は接地導体層９とは非接触に回路基板５を貫通して電子回路部１０に接続されている。この給電ピン７を介した１点給電によって、第２放射導体層４は、周波数ｆ１帯よりも低域な周波数ｆ２帯の円偏波に共振するようになっている。

回路基板５の両面のうちガラス板２１と対向する側の面には、ほぼ全面に接地導体層９がパターニングされている。ただし、給電ピン６，７が貫通する付近は接地導体層９の存しない領域となっている。この接地導体層９は第１および第２放射導体層３，４に対して平行に配置されているが、図１に示すように、接地導体層９から高域用の第１放射導体層３までの間隔は相対的に狭く、接地導体層９から低域用の第２放射導体層４までの間隔は相対的に広くなっている。また、回路基板５の他面側に配設された電子回路部１０は、図示せぬ同軸ケーブルを介して外部回路と電気的に接続されている。

金属板製のブラケット８には全周に亘って鍔部８ａが延設されており、この鍔部８ａが接着等の適宜手段でガラス板２１の表面２１ａに固定されている。ブラケット８の内部には回路基板５が保持・固定されており、この回路基板５の電子回路部１０がブラケット８によって覆われている。また、ブラケット８や接地導体層９は前記同軸ケーブルの外部導体と電気的に接続されている。したがって、ブラケット８は電子回路部１０を電磁的にシールドするシールドケースとして機能する。

このように構成された複合平面アンテナ装置１は、給電ピン６，７を介して第１放射導体層３と第２放射導体層４をそれぞれ給電することにより、周波数ｆ１帯の円偏波の受信や送信が可能であると共に、周波数ｆ２帯の円偏波の受信や送信が可能である。例えば、周波数ｆ１帯が５．８ＧＨｚ帯の円偏波で、かつ、周波数ｆ２帯が１．５ＧＨｚ帯の円偏波であれば、ＥＴＣ用アンテナとして動作すると共にＧＰＳ用アンテナとしても動作する複合平面アンテナ装置が得られる。また、この複合平面アンテナ装置１は車両の窓ガラス（複層ガラス２）に設置されるというものであり、ダッシュボード等の上に設置する必要がないため、設置スペースの制約が少ないという利点がある。

以上説明したように、本実施形態例に係る複合平面アンテナ装置１では、相対的に高域な周波数ｆ１帯の電波に共振する第１放射導体層３がガラス板２１の表面２１ａに設けてあるので、この第１放射導体層３が接地導体層９から離れすぎて放射効率を損なう虞がなく、また、相対的に低域な周波数ｆ２帯の電波に共振する第２放射導体層４がガラス板２２の表面２２ａに設けてあるので、この第２放射導体層４が接地導体層９に近付きすぎて放射効率を損なう虞もない。つまり、第１および第２放射導体層３，４が同一平面上には配設されておらず、共振周波数が高い第１放射導体層３は接地導体層９に近接させ、共振周波数が低い第２放射導体層４は接地導体層９から離隔させてある。そのため、各放射導体層３，４と接地導体層９との間隔をそれぞれ最適な値またはその近傍に設定することが可能となり、高低２種類の使用周波数帯のいずれにおいても良好な放射効率が確保できるようになっている。

また、本実施形態例に係る複合平面アンテナ装置１では、第２放射導体層４の中央部の開口４ｂをガラス板２１の表面２１ａに投影した領域の内部に第１放射導体層３が位置するように各放射導体層３，４の形状や相対位置関係が設定されているため、平面的に限られたスペース内に第１および第２放射導体層３，４を効率良く配設することができて小型化が図りやすくなっている。しかも、この複合平面アンテナ装置１では、回路基板５の接地導体層９側とは逆側の面に電子回路部１０が設けてあると共に、回路基板５を保持する金属板製のブラケット８がこの電子回路部１０を電磁的にシールドしているため、電子回路部１０に低雑音増幅回路等を設けることによって、ＧＰＳ等の微弱電波の受信が良好に行えるという利点がある。

なお、上記実施形態例では、第１および第２放射導体層３，４がそれぞれ給電ピン６，７を介した１点給電によって円偏波に共振する場合について例示しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、２点給電方式の円偏波アンテナとして動作させてもよいし、ＶＩＣＳ等に適用する場合は直線偏波アンテナとして動作させてもよい。また、給電方法をマイクロストリップラインとの電磁結合による間接給電にしてもよく、その場合はガラス板２１に透孔２１ｂを穿設する必要がなくなる。

本発明の実施形態例に係る複合平面アンテナ装置の断面図である。 該複合平面アンテナ装置の平面図である。 該複合平面アンテナ装置の斜視図である。

符号の説明

１ 複合平面アンテナ装置
２ 複層ガラス（窓ガラス）
３ 第１放射導体層
４ 第２放射導体層
５ 回路基板
６，７ 給電ピン
８ ブラケット
９ 接地導体層
１０ 電子回路部
２１，２２ ガラス板
２１ａ ガラス板２１の表面（第１のガラス面）
２２ａ ガラス板２２の表面（第２のガラス面）

Claims (5)

1. 第１のガラス面に設けられて所定周波数帯の電波に共振する第１放射導体層と、前記第１のガラス面に対して平行な第２のガラス面に設けられて前記所定周波数帯よりも低域な周波数帯の電波に共振する第２放射導体層と、これら両放射導体層に対して平行に配置されて前記第１放射導体層までの間隔が前記第２放射導体層までの間隔よりも狭い接地導体層と、前記第１および第２放射導体層に対して個別に給電を行う給電手段とを備えていることを特徴とする複合平面アンテナ装置。
2. 請求項１の記載において、少なくとも２枚のガラス板を積層・一体化して複層ガラスを構成し、この複層ガラスの相異なる２枚のガラス板のうち、いずれか一方に前記第１放射導体層を設けると共に他方に前記第２放射導体層を設けたことを特徴とする複合平面アンテナ装置。
3. 請求項２の記載において、前記複層ガラスが車両の窓ガラスであって、前記接地導体層が車室内に配置されていることを特徴とする複合平面アンテナ装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項の記載において、前記第２放射導体層が中央部に開口を有する枠状に形成されていると共に、前記開口を前記第１のガラス面に投影した領域の内部に前記第１放射導体層が位置していることを特徴とする複合平面アンテナ装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１項の記載において、片面に前記接地導体層を設けた回路基板と、この回路基板を保持して前記第１のガラス面に取り付けられた金属板製のブラケットとを備えていることを特徴とする複合平面アンテナ装置。
   
   

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