JP2009290514A - 複合アンテナ - Google Patents

Abstract

【課題】一方のアンテナの地板が他方のアンテナの指向性に与える影響を低減して一体化した複合アンテナを提供する。
【解決手段】本実施形態の複合アンテナ１００では、ＧＰＳ用アンテナ１２０が地板１１０の中心近傍の上部に配置されており、ＧＰＳ用アンテナ１２０と同一基板上にブルートゥース用アンテナ１３０が配置された構成となっている。ブルートゥース用アンテナ１３０の直下の地板１１０の中心に地板穴１１１を設けることで、ブルートゥース用アンテナ１３０の指向性が保持されるようにしている。
【選択図】図１

Description

本発明は、指向性の異なる２以上のアンテナを備えた車載用の複合アンテナに関するものである。

従来より、車載用アンテナとして、ＧＰＳ用アンテナが車室内のインストゥルメンタル・パネル（以下ではインパネという）等に設置されて用いられている。一方で、近年は車室内での無線通信に対するニーズも高まっており、例えば運転中の移動電話の使用に無線のハンズフリー機器を用いるといったニーズがある。また、パーソナルコンピュータ（以下、パソコンという）や各種モバイル機器等を用いて車室内で無線データ通信を行うニーズも高まっている。これらの無線通信には、例えばブルートゥース方式が用いられ、ブルートゥース対応の車内無線通信用アンテナを車室内に設置して利用される。

アンテナの設置スペースや車室内の景観等の観点から、複数の車載用アンテナを一体化した複合アンテナの開発が進められている（例えば特許文献１）。車内無線通信用アンテナについても、ＧＰＳ用アンテナと統合して複合アンテナに組み込むようにする強いニーズがある。

車内無線通信用アンテナでは、車室内のほぼ全体にわたって高い利得が得られるのが望ましく、特に水平方向に広角度の指向性を有するアンテナ特性が好適である。そのため、車内無線通信用アンテナとして、水平方向に指向性が広いモノポールアンテナや逆Ｆアンテナ等が用いられる。これに対し、ＧＰＳ用アンテナは天頂方向の指向性が必要であり、円偏波のアンテナ素子と地板とを組み合わせて用いられる。
特開２００５−２６０５６６号公報

ＧＰＳ用アンテナと車内無線通信用アンテナとを組み合わせて設置スペースをできるだけ小さくするためには、ＧＰＳ用アンテナの地板の上に車内無線通信用アンテナを配置する必要がある。しかしながら、このように車内無線通信用アンテナを地板の上に配置すると、水平方向に広角度の指向性が要求される車内無線通信用アンテナが地板の影響を強く受けて指向性が損なわれてしまうといった問題がある。

そこで、本発明は上記問題を解決するためになされたものであり、一方のアンテナの地板が他方のアンテナの指向性に与える影響を低減して一体化した複合アンテナを提供することを目的とする。

本発明の複合アンテナの第１の態様は、第１の指向性を有する第１のアンテナと、前記第１の指向性とは異なる第２の指向性を有する第２のアンテナと、が同一基板上に配置され、前記基板が地板上の所定の位置に配置され、前記地板上の所定の位置には地板用導体を切除した地板穴が設けられていることを特徴とする。

本発明の複合アンテナの他の態様は、前記第１のアンテナは円偏波用のアンテナであり、前記地板の略中心に配置されていることを特徴とする。

本発明の複合アンテナの他の態様は、前記地板穴の中心は、前記地板の中心に略一致することを特徴とする。

本発明の複合アンテナの他の態様は、前記第２のアンテナは、直線偏波用のアンテナであり、前記地板穴の上部に配置されていることを特徴とする。

本発明の複合アンテナの他の態様は、前記第１のアンテナの波長をλ_１とするとき、前記地板穴は(λ_１／５)^２以下の大きさの面積を有することを特徴とする。

本発明の複合アンテナの他の態様は、前記第２のアンテナの波長をλ_２とするとき、前記λ_２は前記第１のアンテナの波長λ_１より短く、前記地板穴は(λ_２／５)^２以上(λ_１／５)^２以下の大きさの面積を有することを特徴とする。

本発明の複合アンテナの他の態様は、前記第１のアンテナは、ＧＰＳ用アンテナであることを特徴とする。

本発明の複合アンテナの他の態様は、前記第２のアンテナは、ブルートゥース通信用アンテナであることを特徴とする。

本発明によれば、一方のアンテナの地板に部分的に切除された地板穴を設けることで、他方のアンテナの指向性への影響を低減して一体化した複合アンテナを提供することができる。

本発明の好ましい実施の形態における複合アンテナについて、図面を参照して詳細に説明する。なお、同一機能を有する各構成部については、図示及び説明簡略化のため、同一符号を付して示す。本発明の複合アンテナは、一方のアンテナの地板が、地板を要しない他方のアンテナの指向性に与える影響を低減することで、それぞれの指向性を維持して一体化可能な複合アンテナであり、主に車載用アンテナとして用いられるものである。

本発明の実施の形態に係る複合アンテナを図１、２に示す。図１は、本実施形態に係る複合アンテナ１００の斜視図を示しており、図２は、複合アンテナ１００の平面図を示している。複合アンテナ１００は、地板１１０を必要とする円偏波の第１のアンテナ１２０と、地板を用いない直線偏波の第２のアンテナ１３０とを備える構造としている。

以下では、説明簡略化のために、複合アンテナ１００の構造を図１に示す座標系（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）を用いて説明する。ここでは、一実施例として複合アンテナ１００が車載用アンテナであるとし、Ｘ軸方向を車両の前後方向とし、Ｙ軸を車幅方向、Ｚ軸を車高方向としている。

車載用のアンテナでは、円偏波のＧＰＳ用アンテナが用いられており、これを第１のアンテナ１２０とすることができる。ＧＰＳ用アンテナは、中心周波数１．５７５ＧＨｚ帯の電波を利用しており、天頂方向に高い指向性を持たせている。ＧＰＳ用アンテナに天頂方向に高い指向性を持たせるためには、地板１１０を略水平に設置し、その略中心にＧＰＳ用アンテナを配置するのがよい。

また、直線偏波の第２のアンテナ１３０の一例として、たとえば車内無線通信用アンテナが用いられる。車内無線通信用アンテナでは、たとえば中心周波数２．４５ＧＨｚ帯の電波を利用したブルートゥース方式による通信が利用可能である。車内無線通信に用いるブルートゥース用アンテナは、車室内全体への指向性を有しているのが望ましく、水平方向に広角度の指向性を有しているのが好適である。以下では、一実施例として、円偏波の第１のアンテナ１２０をＧＰＳ用アンテナとし、直線偏波の第２のアンテナ１３０をブルートゥース用アンテナとして説明する。

本実施形態の複合アンテナ１００では、ＧＰＳ用アンテナ１２０が地板１１０の中心近傍の上部に配置されており、ＧＰＳ用アンテナ１２０の下方にＧＰＳ回路基板１４０が配置されている。ブルートゥース用アンテナ１３０は、ＧＰＳ回路基板１４０のさらに下方に配置された構成となっている。ＧＰＳ用アンテナ１２０が天頂方向に高い利得を得られるようにするため、ＧＰＳ用アンテナ１２０が最上部に配置される構成としている。

このように、本実施形態の複合アンテナ１００は、ＧＰＳ用アンテナ１２０、ＧＰＳ回路基板１４０、およびブルートゥース用アンテナ１３０を立体的に配置することにより、アンテナの配置スペースを小さくして小型化を図っている。本実施形態の複合アンテナ１００は、ＧＰＳ用アンテナ１２０とブルートゥース用アンテナ１３０とを立体的に配置しても、それぞれの利得特性に悪影響を与えないようにしており、これについて以下に説明する。

ＧＰＳ用アンテナ１２０は、天頂方向に指向性を持たせるために、地板１１０の略中心に配置する必要がある。また、ブルートゥース用アンテナ１３０は、本来なら地板１１０の影響を受けないようにこれから離れた位置に配置するのがよい。しかし、本実施形態の複合アンテナ１００を上記のような構成とするために、ブルートゥース用アンテナ１３０も地板１１０の上部に配置している。そして、地板１１０からの影響を低減するために、ブルートゥース用アンテナ１３０の直下の場所から地板用導体を切除して地板穴１１１を設けている。

上記のように、ブルートゥース用アンテナ１３０の直下に地板穴１１１を設けることで、ブルートゥース用アンテナ１３０の指向性に影響を与える地板用導体を無くしている。このように、地板１１０の一部の導体を切除して地板穴１１１を設けると、これがＧＰＳ用アンテナ１２０の指向性に影響する可能性がある。そこで、ＧＰＳ用アンテナ１２０の指向性に与える影響をできるだけ低減するために、地板穴１１１をＧＰＳ用アンテナ１２０の直下の地板１１０の略中心に配置することとしている。これにより、地板１１０がＧＰＳ用アンテナ１２０の中心に対し、水平方向の対称性を維持することができ、ＧＰＳ用アンテナ１２０の天頂方向の指向性を維持することができる。

上記のとおり、ブルートゥース用アンテナ１３０の指向性への影響を低減するための地板穴１１１を、ＧＰＳ用アンテナ１２０の指向性に影響しないようにするために、地板１１０の略中心に設けるようにしている。その結果、ＧＰＳ用アンテナ１２０の地板１１０上の配置と、ブルートゥース用アンテナ１３０の地板１１０上の配置とが一致すことになり、本実施形態では両者を重ねて配置するようにしている。

地板１１０の中心に地板穴１１１を設けたことによる利得特性への影響を以下に説明する。まず、地板穴１１１の大きさがＧＰＳ用アンテナ１２０およびブルートゥース用アンテナ１３０のそれぞれの利得特性に与える影響を図３を用いて説明する。図３（ａ）は、地板穴１１１の大きさによるＧＰＳ用アンテナ１２０の天頂方向の利得の変化を示すグラフであり、図３（ｂ）、（ｃ）は、地板穴１１１の大きさによるブルートゥース用アンテナ１３０の利得の変化を示すグラフである。図３（ｂ）では、ＸＹ面、ＺＹ面、ＹＺ面における利得を、それぞれ符号１１、１２、１３で示している。

図３（ａ）、（ｂ）は、地板１１０の寸法を７０ｍｍ×７０ｍｍ（面積４９００ｍｍ^２）の正方形としたときの特性を示しており、図３（ｃ）は、地板１１０の寸法を９０ｍｍ×９０ｍｍ（面積８０００ｍｍ^２）の正方形としたときの特性を示している。各グラフの横軸は、地板穴１１１の面積をＧＰＳおよびブルートゥースで用いるそれぞれの電波の波長λ_１、λ_２を用いて表しており、単位をｍｍ^２としている。図３（ａ）に示すＧＰＳ用アンテナ１２０の天頂方向の利得特性の変化より、地板穴１１１を設けることで天頂方向の利得が若干低下するが、地板穴１１１の面積が（λ_１／９．５）^２ｍｍ^２から地板１１０の面積の略１／４に相当する（λ_１／５．５）^２ｍｍ^２までは、ほぼ一定の利得が得られることがわかる。

これに対し、地板穴１１１の面積が地板１１０の面積の略１／４を超えると、天頂方向の利得が急激に低下し、地板１１０が反射板として機能しなくなることがわかる。以上より、ＧＰＳ用アンテナ１２０に対し天頂方向に高い利得特性を持たせるためには、地板穴１１１の面積を地板１１０の面積の略１／４以下とするのが良い。

また、図３（ｂ）、（ｃ）に示すブルートゥース用アンテナ１３０の利得特性より、地板穴１１１を設けることで利得が大幅に向上することがわかる。そして、地板穴１１１の面積を地板１１０の面積の略１／５に相当する（λ_２／４）^２ｍｍ^２程度としたときに最も高く、（λ_２／５）^２以上で良好な利得が得られている。地板穴１１１の面積をさらに大きくすると、徐々にではあるが利得特性が低下していく。

以上より、地板穴１１１の面積を、（λ_２／５）^２以上でかつ（λ_１／５）^２以下とするのがよく、これによりＧＰＳ用アンテナ１２０の天頂方向の利得特性を好適に保持したまま、ブルートゥース用アンテナ１３０の利得特性も改善することができる。

つぎに、地板１１０の大きさがＧＰＳ用アンテナ１２０およびブルートゥース用アンテナ１３０のそれぞれの利得特性に与える影響を図４を用いて説明する。同図では、横軸を地板１１０の面積（単位ｍｍ^２）とし、ＧＰＳ用アンテナ１２０の利得特性（右旋円偏波）を符号２０で表し、ブルートゥース用アンテナ１３０のＸＹ面、ＺＹ面、ＹＺ面における利得をそれぞれ符号２１、２２、２３で表している。

図４では、地板穴１１１の面積を（λ_２／４）^２（（λ_１／６．３）^２）ｍｍ^２に固定し、地板１１０の外形寸法を変えて面積を変化させたときのそれぞれの特性変化を示している。符号２０で示すＧＰＳ用アンテナ１２０の特性は、地板１１０の面積が（λ_１／３．２）^２ｍｍ^２程度のときをピークに、それより大きくしていくと徐々に劣化していく傾向が見られる。しかしながら、地板１１０の面積を３５００ｍｍ^２以上とすることで、ほぼ良好な特性が得られることがわかる。

さらに、地板穴１１０の形状がＧＰＳ用アンテナ１２０およびブルートゥース用アンテナ１３０のそれぞれの利得特性に与える影響を図５および図６を用いて説明する。上記では、地板穴１１１の形状を正方形とし、各辺が地板１１０の各辺と略平行となるように形成していたが、以下では地板穴１１１の形状あるいは向きを変えたときの影響を説明する。

地板穴１１１の形状として、図５に示す４種類のものを地板１１０に形成した場合について説明する。図５（ａ）は、上記実施例で用いた正方形の場合であり、地板穴１１１の各辺が地板１１０の各辺と平行に形成されている。図５（ｂ）も地板穴１１１の形状が正方形であるが、各辺が地板１１０の各辺に対し略４５°回転した形状となっている。また、図５（ｃ）は地板穴１１１の形状を六角形とした場合であり、図５（ｄ）は地板穴１１１の形状を十二角形とした場合である。いずれの場合とも、地板１１０の中心位置と地板穴１１１の中心位置とが一致するように形成されている。

地板穴１１１の形状を図５のそれぞれとしたときのブルートゥース用アンテナ１３０の利得への影響を図６を用いて説明する。図６は、図３と同様に、横軸を地板穴１１１の面積（単位ｍｍ^２）としたときのブルートゥース用アンテナ１３０の利得の変化を示しており、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれＸＹ面、ＺＹ面、ＹＺ面における利得を示している。また各図において、地板穴１１１の形状が正方形のとき、正方形で地板１１０に対し４５°回転させたとき、六角形のとき、十二角形のとき、をそれぞれ符号３１、３２、３３、３４で示している。

図６において、符号３１に示す利得特性は、地板穴１１１の形状が上記実施形態と同じ正方形の場合（図５（ａ））であり、図３（ｂ）に示した結果と同じものである。これ以外の符号３２〜３４で示す利得変化を符号３１の利得変化と比較すると、それぞれで大きな差が見られない。すなわち、地板穴１１１の形状が異なっていても、地板穴１１１の面積が同じであればほぼ同じ利得が得られることがわかる。

上記の結果より、円偏波のＧＰＳ用アンテナ１２０と直線偏波のブルートゥース用アンテナ１３０とを一体化して複合アンテナ１００を形成する場合には、ＧＰＳ用アンテナ１２０を上にしてブルートゥース用アンテナ１３０と重ね合わせ、両者を地板１１０の略中心に配置し、地板１１０の中心に地板穴１１１を形成するのがよい。このとき、地板穴１１１の面積を（λ_２／５）^２以上でかつ（λ_１／５）^２以下とすることで、それぞれの指向性を好適に保持して小型化可能な複合アンテナ１００を提供することができる。なお、地板１１１は、複合アンテナ１００を保護する蓋（図示せず）を固定するのに用いることもできる。

上記では、車載用アンテナとしてＧＰＳ用アンテナ１２０とブルートゥース用アンテナ１３０とからなる複合アンテナ１００について説明したが、これに限らず本発明によれば、一方のアンテナの地板に部分的に切除された地板穴を設けることで、他方のアンテナの指向性への影響を低減して一体化した複合アンテナを提供することができる。

なお、本実施の形態における記述は、本発明に係る複合アンテナの一例を示すものであり、これに限定されるものではない。本実施の形態における複合アンテナの細部構成及び詳細な動作等に関しては、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

本発明の実施形態に係る複合アンテナの斜視図である。 本実施形態に係る複合アンテナの平面図である。 地板穴の大きさがＧＰＳ用アンテナおよびブルートゥース用アンテナの利得特性に与える影響を示す図である。 地板の大きさがＧＰＳ用アンテナおよびブルートゥース用アンテナの利得特性に与える影響を示す図である。 地板穴の形状が異なる実施例を示す複合アンテナの平面図図である。 地板穴の形状がブルートゥース用アンテナの利得特性に与える影響を示す図である。

符号の説明

１００ 複合アンテナ
１１０ 地板
１１１ 地板穴
１２０ 第１のアンテナ（ＧＰＳ用アンテナ）
１３０ 第２のアンテナ（ブルートゥース用アンテナ）
１４０ ＧＰＳ回路基板

Claims (8)

1. 第１の指向性を有する第１のアンテナと、
   前記第１の指向性とは異なる第２の指向性を有する第２のアンテナと、が同一基板上に配置され、
   前記基板が地板上の所定の位置に配置され、
   前記地板上の所定の位置には地板用導体を切除した地板穴が設けられている
   ことを特徴とする複合アンテナ。
2. 前記第１のアンテナは円偏波用のアンテナであり、前記地板の略中心に配置されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の複合アンテナ。
3. 前記地板穴の中心は、前記地板の中心に略一致する
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の複合アンテナ。
4. 前記第２のアンテナは、直線偏波用のアンテナであり、前記地板穴の上部に配置されている
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の複合アンテナ。
5. 前記第１のアンテナの波長をλ_１とするとき、前記地板穴は(λ_１／５)^２以下の大きさの面積を有する
   ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の複合アンテナ。
6. 前記第２のアンテナの波長をλ_２とするとき、前記λ_２は前記第１のアンテナの波長λ_１より短く、前記地板穴は(λ_２／５)^２以上(λ_１／５)^２以下の大きさの面積を有する
   ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の複合アンテナ。
7. 前記第１のアンテナは、ＧＰＳ用アンテナである
   ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の複合アンテナ。
8. 前記第２のアンテナは、ブルートゥース通信用アンテナである
   ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の複合アンテナ。
   
   

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