JP2011091557A

JP2011091557A - アンテナ装置

Info

Publication number: JP2011091557A
Application number: JP2009242576A
Authority: JP
Inventors: Tatsunori Yui; 辰憲油井; Yutaka Saito; 裕斎藤; Hiroyuki Uno; 博之宇野; Takami Motoyama; 貴巳本山
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2009-10-21
Filing date: 2009-10-21
Publication date: 2011-05-06

Abstract

【課題】複数のシステムを統合化したマルチバンドに対応し、各システムにおいて高いアンテナ性能を実現すると共に、簡易な構成のアンテナ装置を提供する。
【解決手段】八木アンテナ１０２及び１０３は、互いの間隔を１／２波長隔てて、プリント基板１０１の＋Ｚ面側の銅箔パターンにより形成される。パッチアンテナ１０４は、八木アンテナ１０２及び１０３の間に、プリント基板１０１の＋Ｚ面側の銅箔パターンにより形成され、八木アンテナ１０２及び１０３が形成する指向性と直交する指向性を形成する。グランド板１０５は、プリント基板１０１の−Ｚ面側に、パッチアンテナ１０４の位置と重なるように銅箔パターンにより形成される。給電端子１０６は、高周波同軸ケーブルを介して無線回路と電気的に接続される。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両に搭載されるアンテナ装置に関する。

近年、自動車には、ラジオ、携帯電話、全地球測位システム（ＧＰＳ：ＧｌｏｂａｌＰｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇＳｙｓｔｅｍ）、自動料金収受システム（ＥＴＣ：ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＴｏｌｌＣｏｌｌｅｃｔｉｏｎＳｙｓｔｅｍ）、道路交通情報通信システム（ＶＩＣＳ：ＶｅｈｉｃｌｅＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎａｎｄＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎＳｙｓｔｅｍ）、地上波ディジタルテレビジョン放送（ＤＴＶ：ＤｉｇｉｔａｌＴｅｌｅｖｉｓｉｏｎ）等のシステムに用いる複数のアンテナが搭載されるため、これらアンテナの設置場所の確保やコストダウンが求められている。

そこで、上記各種システムを統合化したマルチバンドアンテナが検討されている。マルチバンドアンテナの配置位置としては、面積が大きいフロントガラスが想定され、例えば特許文献１には、ラジオ、携帯電話、ＶＩＣＳ及びＤＴＶ用のアンテナをフロントガラスに貼り付ける構成が開示されている。

また、フロントガラス以外の配置位置としては、ＧＰＳ用アンテナが設置されているダッシュボード上が考えられる。ダッシュボードは、一般的にフロントガラスと比較して面積が小さく、各アンテナ同士が近接するため、アンテナ間の電磁結合の影響によりアンテナ性能が劣化する傾向がある。そのため、例えば、特許文献２では、アンテナ間にシールドで覆われたスロットまたは金属導体を設けることにより、各アンテナを電気的に遮断し、アンテナ間の電磁結合を低減する構成が提案されている。

特開２００６−３１４０７１号公報特開２００５−２４４３１７号公報

しかしながら、特許文献１に開示のアンテナは、フロントガラスに配置されるため、車室内からの反射波の影響を受け、特に円偏波システムではアンテナ性能が大幅に劣化してしまう。このため、ＧＰＳやＥＴＣ等のシステムで使用される円偏波系アンテナを統合できないという問題がある。

また、特許文献２に開示のアンテナは、アンテナ間にスロットを配置し、スロットを突起したシールドで覆うため、構造が複雑であるという問題がある。

本発明の目的は、複数のシステムを統合化したマルチバンドに対応し、各システムにおいて高いアンテナ性能を実現すると共に、簡易な構成のアンテナ装置を提供することである。

本発明のアンテナ装置は、平面状の絶縁基材と、前記絶縁基材の面に沿って配設され、素子間を所定の間隔で隔てて配設されたアレーアンテナと、前記アレーアンテナの素子の間における前記絶縁基材の面に配設され、前記アレーアンテナが形成する指向性と直交する指向性を形成するマイクロストリップアンテナ素子と、を具備する構成を採る。

本発明によれば、複数のシステムを統合化したマルチバンドに対応し、各システムにおいて高いアンテナ性能を実現すると共に、簡易な構成のアンテナ装置を実現することができる。

本発明の実施の形態１に係るアンテナ装置の構成を示す図本発明の実施の形態２に係るアンテナ装置の構成を示す図本発明の実施の形態３に係るアンテナ装置の構成を示す図本発明の実施の形態４に係るアンテナ装置の構成を示す図本発明の実施の形態５に係るアンテナ装置の構成を示す図

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。ただし、実施の形態において、共通する構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係るアンテナ装置１００の構成を示す図である。図１（ａ）はアンテナ装置１００における正面図を示し、図１（ｂ）は前面図を示し、図１（ｃ）はアンテナの放射指向性を示している。以下、図１を用いてアンテナ装置１００の構成について説明する。

プリント基板１０１は、平面状の絶縁基材であり、例えば、両面銅張誘電体基板である。

八木アンテナ１０２及び１０３は、エンドファイアアレーアンテナの一つとして知られ、プリント基板１０１の＋Ｚ面側の銅箔パターンにより形成され、ＤＴＶ用水平偏波ダイバーシチアンテナとして用いられる。このとき、アンテナ間距離を１／２波長以上離すことでアンテナ間相関が十分小さくなり、良好なダイバーシチ受信を行うことができる。例えば、ＤＴＶ帯の動作周波数を７００ＭＨｚとすると、１／２波長は約２１４ｍｍとなる。

パッチアンテナ１０４は、マイクロストリップアンテナの一つとして知られ、プリント基板１０１の＋Ｚ面側の銅箔パターンにより形成され、ＧＰＳ用円偏波アンテナとして用いられる。ここで、ＧＰＳの動作周波数は１．５ＧＨｚ帯であるため、例えば、プリント基板１０１の比誘電率を２程度とした場合、パッチアンテナの大きさは約７０ｍｍ×７０ｍｍとなる。このことから、１／２波長間隔（約２１４ｍｍ）とした八木アンテナ１０２及び１０３間に配置することができる。

グランド板１０５は、プリント基板１０１の−Ｚ面側、すなわち、パッチアンテナ１０４が形成されている面と反対側の面に、パッチアンテナ１０４の位置と重なるように銅箔パターンにより形成される。

給電端子１０６は、高周波同軸ケーブルを介して無線回路と電気的に接続される。

このような構成を有することにより、アンテナ間相関が十分小さくなる距離を設定して八木アンテナ１０２及び１０３を配置しているため、八木アンテナ間の電磁結合を低減することができる。また、グランド板が八木アンテナ間の電磁結合を低減する導体として動作し、八木アンテナ間の電磁結合をさらに低減することができる。

また、図１（ｃ）に示すように、八木アンテナ１０２及び１０３の放射指向性１０７は、最大放射方向が＋Ｘ軸方向に向いた低仰角指向性となり、パッチアンテナ１０４の放射指向性１０８は、最大放射方向が＋Ｚ軸方向に向いた天頂方向指向性となる。このように、八木アンテナ１０２及び１０３の最大放射方向と、パッチアンテナ１０４の最大放射方向とを直交させることにより、アンテナ間の電磁結合を低減することができる。なお、八木アンテナ１０２及び１０３の放射指向性１０７は、例えば、ＸＺ平面において＋Ｘ軸方向を中心に±１０°以内の範囲に、パッチアンテナ１０４の放射指向性１０８は、ＸＺ平面において＋Ｚ軸方向を中心に±１０°以内の範囲に設定されることが望ましい。

ちなみに、システム要件によっては、それぞれのアンテナの最大放射方向が所望の方向（八木アンテナ：＋Ｘ軸方向、パッチアンテナ：＋Ｚ軸方向）を中心に±４０°程度の範囲内に設定することが想定されるが、この場合のアンテナ間電磁結合によるアンテナ利得の劣化量は１ｄＢ以下であり、十分許容できるレベルである。

このように実施の形態１によれば、２つの八木アンテナを動作周波数の１／２波長以上離して配置し、八木アンテナ間に、八木アンテナと放射指向性の異なるパッチアンテナを配置する。これにより、複数のシステムを統合化したマルチバンドに対応することができ、また、八木アンテナ間の電磁結合と、八木アンテナ及びパッチアンテナ間の電磁結合を低減することができるため、高いアンテナ性能を実現することができる。

なお、本実施の形態では、八木アンテナの素子数を２として説明したが、これに限らず、八木アンテナの素子数が２以上であってもよい。

また、本実施の形態では、八木アンテナをＤＴＶ用、パッチアンテナをＧＰＳ用として説明したが、これに限らず、各アンテナの指向性に適した様々なシステムに対応することができる。このとき、パッチアンテナの大きさが八木アンテナの動作周波数の１／２波長以上となる場合は、八木アンテナ間の距離を１／２波長以上確保すればよい。

（実施の形態２）
図２は、本発明の実施の形態２に係るアンテナ装置２００の構成を示す図である。図２（ａ）アンテナ装置２００における正面図を示し、図２（ｂ）は前面図を示している。以下、図２を用いてアンテナ装置２００の構成について説明する。

プリント基板２０１は、平面状の絶縁基材であり、例えば、両面銅張誘電体基板である。

八木アンテナ２０２〜２０５は、プリント基板２０１の＋Ｚ面側の銅箔パターンにより形成され、ＤＴＶ用水平偏波４ブランチダイバーシチアンテナとして用いられる。このとき、各八木アンテナ間の距離を１／２波長（動作周波数７００ＭＨｚにおいて約２１４ｍｍ）以上に設定することにより、アンテナ間相関が十分小さくなり、良好なダイバーシチ受信を行うことができる。

パッチアンテナ２０６〜２０８は、プリント基板２０１の＋Ｚ面側の銅箔パターンにより形成され、パッチアンテナ２０６はＧＰＳ用円偏波アンテナ、パッチアンテナ２０７はＥＴＣ用円偏波アンテナ、パッチアンテナ２０８はＶＩＣＳ用アンテナとして用いられる。ここで、例えば、プリント基板２０１の比誘電率を２程度とすると、ＧＰＳ、ＥＴＣ及びＶＩＣＳの動作周波数はそれぞれ１．５ＧＨｚ帯、５．８ＧＨｚ帯及び２．４５ＧＨｚ帯であるため、パッチアンテナ２０６、２０７及び２０８の大きさはそれぞれ７０ｍｍ×７０ｍｍ、１８ｍｍ×１８ｍｍ、４３ｍｍ×４３ｍｍ程度となり、１／２波長間隔（約２１４ｍｍ）とした各八木アンテナ間に配置することができる。

グランド板２０９〜２１１は、プリント基板２０１の−Ｚ面側、すなわち、パッチアンテナが形成されている面と反対側の面に、各パッチアンテナの位置と重なるように銅箔パターンにより形成される。

給電端子２１２は、高周波同軸ケーブルを介して無線回路と電気的に接続される。

このような構成を有することにより、アンテナ間相関が十分小さくなる距離を設定して八木アンテナ２０２〜２０５を配置しているため、八木アンテナ間の電磁結合を低減することができる。また、このような構成を有することにより、八木アンテナ２０２〜２０５はそれぞれ低仰角指向性を有し、パッチアンテナ２０６〜２０８はそれぞれ天頂方向指向性を有するため、八木アンテナ及びパッチアンテナ間の電磁結合を低減することができる。また、各八木アンテナ間に配置された各グランド板２０９〜２１１が八木アンテナ間の電磁結合を低減する導体として動作するため、八木アンテナ間の電磁結合をさらに低減することができる。

このように実施の形態２によれば、ＧＰＳ、ＥＴＣ、ＶＩＣＳの各システムに対応させた複数のパッチアンテナと、ＤＴＶに対応させた複数の八木アンテナとを交互に配置する。これにより、複数のシステムを統合化したマルチバンドに対応することができ、かつ、アンテナ間の電磁結合を低減することができるため、各システムにおいて高いアンテナ性能を実現することができる。

なお、本実施の形態では、八木アンテナを両端に配置する構成としたが、これに限らず、両端又は一端にパッチアンテナを配置する構成であってもよい。ただし、本アンテナ装置を、例えば車両ダッシュボードに配置する場合、本アンテナ装置両端は車両側面の金属フレームと近接するため、設置場所の影響を考慮したアンテナ配置とすることが望ましい。

（実施の形態３）
図３は、本発明の実施の形態３に係るアンテナ装置３００の構成を示す図である。図３（ａ）はアンテナ装置３００における正面図を示し、図３（ｂ）は前面図を示している。以下、図３を用いてアンテナ装置３００の構成について説明する。アンテナ装置３００がアンテナ装置１００と異なる点は、誘電体３０１を追加した点である。

誘電体３０１は、所定の比誘電率を有し、プリント基板１０１の−Ｚ面側、すなわち、パッチアンテナ１０４が形成されている面と反対側の面に密着して配置される。誘電体３０１は、例えば、比誘電率が５以上の低損失な誘電体材料であることが望ましい。

このように実施の形態３によれば、アンテナを形成するプリント基板とプリント基板を設置する場所との間に誘電体層を挿入することにより、設置場所のアンテナ性能への影響を低減することができ、安定したアンテナ性能を得ることができる。

なお、本実施の形態では、プリント基板と誘電体は密着した構成としたが、これに限らず、誘電体をプリント基板から一定の間隔を設けて配置してもよい。

（実施の形態４）
図４は、本発明の実施の形態４に係るアンテナ装置４００の構成を示す図である。図４（ａ）はアンテナ装置４００における正面図を示し、図４（ｂ）は前面図を示し、図４（ｃ）は車両４０２を含めた正面図を示している。以下、図４を用いてアンテナ装置４００の構成について説明する。アンテナ装置４００がアンテナ装置１００と異なる点は、プリント基板１０１を絶縁体４０１に変更した点である。

絶縁体４０１は、車両ダッシュボードを構成し、絶縁体４０１面上に第１の八木アンテナ１０２及び第２の八木アンテナ１０３が配置され、八木アンテナ１０２と１０３との間の絶縁体４０１面上にパッチアンテナ１０４が配置される。また、パッチアンテナ１０４が配置された絶縁体４０１面の反対面にグランド板１０５が配置される。

このように実施の形態４によれば、車両ダッシュボードを絶縁基材として流用することにより、複数のシステムを統合化したマルチバンドに対応するアンテナを車両ダッシュボード上に配置することができる。

（実施の形態５）
図５は、本発明の実施の形態５に係るアンテナ装置５００の構成を示す図である。図５（ａ）はアンテナ装置５００における正面図を示し、図５（ｂ）は前面図を示し、図５（ｃ）は車両４０２を含めた正面図を示している。以下、図５を用いてアンテナ装置５００の構成について説明する。アンテナ装置５００がアンテナ装置１００と異なる点は、プリント基板１０１を絶縁体５０１に変更した点である。

絶縁体５０１は、車両外装面を構成する。一般的に車両の外装面は強度の問題から導電性の金属導体などで構成されているが、近年では電気自動車を中心に車両の軽量化が図られ、各部品の樹脂化が進められている。このため、ここでは、車両ボンネットが樹脂などの絶縁体５０１によって構成されているものとする。

絶縁体５０１は、面上に第１の八木アンテナ１０２及び第２の八木アンテナ１０３が配置され、八木アンテナ１０２と１０３との間の絶縁体５０１面上にパッチアンテナ１０４が配置される。また、パッチアンテナ１０４が配置された絶縁体５０１面の反対面にグランド板１０５が配置される。

このように実施の形態５によれば、樹脂などの絶縁体で形成された車両ボンネットを絶縁基材として流用することにより、複数のシステムを統合化したマルチバンドに対応するアンテナを車両ボンネット上に配置することができる。

なお、上記各実施の形態では、絶縁基材をプリント基板とし、八木アンテナ、パッチアンテナ及びグランド板を銅箔パターンにより形成したが、例えば、プリント基板を平面状で所定の光学的透過率、例えば、８０％の透過率を有する樹脂フィルム、八木アンテナ、パッチアンテナ及びグランド板を所定の光学的透過率、例えば、８０％の透過率を有する導電材で置き換えることにより、アンテナ装置全体に光学的透過性を持たせることができる。これにより、アンテナ装置を透明あるいは半透明にすることができるため、アンテナを目立たないように配置することができ、例えば、車両のダッシュボード上に配置する場合においてフロントガラスへの映り込みを低減することができる。

本発明にかかるアンテナ装置は、複数のシステムを統合化したマルチバンドに対応することができ、例えば、乗用車、トラック等の車両に適用できる。

１０１、２０１プリント基板
１０２、１０３、２０２〜２０５八木アンテナ
１０４、２０６〜２０８パッチアンテナ
１０５、２０９〜２１１グランド板
１０６、２１２給電端子
３０１誘電体
４０１、５０１絶縁体
４０２車両

Claims

平面状の絶縁基材と、
前記絶縁基材の面に沿って配設され、素子間を所定の間隔で隔てて配設されたアレーアンテナと、
前記アレーアンテナの素子の間における前記絶縁基材の面に配設され、前記アレーアンテナが形成する指向性と直交する指向性を形成するマイクロストリップアンテナ素子と、
を具備するアンテナ装置。
前記マイクロストリップアンテナ素子が配設された前記絶縁基材の面に対して反対側の面に、前記マイクロストリップアンテナ素子と重なるように設けられたグランドパターンを具備する請求項１に記載のアンテナ装置。
前記アレーアンテナの素子と、前記マイクロストリップアンテナ素子とが交互に配設された請求項１に記載のアンテナ装置。
前記アレーアンテナは、水平偏波ダイバーシチアンテナとして動作し、
前記マイクロストリップアンテナ素子は、円偏波アンテナとして動作する請求項１に記載のアンテナ装置。
前記マイクロストリップアンテナ素子が配設された前記絶縁基材の面に対して反対側に配設され、所定の比誘電率を有する誘電体層を具備する請求項１に記載のアンテナ装置。
前記絶縁基材は、所定の光学的透過率を有するフィルムであり、
前記アレーアンテナの素子及び前記マイクロストリップアンテナ素子は、所定の光学的透過率を有する導電材である請求項１に記載のアンテナ装置。
前記絶縁基材は、車両のダッシュボードを形成する絶縁体である請求項１に記載のアンテナ装置。
前記絶縁基材は、車両の外装面を形成する絶縁体である請求項１に記載のアンテナ装置。