JP2013098786A

JP2013098786A - アンテナ装置

Info

Publication number: JP2013098786A
Application number: JP2011240416A
Authority: JP
Inventors: Shingo Fujimoto; 真吾藤本; Seiichi Ieda; 清一家田
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 2011-11-01
Filing date: 2011-11-01
Publication date: 2013-05-20
Also published as: EP2590259A2; EP2590259A3; US20130135161A1

Abstract

【課題】コンパクトでアンテナの特性が低下しないアンテナ装置を提供する。
【解決手段】アンテナ装置１００は、所定の第１周波数帯に含まれる第１周波数ｆ１の波長に応じて設定された円周Ｌ１からなる円環形状の第１エレメント１１と、当該第１エレメント１１の外周縁部に付設され、第１エレメント１１の軸方向に直交する面を水平方向に一致させて第１エレメント１１を支持する支持部１２と、を有する第１アンテナ１０と、第１エレメント１１の径方向内側に配設され、第１周波数帯と異なる第２周波数帯に含まれる第２周波数ｆ２の信号を送信又は／及び受信する第２エレメント２１を有する第２アンテナ２０と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数の周波数帯において信号の送信又は／及び受信が可能なアンテナ装置に関する。

近年、車載用通信システムの多様化により、車両には複数のアンテナが備えられる。このような複数のアンテナは、搭載性や美観性の観点から統合して配置されることが考えられる。この種のアンテナとして、下記に出典を示す特許文献１及び２に記載のものがある。

特許文献１に記載の複号アンテナは、２以上のアンテナを備えて構成される。このうちの１つのアンテナは地板の中心から所定の距離だけ車室の前方又は後方の一方にオフセットして配設され、他の１つのアンテナは地板の中心から所定の距離だけ車室の前方又は後方の他方にオフセットして配設される。また、特許文献２に記載の統合アンテナは、第１アンテナと第２アンテナとグランド板とを備えて構成される。グランド板は少なくとも一部が第２アンテナに挿入して配置される。

特開２００９−１２４５７７号公報特開２００５−２６０５６７号公報

特許文献１に記載の技術は、地板の中心に対して２つのアンテナを夫々他方向にオフセットして配設するのでサイズが大きくなる。したがって、美観を損ねてしまう。また、特許文献２に記載の技術は、第２アンテナがグランド板の下に突出して構成されているので、統合アンテナ全体の高さが高くなってしまう。更には、例えば車両のボディや平板状の部位に配設するとアンテナの特性が低下する可能性がある。

本発明の目的は、上記問題に鑑み、コンパクトでアンテナの特性が低下しないアンテナ装置を提供することにある。

上記目的を達成するための本発明に係るアンテナ装置の特徴構成は、
所定の第１周波数帯に含まれる第１周波数の波長に応じて設定された円周からなる円環形状の第１エレメントと、前記第１エレメントの外周縁部に付設され、前記第１エレメントの軸方向に直交する面を水平方向に一致させて前記第１エレメントを支持する支持部と、を有する第１アンテナと、
前記第１エレメントの径方向内側に配設され、前記第１周波数帯と異なる第２周波数帯に含まれる第２周波数の信号を送信又は／及び受信する第２エレメントを有する第２アンテナと、
を備えている点にある。

このような特徴構成とすれば、第１エレメントの径方向内側の電界強度は小さいので、第１エレメントの径方向内側に配置される第２アンテナに対する影響を低減できる。このため、第１アンテナと第２アンテナとのアイソレーションを確保することができるので、単一のアンテナ装置により、第１周波数帯の信号及び第２周波数帯の信号を感度良く送信又は／及び受信することが可能となる。また、第２アンテナを、従来空きスペースであった第１アンテナの径方向内側に配置するので、第１アンテナのサイズでアンテナ装置を実現できる。したがって、高さが高くなることなくコンパクトにアンテナ装置を実現することが可能となる。

また、前記第１エレメントは、外周面が鉛直方向と平行に配設されてあると好適である。

このような構成とすれば、第１アンテナにより第１エレメントの径方向、すなわち水平方向に沿って伝搬する信号を送信又は／及び受信することが可能となる。

また、前記第２エレメントは、放射導体面が前記第１エレメントの軸方向に直交する面と平行に配設されてあると好適である。

このような構成とすれば、第２アンテナにより第１エレメントの軸方向、すなわちアンテナ装置の上方から伝搬する信号を送信又は／及び受信することが可能となる。

また、前記第１エレメントは、円筒状に形成されていると好適である。

このような構成とすれば、帯状の導電体を丸めるだけで第１エレメントを形成することが可能となる。したがって、簡素な構造で構成できるので製造コストを低減できる。また、円筒状に構成されるので、機械強度も強くすることができる。

また、前記支持部は、地板から垂直に立設して配設されてあると好適である。

このような構成とすれば、第１エレメントが水平方向に配置されているので、地板から第１エレメントまでの距離を最短で繋ぐことができる。したがって、材料コストを低減できる。

また、前記第１アンテナは、車車間通信及び路車間通信の少なくとも一方の信号を送信又は／及び受信し、前記第２アンテナは、航法衛星からの航法信号を受信すると好適である。

このような構成とすれば、車車間通信及び路車間通信の少なくとも一方の信号と、航法衛星からの航法信号とを受信可能なアンテナ装置をコンパクトに構成することができる。したがって、配設場所の自由度が大きくなる。

アンテナ装置の概念を模式的に示した図である。第１アンテナの構成を模式的に示した図である。第２アンテナの構成を模式的に示した図である。アンテナ装置を自動車に搭載した例を示した図である。その他の実施形態に係る第１エレメントを模式的に示した図である。その他の実施形態に係る第１アンテナを模式的に示した図である。

１．アンテナ装置の構成
以下、本発明の実施の形態について図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明に係るアンテナ装置１００の概念を模式的に示した図である。本アンテナ装置１００は、複数の周波数帯の信号を送信又は／及び受信する機能を備えている。本実施形態では、複数の周波数帯が所定の第１周波数ｆ１を含む第１周波数帯と、第１周波数ｆ１と異なる第２周波数ｆ２を含む第２周波数帯との２つの周波数帯であるとして説明する（図１（ａ）参照）。ここで、ｆ１は７００ＭＨｚ帯の周波数であり、ｆ２は１．５ＧＨｚ帯の周波数であるとして説明する。

図１（ｂ）に示されるように、アンテナ装置１００は、第１アンテナ１０と第２アンテナ２０とを備えて構成される。第１アンテナ１０は、図１（ｃ）に示されるように、円環形状の第１エレメント１１を有して構成される。第１エレメント１１は、円環形状の円周が上述の第１周波数ｆ１の波長に応じて設定された円周Ｌ１を有する円環形状で構成される。これにより、第１アンテナ１０を用いて第１周波数ｆ１を含む所定の第１周波数帯の信号を送信又は／及び受信することが可能となる。

ここで、本実施形態では、第１周波数ｆ１は７００ＭＨｚ帯の周波数であるとして説明している。例えば第１周波数ｆ１を７００ＭＨｚとすると、波長λは４３ｃｍ程度となる。よって、円周Ｌ１がλ／２の２２ｃｍ程度となるように第１エレメント１１の円環形状を構成すると良い。ただし、第１エレメント１１は地板３０と容量結合するため、円周Ｌ１は上述した数値より短縮される。

このような第１エレメント１１を用いて取得した第１アンテナ１０の定在波比特性が図１（ｃ）に示される。図１（ｃ）では、縦軸を定在波比（ＶＳＷＲ）とし、横軸を周波数で正規化（ｆ／ｆ１）した値としている。図１（ｃ）に示されるように、第１アンテナ１０によれば、第１周波数ｆ１の信号の送信又は／及び受信に適していることが理解される。

一方、図１（ｄ）に示されるように、第２アンテナ２０は第２エレメント２１を有する。第２エレメント２１は、第１周波数帯と異なる第２周波数帯に含まれる第２周波数ｆ２の波長に応じて設定された長さＬ２を有して構成される。第２エレメント２１は、図１（ｄ）では一辺の長さがＬ２の正方形で示しているが、他の形状で構成することも当然に可能である。

ここで、本実施形態では、第２周波数ｆ２は１．５ＧＨｚ帯の周波数であるとして説明している。例えば第２周波数を１．５ＧＨｚとすると、波長λは２０ｃｍ程度となる。ここで、λ／４に基づき長さＬ２を設定すると、Ｌ２を５ｃｍ程度とすることができる。したがって、第２エレメント２１をコンパクトに形成することができる。ただし、第２エレメント２１は誘電体２４を介して地板３０と容量結合するため、Ｌ２は上述した数値より短縮される。

このような第２エレメント２１を用いて取得した第２アンテナ２０の定在波比特性が図１（ｄ）に示される。図１（ｄ）では、縦軸を定在波比（ＶＳＷＲ）とし、横軸を周波数で正規化（ｆ／ｆ２）した値としている。図１（ｄ）に示されるように、第２アンテナ２０によれば、第２周波数ｆ２の信号の送信又は／及び受信に適していることが理解される。

このように第１アンテナ１０は円周Ｌ１を電気長とする第１エレメント１１を有して構成され、第２アンテナ２０は長さＬ２を電気長とする第２エレメント２１を有して構成される。これにより、アンテナ装置１００は、Ｌ１及びＬ２に基づく２つの周波数帯の信号の送信又は／及び受信を行うことが可能となる。

また、第２アンテナ２０は、第１エレメント１１の径方向内側に配設される。これにより、アンテナ装置１００をコンパクトに構成することが可能となる。また、第２アンテナ２０の高さは、第２アンテナ２０が第１エレメント１１の上端から突出しないようにすると好適である。このように構成すると、アンテナ装置１００の高さが第１エレメント１１の高さ以下に設定することができるので、高さを低くして構成することが可能となる。

２．第１アンテナの構成
次に、第１アンテナ１０について説明する。図２（ａ）は第１アンテナ１０の構成を模式的に示した図であり、図２（ｂ）は第１エレメント１１の電界分布を示した図である。図２（ａ）に示されるように、第１アンテナ１０は、第１エレメント１１と支持部１２とを有して構成される。第１エレメント１１は、上述のように所定の第１周波数帯に含まれる第１周波数ｆ１の波長に応じて設定された円周Ｌ１からなる円環形状で構成される。

本実施形態では、第１エレメント１１は、円筒状に形成される。このような第１エレメント１１は、長さがＬ１の導体（例えば銅製の薄板）を円筒状に丸め、周方向の端部を例えば半田で接合して構成することが可能である。なお、このような円筒状の第１エレメント１１は、電気長が円周Ｌ１で設定されるので、軸方向の長さには依存しない。よって、第１エレメント１１の軸方向長さを短く設定することが可能である。これにより、第１エレメント１１の高さを低く抑えることができる。即ち第１エレメント１１を低背で構成することができる。また、第１エレメント１１の電気長は、円筒状の外周で設定されるので、上記導体の厚さは薄くて良い。したがって、第１エレメント１１を軽く構成することができると共に、材料コストを低減できる。

また、第１エレメント１１は線材３１を介して給電される。線材３１には、送信する信号、または受信した信号を伝達する同軸ケーブル１３の芯線１３Ａが接続される。なお、同軸ケーブル１３の外導体１３Ｂは、地板３０に接続される。地板３０は、例えば銅板からなりアンテナにおけるグランド面とされる。

支持部１２は、第１エレメント１１の外周縁部に付設され、第１エレメント１１を支持する。また、支持部１２は、地板３０と接地する。外周縁部とは、円筒状の径方向外側端の軸方向端である。支持部１２は、第１エレメント１１と同様に、導体で構成する。支持部１２は第１エレメント１１を地板３０に対して支持するので所定の強度を有する部材で構成される。支持部１２は、第１エレメント１１の軸方向に直交する面を水平方向に一致させて第１エレメント１１を支持する。軸方向に直交する面とは、円筒状の第１エレメント１１を円柱状に輪切りにした状態の面である。支持部１２は、この面を水平方向に一致して支持する。

また、本実施形態では、支持部１２は地板３０から垂直に立設して配設される。これにより、第１エレメント１１は、支持部１２が付設されていない部分が、地板３０から浮いた状態とされる。更に、第１エレメント１１は、外周面が鉛直方向と平行に配設される。これにより、第１アンテナ１０は、第１エレメント１１の径方向に沿って伝搬する信号を送信又は／及び受信することが可能となる。

図２（ｂ）には、第１アンテナ１０の電界分布が示される。図２（ｂ）に示されるように、第１エレメント１１の径方向外側に電界が広がっていることが理解できる。一方、第１エレメント１１の径方向内側の電界は逆位相となるので打ち消し合う。このため、径方向内側の電界強度は径方向外側に比べて弱くなっている。更に、径方向中央部は、略電界が生じていない。このような事実は、本願発明者により新たに見いだされた。なお、図２（ｂ）では、等高線と同様に所定の強度毎に区分けしているが、実際には境界は滑らかになる。

３．第２アンテナの構成
次に、第２アンテナ２０について説明する。図３（ａ）は第２アンテナ２０の構成を模式的に示した図である。本実施形態に係る第２アンテナ２０は図３（ａ）に示されるような四角柱状に構成される。また、第２アンテナ２０には第２エレメント２１により送信する信号、或いは受信した信号を伝達するケーブル２３が導出される。ケーブル２３は同軸ケーブルで構成される。

図３（ｂ）は、第２アンテナ２０の側面図である。第２エレメント２１は四角形の導電性の薄板で構成される。その略中央部には、給電点２５が設けられる。また、第２エレメント２１は、四角柱状の誘電体２４の上面に載置される。ケーブル２３から給電点２５へは誘電体２４の中を絶縁して接続される。もちろん、誘電体２４の外側にケーブル２３を沿わせて接続することも可能である。

また、図示はしないが、第２エレメント２１による電界分布は当該第２エレメント２１に直交する方向に強くなるように構成されている。ここで、第２アンテナ２０は、第１エレメント１１の径方向内側に設けられる。第２アンテナ２０は、放射導体面が第１エレメント１１の軸方向に直交する面と平行に配設される。放射導体面とは、上述の四角形の表面である。ここで、第１エレメント１１は軸方向に直交する面が水平に配置される。このため、第２エレメント２１は、水平方向に沿って配置される。したがって、第２アンテナ２０は、第１エレメント１１の軸方向に沿って伝搬する信号を送信又は／及び受信することが可能となる。

図４には、本アンテナ装置１００を車両５０に搭載した場合の例が示される。図４に示されるように、アンテナ装置１００は、車内のダッシュボード等に配設すると好適である。ここで、車車間通信や路車間通信の信号は、車両５０の前後左右方向から伝搬する。また、航法衛星からの航法信号は、車両５０の上方から伝搬する。このため、第１エレメント１１の電気長を車車間通信及び路車間通信の少なくとも何れか一方の周波数に応じて設定し、第２エレメント２１の電気長を航法衛星との通信の周波数に応じて設定すると好適である。これにより、第１アンテナ１０で、車車間通信及び路車間通信の少なくとも一方の信号を送信又は／及び受信し、第２アンテナ２０で、航法衛星からの航法信号を受信することが可能となる。

このように本アンテナ装置１００によれば、第１エレメント１１の径方向内側の電界強度は小さいので、第１エレメント１１の径方向内側に配置される第２アンテナ２０に対する影響を低減できる。このため、第１アンテナ１０と第２アンテナ２０とのアイソレーションを確保することができるので、単一のアンテナ装置１００により、第１周波数帯の信号及び第２周波数帯の信号を感度良く送信又は／及び受信することが可能となる。また、第２アンテナ２０を、従来空きスペースであった第１アンテナ１０の径方向内側に配置するので、第１アンテナ１０のサイズでアンテナ装置１００を実現できる。したがって、高さが高くなることなく（低背で）コンパクトにアンテナ装置１００を実現することが可能となる。

４．その他の実施形態
上記実施形態では、第１エレメント１１が円筒状に形成されているとして説明した。しかしながら、本発明の適用範囲はこれに限定されるものではない。例えば、図５に示されるように、第１エレメント１１を円板状に構成することも当然に可能である。このような構成であっても、第１エレメント１１の径方向外側に電界分布を形成することができる。したがって、第１エレメント１１の径方向に沿って伝搬する信号を送信又は／及び受信することが可能である。また、第１エレメント１１の径方向内側の電界を弱くすることができるので、第２アンテナ２０を第１エレメント１１の径方向内側に配設することが可能となる。

上記実施形態では、支持部１２が地板３０から垂直に立設して配設されてあるとして説明した。このような形態が、図６（ａ）に示される。しかしながら、本発明の適用範囲はこれに限定されるものではない。例えば、図６（ｂ）に示されるように、第１エレメント１１の径方向が水平方向と一致して支持できれば、支持部１２が地板３０から垂直に立設している必要は無い。

上記実施形態では、第１周波数ｆ１は７００ＭＨｚ帯の周波数であり、第２周波数ｆ２は１．５ＧＨｚ帯の周波数であるとして説明した。しかしながら、本発明の適用範囲はこれに限定されるものではない。第１周波数ｆ１及び第２周波数ｆ２を夫々他の周波数で設定することも当然に可能である。また、車車間通信や路車間通信用の周波数が変更された場合には、当該変更された周波数に合わせて適宜、第１エレメント１１の円周Ｌ１を変更することが可能である。更には、第１周波数ｆ１を第２周波数ｆ２よりも高い周波数で設定することも当然に可能である。

上記実施形態では、第２アンテナ２０の高さは、第２アンテナ２０が第１エレメント１１の上端から突出しないようにすると好適であるとして説明した。しかしながら、本発明の適用範囲はこれに限定されるものではない。第２アンテナ２０の高さは、第２アンテナ２０が第１エレメント１１の上端から突出して構成することも当然に可能である。

上記実施形態では、第１アンテナ１０及び第２アンテナ２０が、夫々第１周波数帯の信号及び第２周波数帯の信号を送信又は／及び受信するとして説明した。この「送信又は／及び受信」とは、「送信及び受信の少なくとも一方」を示すものである。すなわち、第１アンテナ１０及び第２アンテナ２０の夫々は、送信のみ行うように構成することも可能であるし、受信のみを行うように構成することも可能である。更には、送信と受信とを行うように構成することも可能である。もちろん、第１アンテナ１０と第２アンテナ２０とを、互いに異なる態様で設定することも可能である。

上記実施形態では、第１エレメント１１は空気中への配置としたが、第１エレメント１１を樹脂で充填して配置しても良い。このように構成することで、波長短縮効果により小型化することが可能になる。

上記実施形態では、第１エレメント１１は線材３１を介して同軸ケーブル１３と接続されるとして説明した。しかしながら、本発明の適用範囲はこれに限定されるものではない。同軸ケーブル１３の芯線１３Ａを、第１エレメント１１と直接、接続して構成することも当然に可能である。

本発明は、複数の周波数帯において信号の送信又は／及び受信が可能なアンテナ装置に用いることが可能である。

１０：第１アンテナ
１１：第１エレメント
１２：支持部
２０：第２アンテナ
２１：第２エレメント
１００：アンテナ装置

Claims

所定の第１周波数帯に含まれる第１周波数の波長に応じて設定された円周からなる円環形状の第１エレメントと、前記第１エレメントの外周縁部に付設され、前記第１エレメントの軸方向に直交する面を水平方向に一致させて前記第１エレメントを支持する支持部と、を有する第１アンテナと、
前記第１エレメントの径方向内側に配設され、前記第１周波数帯と異なる第２周波数帯に含まれる第２周波数の信号を送信又は／及び受信する第２エレメントを有する第２アンテナと、
を備えるアンテナ装置。
前記第１エレメントは、外周面が鉛直方向と平行に配設されてある請求項１に記載のアンテナ装置。
前記第２エレメントは、放射導体面が前記第１エレメントの軸方向に直交する面と平行に配設されてある請求項１又は２に記載のアンテナ装置。
前記第１エレメントは、円筒状に形成されている請求項１から３のいずれか一項に記載のアンテナ装置。
前記支持部は、地板から垂直に立設して配設されてある請求項１から４のいずれか一項に記載のアンテナ装置。
前記第１アンテナは、車車間通信及び路車間通信の少なくとも一方の信号を送信又は／及び受信し、
前記第２アンテナは、航法衛星からの航法信号を受信する請求項１から５のいずれか一項に記載のアンテナ装置。