JP2015139210A - 統合アンテナ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】アンテナの特性を損なうことなく、従来よりも小型な統合アンテナ装置を実現する。【解決手段】統合アンテナ装置１において、アンテナ２０を、アンテナ２０の少なくとも一部がループアンテナ１０の放射素子１２に囲まれた平面領域Ｒ１を横断面とする柱状領域Ｒ２に含まれるように、かつ、アンテナ２０の送受信する直線偏波における電界の振動方向がループアンテナ１０の送受信する円偏波における電界の振動面と交わるように配置する。【選択図】図１

Description

本発明は、複数のアンテナを搭載した統合アンテナ装置に関する。

無線通信の用途拡大に伴い、その用途に応じた種々のアンテナが開発されている。そのようなアンテナの例としては、例えば、ＦＭ／ＡＭ放送、地上デジタル放送、ＤＡＢ（Digital Audio Broadcast）、３Ｇ（3rd Generation：第３世代携帯電話）、ＬＴＥ（Long Term Evolution）、ＧＰＳ（Global Positioning System：全地球測位システム）、ＶＩＣＳ（登録商標）（Vehicle Information and Communication System：道路交通情報通信システム）、ＥＴＣ（Electronic Toll Collection：電子料金徴収システム）等の用途に用いられるアンテナが挙げられる。近年では、異なる用途に用いられる複数のアンテナを搭載し、パッケージ化した統合アンテナ装置が開発されている。

そのような統合アンテナ装置の例としては、特許文献１に記載のアンテナ装置が挙げられる。特許文献１に記載の多機能アンテナ装置は、地上波信号の受信用アンテナ、位置測定用アンテナ、衛星からの衛星信号の受信用アンテナ、及び自動車無線帯域用アンテナを備えている。

特表２００９−５１４２５３号公報（２００９年４月２日公表）

しかしながら、上記従来の統合アンテナ装置は、小型化が困難であるという課題があった。従来の統合アンテナ装置について、図３（ａ）を参照しながら説明する。図３（ａ）は、従来の統合アンテナ装置１０１の概略構成を示す斜視図である。

図３（ａ）に示す従来の統合アンテナ装置１０１は、アンテナ１１０と、他のアンテナ１２０と、アンテナ１１０及び他のアンテナ１２０が載置されたベース部１３０とを備えている。アンテナ１１０は、位置測定用又は衛星信号受信用のパッチアンテナであり、基板１１１、及び、基板１１１上に形成された放射素子１１２を有している。他のアンテナ１２０は、自動車無線帯域用のアンテナであり、基板１２１、及び、基板１２１上に形成された放射素子１２２を有している。図３（ａ）に示すように、ベース部１３０上において、アンテナ１１０と他のアンテナ１２０とは、互いに離間している。

図３（ａ）に示す従来の統合アンテナ装置１０１において、アンテナ１１０をループアンテナに置き換えた場合、図３（ｂ）に示す構成が得られる。図３（ｂ）に示す構成においても、ベース部１３０上において、アンテナ１１０と、他のアンテナ１２０とが、互いに離間することになる。

これらの統合アンテナ装置においては、一方のアンテナの特性が他方のアンテナの存在によって損なわれないようにする必要がある。そのため、統合アンテナ装置に搭載される各アンテナは、互いに離間するように、ベース部上に並べて配置される。したがって、統合アンテナ装置において各アンテナを配置するスペースを確保する必要があるため、統合アンテナ装置の小型化が困難であった。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、ループアンテナと他のアンテナとを統合した統合アンテナ装置において、これらのアンテナの特性を損なうことなく、従来よりも小型な統合アンテナ装置を実現することにある。

本願の発明者らは、ループアンテナと他のアンテナとを備えた統合アンテナ装置において、ループアンテナと他のアンテナとの好ましい配置を検討した結果、以下の事実を見いだした。すなわち、他のアンテナを、当該他のアンテナの送信又は受信する直線偏波における電界の振動方向がループアンテナの送信又は受信する円偏波における電界の振動面と交わるように配置すれば、他のアンテナを、当該他のアンテナの少なくとも一部がループアンテナの放射素子に囲まれた平面領域を横断面とする柱状領域に含まれるように配置しても、ループアンテナ及び他のアンテナの特性が大きく損なわれることがない、という事実を見いだした。また、ループアンテナ及び他のアンテナの特性の劣化をより一層抑制するには、他のアンテナの送信又は受信する直線偏波における電界の振動方向とループアンテナの送信又は受信する円偏波における電界の振動面とがより直交に近づくように、他のアンテナを配置することが好ましい、という事実を見出した。本願発明は、この事実に基づき、発明されたものである。

すなわち、本発明に係る統合アンテナ装置は、ループアンテナと他のアンテナとを備えた統合アンテナ装置であって、上記他のアンテナは、当該他のアンテナの少なくとも一部が上記ループアンテナの放射素子に囲まれた平面領域を横断面とする柱状領域に含まれるように、かつ、当該他のアンテナの送信又は受信する直線偏波における電界の振動方向が上記ループアンテナの送信又は受信する円偏波における電界の振動面と交わるように配置されている、ことを特徴とする。

上記構成によれば、上記他のアンテナの少なくとも一部は、上記ループアンテナの放射素子に囲まれた平面領域を横断面とする柱状領域に含まれている。そのため、従来のように上記ループアンテナと上記他のアンテナとをベース部上に並べて配置する場合と比較して、上記ループアンテナ及び上記他のアンテナの配置に要するスペースを小さくすることができる。

特に、上記他のアンテナの全体が上記ループアンテナの放射素子に囲まれた平面領域を横断面とする柱状領域に含まれている場合には、上記ループアンテナ及び上記他のアンテナの配置に要するスペースをさらに小さくすることができる。

しかも、上記構成によれば、上記他のアンテナは、上記他のアンテナの送信又は受信する直線偏波における電界の振動方向が上記ループアンテナの送信又は受信する円偏波における電界の振動面と交わるように配置されている。そのため、上記ループアンテナ及び上記他のアンテナの特性が大きく損なわれることはない。

したがって、上記ループアンテナ及び上記他のアンテナの特性を大きく損なうことなく、従来よりも小型な統合アンテナ装置を実現することができる。

また、上記の統合アンテナ装置において、上記他のアンテナは、当該他のアンテナの送信又は受信する直線偏波における電界の振動方向が上記ループアンテナの送信又は受信する円偏波における電界の振動面と直交するように配置されている、ことが好ましい。

上記構成によれば、上記他のアンテナは、上記他のアンテナの送信又は受信する直線偏波における電界の振動方向が上記ループアンテナの送信又は受信する円偏波における電界の振動面と直交するように配置されている。そのため、上記ループアンテナ及び上記他のアンテナの特性の劣化をより一層抑制することができる。

また、上記の統合アンテナ装置において、上記他のアンテナは、上記ループアンテナの放射素子を貫通するように配置されている、ことが好ましい。

上記構成によれば、上記他のアンテナは、上記ループアンテナの放射素子を貫通するように配置されているため、上記統合アンテナ装置において、上記ループアンテナ及び上記他のアンテナの配置スペースをさらに小さくすることができる。また、上記他のアンテナを、上記ループアンテナが載置されたベース部に近接させたり、接続したりすることによって、上記他のアンテナの特性を改善することができる。更に、上記他のアンテナが地板を要するモノポールアンテナや逆Ｆアンテナなどである場合、上記ループアンテナが載置されたベース部、又は、このベース部上に形成された導体板を、上記他のアンテナの地板として用いることができる。

したがって、従来よりもさらに小型な統合アンテナ装置を実現することができる。

なお、上記の統合アンテナ装置においては、上記ループアンテナの動作帯域と上記他のアンテナの動作帯域とは、少なくとも一部が重なり合っている場合であっても、上記ループアンテナ及び上記他のアンテナの特性を大きく損なうことなく、従来よりも小型な統合アンテナ装置を実現することができる。

また、上記の統合アンテナ装置において、上記ループアンテナは、例えば、衛星送信局から送信された円偏波を受信するものであり、上記他のアンテナは、例えば、地上基地局から送信された垂直偏波を受信するか、または、地上基地局に対して垂直偏波を送信するものである。

また、上記の統合アンテナ装置において、上記他のアンテナは、例えば、モノポールアンテナ又は逆Ｆアンテナである。

ただし、上記他のアンテナが上記のモノポールアンテナ又は逆Ｆアンテナ以外であっても、上記他のアンテナが上記ループアンテナの放射素子に囲まれた平面領域を横断面とする柱状領域に含まれるように、かつ、上記他のアンテナの送信又は受信する直線偏波における電界の振動方向が上記ループアンテナの送信又は受信する円偏波における電界の振動面と交わる（好ましくは、直交する）ように配置されていれば、上記の効果と同様の効果が得られる。

本発明によれば、ループアンテナと他のアンテナとを統合した統合アンテナ装置において、これらのアンテナの特性を損なうことなく、従来よりも小型な統合アンテナ装置を実現することができる。

本発明の一実施形態に係る統合アンテナ装置の概略構成を示す斜視図である。 図１に示す統合アンテナ装置の変形例の構成を示す斜視図であり、（ａ）は、他のアンテナがループアンテナの放射素子を貫通していない場合を示し、（ｂ）は、他のアンテナの全体がループアンテナの放射素子に囲まれた平面領域を横断面とする柱状領域に含まれている場合を示す。 （ａ）は、従来の統合アンテナ装置であって、パッチアンテナと他のアンテナとを搭載した統合アンテナ装置の概略構成を示す斜視図であり、（ｂ）は、図３（ａ）に示す統合アンテナ装置において、パッチアンテナをループアンテナに置き換えた場合の統合アンテナ装置の概略構成を示す斜視図である。

本発明の一実施形態に係る統合アンテナ装置１について、図１を参照しながら説明する。図１は、本実施形態に係る統合アンテナ装置１の概略構成を示す斜視図である。

統合アンテナ装置１は、図１に示すように、ループアンテナ１０と、アンテナ２０と、ループアンテナ１０及びアンテナ２０が載置されたベース部３０とを備えている。さらに、統合アンテナ装置１は、ループアンテナ１０とアンテナ２０とを覆う流線型のレドーム（不図示）を備えており、ループアンテナ１０及びアンテナ２０は、ベース部３０とレドームとからなるケース内に収容されている。

ループアンテナ１０は、図１に示すように、基板１１、及び、基板１１上に形成された放射素子１２を有している。ループアンテナ１０は、例えば、衛星送信局から送信された円偏波（例えば、ＧＰＳ波）を受信するものである。基板１１は、その上面がｘｙ平面に平行になるようにベース部３０の上面に載置される。また、基板１１には、アンテナ２０を貫通させるための貫通孔が形成されている。

アンテナ２０は、図１に示すように、基板２１、及び、基板２１上に形成された放射素子２２を有している。アンテナ２０は、例えば、地上基地局から送信された直線偏波（例えば、３Ｇ波またはＬＴＥ波）を受信するか、または、地上基地局に対して直線偏波を送信するものである。アンテナ２０は、例えば、ベース部３０を地板とするモノポールアンテナであり、放射素子２２とベース部３０とを短絡すれば、アンテナ２０は、逆Ｆアンテナとなる。

図１に示すように、アンテナ２０は、アンテナ２０の一部がループアンテナ１０の放射素子１２に囲まれた平面領域Ｒ１を横断面とする柱状領域Ｒ２に含まれるように配置されている。ここで、「横断面」とは、柱状領域Ｒ２において、長さ方向（ｚ軸方向）に対し垂直な（ｘｙ平面に平行な）断面である。また、アンテナ２０の一部は、図１において破線にて示すように、基板１１に形成された貫通孔を通じてベース部３０の上面に接するように配置されている。

図１に示すように、統合アンテナ装置１は、ループアンテナ１０とアンテナ２０とをベース部３０上に並べて配置する場合と比較して、ループアンテナ１０及びアンテナ２０の配置に要するスペースを小さくすることができる。

また、アンテナ２０は、ループアンテナ１０の放射素子１２を貫通するように配置されている。そのため、アンテナ２０を、ベース部３０に近接させたり、接続したりすることによって、アンテナ２０の特性を改善することができる。また、アンテナ２０の先端に同軸ケーブルを接続する場合、この同軸ケーブルから放射される電磁波によって生じ得るループアンテナ１０の特性の劣化をより一層抑制することができる。

また、アンテナ２０は、アンテナ２０の送信又は受信する直線偏波における電界の振動方向がループアンテナ１０の受信する円偏波における電界の振動面（ループアンテナ１０が送信する円偏波の振動面と同じ）と交わるように配置される。図１に示す統合アンテナ装置１において、ループアンテナ１０の受信する円偏波における電界の振動面は、ｘｙ平面に平行な平面である。すなわち、アンテナ２０は、アンテナ２０の送信又は受信する直線偏波における電界の振動方向がｘｙ平面に交わるように配置されている。

統合アンテナ装置１を上記のように構成することにより、アンテナ２０の送信又は受信する直線偏波と、ループアンテナ１０の送信又は受信する円偏波とが互いに干渉することを抑制することができる。したがって、ループアンテナ１０及びアンテナ２０の特性が大きく損なわれることはない。

以上のように、統合アンテナ装置１によれば、ループアンテナ１０及びアンテナ２０の特性を大きく損なうことなく、従来よりも小型な統合アンテナ装置を実現することができる。

なお、統合アンテナ装置１において、アンテナ２０は、アンテナ２０の送信又は受信する直線偏波における電界の振動方向がループアンテナ１０の受信する円偏波における電界の振動面（ｘｙ平面に平行な平面）に直交する、すなわち、アンテナ２０の送信又は受信する直線偏波における電界の振動方向がｚ軸方向に一致するように配置されていることが好ましい。

上記のような構成の一例としては、ループアンテナ１０は、例えば、衛星送信局から送信された円偏波を受信するものであり、アンテナ２０は、例えば、地上基地局から送信された垂直偏波を受信するか、または、地上基地局に垂直偏波を送信するものであればよい。統合アンテナ装置１を上記のように構成することにより、アンテナ２０の送信又は受信する垂直偏波とループアンテナ１０の受信する円偏波とが、互いに干渉することがないので、ループアンテナ１０及びアンテナ２０の特性の劣化をより一層抑制することができる。

また、本実施形態に係る統合アンテナ装置１において、ループアンテナ１０の動作帯域は、１５７１．４２ＭＨｚ以上１６０５．３７５ＭＨｚ以下の周波数帯域であり、アンテナ２０の動作帯域は、６９８ＭＨｚ以上２６９０ＭＨｚ以下の周波数帯域である。このように、ループアンテナ１０の動作帯域とアンテナ２０の動作帯域とは、少なくとも一部が重なり合っている場合であっても、ループアンテナ１０及びアンテナ２０の特性を大きく損なうことなく、従来よりも小型な統合アンテナ装置を実現することができる。

（変形例）
次に、統合アンテナ装置１の変形例について、図２を参照しながら説明する。図２は、統合アンテナ装置１の変形例の構成を示す斜視図である。特に、図２（ａ）は、アンテナ２０がループアンテナ１０の放射素子１２を貫通していない場合を示し、図２（ｂ）は、アンテナ２０の全体が柱状領域Ｒ２に含まれている場合を示す。なお、説明の便宜上、図１に示す統合アンテナ装置１と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。

図２（ａ）に示す統合アンテナ装置１は、アンテナ２０の形状及び配置を変形したものである。図２（ａ）に示す例において、アンテナ２０は、アンテナ２０の一部が柱状領域Ｒ２に含まれるように配置されている。また、アンテナ２０は、ループアンテナ１０の放射素子１２を貫通するように配置されていない。

図２（ａ）に示す構成においても、ループアンテナ１０とアンテナ２０とをベース部３０上に並べて配置する場合と比較して、ループアンテナ１０及びアンテナ２０の配置に要するスペースを小さくすることができる。

したがって、図２（ａ）に示す統合アンテナ装置１によれば、ループアンテナ１０及びアンテナ２０の特性を大きく損なうことなく、従来よりも小型な統合アンテナ装置を実現することができる。

また、図２（ｂ）に示す統合アンテナ装置１は、アンテナ２０の形状及び配置を変形したものである。図２（ｂ）に示す例においては、アンテナ２０は、アンテナ２０の全体が柱状領域Ｒ２に含まれるように配置される。また、アンテナ２０の一部は、図２（ｂ）において破線にて示すように、基板１１に形成された貫通孔を通じてベース部３０の上面に接するように配置されている。

図２（ｂ）に示す構成は、図１及び図２（ａ）に示す構成と比較して、ループアンテナ１０及びアンテナ２０の配置に要するスペースをさらに小さくすることができる。したがって、図２（ｂ）に示す統合アンテナ装置１によれば、ループアンテナ１０及びアンテナ２０の特性を大きく損なうことなく、従来よりも小型な統合アンテナ装置を実現することができる。

〔付記事項〕
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

本発明は、例えば、移動体又は移動端末に搭載するアンテナ装置として好適に利用することができる。移動体の例としては、自動車、鉄道車両、船舶などが挙げられる。移動端末の例としては、携帯電話端末、ＰＤＡ（Personal Digital Assistance）、タブレット型ＰＣ（Personal Computer）などが挙げられる。

１ 統合アンテナ装置
１０ ループアンテナ
１１ 基板
１２ 放射素子
２０ アンテナ（他のアンテナ）
２１ 基板
２２ 放射素子
３０ ベース部
Ｒ１ 平面領域
Ｒ２ 柱状領域

Claims (6)

1. ループアンテナと他のアンテナとを備えた統合アンテナ装置であって、
   前記他のアンテナは、当該他のアンテナの少なくとも一部が前記ループアンテナの放射素子に囲まれた平面領域を横断面とする柱状領域に含まれるように、かつ、当該他のアンテナの送信又は受信する直線偏波における電界の振動方向が前記ループアンテナの送信又は受信する円偏波における電界の振動面と交わるように配置されている、
   ことを特徴とする統合アンテナ装置。
2. 前記他のアンテナは、当該他のアンテナの送信又は受信する直線偏波における電界の振動方向が前記ループアンテナの送信又は受信する円偏波における電界の振動面と直交するように配置されている、
   ことを特徴とする請求項１に記載の統合アンテナ装置。
3. 前記他のアンテナは、前記ループアンテナの放射素子を貫通するように配置されている、
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の統合アンテナ装置。
4. 前記ループアンテナの動作帯域と前記他のアンテナの動作帯域とは、少なくとも一部が重なり合っている、
   ことを特徴とする請求項１から３までの何れか１項に記載の統合アンテナ装置。
5. 前記ループアンテナは、衛星送信局から送信された円偏波を受信するものであり、
   前記他のアンテナは、地上基地局から送信された垂直偏波を受信するか、または、地上基地局に対して垂直偏波を送信するものである、
   ことを特徴とする請求項１から４までの何れか１項に記載の統合アンテナ装置。
6. 前記他のアンテナは、モノポールアンテナ又は逆Ｆアンテナである、
   ことを特徴とする請求項１から５までの何れか１項に記載の統合アンテナ装置。

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