JP2017103709A - 衛星電波受信用アンテナ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】装置全体の大型化やコスト高を抑えつつ、ビームを天頂方向に向けて鋭くする。
【解決手段】アンテナ装置１において、第１のアンテナ２の周囲に第１のリブ１３が設けられ、第２のアンテナ３の周囲に第２のリブ１４が設けられる構成とした。第１のアンテナ２では、第１のアンテナエレメント６から見てアンテナ地板８の上面部８ａよりも近い部位に第１のリブ１３の上面部１３ａが設けられているので、第１のアンテナエレメント６と第１のリブ１３の上面部１３ａとの間で電気的な結合が高まる。第２のアンテナ３では、第２のアンテナエレメント１０から見てアンテナ地板１２の上面部１２ａよりも近い部位に第２のリブ１４の上面部１４ａが設けられているので、第２のアンテナエレメント１０と第２のリブ１４の上面部１４ａとの間で電気的な結合が高まる。
【選択図】図１

Description

本発明は、衛星電波受信用アンテナ装置に関する。

衛星測位システムを用いて例えば車両等の走行位置を計測する技術が普及している。これに伴って、衛星から送信された衛星電波を受信する衛星電波受信用アンテナ装置が供されている（例えば特許文献１参照）。

特開２０１５−７６８３５号公報

例えば車両が走行する環境では衛星電波が建造物や道路等で反射するマルチパスの影響により、低仰角方向からの遅延時間が大きい衛星電波が衛星電波受信用アンテナ装置に到来する。遅延時間が大きい衛星電波は測位性能を低下させる要因となる。そのため、衛星電波受信用アンテナ装置では、低仰角方向から到来する衛星電波の受信を抑えることが望ましく、ビームを天頂方向に向けて鋭くすることが望まれている。この点に関し、特許文献１では、ビームの中心軸を天頂方向に向けた基準となる１つの指向性アンテナと、ビームの中心軸を天頂方向から所定角度ずつずらした複数の指向性アンテナとが設けられる構成を採用している。しかしながら、特許文献１では、複数の指向性アンテナが設けられる構成であるので、アンテナ地板のサイズが大きくなり、装置全体が大型化すると共に、コスト高になるという問題がある。

本発明は、上記した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、装置全体の大型化やコスト高を抑えつつ、ビームを天頂方向に向けて鋭くすることができ、アンテナ性能を高めることができる衛星電波受信用アンテナ装置を提供することにある。

請求項１に記載した発明によれば、誘電体（５，９，３４）上に平面形状のアンテナエレメント（６，１０，３５）が設けられたパッチアンテナ（２，３，３２）と、平面部（８ａ，１２ａ，３８ａ）を有するアンテナ地板（８，１２，３９）とを備え、パッチアンテナがアンテナ地板上に設けられている。アンテナエレメントの周方向の少なくとも一部で且つ平面部の面上よりもアンテナエレメント側に近い部位に設けられ、アンテナ地板と同電位の同電位部（１３ａ，１４ａ，２３ａ，２４ａ，３７ａ）を備える。

アンテナエレメントから見てアンテナ地板の平面部よりも近い部位に同電位部が設けられているので、アンテナエレメントと同電位部との間で電気的な結合が高まり、アンテナエレメント上に発生する電界が天頂方向に向く。この場合、アンテナ地板の平面部の面上に同電位部が設けられるので、従来構成の複数の指向性アンテナに相当するアンテナが必要となることがなく、アンテナ地板のサイズが大きくなることもない。これにより、装置全体の大型化やコスト高を抑えつつ、ビームを天頂方向に向けて鋭くすることができ、アンテナ性能を高めることができる。

本発明の第１の実施形態の全体構成を示す斜視図 縦断側面図 解析対象の斜視図 縦断側面図 比較対象の斜視図 リブの有無による指向性の影響の解析結果を示す図 リブの高さによる半値角及び最大利得の変化の解析結果を示す図 車両の天井部に設けられた態様を示す図 全体構成を示す斜視図 内部の構成を示す縦断側面図 本発明の第２の実施形態の全体構成を示す斜視図 縦断側面図

（第１の実施形態）
以下、本発明を車両に搭載される衛星電波受信用アンテナ装置（以下、アンテナ装置と称する）に適用した第１の実施形態について図１から図１０を参照して説明する。アンテナ装置１は、ＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System）の衛星から送信されるＬ１帯（１５７５．４２ＭＨｚ）の衛星電波とＬ２帯（１２２７．６ＭＨｚ）の衛星電波とを受信可能な構成である。アンテナ装置１は、Ｌ２帯の衛星電波を受信する第１のアンテナ２と、Ｌ１帯の衛星電波を受信する第２のアンテナ３とを有する。第１のアンテナ２は平板形状の金属板４上に設けられており、第２のアンテナ３は第１のアンテナ２上に設けられている。即ち、第１のアンテナ２と第２のアンテナ３とは積層されている。尚、アンテナ装置１は、後述するように第１のアンテナ２と第２のアンテナ３との積層方向が天頂方向となるように車両に搭載される。

第１のアンテナ２は、パッチアンテナであり、所定の誘電率を有する直方体形状の第１の誘電体５と、第１の誘電体５上に設けられている金属板からなる第１のアンテナエレメント６とを有する。第１のアンテナエレメント６の所定部位には給電部７が設けられており、第１の誘電体５を貫通する金属製の給電ピンを介して第１のアンテナエレメント６に給電される。第１のアンテナ２は、金属板４上の中央部に設けられており、金属板４を第１のアンテナ地板８として動作する。尚、第１のアンテナ２は、第１の誘電体５の誘電率による波長短縮効果により、電気的なサイズが縮小されている。

第２のアンテナ３は、第１のアンテナ２と同様にパッチアンテナであり、所定の誘電率を有する直方体形状の第２の誘電体９と、第２の誘電体９上に設けられている金属板からなる第２のアンテナエレメント１０とを有する。第２のアンテナエレメント１０の所定部位には給電部１１が設けられており、第２の誘電体９を貫通する金属製の給電ピンを介して第２のアンテナエレメント１０に給電される。第２のアンテナ３は、第１のアンテナエレメント６上の中央部に設けられており、第１のアンテナエレメント６を第２のアンテナ地板１２として動作する。尚、第２のアンテナ３も、第２の誘電体９の誘電率による波長短縮効果により、電気的なサイズが縮小されている。又、上記した第１の誘電体５の誘電率は第２の誘電体９の誘電率よりも大きい。即ち、誘電率が相対的に大きい誘電体５を有する第１のアンテナ２が下層であり、誘電率が相対的に小さい誘電体９を有する第２のアンテナ３が上層である。

第１のアンテナ地板８の上面部８ａ（平面部に相当する）には、その面上から積層方向に突出し且つ第１のアンテナ２の全周を囲むように当該第１のアンテナ２と所定のクリアランスを存して枠形状の第１のリブ１３が一体的に形成されている。第１のリブ１３は、第１のアンテナ地板８と同電位であり、その高さは第１の誘電体５の高さと略同じである。即ち、第１のリブ１３の上面部１３ａ（同電位部に相当する）と第１のアンテナエレメント６の端部とは近接している。第２のアンテナ地板１２の上面部１２ａ（平面部に相当する）には、その面上から積層方向に突出し且つ第２のアンテナ３の全周を囲むように当該第２のアンテナ３と所定のクリアランスを存して枠形状の第２のリブ１４が一体的に形成されている。第２のリブ１４は、第２のアンテナ地板１２と同電位であり、その高さは第２の誘電体９の高さと略同じである。即ち、第２のリブ１４の上面部１４ａ（同電位部に相当する）と第２のアンテナエレメント１０の端部とは近接している。

上記した構成では、第１のリブ１３の上面部１３ａと第１のアンテナエレメント６の端部とが近接していることにより、第１のアンテナエレメント６と第１のリブ１３の上面部１３ａとの間で電気的な結合が高まる。その結果、第１のアンテナエレメント６上に発生する電界が天頂方向に向き、ビームが天頂方向に向けて鋭くなる。又、第２のリブ１４の上面部１４ａと第２のアンテナエレメント１０の端部とが近接していることにより、第２のアンテナエレメント１０と第２のリブ１４の上面部１４ａとの間で電気的な結合が高まる。その結果、第２のアンテナエレメント１０上に発生する電界が天頂方向に向き、ビームが天頂方向に向けて鋭くなる。

ここで、第１のリブ１３や第２のリブ１４の有無による指向性の影響について説明する。図３及び図４に示すように、図１に示した構成から第２のアンテナ３及び第２のリブ１４を省いたアンテナ装置を解析対象とすると共に、図５に示すように、図３及び図４に示した構成から第１のリブ１３を省いたアンテナ装置を比較対象とする。尚、条件としては、第１の誘電体５の平面のサイズを３９．５［ｍｍ］×３９．５［ｍｍ］、第１の誘電体５の高さを５［ｍｍ］、第１の誘電体５の比誘電率を１２、第１のアンテナ２と第１のリブ１３とのクリアランスを１［ｍｍ］としている。図６に示すように、第１のリブ１３が形成されている構成では、第１のリブ１３が形成されていない構成に対して半値角が約１８［ｄｅｇ］小さくなっており、ビームが天頂方向に向かって鋭くなっている。

次に、第１のリブ１３や第２のリブ１４の高さによる半値角及び最大利得の変化について説明する。図７に示すように、前述した図３及び図４に示した構成を解析対象とする。図７に示すように、リブの高さが高くなるにしたがって半値角が低下すると共に最大利得が低下している。

次に、アンテナ装置が車両に搭載される態様について説明する。アンテナ装置が車両に搭載される場合、図８に示すように、車両２１の天井部２１ａにシャークフィンの形状をなす筐体２２が配置され、その筐体２２の内部にアンテナ装置が配置される。この場合、車両２２が走行する環境では衛星電波が建造物や道路等で反射するマルチパスの影響により、低仰角方向からの遅延時間が大きい衛星電波が衛星電波受信用アンテナ装置に到来する。特に、車両２２の左右方向の低仰角方向からよりも車両２２の前後方向の低仰角方向から到来する衛星電波が多いので、アンテナの全周を囲むようにリブが形成されている必要はなく、アンテナの対向する２方向でリブが形成されていれば良い。即ち、図９に示すように、前述した図３及び図４に示した構成において枠形状の第１のリブ１３に代えて、棒形状のリブ２３，２４が設けられている構成でも良い。この場合、リブ２３，２４の上面部２３ａ，２４ａと第１のアンテナエレメント６の端部とが近接していることにより、第１のアンテナエレメント６とリブ２３，２４の上面部２３ａ，２４ａとの間で電気的な結合が高まる。その結果、この場合も、第１のアンテナエレメント６上に発生する電界が天頂方向に向き、ビームが天頂方向に向けて鋭くなる。尚、図１０に示すように、車両２２の天井部２２ａの曲面に合わせて第２のアンテナエレメント６の平面部６ａが水平方向となるように基板２５上に台座２６を介して設けられても良い。

以上に説明したように第１の実施形態によれば、次に示す効果を得ることができる。
アンテナ装置１において、第１のアンテナ２の周囲に第１のリブ１３が設けられ、第２のアンテナ３の周囲に第２のリブ１４が設けられる構成とした。第１のアンテナ２では、第１のアンテナエレメント６から見てアンテナ地板８の上面部８ａよりも近い部位に第１のリブ１３の上面部１３ａが設けられているので、第１のアンテナエレメント６と第１のリブ１３の上面部１３ａとの間で電気的な結合が高まる。その結果、第１のアンテナエレメント６上に発生する電界が天頂方向に向く。又、第２のアンテナ３でも、第１のアンテナ２と同様に、第２のアンテナエレメント１０から見てアンテナ地板１２の上面部１２ａよりも近い部位に第２のリブ１４の上面部１４ａが設けられているので、第２のアンテナエレメント１０と第２のリブ１４の上面部１４ａとの間で電気的な結合が高まる。その結果、第２のアンテナエレメント１０上に発生する電界が天頂方向に向く。この場合、アンテナ地板８，１２の上面部８ａ，１２ａの面上にリブ１３，１４が設けられるので、従来構成の複数の指向性アンテナに相当するアンテナが必要となることがなく、アンテナ地板８，１２のサイズが大きくなることもない。これにより、装置全体の大型化やコスト高を抑えつつ、ビームを天頂方向に向けて鋭くすることができ、アンテナ性能を高めることができる。

又、第１のアンテナ２と第２のアンテナ３とが積層される構成において、上層の第２のアンテナ３が下層の第１のアンテナ２の第１のアンテナエレメント６をアンテナ地板１２として動作する構成とした。これにより、複数のパッチアンテナを積層する構成において、それぞれのビームを天頂方向に向けて鋭くすることができ、それぞれのアンテナ性能を高めることができる。又、下層の第１のアンテナ２の第１の誘電体５の誘電率が上層の第２のアンテナ３の第２の誘電体９の誘電率よりも大きい構成とした。これにより、複数のパッチアンテナを積層する構成において、波長短縮効果をより一層高めることができ、装置全体の小型化を図ることができる。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について図１１及び図１２を参照して説明する。尚、前述した第１の実施形態と同一部分については説明を省略し、異なる部分について説明する。第２の実施形態において、アンテナ装置３１は、アンテナ３２と、金属部材３３とを有する。アンテナ３２は、第１の実施形態で説明した第１のアンテナ２と同等の構成であり、所定の誘電率を有する直方体形状の誘電体３４と、誘電体３４上に設けられている金属板からなるアンテナエレメント３５とを有する。アンテナエレメント３５の所定部位には給電部３６が設けられており、誘電体３４を貫通する金属製の給電ピンを介してアンテナエレメント３５に給電される。

金属部材３３は、外側部３７から凹んだ内側部３８を有する凹形状により構成されている。アンテナ３２は、内側部３８の上面部３８ａ（平面部に相当する）上の中央部に設けられており、金属部材３３をアンテナ地板３９として動作する。外側部３７は、その高さが誘電体３４の高さと略同じである。即ち、外側部３７の上面部３７ａ（同電位部に相当する）とアンテナエレメント３５の端部とは近接している。上記した構成では、外側部３７の上面部３７ａとアンテナエレメント３５の端部とが近接していることにより、アンテナエレメント３５と外側部３７の上面部３７ａとの間で電気的な結合が高まる。その結果、アンテナエレメント３５上に発生する電界が天頂方向に向く。

以上に説明したように第２の実施形態によれば、第１の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。即ち、アンテナ３２では、アンテナエレメント３５から見てアンテナ地板３９の内側部３８の上面部３８ａよりも近い部位に外側部３７の上面部３７ａが設けられているので、アンテナエレメント３５と外側部３７の上面部３７ａとの間で電気的な結合が高まる。その結果、アンテナエレメント３５上に発生する電界が天頂方向に向き、ビームを天頂方向に向けて鋭くすることができ、アンテナ性能を高めることができる。

（その他の実施形態）
本発明は、上記した実施形態で例示したものに限定されることなく、その範囲を逸脱しない範囲で任意に変形又は拡張することができる。
車両に搭載される構成を例示したが、車両以外の用途で適用される構成でも良い。
第１の実施形態では、第１のリブ１３が第１のアンテナ地板８に一体的に形成され、第２のリブ１４が第２のアンテナ地板１２に一体的に形成された構成を例示したが、導電性の金属部材がアンテナ地板上に後付けで設けられ、その金属部材がアンテナ地板と電気的に接続された構成でも良い。
第１の実施形態では、２個のパッチアンテナが積層された構成を例示したが、３個以上のパッチアンテナが積層された構成でも良い。

図面中、１，３１は衛星電波受信用アンテナ装置、２，３，３２はアンテナ（パッチアンテナ）、５，９，３４は誘電体、６，１０，３５はアンテナエレメント、８，１２，３９はアンテナ地板、８ａ，１２ａ，３８ａは上面部（平面部）、１３，１４，２３，２４はリブ、３７は外側部、３８は内側部、１３ａ，１４ａ，２３ａ，２４ａ，３７ａは上面部（同電位部）である。

Claims (7)

1. 誘電体（５，９，３４）上に平面形状のアンテナエレメント（６，１０，３５）が設けられたパッチアンテナ（２，３，３２）と、平面部（８ａ，１２ａ，３８ａ）を有するアンテナ地板（８，１２，３９）と、を備え、前記パッチアンテナが前記アンテナ地板上に設けられた衛星電波受信用アンテナ装置（１，３１）において、
   前記アンテナエレメントの周方向の少なくとも一部で且つ前記平面部の面上よりも前記アンテナエレメント側に近い部位に設けられ、前記アンテナ地板と同電位の同電位部（１３ａ，１４ａ，２３ａ，２４ａ，３７ａ）を備えた衛星電波受信用アンテナ装置。
2. 請求項１に記載した衛星電波受信用アンテナ装置において、
   前記パッチアンテナと前記アンテナ地板との組が複数であり、前記複数のパッチアンテナが積層され、
   上層の前記パッチアンテナ（３）は、下層の前記パッチアンテナ（２）の前記アンテナエレメント（６）をアンテナ地板（１２）として動作する衛星電波受信用アンテナ装置。
3. 請求項２に記載した衛星電波受信用アンテナ装置において、
   下層の前記パッチアンテナの前記誘電体の誘電率は上層の前記パッチアンテナの前記誘電体の誘電率よりも大きい衛星電波受信用アンテナ装置。
4. 請求項１から３の何れか一項に記載した衛星電波受信用アンテナ装置において、
   前記同電位部（１３ａ，１４ａ，３７ａ）は、前記アンテナエレメントの全周に亘って設けられている衛星電波受信用アンテナ装置。
5. 請求項１から３の何れか一項に記載した衛星電波受信用アンテナ装置において、
   車両に搭載可能に構成され、
   前記同電位部（２３ａ，２４ａ）は、車両に搭載された状態で当該車両の前後方向となる前記アンテナエレメントの周方向の対向する部位に設けられている衛星電波受信用アンテナ装置。
6. 請求項４又は５に記載した衛星電波受信用アンテナ装置において、
   前記アンテナ地板は、前記平面部（８ａ，１２ａ）を有する平面形状により構成され、
   前記同電位部（１３ａ，１４ａ，２３ａ，２４ａ）は、前記平面部の面上から突出したリブ（１３，１４，２３，２４）の上面部により構成されている衛星電波受信用アンテナ装置（１）。
7. 請求項５に記載した衛星電波受信用アンテナ装置において、
   前記アンテナ地板は、外側部（３７）から凹んだ内側部（３８）に前記平面部（３８ａ）を有する凹形状により構成され、
   前記同電位部（３７ａ）は、前記外側部の上面部により構成されている衛星電波受信用アンテナ装置（３１）。

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