JP2017228995A - 複合アンテナ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】モノポールアンテナ素子の指向性を所望なパターンにできると共に設置面積を小さくできる複合アンテナ装置を提供する。
【解決手段】複数の周波数帯に対応する複合アンテナ装置は、第１周波数帯用アンテナ１０と、第２周波数帯用アンテナ２０とからなる。第１周波数帯用アンテナ１０は、円形グラウンド板１１と、モノポールアンテナ素子１２と、反射器１３とを具備する。反射器１３は、反射器用グラウンド板１６と反射器用側壁１７とからなり、反射器用側壁１７が、モノポールアンテナ素子１２と同じかそれよりも高さが高くモノポールアンテナ素子１２の軸を中心として周辺を囲むように反射器用グラウンド板１６上に立設される。第２周波数帯用アンテナは、第１周波数帯用アンテナ１０よりも小さく第１周波数帯用アンテナ１０上に積層される。
【選択図】図１

Description

本発明は複合アンテナ装置に関し、特に、モノポールアンテナ素子とパッチアンテナ素子を組み合わせた複合アンテナ装置に関する。

従来から、複数のアンテナ素子を組み合わせた複合アンテナ装置が知られている。例えば、Ｖ２Ｘ（車車間／路車間）通信用のＤＳＲＣ（狭域通信）では、５．９ＧＨｚ帯の無線通信用のモノポールアンテナ素子と、現在位置を検出するＧＰＳ（ＧＮＳＳ）用のパッチアンテナ素子が用いられている。Ｖ２Ｘに用いられる無線通信用のモノポールアンテナ素子は、水平面（Ｘ−Ｙ面）では無指向性であることが好ましく、垂直面（Ｘ―Ｚ面）では水平又は水平から斜め上方向に打ち上がる指向性であることが好ましい。

ここで、モノポールアンテナ素子とパッチアンテナ素子の複合アンテナ装置としては、例えば特許文献１−特許文献３が存在する。これらは、何れもモノポールアンテナ素子とパッチアンテナ素子を水平面上に並べたものである。

また、反射器を用いてモノポールアンテナ素子の指向性を任意のパターンとするように構成した低背型のアンテナ装置も知られている（例えば特許文献４、特許文献５）。

特開２０１６−０３２１２１号公報 特開２０１２−０３４２２６号公報 特開２００９−１２４５７７号公報 特開２００４−１２０４２６号公報 特開２００１−３４５６３３号公報

従来技術の特許文献１−特許文献３では、パッチアンテナ素子がモノポールアンテナ素子の指向性に影響を及ぼしてしまい、例えばＶ２Ｘに使用する場合には、十分所望な指向性パターンとはなっていなかった。また、モノポールアンテナ素子とパッチアンテナ素子を水平面上に並べたものであるため、複合アンテナ装置の設置面積も大きくなっていた。さらに、仮に反射器を用いて指向性を任意のパターンとする特許文献４や特許文献５のモノポールアンテナ素子とパッチアンテナ素子を組み合わせて指向性を任意のパターンにできたとしても、複合アンテナ装置の設置面積は大きいままである。

本発明は、斯かる実情に鑑み、モノポールアンテナ素子の指向性を所望なパターンにできると共に設置面積を小さくできる複合アンテナ装置を提供しようとするものである。

上述した本発明の目的を達成するために、本発明による複合アンテナ装置は、円形グラウンド板と、円形グラウンド板の略中央から垂直に立設されると共に円形グラウンド板近傍の給電部から給電されるモノポールアンテナ素子と、反射器用グラウンド板と反射器用側壁とからなる反射器と、を具備する第１周波数帯用アンテナであって、反射器用側壁が、モノポールアンテナ素子と同じかそれよりも高さが高くモノポールアンテナ素子の軸を中心として周辺を囲むように反射器用グラウンド板上に立設される、第１周波数帯用アンテナと、第１周波数帯用アンテナよりも小さく第１周波数帯用アンテナ上に積層され、パッチアンテナ素子と、誘電体板と、グラウンド電極とを具備する第２周波数帯用アンテナと、を具備するものである。

ここで、第１周波数帯用アンテナの反射器用側壁が複数の側壁からなり、該複数の側壁がモノポールアンテナ素子の軸を中心として等間隔に周辺を囲むように反射器用グラウンド板上に円弧状に立設されれば良い。

また、第１周波数帯用アンテナの円形グラウンド板は、反射器用グラウンド板よりも直径が小さく、反射器用グラウンド板と平行に延在し、第１周波数帯用アンテナのモノポールアンテナ素子は、円形グラウンド板と反射器用グラウンド板の間に配置されれば良い。

また、第１周波数帯用アンテナは、さらに、反射器用グラウンド板を覆うように反射器用グラウンド板と平行に延在し反射器用側壁の頂部に固定され円形グラウンド板が配置される基板を具備し、第２周波数帯用アンテナは、基板上に配置されても良い。

また、第２周波数帯用アンテナのグラウンド電極は、円形グラウンド板と共用されても良い。

また、第１周波数帯用アンテナは、さらに、反射器用グラウンド板を覆うように反射器用グラウンド板と平行に延在し反射器用側壁の頂部に固定される非導電性板を具備し、第２周波数帯用アンテナは、非導電性板上に配置されても良い。

また、第１周波数帯用アンテナの反射器用グラウンド板は、円形グラウンド板と共用され、第１周波数帯用アンテナのモノポールアンテナ素子は、円形グラウンド板としての反射器用グラウンド板の略中央から垂直に立設されても良い。

また、第１周波数帯用アンテナのモノポールアンテナ素子は、トップロード部を有するものであっても良い。

本発明の複合アンテナ装置には、モノポールアンテナ素子の指向性を所望なパターンにできると共に設置面積を小さくできるという利点がある。

図１は、本発明の第１実施例の複合アンテナ装置の構成を説明するための概略分解斜視図である。 図２は、本発明の第１実施例の複合アンテナ装置を説明するための概略断面図である。 図３は、本発明の複合アンテナ装置の第１周波数帯用アンテナのモノポールアンテナ素子がトップロード部を有する例を説明するための概略斜視図である。 図４は、本発明の複合アンテナ装置の第１周波数帯用アンテナの反射器を説明するための概略斜視図である。 図５は、本発明の第２実施例の複合アンテナ装置を説明するための概略断面図である。 図６は、本発明の複合アンテナ装置の指向性パターンである。

以下、本発明を実施するための形態を図示例と共に説明する。図１は、本発明の複数の周波数帯に対応する第１実施例の複合アンテナ装置の構成を説明するための概略分解斜視図である。また、図２は、本発明の第１実施例の複合アンテナ装置を説明するための概略断面図である。図中、図１と同一の符号を付した部分は同一物を表している。図示の通り、本発明の複合アンテナ装置は、第１周波数帯用アンテナ１０と、第２周波数帯用アンテナ２０とを有するものである。

第１周波数帯用アンテナ１０は、例えばＶ２Ｘに用いられる５．９ＧＨｚ帯のアンテナであれば良い。第１周波数帯用アンテナ１０は、円形グラウンド板１１と、モノポールアンテナ素子１２と、反射器１３とから構成されている。円形グラウンド板１１は、例えば基板１４の裏面側にベタアースとして設けられれば良い。そして、基板１４がねじ等により反射器１３に固定されれば良い。モノポールアンテナ素子１２は、円形グラウンド板１１の略中央から垂直に立設される。そして、モノポールアンテナ素子１２は、円形グラウンド板１１近傍の給電部１５から給電される。モノポールアンテナ素子１２の長さは、例えば標準的なλ／４であれば良い。反射器１３は、反射器用グラウンド板１６と反射器用側壁１７とからなる。反射器用グラウンド板１６は、例えば円形の導電板であれば良い。反射器用側壁１７は、モノポールアンテナ素子１２と同じかそれよりも高さが高くモノポールアンテナ素子１２の軸を中心として周辺を囲むように反射器用グラウンド板１６上に立設されるものである。反射器用グラウンド板１６と反射器用側壁１７は、同一部材で作成されれば良い。なお、反射器用側壁１７の詳細については後述する。

ここで、本明細書中で円形グラウンド板とは、図示のような真円のものだけでなく、円形とみなせる程度のものも含むものである。指向性にあまり影響を及ぼさない円形とみなせる程度であれば、例えば８角形等の多角形であっても良い。

第１周波数帯用アンテナ１０は、反射器１３を用いることで、例えば水平面のパターンを無指向性にしつつ、垂直面のパターンを水平から若干斜め上方向に打ち上がるような所望の指向性パターンとすることが可能となる。

ここで、モノポールアンテナ素子１２は、例えば図１や図２に示されるような、棒状アンテナであれば良く、標準的なλ／４のアンテナ長を有するものであれば良い。しかしながら、本発明はこれに限定されない。図３は、本発明の複合アンテナ装置の第１周波数帯用アンテナのモノポールアンテナ素子がトップロード部を有する例を説明するための概略斜視図である。図中、図１及び図２と同一の符号を付した部分は同一物を表している。また、図示例では反射器は省略している。図示の通り、本発明の複合アンテナ装置の第１周波数帯用アンテナ１０のモノポールアンテナ素子１２の頂部に、トップロード部１８を設けても良い。トップロード部１８は、容量負荷となるものであり、モノポールアンテナ素子１２の実際の長さを短くする、即ち、高さを低くすることが可能なものである。これにより、より低背化も可能となる。

第２周波数帯用アンテナ２０は、円偏波を受信可能なマイクロストリップアンテナであり、例えばＧＰＳ用のパッチアンテナであれば良い。第２周波数帯用アンテナ２０は、第１周波数帯用アンテナ１０よりも小さいものである。そして、第２周波数帯用アンテナ２０は第１周波数帯用アンテナ１０上に積層されている。第２周波数帯用アンテナ２０は、パッチアンテナ素子２１と、誘電体板２２と、グラウンド電極２３とからなる。パッチアンテナ素子２１は、誘電体板２２上に配置されるものであり、円偏波アンテナとなるように縮退分離素子が設けられる円形状又は方形状の銀膜等の導電性薄膜からなる。誘電体板２２は、例えばセラミックスからなる。そして、誘電体板２２のパッチアンテナ素子２１の設けられる面の裏面側に、グラウンド電極２３が設けられている。誘電体板２２及びグラウンド電極２３の中心近傍には貫通孔が設けられており、この貫通孔にパッチアンテナ素子２１に接続される給電ピンが貫通して給電部に接続されている。なお、第２周波数帯用アンテナ２０の指向性パターンは、垂直面のパターンが上方向に打ち上がるものである。第２周波数帯用アンテナ２０は、従来の又は今後開発されるべきあらゆるパッチアンテナが適用可能である。

図４を用いて本発明の複合アンテナ装置の第１周波数帯用アンテナの反射器について説明する。図４は、本発明の複合アンテナ装置の第１周波数帯用アンテナの反射器を説明するための概略斜視図である。図中、図１と同一の符号を付した部分は同一物を表している。図１では、反射器１３の反射器用側壁１７は、一連の環状側壁として表したが、本発明はこれに限定されず、図４に示されるように複数の側壁からなるものであっても良い。図４（ａ）は反射器用側壁１７が４つの側壁１７ａからなるものであり、図４（ｂ）は反射器用側壁１７が６つの側壁１７ｂからなるものであり、図４（ｃ）は反射器用側壁１７が８つの側壁１７ｃからなるものである。そして、これらの複数の側壁が、モノポールアンテナ素子１２の軸を中心として等間隔に周辺を囲むように反射器用グラウンド板１６上に円弧状に立設されている。

ここで、本明細書中で円弧状に立設されるとは、図示のような複数の湾曲状の反射器用側壁がアンテナ素子周辺を囲むように立設されるものだけでなく、複数の平板状の反射器用側壁がアンテナ素子周辺を囲むように立設されるものも含むものである。例えば、板金加工により、金属平板を打ち抜いて反射器用グラウンド板を作成すると共に、反射器用グラウンド板から反射器用側壁部分を９０度折り曲げることで、側壁がアンテナ素子周辺を等間隔に円弧状に囲むように立設されても良い。

具体的な例を挙げると、４つの側壁１７ａは、その高さが１／４λであり、モノポールアンテナ素子１２までの距離が１／３λであり、モノポールアンテナ素子１２を中心に３４度の角度を成すように等間隔に円弧状に立設されれば良い。また、６つの側壁１７ｂは、その高さが１／４λであり、モノポールアンテナ素子１２までの距離が１／３λであり、モノポールアンテナ素子１２を中心に１２度の角度を成すように等間隔に円弧状に立設されれば良い。また、８つの側壁１７ｃは、その高さが１／４λであり、モノポールアンテナ素子１２までの距離が１／３λであり、モノポールアンテナ素子１２を中心に８度の角度を成すように等間隔に円弧状に立設されれば良い。なお、これらの具体的な数字は単なる一例であり、指向性が所望なパターンとなるように種々選択されれば良い。

図２を再度参照すると、第１周波数帯用アンテナ１０は、さらに、反射器用グラウンド板１６を覆うように反射器用グラウンド板１６と平行に延在し反射器用側壁１７の頂部に固定される非導電性板１９を具備している。非導電性板１９は、モノポールアンテナ素子１２の放射に影響を及ぼさない材質であれば良い。また、非導電性板１９上には、第２周波数帯用アンテナ２０が配置される。したがって、非導電性板１９は、第２周波数帯用アンテナ２０を支えられる程度の強度を有する材質であれば良い。一例としては、例えばポリ塩化ビニル等であれば良い。

本発明の複合アンテナ装置の第１周波数帯用アンテナ１０の反射器用グラウンド板１６には、例えばねじボスが設けられており円形グラウンド板１１が設けられる基板１４がねじ止めされている。しかしながら、本発明はこれに限定されず、反射器用グラウンド板１６が円形グラウンド板１１と共用されても良い。即ち、反射器用グラウンド板１６を、モノポールアンテナ素子１２のグラウンドとなる円形グラウンド板１１として用いることも可能である。この場合、モノポールアンテナ素子１２は、円形グラウンド板１１としての反射器用グラウンド板１６の略中央から垂直に立設されれば良い。これにより、部品点数の削減や薄型化が可能となる。

本発明の第１実施例の複合アンテナ装置は、第２周波数帯用アンテナ２０を第１周波数帯用アンテナ１０の上に配置しても、第１周波数帯用アンテナ１０の指向性パターンに殆ど影響を与えることがない。したがって、指向性を所望なパターンに保ったまま設置面積を小さくすることが可能となる。

次に、本発明の第２実施例の複合アンテナ装置を説明する。図５は、本発明の第２実施例の複合アンテナ装置を説明するための概略断面図である。図中、図２と同一の符号を付した部分は同一物を表している。本発明の第２実施例の複合アンテナ装置は、第１周波数帯用アンテナ１０が第１実施例のものとは上下逆さに配置されるものである。図示の通り、第２実施例の複合アンテナ装置は、第１周波数帯用アンテナ１０の円形グラウンド板１１が、反射器用グラウンド板１６よりも直径が小さく、反射器用グラウンド板１６と平行に延在している。そして、第１周波数帯用アンテナ１０のモノポールアンテナ素子１２は、円形グラウンド板１１と反射器用グラウンド板１６の間に配置されている。即ち、モノポールアンテナ素子１２は、反射器用グラウンド板１６の上方に設けられる円形グラウンド板１１から、下方の反射器用グラウンド板１６に向かって延在することになる。

より具体的には、第１周波数帯用アンテナ１０は、円形グラウンド板１１が配置される基板１４を有している。円形グラウンド板１１は、例えば基板１４の裏面側（図示例では上部側）にベタアースとして設けられていれば良い。基板１４は、反射器用グラウンド板１６を覆うように反射器用グラウンド板１６と平行に延在している。そして、基板１４は、例えばねじ等により反射器１３の反射器用側壁１７の頂部に固定されれば良い。ここで、基板１４は、モノポールアンテナ素子１２の放射に影響を及ぼさない材質であれば良い。そして、第２周波数帯用アンテナ２０は、この基板１４上に配置されれば良い。即ち、基板１４の円形グラウンド板１１が設けられる側の面上に第２周波数帯用アンテナ２０が配置されれば良い。例えば、第２周波数帯用アンテナ２０がＧＰＳアンテナモジュールとして一体形成されたものであれば、そのまま基板１４上に両面テープ等で固定されれば良い。

また、第２周波数帯用アンテナ２０のグラウンド電極２３は、円形グラウンド板１１と共用されても良い。即ち、図５に示されるように、基板１４の第２周波数帯用アンテナ２０と対向する面上には円形グラウンド板１１が配置されている。そして、第２周波数帯用アンテナ２０のグラウンド電極２３が円形グラウンド板１１と接触することになる。したがって、グラウンド電極２３を円形グラウンド板１１と共用することとし、第１周波数帯用アンテナ１０と第２周波数帯用アンテナ２０のグラウンドを１つのグラウンド板で構成することも可能である。

このように、本発明の第２実施例の複合アンテナ装置は、第１周波数帯用アンテナ１０が逆さ配置された構造である。このような構造であっても、円形グラウンド板１１は、反射器用グラウンド板１６よりも直径が小さいため、円形グラウンド板１１で覆われることなく、モノポールアンテナ素子１２からの放射波や反射器１３からの反射波が反射器用側壁１７と円形グラウンド板１１の間から漏れ出る。これらの合成波が所望な指向性パターンとなるように設計すれば良い。そして、第２実施例の複合アンテナ装置でも、第１実施例と同様に、第１周波数帯用アンテナ１０の指向性パターンは第２周波数帯用アンテナ２０の影響を殆ど受けることがない。

ここで、図６に本発明の複合アンテナ装置の指向性パターンを示す。図６（ａ）が第１実施例の反射器用側壁が１つ（図１）の場合、図６（ｂ）が第１実施例の反射器用側壁が４つ（図４（ａ））の場合、図６（ｃ）が第２実施例の反射器用側壁が４つ（図５）の場合の第１周波数帯用アンテナの指向性パターンである。図中、上段が垂直面（Ｘ―Ｚ面）のパターンであり、下段が水平面（Ｘ−Ｙ面）のパターンである。

図示の通り、何れの実施例の場合でも第２周波数帯用アンテナの影響を受けず、第１周波数帯用アンテナの指向性パターンは、水平面のパターンが略無指向性となっていることが分かる。また、垂直面のパターンも水平から若干斜め上方向に打ち上がる所望な指向性となっていることが分かる。即ち、第１周波数帯用アンテナの指向性パターンの弱い位置（不要な位置）である上方に第２周波数帯用アンテナが配置されるため、第２周波数帯用アンテナが第１周波数帯用アンテナの指向性パターンに影響を殆ど与えることがない。また、第２周波数帯用アンテナについても、上方向に打ち上がる指向性パターンを有するものであるため、下方に配置される第１周波数帯用アンテナの影響を殆ど受けることがない。さらに、図６（ｂ）と図６（ｃ）の指向性パターンは略同一のものとなっており、第１周波数帯用アンテナを上下逆さに配置しても、指向性パターンに影響を与えないことも分かる。

なお、本発明の複合アンテナ装置は、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

１０ 第１周波数帯用アンテナ
１１ 円形グラウンド板
１２ モノポールアンテナ素子
１３ 反射器
１４ 基板
１５ 給電部
１６ 反射器用グラウンド板
１７ 反射器用側壁
１８ トップロード部
１９ 非導電性板
２０ 第２周波数帯用アンテナ
２１ パッチアンテナ素子
２２ 誘電体板
２３ グラウンド電極

Claims (8)

1. 複数の周波数帯に対応する複合アンテナ装置であって、該複合アンテナ装置は、
   円形グラウンド板と、円形グラウンド板の略中央から垂直に立設されると共に円形グラウンド板近傍の給電部から給電されるモノポールアンテナ素子と、反射器用グラウンド板と反射器用側壁とからなる反射器と、を具備する第１周波数帯用アンテナであって、反射器用側壁が、モノポールアンテナ素子と同じかそれよりも高さが高くモノポールアンテナ素子の軸を中心として周辺を囲むように反射器用グラウンド板上に立設される、第１周波数帯用アンテナと、
   前記第１周波数帯用アンテナよりも小さく第１周波数帯用アンテナ上に積層され、パッチアンテナ素子と、誘電体板と、グラウンド電極とを具備する第２周波数帯用アンテナと、
   を具備することを特徴とする複合アンテナ装置。
2. 請求項１に記載の複合アンテナ装置において、前記第１周波数帯用アンテナの反射器用側壁が複数の側壁からなり、該複数の側壁がモノポールアンテナ素子の軸を中心として等間隔に周辺を囲むように反射器用グラウンド板上に円弧状に立設されることを特徴とする複合アンテナ装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載の複合アンテナ装置において、前記第１周波数帯用アンテナの円形グラウンド板は、反射器用グラウンド板よりも直径が小さく、反射器用グラウンド板と平行に延在し、
   前記第１周波数帯用アンテナのモノポールアンテナ素子は、円形グラウンド板と反射器用グラウンド板の間に配置されることを特徴とする複合アンテナ装置。
4. 請求項３に記載の複合アンテナ装置において、前記第１周波数帯用アンテナは、さらに、反射器用グラウンド板を覆うように反射器用グラウンド板と平行に延在し反射器用側壁の頂部に固定され円形グラウンド板が配置される基板を具備し、
   前記第２周波数帯用アンテナは、基板上に配置される、
   ことを特徴とする複合アンテナ装置。
5. 請求項３又は請求項４に記載の複合アンテナ装置において、前記第２周波数帯用アンテナのグラウンド電極は、円形グラウンド板と共用されることを特徴とする複合アンテナ装置。
6. 請求項１又は請求項２に記載の複合アンテナ装置において、前記第１周波数帯用アンテナは、さらに、反射器用グラウンド板を覆うように反射器用グラウンド板と平行に延在し反射器用側壁の頂部に固定される非導電性板を具備し、
   前記第２周波数帯用アンテナは、非導電性板上に配置される、
   ことを特徴とする複合アンテナ装置。
7. 請求項６に記載の複合アンテナ装置において、前記第１周波数帯用アンテナの反射器用グラウンド板は、円形グラウンド板と共用され、
   前記第１周波数帯用アンテナのモノポールアンテナ素子は、円形グラウンド板としての反射器用グラウンド板の略中央から垂直に立設される、
   ことを特徴とする複合アンテナ装置。
8. 請求項１乃至請求項７の何れかに記載の複合アンテナ装置において、前記第１周波数帯用アンテナのモノポールアンテナ素子は、トップロード部を有することを特徴とする複合アンテナ装置。