JP2018182362A - アンテナ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡素な構成により異なる周波数帯の電波をそれぞれ同時に受信可能にする。【解決手段】アンテナ装置１は、第１の周波数帯（Ｌ１帯）の信号を受信するための導電体からなる第１アンテナ２１Ａと、第１アンテナとの間に誘電体によるギャップＧ３を介して配置され、第１の周波数帯とは異なる第２の周波数帯（Ｌ２帯）の信号を受信するための導電体からなる第２アンテナ２１Ｂと、第１アンテナとの間に誘電体による第１のギャップＧ１を介して配置され、第２アンテナとの間に誘電体による第２のギャップＧ２を介して配置され、第１アンテナに第１のギャップを介して給電するとともに、第２アンテナに第２のギャップを介して給電する共通の給電パッド２３とを備える。【選択図】図４

Description

本発明は、アンテナ装置に関する。

従来、異なる周波数帯の電波のそれぞれに対応したアンテナを備えた多周波数帯複合型のアンテナ装置が提案されている。
特許文献１に記載のアンテナ装置にあっては、第１の周波数を持つ信号を送受信する第１のパッチには、第１の給電線が接続され、第２の周波数を持つ信号を送受信する第２のパッチには、第２の給電線が接続される。

特開２０１３−０９８７８６号公報

しかし、従来の２周波数帯複合型のアンテナ装置にあっては、給電点が２つであるため、アクティブアンテナを構成する場合も各周波数帯に対応するため低雑音増幅回路（ＬＮＡ：Low Noise Amplifier）が２ブロック必要であり、最終段にダイプレクサが必要である。

本発明は以上の従来技術における問題に鑑みてなされたものであって、簡素な構成により異なる周波数帯の電波をそれぞれ同時に受信可能にするアンテナ装置を提供することを課題とする。

以上の課題を解決するための請求項１記載の発明は、少なくとも異なる２以上の周波数帯の信号を受信するための導電体からなるアンテナを別個に備えるとともに、そのうち少なくとも２つのアンテナにギャップを介して給電する導電体からなる共通の給電パッドを備えたアンテナ装置である。

請求項２記載の発明は、第１の周波数帯の信号を受信するための導電体からなる第１アンテナと、
前記第１アンテナとの間にギャップを介して配置され、前記第１の周波数帯とは異なる第２の周波数帯の信号を受信するための導電体からなる第２アンテナと、
前記第１アンテナとの間に第１のギャップを介して配置され、前記第２アンテナとの間に第２のギャップを介して配置され、前記第１アンテナに前記第１のギャップを介して給電するとともに、前記第２アンテナに前記第２のギャップを介して給電する共通の給電パッドとを備える請求項１に記載のアンテナ装置である。

請求項３記載の発明は、前記第１アンテナ及び前記第２アンテナはともに、ループ状に形成されている請求項２に記載のアンテナ装置である。

請求項４記載の発明は、前記第１アンテナ、前記第２アンテナ及び前記共通の給電パッドはともに、誘電体基体の同一面に形成されている請求項３に記載のアンテナ装置である。

請求項５記載の発明は、前記第１の周波数帯が前記第２の周波数帯より高い周波数帯であるとして、前記第１アンテナ及び前記共通の給電パッドは、前記第２アンテナによるループに囲まれ、前記共通の給電パッドは、前記第１アンテナによるループの外に配置されている請求項４に記載のアンテナ装置である。

請求項６記載の発明は、前記第１アンテナが形成するループは、ミアンダ部を有する請求項５に記載のアンテナ装置である。

請求項７記載の発明は、前記共通の給電パッドに、異なる２以上の周波数帯の信号を処理する共通の低雑音増幅回路が接続された請求項１から請求項６のうちいずれか一に記載のアンテナ装置である。

本発明によれば、共通の給電パッドから、２つのアンテナにそれぞれギャップを介して給電するので、給電点が一つになり、低雑音増幅回路（ＬＮＡ：Low Noise Amplifier）を共通化することができ、従って簡素な構成により異なる周波数帯の電波をそれぞれ同時に受信可能である。
また、多周波数帯複合型のアンテナ装置は、ＰＣＶ（フェーズセンターバリエーション）が同一である必要があるという懸案があるが、本発明のアンテナ装置ではその懸案は不要となる。

本発明の一実施形態に係るアンテナ装置の分解斜視図である。 本発明の一実施形態に係るアンテナ装置の断面図である。 本発明の一実施形態に係るアンテナ装置の斜視図である。 本発明の一実施形態に係るアンテナ装置に含まれるアンテナ素子の斜視図である。 本発明の一実施形態に係るアンテナ装置に含まれるアンテナ素子の平面図である。 本発明の一実施形態に係るアンテナ装置に含まれる回路基板の平面図である。 本発明例のアンテナ装置の周波数に対する軸比及び利得を示す図である。 本発明例のアンテナ装置のＬ１帯の総合特性の指向性を示す図である。 本発明例のアンテナ装置のＬ１帯の総合特性の指向性を示す図である。 本発明例のアンテナ装置のＬ２帯の総合特性の指向性を示す図である。 本発明例のアンテナ装置のＬ２帯の総合特性の指向性を示す図である。 本発明の変形例に係るアンテナ装置に含まれるアンテナ素子の斜視図である。

以下に本発明の一実施形態につき図面を参照して説明する。以下は本発明の一実施形態であって本発明を限定するものではない。

図１〜図３を参照して、アンテナ装置１の全体構成を説明する。図１に、アンテナ装置１の分解構成を示す。図２に、アンテナ装置１の断面構成を示す。図３に、アンテナ装置１の斜視構成を示す。

本実施の形態のアンテナ装置１は、異なる２つの周波数帯の規格としてのＧＰＳのＬ１帯（第１の周波数帯）のループアンテナ及びＧＰＳのＬ２帯（第２の周波数帯）のループアンテナを複合したものである。ＧＰＳのＬ１帯の搬送波の周波数帯は、１５７５．４２±１．０２３［ＭＨｚ］であり、その中心周波数が１５７５．４２［ＭＨｚ］である。ＧＰＳのＬ２帯の搬送波の周波数帯は、１２２７．６０±１．０２３［ＭＨｚ］であり、その中心周波数が１２２６．６０［ＭＨｚ］である。また、ＧＰＳは、右旋の円偏波の信号を用いて通信を行う規格である。

アンテナ装置１は、移動体としての自動車のダッシュボード等に取り付けられる。図１及び図２に示すように、アンテナ装置１は、アンテナ素子２Ａと、基板部３と、シールドケース４と、クッションシート５と、トップカバー６と、ブラケット７と、螺子８と、を備える。

アンテナ素子２Ａは、アンテナ装置１のループアンテナの本体部分であり、衛星から送信されたＧＰＳのＬ１帯及びＬ２帯の無線信号の受信アンテナである。アンテナ素子２Ａは、例えば、４０×４０×４ｔ［ｍｍ］の正方形板形状を有する。

基板部３は、アンテナ素子２Ａの下面（裏面）に取り付けられたＰＣＢ（Printed Circuit Board）であり、同軸ケーブル３ａの一端が接続されている。同軸ケーブル３ａの他端は、ＧＰＳの受信機のアンテナ接続端子に接続される。基板部３の形状は、アンテナ素子２Ａの下面に対応した面積の正方形又はアンテナ素子２Ａの下面よりも小さな面積を有する形状とされる。アンテナ素子２Ａは、例えば、両面テープにより基板部３に貼り付けられて固定される。

シールドケース４は、基板部３を下面から覆うケースであり、外部から基板部３への電波等の侵入を遮断し、基板部３を流れる信号にノイズがのることを防ぐ。シールドケース４は、ブリキ等の金属製の導電体で構成される。クッションシート５は、シールドケース４をブラケット７に取り付ける際、それらの間に挟み込まれクッションとなるシートである。クッションシート５は、例えば、両面テープにより構成される。

トップカバー６は、アンテナ素子２Ａ、基板部３、シールドケース４及びクッションシート５を上面（表面）から覆うカバーである。トップカバー６は、樹脂により形成され、外部の衝撃等からアンテナ素子２Ａ、基板部３、シールドケース４及びクッションシート５を保護する。トップカバー６には、螺子８に対応する４箇所の雌螺子部（図示略）を有する。また、トップカバー６には、アンテナ素子２Ａ及び基板部３を取り付けるためのフック（図示略）を有する。アンテナ素子２Ａ及び基板部３をトップカバー６のフックで止めることにより、トップカバー６に対するアンテナ素子２Ａ及び基板部３の位置決めを正確に行うことができる。トップカバー６は、例えば、４４．２×４４．２×１２．５ｔ［ｍｍ］の正方形板形状を有する。

ブラケット７は、接地板と、ダッシュボード等へのアンテナ装置１の取り付けの固定金具と、を兼ねる。ブラケット７は、銅等の金属導体で構成され、接地される。ブラケット７には、螺子８用の４つの通し穴７ａがあけられている。ブラケット７は、例えば、７０［ｍｍ］又は９０［ｍｍ］角の正方形板形状を有する。

螺子８は、トップカバー６をブラケット７に取り付けるための４本の雄螺子である。螺子８は、ブラケット７にあけられた通し穴７ａに通され、トップカバー６の雌螺子部に螺合される。このため、ブラケット７に対するトップカバー６の位置決めを正確に行うことができる。これにより、ブラケット７に対するアンテナ素子２Ａ及び基板部３の位置決めも正確となる。

図３に示すように、組み立て後のアンテナ装置１において、同軸ケーブル３ａ、トップカバー６、ブラケット７（及び螺子８）が露出する。

さらに、図４〜図６を参照して、アンテナ素子２Ａ及び基板部３につき説明する。図４に、アンテナ素子２Ａの斜視構成を示す。図５に、アンテナ素子２Ａの平面構成を示す。図６に、基板部３の回路部３２の平面構成を示す。

図４及び図５に示すようにアンテナ素子２Ａについて、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸をとる。Ｚ軸は、アンテナ素子２Ａの平面上の中心にとられている。

図４及び図５に示すように、アンテナ素子２Ａは、第１アンテナ２１Ａと、第２アンテナ２１Ｂと、アンテナ基体２２と、共通の給電パッド２３と、を有する。第１アンテナ２１Ａ及び第２アンテナ２１Ｂ並びに共通の給電パッド２３は、アンテナ基体２２の上面（表面）に形成された金属導体の電極である。すなわち、第１アンテナ２１Ａ、第２アンテナ２１Ｂ及び共通の給電パッド２３はともに、アンテナ基体２２の同一面に形成されている。

また、第１アンテナ２１Ａ及び第２アンテナ２１Ｂはともに、ループ状に形成されている。
より高い周波数帯に対応した第１アンテナ２１Ａ及び共通の給電パッド２３は、第２アンテナ２１Ｂによるループに囲まれ、共通の給電パッド２３は、第１アンテナ２１Ａによるループの外に配置されている。
第２アンテナ２１Ｂは、矩形状のループを形成している。第２アンテナ２１Ｂにより囲まれた面において、第１アンテナ２１Ａと、共通の給電パッド２３とが一方向（Ｘ方向）に並んで配置される。
Ｘ軸の負の方向側において、第１アンテナ２１Ａの一辺部２１Ａ１、共通の給電パッド２３及び第２アンテナ２１Ｂの一辺部２１Ｂ１は、互いに平行に、ストレートに形成されている。

共通の給電パッド２３と第１アンテナ２１Ａの一辺部２１Ａ１との間の第１のギャップＧ１は所定寸法とされ、共通の給電パッド２３から第１アンテナ２１Ａに第１のギャップＧ１を介して給電する。第１のギャップＧ１の寸法により、Ｌ１帯のインピーダンスが調整されている。
共通の給電パッド２３と第２アンテナ２１Ｂの一辺部２１Ｂ１との間の第２のギャップＧ２は所定寸法とされ、共通の給電パッド２３から第２アンテナ２１Ｂに第２のギャップＧ２を介して給電する。第２のギャップＧ２の寸法により、Ｌ２帯のインピーダンスが調整されている。
本実施形態では、第１のギャップＧ１よりも第２のギャップＧ２が大きく形成されており、共通の給電パッド２３は、第１アンテナ２１Ａの一辺部２１Ａ１側寄りの位置している。

第１アンテナ２１Ａと第２アンテナ２１Ｂとの間にギャップＧ３を設けることにより、Ｌ１帯とＬ２帯との結合を弱くし、Ｌ１帯の利得を増大させている。ギャップＧ３をより大きく設けるために、第１アンテナ２１Ａが形成するループは、ミアンダ部２１Ａ２，２１Ａ３を有する。本実施形態では、ミアンダ部２１Ａ２，２１Ａ３は、共通の給電パッド２３に対向する一辺部２１Ａ１に離接する２辺部に形成されている。これに拘わらず、一辺部２１Ａ１の対辺部２１Ａ４にもミアンダ部を形成してもよい。

第２アンテナ２１Ｂは、例えば、アンテナ基体２２の上面よりも小さな、Ｘ方向３２．５５×Ｙ方向３１．６［ｍｍ］の長方形の銀箔でアンテナ基体２２にパターン形成されている。その場合に、第１アンテナ２１Ａは、例えば、Ｘ方向２２．９×Ｙ方向２４．１［ｍｍ］の外形寸法をとり、銀箔でアンテナ基体２２にパターン形成されている。共通の給電パッド２３のＹ方向寸法は、共通の給電パッド２３に対向する一辺部２１Ａ１のＹ方向寸法より短くされている。
第１アンテナ２１Ａ及び第２アンテナ２１Ｂには、給電パッド２３が電磁的に結合される。なお、第１アンテナ２１Ａ及び第２アンテナ２１Ｂには、角部をＣ面（三角形状に切欠き）として、摂動素子が形成されている。

アンテナ基体２２は、所定の比誘電率を有する誘電体で形成された板である。アンテナ基体２２の比誘電率εｒは、例えば、６．８である。この比誘電率εｒによる波長短縮効果により、アンテナ素子２Ａを小型化できる。アンテナ基体２２は、誘電体に限定されるものではなく、所定の比透磁率μｒを有する磁性体としたり、所定の比誘電率εｒ及び比透磁率μｒを有する磁性誘電体としてもよい。比透磁率μｒでも波長短縮効果が生ずる。アンテナ基体２２は、例えば、４０×４０×４ｔ［ｍｍ］の正方形板形状を有する。

共通の給電パッド２３は、金属導体からなり、アンテナ基体２２に貫通形成された導体ピン２３ａを介して、基板部３の回路部３２の入力端子３２ａに接続される。
基板部３は、基板本体部３１と、回路部３２と、を備える。回路部３２は、給電パッド２３と接続される接続端子である入力端子３２ａと、同軸ケーブル３ａと接続される接続端子である出力端子３２ｂとを有する。
基板本体部３１は、ガラス繊維にエポキシ樹脂を染み込ませたＦＲ（Flame Retardant Type）４等の絶縁体の基板である。
回路部３２は、低雑音増幅回路（ＬＮＡ：Low Noise Amplifier）であり、給電パッド２３及び同軸ケーブル３ａに接続されている。回路部３２は、給電パッド２３から出力された電気信号を増幅して同軸ケーブル３ａへ出力する。ＬＮＡ構成として、例えば、初段アンプ+フィルタ+２ｎｄ ＡＭＰ+π型ＡＴＴ が適用される。
回路部３２の低雑音増幅回路は、Ｌ１、Ｌ２の周波数帯の信号を処理する共通の低雑音増幅回路である。以下にアンテナ特性を示す。

図７に、以上の実施形態のアンテナ装置１に従う本発明例のアンテナ装置の周波数に対する軸比及び利得を示す。図８及び図９に、同本発明例のアンテナ装置のＬ１帯の総合特性の指向性を示す。図１０及び図１１に、同本発明例のアンテナ装置のＬ２帯の総合特性の指向性を示す。
図７に示すように、Ｌ１帯及びＬ２帯で、５〔ｄＢ〕以下の低い軸比と、０〔ｄＢｉｃ〕以上の高い利得が得られ、図８及び図９に示すようにＬ１帯における良好な指向性、図１０及び図１１に示すようにＬ２帯における良好な指向性が得られた。

（変形例）
上記アンテナ装置１に対する変形例のアンテナ装置は、上記アンテナ装置１のアンテナ素子２Ａに対して図１２に示すアンテナ素子２Ｂを適用したものである。図１２に示すようにアンテナ素子２Ｂは、第３アンテナ２１Ｃが付加されているとともに、共通の給電パッド２３Ｂを３バンドに対応してＨ形に変形したものである。但し、第２アンテナ２１Ｂは、ＧＰＳのＬ５帯に対応し、第３アンテナ２１ＣがＧＰＳのＬ２帯に対応する。第１アンテナ２１Ａは、上記アンテナ装置１と同様にＧＰＳのＬ１帯に対応する。
上記アンテナ装置１と同様に、第２アンテナ２１Ｂのループの中に第１アンテナ２１Ａのループが形成される。第３アンテナ２１Ｃは、共通の給電パッド２３Ｂとともに、第１アンテナ２１Ａと第２アンテナ２１Ｂの間に配置される。
共通の給電パッド２３Ｂは、第１アンテナ２１Ａの一辺部２１Ａ１に対して第１のギャップＧ１を介して対向配置されたストレート部２３Ｂ１と、第２アンテナ２１Ｂの一辺部２１Ｂ１に対して第２のギャップＧ２を介して対向配置されたストレート部２３Ｂ２と、これら両者の中央部をＸ方向に繋ぐブリッジ部２３Ｂ３とからなるアルファベットのＨ形に形成されている。
第３アンテナ２１Ｃは、開いたループ状に形成されており、その２つの端部２１Ｃ１，２１Ｃ２を、共通の給電パッド２３ＢのＨ形構造の上下にできる凹部に侵入させており、給電パッド２３Ｂとの間に各３辺でギャップＧ４が形成されている。その他の構成は、上記アンテナ装置１と同様である。

以上のように、本発明のアンテナ装置は、少なくとも異なる２以上の周波数帯の信号を受信するための導電体からなるアンテナを別個に備えるとともに、そのうち少なくとも２つのアンテナに誘電体によるギャップを介して給電する導電体からなる共通の給電パッドを備えたものとして実施することができる。２バンド以上の各アンテナに対して給電パッド及びＬＮＡを共通化することができる。
図１２に示すアンテナ装置は、アンテナ及び給電パッドを一面上においてコンパクトに構成するためにアンテナループ内に他のアンテナループを配置する条件で構成された３重構造の例である。これに拘わらず、各アンテナをループ状に、かつ、互いに外部に形成し、それぞれにギャップを介して共通の給電パッドを近接配置してもよい。

（効果、応用等）
以上の実施形態のアンテナ装置によれば、共通の給電パッド（２３，２３Ｂ）から、２つのアンテナ（２１Ａ，２１Ｂ）にそれぞれ誘電体（２２）によるギャップを介して給電するので、給電点が一つになり、低雑音増幅回路（３２）を共通化することができ、従って簡素な構成により異なる周波数帯の電波をそれぞれ同時に受信可能である。
また、多周波数帯複合型のアンテナ装置は、ＰＣＶ（フェーズセンターバリエーション）が同一である必要があるという懸案があるが、本アンテナ装置ではその懸案は不要となる。
Ｌ１帯アンテナとＬ２帯アンテナを複合することにより、従来のＬ１帯のみを使用したＧＰＳ（ＧＮＳＳ）アンテナより、位置精度が向上する。
本アンテナ装置にＬ５帯（1176.45MHz）アンテナやＬ６帯（ＬＥＸ）アンテナを複合することにより、センチメーター級と言われるＧＰＳ（ＧＮＳＳ）アンテナを構成することが可能となる。
センチメーター級と言われる位置精度のＧＰＳ（ＧＮＳＳ）アンテナを構成できることから、ＡＤＡＳ（先進運転システム）や、無人機（農業機器；自動運転で無人農業、ＩＴ施工機器；無人で切削等の工事等）のＧＰＳ（ＧＮＳＳ）アンテナに本発明を利用可能である。

１ アンテナ装置
２Ａ，２Ｂ アンテナ素子
３ 基板部
３ａ 同軸ケーブル
４ シールドケース
５ クッションシート
６ トップカバー
７ ブラケット
８ 螺子
２１Ａ 第１アンテナ
２１Ｂ 第２アンテナ
２１Ａ２，２１Ａ３ ミアンダ部
２１Ｃ 第３アンテナ
２２ アンテナ基体
２３ 給電パッド
２３Ｂ 給電パッド
３２ 回路部
３２ａ 入力端子
３２ｂ 出力端子
Ｇ１ 第１のギャップ
Ｇ２ 第２のギャップ

Claims (7)

1. 少なくとも異なる２以上の周波数帯の信号を受信するための導電体からなるアンテナを別個に備えるとともに、そのうち少なくとも２つのアンテナにギャップを介して給電する導電体からなる共通の給電パッドを備えたアンテナ装置。
2. 第１の周波数帯の信号を受信するための導電体からなる第１アンテナと、
   前記第１アンテナとの間にギャップを介して配置され、前記第１の周波数帯とは異なる第２の周波数帯の信号を受信するための導電体からなる第２アンテナと、
   前記第１アンテナとの間に第１のギャップを介して配置され、前記第２アンテナとの間に第２のギャップを介して配置され、前記第１アンテナに前記第１のギャップを介して給電するとともに、前記第２アンテナに前記第２のギャップを介して給電する共通の給電パッドとを備える請求項１に記載のアンテナ装置。
3. 前記第１アンテナ及び前記第２アンテナはともに、ループ状に形成されている請求項２に記載のアンテナ装置。
4. 前記第１アンテナ、前記第２アンテナ及び前記共通の給電パッドはともに、誘電体基体の同一面に形成されている請求項３に記載のアンテナ装置。
5. 前記第１の周波数帯が前記第２の周波数帯より高い周波数帯であるとして、前記第１アンテナ及び前記共通の給電パッドは、前記第２アンテナによるループに囲まれ、前記共通の給電パッドは、前記第１アンテナによるループの外に配置されている請求項４に記載のアンテナ装置。
6. 前記第１アンテナが形成するループは、ミアンダ部を有する請求項５に記載のアンテナ装置。
7. 前記共通の給電パッドに、異なる２以上の周波数帯の信号を処理する共通の低雑音増幅回路が接続された請求項１から請求項６のうちいずれか一に記載のアンテナ装置。

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