JP2020195005A

JP2020195005A - アンテナ装置

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Publication number: JP2020195005A
Application number: JP2019097964A
Authority: JP
Inventors: 真志縮谷; Shinji Shukuya; 徹朗岡野; Tetsuaki Okano; 健史河合; Takeshi Kawai
Original assignee: Denso Ten Ltd
Current assignee: Denso Ten Ltd
Priority date: 2019-05-24
Filing date: 2019-05-24
Publication date: 2020-12-03
Anticipated expiration: 2039-05-24
Also published as: JP7369545B2; US20200373665A1

Abstract

【課題】アンテナの面積を低減しつつ、感度の低下を抑制したマルチバンド対応のアンテナ装置を提供する。【解決手段】板状の誘電体と、前記誘電体の所定領域内に配置される、第１周波数帯の電波を受信する第１アンテナエレメントと、前記誘電体の前記所定領域内に配置される、前記第１周波数帯と異なる第２周波数帯の電波を受信する第２アンテナエレメントと、を備え、前記第２アンテナエレメントは、前記誘電体の前記所定領域内であって前記第１アンテナエレメントが配置されていない部分に配置され、前記所定領域の面積は、前記第１アンテナエレメントを含む長方形領域のうち最小の長方形領域の面積と、前記第２アンテナエレメントを含む長方形領域のうち最小の長方形領域の面積との和よりも小さい、アンテナ装置とする。【選択図】図２

Description

本発明は、アンテナ装置に関する。

自動車などの車両が移動中でもＡＭ（Amplitude Modulation）放送電波やＦＭ（Frequency Modulation）放送電波等を受信できるように、様々な車両に搭載する車載用アンテナが使用されている。車載用アンテナは、車両のルーフ上に搭載されることが多いが、車両の見栄え等の観点から、車載用アンテナの非突起化が望まれている。

特開２００８−１０４２４２号公報国際公開第２００５／０６９４３９号

車載用アンテナを非突起化するアンテナ装置として、平板のエレメントをアンテナとして使用するアンテナ装置がある。当該アンテナ装置は、複数の周波数帯域の電波を受信する共用エレメントをアンテナとしている。当該アンテナ装置は、受信した電波をアンプ部で各周波数帯域の電波に分波する。よって、当該アンテナ装置では、分波ロスが生じ、感度が低下することが問題となっている。

本発明は、アンテナの面積を低減しつつ、感度の低下を抑制したマルチバンド対応のアンテナ装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、以下の手段を採用する。
即ち、第１の態様は、
板状の誘電体と、
前記誘電体の所定領域内に配置される、第１周波数帯の電波を受信する第１アンテナエレメントと、
前記誘電体の前記所定領域内に配置される、前記第１周波数帯と異なる第２周波数帯の電波を受信する第２アンテナエレメントと、
を備え、
前記第２アンテナエレメントは、前記誘電体の前記所定領域内であって前記第１アンテナエレメントが配置されていない部分に配置され、
前記所定領域の面積は、前記第１アンテナエレメントを含む長方形領域のうち最小の長方形領域の面積と、前記第２アンテナエレメントを含む長方形領域のうち最小の長方形領域の面積との和よりも小さい、
アンテナ装置とする。

本発明によれば、アンテナの面積を低減しつつ、感度の低下を抑制したマルチバンド対応のアンテナ装置を提供することができる。

図１は、比較例のアンテナ装置の構成例を示す図である。図２は、実施形態のアンテナ装置の構成例を示す図である。図３は、実施形態のアンテナ装置の機能ブロックの例を示す図である。図４は、各アンテナエレメントの例を示す図である。図５は、アンテナ装置の車両への搭載例を示す図である。

以下、図面を参照して実施形態について説明する。実施形態の構成は例示であり、発明の構成は、開示の実施形態の具体的構成に限定されない。発明の実施にあたって、実施形態に応じた具体的構成が適宜採用されてもよい。

〔比較例〕
図１は、比較例のアンテナ装置の構成例を示す図である。アンテナ装置９００は、基板９０５、アンテナエレメント９１１、マッチング回路９２１、アンテナアンプ９５０を備える。アンテナエレメント９１１は、第１周波数帯の電波および第１周波数帯と異なる第２周波数帯の電波を受信する。ここでは、第１周波数帯はＡＭ放送の周波数帯であり、第２周波数帯はＦＭ放送の周波数帯であるとする。アンテナ装置９００は、主として、自動車等の車両に搭載される。

基板９０５は、アンテナエレメント９１１、マッチング回路９２１、アンテナアンプ９５０が配置される板状の誘電体である。基板９０５の代わりとして、アンテナ装置９００が搭載される車両のガラス（フロントガラス、ルーフガラス、ドアガラス、リアガラス等）が、使用されてもよい。

アンテナエレメント９１１は、基板９０５に配置される板状の導体である。導体は、例えば、銅、アルミニウム等の金属である。アンテナエレメント９１１は、マッチング回路９２１と配線によって接続される。

マッチング回路９２１は、アンテナエレメント９１１とアンテナアンプ９５０との間に配置され、第１周波数帯の電波および第２周波数帯の電波を受信するように、アンテナエレメント９１１と後段とを整合する回路である。マッチング回路９２１は、例えば、コイルあるいはコンデンサ等を含む電子部品である。

アンテナアンプ９５０は、アンテナエレメント９１１で受信された信号を増幅して出力する回路である。また、アンテナアンプ９５０は、受信信号を、第１周波数帯の信号と、第２周波数帯の信号とに分波して、出力する。アンテナアンプ９５０は、アンテナエレメント毎に信号を増幅して出力する。アンテナアンプ９５０は、増幅した信号を、周波数帯毎に受信機に対して出力する。

アンテナ装置９００では、１つのアンテナエレメント９１１で受信した信号を、第１周波数帯の信号と第２周波数帯の信号とに分波するため、分波ロスが発生し、感度が低下する。

〔実施形態〕
（構成例）
図２は、本実施形態のアンテナ装置の構成例を示す図である。アンテナ装置１００は、基板１０５、第１アンテナエレメント１１１、第２アンテナエレメント１１２、第１マッチング回路１２１、第２マッチング回路１２２、アンテナアンプ１５０を備える。第１アンテナエレメント１１１及び第２アンテナエレメント１１２は、基板１０５の所定領域（図２の点線で囲まれた長方形領域）内に配置される。第１アンテナエレメント１１１は、第１周波数帯の電波を受信する。第２アンテナエレメント１１２は、第１周波数帯と異な
る第２周波数帯の電波を受信する。ここでは、第１周波数帯はＡＭ放送の周波数帯であり、第２周波数帯はＦＭ放送の周波数帯であるとする。ＡＭ放送の周波数帯は、中波帯（３００ｋＨｚ−３０００ｋＨｚ）に含まれる。ＦＭ放送の周波数帯は、超短波帯（３０ＭＨｚ−３００ＭＨｚ）に含まれる。アンテナ装置１００がこれらの周波数帯の電波を受信することで、車両においてＡＭ放送、ＦＭ放送を聴取することができる。各周波数帯は、これらに限定されるものではない。アンテナ装置１００は、主として、自動車等の車両に搭載される。

基板１０５は、第１アンテナエレメント１１１、第２アンテナエレメント１１２、第１マッチング回路１２１、第２マッチング回路１２２、アンテナアンプ１５０が配置される板状の誘電体である。基板１０５は、平面状であっても曲面状であってもよい。基板１０５は、いわゆるプリント基板であってもよい。基板１０５は、リジット基板、フレキシブル基板を含む。基板１０５は、板状の誘電体の一例である。基板１０５の代わりとして、アンテナ装置１００が搭載される車両のガラス（フロントガラス、ルーフガラス、ドアガラス、リアガラス等）が、使用されてもよい。ガラスは、板状の誘電体の一例である。

第１アンテナエレメント１１１は、基板１０５における所定領域（図２の点線で囲まれた長方形領域）に配置される板状の導体である。導体は、例えば、銅、アルミニウム等の金属である。第１アンテナエレメント１１１は、第２アンテナエレメント１１２と重複しないように、所定領域に配置される。第１アンテナエレメント１１１は、第１マッチング回路１２１と配線によって接続される。第１アンテナエレメント１１１と配線との接続点は、給電点である。第１周波数帯の波長は、車両に搭載されるアンテナ装置１００の第１アンテナエレメント１１１と比べて十分大きい。例えば、１０００ｋＨｚの電波の波長は３００ｍである。そのため、第１周波数帯の電波に対しては、第１アンテナエレメント１１１の面積が大きいほど、感度が向上する。アンテナの感度（ゲイン）は、例えば、所定距離離れた位置から送信される所定電力の無線信号を当該アンテナで受信したときの受信信号の電力の大きさで表される。

第１マッチング回路１２１は、第１アンテナエレメント１１１とアンテナアンプ１５０との間に配置され、第１周波数帯（ＡＭ放送の電波の周波数帯）の電波を受信するように、第１アンテナエレメント１１１と後段とを整合する回路である。第１マッチング回路１２１は、例えば、コイルあるいはコンデンサ等を含む電子部品である。

第２アンテナエレメント１１２は、基板１０５における所定領域（図２の点線で囲まれた長方形領域）に配置される板状の導体である。導体は、例えば、銅、アルミニウム等の金属である。第２アンテナエレメント１１２は、第１アンテナエレメント１１１と重複しないように、所定領域に配置される。第２アンテナエレメント１１２は、第２マッチング回路１２２と配線によって接続される。第２アンテナエレメント１１２と配線との接続点は、給電点である。第２アンテナエレメント１１２は、メアンダ形状を有する。メアンダ形状は、導体を矩形波状に複数回折り曲げた往復構造を有する形状である。メアンダ形状におけるアンテナエレメントのサイズ（アンテナ長、アンテナ幅、折り曲げ回数等）は、受信する電波の周波数帯に依存して決定される。メアンダ形状を採用することで、効率よく電波を受信することができる。第２アンテナエレメント１１２の形状は、メアンダ形状に限定されるものではなく、他の形状であってもよい。

第２マッチング回路１２２は、第２アンテナエレメント１１２とアンテナアンプ１５０との間に配置され、第２周波数帯（ＦＭ放送の周波数帯）の電波を受信するように、第２アンテナエレメント１１２と後段とを整合する回路である。第２マッチング回路１２２は、例えば、コイルあるいはコンデンサ等を含む電子部品である。

第１アンテナエレメント１１１の少なくとも一部は、第２アンテナエレメント１１２のメアンダ形状の往復構造をなす導体部分に挟まれた領域に配置される。これにより、第１アンテナエレメント１１１が第２アンテナエレメント１１２との間で容量結合することで、アンテナ装置１００は、ＡＭ放送の周波数帯域に対して、第１アンテナエレメント１１１の面積と第２アンテナエレメント１１２の面積の和の面積の平板アンテナエレメントと同等の感度を得ることができる。

アンテナアンプ１５０は、各アンテナエレメントで受信された信号を増幅して出力する回路である。アンテナアンプ１５０は、アンテナエレメント毎に信号を増幅して出力する。アンテナアンプ１５０は、増幅した信号を、周波数帯毎に受信機に対して出力する。

図３は、本実施形態のアンテナ装置の機能ブロックの例を示す図である。アンテナ装置１００は、第１アンテナエレメント１１１、第２アンテナエレメント１１２、第１マッチング回路１２１、第２マッチング回路１２２、アンテナアンプ１５０を備える。アンテナアンプ１５０は、第１周波数帯に対する、入力フィルタ１５１、第１増幅器１５２、出力フィルタ１５３、第２周波数帯に対する、入力フィルタ１５４、第２増幅器１５５、出力フィルタ１５６を含む。アンテナ装置１００からの出力信号は、周波数帯毎に受信機２００に入力される。受信機２００は、車両の車載器に搭載されるラジオなどである。当該ラジオ等は、ＡＭ放送、ＦＭ放送を受信できる。

入力フィルタ１５１は、第１マッチング回路１２１と第１増幅器１５２との間に配置される。入力フィルタ１５１は、第１アンテナエレメント１１１からの信号におけるノイズ等を除去し、処理した信号を、第１増幅器１５２に対して出力する。

第１増幅器１５２は、入力フィルタ１５１と出力フィルタ１５３との間に配置される。第１増幅器１５２は、入力される入力フィルタ１５１からの第１周波数帯の信号を増幅し、出力フィルタ１５３に対して出力する。

出力フィルタ１５３は、第１増幅器１５２と受信機２００との間に配置される。出力フィルタ１５３は、第１増幅器１５２からの信号におけるノイズ等を除去し、処理した信号を、受信機２００に対して出力する。

入力フィルタ１５４は、第２マッチング回路１２２と第２増幅器１５５との間に配置される。入力フィルタ１５４は、第２アンテナエレメント１１２からの信号におけるノイズ等を除去し、処理した信号を、第２増幅器１５５に対して出力する。

第２増幅器１５５は、入力フィルタ１５４と出力フィルタ１５６との間に配置される。第２増幅器１５５は、入力される入力フィルタ１５４からの第２周波数帯の信号を増幅し、出力フィルタ１５６に対して出力する。

出力フィルタ１５６は、第２増幅器１５５と受信機２００との間に配置される。出力フィルタ１５６は、第２増幅器１５５からの信号におけるノイズ等を除去し、処理した信号を、受信機２００に対して出力する。

図４は、各アンテナエレメントの例を示す図である。図４において、長方形Ａは、第１アンテナエレメント１１１を含む最小の長方形領域である。長方形Ａの各辺は、第１アンテナエレメント１１１の一部と接している。長方形Ｂは、第２アンテナエレメント１１２を含む最小の長方形領域である。長方形Ｂの各辺は、第２アンテナエレメント１１２の一部と接している。また、長方形Ｂの内部に、第２アンテナエレメント１１２のメアンダ形状の往復構造をなす導体部分に挟まれる複数の領域１０が存在する。

長方形Ｃは、アンテナ装置１００の基板１０５において、第１アンテナエレメント１１１及び第２アンテナエレメント１１２が存在する所定領域である。基板１０５における所定領域では、第１アンテナエレメント１１１の一部が、第２アンテナエレメント１１２のメアンダ形状の往復構造をなす導体部分に挟まれる複数の領域１０の一部に配置される。そのため、第１アンテナエレメント１１１及び第２アンテナエレメント１１２が存在する所定領域（長方形Ｃ）の面積は、長方形Ａの面積及び長方形Ｂの面積の和よりも小さい。よって、アンテナ装置１００において、第１アンテナエレメント１１１及び第２アンテナエレメント１１２を長方形Ｃのように配置することで、これらのアンテナエレメントを別々に配置するのと比較して、設置面積を小さくすることができる。

また、第１アンテナエレメント１１１と第２アンテナエレメント１１２とは近接するため、第１周波数帯（ＡＭ放送の周波数帯）の電波を受信する際、第１アンテナエレメント１１１は、第２アンテナエレメント１１２との間で容量結合する（換言すれば、容量結合させるために、第１アンテナエレメント１１１と第２アンテナエレメント１１２とを近接配置させている）。第１アンテナエレメント１１１は、第２アンテナエレメント１１２との間で容量結合することで、第１周波数帯（ＡＭ放送の周波数帯）でのアンテナ容量が増大し、アンテナの感度が向上する。第１周波数帯では、第１アンテナエレメント１１１の面積と第２アンテナエレメント１１２の面積の和の面積の板状アンテナエレメントと同等の感度を得ることができる。

また、第２周波数帯（ＦＭ放送の周波数帯）の電波を受信する際、第２アンテナエレメント１１２からの信号が第２周波数帯の信号を増幅する第２増幅器１５５で増幅される。第２アンテナエレメント１１２からの信号が分波されずに第２増幅器１５５に入力されるため、分波ロスが発生せず、感度が向上する。

図５は、アンテナ装置の車両への搭載例を示す図である。図５の例では、アンテナ装置１００は、車両の後部上方に設置されるスポイラーの内部に設置される。スポイラーは、車両の揚力を抑制する樹脂製の部品である。アンテナ装置１００がスポイラー内部に設置されることで、車両の外観デザインを損なうことなく、アンテナ装置１００を設置することができる。アンテナ装置１００の出力は、所定の同軸ケーブル等を介して、車両内部の受信機２００に接続される。アンテナ装置１００の設置位置は、スポイラーの内部に限定されるものではない。アンテナ装置１００は、樹脂製ボディーの内部、フロントガラス、ルーフガラス、ドアガラス、リアガラス等に設置されてもよい。

（実施形態の作用、効果）
アンテナ装置１００は、第１周波数帯の第１アンテナエレメント１１１、第２周波数帯の第２アンテナエレメント１１２を基板１０５の所定領域内に備える。第１アンテナエレメント１１１で受信された電波は、第１周波数帯用の第１増幅器１５２で増幅されて、受信機２００に出力される。また、第２アンテナエレメント１１２で受信された電波は、第２周波数帯用の第２増幅器１５５で増幅されて、受信機２００に出力される。第１アンテナエレメント１１１及び第２アンテナエレメント１１２が配置される基板１０５の所定領域の面積は、第１アンテナエレメント１１１を含む長方形領域のうち最小の長方形領域の面積と、第２アンテナエレメント１１２を含む長方形領域のうち最小の長方形領域の面積との和よりも小さい。アンテナ装置１００によれば、各アンテナエレメントを別々に設置する構成と比較して、アンテナエレメントの設置面積を小さくすることができる。すなわち、アンテナ装置１００は基板１０５における所定領域の限られた面積を有効に活用できるので、アンテナ装置１００の大きさを小さくすることができる。これにより、アンテナ装置１００は、車両の見栄え、あるいは、車両への搭載性を向上できる。

また、アンテナ装置１００は、第１周波数帯の電波を受信する際、第１アンテナエレメント１１１と第２アンテナエレメント１１２との間で容量結合することで、アンテナの容量を増大する。

アンテナ装置１００によれば、アンテナの容量が増大することで、第１周波数帯のアンテナの感度が向上する。アンテナ装置１００によれば、第１周波数帯の電波と第２周波数帯の電波とを異なるアンテナエレメントで受信して増幅することで、それぞれの周波数帯の電波の分波ロスが発生しないため、アンテナの感度が向上する。

１０: 領域
１００: アンテナ装置
１０５: 基板
１１１: 第１アンテナエレメント
１１２: 第２アンテナエレメント
１２１: 第１マッチング回路
１２２: 第２マッチング回路
１５０: アンテナアンプ
１５１: 入力フィルタ
１５２: 第１増幅器
１５３: 出力フィルタ
１５４: 入力フィルタ
１５５: 第２増幅器
１５６: 出力フィルタ
２００: 受信機
９００: アンテナ装置
９０５: 基板
９１１: アンテナエレメント
９２１: マッチング回路
９５０: アンテナアンプ

Claims

板状の誘電体と、
前記誘電体の所定領域内に配置される、第１周波数帯の電波を受信する第１アンテナエレメントと、
前記誘電体の前記所定領域内に配置される、前記第１周波数帯と異なる第２周波数帯の電波を受信する第２アンテナエレメントと、
を備え、
前記第２アンテナエレメントは、前記誘電体の前記所定領域内であって前記第１アンテナエレメントが配置されていない部分に配置され、
前記所定領域の面積は、前記第１アンテナエレメントを含む長方形領域のうち最小の長方形領域の面積と、前記第２アンテナエレメントを含む長方形領域のうち最小の長方形領域の面積との和よりも小さい、
アンテナ装置。
前記第１周波数帯はＡＭ（Amplitude Modulation）放送の周波数帯であり、前記第２周波数帯はＦＭ（Frequency Modulation）放送の周波数帯である、
請求項１に記載のアンテナ装置。
前記第２アンテナエレメントは、メアンダ形状のアンテナエレメントである請求項１または２に記載のアンテナ装置。
前記第１アンテナエレメントの少なくとも一部は、前記第２アンテナエレメントのメアンダ形状のアンテナエレメントにおいて往復構造をなす導体素子部分に挟まれた箇所に配置されている請求項３に記載のアンテナ装置。