JP2021190756A - Antenna device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、パッチアンテナのアース構造に関する。 The present invention relates to a ground structure for a patch antenna.
車両の高性能化やデザイン性の向上に伴い、共通の筐体に複数のアンテナを収容したアンテナ装置が普及している（例えば特許文献１参照）。近年の車両には、位置情報を提供するＧＰＳ（Global Positioning System）、ＩＴＳ（Intelligent Transport Systems）を実現するためのＥＴＣ（Electronic Toll Collection System）やＶＩＣＳ（Vehicle Information and Communication System）などの各用途に対応したアンテナが標準装備されつつある。それらの複数のアンテナが一つの筐体に収容されている。なお、ＥＴＣおよびＶＩＣＳは登録商標であるが、以下の説明においてはその表記を省略する。 With the improvement of vehicle performance and design, an antenna device in which a plurality of antennas are housed in a common housing has become widespread (see, for example, Patent Document 1). In recent years, vehicles have been used for various purposes such as GPS (Global Positioning System) that provides position information, ETC (Electronic Toll Collection System) and VICS (Vehicle Information and Communication System) to realize ITS (Intelligent Transport Systems). Corresponding antennas are being equipped as standard. The plurality of antennas are housed in one housing. Although ETC and VICS are registered trademarks, their notation will be omitted in the following description.
特許文献１に記載のアンテナ装置では、共通の筐体にＥＴＣ用の第１アンテナとＧＰＳ用の第２アンテナが収容されている。いずれのアンテナも、いわゆるパッチアンテナからなる。第１アンテナには、車両前方のインフラ（路側機）との通信のために前方への指向性が求められる。一方、第２アンテナには、車両上方のインフラ（衛星）からの電波を受信するために天頂方向を中心とする広範囲の指向性が求められる。このため、筐体に対して第２アンテナを水平に配置し、第１アンテナを水平方向に対して傾斜配置している。 In the antenna device described in Patent Document 1, a first antenna for ETC and a second antenna for GPS are housed in a common housing. Both antennas consist of so-called patch antennas. The first antenna is required to have forward directivity for communication with the infrastructure (roadside machine) in front of the vehicle. On the other hand, the second antenna is required to have a wide range of directivity centered on the zenith direction in order to receive radio waves from the infrastructure (satellite) above the vehicle. Therefore, the second antenna is arranged horizontally with respect to the housing, and the first antenna is arranged at an angle with respect to the horizontal direction.
このように一つの筐体に複数のアンテナを収容する場合、筐体内の省スペース化を図る必要もある。そこで、外部機器と接続するための共用のコネクタを一つの回路基板に設け、仰角が必要なアンテナのエレメントをこれと分離する構成も提案されている（例えば特許文献２参照）。 When a plurality of antennas are accommodated in one housing in this way, it is also necessary to save space in the housing. Therefore, a configuration has been proposed in which a shared connector for connecting to an external device is provided on one circuit board, and an antenna element that requires an elevation angle is separated from the connector (see, for example, Patent Document 2).
特許文献２に記載のアンテナ装置では、回路基板に第２アンテナを設け、第１アンテナのエレメントを分離させている。そのエレメントと回路基板とを同軸ケーブルで接続している。同軸ケーブルの内部導体が給電に、外部導体が接地に用いられている。回路基板に設けられたアース配線と、第１アンテナのエレメントに設けられたアース点とがそのグラウンドラインで接続される。さらに、第１アンテナのエレメントに設けられたもう一つのアース点と回路基板のアース配線とを接続する補助アースケーブルが設けられる。これら同軸ケーブルと補助アースケーブルとを回路基板の中心線に対して概ね対称に配置することで、第１アンテナにおける指向性の歪みを緩和している。 In the antenna device described in Patent Document 2, a second antenna is provided on the circuit board, and the elements of the first antenna are separated. The element and the circuit board are connected by a coaxial cable. The inner conductor of the coaxial cable is used for power supply, and the outer conductor is used for grounding. The ground wiring provided on the circuit board and the ground point provided on the element of the first antenna are connected by the ground line. Further, an auxiliary ground cable for connecting another ground point provided on the element of the first antenna and the ground wiring of the circuit board is provided. By arranging these coaxial cables and auxiliary ground cables substantially symmetrically with respect to the center line of the circuit board, the distortion of directivity in the first antenna is alleviated.
ところで、パッチアンテナは放射素子（アンテナエレメント）と地板（グラウンドエレメント）がともに方形等で対称形状となっている場合に良好な指向性が得られる。この点、上記のように第１アンテナのグラウンドラインがケーブルで構成されると、地板部分が不自然な形状で延長された状態となり、その対称性を確保し難い。その結果、アンテナの指向性が左右にアンバランスとなるなど、改善の余地があった。 By the way, in the patch antenna, good directivity can be obtained when both the radiating element (antenna element) and the main plate (ground element) are square or symmetrical and have a symmetrical shape. In this respect, if the ground line of the first antenna is composed of a cable as described above, the main plate portion is extended in an unnatural shape, and it is difficult to secure the symmetry. As a result, there was room for improvement, such as the directivity of the antenna becoming unbalanced from side to side.
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的の１つは、パッチアンテナを含むアンテナ装置において、その指向性を向上させることにある。 The present invention has been made in view of such a problem, and one of the objects thereof is to improve the directivity of an antenna device including a patch antenna.
本発明のある態様は、アンテナ装置である。このアンテナ装置は、グラウンド領域を有するベースプレートと、ベースプレートに設けられるパッチアンテナとを備える。パッチアンテナは、グラウンドエレメント、アンテナエレメント、給電部およびグラウンド接続部を含む。グラウンドエレメントは、ベースプレートに対し、前端側が近接し、後端側に向けて離間するように傾斜配置される。アンテナエレメントは、グラウンドエレメントとほぼ平行に延在する。給電部は、アンテナエレメントの前端から延出する。グラウンド接続部は、グラウンドエレメントの前端から延出し、グラウンド領域に接続する。 One aspect of the present invention is an antenna device. This antenna device includes a base plate having a ground region and a patch antenna provided on the base plate. The patch antenna includes a ground element, an antenna element, a feeding part and a ground connection part. The ground element is inclined so that the front end side is close to the base plate and the ground element is separated toward the rear end side. The antenna element extends almost parallel to the ground element. The feeding portion extends from the front end of the antenna element. The ground connection portion extends from the front end of the ground element and connects to the ground area.
本発明によれば、パッチアンテナを含むアンテナ装置において、その指向性を向上させることができる。 According to the present invention, the directivity of an antenna device including a patch antenna can be improved.
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の実施形態およびその変形例について、ほぼ同一の構成要素については同一の符号を付し、その説明を適宜省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the following embodiments and variations thereof, almost the same components are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted as appropriate.
本実施形態では、パッチアンテナを備える車両用アンテナ装置（以下、単に「アンテナ装置」という）を例示する。このパッチアンテナは、車両前方の路側機と通信するために前方への指向性を要するため、アンテナエレメントが水平面に対して傾斜配置されている。このパッチアンテナの指向性を向上させるために、グラウンドの接続構造が工夫されている。以下、その詳細について説明する。 In this embodiment, a vehicle antenna device provided with a patch antenna (hereinafter, simply referred to as “antenna device”) is exemplified. Since this patch antenna requires forward directivity in order to communicate with the roadside unit in front of the vehicle, the antenna element is inclined with respect to the horizontal plane. In order to improve the directivity of this patch antenna, the ground connection structure has been devised. The details will be described below.
図１は、実施形態に係るアンテナ装置の分解斜視図である。なお、以下の説明では便宜上、アンテナ装置における位置関係について、車両搭載状態を基準に前後、上下、幅方向を表現することがある。 FIG. 1 is an exploded perspective view of the antenna device according to the embodiment. In the following description, for convenience, the positional relationship in the antenna device may be expressed in the front-rear, up-down, and width directions based on the vehicle mounting state.
アンテナ装置１は、複数のアンテナを含むアンテナユニット１０と、アンテナユニット１０が取り付けられるベースプレート１２と、ベースプレート１２との間にアンテナユニット１０を収容するカバー１４を備える。アンテナユニット１０は、回路基板１６にＥＴＣアンテナ１８、ＧＰＳアンテナ２０およびＴＥＬアンテナ２２を搭載して構成される。回路基板１６は「ベースプレート」として機能する。
The antenna device 1 includes an
ＥＴＣアンテナ１８はＥＴＣ用のアンテナであり「第１パッチアンテナ」として機能する。ＧＰＳアンテナ２０はＧＰＳ用のアンテナであり「第２パッチアンテナ」として機能する。ＴＥＬアンテナ２２は電話用のアンテナであり、回路基板１６に対して左右対称に配設されたメインアンテナ２２ａおよびサブアンテナ２２ｂを含む。複数のＴＥＬアンテナ２２を設けることで、ＬＴＥ（Long Term Evolution）およびＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）に対応できるようにしたものである。回路基板１６の前端部下面には、各アンテナの給電ポートを有するコネクタ２４が突設されている。
The
ベースプレート１２は金属からなり、その前端部に挿通孔２６を有する。カバー１４は、電波透過性の樹脂（例えばＡＢＳ、ＰＥＴ、ＰＣ等）からなる。コネクタ２４を挿通孔２６に挿通させつつアンテナユニット１０をベースプレート１２に取り付け、一対のねじ２８により両者を固定する。さらに、アンテナユニット１０を上方から覆うようにカバー１４をベースプレート１２に取り付け、一対のねじ３０により両者を固定することでアンテナ装置１が得られる。アンテナ装置１は、図示しない車両のダッシュボード等に取り付けられる（特許文献２等参照）。
The
図２は、アンテナユニット１０の構成を表す図である。図２（Ａ）は上方（斜め前方）からみた斜視図であり、図２（Ｂ）は下方（斜め後方）からみた斜視図である。
図２（Ａ）に示すように、回路基板１６はプリント配線基板であり、その前半部の幅が後半部の幅よりも大きい。回路基板１６は、中心線Ｌに対して対称な形状を有する。回路基板１６の表面にグラウンド領域１７が設けられている。
FIG. 2 is a diagram showing the configuration of the
As shown in FIG. 2A, the
回路基板１６の表面側にＥＴＣアンテナ１８、ＧＰＳアンテナ２０およびＴＥＬアンテナ２２が設けられている。ＥＴＣアンテナ１８およびＧＰＳアンテナ２０は、回路基板１６の中心線Ｌに沿って前後に配置されている。ＥＴＣアンテナ１８の周波数帯域は、ＧＰＳアンテナ２０周波数帯域よりも高い。本実施形態において、前者は５．８ＧＨz帯、後者は１．５ＧＨｚ帯である。一対のＴＥＬアンテナ２２は、ＥＴＣアンテナ１８を挟んで左右両サイドに配置されている。ＴＥＬアンテナ２２の中心周波数は、例えば８００ＭＨｚ、１．７ＧＨｚ、２．６ＧＨｚなど任意に選択できる。
An
ＥＴＣアンテナ１８は、アンテナエレメント３２およびグラウンドエレメント３４を含む。グラウンドエレメント３４は、角形状の導体板であり、回路基板１６に対し、前端側が近接し、後端側に向けて離間するように傾斜配置されている。アンテナエレメント３２は、角形状の導体板であり、放射電極を構成する。アンテナエレメント３２は、グラウンドエレメント３４の直上にほぼ平行に延在する。
The
ＥＴＣアンテナ１８は、一点給電型の円偏波パッチアンテナである。このため、アンテナエレメント３２の角部が縮退分離素子として切り欠かれている。アンテナエレメント３２の前端から下方に向けて給電部３６が延出している。給電部３６の基端は、アンテナエレメント３２の中心線上に位置する。給電部３６は、回路基板１６に形成された挿通孔３８を貫通し、回路基板１６の裏面に実装された給電ライン（図示せず）に接続されている。
The
グラウンドエレメント３４の前端から下方に向けて一対のグラウンド接続部４０が延出している。一対のグラウンド接続部４０によりグラウンドエレメント３４の前端中央部が二股形状となっている。これらのグラウンド接続部４０は、給電部３６を挟むように左右に配設され、それぞれ回路基板１６のグラウンド領域１７に接続されている。なお、アンテナエレメント３２は挿通孔３８に挿通されているため、グラウンド領域１７には接触しない。
A pair of
ＧＰＳアンテナ２０は、ＥＴＣアンテナ１８の後方に配設されている。ＧＰＳアンテナ２０は、誘電体型パッチアンテナであり、誘電体層の表面に放射電極を配置して構成される。その放射電極は、回路基板１６と平行に設けられている。放射電極には給電点が設けられる。誘電体層を貫通する挿通孔が設けられ、回路基板１６の裏面に設けられた給電ラインと給電点とをつなぐ給電ピンが挿通されている。本実施形態では、ＧＰＳアンテナ２０として一点給電型の円偏波パッチアンテナを採用するが、二点給電型のパッチアンテナとしてもよい。なお、ＧＰＳアンテナ２０については公知のパッチアンテナが採用されるため、その詳細な説明は省略する。
The
ＴＥＬアンテナ２２は、導体板を所定形状に打ち抜き、曲げ成形して得られたアンテナエレメント４２を有する。アンテナエレメント４２は、回路基板１６の上方の所定の高さ位置に設けられる。アンテナエレメント４２の前端から下方に向けて給電部４４が延出し、回路基板１６に接続されている。より詳細には、アンテナエレメント４２は、回路基板１６の上方で後方に延びる第１延在部４６と、第１延在部４６の先端から折り返すように連続し、前方に延びる第２延在部４８を有する。第２延在部４８の先端は開放部５０とされている。
The
図示のように、アンテナエレメント４２は平面視内巻き形状を有し、開放部５０が第１延在部４６よりも中心線Ｌから離隔している。すなわち、アンテナエレメント４２は、その先端がＥＴＣアンテナ１８から離隔する形状を有する。また、アンテナエレメント３２がアンテナエレメント４２よりも相対的に前方に位置する。このような配置構成により、ＥＴＣアンテナ１８とＴＥＬアンテナ２２の各放射エリアが互いに干渉し難くされている。詳細については後述する。
As shown in the figure, the
図２（Ｂ）に示すように、回路基板１６の裏面には、その幅方向中央を前後にわたって覆うようにシールドケース５２が設けられる。回路基板１６の裏面におけるシールドケース５２の内側には、ＧＰＳアンテナ２０の増幅回路が設けられている（図示せず）。これらの増幅回路は、ＬＮＡ（Low Noise Amplifier）であり、各給電ライン（図示せず）の一部を構成する。
As shown in FIG. 2B, a
シールドケース５２は金属からなり、増幅回路からの不要な輻射を遮断する。なお、シールドケース５２は、各アンテナのアースをとるためのグラウンド領域としても機能する。シールドケース５２の底面の数箇所が切り起こされ、ばね性を有する導通片５４を形成している。これらによるアース構造の詳細については後述する。
The
回路基板１６におけるシールドケース５２の左右両サイドには、挿通孔５６が設けられている。ＴＥＬアンテナ２２の給電部４４が挿通孔５６を貫通し、回路基板１６の裏面側に露出している。給電部４４は、回路基板１６の裏面に実装された給電ライン（図示略）に半田付けされている。各アンテナの給電ラインは、回路基板１６の裏面にマイクロストリップラインとして設けられ、コネクタ２４の各給電ポートに接続されている。
Insertion holes 56 are provided on both the left and right sides of the
図３は、アンテナ装置１の内部構造を表す中央縦断面図であり、図２に示した中心線Ｌを含む断面を示す。
回路基板１６の前部には、支持台６０が設けられている。支持台６０がＥＴＣアンテナ１８を下方から支持する。支持台６０は、樹脂等の絶縁体からなり、回路基板１６に固定されている。支持台６０は傾斜面６１を有する。その傾斜面６１には、高さが異なる支持部６４，６６がそれぞれ複数突設されている。支持部６４の高さは、支持部６６の高さよりも小さい。
FIG. 3 is a central vertical cross-sectional view showing the internal structure of the antenna device 1, and shows a cross section including the center line L shown in FIG.
A
本実施形態では３つの支持部６４を設け、それらによりグラウンドエレメント３４を下方から３点支持する。また、３つの支持部６６を設け、それらによりアンテナエレメント３２を下方から３点支持する。各支持部６６は、グラウンドエレメント３４を貫通する。
In this embodiment, three
このようにアンテナエレメント３２およびグラウンドエレメント３４を複数の支持部で支持することにより両エレメント間をエアギャップとしてパッチアンテナを構成している。それにより、各エレメントの大きさを確保するとともに誘電体ロスを小さくし、ＥＴＣアンテナ１８の利得の底上げを図っている。
By supporting the
アンテナエレメント３２およびグラウンドエレメント３４の傾斜角度は、回路基板１６に対する傾斜面６１の角度に等しく、本実施形態では約２３度である。なお、支持部の数や配置は、アンテナの特性を良好に保てるよう任意に選択できる。コネクタ２４は、給電部３６の近傍に設けられている。
The tilt angle of the
回路基板１６のグラウンド領域１７は、シールドケース５２に接続されている。ベースプレート１２とカバー１４とが締結されることで、複数の導通片５４がベースプレート１２に当接し、シールドケース５２とベースプレート１２とが導通する。
The
図４は、ＥＴＣアンテナ１８およびその周辺の構造を詳細に表す図である。図４（Ａ）は、アンテナユニット１０とベースプレート１２との組立体（以下、「アンテナベースユニット１３」ともいう）を表す斜視図である。図４（Ｂ）は、ＥＴＣアンテナ１８およびその周辺を表す正面図である。図４（Ｃ）は、図４（Ｂ）のＡ−Ａ矢視断面図である。
FIG. 4 is a diagram showing in detail the structure of the
図４（Ａ）に示すように、ベースプレート１２は回路基板１６よりも相当大きい。このため、アンテナベースユニット１３全体としてグラウンド領域を十分に確保できる。
As shown in FIG. 4A, the
図４（Ｂ）に示すように、２つのグラウンド接続部４０は、給電部３６に対して対称な位置に配置されている。本実施形態では、これらのグラウンド接続部４０が給電部３６の中心線に対して対称な形状を有する。グラウンド接続部４０と給電部３６が互いに平行に延び、回路基板１６に対して垂直に接続する。なお、変形例においては、グラウンド接続部４０および給電部３６の少なくともいずれかを回路基板１６に対して傾斜配置してもよい。
As shown in FIG. 4B, the two
グラウンド接続部４０は、給電部３６よりも太い（断面が大きい）。給電部３６とグラウンド接続部４０との距離は、グラウンドエレメント３４の側端とグラウンド接続部４０との距離よりも小さい。すなわち、一対のグラウンド接続部４０は、グラウンドエレメント３４の中央寄りに設けられ、給電部３６の近傍に位置する。言い換えれば、グラウンド接続部４０の両サイド（給電部３６とは反対側部分）においては、グラウンドエレメント３４とグラウンド領域１７との間に所定の隙間Δｈが形成される。グラウンド接続部４０の幅は、その隙間Δｈよりも大きい。
The
図４（Ｃ）にも示すように、グラウンドエレメント３４は、アンテナエレメント３２よりも前後方向に長い。グラウンドエレメント３４は、長方形状の導体板を長手方向の複数箇所で曲げ成形して得られる。グラウンドエレメント３４は、アンテナエレメント３２と平行な第１面７０と、後端部に設けられた第２面７２と、前端部に設けられた第３面７４を有する。第２面７２は、第１面７０の後端に連設され、第１面７０に対してやや上向きの角度なす。つまり、第２面７２は、第１面７０よりも前傾している。第３面７４は、第１面７０の前端に連設され、回路基板１６と平行に延在する。グラウンド接続部４０は、その第３面７４の前端に連設されている。第２面７２および第３面７４は、第１面７０と比較して前後方向の長さが十分に小さい。第２面７２の長さおよび角度を調整することにより、ＥＴＣアンテナ１８の指向性（電波の放射パターン）を調整できる。
As shown in FIG. 4C, the
次に、ＥＴＣアンテナ１８の特性を解析した結果について説明する。
図５は、電波の放射パターンを表す図である。図５（Ａ）は本実施形態のアンテナエレメント３２（図４（Ｂ）参照）による放射パターンを示し、図５（Ｂ）は比較例１のアンテナエレメントによる放射パターンを示す。比較例１は、本実施形態においてグラウンド接続部４０を省略したものである。各図の上段は放射パターンの指向性（利得）を三次元表示したものであり、下段はその二次元表示である。各図の上方（下段の０度）が車両前方、下方（下段の１８０度）が車両後方に対応する。
Next, the result of analyzing the characteristics of the
FIG. 5 is a diagram showing a radio wave radiation pattern. FIG. 5 (A) shows the radiation pattern by the antenna element 32 (see FIG. 4 (B)) of the present embodiment, and FIG. 5 (B) shows the radiation pattern by the antenna element of Comparative Example 1. In Comparative Example 1, the
本実施形態では、前方斜め上方に向けて左右にバランスの良い放射パターンが得られている（図５（Ａ））。これに対し、比較例１では、前方斜め上方向にピークが得られていない（図５（Ｂ））。すなわち、本実施形態によれば、回路基板１６のグラウンド領域１７とグラウンドエレメント３４とを接続することで、ＥＴＣアンテナ１８（パッチアンテナ）の指向性（電波の放射パターン）が良好となることが分かる。
In this embodiment, a well-balanced radiation pattern is obtained on the left and right toward the front diagonally upward (FIG. 5 (A)). On the other hand, in Comparative Example 1, no peak was obtained in the diagonally forward and upward direction (FIG. 5 (B)). That is, according to the present embodiment, it can be seen that the directivity (radio wave radiation pattern) of the ETC antenna 18 (patch antenna) is improved by connecting the
図６および図７は、ＥＴＣアンテナの位置による放射パターンへの影響を表す図である。なお、以下の解析では便宜上、ＧＰＳアンテナ２０を省略している。図６はＴＥＬアンテナを設けた場合を示す。図６（Ａ）は、ＥＴＣアンテナをＴＥＬアンテナよりも相対的に前方に配置した場合（本実施形態）を示す。図６（Ｂ）は、ＥＴＣアンテナをＴＥＬアンテナよりも相対的に後方に配置した場合（比較例２）を示す。
6 and 7 are diagrams showing the influence of the position of the ETC antenna on the radiation pattern. In the following analysis, the
一方、図７はＴＥＬアンテナを設けない場合を示す。図７（Ａ）は、ＥＴＣアンテナをＴＥＬアンテナよりも相対的に前方に配置した場合（比較例３）を示す。図７（Ｂ）は、ＥＴＣアンテナをＴＥＬアンテナよりも相対的に後方に配置した場合（比較例４）を示す。各図の上段はアンテナの配置構成を示し、下段はＥＴＣアンテナの放射パターンの解析結果を示す。 On the other hand, FIG. 7 shows a case where the TEL antenna is not provided. FIG. 7A shows a case where the ETC antenna is arranged relatively in front of the TEL antenna (Comparative Example 3). FIG. 7B shows a case where the ETC antenna is arranged relatively behind the TEL antenna (Comparative Example 4). The upper part of each figure shows the arrangement configuration of the antenna, and the lower part shows the analysis result of the radiation pattern of the ETC antenna.
本解析結果によれば、ＴＥＬアンテナを設ける場合、比較例２においてＥＴＣアンテナの放射パターンに変形（劣化）がみられるところ（図６（Ｂ））、本実施形態では良好な放射パターンが得られている（図６（Ａ））。ＴＥＬアンテナを設けない場合、ＥＴＣアンテナを前方に設けた比較例３と後方に設けた比較例４のいずれも、良好な形状の放射パターンが得られている（図７（Ａ），（Ｂ））。 According to the results of this analysis, when the TEL antenna is provided, the radiation pattern of the ETC antenna is deformed (deteriorated) in Comparative Example 2 (FIG. 6 (B)), and a good radiation pattern can be obtained in the present embodiment. (Fig. 6 (A)). When the TEL antenna is not provided, a radiation pattern having a good shape is obtained in both Comparative Example 3 in which the ETC antenna is provided in the front and Comparative Example 4 in which the ETC antenna is provided in the rear (FIGS. 7A and 7B). ).
比較例２と比較例４とを対比すると（図６（Ｂ），図７（Ｂ））、比較例４のほうが良好な放射パターンが得られている。このことから、ＴＥＬアンテナの存在がＥＴＣアンテナの放射パターンに影響を及ぼしていることが分かる。ＥＴＣアンテナの電波放射方向（いわゆる見通しエリア）にＴＥＬアンテナが存在することで放射パターンを劣化させるものと考えられる。 Comparing Comparative Example 2 and Comparative Example 4 (FIGS. 6B and 7B), Comparative Example 4 obtained a better radiation pattern. From this, it can be seen that the presence of the TEL antenna affects the radiation pattern of the ETC antenna. It is considered that the presence of the TEL antenna in the radio wave radiation direction (so-called line-of-sight area) of the ETC antenna deteriorates the radiation pattern.
この点、本実施形態と比較例３とを対比すると（図６（Ａ），図７（Ａ））、本実施形態ではＴＥＬアンテナが存在するものの、ＴＥＬアンテナを有しない比較例３と同程度に良好な放射パターンが得られている。ＥＴＣアンテナの電波放射方向（見通しエリア）にＴＥＬアンテナが存在しないことで、放射パターンの劣化が防止されているものと考えられる。すなわち、本実施形態によれば、ＥＴＣアンテナ１８をＴＥＬアンテナ２２よりも相対的に前方に配置したことで、放射パターンを良好な状態に維持できる。
In this respect, when the present embodiment and Comparative Example 3 are compared (FIGS. 6A and 7A), the present embodiment has a TEL antenna but is similar to Comparative Example 3 having no TEL antenna. Good radiation pattern is obtained. It is considered that the deterioration of the radiation pattern is prevented by the absence of the TEL antenna in the radio wave radiation direction (line-of-sight area) of the ETC antenna. That is, according to the present embodiment, by arranging the
図８は、ＴＥＬアンテナの形状による放射パターンへの影響を表す図である。図８（Ａ）は、ＴＥＬアンテナのアンテナエレメントを内巻き形状とした場合（本実施形態）を示す。図８（Ｂ）は、ＴＥＬアンテナのアンテナエレメントを外巻き形状とした場合（比較例５）を示す。ここで、「内巻き形状」とは、アンテナエレメントが回路基板の内側寄りに巻き始め、アンテナエレメントの先端（開放部）がＥＴＣアンテナから離隔する巻き形状を意味する。一方、「外巻き形状」とは、アンテナエレメントが回路基板の外側寄りに巻き始め、アンテナエレメントの先端（開放部）がＥＴＣアンテナに近接する巻き形状を意味する。各図の上段はアンテナの配置構成を示し、下段はＥＴＣアンテナの放射パターンを示す。 FIG. 8 is a diagram showing the influence of the shape of the TEL antenna on the radiation pattern. FIG. 8A shows a case where the antenna element of the TEL antenna has an inwardly wound shape (this embodiment). FIG. 8B shows a case where the antenna element of the TEL antenna has an outer winding shape (Comparative Example 5). Here, the "inner winding shape" means a winding shape in which the antenna element starts to wind toward the inside of the circuit board and the tip (open portion) of the antenna element separates from the ETC antenna. On the other hand, the "outer winding shape" means a winding shape in which the antenna element starts to wind toward the outside of the circuit board and the tip (open portion) of the antenna element is close to the ETC antenna. The upper part of each figure shows the arrangement configuration of the antenna, and the lower part shows the radiation pattern of the ETC antenna.
本解析結果によれば、内巻き形状を採用する本実施形態のほうが、外巻き形状を採用する比較例５よりも良好な放射パターンが得られている。比較例５のようにアンテナエレメント２３を外巻きとした場合、ＥＴＣアンテナ１８の電流が結合し易く、強い電流分布となり易い。その結果、不要な放射が発生し放射パターンを劣化させ易くなると考えられる。この点、本実施形態ではアンテナエレメント２２を内巻きとしたため、放射パターンを良好に維持できる。
According to the results of this analysis, a better radiation pattern is obtained in the present embodiment in which the inner winding shape is adopted than in Comparative Example 5 in which the outer winding shape is adopted. When the
すなわち、本実施形態では、ＥＴＣアンテナ１８をＴＥＬアンテナ２２よりも相対的に前方に配置することで「見通しエリア」を確保し、さらにＴＥＬアンテナ２２のアンテナエレメントを内巻きとすることで、両アンテナのそれぞれにおいて電流分布の強い箇所が互いに近づかないようにしている。それにより、各電波について良好な放射パターンを維持している。
That is, in the present embodiment, the
以上に説明したように、本実施形態では、ＥＴＣアンテナ１８について、回路基板１６にグラウンドエレメント３４を傾斜配置し、アンテナエレメント３２をグラウンドエレメント３４とほぼ平行に延在させ、さらにグラウンドエレメント３４をラウンド領域１７に接続することで指向性を担保している。アンテナエレメント３２およびグラウンドエレメント３４のいずれも、それらの前端が回路基板１６に近接する。そして特に、アンテナエレメント３２の前端から給電部３６が延出して回路基板１６の給電ラインに接続する。
As described above, in the present embodiment, for the
このため、本実施形態によれば、同軸ケーブルにてアンテナエレメントと回路基板とを接続する従来構成と比較して給電部３６を短くでき、電波の伝送ロスを抑制できる。このような伝送ロスは一般に、電波の周波数が高くなるほど大きくなることが知られている。この点、本実施形態では回路基板１６において、相対的に周波数が高いＥＴＣアンテナ１８を、相対的に周波数が低いＧＰＳアンテナ２０よりも前側に配置し、給電部３６をコネクタ２４の近傍に配置している。このことが、伝送ロスの抑制により一層寄与している。
Therefore, according to the present embodiment, the
また、グラウンドエレメント３４の前端からグラウンド接続部４０が延出して回路基板１６のグラウンド領域１７に接続する。それによりグラウンド接続部４０を短くできるため、グラウンドエレメント３４全体として対称性を担保し易い。その結果、良好な指向性を得ることができる。
Further, the
より具体的には、一対のグラウンド接続部４０が給電部３６を挟むように配置されているため、左右のグラウンドラインの対称性を確保しやすい。特にそれらのグラウンド接続部４０を給電部３６に対して対称な位置に配置することが、その対称性の確保に寄与している。その結果、上記解析結果からも分かるように、良好な放射パターンが得られる。すなわち、本実施形態によれば、パッチアンテナを含むアンテナ装置１において、その指向性を向上させることができる。
More specifically, since the pair of
また、給電部３６がアンテナエレメント３２の一部であり、グラウンド接続部４０がグラウンドエレメント３４の一部であることから、アンテナエレメント３２およびグラウンドエレメント３４がそれぞれ回路基板１６に直接接続されることとなる。このため、本実施形態によれば、同軸ケーブルにてアンテナエレメントと回路基板とを接続する従来構成と比較して部品点数を少なくでき、コスト上のメリットも得られる。
Further, since the
さらに、本実施形態では、ＥＴＣアンテナ１８をＴＥＬアンテナ２２よりも相対的に前方に配置することで、ＥＴＣアンテナ１８による電波の放射パターンを良好に維持できる。言い換えれば、ＥＴＣアンテナ１８の放射パターンがＴＥＬアンテナ２２の影響を受け難く、その電気的特性を安定に維持し易い。このため、例えばＴＥＬアンテナ２２について対応周波数を変更するために形状調整をするなどの必要が生じても対処し易いといったメリットもある。
Further, in the present embodiment, by arranging the
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はその特定の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術思想の範囲内で種々の変形が可能であることはいうまでもない。 Although the preferred embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to the specific embodiment, and it goes without saying that various modifications can be made within the scope of the technical idea of the present invention. Nor.
上記実施形態では、給電部３６をアンテナエレメント３２に一体成形する例を示したが、配線にて構成してもよい。また、グラウンド接続部４０をグラウンドエレメント３４に一体成形する例を示したが、配線にて構成してもよい。アンテナエレメント３２およびグラウンドエレメント３４のいずれも、その前端が回路基板１６の表面に近接するため、配線は短くなる。このような構成を採用しても良好な利得性能を期待できる。
In the above embodiment, the example in which the feeding
上記実施形態では、アンテナ装置１において、ＥＴＣアンテナ１８とは指向性が異なるＧＰＳアンテナ２０およびＴＥＬアンテナ２２を設ける例を示した。変形例においては、ＧＰＳアンテナ２０およびＴＥＬアンテナ２２のいずれか一方又は双方を省略してもよい。あるいは、これらのいずれか一方又は双方に代えて他のアンテナを配置してもよい。これらの双方に加えて他のアンテナを配置してもよい。
In the above embodiment, an example is shown in which the
上記実施形態では、回路基板１６の表面にグラウンド領域１７が設けられる一方、裏面に給電ラインが設けられ、表裏を貫通する挿通孔３８が設けられる構成を例示した。アンテナエレメント３２の給電部３６が、挿通孔３８を貫通して裏面の給電ラインに接続される。変形例においては、回路基板１６の表面に給電ラインの少なくとも一部が設けられ、給電部３６が接続されてもよい。その場合、挿通孔３８は不要となる。その給電ラインの両サイドにグラウンド領域１７を形成してもよい。
In the above embodiment, a configuration is exemplified in which a
上記実施形態では、アンテナエレメント３２およびグラウンドエレメント３４がそれらの中心線に対して概ね対称形状であることから、給電部３６およびグラウンド接続部４０をその中心線に対して対称に配設する例を示した。アンテナエレメント３２およびグラウンドエレメント３４のいずれかが中心線に対して非対称形状を有する場合、それに対応して給電部３６およびグラウンド接続部４０の配置を中心線に対して非対称とし、放射パターンのバランスを調整してもよい。
In the above embodiment, since the
上記実施形態では、ベースプレート１２を導電体とし、グラウンド領域１７と接続してグラウンド領域を構成する（つまりアースプレートとする）例を示した。変形例においては、ベースプレート１２をグラウンド領域１７とは電気的に接続せず、単なる蓋体として構成してもよい。あるいは逆に、別途蓋体を設け、カバー１４との間にアンテナユニット１０およびベースプレート１２（アースプレート）を収容してもよい。その場合、回路基板１６のグラウンド領域１７よりもベースプレート１２を大きくするのが好ましいが、ベースプレート１２の形状および大きさについては適宜選択できる。あるいは、回路基板１６を大きくして蓋体としても機能させ、ベースプレート１２を省略してもよい。
In the above embodiment, an example is shown in which the
上記実施形態では述べなかったが、グラウンドエレメント３４の前端におけるグラウンド接続部４０の位置や幅（太さ）によってＥＴＣアンテナ１８の利得性能を調整することができるため、その位置や幅については適宜設定可能である。
Although not described in the above embodiment, since the gain performance of the
上記実施形態では、回路基板１６にコネクタ２４を配設し、給電ラインを接続する構成を例示した。変形例においては、コネクタに代えてピッグテール等のケーブルを設けてもよい。
In the above embodiment, the configuration in which the
上記実施形態では、ＥＴＣアンテナ１８をＴＥＬアンテナ２２よりも相対的に前方に配置することでＥＴＣアンテナ１８の見通しエリアを確保する例を示した（図２等参照）。変形例においては、アンテナエレメント４２の高さを調整することで（低くするなどして）、ＥＴＣアンテナ１８の見通しエリアを確保してもよい。
In the above embodiment, an example is shown in which the line-of-sight area of the
上記実施形態では、ＥＴＣアンテナ１８の前半部をＴＥＬアンテナ２２よりも前方に配置したが、ＥＴＣアンテナ１８の全体をＴＥＬアンテナ２２より前方に配置してもよい。ＥＴＣアンテナ１８の少なくとも一部をＴＥＬアンテナ２２よりも前方に配置することで、ＥＴＣアンテナ１８の見通しエリアを確保できればよい。
In the above embodiment, the front half of the
上記実施形態では、パッチアンテナ（ＥＴＣアンテナ１８）を回路基板に設け、グラウンドエレメントを回路基板のグラウンド領域に接続する構成を例示した。変形例においては、金属板や導電性樹脂板等の導体板を「ベースプレート」とし、これにグラウンドエレメントを接続してもよい。すなわち、「グラウンド領域を有するベースプレート」は、回路基板であってもよいし、回路が実装されない導体板であってもよい。なお、「ベースプレート」は、その表面および裏面の一方又は双方に凹凸形状を有するものを含みうることは言うまでもない。 In the above embodiment, a configuration in which a patch antenna (ETC antenna 18) is provided on a circuit board and a ground element is connected to the ground region of the circuit board is exemplified. In the modified example, a conductor plate such as a metal plate or a conductive resin plate may be used as a "base plate", and a ground element may be connected to the "base plate". That is, the "base plate having a ground region" may be a circuit board or a conductor plate on which a circuit is not mounted. Needless to say, the "base plate" may include one having an uneven shape on one or both of the front surface and the back surface.
上記実施形態では、アンテナエレメントを金属からなるものとしたが、導電樹脂その他の導電性材料からなるものとしてもよい。 In the above embodiment, the antenna element is made of metal, but it may be made of a conductive resin or other conductive material.
上記実施形態では、アンテナ装置をダッシュボードに設置するものとして説明したが、車体のその他の位置に設置してもよい。また、船舶その他の移動手段に設置されるアンテナ装置としてもよい。 In the above embodiment, the antenna device has been described as being installed on the dashboard, but it may be installed at another position on the vehicle body. Further, it may be an antenna device installed on a ship or other means of transportation.
なお、本発明は上記実施形態や変形例に限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化することができる。上記実施形態や変形例に開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせることにより種々の発明を形成してもよい。また、上記実施形態や変形例に示される全構成要素からいくつかの構成要素を削除してもよい。 The present invention is not limited to the above-described embodiment or modification, and the components can be modified and embodied within a range that does not deviate from the gist. Various inventions may be formed by appropriately combining a plurality of components disclosed in the above-described embodiments and modifications. In addition, some components may be deleted from all the components shown in the above embodiments and modifications.
１ アンテナ装置、１０ アンテナユニット、１２ ベースプレート、１３ アンテナベースユニット、１４ カバー、１６ 回路基板、１７ グラウンド領域、１８ ＥＴＣアンテナ、２０ ＧＰＳアンテナ、２２ ＴＥＬアンテナ、２４ コネクタ、２６ 挿通孔、２８ ねじ、３０ ねじ、３２ アンテナエレメント、３４ グラウンドエレメント、３６ 給電部、３８ 挿通孔、４０ グラウンド接続部、４２ アンテナエレメント、４４ 給電部、４６ 第１延在部、４８ 第２延在部、５０ 開放部、５２ シールドケース、５４ 導通片、５６ 挿通孔、６０ 支持台、７０ 第１面、７２ 第２面、７４ 第３面。 1 antenna device, 10 antenna unit, 12 base plate, 13 antenna base unit, 14 cover, 16 circuit board, 17 ground area, 18 ETC antenna, 20 GPS antenna, 22 TEL antenna, 24 connector, 26 insertion holes, 28 screws, 30 Screw, 32 antenna element, 34 ground element, 36 feeding part, 38 insertion hole, 40 ground connection part, 42 antenna element, 44 feeding part, 46 1st extending part, 48 2nd extending part, 50 opening part, 52 Shield case, 54 conduction piece, 56 insertion hole, 60 support base, 70 1st surface, 72 2nd surface, 74 3rd surface.
Claims (12)
前記ベースプレートに設けられるパッチアンテナと、
を備え、
前記パッチアンテナは、
前記ベースプレートに対し、前端側が近接し、後端側に向けて離間するように傾斜配置されたグラウンドエレメントと、
前記グラウンドエレメントとほぼ平行に延在するアンテナエレメントと、
前記アンテナエレメントの前端から延出する給電部と、
前記グラウンドエレメントの前端から延出し、前記グラウンド領域に接続するグラウンド接続部と、
を含むことを特徴とするアンテナ装置。 A base plate with a ground area and
The patch antenna provided on the base plate and
Equipped with
The patch antenna is
A ground element that is inclined so that the front end side is close to the base plate and is separated toward the rear end side.
An antenna element extending almost parallel to the ground element,
A feeding unit extending from the front end of the antenna element and
A ground connection portion extending from the front end of the ground element and connecting to the ground area,
An antenna device characterized by including.
前記アンテナエレメントよりも前後方向に長く、
前記アンテナエレメントと平行な第１面と、前記第１面に対して角度なす第２面とを有することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のアンテナ装置。 The ground element is
Longer in the front-back direction than the antenna element,
The antenna device according to any one of claims 1 to 5, wherein the antenna device has a first surface parallel to the antenna element and a second surface angled with respect to the first surface.
前記回路基板に電話用アンテナエレメントが設けられ、
前記アンテナエレメントが前記電話用アンテナエレメントよりも相対的に前方に位置することを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載のアンテナ装置。 The base plate is a circuit board,
An antenna element for a telephone is provided on the circuit board, and the circuit board is provided with an antenna element for telephone.
The antenna device according to any one of claims 1 to 8, wherein the antenna element is located relatively forward of the telephone antenna element.
前記第２延在部の先端が開放された開放部とされ、
前記開放部が前記第１延在部よりも前記アンテナエレメントから離隔していることを特徴とする請求項９に記載のアンテナ装置。 The telephone antenna element has a first extending portion extending rearward at a predetermined height position above the circuit board, and a second extending portion continuously extending forward with the first extending portion. death,
The tip of the second extending portion is an open portion with an open portion.
The antenna device according to claim 9, wherein the open portion is separated from the antenna element by the first extending portion.
前記パッチアンテナとしての第１パッチアンテナと、
前記回路基板と平行な第２パッチアンテナと、
を備え、
前記第１パッチアンテナの周波数帯域が、前記第２パッチアンテナの周波数帯域よりも高く、
前記第１パッチアンテナが前記第２パッチアンテナよりも前側に配置されていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載のアンテナ装置。 The base plate is a circuit board,
The first patch antenna as the patch antenna and
A second patch antenna parallel to the circuit board,
Equipped with
The frequency band of the first patch antenna is higher than the frequency band of the second patch antenna.
The antenna device according to any one of claims 1 to 10, wherein the first patch antenna is arranged in front of the second patch antenna.
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| WO2024070766A1 (en) * | 2022-09-27 | 2024-04-04 | 株式会社ヨコオ | Antenna device |
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