JP2022159131A - アンテナ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数のモノポールアンテナが並設されるアンテナ装置において、特定の周波数帯域のアイソレーションを劣化させずに広帯域に良好な特性を確保可能な技術を提供する。
【解決手段】アンテナ装置１は、グラウンド領域を有する回路基板１２と、回路基板１２に設けられた第１給電点に基端側が接続され、第１のモノポールアンテナを形成する第１アンテナエレメント１８ａと、回路基板１２に設けられた第２給電点に基端側が接続され、第２のモノポールアンテナを形成する第２アンテナエレメント１８ｂと、第１アンテナエレメント１８ａの先端部と第２アンテナエレメント１８ｂの先端部とを接続する接続部２０と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数のモノポールアンテナが並設されるアンテナ装置に関する。

車両の高機能化および高性能化に伴い、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（特許文献１参照）。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車両に標準装備されつつある。それら複数のアンテナが一つの筐体に収容される。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。

特許文献１に記載のアンテナ装置では、共通の筐体の中央にＥＴＣアンテナとＧＰＳアンテナが配置され、それらの左右両側に一対のＴＥＬアンテナ（モノポールアンテナ）が配置されている。複数のＴＥＬアンテナを設けることで、ＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）にも対応し易くなる。ＭＩＭＯは、複数の送受信アンテナを用いて信号を空間多重伝送する技術であり、通信データの伝送速度および品質の向上を実現できる。

ところで、車両の高機能化に伴って車載機器の数も増大するため、アンテナ装置をできるだけ小型化して省スペースを実現することが求められる。上述のような一対のＴＥＬアンテナについても、アンテナエレメントの間隔を可能な限り小さくできるのが望ましい。一方、複数のアンテナを並設する場合、両者間で広帯域にアイソレーションを確保する必要がある。

従来、このように２つのアンテナのアイソレーションを確保するために、アンテナエレメント間の給電点付近に回路や素子等を介在させることでアイソレーションを調整する技術（特許文献２，３参照）、アンテナエレメントの先端同士を近接させて容量結合させることで互いの影響を軽減する技術（特許文献４参照）などが提案されていた。これ以外にも、隣接するアンテナエレメントを直交するように配置することでアイソレーションを確保する手法もある。

特開２００９－２１８７９９号公報 特開２０１４－１１２８２４号公報 特開２０１２－１７５３１７号公報 国際公開第２０１９／１０７５５３号

しかしながら、特許文献２～４に記載の技術は一般に、良好なインピーダンス特性（放射効率）と、良好なアイソレーションとを両立している周波数帯域が限定的となる傾向にある。一方、隣接するアンテナエレメントを直交配置させることは機器構成上の制約につながり、アンテナ装置の小型化の要請に応え難いといった問題があった。

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、複数のモノポールアンテナが並設されるアンテナ装置において、特定の周波数帯域のアイソレーションを劣化させずに広帯域に良好な特性を確保可能な技術を提供することにある。

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回路基板と、回路基板に設けられた第１給電点に基端側が接続され、第１のモノポールアンテナを形成する第１アンテナエレメントと、回路基板に設けられた第２給電点に基端側が接続され、第２のモノポールアンテナを形成する第２アンテナエレメントと、第１アンテナエレメントの先端部と第２アンテナエレメントの先端部とを接続する接続部と、を備える。

本発明によれば、複数のモノポールアンテナが並設されるアンテナ装置において、特定の周波数帯域のアイソレーションを劣化させずに広帯域に良好な特性を確保できる。

第１実施形態に係るアンテナ装置の概要を表す斜視図である。 アンテナユニットの構成を表す平面図である。 ＴＥＬアンテナの周波数特性を解析した結果を表す図である。 第２実施形態に係るアンテナユニットの構成を表す平面図である。 変形例に係るアンテナユニットの構成を表す平面図である。 ミアンダ構造の線幅と周波数特性との関係を表す図である。 ミアンダ構造の蛇行幅と周波数特性との関係を表す図である。 第３実施形態に係るアンテナユニットの構成を表す斜視図である。 変形例に係るアンテナユニットの構成を表す平面図である。 他の変形例に係るアンテナユニットの構成を表す平面図である。 第１実施形態の作用効果に関する解析およびその結果を示す。 第１実施形態の作用効果に関する解析およびその結果を示す。 第２実施形態の作用効果に関する解析およびその結果を示す。 変形例６に係るアンテナユニットの構成を表す平面図である。 変形例６の構成による効果を表す図である。

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。

以下の実施形態では、２つのモノポールアンテナが並設された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。ここで例示されるモノポールアンテナはＴＥＬアンテナである。２つのモノポールアンテナのアイソレーションを広帯域に確保するために、２つのアンテナエレメントが、それぞれの給電点とは反対側の端部で互いに接続される。以下、その詳細について説明する。

［第１実施形態］
図１は、第１実施形態に係るアンテナ装置の概要を表す斜視図である。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、左右方向を表現することがある。

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を備える。アンテナユニット１０は、図示略のケースに収容される。このケースは、アンテナユニット１０を載置させる下ケースと、アンテナユニット１０を上方から覆うように下ケースに取り付けられる上ケースを備える。上ケースおよび下ケースともに電波透過性の樹脂からなる。

アンテナユニット１０は、回路基板１２に単一のＧＰＳアンテナ１４および一対のＴＥＬアンテナ１６ａ，１６ｂを搭載して構成される。以下、ＴＥＬアンテナ１６ａ，１６ｂを特に区別しない場合には、単に「ＴＥＬアンテナ１６」と称す。回路基板１２は、後述のグラウンド領域を有し、地板として機能する。

ＧＰＳアンテナ１４は、ＧＰＳ用のパッチアンテナである。ＴＥＬアンテナ１６ａ，１６ｂは電話用のモノポールアンテナであり、それぞれアンテナエレメント１８ａ，１８ｂを含む。アンテナエレメント１８ａは「第１アンテナエレメント」として機能し、第１のモノポールアンテナを形成する。アンテナエレメント１８ｂは「第２アンテナエレメント」として機能し、第２のモノポールアンテナを形成する。以下、アンテナエレメント１８ａ，１８ｂを特に区別しない場合には、単に「アンテナエレメント１８」と称す。アンテナエレメント１８ａ，１８ｂは、回路基板１２に対して左右対称に配設されている。

このように複数のＴＥＬアンテナ１６を設けることで、ＭＩＭＯに対応できる。アンテナエレメント１８ａとアンテナエレメント１８ｂは、アイソレーションを向上させるため、互いの先端部が接続部２０によって接続されている（詳細後述）。回路基板１２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２２が突設されている。アンテナ装置１は、図示しない車両のインストルメントパネル内等に取り付けられる。

図２は、アンテナユニットの構成を表す平面図である。図２（Ａ）は本実施形態の構成を示し、図２（Ｂ）は比較例の構成を示す。
図２（Ａ）に示すように、回路基板１２は、平面視多角形状の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段付形状を有する。回路基板１２は、中心線Ｌに対して対称な形状を有する。アンテナユニット１０は、全体として中心線Ｌに対して対称な形状を有する。回路基板１２の表面にグラウンド領域２４が設けられている。グラウンド領域２４は、一対のＴＥＬアンテナ１６に共通のものである。

回路基板１２の後半部小幅領域にＧＰＳアンテナ１４が配設されている。ＧＰＳアンテナ１４は、誘電体型パッチアンテナであり、誘電体層２６の表面に放射電極２８を配置して構成される。その放射電極２８は、回路基板１２の上面と平行に設けられている。放射電極２８には給電点が設けられる。誘電体層２６を貫通する挿通孔が設けられ、回路基板１２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１４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１４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。

回路基板１２の前半部大幅領域の左右両端部に給電点Ｐ１，Ｐ２が設けられ、アンテナエレメント１８ａ，１８ｂのそれぞれの基端部が接続されている。給電点Ｐ１が「第１給電点」として機能し、給電点Ｐ２が「第２給電点」として機能する。一対のＴＥＬアンテナ１６は、ＧＰＳアンテナ１４を挟んで左右両サイドに配置されている。一対のアンテナエレメント１８は、中心線Ｌに対して対称な構造を有する。

アンテナエレメント１８は、細長い長方形状（帯状）の本体３０を有する導体板であり、本体３０の一端が内側（中心線Ｌ側）に延出して幅広の基端部３２を構成する。基端部３２の内側端部が上方に直角に折り曲げられて給電部３４を構成している。アンテナエレメント１８ａの給電部が給電点Ｐ１に接続され、アンテナエレメント１８ｂの給電部３４が給電点Ｐ２に接続されている。本実施形態において、これらの接続は半田付けによりなされる。アンテナエレメント１８ａの先端部３６とアンテナエレメント１８ｂの先端部３６が接続部２０を介して一体に接続されている。接続部２０は、本体３０と同程度の幅を有する導体板であり、アンテナエレメント１８ａ，１８ｂに対して直角方向に接続されている。

すなわち、アンテナエレメント１８ａは、回路基板１２に接続される基端部３２（「第１基端部」に対応する）と、基端部３２から回路基板１２の後方に延出する本体３０（「第１延在部」に対応する）を有する。アンテナエレメント１８ｂは、回路基板１２に接続される基端部３２（「第２基端部」に対応する）と、基端部３２から回路基板１２の後方に延出する本体３０（「第２延在部」に対応する）を有する。接続部２０は、アンテナエレメント１８ａの先端部３６とアンテナエレメント１８ｂの先端部３６とを、回路基板１２の左右方向に接続している。

なお、アンテナユニット１０の作製に際しては、導体板を一辺が開放された正方形枠形状に打ち抜き、その開放端を曲げ成形することで、アンテナエレメント１８ａ，１８ｂおよび接続部２０を一体に成形している。変形例においては、アンテナエレメント１８ａ，１８ｂを個別に成形し、接続部２０を溶接等により接合してもよい。

各給電点Ｐ１，Ｐ２は、回路基板１２に実装された給電ラインに接続される。各アンテナの給電ラインは、回路基板１２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２２の各給電ポートに接続されている。

図示しない車載器につながる３本のケーブルが、コネクタ２２（図１参照）に接続される。これらのケーブルは、いずれも同軸ケーブルからなり、コネクタ２２を介してＧＰＳアンテナ１４および一対のＴＥＬアンテナ１６のそれぞれの給電ラインと接続される。ＴＥＬアンテナ１６用の同軸ケーブルの内部導体がコネクタ２２を介して給電点（Ｐ１，Ｐ２）に接続され、外部導体がコネクタ２２を介してグラウンド領域２４に接続される。

本実施形態では図示のように、アンテナエレメント１８ａ，１８ｂがそれぞれの基端部３２において回路基板１２に接続される一方、それぞれの本体３０が回路基板１２から外側に延出している。それにより、アンテナエレメント１８ａとアンテナエレメント１８ｂとの間隔を適正に調整している。

左右に並設されるアンテナエレメント１８ａ，１８ｂの間隔を適度に設定することで、平面視においてアンテナエレメント１８ａ，１８ｂと接続部２０とに囲まれる領域（これらの投影領域の輪郭の内側）に回路基板１２を収めることができる。言い換えれば、回路基板１２がアンテナエレメント１８ａとアンテナエレメント１８ｂとの間に収まる幅を有し、上記領域に収まる大きさを有する。アンテナエレメント１８ａとアンテナエレメント１８ｂとの間隔は、両者間に実質的に容量結合を生じない程度とされている。ＧＰＳアンテナ１４は、平面視において、アンテナエレメント１８ａ，１８ｂの投影面とオーバラップしないよう両アンテナエレメントと離隔している。

図２（Ｂ）に示すように、比較例に係るアンテナユニット１１０は、一対のアンテナエレメント１８ａ，１８ｂを接続する接続部を有しない点で本実施形態と異なる。この接続部２０の有無が左右のＴＥＬアンテナ１６のアイソレーションに影響を与える。以下、これを検証するために行った解析結果について説明する。

図３は、ＴＥＬアンテナ１６の周波数特性を解析した結果を表す図である。図３（Ａ）はアイソレーション（ｄＢ）の解析結果を示し、図３（Ｂ）は放射効率（ｄＢ）の解析結果を示す。各図において実線が本実施形態の特性を示し、破線が比較例の特性を示す。各図の横軸は周波数を示す。

アイソレーションについては一般に、絶対値で１０ｄＢ以上を確保できれば良好とされる。この点、比較例では１２００ＭＨｚ以下の周波数領域において１０ｄＢを確保できていないのに対し、本実施形態では１２００ＭＨｚ以下を含む図示の全周波数領域にわたって１０ｄＢを確保できている。

一方、放射効率については、数値が大きいほど良好とされる。この点、１６００ＭＨｚ以上の周波数領域においては、本実施形態と比較例ともに良好となっている。一方、１６００ＭＨｚよりも低い周波数領域では、本実施形態において顕著な改善がみられる。本実施形態によれば、８００ＭＨｚ以上１２００ＭＨｚ以下の領域において、アイソレーションのみならず放射効率も改善されることが分かる。

以上に説明したように、本実施形態によれば、隣接配置される２つのモノポールアンテナについて、アンテナエレメントの先端部（給電点とは反対側）を物理的に接続することで、低い周波数帯域においてアイソレーションを劣化させずに、広帯域に良好な特性（放射効率）を確保できる。２つのモノポールアンテナ間（より詳細には、２つのアンテナエレメントと接続部に囲まれる領域）に回路基板１２を配置することで、スペースを有効活用することもできる。

［第２実施形態］
図４は、第２実施形態に係るアンテナユニットの構成を表す平面図である。
本実施形態のアンテナユニット２１０では、接続部２２０が電気長を増大させる電気長増大構造を有する。この「電気長増大構造」は、接続部２２０の延在方向に複数の折り返し部２２２を有するミアンダ構造を含み、そのミアンダ構造の線幅ｗ１と蛇行幅ｗ２の設定によりアンテナ特性が調整された「アンテナ特性調整構造」として機能する。接続部２２０の延在方向に沿った長さ（ミアンダ形状に沿った長さ）は、第１実施形態のようにアンテナエレメント１８ａ，１８ｂの両先端部３６を直線状に接続した接続部２０の長さよりも大きい。本実施形態では線幅ｗ１＝５ｍｍ、蛇行幅ｗ２＝２０ｍｍに設定している。

図５は、変形例に係るアンテナユニットの構成を表す平面図である。図５（Ａ）は変形例１を示し、図５（Ｂ）は変形例２を示す。
変形例１は、第２実施形態と比較してミアンダ構造の蛇行幅ｗ２は変えずに線幅ｗ１を変更するものである（図５（Ａ））。アンテナユニット２１２は、ミアンダ構造を有する接続部２３０を備える。図示の例では、ミアンダ構造について線幅ｗ１＝２ｍｍ、蛇行幅ｗ２＝２０ｍｍに設定されている。

一方、変形例２は、第２実施形態と比較してミアンダ構造の線幅ｗ１は変えずに蛇行幅ｗ２を変えるものである（図５（Ｂ））。アンテナユニット２１４は、ミアンダ構造を有する接続部２３２を備える。図示の例では、ミアンダ構造について線幅ｗ１＝５ｍｍ、蛇行幅ｗ２＝４０ｍｍに設定されている。以上のように、ミアンダ構造の線幅ｗ１と蛇行幅ｗ２を適宜設定することで、アンテナ特性を調整できる。以下、これを検証するための解析結果を示す。

図６は、ミアンダ構造の線幅と周波数特性との関係を表す図である。図６（Ａ）はアイソレーション（ｄＢ）の解析結果を示し、図６（Ｂ）は放射効率（ｄＢ）の解析結果を示す。各図において実線がミアンダ構造を採用しない第１実施形態の特性を示し、それ以外がミアンダ構造を有する第２実施形態およびその変形例の特性を示す。蛇行幅ｗ２は２０ｍｍで一定とする。線幅ｗ１に関し、点線が５ｍｍ（第２実施形態に対応）、破線が３ｍｍ、一点鎖線が２ｍｍ（変形例１に対応）の場合をそれぞれ示す。各図の横軸は周波数を示す。

本解析結果によれば、ミアンダ構造を採用することで、１０００ＭＨｚ以下の低周波領域においてアイソレーションおよび放射効率ともに顕著に改善できる。１７００～６０００ＭＨｚの周波数領域においてもアイソレーションを１０ｄＢ以上に確保でき、放射効率についてもミアンダ構造なしの場合と同程度に良い結果が得られている。いずれの周波数領域においても、線幅ｗ１によってアイソレーションに多少の差がみられる。

図７は、ミアンダ構造の蛇行幅と周波数特性との関係を表す図である。図７（Ａ）はアイソレーション（ｄＢ）の解析結果を示し、図７（Ｂ）は放射効率（ｄＢ）の解析結果を示す。線幅ｗ１は５ｍｍで一定とする。各図の蛇行幅ｗ２に関し、実線が２０ｍｍ（第２実施形態に対応）、点線が３０ｍｍ、破線が３５ｍｍ、一点鎖線が４０ｍｍ（変形例２に対応）の場合をそれぞれ示す。各図の横軸は周波数を示す。

本解析結果より、ミアンダ構造の蛇行幅ｗ２の調整によってもアイソレーションおよび放射効率の調整ができることが分かる。いずれの周波数領域においても、蛇行幅ｗ２によってアイソレーションに多少の差がみられる。１２００ＭＨｚ以下の周波数領域においては、蛇行幅ｗ２が大きくなるほどアイソレーションが低下することが分かる。蛇行幅ｗ２を３５ｍｍ以上とすると、アイソレーションを１０ｄＢ以上に確保できなくなっている。

本実施形態によれば、接続部にミアンダ構造を採用してその線幅および蛇行幅を調整することで、一対のモノポールアンテナについてアイソレーションと放射効率のバランスを調整でき、その周波数特性の改善を図れることを確認できた。言い換えれば、線幅および蛇行幅のバランスによっては、特定の周波数領域においてミアンダ構造なし（第１実施形態）よりも特性が低下することもある。このため、モノポールアンテナの仕様（周波数帯）に応じてこれらを調整するのが好ましい。本実施形態に関しては、線幅ｗ１を２ｍｍ以上５ｍｍ以下、蛇行幅ｗ２を２０ｍｍ以上３５ｍｍ以下に設定することで、特に低周波領域においてアイソレーションの改善を図れることが分かった。

［第３実施形態］
図８は、第３実施形態に係るアンテナユニットの構成を表す斜視図である。
本実施形態のアンテナユニット３１０は、接続部３２０の構造が第２実施形態の接続部２２０と若干異なる。接続部３２０は、アンテナエレメント１８の本体３０（第１延在部，第２延在部）よりも高位置に維持されるよう、両端に段差部３２２を有する。それにより、車載器につながるケーブルを接続部３２０に下方に通してコネクタ２２に接続できる。

本実施形態によれば、ケーブルの引き回しについて設計自由度を高めることができる。その場合、接続部３２０とケーブルとの間には十分な隙間が形成されるようにし、アンテナ性能の劣化を防止する。なお、本実施形態では、段差部３２２の高さを１０ｍｍ以上としている。

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。

［変形例］
図９は、変形例に係るアンテナユニットの構成を表す平面図である。
変形例３のアンテナユニット４１０は、上記実施形態と比較して大きな回路基板４１２を備える。回路基板４１２は、平面視長方形状のプリント配線基板であり、アンテナエレメント４１８ａ（第１アンテナエレメント）、アンテナエレメント４１８ｂ（第２アンテナエレメント）および接続部２０が、平面視において回路基板４１２の外縁に沿うように配置されている。

アンテナエレメント４１８ａ，４１８ｂおよび接続部２０は、それぞれ細長い長方形状をなし、回路基板４１２の上方に位置して平面視Ｕ字状のエレメントユニット４２０を構成している。エレメントユニット４２０は、回路基板４１２の上面と平行に延在している。各アンテナエレメントの基端部４３２は、上記実施形態のような幅広形状は有していない。基端部４３２の内側端部が下方に直角に折り曲げられて給電部３４を構成している。給電部３４の下端が給電点（Ｐ１，Ｐ２）に接続されている。

回路基板４１２の上面において、アンテナエレメント４１８ａ，４１８ｂと接続部２０とに囲まれる領域（エレメントユニット４２０の投影領域の内側）が十分に大きいため、ＧＰＳアンテナ１４とは別のパッチアンテナ等を配置できる余裕スペースがある。パッチアンテナ等のアンテナエレメントは、回路基板４１２上のチップ等の回路構成部品を避けるように配置される。本変形例によれば、上記余裕スペースを活用した回路配置などの設計自由度が高められる。

なお、本変形例では、回路基板４１２を平面視においてエレメントユニット４２０よりもやや大きく構成し、その外縁がエレメントユニット４２０の外側に位置する例を示した。他の変形例では、回路基板４１２を平面視においてエレメントユニット４２０よりも小さく構成し、その外縁がエレメントユニット４２０の内側に位置するようにしてもよい。あるいは、回路基板４１２を、その外縁がエレメントユニット４２０の投影面内に位置するような大きさで構成してもよい。いずれにおいても、アンテナエレメント４１８ａ，４１８ｂおよび接続部２０が、平面視において回路基板４１２の外縁に沿うように配置されることとなる。

また、本変形例では、ＴＥＬアンテナ（モノポールアンテナ）のアンテナエレメントおよび接続部を、上記実施形態と同様に導体板にて構成しているが、他の変形例においては回路基板４１２の上面（表面）、下面（裏面）あるいは層構造内に実装した配線パターンにより構成してもよい。すなわち、モノポールアンテナのアンテナエレメントおよび接続部を構成する配線パターンを、回路基板４１２の外縁に沿うように配設してもよい。

図１０は、他の変形例に係るアンテナユニットの構成を表す平面図である。図１０（Ａ）は変形例４を示し、図１０（Ｂ）は変形例５を示す。
これらの変形例では、アンテナエレメントを平面視テーパ形状を有するように構成することで、ＴＥＬアンテナ（モノポールアンテナ）の周波数特性を調整している。

すなわち、変形例４では、アンテナエレメント５１８が、その前後方向に関して基端部５３２の側から先端部３６に向けて徐々に幅が小さくなるテーパ形状を有する（図１０（Ａ））。アンテナエレメント５１８は、また、左右方向に関して給電点Ｐ１に近づくほど幅が小さくなるテーパ形状を有する。

一方、変形例５では、アンテナエレメント６１８が、その前後方向に関して基端部６３２の側から先端部３６に向けて徐々に幅が大きくなるテーパ形状を有する（図１０（Ｂ））。言い換えれば、アンテナエレメント６１８は、給電点Ｐ１に近づくほど幅が小さくなるテーパ形状を有する。

このように、アンテナエレメントを給電点（Ｐ１，Ｐ２）に近づくほど小幅となるように構成することで、例えば高い周波数帯域のアンテナ性能を改善できる可能性がある。テーパ形状のテーパ角度を調整することにより、特定の周波数帯でアンテナ性能を改善することができる。

なお、本変形例では、アンテナエレメントの具体的形状としてテーパ形状を例示したが、給電点に向けてアンテナエレメントの幅を漸減させる構成であれば、段付形状その他の形状であってもよい。また、改善対象とする周波数帯によっては、アンテナエレメントの幅を漸増させる構成としてもよい。また、上記実施形態のように、給電点の近傍に限定してアンテナエレメントの幅を漸減又は漸増させる構成としてもよい。

図１１および図１２は、第１実施形態の作用効果に関する解析およびその結果を示す。
図１１（Ａ）は第１実施形態の解析モデルを示し、図１１（Ｂ）は比較例の解析モデルを示す。第１実施形態に係るアンテナユニット１０の構成は既に説明したとおりである。一方、比較例に係るアンテナユニット１１２は、第１実施形態の接続部２０の中央にスリットを設けることで左右のアンテナエレメント１１８ａ，１１８ｂに分断した構造を有する。アンテナエレメント１１８ａが「第１アンテナエレメント」として機能し、アンテナエレメント１１８ｂが「第２アンテナエレメント」として機能する。この比較例では、アンテナエレメント１１８ａ，１１８ｂの先端間のギャップＧを１ｍｍとしている。

図１２は、周波数特性の解析結果を表す図である。図１２（Ａ）はアイソレーション（ｄＢ）の解析結果を示し、図１２（Ｂ）は放射効率（ｄＢ）の解析結果を示す。各図において実線が第１実施形態の特性を示し、破線が比較例の特性を示す。各図の横軸は周波数を示す。

本解析によれば、１２００ＭＨｚ以下（特に８００ＭＨｚ以上１２００ＭＨｚ以下）の低い周波数領域において、アイソレーションおよび放射効率について第１実施形態のほうが比較例よりも良好な結果が得られている。一方、高い周波数領域においては、両者の差異はほとんど認められない。この点は、第１実施形態の説明でも述べたとおりである。

図示略の別の解析では、第１アンテナエレメントおよび第２アンテナエレメントの一方の給電点のみに電流を励起したときの電流分布を算出することで、他方のアンテナエレメントに与える影響を検証した。具体的には、アンテナエレメント１１８ｂの給電点Ｐ２（第２給電点）を励起状態とし、アンテナエレメント１１８ａの給電点Ｐ１（第１給電点）を非励起状態とした。

この解析によれば、周波数を９００ＭＨｚとして一方の給電点Ｐ２に電流を励起した場合、第１実施形態では他方の給電点Ｐ１付近の電流振幅が小さくなり、つまり電流波形を節とすることができ、その結果、アイソレーションが良好となることが分かった。一方、比較例では給電点Ｐ１付近の電流振幅が大きくなり、つまり電流波形が腹となり、その結果、良好なアイソレーションが得られないことが分かった。この結果は図１２の解析結果と整合する。

なお、本解析では一方の給電点Ｐ２を励起、他方の給電点Ｐ１を非励起としたが、励起状態を入れ替えた場合も同様である。同じ周波数であれば、非励起側の給電点における電流波形（腹と節の位置関係）は同様となる。

言い換えれば、第１実施形態では、低い周波数領域について、給電点Ｐ１にて励起された電流の波形が給電点Ｐ２の付近において節となり、給電点Ｐ２にて励起された電流の波形が給電点Ｐ１の付近において節となるよう、アンテナエレメント１８ａ、アンテナエレメント１８ｂおよび接続部２０のそれぞれの長さが設定されている。

図１３は、第２実施形態の作用効果に関する解析およびその結果を示す。図１３（Ａ）はアイソレーション（ｄＢ）の解析結果を示し、図１３（Ｂ）は放射効率（ｄＢ）の解析結果を示す。各図において実線が第２実施形態（詳細には図５（Ａ）の変形例１）の特性を示し、破線が比較例の特性を示す。各図の横軸は周波数を示す。

第２実施形態（変形例１）に係るアンテナユニット２１２の構成は既に説明したとおりである。一方、比較例に係るアンテナユニットは、変形例１の接続部２３０の中央にスリットを設けることで左右のアンテナエレメントに分断した構造を有する。その一方のアンテナエレメントが「第１アンテナエレメント」として機能し、他方のアンテナエレメントが「第２アンテナエレメント」として機能する。この比較例でも左右のアンテナエレメントの先端間のギャップを１ｍｍとしている。

本解析によれば、１２００ＭＨｚ以下（特に８００ＭＨｚ以上１２００ＭＨｚ以下）の周波数領域において、アイソレーションおよび放射効率について第２実施形態（変形例１）のほうが比較例よりも良好な結果が得られている。

図示略の別の解析では、第１アンテナエレメントおよび第２アンテナエレメントの一方の給電点のみに電流を励起したときの電流分布を算出することで、他方のアンテナエレメントに与える影響を検証した。この解析によれば、周波数を９００ＭＨｚとして一方の給電点Ｐ２に電流を励起した場合、第２実施形態（変形例１）では他方の給電点Ｐ１付近の電流波形を節とすることができ、アイソレーションが良好となることが分かった。一方、比較例では給電点Ｐ１付近の電流波形が腹となり、良好なアイソレーションが得られないことが分かった。この結果は図１３の解析結果と整合する。

言い換えれば、第２実施形態（変形例１）では、低い周波数領域について、給電点Ｐ１にて励起された電流の波形が給電点Ｐ２の付近において節となり、給電点Ｐ２にて励起された電流の波形が給電点Ｐ１の付近において節となるよう、アンテナエレメント１８ａ、アンテナエレメント１８ｂおよび接続部２３０のそれぞれの長さが設定されている。

なお、図１１～図１３には特定の形態における解析結果の一例を示したが、これ以外の形態についても同様の結果を得ることができる。すなわち、接続部がミアンダ構造であり線幅や蛇行幅が異なる様々な形態、接続部の端部が丸みをおびたＲ形状となった形態、接続部が端部から中央に向けて傾斜する形態（左右のアンテナエレメントに対して鋭角又は鈍角をなす形態、端部から中央に向けてパッチアンテナに近接する又パッチアンテナから離間する形態）その他の形態にもあてはまる。

つまり、第１給電点にて励起された電流の波形が第２給電点の付近において節となり、第２給電点にて励起された電流の波形が第１給電点の付近において節となるよう、第１アンテナエレメント、第２アンテナエレメントおよび接続部のそれぞれの長さが設定されていれば、アイソレーションおよび放射効率を改善できる。

図１４は、変形例６に係るアンテナユニットの構成を表す平面図である。
本変形例では、第１実施形態のアンテナユニット１０に対し、金属板７１０を追加する。金属板７１０は、回路基板１２のパッチアンテナ（ＧＰＳアンテナ１４）とは反対側面と対向するように設けられた板金部品である。

金属板７１０は、平面視において中心線Ｌに対して対称な構造を有し、アンテナエレメント１８ａとアンテナエレメント１８ｂと接続部２０とに囲まれる領域内に配置される。金属板７１０は、アンテナエレメント１８ａ，１８ｂと同じ高さ位置に配置されてもよい。このような構成により、パッチアンテナの利得特性や軸比特性を向上させることができる。

図１５は、変形例６の構成による効果を表す図である。図１５（Ａ）は仰角－平均利得特性（周波数：１５７５ＭＨｚ）を示し、図１５（Ｂ）は周波数－天頂利得特性を示し、図１５（Ｃ）は周波数－天頂軸比特性を示す。各図において実線が変形例６の特性を示し、破線が比較例の特性を示す。各図の横軸は周波数を示す。なお、ここでいう比較例は、金属板７１０を有しない構成であり、第１実施形態に対応する。天頂軸比は、パッチアンテナが人工衛星からＧＮＳＳ周波数帯の電波を受信したときの受信電波の真円度、いいかえれば、歪みの少なさを示す指標である。

本変形例によれば、金属板７１０を追加したことにより、ＧＮＳＳアンテナ（ＧＰＳアンテナ１４）の仰角を如何様に設定しても平均利得特性が向上することが分かる（図１５（Ａ））。また、ＧＮＳＳ周波数帯に対応する周波数領域付近において天頂利得特性および天頂軸比特性が向上することが分かる（図１５（Ｂ），（Ｃ））。
なお、他の変形例では、「導電部材」として、金属板７１０に代えて導電樹脂その他の導電性材料からなる部材を設けてもよい。

上記第１実施形態では、単一の導体板を打ち抜いてアンテナエレメント１８および接続部２０を一体成形し、接続部２０の幅や厚みをアンテナエレメント１８の本体３０と同等とする例を示した。変形例においては、接続部２０の幅および厚みの少なくとも一方を本体３０のそれと異ならせてもよい。アンテナエレメントおよび接続部を個別に成形して接合してもよく、その場合、両者の素材として厚みの異なるものを採用してもよい。また、接続部２０の幅や厚みをその延在方向に変化させてもよい。接続部２０の形状を平面視長方形以外の形状に変更してもよい。

上記実施形態では、アンテナエレメント１８が回路基板１２の後方に向けて延在する構成を示したが、回路基板１２の前方に向けて延在する構成としてもよい。あるいは、回路基板１２の前方および後方に延在する構成としてもよい。「回路基板の前後方向」は、回路基板の前方および後方の双方を含みうる。

上記第２実施形態および変形例では、接続部の一端から他端にかけた全域をミアンダ構造とする構成を示した。また、そのミアンダ構造として周期的な矩形波状のものを例示した。他の変形例においては、ミアンダ構造を接続部の全域ではなく、例えば中央領域に限定する、端部近傍に限定する、あるいは所定の間隔で配置するなど、部分的に設けてもよい。また、ミアンダ構造が曲線波形状のものであってもよいし、周期性を有しないものであってもよい。ミアンダ形状に沿って厚みを部分的に異ならせてもよい。

上記第２実施形態では、接続部２２０をアンテナエレメント１８と同種の金属にて構成し、さらにミアンダ構造とすることで電気長を増大させる例を示した（電気長増大構造）。変形例においては、接続部とアンテナエレメントとを一体成形することなく、接続部をアンテナエレメントとは異種の金属にて構成することで電気長を調整してもよい。あるいは、接続部を金属板とチップインダクタ等の回路素子とを連結して構成することで電気長を調整してもよい。逆に、接続部について、第１アンテナエレメントと第２アンテナエレメントとを直線状に接続した場合よりも電気長を短くする電気長縮小構造を採用してもよい。すなわち、接続部が、第１アンテナエレメントと第２アンテナエレメントとを直線状に接続した場合と電気長を異ならせる「電気長調整構造」を有してもよい。

上記実施形態では、ＧＰＳアンテナ１４のエレメントをＴＥＬアンテナ１６のエレメントよりも高位置としたが、ＧＰＳアンテナ１４のエレメントをＴＥＬアンテナ１６のエレメントよりも低位置としてもよい。その場合、アンテナエレメント１８の基端部３２において給電部３４を下方に折り曲げ、回路基板１２に対して上方から接続してもよい。

上記実施形態では、回路基板１２に設けるパッチアンテナとして、ＧＰＳアンテナ１４を例示したが、これに代えてＧＬＯＮＡＳＳ（Global Navigation Satellite System）その他のＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite Systems）に対応したパッチアンテナを設けてもよい。あるいは、ＳｉｒｉｕｓＸＭなどの衛星ラジオを受信可能なパッチアンテナを設けてもよい。ＥＴＣやＶＩＣＳ用のパッチアンテナを設けてもよい。

図２に示したように、平面視において第１アンテナエレメントと第２アンテナエレメントと接続部とに囲まれる領域に余裕がある場合、回路基板１２を前後方向に大きくすることにより、複数のパッチアンテナを前後に配設してもよい。その場合も、第１アンテナエレメントと第２アンテナエレメントと接続部とに囲まれる領域（これらの投影領域の輪郭の内側）に回路基板１２を収めるようにする。

なお、複数のパッチアンテナにＥＴＣアンテナを含める場合、指向性の観点からそのＥＴＣアンテナのアンテナエレメントを回路基板１２に対して傾斜させることがある。そのような場合には、ＥＴＣアンテナを他のパッチアンテナよりも前方に配置するのが好ましい。

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。

上記実施形態では、２つのモノポールアンテナとして、いわゆる逆Ｌアンテナを例示したが、逆Ｆアンテナとしてもよい。また、棒状のモノポールアンテナやテーパ状のモノポールアンテナとしてもよい。

上記変形例３～５では、接続部２０の形状として第１実施形態と同様の長方形状のものを例示したが、第２実施形態およびその変形例のようにミアンダ構造（電気長調整構造）としてもよいことは言うまでもない。

上記実施形態では、アンテナ装置をインストルメントパネル内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、車両用に限らず、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。

上記実施形態では、隣接配置（並設）される２つのモノポールアンテナをＴＥＬアンテナとしたが、ＭＩＭＯに対応する他のアンテナとしてもよい。また、上記実施形態では、２つのモノポールアンテナを回路基板に平行な前後方向に延在させる構成を例示したが、回路基板に対して垂直に延在させてもよい。その場合も、回路基板が、第１アンテナエレメントと第２アンテナエレメントとの間に収まる幅を有するものとしてよい。

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。

１ アンテナ装置、１０ アンテナユニット、１２ 回路基板、１４ ＧＰＳアンテナ、１６ ＴＥＬアンテナ、１８ アンテナエレメント、２０ 接続部、２２ コネクタ、２４ グラウンド領域、３２ 基端部、３４ 給電部、３６ 先端部、１１０ アンテナユニット、２１２ アンテナユニット、２１４ アンテナユニット、２２０ 接続部、２２２ 折り返し部、２３０ 接続部、２３２ 接続部、３１０ アンテナユニット、３２０ 接続部、３２２ 段差部、４１０ アンテナユニット、４１２ 回路基板、４２０ エレメントユニット、４３２ 基端部、５１８ アンテナエレメント、５３２ 基端部、６１８ アンテナエレメント、６３２ 基端部、Ｐ１ 給電点、Ｐ２ 給電点。

Claims (13)

1. グラウンド領域を有する回路基板と、
   前記回路基板に設けられた第１給電点に基端側が接続され、第１のモノポールアンテナを形成する第１アンテナエレメントと、
   前記回路基板に設けられた第２給電点に基端側が接続され、第２のモノポールアンテナを形成する第２アンテナエレメントと、
   前記第１アンテナエレメントの先端部と前記第２アンテナエレメントの先端部とを接続する接続部と、
   を備えることを特徴とするアンテナ装置。
2. 前記第１アンテナエレメントは、前記第１給電点に接続された第１基端部と、前記第１基端部から前記回路基板の前後方向に延出する第１延在部とを有し、
   前記第２アンテナエレメントは、前記第２給電点に接続された第２基端部と、前記第２基端部から前記回路基板の前後方向に延出する第２延在部とを有し、
   前記接続部が、前記第１延在部と前記第２延在部とを各基端部とは反対側において前記回路基板の左右方向に接続することを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
3. 前記回路基板が、前記第１アンテナエレメントと前記第２アンテナエレメントとの間に収まる幅を有することを特徴とする請求項１又は２に記載のアンテナ装置。
4. 前記回路基板が、平面視において、前記第１アンテナエレメントと前記第２アンテナエレメントと前記接続部とに囲まれる領域に収まる大きさを有することを特徴とする請求項１～３のいずれかに記載のアンテナ装置。
5. 前記回路基板にパッチアンテナが設けられていることを特徴とする請求項４に記載のアンテナ装置。
6. 前記第１アンテナエレメントおよび前記第２アンテナエレメントが、それぞれ前記回路基板の外縁に沿うように配置されてい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。
7. 前記接続部は、前記第１アンテナエレメントと前記第２アンテナエレメントとを直線状に接続した場合と電気長を異ならせる電気長調整構造を有することを特徴とする請求項１～６のいずれかに記載のアンテナ装置。
8. 前記接続部は、電気長を増大させる電気長増大構造を有することを特徴とする請求項１～７のいずれかに記載のアンテナ装置。
9. 前記電気長増大構造が、前記接続部の延在方向に複数の折り返し部を有するミアンダ構造を含むことを特徴とする請求項８に記載のアンテナ装置。
10. 前記ミアンダ構造の線幅と蛇行幅の設定によりアンテナ特性が調整されたアンテナ特性調整構造を備えることを特徴とする請求項９に記載のアンテナ装置。
11. 前記ミアンダ構造について、前記線幅が２ｍｍ以上５ｍｍ以下、前記蛇行幅が２０ｍｍ以上３５ｍｍ以下に設定されていることを特徴とする請求項１０に記載のアンテナ装置。
12. 前記第１給電点にて励起された電流の波形が前記第２給電点の付近において節となり、前記第２給電点にて励起された電流の波形が前記第１給電点の付近において節となるよう、前記第１アンテナエレメント、前記第２アンテナエレメントおよび前記接続部のそれぞれの長さが設定されていることを特徴とする請求項１～１１のいずれかに記載のアンテナ装置。
13. 前記回路基板の前記パッチアンテナとは反対側面と対向するように設けられた導電部材をさらに備え、
    前記導電部材は、平面視において、前記第１アンテナエレメントと前記第２アンテナエレメントと前記接続部とに囲まれる領域内に配置されることを特徴とする請求項５に記載のアンテナ装置。

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