JP2023149054A - 複合アンテナ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】逆向きの電流が発生することによる放射効率の低下をっ防止し、アンテナ特性も良く、且つ、給電もしやすい複合アンテナ装置を提供する。【解決手段】複合アンテナ装置は、ダイポールアンテナエレメント１０と、円偏波アンテナエレメント２０とからなる。ダイポールアンテナエレメント１０は、第１ホット端子１１と、グラウンド端子１２と、第１ホット端子１１から延在する第１エレメント１３と、グラウンド端子１２から延在する第２エレメント１４とからなる。円偏波アンテナエレメント２０は、第１ホット端子１１とグラウンド端子１２との間に挟まれるように第１ホット端子１１とグラウンド端子１２を結ぶ直線上に配置される第２ホット端子２１と、第２ホット端子２１から延在する第３エレメント２２と、第３エレメント２２に対して垂直方向にグラウンド端子１２から延在する第４エレメント２３とからなる。【選択図】図１

Description

本発明は複合アンテナ装置に関し、特に、車載用のフィルムタイプの複合アンテナ装置に関する。

自動車等の車両に搭載される、ＧＰＳに代表される円偏波を受信可能なアンテナは、一般的にはマイクロストリップアンテナからなるパッチアンテナが知られているが、エレメントパターンを配置したフィルムタイプのものも開発されている。

このような円偏波対応アンテナとして、例えば本願出願人と同一出願人による特許文献１が知られている。この円偏波対応アンテナは、ホット端子から延在する第１エレメントと、第１エレメントに対して垂直方向にグラウンド端子から延在する第２エレメントを有するものであり、これらをグラウンド端子から延在しグラウンド端子に戻るループエレメントで囲った構造を有するものである。

また、特許文献２のような、取り付け面積を小さくするためにループアンテナの一部を凸状に変形させたフィルムアンテナも知られている。

特開２０１１－１５１６２４号公報 特開２０１８－３７７９９号公報

近年、さらなる周波数帯域に対応するために、複数のアンテナエレメントを搭載するフィルムタイプの複合アンテナ装置が開発されている。車載用のフィルムタイプの複合アンテナ装置では、取り付け面積に制約があるため、アンテナエレメントや接続端子が密集することになる。このとき、例えば特許文献１では、ホット端子とグラウンド端子間で逆向きの電流が発生することになるため、ホット端子とグラウンド端子が近くに存在すると、放射効率が低下してしまう場合があった。また、特許文献２の凸状に変形させたエレメントでも、向かい合う部分で逆向きの電流が発生することになるため、放射効率が低下してしまう場合があった。

本発明は、斯かる実情に鑑み、逆向きの電流が発生することによる放射効率の低下を防止し、アンテナ特性も良く、且つ、給電もしやすい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、第１ホット端子と、グラウンド端子と、第１ホット端子から延在する第１エレメントと、グラウンド端子から延在する第２エレメントと、からなるダイポールアンテナエレメントと、第１ホット端子とグラウンド端子との間に挟まれるように第１ホット端子とグラウンド端子を結ぶ直線上に配置される第２ホット端子と、第２ホット端子から延在する第３エレメントと、第３エレメントに対して垂直方向にグラウンド端子から延在する第４エレメントと、からなる円偏波アンテナエレメントと、を具備するものである。

ここで、ダイポールアンテナエレメントは、第１エレメントと第２エレメントの先端が接続されるループ状のアンテナエレメントであっても良い。

また、ダイポールアンテナエレメントは、第１エレメントと第２エレメントの先端近傍に容量結合するように配置される無給電素子を有するものであっても良い。

また、第１ホット端子、第２ホット端子、及びグラウンド端子は、送受信機を含むモジュール端末により覆われるものであれば良い。

さらに、グラウンド端子から延在し、第１ホット端子と第２ホット端子との間を通り、第２ホット端子、第３エレメント及び第４エレメントを囲ってグラウンド端子に戻るグラウンドループエレメントを具備するものであっても良い。

また、グラウンドループエレメントは、ダイポールアンテナエレメントに平行に沿う辺を有するものであれば良い。

また、グラウンドループエレメントは、略正方形であれば良い

さらに、グラウンドループエレメント内に配置され、第３エレメントと第４エレメントの先端近傍に容量結合するように配置される第２無給電素子を具備するものであっても良い。

また、第２無給電素子は、グラウンドループエレメントに平行に沿う辺を有するものであれば良い。

本発明の複合アンテナ装置には、逆向きの電流が発生することによる放射効率の低下を防止し、アンテナ特性も良く、且つ、給電もしやすいという利点がある。

図１は、本発明の複合アンテナ装置を説明するための概略平面図である。 図２は、本発明の複合アンテナ装置の他の例を説明するための概略平面図である。 図３は、本発明の複合アンテナ装置の他の例を説明するための概略平面図である。 図４は、本発明の複合アンテナ装置の他の例を説明するための概略平面図である。 図５は、本発明の複合アンテナ装置の他の例を説明するための概略平面図である。

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、本発明の複合アンテナ装置を説明するための概略平面図である。図示の通り、本発明の複合アンテナ装置は、ダイポールアンテナエレメント１０と、円偏波アンテナエレメント２０とから主に構成されている。ダイポールアンテナエレメント１０や円偏波アンテナエレメント２０は、例えば導電性金属細線や導電性金属箔等の導電性部材を用いて形成されれば良い。これらが、例えば誘電体の透明のフィルム１上に配置され、フィルム１を車両のウィンドウ上等に貼付することになる。なお、樹脂製ボディ等にアンテナを埋め込む場合には、ボディの樹脂等に直接エレメントを配置しても良い。

ダイポールアンテナエレメント１０は、第１ホット端子１１と、グラウンド端子１２と、第１エレメント１３と、第２エレメント１４とからなる。

第１エレメント１３は、第１ホット端子１１から延在している。図示例では、第１エレメント１３は、ホット端子１１から逆Ｌ字に図の下方に延在している。より具体的には、第１エレメント１３は、第１ホット端子１１の右上角から水平方向右側に延在し途中で９０度折れ曲がり下方に延在している。なお、本発明では、第１エレメント１３は逆Ｌ字に折曲したものには限定されず、第１ホット端子１１から水平方向右側にのみ延在するものであっても良い。第１エレメント１３の長さは、例えばターゲット周波数のλ／４を基準に調整されれば良い。具体的には、例えばＬＰＷＡ（Ｌｏｗ Ｐｏｗｅｒ Ｗｉｄｅ Ａｒｅａ）用の周波数帯をターゲット周波数として調整されれば良い。

第２エレメント１４は、グラウンド端子１２から延在している。図示例では、第２エレメント１４は、グラウンド端子１２から左側に延在している。より具体的には、第２エレメント１４は、グラウンド端子１２の左上角から水平方向左側に延在している。第２エレメント１４の長さも、例えばターゲット周波数のλ／４を基準に調整されれば良い。具体的には、例えばＬＰＷＡ（Ｌｏｗ Ｐｏｗｅｒ Ｗｉｄｅ Ａｒｅａ）用の周波数帯をターゲット周波数として調整されれば良い。

ダイポールアンテナエレメント１０は、この第１エレメント１３と第２エレメント１４を用いた２つのエレメントで構成されている。

円偏波アンテナエレメント２０は、第２ホット端子２１と、第３エレメント２２と、第４エレメント２３とからなる。

第２ホット端子２１は、第１ホット端子１１とグラウンド端子１２との間に挟まれるように、第１ホット端子１１とグラウンド端子１２を結ぶ直線状に配置される。即ち、第１ホット端子１１とグラウンド端子１２との間に、第２ホット端子２１が介在することになる。したがって、第１ホット端子１１とグラウンド端子１２の間で逆向き（図１の矢印で表される向き）の電流が発生しても、この第２ホット端子２１の存在によるシールド効果により電流がキャンセルされず、放射効率の低下を防止することが可能となる。

第３エレメント２２は、第２ホット端子２１から延在している。図示例では、第３エレメント２２は、第２ホット端子２１から図の下方に延在している。より具体的には、第３エレメント２２は、第２ホット端子２１の右下角から下方に延在している。第３エレメント２２の長さは、例えばターゲット周波数のλ／４を基準にそれより短く調整されれば良い。具体的には、例えばＧＮＳＳ用の周波数帯をターゲット周波数として調整されれば良い。

第４エレメント２３は、第３エレメント２２に対して垂直方向にグラウンド端子１２から延在している。即ち、グラウンド端子１２は、第２エレメント１４と第４エレメント２３に対する共通端子となっている。第３エレメント２２と第４エレメント２３は、９０度の角度となるように配置されている。より具体的には、第４エレメント２３は、グラウンド端子１２の左下角から左方向に延在している。また、第４エレメント２３の長さは、例えばターゲット周波数のλ／４を基準にそれより長く調整されれば良い。

第３エレメント２２の電流位相が４５度遅れ、第４エレメント２３の電流位相が４５度進むように第３エレメント２２及び第４エレメント２３の長さを調整することで、両エレメントの電流位相差が９０度となり、円偏波に対応可能となる。

なお、第３エレメント２２及び第４エレメント２３の長さは、上述の構成とは逆に、第３エレメント２２の長さを、ターゲット周波数のλ／４をそれより基準に長く、第４エレメント２３の長さを、ターゲット周波数のλ／４を基準にそれより短く調整しても良い。本発明の複合アンテナ装置の円偏波アンテナエレメント２０は、このように左円偏波、右円偏波のどちらにも対応することが可能となる。また、第３エレメント２２及び第４エレメント２３の長さを同じ長さとしても良く、その場合には、移相器を設け、両エレメントの電流位相差を９０度となるようにすれば良い。

ここで、第１ホット端子１１、第２ホット端子２１及びグラウンド端子１２は、ピックアップやケーブル、モジュール端末等を介して、車両内の機器へ接続される。本発明の複合アンテナ装置では、上述のように、第１ホット端子１１、第２ホット端子２１、及びグラウンド端子１２が、直線上に配置されている。したがって、例えば送受信機を内蔵するモジュール端末３０を用いた場合、第１ホット端子１１、第２ホット端子２１、及びグラウンド端子１２上に接続端子を配置できるように容易に設計することが可能である。即ち、第１ホット端子１１、第２ホット端子２１、及びグラウンド端子１２は、送受信機を含むモジュール端末３０により覆われるように配置可能である。

次に、図２を用いて本発明の複合アンテナ装置の他の例について説明する。図２は、本発明の複合アンテナ装置の他の例を説明するための概略平面図である。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。この例では、ダイポールアンテナエレメント１０は、第１エレメント１３と第２エレメント１４の先端が接続されるループ状のアンテナエレメント１５で構成されている。ループ状のアンテナエレメント１５は、第３エレメント２２及び第４エレメント２３を囲うように配置されている。図示の通り、略正方形のループ状のアンテナエレメント１５が本発明の複合アンテナ装置の最外周を囲うように配置されている。ダイポールアンテナエレメント１０のターゲット周波数によっては、このような構成も可能である。なお、本発明はこれに限定されず、長方形でも良いし、円形でも良い。

次に、図３を用いて本発明の複合アンテナ装置の他の例について説明する。図３は、本発明の複合アンテナ装置の他の例を説明するための概略平面図である。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。この例では、ダイポールアンテナエレメント１０は、無給電素子１６を有している。無給電素子１６は、第１エレメント１３と第２エレメント１４の先端近傍に容量結合するように配置されるものである。無給電素子１６は、第１エレメント１３及び第２エレメント１４と共に、第３エレメント２２及び第４エレメント２３を囲うように配置されている。即ち、電気的には第１エレメント１３及び第２エレメント１４の先端が無給電素子１６により接続された、ループ状のアンテナエレメントのようになり、図２と同じような電気的振る舞いをするダイポールアンテナエレメント１０となる。

ここで、本発明の複合アンテナ装置を車両のウィンドウ等に貼付すると、取り付ける車両の大きさや位置により、ダイポールアンテナエレメント１０の性能が左右される。したがって、設置位置に応じて、図２のようなループ状のアンテナエレメント１５の構成か、図３のような無給電素子１６を用いた構成を適宜選択しても良い。例えば設置位置によっては、車両金属部の影響を受け、無給電素子１６を用いた構成のほうが水平面低仰角における性能が向上する場合がある。

次に、図４を用いて本発明の複合アンテナ装置の他の例について説明する。図４は、本発明の複合アンテナ装置の他の例を説明するための概略平面図である。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。この例では、本発明の複合アンテナ装置が、さらに、グラウンドループエレメント２４を有している。グラウンドループエレメント２４は、グラウンド端子１２からループ状に延在するものである。具体的には、グラウンドループエレメント２４は、グラウンド端子１２から第１ホット端子１１と第２ホット端子２１との間を通り、第２ホット端子２１、第３エレメント２２及び第４エレメント２３を囲ってグラウンド端子１２に戻るように配置されている。即ち、円偏波アンテナエレメント２０のすべての端子やエレメントが、グラウンドループエレメント２４に囲まれるように構成されている。図示例では、グラウンドループエレメント２４が略正方形のものを示している。そして、グラウンドループエレメント２４は、第３エレメント２２及び第４エレメント２３に平行に沿う辺を有するように構成されている。

なお、第１ホット端子１１、第２ホット端子２１及びグラウンド端子１２は、すべて同じ大きさである必要はない。図示の通り、第２ホット端子２１は、第１ホット端子１１とグラウンド端子１２を結ぶ直線状に配置されるものであれば、第２ホット端子２１の高さが低くなっていても良い。図示例では、この高さが低くなった部分にグラウンドループエレメント２４が通っている。

ここで、図１乃至図３に示される例では、ダイポールアンテナエレメント１０と円偏波アンテナエレメント２０との相互干渉により、円偏波信号の受信に悪影響が生じない程度に離間距離を取ってダイポールアンテナエレメント１０と円偏波アンテナエレメント２０とが配置されるのが好ましい。具体的には、例えばダイポールアンテナエレメント１０をＬＰＷＡに用いる場合、ＬＰＷＡは垂直偏波が主であるため、垂直偏波のアンテナ特性が重視される。したがって、第１エレメント１３は、図１に示されるように逆Ｌ字に折曲したものではなく、第１ホット端子１１から下方に延在するもののほうが良い場合がある。しかしながら、第１エレメント１３を第１ホット端子１１から直接下方に延在させた場合には、円偏波アンテナエレメント２０との距離が近くなり、円偏波アンテナエレメント２０に悪影響を及ぼし得る。しかしながら、図４に示される例では、グラウンドループエレメント２４が第１ホット端子１１と第２ホット端子２１の間を通るように配置されているため、ダイポールアンテナエレメント１０及び円偏波アンテナエレメント２０の間のシールド効果が得られることになる。したがって、ダイポールアンテナエレメント１０と円偏波アンテナエレメント２０とを、ある程度近付けて配置することが可能となる。このため、図４に示される例では、第１エレメント１３が第１ホット端子１１の右下角から直接下方に延在するものを示した。

また、グラウンドループエレメント２４の１辺の長さは、例えば第３エレメント２２及び第４エレメント２３の一方の長さの２倍を基準にそれより短く調整されれば良い。このようにグラウンドループエレメント２４を配置することで、グラウンドループエレメント２４には、第３エレメント２２及び第４エレメント２３に発生する電流を相殺するような、逆向きの電流が発生する。これにより、第２ホット端子２１とグラウンド端子１２に接続されるケーブルに、第３エレメント２２及び第４エレメント２３に発生する電流が乗りにくくなる。即ち、円偏波アンテナエレメント２０を接地した場合と略同様の効果が得られる。したがって、本発明の複合アンテナ装置は、車両のルーフ等への接地が必要なくなり、取り付け性が向上する。

このような構成により、インピーダンスが低くなるため（例えば６０Ω程度）、本発明の複合アンテナ装置の円偏波アンテナエレメント２０には、インピーダンス調整用のバランを要しない。よって、本発明の複合アンテナ装置の円偏波アンテナエレメント２０に接続するモジュール端末３０を小さく構成できると共に、コストの削減も可能となる。

なお、図示例では、グラウンドループエレメント２４は略正方形のものを示したが、本発明の複合アンテナ装置はこれに限定されず、長方形でも良いし、曲線を有する形状、例えば円形でも良い。

次に、図５を用いて本発明の複合アンテナ装置の他の例について説明する。図５は、本発明の複合アンテナ装置の他の例を説明するための概略平面図である。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。この例では、本発明の複合アンテナ装置が、さらに、第２無給電素子２５を有している。なお、図示例では、ダイポールアンテナエレメント１０が、図３に示されるような無給電素子１６を有するものを示したが、本発明はこれに限定されず、図１に示されるように、無給電素子１６を設けないものであっても良い。さらに、図２に示されるように、ループ状のアンテナエレメント１５からなるものであっても良い。

第２無給電素子２５は、グラウンドループエレメント２４内に配置されている。そして、第２無給電素子２５は、第３エレメント２２と第４エレメント２３の先端近傍に容量結合するように配置されている。図示例では、第３エレメント２２により強く容量結合するように、先端近傍同士が辺で向かい合うように配置されているものを示した。また、第２無給電素子２５は、グラウンドループエレメント２４に沿って配置されている。なお、図示例では、デザイン性を考慮して、第２無給電素子２５をグラウンドループエレメント２４の３辺に沿うように配置しているが、本発明はこれに限定されず、第３エレメント２２又は第４エレメント２３の先端近傍に容量結合するように配置されていれば、グラウンドループエレメント２４の１辺にのみ沿って配置されるものであっても良い。

なお、インピーダンスの調整は、第２無給電素子２５と第３エレメント２２との先端近傍同士の辺で向かい合う部分の長さや離間距離によって行うことが可能である。

本発明の複合アンテナ装置の円偏波アンテナエレメント２０では、このような構成により、インピーダンスの調整や、利得の向上、帯域幅の向上を図ることが可能となる。

本発明の複合アンテナ装置は、このような構成により、円偏波アンテナエレメント２０の性能を向上させながら、ダイポールアンテナエレメント１０の放射効率の低下を防止することが可能であるため、ダイポールアンテナエレメント１０も円偏波アンテナエレメント２０も共にアンテナ特性が良い。また、第１ホット端子１１と第２ホット端子２１とグラウンド端子１２が直線上に集めて配置されるため、給電もしやすいものとなっている。

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。

１ フィルム
１０ ダイポールアンテナエレメント
１１ 第１ホット端子
１２ グラウンド端子
１３ 第１エレメント
１４ 第２エレメント
１５ ループ状のアンテナエレメント
１６ 無給電素子
２０ 円偏波アンテナエレメント
２１ 第２ホット端子
２２ 第３エレメント
２３ 第４エレメント
２４ グラウンドループエレメント
２５ 第２無給電素子
３０ モジュール端末

Claims (9)

1. 車載用のフィルムタイプの複合アンテナ装置であって、該複合アンテナ装置は、
   第１ホット端子と、グラウンド端子と、第１ホット端子から延在する第１エレメントと、グラウンド端子から延在する第２エレメントと、からなるダイポールアンテナエレメントと、
   第１ホット端子とグラウンド端子との間に挟まれるように第１ホット端子とグラウンド端子を結ぶ直線上に配置される第２ホット端子と、第２ホット端子から延在する第３エレメントと、第３エレメントに対して垂直方向にグラウンド端子から延在する第４エレメントと、からなる円偏波アンテナエレメントと、
   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、前記ダイポールアンテナエレメントは、第１エレメントと第２エレメントの先端が接続されるループ状のアンテナエレメントであることを特徴とする複合アンテナ装置。
3. 請求項１に記載の複合アンテナ装置において、前記ダイポールアンテナエレメントは、第１エレメントと第２エレメントの先端近傍に容量結合するように配置される無給電素子を有することを特徴とする複合アンテナ装置。
4. 請求項１乃至請求項３の何れかに記載の複合アンテナ装置において、前記第１ホット端子、第２ホット端子、及びグラウンド端子は、送受信機を含むモジュール端末により覆われることを特徴とする複合アンテナ装置。
5. 請求項１乃至請求項４の何れかに記載の複合アンテナ装置であって、さらに、前記グラウンド端子から延在し、第１ホット端子と第２ホット端子との間を通り、第２ホット端子、第３エレメント及び第４エレメントを囲ってグラウンド端子に戻るグラウンドループエレメントを具備することを特徴とする複合アンテナ装置。
6. 請求項５に記載の複合アンテナ装置において、前記グラウンドループエレメントは、ダイポールアンテナエレメントに平行に沿う辺を有することを特徴とする複合アンテナ装置。
7. 請求項５又は請求項６に記載の複合アンテナ装置において、前記グラウンドループエレメントは、略正方形であることを特徴とする複合アンテナ装置。
8. 請求項５乃至請求項７の何れかに記載の複合アンテナ装置であって、さらに、前記グラウンドループエレメント内に配置され、第３エレメントと第４エレメントの先端近傍に容量結合するように配置される第２無給電素子を具備することを特徴とする複合アンテナ装置。
9. 請求項８に記載の複合アンテナ装置において、前記第２無給電素子は、グラウンドループエレメントに平行に沿う辺を有することを特徴とする複合アンテナ装置。