JP3926089B2

JP3926089B2 - 車載用平面アンテナ装置

Info

Publication number: JP3926089B2
Application number: JP2000292298A
Authority: JP
Inventors: 隆一平; 茂内野; 守良河崎; 祐司前田
Original assignee: Harada Industry Co Ltd
Current assignee: Harada Industry Co Ltd
Priority date: 2000-09-26
Filing date: 2000-09-26
Publication date: 2007-06-06
Anticipated expiration: 2020-09-26
Also published as: KR20020024762A; EP1193794A3; IL140395A0; CA2329458C; CA2329458A1; EP1193794A2; US6731243B2; US20020036589A1; JP2002100926A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、衛星通信放送を受信する車載用平面アンテナ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、平面アンテナを用いて広い仰角範囲で高い電磁界放射特性を得ようとする場合、アンテナの開口部を小さくすることでこれを実現する手法しかなかった。
【０００３】
図８は、一般的なエアパッチアンテナの構造を例示するもので、図中の１１がグランドプレーン、１２がこのグランドプレーン１１上にスペーサ１３によって離間して装架されたアンテナ素子、１４がこのアンテナ素子１２への給電点である。
【０００４】
空気中（εｒ＝１）に配置されたマイクロストリップアンテナの場合、相対的なアンテナ利得は高い反面、電力半値角はその形状にもよるが通常約６０°〜８０°程度となるため、結果として低仰角方向に対する利得の低下が著しいものとなる。
【０００５】
このように狭い仰角範囲を広げるべく、上述したようにアンテナの開口部を小さくするためには、誘電体を使用しなければならない。
【０００６】
図９は、このように誘電体を用いた誘電体パッチアンテナの構造を例示するもので、２１がグランドプレーン、２２がこのグランドプレーン２１上に一体に設けられた誘電体板、２３がこの誘電体板２２上に配設されたアンテナ素子、２４がこのアンテナ素子２３への給電点である。
【０００７】
このように、誘電体板２２を用いることでアンテナ素子２３の開口部をより小さなものとしたことで、広い仰角範囲で高い電磁界放射特性を得ることができるようになる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記図９で示した誘電体パッチアンテナでは、アンテナの開口部を小さくしているために図８で示したエアパッチアンテナに比してアンテナ利得は大幅に低下しており、それに加えて誘電体板２２による損失でさらにアンテナ利得が低下するため、結果として低仰角方向に対する放射レベルはそれほど高いものとは言えなくなってしまう。
【０００９】
本発明は上記のような実情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、低仰角方向を含む広い仰角範囲に渡った電磁界放射特性と高いアンテナ利得とを両立することが可能な車載用平面アンテナ装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、グランドプレーンと、このグランドプレーン上に装架された平面状のアンテナ素子と、上記グランドプレーン上で上記アンテナ素子全体を非接触で覆い、且つ上記アンテナ素子平面中央の一部に対向した部位に開口を形成したキャビティとを具備したことを特徴とする。
【００１１】
このような構成とすれば、アンテナ素子の開口部を小さくするのではないので、充分アンテナ利得を高いものとしながら、且つ低仰角方向を含む広い仰角範囲に渡る良好な電磁界放射特性を得ることができる。
【００１２】
請求項２記載の発明は、上記請求項１記載の発明において、上記アンテナ素子は、上記グランドプレーン上にスペーサを介して離間して装架されたエアパッチアンテナ素子であることを特徴とする。
【００１３】
このような構成とすれば、上記請求項１記載の発明の作用に加えて、誘電体を使用しないため、誘電体損失によるアンテナ利得の低下を招くことがなく、高いアンテナ利得を維持することが可能となる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下本発明をＢＳデジタル放送を受信する車載用の平面アンテナ装置に適用した場合の実施の一形態について図面を参照して説明する。
【００１５】
図１はその外観の概略構造を示す斜視図、図２は図１のII−II線に沿った断面図である。
【００１６】
図中、３１は黄銅、アルミニウム、あるいはステンレス鋼等の金属板で構成されたグランドプレーンであり、このグランドプレーン３１上に、ポリアセタール、ポリカーボネイト、あるいはＡＢＳ等の合成樹脂製のスペーサ３２を介してグランドプレーン３１と離間するように、黄銅やアルミニウム等の金属板で構成されたアンテナ素子３３が装架される。このアンテナ素子３３は、給電点３４からの給電により励振される。
【００１７】
しかして、このアンテナ素子３３全体を覆うようにして、黄銅やアルミニウム等の金属板で構成された箱状のキャビティ３５をグランドプレーン３１上に配設する。
【００１８】
このキャビティ３５は、アンテナ素子３３とは所定の距離を空けるようにして非接触で設けられるもので、上記アンテナ素子３３に対向した面部には、上記アンテナ素子３３より小さな矩形の開口部３５ａを形成している。
【００１９】
すなわち、このキャビティ３５の開口部３５ａは、アンテナ素子３３自体の開口部を小さくすることなく、その広い仰角範囲、特に低い仰角方向に対しても高い電磁界放射特性を得ることができるように形成されたもので、アンテナ素子３３に対する開口部３５ａ自体の大きさ、及びアンテナ素子３３との距離等を調整設定することにより、特に低い仰角方向に対する電磁界放射特性を変更することができるものである。
【００２０】
上記のようなアンテナ構造にあって、実験により得た各種特性について例示する。
【００２１】
まず図３乃至図５により上述したアンテナ装置単体での特性について例示する。
【００２２】
図３乃至図５は、順にＶＳＷＲ（電圧定在波比）、このＶＳＷＲに対応した反射損失、及びスミスチャートの実測例を示すものであるが、いずれの特性図も入力インピーダンス５０［Ω］時に２．３４［ＧＨｚ］付近にて良好な性能を発揮することを示すものである。
【００２３】
次に図６及び図７により本実施の形態に係るアンテナ装置を上記図８、図９で示したエアパッチアンテナ、誘電体パッチアンテナと比較した場合の特性を例示する。
【００２４】
図６は水平面での方位角に対応した利得特性を示すもので、細い実線で示す特性αが上記図８で示したエアパッチアンテナ、破線で示す特性βが上記図９で示した誘電体パッチアンテナ、太い実線で示す特性γが上記図１及び図２で示した本実施の形態に係るキャビティ３５付きのアンテナである。
【００２５】
同図に示すように、特性αのエアパッチアンテナでは、方位角０°付近の利得は高いものの、方位角に対応した利得の変化が大きく、特に車載用など電波の到来方向に対するアンテナの角度が常時変化するようなアンテナには不適であることがわかる。
【００２６】
また、特性βの誘電体パッチアンテナは、アンテナ素子の開口部が小さく、加えて誘電体損失も生じるために、アンテナ全体での総体利得が低くなってしまっていることがわかる。
【００２７】
これに対して特性γの本実施の形態に係るアンテナでは、方位角に対応した利得の変化が小さく、電波の到来方向に対するアンテナの角度が常時変化するようなアンテナに適していることがわかる。
【００２８】
続く図７は上記図６で説明した各アンテナの指向特性を示す。
【００２９】
図７（２）は、エアパッチアンテナの指向特性を例示するものであり、方位角においては正面方向で、且つ高い仰角範囲のみ有効となっており、非常に指向範囲が狭くなっていることが理解できる。
【００３０】
図７（１）は、誘電体パッチアンテナの指向特性を例示するものであり、上記図７（２）で示したエアパッチアンテナに比較すれば方位角及び低い仰角方向での特性が高まっているものの、まだ充分とは言えないことが見てとれる。
【００３１】
これに対して図７（３）は本実施の形態に係るキャビティ３５付きのアンテナの指向特性を例示するものであり、水平面での方位角だけでなく、特に低い仰角方向から高い仰角方向に至る仰角範囲も合わせて、非常に広範囲に渡る指向性を実現していることがわかる。
【００３２】
このように、本発明の実施の一形態に係るキャビティ３５付のアンテナ構造とすることにより、上述した如く、低い仰角方向から広い仰角範囲に渡って高い電磁界放射特性を維持することができ、またアンテナ全体としての総体利得も充分高いものとすることができる。
【００３３】
その上、他の高効率低仰角放射特性を有する４線ヘリカルアンテナやクロスダイポールアンテナ等と比較しても、
（１）給電構造を含めてアンテナ全体の構造を簡易化できる。
（２）先鋭な部分がなく、強固なキャビティがアンテナ素子をガードする構造となるため、機械的に丈夫である。
（３）作成が容易である。
（４）アンテナ全体を薄型化構造とし易い。
等の利点を有するため、量産化が容易であり、特に自動車等の車両に搭載するのに適したものとすることができる。
【００３４】
なお、上記実施の形態では、エアパッチアンテナにキャビティ３５を付与するものとして説明したが、本発明はこれに限るものではない。
【００３５】
その他、本発明は上記実施の形態に限らず、その要旨を逸脱しない範囲内で種々変形して実施することが可能であるものとする。
【００３６】
さらに、上記実施の形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施の形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題の少なくとも１つが解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果の少なくとも１つが得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。
【００３７】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、アンテナ素子の開口部を小さくするのではないので、充分アンテナ利得を高いものとしながら、且つ低仰角方向を含む広い仰角範囲に渡る良好な電磁界放射特性を得ることができる。
【００３８】
請求項２記載の発明によれば、上記請求項１記載の発明の効果に加えて、誘電体を使用しないため、誘電体損失によるアンテナ利得の低下を招くことがなく、高いアンテナ利得を維持することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態に係るＢＳデジタル放送受信用のアンテナ装置の構造を示す斜視図。
【図２】図１のII−II線に沿ってアンテナ装置の断面構造を示す図。
【図３】同実施の形態に係るアンテナのＶＳＷＲ特性を示す図。
【図４】同実施の形態に係るアンテナの反射損失特性を示す図。
【図５】同実施の形態に係るアンテナのスミスチャート。
【図６】同実施の形態に係るアンテナ及び一般的なアンテナの水平面での方位角に対応した利得特性を比較して示す図。
【図７】同実施の形態に係るアンテナ及び一般的なアンテナの指向特性を示す図。
【図８】一般的なエアパッチアンテナの構造を例示する斜視図。
【図９】一般的な誘電体パッチアンテナの構造を例示する斜視図。
【符号の説明】
１１…グランドプレーン
１２…アンテナ素子
１３…スペーサ
１４…給電点
２１…グランドプレーン
２２…誘電体板
２３…アンテナ素子
２４…給電点
３１…グランドプレーン
３２…スペーサ
３３…アンテナ素子
３４…給電点
３５…キャビティ
３５ａ…開口部

Claims

グランドプレーンと、
このグランドプレーン上に装架された平面状のアンテナ素子と、
上記グランドプレーン上で上記アンテナ素子全体を非接触で覆い、且つ上記アンテナ素子平面中央の一部に対向した部位に開口を形成したキャビティと
を具備したことを特徴とする車載用平面アンテナ装置。
上記アンテナ素子は、上記グランドプレーン上にスペーサを介して離間して装架されたエアパッチアンテナ素子であることを特徴とする請求項１記載の車載用平面アンテナ装置。