JP4007332B2 - 統合アンテナ - Google Patents

Description

本発明は、所定方向に指向性を有する第１のアンテナと、前記第１のアンテナのグランドとして作用するグランド板と、水平方向に指向性を有する第２のアンテナとを備えた統合アンテナに関する。

従来より、複数のアンテナが同一のグランド板に配置され、複数のアンテナが統合されてなる統合アンテナが供されている（例えば特許文献１参照）。
特開２００３−１６８９１７号公報

ところで、従来より実現されている統合アンテナは、天頂方向（仰角９０度）に指向性を有するアンテナ同士が同一のグランド板に配置され、天頂方向に指向性を有するアンテナ同士が統合されてなるものであるが、その一方で、近年の無線技術の発展に伴って、天頂方向に指向性を有するアンテナと水平方向（仰角０度）に指向性を有するアンテナとを統合するものが要望されている。

ここで、水平方向に指向性を有するアンテナとして逆Ｆアンテナが適用されると、逆Ｆアンテナが低姿勢な構造であることから、統合アンテナ全体として低姿勢な構造を実現することができる。しかしながら、その一方で、逆Ｆアンテナがグランド板を必要とするアンテナであることから、天頂方向に指向性を有するアンテナと逆Ｆアンテナとでグランド板を共有する場合に、本来は天頂方向に指向性を有するアンテナのグランドとして作用するグランド板のサイズが逆Ｆアンテナに供される電波の波長に比べて小さいと（十分なサイズが確保されていないと）、逆Ｆアンテナの指向性パターンのピークがグランド板の影響を受けて水平方向から外れた方向に向くことになり、その結果、水平方向の指向性を適切に確保することができないという問題がある。

本発明は、上記した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、水平方向の指向性を適切に確保することができ、しかも、低姿勢な構造を実現することができる統合アンテナを提供することにある。

請求項１に記載した発明によれば、水平方向に指向性を有する第２のアンテナは、その指向性パターンが第１のアンテナのグランドとして作用するグランド板の影響を受けることがなく且つ１本のエレメントの一方の側と他方の側とに略平行な２本の辺部を有するように折返し構造が形成されていると共に略平行な２本の辺部の一部がグランド板に対して略平行になるように折曲げ構造が形成されている変形折返しダイポールアンテナから構成され、グランド板は、少なくとも一部が第２のアンテナの一方の側の略平行な２本の辺部の一部と他方の側の略平行な２本の辺部の一部との間に挿入されて配置されている。

これにより、ダイポールアンテナがグランド板を必要としないアンテナであることから、その指向性パターンがグランド板の影響を受けることがなく、水平方向の指向性を適切に確保することができ、しかも、折曲げ構造が形成されていることにより、第２のアンテナの高さ方向の寸法を小さくすることができる。また、グランド板の少なくとも一部が第２のアンテナの一方の側の略平行な２本の辺部の一部と他方の側の略平行な２本の辺部の一部との間に挿入されていることから、１本のエレメントの一方の側と他方の側との間の空間を有効に利用することにより、統合アンテナ全体として低姿勢な構造を実現することができ、水平方向のサイズをも小型化することができる。さらに、この場合は、折返し構造が形成されていることにより、アンテナのインピーダンスを折返し構造で低下させることができ、アンテナのインピーダンスを当該アンテナに接続される同軸ケーブルのインピーダンスに整合させることができ、インピーダンスを整合するためのマッチング回路を必要とすることなく、電力効率を適切に確保することができる。

請求項２に記載した発明によれば、第２のアンテナに給電するための同軸ケーブルは、その内側導体が第２のアンテナに接続されていると共に、その外側導体がグランド板に接続されている。これにより、第２のアンテナとグランド板とを同軸ケーブルに対して固定することができ、第２のアンテナのグランド板に対する位置を固定することができる。

請求項３に記載した発明によれば、水平方向に指向性を有する第２のアンテナは、その指向性パターンが第１のアンテナのグランドとして作用するグランド板の影響を受けることがなく且つ２本のエレメントの各々の一部がグランド板に対して略平行になるように折曲げ構造が形成されている変形ダイポールアンテナから構成され、グランド板は、少なくとも一部が一方のエレメントの一部と他方のエレメントの一部との間に挿入されて配置されている。

これにより、上記した請求項１に記載したものと同様にして、ダイポールアンテナがグランド板を必要としないアンテナであることから、その指向性パターンがグランド板の影響を受けることがなく、水平方向の指向性を適切に確保することができ、しかも、折曲げ構造が形成されていることにより、第２のアンテナの高さ方向の寸法を小さくすることができる。また、グランド板の少なくとも一部が第２のアンテナの一方のエレメントの一部と他方のエレメントの一部との間に挿入されていることから、２本のエレメントの間の空間を有効に利用することにより、統合アンテナ全体として低姿勢な構造を実現することができ、水平方向のサイズをも小型化することができる。

請求項４に記載した統合アンテナによれば、所定方向に指向性を有する第１のアンテナは、天頂方向に指向性を有するアンテナから構成され、グランド板の中央部付近に配置されている。これにより、天頂方向に指向性を有する第１のアンテナがグランド板の中央部付近に配置されることにより、天頂方向に指向性を有するアンテナと水平方向に指向性を有するアンテナとの各々の性能を適切に確保しながらも両者を適切に統合することができる。

これは、以下の理由に基づくもので、すなわち、天頂方向に指向性を有するアンテナがグランド板の端部付近に配置されている場合と中央部付近に配置されている場合との指向性について説明すると、天頂方向に指向性を有するアンテナがグランド板の端部付近に配置されている場合には、アンテナからグランド板に対して電界が均等に放射されるのではなく、アンテナからグランド板に対して電界が偏って放射されることになり、場合によっては電界がグランド板の裏側に回込むことになるので、その指向性パターンのピーク（最大利得）が天頂方向から外れた方向に向くことになるが、これに対して、天頂方向に指向性を有するアンテナがグランド板の中央部付近に配置されている場合には、アンテナからグランド板に対して電界が均等に放射されることになるので、その指向性パターンのピークが天頂方向に向くことになり、アンテナの性能を適切に確保することができるからである。

請求項５に記載した統合アンテナによれば、第１のアンテナは、ＧＰＳ用アンテナやＶＩＣＳ用アンテナから構成され、第２のアンテナを移動電話用アンテナから構成されている。これにより、ＧＰＳ受信機やＶＩＣＳ受信機および移動電話機が搭載されている車両に搭載可能な車載用統合アンテナとして使用することができる。

（第１の実施形態）
以下、本発明のアンテナを車両に搭載可能な車載用統合アンテナに適用した第１の実施形態について、図１および図２を参照して説明する。図１は統合アンテナの全体構成を概略的に示している。車載用統合アンテナ１は、天頂方向に指向性を有するアンテナ２（本発明でいう第１のアンテナ）と、水平方向に指向性を有するアンテナ３（本発明でいう第２のアンテナ）と、グラント板４とを備えて構成されている。

天頂方向に指向性を有するアンテナ２は、金属板からなる放射素子５が例えば樹脂からなる誘電体６上に搭載されてなるパッチアンテナ７から構成され、グランド板４の中央部に配置されている。この場合、天頂方向に指向性を有するアンテナ２は、例えばＧＰＳ衛星から送信されたＧＰＳ電波を受信するためのＧＰＳ用アンテナやサービスセンターから送信されたＶＩＣＳ電波を受信するためのＶＩＣＳ用アンテナなどである。一方、水平方向に指向性を有するアンテナ３は、変形折返しダイポールアンテナ８から構成され、グランド板４の端部（図１では左端部）に配置されている。この場合、水平方向に指向性を有するアンテナ３は、移動電話で使用されている例えば「８００ＭＨｚ」帯域の電波を送受信するための移動電話用アンテナなどである。

ここで、変形折返しダイポールアンテナ８の構造について具体的に説明する。変形折返しダイポールアンテナ８は、１本のエレメントからなる伝送線路アンテナからなり、略平行な２本の辺部９，１０を有するように折返し構造１１が一方の側（グランド板４の表面側）に形成されていると共に、略平行な２本の辺部１２，１３を有するように折返し構造１４が他方の側（グランド板４の裏面側）にも形成されている。また、２本の辺部９，１０は、それらの一部がグランド板４に対して略平行になるように折曲げ構造１５，１６により略直角に折曲げられている共に、２本の辺部１２，１３も、それらの一部がグランド板４に対して略平行になるように折曲げ構造１７，１８により略直角に折曲げられている。

この場合、例えば「８００ＭＨｚ」帯域の電波を送受信するための移動電話用アンテナであれば、辺部９の端部９ａから折返し構造１１の中央部までの長さ（図１中「Ｌ１」参照）、折返し構造１１の中央部からエレメントの中央部までの長さ（図１中「Ｌ２」参照）、エレメントの中央部から折返し構造１４の中央部までの長さ、折返し構造１４の中央部から辺部１２の端部１２ａまでの長さは、それぞれ「８００ＭＨｚ」帯域の電波の波長に「１／４」を乗じた長さに構成されている。つまり、変形折返しダイポールアンテナ１１は、その全長が「８００ＭＨｚ」帯域の電波の波長と同一の長さに構成されている。そして、同軸ケーブル１９は、その内側導体１９ａがエレメントの一方の端部側、つまり、辺部９の端部９ａ側に接続されていると共に、その外側導体１９ｂがエレメントの他方の端部側、つまり、辺部１２の端部１２ａ側に接続されている。

ここで、このように構成されてなる変形折返しダイポールアンテナ８とグランド板４との配置関係について説明する。グランド板４は、２本の辺部９，１０とグランド板４との間隔（図１中「Ｄ１」参照）と、２本の辺部１２，１３とグランド板４との間隔（図１中「Ｄ２」参照）とが略同一になるように、その一部が２本の辺部９，１０と２本の辺部１２，１３との間に挿入されて配置されている。尚、この場合、グランド板４には、それ自体が２本の辺部９，１０と２本の辺部１２，１３との間に挿入され易いように切欠部４ａが形成されている。ところで、グランド板４の一部が変形折返しダイポールアンテナ８の内部に挿入されて配置されているのは、以下の理由に基づくものである。

発明者らは、変形折返しダイポールアンテナ８について、グランド板４が内部に挿入されていない場合と挿入されている場合との指向性パターンについて測定した。図２は、その測定結果を示しており、図２から明らかなように、グランド板４が内部に挿入されていない場合と挿入されている場合とでは、両者の間でアンテナの性能に差が生じることはない。つまり、変形折返しダイポールアンテナ８は、その内部にグランド板４が挿入されているか否かに関係なく、アンテナの性能を適切に確保することができる。

以上に説明したように第１の実施形態によれば、車載用統合アンテナ１において、水平方向に指向性を有するアンテナ３が変形折返しダイポールアンテナ８から構成され、グランド板４の一部が変形折返しダイポールアンテナ８の内部に挿入されて配置されるように構成したので、ダイポールアンテナがグランド板を必要としないアンテナであることから、その指向性パターンがグランド板４の影響を受けることがなく、水平方向の指向性を適切に確保することができ、折曲げ構造が形成されていることにより、ダイポールアンテナの高さ方向の寸法を小さくすることができる。また、変形折返しダイポールアンテナ８の内部の空間を有効に利用することにより、車載用統合アンテナ１全体として低姿勢な構造を実現することができ、水平方向のサイズをも小型化することができる。

また、この場合は、折返し構造が形成されていることにより、変形折返しダイポールアンテナ８のインピーダンスを折返し構造で低下させることができ、変形折返しダイポールアンテナ８の同軸ケーブルのインピーダンスに整合させることができ、インピーダンスを整合するためのマッチング回路を必要とすることなく、電力効率を適切に確保することができる。さらに、この場合は、天頂方向に指向性を有するアンテナ２がグランド板４の中央部に配置されるように構成したので、天頂方向の指向性をも適切に確保することができる。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について、図３および図４を参照して説明する。尚、上記した第１の実施形態と同一部分については説明を省略し、異なる部分について説明する。第２の実施形態は、上記した第１の実施形態と比較すると、同軸ケーブルを接続する態様が異なっているものである。

すなわち、図３に示すように、車載用統合アンテナ３１において、同軸ケーブル３２は、その内側導体３２ａがエレメントの一方の端部側、つまり、辺部９の端部９ａ側に接続されていると共に、その外側導体３２ｂがエレメントの他方の端部側、つまり、辺部１２の端部１２ａ側に接続されているのではなく、その外側導体３２ｂがグランド板４に接続されている。

ここで、発明者らは、変形折返しダイポールアンテナ８について、同軸ケーブルの外側導体が接続されている場合と接続されていない場合との指向性パターンについて測定した。図４は、その測定結果を示しており、図４から明らかなように、同軸ケーブルの外側導体が接続されている場合と接続されていない場合とでは、両者の間でアンテナの性能に差が生じることはない。つまり、変形折返しダイポールアンテナ８は、同軸ケーブルの外側導体が接続されているか否かに関係なく、アンテナの性能を適切に確保することができる。

以上に説明したように第２の実施形態によれば、車載用統合アンテナ３１において、同軸ケーブル３２の内側導体３２ａが変形折返しダイポールアンテナ８に接続されると共に外側導体３２ｂがグランド板４に接続されるように構成したので、変形折返しダイポールアンテナ８とグランド板３とを同軸ケーブル３２に対して固定することができ、変形折返しダイポールアンテナ８のグランド板４に対する位置を固定することができる。

（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態について、図５を参照して説明する。尚、上記した第１の実施形態や第２の実施形態と同一部分については説明を省略し、異なる部分について説明する。上記した第１の実施形態や第２の実施形態は、水平方向に指向性を有するアンテナ８を変形折返しダイポールアンテナ８から構成したものであるが、これに対して、第３の実施形態は、水平方向に指向性を有するアンテナ８を折返し構造が省略された変形ダイポールアンテナから構成したものである。

すなわち、図５に示すように、車載用統合アンテナ４１において、変形ダイポールアンテ４２は、２本のエレメント４３，４４からなる伝送線路アンテナからなり、エレメント４３，４４は、それらの一部がグランド板４に対して略平行になるように折曲げ構造４５，４６により略直角に折曲げられている。

この場合も、例えば「８００ＭＨｚ」帯域の電波を送受信するための移動電話用アンテナであれば、エレメント４３，４４の各々は、その全長（図５中「Ｌ３」参照）が「８００ＭＨｚ」帯域の電波の波長に「１／４」を乗じた長さに構成されている。そして、同軸ケーブル４７は、その内側導体４７ａが一方のエレメント４３に接続されていると共に、その外側導体４７ｂが他方のエレメント４４に接続されている。そして、この場合も、グランド板４は、エレメント４３とグランド板４との間隔（図５中「Ｄ３」参照）と、エレメント４４とグランド板４との間隔（図５中「Ｄ４」参照）とが略同一になるように、その一部がエレメント４３とエレメント４４との間に挿入されて配置されている。

以上に説明したように第３の実施形態によれば、車載用統合アンテナ４１において、水平方向に指向性を有するアンテナ３が変形ダイポールアンテナ４２から構成され、グランド板４の一部が変形ダイポールアンテナ４２の内部に挿入されて配置されるように構成したので、上記した第１の実施形態に記載したものと同様にして、ダイポールアンテナがグランド板を必要としないアンテナであることから、その指向性パターンがグランド板４の影響を受けることがなく、水平方向の指向性を適切に確保することができ、折曲げ構造が形成されていることにより、ダイポールアンテナの高さ方向の寸法を小さくすることができる。また、変形ダイポールアンテナ４２の内部の空間を有効に利用することにより、車載用統合アンテナ４１全体として低姿勢な構造を実現することができ、水平方向のサイズをも小型化することができる。

（その他の実施形態）
本発明は、上記した実施形態にのみ限定されるものではなく、以下のように変形または拡張することができる。

天頂方向に指向性を有するアンテナとして例えば自動料金収受システムで使用されるＥＴＣ用アンテナが適用される構成であっても良く、水平方向に指向性を有するアンテナとして例えば無線ＬＡＮで使用される無線ＬＡＮ用アンテナが適用される構成であっても良い。
天頂方向に指向性を有するアンテナがグランド板に直接配置される構成に限らず、天頂方向に指向性を有するアンテナが空間を介してグランド板に配置される構成であっても良いし、天頂方向に指向性を有するアンテナが例えばプリント配線基板やシールドケースを介してグランド板に配置される構成であっても良い。

本発明の第１の実施形態の構成を概略的に示す斜視図 変形折返しダイポールアンテナの指向性パターンを示す図 本発明の第２の実施形態の構成を概略的に示す斜視図 変形折返しダイポールアンテナの指向性パターンを示す図 本発明の第３の実施形態の構成を概略的に示す斜視図

符号の説明

図面中、１は車載用統合アンテナ（統合アンテナ）、２は天頂方向に指向性を有するアンテナ（第１のアンテナ）、３は水平方向に指向性を有するアンテナ（第２のアンテナ）、４はグランド板、８は変形折返しダイポールアンテナ、９，１０は辺部、１１は折返し構造、１２，１３は辺部、１４は折返し構造、１５〜１８、１９は同軸ケーブル、１９ａは内側導体、１９ｂは外側導体、３１は車載用統合アンテナ、３２は同軸ケーブル、３２ａは内側導体、３２ｂは外側導体、４１は車載用統合アンテナ、４２は変形ダイポールアンテ、４３，４４はエレメント、４５，４６は折曲げ構造、４７は同軸ケーブル、４７ａは内側導体、４７ｂは外側導体である。

Claims (5)

1. 所定方向に指向性を有する第１のアンテナと、前記第１のアンテナのグランドとして作用するグランド板と、水平方向に指向性を有する第２のアンテナとを備えた統合アンテナであって、
   前記第２のアンテナは、その指向性パターンが前記グランド板の影響を受けることがなく且つ１本のエレメントの一方の側と他方の側とに略平行な２本の辺部を有するように折返し構造が形成されていると共に略平行な２本の辺部の一部が前記グランド板に対して略平行になるように折曲げ構造が形成されている変形折返しダイポールアンテナから構成され、
   前記グランド板は、少なくとも一部が前記第２のアンテナの一方の側の略平行な２本の辺部の一部と他方の側の略平行な２本の辺部の一部との間に挿入されて配置されていることを特徴とする統合アンテナ。
2. 請求項１に記載した統合アンテナにおいて、
   前記第２のアンテナに給電するための同軸ケーブルは、その内側導体が前記第２のアンテナに接続されていると共に、その外側導体が前記グランド板に接続されていることを特徴とする統合アンテナ。
3. 所定方向に指向性を有する第１のアンテナと、前記第１のアンテナのグランドとして作用するグランド板と、水平方向に指向性を有する第２のアンテナとを備えた統合アンテナであって、
   前記第２のアンテナは、その指向性パターンが前記グランド板の影響を受けることがなく且つ２本のエレメントの各々の一部が前記グランド板に対して略平行になるように折曲げ構造が形成されている変形ダイポールアンテナから構成され、
   前記グランド板は、少なくとも一部が前記第２のアンテナの一方のエレメントの一部と他方のエレメントの一部との間に挿入されて配置されていることを特徴とする統合アンテナ。
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載した統合アンテナにおいて、
   前記第１のアンテナは、天頂方向に指向性を有するアンテナから構成され、前記グランド板の中央部付近に配置されていることを特徴とする統合アンテナ。
5. 請求項１ないし４のいずれかに記載した統合アンテナにおいて、
   前記第１のアンテナは、ＧＰＳ用アンテナやＶＩＣＳ用アンテナから構成され、
   前記第２のアンテナは、移動電話用アンテナから構成されていることを特徴とする統合アンテナ。

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