JP4389863B2 - 統合アンテナ - Google Patents

Description

本発明は、天頂方向に指向性を有するパッチアンテナと、このパッチアンテナのグランドとして作用するグランド板と、このグランド板に配置された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）。
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、最近、統合アンテナとしては、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。上記特許文献１のように複数のパッチアンテナを単にグランド板に配置するだけの技術を単に、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統合アンテナに転用しただけでは、干渉による性能劣化が懸念される。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、アンテナ間の干渉を低減できて性能劣化を防止できる統合アンテナを提供するにある。

本発明は、水平方向に指向性を有する第２のアンテナとして、１本のエレメントを略平行な２本の辺部を有するように折返し形成されてなるところの、変形折返しモノポールアンテナ、変形折返しダイポールアンテナや、接地型アンテナに着目し、この種のアンテナにおいては、前記２本の辺部の一方の辺部を凹状（クランク状）に形成することにより、この種の水平方向に指向性を有するアンテナと天頂方向に指向性を有するアンテナとを統合した統合アンテナにおける干渉を低減できることが可能となったことに着目してなされたものである。

請求項１の発明は、天頂方向に指向性を有する第１のアンテナと、この第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、１本のエレメントを略平行な２本の辺部を有するように折返し形成され、この２本の辺部が前記グランド板における第１のアンテナ側の面と略平行に位置する構成であり、且つ、当該第２のアンテナの前記２本の辺部のうち、前記第１のアンテナ近傍側の辺部の一部を、前記第１のアンテナから離間する凹状に形成したことを特徴とするものである。

この請求項１の発明によれば、第２のアンテナの前記２本の辺部のうち、前記第１のアンテナ近傍側の辺部の一部を、前記第１のアンテナから離間する凹状に形成したから、第１のアンテナに対して第２のアンテナのエレメントが遠くなり、第１のアンテナで放射された電磁波により第２のアンテナに誘起される電流を低減でき、しかも当該凹状のクランク形状部分が対向するエレメント辺部に接近するから、電流を相殺することができ、干渉をさらに低減でき、総じて、天頂方向に指向性を有する第１のアンテナと、水平方向に指向性を有する第２のアンテナとを統合した場合でも干渉を低減できて性能劣化を防止できる。

また、上記請求項１の発明によれば、前記第１のアンテナの周波数帯域は前記第２のアンテナの周波数帯域の倍としているから、天頂方向に指向性を有する第１のアンテナはＧＰＳ用アンテナやＶＩＣＳ用アンテナ（周波数帯域１．６ＧＨｚ）に好適し、第２のアンテナは移動電話用のアンテナ（周波数帯域８００ＭＨｚ）に好適する。このように周波数帯域が第１のアンテナと第２のアンテナとで倍の関係のときには、干渉が発生しやすいが、第２のアンテナの２本の辺部のうち、前記第１のアンテナ近傍側の辺部の一部を、前記第１のアンテナから離間する凹状に形成したことで、干渉発生を確実に防止できるものである。

以下、本発明の統合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の実施例について、図１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（矢印ｚ方向）に指向性を有する第１のアンテナ２と、水平方向に指向性を有する第２のアンテナ３と、前記第１のアンテナ２のグランドとして作用するグラント板４とを備えて構成されている。前記第１のアンテナ２は前記グランド板４の略中央部分に配置され、第２のアンテナ３は前記グランド板の端部（図１では右端部）に配置されている。

前記第１のアンテナ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第１のアンテナ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、前記第２のアンテナ３は、変形折返しダイポールアンテナ１１から構成されている。この第２のアンテナ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。

変形折返しダイポールアンテナ１１の構造について、具体的に説明すると、変形折返しダイポールアンテナ１１は、１本の線状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１２、１３を有するように折返し構造１４が一方の側（第１のアンテナ２側）に形成されていると共に、略平行な２本の辺部１５、１６を有するように折返し構造１７が他方の側（反第１のアンテナ２側）にも形成されている。また、２本の辺部１２、１３は、それらの一部がグランド板４の第１のアンテナ２側の面（表面）に対して平行になるように折曲げ構造１８、１９により略直角に折曲げられていると共に、２本の辺部１５、１６も、それらの一部がグランド板４の反第１のアンテナ２側の面（裏面）に対して平行になるように折曲げ構造２０、２１により略直角に折曲げられている。

そして、前記第２のアンテナ３の前記２本の辺部１２、１３のうち、前記第１のアンテナ２近傍側の辺部１２の一部を、前記第１のアンテナ２から離間する凹状（当該凹状のクランク部を符号１２ｂで示す）に形成している。そして、同軸ケーブル２２は、その内側導体２２ａがエレメントの一方の端部側、つまり、辺部１２の端部１２ａ側に接続されていると共に、その外側導体２２ｂがエレメントの他方の端部側、つまり、辺部１５の端部１５ａ側に接続されている。
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１２の端部１２ａから辺部１５の端部１５ａまでの長さ（有効全長）は、「８００ＭＨｚ」帯域の電波の波長と同一の長さに構成されている。

このように本実施例によれば、第２のアンテナ３の前記２本の辺部１２、１３のうち、前記第１のアンテナ２近傍側の辺部１２の一部を、前記第１のアンテナ２から離間する凹状に形成したから、第１のアンテナ２に対して第２のアンテナ３のエレメントが遠くなり、第１のアンテナ２で放射された電磁波により第２のアンテナ３に誘起される電流を低減でき、しかも当該凹状のクランク形状部１２ｂ部分が対向する辺部１３に接近するから、電流を相殺することができ、干渉をさらに低減でき、総じて、天頂方向に指向性を有する第１のアンテナ２と、水平方向に指向性を有する第２のアンテナ３とを統合した場合でも干渉を低減できて性能劣化を防止できる。

また本実施例によれば、ダイポールアンテナがグランド板４を必要としないアンテナであることから、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る。しかも、この場合は、折返し構造が形成されている変形折返しダイポールアンテナ１１であるから、第２のアンテナ３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、第２のアンテナ３のインピーダンスを当該アンテナ３に接続される同軸ケーブル２２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。また、当該第２のアンテナ３の高さ方向の寸法を小さくすることができ、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る。

また、本実施例によれば、前記第１のアンテナ２の周波数帯域は前記第２のアンテナ３の周波数帯域の倍としている。つまり、天頂方向に指向性を有する第１のアンテナ２はＧＰＳ用アンテナやＶＩＣＳ用アンテナなどの周波数帯域１．６ＧＨｚとし、第２のアンテナ３は移動電話用のアンテナなどの周波数帯域８００ＭＨｚとしている。このように周波数帯域が第１のアンテナ２と第２のアンテナ３とで倍の関係のときには、干渉が発生しやすいが、第２のアンテナ３の２本の辺部１２、１３のうち、前記第１のアンテナ２近傍側の辺部１２の一部を、前記第１のアンテナ２から離間する凹状に形成したことで、干渉発生を確実に防止できるものである。
この場合、前記第１のアンテナ２は、ＧＰＳ用アンテナやＶＩＣＳ用アンテナを構成し、前記第２のアンテナ３は、移動電話用アンテナを構成するから、ＧＰＳ受信機やＶＩＣＳ用受信機及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１として使用することができる。

図２は本発明の第２の実施例を示しており、この実施例においては、第２のアンテナとして２つの第２のアンテナ３Ａ、３Ｂを設けた点が第１の実施例と異なる。以下、主として、異なる点について説明する。なお、第１の実施例と同一部分には同一符号を付している。一方の第２のアンテナ３Ａは第１の実施例における第２のアンテナ３と同じ構成であって、変形折返しダイポールアンテナ１１から構成されている。

他方の第２のアンテナ３Ｂは、１本の線状エレメントから形成された接地型アンテナ３１から構成されている。この他方の第２のアンテナ３Ｂは、１本のエレメントを略平行な２本の辺部３２、３３を有するように折返し構造３４により折返されている。この２本の辺部３２、３３はグランド板４における第１のアンテナ２側の面に位置しており、この２本の辺部３２、３３の前側の部分はグランド板４側へ略垂直に折曲げ構造３５、３６にて折曲げられている。そして、同軸ケーブル３７は、その内側導体３７ａがエレメントの一方の端部側、つまり、辺部３２の端部３２ａ側に接続されていると共に、その外側導体３７ｂがグランド板４に接続され、エレメントの他方の端部側、つまり、辺部３３の端部３３ａはグランド板４に接続されている。

そして、当該第２のアンテナ３Ｂの前記２本の辺部３２、３３のうち、前記第１のアンテナ２近傍側の辺部３２の一部を、前記第１のアンテナ２から離間する凹状（当該凹状のクランク部を符号３２ｂで示す）に形成している。そして、前記一方の第２のアンテナ３Ａと当該他方の第２のアンテナ３Ｂとはダイバーシチアンテナを構成している。そして、一方の第２のアンテナ３Ａが垂直偏波の電界を発生し、他方の第２のアンテナ３Ｂが水平偏波の電界を発生するアンテナにより構成されている。
この場合、例えば「８００ＭＨｚ」帯域の電波を受信するための移動電話用アンテナであれば、辺部３２の端部３２ａから辺部３３の端部３３ａまでの長さ（有効全長）は、「８００ＭＨｚ」帯域の電波の波長の１／２の長さに構成されている。

この第２の実施例によれば、天頂方向に指向性を有する第１のアンテナ２に対して、水平方向に指向性を有する２つの第２のアンテナ３Ａ、３Ｂを設けることで、用途の広い多機能な統合アンテナ１を提供することが可能である。この場合、２つの第２のアンテナ３Ａ、３Ｂの周波数帯域が同一であることから、干渉することが懸念されるが、両第２のアンテナ３Ａ、３Ｂ間に第１のアンテナ２を挟むように位置させていることで、両第２のアンテナ３Ａ、３Ｂ間の離間距離が自ずと離れ、これにより２つの第２のアンテナ３Ａ、３Ｂを設けながらも、これら両第２のアンテナ３Ａ、３Ｂの干渉を防止できる。そして、この場合、一方の第２のアンテナ３Ａが垂直偏波の電界を発生し、他方の第２のアンテナ３Ｂが水平偏波の電界を発生するアンテナにより構成されているから、干渉をさらに低減できる。
また、前記一方の第２のアンテナ３Ａと他方の第２のアンテナ３Ｂとでダイバーシチアンテナを構成するようにしたから、２つの第２のアンテナ３Ａ、３Ｂをダイバーシチアンテナとして有効利用を図ることができ、移動電話用アンテナとして好適する。

本発明は、前述した第１及び第２の実施例に限定されるものではなく、次のように実施することもできる。すなわち、本発明の第３の実施例として示す図３及び第４の実施例として示す図４のように、実施しても良い。
図３においては、第２のアンテナ３Ｃを変形折返しモノポールアンテナ４１から構成した点が第１の実施例と異なる。この変形折返しモノポールアンテナ４１は、１本のエレメントから略平行な２本の辺部４２、４３を有するように折返し構造４４が形成されていると共に当該略平行な２本の辺部４２、４３が前記グランド板４における第１のアンテナ２側の面に対して略平行になるように配置されて構成され、そして、辺部４２、４３の前側部分が折曲げ構造４５、４６により略垂直に折曲げられている。

そして、前記第２のアンテナ３の前記２本の辺部４２、４３のうち、前記第１のアンテナ２近傍側の辺部４２の一部を、前記第１のアンテナ２から離間する凹状（当該凹状のクランク部を符号４２ｂで示す）に形成している。そして、同軸ケーブル４７は、その内側導体４７ａがエレメントの一方の端部側、つまり、辺部４２の端部４２ａ側に接続されていると共に、その外側導体４７ｂがエレメントの他方の端部側、つまり、辺部４３の端部４３ａ側に接続されている。
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４２の端部４２ａから辺部４３の端部４３ａまでの長さ（有効全長）は、「８００ＭＨｚ」帯域の電波の波長の１／２の長さに構成されている。

この第３の実施例においても、干渉の低減を図り得るものである。
図４においては、第２のアンテナ３Ｄを、接地型アンテナ３１により構成したものであり、この接地型アンテナ３１は前述の第２の実施例における他方の第２のアンテナ３Ｂと同一構成であり、同一符号には同一符号を付して、説明は省略する。この実施例においても、前記２本の辺部３２、３３のうち、前記第１のアンテナ２近傍側の辺部３２の一部を、前記第１のアンテナ２から離間する凹状に形成しているから、干渉の低減を図ることができるものである。

その他、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第１の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第２の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第１のアンテナがグランド板に直接配置される構成に限らず、当該第１のアンテナが、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、例えばプリント配線基板やシールドケースなどの他の部材を介してグランド板に配置される構成であっても良い。また、エレメントは線状エレメントではなく、帯板状エレメントであっても良い。

本発明の第１の実施例を示す統合アンテナの斜視図 本発明の第２の実施例を示す図１相当図 本発明の第３の実施例を示す図１相当図 本発明の第４の実施例を示す図１相当図

符号の説明

図面中、１は統合アンテナ、２は第１のアンテナ、３は第２のアンテナ、４はグランド板、１１は変形折返しダイポールアンテナ、１２、１３、１５、１６は辺部、１４、１７は折返し構造、１８〜２１は折曲げ構造、３Ａは一方の第２のアンテナ、３Ｂは他方の第２のアンテナ、３１は接地型アンテナ、４１は変形折返しモノポールアンテナを示す。

Claims (1)

1. 天頂方向に指向性を有する第１のアンテナと、この第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、１本のエレメントを略平行な２本の辺部を有するように折返し形成され、この２本の辺部が前記グランド板における第１のアンテナ側の面と略平行に位置する構成であり、
   且つ、当該第２のアンテナの前記２本の辺部のうち、前記第１のアンテナ近傍側の辺部の一部を、前記第１のアンテナから離間する凹状に形成し、
   前記第１のアンテナの周波数帯域は前記第２のアンテナの周波数帯域の倍であることを特徴とする統合アンテナ。

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