JP4569760B2 - Antenna device - Google Patents
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Description
本発明は、アンテナユニットを有するアンテナ装置に関し、特に、人工衛星からの電波(以下「衛星波」とも呼ぶ。)または地上での電波(以下「地上波」とも呼ぶ。)を受信してデジタルラジオ放送を聴取することが可能なデジタルラジオ受信機用のアンテナユニットを有するアンテナ装置に関する。 The present invention relates to an antenna device having an antenna unit , and in particular, receives a radio wave from an artificial satellite (hereinafter also referred to as “satellite wave”) or a radio wave on the ground (hereinafter also referred to as “terrestrial wave”), and digital radio. The present invention relates to an antenna device having an antenna unit for a digital radio receiver capable of listening to broadcasting.
最近、衛星波または地上波を受信して、デジタルラジオ放送を聴取可能にしたデジタルラジオ受信機が開発され、米国において実用化されている。すなわち、XMとシリウスという2つの放送局が計250チャンネル以上のラジオ番組を全国に提供している。このデジタルラジオ受信機は、一般には、自動車等の移動体に搭載され、周波数が約2.3GHz帯の電波を受信してラジオ放送を聴取することが可能である。すなわち、デジタルラジオ受信機は、モバイル放送を聴取することが可能なラジオ受信機である。受信電波の周波数が約2.3GHz帯なので、そのときの受信波長(共振波長)λは約128.3mmである。尚、地上波は、衛星波を一旦、地球局で受信した後、周波数を若干シフトし、直線偏波で再送信したものである。すなわち、衛星波は円偏波であるの対して、地上波は直線偏波である。 Recently, a digital radio receiver that can receive a digital radio broadcast by receiving satellite waves or terrestrial waves has been developed and put into practical use in the United States. That is, two broadcast stations, XM and Sirius, provide radio programs with a total of 250 channels or more nationwide. This digital radio receiver is generally mounted on a moving body such as an automobile, and can receive radio waves by receiving radio waves having a frequency of about 2.3 GHz. That is, the digital radio receiver is a radio receiver capable of listening to mobile broadcasts. Since the frequency of the received radio wave is about 2.3 GHz, the reception wavelength (resonance wavelength) λ at that time is about 128.3 mm. The terrestrial wave is a satellite wave that is once received by the earth station, then slightly shifted in frequency, and retransmitted with linearly polarized waves. That is, satellite waves are circularly polarized while terrestrial waves are linearly polarized.
XM衛星ラジオ用アンテナ装置は、静止衛星2ケより円偏波電波を受信し、不感地帯では地上直線偏波設備により電波を受信する。一方、シリウス衛星ラジオ用アンテナ装置は、周回衛星3ケ(シンクロ型)より円偏波電波を受信し、不感地帯では地上直線偏波設備により電波を受信する。 The antenna device for XM satellite radio receives circularly polarized radio waves from two geostationary satellites, and receives radio waves from the ground linear polarization equipment in the dead zone. On the other hand, the antenna device for Sirius satellite radio receives circularly polarized radio waves from three orbiting satellites (synchronous type), and receives radio waves by the ground linear polarization equipment in the dead zone.
このようにデジタルラジオ放送では、約2.3GHz帯の周波数の電波が使用されるので、その電波を受信するアンテナ装置は、室外に設置されなければならない。従って、デジタルラジオ受信機を自動車等の移動体に搭載する場合には、そのアンテナ装置を移動体の屋根に取り付けなければならない。 As described above, since radio waves with a frequency of about 2.3 GHz band are used in digital radio broadcasting, an antenna device that receives the radio waves must be installed outdoors. Therefore, when the digital radio receiver is mounted on a moving body such as an automobile, the antenna device must be attached to the roof of the moving body.
このようなアンテナ装置は、アンテナユニットと、このアンテナユニットを覆うためのアンテナケースとから構成される。アンテナケースは、ドーム状のトップカバーとボトムプレートとから構成される。アンテナユニットは、アンテナエレメントと回路基板とシールドケースとから構成される。アンテナエレメントは、例えば、セラミック製のパッチアンテナで構成され、衛星波を受信する。回路基板には、このアンテナエレメントで受信した信号に対して信号増幅などの各種信号処理を施す回路(以下、信号処理回路と呼ぶ)が形成されている。シールドケースは信号処理回路をシールドするためのものである。 Such an antenna device includes an antenna unit and an antenna case for covering the antenna unit. The antenna case includes a dome-shaped top cover and a bottom plate. The antenna unit includes an antenna element, a circuit board, and a shield case. The antenna element is composed of, for example, a ceramic patch antenna and receives satellite waves. On the circuit board, a circuit (hereinafter referred to as a signal processing circuit) for performing various signal processing such as signal amplification on the signal received by the antenna element is formed. The shield case is for shielding the signal processing circuit.
アンテナエレメントとして用いられる従来のセラミック製のパッチアンテナは、セラミック材料から成る誘電体の両面にスクリーン印刷が施されたものである。 A conventional ceramic patch antenna used as an antenna element is obtained by performing screen printing on both surfaces of a dielectric made of a ceramic material.
従来のセラミック製パッチアンテナは、低仰角においてアンテナ指向性利得が大きいアンテナ特性を持つ。しかしながら、シリウス衛星ラジオ用アンテナ装置においては、アンテナエレメントとして、高仰角において指向性利得が大きいアンテナ特性を持つものが望まれている。 Conventional ceramic patch antennas have antenna characteristics with a large antenna directivity gain at a low elevation angle. However, in an antenna device for Sirius satellite radio, an antenna element having an antenna characteristic with a large directivity gain at a high elevation angle is desired.
したがって、本発明の課題は、高仰角においてアンテナ指向性利得の大きいアンテナ特性を持つパッチアンテナを備えたアンテナユニットを有するアンテナ装置を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide an antenna apparatus having an antenna unit including a patch antenna having an antenna characteristic with a high antenna directivity gain at a high elevation angle.
本発明によれば、パッチアンテナ(20)と、該パッチアンテナの底面に取り付けられ、信号処理回路が形成された回路基板(22)と、前記信号処理回路をシールドするシールドケース(24)と、を備えたアンテナユニット(12)を有するアンテナ装置(10)に於いて、前記アンテナユニット(12)は、前記パッチアンテナ(20)の天面に設けられた導波器(40)を有し、前記アンテナ装置(10)は、ボトムプレート(14)と、前記アンテナユニットと前記ボトムプレートとの間に配置されたユニット固定部材(30)とを有し、該ユニット固定部材は、前記アンテナユニットを前記ボトムプレート上に固定させるものであることを特徴とするアンテナ装置が得られる。 According to the onset bright, the patch antenna (20), attached to the bottom surface of the patch antenna, the circuit board signal processing circuit is formed (22), a shield case for shielding the signal processing circuit (24) , in the antenna device (10) having an antenna unit (12) provided with said antenna unit (12) has said patch antenna (20) of the provided on the top surface was waveguide (40) The antenna device (10) includes a bottom plate (14) and a unit fixing member (30) disposed between the antenna unit and the bottom plate, and the unit fixing member includes the antenna unit. Is fixed on the bottom plate, an antenna device is obtained.
上記本発明によるアンテナ装置において、前記導波器(40)は、前記パッチアンテナの天面に貼り付けられたクッション部材(41)と、該クッション部材の上に設置された金属リング(42)と、から構成されることが好ましい。このようなアンテナ装置は、例えば、衛星ラジオ受信用アンテナ装置として使用される。前記ボトムプレート(14)は、複数本の螺子(26)が螺合される螺子穴(142a)が切られた複数のボス(142)を有し、前記ユニット固定部材(30)は、前記複数のボスと対応する位置に設けられ複数のボス受け部(31)を持ち、前記複数のボス受け部には前記複数本の螺子を連通する連通穴(31a)が空けられており、前記アンテナユニット(12)は、前記複数本の螺子の内の少なくとも2本の螺子を貫通する貫通穴(24b)が空けられた耳(241)を有して良い。前記ユニット固定部材(30)は、前記アンテナ装置(10)を前記移動体に対して仮止めする下方へ延在する一対のツメ(32)を持ち、前記ボトムプレート(14)は、前記一対のツメを通す2つの穴(141b)を持つことが望ましい。 In the antenna device according to the present invention, the director (40) includes a cushion member (41) attached to the top surface of the patch antenna, and a metal ring (42) installed on the cushion member. It is preferable that it is comprised from these. Such an antenna device is used, for example, as a satellite radio reception antenna device . The bottom plate (14) includes a plurality of bosses (142) having screw holes (142a) into which a plurality of screws (26) are screwed, and the unit fixing member (30) includes the plurality of bosses (142). The antenna unit has a plurality of boss receiving portions (31) provided at positions corresponding to the bosses, and the plurality of boss receiving portions have communication holes (31a) communicating the plurality of screws. (12) may include an ear (241) having a through hole (24b) penetrating at least two of the plurality of screws. The unit fixing member (30) has a pair of downwardly extending claws (32) for temporarily fixing the antenna device (10) to the moving body, and the bottom plate (14) It is desirable to have two holes (141b) through which the claws pass.
尚、上記括弧内の符号は、本発明の理解を容易にするために付したものであり、一例にすぎず、これらに限定されないのは勿論である。 In addition, the code | symbol in the said parenthesis is attached | subjected in order to make an understanding of this invention easy, and it is only an example, and of course is not limited to these.
本発明では、パッチアンテの天面に導波器を設けたので、高仰角における指向性利得を大きくすることができるという効果を奏する。 In the present invention, since the director is provided on the top surface of the patch antenna, the directivity gain at a high elevation angle can be increased.
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1を参照して、本発明の一実施の形態に係るパッチアンテナを含むアンテナ装置10について説明する。図示のアンテナ装置10は、デジタルラジオ受信機用のアンテナ装置であって、自動車等の移動体の屋根に設置されて使用される。
An
図示のアンテナ装置10は、アンテナユニット12と、このアンテナユニット12を覆うためのアンテナケース(後述する)とから構成される。アンテナケースは、ドーム状のトップカバー(図示せず)とボトムプレート14とから構成される。アンテナユニット12はトップカバー内に収納される。
The illustrated
アンテナユニット12は、アンテナエレメント20と回路基板22とシールドケース24とを有する。図示のアンテナエレメント20は、セラミック製のパッチアンテナで構成され、衛星波を受信する。回路基板22には、このアンテナエレメント20で受信した信号に対して信号増幅などの各種信号処理を施す回路(以下、信号処理回路と呼ぶ)が形成されている。アンテナエレメント20と回路基板22とは、図示しない両面テープなどによって接合される。
The
回路基板22には、受信信号をアンテナケースの外部に取り出すためのケーブル(図示せず)が接続される。また、回路基板22には、アンテナエレメント20が配置された側とは反対側の主面に、上記信号処理回路をシールドするためのシールドケース24が取り付けられている。
Connected to the
シールドケース24は、ケーブルを通すための開口24aを持つ。シールドケース24は、その両側側面から外側へ延びる一対の耳241を有する。これら耳241には、螺子26を貫通するための貫通穴24bが空けられている。
The
アンテナ装置10は、アンテナユニット12とボトムプレート14との間に配置されたユニット固定部材30を備えている。このユニット固定部材30は、後述するように、当該アンテナ装置10を移動体(車体)の屋根に仮固定し、かつアンテナユニット12をボトムプレート14上に固定するためのものである。すなわち、アンテナユニット12の真下にユニット固定部材30が配置されている。
The
一方、ボトムプレート14は、このユニット固定部材30を収容するための凹部141を持つ。ボトムプレート14は、3本の螺子26が螺合される螺子穴142aが切られた3つのボス142を有する。これら3つのボス142の内の2つは、上記シールドケース24の一対の耳241と対応する位置に設けられている。
On the other hand, the
ユニット固定部材30は、ボトムプレート14の上記3つのボス142と対応する位置に、ボスを受ける3つのボス受け部31を持つ。これらボス受け部31には、3本の螺子26を連通するための連通穴31aが空けられている。ユニット固定部材30は、ケーブルを通すための穴30aを持つ。更に、ユニット固定部材30は、当該アンテナ装置10を移動体(車体)の屋根に対して仮止めするために下方へ延在する一対のツメ32を持つ。
The
ボトムプレート14には、凹部141にケーブルを通すための穴141aと、一対のツメ32を通すための2つの穴141bとが空けられている。
The
以下、図1を参照して、このような構成のアンテナ装置10を移動体(車体)に固定する方法について説明する。
Hereinafter, a method for fixing the
先ず、ユニット固定部材30の一対のツメ32をボトムプレート14の2つの穴141bに通す。このとき、ボトムプレート14の3つのボス142はユニット固定部材30のボス受け部31に挿入された状態で受けられる。
First, the pair of
次に、3本の螺子26を、シールドケース24の2つの貫通穴24bおよびユニット固定部材30の3つの連通穴31aを介して、ボス142の螺子穴142aに螺子止めする。これにより、アンテナユニット12はユニット固定部材30を介してボトムプレート14上に固定される。
Next, the three
次に、ボトムプレート14の下面から下方へ延在する円筒状のボルト50を移動体(車体)の屋根(図示せず)に空けられた開口(図示せず)に通す。これにより、アンテナ装置10は移動体(車体)の屋根上に仮固定される。
Next, a
そして、ナット(図示せず)をボルト50に螺合することによって、本アンテナ装置10は移動体(車体)の屋根上に本固定される。
And this
このように本実施の形態では、アンテナ装置10を移動体(車体)上に仮固定し、かつアンテナユニット12をボトムプレート14上に固定するためのユニット固定部材30を、アンテナユニット12の真下に配置して、ユニット固定部材30をアンテナユニット12と重なるような配置にしている。この結果、アンテナケース内にて必要となるスペースを縮小することができる。その為、より小型でデザイン性の高いアンテナ装置10を提供することが可能となる。
As described above, in the present embodiment, the
セラミック製のパッチアンテナ20は、セラミック材料から成る誘電体の両面(天面と底面)にスクリーン印刷が施されたものである。詳述すると、パッチアンテナ20は、誘電体の天面に放射素子(図示せず)が形成され、底面に接地導体(図示せず)が形成された構成をしている。
The
本実施の形態に係るパッチアンテナ20は、その天面に導波器40が装着されている。導波器40は、発泡性のクッション部材41と、矩形の金属リング42とから構成されている。クッション部材41は、例えば、ポリウレタン発砲体から構成されるが、できるだけ誘電率が低い材料で構成されるものが望ましい。クッション部材41は、パッチアンテナ20の天面に貼り付けられている。金属リング42は、アルミニウムや銅の金属材料で作られる。金属リング42は、クッション部材41の上に設置される。図示の実施の形態では、金属リング42は金属テープで形成されている。
The
導波器40は、クッション部材41と矩形の金属リング42とから構成されるので、非常に安価で且つ簡易な構造をしている。
Since the
図2に、パッチアンテナ20のみから成る従来のパッチアンテナ(20)と、パッチアンテナ20と導波器40との組み合わせから成る本発明のパッチアンテナ(20,40)のアンテナ指向性利得を示す。図2において、太線が本発明のパッチアンテナのアンテナ指向性利得を示し、細線が従来のパッチアンテナのアンテナ指向性利得を示す。図2から明らかなように、本発明のパッチアンテナ(20,40)の方が、従来のパッチアンテナ(20)に比較して、高仰角におけるアンテナ指向性利得が大きいことが分かる。
FIG. 2 shows antenna directivity gains of a conventional patch antenna (20) including only the
このように、パッチアンテナ20の天面に導波器40を装着することにより、アンテナ指向性の調整を図ることができる。
Thus, by attaching the
以上、本発明について好ましい実施の形態によって説明してきたが、本発明は上述した実施の形態に限定しないのは勿論である。例えば、上述した実施の形態では、導波器としてクッション部材と金属リングの組み合わせからなるものを採用しているが、アンテナ指向性を調整できるものであればどのような構成であっても良い。また、金属リングは矩形に限定されず、種々の形状のものを採用して良い。パッチアンテナを構成する誘電体は、セラミック製に限定されず、樹脂等を使用しても良い。クッション部材は、発泡性のものに限定されず、できるだけ誘電率が小さいものであれば良い。金属リングも金属テープに限定されない。 Although the present invention has been described above with reference to preferred embodiments, it is needless to say that the present invention is not limited to the above-described embodiments. For example, in the above-described embodiment, a waveguide composed of a combination of a cushion member and a metal ring is used, but any configuration may be used as long as the antenna directivity can be adjusted. Further, the metal ring is not limited to a rectangle, and various shapes may be employed. The dielectric constituting the patch antenna is not limited to ceramic, and a resin or the like may be used. A cushion member is not limited to a foaming thing, What is necessary is just a dielectric constant as small as possible. The metal ring is not limited to a metal tape.
また、上記実施の形態において説明したアンテナ装置は、デジタルラジオ受信機用のアンテナ装置に適しているが、これに限定される訳ではなく、GPS受信機用のアンテナ装置や、他の衛星波、地上波を受信するための移動体通信用のアンテナ装置としても適用可能である。 The antenna device described in the above embodiment is suitable for an antenna device for a digital radio receiver. However, the antenna device is not limited to this, and an antenna device for a GPS receiver, other satellite waves, It can also be applied as an antenna device for mobile communication for receiving terrestrial waves.
10 アンテナ装置
12 アンテナユニット
20 アンテナエレメント(パッチアンテナ)
22 回路基板
24 シールドケース
40 導波器
41 クッション部材
42 金属リング
10
22
Claims (5)
前記アンテナユニットは、前記パッチアンテナの天面に設けられた導波器を有し、
前記アンテナ装置は、ボトムプレートと、前記アンテナユニットと前記ボトムプレートとの間に配置されたユニット固定部材とを有し、
該ユニット固定部材は、前記アンテナユニットを前記ボトムプレート上に固定させるものであることを特徴とするアンテナ装置。 In an antenna apparatus having an antenna unit comprising: a patch antenna; a circuit board attached to the bottom surface of the patch antenna; and a signal processing circuit formed thereon; and a shield case that shields the signal processing circuit.
The antenna unit has a director provided on the top surface of the patch antenna ,
The antenna device has a bottom plate, and a unit fixing member disposed between the antenna unit and the bottom plate,
The antenna device, wherein the unit fixing member fixes the antenna unit on the bottom plate .
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