JP4788895B2 - アンテナ装置 - Google Patents

Description

本発明は、アンテナ装置に関し、特に、複数種のアンテナを搭載した複合アンテナ装置に使用されるＥＴＣ用アンテナに関する。

この技術分野において周知のように、現在、車両には種々のアンテナが搭載される。例えば、そのようなアンテナとしては、ＧＰＳ（全地球測位システム）用アンテナや、ＥＴＣ（自動料金収受システム）用アンテナ、ＶＩＣＳ（道路交通情報通信システム）用アンテナ、電話用アンテナ等がある。

ＧＰＳ（Global Positioning System）は、人工衛星を用いた衛星測位システムである。ＧＰＳは、地球を周回している１８個の人工衛星のうちの４個の人工衛星からの電波（ＧＰＳ信号）を受信し、この受信した電波から移動体と人工衛星との位置関係および時間誤差を測定して三角測量の原理に基づいて、移動体の地図上における位置や高度を高精度で算出することを可能としたものである。

ＧＰＳは、近年では、走行する自動車の位置を検出するカーナビゲーションシステム等に利用され、広く普及している。カーナビゲーション装置は、このＧＰＳ信号を受信するためのＧＰＳ用アンテナと、このＧＰＳ用アンテナが受信したＧＰＳ信号を処理して車両の現在位置を検出する処理装置と、この処理装置で検出された位置を地図上に表示するための表示装置等から構成される。

一方、ＥＴＣ（Electronic toll Collection）は、高速道路等の有料道路の通行料を支払うための料金所における渋滞を緩和するための方策として開発されたシステムである。すなわち、ＥＴＣとは、高速道路料金所において、無線通信を利用して自動的に通行料金の支払いを行うシステムである。ＥＴＣでは、料金所に設置されているゲートに設けられた路側アンテナと、ＥＴＣ用アンテナを有する車載通信機器を搭載した通行車両との間で双方向通信を行い、通行車両の車両情報等を取得し、通行車両を停止させることなく高速道路通行料金の支払い業務を行うことを可能としたものである。

従来、ＧＰＳ用アンテナとＥＴＣ用アンテナとを併設した複合アンテナ装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

また、ＶＩＣＳ（Vehicle Information and Communication System）は、車両を運転する運転者に対して渋滞や通行止め等の交通情報を提供するために、道路に沿って所定の間隔で設けられた路上局（いわゆるビーコン）と車両との間で通信を行う路車間通信システムである。車両に搭載するＶＩＣＳ車載機は、ＶＩＣＳ用アンテナと、このＶＩＣＳ用アンテナにケーブルを介して接続された別体の信号処理装置とから構成されている。ＶＩＣＳ用アンテナとして、光ビーコン用の送受信アンテナと電波ビーコン用の受信アンテナとをアンテナ基板上に搭載した路車間通信用車載アンテナ装置が知られている（例えば、特許文献２参照）。

さらに、ＧＰＳ用アンテナ、ＶＩＣＳ用アンテナ及びＥＴＣ用アンテナを備えた複合アンテナ装置も知られている（例えば、特許文献３参照）。この特許文献３に開示された複合アンテナ装置では、ＥＴＣ用アンテナを、ＧＰＳ用アンテナ及びＶＩＣＳ用アンテナを実装する回路基板とは別のサブアッセンブリとして実装している。すなわち、ＥＴＣ用アンテナは、ＧＰＳ用アンテナ及びＶＩＣＳ用アンテナと指向性が大きく異なるので、ＥＴＣ用アンテナだけ独立して取り付け方向を調整できるようにしている。

一方、車載用セルラーアンテナのような周波数帯域の広い広帯域アンテナとして、給電素子である逆Ｌ素子と無給電素子である寄生素子とを近接して配置した電話用アンテナも知られている。

上述したＥＴＣ用アンテナとしては、例えば、平面アンテナ素子と、この平面アンテナ素子と平行に配置されたグランド板とを備えた平面アンテナを使用することができる（例えば、特許文献４参照）。

しかしながら、このような平面板により放射面パターン（平面アンテナ素子）とグランド面パターン（グランド板）とを形成しただけでは、ＥＴＣ用アンテナとして必要とされるビーム幅を得ることはできない。

一方、ビーム幅を拡張するアンテナは従来から種々提案されている。例えば、グランド板上に配置した板状ループ素子の周囲に導体壁を設けて、ビーム幅を拡張した直線偏波ループアンテナが知られている（例えば、特許文献５参照）。また、平板状放射素子を誘電体基板の中央部に閉じ込め、誘電体基板の周囲で、放射素子の厚さ方向に形成された側面と、この側面から表面の端部近傍に張り出す複数の庇状部分とを有する導体壁を備えたアンテナ装置が知られている（例えば、特許文献６参照）。ループアンテナ素子の周囲に導体壁を設けて、水平面に対する低仰角範囲における指向性を改善したループアンテナも知られている（例えば、特許文献７参照）。アース板上に、放射素子の周端縁から側方に全周にわたって放射素子を囲むように内側アース壁体及び外側アース壁体とを凸設して、放射特性を改善した平面アンテナが知られている（例えば、特許文献８参照）。さらに、放射素子とアース板とを非平行に配置して、正面方向の放射特性を改善した平面アンテナも知られている（例えば、特許文献９参照）。

特開２００２−１１１３７７号公報 特開２０００−３０７３２０号公報 特開２００４−５６７７３号公報 特開２００１−２４４２８号公報 特開２００３−２３６１１号公報 特開２００４−３０４６２１号公報 特開２００５−６４７７５号公報（図９） 特開２００３−１９８２３８号公報 特開２００３−２７３６３９号公報

前述したように、ＥＴＣ用アンテナは、料金所に設置されているゲートに設けられた路側アンテナとの間で双方向通信を行う必要がある。したがって、上述した特許文献５〜８に開示されているような、単にアンテナ素子の周囲に導体壁を設けただけでは、路側アンテナとの間で確実に双方向通信を行えない。換言すれば、ＥＴＣ用アンテナの指向性特性のピーク位置を路側アンテナへ向けることができない。一方、特許文献９は、アンテナの正面方向（放射素子面の垂直方向）の放射特性を改善しているだけであって、ゲートに設けられた路側アンテナとの間の配置関係については何等考慮されていない。

したがって、本発明の課題は、ゲートに設けられた路側アンテナとの間で確実に双方向通信を行うことが可能なアンテナ装置（ＥＴＣ用アンテナ）を提供することにある。

本発明によれば、設置面（５１ｅ）に対して前方へ所定角度だけ傾斜して配置されたアンテナ装置であって、アンテナ素子（３１）と、該アンテナ素子と平行に配置されたグランド板（３２）と、前記所定角度だけ傾斜した傾斜面（３４ａ）と係合孔（３４ｃ）とを持つベース（３４）と、前記アンテナ素子（３１）と前記グランド板（３２）との間に介在し、上方へ延在する上方フック部（３５ｅ）と下方へ延在する下方フック部（３５ｃ）とを持つスペーサ（３５）とを備え、前記グランド板（３２）はその周端縁から前記アンテナ素子の方向へ前記アンテナ素子を囲むように立設して延びる壁部（３２ａ）を有し、前記ベース（３４）上に前記グランド板（３２）と前記アンテナ素子（３１）とが搭載されており、前記アンテナ素子（３１）は前記スペーサ（３５）及び前記グランド板（３２）を介して下方へ延在する給電導体（３１２）を持ち、前記スペーサ（３５）の前記上方フック部（３５ｅ）が前記アンテナ素子（３１）と係合し、前記スペーサ（３５）の前記下方フック部（３５ｃ）が前記ベース（３４）の前記係合孔（３４ｃ）と係合することで、前記アンテナ素子（３１）、前記スペーサ（３５）、前記グランド板（３２）および前記ベース（３４）を一体化して、回路基板（５１）に固定することを特徴とするアンテナ装置（３０Ａ）が得られる。

上記本発明に係るアンテナ装置（３０Ａ）において、前記所定角度は、実質的に２３°に等しいことが好ましい。前記アンテナ素子（３１）は、矩形の金属板からなり、対角方向に長孔（３１ａ）を持つもので良い。前記アンテナ装置（３０Ａ）は、中心導体と外部導体とを持つ同軸ケーブル（６２）を更に備えてよい。この場合、前記中心導体は前記給電導体（３１２）の一端に接続され、前記外部導体は前記グランド板（３２）に接続され、前記アンテナ装置（３０Ａ）はＥＴＣ用アンテナであって良い。

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。

本発明に係るアンテナ装置は、回路基板の主面に対して前方へ所定角度だけ傾斜して配置されているので、ゲートに設けられた路側アンテナとの間で確実に双方向通信を行うことができる。

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。

図１及び図２を参照して、本発明の第１の実施の形態に係るアンテナ装置３０について説明する。図１はアンテナ装置（ＥＴＣ用アンテナ）３０を斜め前方から見た拡大斜視図である。図２はアンテナ装置（ＥＴＣ用アンテナ）３０を前方から見た拡大斜視図である。

アンテナ装置（ＥＴＣ用アンテナ）３０は、回路基板５１の主面５１ｅ上に配置されている。アンテナ装置３０は、回路基板５１の主面５１ｅに対して前方へ所定角度傾斜して配置されている。換言すれば、アンテナ装置３０は、水平面である回路基板５１の主面５１ｅに対して前方へ所定角度だけ傾斜して配置されている。図示の例では、この傾斜角度はほぼ２３°である。

アンテナ装置３０は、アンテナ素子３１と、このアンテナ素子３１と平行に配置されたグランド板３２とを備える。グランド板３２は、その周端縁からアンテナ素子３１の方向へアンテナ素子３１を囲むように立設して延びる壁部３２ａを有する。アンテナ素子３１とグランド板３２との間には給電導体（図示せず）を持つスペーサ（図示せず）が介在している。アンテナ素子３１は、矩形の金属板からなり、対角方向に長孔３１ａを持つ。

尚、壁部３２ａの高さは、アンテナ素子３１とグランド板３２との間の離間距離に実質的に等しいか、或いはそれよりも低い。

アンテナ素子３１で受信された信号は、同軸型の出力ケーブル６２を介して外部回路（図示せず）へ伝達される。詳述すると、出力ケーブル６２の中心導体は給電導体の一端に接続され、出力ケーブル６２の外部導体はグランド板３２に接続されている。

図３に図１及び図２に示された本発明による「壁あり」のアンテナ装置（ＥＴＣ用アンテナ）３０と、従来の「壁なし」のアンテナ装置（ＥＴＣ用アンテナ）とのアンテナ放射パターンを示す。図３において、「壁あり」の実線は、本発明に係るアンテナ装置（ＥＴＣ用アンテナ）３０のアンテナ放射パターンであり、「壁なし」の鎖線が、従来のアンテナ装置（ＥＴＣ用アンテナ）のアンテナ放射パターンを示す。図３は周波数が５．８２５ＧＨｚのときのアンテナ放射パターンを示している。

図３から明らかなように、本発明の第１の実施の形態に係るアンテナ装置３０のように、グランド板３２の周縁を直角に折り曲げて壁部３２ａを形成することにより、アンテナ放射パターンを低仰角側へ引っ張り、ビーム幅を広げることができる。したがって、ＥＴＣ用アンテナとして求められるビーム幅を確保することができる。また、グランド板が平面板である、すなわち、従来の「壁なし」のＥＴＣ用アンテナの場合と比べて、投影面積が小さくとも、アンテナ前面（第３のアンテナ素子３１の法線方向）へアンテナ利得を集めることができる。その為、アンテナ利得の向上も狙える。

また、本発明の第１の実施の形態によるアンテナ装置（ＥＴＣ用アンテナ）３０は、回路基板５１の主面５１ｅに対して前方へ約２３°の角度だけ傾けて配置されているので、ゲートに設けられた路側アンテナとの間で確実に双方向通信を行うことが可能となる。

図４乃至図８を参照して、本発明の第２の実施の形態に係るアンテナ装置３０Ａについて説明する。図４はアンテナ装置（ＥＴＣアンテナ）３０Ａの分解斜視図である。図５はアンテナ装置（ＥＴＣアンテナ）３０Ａに使用されるアンテナ素子３１を示す図で、（Ａ）はアンテナ素子３１の平面図、（Ｂ）はアンテナ素子３１の正面図である。図６はグランド板３２を示す図で、（Ａ）はグランド板３２の平面図、（Ｂ）はグランド板３２の正面図、（Ｃ）はグランド板３２の側面図である。図７はベース３４を示す図で、（Ａ）はベース３４の斜視図、（Ｂ）はベース３４の平面図、（Ｃ）はベース３４の前面図（正面図）、（Ｄ）はベース３４の左側面図、（Ｅ）はベース３４の右側面図、（Ｆ）はベース３４の後面図（背面図）、（Ｇ）はベース３４の底面図である。図８はスペーサ３５を示す図で、（Ａ）はスペーサ３５の斜視図、（Ｂ）はスペーサ３５の平面図、（Ｃ）はスペーサ３５の前面図（正面図）、（Ｄ）はスペーサ３５の左側面図、（Ｅ）はスペーサ３５の右側面図、（Ｆ）はスペーサ３５の後面図（背面図）、（Ｇ）はスペーサ３５の底面図である。

図４に示されるように、アンテナ装置３０Ａでは、ベース３４の傾斜面３４ａ上にグランド板３２が搭載され、このグランド板３２上にスペーサ３５が搭載され、このスペーサ３５上にアンテナ素子３１である放射板が搭載される。換言すれば、アンテナ素子３１とグランド板３２との間にスペーサ３５が介在している。

図５を参照して、アンテナ素子３１は、矩形の金属板からなり、対角方向に長孔３１ａを持つ。第３のアンテナ素子３１は、更に、当該第３のアンテナ素子３１をスペーサ３５上に位置決めするために、その四隅に後述するスペーサ３５の４本の上方位置決め突起３５ｂと係合する４個の位置決め孔３１ｂを持つ。

尚、図５では図示していないが、アンテナ素子３１は、下方へ延在する棒状の給電導体３１２（図４参照）を備えている。すなわち、この給電導体３１２は、スペーサ３５及びグランド板３２を介して下方へ延在している。

図６を参照して、グランド板３２は、後述するスペーサ３５を介してアンテナ素子３１と平行に配置される。グランド板３２は、アンテナ素子３１と平行に配置されるグランド板部３２２と、このグランド板部３２２の周端縁からアンテナ素子３１の方向へアンテナ素子３１を囲むように立設して延びる壁部３２ａとを有する。壁部３２ａの高さは、アンテナ素子３１とグランド板３２との間の離間距離に実質的に等しいか、或いはそれよりも低い。グランド板３２のグランド板部３２２は、後述するスペーサ３５の４本の下方位置決め突起３５ｄを挿通するために、その四隅に４個の貫通孔３２ｂを持つ。グランド板３２は、その前縁および後縁で、後述するスペーサ３５の一対の下方フック部３５ｃを挿通するためのＬ字形状の一対の開口部３２ｃを持つ。グランド板３２のグランド板部３２２は、更に、上記棒状の給電導体３１２を挿通するための貫通孔３２ｄを持つ。

図７を参照して、ベース３４は、回路基板５１の主面５１ｅ（図１及び図２参照）に対して前方へ所定角度（例えば、２３°）だけ傾斜した傾斜面３４ａ上の四隅に、上記スペーサ３５の４本の下方位置決め突起３５ｄと係合するための４個の係合孔３４ｂを持つ。ベース３４は、その傾斜面３４ａの前辺および後辺近傍に、上記スペーサ３５の一対の下方フック部３５ｃと係合するための一対の係合孔３４ｃを持つ。ベース３４は、その傾斜面３４ａの右上隅および左下隅にスペーサ２４を位置決めするための、上方に突出する位置決め壁３４１を持つ。

ベース３４は、その右辺の前方から水平方向右側へ延在する取付板３４２を備える。この取付板３４２は、その前縁から上方へ突出するフック部３４２ａを有する。また、この取付板３４２は、ネジにより当該ベース３４を回路基板５１に取り付けるためのネジ孔３４２ｂを持つ。一方、回路基板５１は、フック部３４２ａが係合する係合孔と、ネジ孔３４２ｂと対応する位置に設けられて上記ネジのネジ部が挿通する貫通孔とを持つ。ベース３４は、その後縁下端から水平方向後方へ延在する舌片部３４３を備える。この舌片部３４３は、その後縁から上方へ突出するフック部３４３ａを有する。回路基板５１は、このフック部３４３ａが係合する係合孔を持つ。したがって、取付板３４２のフック部３４２ａと舌片部３４３のフック部３４３ａとを回路基板５１の係合孔に係合して、ベース３４を回路基板５１に対して取り付けた後、ネジを回路基板５１の貫通孔を通して取付部３４２のネジ孔３４２ｂに螺合することによって、ベース３４は回路基板５１に固定される。

ベース３４は、また、出力ケーブル６２を挿通するための挿通孔３４ｄを持つ。

図８を参照して、スペーサ３５は、内部に開口３５ａを持つ実質的に矩形板の形状をしている。スペーサ３５は、上記アンテナ素子３１の４個の位置決め孔３１ｂと係合するために、その四隅で上昇へ突出した上記４本の上方位置決め突起３５ｂを持つ。

スペーサ３５は、その前縁および後縁で、下方へ延在する上記一対の下方フック部３５ｃを備える。一方、スペーサ３５は、上記グランド板３２の４個の貫通孔３２ｂを貫通して上記ベース３４の４個の係合孔３４ｂと係合するために、その四隅で下方へ突出した上記下方位置決め突起３５ｄを持つ。したがって、一対の下方フック部３５ｃを、グランド板３２の一対の開口部３２ｃを介してベース３４の一対の係合孔３４ｃと係合することによって、グランド板３２はベース３４の傾斜面３４ａ上に取付けられる。

スペーサ３５は、又、その両側縁で、上方へ延在する一対の上方フック部３５ｅを持つ。したがって、４本の上方位置決め突起３５ｄをアンテナ素子３１の４個の位置決め孔３１ｂに係合させて、アンテナ素子３１をスペーサ３５上に位置決めした状態で、一対の上方フック部３５ｅをアンテナ素子３１の両側縁と係合することにより、アンテナ素子３１はスペーサ３５上に取り付けられる。

尚、上記実施の形態では、スペーサ３５は、４本の上方位置決め突起３５ｂと４本の下方位置決め突起３５ｄとを持っているが、その代わりに４個の貫通孔を持っても良い。この場合には、４本の位置決めピンを通すことにより、アンテナ素子３１、スペーサ３５、グランド板３２、及びベース３４が互いに位置決めされる。

本第２の実施の形態に係るアンテナ装置３０Ａにおいても、グランド板３２の周縁を直角に折り曲げて壁部３２ａを形成しているので、アンテナ放射パターンを低仰角側へ引っ張り、ビーム幅を広げることができる。したがって、ＥＴＣ用アンテナとして求められるビーム幅を確保することができる。また、グランド板が平面板である従来のＥＴＣ用アンテナと比較して、アンテナ利得の向上も狙える。

また、本第２の実施の形態に係るアンテナ装置（ＥＴＣ用アンテナ）３０Ａは、回路基板５１の主面５１ｅに対して前方へ約２３°の角度だけ傾けて配置されているので、ゲートに設けられた路側アンテナとの間で確実に双方向通信を行なうことができる。

さらに、本第２の実施の形態に係るアンテナ装置３０Ａでは、アンテナ素子３１とグランド板３２との間にスペーサ３５を設ける構造を採用したので、組み付け状態を目で確認することができ、組み付け作業の間違いを少なくすることができる。

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、本発明に係るアンテナ装置をＥＴＣ用アンテナに適用した場合を例に挙げて説明したが、本発明に係るアンテナ装置は、北米において実用化されているデジタルラジオ放送受信用のＸＭアンテナやシリウスアンテナにも流用できるのは勿論である。

本発明の第１の実施の形態に係るアンテナ装置（ＥＴＣ用アンテナ）を斜め前方から見た拡大斜視図である。 図１に示したアンテナ装置（ＥＴＣ用アンテナ）を前方から見た拡大斜視図である。 図１及び図２に示した本発明に係る「壁あり」のアンテナ装置（ＥＴＣ用アンテナ）と、従来の「壁なし」のアンテナ装置（ＥＴＣ用アンテナ）とのアンテナ放射パターンを示す図である。 本発明の第２の実施の形態に係るアンテナ装置（ＥＴＣアンテナ）の分解斜視図である。 図４に示すアンテナ装置（ＥＴＣアンテナ）に使用されるアンテナ素子を示す図で、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は正面図である。 図４に示すアンテナ装置（ＥＴＣアンテナ）に使用されるグランド板を示す図で、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は正面図、（Ｃ）は側面図である。 図４に示すアンテナ装置（ＥＴＣアンテナ）に使用されるベースを示す図で、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は平面図、（Ｃ）は前面図（正面図）、（Ｄ）は左側面図、（Ｅ）は右側面図、（Ｆ）は後面図（背面図）、（Ｇ）は底面図である。 図４に示すアンテナ装置（ＥＴＣアンテナ）に使用されるスペーサを示す図で、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は平面図、（Ｃ）は前面図（正面図）、（Ｄ）は左側面図、（Ｅ）は右側面図、（Ｆ）は後面図（背面図）、（Ｇ）は底面図である。

符号の説明

３０、３０Ａ アンテナ装置（ＥＴＣ用アンテナ）
３１ アンテナ素子
３１ａ 長孔
３２ グランド板
３２ａ 壁部
３４ ベース
３５ スペーサ
５１ 回路基板
５１ｅ 主面
６２ 出力ケーブル（同軸ケーブル）

Claims (5)

1. 設置面に対して前方へ所定角度だけ傾斜して配置されたアンテナ装置であって、
   アンテナ素子と、
   該アンテナ素子と平行に配置されたグランド板と、
   前記所定角度だけ傾斜した傾斜面と係合孔とを持つベースと、
   前記アンテナ素子と前記グランド板との間に介在し、上方へ延在する上方フック部と下方へ延在する下方フック部とを持つスペーサとを備え、
   前記グランド板はその周端縁から前記アンテナ素子の方向へ前記アンテナ素子を囲むように立設して延びる壁部を有し、
   前記ベース上に前記グランド板と前記アンテナ素子とが搭載されており、
   前記アンテナ素子は前記スペーサ及び前記グランド板を介して下方へ延在する給電導体を持ち、
   前記スペーサの前記上方フック部が前記アンテナ素子と係合し、前記スペーサの前記下方フック部が前記ベースの前記係合孔と係合することで、前記アンテナ素子、前記スペーサ、前記グランド板および前記ベースを一体化して、回路基板に固定することを特徴とするアンテナ装置。
2. 前記所定角度は、実質的に２３°に等しいことを特徴とする、請求項１に記載のアンテナ装置。
3. 前記アンテナ素子は、矩形の金属板からなり、対角方向に長孔を持つ、請求項１又は請求項２に記載のアンテナ装置。
4. 中心導体と外部導体とを持つ同軸ケーブルを更に備え、前記中心導体は前記給電導体の一端に接続され、前記外部導体は前記グランド板に接続されている、請求項１乃至３のいずれか１つに記載のアンテナ装置。
5. 前記アンテナ装置がＥＴＣ用アンテナである、請求項１乃至４のいずれか１つに記載のアンテナ装置。

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