JP5006000B2 - 多周波共用アンテナ - Google Patents

Description

本発明は、多周波共用アンテナに関し、特に複数の周波数帯域に対応して動作可能な多周波共用アンテナに関する。

近年、自動車など搭載される情報端末としては、ＴＥＬＬ（電話）、ＥＴＣ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｔｏｌｌ Ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎｓ「電子式料金徴収システム」：約５．８ＧＨｚ）や、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ「全地球測位システム」：約１．６ＧＨｚ）、ＶＩＣＳ（Ｖｅｈｉｃｌｅ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ「道路交通情報通信システム」：約２．５ＧＨｚ）、無線ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ、ＳＤＡＲＳ（Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｕｄｉｏ Ｒａｄｉｏ Ｓｅｒｖｉｃｅ「衛星デジタルラジオサービス」：約２．３ＧＨｚ）などの利用が普及している。電波を用いたこれらのアプリケーションの発達により、マルチバンド対応の多周波共用アンテナが市場で要求されている。

マルチバンド対応の多周波共用アンテナとしては、逆Ｆ型アンテナが提案されている。この逆Ｆ型アンテナは、小型化と低背化が可能であり、構造が簡単であることから幅広く用いられている。逆Ｆ型アンテナは無給電素子を近接して配置することにより、マルチバンド対応のアンテナとして複数の共振周波数を得ることができる（例えば、特許文献１を参照）。
特開２００４−１２９０６２号公報

ところが、従来の逆Ｆ型アンテナでは、複数の共振周波数を得るために無給電素子を用いた場合に、基本的に１周波数当たり１アンテナエレメントが必要であり、複数の共振周波数を得るためには無給電素子が最低要求される共振周波数の数だけ必要となる。１つの共振周波数帯域を確保するためには複数の無給電素子を用いることもある。

したがって、従来の無給電素子を用いた逆Ｆ型アンテナは部品点数が多くなり、部品点数が多いと、逆Ｆ型アンテナを製造する際のコスト（加工費）が上昇してしまう。また、逆Ｆ型アンテナの製造時には個別に無給電素子と逆Ｆ型アンテナが配置されるが、無給電素子と逆Ｆ型アンテナとの位置関係は組み立て精度に依存し、組み立て精度が悪いとアンテナ特性に影響を与えるので、この位置関係がばらつくとアンテナ特性がばらついてしまう可能性がある。

そこで、本発明は上記課題を解消するために、部品点数の削減を図り組み立て精度を得ることができ、確実に複数の共振周波数を得てマルチバンド対応ができる多周波共用アンテナを提供することを目的とする。

上記課題を解消するために、本発明の多周波共用アンテナの第１の態様は、少なくとも第１共振周波数と該第１共振周波数より低周波側の第２共振周波数で使用される多周波共用アンテナであって、地板と、前記地板に配置された基板と、前記地板に対し略平行に配置されかつ所定の間隔をあけてそれぞれが略平行に配置された所定長さの第１導体及び該第１導体より長い第２導体を含む複数の導体と、一方の端部が前記複数の導体のそれぞれの一方の端部に接続され他方の端部が前記地板に略垂直に接続された接地導体と、前記第１導体の前記接地導体が接続された一方の端部より開放端側の途中部分に接続された給電導体と、を有する逆Ｆ型アンテナエレメントと、を備え、前記第１共振周波数では前記給電導体を介して前記第１導体で共振し、前記第２共振周波数では前記給電導体を介して前記第１導体側から前記第２導体に給電することで前記第１導体及び前記第２導体で共振することを特徴とする。

本発明の多周波共用アンテナの他の態様は、前記複数の導体とは長さの異なる１つ以上の共振用の導体を有する別の逆Ｆ型アンテナエレメントをさらに備えることを特徴とする。

本発明の多周波共用アンテナの他の態様は、前記基板は、第１給電接続部と該第１給電接続部の中間点から垂直に接続された第２給電接続部からなるＴ字型分岐部を有しており、前記第１給電接続部の両端部にそれぞれ前記逆Ｆ型アンテナエレメントと前記別の逆Ｆ型アンテナエレメントが接続されていることを特徴とする。

本発明の多周波共用アンテナの他の態様は、前記給電部の給電点が、前記地板の中央方向に向いていることを特徴とする。

本発明の多周波共用アンテナの他の態様は、ＴＥＬ、ＧＰＳ、ＥＴＣ、無線ＬＡＮ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ、ＶＩＣＳ、ＳＤＡＲＳの少なくとも１つに用いられることを特徴とする。

本発明の多周波共用アンテナの他の態様は、車載用途に用いられていることを特徴とする。

本発明の多周波共用アンテナによれば、部品点数の削減を図り組み立て精度を得ることができ、確実に複数の共振周波数を得てマルチバンド対応ができる。

以下、図面を参照して、本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。
（第１の実施形態）
図１は、本発明の多周波共用アンテナの好ましい第１の実施形態を示す斜視図であり、図２は、図１の多周波共用アンテナを別の方向から見た斜視図である。図３は、図１と図２の多周波共用アンテナの給電部付近を示す平面図である。

図１と図２に示すように、多周波共用アンテナ１０は、地板１１と、基板の一例である高周波回路基板１２と、逆Ｆ型アンテナエレメント２０と、別の通常の形状を有する逆Ｆ型アンテナエレメント９０と、給電部１００を有している。別の通常の形状を有する逆Ｆ型アンテナエレメント９０の形態は、逆Ｆ型アンテナエレメント２０の形態とは異なる。多周波共用アンテナ１０は、単にアンテナあるいはアンテナ装置と呼ぶことができる。
本発明の実施形態で示す逆Ｆ型アンテナエレメントあるいは逆Ｆ型アンテナは、約λ／４長の放射素子であり、広いグランド面に対して放射素子（導体）が突き出た形状で、形状が文字Ｆを倒した形に見えることから逆Ｆ型と呼ばれる。

図１と図２に示す地板１１は、導電性を有する例えば金属板あるいは電気機器や電子機器の導電性を有する筐体の一部である。高周波回路基板１２は絶縁部材であるが、図２に示すように高周波回路基板１２の裏面には導電性膜１４が形成されており、高周波回路基板１２はこの導電性膜１４を介して地板１１の上面側に固定されている。この導電性膜１４は、高周波回路基板１２のグランド面の役割を果たす。図１と図２の例では、地板１１と高周波回路基板１２は、正方形あるいは長方形の板状部材であり、地板１１が高周波回路基板１２に比べて大きい。
高周波基板12の裏面の導電性膜14と高周波基板表面の接地導体23、92や同軸ケーブル外導体部201が接続される導電性膜は、電気的に導通する構造となっている。

図１と図２に示す逆Ｆ型アンテナエレメント２０は、特徴的な構造を有しており、第１導体２１と第２導体２２と、接地導体２３を有している。この逆Ｆ型アンテナエレメント２０は、導電性を有する材料例えば銅板を打ち抜いて曲げることで形成されている。

アンテナエレメント２０は、要求される２つの共振周波数に対応しており、第１導体２１は要求される高い共振周波数に対応し、第２導体２２は第１導体２１に比べて要求される低い共振周波数に対応しており、第１導体２１は例えば１５７５ＭＨｚ帯に対応し、第２導体２２は例えば８００ＭＨｚ帯に対応している。

第１導体２１と第２導体２２は、帯状あるいは長方形状の部材であり、第１導体２１のＸ方向の長さＬ１は第２導体２２のＸ方向の長さＬ２に比べて短くなっている。例えば第１導体２１のＹ方向の幅Ｗ１は、第２導体２２のＹ方向の幅Ｗ２と同じである。第１導体２１と第２導体２２の長さと幅を変えることにより、要求される複数の共振周波数に対応できる。

第１導体２１の第１端部３１と第２導体２２の第１端部３２は、共通の接地導体２３の一端部３３に接続されている。この第１導体２１と第２導体２２と接地導体２３の成す角度は、ほぼ直角である。接地導体２３の他端部３４は接地導体２３からは直角に折り曲げられていて、他端部３４の裏面は高周波回路基板１２の上面に固定されている。第１導体２１の第２端部４１と第２導体２２の第２端部４２は、ほぼ直角に地板１１側に向けて折り曲げられている。第１導体２１は、給電導体６０を有している。この給電導体６０は、第１導体２１の途中部分から高周波回路基板１２に向けて帯状に形成されている。第１導体２１と第２導体２２の間にはスリット４９が形成されており、第１導体２１と第２導体２２は分離されている。

図１と図２に示すように、第１導体２１と第２導体２２は、地板１１と高周波回路基板１２に対して所定の間隔Ｄをおいて、地板１１と高周波回路基板１２に対してほぼ平行になるように配置されている。第１導体２１と第２導体２２と地板１１と高周波回路基板１２との間の間隔Ｄを一定に保つために、電気絶縁性を有する保持部材５０が配置されている。この保持部材５０は、高周波回路基板１２の表面と第１導体２１と第２導体２２の各裏面の間に固定されている。これにより、第１導体２１と第２導体２２と地板１１と高周波回路基板１２との間の間隔を一定に保つとともに、第１導体２１と第２導体２２が地板１１と高周波回路基板１２に対して揺れるのを防止でき、アンテナ特性が変化するのを防ぐことができる。

図１と図２に示す別の通常の形状を有する逆Ｆ型アンテナエレメント９０は、例えば２０００ＭＨｚ帯の良好なアンテナ性能（例えば周波数帯域）を得るために、上述した２周波用の逆Ｆ型アンテナエレメント２０とは別個に配置されている。
この逆Ｆ型アンテナエレメント９０は、例えば銅板を打ち抜くことで作られており、導体９１と、接地導体９２を有している。帯状の導体９１と接地導体９２はほぼ直交しており、接地導体９２の端部９３は接地導体９２からは直角に折り曲げられていて、端部９３の裏面は高周波回路基板１２の上面に固定されている。導体９１は、給電導体６１を有している。この給電導体６１は、導体９１の途中部分から高周波回路基板１２に向けて帯状に形成されている。給電導体６０，６１は、対面している。

次に、図１と図２に示す給電部１００の構造例を、図３を参照しながら説明する。
給電部１００は、高周波回路基板１２上に形成されており、図３で見てＴ字型の分岐構造（Ｔ分岐構造ともいう、Ｔ字型分岐部ともいう）１０１を有している。
Ｔ字型の分岐構造１０１は、給電導体６０，６１の間を電気的に接続している第１給電接続部１０２と、この第１給電接続部１０２の中間から垂直に伸びた第２給電接続部１０有している。第１給電接続部１０２と第２給電接続部１０３の形成幅は、給電端子６０，６１の形成幅に比べて小さく形成されている。第１給電接続部１０２の第１端部１２１は、給電端子６０に電気的に接続され、第１給電接続部１０２の第２端部１２２は、給電端子６１に電気的に接続されている。

図３に示す給電部１００は、２周波用の逆Ｆ型アンテナエレメント２０と単体の逆Ｆ型アンテナエレメント９０に対して給電するために用いられ、２周波用の逆Ｆ型アンテナエレメント２０と単体の逆Ｆ型アンテナエレメント９０の給電点は、Ｔ字型の分岐構造１０１によって合成されており、地板１１の中央側に向けて配置されている。これにより、給電点が地板１１の中央側に配置されていることから、２周波用の逆Ｆ型アンテナエレメント２０の給電点と単体の逆Ｆ型アンテナエレメント９０両の給電点との間の距離が、短くできる。

図３に示すように、同軸ケーブル２００は、網線の外導体部２０１と、芯線２０２と、被覆部２０３を有している。芯線２０２は、Ｔ字型の分岐構造１０１に対してハンダ３００を用いて電気的に機械的に接続して固定されている。外導体部２０１は、電気接続部２５０に対してハンダ３０１を用いて電気的に機械的に接続されている。電気接続部２５０は例えば銅板であり、図１と図２に示すように、第１導体２１の接地導体２３の他端部３４と第２導体２２の端部９３と、地板１１を電気的に接続している。
高周波基板12の裏面の導電性膜14と高周波基板表面の接地導体23、92や同軸ケーブル外導体部201が接続される導電性膜の導通構造は、ここでは電気接続部250にて構成されている。他にも高周波基板にスルーホールメッキを配置し表、裏の導電性膜を導通させる構造なども考えられる。この場合、地板、高周波基板裏面導電性膜は面接触、高周波基板表面導電性膜と接地導体23、92は、ハンダ付けによって導通状態を実現する。

給電部１００が、２周波用の逆Ｆ型アンテナエレメント２０に給電する際には、逆Ｆ型アンテナエレメント２０の内の第１導体２１側の給電端子６０を通じて逆Ｆ型アンテナエレメント２０の第１導体２１側から先に給電してその後に第２導体２２に給電するようになっている。このように、最も周波数の高い第１導体２１から逆Ｆ型アンテナエレメント２０に対して給電することにより、第１導体２１と第２導体２２の良好な共振を得ることができる。もし、第２導体２２から逆Ｆ型アンテナエレメント２０に対して給電すると、第１導体２１と第２導体２２の良好な共振を得ることができない。

図４は、図１の多周波共用アンテナ１０の電気特性（リターンロス特性）例を示す図である。
図４に示すように、２周波用の逆Ｆ型アンテナエレメント２０の第１導体２１が１５７５ＭＨｚ帯に対応し、第２導体２２は８００ＭＨｚ帯に対応し、単体の逆Ｆ型アンテナエレメント９０は２０００ＭＨｚ帯に対応している。これらの３つの共振周波数帯域では、入射電波があった場合の反射ロス（リターンロス）が小さくなっている。

（第２の実施形態）
次に、本発明の多周波共用アンテナの好ましい第２の実施形態を、図５を参照して説明する。
図５に示す多周波共用アンテナ１０Ａの構成要素が、図１と図２に示す多周波共用アンテナ１０の構成要素と同様である場合には、同じ符号を記してその説明を用いることにする。
図５の多周波共用アンテナ１０Ａは、図１と図２に示す多周波共用アンテナ１０に比べて、単体の逆Ｆ型アンテナエレメント９０が省略されていることが異なる。しかし、多周波共用アンテナ１０Ａのその他の構成要素は同じであり、単体の逆Ｆ型アンテナエレメント９０が省略されていることにより、給電部１００の形状が少し異なる。

（第３の実施形態）
次に、本発明の多周波共用アンテナの好ましい第３の実施形態を、図６を参照して説明する。
図６の多周波共用アンテナ１０Ｂでは、図１と図２に示す多周波共用アンテナ１０に比べて、単体の逆Ｆ型アンテナエレメント９０が省略され、代わりに別の２周波の逆Ｆ型アンテナエレメント２０Ｂが、２周波の逆Ｆ型アンテナエレメント２０に平行に並べて配置されている。

別の２周波の逆Ｆ型アンテナエレメント２０Ｂは、２周波の逆Ｆ型アンテナエレメント２０と同様の構造を有しており、第１導体４２１と第２導体４２２と接地導体４２３を有している。第１導体４２１は高い共振周波数に対応し、第２導体４２２は第１導体４２１に比べて低い共振周波数に対応する。第１導体４２１の共振周波数は第１導体２１の共振周波数とは異なり、第２導体４２２の共振周波数は第２導体２２の共振周波数とは異なる設定になっている。このようにして、２種類の異なる２周波の逆Ｆ型アンテナエレメント２０，２０Ｂを地板１１と高周波回路基板１２の上に配置することができる。第１導体２１と第１導体４２１は、給電部１００のＴ字型の分岐構造１０１により給電される。

本発明の実施形態の多周波共用アンテナは、地板１１と、地板１１に配置された基板１２と、地板１１に対して間隔をあけて略平行に配置され長さの異なる第１導体２１と第２導体２２と、第１導体２１と第２導体２２の各一端部を地板１１に対して接続して地板１１に垂直な接地導体２３を有する逆Ｆ型アンテナエレメントを備える。これにより、要求される共振周波数帯に対応した第１導体２１と第２導体２２を、共通の接地導体２３により短絡した構造にすることができ、部品点数の削減を図り組み立て精度を得ることができる。しかも、本発明の実施形態の多周波共用アンテナは、第１導体２１と第２導体２２の内の最も高い共振周波数に寄与している導体２１側から給電を行うための給電部１００を備えていることから、最も周波数の高い第１導体２１から逆Ｆ型アンテナエレメント２０に対して給電することにより、第１導体２１と第２導体２２の良好な共振周波数を得ることができ、確実に複数の共振周波数を得てマルチバンド対応ができる

図６に例示するように、本発明の実施形態の多周波共用アンテナ１０Ｂは、周波数特性の異なる複数の逆Ｆ型アンテナエレメント２０Ｂと逆Ｆ型アンテナ２０Ｂを備えることにより、要求されているより多くの異なる共振周波数帯域を得ることができる。

図１に例示するように、本発明の実施形態の多周波共用アンテナ１０は、逆Ｆ型アンテナエレメント２０とは形態の異なる別の逆Ｆ型アンテナエレメント９０を備えることにより、要求されているより多くの異なる共振周波数帯域を得ることができる。

本発明の実施形態の多周波共用アンテナでは、基板１２は高周波基板で、給電部１００は、基板１２上に形成されたＴ字型分岐部１０１であり、Ｔ字型分岐部１０１の第１端部１２１と第２端部１２２は、それぞれ逆Ｆ型アンテナエレメント２０，９１に接続されている。これにより、逆Ｆ型アンテナエレメント２０，９１に対してそれぞれ同軸ケーブルのような電気接続ケーブルを接続する必要がなくなり、複数本の電気接続ケーブルを周波共用アンテナに接続しなくても１本の電気接続ケーブルを用意して接続すれば良いことから、重量の低減とコストの低減が図れる。このＴ字型分岐部１０１としては、例えば高周波回路基板１２の上に形成されたＭＳＬ（マイクロスリップライン）を用いることができる。

給電部１００の給電点が、地板１１の中央方向に向いている。複数の逆Ｆ型アンテナエレメントの信号をＴ字型の分岐構造１０１で合成する場合には、高周波回路基板１２の上に配置されるＴ字型の分岐構造１０１の線路長が長くなると、線路ロスや線路からの不要放射などにより、アンテナ特性が劣化する。そこで、線路長を短くするために、アンテナへの給電位置を地板１１の中央方向に向けて地板１１の中央位置に配置することが好ましい。

例えば、本発明の多周波共用アンテナは、ＴＥＬＬ、ＧＰＳ、ＥＴＣ、無線ＬＡＮ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ、ＶＩＣＳ、ＳＤＡＲＳの少なくとも１つに用いられている。本発明の多周波共用アンテナは、特に自動車などの車載用途に用いられている。

ところで、本発明は、上記実施形態に限定されず、その要旨を逸脱しない範囲で種々の変形をして実施することが可能である。
逆Ｆ型アンテナエレメント２０は、２周波の共振周波数帯域に対応するために第１導体２１と第２導体２２を有しているが、これに限らず３周波以上の共振周波数帯域に対応するために３つ以上の異なる大きさの導体を有するようにしても良い。
逆Ｆ型アンテナエレメントの材質は、銅板に限らず、例えば真鍮、真鍮にニッケルメッキ、スズメッキしたものや、メッキ鋼板などを採用できる。

本発明の多周波共用アンテナの好ましい第１の実施形態を示す斜視図である。 図１の多周波共用アンテナを別の方向から見た斜視図である。 図１と図２の多周波共用アンテナの給電部付近を示す平面図である。 図１の多周波共用アンテナの電気特性（リターンロス特性）例を示す図である。 本発明の多周波共用アンテナの好ましい第２の実施形態を示す斜視図である。 本発明の多周波共用アンテナの好ましい第３の実施形態を示す平面図である。

符号の説明

１０ 多周波共用アンテナ
１１ 地板
１２ 高周波回路基（基板の一例）
２０ 逆Ｆ型アンテナエレメント
２１ 第１導体
２２ 第２導体
２３ 接地導体
６０，６１給電端子
９０ 別の逆Ｆ型アンテナエレメント
１００ 給電部
１０１ Ｔ字型の分岐構造

Claims (6)

1. 少なくとも第１共振周波数と該第１共振周波数より低周波側の第２共振周波数で使用される多周波共用アンテナであって、
   地板と、
   前記地板に配置された基板と、
   前記地板に対し略平行に配置されかつ所定の間隔をあけてそれぞれが略平行に配置された所定長さの第１導体及び該第１導体より長い第２導体を含む複数の導体と、一方の端部が前記複数の導体のそれぞれの一方の端部に接続され他方の端部が前記地板に略垂直に接続された接地導体と、前記第１導体の前記接地導体が接続された一方の端部より開放端側の途中部分に接続された給電導体と、を有する逆Ｆ型アンテナエレメントと、を備え、
   前記第１共振周波数では前記給電導体を介して前記第１導体で共振し、前記第２共振周波数では前記給電導体を介して前記第１導体側から前記第２導体に給電することで前記第１導体及び前記第２導体で共振する
   ことを特徴とする多周波共用アンテナ。
2. 前記複数の導体とは長さの異なる１つ以上の共振用の導体を有する別の逆Ｆ型アンテナエレメントをさらに備える
   ことを特徴とする請求項１に記載の多周波共用アンテナ。
3. 前記基板は、第１給電接続部と該第１給電接続部の中間点から垂直に接続された第２給電接続部からなるＴ字型分岐部を有しており、前記第１給電接続部の両端部にそれぞれ前記逆Ｆ型アンテナエレメントと前記別の逆Ｆ型アンテナエレメントが接続されている
   ことを特徴とする請求項２に記載の多周波共用アンテナ。
4. 前記給電部の給電点が、前記地板の中央方向に向いている
   ことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１つの項に記載の多周波共用アンテナ。
5. ＴＥＬ、ＧＰＳ、ＥＴＣ、無線ＬＡＮ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、ＶＩＣＳ（登録商標）、ＳＤＡＲＳの少なくとも１つに用いられる
   ことを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の多周波共用アンテナ。
6. 車載用途に用いられている
   ことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の多周波共用アンテナ。

Images