JP5524714B2 - ダイバーシティアンテナ - Google Patents

Description

本発明は、空間ダイバーシティ方式にて電波を受信するために用いられるダイバーシティアンテナに関する。

車車間通信や路車間通信のために車両に搭載されるアンテナとして、マルチパス環境においても所望の周波数の電波を良好に受信できるようにするために、ダイバーシティアンテナが用いられることが多い。そして、車両に搭載されるダイバーシティアンテナに対しては、良好な受信性能が要求されると共に、小型化も要求される。

ダイバーシティアンテナを小型化するための技術として、２つのダイポール素子を交差させて組み合わせることにより水平偏波と垂直偏波を共に受信可能に構成したものが知られている。これは即ち、スペース（空間）ダイバーシティ方式のダイバーシティアンテナだと大型化することに鑑み、簡易化及び小型化を図るべく、偏波ダイバーシティ方式のアンテナを構成したものである（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００９−２００７７６号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術は、空間ダイバーシティ方式のアンテナに対してこれを小型化しようとするものではないため、当然ながら、空間ダイバーシティ方式のアンテナを小型化する技術として適用することはできない。車載用のダイバーシティアンテナとしては、空間ダイバーシティ方式が採用されることが多く、そのため、空間ダイバーシティ方式のアンテナを小型化する技術が望まれる。

空間ダイバーシティ方式のアンテナを小型化する方法として最も単純な方法の１つが、ダイバーシティアンテナを構成する複数（例えば２つ）のアンテナを近接させることである。

しかし、２つのアンテナを近接させると、その距離が近くなればなるほど、アンテナ間で結合が生じてしまう。そして、アンテナ間の結合が生じると、各アンテナの指向性パターンが変化して所望の方向（例えば車両前方）からの電波を受けにくくなったり、各アンテナのインピーダンスが変化して整合が悪化するなどの問題が生じる。この問題のうち、特に指向性パターンが変化するという問題について、図８を用いてより具体的に説明する。

図８は、地板上に垂直に立設された２つのモノポールアンテナ（第１アンテナ及び第２アンテナ）からなるダイバーシティアンテナについて、各アンテナの距離を変化させたときの各アンテナの水平面指向性を示したものである。図８の上段は、２つのアンテナの距離がλ／２の場合の指向性を示し、同図下段は、２つのアンテナの距離がλ／８の場合の指向性を示している。なお、λは、受信周波数の電波の波長である。

図８の上段に示すように、アンテナ間の距離がλ／２と比較的離れている場合は、アンテナ間の結合も弱く、それぞれが単独で存在する場合の指向性（無指向性）とほぼ同様のパターンとなる。そのため、第１アンテナ及び第２アンテナの双方ともに所望の方向（例えば前方；図中左方向）からの電波を良好に受信できる。

これに対し、アンテナ間の距離がλ／８と比較的近接している場合は、アンテナ間の結合が強くなり、図８の下段に示すように、各アンテナの指向性が崩れてしまう。つまり、単独で存在する場合はそれぞれ無指向性だったものが、特定の方向のみ利得が大きくて他の方向は利得が小さくなるといった偏った指向性を持つようになる。

具体的には、前方側の第１アンテナについては、前方は利得が維持されているものの後方の利得が低下し、後方からの電波が良好に受信できない状態となる。これと対称的に、後方側の第２アンテナについては、後方は利得が維持されているものの前方の利得が低下し、前方からの電波が良好に受信できない状態となる。そのため、前方からの電波を受信できるのは前方側の第１アンテナのみとなり、前方からの電波を良好に受信するための空間ダイバーシティ方式のアンテナとしてはその性能が大きく劣化してしまうことになる。

本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、空間ダイバーシティ方式のダイバーシティアンテナにおいて、所望の方向からの受信電波に対する空間ダイバーシティ方式の受信性能を十分に保持しつつ、小型化を実現することを目的とする。

上記課題を解決するためになされた請求項１に記載の発明は、空間ダイバーシティ方式にて電波を受信するために用いられ、複数のアンテナが、それぞれ主偏波方向が同じになるように、地板上においてその板面と平行な方向に離間して配置されてなるダイバーシティアンテナであって、複数のアンテナのうち隣接する２つのアンテナの組み合わせをアンテナ対として、少なくとも一組のアンテナ対は、該アンテナ対を構成する２つのアンテナである第１のアンテナと第２のアンテナの間に、誘電体材料からなる誘電体部が設けられている。

このように構成されたダイバーシティアンテナでは、第１のアンテナと第２のアンテナの間に誘電体部が設けられていることから、この誘電体部によるいわゆる波長短縮効果によって、これら各アンテナ間を伝搬する電磁波の見かけ上の距離（以下「実効長」ともいう）が長くなる。即ち、受信電波に対して、各アンテナ間の実効長は実際の距離よりも長くなる。実効長がどれだけ長くなるか、即ちどの程度の波長短縮効果が得られるかは、アンテナ間の誘電体部の比誘電率に依存し、比誘電率が高いほど実効長も長くなる。そして、実効長が長くなればなるほど、各アンテナ間の結合も小さくなる。

つまり、各アンテナ間の実際の距離は短くても、各アンテナ間に誘電体部が存在していることにより、その波長短縮効果によって、アンテナ間の結合を小さくすることができるのである。

従って、請求項１に記載のダイバーシティアンテナによれば、所望の方向からの受信電波に対する空間ダイバーシティ方式の受信性能を十分に保持しつつ、十分に小型化されたダイバーシティアンテナを提供することが可能となる。

第１のアンテナ及び第２のアンテナとしてそれぞれどのようなアンテナを用いるかは適宜決めることができ、例えば請求項２に記載のように、いずれも地板上に立設されたモノポール型のアンテナとすることができる。

このように構成された請求項２に記載のダイバーシティアンテナによれば、各アンテナがモノポール型のアンテナであるため、各アンテナを簡素に構成でき、ひいてはダイバーシティアンテナ全体として構成の簡素化が可能となる。

なお、ここでいうモノポール型のアンテナとは、地板上に垂直に立設された線状或いは板状のモノポールアンテナを含むのは勿論、このモノポールアンテナの変形パターンといえるもの、例えばモノポールアンテナを途中で直角に折り曲げてなるいわゆる逆Ｌ型アンテナやヘリカルアンテなど、地板上に立設されてアンテナ素子（導体素子）と地板の間に給電されるあらゆる構造のアンテナ全般を含む。

次に、請求項３に記載の発明は、請求項２に記載のダイバーシティアンテナであって、第１のアンテナ及び第２のアンテナは、それぞれ、該各アンテナを構成する導体素子の少なくとも一部又は全てが誘電体部の表面上に形成されている。

第１のアンテナ及び第２のアンテナを誘電体部に対してどのように配置するかは適宜決めることができ、例えば、誘電体部とは別に独立して各アンテナを配置してもよいが、少なくとも一部を誘電体部の表面上に形成するようにすれば、各アンテナの形成を容易に行えると共に各アンテナを誘電体部によって容易に保持させることができる。

また、請求項４に記載の発明は、請求項２に記載のダイバーシティアンテナであって、第１のアンテナ及び第２のアンテナのうち少なくとも一方は、逆Ｆ型アンテナ又は逆Ｌ型アンテナである。

このように、各アンテナとして逆Ｆ型アンテナ又は逆Ｌ型アンテナを用いることで、ダイバーシティアンテナのさらなる小型化（特に地板に対して垂直方向の高さの低減）が可能となる。

また、第１のアンテナ及び第２のアンテナは、該アンテナを構成する導体素子のみからなるものであってもよいのは勿論だが、例えば請求項５に記載のように、第１のアンテナ及び第２のアンテナのうち少なくとも一方が、絶縁性の保持部材に固定されて該保持部材と共に１つのアンテナ構造体として構成されたものであってもよい。そして、そのアンテナ構造体が誘電体部の側面に固定されたものとして構成するとよい。

このように構成された請求項５に記載のダイバーシティアンテナによれば、各アンテナを、その形状等にかかわらず確実に保持することができる。
そして、請求項６に記載のように、保持部材として誘電体を用いれば、上述した波長短縮効果をより高めることも可能となる。

次に、請求項７に記載の発明は、請求項２〜請求項６の何れか１項に記載のダイバーシティアンテナであって、当該ダイバーシティアンテナは、少なくとも車両の前方から到来する電波を受信するために該車両に設けられている。そして、第１のアンテナと第２のアンテナは、該各アンテナの給電点が車両の前後方向に所定距離離れるように配置されている。

このように、車両に搭載されて車両前方からの電波を受信するためのダイバーシティアンテナとして、請求項２〜請求項６の何れかに記載のダイバーシティアンテナを用いれば、アンテナ全体の小型化を実現しつつ、ダイバーシティアンテナを構成する第１のアンテナ及び第２のアンテナの何れにおいても車両前方からの電波を良好に受信できる。そのため、車両前方からの電波を受信するための車載用アンテナとして、小型で且つ高性能の空間ダイバーシティ方式のダイバーシティアンテナを提供することが可能となる。

また、第１のアンテナと第２のアンテナの実効長をより長くするためには、前後方向に所定距離離すだけではなく、請求項８に記載のように、各アンテナの給電点が車両の左右方向にも所定距離離れた位置関係となるように配置するとよい。このようにすれば、各アンテナ間の距離がより長くなり、各アンテナ間の結合をより弱めることができる。

そして、第１のアンテナと第２のアンテナの間の結合を更に弱めるためには、例えば請求項９に記載のように、第１のアンテナと第２のアンテナは、車両の前後方向に垂直な面における、給電点からの立設方向が、互いに平行とならないように立設されたものであるとよい。

例えば、各アンテナが共に地板から垂直に立設された構成のように、各アンテナが平行となるように配置されていると、各アンテナに流れる電流の方向も同じになり、その分、結合もしやすくなる。これに対し、各アンテナが平行とならないように立設すれば、各アンテナに流れる電流の方向も異なるため、各アンテナ間の結合を弱めることができる。

次に、請求項１０に記載の発明は、請求項１〜請求項９の何れか１項に記載のダイバーシティアンテナであって、第１のアンテナと第２のアンテナの各給電点間の距離は、当該ダイバーシティアンテナの受信電波の周波数帯域内における所定の周波数に対応した波長（以下「受信波長」ともいう）の１／４以下である。

ダイバーシティアンテナを小型化すべく、単に各アンテナの距離を受信波長の１／４以下にしただけでは、既述の通り、各アンテナ間の結合が強くなって空間ダイバーシティ方式の機能が損なわれてしまう。そこで、このようにアンテナ間の距離が受信波長の１／４以下と短い構成において本発明（請求項１〜９）を適用すれば、誘電体部による波長短縮効果によってアンテナ間の結合を抑制でき、各アンテナが独立して指向性を維持できる（つまり結合による指向性の崩れを抑制できる）ため、より効果的である。

次に、請求項１１に記載の発明は、請求項１〜請求項１０の何れか１項に記載のダイバーシティアンテナであって、誘電体部は、地板上において第１のアンテナから第２のアンテナまで連続的に形成された、所定の誘電率を有する１つの誘電体材料により構成されている。

即ち、誘電体部をどのように構成するかは種々考えられ、例えば誘電率の異なる複数種類の誘電体材料が各アンテナの距離方向に積層されてなる多層構造のものを構成してもよいし、また例えば、内部に空気層を含むような構成のものであってもよいが、所定の誘電率を有する１つの誘電体材料で構成すれば、誘電体部を簡易的且つ低コストで構成することができる。

また、ダイバーシティアンテナを構成する複数のアンテナの数も適宜決めることができ、例えば３つ以上のアンテナからなる構成とすることもできるが、例えば請求項１２に記載のように２つのアンテナにてダイバーシティアンテナを構成するようにすれば、ダイバーシティアンテナ全体のさらなる小型化・軽量化・低コスト化が可能となる。

車両に搭載されたダイバーシティアンテナとその送受信回路の概要を説明するための説明図である。 第１実施形態のダイバーシティアンテナの概略構成を表す斜視図である。 第１実施形態のダイバーシティアンテナの性能を説明するための説明図であり、（ａ）はアンテナ単体での指向性を表し、（ｂ）は２つのアンテナをλ／８の距離に近接配置した場合の各アンテナの指向性を表し、（ｃ）は２つのアンテナ間に誘電材を配置した場合の各アンテナの指向性を表す。 第１実施形態のダイバーシティアンテナの性能を説明するための説明図であり、（ａ）はマルチパス環境における受信電力の測定系の概略を表す説明図、（ｂ）は誘電材の有無による受信電力（受信可能率）の違いを表す説明図である。 第２実施形態のダイバーシティアンテナの概略構成を表す斜視図である。 第３実施形態のダイバーシティアンテナの概略構成を表す斜視図である。 第４実施形態のダイバーシティアンテナの概略構成を表す斜視図である。 空間ダイバーシティ方式のダイバーシティアンテナにおける、各アンテナの距離と各アンテナの指向性の関係を説明するための説明図である。

以下に、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。
［第１実施形態］
図１に示すように、本実施形態のダイバーシティアンテナ１０は、車両１００のルーフ上に固定して設置されており、車両１００の前後方向に所定距離隔てて配置された第１アンテナ１１及び第２アンテナ１２の２つのアンテナを有している。そして、各アンテナ１１，１２は、給電用の同軸ケーブルによって車両１００内部の所定位置に設けられた制御装置１と接続されている。本実施形態のダイバーシティアンテナ１０は、空間ダイバーシティ方式によるダイバーシティアンテナである。

このような構成により、ダイバーシティアンテナ１０にて受信された電波、即ち各アンテナ１１，１２による受信信号は、制御装置１に入力され、制御装置１にて各種処理が行われる。また、このダイバーシティアンテナ１０は送信用にも用いられ、送信時には制御回路から所望の送信信号が例えば第１アンテナ１１に伝送され、この第１アンテナ１１から電波として車両前方へ放射される。

制御装置１は、ダイバーシティアンテナ１０の各アンテナ１１，１２にて受信された各受信信号を最大比合成法により合成する最大比合成受信回路２と、この最大比合成受信回路２にて合成された受信信号を復調してその復調後の受信データを制御回路４へ出力する機能、及び制御回路４から入力された送信データを変調してその変調後の送信信号を送信回路５へ出力する機能を有する変復調回路３と、変復調回路３からの送信信号をダイバーシティアンテナ１０へ出力する送信回路５と、送信信号の生成及び受信信号の処理を行う制御回路４と、を備えたものである。

つまり、この制御装置１自体は、最大比合成法による空間ダイバーシティを実現するための、一般によく知られた構成となっている。なお、最大比合成法とは、２つのアンテナ１１，１２からの各受信信号の位相を合わせて受信レベルが最大になるように制御すると共に、各受信信号の振幅についても制御することにより重み付け合成するものであり、空間ダイバーシティ方式を具体的に実現するための手法の１つとしてよく知られているものである。

そして、このダイバーシティアンテナ１０は、車両１００において、例えば、見通しの悪い交差点等で車両同士が衝突するのを事前に防ぐため衝突防止システムにおける、車車間通信用に用いられる。

そのため、受信すべき電波の到来方向は車両１００の前方であり、ダイバーシティアンテナ１０は、車両前方から到来する電波を各アンテナ１１，１２の双方で良好に受信できるよう構成されている。そして、制御装置１は、各アンテナ１１，１２による各受信信号に基づいて、自車に接近する他車両の有無等を検出し、その検出結果を、車両１００の駆動を制御する他の制御装置へ出力する。なお、衝突防止システムにおける車車間通信用のダイバーシティアンテナに本発明を適用するのはあくまでも一例に過ぎない。

次に、ダイバーシティアンテナ１０のより具体的な構成を、図２に基づいて説明する。図２に示すように、本実施形態のダイバーシティアンテナ１０は、主として車両前方から到来する電波を空間ダイバーシティ方式にて受信できるように構成されており、地板１４と、この地板１４上においてその板面に平行な方向に互いに離間して配置された第１アンテナ１１及び第２アンテナ１２と、これら各アンテナ１１，１２の間に配置された誘電材１３とを備えている。そして、これらが樹脂カバー１７によって覆われる構成となっている。なお、図２は、ダイバーシティアンテナ１０において、樹脂カバー１７が上方に取り外されて内部が露出した状態が示されている。また、ダイバーシティアンテナ１０は、車両１００のルーフ上において、地板１４の板面とルーフ面とが略平行となるように設置されている。そのため、ダイバーシティアンテナ１４の地板１４は、車両１００が走行する路面（地面）に対しても略平行である。

第１アンテナ１１及び第２アンテナ１２はいずれも、地板１４上に立設され、地板１４をグランドとするモノポール型のアンテナであり、より詳しくは、逆Ｆ型アンテナとして構成されている。つまり、本実施形態のダイバーシティアンテナ１０を構成する２つのアンテナ１１，１２は、それぞれ主偏波方向が同じになるように地板１４上に立設されている。既述の通り、地板１４はその板面が地面と略平行であるため、各アンテナ１１，１２はいずれも、垂直偏波を主偏波成分とし、車両前方から到来する垂直偏波の電波を良好に受信できるよう構成されている。

また、各アンテナ１１，１２はいずれも、当該アンテナを構成する導体素子が、保持用の誘電体の表面上に蒸着形成された構成となっている。
即ち、第１アンテナ１１は、直方体状の第１保持用誘電体１１ａの表面に蒸着形成されている。具体的には、逆Ｆ型アンテナとしての第１アンテナ１１のうち、当該第１アンテナ１１の給電点である第１給電点１５から地板１４の板面に対して垂直方向に延びる薄板状の導体素子部（以下「垂直導体素子部」ともいう）が、第１保持用誘電体１１ａにおける車両前方側の側面に蒸着形成され、第１アンテナ１１のうち地板１４の板面と平行な導体素子部（以下「水平導体素子部」ともいう）が、第１保持用誘電体１１ａにおける上面に蒸着形成され、第１アンテナ１１のうち水平導体素子部の一端と地板１４との間を短絡する短絡部が、第１保持用誘電体１１ａにおける右側側面に蒸着形成されている。

同様に、第２アンテナ１２も、直方体状の第２保持用誘電体１２ａの表面に蒸着形成されている。具体的には、逆Ｆ型アンテナとしての第２アンテナ１２のうち、当該第２アンテナ１２の給電点である第２給電点１６から垂直方向に延びる薄板状の導体素子部（垂直導体素子部）が、第２保持用誘電体１２ａにおける車両後方側の側面に蒸着形成され、第２アンテナ１２のうち地板１４の板面と平行な導体素子部（水平導体素子部）が、第２保持用誘電体１２ａにおける上面に蒸着形成され、第２アンテナ１２のうち水平導体素子部の一端と地板１４との間を短絡する短絡部が、第２保持用誘電体１２ａにおける左側側面に蒸着形成されている。

そして、直方体状に形成された誘電材１３における、車両前方側の側面に、第１保持用誘電体１１ａにおける後方側面が接着固定されている。つまり、第１アンテナ１１は、これを保持するための第１保持用誘電体１１ａと共に１つのアンテナ構造体として、誘電材１３の前方側面に固定されている。

また、誘電材１３における、車両後方側の側面には、第２保持用誘電体１２ａにおける前方側面が接着固定されている。つまり、第２アンテナ１２は、これを保持するための第２保持用誘電体１２ａと共に１つのアンテナ構造体として、誘電材１３の後方側面に固定されている。

そして、各アンテナ１１，１２は、第２アンテナ１２からみて第１アンテナ１１が車両前方に位置するような位置関係となっている。そして、各アンテナ１１，１２は、車両１００の前後方向において所定のアンテナ間前後方向距離ｄｘだけ離れるように配置され、且つ、車両１００の左右方向（前後方向と直交する方向）において所定のアンテナ間左右方向距離ｄｙだけ離れるように配置されている。なお、ここでいう上記各距離ｄｘ、ｄｙは、各アンテナ１１，１２の各給電点１５，１６を基準としてこれら各給電点１５，１６間の距離を示している。また、本実施形態では、アンテナ間前後方向距離ｄｘが、受信電波の周波数帯域内における所定の周波数（例えば中心周波数）に対応した波長（受信波長）λの１／４となるように構成されている。

また、各アンテナ１１，１２の間に設けられた誘電材１３は、所定の比誘電率εｒを有する１つの誘電体（誘電体材料）にて構成されている。
このような構成により、各アンテナ１１，１２の受信電力における位相差は、第１アンテナ１１と第２アンテナ１２の実際の距離に相当する位相差だけでなく、誘電材１３内を電波が伝搬する際の波長短縮率によってきまる位相差分が加わり、実際の距離よりも離れた関係になる。

即ち、第１アンテナ１１と第２アンテナ１２の間に誘電材１３が設けられていることから、この誘電材１３による波長短縮効果によって、これら各アンテナ１１，１２間を伝搬する電波の見かけ上の距離（実効長）が長くなる。つまり、受信電波に対して、各アンテナ１１，１２間の実効長は実際の距離よりも長くなるのである。実効長がどれだけ長くなるか、即ちどの程度の波長短縮効果が得られるかは、アンテナ１１，１２間の誘電材１３の比誘電率εｒに依存し、比誘電率εｒが高いほど実効長も長くなる。

なお、誘電体による波長短縮率についてはよく知られているため、詳細な説明は省略するが、概略を述べると次の通りである。即ち、電波（電磁波）が誘電体中を伝搬する際には、その伝搬速度は、誘電体の比誘電率εｒに応じて低下し、具体的には、１／√εｒに低下する（但し、比透磁率は１と仮定）。そのため、誘電体中を伝搬する電波の波長は、真空中における波長の１／√εｒ倍となる。そのため、２つのアンテナ間に比誘電率εｒの誘電体が配置されている場合、アンテナ間の実効長は、実際の距離の√εｒ倍となるのである。

既述の通り、本実施形態では、アンテナ間前後方向距離ｄｘがλ／４に設定されているが、一般に、空間ダイバーシティ方式のダイバーシティアンテナを構成する場合、２つのアンテナ間の距離をλ／４にすると、各アンテナ間の結合が強くなって、各アンテナの指向性が崩れ、ダイバーシティアンテナとしての機能が損なわれてしまう。そのため、一般的には、空間ダイバーシティ方式のアンテナを構成するにあたっては、アンテナ間前後方向距離ｄｘをλ／４よりも離す（例えばλ／２以上とする）など、ある程度の距離を保つ必要がある。

これに対し、本実施形態のダイバーシティアンテナ１０は、アンテナ間前後方向距離ｄｘをできるだけ近接させつつ（本例ではλ／４）、空間ダイバーシティ方式の機能は良好に維持できるよう、各アンテナ１１，１２の間に誘電材１３が設けられている。そして、この誘電材１３による波長短縮効果によって、実際の距離よりも実効長が長くなっており、これにより各アンテナ１１，１２間の結合を弱めて、空間ダイバーシティ方式のアンテナとしての機能が十分に保持されるようにしている。

ここで、２つのアンテナを近接させると結合して指向性が崩れることや、アンテナ間に誘電材を設けることで結合を弱めて指向性の崩れを抑制できることについて、図３を用いてより具体的に説明する。

まず図３（ａ）は、第１アンテナ１１単体での指向性を表す。即ち、図３（ａ）の右側の指向性は、同図左側のように地板１９上に第１アンテナ１１が単独で立設された構成における指向性を表すものである。図３（ａ）に示すように、第１アンテナ１１が単独で存在する場合は、その指向性はほぼ無指向性となる。

これに対し、図３（ｂ）に、２つのアンテナ１１，１２からなるダイバーシティアンテナの指向性を表す。即ち、図３（ｂ）の右側の指向性は、同図左側のように地板１４上に立設された２つのアンテナ１１，１２からなるダイバーシティアンテナの指向性を表すものである。そして、各アンテナ１１，１２間の距離（図２におけるアンテナ間前後方向距離ｄｘに相当する距離）は、λ／８と近接した距離に設定されている。

このように近接配置されているため、各アンテナ１１，１２間には結合が生じ、これにより、各アンテナ１１，１２の指向性は、図３（ｂ）に示すように、図３（ａ）に示した単独での指向性（無指向性）に対して大きく崩れ、特定方向の利得が大きくて他の特定方向の利得は非常に小さい指向性となっている。

このうち、第１アンテナ１１については、前方右側の利得は十分な値であるため、指向性が崩れているものの、前方からの電波を一応は受信できる。但し、その指向性は前方右側に偏っているため、前方左側からの電波の受信感度は悪くなる。一方、第２アンテナ１２については、後方左側の利得は十分な値であるが、前方の利得は小さくなっている。そのため、この第２アンテナ１２によって前方からの電波を良好に受信することは困難である。このように、２つのアンテナ１１，１２を近接配置すると、各アンテナ間の結合によって各アンテナの指向性が崩れ、空間ダイバーシティ方式のアンテナとしての機能が損なわれてしまう。そして、図３（ｂ）に示す例では、前方から到来する電波を受信できるのが実質的には第１アンテナ１１のみとなってしまう。しかも、第１アンテナ１１についても、前方からの電波を受信できるとはいえ、図３（ｂ）に示すように指向性に偏りが生じているため、単独の場合よりも電波の受信感度は低下する。

これに対し、図３（ｃ）は、図３（ｂ）の構成に対し、２つのアンテナ１１，１２の間に誘電材１３を配置した構成、即ち、図２に示した本実施形態のダイバーシティアンテナ１０である。図３（ｃ）に示すように、２つのアンテナ１１，１２の間に誘電材１３を配置することで、各アンテナ１１，１２の指向性の崩れは大きく抑制されており、実質的に無指向性の状態が維持されているものと扱ってもよい。

そのため、各アンテナ１１，１２共に、前方からの電波を良好に受信でき、空間ダイバーシティ方式のアンテナとしての機能が十分に保持される。このように、各アンテナ１１，１２間の距離が図３（ｂ）と同じ（λ／８）であるにもかかわらず無指向性の状態が保持されるのは、誘電材１３による波長短縮効果によって各アンテナ１１，１２間の実効長が長くなり、これにより各アンテナ１１，１２間の結合が抑制されるからである。

図３（ｂ）の構成（誘電材なしの構成）と、図３（ｃ）の構成（誘電材ありの構成）とで、実際にマルチパス環境で受信を行った場合の受信電力の測定結果を、図４に示す。図４（ａ）は、受信電力の測定系の概略を示すものである。図示のように、この測定系は、道路の交差点を模式的に再現したものであり、幅１．５ｍの道路が交差したモデルとなっている。そして、この交差点から図中右側に３ｍ離れた位置に、送信アンテナを設け、ネットワークアナライザからこの送信アンテナへ送信用の電力を出力することでこの送信アンテナから測定用の電波を送信する。

一方、交差点から図中下側に、１ｍ四方の受信領域を設定する。そして、この受信領域内において、測定対象のダイバーシティアンテナを、複数の測定ポイントに順次移動させ、測定ポイント毎に、送信アンテナからの送信電波の受信電力をネットワークアナライザにて測定する。なお、この測定時におけるダイバーシティアンテナの向きは、その前方が交差点側を向くようにする。

この測定結果に基づいて、受信領域内における受信電力の分布を示す受信電力マップを作成する。具体的には、測定ポイント毎に、２つのアンテナによる受信電力のうち最大値をプロットしていく。そして、全測定ポイントのうち、受信電力が所定の閾値（例えば−８５ｄｂｍ）以上の測定ポイントが存在する確率を、受信可能率として算出する。

このような測定系にて、図３（ｂ）の誘電体なしの構成と図３（ｃ）の誘電体ありの構成の各ダイバーシティアンテナの受信可能率を算出した結果を、図４（ｂ）に示す。
図４（ｂ）に示す通り、誘電体なしの構成の場合、図３（ｂ）右側に示したように各アンテナの指向性が大きく崩れることから、第１アンテナ１１による受信可能率も１０．４％と低く、第２アンテナ１２を含めた全体の受信可能率も１５．６％と非常に低い。

これに対し、誘電体ありの場合、図３（ｃ）右側に示したように、誘電材１３による波長短縮効果によって各アンテナの指向性はほとんど崩れないため、第１アンテナ１１による受信可能率は４４．９％と高い。また、これに加え、第２アンテナ１２による受信可能率も、第１アンテナ１１よりは低いものの、誘電体なしの場合よりも大きな値となる。そのため、第２アンテナ１２を含めた全体の受信可能率は、５２．７％と、大きな値となる。つまり、誘電体なしの場合よりも誘電体ありの方が、受信可能率が約３７％も向上されている。

なお、本実施形態では、各アンテナ１１，１２間の距離（アンテナ間前後方向距離ｄｘ）を、λ／４としたが、これは一例であって、これより長くしてもよいし、これより短くしてもよい。但し、λ／４より長い場合は、誘電材１３がなくてもその距離に応じてアンテナ間の結合は弱まっていくため、距離によっては必ずしも誘電材１３を設ける必要性はなくなる。逆に、λ／４より短い場合は、アンテナ間の結合はより強まっていくため、距離が短くなればなるほど、波長短縮率の高い誘電材１３を用いてアンテナ間の実効長を長くするのが望ましい。

以上説明したように、本実施形態のダイバーシティアンテナ１０によれば、各アンテナ１１，１２間に誘電材１３が配置されていることにより、その波長短縮効果によって、各アンテナ１１，１２間の結合を小さくすることができ、各アンテナ１１，１２の指向性を、単独の場合の指向性（無指向性）から崩れるのを抑制できる。そのため、所望の方向（本実施形態では車両前方）からの電波に対する空間ダイバーシティ方式の受信性能を十分に保持しつつ、十分に小型化されたダイバーシティアンテナ１０を提供することが可能となる。

また、各アンテナ１１，１２として、逆Ｆ型アンテナを用いている。そのため、ダイバーシティアンテナ１０のさらなる小型化（特に垂直方向の高さの低減）が可能となる。
更に、各アンテナ１１，１２は、それぞれ、該アンテナを構成する導体素子（エレメント）が保持用誘電体の表面に蒸着形成され、保持用誘電体と共に一体化された構造体として形成されている。そのため、各アンテナ１１，１２を確実に保持することができると共に、この保持用誘電体による波長短縮効果も加わって各アンテナ１１，１２間の結合をより弱めることも可能となる。

そして、このように構成されたダイバーシティアンテナ１０を用いることで、車両１００において、その前方からの電波を良好に受信することができる。つまり、車両前方からの電波を受信するための車載用アンテナとして、小型で且つ高性能の空間ダイバーシティ方式のダイバーシティアンテナを提供することが可能となる。

また、誘電材１３は、所定の比誘電率εｒを有する１つの誘電体材料により構成されているため、誘電材１３を簡易的且つ低コストで構成することができる。これに加え、ダイバーシティアンテナ１０を２つのアンテナ１１，１２により構成しているため、３つ以上のアンテナにより構成する場合に比べて、ダイバーシティアンテナ１０全体の小型化・軽量化・低コスト化が実現されている。

ここで、本実施形態の構成要素と本発明の構成要素の対応関係を明らかにする。本実施形態において、第１アンテナ１１は本発明の第１のアンテナに相当し、第２アンテナ１２は本発明の第２のアンテナに相当し、誘電材１３は本発明の誘電体部に相当し、第１保持用誘電体１１ａ及び第２保持用誘電体１２ａはいずれも本発明の保持部材に相当する。

［第２実施形態］
図５に、第２実施形態のダイバーシティアンテナ２０の概略構成を示す。図５に示す本実施形態のダイバーシティアンテナ２０は、図２に示した第１実施形態のダイバーシティアンテナ１０と同様、車両１００に搭載され、空間ダイバーシティ方式のアンテナとして用いられるものであり、車両１００の前後方向に所定距離隔てて配置された第１アンテナ２１及び第２アンテナ２２の２つのアンテナを有している。

より具体的には、地板２４と、この地板２４上において水平方向（地板２４の面に略平行な方向）に互いに離間して配置された第１アンテナ２１及び第２アンテナ２２と、これら各アンテナ２１，２２の間に配置された誘電材２３とを備えている。そして、これらが樹脂カバー２７によって覆われる構成となっている。

第１アンテナ２１及び第２アンテナ２２はいずれも、地板２４上において、それぞれ給電点２５，２６から垂直方向に立設された、地板２４をグランドとするモノポールアンテナである。つまり、本実施形態のダイバーシティアンテナ２０を構成する２つのアンテナ２１，２２も、いずれも、主偏波方向が同じであり、より具体的には、垂直偏波を主偏波成分とするものである。

そして、各アンテナ２１，２２は、車両１００の前後方向において所定のアンテナ間前後方向距離ｄｘだけ離れるように配置されている。なお、本実施形態におけるアンテナ間前後方向距離ｄｘも、第１実施形態と同じくλ／４であるが、これは勿論一例にすぎない。また、各アンテナ２１，２２の間に設けられた誘電材２３は、第１実施形態の誘電材１３と同様、所定の比誘電率εｒを有する１つの誘電体（誘電体材料）にて構成されている。

また、本実施形態では、各アンテナ２１，２２が、誘電材２３の側面に直接蒸着形成されている。具体的には、第１アンテナ２１は、その導体素子部が、全長に渡って誘電材２３の前方側面に蒸着形成されている。また、第２アンテナ２２は、その導体素子部が全長に渡って誘電材２３の後方側面に蒸着形成されている。

このように構成された本実施形態のダイバーシティアンテナ２０によっても、各アンテナ２１，２２の間に誘電材２３が配置されていることから、その波長短縮効果によって、各アンテナ２１，２２間の実効長を長くすることができる。これにより、各アンテナ２１，２２間の結合を抑制でき、各アンテナ２１，２２の指向性を、単独の場合の指向性（無指向性）から崩れるのを抑制できる。そのため、所望の方向（車両前方）からの電波に対する空間ダイバーシティ方式の受信性能を十分に保持しつつ、十分に小型化されたダイバーシティアンテナ２０を提供することが可能となる。

また、各アンテナ２１，２２は、いずれも、誘電材２３の側面に直接蒸着形成されているため、各アンテナ２１，２２の形成を容易に行えると共に、各アンテナ２１，２２を誘電材２３によって容易に保持させることができる。

［第３実施形態］
図６に、第３実施形態のダイバーシティアンテナ３０の概略構成を示す。図６に示す本実施形態のダイバーシティアンテナ３０は、図５に示した第２実施形態のダイバーシティアンテナ２０と同様、地板３４と、この地板３４上において所定のアンテナ間前後方向距離ｄｘだけ離間して配置された第１アンテナ３１及び第２アンテナ３２と、これら各アンテナ３１，３２の間に配置された誘電材３３とを備えている。そして、これらが樹脂カバー３７によって覆われる構成となっている。

第１アンテナ３１及び第２アンテナ３２はいずれも、地板３４上において、それぞれ給電点３５，３６から垂直方向に立設された、地板３４をグランドとするモノポール型のアンテナである。つまり、本実施形態のダイバーシティアンテナ３０を構成する２つのアンテナ３１，３２も、いずれも、主偏波方向が同じであり、より具体的には、垂直偏波を主偏波成分とするものである。

そして、本実施形態のダイバーシティアンテナ３０が第２実施形態のダイバーシティアンテナ２０と異なるのは、各アンテナ３１，３２の構成である。即ち、図６（本実施形態）と図５（第２実施形態）を比較して明らかなように、本実施形態の各アンテナ３１，３２は、第２実施形態の各アンテナ２１，２２の長さをより長くしたものであって、且つ、その長くした分についても、誘電材の上面に蒸着形成されている。つまり、本実施形態の各アンテナ３１，３２は、誘電材３３の側面から上面にかけて導体素子部が蒸着形成されたものであり、よって、逆Ｌ型アンテナの一種とみなすこともできる。

このように構成されたダイバーシティアンテナ３０によっても、第２実施形態のダイバーシティアンテナ２０と同様の効果を得ることができる。
しかも、本実施形態では、導体素子部の長い各アンテナ３１，３２の全体を、誘電材３３の側面から上面にかけて連続して蒸着形成しているため、例えば受信周波数が低い場合などのように各アンテナ３１，３２の長さを長くする必要がある場合や、ダイバーシティアンテナ全体の高さをより低く抑える必要がある場合などにも、空間ダイバーシティの効果を保持しつつダイバーシティアンテナ３０全体の小型化が可能となる。

［第４実施形態］
図７に、第４実施形態のダイバーシティアンテナ４０の概略構成を示す。図７に示す本実施形態のダイバーシティアンテナ４０も、地板４４と、この地板４４上において所定距離隔てて配置された第１アンテナ４１及び第２アンテナ４２と、これら各アンテナ４１，４２の間に配置された誘電材４３とを備えている。そして、これらが樹脂カバー４７によって覆われる構成となっている。

第１アンテナ４１及び第２アンテナ４２はいずれも、地板４４上において、それぞれ給電点４５，４６から所定角度傾斜するように立設された、地板４４をグランドとするモノポール型のアンテナである。

つまり、本実施形態のダイバーシティアンテナ４０は、誘電材４３の側面に蒸着形成されている点では第２実施形態のダイバーシティアンテナ２０（図５参照）と同様の構成であるが、各アンテナ４１，４２の各給電点４５，４６が、誘電材４３の底面における対角線の両端にそれぞれ配置された状態となっている。つまり、各給電点４５，４６は、前後方向においては所定のアンテナ間前後方向距離ｄｘだけ離間し、左右方向においても所定のアンテナ間左右方向距離ｄｙだけ離間している。

そして、誘電材４３の前方側面に形成された第１アンテナ４１は、誘電材４３の底面における前方左端の第１給電点４５から、その前方側面における右側上方に向けて（つまり地板４４に対して所定角度傾斜して）立設されている。

また、誘電材４３の後方側面に形成された第２アンテナ４２は、誘電材４３の底面における後方右端の第２給電点４６から、その後方側面における左側上方に向けて（つまり地板４４に対して所定角度傾斜して）立設されている。なお、誘電材４３の前方側面及び後方側面はいずれも、前後方向に垂直な面である。

つまり、第１アンテナ４１と第２アンテナ４２は、車両の前後方向に垂直な面における、給電点からの立設方向が、互いに平行とならないように立設されている。
尚、各アンテナ４１，４２は、地板４４に対して垂直ではなく傾斜して立設されているが、その主偏波成分は垂直偏波である。逆に言えば、各アンテナ４１，４２の傾斜角度は、いずれも、これら各アンテナ４１，４２が垂直偏波を主偏波成分に持つことができる範囲内の角度に設定される。

そのため、このように構成された本実施形態のダイバーシティアンテナ４０によっても、各アンテナ４１，４２の間に誘電材４３が配置されていることから、その波長短縮効果によって、各アンテナ４１，４２間の実効長を長くすることができ、各アンテナ４１，４２間の結合を抑制できて、各アンテナ４１，４２の指向性を、単独の場合の指向性（無指向性）から崩れるのを抑制できる。そのため、所望の方向（車両前方）からの電波に対する空間ダイバーシティ方式の受信性能を十分に保持しつつ、十分に小型化されたダイバーシティアンテナ４０を提供することが可能となる。

しかも、本実施形態では、各アンテナ４１，４２が平行とならないように立設されているため、各アンテナ４１，４２に流れる電流の方向も異なる。そのため、各アンテナ４１，４２間の結合をより弱めることができる。

［変形例］
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明の実施の形態は、上記実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態を採り得ることはいうまでもない。

例えば、上記第２実施形態のダイバーシティアンテナ２０（図５）において、各アンテナ２１，２２の立設角度を、第４実施形態のダイバーシティアンテナ４０（図７）のようにそれぞれ傾斜させて、互いに平行とならないようにしてもよい。

また、上記第３実施形態のダイバーシティアンテナ３０では、各アンテナ３１，３２を、誘電材３３における前後方向の側面から上面にかけて延設するようにしたが、上面とは異なる他の面に延設するようにしてもよい。即ち、例えば第１アンテナ３１を、誘電材３３の前方側面から左右いずれかの側面にかけて延設するようにしてもよい。

また、第４実施形態の各アンテナ４１，４２を、各給電点４５，４６の位置はそのままとして、地板４４に対してそれぞれ垂直に立設させてもよい。
また、上記実施形態では、垂直偏波を主偏波成分とするダイバーシティアンテナ３０を例に挙げて説明したが、主偏波成分（主偏波方向）が垂直偏波であるのはあくまでも一例である。例えば、水平偏波を主偏波方向とする複数のアンテナからなるダイバーシティアンテナを構成して水平偏波を良好に受信できるようにしてもよい。また、円偏波受信用のアンテナとして用いることもできる。

つまり、地板上において２つのアンテナが所定間隔隔てて配置され、且つ各アンテナの主偏波方向が同じであって、更に、各アンテナの間に誘電体材料が配置されることにより波長短縮効果が得られるような構成である限り、あらゆる形態のダイバーシティアンテナを構成することができる。

ダイバーシティアンテナを構成するアンテナの種類についても種々考えられ、例えば逆Ｌ型アンテナ、線状アンテナ、ヘリカルアンテナ、折り返しモノポールアンテナなどのあらゆるアンテナを使用できる。

また、各アンテナは必ずしも同じ種類、同じ形状のアンテナとする必要はなく、各アンテナをそれぞれ異なるアンテナとすることもできる。
また、上記各実施形態では、各アンテナ間に配置する誘電材として、所定の比誘電率εｒを有する１つの誘電体材料からなるものを用いたが、これもあくまでも一例であり、例えば、異なる誘電率の誘電体材料が前後方向に並べて配置されてなる誘電材であってもよいし、空気層が存在するような誘電材であってもよく、結果的に各アンテナ間の波長短縮効果が得られる限り、どのような形状・構成の誘電材を用いるかは適宜決めることができる。

また、上記各実施形態では、２つのアンテナからなるダイバーシティアンテナを例に挙げて説明したが、３つ以上のアンテナからなるダイバーシティアンテナを構成してもよい。その場合、隣接する２つのアンテナの組み合わせ（アンテナ対）全てに対して各アンテナ間に誘電材を配置してもよいし、一部のアンテナ対に対してのみ誘電材を配置するようにしてもよい。

また、上記実施形態では、図１に示したように、最大比合成法による空間ダイバーシティ方式のダイバーシティアンテナを示したが、この最大比合成法についてもあくまでも一例に過ぎず、例えば選択方式などの他の方法による空間ダイバーシティであってもよい。

１…制御装置、２…最大比合成受信回路、３…変復調回路、４…制御回路、５…送信回路、１０，２０，３０，４０…ダイバーシティアンテナ、１１，２１，３１，４１…第１アンテナ、１１ａ…第１保持用誘電体、１２，２２，３２，４１…第２アンテナ、１２ａ…第２保持用誘電体、１３，２３，３３，４３…誘電材、１４，２４，３４，４４…地板、１５，２５，３５，４５…第１給電点、１６，２６，３６，４６…第２給電点、１７，２７，３７，４７…樹脂カバー、１００…車両

Claims (12)

1. 空間ダイバーシティ方式にて電波を受信するために用いられ、複数のアンテナが、それぞれ主偏波方向が同じになるように、地板上においてその板面と平行な方向に離間して配置されてなるダイバーシティアンテナであって、
   前記複数のアンテナのうち隣接する２つのアンテナの組み合わせをアンテナ対として、少なくとも一組の前記アンテナ対は、該アンテナ対を構成する２つのアンテナである第１のアンテナと第２のアンテナの間に、誘電体材料からなる誘電体部が設けられている
   ことを特徴とするダイバーシティアンテナ。
2. 請求項１に記載のダイバーシティアンテナであって、
   前記第１のアンテナ及び前記第２のアンテナは、いずれも、前記地板上に立設されたモノポール型のアンテナである
   ことを特徴とするダイバーシティアンテナ。
3. 請求項２に記載のダイバーシティアンテナであって、
   前記第１のアンテナ及び前記第２のアンテナは、それぞれ、該各アンテナを構成する導体素子の少なくとも一部又は全てが前記誘電体部の表面上に形成されている
   ことを特徴とするダイバーシティアンテナ。
4. 請求項２に記載のダイバーシティアンテナであって、
   前記第１のアンテナ及び前記第２のアンテナのうち少なくとも一方は、逆Ｆ型アンテナ又は逆Ｌ型アンテナである
   ことを特徴とするダイバーシティアンテナ。
5. 請求項３又は請求項４に記載のダイバーシティアンテナであって、
   前記第１のアンテナ及び前記第２のアンテナのうち少なくとも一方は、絶縁性の保持部材に固定されて該保持部材と共に１つのアンテナ構造体として構成され、該アンテナ構造体が前記誘電体部の側面に固定されている
   ことを特徴とするダイバーシティアンテナ。
6. 請求項５に記載のダイバーシティアンテナであって、
   前記保持部材は誘電体であることを特徴とするダイバーシティアンテナ。
7. 請求項２〜請求項６の何れか１項に記載のダイバーシティアンテナであって、
   当該ダイバーシティアンテナは、少なくとも車両の前方から到来する電波を受信するために該車両に設けられ、
   前記第１のアンテナと前記第２のアンテナは、該各アンテナの給電点が前記車両の前後方向に所定距離離れるように配置されている
   ことを特徴とするダイバーシティアンテナ。
8. 請求項７に記載のダイバーシティアンテナであって、
   前記第１のアンテナと前記第２のアンテナは、該各アンテナの給電点が前記車両の左右方向に所定距離離れるように配置されている
   ことを特徴とするダイバーシティアンテナ。
9. 請求項７又は請求項８に記載のダイバーシティアンテナであって、
   前記第１のアンテナと前記第２のアンテナは、前記車両の前後方向に垂直な面における、給電点からの立設方向が、互いに平行とならないように立設されている
   ことを特徴とするダイバーシティアンテナ。
10. 請求項１〜請求項９の何れか１項に記載のダイバーシティアンテナであって、
    前記第１のアンテナと前記第２のアンテナの各給電点間の距離は、当該ダイバーシティアンテナの受信電波の周波数帯域内における所定の周波数に対応した波長の１／４以下である
    ことを特徴とするダイバーシティアンテナ。
11. 請求項１〜請求項１０の何れか１項に記載のダイバーシティアンテナであって、
    前記誘電体部は、前記地板上において前記第１のアンテナから前記第２のアンテナまで連続的に形成された、所定の誘電率を有する１つの前記誘電体材料により構成されている
    ことを特徴とするダイバーシティアンテナ。
12. 請求項１〜請求項１１の何れか１項に記載のダイバーシティアンテナであって、
    当該ダイバーシティアンテナを構成する前記アンテナの数は、２つである
    ことを特徴とするダイバーシティアンテナ。